KR20160013123A - 면 발광 장치 및 스마트 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는, 비발광 시에 광 출사면이 흑색으로서 시인되고, 또한 비발광 시에는 패턴이 형성되어 있는 영역이 시인되지 않는 면 발광 장치를 제공하는 것이다. 상기 면 발광 장치(10)는, 지지 기판(31) 상에 형성된 양극(32), 음극(34) 사이에, 적어도 발광층을 갖는 유기 기능층(33)이 끼움 지지되고, 상기 유기 기능층(33)의 소정 영역이 광 조사에 의해 패턴화된 유기 EL 소자(3)와, 지지 기판(31)에 대향하고, 유기 EL 소자(3)를 지지하는 고정 기판(1)과, 유기 EL 소자(3)와 고정 기판(1) 사이에 설치되는 원편광판(2)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 면 발광 장치 및 스마트 디바이스에 관한 것이다. 특히, 비발광 시에 광 출사면이 흑색으로서 시인되고, 또한 비발광 시에는 패턴이 형성되어 있는 영역이 시인되지 않는 면 발광 장치 및 그것을 구비한 스마트 디바이스에 관한 것이다.
종래, 평면 형상의 광원체로서는, 도광판을 사용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)나, 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED, 이하, 유기 일렉트로루미네센스 소자라고도 함.) 등을 들 수 있다.
도광판을 사용한 LED 광원은, 일반 조명 외에, 예를 들어 스마트 디바이스(스마트폰, 태블릿)의 메인 디스플레이(예를 들어, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD))의 백라이트로서 사용된다.
이러한 LED 광원은, 메인 디스플레이뿐만 아니라, 스마트 디바이스의 하부에 설치되어 있는 공통 기능키 버튼의 백라이트로서도 사용된다.
공통 기능키 버튼에는, 예를 들어 「홈」(사각형 등의 마크로 표시), 「복귀」(화살표 마크 등으로 표시), 「검색」(확대경 마크 등으로 표시)을 나타내는 3종류의 마크가 설치되어 있는 경우가 있다.
이러한 공통 기능키 버튼으로서는, 표시하는 마크의 패턴 형상에 따라, 미리 도광판에 도트 형상의 편향 패턴이 형성되고, 그 도광판의 측방에, 도광판의 측단부면에 광을 조사하는 LED 광원이 설치되어 구성되어 있다. 이러한 공통 기능키 버튼에 있어서는, LED 광원으로부터 출사된 광이 도광판의 측단부면으로부터 입사되고, 그 입사광이 편향 패턴의 편향 반사면에 의해 도광판의 정면 방향으로 전반사된다. 이에 의해, 소정의 패턴으로 도광판의 정면측으로부터 광이 출사되어, 도광판을 정면으로부터 보았을 때 그 패턴으로 발광해서 보이게 된다(예를 들어, 특허문헌 1 참조.).
여기서, 스마트 디바이스에 있어서 공통 기능키 버튼이 설치되는 개소를 흑색으로 구성하는 경우, 예를 들어 공통 기능키 버튼의 시인측에 편광 부재나 투광성이 낮은 필터를 설치하는 방법이 채용될 수 있다. 이에 의해, 공통 기능키 버튼의 내부 구조에 의한 외광의 반사를 억제하고, 비발광 시에, 공통 기능키 버튼의 광 출사면을 흑색으로 보이게 하는 것이 가능하게 된다.
그러나, 상기한 종래 구성의 공통 기능키 버튼에 있어서는, 도광판이 투광성을 갖고 있기 때문에, 시인측(도광판의 정면측)에 편광 부재나 투광성이 낮은 필터를 설치했다고 해도, 도광판이 약간 투과되어 보여, 비발광 시에 광 출사면을 완전한 흑색으로 보이게 할 수는 없다. 또한, 광 출사면을 완전한 흑색으로 보이게 할 수 없기 때문에, 비발광 시에, 도광판에 대하여 직접 형성된 편향 패턴을 시인할 수 있게 되어 버린다.
본 발명은 상기 문제·상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 해결 과제는, 비발광 시에 광 출사면이 흑색으로서 시인되고, 또한 비발광 시에는 패턴이 형성되어 있는 영역이 시인되지 않는 면 발광 장치 및 그것을 구비한 스마트 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 상기 과제를 해결하기 위해, 상기 문제의 원인 등에 대해서 검토한 결과, 지지 기판 상에 형성된 한 쌍의 전극간에, 적어도 1층의 유기 기능층이 끼움 지지되고, 유기 기능층의 소정 영역이 광 조사에 의해 패턴화된 유기 일렉트로루미네센스 소자와, 지지 기판에 대향하고, 유기 일렉트로루미네센스 소자를 지지하는 고정 기판과, 유기 일렉트로루미네센스 소자와 고정 기판 사이에 설치되는 원편광판을 구비함으로써, 비발광 시에 광 출사면이 흑색으로서 시인되고, 또한 비발광 시에는 패턴이 형성되어 있는 영역이 시인되지 않는 면 발광 장치 및 그것을 구비한 스마트 디바이스를 제공할 수 있다는 것을 알아내었다.
즉, 본 발명에 따른 과제는, 이하의 수단에 의해 해결된다.
1. 지지 기판 상에 형성된 한 쌍의 전극간에, 적어도 발광층을 갖는 유기 기능층이 끼움 지지되고, 상기 유기 기능층의 소정 영역이 광 조사에 의해 패턴화된 유기 일렉트로루미네센스 소자와,
상기 지지 기판에 대향하고, 상기 유기 일렉트로루미네센스 소자를 지지하는 고정 기판과,
상기 유기 일렉트로루미네센스 소자와 상기 고정 기판 사이에 설치되는 원편광판을 구비하는 것을 특징으로 하는 면 발광 장치.
2. 상기 유기 기능층 중 광 조사에 의해 패턴화되는 층이, 정공 수송층 또는 정공 주입층인 것을 특징으로 하는 제1항에 기재된 면 발광 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 면 발광 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스마트 디바이스.
본 발명에 따르면, 비발광 시에 광 출사면이 흑색으로서 시인되고, 또한 비발광 시에는 패턴이 형성되어 있는 영역이 시인되지 않는 면 발광 장치 및 그것을 구비한 스마트 디바이스를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과 발현 기구 내지 작용 기구에 대해서는, 이하와 같다.
유기 일렉트로루미네센스 소자의 유기 기능층에 대하여 광을 조사해서 패턴화하고 있으므로, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 외관 형상을 변화시키지 않고, 소정 패턴에 의한 발광을 행할 수 있기 때문에, 비발광 시에 있어서는 상기 패턴이 형성되어 있는 영역이 시인되지 않는다. 또한, 유기 일렉트로루미네센스 소자와 고정 기판 사이에 원편광판이 설치되어 있기 때문에, 유기 일렉트로루미네센스 소자에 의한 외광의 반사를 억제하여, 비발광 시에는 광 출사면을 흑색으로 보이게 하는 것이 가능하게 되어 있다.
도 1a는 본 발명의 면 발광 장치 및 그것을 구비한 스마트 디바이스를 도시하는 개략적인 구성도.
도 1b는 본 발명의 면 발광 장치 및 그것을 구비한 스마트 디바이스를 도시하는 개략적인 구성도.
도 1b는 본 발명의 면 발광 장치 및 그것을 구비한 스마트 디바이스를 도시하는 개략적인 구성도.
본 발명의 면 발광 장치는, 지지 기판 상에 형성된 한 쌍의 전극간에, 적어도 1층의 유기 기능층이 끼움 지지되고, 상기 유기 기능층의 소정 영역이 광 조사에 의해 패턴화된 유기 일렉트로루미네센스 소자와, 상기 지지 기판에 대향하고, 상기 유기 일렉트로루미네센스 소자를 지지하는 고정 기판과, 상기 유기 일렉트로루미네센스 소자와 상기 고정 기판 사이에 설치되는 원편광판을 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 특징은, 제1항 내지 제3항까지의 청구항에 관한 발명에 공통되는 기술적 특징이다.
본 발명은 상기 유기 기능층 중 광 조사에 의해 패턴화되는 층이, 정공 수송층 또는 정공 주입층인 것이 바람직하다. 이에 의해, 유기 EL 소자의 제작 시에 있어서 밀봉 전에 정공 수송층 또는 정공 주입층의 형성 직후에, 밀봉재나 다른 구성층을 개재하지 않고 광 조사를 행해서 패턴화할 수 있고, 유기 EL 소자의 소정 영역을 고정밀도로 패턴화할 수 있다.
이하, 본 발명과 그 구성 요소 및 본 발명을 실시하기 위한 형태·양태에 대해서 상세한 설명을 한다. 또한, 본원에 있어서, 수치 범위를 나타내는 「내지」는, 그 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 의미로 사용하고 있다.
《면 발광 장치 및 스마트 디바이스의 구성》
본 발명의 면 발광 장치 및 그것을 구비한 스마트 디바이스의 구성에 대해서 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한다. 도 1a는, 스마트 디바이스(100)를 도시하는 개략적인 정면도이며, 도 1b는, 도 1a의 I-I선을 따른 면의 화살표 방향에서 본 단면도이며, 스마트 디바이스(100)가 구비하고 있는 면 발광 장치(10)를 도시하는 개략적인 단면도이다.
본 발명의 스마트 디바이스(100)는, 도 1a에 도시하는 바와 같이, 공통 기능키 버튼으로서의 면 발광 장치(10), 액정 표시 장치(20) 등을 구비해서 구성되어 있다. 액정 표시 장치(20)로서는, 종래 공지된 액정 표시 장치를 사용할 수 있다.
도 1a에서는, 면 발광 장치(10)가 발광하고 있는 상태를 나타내고 있고, 정면측에서 보았을 때 각종 패턴(11)의 발광이 시인된다. 면 발광 장치(10)가 비발광 상태인 경우에는, 각종 패턴(11)이 시인되지 않는다. 또한, 도 1a에 도시하는 패턴(11)의 형상은 일례이며, 이들에 한정되는 것이 아니고, 어느 하나의 도형, 문자, 모양 등이어도 된다.
여기서, 「패턴」이란, 유기 EL 소자의 발광에 의해 표시되는 도안(도면의 무늬나 모양), 문자, 화상 등을 말한다. 「패턴화」란, 이들 패턴 표시 기능을 갖게 하는 것을 말한다.
면 발광 장치(10)는, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 고정 기판(1), 원편광판(2) 및 유기 일렉트로루미네센스 소자(이하 「유기 EL 소자」라고도 함.)(3) 등을 구비해서 구성되고, 이들 각 부재가 이 순서대로 적층되어 있다.
원편광판(2)은, 유기 EL 소자(3)의 지지 기판(31)에 대향해서 설치되어 있다.
유기 EL 소자(3)는, 원편광판(2) 측으로부터 광을 출사하는 편면 발광형이며, 후술하는 바와 같이 미리 광 조사에 의해 패턴화되어 있고, 도 1a에 도시하는 바와 같이 정면측에서 보았을 때 패턴(11) 부분만이 발광한다. 따라서, 면 발광 장치(10)의 정면이 광 출사면이 된다.
또한, 도시하고 있지 않지만, 고정 기판(1)과 원편광판(2) 사이에는 터치 패널 등이 설치되어 있다.
원편광판(2)이, 고정 기판(1)과 유기 EL 소자(3) 사이에 설치되어 있는 것에 의해, 고정 기판(1)측으로부터 원편광판(2)을 통과해서 침입하여, 유기 EL 소자(3)를 구성하는 전극 등에서 반사되는 반사광을 흡수할 수 있고, 비발광 시에 있어서, 고정 기판(1)측으로부터 면 발광 장치(10)를 보았을 때 그 광 출사면을 흑색으로 보이게 할 수 있다.
또한, 유기 EL 소자(3)는, 후술하는 바와 같이 미리 광 조사에 의해 패턴화되어 있기 때문에, 유기 EL 소자(3)의 외관 형상이 변화되지 않고, 원하는 형상의 패턴으로 발광할 수 있고, 비발광 시에는 상기 패턴에 대응하는 영역이 시인되지 않는다.
이하, 본 발명의 면 발광 장치(10)를 구성하는 각 부재에 대해서 상세하게 설명한다.
《고정 기판》
고정 기판(1)은, 원편광판(2)이나 유기 EL 소자(3)를 덮는 투광성의 판상 부재이며, 도시하지 않은 접착제 등을 개재해서 원편광판(2)에 대향해서 고정되어 있다.
고정 기판(1)으로서는, 구체적으로는, 유리기판, 중합체 기판을 들 수 있다. 유리 기판으로서는, 특히 소다석회 유리, 바륨·스트론튬 함유 유리, 납 유리, 알루미노규산 유리, 붕규산 유리, 바륨 붕규산 유리, 석영 등을 들 수 있다. 또한, 중합체 기판으로서는, 폴리카르보네이트, 아크릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르술피드, 폴리술폰 등을 들 수 있다.
《원편광판》
원편광판(2)은, 고정 기판(1)으로부터 입사해서 유기 EL 소자(3)에서 반사되는 외광을 흡수하여, 비발광 시의 면 발광 장치(10)의 광 출사면을 검게 보이게 할 수 있고, 또한 유기 EL 소자(3)의 발광 광을 투과시키는 부재이다. 이러한 원편광판(2)으로서는, 예를 들어 시판하는 것을 사용할 수 있다.
원편광판의 주된 구성 요소인 편광자란, 일정 방향의 편파면 광만을 관철하는 소자이며, 대표적인 것으로서, 폴리비닐알코올계 편광 필름이 있다. 이것은, 주로, 폴리비닐알코올계 필름에 요오드를 염색시킨 것과 2색성 염료를 염색시킨 것이 있다. 편광자는, 폴리비닐알코올 수용액을 제막하고, 이것을 1축 연신시켜서 염색하거나, 염색한 후 1축 연신하고 나서, 바람직하게는 붕소 화합물로 내구성 처리를 행한 것이 사용되고 있다. 편광자의 막 두께로서는, 5 내지 30㎛의 범위 내, 바람직하게는 8 내지 15㎛의 범위 내에서 설정된다.
원편광판은, 상기 한 편광자와 λ/4판(λ/4 위상차 필름)이 적층되어 구성된다. 편광자는, λ/4판으로 적층됨으로써, 원편광판으로서의 기능을 발휘하게 된다.
λ/4판은, 소정의 광의 파장(통상, 가시광 영역)에 대하여 λ/4판의 면 내 위상차값 Ro가 약 1/4인 것이며, 직선 편광을 타원 편광 또는 원편광으로, 타원 편광 또는 원편광을 직선 편광으로 변환할 수 있는 것이다.
λ/4판의 구체적인 구성에 대해서 특별히 제한은 없고, 종래 공지된 지견이 적절히 참조될 수 있다. λ/4판은 투명 수지로 구성되고, 상기 투명 수지의 가시광 투과율은, 바람직하게는 60% 이상이며, 보다 바람직하게는 80% 이상이며, 특히 바람직하게는 90% 이상이다. 또한, λ/4판을 구성하는 투명 수지는, 열가소성 수지인 것이 바람직하다. 또한, 이 투명 수지는, 고유 복굴절값이 정인 수지인 것이 바람직하다. λ/4판을 구성하는 투명 수지로서는, 예를 들어 셀룰로오스에스테르계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리술폰계 수지, 폴리카르보네이트계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리비닐알코올계 수지 등을 들 수 있다.
λ/4판은, 이들 수지를 사용해서 용액 유연법, 또는 용융 유연법에 의해 제막하고, 연신 조작(유연 방향, 폭 방향, 또는 경사 방향 등의 조합) 등에 의해 상술한 바와 같은 리타데이션을 부여함으로써 제조될 수 있다. λ/4판의 제조에는, 기울기 연신 장치 등도 적절하게 사용할 수 있다. 이러한 기울기 연신 장치를 사용해서 λ/4판을 제조함으로써, 필름의 길이 방향에 대한 지상축의 각도가 실질적으로 45°인 λ/4판을 제조할 수 있고, 편광자와의 접합을 롤 투 롤로 행하는 것이 가능하게 되기 때문에, 원편광판을 제조할 때의 생산성이 현저히 향상될 수 있다. 또한, λ/4판을 편광자와 접합할 때에는, 바람직하게는 완전 비누화 폴리비닐알코올 등을 주성분으로 하는 수계의 접착제가 사용된다.
여기서, 이와 같이 구성되는 원편광판을 구비하는 면 발광 장치(10)에, 외부로부터 광이 입사되면, 편광자의 편광 축방향과 일치하는 직선 편광 성분만이 편광자를 통과한다. 다른 성분은, 편광자에 흡수된다. 편광자를 통과한 직선 편광은, λ/4판을 통과함으로써 원편광으로 변환된다. 원편광은, 유기 EL 소자(3)의 전극 등에서 반사되면, 역 방향의 원편광이 된다. 역 방향의 원편광은, λ/4판을 통과함으로써 편광자의 편광 축방향과는 90° 상이한 방향의 직선 편광으로 변환된다. 이 직선 편광은, 편광자를 통과하지 못하고 흡수된다. 이와 같이 하여, 외부로부터 면 발광 장치(10)에 입사되는 광은, 모두 편광자에 흡수되어, 반사가 억제된다.
또한, 원편광판(2)의 표면에는, 시판되고 있는 편광판 보호 필름을 설치하는 것도 바람직하고, 구체적으로는, KC8UX2MW, KC4UX, KC5UX, KC4UY, KC8UY, KC12UR, KC4UEW, KC8UCR-3, KC8UCR-4, KC8UCR-5, KC4FR-1, KC4FR-2, KC8UE, KC4UE(코니카 미놀타(주)제) 등을 들 수 있다.
원편광판(2)을, 유기 EL 소자(3)를 구성하는 지지 기판(31)에 대향해서 접합하기 위해서 사용되는 도시하지 않은 접착제는, 광학적으로 투명한 것은 물론, 적당한 점탄성이나 점착 특성을 나타내는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 아크릴계 공중합체나 에폭시계 수지, 폴리우레탄, 실리콘계 중합체, 폴리에테르, 부티랄계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 합성 고무 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 아크릴계 공중합체는, 가장 점착 물성을 제어하기 쉽고, 또한 투명성이나 내후성, 내구성 등이 우수하기 때문에 바람직하게 사용할 수 있다.
이들 접착제는, 원편광판(2)과 지지 기판(31) 사이에 도설 후, 건조법, 화학 경화법, 열경화법, 열용융법, 광경화법 등에 의해 막을 형성시켜, 경화시킬 수 있다.
《유기 EL 소자의 구성》
유기 EL 소자(3)는, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 지지 기판(31)에, 양극(32), 유기 기능층(33) 및 음극(34)이 이 순서대로 적층되어 구성되어 있다. 또한, 양극(32)의 단부에는 취출 전극이 설치되어, 상기 취출 전극을 개재해서 양극(32)에 외부 전원(도시 생략)이 접속되도록 구성되어 있어도 된다.
유기 EL 소자(3)는, 발광 광이 지지 기판(31)측으로부터 취출되게 구성되어 있다.
또한, 유기 EL 소자(3)는, 광 조사에 의해 패턴화되어 있고, 소정 형상의 패턴으로 발광한다.
또한, 유기 기능층(33)은 적어도 발광층을 갖고 구성되어 있다. 유기 기능층(33)의 층 구성의 바람직한 구체예를 이하에 나타내지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
(i) 정공 주입 수송층/발광층/전자 주입 수송층
(ii) 정공 주입 수송층/발광층/정공 저지층/전자 주입 수송층
(iii) 정공 주입 수송층/전자 저지층/발광층/정공 저지층/전자 주입 수송층
(iv) 정공 주입층/정공 수송층/발광층/전자 수송층/전자 주입층
(V) 정공 주입층/정공 수송층/발광층/정공 저지층/전자 수송층/전자 주입층
(vi) 정공 주입층/정공 수송층/전자 저지층/발광층/정공 저지층/전자 수송층/전자 주입층
유기 기능층(33)을 구성하는 각 층의 형성 방법으로서는, 예를 들어, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(랭뮤어 블로젯법), 잉크젯법, 스프레이법, 인쇄법, 슬롯형 코터법 등의 공지된 박막 형성법에 의해 제막해서 형성할 수 있다.
또한, 유기 EL 소자(3)는, 양극(32)과 음극(34) 사이에 있어서, 중간 전극을 개재해서 복수의 유기 기능층(33)을 적층한 구성이어도 된다. 이 경우에는, 상기 복수의 유기 기능층(33)은, 각각의 형상의 패턴으로 발광하는 것으로 해도 된다.
이하, 본 발명에 따른 유기 EL 소자(3)를 구성하는 각 층에 대해서 설명한다.
<발광층>
발광층에는, 호스트 화합물 및 발광 도펀트가 포함되어 있는 것이 바람직하다.
발광층에 함유되는 발광 도펀트는, 발광층의 층 두께 방향에 대하여, 균일한 농도로 함유되어 있어도 되고, 또한 농도 분포를 갖고 있어도 된다.
각 발광 유닛에 포함되는 개개의 발광층의 층 두께는, 특별히 제한은 없지만, 형성하는 막의 균질성이나, 발광시에 불필요한 고전압을 인가하는 것을 방지하고, 또한 구동 전류에 대한 발광색의 안정성 향상의 관점에서, 5 내지 200㎚의 범위 내로 조정하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10 내지 100㎚의 범위 내로 조정된다.
이하, 발광층에 포함되는 인광 호스트 화합물 및 인광 도펀트에 대해서 설명한다.
(1) 인광 호스트 화합물
본 발명에 사용되는 인광 호스트 화합물로서는, 구조적으로는 특별히 제한은 없지만, 대표적으로는 카르바졸 유도체, 트릴아릴아민 유도체, 방향족 보란 유도체, 질소 함유 복소환 화합물, 티오펜 유도체, 푸란 유도체, 올리고 아릴렌 화합물 등의 기본 골격을 갖는 것이나, 카르보인 유도체나 디아자카르바졸 유도체(여기서, 디아자카르바졸 유도체란, 카르보인 유도체의 카르보린환을 구성하는 탄화수소환 중 적어도 1개의 탄소 원자가 질소 원자로 치환되어 있는 것을 나타냄.) 등을 들 수 있다.
인광 호스트 화합물은, 단독으로 사용해도 되고, 복수종 병용해서 사용해도 된다.
본 발명에 따른 발광층에 사용되는 인광 호스트 화합물로서는, 하기 일반식(a)으로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.
일반식(a)
일반식(a) 중, 「X」는, NR', O, S, CR'R" 또는 SiR'R"를 나타낸다. R' 및 R"는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다. 「Ar」은, 방향족환을 나타낸다. n은, 0 내지 8의 정수를 나타낸다.
일반식(a)에 있어서의 「X」에 있어서, R' 및 R"로 표시되는 치환기로서는, 알킬기(예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 옥틸기, 도데실기, 트리데실기, 테트라데실기, 펜타데실기 등), 시클로알킬기(예를 들어, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등), 알케닐기(예를 들어, 비닐기, 알릴기, 1-프로페닐기, 2-부테닐기, 1,3-부타디에닐기, 2-펜테닐기, 이소프로페닐기 등), 알키닐기(예를 들어, 에티닐기, 프로파르길기 등), 방향족 탄화수소기(방향족 탄소환기, 아릴기 등이라고도 하고, 예를 들어 페닐기, p-클로로페닐기, 메시틸기, 톨릴기, 크실릴기, 나프틸기, 안트릴기, 아줄레닐기, 아세나프테닐기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기, 비페닐릴기 등), 방향족 복소환기(예를 들어, 푸릴기, 티에닐기, 피리딜기, 피리다지닐기, 피리미디닐기, 피라디닐기, 트리아지닐기, 이미다졸릴기, 피라졸릴기, 티아졸릴기, 퀴나졸리닐기, 카르바졸릴기, 카르볼리닐기, 디아자카르바졸릴기(카르볼리닐기의 카르보린환을 구성하는 임의의 탄소 원자의 하나가 질소 원자로 치환된 것을 나타냄.), 프탈라지닐기 등), 복소환기(예를 들어, 피롤리딜기, 이미다졸리딜기, 모르포릴기, 옥사졸리딜기 등), 알콕시기(예를 들어, 메톡시기, 에톡시기, 프로필옥시기, 펜틸옥시기, 헥실옥시기, 옥틸옥시기, 도데실옥시기 등), 시클로알콕시기(예를 들어, 시클로펜틸옥시기, 시클로헥실옥시기 등), 아릴옥시기(예를 들어, 페녹시기, 나프틸옥시기 등), 알킬티오기(예를 들어, 메틸티오기, 에틸티오기, 프로필티오기, 펜틸티오기, 헥실티오기, 옥틸티오기, 도데실티오기 등), 시클로알킬티오기(예를 들어, 시클로펜틸티오기, 시클로헥실티오기 등), 아릴티오기(예를 들어, 페닐티오기, 나프틸티오기 등), 알콕시카르보닐기(예를 들어, 메틸옥시카르보닐기, 에틸옥시카르보닐기, 부틸옥시카르보닐기, 옥틸옥시카르보닐기, 도데실옥시카르보닐기 등), 아릴옥시카르보닐기(예를 들어, 페닐옥시카르보닐기, 나프틸옥시카르보닐기 등), 술파모일기(예를 들어, 아미노술포닐기, 메틸아미노술포닐기, 디메틸아미노술포닐기, 부틸아미노술포닐기, 헥실아미노술포닐기, 시클로헥실아미노술포닐기, 옥틸아미노술포닐기, 도데실아미노술포닐기, 페닐아미노술포닐기, 나프틸아미노술포닐기, 2-피리딜아미노술포닐기 등), 아실기(예를 들어, 아세틸기, 에틸카르보닐기, 프로필카르보닐기, 펜틸카르보닐기, 시클로헥실카르보닐기, 옥틸카르보닐기, 2-에틸헥실카르보닐기, 도데실카르보닐기, 페닐카르보닐기, 나프틸카르보닐기, 피리딜카르보닐기 등), 아실옥시기(예를 들어, 아세틸옥시기, 에틸카르보닐옥시기, 부틸카르보닐옥시기, 옥틸카르보닐옥시기, 도데실카르보닐옥시기, 페닐카르보닐옥시기 등), 아미드기(예를 들어, 메틸카르보닐아미노기, 에틸카르보닐아미노기, 디메틸카르보닐아미노기, 프로필카르보닐아미노기, 펜틸카르보닐아미노기, 시클로헥실카르보닐아미노기, 2-에틸헥실카르보닐아미노기, 옥틸카르보닐아미노기, 도데실카르보닐아미노기, 페닐카르보닐아미노기, 나프틸카르보닐아미노기 등), 카르바모일기(예를 들어, 아미노카르보닐기, 메틸아미노카르보닐기, 디메틸아미노카르보닐기, 프로필아미노카르보닐기, 펜틸아미노카르보닐기, 시클로헥실아미노카르보닐기, 옥틸아미노카르보닐기, 2-에틸헥실아미노카르보닐기, 도데실아미노카르보닐기, 페닐아미노카르보닐기, 나프틸아미노카르보닐기, 2-피리딜아미노카르보닐기 등), 우레이드기(예를 들어, 메틸우레이드기, 에틸우레이드기, 펜틸우레이드기, 시클로헥실우레이드기, 옥틸우레이드기, 도데실우레이드기, 페닐우레이드기나프틸우레이드기, 2-피리딜아미노우레이드기 등), 술피닐기(예를 들어, 메틸술피닐기, 에틸술피닐기, 부틸술피닐기, 시클로헥실술피닐기, 2-에틸헥실술피닐기, 도데실술피닐기, 페닐술피닐기, 나프틸술피닐기, 2-피리딜 술피닐기 등), 알킬술포닐기(예를 들어, 메틸술포닐기, 에틸술포닐기, 부틸술포닐기, 시클로헥실술포닐기, 2-에틸헥실술포닐기, 도데실술포닐기 등), 아릴술포닐기 또는 헤테로아릴술포닐기(예를 들어, 페닐술포닐기, 나프틸술포닐기, 2-피리딜술포닐기 등), 아미노기(예를 들어, 아미노기, 에틸아미노기, 디메틸아미노기, 부틸아미노기, 시클로펜틸아미노기, 2-에틸헥실아미노기, 도데실아미노기, 아닐리노기, 나프틸아미노기, 2-피리딜아미노기 등), 할로겐 원자(예를 들어, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 등), 불화 탄화수소기(예를 들어, 플루오로메틸기, 트리플루오로메틸기, 펜타플루오로에틸기, 펜타플루오로페닐기 등), 시아노기, 니트로기, 히드록시기, 머캅토기, 실릴기(예를 들어, 트리메틸실릴기, 트리이소프로필실릴기, 트리페닐실릴기, 페닐디에틸실릴기 등), 포스포노기 등을 들 수 있다.
이들 치환기는, 상기 치환기에 의해 다시 치환되어 있어도 된다. 또한, 이들 치환기는, 복수가 서로 결합해서 환을 형성하고 있어도 된다.
일반식(a)에 있어서, 바람직한 「X」는 NR' 또는 O이며, R'로서는 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기가 특히 바람직하다.
일반식(a)에 있어서, 「Ar」로 표시되는 방향족환으로서는, 방향족 탄화수소환 또는 방향족 복소환을 들 수 있다.
「Ar」로 표시되는 방향족환은, 단환, 축합환 중 어느 것이어도 되고, 나아가서는 비치환이어도, 상술한 R' 및 R"로 표시되는 치환기를 갖고 있어도 된다.
일반식(a)에 있어서, 「Ar」로 표시되는 방향족 탄화수소환으로서는, 예를 들어 벤젠환, 비페닐환, 나프탈렌환, 아줄렌환, 안트라센환, 페난트렌환, 피렌환, 크리센환, 나프타센환, 트리페닐렌환, o-테르페닐환, m-테르페닐환, p-테르페닐환, 아세나프텐환, 코로넨환, 플루오렌환, 플루오란트렌환, 나프타센환, 펜타센환, 페릴렌환, 펜타펜환, 피센환, 피렌환, 피란트렌환, 안트라안트렌환 등을 들 수 있다.
일반식(a)에 있어서, 「Ar」로 표시되는 방향족 복소환으로서는, 예를 들어 푸란환, 디벤조푸란환, 티오펜환, 옥사졸환, 피롤환, 피리딘환, 피리다진환, 피리미딘환, 피라진환, 트리아진환, 벤즈이미다졸환, 옥사디아졸환, 트리아졸환, 이미다졸환, 피라졸환, 티아졸환, 인돌환, 인다졸환, 벤즈이미다졸환, 벤조티아졸환, 벤조옥사졸환, 퀴녹살린환, 퀴나졸린환, 신놀린환, 퀴놀린환, 이소퀴놀린환, 프탈라진환, 나프티리딘환, 카르바졸환, 카르보린환, 디아자카르바졸환(카르보린환을 구성하는 탄화수소환의 탄소 원자의 하나가 질소 원자로 치환되어 있는 환을 나타냄.) 등을 들 수 있다.
상기한 것 중에서도, 일반식(a)에 있어서, 「Ar」로 표시되는 방향족환으로서 바람직하게 사용되는 것은, 카르바졸환, 카르보린환, 디벤조푸란환, 벤젠환이며, 더욱 바람직하게 사용되는 것은, 카르바졸환, 카르보린환, 벤젠환이다. 나아가서는, 치환기를 갖는 벤젠환이 특히 바람직하고, 카르바졸릴기를 갖는 벤젠환이 가장 바람직하다.
또한, 일반식(a)에 있어서, 「Ar」로 표시되는 방향족환으로서는, 하기에 도시하는 바와 같은, 각각 3환 이상의 축합환인 것이 바람직한 일 형태이며, 그러한 3환 이상이 축합된 방향족 탄화수소 축합환으로서는, 구체적으로는, 나프타센환, 안트라센환, 테트라센환, 펜타센환, 헥사센환, 페난트렌환, 피렌환, 벤조피렌환, 벤조아줄렌환, 크리센환, 벤조크리센환, 아세나프텐환, 아세나프틸렌환, 트리페닐렌환, 코로넨환, 벤조 코로넨환, 헥사벤조코로넨환, 플루오렌환, 벤조플루오렌환, 플루오란텐환, 페릴렌환, 나프토페릴렌환, 펜타벤조페릴렌환, 벤조페릴렌환, 펜타펜환, 피센환, 피란트렌환, 코로넨환, 나프토코로넨환, 오발렌환, 안트라안트렌환 등을 들 수 있다.
또한, 3환 이상이 축합된 방향족 복소환으로서는, 구체적으로는, 아크리딘환, 벤조퀴놀린환, 카르바졸환, 카르보린환, 페나진환, 페난트리딘환, 페난트롤린환, 카르보린환, 사이클라딘환, 퀸도린환, 테페니딘환, 퀴닌도린환, 트리페노디티아진환, 트리페노디옥사진환, 페난트라진환, 안트라진환, 페리미딘환, 디아자카르바졸환(카르보린환을 구성하는 탄화수소환의 탄소 원자의 하나가 질소 원자로 치환된 것을 나타냄.), 페난트롤린환, 디벤조푸란환, 디벤조티오펜환, 나프토푸란환, 나프토티오펜환, 벤조디푸란환, 벤조디티오펜환, 나프토디푸란환, 나프토디티오펜환, 안트라푸란환, 안트라디푸란환, 안트라티오펜환, 안트라디티오펜환, 티안트렌환, 페녹스틴환, 티오판트렌환(나프토 티오펜환) 등을 들 수 있다.
또한, 일반식(a)에 있어서, n은 0 내지 8의 정수를 나타내지만, 0 내지 2의 정수인 것이 바람직하고, 특히 「X」가 O 또는 S인 경우에는, 1 또는 2인 것이 바람직하다.
이하, 일반식(a)로 표시되는 인광 호스트 화합물의 구체예를 나타내지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 사용하는 인광 호스트 화합물은, 저분자 화합물이어도, 반복 단위를 갖는 고분자 화합물이어도 되고, 비닐기나 에폭시기와 같은 중합성기를 갖는 저분자 화합물(증착중합성 발광 호스트)이어도 된다.
인광 호스트 화합물로서는, 정공 수송능, 전자 수송능을 가지면서, 또한 발광의 장파장화를 방지하고, 고 Tg(유리 전이 온도)인 화합물이 바람직하다. 본 발명에 있어서는, 유리 전이점이 90℃ 이상인 화합물이 바람직하고, 또한 130℃ 이상인 화합물이 우수한 특성을 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다.
여기서, 유리 전이점(Tg)이란, DSC(Differential Scanning Calorimetry:시차 주사 열량법)를 사용하여, JIS K 7121에 준거한 방법에 의해 구해지는 값이다.
또한, 본 발명에 있어서는, 종래 공지된 호스트 화합물을 사용할 수도 있다.
종래 공지된 호스트 화합물의 구체예로서는, 이하의 문헌에 기재되어 있는 화합물을 적절하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제2001-257076호 공보, 일본 특허 공개 제2002-308855호 공보, 일본 특허 공개 제2001-313179호 공보, 일본 특허 공개 제2002-319491호 공보, 일본 특허 공개 제2001-357977호 공보, 일본 특허 공개 제2002-334786호 공보, 일본 특허 공개 제2002-8860호 공보, 일본 특허 공개 제2002-334787호 공보, 일본 특허 공개 제2002-15871호 공보, 일본 특허 공개 제2002-334788호 공보, 일본 특허 공개 제2002-43056호 공보, 일본 특허 공개 제2002-334789호 공보, 일본 특허 공개 제2002-75645호 공보, 일본 특허 공개 제2002-338579호 공보, 일본 특허 공개 제2002-105445호 공보, 일본 특허 공개 제2002-343568호 공보, 일본 특허 공개 제2002-141173호 공보, 일본 특허 공개 제2002-352957호 공보, 일본 특허 공개 제2002-203683호 공보, 일본 특허 공개 제2002-363227호 공보, 일본 특허 공개 제2002-231453호 공보, 일본 특허 공개 제2003-3165호 공보, 일본 특허 공개 제2002-234888호 공보, 일본 특허 공개 제2003-27048호 공보, 일본 특허 공개 제2002-255934호 공보, 일본 특허 공개 제2002-260861호 공보, 일본 특허 공개 제2002-280183호 공보, 일본 특허 공개 제2002-299060호 공보, 일본 특허 공개 제2002-302516호 공보, 일본 특허 공개 제2002-305083호 공보, 일본 특허 공개 제2002-305084호 공보, 일본 특허 공개 제2002-308837호 공보 등을 들 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자가 복수의 발광층을 갖는 경우, 인광 호스트 화합물은 발광층마다 상이해도 되지만, 동일한 화합물인 것이 생산 효율상, 공정 관리상 바람직하다.
또한, 인광 호스트 화합물은, 그 최저 여기 3중항 에너지(T1)가 2.7eV보다 큰 것이 보다 높은 발광 효율을 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다.
본 발명에서 말하는 최저 여기 3중항 에너지란, 호스트 화합물을 용매에 용해하고, 액체 질소 온도에 있어서 관측한 인광 발광 스펙트럼의 최저 진동 밴드간 천이에 대응하는 발광 밴드의 피크 에너지를 말한다.
(2) 인광 발광 도펀트
본 발명에 사용할 수 있는 인광 발광 도펀트는, 공지의 것 중에서 선택할 수 있다. 예를 들어, 원소의 주기율표에서 8족 내지 10족의 금속을 함유하는 착체계 화합물, 바람직하게는 이리듐화합물, 오스뮴화합물, 또는 백금화합물(백금 착체계 화합물), 또는 희토류 착체로부터 선택할 수 있다. 그 중에서도, 가장 바람직한 것은 이리듐화합물이다.
백색 발광을 나타내는 유기 EL 소자를 제작하는 경우, 적어도 녹, 황, 적 영역의 발광을 담당하는 발광체로서는, 인광 발광 재료가 바람직하다.
(일반식(A) 내지 (C)로 표시되는 부분 구조)
또한, 인광 발광 도펀트로서 청색 인광 발광 도펀트를 사용하는 경우, 유기 EL 소자의 발광층에 사용되는 공지의 것 중에서 적절히 선택해서 사용할 수 있지만, 하기 일반식(A) 내지 (C)로부터 선택되는 적어도 하나의 부분 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다.
일반식(A)
일반식(A) 중, 「Ra」는, 수소 원자, 지방족기, 방향족기 또는 복소환기를 나타낸다. 「Rb」 및 「Rc」는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다. 「A1」은, 방향족환 또는 방향족 복소환을 형성하는 데 필요한 잔기를 나타낸다. 「M」은, Ir 또는 Pt를 나타낸다.
일반식(B)
일반식(B) 중, 「Ra」는, 수소 원자, 지방족기, 방향족기 또는 복소환기를 나타낸다. 「Rb」, 「Rc」, 「Rb1」 및 「Rc1」은, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다. 「A1」은, 방향족환 또는 방향족 복소환을 형성하는 데 필요한 잔기를 나타낸다. 「M」은, Ir 또는 Pt를 나타낸다.
일반식(C)
일반식(C) 중, 「Ra」는, 수소 원자, 지방족기, 방향족기 또는 복소환기를 나타낸다. 「Rb」 및 「Rc」는, 각각 독립적으로, 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다. 「A1」은, 방향족환 또는 방향족 복소환을 형성하는 데 필요한 잔기를 나타낸다. 「M」은, Ir 또는 Pt를 나타낸다.
일반식(A) 내지 (C)에 있어서, 「Ra」로 표시되는 지방족기로서는, 알킬기(예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 2-에틸-헥실기, 옥틸기, 운데실기, 도데실기, 테트라데실기), 시클로알킬기(예를 들어, 시클로펜틸기, 시클로헥실기)를 들 수 있고, 방향족기로서는, 예를 들어 페닐기, 톨릴기, 아줄레닐기, 엔트라닐기, 페난트릴기, 피레닐기, 크리세닐기, 나프타세닐기, o-터페닐기, m-터페닐기, p-터페닐기, 아세나프테닐기, 코로네닐기, 플루오레닐기, 페릴레닐기 등을 들 수 있고, 복소환기로서는, 예를 들어 피롤릴기, 인돌릴기, 푸릴기, 티에닐기, 이미다졸릴기, 피라졸릴기, 인돌리지닐기, 퀴놀리닐기, 카르바졸릴기, 인돌리닐기, 티아졸릴기, 피리딜기, 피리다지닐기, 티아디아지닐기, 옥사디아졸릴기, 벤조퀴놀리닐기, 티아디아졸릴기, 피롤로티아졸릴기, 피롤로피리다지닐기, 테트라졸릴기, 옥사졸릴기, 크로마닐기 등을 들 수 있다.
이들 기는, 일반식(a)에 있어서의 R' 및 R"로 표시되는 치환기를 갖고 있어도 된다.
일반식(A) 내지 (C)에 있어서, 「Rb」, 「Rc」, 「Rb1」 및 「Rc1」로 표시되는 치환기로서는, 알킬기(예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 옥틸기, 도데실기, 트리데실기, 테트라데실기, 펜타데실기 등), 시클로알킬기(예를 들어, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등), 알케닐기(예를 들어, 비닐기, 알릴기 등), 알키닐기(예를 들어, 에티닐기, 프로파르길기 등), 아릴기(예를 들어, 페닐기, 나프틸기 등), 방향족 복소환기(예를 들어, 푸릴기, 티에닐기, 피리딜기, 피리다지닐기, 피리미디닐기, 피라디닐기, 트리아지닐기, 이미다졸릴기, 피라졸릴기, 티아졸릴기, 퀴나졸리닐기, 프탈라지닐기 등), 복소환기(예를 들어, 피롤리딜기, 이미다졸리딜기, 모르포릴기, 옥사졸리딜기 등), 알콕실기(예를 들어, 메톡시기, 에톡시기, 프로필옥시기, 펜틸옥시기, 헥실옥시기, 옥틸옥시기, 도데실옥시기 등), 시클로알콕실기(예를 들어, 시클로펜틸옥시기, 시클로헥실옥시기 등), 아릴옥시기(예를 들어, 페녹시기, 나프틸옥시기 등), 알킬티오기(예를 들어, 메틸티오기, 에틸티오기, 프로필티오기, 펜틸티오기, 헥실티오기, 옥틸티오기, 도데실티오기 등), 시클로알킬티오기(예를 들어, 시클로펜틸티오기, 시클로헥실티오기 등), 아릴티오기(예를 들어, 페닐티오기, 나프틸티오기 등), 알콕시카르보닐기(예를 들어, 메틸옥시카르보닐기, 에틸옥시카르보닐기, 부틸옥시카르보닐기, 옥틸옥시카르보닐기, 도데실옥시카르보닐기 등), 아릴옥시카르보닐기(예를 들어, 페닐옥시카르보닐기, 나프틸옥시카르보닐기 등), 술파모일기(예를 들어, 아미노술포닐기, 메틸아미노술포닐기, 디메틸아미노술포닐기, 부틸아미노술포닐기, 헥실아미노술포닐기, 시클로헥실아미노술포닐기, 옥틸아미노술포닐기, 도데실아미노술포닐기, 페닐아미노술포닐기, 나프틸아미노술포닐기, 2-피리딜아미노술포닐기 등), 아실기(예를 들어, 아세틸기, 에틸카르보닐기, 프로필카르보닐기, 펜틸카르보닐기, 시클로헥실카르보닐기, 옥틸카르보닐기, 2-에틸헥실카르보닐기, 도데실카르보닐기, 페닐카르보닐기, 나프틸카르보닐기, 피리딜카르보닐기 등), 아실옥시기(예를 들어, 아세틸옥시기, 에틸카르보닐옥시기, 부틸카르보닐옥시기, 옥틸카르보닐옥시기, 도데실카르보닐옥시기, 페닐카르보닐옥시기 등), 아미드기(예를 들어, 메틸카르보닐아미노기, 에틸카르보닐아미노기, 디메틸카르보닐아미노기, 프로필카르보닐아미노기, 펜틸카르보닐아미노기, 시클로헥실카르보닐아미노기, 2-에틸헥실카르보닐아미노기, 옥틸카르보닐아미노기, 도데실카르보닐아미노기, 페닐카르보닐아미노기, 나프틸카르보닐아미노기 등), 카르바모일기(예를 들어, 아미노카르보닐기, 메틸아미노카르보닐기, 디메틸아미노카르보닐기, 프로필아미노카르보닐기, 펜틸아미노카르보닐기, 시클로헥실아미노카르보닐기, 옥틸아미노카르보닐기, 2-에틸헥실아미노카르보닐기, 도데실아미노카르보닐기, 페닐아미노카르보닐기, 나프틸아미노카르보닐기, 2-피리딜아미노카르보닐기 등), 우레이드기(예를 들어, 메틸우레이드기, 에틸우레이드기, 펜틸우레이드기, 시클로헥실우레이드기, 옥틸우레이드기, 도데실우레이드기, 페닐우레이드기나프틸우레이드기, 2-피리딜아미노우레이드기 등), 술피닐기(예를 들어, 메틸술피닐기, 에틸술피닐기, 부틸술피닐기, 시클로헥실술피닐기, 2-에틸헥실술피닐기, 도데실술피닐기, 페닐술피닐기, 나프틸술피닐기, 2-피리딜 술피닐기 등), 알킬술포닐기(예를 들어, 메틸술포닐기, 에틸술포닐기, 부틸술포닐기, 시클로헥실술포닐기, 2-에틸헥실술포닐기, 도데실술포닐기 등), 아릴술포닐기(예를 들어, 페닐술포닐기, 나프틸술포닐기, 2-피리딜술포닐기 등), 아미노기(예를 들어, 아미노기, 에틸아미노기, 디메틸아미노기, 부틸아미노기, 시클로펜틸아미노기, 2-에틸헥실아미노기, 도데실아미노기, 아닐리노기, 나프틸아미노기, 2-피리딜아미노기 등), 할로겐 원자(예를 들어, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 등), 불화 탄화수소기(예를 들어, 플루오로메틸기, 트리플루오로메틸기, 펜타플루오로에틸기, 펜타플루오로페닐기 등), 시아노기, 니트로기, 히드록시기, 머캅토기, 실릴기(예를 들어, 트리메틸실릴기, 트리이소프로필실릴기, 트리페닐실릴기, 페닐디에틸실릴기 등) 등을 들 수 있다.
이들 치환기는, 상기 치환기에 의해 다시 치환되어 있어도 된다.
일반식(A) 내지 (C)에 있어서, 「A1」로 표시되는 방향족환으로서는, 벤젠환, 비페닐환, 나프탈렌환, 아줄렌환, 안트라센환, 페난트렌환, 피렌환, 크리센환, 나프타센환, 트리페닐렌환, o-테르페닐환, m-테르페닐환, p-테르페닐환, 아세나프텐환, 코로넨환, 플루오렌환, 플루오란트렌환, 나프타센환, 펜타센환, 페릴렌환, 펜타펜환, 피센환, 피렌환, 피란트렌환, 안트라안트렌환 등을 들 수 있고, 방향족 복소환으로서는, 푸란환, 티오펜환, 피리딘환, 피리다진환, 피리미딘환, 피라진환, 트리아진환, 벤즈이미다졸환, 옥사디아졸환, 트리아졸환, 이미다졸환, 피라졸환, 티아졸환, 인돌환, 벤즈이미다졸환, 벤조티아졸환, 벤조옥사졸환, 퀴녹살린환, 퀴나졸린환, 프탈라진환, 카르바졸환, 카르보린환, 디아자카르바졸환(카르보린환을 구성하는 탄화수소환의 탄소 원자의 하나가 질소 원자로 치환되어 있는 환을 나타냄.) 등을 들 수 있다.
일반식(A) 내지 (C)에 있어서, 「M」은, Ir 또는 Pt를 나타내지만, 그 중에서 Ir이 바람직하다.
일반식(A) 내지 (C)의 구조는 부분 구조이며, 그것 자신이 완성 구조의 발광 도펀트가 되기 위해서는, 중심 금속의 가수에 대응한 배위자가 필요하다. 그러한 배위자로서는, 구체적으로는, 할로겐(예를 들어, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 또는 요오드 원자 등), 아릴기(예를 들어, 페닐기, p-클로로페닐기, 메시틸기, 톨릴기, 크실릴기, 비페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기 등), 알킬기(예를 들어, 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, 히드록시에틸기, 메톡시메틸기, 트리플루오로메틸기, t-부틸기 등), 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬티오기, 아릴티오기, 방향족 복소환기(예를 들어, 푸릴기, 티에닐기, 피리딜기, 피리다지닐기, 피리미디닐기, 피라디닐기, 트리아지닐기, 이미다졸릴기, 피라졸릴기, 티아졸릴기, 퀴나졸리닐기, 카르바졸릴기, 카르볼리닐기, 프탈라지닐기 등), 일반식(A) 내지 (C)의 금속을 제외한 부분 구조 등을 들 수 있다.
발광 도펀트로서는, 일반식(A) 내지 (C)의 부분 구조 3개로 완성 구조로 되는 트리스체가 바람직하다.
이하, 상기 일반식(A) 내지 (C)의 부분 구조를 갖는 청색 인광 발광 도펀트를 예시하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
(3) 형광 발광 도펀트
형광 발광 도펀트(형광성 도펀트, 형광 발광체 등이라고도 함.)로서는, 쿠마린계 색소, 피란계 색소, 시아닌계 색소, 크로코늄계 색소, 스쿠아릴륨계 색소, 옥소벤즈안트라센계 색소, 플루오레세인계 색소, 로다민계 색소, 피릴륨계 색소, 페릴렌계 색소, 스틸벤계 색소, 폴리티오펜계 색소, 희토류 착체계 형광체 등을 들 수 있다.
<주입층: 정공 주입층, 전자 주입층>
주입층은, 필요에 따라서 설치할 수 있고, 양극과, 발광층 또는 정공 수송층 사이, 또는 음극과, 발광층 또는 전자 수송층 사이에 존재시켜도 된다.
주입층이란, 구동 전압 저하나 발광 휘도 향상을 위해 전극과 유기 층간에 형성되는 층으로, 예를 들어 「유기 EL 소자와 그 공업화 최전선(1998년 11월 30일 NTS사 발행)」의 제2편 제2장 「전극 재료」(123 내지 166페이지)에 그 상세가 기재되어 있고, 정공 주입층(양극 버퍼층)과 전자 주입층(음극 버퍼층)이 있다.
정공 주입층(양극 버퍼층)으로서는, 일본 특허 공개 평9-45479호 공보, 일본 특허 공개 제9-260062호 공보, 일본 특허 공개 제8-288069호 공보 등에도 그 상세가 기재되어 있고, 구체예로서, 구리 프탈로시아닌으로 대표되는 프탈로시아닌 버퍼층, 산화바나듐으로 대표되는 산화물 버퍼층, 아몰퍼스카본버퍼층, 폴리아닐린(에메랄딘)이나 폴리티오펜 등의 도전성 고분자를 사용한 고분자 버퍼층 등을 들 수 있다. 또한, 일본 특허 공표 제2003-519432호 공보에 기재되어 있는 재료를 사용하는 것도 바람직하다.
정공 주입층은, 복수의 재료를 혼합해서 사용해도 되지만, 본 발명에 있어서는, 단일의 유기 화합물을 제막함으로써 형성되는 것이 바람직하다. 이유로서, 복수의 재료를 혼합해서 사용하는 경우, 혼합비의 생산 시에 있어서의 변동, 예를 들어 제막 기판면 내에 있어서의 농도 변동 등에 의한 성능 변동의 리스크가 높아지는 것을 들 수 있다.
정공 주입층의 층 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 통상은 0.1 내지 100㎚ 정도의 범위 내, 바람직하게는 1 내지 30㎚의 범위 내이다.
전자 주입층에 적합한 재료로서는, 전자 수송층과 음극간에 형성하는 전자 주입층에 있어서는, 일함수(3eV) 이하의 알칼리 금속, 알칼리 토금속 및 이들 화합물을 들 수 있다. 알칼리 금속 화합물로서는, 구체적으로는, 불화 칼륨, 불화 리튬, 불화 나트륨, 불화 세슘, 산화 리튬, 리튬 퀴놀린 착체, 탄산세슘 등을 들 수 있고, 불화 리튬, 불화 세슘이 바람직하다.
전자 주입층의 층 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 통상은 0.1 내지 10㎚ 정도의 범위 내, 바람직하게는 0.1 내지 2㎚의 범위 내이다.
<저지층: 정공 저지층, 전자 저지층>
저지층은, 필요에 따라서 형성되는 것이다. 예를 들어, 일본 특허 공개 평11-204258호 공보, 일본 특허 공개 제11-204359호 공보 및 「유기 EL 소자와 그 공업화 최전선(1998년 11월 30일 NTS사 발행)」의 237페이지 등에 기재되어 있는 정공 저지(홀 블록)층이 있다.
정공 저지층이란, 넓은 의미에서는 전자 수송층의 기능을 갖고, 전자를 수송하는 기능을 가지면서 정공을 수송하는 능력이 현저하게 작은 정공 저지 재료로 이루어지고, 전자를 수송하면서 정공을 저지함으로써 전자와 정공의 재결합 확률을 향상시킬 수 있다. 또한, 후술하는 전자 수송층의 구성을 필요에 따라, 정공 저지층으로서 사용할 수 있다.
정공 저지층은, 발광층에 인접해서 설치되어 있는 것이 바람직하다.
한편, 전자 저지층이란, 넓은 의미에서는 정공 수송층의 기능을 갖고, 정공을 수송하는 기능을 가지면서 전자를 수송하는 능력이 현저하게 작은 재료로 이루어지고, 정공을 수송하면서 전자를 저지함으로써 전자와 정공의 재결합 확률을 향상시킬 수 있다. 또한, 후술하는 정공 수송층의 구성을 필요에 따라서 전자 저지층으로서 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 정공 저지층 및 전자 저지층의 층 두께로서는, 바람직하게는 3 내지 100㎚의 범위 내이며, 더욱 바람직하게는 5 내지 30㎚의 범위 내이다.
<정공 수송층>
정공 수송층이란, 정공을 수송하는 기능을 갖는 정공 수송 재료로 이루어지고, 넓은 의미에서 정공 주입층, 전자 저지층도 정공 수송층에 포함된다.
정공 수송층은, 단층 또는 복수층을 형성할 수 있다.
정공 수송 재료로서는, 정공의 주입 또는 수송, 또는 전자의 장벽성 중 어느 하나를 갖는 것이며, 유기물, 무기물 중 어느 것이어도 된다. 예를 들어, 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아릴알칸 유도체, 피라졸린 유도체 및 피라졸론 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 옥사졸 유도체, 스티릴 안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 히드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 실라잔 유도체, 아닐린계 공중합체나, 도전성 고분자 올리고머, 특히 티오펜 올리고머 등을 들 수 있다.
정공 수송 재료로서는, 상기의 것을 사용할 수 있지만, 나아가서는, 포르피린 화합물, 방향족 제3급 아민 화합물 및 스티릴 아민 화합물, 특히 방향족 제3급 아민 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
방향족 제3급 아민 화합물 및 스티릴 아민 화합물의 대표예로서는, N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노페닐, N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐-〔1,1'-비페닐〕-4,4'-디아민(TPD, 2,2-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)프로판, 1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)시클로헥산, N,N,N',N'-테트라-p-톨릴-4,4'-디아미노비페닐, 1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐-4-페닐시클로헥산, 비스(4-디메틸아미노-2-메틸페닐)페닐메탄, 비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)페닐메탄, N,N'-디페닐-N,N'-디(4-메톡시페닐-4,4'-디아미노비페닐, N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-비스(디페닐아미노)쿼드리페닐, N,N,N-트리(p-톨릴)아민, 4-(디-p-톨릴아미노-4'-〔4-(디-p-톨릴아미노)스티릴〕 스틸벤, 4-N,N-디페닐아미노-(2-디페닐 비닐)벤젠, 3-메톡시-4'-N,N-디페닐아미노스틸벤젠, N-페닐카르바졸, 나아가서는, 미국 특허 제5061569호 명세서에 기재되어 있는 2개의 축합 방향족환을 분자 내에 갖는 것, 예를 들어 4,4'-비스 〔N-(1-나프틸-N-페닐아미노〕비페닐(NPD), 일본 특허 공개 평4-308688호 공보에 기재되어 있는 트리페닐아민 유닛이 3개 스타버스트형으로 연결된 4,4',4"-트리스〔N-(3-메틸페닐-N-페닐아미노〕트리페닐아민(MTDATA) 등을 들 수 있다.
또한, 이들 재료를 고분자쇄에 도입한, 또는 이들 재료를 고분자의 주쇄로 한 고분자 재료를 사용할 수도 있다. 또한, p형-Si, p형-SiC 등의 무기 화합물도 정공 주입 재료, 정공 수송 재료로서 사용할 수 있다.
또한, 일본 특허 공개 평4-297076호 공보, 일본 특허 공개 제2000-196140호 공보, 일본 특허 공개 제2001-102175호 공보, J.Appl.Phys., 95, 5773(2004), 일본 특허 공개 평11-251067호 공보, J.Huang et.al.저 문헌(Applied Physics Letters 80(2002), p.139), 일본 특허 공표 제2003-519432호 공보에 기재되어 있는 바와 같은, 소위 p형 반도체적 성질을 갖는다고 여겨지는 정공 수송 재료를 사용할 수도 있다. 본 발명에 있어서는, 보다 고효율의 발광 소자가 얻어지는 점에서, 이들 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
정공 수송층은, 상기 재료에 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 1층 구조이어도 된다.
정공 수송층의 층 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 통상은 5㎚ 내지 5㎛ 정도의 범위 내, 바람직하게는 5 내지 200㎚의 범위 내이다.
<전자 수송층>
전자 수송층이란, 전자를 수송하는 기능을 갖는 재료로 이루어진다.
전자 수송층은, 단층 또는 복수층을 형성할 수 있다.
전자 수송층에 사용되는 전자 수송 재료로서는, 음극을 개재해서 주입된 전자를 발광층에 전달하는 기능을 갖고 있으면 되고, 종래 공지된 화합물 중에서 임의의 것을 선택해서 사용할 수 있다. 예를 들어, 니트로 치환 플루오렌 유도체, 디페닐 퀴논 유도체, 티오피란디옥사이드 유도체, 비피리딜 유도체, 플레오레닐리덴메탄 유도체, 카르보디이미드, 안트라퀴노디메탄 및 안트론 유도체, 옥사디아졸 유도체 등을 들 수 있다. 또한, 상기 옥사디아졸 유도체에 있어서, 옥사디아졸환의 산소 원자를 황 원자로 치환한 티아디아졸 유도체, 전자 흡인기로서 알려져 있는 퀴녹살린환을 갖는 퀴녹살린 유도체도, 전자 수송 재료로서 사용할 수 있다. 또한, 이들 재료를 고분자쇄에 도입한, 또는 이들 재료를 고분자의 주쇄로 한 고분자 재료를 사용할 수도 있다.
또한, 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착체, 예를 들어 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(Alq), 트리스(5,7-디클로로-8-퀴놀리놀)알루미늄, 트리스(5,7-디브로모-8-퀴놀리놀)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-퀴놀리놀)알루미늄, 트리스(5-메틸-8-퀴놀리놀)알루미늄, 비스(8-퀴놀리놀) 아연(Znq) 등 및 이들 금속 착체의 중심 금속이 In, Mg, Cu, Ca, Sn, Ga 또는 Pb로 치환된 금속 착체도, 전자 수송 재료로서 사용할 수 있다. 그 밖에, 메탈프리 또는 메탈프탈로시아닌, 또는 그들의 말단이 알킬기나 술포기 등으로 치환되어 있는 것도, 전자 수송 재료로서 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 발광층의 재료로서도 사용되는 디스티릴피라진 유도체도, 전자 수송 재료로서 사용할 수 있고, 정공 주입층, 정공 수송층과 마찬가지로, n형-Si, n형-SiC 등의 무기 반도체도 전자 수송 재료로서 사용할 수 있다.
전자 수송층에는, 복수의 재료를 혼합하여 사용해도 된다. 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알칼리 금속 화합물 또는 알칼리 토금속 화합물의 도핑을 행할 수도 있지만, 본 발명에 따른 전자 수송층은, 단일의 유기 화합물을 제막함으로써 형성되는 것이 바람직하다. 이유로서, 복수의 재료를 혼합해서 사용하는 경우, 혼합비의 생산 시에 있어서의 변동, 예를 들어 제막 기판면 내에 있어서의 농도 변동 등에 의한 성능 변동의 리스크가 높아지는 것을 들 수 있다.
전자 수송층에 포함되는 유기 화합물의 유리 전이 온도는, 110℃ 이상인 것이 보다 우수한 고온 보존성, 고온프로세스 안정성이 얻어지는 점에서 바람직하다.
전자 수송층의 층 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 통상은 5㎚ 내지 5㎛ 정도의 범위 내, 바람직하게는 5 내지 200㎚의 범위 내이다.
<지지 기판>
본 발명에 따른 유기 EL 소자(3)에 적용하는 지지 기판(기체, 기판, 기재, 지지체라고도 함.)(31)으로서는, 유리, 플라스틱 등의 종류에는 특별히 한정은 없고, 어떠한 재료로 구성되어 있어도 된다. 본 발명에서는, 유기 EL 소자(3)는, 지지 기판(31)측으로부터 광을 취출하는 구성이기 때문에, 지지 기판(31)은 투명 재료로 이루어진다. 바람직하게 사용되는 투명한 지지 기판으로서는, 유리, 석영, 투명 수지 필름을 들 수 있다. 특히 바람직한 지지 기판은, 유기 EL 소자에 가요성을 부여하는 것이 가능한 수지 필름이다.
수지 필름으로서는, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀로판, 셀룰로오스디아세테이트, 셀룰로오스트리아세테이트(TAC), 셀룰로오스아세테이트부티레이트, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트(CAP), 셀룰로오스아세테이트프탈레이트, 셀룰로오스나이트레이트 등의 셀룰로오스에스테르류 또는 그들의 유도체, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌비닐알코올, 신디오택틱폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 노르보르넨 수지, 폴리메틸펜텐, 폴리에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르술폰(PES), 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰류, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤이미드, 폴리아미드, 불소 수지, 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트, 아크릴 또는 폴리아릴레이트류, 아톤(상품명, JSR사제) 또는 아펠(상품명, 미쯔이 가가꾸사제)과 같은 시클로올레핀계 수지 등을 들 수 있다.
수지 필름의 표면에는, 무기물, 유기물의 피막 또는 그 양자의 하이브리드 피막이 형성되어 있어도 되고, JIS K 7129-1992에 준거한 방법으로 측정된 수증기 투과도가 0.01g/(㎡·24h) 이하인 가스 배리어성 필름인 것이 바람직하고, 나아가서는 JIS K 7126-1992에 준거한 방법으로 측정된 산소 투과도가 1×10-3ml/(㎡·24h·atm) 이하, 및 수증기 투과도가 1×10-3g/(㎡·24h) 이하인 고가스 배리어성 필름인 것이 바람직하고, 나아가서는 산소 투과도가 1×10-5ml/(㎡·24h·atm) 이하 및 수증기 투과도가 1×10-5g/(㎡·24h)인 것이 특히 바람직하다.
가스 배리어막을 형성하는 재료로서는, 수분이나 산소 등 소자의 열화를 초래하는 것의 침입을 억제하는 기능을 갖는 재료이면 되고, 예를 들어 산화규소, 이산화규소, 질화규소 등을 사용할 수 있다. 또한, 가스 배리어막의 취약성을 개량하기 위해서, 이들 무기층과 유기 재료로 이루어지는 층의 적층 구조를 갖게 하는 것이 보다 바람직하다. 무기층과 유기 재료로 이루어지는 층의 적층순에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 양자를 교대로 복수회 적층시키는 것이 바람직하다.
가스 배리어막의 형성 방법에 대해서는, 특별히 한정은 없고, 예를 들어 진공 증착법, 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 분자선 애피택시법, 클러스터 이온빔법, 이온 플레이팅법, 플라즈마 중합법, 대기압 플라즈마 중합법, 플라즈마 CVD법, 레이저 CVD법, 열 CVD법, 코팅법 등을 사용할 수 있지만, 일본 특허 공개 제2004-68143호 공보에 기재되어 있는 바와 같은 대기압 플라즈마 중합법에 의한 것도 적절하게 사용할 수 있다.
<밀봉>
본 발명에 따른 유기 EL 소자(3)의 밀봉에 사용되는 밀봉 수단으로서는, 예를 들어 밀봉 부재와, 지지 기판(31) 등을 접착제로 접착하는 방법을 들 수 있다.
밀봉 부재로서는, 유기 EL 소자의 표시 영역을 덮도록 배치되어 있으면 되고, 오목 판상이어도, 평판 형상이어도 된다.
또한, 투명성, 전기 절연성은 특별히 한정되지 않는다.
구체적으로는, 유리판, 중합체판·필름, 금속판·필름 등을 들 수 있다. 유리판으로서는, 특히 소다석회 유리, 바륨·스트론튬 함유 유리, 납 유리, 알루미노규산 유리, 붕규산 유리, 바륨 붕규산 유리, 석영 등을 들 수 있다. 또한, 중합체판으로서는, 폴리카르보네이트, 아크릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르술피드, 폴리술폰 등을 들 수 있다. 금속판으로서는, 스테인리스, 철, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 니켈, 아연, 크롬, 티타늄, 몰리브덴, 실리콘, 게르마늄 및 탄탈륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 또는 합금으로 이루어지는 것을 들 수 있다.
본 발명에 있어서는, 유기 EL 소자를 박막화할 수 있다는 점에서 중합체 필름 또는 금속 필름을 바람직하게 사용할 수 있다. 나아가서는, 중합체 필름은, 산소 투과도가 1×10-3ml/(㎡·24h·atm) 이하 및 수증기 투과도가 1×10-3g/(㎡·24h) 이하인 것인 것이 바람직하다. 또한, 산소 투과도가 1×10-5ml/(㎡·24h·atm) 이하 및 수증기 투과도가 1×10-5g/(㎡·24h)인 것이 보다 바람직하다.
밀봉 부재를 오목 형상으로 가공하는 것은, 샌드블라스트 가공, 화학 에칭 가공 등이 사용된다.
접착제로서는, 구체적으로는, 아크릴산계 올리고머, 메타크릴산계 올리고머의 반응성 비닐기를 갖는 광경화 및 열경화형 접착제, 2-시아노아크릴산에스테르 등의 습기 경화형 등의 접착제를 들 수 있다. 또한, 에폭시계 등의 열 및 화학 경화형(2액 혼합)을 들 수 있다. 또한, 핫 멜트형 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리올레핀을 들 수 있다. 또한, 양이온 경화 타입의 자외선 경화형 에폭시 수지 접착제를 들 수 있다.
또한, 유기 EL 소자가 열처리에 의해 열화되는 경우가 있으므로, 실온(25℃)부터 80℃까지 접착 경화할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 접착제 중에 건조제를 분산시켜 두어도 된다. 밀봉 부분에의 접착제의 도포는, 시판되고 있는 디스펜서를 사용해도 되고, 스크린 인쇄와 같이 인쇄해도 된다.
밀봉 부재와 유기 EL 소자의 표시 영역의 간극에는, 기상 및 액상에서는, 질소, 아르곤 등의 불활성 기체나, 불화탄화수소, 실리콘 오일과 같은 불활성 액체를 주입하는 것이 바람직하다. 또한, 진공으로 하는 것도 가능하다. 또한, 내부에 흡습성 화합물을 봉입할 수도 있다.
흡습성 화합물로서는, 예를 들어 금속 산화물(예를 들어, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화칼슘, 산화바륨, 산화마그네슘, 산화 알루미늄 등), 황산염(예를 들어, 황산나트륨, 황산칼슘, 황산마그네슘, 황산 코발트 등), 금속 할로겐화물(예를 들어, 염화칼슘, 염화마그네슘, 불화 세슘, 불화 탄탈륨, 브롬화 세륨, 브롬화마그네슘, 요오드화 바륨, 요오드화 마그네슘 등), 과염소산류(예를 들어, 과염소산 바륨, 과염소산 마그네슘 등) 등을 들 수 있고, 황산염, 금속 할로겐화물 및 과염소산류에 있어서는 무수염이 적절하게 사용된다.
<보호막, 보호판>
유기 EL 소자의 기계적 강도를 높이기 위해서, 상기 밀봉용 필름의 외측에 보호막 또는 보호판을 형성해도 된다. 특히, 밀봉이 밀봉막에 의해 행해지고 있는 경우에는, 그 기계적 강도가 반드시 높지는 않기 때문에, 이러한 보호막, 보호판을 형성하는 것이 바람직하다. 이것에 사용할 수 있는 재료로서는, 상기 밀봉에 사용한 것과 마찬가지의 유리판, 중합체판·필름, 금속판·필름 등을 사용할 수 있지만, 경량 또한 박막화라는 점에서, 중합체 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
<양극>
양극(32)으로서는, 일함수가 큰(4eV 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 전극 물질로 하는 것이 바람직하게 사용된다. 이러한 전극 물질의 구체예로서는, Au, Ag, Al 등의 금속, CuI, 인듐 틴 옥사이드(ITO), SnO2, ZnO 등의 도전성 투명 재료를 들 수 있다. 또한, IDIXO(In2O3-ZnO) 등 비정질로 투명 도전막을 제작가능한 재료를 사용해도 된다.
양극(32)은, 이들 전극 물질을 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해, 박막을 형성시키고, 포토리소그래피법으로 원하는 형상의 패턴을 형성해도 되고, 또는 패턴 정밀도를 그다지 필요로 하지 않는 경우에는(100㎛ 이상 정도), 상기 전극 물질의 증착이나 스퍼터링 시에 원하는 형상의 마스크를 개재해서 패턴을 형성해도 된다. 또는, 유기 도전성 화합물과 같이 도포 가능한 물질을 사용하는 경우에는, 인쇄 방식, 코팅 방식 등 습식 제막법을 사용할 수도 있다.
본 발명에서는, 양극(32)측으로부터 발광을 취출하기 위해서, 투과율을 10%보다 크게 하는 것이 바람직하다.
또한, 양극(32)으로서의 시트 저항값은, 수백Ω/□ 이하가 바람직하다.
막 두께는 재료에 따라 다르기는 하지만, 통상 5 내지 1000㎚의 범위 내, 바람직하게는 5 내지 200㎚의 범위 내에서 선택된다.
<음극>
한편, 음극(34)으로서는, 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 전극 물질로 하는 것이 사용된다. 이러한 전극 물질의 구체예로서는, 나트륨, 나트륨-칼륨합금, 마그네슘, 리튬, 마그네슘/구리 혼합물, 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화 알루미늄(Al2O3) 혼합물, 인듐, 리튬/알루미늄 혼합물, 희토류 금속, 은, 알루미늄 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 전자 주입성 및 산화 등에 대한 내구성의 관점에서, 전자 주입성 금속과 이것보다 일함수의 값이 크게 안정된 금속인 제2 금속과의 혼합물, 예를 들어 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화 알루미늄(Al2O3) 혼합물, 리튬/알루미늄 혼합물이나, 알루미늄, 은 등이 적합하다.
음극(34)은, 이들 전극 물질을 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시킴으로써, 제작할 수 있다.
또한, 음극(34)으로서의 시트 저항값은, 수백Ω/□ 이하가 바람직하고, 막 두께는 통상 5㎚ 내지 5㎛의 범위 내, 바람직하게는 5 내지 200㎚의 범위 내에서 선택된다.
또한, 본 발명에 따른 유기 EL 소자(3)는, 발광 광을 지지 기판(31)측으로부터 투과시키기 위해서, 도시하는 예에서는, 양극(32)이 투광성을 갖고, 음극(34)이 투광성을 갖지 않는 것이지만, 음극(34)이 지지 기판(31)측에 배치되는 경우에는, 상기 음극(34)이 투광성을 갖고, 양극(32)이 투광성을 갖지 않는 것으로서 구성된다.
《유기 EL 소자의 패턴화 방법》
본 발명에 따른 유기 EL 소자(3)는, 유기 기능층(33)의 소정 영역에 광이 조사되어, 상기 소정 영역의 기능이 변화되고, 상기 소정 영역의 휘도가 변화되고 있다.
유기 EL 소자(3)의 패턴화 방법으로서는, 유기 EL 소자(3)를 제작하는 적층 공정, 제작한 유기 EL 소자(3)에 광을 조사하는 광 조사 공정으로 나뉜다.
(1) 적층 공정
먼저, 유기 EL 소자(3)를 제작한다. 즉, 지지 기판(31) 상에 양극(32), 유기 기능층(33) 및 음극(34)을 적층해서 형성하는 적층 공정을 행한다.
먼저, 지지 기판(31)을 준비하고, 이 지지 기판(31) 상에 원하는 전극 물질, 예를 들어 양극용 물질로 이루어지는 박막을 1㎛ 이하, 바람직하게는 10 내지 200㎚의 범위 내의 막 두께가 되도록, 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 형성시켜, 양극(32)을 제작한다. 동시에, 양극(32) 단부에, 외부 전원과 접속되는 취출 전극(도시 생략)을 증착법 등의 적절한 방법에 의해 형성하는 것으로 해도 된다.
이어서, 이 위에 유기 기능층(33)을 구성하는 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 등을 순서대로 적층해서 형성한다.
이들 각 층의 형성은, 스핀 코팅법, 캐스트법, 잉크젯법, 증착법, 인쇄법 등이 있지만, 균질한 층이 얻어지기 쉽고, 또한 핀 홀이 생성되기 어렵다는 등의 점에서, 진공 증착법 또는 스핀 코팅법이 특히 바람직하다. 또한, 층마다 상이한 형성법을 적용해도 된다. 이들 각 층의 형성에 증착법을 채용하는 경우, 그 증착 조건은 사용하는 화합물의 종류 등에 따라 상이하지만, 일반적으로 보트 가열 온도 50 내지 450℃, 진공도 1×10-6 내지 1×10-2㎩, 증착 속도 0.01 내지 50㎚/초, 기판 온도 -50 내지 300℃, 층 두께 0.1 내지 5㎛의 범위 내에서, 각 조건을 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 해서 유기 기능층(33)을 형성한 후, 이 상부에 음극(34)을 증착법이나 스퍼터링 등의 적절한 형성법에 의해 형성한다. 이때, 음극(34)은, 유기 기능층(33)에 의해 양극(32)에 대하여 절연 상태를 유지하면서, 유기 기능층(33)의 상방으로부터 지지 기판(31)의 주연으로 단자 부분을 인출한 형상으로 패턴 형성한다.
음극(34)의 형성 후, 이들 지지 기판(31), 양극(32), 유기 기능층(33) 및 음극(34)을 밀봉재로 밀봉한다. 즉, 양극(32) 및 음극(34)의 단자 부분을 노출시킨 상태에서, 지지 기판(31) 상에 적어도 유기 기능층(33)을 덮는 밀봉재를 설치한다.
(2) 광 조사 공정
상기와 같이 제작한 유기 EL 소자(3)에 대하여 소정 영역에 광을 조사하는 광 조사 공정을 행함으로써, 유기 기능층(33) 중 상기 소정 영역의 발광 기능을 변화시키고, 소정 형상의 패턴으로 발광하는 유기 EL 소자(3)를 제작할 수 있다.
여기서, 광 조사에 의해 발광 기능을 변화시킨다는 것은, 유기 기능층에 광을 조사함으로써, 유기 기능층을 구성하는 정공 수송 재료 등의 기능을 변화시키고, 상기 유기 기능층의 발광 휘도를 변화시키는 것을 말한다.
광 조사 공정에 있어서, 그 광 조사 방법은, 유기 기능층(33)의 소정 패턴 영역에 소정의 광을 조사함으로써, 상기 조사 부분의 발광 휘도를 변화시킬 수 있으면, 어떠한 방법이어도 되고, 특정한 방법에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 마스크에 의한 패턴화나, 레이저광에 의한 점묘화 및 선묘화 등을 들 수 있다.
광 조사 공정에 있어서 조사되는 광은, 제작된 유기 EL 소자(3)의 유기 기능층(33)의 발광 휘도를 변화시킬 수 있으면 어떠한 광이어도 되지만, 유기 기능층(33)의 발광 휘도를 효율적으로 변화시킬 수 있다는 관점에서 자외선을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명에 있어서, 자외선이란, 그 파장이 X선보다도 길고, 가시광선의 최단파장보다 짧은 전자파를 말하며, 구체적으로는 파장이 1 내지 400㎚의 범위 내의 것이다.
자외선의 발생 수단 및 조사 수단은, 종래 공지된 장치 등에 의해 자외선을 발생시키고, 또한 조사하면 되고, 특별히 한정되지 않는다. 구체적인 광원으로서는, 고압 수은 램프, 저압 수은 램프, 수소(중수소) 램프, 희가스(크세논, 아르곤, 헬륨, 네온 등) 방전 램프, 질소 레이저, 엑시머 레이저(XeCl, XeF, KrF, KrCl 등), 수소 레이저, 할로겐 레이저, 각종 가시(LD)-적외 레이저―의 고조파(YAG 레이저의 THG(Third Harmonic Generation) 광 등) 등을 들 수 있다.
이러한 광 조사 공정은, 유기 EL 소자(3)를 밀봉한 후에 행하여지면 간이하기 때문에 바람직하지만, 유기 EL 소자(3)의 제작시, 즉 상기한 적층 공정 중에 광 조사 공정이 행하여져도 된다. 이 경우에는, 정공 주입층 또는 정공 수송층이 형성된 직후에 해당 층에 대하여 상기와 같이 광을 조사하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 다른 구성층이나 밀봉재를 거치지 않고 광을 조사해서 발광 휘도를 변화시킬 수 있기 때문에, 패턴화의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 광 조사 공정에 있어서, 유기 기능층(33)에 조사되는 광의 광 강도 또는 조사 시간 등을 조정하여, 광 조사량을 변화시킴으로써, 상기 광 조사량에 따라서 광 조사 부분의 발광 휘도를 변화시키는 것이 가능하다. 광 조사량이 많을수록 발광 휘도는 감쇠되고, 광 조사량이 적을수록 발광 휘도의 감쇠율은 작다. 따라서, 광 조사량이 0, 즉, 광 미조사인 경우에는, 발광 휘도는 최대이다.
이상에 의해, 원하는 형상의 패턴으로 발광하는 유기 EL 소자(3)를 제작할 수 있다. 유기 EL 소자(3)의 제작에 있어서는, 1회의 진공화로 일관해서 유기 기능층(33)으로부터 음극(34)까지 제작하는 것이 바람직하지만, 도중에 진공 분위기로부터 지지 기판(31)을 취출해서 다른 형성법을 실시해도 상관없다. 그때, 작업을 건조 불활성 가스 분위기 하에서 행하는 등의 배려가 필요해진다.
또한, 이와 같이 하여 얻어진 유기 EL 소자(3)에 직류 전압을 인가하는 경우에는, 발광시키는 유기 기능층(33)의 양측에 배치된 전극에, 2 내지 40V 정도의 전압을 인가하면 발광을 관측할 수 있다. 또한, 교류 전압을 인가해도 되고, 인가하는 교류의 파형은 임의이어도 된다.
이때, 전류는, 패턴 부분에만 흐르기 때문에, 불필요한 부분에까지 광을 도광 하는 LED와 비교하여, 소비 전력을 저감시킬 수 있다.
<실시예>
이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예에 있어서 「%」의 표시를 사용하는데, 특별히 언급이 없는 한 「체적%」를 나타낸다.
《유기 EL 소자의 제작》
양극으로서, 30㎜×60㎜, 두께 0.7㎜의 유리기판 상에 ITO(인듐 틴 옥사이드)를 150㎚의 두께로 제막한 지지 기판에 패터닝을 행한 후, 이 ITO 투명 전극을 부착한 투명 지지 기판을 이소프로필알코올로 초음파 세정하고, 건조 질소 가스로 건조하고, UV오존 세정을 5분간 행한 후, 이 투명 지지 기판을 시판되고 있는 진공 증착 장치의 기판 홀더에 고정하였다.
진공 증착 장치 내의 증착용 도가니 각각에, 각 층의 구성 재료를 최적인 양으로 충전하였다. 증착용 도가니는, 몰리브덴제 또는 텅스텐제의 저항 가열용 재료로 제작된 것을 사용하였다.
진공도 1×10-4㎩까지 감압한 후, 화합물 M-4가 들어간 증착용 도가니에 통전해서 가열하고, 증착 속도 0.1㎚/초로 투명 지지 기판에 증착하고, 층 두께 15㎚의 정공 주입층을 형성하였다.
계속해서, 화합물 M-2를 마찬가지로 하여 증착하고, 층 두께 40㎚의 정공 수송 층을 형성하였다.
계속해서, 화합물 BD-1, 화합물 GD-1, RD-1, 화합물 H-1 및 화합물 H-2를 화합물 BD-1이 5%, 화합물 GD-1이 17%, RD-1이 0.8%의 농도가 되도록 증착 속도 0.1㎚/초로 공증착하고, 층 두께 30㎚의 제1 백색 발광층을 형성하였다.
계속해서, 화합물 E-1을 증착 속도 0.1㎚/초로 증착하여, 층 두께 30㎚의 전자 수송층을 형성하였다.
또한, LiF를 두께 1.5㎚의 전자 주입층을 형성한 후에, 알루미늄을 증착해서 층 두께 110㎚의 음극을 형성하였다.
계속해서, 상기 소자의 비발광면을 유리 케이스로 덮고, 유기 EL 소자를 제작하였다.
계속해서, 상기와 같이 해서 제작한 유기 EL 소자의 증착면측을 유리 케이스로 덮고, 유기 EL 소자를 대기에 접촉시키지 않고, 질소 분위기 하의 글로브 박스(순도 99.999% 이상의 고순도 질소 가스의 분위기 하)로 밀봉을 행하였다.
계속해서, 지지 기판의 상기 각 층이 형성되어 있는 측과 반대측의 면 상에, 패턴 마스크를 배치한 상태에서 감압 밀착시키고, UV 테스터(이와사키 덴키 가부시끼가이샤 제조, SUV-W151:100mW/c㎡)를 사용하여, 지지 기판측으로부터 자외선을 3시간 조사하고, 패터닝하였다.
《면 발광 장치의 제작》
고정 기판으로서는, 소다유리(청판 유리)를 판상으로 형상을 만들고, 또한 단부를 케미컬 에칭해서 강화한 것을 사용하였다. 이 고정 기판을 수평 상태로 고정하고, 투명 양면 점착 시트(닛토덴코 가부시키가이샤 제조의 LUCIACS 시리즈)를 롤 라미네이트에 의해 접합하고, 상기 투명 양면 점착 시트를 개재해서 원편광판을 접합하였다. 또한, 원편광판의 고정 기판측과 반대측의 면에, 상기와 마찬가지의 투명 양면 점착 시트를 롤 라미네이트에 의해 접합하고, 상기 양면 점착 시트를 개재해서 상기 제작한 유기 EL 소자의 지지 기판측을 접합하였다. 이와 같이 하여, 본 발명의 면 발광 장치를 제작하였다.
《면 발광 장치의 평가》
상기와 같이 해서 제작한 면 발광 장치를 구동하면, 발광 시에는, 형성한 패턴을 확인할 수 있고, 비발광 시에는, 광 출사면을 흑색으로서 시인할 수 있으며, 또한 형성한 패턴에 대응하는 영역은 시인할 수 없음을 확인하였다.
이상과 같이, 본 발명은 비발광 시에 광 출사면이 흑색으로서 시인되고, 또한 비발광 시에는 패턴이 형성되어 있는 영역이 시인되지 않는 면 발광 장치 및 그것을 구비한 스마트 디바이스를 제공하는 데 적합하다.
1 고정 기판
2 원편광판
3 유기 EL 소자
10 면 발광 장치
20 액정 표시 장치
31 지지 기판
32 양극
33 유기 기능층
34 음극
100 스마트 디바이스
2 원편광판
3 유기 EL 소자
10 면 발광 장치
20 액정 표시 장치
31 지지 기판
32 양극
33 유기 기능층
34 음극
100 스마트 디바이스
Claims (3)
- 지지 기판 상에 형성된 한 쌍의 전극간에, 적어도 발광층을 갖는 유기 기능층이 끼움 지지되고, 상기 유기 기능층의 소정 영역이 광 조사에 의해 패턴화된 유기 일렉트로루미네센스 소자와,
상기 지지 기판에 대향하고, 상기 유기 일렉트로루미네센스 소자를 지지하는 고정 기판과,
상기 유기 일렉트로루미네센스 소자와 상기 고정 기판 사이에 설치되는 원편광판을 구비하는 것을 특징으로 하는 면 발광 장치. - 제1항에 있어서,
상기 유기 기능층 중 광 조사에 의해 패턴화되는 층이, 정공 수송층 또는 정공 주입층인 것을 특징으로 하는 면 발광 장치. - 제1항 또는 제2항에 기재된 면 발광 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 스마트 디바이스.
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