KR20200103025A - 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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

Info

Publication number
KR20200103025A
KR20200103025A KR1020207019756A KR20207019756A KR20200103025A KR 20200103025 A KR20200103025 A KR 20200103025A KR 1020207019756 A KR1020207019756 A KR 1020207019756A KR 20207019756 A KR20207019756 A KR 20207019756A KR 20200103025 A KR20200103025 A KR 20200103025A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
layer
light emitting
emitting device
metal
Prior art date
Application number
KR1020207019756A
Other languages
English (en)
Inventor
노부하루 오사와
사토시 세오
히로시 가도마
Original Assignee
가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 filed Critical 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
Publication of KR20200103025A publication Critical patent/KR20200103025A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/654—Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only nitrogen as heteroatom
    • H01L51/0067—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D213/00—Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/02—Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D213/04—Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom
    • C07D213/24—Heterocyclic compounds containing six-membered rings, not condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom and three or more double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having three double bonds between ring members or between ring members and non-ring members having no bond between the ring nitrogen atom and a non-ring member or having only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atom with substituted hydrocarbon radicals attached to ring carbon atoms
    • C07D213/44—Radicals substituted by doubly-bound oxygen, sulfur, or nitrogen atoms, or by two such atoms singly-bound to the same carbon atom
    • C07D213/53—Nitrogen atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D401/00—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, at least one ring being a six-membered ring with only one nitrogen atom
    • C07D401/14—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, at least one ring being a six-membered ring with only one nitrogen atom containing three or more hetero rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D403/00—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D401/00
    • C07D403/14—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D401/00 containing three or more hetero rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D413/00—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D413/14—Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having nitrogen and oxygen atoms as the only ring hetero atoms containing three or more hetero rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F1/00—Compounds containing elements of Groups 1 or 11 of the Periodic Table
    • C07F1/08—Copper compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F1/00—Compounds containing elements of Groups 1 or 11 of the Periodic Table
    • C07F1/10—Silver compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • H01L51/0069—
    • H01L51/0072—
    • H01L51/50—
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/12—Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • 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
    • H10K50/805—Electrodes
    • H10K50/81—Anodes
    • 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
    • H10K50/805—Electrodes
    • H10K50/82—Cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
    • H10K59/38—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising colour filters or colour changing media [CCM]
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/656—Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising two or more different heteroatoms per ring
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6572—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2101/00—Properties of the organic materials covered by group H10K85/00
    • H10K2101/40—Interrelation of parameters between multiple constituent active layers or sublayers, e.g. HOMO values in adjacent 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
    • H10K50/10—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
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/17—Carrier injection layers
    • H10K50/171—Electron injection 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
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/19—Tandem OLEDs
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/80—Constructional details
    • H10K59/805—Electrodes
    • H10K59/8051—Anodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/80—Constructional details
    • H10K59/805—Electrodes
    • H10K59/8052—Cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/615—Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/656—Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising two or more different heteroatoms per ring
    • H10K85/6565—Oxadiazole compounds

Landscapes

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

Abstract

구동 전압이 낮고, 신뢰성이 양호한 발광 소자를 제공한다. 음극과 발광층 사이에 전자 주입층을 가지는 발광 소자이다. 상기 전자 주입층은 금속과 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물의 혼합막이고, 금속 원자와 상기 유기 화합물은 SOMO를 형성한다.

Description

발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
본 발명의 일 형태는 신규 전자 주입층을 가지는 발광 소자에 관한 것이다. 또는 상기 발광 소자를 가지는 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)되는 발명의 일 형태의 기술 분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서 더 구체적으로 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태의 기술 분야로서는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로 들 수 있다.
근년, 일렉트로루미네선스(Electroluminescence: EL)를 이용한 발광 소자에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은 한 쌍의 전극 사이에 발광성 물질을 포함하는 층(EL층)을 끼운 구성이다. 이 소자의 전극들 사이에 전압을 인가함으로써 발광성 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
상술한 발광 소자는 자발광형이기 때문에 이것을 사용한 표시 장치는 시인성이 우수하고, 백라이트가 불필요하고, 소비전력이 적다는 등의 이점을 가진다. 또한 얇고 가볍게 제작할 수 있고, 응답 속도가 빠르다는 등의 이점도 가진다.
EL 소자에는 일반적으로, 구동 전압을 저감시키기 위하여 음극과 발광층 사이에 전자 주입층을 제공한다. 상기 전자 주입층에는, 음극과 EL층 사이의 전자 주입의 장벽을 저감시키기 위하여, 리튬(Li)이나 칼슘(Ca)으로 대표되는 알칼리 금속이나 알칼리 토금속 등 일함수가 작은 금속이나 이들의 화합물이 사용된다(예를 들어 특허문헌 1).
일본 공개특허공보 특개2001-102175호
일함수가 작은 금속이나 이들의 화합물은 산소나 물과의 반응성이 높아 취급하기 어렵다. 또한 상기 금속이나 상기 금속 화합물이 발광 소자에 사용되면 산소나 물의 영향을 받아, 발광 소자의 발광 효율의 저하, 구동 전압의 상승, 또는 신뢰성의 저하 등이 발생하는 경우가 있다. 그러므로 산소나 물의 영향을 받기 어렵고, 또한 음극과 EL층 사이의 전자 주입의 장벽이 작은 전자 주입층의 개발이 요구되고 있다.
상술한 과제를 감안하여, 본 발명의 일 형태는 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 내습성이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 내산소성이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 신규 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 신규 반도체 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 내습성이 높은 발광 소자에 사용할 수 있는 유기 화합물을 제공하는 것을 과제로 한다.
또는 본 발명의 일 형태는 상기 발광 소자를 적용한 내습성이 높은 전자 기기 및 조명 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 상기 발광 소자를 적용한 소비전력이 저감된 발광 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 상기 발광 소자를 적용한 수명이 긴 발광 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한 상기 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하지 않는다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 반드시 해결할 필요는 없다. 상술한 것 외의 과제는 명세서 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며, 명세서 등의 기재에서 상술한 것 외의 과제가 추출될 수 있다.
상술한 바와 같이, 내습성이 높고 전자 주입 특성이 높은 발광 소자의 개발이 요구되고 있다. 그러므로 일함수가 작은 금속을 사용하지 않는 발광 소자의 개발이 요구되고 있다.
따라서 본 발명의 일 형태는 양극과 음극 사이에 발광층을 가지고, 발광층과 음극 사이에 제 1 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물 및 금속을 가지고, 금속은 주기율표에서 3족 내지 13족 중 어느 것에 속하고, 제 1 유기 화합물은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 헤테로 방향족 고리를 가지고, 헤테로 방향족 고리는 질소를 포함하고, 제 1 유기 화합물은 질소가 삼 자리 또는 네 자리에서 상기 금속과 상호 작용하는 기능을 가지고, 제 1 유기 화합물과 금속은 SOMO(Single Occupied Molecular Orbital)를 형성하는 발광 소자이다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 양극과 음극 사이에 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛을 가지고, 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛 사이에 제 1 층을 가지고, 제 1 층은 제 1 유기 화합물 및 금속을 가지고, 금속은 주기율표에서 3족 내지 13족 중 어느 것에 속하고, 제 1 유기 화합물은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 헤테로 방향족 고리를 가지고, 헤테로 방향족 고리는 질소를 포함하고, 제 1 유기 화합물은 질소가 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지고, 제 1 유기 화합물과 금속은 SOMO를 형성하는 발광 소자이다.
상기 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물은 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
[화 1]
Figure pct00001
일반식(G0)에 있어서, A1, A2, 및 A3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 헤테로 방향족 고리를 나타내고, A1, A2, 및 A3은 서로 축합 고리를 형성하여도 좋다.
또한 상기 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물은 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
[화 2]
Figure pct00002
일반식(G1)에 있어서, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 탄소(C) 또는 질소(N)를 나타내고, 탄소는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 가지고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타내고, Ar는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 6 이상 60 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타낸다.
또한 상기 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물은 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
[화 3]
Figure pct00003
일반식(G2)에 있어서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 탄소(C) 또는 질소(N)를 나타내고, 탄소는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 가지고, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타내고, Ar는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 6 이상 60 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타낸다.
또한 상기 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물은 일반식(G3-1) 내지 일반식(G3-3) 중 어느 하나로 나타내어지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
[화 4]
Figure pct00004
일반식(G3-1) 내지 일반식(G3-3)에 있어서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타내고, Ar는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 6 이상 60 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타낸다.
또한 상기 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물은 일반식(G4-1) 내지 일반식(G4-3) 중 어느 하나로 나타내어지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
[화 5]
Figure pct00005
일반식(G4-1) 내지 일반식(G4-3)에 있어서, Ar는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 2 이상 60 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타낸다.
또한 상기 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물은 하기 구조식(100) 내지 구조식(103) 중 어느 하나로 나타내어지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
[화 6]
Figure pct00006
또한 상기 구성에 있어서, 금속의 일함수가 4.0eV 이상 5.3eV 이하인 것이 바람직하다.
또한 상기 구성에 있어서, 제 1 유기 화합물이 가지는 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위가 -3.6eV 이상 -2.3eV 이하인 것이 바람직하다.
또한 상기 구성에 있어서, 금속이 전이 금속인 것이 바람직하고, 5족, 7족, 9족, 또는 11족 중 어느 것에 속하는 금속인 것이 더 바람직하고, 11족에 속하는 전이 금속인 것이 더욱 바람직하고, Ag 또는 Cu인 것이 더더욱 바람직하다.
또한 상기 구성에 있어서, 헤테로 방향족 고리는 치환 또는 비치환된 전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 것이 바람직하고, 피리딘 고리, 다이아진 고리, 및 트라이아진 고리 중 어느 하나를 가지는 것이 더 바람직하다.
또한 상기 구성에 있어서, 음극과 제 1 층 사이에 제 2 층을 더 가지고, 제 2 층은 전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 제 2 유기 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 있어서, 제 2 유기 화합물이 가지는 LUMO 준위는 SOMO가 가지는 에너지 준위보다 낮은 것이 바람직하다.
상기 구성에 있어서, 제 1 층이 알칼리 금속 및 알칼리 토금속을 가지지 않는 발광 소자인 것이 바람직하다.
상기 구성에 있어서, 제 1 층에서 금속의 몰 비율이 제 1 유기 화합물에 대하여 0.2 이상 0.8 이하인 것이 바람직하다.
상기 구성에 있어서, 음극이 제 1 층과 동일한 금속을 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 구조식(200) 내지 구조식(203)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화 7]
Figure pct00007
또한 본 발명의 다른 일 형태는 상기 각 구성의 표시 장치와, 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 가지는 전자 기기이다. 또한 본 발명의 다른 일 형태는 상기 각 구성의 발광 소자와, 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 가지는 조명 장치이다. 또한 본 발명의 일 형태는 발광 소자를 가지는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 가지는 전기 기기도 그 범주에 포함된다. 따라서 본 명세서에서의 발광 장치란 화상 표시 디바이스 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한 발광 소자에 커넥터, 예를 들어 FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 표시 모듈, TCP의 끝에 프린트 배선판이 제공된 표시 모듈, 또는 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 발광 소자에 IC(집적 회로)가 직접 실장된 표시 모듈도 본 발명의 일 형태이다.
본 발명의 일 형태에 의하여 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 내습성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 내산소성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 신규 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여 내습성이 높은 발광 소자에 사용할 수 있는 유기 화합물을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태에 의하여 상기 발광 소자를 적용한 내습성이 높은 전자 기기 및 조명 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 상기 발광 소자를 적용한 소비전력이 저감된 발광 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여 상기 발광 소자를 적용한 수명이 긴 발광 장치를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하지 않는다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 이들 외의 효과가 추출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 설명하는 단면 모식도 및 전자 주입층의 에너지 준위의 상관을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 설명하는 단면 모식도.
도 3은 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 설명하는 단면 모식도.
도 4는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 설명하는 단면 모식도.
도 5는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명하는 상면도 및 단면 모식도.
도 6은 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명하는 단면 모식도.
도 7은 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 설명하는 단면 모식도.
도 8은 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 설명하는 도면.
도 10은 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 설명하는 도면.
도 11은 본 발명의 일 형태의 조명 장치에 대하여 설명하는 도면.
도 12는 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 13은 실시예에 따른 발광 소자의 전류-전압 특성을 설명하는 도면.
도 14는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 15는 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 16은 실시예에 따른 발광 소자의 신뢰성 시험 결과를 설명하는 도면.
도 17은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 18은 실시예에 따른 발광 소자의 전류-전압 특성을 설명하는 도면.
도 19는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 20은 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 21은 실시예에 따른 발광 소자의 신뢰성 시험 결과를 설명하는 도면.
도 22는 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 23은 실시예에 따른 발광 소자의 전류-전압 특성을 설명하는 도면.
도 24는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 25는 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 26은 실시예에 따른 화합물의 NMR 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 27은 실시예에 따른 화합물의 NMR 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 28은 실시예에 따른 화합물의 NMR 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 29는 실시예에 따른 화합물의 NMR 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 30은 실시예에 따른 화합물의 NMR 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 31은 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 설명하는 단면 모식도.
도 32는 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 33은 실시예에 따른 발광 소자의 전류-전압 특성을 설명하는 도면.
도 34는 실시예에 따른 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 35는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 36은 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 37은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 38은 실시예에 따른 발광 소자의 전류-전압 특성을 설명하는 도면.
도 39는 실시예에 따른 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 40은 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 41은 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 42는 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 43은 실시예에 따른 발광 소자의 전류-전압 특성을 설명하는 도면.
도 44는 실시예에 따른 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 45는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 46은 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 47은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 48은 실시예에 따른 발광 소자의 전류-전압 특성을 설명하는 도면.
도 49는 실시예에 따른 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 50은 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명하는 도면.
도 51은 실시예에 따른 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 설명하는 도면.
도 52는 실시예에 따른 발광 소자의 신뢰성 시험 결과를 설명하는 도면.
아래에서 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만 본 발명은 아래의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서 본 발명은 아래의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다.
또한 도면 등에 나타낸 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은 이해를 쉽게 하기 위하여 실제의 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않은 경우가 있다. 따라서 개시하는 발명은 도면 등에 나타낸 위치, 크기, 범위 등에 반드시 한정되는 것은 아니다.
또한 본 명세서 등에서 "제 1", "제 2" 등의 서수사는 편의상 사용되는 것이며, 공정 순서 또는 적층 순서를 나타내는 것이 아니다. 따라서 예를 들어, "제 1"을 "제 2" 또는 "제 3" 등으로 적절히 바꿔 설명할 수 있다. 또한 본 명세서 등에 기재되어 있는 서수사와, 본 발명의 일 형태를 특정하기 위하여 사용되는 서수사는 일치하지 않는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서, 도면을 사용하여 발명의 구성을 설명함에 있어서, 같은 것을 가리키는 부호는 상이한 도면 간에서도 공통적으로 사용된다.
또한 본 명세서 등에서 "막"이라는 용어와 "층"이라는 용어는 서로 바뀔 수 있다. 예를 들어 "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 변경할 수 있는 경우가 있다. 또는 예를 들어 "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 변경할 수 있는 경우가 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 대하여 도 1을 참조하여 아래에서 설명한다.
<발광 소자의 구성예 1>
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자(150)의 단면 모식도이다.
발광 소자(150)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))을 가지고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층(100)을 가진다. EL층(100)은 적어도 발광층(140) 및 전자 주입층(130)을 가진다.
또한 도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)은 발광층(140), 전자 주입층(130) 외에, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 전자 수송층(118) 등의 기능층을 가진다.
또한 본 실시형태에서는 한 쌍의 전극 중, 전극(101)을 양극으로서, 전극(102)을 음극으로서 설명하지만, 발광 소자(150)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 즉 전극(101)을 음극으로 하고 전극(102)을 양극으로 하고, 이 전극들 사이의 각층의 적층을 반대의 순서로 하여도 좋다. 즉 양극 측으로부터 정공 주입층(111)과, 정공 수송층(112)과, 발광층(140)과, 전자 수송층(118)과, 전자 주입층(130)이 적층되는 순서로 하면 좋다.
또한 EL층(100)의 구성은 도 1의 (A)에 도시된 구성에 한정되지 않고, 적어도 발광층(140) 및 전자 주입층(130)을 가지고, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118)은 각각 가져도 되고, 가지지 않아도 된다.
또한 한 쌍의 전극 사이의 EL층에는 필요한 기능에 대응한 층이 형성되면 좋고, 상기에 한정되지 않는다. 즉 한 쌍의 전극 사이의 EL층은 정공 또는 전자의 주입 장벽을 저감하거나, 정공 또는 전자의 수송성을 향상시키거나, 정공 또는 전자의 수송성을 저해하거나, 또는 전극에 의한 소광 현상을 억제하는 등의 기능을 가지는 층을 가지는 구성으로 하여도 좋다.
또한 발광층(140)은 호스트 재료와 게스트 재료(발광 재료)를 가지는 것이 바람직하다.
또한 호스트 재료로서는 정공을 수송하는 기능(정공 수송성)을 가지는 재료(정공 수송성 재료) 및 전자를 수송하는 기능(전자 수송성)을 가지는 재료(전자 수송성 재료) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 사용하는 것이 바람직하고, 정공 수송성 및 전자 수송성을 가지는 재료를 사용하여도 좋다.
또한 호스트 재료가 전자 수송성 재료와 정공 수송성 재료의 조합(혼합 호스트)인 경우, 그 혼합비에 의하여 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있다. 구체적으로는 전자 수송성 재료:정공 수송성 재료=1:9 내지 9:1(중량비)의 범위인 것이 바람직하다. 또한 이 구성을 가짐으로써, 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있으므로, 캐리어 재결합 영역의 제어도 쉽게 수행할 수 있다.
또한 게스트 재료로서는 발광성 화합물을 사용하면 좋고, 상기 발광성 화합물로서는 형광을 방출할 수 있는 물질(이하 형광성 화합물이라고도 함) 또는 인광을 방출할 수 있는 물질(이하 인광성 화합물이라고도 함)인 것이 바람직하다.
발광 소자의 구동 전압을 저감시키기 위해서는 발광층(140)과 전극(102) 사이의 전자 주입의 장벽을 작게 할 필요가 있다. 그러므로 발광층(140)과 전극(102) 사이에 전자 주입층(130)을 제공하는 것이 바람직하다. 종래의 발광 소자에서는 전자 주입층(130)에 일함수가 작은 알칼리 금속이나 알칼리 토금속을 가지는 금속 재료가 사용되었다. 그러나 일함수가 작은 금속 재료는 산소나 물과의 반응성이 높기 때문에 발광 소자 중에서 산소나 물과의 반응이 생기면 전자 주입성이 저하되어, 발광 효율의 저하, 구동 전압의 상승, 소자 수명의 저하나, 수축(shrinkage)(발광부 단부의 비발광 영역)의 발생 등의 원인이 되어, 발광 소자의 특성 저하나 신뢰성 저하로 이어지는 경우가 있다. 바꿔 말하면 일함수가 작은 금속 재료가 소자 열화의 요인이 될 수 있다. 따라서 발광 소자의 특성 저하나 신뢰성 저하를 억제하기 위해서는, 발광 소자가 알칼리 금속 및 알칼리 토금속을 가지지 않는 것이 바람직하다.
한편 일함수가 큰 금속은 산소나 물과의 반응성은 낮지만, 전자 주입층(130)에 사용하면 발광층(140)과 전극(102) 사이의 전자 주입의 장벽이 커지므로, 발광 소자의 구동 전압이 높아지는 경우가 있거나 발광 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
여기서 본 발명자들은 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속이 상호 작용함으로써 SOMO를 형성하고, 상기 SOMO를 형성하는 조합의 유기 화합물과 금속의 복합 재료를 전자 주입층에 사용함으로써, 음극으로부터 발광층으로의 전자 주입의 장벽을 저감할 수 있으며 내습성이 우수한 발광 소자를 얻을 수 있다는 것을 발견하였다. 즉 알칼리 금속 및 알칼리 토금속을 사용하지 않아도 전자 주입층(130)을 제작할 수 있다는 것을 발견하였다.
따라서 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료를 전자 주입층에 사용한 발광 소자이다.
상기 유기 화합물과 금속이 상호 작용함으로써 SOMO가 형성된다. 이 SOMO는 금속이 가지는 홀전자에서 유래되는 궤도이고, 유기 화합물의 궤도 상에도 분포된다. 이를 통하여 금속의 전자 궤도와 유기 화합물의 전자 궤도가 상호 작용하는 것을 알 수 있다. 또한 유기 화합물과 금속을 효율적으로 상호 작용시키기 위해서 유기 화합물은 상호 작용하는 원자를 많이 가지는 것이 바람직하다. 상호 작용하는 원자를 많이 가지는 유기 화합물은 금속과 상호 작용하기 쉽기 때문에, 이 유기 화합물과 금속을 혼합함으로써 SOMO를 쉽게 형성할 수 있다. 그러므로 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 사용하는 유기 화합물은 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 또한 상호 작용하는 원자를 많이 가지는 유기 화합물과 금속으로 SOMO를 형성한 경우 SOMO 준위는 높아지는 경향이 있어 음극으로부터 발광층으로의 전자 주입 특성이 양호하게 된다. 또한 높은 일함수를 가지는 금속과도 상호 작용하여, SOMO를 형성할 수 있다. 그러므로 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 사용하는 유기 화합물은 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
상기 금속과 상호 작용하는 원자로서는 유기 화합물 중에서 비공유 전자쌍을 가지는 헤테로 원자를 들 수 있다. 예를 들어 산소(O), 질소(N), 황(S), 인(P)을 들 수 있지만 질소인 것이 바람직하다. 질소는 전기 음성도가 높기 때문에 금속과 상호 작용하기 쉽다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 사용하는, 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물은 전자 주입층에 사용하기 때문에 전자 수송성을 가지는 것이 바람직하다. 그러므로 상기 유기 화합물은 콘쥬게이션이 분자 전체에 퍼진 유기 화합물인 것이 바람직하다. 여기서 질소는 유기 화합물 중에서 콘쥬게이션 결합을 형성할 수 있기 때문에 질소를 분자 중, 특히 헤테로 방향족 고리 중에 사용함으로써 캐리어 수송성이 높은 유기 화합물로 할 수 있다. 그러므로 상호 작용하는 원자는 질소인 것이 바람직하고, 또한 질소는 유기 화합물 중에서 헤테로 방향족 고리에 포함되는 것이 더 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써 금속과의 상호 작용 기능을 가지면서 캐리어 수송성이 우수한 유기 화합물로 할 수 있다. 또한 상기 헤테로 방향족 고리는 6원자 고리나 8원자 고리 등의 짝수 고리인 것이 더 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써 질소 상의 비공유 전자쌍은 콘쥬게이션에 관여하지 않기 때문에 금속과 상호 작용하기 쉬워진다.
삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속이 상호 작용함으로써 SOMO를 형성하기 위해서는, 상기 유기 화합물과 금속의 전자수의 합계가 홀수인 것이 바람직하다. 따라서 상기 유기 화합물의 전자수가 짝수인 경우, 상기 금속은 주기율표에서의 홀수 족인 것이 바람직하다. 또한 상기 유기 화합물의 전자수가 홀수인 경우, 상기 금속은 주기율표에서의 짝수 족인 것이 바람직하다.
또한 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 화합물로서는 전자를 수송하는 기능을 가지는 유기 화합물이 바람직하다. 또한 상기 금속에 대하여 전자 수용체로서 기능하는 유기 화합물이 바람직하다.
또한 본 발명의 일 형태에 사용하는 유기 화합물은 삼 자리 또는 네 자리에서 상기 금속과 상호 작용하기 때문에 금속과 상호 작용하는 기능이 높다. 그러므로 3족 내지 11족의 전이 금속뿐만 아니라 닫힌 껍질(closed shell)인 d 궤도를 가진 12족이나 13족의 금속도 본 발명의 일 형태에 사용할 수 있다. 또한 일함수가 매우 큰 금(Au)이나 코발트(Co) 등의 금속도 적합하게 사용할 수 있다.
3족 내지 13족에 속하는 금속 등 일함수가 큰 금속은 물이나 산소와의 반응성이 낮기 때문에 발광 소자에 사용한 경우, 일함수가 작은 금속을 사용한 경우에 우려되는 물이나 산소로 인한 소자 열화가 적다. 구체적으로 금속의 일함수는 4.0eV 이상 5.3eV 이하가 바람직하고, 4.2eV 이상 5.0eV 이하가 더 바람직하고, 4.5eV 이상 5.0eV 이하가 더욱 바람직하고, 4.7eV 이상 5.0eV 이하가 더더욱 바람직하고다. 상기 구성으로 함으로써 본 발명의 일 형태는 내습성, 내산소성이 우수한 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1의 (B)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서의 전자 주입층(130)의 개략도를 도시한 것이다. 전자 주입층(130)은 화합물(131)과 금속(132)을 가진다. 화합물(131)은 삼 자리 또는 네 자리에서 금속(132)과 상호 작용하는 기능을 가진다.
도 1의 (C)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 전자 주입층(130)에서의 에너지 다이어그램을 나타낸 것이다. 금속(132)과 화합물(131)이 혼합되면 화합물(131)이 금속(132)의 원자와 상호 작용하여 SOMO가 형성된다. 이때 화합물(131)이 금속(132)의 원자와 상호 작용하여 형성되는 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 준위는 원래의 화합물(131)이 가지는 HOMO 준위와 동등한 것이 바람직하다. 화합물(131)로 전자를 수송하는 기능을 가지는 유기 화합물을 사용하는 경우, 화합물(131)이 가지는 HOMO 준위는 낮고 화합물(131)에 정공이 주입되기 어렵다. 그러므로 화합물(131)과 금속(132)이 상호 작용하여 형성되는 HOMO 준위가 원래의 화합물(131)이 가지는 HOMO 준위와 동등하면, 전자 주입층(130)과 전극(102) 사이의 정공 주입의 장벽이 커지므로 전자 주입층(130)에서 전극(102)에 정공이 빠지기 어려워, 발광 소자 중의 캐리어 밸런스를 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 본 명세서 등에서 HOMO란, 전자로 채워진, 에너지가 가장 높은 분자 궤도를 말한다.
SOMO는 전자를 하나만 가지는 궤도이기 때문에 발광 소자(150)에 전압이 인가되면 SOMO 중의 전자가 발광 소자 중의 캐리어가 되고 전자 수송층(118) 및 발광층(140)으로 수송된다. 또한 전극(102)으로부터 전자 주입층(130)에 전자가 쉽게 주입될 수 있고, 또한 전자 주입층(130)으로부터 전자 수송층(118)을 통하여 발광층(140)에 전자가 쉽게 주입될 수 있다. 즉 전자 주입층(130)이 SOMO를 형성하는 조합의 재료를 가짐으로써 전극(102)으로부터 발광층(140) 중에 전자가 쉽게 주입될 수 있다. 또한 SOMO 준위는 화합물(131)이 가지는 LUMO 준위보다 낮은 것이 바람직하다. 그러므로 화합물(131)의 LUMO 준위는 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는 화합물(131)의 LUMO 준위가 -3.6eV 이상 -2.3eV 이하인 것이 바람직하다. 이러한 LUMO 준위를 가지는 유기 화합물을 금속과 혼합하면, 상호 작용에 의하여 형성되는 SOMO 준위는 전자를 주입하는 데 적합한 준위가 되기 때문에, 전극(102)으로부터 발광층(140)으로의 전자 주입의 장벽을 저감할 수 있다.
또한 유기 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 일반적으로 CV(사이클릭 볼타메트리), 광전자 분광법, 광 흡수 분광법, 역 광전자 분광법 등으로 추산된다. 다른 화합물들의 값을 비교하는 경우, 같은 측정으로 추산된 값을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서 상술한 금속은 3족, 5족, 7족, 9족, 11족, 13족 중 어느 것에 속하는 것이 바람직하다. 이들 홀수 족의 금속은 최외각의 궤도에 하나의 전자(홀전자)를 가지기 때문에 화합물(131)과 SOMO를 형성하기 쉬워 특히 바람직하다.
<양자 화학 계산에 의한, 금속(132)과 화합물(131)의 상호 작용에 따른 SOMO 준위의 추산>
본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는 화합물(131)과 금속(132)이 SOMO를 형성하지만, SOMO 준위가 상당히 낮은 경우 전자 주입층으로서는 부적당하다. 그래서 화합물(131)이 금속 원자와 상호 작용한 경우에 형성되는 SOMO의 준위에 대하여 양자 화학 계산에 의한 추산을 수행하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물로서는 하기 4',4''''-(1,4-페닐렌)비스(2,2':6',2''-터피리딘)(약칭: tPy2P), 4',4''''-(9,10-안트릴)비스(2,2':6',2''-터피리딘)(약칭: tPy2A), 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py), 2,2'-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 6,6'(P-Bqn)2BPy), 2,4,6-트리스(2-피리딜)-1,3,5-트라이아진(약칭: 2Py3Tzn), 2,4,6-트리스(5-페닐피리미딘-2-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PPm3Tzn)을 사용하였다.
[화 8]
Figure pct00008
[표 1]
Figure pct00009
또한 표 1 중의 유기 화합물의 LUMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 산출하였다.
측정 장치로서는 전기 화학 애널라이저(BAS Inc. 제조, 형식 번호: ALS 모델 600A 또는 600C)를 사용하였다. CV 측정에서의 용액은 용매로서 탈수 다이메틸폼아마이드(DMF)(Sigma-Aldrich Inc. 제조, 99.8%, 카탈로그 번호; 22705-6)를 사용하고, 지지 전해질인 과염소산 테트라-n-뷰틸암모늄(n-Bu4NClO4)(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 제조, 카탈로그 번호; T0836)을 100mmol/L의 농도가 되도록 용해시키고, 또한 측정 대상을 2mmol/L의 농도가 되도록 용해시켜 조제하였다. 또한 작용 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, PTE 백금 전극)을 사용하고, 보조 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, VC-3용 Pt 카운터 전극(5cm))을 사용하고, 참조 전극으로서는 Ag/Ag+ 전극(BAS Inc. 제조, RE7 비수용매계 참조 전극)을 사용하였다. 또한 측정은 실온(20℃ 이상 25℃ 이하)에서 수행하였다. 또한 CV 측정 시의 스캔 속도는 0.1V/sec로 통일하고, 참조 전극에 대한 산화 전위 Ea[V] 및 환원 전위 Ec[V]를 측정하였다. Ea는 산화-환원파의 중간 전위로 하고, Ec는 환원-산화파의 중간 전위로 하였다. 여기서 본 실시예에서 사용하는 참조 전극의 진공 준위에 대한 퍼텐셜 에너지는 -4.94[eV]인 것이 알려져 있기 때문에, HOMO 준위[eV]=-4.94-Ea, LUMO 준위[eV]=-4.94-Ec라는 수학식으로 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 각각 구할 수 있다.
양자 화학 계산 프로그램으로서는 Gaussian09를 사용하였다. 계산은 고성능 컴퓨터(SGI Japan, Ltd. 제조, ICE X)를 사용하여 수행하였다. 우선 유기 화합물 단독의 기저 상태, 금속 단독의 기저 상태, 및 유기 화합물과 금속의 복합 재료의 기저 상태에서의 가장 안정적인 구조를 밀도 범함수 이론(DFT)에 의하여 계산하였다. 기저 함수로서는 6-311G(d,p) 및 LanL2DZ를 사용하고, 범함수로서는 B3LYP를 사용하였다. 다음으로 유기 화합물과 금속의 복합 재료의 총에너지와, 유기 화합물 단독의 총에너지와 금속 단독의 총에너지의 합의 차에서 안정화 에너지를 산출하였다. 즉 (안정화 에너지)=(유기 화합물과 금속의 복합 재료의 총에너지)-(유기 화합물 단독의 총에너지)-(금속 단독의 총에너지)로 하였다. 또한 DFT의 총에너지는 퍼텐셜 에너지, 전자 간의 정전 에너지, 전자의 운동 에너지, 전자 간의 복잡한 상호 작용 모두를 포함한 교환 상관 에너지의 합으로 나타내어진다. DFT에서는 전자 밀도로 표현된 하나의 전자 퍼텐셜의 범함수(함수의 함수를 의미함)로 교환 상관 상호 작용을 근사하기 때문에 계산의 정확도가 높다.
표 1에 7족의 전이 금속인 망가니즈(Mn), 9족의 전이 금속인 코발트(Co), 11족의 전이 금속인 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 13족의 금속인 알루미늄(Al), 인듐(In)에 대하여, 각 유기 화합물과 각 금속이 형성하는 SOMO 준위의 계산 결과를 나타내었다. 또한 전자 주입층 재료로서 널리 사용되는 리튬(Li)과 각 유기 화합물이 형성하는 SOMO 준위도 아울러 계산하였다. 계산한 결과, 표 1에 나타낸 유기 화합물과 금속의 조합은 모두 유기 화합물이 가지는 헤테로 방향족 고리 중의 질소 부근에서 유기 화합물과 금속이 상호 작용하여 안정화되고, 안정화 에너지가 음의 값을 나타내는 결과가 얻어졌다. 즉 이들 유기 화합물과 금속을 혼합한 경우, 유기 화합물과 금속이 상호 작용하였을 때에, 상호 작용하지 않은 경우와 비교하여 에너지가 안정된다. 이러한 식으로, 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속이 상호 작용함으로써 안정된 복합 재료가 된다. 또한 표 1에 따르면, 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 각 금속으로 형성되는 SOMO 준위는, 각 유기 화합물과 Li으로 형성되는 SOMO 준위와 거의 동등하였다. 그래서 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 상기 금속의 복합 재료는 높은 전자 주입성을 가지는 것을 알게 되었다. 또한 특히 11족 원소인, Cu, Ag, Au이나 9족 원소인 Co를 사용한 복합 재료는 높은 SOMO 준위를 나타내고, 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 9족 또는 11족에 속하는 금속의 복합 재료는 높은 전자 주입 특성을 가지는 것을 알게 되었다.
또한 표 1에 따르면, 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 각 금속으로 형성하는 SOMO 준위는 각 금속이 가지는 일함수보다 상기 유기 화합물의 LUMO 준위에 영향을 받는 것이 시사된다. 그래서 LUMO 준위가 높은 유기 화합물을 사용함으로써 높은 SOMO 준위를 가지는, 전자 주입 특성이 우수한, 유기 화합물과 금속의 복합 재료를 제작할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 유기 화합물의 LUMO 준위는 -3.6eV 이상 -2.3eV 이하인 것이 바람직하다.
한편 발광 소자의 제작 공정을 고려하면 일반적으로 발광 소자의 EL층, 특히 전자 주입층이나 음극은 진공 증착법에 의하여 성막되는 경우가 많다. 이때 사용하는 재료로서는 쉽게 진공 증착할 수 있는 재료, 즉 융점이나 비점, 승화점이 낮은 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 진공 증착 시 증기압이 되는 온도가 낮은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 11족, 13족 원소는 7족이나 9족 원소와 비교하여 융점이 낮기 때문에 진공 증착에 적합하게 사용할 수 있다. 특히 Ag이나 Al 등의 11족 원소나 13족 원소는 융점이 낮기 때문에 진공 증착법을 사용함으로써 금속 원자와 유기 화합물을 쉽게 혼합할 수 있어 바람직하다.
또한 Ag이나, Cu, Au, Al, In은 음극 재료로서도 사용할 수 있다. 전자 주입층(130) 및 전극(102)에 동일한 재료를 사용함으로써 발광 소자를 쉽게 제작할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 전자 주입층(130)과 전극(102)에 동일한 재료를 사용함으로써 전자 주입층(130)과 전극(102)의 밀착성을 높일 수 있어, 발광 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한 발광 소자의 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는 일함수가 큰 금속을 전자 주입층(130)에 사용할 수 있다. 그러므로 일함수가 전극(102)에 포함되는 금속의 일함수 이상인 금속을 전자 주입층(130)에 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는 일함수가 큰 금속을 사용하여도 전극(102)과 전자 주입층(130) 사이의 전자 주입의 장벽을 저감할 수 있기 때문에 구동 전압을 저감할 수 있다.
또한 화합물(131)이 금속(132)과 상호 작용한 경우, 금속(132)은 전자의 도너가 되고, 화합물(131)은 전자의 억셉터가 되는 것이 바람직하다. 이 경우 화합물(131)은 복수의 전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 구성이면 화합물(131)이 전자를 받기 쉽기 때문에 금속(132) 원자와 상호 작용한 경우에 SOMO를 형성하기 쉽다. 또한 전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 화합물은 전자 수송성이 양호하기 때문에 전자 주입층에 사용하면 발광 소자의 구동 전압을 저감할 수 있어 화합물(131)로서 바람직하다.
상기 전자 부족형 헤테로 방향족 고리는 질소 함유 헤테로 방향족 고리인 것이 바람직하고, 피리딘 고리, 다이아진 고리(피리미딘 고리, 피라진 고리, 피리다진 고리), 트라이아진 고리 중 적어도 하나를 가지는 것이 더 바람직하다. 이들 고리는 전기 화학적 안정성이 우수하기 때문에 신뢰성이 양호한 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 전자 수송성이 우수하기 때문에 구동 전압이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 상기 전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 화합물은 금속 착체이어도 좋다.
또한 화합물(131)로서 유기 화합물을 사용하는 경우, 탄소수는 25 이상 100 이하인 것이 바람직하다. 이러한 탄소수로 함으로써 승화성이 우수한 유기 화합물로 할 수 있기 때문에, 진공 증착에서 유기 화합물의 열 분해를 억제할 수 있어, 양호한 재료 사용 효율을 얻을 수 있다. 또한 유리 전이점(Tg)이 100℃ 이상인 것이 바람직하다. 이러한 Tg를 가지는 유기 화합물을 EL층에 사용함으로써 내열성이 우수한 발광 소자로 할 수 있다.
또한 본 계산에 사용한 유기 화합물은 배위 원자인 N이 헤테로 고리 상에 존재하고, 또한 복수의 헤테로 고리를 통하여 N-C-C-N의 순으로 배열된 콘쥬게이션 이중 결합을 가진다. 이러한 결합 부위를 가지면 화합물(131)과 금속(132)이 상호 작용한 경우에 킬레이트 고리를 형성(화합물(131)과 금속(132)이 상호 작용하여 고리 구조를 형성)할 수 있기 때문이다. 킬레이트 고리를 형성할 수 있는 화합물(131)과 금속(132)의 조합은 상호 작용하기 쉬워 SOMO를 형성하기 쉽기 때문에 바람직하다.
따라서 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있는, 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물은 이하의 일반식(G0)으로 나타내어지는 구조이다.
[화 9]
Figure pct00010
일반식(G0)에 있어서, A1, A2, 및 A3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 헤테로 방향족 고리를 나타내고, A1, A2, 및 A3은 서로 축합 고리를 형성하여도 좋다.
일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물은 헤테로 방향족 고리 상의 N이 N-C-C-N의 순으로 배열된 콘쥬게이션 이중 결합을 가지고, 삼 자리 이상에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가진다. 상술한 바와 같이, 이러한 구조를 가지는 유기 화합물은 금속과 혼합하였을 때 SOMO를 형성하기 쉽기 때문에 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있다.
또한 상기 일반식(G0) 중, A1, A2, 및 A3으로 나타내어지는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 헤테로 방향족 고리로서는 예를 들어 피리딘 고리, 다이아진 고리(피리미딘 고리, 피라진 고리, 피리다진 고리), 트라이아진 고리, 퀴놀린 고리, 퀴녹살린 고리, 퀴나졸린 고리, 벤조퀴나졸린 고리, 페난트롤린 고리, 아자플루오란텐 고리, 이미다졸 고리, 옥사졸 고리, 옥사다이아졸 고리 등을 들 수 있다. 구체적으로는 이하의 (A-1) 내지 (A-16)으로 나타낸 헤테로 방향족 고리를 들 수 있다. 다만 A1, A2, 및 A3으로 나타내어지는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 헤테로 방향족 고리는 이들에 한정되지 않는다. A1, A2, 및 A3은 서로 축합 고리를 형성하여도 좋다. 예를 들어 A1과 A2가 서로 결합하고 페난트롤린 고리를 형성하여도 된다.
[화 10]
Figure pct00011
또한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있는, 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물은 이하의 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조이다.
[화 11]
Figure pct00012
일반식(G1)에 있어서, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 탄소(C) 또는 질소(N)를 나타내고, 탄소는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 가지고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타내고, Ar는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 6 이상 60 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타낸다.
일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물과 같이, 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물이 피리딘 고리, 다이아진 고리(피리미딘 고리, 피라진 고리, 피리다진 고리), 트라이아진 고리 중 적어도 하나를 가지는 것이 더 바람직하다. 이들 고리는 전기 화학적 안정성이 우수하기 때문에 신뢰성이 양호한 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 전자 수송성이 우수하기 때문에 구동 전압이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있는, 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물은 이하의 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조이다.
[화 12]
Figure pct00013
일반식(G2)에 있어서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 탄소(C) 또는 질소(N)를 나타내고, 탄소는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 가지고, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타내고, Ar는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 6 이상 60 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 3 이상 60 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타낸다.
피리딘 골격을 가지는 유기 화합물은 높은 LUMO 준위를 가지는 경향이 있다. 따라서 일반식(G2)으로 나타내어진 바와 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 화합물을 금속과 혼합시키면, 높은 SOMO 준위를 가지는 복합 재료를 제작할 수 있다. 즉 피리딘 고리를 가지고, 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물을 금속과 혼합시킴으로써 높은 전자 주입성을 가지는 복합 재료를 제작할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있는, 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물은 이하의 일반식(G3-1) 내지 일반식(G3-3) 중 어느 하나로 나타내어진다.
[화 13]
Figure pct00014
일반식(G3-1) 내지 일반식(G3-3)에 있어서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타내고, Ar는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 6 이상 60 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타낸다.
또한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있는, 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물은 이하의 일반식(G4-1) 내지 일반식(G4-3) 중 어느 하나로 나타내어진다.
[화 14]
Figure pct00015
일반식(G4-1) 내지 일반식(G4-3)에 있어서, Ar는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 2 이상 60 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타낸다.
<치환기의 예>
일반식(G0) 내지 일반식(G3)에 있어서, R1 내지 R8로 나타내어지는 치환기 또는 C가 가지는 치환기로서는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 들 수 있다. 상기 알킬기로서는 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, n-헥실기 등을 들 수 있고, 상기 사이클로알킬기로서는 예를 들어, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등을 들 수 있고, 상기 아릴기로서는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 플루오렌일기, 스파이로플루오렌일기 등을 구체적인 예로 들 수 있다. 더 구체적으로는 예를 들어, 하기 구조식(R-1) 내지 구조식(R-56)으로 나타내어지는 기를 들 수 있다. 또한 R1 내지 R8로 나타내어지는 치환기 또는 C가 가지는 치환기는 이들에 한정되지 않는다.
[화 15]
Figure pct00016
또한 일반식(G0) 내지 일반식(G3)에 있어서, Ar는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 6 이상 60 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 3 이상 60 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타낸다. 상기 알킬기로서는 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, n-헥실기 등을 들 수 있고, 상기 사이클로알킬기로서는 예를 들어, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등을 들 수 있고, 상기 아릴기로서는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 플루오렌일기, 스파이로플루오렌일기 등을 구체적인 예로 들 수 있다. 더 구체적으로는 예를 들어, 하기 구조식(Ar-1) 내지 구조식(Ar-48)으로 나타내어지는 기를 들 수 있다. 또한 Ar로 나타내어지는 기는 이들에 한정되지 않고, 치환기를 가져도 좋다.
[화 16]
Figure pct00017
<화합물의 구체적인 예>
일반식(G0) 내지 일반식(G3)으로서 나타내어지는 화합물의 구체적인 구조로서는 하기 구조식(100) 내지 구조식(111) 및 구조식(200) 내지 구조식(211)으로 나타내어지는 유기 화합물 등을 들 수 있다. 또한 일반식(G0) 내지 일반식(G3)으로서 나타내어지는 유기 화합물은 하기 예에 한정되지 않는다.
[화 17]
Figure pct00018
[화 18]
Figure pct00019
또한 화합물(131)에 대한 금속(132)의 몰 비율이 0.1 이상 10 이하인 것이 바람직하고, 0.2 이상 2 이하인 것이 더 바람직하고, 0.2 이상 0.8 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 비율로 금속(132)과 화합물(131)을 혼합함으로써 양호한 전자 주입성을 가지는 발광 소자를 제공할 수 있다. 화합물(131)에 대한 금속(132)의 몰 비율이 상기 비율보다 지나치게 적은 경우, 금속(132)과 상호 작용하여 SOMO를 형성하는 화합물(131)의 양이 적기 때문에 전자 주입성이 저하되는 경우가 있다. 또한 화합물(131)에 대한 금속(132)의 몰 비율이 상기 비율보다 지나치게 많은 경우, 전자 주입층(130)의 투과율이 저하되기 때문에 발광 소자의 발광 효율이 저하되는 경우가 있다.
또한 전자 수송층(118)에 포함되는 유기 화합물의 LUMO 준위는 전자 주입층(130)에서 형성되는 SOMO 준위보다 낮은 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써 전자 주입층(130)과 전자 수송층(118) 사이의 전자 주입의 장벽이 작아지기 때문에 구동 전압을 저감할 수 있다. 또한 전자 수송층(118)에 포함되는 유기 화합물에는 전자 수송성이 요구되기 때문에 전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 것이 바람직하다.
또한 전자 주입층(130)의 막 두께로서는 3nm 이상이 바람직하고, 5nm 이상이 더 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써 금속(132)과 화합물(131)이 혼합된 복합 재료로서 양호하게 기능시킬 수 있다. 또한 전자 주입층(130)의 막 두께로서는 50nm 이하가 바람직하고, 20nm 이하가 더 바람직하고, 10nm 이하가 더욱 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써 전자 주입층(130)에 의한 광 흡수의 영향을 줄여, 높은 발광 효율을 가지는 발광 소자를 제공할 수 있다.
<발광 소자의 구성예 2>
다음으로 도 1에 도시된 발광 소자(150)와 다른 구성예에 대하여 도 2의 (A)를 사용하여 이하에서 설명한다.
도 2의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 나타낸 단면 모식도이다. 또한 도 2의 (A)에서 도 1에 나타낸 부호와 같은 기능을 가지는 부분에는 같은 해치 패턴을 사용하고, 부호를 생략하는 경우가 있다. 또한 같은 기능을 가지는 부분에는 같은 부호를 붙이고, 그 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
발광 소자(152)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))을 가지고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층(100)을 가진다. EL층(100)은 적어도 발광층(140) 및 전자 주입층(130)을 가진다. 또한 버퍼층(127)을 가진다. 버퍼층(127)은 전자 주입층(130)과 전극(102) 사이에 제공된다.
또한 도 2의 (A)에 도시된 EL층(100)은 발광층(140) 외에, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 전자 수송층(118) 등의 기능층을 가진다.
본 발명의 일 형태는, 전자 주입층(130)에는 상술한 화합물(131)과 금속(132)의 복합 재료를 사용하고, 버퍼층(127)에는 전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 화합물(133)을 사용한다. 전자 부족형 헤테로 방향족 고리는 전자 수송성이 우수하기 때문에 발광 소자의 구동 전압을 저감할 수 있다.
전자 주입층(130)과 전극(102) 사이에 버퍼층(127)을 끼움으로써 전극(102)과 전자 주입층(130) 사이의 전자 주입의 장벽을 저감할 수 있어 바람직하다. 또한 버퍼층(127)의 막 두께는 1nm 이상 20nm 이하가 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써 높은 전자 수송성을 유지하면서 전자 주입의 장벽을 저감할 수 있다.
또한 화합물(133)의 LUMO 준위는 전자 주입층(130)에 형성되는 SOMO 준위보다 낮은 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써 전자 주입층(130)과 전극(102) 사이의 전자 주입의 장벽을 작게 할 수 있어 바람직하다.
<발광 소자의 구성예 3>
또한 도 1의 (A)에 도시된 발광 소자(150) 및 도 2의 (A)에 도시된 발광 소자(152)와 다른 구성예에 대하여 도 2의 (B)를 사용하여 이하에서 설명한다.
도 2의 (B)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 나타낸 단면 모식도이다. 또한 도 2의 (B)에서 도 1에 나타낸 부호와 같은 기능을 가지는 부분에는 같은 해치 패턴을 사용하고, 부호를 생략하는 경우가 있다. 또한 같은 기능을 가지는 부분에는 같은 부호를 붙이고, 그 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
발광 소자(154)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))을 가지고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층(100)을 가진다. EL층(100)은 적어도 발광층(140) 및 전자 주입층(130)을 가진다. 또한 전하 발생층(129)을 가진다. 전하 발생층(129)은 전자 주입층(130)과 전극(102) 사이에 제공된다.
또한 도 2의 (B)에 도시된 EL층(100)은 발광층(140) 외에, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 전자 수송층(118) 등의 기능층을 가진다.
도 2의 (B)에 도시된 바와 같이, 전하 발생층(129)을 전극(102)과 전자 주입층(130) 사이에 제공함으로써, 전자 주입층(130)이 산소나 수분과 접하는 확률이 저하되기 때문에 발광 소자의 내습성이나 내산화성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
전하 발생층(129)은 정공 수송성 재료에 전자 수용성 재료가 첨가된 구성이어도 좋고, 전자 수송성 재료에 전자 공여성 재료가 첨가된 구성이어도 좋다. 또한 이들 구성의 양쪽이 적층되어도 좋지만 정공 수송성 재료에 전자 수용성 재료가 첨가된 구성이면, 내습성이 양호하게 되고, 적층수도 줄기 때문에 바람직하다.
상술한 바와 같이, 전하 발생층(129)은 정공 수송성 재료와 전자 수용성 재료를 가지는 구성인 경우, 전자 주입층(130)에 일함수가 작은 알칼리 금속이나 알칼리토류를 가지는 금속 재료를 사용하면, 전하 발생층(129)의 전자 수용성 재료가 전자 주입층(130)에 사용한 재료에서 전자를 추출하기 때문에, 전하 발생층(129) 및 전자 주입층(130)의 계면 근방에서 공핍층이 발생한다. 그러므로 구동 전압이 상승되는 경우가 있다. 상기 공핍층의 발생을 억제하기 위해서는 전자 주입층(130)과 전하 발생층(129) 사이에 전자를 수수하는 기능을 가지는 층을 제공할 필요가 있다.
한편 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는 전자 주입층(130)에, 전이 금속과 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물의 복합 재료를 사용함으로써, 상술한 공핍층의 발생 없이 전하 발생층(129)을 제공할 수 있기 때문에, 적층수가 적으며 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제작할 수 있다.
또한 전하 발생층(129)의 막 두께는 특별히 한정되지 않고 적절히 조정할 수 있다. 예를 들어 발광층(140)부터 전극(102)까지의 막 두께를 조정함으로써 발광층(140)으로부터 얻어지는 발광을 발광 소자 외부에 효율적으로 추출할 수 있다. 즉 전하 발생층(129)의 막 두께를 조정함으로써 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 전하 발생층(129)과 전극(102)은 접하여 제공되는 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써 전극(102)과 EL층(100) 사이의 전자 주입의 장벽을 저감할 수 있기 때문에 발광 소자의 구동 전압을 저감할 수 있다. 또한 전하 발생층(129)과 전자 주입층(130)이 접하는 것이 더 바람직하다. 본 발명의 일 형태는 전하 발생층(129)과 전자 주입층(130)이 접하여 있어도 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제작할 수 있기 때문에, 상기 구성으로 함으로써 EL층(100)의 적층수를 저감할 수 있다.
또한 전하 발생층(129)이 가지는 전자 수용성 재료로서는 전이 금속 산화물을 적합하게 사용할 수 있다. 상기 전이 금속 산화물로서는 예를 들어, 타이타늄 산화물, 바나듐 산화물, 탄탈럼 산화물, 몰리브데넘 산화물, 텅스텐 산화물, 레늄 산화물, 루테늄 산화물, 크로뮴 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 은 산화물을 들 수 있다. 특히 몰리브데넘 산화물은 대기 중에서 안정적이고, 흡습성도 낮고, 저렴하기 때문에 바람직하다. 상기 전이 금속 산화물을 사용함으로써 전극(102)과 전하 발생층(129) 사이의 전자 주입의 장벽을 저감할 수 있어 바람직하다. 따라서 본 발명의 일 형태는 전자 주입층(130)이 전이 금속 원소를 가지고, 또한 전하 발생층(129)이 전이 금속 원소를 가지는 발광 소자이다. 또한 전하 발생층(129)이 가지는 전자 수용성 재료로서는 상술한 화합물에 한정되지 않는다.
또한 전하 발생층(129)이 가지는 정공 수송성 재료로서는 피롤 골격, 싸이오펜 골격, 퓨란 골격, 및 방향족 아민 골격 중 어느 하나를 포함하는 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 골격을 가지는 유기 화합물은 정공 수송성이 높기 때문에, 전하 발생층(129)에 사용함으로써 발광 소자의 구동 전압을 저감할 수 있다. 전하 발생층(129)이 가지는 정공 수송성 재료로서는 상술한 화합물에 한정되지 않는다.
또한 상술한, 금속(132)과 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 화합물(131)의 복합 재료는 박막 태양 전지에 사용할 수 있다. 더 구체적으로는 박막 태양 전지의 전자 주입층으로서도 적합하게 사용할 수 있다.
<발광 소자의 구성요소>
다음으로 도 1 및 도 2에 도시된 발광 소자의 구성요소의 자세한 사항에 대하여 이하에서 설명한다.
<<전자 주입층>>
전자 주입층(130)은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이고, 상술한, 금속과 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물의 복합 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 상기 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물로서는 일반식(G0) 내지 일반식(G4-3)으로 나타내어지는 유기 화합물을 사용할 수 있고, 구체적으로는 구조식(100) 내지 구조식(111) 및 구조식(200) 내지 구조식(211)으로 나타내어지는 유기 화합물을 사용할 수 있다. 특히 다이아진(피리미딘이나 피라진) 골격 및 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높고 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 금속과 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물은 1Х10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 것이 바람직하다. 또한 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이기만 하면 상기 외의 물질을 전자 주입층(130)에 사용하여도 좋다.
<<정공 주입층>>
정공 주입층(111) 및 전하 발생층(129)은 한 쌍의 전극 중 한쪽(전극(101) 또는 전극(102))으로부터의 정공 주입의 장벽을 저감함으로써 정공 주입을 촉진하는 기능을 가지고, 예를 들어 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌 유도체, 또는 방향족 아민 등으로 형성된다. 전이 금속 산화물로서는 몰리브데넘 산화물이나, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등을 들 수 있다. 프탈로사이아닌 유도체로서는 프탈로사이아닌이나 금속 프탈로사이아닌 등을 들 수 있다. 방향족 아민으로서는 벤지딘 유도체나 페닐렌다이아민 유도체 등을 들 수 있다. 폴리싸이오펜이나 폴리아닐린 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있고, 예를 들어 스스로 도핑된 폴리싸이오펜인 폴리(에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산) 등이 그 대표적인 예이다.
정공 주입층(111) 및 전하 발생층(129)으로서 정공 수송성 재료와 이에 대하여 전자 수용성을 나타내는 재료의 복합 재료를 가지는 층을 사용할 수도 있다. 또는 전자 수용성을 나타내는 재료를 포함하는 층과 정공 수송성 재료를 포함하는 층의 적층을 사용하여도 좋다. 이들 재료 간에서는 정상(定常) 상태 또는 전계 존재하에서 전하를 주고받을 수 있다. 전자 수용성을 나타내는 재료로서는 퀴노다이메테인 유도체나 클로라닐 유도체, 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터를 들 수 있다. 구체적으로는, 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) 등의 전자 흡인기(특히 플루오로기 등의 할로젠기나 사이아노기)를 가지는 화합물을 들 수 있다. 특히 HAT-CN과 같이, 헤테로 원자를 복수로 가지는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물이 열적으로 안정되어 있어 바람직하다. 또한 전자 흡인기(특히 플루오로기 등의 할로젠기나 사이아노기)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. 또한 전이 금속 산화물, 예를 들어 4족 내지 8족 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄 등이다. 그 중에서도 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉬워 바람직하다.
정공 수송성 재료로서는 전자보다 정공의 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1Х10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 발광층(140)에 사용할 수 있는 정공 수송성 재료로서 든 방향족 아민, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 스틸벤 유도체 등을 사용할 수 있지만, 2개 이상 포함하는 탄소수 1 내지 20의 헤테로 방향족 골격을 가지는 것이 특히 바람직하다. 특히 질소 함유 헤테로 오원자 고리 골격이 바람직하다. 또한 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
또한 정공 수송성 재료로서, 이 외에 방향족 탄화수소를 들 수 있고, 예를 들어 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한 이 외에, 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 이와 같이, 1Х10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지고, 탄소수 14 내지 42의 방향족 탄화수소를 사용하는 것이 더 바람직하다.
또한 방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 가지는 방향족 탄화수소로서는 예를 들어, 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등을 들 수 있다.
또한 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)벤젠(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV), 4-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: mDBTPTp-II) 등의 싸이오펜 화합물, 퓨란 화합물, 플루오렌 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 페난트렌 화합물 등을 사용할 수 있다. 상술한 화합물 중에서도 피롤 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 방향족 아민 골격을 가지는 화합물은 안정적이고 신뢰성이 양호하기 때문에 바람직하다. 또한 상기 골격을 가지는 화합물은 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여한다.
<<정공 수송층>>
정공 수송층(112)은 정공 수송성 재료를 포함하는 층이고, 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 재료를 사용할 수 있다. 정공 수송층(112)은 정공 주입층(111)으로부터 주입된 정공을 발광층(140)으로 수송하는 기능을 가진다.
이때 정공 주입층(111)이 가지는 억셉터 재료의 LUMO 준위와 발광층(140)이 가지는 재료의 HOMO 준위 사이의 HOMO 준위를 가지는 정공 수송성 재료를 정공 수송층(112)에 사용하는 것이 바람직하다. 또한 정공 수송층(112)은 단층에 한정되지 않고 2층 이상 적층하여도 좋다. 이 경우 정공 주입층(111) 측으로부터 발광층(140)으로 갈수록 순차적으로 HOMO 준위가 낮아지도록 정공 수송층성 재료를 적층하는 것이 바람직하다. 정공 수송층(112)을 2층 이상 적층하는 경우, 정공을 원활하게 수송하기 위해서는, 각 정공 수송성 재료들의 HOMO 준위의 차가 0eV 이상 0.5eV 이하인 것이 바람직하고, 0eV 이상 0.3eV 이하인 것이 더 바람직하고, 0eV 이상 0.2eV 이하인 것이 더욱 바람직하다.
정공 수송성을 가지는 재료로서는 예를 들어, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 가지는 화합물이나, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 가지는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 가지는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 가지는 화합물을 들 수 있다. 상기 중에서도, 방향족 아민 골격을 가지는 화합물이나 카바졸 골격을 가지는 화합물은 신뢰성이 양호하고, 또한 정공 수송성이 높고 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 상술한 정공 수송성 재료 외에, 다양한 물질에서 정공 수송성 재료를 선택하여도 좋다.
또한 정공 수송성이 높은 물질로서 예를 들어, 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 4-페닐다이페닐-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)아민(약칭: PCA1BP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-(4-페닐)페닐아닐린(약칭: YGA1BP), 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)-벤젠(약칭: DBT3P-II), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: mDBTPTp-II), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD)이나, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1) 등을 들 수 있다. 이 외에는, 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB) 등의 카바졸 화합물이나, 아민 화합물, 다이벤조싸이오펜 화합물, 다이벤조퓨란 화합물, 플루오렌 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 페난트렌 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기서 든 물질은 주로 1Х10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질이다. 다만 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이기만 하면 이들 외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한 이들 정공 수송층으로서 사용할 수 있는 화합물을 정공 주입층으로서 사용하여도 좋다. 또한 전하 발생층(129)에 사용되는 정공 수송 재료로서도 적합하게 사용할 수 있다.
<<발광층>>
발광층(140)은 자색, 청색, 청록색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 및 적색 중 적어도 하나의 발광을 이루는 기능을 가지는 발광 재료를 가진다. 또한 발광층(140)은 발광 재료에 더하여 전자 수송성 재료 및 정공 수송성 재료 중 한쪽 또는 양쪽을 호스트 재료로서 포함한다.
또한 발광 재료로서는 단일항 여기(勵起) 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 발광성 물질이나 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 발광성 물질을 사용할 수 있다. 또한 상기 발광성 물질로서 하기와 같은 것을 들 수 있다.
단일항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 발광성 물질로서는 형광을 방출하는 물질(형광성 화합물)을 들 수 있다. 형광성 화합물로서는 특별히 한정되지 않지만, 안트라센 유도체, 테트라센 유도체, 크리센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 스틸벤 유도체, 아크리돈 유도체, 쿠마린 유도체, 페녹사진 유도체, 페노싸이아진 유도체 등이 바람직하며, 예를 들어 이하의 물질을 사용할 수 있다.
구체적으로는, 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-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-비스(4-tert-뷰틸페닐)-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6tBu-FLPAPrn), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-3,8-다이사이클로헥실피렌-1,6-다이아민(약칭: ch-1,6FLPAPrn), N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-03), 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-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N''-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민](약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린6, 쿠마린545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 2,8-다이-tert-뷰틸-5,11-비스(4-tert-뷰틸페닐)-6,12-다이페닐테트라센(약칭: TBRb), 나일레드, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), 5,10,15,20-테트라페닐비스벤조[5,6]인데노[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]페릴렌 등을 들 수 있다.
또한 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 발광성 물질로서는 예를 들어, 인광을 방출하는 물질(인광성 화합물)을 들 수 있다. 인광성 화합물로서는 이리듐, 로듐, 또는 백금계 유기 금속 착체, 혹은 금속 착체를 들 수 있다. 또한 포르피린 리간드를 가지는 백금 착체나 유기 이리듐 착체를 들 수 있고, 그 중에서도 유기 이리듐 착체, 예를 들어 이리듐계 오쏘 금속 착체가 바람직하다. 오쏘 금속화하는 리간드로서는 4H-트라이아졸 리간드, 1H-트라이아졸 리간드, 이미다졸 리간드, 피리딘 리간드, 피리미딘 리간드, 피라진 리간드, 또는 아이소퀴놀린 리간드 등을 들 수 있다. 이때 인광성 화합물은 삼중항 MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer) 전이의 흡수대를 가진다.
청색 또는 녹색에 발광 피크를 가지는 물질로서는 예를 들어, 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-dmp)3), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz)3), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrptz-3b)3), 트리스[3-(5-바이페닐)-5-아이소프로필-4-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPr5btz)3) 등의 4H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3) 등의 1H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrpmi)3), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(dmpimpt-Me)3)과 같은 이미다졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac))와 같은 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 유도체를 리간드로 하는 유기 금속 이리듐 착체를 들 수 있다. 상기 중에서도, 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격, 및 이미다졸 골격 등의 질소 함유 오원자 헤테로 고리 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 높은 삼중항 여기 에너지를 가지고 신뢰성이나 발광 효율도 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한 녹색 또는 황색에 발광 피크를 가지는 물질로서는 예를 들어, 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)3), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)3), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[4-(2-노보닐)-6-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(nbppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(mpmppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(dmppm-dmp)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac))과 같은 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-Me)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-iPr)2(acac))과 같은 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(bzq)3), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(pq)3), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(pq)2(acac))와 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac))와 같은 유기 금속 이리듐 착체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen))과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 상기 중에서도, 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율도 눈에 띄게 우수하여 특히 바람직하다.
또한 황색 또는 적색에 발광 피크를 가지는 물질로서는 예를 들어, (다이아이소뷰티릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dibm)), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dpm)), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(d1npm)2(dpm))과 같은 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(dpm)), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac))과 같은 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(piq)3), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac))와 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP)과 같은 백금 착체나, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen))과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 상기 중에서도, 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율도 눈에 띄게 우수하여 특히 바람직하다. 또한 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는, 색도가 양호한 적색 발광이 얻어진다.
또한 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료로서는 인광성 화합물 외에, 열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료를 들 수 있다. 따라서 인광성 화합물이라고 기재한 부분에 관해서는 열 활성화 지연 형광성 화합물이라고 바꿔 읽어도 좋다. 열 활성화 지연 형광성 화합물은 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차가 작고, 역항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 가지는 재료이다. 그러므로 미소한 열 에너지에 의하여 삼중항 여기 상태를 단일항 여기 상태로 업 컨버트(역항간 교차)할 수 있고, 단일항 여기 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 이룰 수 있다. 열 활성화 지연 형광을 효율적으로 얻을 수 있는 조건으로서는 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차가 바람직하게는 0eV보다 크고 0.3eV 이하, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하, 더욱 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 것을 들 수 있다.
열 활성화 지연 형광성 화합물이 1종류의 재료로 구성되는 경우, 예를 들어 이하의 재료를 사용할 수 있다.
우선, 풀러렌이나 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 에오신 등을 들 수 있다. 또한 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 이 금속 함유 포르피린으로서는 예를 들어 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 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) 등을 들 수 있다.
또한 1종류의 재료로 구성되는 열 활성화 지연 형광성 화합물로서는 π전자 과잉형 헤테로 방향족 골격 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물을 사용할 수도 있다. 구체적으로는, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등을 들 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은, π전자 과잉형 헤테로 방향족 골격 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 골격을 가지므로, 전자 수송성 및 정공 수송성이 높아 바람직하다. 이들 중에서도, π전자 부족형 헤테로 방향족 골격 중, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격) 또는 트라이아진 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하여 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 골격 중에서도, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하기 때문에, 상기 골격 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 가지는 것이 바람직하다. 또한 피롤 골격으로서는 인돌 골격, 카바졸 골격, 및 9-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 골격과 π전자 부족형 헤테로 방향족 골격이 직접 결합한 물질은, π전자 과잉형 헤테로 방향족 골격의 도너성과 π전자 부족형 헤테로 방향족 골격의 억셉터성이 모두 강하고 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차가 작아지기 때문에 특히 바람직하다.
또한 열 활성화 지연 형광을 나타내는 재료는, 단독으로 역항간 교차에 의하여 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태를 생성할 수 있는 재료이어도 좋고, 들뜬 복합체(엑시플렉스 또는 Exciplex라고도 함)를 형성하는 복수의 재료로 구성되어도 좋다.
또한 발광층(140)에 사용하는 호스트 재료로서는 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료를 사용할 수 있다.
또한 발광층의 호스트 재료로서 사용할 수 있는 재료는 특별히 한정되지 않지만 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 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, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 바소큐프로인(약칭: BCP), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11) 등의 헤테로 고리 화합물, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물을 들 수 있다. 또한 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 다이벤조[g,p]크리센 유도체 등의 축합 다환 방향족 화합물을 들 수 있고, 구체적으로는 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), N,N-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: DPhPA), YGAPA, PCAPA, N,9-다이페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPBA), 2PCAPA, 6,12-다이메톡시-5,11-다이페닐크리센, DBC1, 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 3,6-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: DPCzPA), 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 9,9'-바이안트릴(약칭: BANT), 9,9'-(스틸벤-3,3'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS2), 1,3,5-트라이(1-피렌일)벤젠(약칭: TPB3) 등을 들 수 있다. 이들 및 다양한 물질 중에서 상기 발광 재료의 에너지갭보다 큰 에너지갭을 가지는 물질을 1종류 또는 복수 종류 선택하여 사용하면 좋다. 또한 발광 재료가 인광성 화합물인 경우, 호스트 재료로서는 발광 재료의 삼중항 여기 에너지보다 삼중항 여기 에너지가 큰 물질을 선택하면 좋다.
또한 발광층의 호스트 재료로서 복수의 재료를 사용하는 경우, 들뜬 복합체를 형성하는 2종류의 화합물을 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 다양한 캐리어 수송 재료를 적절히 사용할 수 있고, 효율적으로 들뜬 복합체를 형성하기 위해서는 전자 수송성 재료와 정공 수송성 재료를 조합하는 것이 특히 바람직하다.
왜냐하면 전자 수송성 재료와 정공 수송성 재료를 조합하여 들뜬 복합체를 형성하는 호스트 재료로 하는 경우, 전자 수송성 재료 및 정공 수송성 재료의 혼합비를 조절함으로써 발광층의 정공과 전자의 캐리어 밸런스를 최적화하기 쉬워진다. 발광층의 정공과 전자의 캐리어 밸런스를 최적화함으로써 발광층 중에서 전자와 정공의 재결합이 일어나는 영역이 한쪽으로 치우치는 것을 억제할 수 있다. 재결합이 일어나는 영역이 한쪽으로 치우치는 것을 억제함으로써 발광 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
전자 수송성 재료로서는 아연이나 알루미늄을 가지는 금속 착체나, 질소 함유 헤테로 방향족 화합물과 같은 π전자 부족형 헤테로 방향족 화합물 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 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 착체나, 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) 등의 아졸 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물이나, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 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), 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), 4-{3-[3'-(9H-카바졸-9-일)]바이페닐-3-일}벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4mCzBPBfpm) 등의 다이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물이나, 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2,4,6-트리스[3'-(피리딘-3-일)바이페닐-3-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: TmPPPyTz), 2,4,6-트리스(2-피리딜)-1,3,5-트라이아진(약칭: 2Py3Tz) 등의 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물이나, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물을 들 수 있다. 상기 중에서도, 다이아진 골격 및 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물이나 피리딘 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 신뢰성이 양호하기 때문에 바람직하다. 특히 다이아진(피리미딘이나 피라진) 골격 및 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높고, 구동 전압 저감에도 기여한다.
정공 수송성 재료로서는 π전자 과잉형 헤테로 방향족(예를 들어 카바졸 유도체나 인돌 유도체) 또는 방향족 아민 등을 적합하게 사용할 수 있다. 구체적으로는, 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1-TNATA), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPASF), N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-다이메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 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), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF) 등의 방향족 아민 골격을 가지는 화합물이나, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 9-페닐-9H-3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)카바졸(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 가지는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 가지는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 가지는 화합물을 들 수 있다. 상기 중에서도, 방향족 아민 골격을 가지는 화합물이나 카바졸 골격을 가지는 화합물은 신뢰성이 양호하고, 또한 정공 수송성이 높고 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다.
또한 들뜬 복합체를 형성하는 호스트 재료의 조합으로서는 상술한 화합물에 한정되지 않고, 캐리어의 수송 및 들뜬 복합체의 형성이 가능한 조합이며, 상기 들뜬 복합체의 발광이 발광 재료의 흡수 스펙트럼에서의 가장 장파장 측의 흡수대(발광 재료의 단일항 기저 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)와 중첩되기만 하면 다른 재료를 사용하여도 좋다.
또한 발광층에 사용하는 호스트 재료로서 열 활성화 지연 형광 재료를 사용하여도 좋다.
또한 발광층에 사용되는 전자 수송성 재료로서 전자 주입층에 사용되는 전자 수송성 재료와 같은 재료를 사용할 수 있다. 이에 의하여 발광 소자의 제작을 용이하게 수행할 수 있어 발광 소자의 제조 비용을 저감할 수 있다.
<<전자 수송층 및 버퍼층>>
전자 수송층(118) 및 버퍼층(127)은 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송층(118) 및 버퍼층(127)에 사용할 수 있는 유기 화합물로서는 퀴놀린 리간드, 벤조퀴놀린 리간드, 옥사졸 리간드, 또는 싸이아졸 리간드를 가지는 금속 착체, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체 등을 들 수 있다. 또한 전자 주입층(130)에 사용할 수 있는 화합물로서 예시한 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물도 사용할 수 있다.
상술한 퀴놀린 리간드, 벤조퀴놀린 리간드, 옥사졸 리간드, 또는 싸이아졸 리간드를 가지는 금속 착체, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체로서 구체적으로는, Alq3, Almq3, BeBq2, 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 착체를 사용할 수 있다. 또한 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 3-(4'-tert-뷰틸페닐)-4-페닐-5-(4''-바이페닐릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-뷰틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ), 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOS), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 아졸 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물이나, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 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), 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), 4-{3-[3'-(9H-카바졸-9-일)]바이페닐-3-일}벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4mCzBPBfpm) 등의 다이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물이나, 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2,4,6-트리스[3'-(피리딘-3-일)바이페닐-3-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: TmPPPyTz), 2,4,6-트리스(2-피리딜)-1,3,5-트라이아진(약칭: 2Py3Tz) 등의 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물이나, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen) 등의 피리딘 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물을 들 수 있다. 상기 중에서도, 다이아진 골격 및 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물이나 피리딘 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 신뢰성이 양호하기 때문에 바람직하다. 특히 다이아진(피리미딘이나 피라진) 골격 및 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높고, 구동 전압 저감에도 기여한다. 여기에 열거한 물질은 주로 1Х10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질이다. 또한 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이기만 하면 상기 외의 물질을 전자 주입층(130)에 사용하여도 좋다.
또한 전자 수송층(118) 및 버퍼층(127)은 단층뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어지는 층을 2층 이상 적층하여도 좋다.
또한 전자 수송층(118)과 발광층(140) 사이에 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층을 제공하여도 좋다. 이는 상술한 전자 수송성이 높은 재료에 전자 트랩성이 높은 물질을 소량 첨가한 층이고, 전자 캐리어의 이동을 억제함으로써 캐리어 밸런스를 조절할 수 있다. 이러한 구성은 발광층을 전자가 통과하는 것으로 인하여 발생되는 문제(예를 들어 소자 수명의 저하)를 억제하는 데 큰 효과를 발휘한다.
또한 전자 수송층에 사용되는 전자 수송성 재료로서 전자 주입층에 사용되는 전자 수송성 재료와 같은 재료를 사용할 수 있다. 또한 전자 수송층에 사용되는 전자 수송성 재료로서 발광층에 사용되는 전자 수송성 재료와 같은 재료를 사용할 수 있다. 이에 의하여 발광 소자의 제작을 용이하게 수행할 수 있어 발광 소자의 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한 상술한 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 및 전자 주입층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등으로 형성할 수 있다. 또한 상술한 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 및 전자 주입층에는 상술한 재료 외에, 퀀텀닷(quantum dot) 등의 무기 화합물, 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)을 사용하여도 좋다.
또한 퀀텀닷으로서는 콜로이드상 퀀텀닷, 합금형 퀀텀닷, 코어셸형 퀀텀닷, 코어형 퀀텀닷 등을 사용하여도 좋다. 또한 2족과 16족, 13족과 15족, 13족과 17족, 11족과 17족, 또는 14족과 15족의 원소 그룹을 포함하는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다. 또는 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn), 황(S), 인(P), 인듐(In), 텔루륨(Te), 납(Pb), 갈륨(Ga), 비소(As), 알루미늄(Al) 등의 원소를 가지는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다.
웨트 프로세스에 사용하는 액상 매체로서는 예를 들어, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논 등의 케톤류, 아세트산 에틸 등의 지방산 에스터류, 다이클로로벤젠 등의 할로젠화 탄화수소류, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 사이클로헥실벤젠 등의 방향족 탄화수소류, 사이클로헥세인, 데칼린, 도데케인 등의 지방족 탄화수소류, N,N-다이메틸폼아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO) 등의 유기 용매를 사용할 수 있다.
또한 발광층에 사용할 수 있는 고분자 화합물로서는 예를 들어, 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌바이닐렌](약칭: MEH-PPV), 폴리(2,5-다이옥틸-1,4-페닐렌바이닐렌) 등의 폴리페닐렌바이닐렌(PPV) 유도체, 폴리(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)(약칭: PF8), 폴리[(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)-alt-(벤조[2,1,3]싸이아다이아졸-4,8-다이일)](약칭: F8BT), 폴리[(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)-alt-(2,2'-바이싸이오펜-5,5'-다이일)](약칭: F8T2), 폴리[(9,9-다이옥틸-2,7-다이바이닐렌플루오렌일렌)-alt-(9,10-안트라센)], 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-alt-(2,5-다이메틸-1,4-페닐렌)] 등의 폴리플루오렌 유도체, 폴리(3-헥실싸이오펜)(약칭: P3HT) 등의 폴리알킬싸이오펜(PAT) 유도체, 폴리페닐렌 유도체 등을 들 수 있다. 또한 이들 고분자 화합물이나, 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(2-바이닐나프탈렌), 폴리[비스(4-페닐)(2,4,6-트라이메틸페닐)아민](약칭: PTAA) 등의 고분자 화합물에 발광성 저분자 화합물을 도핑하고 발광층에 사용하여도 좋다. 발광성 저분자 화합물로서는 상술한 형광성 화합물을 사용할 수 있다.
<<한 쌍의 전극>>
전극(101) 및 전극(102)은 발광 소자의 양극 또는 음극으로서의 기능을 가진다. 전극(101) 및 전극(102)은 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물이나 적층체 등을 사용하여 형성할 수 있다.
전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽은 광을 반사하는 기능을 가지는 도전성 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 도전성 재료로서는 알루미늄(Al) 또는 Al을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. Al을 포함하는 합금으로서는 Al과 L(L은 타이타늄(Ti), 네오디뮴(Nd), 니켈(Ni), 및 란타넘(La) 중 하나 또는 복수를 나타냄)을 포함하는 합금 등을 들 수 있고, 예를 들어 Al과 Ti, 또는 Al과 Ni과 La을 포함하는 합금 등이다. 알루미늄은 저항값이 낮고 광의 반사율이 높다. 또한 알루미늄은 지각(地殼)에서의 존재량이 많고 저렴하므로, 알루미늄을 사용함으로써 발광 소자의 제작 비용을 저감할 수 있다. 또한 은(Ag)은 광의 반사율이 높기 때문에 전극 재료로서 적합하게 사용할 수 있다. 또한 Ag은 11족의 전이 금속이고, 본 발명의 일 형태인 전자 주입층에 Ag을 사용한 발광 소자의 음극으로서 Ag을 사용하면 전극과 전자 주입층과의 밀착성이 향상되기 때문에 바람직하다. 또는 Ag과 N(N은 이트륨(Y), Nd, 마그네슘(Mg), 이터븀(Yb), Al, Ti, 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 텅스텐(W), 망가니즈(Mn), 주석(Sn), 철(Fe), Ni, 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 및 금(Au) 중 하나 또는 복수를 가리킴)을 포함하는 합금 등을 사용하여도 좋다. 은을 포함하는 합금으로서는 은과 팔라듐과 구리를 포함하는 합금, 은과 구리를 포함하는 합금, 은과 마그네슘을 포함하는 합금, 은과 니켈을 포함하는 합금, 은과 금을 포함하는 합금, 은과 이터븀을 포함하는 합금 등을 예로 들 수 있다. 그 외에, 텅스텐, 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 구리, 타이타늄 등의 전이 금속을 사용할 수 있다.
또한 발광층으로부터 얻어지는 발광은 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 통하여 추출된다. 따라서 전극(101) 및 전극(102) 중 적어도 한쪽은, 광을 투과시키는 기능을 가지는 도전성 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 도전성 재료로서는 가시광의 투과율이 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 60% 이상 100% 이하이고, 또한 그 저항률이 1Х10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 들 수 있다.
또한 전극(101) 및 전극(102)은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 가지는 도전성 재료로 형성되어도 좋다. 상기 도전성 재료로서는 가시광의 반사율이 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하이고, 또한 그 저항률이 1Х10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 들 수 있다. 예를 들어 도전성을 가지는 금속, 합금, 도전성 화합물 등을 1종류 또는 복수 종류 사용하여 형성할 수 있다. 구체적으로는 예를 들어 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, 이하 ITO), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(약칭: ITSO), 산화 인듐-산화 아연(Indium Zinc Oxide), 타이타늄을 함유한 산화 인듐-주석 산화물, 인듐-타이타늄 산화물, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한 광을 투과시킬 정도(바람직하게는 1nm 이상 30nm 이하의 두께)의 금속 박막을 사용할 수 있다. 금속으로서는 예를 들어 Ag, 또는 Ag과 Al, Ag과 Mg, Ag과 Au, Ag과 Yb 등의 합금 등을 사용할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 광을 투과시키는 기능을 가지는 재료는 가시광을 투과시키는 기능을 가지고, 또한 도전성을 가지는 재료이면 좋고, 예를 들어 상술한 바와 같은 ITO로 대표되는 산화물 도전체에 더하여, 산화물 반도체, 또는 유기물을 포함하는 유기 도전체를 포함한다. 유기물을 포함하는 유기 도전체로서는 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어지는 복합 재료, 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터)를 혼합하여 이루어지는 복합 재료 등을 예로 들 수 있다. 또한 그래핀 등의 무기 탄소계 재료를 사용하여도 좋다. 또한 상기 재료의 저항률은 바람직하게는 1Х105Ω·cm 이하, 더 바람직하게는 1Х104Ω·cm 이하이다.
또한 상술한 재료를 복수 적층함으로써 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 형성하여도 좋다.
또한 광 추출 효율을 향상시키기 위하여, 상기 전극보다 굴절률이 높은 재료를 광을 투과시키는 기능을 가지는 전극에 접하여 형성하여도 좋다. 이와 같은 재료로서는 가시광을 투과시키는 기능을 가지는 재료이면 좋고, 도전성을 가지는 재료이어도 좋고 가지지 않는 재료이어도 좋다. 예를 들어 상술한 바와 같은 산화물 도전체에 더하여 산화물 반도체나 유기물을 들 수 있다. 유기물로서는 예를 들어 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 또는 전자 주입층에 예시한 재료를 예로 들 수 있다. 또한 무기 탄소계 재료나 광이 투과될 정도의 금속 박막도 사용할 수 있어, 수nm 내지 수십nm의 층을 복수 적층시켜도 좋다.
전극(101) 또는 전극(102)이 음극으로서의 기능을 가지는 경우에는 일함수가 작은(3.8eV 이하) 재료를 가지는 것이 바람직하다.
또한 전극(101) 또는 전극(102)을 양극으로서 사용하는 경우, 일함수가 큰(4.0eV 이상) 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 전극(101) 및 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 가지는 도전성 재료와, 광을 투과시키는 기능을 가지는 도전성 재료의 적층이어도 좋다. 이 경우 전극(101) 및 전극(102)은, 각 발광층으로부터의 소망의 파장의 광을 공진시켜 소망의 파장의 광을 강하게 할 수 있도록, 광학 거리를 조정하는 기능을 가질 수 있기 때문에 바람직하다.
전극(101) 및 전극(102)의 성막 방법은 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 도포법, MBE(Molecular Beam Epitaxy)법, CVD법, 펄스 레이저 퇴적법, ALD(Atomic Layer Deposition)법 등을 적절히 사용할 수 있다.
<<기판>>
또한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 유리, 플라스틱 등으로 이루어지는 기판 위에 제작하면 좋다. 기판 위에 제작하는 순서는 전극(101) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋고, 전극(102) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋다.
또한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 형성할 수 있는 기판으로서는 예를 들어 유리, 석영, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또한 가요성 기판을 사용하여도 좋다. 가요성 기판이란 휠 수 있는(플렉시블) 기판을 가리키고, 예를 들어 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트로 이루어지는 플라스틱 기판 등을 들 수 있다. 또한 필름, 무기 증착 필름 등을 사용할 수도 있다. 또한 발광 소자 및 광학 소자의 제작 공정에서 지지체로서 기능한다면 이들 이외의 것이어도 좋다. 또는 발광 소자 및 광학 소자를 보호하는 기능을 가지는 것이라면 좋다.
예를 들어 본 명세서 등에서는 다양한 기판을 사용하여 발광 소자를 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 그 기판의 일례로서는 반도체 기판(예를 들어 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스·스틸 기판, 스테인리스·스틸·포일을 가지는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐·포일을 가지는 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유상의 재료를 포함하는 셀룰로스 나노 섬유(CNF)나 종이, 또는 기재 필름 등이 있다. 유리 기판의 일례로서는 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다 석회 유리 등이 있다. 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 일례로서는 이하의 것을 들 수 있다. 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱이 있다. 또는 일례로서는 아크릴 등의 수지 등이 있다. 또는 일례로서 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화 바이닐, 또는 폴리염화 바이닐 등이 있다. 또는 일례로서 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등이 있다.
또한 기판으로서 가요성 기판을 사용하고, 가요성 기판 위에 발광 소자를 직접 형성하여도 좋다. 또는 기판과 발광 소자 사이에 박리층을 제공하여도 좋다. 박리층은 그 위에 발광 소자의 일부 또는 전부를 완성시킨 후, 기판으로부터 분리하여, 다른 기판으로 전재(轉載)하기 위하여 사용할 수 있다. 이때, 내열성이 떨어지는 기판이나 가요성 기판에도 발광 소자를 전재할 수 있다. 또한 상술한 박리층에는 예를 들어 텅스텐막과 산화 실리콘막 등의 무기막의 적층 구조나, 기판 위에 폴리이미드 등의 수지막이 형성된 구성 등을 사용할 수 있다.
즉 어떤 기판을 사용하여 발광 소자를 형성하고, 그 후에 다른 기판으로 발광 소자를 전치하여 다른 기판 위에 발광 소자를 배치하여도 좋다. 발광 소자를 전치하는 기판의 일례로서는 상술한 기판에 더하여 셀로판 기판, 석재 기판, 목재 기판, 직물 기판(천연 섬유(견(silk), 솜(cotton), 삼(hemp)), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터), 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등이 있다. 이들 기판을 사용함으로써, 깨지기 어려운 발광 소자, 내열성이 높은 발광 소자, 경량화된 발광 소자, 또는 박형화된 발광 소자로 할 수 있다.
또한 상술한 기판 위에 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(FET)를 형성하고, FET와 전기적으로 접속된 전극 위에 발광 소자(150)를 제작하여도 좋다. 이에 따라, FET에 의하여 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형 표시 장치를 제작할 수 있다.
이상, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 실시형태 1에 나타낸 발광 소자의 구성과 다른 구성의 발광 소자, 및 상기 발광 소자의 발광 기구에 대하여, 도 3을 사용하여 이하에서 설명한다. 또한 도 3에서 도 1의 (A)에 나타낸 부호와 같은 기능을 가지는 부분에는 같은 해치 패턴을 사용하고, 부호를 생략하는 경우가 있다. 또한 같은 기능을 가지는 부분에는 같은 부호를 붙이고, 그 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
<발광 소자의 구성예 4>
도 3은 발광 소자(250a) 및 발광 소자(250b)의 단면 모식도이다.
발광 소자(250a) 및 발광 소자(250b)는 기판(200) 위에 전극(101)과, 전극(102)과, 전극(103)과, 전극(104)을 가진다. 또한 전극(101)과 전극(102) 사이, 및 전극(102)과 전극(103) 사이, 및 전극(102)과 전극(104) 사이에 적어도 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)과 전자 주입층(130)을 가진다. 또한 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에는 전하 발생층(115)이 제공된다. 또한 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)은 같은 구성이어도 좋고 다른 구성이어도 좋다.
발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에 끼워진 전하 발생층(115)은 예를 들어 전극(101)과 전극(102)에 전압을 인가하였을 때, 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입하고, 다른 쪽 발광 유닛에 정공을 주입하는 것이라면 좋다. 예를 들어 도 1에서, 전극(102)의 전위가 전극(101)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가한 경우, 전하 발생층(115)은 발광 유닛(106)에 전자를 주입하고 발광 유닛(108)에 정공을 주입한다.
또한 발광 유닛(106)은 예를 들어 정공 주입층(111)과, 정공 수송층(112)과, 발광층(140)과, 전자 수송층(113)을 가진다. 또한 발광 유닛(108)은 예를 들어 정공 주입층(116)과, 정공 수송층(117)과, 발광층(170)과, 전자 수송층(118)과, 전자 주입층(119)을 가진다.
여기서 도 3에 도시된 바와 같이, 전자 주입층(130)은 전자 수송층(113)과 인접하며, 발광 유닛(108)과 전자 수송층(113) 사이에 제공되는 것이 바람직하다. 또한 도 3에 도시된 바와 같이, 전하 발생층(115)이 전자 주입층(130)과 인접하며, 전자 주입층(130)과 발광 유닛(108) 사이에 제공되는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써 발광 유닛(106)으로 효율적으로 전자를 수송할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 전극(101), 전극(103), 및 전극(104)을 양극으로서, 전극(102)을 음극으로서 설명하지만, 발광 소자(250a) 및 발광 소자(250b)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 즉 전극(101), 전극(103), 및 전극(104)을 음극으로 하고 전극(102)을 양극으로 하고, 이 전극들 사이의 각층의 적층을 반대의 순서로 하여도 좋다. 즉 발광 유닛(106)은 양극 측으로부터 정공 주입층(111)과, 정공 수송층(112)과, 발광층(140)과, 전자 수송층(113)과, 전자 주입층(130)이 적층되는 순서로 하면 좋고, 발광 유닛(108)은 양극 측으로부터 정공 주입층(116)과, 정공 수송층(117)과, 발광층(170)과, 전자 수송층(118)과, 전자 주입층(119)이 적층되는 순서로 하면 좋다.
또한 발광 소자(250a) 및 발광 소자(250b)의 구성으로서는 도 3에 도시된 구성에 한정되지 않고, 적어도 발광층(140), 발광층(170), 전하 발생층(115), 및 전자 주입층(130)을 가지고, 정공 주입층(111), 정공 주입층(116), 정공 수송층(112), 정공 수송층(117), 전자 수송층(113), 전자 수송층(118), 전자 주입층(119)은 각각 가져도 되고, 가지지 않아도 된다.
또한 한 쌍의 전극 사이에는 그 기능에 대응한 층이 형성되면 좋고, 상기에 한정되지 않는다. 즉 한 쌍의 전극 사이에, 정공 또는 전자의 주입 장벽을 저감하거나, 정공 또는 전자의 수송성을 향상시키거나, 정공 또는 전자의 수송성을 저해하거나, 또는 전극에 의한 소광 현상을 억제하는 등의 기능을 가지는 층을 가지는 구성으로 하여도 좋다.
또한 발광 유닛(108)과 같이, 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(115)에 접하는 경우에는, 전하 발생층(115)이 발광 유닛(108)의 정공 주입층의 역할도 할 수 있는 경우가 있기 때문에 상기 발광 유닛에는 정공 주입층을 제공하지 않아도 되는 경우가 있다.
또한 도 3에서는, 2개의 발광 유닛을 가지는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 소자로 하여도 좋다. 발광 소자(250a) 및 발광 소자(250b)에 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층으로 구획하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 발광이 가능하고, 또한 수명이 긴 발광 소자를 실현할 수 있다. 또한 소비전력이 낮은 발광 소자를 실현할 수 있다.
발광 소자(250a)에서 전극(101), 전극(103), 및 전극(104)은 가시광을 반사하는 기능을 가지고, 전극(102)은 가시광을 투과시키는 기능을 가진다. 또한 발광 소자(250b)에서 전극(101), 전극(103), 및 전극(104)은 가시광을 투과시키는 기능을 가지고, 전극(102)은 가시광을 반사하는 기능을 가진다.
그러므로 발광 소자(250a)가 일으키는 광은 전극(102)을 통하여 외부에 사출되고, 발광 소자(250b)가 일으키는 광은 전극(101), 전극(103), 및 전극(104)을 통하여 외부에 사출된다. 다만 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않고, 발광 소자가 형성되는 기판(200)의 위 방향 및 아래 방향의 양쪽에 광이 추출되는 발광 소자이어도 좋다.
또한 전극(101)은 도전층(101a)과, 도전층(101a) 위에 접하는 도전층(101b)을 가진다. 또한 전극(103)은 도전층(103a)과, 도전층(103a) 위에 접하는 도전층(103b)을 가진다. 전극(104)은 도전층(104a)과, 도전층(104a) 위에 접하는 도전층(104b)을 가진다.
도전층(101b), 도전층(103b), 및 도전층(104b)은 가시광을 투과시키는 기능을 가진다. 또한 발광 소자(250a)에서 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a)은 가시광을 반사하는 기능을 가진다. 또한 발광 소자(250b)에서 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a)은 가시광을 투과시키는 기능을 가진다.
도 3의 (A)에 도시된 발광 소자(250a) 및 도 3의 (B)에 도시된 발광 소자(250b)는, 전극(101)과 전극(102)에 끼워진 영역(222B), 전극(102)과 전극(103)에 끼워진 영역(222G), 및 전극(102)과 전극(104)에 끼워진 영역(222R) 사이에 격벽(145)을 가진다. 격벽(145)은 절연성을 가진다. 격벽(145)은 전극(101), 전극(103), 및 전극(104)의 단부를 덮고, 이 전극들과 중첩되는 개구부를 가진다. 격벽(145)을 제공함으로써 각 영역의 기판(200) 위의 상기 전극을 각각 섬 형상으로 분리할 수 있다.
또한 도 3에서는 정공 주입층(111), 정공 주입층(116), 정공 수송층(112), 정공 수송층(117), 발광층(140), 발광층(170), 전자 수송층(113), 전자 수송층(118), 전자 주입층(119), 전하 발생층(115), 및 전극(102)은 각 영역마다 분리되지 않고 공통적으로 제공된 상태로 예시하였지만 각 영역마다 분리하여 제공하여도 좋다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자(250a) 및 발광 소자(250b)에서는 영역(222B)의 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이, 영역(222G)의 한 쌍의 전극(전극(102) 및 전극(103)) 사이, 및 영역(222R)의 한 쌍의 전극(전극(102) 및 전극(104)) 사이에 전압을 인가함으로써 각각 음극으로부터 전자가 전자 주입층(119)에 주입되고, 양극으로부터 정공(홀)이 정공 주입층(111)에 주입됨으로써 전류가 흐른다. 또한 전하 발생층(115)으로부터 전자가 전자 주입층(130)에 주입되고, 전하 발생층(115)으로부터 정공(홀)이 정공 주입층(116)에 주입된다. 그리고 주입된 캐리어(전자 및 정공)가 재결합함으로써 여기자가 형성된다. 발광 재료를 가지는 발광층(140) 및 발광층(170)에서 캐리어(전자 및 정공)가 재결합하여 여기자가 형성되면, 발광층(140) 및 발광층(170)이 가지는 발광 재료가 여기 상태가 되어 발광 재료로부터 발광이 얻어진다.
발광층(140) 및 발광층(170)은 자색, 청색, 청록색, 녹색, 황록색, 황색, 등황색, 주황색, 또는 적색의 광을 이루는 발광 재료 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 가지는 것이 바람직하다.
또한 발광층(140) 및 발광층(170)은 2층이 적층된 구성으로 하여도 좋다. 2층의 발광층에, 제 1 화합물 및 제 2 화합물, 즉 다른 색을 이루는 기능을 가지는 2종류의 발광 재료를 각각 사용함으로써, 복수의 발광을 동시에 얻을 수 있다. 특히 발광층(140) 및 발광층(170)이 일으키는 발광에 의하여 백색 또는 백색에 가까운 색이 되도록 각 발광층에 사용하는 발광 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
또한 발광층(140) 및 발광층(170)은 3층 이상이 적층된 구성으로 하여도 좋고, 발광 재료를 가지지 않는 층이 포함되어도 좋다.
또한 발광 소자(250a) 및 발광 소자(250b)는 영역(222B), 영역(222G), 및 영역(222R)으로부터 방출되는 광이 추출되는 방향에, 각각 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)가 제공된 기판(220)을 가진다. 각 영역으로부터 방출되는 광은 각 광학 소자를 통하여 발광 소자 외부에 사출된다. 즉 영역(222B)으로부터 방출되는 광은 광학 소자(224B)를 통하여 사출되고, 영역(222G)으로부터 방출되는 광은 광학 소자(224G)를 통하여 사출되고, 영역(222R)으로부터 방출되는 광은 광학 소자(224R)를 통하여 사출된다.
또한 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)는 입사되는 광에서 특정의 색을 이루는 광을 선택적으로 투과시키는 기능을 가진다. 예를 들어 광학 소자(224B)를 통하여 사출되는 영역(222B)으로부터 방출되는 광은 청색을 이루는 광이고, 광학 소자(224G)를 통하여 사출되는 영역(222G)으로부터 방출되는 광은 녹색을 이루는 광이고, 광학 소자(224R)를 통하여 사출되는 영역(222R)으로부터 방출되는 광은 적색을 이루는 광이다.
또한 도 3의 (A) 및 (B)에서 각 광학 소자를 통하여 각 영역으로부터 사출되는 광은, 청색(B)을 이루는 광, 녹색(G)을 이루는 광, 적색(R)을 이루는 광으로서 각각 파선의 화살표로 모식적으로 도시하였다. 도 3의 (A)에 도시된 발광 소자(250a)는 톱 이미션형 발광 소자이고, 도 3의 (B)에 도시된 발광 소자(250b)는 보텀 이미션형 발광 소자이다.
또한 각 광학 소자 사이에 차광층(223)을 가진다. 차광층(223)은 인접한 영역들로부터 방출되는 광을 차광하는 기능을 가진다. 또한 차광층(223)을 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한 광학 소자(224B), 광학 소자(224G) 및 광학 소자(224R) 중 어느 하나 또는 2 이상을 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 또는 광학 소자(224R)를 제공하지 않는 구성으로 함으로써 발광 소자로부터 방출되는 광의 추출 효율을 높일 수 있다.
또한 전하 발생층(115)은 정공 수송성 재료에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 재료, 또는 전자 수송성 재료에 전자 공여체(도너)가 첨가된 재료로 형성될 수 있다.
여기서 발광 소자의 구동 전압을 저감시키기 위해서는 전하 발생층(115)으로부터 전자 수송층(113)으로의 전자 주입의 장벽을 저감시키고, 전하 발생층(115)에서 발생한 전자를 전자 수송층(113)에 원활하게 주입 및 수송시키는 구성이 바람직하다. 따라서 전하 발생층(115)과 전자 수송층(113) 사이에 전자 주입층(130)을 제공하는 것이 바람직하다. 전자 주입층(119)이나 전자 주입층(130)은 전자 주입성이 높은 것이 요구되기 때문에, 상기 전자 주입층에는 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속이나 이들의 화합물, 칼슘(Ca) 등의 알칼리 토금속이나 이들의 화합물이 사용된다. 하지만 상기 금속 및 상기 화합물을 전자 주입층(130)에 사용하면, 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 전극(103) 및 전극(102) 사이에 전압을 인가하여 영역(222G)에 전류를 흘렸을 때, 전자 주입층(130) 및 전자 수송층(113)을 통하여 영역(222G)과 인접한 영역(222B) 및 영역(222R)에도 전류가 흘러, 영역(222G)으로부터 발광이 방출될 뿐만 아니라 인접한 영역(222B) 및 영역(222R)으로부터도 발광이 방출되는 현상(크로스토크라고 함)이 생기는 경우가 있다. 또한 도 4에서 영역(222G), 영역(222R), 및 영역(222B)에 흐르는 전류를 실선 화살표로 나타내었다.
발광 소자에서 크로스토크가 생기면 원하는 영역(예를 들어 영역(222G))으로부터 발광이 방출될 뿐만 아니라 다른 영역(예를 들어 영역(222B 및 222R))으로부터도 발광이 방출되기 때문에, 발광 소자(250a) 및 발광 소자(250b)가 일으키는 발광의 색 순도가 저하되는 경우나, 발광 강도가 저하되는 경우가 있다.
크로스토크의 한 원인은 전하 발생층(115)과 전자 수송층(113) 사이에 끼워진 전자 주입층(130)에 사용하는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물이 전자 수송층(113)으로 확산되어 전자 수송층(113)의 도전성(특히 전압을 인가하는 방향에 수직인 방향의 도전성)이 향상되는 것이다. 그 중에서도 Li이나 Ca 등 원자 번호가 작은 금속이나 이들의 화합물이 전자 주입층(130)에 사용되면 상기 원자 번호가 작은 금속이 전자 수송층(113)으로 확산되기 쉽다. 따라서 크로스토크를 억제하기 위해서는 전자 주입층(130)이 알칼리 금속 및 알칼리 토금속을 가지지 않는 것이 바람직하다. 한편 전자 주입층(130)에 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물이 사용되지 않는 경우, 전하 발생층(115)으로부터 전자 수송층(113)으로의 전자 주입의 장벽이 높아지기 때문에 전자 수송층(113)에 전자가 주입되기 어려워져, 발광 소자의 구동 전압이 높아지거나 발광 효율이 저하되는 경우가 있다.
따라서 발광 소자의 구동 전압을 저감시키고, 발광 효율을 향상시키고, 크로스토크를 억제하기 위해서는, 전자 주입성이 우수하고 유기 화합물과 혼합한 경우에 상기 유기 화합물 중에서 확산되기 어려운 금속을 전자 주입층(130)에 사용하는 것이 바람직하다. 전자 주입층(130)에 사용하는, 확산되기 어려운 금속으로서는 원자 반경이 큰 금속이 바람직하다. 또한 원자량이 큰 금속이 바람직하다.
여기서 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료를 가진다. 상기 금속에는 3족 내지 13족에 속하는, 원자량 또는 원자 반경이 큰 금속을 적합하게 사용할 수 있다. 그러므로 본 발명의 일 형태는 크로스토크가 억제된 발광 소자를 제공할 수 있다.
특히 전이 금속은 원자량이 크고 유기 화합물 중에서 확산되기 어렵기 때문에 크로스토크가 억제된 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한 발광 유닛(106), 발광 유닛(108), 및 전하 발생층(115)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등으로 형성할 수 있다.
또한 본 실시형태에서 나타낸 구성은 다른 실시형태에서 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 사용한 발광 장치에 대하여 도 5의 (A) 및 (B)를 사용하여 설명한다.
도 5의 (A)는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 5의 (B)는 도 5의 (A)를 선 A-B 및 선 C-D를 따라 절단한 단면도이다. 이 발광 장치는 발광 소자의 발광을 제어하는 것으로서, 점선으로 나타낸 구동 회로부(소스 측 구동 회로)(601), 화소부(602), 구동 회로부(게이트 측 구동 회로)(603)를 포함한다. 또한 604는 밀봉 기판, 625는 건조제, 605는 실재(sealing material)이고, 실재(605)로 둘러싸인 내측은 공간(607)이다.
또한 리드 배선(608)은 소스 측 구동 회로(601) 및 게이트 측 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송(傳送)하기 위한 배선이며, 외부 입력 단자가 되는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한 여기서는 FPC만을 도시하였지만, 이 FPC에는 인쇄 배선 기판(PWB: Printed Wiring Board)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서의 발광 장치에는 발광 장치 본체뿐만 아니라 FPC 또는 PWB가 장착된 발광 장치도 포함하는 것으로 한다.
다음으로 상기 발광 장치의 단면 구조에 대하여 도 5의 (B)를 사용하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만 여기서는 구동 회로부인 소스 측 구동 회로(601)와 화소부(602) 내의 하나의 화소가 도시되어 있다.
또한 소스 측 구동 회로(601)에는 n채널형 TFT(623)와 p채널형 TFT(624)를 조합한 CMOS 회로가 형성된다. 또한 구동 회로는 각종 CMOS 회로, PMOS 회로, NMOS 회로로 형성하여도 좋다. 또한 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내지만 반드시 그렇게 할 필요는 없고, 기판 위가 아니라 외부에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
또한 화소부(602)는 스위칭용 TFT(611)와 전류 제어용 TFT(612)와 그 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 화소에 의하여 형성된다. 또한 제 1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성된다. 절연물(614)은 포지티브형의 감광성 수지막을 사용함으로써 형성할 수 있다.
또한 절연물(614) 위에 형성되는 막의 피복성을 양호하게 하기 위하여 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 면이 형성되도록 한다. 예를 들어 절연물(614)의 재료로서 감광성 아크릴을 사용한 경우, 절연물(614)의 상단부에만 곡면을 가지게 하는 것이 바람직하다. 상기 곡면의 곡률 반경은 0.2μm 이상 0.3μm 이하인 것이 바람직하다. 또한 절연물(614)로서 네거티브형의 감광 재료, 포지티브형의 감광 재료를 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 각각 형성된다. 여기서 양극으로서 기능하는 제 1 전극(613)에 사용되는 재료로서는 일함수가 큰 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO막, 또는 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물막, 2wt% 이상 20wt% 이하의 산화 아연을 포함하는 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층막 외에, 질화 타이타늄과 알루미늄을 주성분으로 하는 막의 적층, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화 타이타늄막의 3층 구조 등을 사용할 수 있다. 또한 적층 구조로 하면 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 옴 접촉(ohmic contact)이 얻어지고, 또한 양극으로서 기능시킬 수 있다.
또한 EL층(616)은 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등 다양한 방법으로 형성된다. EL층(616)을 구성하는 재료로서는 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머를 포함함)이어도 좋다.
또한 EL층(616) 위에 형성되고, 음극으로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용하는 재료로서는 일함수가 작은 재료(Al, Mg, Li, Ca, 또는 이들의 합금이나 화합물(MgAg, MgIn, AlLi 등) 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 제 2 전극(617)에 EL층(616)에서 발생한 광을 투과시키는 경우에는, 막 두께를 얇게 한 금속 박막과, 투명 도전막(ITO, 2wt% 이상 20wt% 이하의 산화 아연을 포함하는 산화 인듐, 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물, 산화 아연(ZnO) 등)의 적층을 제 2 전극(617)으로서 사용하는 것이 바람직하다.
또한 제 1 전극(613), EL층(616), 제 2 전극(617)에 의하여 발광 소자(618)가 형성된다. 발광 소자(618)는 실시형태 1 및 실시형태 2의 구성을 가지는 발광 소자인 것이 바람직하다. 또한 화소부에는 복수의 발광 소자가 형성되어 있지만, 본 실시형태에서의 발광 장치는 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 구성을 가지는 발광 소자와, 그 외의 구성을 가지는 발광 소자의 양쪽 모두를 포함하여도 좋다.
또한 실재(605)로 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)과 접합함으로써 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 소자(618)가 제공된 구조가 되어 있다. 또한 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있고, 상기 충전재로서는 불활성 기체(질소나 아르곤 등), 수지 또는 건조제, 혹은 그 양쪽 모두가 사용되는 경우도 있다.
또한 실재(605)에는 에폭시계 수지나 유리 프릿을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한 밀봉 기판(604)으로서는 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 사용한 발광 장치를 얻을 수 있다.
<발광 장치의 구성예 1>
도 6에는 표시 장치의 일례로서 백색 발광을 이루는 발광 소자 및 착색층(컬러 필터)을 형성한 발광 장치를 도시하였다.
도 6의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 1024B), 격벽(1026), EL층(1028), 발광 소자의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 실재(1032), 적색 화소(1044R), 녹색 화소(1044G), 청색 화소(1044B), 백색 화소(1044W) 등이 도시되어 있다.
또한 도 6의 (A), (B)에서는 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B))이 투명한 기재(1033)에 제공되어 있다. 또한 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)을 더 제공하여도 좋다. 착색층 및 흑색층이 제공된 투명한 기재(1033)는 위치를 맞추고 기판(1001)에 고정된다. 또한 착색층 및 흑색층은 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 또한 도 6의 (A)에서는 착색층을 투과하지 않고 외부로 나가는 광과, 각색의 착색층을 투과하여 외부로 나가는 광이 있다. 착색층을 투과하지 않는 광은 백색이 되고, 착색층을 투과하는 광은 적색, 청색, 녹색이 되므로 4색의 화소로 영상을 표현할 수 있다.
도 6의 (B)에서는 적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B)을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성하는 예를 도시하였다. 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
또한 이상에서 설명한 발광 장치는 TFT가 형성되어 있는 기판(1001) 측에 광을 추출하는 구조(보텀 이미션 구조)의 발광 장치로 하였지만, 밀봉 기판(1031) 측에 발광을 추출하는 구조(톱 이미션 구조)의 발광 장치로 하여도 좋다.
<발광 장치의 구성예 2>
톱 이미션형 발광 장치의 단면도를 도 7의 (A) 및 (B)에 도시하였다. 이 경우 기판(1001)에는 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. TFT와 발광 소자의 양극을 접속하는 접속 전극을 제작할 때까지의 공정은 보텀 이미션형 발광 장치와 같은 식으로 수행한다. 그 후, 제 3 층간 절연막(1037)을 전극(1022)을 덮어 형성한다. 이 절연막은 평탄화하는 역할을 하여도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막(1021)과 같은 재료 외에, 다양한 다른 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
발광 소자의 하부 전극(1025W), 하부 전극(1025R), 하부 전극(1025G), 하부 전극(1025B)은 여기서는 양극으로 하지만 음극이어도 좋다. 또한 도 7의 (A) 및 (B)와 같은 톱 이미션형 발광 장치인 경우, 하부 전극(1025W), 하부 전극(1025R), 하부 전극(1025G), 하부 전극(1025B)을 반사 전극으로 하는 것이 바람직하다. 또한 제 2 전극(1029)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 또한 제 2 전극(1029)과, 하부 전극(1025W), 하부 전극(1025R), 하부 전극(1025G), 하부 전극(1025B) 사이에서 마이크로캐비티 구조를 적용하여 특정 파장의 광을 증폭하는 것이 바람직하다. EL층(1028)은 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 바와 같은 구성으로 하고, 백색 발광을 얻을 수 있는 소자 구조로 한다.
도 6의 (A), (B) 및 도 7의 (A), (B)에서, 백색 발광을 얻을 수 있는 EL층의 구성은 발광층을 복수 층 사용하는 것, 복수의 발광 유닛을 사용하는 것 등에 의하여 실현하면 좋다. 또한 백색 발광을 얻는 구성은 이에 한정되지 않는다.
도 7의 (A) 및 (B)와 같은 톱 이미션 구조에서는, 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B))을 제공한 밀봉 기판(1031)으로 밀봉할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소와 화소 사이에 위치하도록 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)을 제공하여도 좋다. 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B))이나 흑색층(블랙 매트릭스)은 오버코트층으로 덮여 있어도 좋다. 또한 밀봉 기판(1031)은 투광성을 가지는 기판을 사용한다.
또한 도 7의 (A)에서는 적색, 녹색, 청색의 3색으로 풀 컬러 표시를 수행하는 구성을 도시하였지만, 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이, 적색, 녹색, 청색, 백색의 4색으로 풀 컬러 표시를 수행하여도 된다. 또한 풀 컬러 표시를 수행하는 구성은 이들에 한정되지 않는다. 예를 들어 적색, 녹색, 청색, 황색의 4색으로 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 게스트 재료로서 형광 재료를 사용한다. 형광 재료는 인광 재료와 비교하여 스펙트럼이 날카롭기 때문에, 색 순도가 높은 발광을 얻을 수 있다. 그러므로 본 실시형태에서 나타내는 발광 장치에 상기 발광 소자를 사용함으로써 색 재현성이 높은 발광 장치를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 사용한 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기 및 표시 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태에 의하여 평면을 가지고, 발광 효율이 양호하고, 신뢰성이 높은 전자 기기 및 표시 장치를 제작할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 곡면을 가지고, 발광 효율이 양호하고, 신뢰성이 높은 전자 기기 및 표시 장치를 제작할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는 색 순도가 높은 발광을 얻을 수 있다. 그러므로 본 실시형태에서 나타내는 발광 장치에 상기 발광 소자를 사용함으로써 색 재현성이 높은 전자 기기 및 표시 장치를 얻을 수 있다.
전자 기기로서는 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형의 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다.
도 8의 (A), (B)에 도시된 휴대 정보 단말기(900)는 하우징(901), 하우징(902), 표시부(903), 및 힌지부(905) 등을 가진다.
하우징(901)과 하우징(902)은 힌지부(905)로 연결된다. 휴대 정보 단말기(900)는 접힌 상태(도 8의 (A))에서 도 8의 (B)에 도시된 바와 같이, 펼칠 수 있다. 이에 의하여 휴대할 때는 가반성이 우수하고, 사용할 때는 큰 표시 영역에 의하여 시인성이 우수하다.
휴대 정보 단말기(900)에는 힌지부(905)로 연결된 하우징(901)과 하우징(902)에 걸쳐 플렉시블한 표시부(903)가 제공되어 있다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(903)에 사용할 수 있다. 이에 의하여, 신뢰성이 높은 휴대 정보 단말기를 제작할 수 있다.
표시부(903)는 문서 정보, 정지 화상, 및 동영상 등 중 적어도 하나를 표시할 수 있다. 표시부에 문서 정보를 표시시키는 경우, 휴대 정보 단말기(900)를 전자 서적 단말로서 사용할 수 있다.
휴대 정보 단말기(900)를 펼치면 표시부(903)는 곡률 반경이 큰 상태로 유지된다. 예를 들어 곡률 반경 1mm 이상 50mm 이하, 바람직하게는 5mm 이상 30mm 이하로 만곡한 부분을 포함하여 표시부(903)가 유지된다. 표시부(903)의 일부는 하우징(901)에서 하우징(902)에 걸쳐 연속적으로 화소가 배치되어 있어 곡면 형상의 표시를 수행할 수 있다.
표시부(903)는 터치 패널로서 기능하고 손가락이나 스타일러스 등으로 조작할 수 있다.
표시부(903)는 하나의 플렉시블 디스플레이로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의하여 하우징(901)과 하우징(902) 사이에서 끊김 없는 연속한 표시를 수행할 수 있다. 또한 하우징(901)과 하우징(902) 각각에 디스플레이가 제공되는 구성으로 하여도 좋다.
힌지부(905)는 휴대 정보 단말기(900)를 펼쳤을 때, 하우징(901)과 하우징(902) 사이의 각도가 소정의 각도보다 큰 각도가 되지 않도록, 잠금 기구를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어 잠금이 걸리는(그 이상으로 펼쳐지지 않는) 각도는 90도 이상 180도 미만인 것이 바람직하고, 대표적으로는 90도, 120도, 135도, 150도, 또는 175도 등으로 할 수 있다. 이에 의하여 휴대 정보 단말기(900)의 편리성, 안전성, 및 신뢰성을 높일 수 있다.
힌지부(905)가 잠금 기구를 가지면 표시부(903)에 무리한 힘이 가해지는 일이 없으므로 표시부(903)가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로 신뢰성이 높은 휴대 정보 단말기를 실현할 수 있다.
하우징(901) 및 하우징(902)은 전원 버튼, 조작 버튼, 외부 접속 포트, 스피커, 마이크로폰 등을 가져도 좋다.
하우징(901) 및 하우징(902) 중 어느 한쪽에는 무선 통신 모듈이 제공되어 인터넷이나 LAN(Local Area Network), Wi-Fi(등록 상표) 등의 컴퓨터 네트워크를 통하여 데이터를 송수신할 수 있다.
도 8의 (C)에 도시된 휴대 정보 단말기(910)는 하우징(911), 표시부(912), 조작 버튼(913), 외부 접속 포트(914), 스피커(915), 마이크로폰(916), 카메라(917) 등을 가진다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(912)에 사용할 수 있다. 이에 의하여 높은 수율로 휴대 정보 단말기를 제작할 수 있다.
휴대 정보 단말기(910)는 표시부(912)에 터치 센서가 제공된다. 전화를 걸거나 또는 문자를 입력하는 등의 각종 조작은 손가락이나 스타일러스 등으로 표시부(912)를 터치함으로써 수행할 수 있다.
또한 조작 버튼(913)의 조작에 의하여 전원의 ON, OFF 동작이나 표시부(912)에 표시되는 화상의 종류를 전환할 수 있다. 예를 들어 메일 작성 화면에서 메인 메뉴 화면으로 전환할 수 있다.
또한 휴대 정보 단말기(910) 내부에 자이로 센서 또는 가속도 센서 등의 검출 장치를 제공함으로써 휴대 정보 단말기(910)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여 표시부(912)의 화면 표시의 방향을 자동적으로 전환할 수 있다. 또한 화면 표시의 방향의 전환은 표시부(912)를 터치하는 것, 조작 버튼(913)의 조작, 또는 마이크로폰(916)을 사용한 음성 입력 등에 의하여 수행할 수도 있다.
휴대 정보 단말기(910)는 예를 들어 전화기, 수첩, 및 정보 열람 장치 등 중에서 선택된 하나 또는 복수의 기능을 가진다. 구체적으로는 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 휴대 정보 단말기(910)는 예를 들어 이동 전화, 전자 메일, 문장 열람 및 작성, 음악 재생, 동영상 재생, 인터넷 통신, 게임 등의 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있다.
도 8의 (D)에 도시된 카메라(920)는 하우징(921), 표시부(922), 조작 버튼(923), 셔터 버튼(924) 등을 가진다. 또한 카메라(920)에는 탈착 가능한 렌즈(926)가 장착되어 있다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(922)에 사용할 수 있다. 이에 의하여, 신뢰성이 높은 카메라를 제작할 수 있다.
여기서는 카메라(920)를, 렌즈(926)를 하우징(921)으로부터 떼어 교환할 수 있는 구성으로 하였지만, 렌즈(926)와 하우징(921)이 일체가 되어 있어도 좋다.
카메라(920)는 셔터 버튼(924)을 누름으로써 정지 화상 또는 동영상을 촬상할 수 있다. 또한 표시부(922)는 터치 패널로서의 기능을 가지고, 표시부(922)를 터치함으로써 촬상할 수도 있다.
또한 카메라(920)는 스트로브 장치나 뷰파인더 등을 별도로 장착할 수 있다. 또는 이들이 하우징(921)에 포함되어 있어도 좋다.
도 9의 (A)는 청소 로봇의 일례를 도시한 모식도이다.
청소 로봇(5100)은 상면에 배치된 디스플레이(5101), 측면에 배치된 복수의 카메라(5102), 브러시(5103), 조작 버튼(5104)을 가진다. 또한 도시하지 않았지만, 청소 로봇(5100)의 하면에는, 바퀴, 흡입구 등이 구비되어 있다. 청소 로봇(5100)은 그 외에 적외선 센서, 초음파 센서, 가속도 센서, 피에조 센서, 광 센서, 자이로 센서 등의 각종 센서를 구비한다. 또한 청소 로봇(5100)은 무선에 의한 통신 수단을 구비한다.
청소 로봇(5100)은 자력(自力)으로 움직이고, 먼지(5120)를 검지하고 하면에 제공된 흡입구로부터 먼지를 흡인할 수 있다.
또한 청소 로봇(5100)은 카메라(5102)가 촬영한 화상을 해석하여, 벽, 가구, 또는 단차 등의 장애물의 유무를 판단할 수 있다. 또한 화상 해석에 의하여 배선 등, 브러시(5103)에 얽힐 만한 물체를 검지한 경우에는 브러시(5103)의 회전을 멈출 수 있다.
디스플레이(5101)에는 배터리 잔량이나, 흡인한 먼지의 양 등을 표시할 수 있다. 청소 로봇(5100)이 주행한 경로를 디스플레이(5101)에 표시하여도 좋다. 또한 디스플레이(5101)를 터치 패널로 하고, 조작 버튼(5104)을 디스플레이(5101)에 제공하여도 좋다.
청소 로봇(5100)은 스마트폰 등의 휴대 전자 기기(5140)와 통신할 수 있다. 카메라(5102)가 촬영한 화상을 휴대 전자 기기(5140)에 표시시킬 수 있다. 그러므로 청소 로봇(5100)의 소유자는 외출한 곳에서도 방 상태를 알 수 있다. 또한 디스플레이(5101)의 표시를 스마트폰 등의 휴대 전자 기기로 확인할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치는 디스플레이(5101)에 사용할 수 있다.
도 9의 (B)에 도시된 로봇(2100)은 연산 장치(2110), 조도 센서(2101), 마이크로폰(2102), 상부 카메라(2103), 스피커(2104), 디스플레이(2105), 하부 카메라(2106), 장애물 센서(2107), 및 이동 기구(2108)를 가진다.
마이크로폰(2102)은 사용자의 목소리 및 환경음 등을 검지하는 기능을 가진다. 또한 스피커(2104)는 음성을 발하는 기능을 가진다. 로봇(2100)은 마이크로폰(2102) 및 스피커(2104)를 사용하여 사용자와의 의사소통이 가능하다.
디스플레이(2105)는 각종 정보를 표시하는 기능을 가진다. 로봇(2100)은 사용자가 원하는 정보를 디스플레이(2105)에 표시할 수 있다. 디스플레이(2105)에는 터치 패널이 탑재되어도 좋다. 또한 디스플레이(2105)는 탈착 가능한 정보 단말이어도 좋고, 로봇(2100)의 정위치에 설치함으로써 충전 및 데이터의 수수를 가능하게 한다.
상부 카메라(2103) 및 하부 카메라(2106)는 로봇(2100)의 주위를 촬상하는 기능을 가진다. 또한 장애물 센서(2107)는 이동 기구(2108)를 사용하여 로봇(2100)이 전진할 때의 진행 방향에서의 장애물의 유무를 검지할 수 있다. 로봇(2100)은 상부 카메라(2103), 하부 카메라(2106), 및 장애물 센서(2107)를 사용하여 주위의 환경을 인식하여 안전하게 이동할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치는 디스플레이(2105)에 사용할 수 있다.
도 9의 (C)는 고글형 디스플레이의 일례를 도시한 도면이다. 고글형 디스플레이는 예를 들어 하우징(5000), 표시부(5001), 스피커(5003), LED 램프(5004), 접속 단자(5006), 센서(5007)(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(5008), 제 2 표시부(5002), 지지부(5012), 이어폰(5013) 등을 가진다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치는 표시부(5001) 및 제 2 표시부(5002)에 사용할 수 있다.
또한 도 10의 (A), (B)에 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)를 도시하였다. 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)는 하우징(5151), 표시 영역(5152), 및 굴곡부(5153)를 가진다. 도 10의 (A)에 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(5150)를 도시하였다. 도 10의 (B)에 접은 상태의 휴대 정보 단말기(5150)를 도시하였다. 휴대 정보 단말기(5150)는 큰 표시 영역(5152)을 가짐에도 불구하고 접으면 작아지고 가반성이 우수하다.
표시 영역(5152)은 굴곡부(5153)로 반으로 접을 수 있다. 굴곡부(5153)는 신축 가능한 부재와 복수의 지지 부재로 구성된다. 표시 영역을 접는 경우에는 신축 가능한 부재가 늘어나고, 굴곡부(5153)는 2mm 이상, 바람직하게는 5mm 이상의 곡률 반경을 가진다.
또한 표시 영역(5152)은 터치 센서(입력 장치)를 탑재한 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 표시 영역(5152)에 사용할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 다양한 조명 장치에 적용하는 일례에 대하여 도 11을 사용하여 설명한다. 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 사용함으로써, 발광 효율이 양호한 신뢰성이 높은 조명 장치를 제작할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자를 가요성을 가지는 기판 위에 제작함으로써 곡면을 가지는 발광 영역을 가지는 전자 기기나 조명 장치를 실현할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 적용한 발광 장치는 자동차의 조명에도 적용할 수 있고, 예를 들어 앞유리, 천장 등에 조명을 설치할 수도 있다.
도 11은 발광 소자를 실내의 조명 장치(8501)로서 사용한 예이다. 또한 발광 소자는 대면적화도 가능하므로 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 그 외에, 곡면을 가지는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 가지는 조명 장치(8502)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에서 나타내는 발광 소자는 박막 형상이고, 하우징의 디자인 자유도가 높다. 따라서 다양하게 디자인된 조명 장치를 형성할 수 있다. 또한 실내의 벽면에 대형의 조명 장치(8503)를 제공하여도 좋다. 또한 조명 장치(8501, 8502, 8503)에 터치 센서를 제공하고, 전원의 온 또는 오프를 수행하여도 좋다.
또한 발광 소자를 테이블의 표면 측에 사용함으로써 테이블로서의 기능을 구비한 조명 장치(8504)로 할 수 있다. 또한 그 외의 가구의 일부에 발광 소자를 사용함으로써 가구로서의 기능을 구비한 조명 장치로 할 수 있다.
상술한 바와 같이 함으로써 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용하여 조명 장치 및 전자 기기를 얻을 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 본 실시형태에 나타낸 것에 한정되지 않고, 다양한 분야의 조명 장치 및 전자 기기에 적용할 수 있다.
또한 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자인 발광 소자 2 내지 발광 소자 5 및 비교 발광 소자 1의 제작예를 나타낸다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도를 도 1의 (A)에, 소자 구조의 자세한 사항을 표 2 및 표 3에 각각 나타내었다. 또한 본 실시예에서 사용하는 유기 화합물의 화학식을 이하에 나타낸다. 또한 다른 화합물의 구조와 약칭에 대해서는 상술한 실시형태 1을 참조할 수 있다.
[화 19]
Figure pct00020
[표 2]
Figure pct00021
[표 3]
Figure pct00022
<발광 소자의 제작>
이하에서 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 제작 방법을 나타낸다. 비교 발광 소자 1은 전자 주입층에 일반적으로 사용되는 Li 화합물인 LiF을 사용한 발광 소자이고, 발광 소자 2 내지 발광 소자 5는 본 발명의 일 형태인 전자 주입층에 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료를 사용한 발광 소자이다.
<<비교 발광 소자 1의 제작>>
유리 기판 위에 전극(101)으로서 ITSO막을 두께가 110nm가 되도록 형성하였다. 또한 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mmХ2mm)로 하였다.
다음으로 전극(101) 위에 정공 주입층(111)으로서 DBT3P-II와 산화 몰리브데넘(MoO3)을, 중량비(DBT3P-II:MoO3)를 1:0.5로, 두께가 25nm가 되도록 공증착하였다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에 정공 수송층(112)으로서 PCBBiF를 두께가 20nm가 되도록 증착하였다.
다음으로 정공 수송층(112) 위에 발광층(140)으로서 2mDBTBPDBq-II와 PCBBiF와 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)를, 중량비(2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:Ir(dmdppr-dmp)2(dpm))를 0.75:0.25:0.08로, 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다. 또한 발광층(140)에서는 2mDBTBPDBq-II 및 PCBBiF가 호스트 재료이고, Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)가 게스트 재료(인광성 화합물)이다.
다음으로 발광층(140) 위에 전자 수송층(118(1))으로서 2mDBTBPDBq-II를 두께가 20nm가 되도록 증착하였다.
다음으로 전자 수송층(118(1)) 위에 전자 수송층(118(2))으로서 NBPhen을 두께가 15nm가 되도록 증착하였다.
전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(130)으로서 플루오린화 리튬(LiF)을 두께가 1nm가 되도록 증착하였다.
다음으로 전자 주입층(130) 위에 전극(102)으로서 알루미늄(Al)을 두께가 200nm가 되도록 형성하였다.
다음으로 밀봉을 수행하지 않고 대기 중에서 열처리를 80℃에서 1시간 수행하였다. 이상의 공정으로 비교 발광 소자 1을 얻었다.
<<발광 소자 2 내지 발광 소자 5의 제작>>
발광 소자 2 내지 발광 소자 5는 전자 주입층(130)의 형성 공정 이외는 비교 발광 소자 1과 같은 공정으로 제작하였다.
<발광 소자 2의 제작>
전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(130)으로서 tPy2P와 Ag을, 중량비(tPy2P:Ag)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자 3의 제작>
전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(130)으로서 2Py3Tzn과 Cu를, 중량비(2Py3Tzn:Cu)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자 4의 제작>
전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(130)으로서 Pm3Tzn과 Cu를, 중량비(Pm3Tzn:Cu)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자 5의 제작>
전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(130)으로서 tPy2P와 Co를, 중량비(tPy2P:Co)를 1:0.2로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자의 특성>
다음으로 상기 제작한 비교 발광 소자 1 및 발광 소자 2 내지 발광 소자 5의 소자 특성을 측정하였다. 휘도 및 CIE 색도의 측정에는 색채 휘도계(Topcon Technohouse Corporation 제조, BM-5A)를 사용하고, 전계 발광 스펙트럼의 측정에는 멀티채널 분광기(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, PMA-11)를 사용하였다.
제작한 비교 발광 소자 1 및 발광 소자 2 내지 발광 소자 5의 전류 효율-휘도 특성을 도 12에, 전류-전압 특성을 도 13에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 14에 각각 나타내었다. 또한 각 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다. 또한 각 발광 소자에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 15에 나타내었다. 또한 측정은 실온에서 수행하였다.
또한 1000cd/m2 부근에서의 비교 발광 소자 1 및 발광 소자 2 내지 발광 소자 5의 소자 특성을 표 4에 나타낸다.
[표 4]
Figure pct00023
도 14 및 표 4에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 1 및 발광 소자 2 내지 발광 소자 5는 모두 외부 양자 효율이 25%를 넘는, 높은 발광 효율을 나타내었다. 또한 본 발명의 일 형태인 발광 소자 2 내지 발광 소자 5는, 전자 주입층에 일반적으로 사용되는 재료인 LiF을 사용한 비교 발광 소자 1과 동등한 높은 효율을 나타내었다.
또한 도 13 및 표 4에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 1 및 발광 소자 2 내지 발광 소자 5는 양호한 전류-전압 특성을 나타내었다. 발광 소자 2 내지 발광 소자 5는 비교 발광 소자 1과 동등한 전류-전압 특성을 나타내고, Cu나, Ag, Co 등 일함수가 큰(4.5eV 이상) 전이 금속과 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물의 복합 재료는, 전자 주입층에 일반적으로 사용되는 재료인 LiF과 동등한 매우 양호한 전자 주입성을 가지는 것을 알게 되었다.
또한 도 15에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 1 및 발광 소자 2 내지 발광 소자 5의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 모두 619nm 부근이고, 반치전폭은 모두 58nm 정도인 적색의 발광을 나타내었다. 얻어진 전계 발광 스펙트럼을 통하여 게스트 재료인 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)로부터의 발광인 것을 알게 되었다.
<발광 소자의 정전류 구동 시험 결과>
다음으로 비교 발광 소자 1 및 발광 소자 2 내지 발광 소자 5에 대하여 1.0mA에서의 정전류 구동 시험을 대기 분위기에서 수행하였다. 그 결과를 도 16에 나타내었다. 또한 상술한 바와 같이, 비교 발광 소자 1 및 발광 소자 2 내지 발광 소자 5는 밀봉을 수행하지 않았다. 도 16에서 알 수 있듯이, 발광 소자 2 내지 발광 소자 5는 대기 분위기에서 비교 발광 소자 1보다 양호한 신뢰성을 가진다. 비교 발광 소자 1에는 일함수가 작은 금속을 가지는 재료를 전자 주입층에 사용하였다. 일함수가 작은 금속은 물과의 반응성이 높아, 발광 소자 내부에 수분이 침입할 우려가 있다. 그러므로 발광 소자 1을 대기 분위기에서 구동시킨 경우, 수분의 영향에 의하여 신뢰성이 저하된다. 한편 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 물과의 반응성이 낮은 일함수가 큰 금속을 전자 주입층에 사용할 수 있다. 그러므로 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 발광 소자 내부에 수분이 침입하기 어렵고, 대기 분위기에서 구동시켜도 신뢰성이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다. 또한 발광 소자 3 내지 발광 소자 5는 우수한 신뢰성을 나타내었다. 이로써 Cu나 Co 등, 일함수가 4.7eV 이상인 금속을 사용함으로써 우수한 신뢰성을 가지는 발광 소자를 실현할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자인 발광 소자 7 내지 발광 소자 10 및 비교 발광 소자 6의 제작예를 나타낸다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도를 도 1의 (A)에, 소자 구조의 자세한 사항을 표 5 및 표 6에 각각 나타내었다. 또한 본 실시예에서 사용하는 유기 화합물의 구조와 약칭에 대해서는 상술한 실시형태 1 및 실시예 1을 참조할 수 있다.
[표 5]
Figure pct00024
[표 6]
Figure pct00025
<발광 소자의 제작>
이하에서 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 제작 방법을 나타낸다. 비교 발광 소자 6은 전자 주입층이 형성되지 않은, 전극과 전자 수송층이 접하는 발광 소자이고, 발광 소자 7 내지 발광 소자 10은 본 발명의 일 형태인 전자 주입층에 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료를 사용한 발광 소자이다.
<<비교 발광 소자 6의 제작>>
비교 발광 소자 6은 전자 주입층(130)의 형성 공정 이외는 비교 발광 소자 1과 같은 공정으로 제작하였다.
비교 발광 소자 6의 전자 주입층(130)은 성막하지 않고, 전자 수송층(118) 위에 전극(102)으로서 Al을 두께가 200nm가 되도록 증착하였다. 즉 비교 발광 소자 6에서는 전극(102)과 전자 수송층(118)이 접한다.
<<발광 소자 7 내지 발광 소자 10의 제작>>
발광 소자 7 내지 발광 소자 10은 전자 주입층(130)의 형성 공정 이외는 비교 발광 소자 1과 같은 공정으로 제작하였다.
<발광 소자 7의 제작>
전자 수송층(118(2)) 위에 발광 소자 7의 전자 주입층(130)으로서 tPy2P와 Au을, 중량비(tPy2P:Au)를 1:0.6으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자 8의 제작>
전자 수송층(118(2)) 위에 발광 소자 8의 전자 주입층(130)으로서 2Py3Tzn과 Ag을, 중량비(2Py3Tzn:Ag)를 1:0.5로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자 9의 제작>
전자 수송층(118(2)) 위에 발광 소자 9의 전자 주입층(130)으로서 tPy2P와 Cu를, 중량비(tPy2P:Cu)를 1:0.2로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자 10의 제작>
전자 수송층(118(2)) 위에 발광 소자 10의 전자 주입층(130)으로서 2Py3Tzn과 Co를, 중량비(2Py3Tzn:Co)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자의 특성>
다음으로 상기 제작한 비교 발광 소자 6 및 발광 소자 7 내지 발광 소자 10의 소자 특성을 측정하였다. 측정은 실시예 1과 같은 식으로 수행하였다.
제작한 비교 발광 소자 6 및 발광 소자 7 내지 발광 소자 10의 전류 효율-휘도 특성을 도 17에, 전류-전압 특성을 도 18에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 19에 각각 나타내었다. 또한 각 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다. 또한 각 발광 소자에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 20에 나타내었다. 또한 측정은 실온에서 수행하였다.
또한 1000cd/m2 부근에서의 비교 발광 소자 6 및 발광 소자 7 내지 발광 소자 10의 소자 특성을 표 7에 나타낸다.
[표 7]
Figure pct00026
도 19 및 표 7에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 7 내지 발광 소자 10은 비교 발광 소자 6보다 높은 외부 양자 효율을 나타내는 것을 알게 되었다. 특히 발광 소자 9 및 발광 소자 10은 25%를 넘는 높은 외부 양자 효율을 나타내었다. 또한 도 18에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 7 내지 발광 소자 10은 비교 발광 소자 6보다 양호한 전류-전압 특성을 나타내었다. 특히 발광 소자 9에서는 우수한 전류-전압 특성이 나타내어졌다. 이들 결과를 통하여, 발광 소자 7 내지 발광 소자 10은 비교 발광 소자 6보다 양호한 전자 주입 특성을 가지는 것을 알게 되었다.
비교 발광 소자 6에서는 전극과 전자 수송층이 접하고, 발광 소자 7 내지 발광 소자 10에서는 전극에 사용한 Al의 일함수보다 일함수가 높은 금속을 전자 주입층에 사용하였다. 그러므로 금속의 일함수에 착목하면 비교 발광 소자 6이 발광 소자 7 내지 발광 소자 10보다 전자 주입 특성이 양호한 것으로 예상된다. 하지만 상술한 바와 같이, 발광 소자 7 내지 발광 소자 10이 비교 발광 소자 6보다 양호한 전자 주입 특성을 가진다. 그래서 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는 전자 주입층에 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료를 사용함으로써 전자 주입층에 상기 복합 재료의 SOMO가 형성되기 때문에, 전극 재료의 일함수보다 높은 일함수를 가지는 금속을 전자 주입층에 사용하여도 양호한 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
또한 도 20에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 6 및 발광 소자 7 내지 발광 소자 10의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 모두 619nm 부근이고, 반치전폭은 모두 58nm 정도인 적색의 발광을 나타내었다. 얻어진 전계 발광 스펙트럼을 통하여 게스트 재료인 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)로부터의 발광인 것을 알게 되었다.
<발광 소자의 정전류 구동 시험 결과>
다음으로 비교 발광 소자 6 및 발광 소자 7 내지 발광 소자 10에 대하여 1.0mA에서의 정전류 구동 시험을 대기 분위기에서 수행하였다. 그 결과를 도 21에 나타내었다. 또한 비교 발광 소자 6 및 발광 소자 7 내지 발광 소자 10은 밀봉을 수행하지 않았다. 도 21을 통하여 발광 소자 7 내지 발광 소자 10은 비교 발광 소자 6보다 양호한 신뢰성을 가지는 것을 알게 되었다. 여기서 도 18 및 도 19에 따르면, 비교 발광 소자 6의 전자 주입 특성은 발광 소자 7 내지 발광 소자 10보다 낮고, 비교 발광 소자 6의 캐리어 밸런스는 나빠, 신뢰성에도 악영향을 미쳤다. 한편 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 전자 주입 특성이 양호하기 때문에, 각각의 발광 소자 중에서의 캐리어 밸런스가 양호하여, 높은 신뢰성을 가지는 발광 소자를 실현할 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자인 발광 소자 12 내지 발광 소자 15 및 비교 발광 소자 11의 제작예를 나타낸다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도를 도 1의 (A)에, 소자 구조의 자세한 사항을 표 8 및 표 9에 각각 나타내었다. 또한 본 실시예에서 사용하는 유기 화합물의 화학식을 이하에 나타낸다. 또한 다른 화합물의 구조와 약칭에 대해서는 상술한 실시예 및 실시형태 1을 참조할 수 있다.
[화 20]
Figure pct00027
[표 8]
Figure pct00028
[표 9]
Figure pct00029
<발광 소자의 제작>
이하에서 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 제작 방법을 나타낸다. 비교 발광 소자 11은 전자 주입층에 일반적으로 사용되는 Li 화합물인 LiF을 사용한 발광 소자이고, 발광 소자 12 내지 발광 소자 15는 본 발명의 일 형태인 전자 주입층에 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료를 사용한 발광 소자이다.
<<비교 발광 소자 11의 제작>>
유리 기판 위에 전극(101)으로서 ITSO막을 두께가 70nm가 되도록 형성하였다. 또한 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음으로 전극(101) 위에 정공 주입층(111)으로서 DBT3P-II와 산화 몰리브데넘(MoO3)을, 중량비(DBT3P-II:MoO3)를 1:0.5로, 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에 정공 수송층(112)으로서 PCCP를 두께가 20nm가 되도록 증착하였다.
다음으로 정공 수송층(112) 위에 발광층(140)으로서 9-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-2,3'-바이-9H-카바졸(약칭: mPCCzPTzn-02)과, PCCP와, GD270(Jilin Optical and Electronic Materials Co., Ltd. 제조)을, 중량비(mPCCzPTzn:PCCP:GD270)를 0.5:0.5:0.1로, 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다. 또한 발광층(140)에서는 mPCCzPTzn 및 PCCP가 호스트 재료이고, GD270이 게스트 재료(인광성 화합물)이다.
다음으로 발광층(140) 위에 전자 수송층(118(1))으로서 mPCCzPTzn-02를 두께가 10nm가 되도록 증착하였다.
다음으로 전자 수송층(118(1)) 위에 전자 수송층(118(2))으로서 NBPhen을 두께가 15nm가 되도록 증착하였다.
전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(130)으로서 LiF을 두께가 1nm가 되도록 증착하였다.
다음으로 전자 주입층(130) 위에 전극(102)으로서 알루미늄(Al)을 두께가 200nm가 되도록 형성하였다.
다음으로 밀봉을 수행하지 않고 대기 중에서 열처리를 80℃에서 1시간 수행하였다. 이상의 공정으로 비교 발광 소자 11을 얻었다.
<<발광 소자 12 내지 발광 소자 15의 제작>>
발광 소자 12 내지 발광 소자 15는 전자 수송층(118(2)) 및 전자 주입층(130)의 형성 공정 이외는 비교 발광 소자 11과 같은 공정으로 제작하였다.
<발광 소자 12의 제작>
전자 수송층(118(1)) 위에 전자 수송층(118(2))으로서 NBPhen을 두께가 15nm가 되도록 증착하였다. 다음으로 전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(130)으로서 tPy2P와 Ag을, 중량비(tPy2P:Ag)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자 13의 제작>
전자 수송층(118(1)) 위에 전자 수송층(118(2))으로서 NBPhen을 두께가 10nm가 되도록 증착하였다. 다음으로 전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(130)으로서 NBPhen과 Ag을, 중량비(NBPhen:Ag)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하고, 그 위에 tPy2P와 Au을, 중량비(tPy2P:Au)를 1:0.6으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자 14의 제작>
전자 수송층(118(1)) 위에 전자 수송층(118(2))으로서 NBPhen을 두께가 15nm가 되도록 증착하였다. 다음으로 전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(130)으로서 2Py3Tzn과 Cu를, 중량비(2Py3Tzn:Cu)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자 15의 제작>
전자 수송층(118(1)) 위에 전자 수송층(118(2))으로서 NBPhen을 두께가 10nm가 되도록 증착하였다. 다음으로 전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(130)으로서 NBPhen과 Cu를, 중량비(NBPhen:Cu)를 1:0.2로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하고, 그 위에 2Py3Tzn과 Co를, 중량비(2Py3Tzn:Co)를 1:0.2로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자의 특성>
다음으로 상기 제작한 비교 발광 소자 11 및 발광 소자 12 내지 발광 소자 15의 소자 특성을 측정하였다. 측정은 실시예 1과 같은 식으로 수행하였다.
제작한 비교 발광 소자 11 및 발광 소자 12 내지 발광 소자 15의 전류 효율-휘도 특성을 도 22에, 전류-전압 특성을 도 23에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 24에 각각 나타내었다. 또한 각 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다. 또한 각 발광 소자에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 25에 나타내었다. 또한 측정은 실온에서 수행하였다.
또한 1000cd/m2 부근에서의 비교 발광 소자 11 및 발광 소자 12 내지 발광 소자 15의 소자 특성을 표 10에 나타낸다.
[표 10]
Figure pct00030
도 24 및 표 10에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 11과 발광 소자 12 내지 발광 소자 15는 동등한 외부 양자 효율을 나타내는 것을 알게 되었다. 또한 발광 소자 12 내지 발광 소자 14의 외부 양자 효율은 20%를 넘는 높은 값을 나타내었다. 또한 도 23 및 표 10에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 11과 발광 소자 12 내지 발광 소자 15는 동등한 전류-전압 특성을 나타내었다. 이들 결과를 통하여, 발광 소자 12 내지 발광 소자 15는 전자 주입층에 일반적으로 사용되는 LiF을 사용한 비교 발광 소자 11과 동등한 전자 주입성을 가지는 것을 알게 되었다.
또한 도 25에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 11과 발광 소자 12 내지 발광 소자 15의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 모두 520nm 부근이고, 반치전폭은 모두 63nm 정도인 녹색의 발광을 나타내었다. 얻어진 전계 발광 스펙트럼을 통하여 게스트 재료인 GD270으로부터의 발광인 것을 알게 되었다.
<발광 소자의 신뢰성 평가>
다음으로 비교 발광 소자 11과 발광 소자 12 내지 발광 소자 15에 대하여 항온항습 저장 시험을 수행하였다. 각 발광 소자는 밀봉을 수행하지 않았기 때문에 음극 및 EL층이 시험 환경의 분위기에 노출되는 상태의 발광 소자이다. 일반적으로, 발광 소자에 수분이 침입하면 다크 스폿(발광부 내부의 비발광 영역)이나 수축(발광부 단부의 비발광 영역)이 발생하여, 발광 소자의 신뢰성에 악영향을 미친다. 그러므로 항온항습 저장 시험을 수행함으로써, 발광 소자의 수분에 대한 신뢰성을 평가할 수 있다.
비교 발광 소자 11 및 발광 소자 12 내지 발광 소자 15를 각각, 온도 40℃ 습도 90%로 일정하게 유지된 항온조 내에 350시간 방치한 후, 각각의 발광 소자의 발광 상태를 조사하였다.
발광 상태의 평가는 항온항습 저장 시험 전후의 발광 면적의 비율을 추산하는 식으로 수행하였다. 표 11에 그 결과를 나타내었다.
[표 11]
Figure pct00031
표 11에 있어서, 발광 면적비(%)=항온항습 저장 시험 후의 발광 면적/항온항습 시험 전의 발광 면적×100이다. 표 11에 따르면 알칼리 금속 화합물인 LiF을 전자 주입층에 사용한 비교 발광 소자 11은 저장 시험에 의하여 열화되어 비발광 상태가 되었다. 한편 본 발명의 일 형태의 발광 소자인 발광 소자 12 내지 발광 소자 15는 비교 발광 소자 11보다 발광 면적비가 큰 결과가 나왔다. 즉 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 알칼리 금속 등, 일함수가 작은 재료를 전자 주입층에 사용한 발광 소자보다 내습성이 우수한 것이 밝혀졌다. 이는 일함수가 작은 재료는 물과의 반응성이 높아, 발광 소자 내부에 수분이 침입하기 때문이다. 한편 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 물과의 반응성이 낮은, 일함수가 큰 금속을 사용할 수 있기 때문에 발광 소자 내부에 수분이 침입하기 어렵다. 그러므로 내습성이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 전자 주입성이 우수하기 때문에 구동 전압이 낮고 발광 효율이 높은 발광 소자이다. 또한 일함수가 높은 재료를 사용할 수 있기 때문에 내습성이 우수한 발광 소자이다. 본 실시예에 나타낸 구성은 다른 실시예 및 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 4)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 사용할 수 있는 유기 화합물의 예와 그 합성예에 대하여 설명한다.
<4'-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2':6',2''-터피리딘(약칭: PAtPy)(구조식(200))의 합성>
100mL의 3구 플라스크에 4'-(4-브로모페닐)-2,2':6',2''-터피리딘 1.0g(2.6mmol), 10-페닐-9-안트릴보론산 0.86g(2.9mmol), 탄산 소듐 0.85g(8.0mmol), 톨루엔 20mL, 에탄올 5mL, 물 5mL를 넣었다. 이 혼합물을 감압하에서 교반하면서 탈기하고, 그 후 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0) 65mg(56μmol)을 첨가하고, 질소 기류하, 100℃에서 8시간 환류하였다. 교반 후, 반응 혼합물을 실온까지 냉각하고, 석출한 고체를 흡인 여과로 회수하였다. 얻어진 고체의 클로로폼 용액을, 물, 포화 탄산 수소 소듐, 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘을 사용하여 건조하였다. 클로로폼 용액과 황산 마그네슘의 혼합물을 자연 여과하고, 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체의 메탄올 현탁액에 초음파를 조사하고 고체를 흡인 여과함으로써 회수하였다. 또한 톨루엔을 사용하여 재결정한 결과, 목적물의 담적색 분말을 수량 1.2g, 수율 81%로 얻었다. 본 합성 스킴을 하기 식(a-1)에 나타낸다.
[화 21]
Figure pct00032
얻어진 담적색 분말 1.2g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 압력 4.5Pa, 아르곤 유량 10mL/min의 조건에서 PAtPy를 290℃에서 가열함으로써 수행하였다. 승화 정제 후의 PAtPy의 담적색 분말을 0.55g, 회수율 47%로 얻었다.
얻어진 상기 담적색 분말을 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)으로 측정하였다. 분석 결과를 이하에 나타낸다.
1H-NMR(CDCl3,300MHz):δ=7.34-7.40(m, 6H), 7.49-7.79(m, 11H), 7.91(dt, J=1.5Hz, 7.2Hz, 2H), 8.16(d, J=7.8Hz, 2H), 8.72-8.78(m, 4H), 8.93(s, 2H).
또한 얻어진 담적색 분말의 1H NMR 차트를 도 26의 (A), (B)에 나타내었다. 또한 도 26의 (B)는 도 26의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.5ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과를 통하여 목적물인 PAtPy가 얻어진 것을 알게 되었다.
(실시예 5)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 사용할 수 있는 유기 화합물의 예와 그 합성예에 대하여 설명한다.
<2-[4'-(2,2':6',2''-터피리딘-4'-일)바이페닐-4-일]벤즈옥사졸(약칭: BOxtPy)(구조식(201))의 합성>
100mL의 3구 플라스크에 4'-(4-브로모페닐)-2,2':6',2''-터피리딘 1.0g(2.6mmol), 4-(벤즈옥사졸-2-일)페닐보론산 0.68g(2.9mmol), 탄산 소듐 0.62g(5.8mmol), 톨루엔 20mL, 에탄올 5mL, 물 3mL를 넣었다. 이 혼합물을 감압하에서 교반하면서 탈기하고, 그 후 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0) 63mg(55μmol)을 첨가하고, 질소 기류하, 100℃에서 5시간 환류하였다. 환류 후, 이 반응 혼합물을 실온까지 냉각하고, 석출한 고체를 흡인 여과로 회수하였다. 얻어진 고체의 클로로폼 용액을, 물, 포화 탄산 수소 소듐, 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘을 사용하여 건조하였다. 얻어진 클로로폼 용액과 황산 마그네슘의 혼합물을 자연 여과하고, 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 톨루엔을 사용하여 재결정하여 목적물의 담적색 분말을 수량 1.0g, 수율 78%로 얻었다. 본 합성 스킴을 하기 식(b-1)에 나타낸다.
[화 22]
Figure pct00033
얻어진 BOxtPy의 분말 1.0g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 압력 4.4Pa, 아르곤 유량 10mL/min의 조건에서 BOxtPy를 280℃에서 가열함으로써 수행하였다. 승화 정제 후, BOxtPy의 담적색 분말을 0.64g, 회수율 63%로 얻었다.
얻어진 상기 담적색 분말을 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)으로 측정하였다. 분석 결과를 이하에 나타낸다.
1H-NMR(CDCl3,300MHz):δ=7.32-7.41(m, 4H), 7.59-7.65(m, 1H), 7.78-7.93(m, 7H), 8.05(d, J=8.4Hz, 2H), 8.37(d, J=7.8Hz, 2H), 8.70(d, J=7.8Hz, 2H), 8.75-8.77(m, 2H), 8.81(s, 2H).
또한 얻어진 담적색 분말의 1H NMR 차트를 도 27의 (A), (B)에 나타내었다. 또한 도 27의 (B)는 도 27의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.0ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과를 통하여 목적물인 BOxtPy가 얻어진 것을 알게 되었다.
(실시예 6)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 사용할 수 있는 유기 화합물의 예와 그 합성예에 대하여 설명한다.
4'-{4-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]페닐}-2,2':6',2''-터피리딘(약칭: O11tPy)(구조식(202))의 합성>
100mL의 3구 플라스크에 4'-(4-브로모페닐)-2,2':6',2''-터피리딘 1.0g(2.6mmol), 4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐보론산 0.73g(2.7mmol), 탄산 소듐 0.71g(6.7mmol), 톨루엔 20mL, 에탄올 5mL, 물 3mL를 넣었다. 이 혼합물을 감압하에서 교반함으로써 탈기하고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0) 68mg(59μmol)을 첨가하였다. 이 혼합물을 질소 기류하, 100℃에서 9시간 환류하였다. 교반 후, 이 혼합물을 실온까지 냉각하고, 석출한 고체를 흡인 여과하였다. 얻어진 고체의 클로로폼 용액을, 물, 포화 탄산 수소 소듐 수용액, 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘을 사용하여 건조하였다. 이 혼합물을 자연 여과하고, 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 메탄올로 세정한 후, 톨루엔/헥세인을 사용하여 재결정한 결과, 목적물의 백색 분말을 수량 0.72g, 수율 51%로 얻었다. 본 합성 스킴을 하기 식(c-1)에 나타낸다.
[화 23]
Figure pct00034
얻어진 O11tPy의 분말 0.71g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 압력 4.0Pa, 아르곤 유량 10mL/min의 조건에서 O11tPy를 270℃에서 가열함으로써 수행하였다. 승화 정제 후 O11tPy의 백색 분말을 0.29g, 회수율 41%로 얻었다.
얻어진 상기 백색 분말을 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)으로 측정하였다. 분석 결과를 이하에 나타낸다.
1H-NMR(CDCl3,300MHz):δ=7.35-7.39(m, 2H), 7.52-7.58(m, 3H), 7.79-7.93(m, 6H), 8.04(d, J=8.4Hz, 2H), 8.16-8.19(m, 2H), 8.24(d, J=8.4Hz, 2H), 8.69(d, J=7.8Hz, 2H), 8.74-8.76(m, 2H), 8.80(s, 2H).
또한 얻어진 백색 분말의 1H NMR 차트를 도 28의 (A), (B)에 나타내었다. 또한 도 28의 (B)는 도 28의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.0ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과를 통하여 목적물인 O11tPy가 얻어진 것을 알게 되었다.
(실시예 7)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 사용할 수 있는 유기 화합물의 예와 그 합성예에 대하여 설명한다.
9,9'-[5-(2,2':6',2''-터피리딘-4'-일)-1,3-페닐렌]비스(9H-카바졸)(약칭: Cz2PtPy)(구조식(203)의 합성>
100mL의 3구 플라스크에 4'-브로모-2,2':6',2''-터피리딘 0.94g(3.0mmol), 3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐보론산 1.4g(3.2mmol), 탄산 소듐 0.86g(6.2mmol), 톨루엔 30mL, 에탄올 5mL, 물 3mL를 넣었다. 이 혼합물을 감압하에서 교반함으로써 탈기하고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0) 72mg(62μmol)을 첨가하였다. 이 혼합물을 질소 기류하, 80℃에서 7시간 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물의 수성층에 대하여 톨루엔을 사용한 추출을 수행하고, 추출 용액과 유기층을 합하여, 포화 탄산 수소 소듐 수용액, 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘을 사용하여 건조하였다. 이 혼합물을 자연 여과하고, 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 메탄올로 세정한 후, 톨루엔을 사용하여 재결정한 결과, 목적물의 백색 분말을 수량 1.1g, 수율 55%로 얻었다. 본 합성 스킴을 하기 식(d-1)에 나타낸다.
[화 24]
Figure pct00035
얻어진 Cz2PtPy의 분말 0.83g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 압력 3.2Pa, 아르곤 유량 5.0mL/min의 조건에서 Cz2PtPy를 290℃에서 가열함으로써 수행하였다. 승화 정제 후 Cz2PtPy의 백색 분말을 0.71g, 회수율 86%로 얻었다.
얻어진 상기 백색 분말을 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)으로 측정하였다. 분석 결과를 이하에 나타낸다.
1H-NMR(CDCl3,300MHz):δ=7.31-7.37(m, 6H), 7.47(dt, J=0.9Hz, 7.2Hz, 4H), 7.59(d, J=8.1Hz, 4H), 7.85-7.92(m, 3H), 8.17-8.22(m, 6H), 8.66-8.69(m, 4H), 8.82(s, 2H).
또한 얻어진 백색 분말의 1H NMR 차트를 도 29의 (A), (B)에 나타내었다. 또한 도 29의 (B)는 도 29의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.0ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과를 통하여 목적물인 Cz2PtPy가 얻어진 것을 알게 되었다.
(실시예 8)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 사용할 수 있는 유기 화합물의 예와 그 합성예에 대하여 설명한다.
2,4,6-트리스(5-페닐-2-피리미딘-2-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PPm3Tzn)(구조식(105)의 합성>
50mL의 2구 플라스크에 5-페닐피리미딘-2-카복시미드아마이드 0.80g(4.0mmol), 2-사이아노-5-페닐피리딘 1.4g(7.7mmol), 다이글라임 2mL, 1,2,3,4-테트라하이드로나프탈렌 1mL를 넣었다. 이 혼합물을 질소 기류하, 180℃에서 29시간, 200℃에서 100시간 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물을 실온까지 냉각하고, 아세트산 에틸로 세정한 결과, 갈색 분말을 수량 0.82g으로 얻었다. 본 합성 스킴을 하기 식(e-1)에 나타낸다. 또한 후술하는 승화 정제를 수행하기 전의 1H-NMR를 측정한 결과, 양성자의 비가 PPm3Tzn:5-페닐피리미딘-2-카복시미드아마이드=1:1.7이고, 갈색 분말에는 목적물과 원료가 혼재되어 있는 것을 알게 되었다. 또한 2-사이아노-5-페닐피리딘에서 유래되는 시그널은 관측되지 않았다.
[화 25]
Figure pct00036
얻어진 갈색 분말 0.79g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 압력 3.7Pa, 아르곤 유량 15mL/min의 조건에서 310℃에서 가열함으로써 수행하였다. 승화 정제 후 2,4,6-트리스(5-페닐-2-피리미딘-2-일)-1,3,5-트라이아진의 담갈색 분말을 0.19g 얻었다. 승화 정제 후의 1H-NMR를 측정한 결과, 5-페닐피리미딘-2-카복시미드아마이드에서 유래되는 시그널이 소실되어 있었다. 따라서 승화 정제에 의하여 용이하게 목적물의 정제를 수행할 수 있는 것을 알게 되었다.
얻어진 상기 담갈색 분말을 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)으로 측정하였다. 분석 결과를 이하에 나타낸다.
1H-NMR(CDCl3,300MHz):δ=7.52-7.63(m, 9H), 7.73(dd, J=1.5Hz, 7.8Hz, 6H), 9.35(s, 6H).
또한 얻어진 담갈색 분말의 1H NMR 차트를 도 30의 (A), (B)에 나타내었다. 또한 도 30의 (B)는 도 30의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.5ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과를 통하여 목적물인 PPm3Tzn이 얻어진 것을 알게 되었다.
(실시예 9)
본 발명의 일 형태의 발광 소자로서 후술하는 탠덤 소자의 일례인 발광 소자 16 내지 발광 소자 21 및 비교 발광 소자 33 및 비교 발광 소자 34의 제작예를 나타낸다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도를 도 31에, 소자 구조의 자세한 사항을 표 12 내지 표 14에 각각 나타내었다. 또한 본 실시예에서 사용하는 유기 화합물의 화학식을 이하에 나타낸다. 또한 다른 화합물의 구조와 약칭에 대해서는 상술한 실시예 및 실시형태 1을 참조할 수 있다. 또한 발광 소자 16 내지 발광 소자 21은 한 쌍의 전극 사이에 복수 층의 EL층을 전하 발생층을 개재하여 직렬로 접속한 소자(탠덤 소자라고도 함)에서, EL층 사이의 전하 발생층(도 31에서의 전하 발생층(115))에 접하는 전자 주입층(도 31에서의 전자 주입층(114))에, 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료를 사용한 발광 소자의 일례이다.
[화 26]
Figure pct00037
[표 12]
Figure pct00038
[표 13]
Figure pct00039
[표 14]
Figure pct00040
<<발광 소자 16의 제작>>
유리 기판 위에 전극(101)으로서 ITSO막을 두께가 110nm가 되도록 형성하였다. 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음으로 전극(101) 위에 정공 주입층(111)으로서 DBT3P-II와 MoO3을, 중량비(DBT3P-II:MoO3)를 1:0.5로, 두께가 25nm가 되도록 공증착하였다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에 정공 수송층(112)으로서 PCBBiF를 두께가 20nm가 되도록 증착하였다.
다음으로 정공 수송층(112) 위에 발광층(170)으로서 2mDBTBPDBq-II와 PCBBiF와 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)를, 중량비(2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:Ir(dmdppr-dmp)2(dpm))를 0.75:0.25:0.08로, 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다. 또한 발광층(170)에서는 2mDBTBPDBq-II 및 PCBBiF가 호스트 재료이고, Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)가 게스트 재료(인광성 화합물)이다.
다음으로 발광층(170) 위에 전자 수송층(113(1))으로서 2mDBTBPDBq-II를 두께가 10nm가 되도록 증착하였다. 이어서 전자 수송층(113(2))으로서 NBPhen을 15nm가 되도록 증착하였다.
전자 수송층(113(2)) 위에 전자 주입층(114)으로서 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py)과 Cu를, 중량비(2,6(P-Bqn)2Py:Cu)를 1:0.2로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
다음으로 전자 주입층(114) 위에 전하 발생층(115)으로서 DBT3P-II와 MoO3을, 중량비(DBT3P-II:MoO3)를 1:0.5로, 두께가 80nm가 되도록 공증착하였다.
다음으로 전하 발생층(115) 위에 정공 수송층(119)으로서 PCBBiF를 두께가 20nm가 되도록 증착하였다.
다음으로 정공 수송층(119) 위에 발광층(140)으로서 2mDBTBPDBq-II와 PCBBiF와 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)를, 중량비(2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:Ir(dmdppr-dmp)2(dpm))를 0.75:0.25:0.08로, 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다.
다음으로 발광층(140) 위에 전자 수송층(118(1))으로서 2mDBTBPDBq-II를 두께가 25nm가 되도록 증착하였다. 이어서 전자 수송층(118(1)) 위에 전자 수송층(118(2))으로서 NBPhen을 두께가 10nm가 되도록 증착하였다.
전자 수송층(118(2)) 위에 전자 주입층(130)으로서 NBPhen과 Cu를, 중량비(NBPhen:Cu)를 1:0.2로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
다음으로 전자 주입층(130) 위에 전극(102)으로서 Al을 두께가 200nm가 되도록 증착하였다.
다음으로 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 밀봉하기 위한 유리 기판을, 유기 EL용 실재를 사용하여 유기 재료를 형성한 유리 기판에 고정함으로써 발광 소자 16을 밀봉하였다. 구체적으로는 유리 기판에 형성한 유기 재료 주위에 실재를 도포하고, 상기 유리 기판과 밀봉하기 위한 유리 기판을 접합하고, 파장이 365nm의 자외광을 6J/cm2 조사하고, 80℃에서 1시간 열처리하였다. 이상의 공정으로 발광 소자 16을 얻었다.
<<발광 소자 17 내지 발광 소자 21, 비교 발광 소자 33 및 비교 발광 소자 34의 제작>>
발광 소자 17 내지 발광 소자 21, 비교 발광 소자 33 및 비교 발광 소자 34는 위에서 나타낸 발광 소자 16과 같은 식으로 제작하였다. 소자 구조의 자세한 사항은 표 12 내지 표 14에 나타낸 바와 같기 때문에 제작 방법의 자세한 내용은 생략한다.
<<각 발광 소자의 측정>>
상기 제작한 발광 소자 16 내지 발광 소자 21, 비교 발광 소자 33 및 비교 발광 소자 34의 소자 특성을 측정하였다. 휘도 및 CIE 색도의 측정에는 색채 휘도계(Topcon Technohouse Corporation 제조, BM-5A)를 사용하고, 전계 발광 스펙트럼의 측정에는 멀티채널 분광기(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, PMA-11)를 사용하였다.
제작한 발광 소자 16 내지 발광 소자 21, 비교 발광 소자 33 및 비교 발광 소자 34의 전류 효율-휘도 특성을 도 32에, 전류-전압 특성을 도 33에, 전력 효율-휘도 특성을 도 34에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 35에 각각 나타내었다. 또한 각 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다. 또한 각 발광 소자에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 36에 나타내었다. 또한 측정은 실온에서 수행하였다.
또한 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 16 내지 발광 소자 21, 비교 발광 소자 33 및 비교 발광 소자 34의 소자 특성을 표 15에 나타낸다.
[표 15]
Figure pct00041
도 36에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 16 내지 발광 소자 21, 비교 발광 소자 33 및 비교 발광 소자 34의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 모두 620nm 부근이고, 발광 소자 16 내지 발광 소자 21, 비교 발광 소자 33 및 비교 발광 소자 34는 각각의 발광 소자가 가지는 게스트 재료인 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)에서 유래되는 발광을 나타내는 것을 알게 되었다.
또한 도 35 및 표 15에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 16 내지 발광 소자 21은 모두, 비교 발광 소자 33과 동등한 외부 양자 효율 50%를 넘는, 매우 높은 발광 효율을 나타내었다. 또한 도 32 및 도 34에 나타낸 바와 같이, 높은 전류 효율, 높은 전력 효율을 나타내었다. 한편 비교 발광 소자 34는 외부 양자 효율이 27.2%로 낮았고, 탠덤 소자로서 충분한 효율을 얻을 수 없었다. 이들 결과를 통하여, 발광 소자 16 내지 발광 소자 21은, EL층 사이의 전하 발생층에 접하는 전자 주입층에, 일반적으로 사용되는 Li 화합물인 Li2O을 사용한 비교 발광 소자 33과 동등한 전자 주입성을 가지는 것을 알게 되었다.
또한 도 33 및 표 15에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 16 내지 발광 소자 21은 비교 발광 소자 33 및 비교 발광 소자 34보다 구동 전압이 낮고 양호한 전류-전압 특성을 나타내었다. 또한 비교 발광 소자 34는 구동 전압이 매우 높아, 전하 발생층으로부터의 전자 주입성에 문제가 있는 것을 알게 되었다. 이들 결과를 통하여, 발광 소자 16 내지 발광 소자 21은, EL층 사이의 전하 발생층에 접하는 전자 주입층에, 일반적으로 사용되는 Li 화합물인 Li2O을 사용한 비교 발광 소자 33보다 전자 주입성이 양호한 것을 알게 되었다. 따라서 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료는 탠덤 소자에서의 EL층 사이의 전하 발생층에 접하는 전자 주입층으로서 사용하여도 양호한 구동 전압 특성을 나타내는 것을 알게 되었다.
<발광 소자의 정전류 구동 시험 결과>
다음으로 발광 소자 18, 발광 소자 19, 비교 발광 소자 33, 및 비교 발광 소자 34에 대하여 1.0mA에서의 정전류 구동 시험을 실온에서 수행하였다. 그 결과를 도 52에 나타내었다. 도 52에서 알 수 있듯이, 발광 소자 18 및 발광 소자 19는 비교 발광 소자 33 및 비교 발광 소자 34보다 양호한 신뢰성을 가진다. 이들 결과를 통하여, 발광 소자 18 및 발광 소자 19는, 전하 발생층에 접하는 전자 주입층에, 일반적으로 사용되는 Li 화합물인 Li2O을 사용한 비교 발광 소자 33 및 전하 발생층에 접하는 전자 주입층을 가지지 않는 비교 발광 소자 34보다 우수한 신뢰성을 가지는 것을 알게 되었다. 따라서 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료는 탠덤 소자에서의 EL층 사이의 전하 발생층에 접하는 전자 주입층으로서 사용함으로써, 우수한 신뢰성을 가지는 발광 소자를 실현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 전자 주입성이 우수하기 때문에 구동 전압이 낮고 발광 효율이 높은 발광 소자이다. 또한 일함수가 높은 재료를 사용할 수 있기 때문에 내습성이 우수하며 신뢰성이 우수한 발광 소자이다. 본 실시예에 나타낸 구성은 다른 실시예 및 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 10)
본 발명의 일 형태의 발광 소자로서 발광 소자 22 내지 발광 소자 25의 제작예를 나타낸다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도를 도 1에, 소자 구조의 자세한 사항을 표 16에 각각 나타내었다. 또한 다른 화합물의 구조와 약칭에 대해서는 상술한 실시예 및 실시형태 1을 참조할 수 있다. 또한 발광 소자 22 내지 발광 소자 25는 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료에 사용하는 금속으로서, 13족에 속하는 금속인 In을 사용한 발광 소자이다.
[표 16]
Figure pct00042
<<발광 소자 22의 제작>>
발광 소자 22는 전자 주입층(130)의 형성 공정 이외는 비교 발광 소자 1과 같은 공정으로 제작하였다.
발광 소자 22의 전자 주입층(130)으로서 전자 수송층(118(2)) 위에 tPy2P와 In을, 중량비(tPy2P:In)를 1:0.4로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<<발광 소자 23의 제작>>
발광 소자 23은 전자 수송층(118(2)) 및 전자 주입층(130)의 형성 공정 이외는 비교 발광 소자 1과 같은 공정으로 제작하였다.
발광 소자 23의 전자 수송층(118(2))으로서 전자 수송층(118(1)) 위에 NBPhen을 막 두께가 10nm가 되도록 증착하였다.
다음으로 전자 주입층(130(1))으로서 전자 수송층(118(2)) 위에 NBPhen과 Ag을, 중량비(NBPhen:Ag)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다. 이어서 전자 주입층(130(2))으로서 전자 주입층(130(1)) 위에 2Py3Tzn과 In을, 중량비(2Py3Tzn:In)를 1:0.6으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<<발광 소자 24 및 발광 소자 25의 제작>>
발광 소자 24 및 발광 소자 25는 전자 주입층(130(2))의 형성 공정 이외는 발광 소자 23과 같은 공정으로 제작하였다.
<발광 소자 24의 제작>
발광 소자 24의 전자 주입층(130(2))으로서 전자 수송층(130(1)) 위에 2,6(P-Bqn)2Py와 In을, 중량비(2,6(P-Bqn)2Py:In)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자 25의 제작>
발광 소자 25의 전자 주입층(130(2))으로서 전자 수송층(130(1)) 위에 2,6(NP-PPm)2Py와 In을, 중량비(2,6(NP-PPm)2Py:In)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
또한 발광 소자 22 내지 발광 소자 25는 비교 발광 소자 1과 같이, 음극을 제작한 후 밀봉을 수행하지 않고 대기 중에서 80℃에서 1시간 열처리하였다.
<<각 발광 소자의 측정>>
상기 제작한 발광 소자 22 내지 발광 소자 25의 소자 특성을 측정하였다. 휘도 및 CIE 색도의 측정에는 색채 휘도계(Topcon Technohouse Corporation 제조, BM-5A)를 사용하고, 전계 발광 스펙트럼의 측정에는 멀티채널 분광기(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, PMA-11)를 사용하였다.
제작한 발광 소자 22 내지 발광 소자 25의 전류 효율-휘도 특성을 도 37에, 전류-전압 특성을 도 38에, 전력 효율-휘도 특성을 도 39에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 40에 각각 나타내었다. 또한 각 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다. 또한 각 발광 소자에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 41에 나타내었다. 또한 측정은 실온에서 수행하였다.
또한 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 22 내지 발광 소자 25의 소자 특성을 표 17에 나타낸다.
[표 17]
Figure pct00043
도 41에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 22 내지 발광 소자 25의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 모두 615nm 부근이고, 발광 소자 22 내지 발광 소자 25는 각각의 발광 소자가 가지는 게스트 재료인 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)에서 유래되는 발광을 나타내는 것을 알게 되었다.
또한 도 40 및 표 17에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 22 내지 발광 소자 25는 모두 외부 양자 효율 25%를 넘는, 매우 높은 발광 효율을 나타내었다. 도 37 및 도 39에 나타낸 바와 같이, 높은 전류 효율, 높은 전력 효율을 나타내었다. 따라서 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료에 사용하는 금속으로서 In은 바람직한 것을 알게 되었다.
또한 도 38에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 22 내지 발광 소자 25는 양호한 전류-전압 특성을 나타내었다. 따라서 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료에 사용하는 금속으로서 In은 바람직한 것을 알게 되었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 전자 주입성이 우수하기 때문에 구동 전압이 낮고 발광 효율이 높은 발광 소자이다. 또한 일함수가 높은 재료를 사용할 수 있기 때문에 내습성이 우수한 발광 소자이다. 본 실시예에 나타낸 구성은 다른 실시예 및 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 11)
본 발명의 일 형태의 발광 소자의 일례인 발광 소자 26 내지 발광 소자 28의 제작예를 나타낸다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도를 도 1에, 소자 구조의 자세한 사항을 표 18에 각각 나타내었다. 또한 본 실시예에서 사용하는 유기 화합물의 화학식을 이하에 나타낸다. 또한 다른 화합물의 구조와 약칭에 대해서는 상술한 실시예 및 실시형태 1을 참조할 수 있다. 또한 발광 소자 26 내지 발광 소자 28은 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료에 사용하는 유기 화합물로서 트라이아진 골격 또는 바이피리딘 골격을 가지는 유기 화합물을 사용한 발광 소자의 일례이다. 또한 본 실시예에서 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료는 전자 주입층(130)에 사용하였다.
[화 27]
Figure pct00044
[표 18]
Figure pct00045
<<발광 소자 26 내지 발광 소자 28의 제작>>
발광 소자 26 내지 발광 소자 28은 전자 주입층(130)의 형성 공정 이외는 비교 발광 소자 1과 같은 공정으로 제작하였다.
발광 소자 26의 전자 주입층(130)으로서 전자 수송층(118(2)) 위에 PPm3Tzn과 Cu를, 중량비(PPm3Tzn:Cu)를 1:0.2로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다. 또한 PPm3Tzn은 트라이아진 골격을 가지는 유기 화합물의 일례이다. 또한 PPm3Tzn은 피리미딘 골격을 가지는 유기 화합물이라고도 할 수 있다.
발광 소자 27의 전자 주입층(130)으로서 전자 수송층(118(2)) 위에 2,2'-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 6,6'(P-Bqn)2BPy)과 Ag을, 중량비(6,6'(P-Bqn)2BPy:Ag)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다. 또한 6,6'(P-Bqn)2BPy는 바이피리딘 골격을 가지는 유기 화합물의 일례이다. 또한 6,6'(P-Bqn)2BPy는 퀴나졸린 골격을 가지는 유기 화합물이라고도 할 수 있다.
발광 소자 28의 전자 주입층(130)으로서 전자 수송층(118(2)) 위에 6,6'(P-Bqn)2BPy와 Cu를, 중량비(6,6'(P-Bqn)2BPy:Cu)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
또한 발광 소자 26 내지 발광 소자 28은 비교 발광 소자 1과 같이, 음극을 제작한 후 밀봉을 수행하지 않고 대기 중에서 80℃에서 1시간 열처리하였다.
<<각 발광 소자의 측정>>
상기 제작한 발광 소자 26 내지 발광 소자 28의 소자 특성을 측정하였다. 휘도 및 CIE 색도의 측정에는 색채 휘도계(Topcon Technohouse Corporation 제조, BM-5A)를 사용하고, 전계 발광 스펙트럼의 측정에는 멀티채널 분광기(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, PMA-11)를 사용하였다.
제작한 발광 소자 26 내지 발광 소자 28의 전류 효율-휘도 특성을 도 42에, 전류-전압 특성을 도 43에, 전력 효율-휘도 특성을 도 44에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 45에 각각 나타내었다. 또한 각 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다. 또한 각 발광 소자에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 46에 나타내었다. 또한 측정은 실온에서 수행하였다.
또한 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 26 내지 발광 소자 28의 소자 특성을 표 19에 나타낸다.
[표 19]
Figure pct00046
도 46에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 26 내지 발광 소자 28의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 모두 618nm 부근이고, 발광 소자 26 내지 발광 소자 28은 각각의 발광 소자가 가지는 게스트 재료인 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)에서 유래되는 발광을 나타내는 것을 알게 되었다.
또한 도 45 및 표 19에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 26 내지 발광 소자 28은 모두 외부 양자 효율 29%를 넘는, 매우 높은 발광 효율을 나타내었다. 도 42 및 도 44에 나타낸 바와 같이, 높은 전류 효율, 높은 전력 효율을 나타내었다. 따라서 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료에 사용하는 유기 화합물로서 트라이아진 골격(또는 피리미딘 골격) 또는 바이피리딘 골격(또는 퀴나졸린 골격)을 가지는 유기 화합물은 바람직한 것을 알게 되었다.
또한 도 43에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 26 내지 발광 소자 28은 양호한 전류-전압 특성을 나타내었다. 따라서 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료에 사용하는 유기 화합물로서 트라이아진 골격(또는 피리미딘 골격) 또는 바이피리딘 골격(또는 퀴나졸린 골격)을 가지는 유기 화합물은 바람직한 것을 알게 되었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 전자 주입성이 우수하기 때문에 구동 전압이 낮고 발광 효율이 높은 발광 소자이다. 또한 일함수가 높은 재료를 사용할 수 있기 때문에 내습성이 우수한 발광 소자이다. 본 실시예에 나타낸 구성은 다른 실시예 및 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 12)
본 발명의 일 형태의 발광 소자의 일례인 발광 소자 29 내지 발광 소자 32의 제작예를 나타낸다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도를 도 1에, 소자 구조의 자세한 사항을 표 20에 각각 나타내었다. 또한 본 실시예에서 사용하는 유기 화합물의 화학식을 이하에 나타낸다. 또한 다른 화합물의 구조와 약칭에 대해서는 상술한 실시예 및 실시형태 1을 참조할 수 있다. 또한 발광 소자 29 내지 발광 소자 32는 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료에 사용하는 유기 화합물로서 피리딘 골격을 가지는 유기 화합물을 사용한 발광 소자의 일례이다. 또한 본 실시예에서 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료는 전자 주입층(130)에 사용하였다.
[표 20]
Figure pct00047
<<발광 소자 29 내지 발광 소자 32의 제작>>
발광 소자 29 내지 발광 소자 32는 전자 주입층(130)의 형성 공정 이외는 비교 발광 소자 1과 같은 공정으로 제작하였다.
발광 소자 29의 전자 주입층(130)으로서 전자 수송층(118(2)) 위에 2,6(P-Bqn)2Py와 Ag을, 중량비(2,6(P-Bqn)2Py:Ag)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다. 또한 2,6(P-Bqn)2Py는 피리딘 골격을 가지는 유기 화합물의 일례이다. 또한 2,6(P-Bqn)2Py는 퀴나졸린 골격을 가지는 유기 화합물이라고도 할 수 있다.
발광 소자 30의 전자 주입층(130)으로서 전자 수송층(118(2)) 위에 2,6(P-Bqn)2Py와 Cu를, 중량비(2,6(P-Bqn)2Py:Cu)를 1:0.2로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다.
발광 소자 31의 전자 주입층(130)으로서 전자 수송층(118(2)) 위에 2,6'(NP-PPm)2Py와 Ag을, 중량비(2,6'(NP-PPm)2Py:Ag)를 1:0.3으로, 두께가 5nm가 되도록 공증착하였다. 또한 2,6'(NP-PPm)2Py는 피리딘 골격을 가지는 유기 화합물의 일례이다. 또한 2,6'(NP-PPm)2Py는 피리미딘 골격을 가지는 유기 화합물이라고도 할 수 있다.
또한 발광 소자 29 내지 발광 소자 32는 비교 발광 소자 1과 같이, 음극을 제작한 후 밀봉을 수행하지 않고 대기 중에서 80℃에서 1시간 열처리하였다.
<<각 발광 소자의 측정>>
상기 제작한 발광 소자 29 내지 발광 소자 32의 소자 특성을 측정하였다. 휘도 및 CIE 색도의 측정에는 색채 휘도계(Topcon Technohouse Corporation 제조, BM-5A)를 사용하고, 전계 발광 스펙트럼의 측정에는 멀티채널 분광기(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, PMA-11)를 사용하였다.
제작한 발광 소자 29 내지 발광 소자 32의 전류 효율-휘도 특성을 도 47에, 전류-전압 특성을 도 48에, 전력 효율-휘도 특성을 도 49에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 50에 각각 나타내었다. 또한 각 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다. 또한 각 발광 소자에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 전계 발광 스펙트럼을 도 51에 나타내었다. 또한 측정은 실온에서 수행하였다.
또한 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 29 내지 발광 소자 32의 소자 특성을 표 21에 나타낸다.
[표 21]
Figure pct00048
도 51에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 29 내지 발광 소자 32의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 모두 618nm 부근이고, 발광 소자 29 내지 발광 소자 32는 각각의 발광 소자가 가지는 게스트 재료인 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)에서 유래되는 발광을 나타내는 것을 알게 되었다.
또한 도 50 및 표 21에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 29 내지 발광 소자 32는 모두 외부 양자 효율 28%를 넘는, 매우 높은 발광 효율을 나타내었다. 도 47 및 도 49에 나타낸 바와 같이, 높은 전류 효율, 높은 전력 효율을 나타내었다. 따라서 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료에 사용하는 유기 화합물로서 피리딘 골격(피리미딘 골격 또는 퀴나졸린 골격)을 가지는 유기 화합물은 바람직한 것을 알게 되었다.
또한 도 48에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 29 내지 발광 소자 32는 양호한 전류-전압 특성을 나타내었다. 따라서 삼 자리 또는 네 자리에서 금속과 상호 작용하는 기능을 가지는 유기 화합물과 금속의 복합 재료에 사용하는 유기 화합물로서 트라이아진 골격(또는 피리미딘 골격) 또는 바이피리딘 골격(또는 퀴나졸린 골격)을 가지는 유기 화합물은 바람직한 것을 알게 되었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 전자 주입성이 우수하기 때문에 구동 전압이 낮고 발광 효율이 높은 발광 소자이다. 또한 일함수가 높은 재료를 사용할 수 있기 때문에 내습성이 우수한 발광 소자이다. 본 실시예에 나타낸 구성은 다른 실시예 및 실시형태와 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
100: EL층, 101: 전극, 101a: 도전층, 101b: 도전층, 102: 전극, 103: 전극, 103a: 도전층, 103b: 도전층, 104: 전극, 104a: 도전층, 104b: 도전층, 106: 발광 유닛, 108: 발광 유닛, 110: EL층, 111: 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 113: 전자 수송층, 115: 전하 발생층, 116: 정공 주입층, 117: 정공 수송층, 118: 전자 수송층, 119: 전자 주입층, 127: 버퍼층, 129: 전하 발생층, 130: 전자 주입층, 131: 화합물, 132: 금속, 133: 화합물, 140: 발광층, 145: 격벽, 150: 발광 소자, 152: 발광 소자, 154: 발광 소자, 170: 발광층, 200: 기판, 220: 기판, 222B: 영역, 222G: 영역, 222R: 영역, 223: 차광층, 224B: 광학 소자, 224G: 광학 소자, 224R: 광학 소자, 250a: 발광 소자, 250b: 발광 소자, 601: 소스 측 구동 회로, 602: 화소부, 603: 게이트 측 구동 회로, 604: 밀봉 기판, 605: 실재, 607: 공간, 608: 배선, 610: 소자 기판, 611: 스위칭용 TFT, 612: 전류 제어용 TFT, 613: 전극, 614: 절연물, 616: EL층, 617: 전극, 618: 발광 소자, 623: n채널형 TFT, 624: p채널형 TFT, 900: 휴대 정보 단말기, 901: 하우징, 902: 하우징, 903: 표시부, 905: 힌지부, 910: 휴대 정보 단말기, 911: 하우징, 912: 표시부, 913: 조작 버튼, 914: 외부 접속 포트, 915: 스피커, 916: 마이크로폰, 917: 카메라, 920: 카메라, 921: 하우징, 922: 표시부, 923: 조작 버튼, 924: 셔터 버튼, 926: 렌즈, 1001: 기판, 1002: 하지 절연막, 1003: 게이트 절연막, 1006: 게이트 전극, 1007: 게이트 전극, 1008: 게이트 전극, 1020: 층간 절연막, 1021: 층간 절연막, 1022: 전극, 1024B: 전극, 1024G: 전극, 1024R: 전극, 1024W: 전극, 1025B: 하부 전극, 1025G: 하부 전극, 1025R: 하부 전극, 1025W: 하부 전극, 1026: 격벽, 1028: EL층, 1029: 전극, 1031: 밀봉 기판, 1032: 실재, 1033: 기재, 1034B: 착색층, 1034G: 착색층, 1034R: 착색층, 1036: 오버코트층, 1037: 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 2100: 로봇, 2101: 조도 센서, 2102: 마이크로폰, 2103: 상부 카메라, 2104: 스피커, 2105: 디스플레이, 2106: 하부 카메라, 2107: 장애물 센서, 2108: 이동 기구, 2110: 연산 장치, 5000: 하우징, 5001: 표시부, 5002: 표시부, 5003: 스피커, 5004: LED 램프, 5005: 조작 키, 5006: 접속 단자, 5007: 센서, 5008: 마이크로폰, 5012: 지지부, 5013: 이어폰, 5100: 청소 로봇, 5101: 디스플레이, 5102: 카메라, 5103: 브러시, 5104: 조작 버튼, 5120: 먼지, 5140: 휴대 전자 기기, 5150: 휴대 정보 단말기, 5151: 하우징, 5152: 표시 영역, 5153: 굴곡부, 8501: 조명 장치, 8502: 조명 장치, 8503: 조명 장치, 8504: 조명 장치

Claims (28)

  1. 발광 소자로서,
    양극과 음극 사이에 발광층을 가지고,
    상기 발광층과 상기 음극 사이에 제 1 층을 가지고,
    상기 제 1 층은 제 1 유기 화합물 및 금속을 가지고,
    상기 금속은 주기율표에서 3족 내지 13족 중 어느 것에 속하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 헤테로 방향족 고리를 가지고,
    상기 헤테로 방향족 고리는 질소를 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 질소가 삼 자리 또는 네 자리에서 상기 금속과 상호 작용하는 기능을 가지고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 금속은 SOMO를 형성하는, 발광 소자.
  2. 발광 소자로서,
    양극과 음극 사이에 제 1 발광 유닛과 제 2 발광 유닛을 가지고,
    상기 제 1 발광 유닛과 상기 제 2 발광 유닛 사이에 제 1 층을 가지고,
    상기 제 1 층은 제 1 유기 화합물 및 금속을 가지고,
    상기 금속은 주기율표에서 3족 내지 13족 중 어느 것에 속하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 헤테로 방향족 고리를 가지고,
    상기 헤테로 방향족 고리는 질소를 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 질소가 삼 자리 또는 네 자리에서 상기 금속과 상호 작용하는 기능을 가지고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 금속은 SOMO를 형성하는, 발광 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 일반식(G0)으로 나타내어지는, 발광 소자.
    [화 1]
    Figure pct00049

    (일반식(G0)에 있어서, A1, A2, 및 A3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 30 이하의 헤테로 방향족 고리를 나타내고, A1, A2, 및 A3은 서로 축합 고리를 형성하여도 좋음)
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 유기 화합물은 일반식(G1)으로 나타내어지는, 발광 소자.
    [화 2]
    Figure pct00050

    (일반식(G1)에 있어서, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 탄소(C) 또는 질소(N)를 나타내고, 상기 탄소는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 가지고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타내고, Ar는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 6 이상 60 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타냄)
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 유기 화합물은 일반식(G2)으로 나타내어지는, 발광 소자.
    [화 3]
    Figure pct00051

    (일반식(G2)에 있어서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 탄소(C) 또는 질소(N)를 나타내고, 상기 탄소는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 가지고, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타내고, Ar는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 6 이상 60 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타냄)
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 유기 화합물은 일반식(G3-1) 내지 일반식(G3-3)으로 나타내어지는, 발광 소자.
    [화 4]
    Figure pct00052

    (일반식(G3-1) 내지 일반식(G3-3)에 있어서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 25 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 이상 30 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타내고, Ar는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 6 이상 60 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 2 이상 60 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타냄)
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 유기 화합물은 일반식(G4-1) 내지 일반식(G4-3)으로 나타내어지는, 발광 소자.
    [화 5]
    Figure pct00053

    (일반식(G4-1) 내지 일반식(G4-3)에 있어서, Ar는 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 2 이상 60 이하의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 3 이상 60 이하의 헤테로 방향족 탄화수소기를 나타냄)
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 유기 화합물은 구조식(100) 내지 구조식(103) 중 어느 하나로 나타내어지는, 발광 소자.
    [화 6]
    Figure pct00054
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속의 일함수가 4.0eV 이상 5.3eV 이하인, 발광 소자.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속은 전이 금속인, 발광 소자.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속은 주기율표에서 5족, 7족, 9족, 또는 11족 중 어느 것에 속하는, 발광 소자.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속은 주기율표에서 11족에 속하는, 발광 소자.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속은 Ag 또는 Cu인, 발광 소자.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 헤테로 방향족 고리는 치환 또는 비치환된 전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는, 발광 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전자 부족형 헤테로 방향족 고리는 피리딘 고리, 다이아진 고리, 및 트라이아진 고리 중 어느 하나를 가지는, 발광 소자.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물이 가지는 LUMO 준위가 -3.6eV 이상 -2.3eV 이하인, 발광 소자.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 음극과 상기 제 1 층 사이에 제 2 층을 가지고,
    상기 제 2 층은 전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 제 2 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 유기 화합물이 가지는 LUMO 준위는 상기 SOMO가 가지는 에너지 준위보다 낮은, 발광 소자.
  19. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 층에 알칼리 금속 및 알칼리 토금속을 가지지 않는, 발광 소자.
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 층에서 상기 금속의 몰 비율이 상기 제 1 유기 화합물에 대하여 0.2 이상 0.8 이하인, 발광 소자.
  21. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 음극이 상기 금속을 포함하는, 발광 소자.
  22. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 음극과 상기 제 1 층이 접하는, 발광 소자.
  23. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속의 일함수가 상기 음극에 포함되는 금속의 일함수 이상인, 발광 소자.
  24. 발광 장치로서,
    제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자와,
    컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 한쪽을 가지는, 발광 장치.
  25. 전자 기기로서,
    제 24 항에 기재된 발광 장치와,
    하우징 및 표시부 중 적어도 한쪽을 가지는, 전자 기기.
  26. 조명 장치로서,
    제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자와,
    하우징을 가지는 조명 장치.
  27. 구조식(200) 내지 구조식(203) 중 어느 하나로 나타내어지는, 유기 화합물.
    [화 7]
    Figure pct00055
  28. 발광 소자로서,
    제 27 항에 기재된 유기 화합물 중 어느 하나 또는 복수를 사용한, 발광 소자.
KR1020207019756A 2017-12-22 2018-12-17 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 KR20200103025A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017246022 2017-12-22
JPJP-P-2017-246022 2017-12-22
PCT/IB2018/060157 WO2019123190A1 (ja) 2017-12-22 2018-12-17 発光素子、発光装置、電子機器、及び照明装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200103025A true KR20200103025A (ko) 2020-09-01

Family

ID=66993167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207019756A KR20200103025A (ko) 2017-12-22 2018-12-17 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치

Country Status (5)

Country Link
US (2) US11404656B2 (ko)
JP (2) JP7304818B2 (ko)
KR (1) KR20200103025A (ko)
CN (1) CN111480245A (ko)
WO (1) WO2019123190A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111606866A (zh) * 2020-06-30 2020-09-01 上海天马有机发光显示技术有限公司 一种有机化合物及其电致发光的应用
TW202240886A (zh) 2020-12-04 2022-10-16 日商半導體能源研究所股份有限公司 顯示面板、資料處理裝置及用於製造顯示面板之方法
KR20230030716A (ko) * 2021-08-25 2023-03-07 삼성디스플레이 주식회사 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치
EP4199096B1 (en) * 2021-12-20 2024-03-27 Novaled GmbH Display device comprising a common charge generation layer and method for making the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001102175A (ja) 1999-09-29 2001-04-13 Junji Kido 有機エレクトロルミネッセント素子、有機エレクトロルミネッセント素子群及びその発光スペクトルの制御方法

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6489638B2 (en) 2000-06-23 2002-12-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light emitting device
JP4574358B2 (ja) 2002-11-26 2010-11-04 株式会社半導体エネルギー研究所 燐光性化合物
EP1486551B1 (en) 2003-06-13 2016-03-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light emitting element and light emitting device
CN100482024C (zh) * 2004-05-20 2009-04-22 株式会社半导体能源研究所 发光元件及发光装置
JP4622357B2 (ja) 2004-07-16 2011-02-02 セイコーエプソン株式会社 有機ｅｌ装置および電子機器
KR101318125B1 (ko) 2005-03-17 2013-10-16 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 유기금속 착체 및 이를 사용하는 발광 소자, 발광 장치 및 전자 장치
JP4448148B2 (ja) * 2006-03-29 2010-04-07 キヤノン株式会社 有機発光装置
WO2008117633A1 (en) 2007-03-23 2008-10-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Composition, method for fabricating light-emitting element, light-emitting element, light-emitting device, and electronic device
JP5217931B2 (ja) * 2007-11-29 2013-06-19 住友化学株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法
CN101878553A (zh) * 2007-11-30 2010-11-03 株式会社半导体能源研究所 发光元件、发光装置以及电子装置
JP5829828B2 (ja) 2010-04-06 2015-12-09 株式会社半導体エネルギー研究所 有機金属錯体、発光素子及び発光装置
JP6034676B2 (ja) 2011-11-30 2016-11-30 株式会社半導体エネルギー研究所 有機金属錯体、発光素子、発光装置、電子機器、照明装置
WO2013137234A1 (ja) 2012-03-15 2013-09-19 コニカミノルタ株式会社 透明電極、電子デバイス、および透明電極の製造方法
JP6036804B2 (ja) 2012-03-22 2016-11-30 コニカミノルタ株式会社 透明電極、電子デバイス及び有機エレクトロルミネッセンス素子
JP5911419B2 (ja) * 2012-12-27 2016-04-27 キヤノン株式会社 有機発光素子及び表示装置
JP6095390B2 (ja) * 2013-02-06 2017-03-15 キヤノン株式会社 有機発光素子及び表示装置
KR101592086B1 (ko) * 2013-02-07 2016-02-18 주식회사 엘지화학 헤테로환 화합물 및 이를 이용한 유기 발광 소자
JP6488082B2 (ja) 2013-12-02 2019-03-20 株式会社半導体エネルギー研究所 発光装置、電子機器、および照明装置
CN104030974A (zh) 2014-06-23 2014-09-10 南京工业大学 一种含芳基取代的三联吡啶类化合物及其制备方法和应用
KR101857146B1 (ko) * 2014-10-28 2018-05-11 삼성에스디아이 주식회사 유기 광전자 소자 및 표시 장치
US9957280B2 (en) * 2014-12-15 2018-05-01 Samsung Electronics Co., Ltd. Luminescent compound and electroluminescent device exhibiting thermally activated delayed fluorescence
CN116018040A (zh) 2015-02-18 2023-04-25 株式会社半导体能源研究所 有机化合物、发光元件、显示模块、照明模块、发光装置、显示装置、电子设备以及照明装置
JP6330690B2 (ja) * 2015-02-19 2018-05-30 株式会社オートネットワーク技術研究所 基板ユニット
KR102523099B1 (ko) * 2015-06-18 2023-04-18 엘지디스플레이 주식회사 유기전계발광소자
JP2018527740A (ja) * 2015-06-23 2018-09-20 ノヴァレッド ゲーエムベーハー 極性マトリクスおよび金属ドーパントを含んでいる有機発光デバイス
CN107464885B (zh) 2016-06-06 2019-01-18 清华大学 一种有机电致发光器件
KR102037816B1 (ko) * 2016-11-16 2019-10-29 삼성에스디아이 주식회사 유기 광전자 소자 및 표시 장치
US10276801B2 (en) * 2017-01-25 2019-04-30 Industrial Technology Research Institute Triazine-based compound and light emitting device
CN116456742A (zh) 2017-04-07 2023-07-18 株式会社半导体能源研究所 发光元件、显示装置、电子设备以及照明装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001102175A (ja) 1999-09-29 2001-04-13 Junji Kido 有機エレクトロルミネッセント素子、有機エレクトロルミネッセント素子群及びその発光スペクトルの制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP7304818B2 (ja) 2023-07-07
JPWO2019123190A1 (ja) 2020-12-24
JP2023123703A (ja) 2023-09-05
CN111480245A (zh) 2020-07-31
US20220407027A1 (en) 2022-12-22
WO2019123190A1 (ja) 2019-06-27
US20200388779A1 (en) 2020-12-10
US11404656B2 (en) 2022-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7297978B2 (ja) 発光素子、表示装置、電子機器、及び照明装置
KR102444563B1 (ko) 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
JP7305073B2 (ja) 発光素子、表示装置、電子機器、及び照明装置
CN109075260B (zh) 发光元件、显示装置、电子设备及照明装置
CN110785421A (zh) 有机化合物、发光元件、发光装置、电子设备及照明装置
JP2020017721A (ja) 発光素子、表示装置、電子機器、有機化合物及び照明装置
JP7281891B2 (ja) 発光素子、表示装置、電子機器、及び照明装置
JP7304818B2 (ja) 発光素子、発光装置、電子機器、及び照明装置
JP7349448B2 (ja) 発光デバイス、電子機器及び照明装置
KR20210018315A (ko) 유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
KR20220007605A (ko) 발광 디바이스, 발광 기기, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
KR20210038559A (ko) 유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal