KR101907255B1 - 유기 일렉트로루미네선스 소자 - Google Patents

유기 일렉트로루미네선스 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR101907255B1
KR101907255B1 KR1020160063659A KR20160063659A KR101907255B1 KR 101907255 B1 KR101907255 B1 KR 101907255B1 KR 1020160063659 A KR1020160063659 A KR 1020160063659A KR 20160063659 A KR20160063659 A KR 20160063659A KR 101907255 B1 KR101907255 B1 KR 101907255B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
light emitting
light
metal film
metal
Prior art date
Application number
KR1020160063659A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160065795A (ko
Inventor
와타루 소토야마
히데키 야스다
마사유키 나야
Original Assignee
유디씨 아일랜드 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유디씨 아일랜드 리미티드 filed Critical 유디씨 아일랜드 리미티드
Publication of KR20160065795A publication Critical patent/KR20160065795A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101907255B1 publication Critical patent/KR101907255B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/85—Arrangements for extracting light from the devices
    • H01L51/5262—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • H01L51/0087—
    • H01L51/5016—
    • H01L51/5265—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
    • H10K50/85—Arrangements for extracting light from the devices
    • H10K50/852—Arrangements for extracting light from the devices comprising a resonant cavity structure, e.g. Bragg reflector pair
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H10K85/341—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes
    • H10K85/346—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes comprising platinum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/18—Metal complexes
    • C09K2211/185—Metal complexes of the platinum group, i.e. Os, Ir, Pt, Ru, Rh or Pd

Landscapes

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

Abstract

(과제) 인광을 발하는 유기 EL 소자에 있어서 고발광 효율을 얻는다.
(해결 수단) 인광을 발하는 발광 재료를 함유하는 발광층(14)과, 상기 발광층(14)을 사이에 두고 상기 발광층(14)에 각각 인접해서 배치된 제 1 인접층 및 제 2 인접층(13,15)을 포함하는 복수의 층(12∼16)이 전극(11,17) 사이에 적층되어 이루어지는 유기 일렉트로루미네선스 소자(1)에 있어서, 발광 재료의 제 1 여기 3중항 에너지 레벨이 제 1 인접층 및 제 2 인접층을 구성하는 복수 재료의 제 1 여기 3중항 에너지 레벨 중 가장 낮은 에너지 레벨보다 높아지는 층구성으로 하고, 발광층(14)의 근방에 발광층(14)으로부터의 발광광에 의한 플라스몬 공명을 표면에 발생시키는 금속부재(20)를 구비한다.

Description

유기 일렉트로루미네선스 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE ELEMENT}
본 발명은 전계의 인가에 의해 발광을 발생시키는 전계발광 소자(일렉트로루미네선스 소자)에 관한 것으로, 특히, 인광(燐光)을 발하는 발광층을 구비한 유기 일렉트로루미네선스 소자에 관한 것이다.
유기 일렉트로루미네선스(EL) 소자는 음극, 양극 사이에 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층 등의 복수층이 적층되어 이루어지고, 전극 사이에 전압을 가함으로써 각각의 전극으로부터 전자, 정공이 주입되고, 이들이 발광층에서 결합되어 발광한다.
유기 EL 소자에 있어서는, 정공과 전자의 재결합에 의해 발광층의 발광 재료가 여기되어서 여기자가 생성된다. 이론적으로 제 1 여기 1중항 에너지 레벨(이하, 「S1 레벨」이라고 한다.)의 여기자 생성 효율은 25%, 제 1 여기 3중항 에너지 레벨 (이하, 「T1 레벨」이라고 한다.)의 여기자 생성 효율은 75%이다. S1 레벨로부터 기저상태로 되돌아갈 때에 생기는 발광이 형광이며, T1 레벨로부터 기저상태로 되돌아갈 때의 발광이 인광이다. T1 레벨은 S1 레벨보다 낮은 점에서 항간 교차를 촉진시킴으로써 원리적으로는 T1의 생성 효율을 이론한계의 75%로부터 100%로 상승시킬 수 있다.
즉, 이론적으로는 형광보다 인광을 사용함으로써 발광 효율을 비약적으로 크게 하는 것이 가능하다. 그러나, 현상황에서는 형광 EL 소자의 실용화는 진행되고 있지만, 인광 EL 소자의 실용화는 진행되지 않고 있다.
유기 EL 소자에 있어서, 외부 양자 수율은 PL 양자 수율, 정공 전자 밸런스 인자, 인출 효율의 곱으로 나타내어진다. 따라서, 외부 양자 수율을 높이기 위해서는 PL 양자 수율, 정공 전자 밸런스 인자, 인출 효율을 각각 커지도록 소자구성을 설계하는 것이 요구되어진다.
유기 EL 소자는 기판 상에 전극층이나 발광층 등이 적층된 구성을 하고 있고, 일반적으로 발광층에 있어서 발광한 광을 투명 전극을 통해 인출하고 있다. 이 때, 각 층의 굴절률의 영향에 의해 광 인출측의 층 계면에 있어서 임계각 이상으로 입사된 광은 전반사해서 소자 내에 가두어져 버려 외부로 인출할 수 없다. 그 때문에, 발광한 광을 고효율로 인출하는 것이 어렵고, ITO 등의 현재 양호하게 사용되고 있는 투명 전극의 굴절률의 경우, 그 인출 효율의 상한은 20% 정도이다라고 되어 있다.
한편, 형광 EL, 인광 EL에 상관없이, 실용적인 EL 소자로서는 발광 재료로서 PL 양자 수율이 1(PL 발광 효율 100%)에 가까운 재료가 사용되는 것이 일반적이다.
한편, EL 발광을 고효율로 하기 위해서는 발광층에 있어서의 여기 에너지가 발광층에 인접하는 층으로 산일(散逸)되지 않는(에너지가 이동하지 않는) 것이 요구된다. 발광층으로부터 인접층으로의 에너지의 산일에 의해 발광 효율이 저하되기 때문이다.
따라서, 형광 EL 소자에 있어서 고효율 발광을 얻기 위해서는 발광 재료의 S1 레벨이 인접층의 가장 낮은 S1 레벨보다 작아지도록 발광층 및 인접층을 구성하는 재료를 각각 선택하는 것이 조건이 된다.
또한, 마찬가지로 인광 EL 소자에 있어서 고효율 발광을 얻기 위해서는 발광 재료의 T1 레벨이 인접층의 가장 낮은 T1 레벨보다 작아지도록 발광층 및 인접층을 구성하는 재료를 각각 선택하는 것이 조건이 된다.
현재 실용화가 진행되고 있는 형광 EL 소자에 있어서는, 발광 재료의 여기 레벨을 인접층의 여기 레벨보다 낮게 한다는 조건을 비교적 용이하게 충족시킬 수 있고, 발광층의 인접층을 구성하는 전하 수송에 적합한 재료로서 형광 발광 재료의 S1 레벨보다 높은 S1 레벨을 갖는 재료가 사용되고 있다.
또한, 형광 EL 소자에 있어서는, 그 발광 효율을 높이기 위해서 형광 발광층의 근방(예를 들면 수십nm)에 금속을 배치함으로써 발광의 증강을 꾀하는 플라스몬 증강법이 비특허문헌 1 및 2 등에 제안되어 있다. 이 발광의 증강은 발광 소자로부터의 쌍극자 방사가 금속 표면에 플라스몬(또는 국재 플라스몬)을 유기하고, 에너지를 흡수한 후에, 재방사하는 새로운 발광이 가해지는 것에 따른 것이다. 그러나, 상술한 대로 현상황의 실용적인 형광 EL 소자에 있어서는, PL 양자 수율이 1에 가까운 형광 발광 재료를 사용하는 것이 일반적이며, 정공 전자 밸런스 인자를 크게 하기 위한 조건을 충족시키고 있는 점에서, 플라스몬 증강법을 적용해도 발광 효율증가의 효과는 거의 얻어지지 않는다.
한편, 인광 EL 소자, 특히 청색, 녹색의 인광 EL 소자에 있어서는, 구동 전압, 내구성 등의 관점에서 실용성이 높은 정공 수송층, 전자 수송층의 재료의 T1 레벨이 낮기(광파장 환산으로 녹색보다 장파장이다) 때문에, 인광 발광 재료의 T1 레벨을 인접층의 T1 레벨보다 낮게 한다는 조건을 충족시키는 것이 곤란하다.
Journal of Modern Optics(미국) vol.45, pp.661-699, 1998 Proc. SPIE(미국) Vol.7032, 703224(2008)
상술한 바와 같이, 인광 EL 소자에 있어서는, 인광 발광 재료의 T1 레벨을 인접층의 T1 레벨보다 낮게 한다는 조건을 충족시키는 것이 곤란하며, 그 때문에 높은 발광 효율을 얻을 수 없고, 이것이 인광 EL 소자의 실용화의 장벽으로 되고 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 높은 발광 효율을 실현할 수 있는 인광을 발생시키는 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 유기 일렉트로루미네선스 소자는 인광을 발하는 발광 재료를 함유하는 발광층과, 상기 발광층을 사이에 두고 상기 발광층에 각각 인접해서 배치된 제 1 인접층 및 제 2 인접층을 포함하는 복수의 층이 전극 사이에 적층되어 이루어지는 유기 일렉트로루미네선스 소자로서, 상기 발광 재료의 제 1 여기 3중항 에너지 레벨은 상기 제 1 인접층 및 제 2 인접층을 구성하는 복수 재료의 제 1 여기 3중항 에너지 레벨 중 가장 낮은 에너지 레벨보다 높고, 상기 발광층의 근방에 상기 발광층으로부터의 발광광에 의한 플라스몬 공명을 표면에 발생시키는 금속부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 금속부재와 상기 발광 영역의 거리는 30nm 이하인 것이 바람직하다.
상기 금속부재는 상기 복수의 층 사이에 배치된 금속막인 것이 바람직하다. 금속막으로서는 솔리드막이어도 좋고, 입상막(발광광의 파장보다 작은 요철구조를 갖는 막)이어도 좋지만, 특히 입경 5nm 이상의 금속 미립자를 랜덤하게, 또는 주기 배열 패턴에 막상으로 분산되어 이루어지는 아일랜드 구조막이 특히 바람직하다. 여기에서, 입경은 미립자의 최대 길이를 말하는 것으로 한다. 즉, 미립자가 구상인 경우에는 그 지름, 상기 미립자의 장경과 그것에 수직인 단경의 애스펙트비가 1보다 큰 가늘고 긴 형상(로드상)의 미립자인 경우에는 그 장경을 말한다.
상기 금속막의 재료로서는 상기 발광광에 의해 플라스몬 공명이 생기는 재료이면 좋고, Ag(은), Au(금）, Cu(구리), Al(알루미늄), Pt(백금) 등의 금속, 및 이들 금속을 주성분으로 하는 합금을 사용할 수 있다. 또한, 여기에서, 「주성분」은 함량 80질량% 이상의 성분으로 정의한다.
이들 재료 중, Ag 또는 Au가 특히 바람직하다.
또한, 상기 금속막의 적어도 한쪽 면에 상기 금속막의 일함수를 상기 금속막에 인접하는 층의 일함수에 근접시키는 극성을 갖는 말단기를 구비한 표면 수식이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 금속막의 일함수는 상기 금속막의 양측의 인접층의 일함수보다 작은 것인 경우에는 (음극측), 상기 말단기는 전자 공여성기이며, 상기 금속막의 양측의 인접층의 일함수보다 큰 것인 경우에는 (양극측), 상기 말단기는 전자 흡인성기가 된다.
극성을 갖는 말단기란 전자 공여성을 갖는 전자 공여기, 또는 전자 흡인성을 갖는 전자 흡인기를 말하고, 전자 공여기로서는 메틸기 등의 알킬기, 아미노기, 히드록실기 등을 들 수 있고, 전자 흡인기로서는 니트로기, 카르복실기, 술포기 등을 들 수 있다.
또한, 상기 금속부재는 적어도 1개의 금속 미립자 코어와, 상기 금속 미립자 코어를 덮는 절연체 쉘로 이루어지는 코어쉘형 미립자이어도 좋고, 코어쉘형 미립자는 발광 영역 근방의 층 내에 다수 분산되어 있는 것이 바람직하다. 여기에서 코어쉘형 미립자는 발광 영역 내에 존재하고 있어도 좋다. 코어쉘형 미립자의 금속 미립자 코어의 입자지름은 10nm 이상 1㎛ 이하가 바람직하고, 절연체 쉘의 두께는 30nm 정도 이하 정도가 바람직하다. 여기에서, 「입자지름」이란 미립자의 최대 지름의 크기로 한다.
또한, 상기 코어쉘형 미립자 또는 상기 금속 미립자가, 상기 미립자의 장경과 그것에 수직한 단경의 애스펙트비가 1보다 큰 가늘고 긴 형상(로드상)의 미립자인 경우에는, 다수의 상기 가늘고 긴 형상의 미립자가, 상기 미립자의 단경이 상기 전극면에 대하여 대략 수직 방향으로 배향성을 갖고 배치되어 있는 것이 바람직하다.
절연체 쉘 내에는 복수의 금속 미립자 코어를 구비하고 있어도 좋다.
상기 금속 미립자 코어는 Au, Ag, Al, Cu, Pt 중 어느 하나, 또는 이들을 주성분으로 하는 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 절연체 쉘의 재료로서는 SiO2, Al2O3, MgO, ZrO2, PbO, B2O3, CaO, BaO 등의 절연체를 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자는 상기 복수의 층이 상기 소자 내에 상기 발광층으로부터의 발광광에 의한 정재파의 전계 강도가 최대가 되는 영역이 상기 발광층과 대략 일치하는 공명 조건을 충족시키는 층두께와 굴절률을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 인광을 발하는 유기 EL 소자에 있어서는, 발광 재료의 제 1 여기 3중항 에너지 레벨은 발광층에 인접하는 제 1 인접층 및 제 2 인접층을 구성하는 복수 재료의 제 1 여기 3중항 에너지 레벨 중 가장 낮은 에너지 레벨보다 높게 구성되어 있지만, 발광층의 근방에 발광층으로부터의 발광광에 의한 플라스몬 공명을 표면에 발생시키는 금속부재를 구비하고 있는 점에서 발광층으로부터의 쌍극자 방사가 금속 표면에 플라스몬(또는 국재 플라스몬)을 유기하고, 에너지를 흡수한 후에, 재방사하는 새로운 발광이 가해지는 것에 따라 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 발광 소자가 갖는 발광 과정에 새로운 플라스몬에 의한 발광 천이가 부가된 형태로 되고, 여기자 수명을 단축하는 효과를 발현시킬 수 있고, 발광층에 있어서의 여기 에너지가 인접층에 산일되어 버리기 전에 인광 발광으로서 인출할 수 있고, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 녹색, 청색 인광 등, 발광 재료의 제 1 여기 3중항 에너지 레벨을 발광층에 인접하는 제 1 인접층 및 제 2 인접층을 구성하는 복수 재료의 제 1 여기 3중항 에너지 레벨 중 가장 낮은 에너지 레벨보다 높게 하지 않을 수 없는 소자에 있어서, 종래보다 고효율의 발광을 가능하게 하여 녹색, 청색 인광의 실용화를 꾀할 수 있다.
또한, 인접층으로의 여기 에너지의 산일이 억제됨으로써 발열도 동시에 억제되어 소자의 내구성도 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유기 EL 소자의 구조를 나타내는 모식도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유기 EL 소자의 구조를 나타내는 모식도.
도 3은 도 2의 유기 EL 소자의 일함수 조정막을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 유기 EL 소자의 구조를 나타내는 모식도.
도 5는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 유기 EL 소자의 구조를 나타내는 모식도.
도면을 참조해서 본 발명의 실시형태를 설명한다.
<제 1 실시형태>
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 유기 일렉트로루미네선스 소자(EL 소자)(1)의 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
본 실시형태의 유기 EL 소자(1)는 기본적으로 양극(11), 정공 주입층(12), 정공 수송층(13), 발광층(14), 전자 수송층(15), 전자 주입층(16), 음극(17)이라는 표준적인 EL 소자 구조를 갖고 있다. 발광층(14)은 인광을 발하는 발광 재료를 함유하는 것이며, 양극(11), 음극(17)으로부터 주입된 정공, 전자가 발광층(14)에서 재결합함으로써 인광을 발한다.
발광층(14)에 함유되는 발광 재료는 인광을 발하는 것이면 좋지만, 특히 실온에서의 PL 양자 수율이 1에 가까운 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 여기에서 PL 양자 수율이 1∼0.8인 것을 1에 가깝다라고 하고 있다. 구체적으로는, Ir 또는 Pt를 갖는 금속착체를 바람직하게 사용할 수 있고, 예로서 이하와 같은 화합물을 들 수 있다.
Figure 112016049954585-pat00001
또한, 본 소자(1)에 있어서, 발광층(14)의 발광 재료의 제 1 여기 3중항 에너지 레벨(T1 레벨)은 발광층(14)에 인접하는 정공 수송층(13), 전자 수송층(15)을 구성하는 재료의 T1 레벨 중 가장 낮은 T1 레벨보다 높은 것으로 한다. 일반적으로 정공 수송층, 전자 수송층은 각각 1개 또는 2개 이상의 재료에 의해 구성되어 있고, 재료마다 고유의 T1 레벨을 갖고 있다. 인접하는 층에 발광 재료의 T1 레벨보다 낮은 T1 레벨을 갖는 재료가 1개이면, 발광층의 여기 에너지의 인접층으로 산일되기 쉬운 구성이라고 할 수 있다. 또한, 발광층의 T1 레벨은 인접하는 층(13,15)을 구성하는 모든 재료의 T1 레벨보다 큰 것이어도 좋다.
상기 조건을 충족시키는 실용적인 정공 수송층(13)의 재료로서는 NPD, 2TNATA 등을 사용할 수 있고, 실용적인 전자 수송층(15)의 재료로서는 BAlq, Alq3 등을 사용할 수 있다(후기 실시예에 있어서의 화학식을 참조.).
또한, 여기에서 말하는 「실용적인 재료」란 EL 소자에 적용되었을 경우에, 소자의 구동 전압, 발광 효율, 및 구동 내구성의 모든 점에서 크게 뒤떨어지지 않는 재료이며, 지금까지의 유기 EL 연구 개발의 거듭 쌓인 지견 중에서 발견되어 온 재료이다.
또한, 본 소자(1)에는 발광 영역(발광층(14))의 근방에 발광광에 의해 플라스몬 공명을 발생시키는 금속부재로서의 금속막(20)이 배치되어 있다. 금속막(20)이 반사재로 되지 않기 위해서도 그 두께는 얇은 쪽이 바람직하다. 또한, 금속막(20)은 발광층(14)과 접촉 또는 5nm 미만의 거리(d)에서 근접되어 있으면, 발광층(14)으로부터 직접 전하 이동이 생겨 발광의 감쇠가 발생되어 버리므로, 발광층(14)과는 5nm 이상 이간되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 한편, 발광층(14)으로부터 거리가 지나치게 멀어지면, 발광광에 의한 플라스몬 공명이 발생되지 않고, 발광 증강 효과를 얻을 수 없기 때문에, 발광층(14)과의 거리(d)는 30nm 이하인 것이 바람직하다.
또한, 금속막(20)은 평탄한 막이어도 좋지만, 발광광의 파장보다 작은 요철 구조를 갖는 막, 즉, 표면이 입상인 입상막, 또는 입경 5nm 이상의 금속 미립자를 막상으로 랜덤으로, 또는 주기적인 배열 패턴상으로 분산시켜 이루어지는 미립자 사이에 간극이 존재하는 아일랜드(도상) 구조막이 바람직하다. 금속막이 평탄한 막인 경우, 발광광에 의해 금속막 표면에 표면 플라스몬이 유기되지만, 방사 모드로의 재결합이 생기기 어렵고, 비방사 과정으로서 최종적으로는 열로서 소실되어 버리는 비율이 크다. 한편, 금속막이 아일랜드 구조막인 경우, 발광광에 의해 막표면에 유기된 표면 플라스몬이 다시 방사 모드로 결합해서 방사광을 발하는 효율이 높다.
금속막의 재료로서는 발광광에 의해 플라스몬 공명이 생기는 것이면 좋고, Ag(은), Au(금）, Cu(구리), Al(알루미늄), 및 이들 금속 중 어느 하나를 주성분(80% 이상)으로 하는 합금이 적용 가능하다. 또한, 특히 발광광이 가시역 파장이면 은이 바람직하다. 플라즈마 주파수로부터 은은 가시역에서의 표면 플라스몬 공명을 일으킬 수 있기 때문이다. 발광광이 가시역 이외의 파장, 예를 들면 적외이면 금이 바람직하다.
또한, 상술한 바와 같은 EL 소자는, 예를 들면, 기판 상에 음극측으로부터 순차 적층되어서, 양극측으로부터 광이 인출되도록 구성된다. 금속막 이외의 각 층에 대해서는 종래의 유기 EL 소자의 제조에 있어서 사용되고 있는 적층 방법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 금속막은, 예를 들면, 스퍼터법, 진공증착법 등을 사용해서 형성할 수 있다.
본 소자(1)는 발광층(14)의 발광 재료의 T1 레벨이 발광층(14)에 인접하는 정공 수송층(13), 전자 수송층(15)을 구성하는 재료 중 가장 T1 레벨이 낮은 재료의 T1보다 크기 때문에, 발광층(14)에 있어서의 여기 에너지가 발광 재료의 T1 레벨로부터 상기 T1 레벨보다 낮은 T1 레벨의 재료를 함유하는 인접층(정공 수송층(13) 및/또는 전자 수송층(15))으로 산일되기 쉬운 층구성이다. 그러나, 본 소자(1)는 플라스몬 공명을 발생시키는 금속막을 구비하고 있으므로, 여기자 수명을 단축시켜 인광으로서의 발광을 촉진시킬 수 있고, 여기 에너지가 인접층에 산일되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 금속막(20)을 구비함으로써 여기 에너지의 산일을 억제하여 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 동시에, 여기수명의 단축화에 의한 내구성의 향상 효과도 기대할 수 있다.
<제 2 실시형태>
제 2 실시형태의 유기 EL 소자(2)의 구성을 도 2에 모식적으로 나타낸다. 또한, 도 2에는 각 층의 위치 에너지를 아울러 나타내고 있다. 또한, 이하의 본 실시형태에 있어서는, 제 1 실시형태의 유기 EL 소자(1)와 동등한 층에는 동 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.
본 실시형태의 유기 EL 소자(2)는 전자 주입층(16)을 구비하고 있지 않은 점, 및 금속막(20)의 한쪽 면에 일함수 조정층(25)이 형성되어 있는 점이 제 1 실시형태의 유기 EL 소자(1)와 다르다. 일함수 조정층(25)은 금속막(20)의 일함수를 상기 금속막(20)에 인접하는 층(여기서는, 전자 수송층(15))의 일함수에 근접시키는 극성 말단기를 구비한 표면 수식층이다.
도 2에 있어서, 검은 동그라미(●)는 전자(e), 흰 동그라미(○)는 정공(h)을 나타내고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 일반적으로 각 층은 양극(11)측 및 음극(17)측으로부터 발광층(14)을 향해서 일함수가 연속적으로 변화되도록 배치되지만, 전자 수송층(15) 중에 삽입되어 있는 금속막(20)은 전자 수송층(15)에 비해서 일함수가 커서(위치 에너지가 낮아), 전계 인가시에 전자 트랩으로 되어 버려, 전자의 흐름을 저해시켜 발광층(14)에 있어서의 재결합이 불가능하여 발광이 잘 생기지 않게 될 우려가 있다.
여기에서, 일함수 조정층(25)은 금속막(20)이 전자 트랩되는 것을 억제하는 기능을 갖는다. 일함수 조정층(25)에 의해 금속막(20)의 실효적인 일함수를 작게(위치 에너지를 높게) 해서, 즉 도 2에 있어서, 금속막(20)의 본래의 에너지 레벨(E0)을 실효적으로 에너지 레벨(E1)로 변화시켜서 전자(e)가 금속막(20)에 트랩되지 않고 발광층측으로 이동하도록 시킨다.
도 3은 일함수 조정층(25)의 예를 나타내는 것이다. 여기에서, 금속막(20)이 Au로 이루어지는 것으로 하고 있다. 일함수 조정층(25)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 극성을 갖는 말단기를 구비한 티올이나 디술피드가 Au 반응해서 Au막 표면에 결합되어 형성된 SAM막(자기 조직화 단분자막)이다. 도 3에는 티올기의 파라 위치에 메틸기를 갖는 벤젠티올(티오페놀)의 SAM막의 예가 나타내어져 있다.
메틸기와 같은 알킬기는 전자 공여성기이며, 이러한 말단기를 갖는 경우, 그 전자 공여성에 의해 Au의 위치 에너지는 높아지며, 일함수를 작게 할 수 있다. 전자 공여성기로서는 메틸기 등의 알킬기, 아미노기, 히드록실기 등을 들 수 있다.
일함수 조정층(25)은 Au막을 형성한 후, 일반적인 SAM 제작법에 의해 형성할 수 있지만, 특히, 도포법 등의 액상법이나, 증착법, 스퍼터법을 사용할 수 있다. 일함수 조정층은 금속막(20)의 한쪽 면 뿐만 아니라, 양면에 구비하고 있어도 좋다.
여기에서는, 금속막(20)을 전자 수송층(15) 중에 구비한 예를 열거했지만, 양극측의 정공 수송층(13) 중에 금속막(20)을 구비하고 있어도 좋다. 그 경우, 금속막(20)의 일함수는 정공 수송층(13)의 일함수보다 작기(위치 에너지가 높기) 때문에 정공 수송층(13)의 일함수에 근접하도록 위치 에너지를 낮게 하기 위한 일함수 조정층을 금속막의 적어도 한쪽 면에 구비하면 좋다. 이 경우, 일함수 조정층은 그 말단기로서 도 3에 나타내는 전자 공여기 대신에 전자 흡인기를 구비함으로써 실효적인 위치 에너지를 낮게 할 수 있고, 금속막(20)의 일함수를 정공 수송층(13)의 것에 근접시킬 수 있다. 전자 흡인기로서는 니트로기, 카르복실기, 술포기 등을 들 수 있다.
이렇게, 금속막의 일함수를 조정하기 위한 일함수 조정층(극성 분자막)(25)을 구비하고 있기 때문에, 전계 인가시에 전하의 이동에 대한 금속막에 의한 폐해를 억제할 수 있다. 따라서, 플라스몬 증강에 따른 인광 발광 효율의 향상, 소자 내구성의 향상을 보다 효과적으로 실현할 수 있다.
또한, 유기 LED에 있어서 금속 전극과 쇼트키장벽(Schottky barrier)을 형성하는 유기 폴리머의 일함수를 조정하기 위해서 전자 공여성기를 구비한 SAM에 의해 금속 표면을 수식하는 것이 "Tuning the Work Function of Gold with Self-Assembled Monolayers Derived from X-[C6H4-C≡C-]nC6H4-SH(n=0,1,2; X=H,F,CH3, CF3, and OCH3)", Robert W. Zehner et al, Langmuir 1999, 15, p.1121-1127에 기재되어 있다. 또한, 「토다 토오루 외에, 일본 사진학회지, 70, 38(2007)」에는 금이나 은의 에너지 레벨을 금속 표면을 전자 공여성기나 전자 흡인성기에 의해 수식함으로써 조정해서 전자의 흐름을 제어하는 것이 기재되어 있다.
금속막의 에너지 레벨을 조정하는 것 뿐이면, 상기 문헌에 기재된 기술을 금속막에 대하여 적용하면 좋지만, 그대로 적용하는 것만으로는 플라스몬 공명에 의한 발광 효율의 향상 효과를 저해할 가능성이 있다. 본 발명자들은 플라스몬 공명에 의한 발광 효율의 향상 효과를 충분히 살린 채, 금속막의 에너지 레벨을 조정하는 구성을 찾아내어 내구성을 저하시키지 않고 고발광 효율을 실현하는 일렉트로루미네선스 소자를 실현했다.
<제 3 실시형태>
본 발명의 제 3 실시형태의 유기 EL 소자(3)의 구성을 도 4에 모식적으로 나타낸다.
본 실시형태의 유기 EL 소자(3)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 투광성 기판(10) 상에 양극(11), 정공 수송층(13), 발광층(14), 전자 수송층(15), 음극(17)을 구비하고 있다. 여기에서는 금속 미립자 코어(42)와, 상기 금속 미립자 코어(42)를 덮는 절연체 쉘(41)로 이루어지는 코어쉘형 미립자(40)가 발광광에 의해 플라스몬 공명을 발생시키는 금속부재로서 정공 수송층(13) 내에 다수 분산되어 있다. 여기에서, 절연체 쉘(41)은 발광광에 대하여 투광성을 갖는 재료로 이루어진다. 여기에서, 투광성이란 발광광의 투과율이 70% 이상인 것으로 한다.
투광성 기판(10)으로서는 특별히 제한은 없고, 유리, 석영, 폴리머 등의 가요성 기판을 사용할 수 있다.
코어쉘형 미립자(40)는 발광광에 의해 플라스몬 공명을 발생시키도록 발광 영역(발광층(14))의 근방에 배치되어 있다. 코어쉘형 미립자(40)는 내포되어 있는 금속 미립자 코어(42)가 발광광에 의한 플라스몬 공명이 생기는 영역에 배치되어 있으면, 그 배치되는 장소는 특별히 제한되지 않는다. 단, 발광층(14)으로부터 금속 미립자 코어(42)까지의 거리가 지나치게 멀면, 발광광에 의한 플라스몬 공명이 생기기 어려워져, 효과적인 발광 증강 효과를 얻을 수 없기 때문에, 금속 미립자 코어(42)의 표면과 발광층(14)의 거리(d)는 30nm 이하인 것이 바람직하다. 본 실시형태의 유기 EL 소자에서는 금속 미립자 코어(42)가 절연체 쉘(41)로 덮여져 있으므로 발광층(14) 중에 배치할 수도 있다.
금속 미립자 코어(42)의 재료로서는 발광광에 의해 플라스몬 공명이 생기는 것이면 좋고, Ag(은)에 한정되지 않고, 제 1 실시형태의 금속막과 마찬가지로 Au(금）, Cu(구리), Al(알루미늄), Pt(백금) 및 이들 금속 중 어느 하나를 주성분(80% 이상)으로 하는 합금이 적용 가능하다.
한편, 절연체 쉘(41)의 재료로서는 SiO2, Al2O3, MgO, ZrO2, PbO, B2O3, CaO, BaO 등의 절연체를 바람직하게 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 적층체 내에 금속부재가 삽입된 경우, 그 금속부재가 전하의 이동을 방해할 우려가 있다. 본 실시형태에 있어서는 이것을 방지하기 위해서 금속부재로서 코어쉘형 미립자(40)를 사용한 것이다. 코어쉘형 미립자(40)는 금속 미립자 코어(42)로서, 예를 들면, Ag 미립자를 절연체 쉘(41)로서 SiO2 등의 유전체를 사용해서 형성된다. 플라스몬 공명에 기여하는 금속 미립자 코어(42)는 절연체 쉘(41)로 덮여져 있으므로, 양 전극간에 전계를 인가한 경우에도 전하(전자 또는 정공)가 도전체인 Ag에 트랩되지 않고, 전하의 흐름을 저해하는 일은 없고, 발광층은 플라스몬 공명의 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 플라스몬 증강에 따른 인광 발광 효율의 향상, 소자 내구성의 향상을 보다 효과적으로 실현할 수 있다.
본 실시형태의 EL 소자(3)의 제조 방법의 예를 간단히 설명한다.
투광성 기판(10) 상에 증착에 의해 ITO 등의 투명 전극으로 이루어지는 양극(11)을 형성한다. 코어쉘형 미립자(40)로서는 입경 50nm의 Ag 미립자(42)를 두께 10nm의 SiO2(41)로 코팅한 것을 사용한다. 이어서, 정공 수송 재료인 트리펠디아민 유도체(TPD)을 용해시킨 디클로로메탄 중에 코어쉘형 미립자(40)를 분산시켜 스핀 코팅법에 의해 양극(11) 상에 도포함으로써 코어쉘형 미립자(40)가 분산된 정공 수송층(13)을 형성한다. 이어서, 발광층(14), 전자 수송층(15)을 증착에 의해 형성하고, 마지막으로 음극(17)을 형성한다.
상기 실시형태에 있어서는 코어쉘형 미립자(40)는 정공 수송층(13)에 분산되어 이루어지는 소자로 했지만, 코어쉘형 미립자(40)는 전극간의 발광광에 의한 플라스몬 공명을 발생시키는 영역이면 어느 층 중에 배치되어도 좋다. 특히, 발광층 내에 존재시킴으로써 보다 효과적으로 플라스몬 공명을 발생시킬 수 있어 바람직하다.
도 4에 있어서는, 코어쉘형 미립자(40)가 다수 존재할 경우에 대해서 나타냈지만, 그 수는 1개이어도 플라스몬 공명에 의한 발광 효율 증강의 효과는 얻을 수 있다.
또한, 도 4에서는 절연체 쉘(41) 내에 1개의 금속 미립자 코어(42)를 구비한 구성에 대해서 나타냈지만, 절연체 쉘(41) 내에 복수의 금속 미립자 코어(42)를 구비한 코어쉘형 미립자로 해도 좋다.
코어쉘형 미립자(40)의 금속 미립자 코어(42)의 입자지름은 국재 플라스몬을 유기 가능한 크기이면 특별히 제한되지 않지만, 발광광의 파장 이하의 크기인 것이 바람직하고, 특히 10nm 이상, 1㎛ 이하가 바람직하다.
절연체 쉘(41)의 두께는 발광광에 의한 금속 미립자 코어(42)에 있어서의 국재 플라스몬의 유기를 저해하지 않는 막두께인 것이 바람직하다. 발광층(14)에 있어서의 발광광에 의한 국재 플라스몬의 유기를 효과적으로 얻기 위해서는 발광층(14)과 금속 미립자 코어 표면의 거리가 30nm 이하인 것이 바람직한 점에서, 코어쉘형 미립자(40)가 배치되는 위치와 층구성, 그리고 절연체 쉘(41)의 두께는 보다 효과적인 플라스몬 공명이 얻어지도록 설계되는 것이 바람직하다. 여기서 절연체 쉘(41)의 두께란 금속 미립자 코어(42)가 절연체 쉘(41)의 내부에 1개만 함유되어 있는 구성에서는 절연체 쉘(41)의 표면과 금속 미립자 코어 표면의 평균 거리로 한다. 절연체 쉘 내에는 복수의 금속 미립자 코어를 구비하고 있는 경우에는 절연체 쉘의 표면과 각 금속 미립자 코어의 표면의 최단 거리의 평균치를 절연체 쉘의 두께로 한다.
또한, 그 밖의 바람직한 실시형태로서는 코어쉘형 미립자(40)로서 미립자의 장경과 그것에 수직인 단경의 애스펙트비가 1보다 큰 소위 가늘고 긴 형상의 미립자를 다수 사용하고, 다수의 상기 가늘고 긴 형상의 코어쉘형 미립자가 미립자의 단경이 전극면에 대하여 대략 수직 방향으로 배향성을 갖고 배치된 유기 EL 소자를 들 수 있다.
이러한 구성으로 함으로써, 가늘고 긴 코어쉘형 미립자의 형상 이방성에 의해 광 인출면측에 강한 산란광을 얻을 수 있어, 보다 높은 인출 효율을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 다른 바람직한 실시형태로서는 발광층(14) 내부에 금속 미립자 코어(42)가 들어가도록 지름이 큰 코어쉘형 미립자(40)를 배치하는 구성을 들 수 있다. 이미 서술한 바와 같이, 금속 미립자 코어(42)를 발광층(14) 내에 존재시킴으로써 보다 효과적으로 플라스몬 공명에 의한 발광 천이를 얻을 수 있다.
<제 4 실시형태>
본 발명의 제 4 실시형태의 유기 EL 소자(4)의 구성을 도 5에 모식적으로 나타낸다.
본 실시형태의 유기 EL 소자(4)는 제 1 실시형태의 유기 EL 소자(1)와 거의 같은 층구성이지만, 음극(17) 및 양극(11)이 발광광을 반사하는 반사부이며, 양단 사이에 광 공진기를 구성하는 역할도 하고 있는 점, 및 금속막(20)이 정공 수송층(13) 중에 형성되어 있는 점이 다르다.
본 실시형태의 소자에 있어서는 음극(17)을 Ag(은), 양극(11)을 Cu(구리)로 구성함으로써, 이 전극(11,17) 간에 정재파(19)를 발생시켜 발광광의 지향성의 향상 효과를 생기게 할 수 있다. 또한, 발광층(14)과 정재파의 배(19a)를 일치시킴으로써 발광층(14)에 있어서 전계 강도를 최대로 할 수 있고, 발광 효율을 최대로 할 수 있다. 이러한 마이크로 캐비티 효과를 발휘하기 위한 공명 조건은 하기 식으로 부여되며, 각 층(12∼16)은 하기 식을 충족시키는 굴절률 및 두께를 갖는 것이 되도록 설계되어 있다. 또한, 하기 식에 있어서, λ0은 발광광의 파장, ni는 각 층에 있어서의 굴절률, di는 각 층의 두께, φ1 및 φ2는 각각 양극(11), 음극(17)에서의 반사에 의한 위상차, m은 캐비티 차수이다.
Figure 112016049954585-pat00002
도 5와 같은 마이크로 캐비티형 유기 EL 소자에 있어서, 전계 강도가 최대가 되는 정재파의 배(피크)로부터 10% 이내의 위치에 발광층(14), 상기 발광층(14)으로부터 약 20nm 이간시킨 위치에 금속막(20)을 배치한다. 이렇게, 금속막도 정재파의 배에 가까운 위치, 즉 정재파에 의한 전계 강도가 큰 위치에 배치함으로써, 플라스몬 공명의 효과를 보다 효율적으로 얻을 수 있어 바람직하다. 본 실시형태의 설계에 있어서는 캐비티 차수m=1을 채용하고 있다.
이러한 구성에 의해, 마이크로 캐비티 효과와 플라스몬 증강에 의한 효과가 중첩되어서, 발광 효율의 향상, 지향성의 향상, 또한 내구성 향상의 효과를 보다 현저하게 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 소자(4)에 있어서는 전극(11,17)을 금속에 의해 구성하고, 전극간에 캐비티를 구성함으로써 소자 내부에 정재파를 형성시키고 있다. 캐비티의 반사부를 구성하는 전극(11,17)의 발광광에 대한 반사율은 정재파가 형성되기에 충분한 것이면 된다. 또한, 본 실시형태에 있어서는 광을 인출하는 측의 전극(여기서는 Cu 양극(11))의 두께를 조정해서 반사율이 예를 들면 30% 정도가 되도록 하고 있다. 또한, Ag 음극(17)측의 반사율은 90% 이상의 고반사율이어도 좋다. 또한, 전극으로서 투명 전극을 구비하고, 전극의 외측에 반사층을 더 형성해도 좋다. 반사층은 적절한 반사율을 갖는 금속, 또는 유전체 다층막으로 구성할 수 있다.
또한, 앞서 설명한 제 1∼제 3 실시형태의 EL 소자에 있어서도 전극(11,17) 사이를 캐비티로서 소자 내에 정재파가 발생하도록 구성하고, 발광층(14)과 정재파의 배를 대략 일치시키고, 각 층을 상술의 공명 조건을 충족시키는 굴절률 및 두께를 갖는 것이 되도록 설계함으로써, 플라스모 증강에 의한 효과와 마이크로 캐비티 효과를 중첩적으로 얻을 수 있다.
(실시예)
상술의 제 1 실시형태의 유기 EL 소자(1)(도 1 참조)에 관한 실시예 및 비교예를 설명한다.
「실시예 1」
실시예 1의 EL 소자는 ITO 양극(11), 2TNATA+0.3% F4TCNQ(120nm) 정공 주입층(12), NPD(10nm) 정공 수송층(13), CBP-10% Ir(ppy) 3(30nm) 발광층(14), BAlq(10nm) 전자 수송층(15), Ag(14nm) 금속막(20), BAlq(20nm) 전자 수송층(15), LiF(1nm) 전자 주입층(16), Al 음극(17)이 순차 적층되어 이루어지는 것으로 했다.
발광층(14)의 발광 재료는 Ir(ppy)3이며, 그 T1 레벨은 2.5eV이다. 금속막(20)은 전자 수송층(15) 중에 배치되어 이루어진다. 정공 수송층(13)을 구성하는 NPD의 T1 레벨은 2.3eV, 전자 수송층(15)을 구성하는 BAlq의 T1 레벨은 2.3eV이며, 모두 발광 재료의 T1 레벨보다 낮다.
「비교예 1」
비교예 1의 EL 소자는 상기 실시예 1의 소자에 있어서, Ag 금속막(20)이 없는 것으로 했다.
즉, 비교예 1의 소자는 ITO 양극(11), 2TNATA+0.3% F4TCNQ(120nm) 정공 주입층(12), NPD(10nm) 정공 수송층(13), CBP-10% Ir(ppy)3(30nm) 발광층(14), BAlq(30nm) 전자 수송층(15), LiF(1nm) 전자 주입층(16), Al 음극(17)이 순차 적층 되어 이루어지는 것으로 했다.
「실시예 2」
실시예 2의 EL 소자는 ITO 양극(11), 2TNATA+0.3% F4TCNQ(120nm) 정공 주입층(12), NPD(10nm) 정공 수송층(13), mCP+15% Pt1(30nm) 발광층(14), BAlq(10nm) 전자 수송층(15), Ag(14nm) 금속막(20), BAlq(20nm) 전자 수송층(15), LiF(1nm) 전자 주입층(16), Al 음극(17)이 순차 적층되어 이루어지는 것으로 했다.
발광층(14)의 발광 재료는 Pt1이며, 그 T1 레벨은 2.7eV이다. 금속막(20)은 전자 수송층(15) 중에 배치되어 이루어진다. 정공 수송층(13)을 구성하는 NPD의 T1 레벨은 2.3eV, 전자 수송층(15)을 구성하는 BAlq의 T1 레벨은 2.3eV이며, 모두 발광 재료의 T1 레벨보다 낮다.
「비교예 2」
비교예 2의 EL 소자는 상기 실시예 2의 소자에 있어서, Ag 금속막(20)이 없는 것으로 했다.
「실시예 3」
실시예 3의 EL 소자는 ITO 양극(11), 2TNATA+0.3% F4TCNQ(120nm) 정공 주입층(12), NPD(10nm) 정공 수송층(13), mCP+15% Pt2(30nm) 발광층(14), BAlq(10nm) 전자 수송층(15), Ag(14nm) 금속막(20), BAlq(20nm) 전자 수송층(15), LiF(1nm) 전자 주입층(16), Al 음극(17)이 순차 적층되어 이루어지는 것으로 했다.
발광층(14)의 발광 재료는 Pt2이며, 그 T1 레벨은 2.5eV이다. 금속막(20)은 전자 수송층(15) 중에 배치되어 이루어진다. 정공 수송층(13)을 구성하는 NPD의 T1 레벨은 2.3eV, 전자 수송층(15)을 구성하는 BAlq의 T1 레벨은 2.3eV이며, 모두 발광 재료의 T1 레벨보다 낮다.
「비교예 3」
비교예 3의 EL 소자는 상기 실시예 3의 소자에 있어서, Ag 금속막(20)이 없는 것으로 했다.
상기 실시예 및 비교예에 있어서 사용되고 있는 각 재료의 상세한 화학식 및 T1 레벨은 다음에 나타내는 바와 같다. 또한, 각 재료의 T1 레벨은 77K에 있어서의 증착막의 인광 스펙트럼의 피크 파장으로부터 구했다.
Figure 112016049954585-pat00003
상기 각 실시예 및 비교예의 소자에 대해서 발광 피크 파장, 발광 수명, EL 외부 양자 수율, EL 구동 반감 수명을 각각 측정했다. 또한, 실시예(비교예) 1∼3의 발광층만의 막의 PL 양자 수율을 각각 측정했다. 각각에 대한 측정 방법은 다음과 같다.
<발광 수명>
질소 레이저광(파장 337nm, 펄스폭 1ns)을 여기광으로 해서 각 소자에 조사하고, 각각의 발광 재료로부터의 발광 수명을 스트리크 카메라(하마마쯔 호토닉스사제 C4334)에 의해 측정했다.
<발광 피크 파장 및 EL 외부 양자 수율>
도요 테크니카(주)제 소스 메이저 유닛 2400을 사용해서 직류 전류를 각 소자에 통전하여 발광시켰다. 그 때의 발광 스펙트럼을 탑콘사제 분광 방사 휘도계 SR-3을 사용해서 측정하고, 발광 피크 파장을 구했다. 또한, 얻어진 스펙트럼을 기초로 소자의 전류밀도가 0.25mA/㎠, 및 25mA/㎠에 있어서의 외부 양자 효율을 파장마다의 강도 환산법에 의해 산출했다.
<EL 구동 반감 수명>
각 소자를 휘도 2000cd/㎡가 되는 직류 전류를 측정하고, 그 전류값으로 각각의 소자를 연속 구동해서 휘도가 1000cd/㎡가 될 때까지의 시간을 측정했다.
<발광층막의 PL 양자 수율>
실시예(비교예) 1∼3의 발광층만의 막을 석영 기판 상에 제막하고, 각각의 막의 PL 양자 수율을 절대 PL 양자 수율 측정 장치(하마마쯔 호토닉스사제 C9920-02)를 사용해서 측정했다.
측정 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
Figure 112016049954585-pat00004
표 1에 나타낸 바와 같이, 각각의 실시예는 대응하는 비교예에 대하여 각각 발광 수명이 짧아지고, 외부 양자 효율이 향상되고, 또한, 소자의 구동 반감 수명이 연장되어 있으며, 각 특성이 개선되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 EL 소자는 표시 소자, 디스플레이, 백라이트, 전자 사진, 조명 광원, 기록 광원, 노광 광원, 판독 광원, 표식, 간판, 인테리어, 광통신 등에 바람직하게 이용할 수 있다.
1, 2, 3, 4:유기 EL 소자 11:양극
12:정공 주입층 13:정공 수송층
14:발광층 15:전자 수송층
16:전자 주입층 17:음극
19:정재파 19a:배
20:금속막(금속부재) 25:일함수 조정층(표면 수식)
40:코어쉘형 미립자(금속부재) 41:절연체 쉘
42:금속 미립자 코어

Claims (7)

  1. 인광을 발하는 발광 재료를 함유하는 발광층과, 상기 발광층을 사이에 두고 상기 발광층에 각각 인접해서 배치된 제 1 인접층 및 제 2 인접층을 포함하는 복수의 층이 전극 사이에 적층되어 이루어지는 유기 일렉트로루미네선스 소자로서,
    상기 발광 재료의 제 1 여기 3중항 에너지 레벨은 상기 제 1 인접층 및 제 2 인접층을 구성하는 복수 재료의 제 1 여기 3중항 에너지 레벨 중 가장 낮은 에너지 레벨보다 높고,
    상기 발광층으로부터 5nm 이상 30nm 이하 떨어진 위치에, 상기 발광층으로부터의 발광광에 의한 플라스몬 공명을 표면에 발생시키는 금속부재를 구비한 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속부재는 상기 복수의 층 사이에 배치된 금속막인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속막은 입경 5nm 이상의 다수의 금속 미립자가 막상으로 분산되어 이루어지는 아일랜드 구조막인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속막의 적어도 한쪽 면에 상기 금속막의 일함수를 상기 금속막에 인접하는 층의 일함수에 근접시키는 극성을 갖는 말단기를 구비한 표면 수식이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속막의 적어도 한쪽 면에 상기 금속막의 일함수를 상기 금속막에 인접하는 층의 일함수에 근접시키는 극성을 갖는 말단기를 구비한 표면 수식이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속부재는 금속 미립자 코어와, 상기 금속 미립자 코어를 덮는 절연체 쉘로 이루어지는 코어쉘형 미립자인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 층은 상기 소자 내에 상기 발광층으로부터의 발광광에 의한 정재파의 전계 강도가 최대가 되는 영역이 상기 발광층과 일치하는 공명 조건을 충족시키는 층두께와 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
KR1020160063659A 2009-04-24 2016-05-24 유기 일렉트로루미네선스 소자 KR101907255B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009106147A JP5306038B2 (ja) 2009-04-24 2009-04-24 有機エレクトロルミネッセンス素子
JPJP-P-2009-106147 2009-04-24

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100035228A Division KR101841274B1 (ko) 2009-04-24 2010-04-16 유기 일렉트로루미네선스 소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160065795A KR20160065795A (ko) 2016-06-09
KR101907255B1 true KR101907255B1 (ko) 2018-10-11

Family

ID=43318772

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100035228A KR101841274B1 (ko) 2009-04-24 2010-04-16 유기 일렉트로루미네선스 소자
KR1020160063659A KR101907255B1 (ko) 2009-04-24 2016-05-24 유기 일렉트로루미네선스 소자

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100035228A KR101841274B1 (ko) 2009-04-24 2010-04-16 유기 일렉트로루미네선스 소자

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5306038B2 (ko)
KR (2) KR101841274B1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5679460B2 (ja) * 2009-11-27 2015-03-04 国立大学法人大阪大学 有機電界発光素子、および有機電界発光素子の製造方法
KR102113251B1 (ko) 2011-02-16 2020-05-20 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 발광 소자
TWI680600B (zh) 2011-02-28 2019-12-21 日商半導體能源研究所股份有限公司 發光元件
JP2012244060A (ja) * 2011-05-23 2012-12-10 Fujifilm Corp 有機電界発光素子及びその製造方法
US20140203273A1 (en) * 2011-09-21 2014-07-24 Panasonic Corporation Organic electroluminescence element
CN104993065B (zh) * 2015-08-04 2018-04-27 京东方科技集团股份有限公司 一种oled发光器件及其制备方法、显示装置
JP7004613B2 (ja) * 2018-06-27 2022-01-21 住友化学株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050035346A1 (en) 2003-08-13 2005-02-17 Bazan Guillermo C. Plasmon assisted enhancement of organic optoelectronic devices
JP2007221028A (ja) 2006-02-20 2007-08-30 Konica Minolta Holdings Inc 有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置
JP2009510746A (ja) 2005-09-26 2009-03-12 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 有機エレクトロルミネセンス素子の効率及び寿命を改善するための界面コンディショニング

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06283271A (ja) * 1993-03-26 1994-10-07 Ricoh Co Ltd 有機電界発光素子
JP4155569B2 (ja) * 2003-08-27 2008-09-24 株式会社日立製作所 高効率有機発光素子
JP2007035430A (ja) * 2005-07-27 2007-02-08 Seiko Instruments Inc 有機発光素子
JP2007103174A (ja) * 2005-10-04 2007-04-19 Kuraray Co Ltd エレクトロルミネセンス素子およびその製造方法
JP2007165284A (ja) * 2005-11-18 2007-06-28 Seiko Instruments Inc エレクトロルミネッセンス素子及びこれを用いた表示装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050035346A1 (en) 2003-08-13 2005-02-17 Bazan Guillermo C. Plasmon assisted enhancement of organic optoelectronic devices
JP2009510746A (ja) 2005-09-26 2009-03-12 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 有機エレクトロルミネセンス素子の効率及び寿命を改善するための界面コンディショニング
JP2007221028A (ja) 2006-02-20 2007-08-30 Konica Minolta Holdings Inc 有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP5306038B2 (ja) 2013-10-02
KR20160065795A (ko) 2016-06-09
KR101841274B1 (ko) 2018-03-22
JP2010258197A (ja) 2010-11-11
KR20100117513A (ko) 2010-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101907255B1 (ko) 유기 일렉트로루미네선스 소자
KR102402985B1 (ko) 일렉트로루미네센스 소자
JP6930016B2 (ja) エンハンスメント層を有するｏｌｅｄデバイス
KR102341222B1 (ko) 발광 소자
JP5176459B2 (ja) 白色発光素子
KR102545346B1 (ko) 양자점 및 열 활성화 지연 형광 분자를 갖는 전면 발광 인쇄 디스플레이
JP6293987B2 (ja) 有機エレクトロルミネッセンス素子
US9112174B2 (en) Organic electroluminescent element
KR20120102482A (ko) 유기 전계 발광 소자 및 조명 장치
JP5324287B2 (ja) 発光素子
JP2009087752A (ja) 発光表示素子及び発光表示パネル
KR101789151B1 (ko) 적층 유기 발광소자
JP2005327535A (ja) 有機エレクトロルミネッセンス発光装置
WO2021210345A1 (ja) 発光素子

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant