KR101426717B1 - 발광 소자, 발광 장치 및 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서 개시된 발광 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 발광층 및 제1 층을 포함하고, 여기서 제1 층은 발광층 및 제1 전극 사이에 제공된다. 본 발명은 정공 수송성 재료를 포함하는 제1 층이 정공 차단 재료 또는 쌍극자 모멘트가 큰 유기 화합물로 도핑된 장치 구성을 특징으로 한다. 이 구성은 발광 효율이 높고 수명이 긴 고성능 발광 소자를 형성시킨다. 본 발명의 장치 구성은 캐리어 이동 속도의 제어를 촉진시키고, 따라서 캐리어 균형이 충분히 조절된 발광 소자를 형성시키고, 이는 본 발명의 발광 소자의 뛰어난 특성에 기인한다.
발광 소자, 발광 장치, 발광 효율, 수명, 정공 수송성, 전자 수송성, 캐리어 균형, 쌍극자 모멘트
Description
본 발명은 전류 여기형의 발광 소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 발광 소자를 갖는 발광 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
최근, 일렉트로루미네센스(electroluminescence)를 이용하는 발광 소자에 대한 연구 개발이 집중적으로 수행되어 왔다. 이러한 발광 소자의 기본적인 구성에서, 한쌍의 전극 사이에 발광성 물질이 삽입되어 있다. 이러한 소자에 전압을 인가시킴으로써, 발광성 물질로부터 발광을 수득할 수 있다.
이러한 발광 소자가 자체 발광형이기 때문에, 발광 소자는 액정 디스플레이에 비해 화소의 시인성(visibility)이 높고, 백라이트가 불필요하다는 등의 이점이 있고, 따라서 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합하다고 간주되고 있다. 또한, 이와 같은 발광 소자는 얇고 경량으로 제조될 수 있고 응답 속도가 매우 빠르다는 기타 이점이 있다.
발광 소자가 막 형상으로 형성될 수 있기 때문에, 대면적의 편평한 표면으로부터 발광을 용이하게 수득할 수 있다. 이는 백열전구 및 LCD로 대표되는 점광원 또는 형광등으로 대표되는 선광원으로는 수득하기 어려운 특색이다. 따라서, 발광 소자는 조사 등에 이용할 수 있는 면광원(flat light source)으로서 이용하기에 매우 효과적이다.
일렉트로루미네센스를 이용하는 발광 소자는 발광성 물질로서 유기 화합물 또는 무기 화합물을 사용하는지의 여부에 따라 크게 구분된다.
유기 화합물이 발광성 물질로서 사용되는 경우, 발광 소자에 전압을 인가함으로써 한쌍의 전극으로부터 전자 및 정공이 각각 발광성 유기 화합물을 포함하는 층으로 주입되고, 그 결과 전류가 흐른다. 전자 및 정공(캐리어)이 재결합됨으로써, 발광성 유기 화합물이 여기된다. 발광성 유기 화합물은 여기 상태로부터 기저 상태로 완화되고, 이로써 발광한다. 이러한 메카니즘에 기초하여, 이러한 발광 소자는 전류 여기형 발광 소자로서 칭명된다.
유기 화합물의 여기 상태는 일중항 여기 상태 또는 삼중항 여기 상태일 수 있고, 일중항 여기 상태로부터의 발광은 형광으로 칭명되고, 삼중항 여기 상태로부터의 발광은 인광으로서 칭명된다는 것을 주의한다.
이러한 발광 소자의 소자 특성을 향상시키는데에는, 사용되는 재료에 의존하는 문제가 다수 있고, 이러한 문제를 해결하기 위해, 소자 구성의 개량, 재료 개발 등이 수행되고 있다.
예를 들어, 비특허문헌 1[참조: Tetsuo TSUTSUI, and eight others, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, L1502-L1504 (1999)]에서, 정공 차단층(hole-blocking layer)이 제공되고, 이에 의해 인광 재료를 사용하는 발광 소자로부터 광이 효율좋게 발광된다. 그러나, 비특허문헌 1에서 기술된 바와 같이, 정공 차단층은 내구성을 갖지 않고, 발광 소자의 수명은 매우 짧다. 따라서, 발광 효율이 높고 수명이 긴 발광 소자의 개발이 요망되고 있다.
상기 문제를 고려하여, 본 발명의 목적은 발광 효율이 높은 발광 소자, 및 발광 효율이 높고 수명이 긴 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 또한 발광 효율이 높은 발광 장치 및 전자 기기 및 발광 효율이 높고 수명이 긴 발광 장치 및 전자 기기를 제공함을 포함한다.
본 발명자들은, 예의 검토를 거듭한 결과, 캐리어 이동을 제어하는 층을 제공함으로써 발광 효율이 높은 발광 소자를 수득할 수 있음을 밝혀내었다.
따라서, 본 발명의 하나의 특색에 따라, 발광 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 발광층 및 제1 층을 포함하고, 여기서 제1 층은 발광층과 제1 전극 사이에 제공된다. 제1 층은 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물을 함유하고, 제1 유기 화합물의 중량%는 제2 유기 화합물의 중량%보다 높다. 제1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖고, 제2 유기 화합물은 정공이 주입되지 않고 제1 층의 정공 수송성을 감소시키는 물질이다. 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가함으로써 발광층으로부터 발광이 수득된다.
본 발명의 또하나의 특색에 따라, 발광 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 발광층 및 제1 층을 포함하고, 여기서 제1 층은 발광층과 제1 전극 사이에 제공된다. 제1 층은 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물을 함유하고, 제1 유기 화합물의 중량%가 제2 유기 화합물의 중량%보다 높다. 본 발명의 특색에 따라, 제1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖는 반면, 제2 유기 화합물은 쌍극자 모멘트가 2.0debye 이상인 정공 차단 재료이다. 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가함으로써 발광층으로부터 발광이 수득된다.
본 발명의 또하나의 특색에 따라, 다음 구성의 발광 소자가 제공된다. 즉, 본 발명의 발광 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 발광층 및 제1 층을 포함하고, 여기서 제1 층은 발광층과 제1 전극 사이에 제공된다. 제1 층은 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물을 함유하고, 제1 유기 화합물의 중량%는 제2 유기 화합물의 중량%보다 높다. 여기서, 제1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖고, 제2 유기 화합물과 제1 유기 화합물 사이의 이온화 포텐셜의 차는 0.5eV 이상이다. 제2 유기 화합물의 쌍극자 모멘트는 또한 2.0debye 이상이다. 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가함으로써 발광층으로부터 발광이 수득된다.
본 발명의 또하나의 특색에 따라, 발광 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 발광층 및 제1 층을 포함하고, 여기서 제1 층은 발광층과 제1 전극 사이에 제공된다. 제1 층은 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물을 함유하고, 제1 유기 화합물의 중량%는 제2 유기 화합물의 중량%보다 높다. 본 발명의 이러한 특색에 따라, 제1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖고, 제2 유기 화합물의 이온화 포텐셜은 5.8eV 이상이고, 동시에 쌍극자 모멘트는 또한 2.0debye 이상이다. 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가함으로써 발광층으로부터 발광이 수득된다.
본 발명의 또하나의 특색은 다음 구성의 발광 소자를 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 발광 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 발광층 및 제1 층을 포함하고, 여기서 제1 층은 발광층과 제1 전극 사이에 제공된다. 제1 층은 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물을 함유하고, 제1 유기 화합물의 중량%는 제2 유기 화합물의 중량%보다 높다. 제1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖고, 제2 유기 화합물과 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜의 차는 0.5eV 이상이다. 여기서, 제2 유기 화합물은 헤테로사이클을 포함한다. 제1 전극의 전위가 상기한 제2 전극의 전위보다 높아지도록 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가함으로써 발광층으로부터 발광이 수득된다.
다음 구성의 발광이 또한 본 발명에 포함된다. 즉, 본 발명은 제1 전극과 제2 전극 사이에 발광층 및 제1 층을 포함하는 발광 소자를 제공하고, 여기서 제1 층은 발광층과 제1 전극 사이에 제공된다. 제1 층은 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물을 함유하고, 제1 유기 화합물의 중량%는 제2 유기 화합물의 중량%보다 높다. 제1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖고, 제2 유기 화합물의 이온화 포텐셜은 5.8eV 이상이고 또한 헤테로사이클을 포함한다. 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가함으로써 발광층으로부터 발광이 수득된다.
본 발명의 또하나의 특색에 따라, 발광 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 발광층 및 제1 층을 포함하고, 여기서 제1 층은 발광층과 제1 전극 사이에 제공된다. 제1 층은 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물을 함유하고, 제1 유기 화합물의 중량%는 제2 유기 화합물의 중량%보다 높다. 제1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖고, 제2 유기 화합물은 옥사디아졸 유도체, 트리아졸 유도체 및 펜안트롤린 유도체 중의 어느 하나이다. 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가함으로써 발광층으로부터 발광이 수득된다.
본 발명의 또하나의 특색은 제1 전극과 제2 전극 사이에 발광층 및 제1 층을 포함하는 발광 소자를 제공하고, 여기서 상기한 제1 층은 발광층과 제1 전극 사이에 제공된다. 제1 층은 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물을 함유하고, 제1 유기 화합물의 중량%는 제2 유기 화합물의 중량%보다 높다. 제1 유기 화합물은 정공 수송성을 갖는 반면, 제2 유기 화합물은 1,3-비스[5-(p-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠, 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-3급-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸 및 바토쿠프로인 중의 어느 하나이다. 제1 전극의 전위가 제2 전극의 전위보다 높아지도록 제1 전극 및 제2 전극에 전압을 인가함으로써 발광층으로부터 발광이 수득된다.
상기 구성에 있어서, 상기 발광 소자는 제1 층 중의 제2 유기 화합물의 농도가 1중량% 이상, 20중량% 이하인 특색을 갖는다. 이 농도 범위는 수명이 긴 발광 소자가 형성되도록 한다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제1 층은 제1 전극 및 발광층과 접촉될 수 없다. 환언하면, 하나의 층은 제1 층과 발광층 사이에 제공될 수 있고, 또하나의 층은 제1 층과 제1 전극 사이에 제공될 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제1 층의 두께는 바람직하게는 1㎚ 이상, 20㎚ 이하이다.
또한, 상기 구성에 있어서, 제1 층 및 발광층은 서로 접촉되도록 제공될 수 있다.
또한 본 발명은 상기 발광 소자를 갖는 발광 장치를 포함한다. 본 명세서에서 제시된 발광 장치는 화상 표시 장치, 발광 장치 또는 광원(조명 장치 포함)을 포함한다. 또한, 본 발명의 발광 장치는 커넥터, 예를 들어, 가요성 인쇄 회로(flexible printed circuit; FPC), 테이프 자동 본딩(tape automated bonding; TAB) 테이프 또는 테이프 캐리어 패키지(tape carrier package; TCP)가 발광 소자가 제공된 패널 커넥터에 부착된 모듈; TAB 테이프 또는 TCP의 말단에 인쇄 배선판이 제공된 모듈; 및 발광 소자가 형성된 기판에 칩 온 글래스(chip on glass; COG) 방법에 의해 집적 회로(IC)가 직접 실장된 모듈 모두를 포함한다.
또한, 본 발명은 표시부를 위해 본 발명의 발광 소자가 장착된 전자 기기를 포함한다. 따라서, 본 발명의 전자 기기의 하나의 특색은 상기 발광 소자 및 발광 소자의 발광을 제어하는 제어기 둘 다를 갖는 표시부를 포함하는 것이다.
본 발명의 발광 소자에서, 캐리어 이동을 제어하는 층이 제공되고, 따라서 발광 효율이 높은 발광 소자를 수득할 수 있다. 또한, 발광 효율이 높고 수명이 긴 발광 소자를 수득할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 소자는 발광 장치 및 전자 기기에 적용되고, 따라서 발광 효율이 높고 소비 전력이 감소된 발광 장치 및 전자 기기를 수득할 수 있다. 또한, 소비 전력이 낮고 수명이 긴 발광 장치 및 전자 기기를 수득할 수 있다.
도 1A 및 1B는 각각 본 발명의 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 2A 및 2B는 각각 본 발명의 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 3A 내지 3C는 각각 본 발명의 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 6A 및 6B는 본 발명의 발광 장치를 설명하는 도면이다.
도 7A 및 7B는 본 발명의 발광 장치를 설명하는 도면이다.
도 8A 내지 8D는 본 발명의 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 조명 장치를 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 조명 장치를 설명하는 도면이다
도 14는 양태의 발광 소자를 설명하는 도면이다.
도 15는 양태 1에서 제조된 발광 소자의 전류 밀도-휘도 특성을 설명하는 그 래프이다.
도 16은 양태 1에서 제조된 발광 소자의 전압-휘도 특성을 설명하는 그래프이다.
도 17은 양태 1에서 제조된 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 설명하는 그래프이다.
도 18은 양태 1에서 제조된 발광 소자의 발광 스펙트럼을 설명하는 그래프이다.
도 19는 양태 1에서 제조된 발광 소자의 일정한 전류 구동으로 수득된 연속 조명 시험 결과를 설명하는 그래프이다.
도 20은 발광 소자 양태들을 설명하는 도면이다.
도 21은 양태 2에서 제조된 발광 소자의 전류 밀도-휘도 특성을 설명하는 그래프이다.
도 22는 양태 2에서 제조된 발광 소자의 전압-휘도 특성을 설명하는 그래프이다.
도 23은 양태 2에서 제조된 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 설명하는 그래프이다.
도 24는 양태 2에서 제조된 발광 소자의 발광 스펙트럼을 설명하는 그래프이다.
도 25는 양태 3에서 제조된 발광 소자의 전류 밀도-휘도 특성을 설명하는 그래프이다.
도 26은 양태 3에서 제조된 발광 소자의 전압-휘도 특성을 설명하는 그래프이다.
도 27은 양태 3에서 제조된 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 설명하는 그래프이다.
도 28은 양태 3에서 제조된 발광 소자의 발광 스펙트럼을 설명하는 그래프이다.
도 29는 양태 4에서 제조된 발광 소자의 전류 밀도-휘도 특성을 설명하는 그래프이다.
도 30은 양태 4에서 제조된 발광 소자의 전압-휘도 특성을 설명하는 그래프이다.
도 31은 양태 4에서 제조된 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 설명하는 그래프이다.
도 32는 양태 4에서 제조된 발광 소자의 발광 스펙트럼을 설명하는 그래프이다.
도 33은 양태 5에서 제조된 발광 소자의 전류 밀도-휘도 특성을 설명하는 그래프이다.
도 34는 양태 5에서 제조된 발광 소자의 전압-휘도 특성을 설명하는 그래프이다.
도 35는 양태 5에서 제조된 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 설명하는 그래프이다.
도 36은 양태 5에서 제조된 발광 소자의 발광 스펙트럼을 설명하는 그래프이다.
도 37은 NPB의 산화반응 특성을 설명하는 그래프이다.
도 38은 OXD-7의 산화반응 특성을 설명하는 그래프이다.
도 39는 TAZO1의 산화반응 특성을 설명하는 그래프이다.
도 40은 BCP의 산화반응 특성을 설명하는 그래프이다.
참조 부호의 설명
201: 기판, 202: 제1 전극, 203: EL 층, 204: 제2 전극, 211: 정공 주입층, 212: 캐리어 이동을 제어하는 층, 213: 정공 수송층, 214: 발광층, 215: 전자 수송층, 216: 전자 주입층, 221: 제1 유기 화합물, 222: 제2 유기 화합물, 501: 제1 전극, 502: 제2 전극, 511: 제1 발광 유닛, 512: 제2 발광 유닛, 513: 전하 발생 층, 601: 구동 회로부(소스측 구동 회로), 602: 화소부, 603: 구동 회로부(게이트측 구동 회로), 604: 밀봉 기판, 605: 씰재, 607: 공간, 608: 배선, 609: FPC(가요성 인쇄 회로), 610: 소자 기판, 611: 스위칭 TFT, 612: 전류 조절 TFT, 613: 제1 전극, 614: 절연체, 616: EL 층, 617: 제2 전극, 618: 발광 소자, 623: N 채널형 TFT, 624: P 채널형 TFT, 701: 본체, 702: 표시부, 703: 작동 스위치, 704: 표시부, 710: 본체, 711: 표시부, 712: 메모리부, 713: 조작부, 714: 이어폰, 901: 케이스, 902: 액정층, 903: 백라이트, 904: 케이스, 905: 드라이버 IC, 906: 단자, 951: 기판, 952: 전극, 953: 절연층, 954: 격벽층, 955: EL 층, 956: 전극, 2001: 케이스, 2002: 광원, 2201: 유리 기판, 2202: 제1 전극, 2204: 제2 전극, 2211: 복합 재료 함유 층, 2212: 캐리어 이동을 제어하는 층, 2213: 정공 수송층, 2214: 발광층, 2215: 전자 수송층, 2216: 전자 주입층, 2231: 제1 전자 수송층, 2232: 제2 전자 수송층, 3001: 조명 장치, 3002: 텔레비젼 장치, 9101: 케이스, 9102: 지지대, 9103: 표시부, 9104: 스피커부, 9105: 비디오 입력 단자, 9201: 본체, 9202: 케이스, 9203: 표시부, 9204: 키보드, 9205: 외부 접속 포트, 9206: 포인팅 디바이스, 9401: 본체, 9402: 케이스, 9403: 표시부, 9404: 음성 입력부, 9405: 음성 출력부, 9406: 조작키, 9407: 외부 접속 포트, 9408: 안테나, 9501: 본체, 9502: 표시부, 9503: 케이스, 9504: 외부 접속 포트, 9505: 리모콘 수신부, 9506: 수상부, 9507: 배터리, 9508: 음성 입력부, 9509: 조작키, 9510: 접안부.
발명을 실시하기 위한 최선의 양태
이하, 본 발명의 실시 양태 및 실시예를 첨부된 도면을 참조로 기술한다. 그러나, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 당해 기술 분야의 숙련가는 본 발명의 목적 및 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 양태 및 상세한 설명을 다양한 방식으로 변화시킬 수 있음을 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하 실시 양태 및 실시예의 설명에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 명세서에서, 단어 "복합"은 2개의 재료가 간단하게 혼합된 상태 뿐만 아니라 복수의 재료가 혼합되어 재료간의 전하가 이동되는 상태를 의미함을 주의한다.
(실시 형태 1)
본 발명의 발광 소자의 하나의 형태를 도 1A를 참조로 기술한다. 이 양태는 정공 수송을 제어하는 층이 캐리어 이동을 제어하는 층으로서 제공된 발광 소자를 기술한다.
본 발명의 발광 소자는 한쌍의 전극 사이에 복수의 층을 갖는다. 복수의 층은, 발광 영역이 전극들로부터 떨어진 위치에 형성되도록, 즉 전극들로부터 떨어진 위치에서 캐리어들이 재결합되도록 캐리어 주입성이 높은 물질 및 캐리어 이동성이 높은 물질로 형성된 층들을 조합함으로써 적층된다.
이러한 실시 형태에서, 발광 소자는 제1 전극(202), 제2 전극(204), 및 제1 전극(202)과 제2 전극(204) 사이에 제공된 EL 층(203)을 포함한다. 이 실시 형태에서 제1 전극(202)은 애노드로서 기능하고, 제2 전극(204)은 캐소드로 기능한다는 가정하에 설명한다. 즉, 제1 전극(202)의 전위가 제2 전극(204)의 전위보다 높아지도록 전압을 제1 전극(202) 및 제2 전극(204)에 인가할 때 발광이 수득된다.
기판(201)은 발광 소자의 지지체로서 사용된다. 기판(201)으로서, 예를 들어, 유리, 플라스틱 등이 사용될 수 있다. 유리 또는 플라스틱 이외의 재료가 발광 소자의 지지체로서 기능할 수 있는 한, 이들이 사용될 수 있음을 주의한다.
제1 전극(202)은 바람직하게는 일함수가 큰(구체적으로, 4.0eV 이상) 재료, 예를 들어, 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용하여 형성한다. 구체적으로, 산화인듐주석(ITO), 규소 또는 산화규소를 함유하는 ITO, 산화인듐아연(IZO), 산화텅스텐 및 산화아연을 함유하는 산화인듐(IWZO) 등이 제시될 수 있다. 이러한 전도성 금속 산화물 막은 일반적으로 스퍼터링법으로 형성되지만, 졸-겔법 등을 적용함으로써 잉크젯 방법, 스핀 피복 방법 등으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 산화인듐아연(IZO)은 1 내지 20중량%의 산화아연이 산화인듐에 첨가된 표적물을 사용하여 스퍼터링법으로 증착시킬 수 있다. 또한, 산화텅스텐 및 산화아연을 함유하는 산화인듐(IWZO)은 0.5 내지 5중량%의 산화텅스텐 및 0.1 내지 1중량%의 산화아연이 산화인듐에 첨가된 표적물을 사용하여 스퍼터링법으로 증착시킬 수 있다. 이외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 티탄(Ti), 금속 재료의 질화물(예: 질화티탄) 등이 제시된다.
이하 기술되는 복합 재료를 함유하는 층을 제1 전극과 접촉하는 층으로서 사용할 경우, 제1 전극은 이들의 일함수와 무관하게 각종 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 알루미늄 합금(예: AlSi) 등이 사용될 수 있다. 이외에, 주기율표 제1족 또는 제2족에 속하는, 일 함수가 낮은 원소, 즉 알칼리 금속, 예를 들어, 리튬(Li) 및 세슘(Cs), 알칼리 토금속, 예를 들어, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 스트론튬(Sr), 이들의 합금(예: MgAg 및 AlLi) 등이 사용될 수 있다. 또한, 희토류 금속, 예를 들어, 유로퓸(Eu) 및 이트륨(Yb); 이들의 합금 등도 또한 사용될 수 있다. 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 이들의 합금으로 제조된 막은 진공 증착법으로 형성할 수 있다. 또한, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 합금으로 제조된 막은 또한 스퍼터링법으로 형성할 수 있다. 은 페이스트 등을 잉크젯 방법 등으로 증착시킬 수도 있다.
이 실시 형태에서 제시된 EL 층(203)은 정공 주입층(211), 캐리어 이동을 제어하는 층(212), 정공 수송층(213), 발광층(214), 전자 수송층(215) 및 전자 주입층(216)을 포함한다. EL 층(203)의 구조는 이 실시 형태에서 제시된 캐리어 이동을 제어하는 층(212) 하나 이상과 발광층(214)이 포함되는 한, 상기 구성에 제한되지 않는다. 즉, EL 층(203)의 구조는 특별히 제한되지 않는다. 따라서, 전자 수송성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질, 정공 주입성이 높은 물질, 쌍극성을 갖는 물질(전자 수송성과 정공 수송성이 높은 물질) 등을 함유하는 층을 이러한 실시 형태에서 제시된 캐리어 이동을 제어하는 층 및 발광층과 적절하게 조합하여 EL 층(203)을 형성할 수 있다. 예를 들어, EL 층(203)은 캐리어 이동을 제어하는 층(212)과 발광층(214)이 모두 포함되는 한, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등의 임의의 조합으로 형성할 수 있다. 각 층을 형성하는 특정 재료는 이하 제시한다.
정공 주입층(211)은 정공 주입성이 높은 물질을 함유하는 층이다. 정공 주입성이 높은 물질로서, 산화몰리브덴, 산화바나듐, 산화루테늄, 산화텅스텐, 산화망간 등이 사용될 수 있다. 이외에, 저분자량 유기 화합물로서, 프탈로시아닌계 화합물, 예를 들어, 프탈로시아닌(약어: H2PC), 구리(II) 프탈로시아닌(약어: CuPc) 및 바나딜(IV) 프탈로시아닌(VOPc); 방향족 아민 화합물, 예를 들어, 4,4',4"-트리스(N,N-디페닐아미노)트리페닐아민(약어: TDATA), 4,4',4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약어: MTDATA), 4,4'-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: DPAB), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)바이페닐(약어: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약어: DPA3B), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약어: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약어: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약어: PCzPCNl) 등이 또한 제시될 수 있다.
또는, 정공 주입층(211)은 수용체 성질(acceptor property)을 갖는 물질이 정공 수송성이 높은 물질에 혼합된 복합 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 수용체 성질을 갖는 물질이 정공 수송성이 높은 물질에 혼합된 복합 재료를 사용함으로써, 전극 형성 재료가 이의 일함수와 무관하게 선택될 수 있음에 주목해야 한다. 즉, 일함수가 높은 재료 뿐만 아니라 일함수가 낮은 재료가 제1 전극(202)용으로 사용될 수 있다. 이러한 복합 재료는 정공 수송성이 높은 물질 및 수용체 성질을 갖는 물질을 공증착시켜 형성할 수 있다.
복합 재료용으로 사용되는 유기 화합물로서, 각종 화합물, 예를 들어, 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소 및 고분자량 화합물(예: 올리고머, 덴드리머 또는 중합체)이 사용될 수 있다. 복합 재료용으로 사용되는 유기 화합물은 바람직하게는 정공 수송성이 높은 유기 화합물이다. 구체적으로, 정공 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하게 사용된다. 그러나, 정공 수송성이 전자 수성성보다 높은 한, 다른 물질도 또한 사용될 수 있다. 복합 재료용으로 사용될 수 있는 특정 유기 화합물은 이하 기술된다.
예를 들어, 다음 유기 화합물이 복합 재료용으로 사용될 수 있다: 방향족 아민 화합물, 예를 들어, MTDATA, TDATA, DPAB, DNTPD, DPA3B, PCzPCA1, PCzPCA2, PCzPCN1, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB 또는 α-NPD) 및 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-디아민(약어: TPD); 카바졸 유도체, 예를 들어, 4,4'-디(N-카바졸릴)바이페닐(약어: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약어: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약어: CzPA) 및 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐-2,3,5,6-테트라페닐벤젠; 및 방향족 탄화수소 화합물, 예를 들어, 2-3급-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(약어: t-BuDNA), 2-3급-부틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센(약어: DPPA), 2-3급-부틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약어: t-BuDBA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약어: DNA), 9,10-디페닐안트라센(약어: DPAnth), 2-3급-부틸안트라센(약어: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약어: DMNA), 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐)-2-3급-부틸-안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센, 9,9'-비안트릴, 10,10'-디페닐-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-비안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-비안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(3급-부틸)페릴렌, 펜타센, 코로넨, 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)바이페닐(약어: DPVBi) 및 9,10-비스[4-(2,2-디페닐비닐)페닐]안트라센(약어: DPVPA).
또한, 수용체 성질을 갖는 물질로서, 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄(약어: F4-TCNQ), 클로라닐 등의 유기 화합물, 및 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한, 원소 주기율표의 제4족 내지 제8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수도 있다. 구체적으로, 전자 수용성이 높은 산화바나듐, 산화니오브, 산화탄탈, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간 및 산화레늄을 사용하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 산화몰리브덴은 대기에서도 안정하고 흡습성이 낮고 취급하기 쉽기 때문에, 특히 바람직하다.
정공 주입층(211)으로서, 고분자량 화합물(예: 올리고머, 덴드리머 또는 중합체)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리(N-비닐카바졸)(약어: PVK), 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약어: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-디페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노)페닐)메타크릴아미드](약어: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약어: 폴리-TPD) 등의 고분자량 화합물이 사용될 수 있다. 또한, 산과 혼합된 고분자 화합물, 예를 들어, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리(스티렌설포네이트)(PAni/PSS)도 또한 사용될 수 있다.
또한, 상기한 중합체, 예를 들어, PVK, PVTPA, PTPDMA 또는 폴리-TPD를 사용하여 형성된 복합 재료 및 상기 수용체 성질을 갖는 물질을 정공 주입층(211)으로 사용할 수 있다.
캐리어 이동을 제어하는 층(212)은 제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물을 함유하고, 제1 유기 화합물의 중량%는 제2 유기 화합물의 중량%보다 높다.
제1 유기 화합물은 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 이른바 정공 수송 재료이다. 구체적으로, 방향족 아민 화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, MTDATA, TDATA, DPAB, DNTPD, DPA3B, PCzPCA1, PCzPCA2, PCzPCN1, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-디아민(약어: TPD) 등이 제시될 수 있다. 또한 고분자량 화합물, 예를 들어, PVK, PVTPA, PTPDMA 또는 폴리-TPD도 또한 사용될 수 있다.
제2 유기 화합물은 정공이 주입되지 않은, 쌍극자 모멘트가 큰 유기 화합물이다. 정공이 주입되지 않은 물질로서 정공 차단 재료를 제시할 수 있다. 정공 차단 재료는 일반적으로 이온화 포텐셜이 큰 물질이다. 특히, 이온화 포텐셜이 5.8eV 이상인 재료가, 정공이 당해 재료에 주입되지 않기 때문에, 바람직하다. 6.0eV 이상의 이온화 포텐셜이 특히 바람직하다. 또한, 제1 화합물에 주입된 정공이 제2 유기 화합물로 이동되지 않기 때문에, 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜보다 0.5eV 이상 큰 재료가 또한 바람직하다. 또한, 제2 유기 화합물의 쌍극자 모멘트는 2.0debye 이상의 것이 바람직하다. 특히, 쌍극자 모멘트가 2.0debye보다 훨씬 큰 유기 화합물이 바람직하게는 캐리어 이동을 제어하는 층으로서 사용될 수 있다.
제2 유기 화합물로서, 구체적으로, 옥사디아졸 유도체, 예를 들어, 1,3-비스[5-(p-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약어: OXD-7), 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약어: PBD); 트리아졸 유도체, 예를 들어, 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-3급-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약어: TAZ01), 3,5-비스(4-3급-부틸페닐)-4-페닐-1,2,4-트리아졸(약어: t-BuTAZ); 펜안트롤린 유도체, 예를 들어, 바토펜안트롤린(약어: BPhen) 및 바토쿠프로인(약어: BCP) 등이 사용될 수 있다.
이러한 실시 형태에서 보여주는 캐리어 이동을 제어하는 층의 개념도를 도 4에 도시한다. 도 4에서, 제1 유기 화합물(221)은 정공 수송성을 갖고; 따라서, 정공(h+)은 유기 화합물(221)에 쉽게 주입되고, 근방의 제1 유기 화합물로 이동하기 쉽다.
한편, 제2 유기 화합물(222)은 제1 유기 화합물보다 이온화 포텐셜이 크고, 제2 유기 화합물과 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜 차이가 0.5eV 이상이기 때문에 정공이 제2 유기 화합물(222)에 주입되지 않는다. 따라서, 정공은 제2 유기 화합물에 주입되지 않고, 제1 유기 화합물 사이에 호핑(hopping)에 의해 이동된다.
또한, 제2 유기 화합물(222)은 쌍극자 모멘트가 큰 물질이다. 특히, 쌍극자 모멘트는 바람직하게는 2.0debye 이상이다. 쌍극자 모멘트가 큰 제2 유기 화합물을 포함하면 제1 유기 화합물 사이에 이동되는 정공의 이동 속도를 감소시킨다. 즉, 제1 유기 화합물의 근방에 위치된, 쌍극자 모멘트가 큰 제2 유기 화합물은 정공의 이동을 늦추는 효과를 갖는다고 간주된다.
따라서, 제2 유기 화합물을 포함시키면, 제1 유기 화합물(221)을 포함하는 층 중의 정공의 이동 속도가 저하된다. 즉, 제2 유기 화합물을 첨가함으로써 캐리어 이동을 제어할 수 있다. 또한, 제2 유기 화합물의 농도를 제어함으로써 캐리어의 이동 속도를 조정할 수 있다.
특히, 제2 유기 화합물의 쌍극자 모멘트가 커질수록 정공의 이동 속도를 감소시키는 효과가 커진다. 따라서, 쌍극자 모멘트가 큰 물질을 제2 유기 화합물로 사용하는 경우, 캐리어 이동을 제어하는 층에 함유된 제2 유기 화합물의 중량%가 소량일 경우에도 효과를 충분히 수득할 수 있다.
위에 기술한 바와 같이, 캐리어 이동을 제어함으로써 캐리어 균형을 향상시키고, 그 결과로, 정공과 전자의 재결합 확률을 높이고; 따라서 높은 발광 효율을 수득할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서 나타낸 바와 같이, 캐리어 이동을 제어하는 층이 발광층과 애노드 역할로서 작동하는 제1 전극 사이에 제공된 구성이, 구동시 과도한 정공이 쉽게 형성되는 발광 소자용으로 특히 효과적이다. 이는, 충분히 제어된 캐리어 균형이, 캐리어 이동 제어층을 정공 과다 상태로 존재하는 경향이 있는 발광 소자에 도입함으로써 달성될 수 있기 때문에, 이는 정공의 이동을 지연시키는 캐리어 이동을 제어하는 층의 능력에 기인한다.
또한, 과도한 정공의 이동을 제어함으로써, 과도한 정공에 의해 발광층 및 이의 주변에서 형성되는 다수의 양이온을 감소시킬 수 있다. 양이온은 소광제로서 작용하기 때문에, 양이온의 형성을 억제함으로써 발광 효율의 감소를 억제할 수 있다.
유기 화합물을 이용한 발광 소자는 구동시 과도한 정공을 갖는 경우가 많기 때문에, 본 발명은 유기 화합물을 이용한 다수의 발광 소자에 바람직하게 적용할 수 있다.
예를 들어, 캐리어 이동을 제어하는 층(212)이 제공되지 않은 통상의 발광 소자의 경우, 정공이 정공의 이동 속도를 감속하는 층(212)의 효과를 수용하지 않고 정공 수송층(213)으로 주입되고, 이는 정공이 발광층(214)에 도달하도록 한다. 일반적으로, 유기 화합물을 이용한 발광 소자는 구동시 용이하게 정공 과다 상태로 존재한다. 이러한 경우에, 전자와 재결합될 수 없는 정공이 발광층(214)을 통과한다. 정공이 발광층(214)을 통과하면, 정공은 발광층(214)과 전자 수송층(215)의 계면 근방까지 도달한다. 따라서, 발광 영역이 발광층(214)과 전자 수송층(215)의 계면 근방에서 형성되고, 따라서 발광층(214)의 재결합 확률은 떨어지고, 발광 효율은 감소된다. 또한, 정공이 전자 수송층(215)까지 도달하면, 전자 수송층(215)이 용이하게 열화된다. 전자 수송층(215)에 도달하는 정공의 수가 경시적으로 증가되면, 재결합 확률은 경시적으로 감소되고, 이는 소자 수명을 저하(휘도의 경시적 열화)시킨다.
본 발명의 발광 소자에서, 제1 전극(202)으로부터 주입된 정공은 정공 주입층(211)을 통과하고, 캐리어 이동을 제어하는 층(212)으로 주입된다. 캐리어 이동을 제어하는 층(212)에 주입된 정공의 이동 속도가 느려지고, 정공 수송층(213)으로의 정공 주입이 지연된다. 따라서, 발광층(214)으로의 정공 주입이 제어된다. 그 결과, 본 발명의 발광 소자에서 발광 영역은 발광층(214)의 중앙 부근에 형성되는 반면, 통상의 발광 소자에서 발광 영역은 일반적으로 발광층(214)과 전자 수송층(215)의 계면 근방에서 형성된다. 따라서, 정공이 전자 수송층(215)에 도달함으로써 촉진되는, 전자 수송층(215)의 열화 가능성이 저하된다.
본 발명에서는 캐리어 이동을 제어하는 층(212)에서, 간단하게 정공 이동도 가 낮은 물질을 적용하는 대신, 정공 수송성을 갖는 유기 화합물에 정공 수송성을 감소시키는 유기 화합물을 첨가한다는 점이 중요하다. 이러한 구성이 간단하게 발광층으로의 정공 주입을 제어하는 것 이외에, 초기에 충분히 제어된 정공 주입량이 경시적으로 변하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 발광 소자에서, 캐리어 균형이 경시적으로 악화되고 재결합 확률이 감소되는 현상을 억제할 수 있고, 이는 소자 수명을 연장(휘도의 경시적 열화 억제)시킨다.
본 발명의 발광 소자에서, 발광층과 정공 수송층 사이의 계면 또는 발광층과 전자 수송층 사이의 계면에 발광 영역이 형성되기 어렵다. 따라서, 발광 영역이 정공 수송층 또는 전자 수송층에 근접한 영역에 위치되지 않기 때문에, 발광 소자는 거의 열화되지 않는다. 또한, 캐리어 균형의 경시적 변화(특히, 전자 주입량의 경시적 변화)가 억제될 수 있다. 따라서, 열화가 적고, 수명이 긴 발광 소자를 수득할 수 있다.
캐리어 이동을 제어하는 층 중의 제2 유기 화합물의 농도는 바람직하게는 1중량% 이상, 20중량% 이하이다. 이 농도 범위가 수명을 갖는 발광 소자를 형성시킬 수 있다. 특히, 제2 유기 화합물의 농도는 1중량% 이상, 10중량% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
캐리어 이동을 제어하는 층의 두께는 바람직하게는 1nm 이상, 20nm 이하이다. 캐리어 이동을 제어하는 층의 두께가 너무 두꺼우면, 캐리어의 이동 속도가 과도하게 감소되고, 이는 높은 구동 전압을 유도한다. 한편, 캐리어 이동을 제어하는 층의 두께가 너무 얇으면, 캐리어 이동을 제어하는 기능을 수행할 수 없다. 따라서, 캐리어 이동을 제어하는 층의 두께는 바람직하게는 1nm 이상, 20nm 이하이다.
정공 수송층(213)은 정공 수송성이 높은 물질을 함유하는 층이다. 정공 수송성이 높은 물질로서, 구체적으로 저분자량 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 예를 들어, NPB(또는 α-NPD), TPD, 4,4'-비스[N-(9,9-디메틸플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: DFLDPBi) 또는 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌 -2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: BSPB)을 사용할 수 있다. 여기에서 기술된 물질의 이동도는 10-6cm2/Vs 이상이다. 그러나, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 한, 상기 물질 이외의 물질을 사용할 수도 있다. 정공 수송성이 높은 물질을 함유하는 층은 단층인 것만으로 제한되지 않고, 상기 물질로 형성된 2층 이상 적층된 적층된 형태로 존재할 수 있다.
정공 수송층(213)으로서, 고분자량 화합물, 예를 들어, PVK, PVTPA, PTPDMA 또는 폴리-TPD가 사용될 수 있다.
발광층(214)은 발광성이 높은 물질을 함유하는 층이고, 이는 다양한 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 저분자량 유기 화합물의 예로는 다음과 같은 화합물이 예시된다. 예를 들어, 청색계의 발광 재료로서, N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약어: YGA2S); 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약어: YGAPA) 등이 사용될 수 있다. 또한, 녹색계의 발광 재료로서, N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카바졸-3-아민(약어: 2PCAPA); N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-디페닐-9H-카바졸-3-아민(약어: 2PCABPhA); N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약어: 2DPAPA); N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약어: 2DPABPhA); N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약어: 2YGABPhA); N,N,9-트리페닐안트라센-9-아민(약어: DPhAPhA) 등이 사용될 수 있다. 또한, 황색계의 발광 재료로서, 루브렌; 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-디페닐테트라센(약어: BPT) 등이 사용될 수 있다. 또한, 적색계의 발광 재료로서, N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-디아민(약어: p-mPhTD); 7,13-디페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-α]플루오란트렌-3,10-디아민(약어: p-mPhAFD) 등이 사용될 수 있다. 또는, 인광 재료, 예를 들어, 비스[2-(2'-벤조[4,5-α]티에닐)피리디나토-N,C3']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약어: Ir(btp)2(acac))가 또한 사용될 수 있다.
발광층이 상기 발광성이 높은 물질이 또하나의 물질에 분산된 구성을 가질 수도 있다. 각종 물질이, 발광성 물질이 분산되는 재료용으로 사용될 수 있다. 특히, 최저준위 비점유 분자 오비탈(LUMO) 수준이 발광성 물질보다 높고, 최고준위 점유 분자 오비탈(HOMO) 수준이 발광성 물질보다 낮은 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 다음 금속 착체가 사용될 수 있다: 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약어: Alq); 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약어: Almq3); 비스(10-하이드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(II)(약어: BeBq2); 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(III)(약어: BAlq); 비스(8-퀴놀리놀라토)아연(II)(약어: Znq); 비스[2-(2-벤족사졸릴)페놀라토]아연(II)(약어: ZnPBO); 비스[2-(2-벤조티아졸릴)페놀라토]아연(II)(약어: Zn(BTZ)2) 등. 또한, 다음 헤테로사이클릭 화합물도 또한 사용될 수 있다: 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약어: PBD); 1,3-비스[5-(p-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약어: OXD-7); 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-3급-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약어: TAZ); 2,2',2"-(1,3,5-벤젠트리일)-트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약어: TPBI); 바토펜안트롤린(약어: BPhen); 바소쿠프로인(약어: BCP) 등. 또한, 다음 축합 방향족 화합물도 또한 사용될 수 있다: 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약어: CzPA); 3,6-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약어: DPCzPA); 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센(약어: DPPA); 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약어: DNA); 2-3급-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(약어: t-BuDNA); 9,9'-비안트릴(약어: BANT); 9,9'-(스틸벤-3,3'-디일)디펜안트렌(약어: DPNS); 9,9'-(스틸벤-4,4'-디일)디펜안트렌(약어: DPNS2); 3,3',3"-(벤젠-1,3,5-트리일)트리피렌(약어: TPB3); 9,10-디페닐안트라센(약어: DPAnth); 6,12-디메톡시-5,11-디페닐크리센 등. 또는, 다음 방향족 아민 화합물이 사용될 수 있다: N,N-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약어: CzA1PA); 4-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약어: DPhPA); N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약어: PCAPA); N,9-디페닐-N-(4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐)-9H-카바졸-3-아민(약어: PCAPBA); N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카바졸-3-아민(약어: 2PCAPA); NPB(또는 α-NPD); TPD; DFLDPBi; BSPB 등.
발광성 물질을 분산시키는 재료로서, 다수 종류의 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 발광층의 결정화를 억제하는 루부렌 등의 물질을 발광성 기판의 결정화를 억제하기 위해 추가로 첨가할 수 있다. 또한, 발광성 물질에 에너지를 효율적으로 전달하기 위해 NPB, Alq 등을 추가로 첨가할 수 있다.
발광성이 높은 물질을 또다른 물질에 분산시키는 구성이 사용될 경우, 발광층(214)의 결정화를 억제할 수 있다. 또한, 고농도의 발광성이 높은 물질로부터 생성되는 농도 소광을 억제할 수도 있다.
발광층(214)용으로, 고분자량 화합물을 또한 사용할 수 있다. 구체적으로, 청색계의 발광 재료로서, 폴리(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)(약어: POF); 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일-코-(2,5-디메톡시벤젠-1,4-디일)](약어: PF-DMOP); 폴리{(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-코-[N,N'-디-(p-부틸페닐)-1,4-디아미노벤젠]}(약어: TAB-PFH) 등이 사용될 수 있다. 또한, 녹색계의 발광 재료로서, 폴리(p-페닐렌비닐렌)(약어: PPV); 폴리[(9,9-디헥실플루오렌-2,7-디일)-알트-코-(벤조[2,1,3]티아디아졸-4,7-디일)(약어: PFBT); 폴리[(9,9-디옥틸-2,7-디비닐렌플루오레닐렌)-알트-코-(2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌) 등이 사용될 수 있다. 또한, 주황색 내지 적색계의 발광 재료로서, 폴리 2-메톡시-5-(2'-에틸헥속시)-1,4-페닐렌비닐렌](약어: MEH-PPV); 폴리(3-부틸티오펜-2,5-디일); 폴리{[9,9- 디헥실-2,7-비스(1-시아노비닐렌)플루오레닐렌]-알트-코-[2,5-비스(N,N'-디페닐아미노)-1,4-페닐렌]}; 폴리{[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-비스(1-시아노비닐렌페닐렌]-알트-코-[2,5-비스(N,N'-디페닐아미노)-1,4-페닐렌]}(약어: CN-PPV-DPD) 등이 사용될 수 있다.
전자 수송층(215)은 전자 수송성이 높은 물질을 함유하는 층이다. 예를 들어, 저분자량의 유기 화합물로서, 다음 금속 착체가 사용될 수 있다: 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약어: Alq); 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약어: Almq3); 비스(10-하이드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(II)(약어: BeBq2); 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(III)(약어: BAlq); 비스(8-퀴놀리놀라토)아연(II)(약어: Znq); 비스[2-(2-벤족사졸릴)페놀라토]아연(II)(약어: ZnPBO); 비스[2-(2-벤조티아졸릴)페놀라토]아연(II)(약어: Zn(BTZ)2) 등. 또한, 다음 헤테로사이클릭 화합물도 또한 사용될 수 있다: 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약어: PBD); 1,3-비스[5-(p-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약어: OXD-7); 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-3급-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약어: TAZ01); 2,2',2"-(1,3,5-벤젠트리일)-트리스(1-페닐-1H-벤조이미다졸)(약어: TPBI); 바토펜안트롤린(약어: BPhen), 바토쿠프로인(약어: BCP) 등. 여기서 기술된 물질은 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 전자 수송성이 정공 수송성보다 높은 한, 상기 물질 이외의 물질이 또한 전자 수송층으로서 사용될 수 있다는 것을 주의한다. 또한, 전자 수송층은 단층인 것으로만 제한되지 않고, 상기 물질로 형성된 층이 2층 이상 적층된 적층 구성을 가질 수 있다.
또한, 전자 수송층(215)은 또한 고분자량 화합물을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 폴리[(9,9-디헥실플루오렌-2,7-디일)-코-(피리딘-3,5-디일)](약어: PF-Py), 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-코-(2,2'-피리딘-6,6'-디일)](약어: PF-BPy) 등이 사용될 수 있다.
또한, 전자 주입층(216)은 제2 전극(204)으로부터 EL 층(203)으로의 전자 주입을 촉진시키는 능력이 큰 물질을 함유하는 층이다. 이러한 능력을 갖는 물질로서, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 이들의 화합물, 예를 들어, 불화리튬(LiF), 불화세슘(CsF) 및 불화칼슘(CaF2)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 이들의 화합물이 혼합된, 전자 수송성을 갖는 물질, 예를 들어, Alq와 마그네슘(Mg)의 혼합물로 형성된 층을 사용할 수 있다. 전자가 제2 전극(204)으로부터 효율적으로 주입될 수 있기 때문에, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 이들의 화합물이 혼합된, 전자 수송성을 갖는 물질로 형성된 층을 사용하는 것이 바람직하다.
제2 전극(204)은 바람직하게는 일함수가 낮은(구체적으로, 3.8eV 이하) 물질, 예를 들어, 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용하여 형성할 수 있다. 이러한 캐소드 재료의 구체적인 예는 원소 주기율표의 제1족 또는 제2족에 속하는 원소, 즉 알칼리 금속, 예를 들어, 리튬(Li) 및 세슘(Cs) 및 알칼리 토금속, 예를 들어, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 이들의 합금(예: MgAg, AlLi)을 포함한다. 희토류 금속, 예를 들어, 유로피움(Eu) 및 이트륨(Yb) 및 이들의 합금 등도 사용할 수 있다. 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 합금으로 제조된 막은 진공 증착법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 합금으로 형성된 막은 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다. 또한, 금속 페이스트, 예를 들어, 은 페이스트는 잉크젯 방법 등으로 증착시킬 수도 있다.
전자 주입을 촉진시키는 기능을 갖는 층인 전자 주입층(216)이 제2 전극(204)과 전자 수송층(215) 사이에 제공될 경우, 제2 전극(204)은 이들의 일 함수에 무관하게, 각종 전도성 재료, 예를 들어, Al, Ag, ITO, 및 규소 혹은 산화규소를 함유하는 ITO를 사용하여 형성할 수 있다. 이러한 전도성 재료는 스퍼터링법, 잉크젯 방법, 스핀 코팅법 등을 이용하여 증착시킬 수 있다.
EL 층의 형성 방법으로서, 건식법 또는 습식법에 무관하게 다양한 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 진공 증착법, 잉크젯법 또는 스핀 코팅법 등이 사용될 수 있다. 또한, 상이한 전극 또는 상이한 층에 상이한 증착 방법이 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 재료 중에서, 고분자량 화합물을 선택하여 습식법으로 EL 층을 형성할 수 있다. 또는, 저분자량 유기 화합물을 선택하여 습식법으로 EL 층을 형성할 수 있다. 또한, 저분자량 유기 화합물을 건식법, 예를 들어, 진공 증착법을 사용하여 증착시켜 EL 층을 형성할 수도 있다.
유사하게, 전극은 습식법, 예를 들어, 졸-겔법에 의해 또는 금속 재료의 페이스트를 사용하는 습식법에 의해 형성할 수 있다. 또는, 전극은 건식법, 예를 들 어, 스퍼터링법 또는 진공 증착법으로 형성할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 발광 소자를 표시 장치에 적용하고 발광층을 각 색상에 따라 선택적으로 증착시키는 경우에, 발광층은 습식법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 발광층을 잉크젯 방법을 이용하여 형성할 경우, 대형 기판이 사용될 경우에도 각 색상에 대한 발광층의 선택적 증착을 용이하게 수행할 수 있다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 발광 소자에서, 제1 전극(202)과 제2 전극(204) 사이에 인가된 전위 차에 기인하여 전류가 흐르고, 이에 의해 정공 및 전자가 EL 층(203)에서 재결합되고, 발광이 수득된다.
발광은 제1 전극(202) 및 제2 전극(204) 중의 하나 또는 둘 다를 통해서 외부로 취출된다. 따라서, 제1 전극(202) 및 제2 전극(204) 중의 하나 또는 둘 다가 투광성 전극이다. 제1 전극(202)만이 투광성 전극이면, 도 3A에 도시된 바와 같이, 발광은 제1 전극(202)을 통해서 기판 측면으로부터 취출된다. 한편, 제2 전극(204)만이 투광성 전극이면, 도 3B에 도시된 바와 같이, 발광은 제2 전극(204)을 통해서 기판 측면에 대향하는 측면으로부터 취출된다. 제1 전극(202) 및 제2 전극(204)이 모두 투광성 전극일 경우, 도 3C에 도시된 바와 같이, 발광은 제1 전극(202) 및 제2 전극(204)을 통해 기판 측면 및 기판 측면에 대향하는 측면 모두로부터 취출된다.
제1 전극(202)과 제2 전극(204) 사이에 제공된 층의 구성이 상기 구성에 제한되지 않는다. 발광 영역이 전극에 근접할 때 발생하는 소광을 억제하기 위해 제1 전극(202) 및 제2 전극(204)과 떨어진 부위에 정공과 전자가 재결합되는 발광 영 역이 제공되고, 캐리어의 이동을 억제하는 층이 제공되는 한, 상기한 구성 이외의 구성이 사용될 수 있다.
즉, 제1 전극(202)과 제2 전극(204) 사이에 제공된 층의 구조는 특별히 제한되지 않는다. 따라서, 전자 수송성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질, 정공 주입성이 높은 물질 및 쌍극성을 갖는 물질(전자 수송성과 정공 수송성이 높은 물질) 등을 함유하는 층을 본 실시 형태에서 나타낸 캐리어 이동을 제어하는 층 및 발광층과 적합하게 조합할 수 있다.
본 실시 형태에서 나타낸 캐리어 이동을 제어하는 층은 정공의 이동을 제어하는 층이다. 따라서, 캐리어 이동을 제어하는 층을 애노드와 발광층 사이에 제공하는 것이 바람직하다.
도 1A에서 도시된 바와 같이, 발광층(214)과 캐리어 이동을 제어하는 층(212) 사이에 층이 형성되는 경우, 즉 발광층(214)과 캐리어 이동을 제어하는 층(212)이 서로 접촉되지 않을 경우, 발광층(214)과 캐리어 이동을 제어하는 층(212) 사이에 발생하는 불필요한 상호 작용이 억제될 수 있다. 따라서, 이러한 구성이 발광 소자의 열화를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
도 1B에 도시된 바와 같이, 발광층(214)과 캐리어 이동을 제어하는 층(212)이 서로 접촉되는 구성이 사용될 수 있다. 이러한 구성에서, 전자가 용이하게 주입되지 않고 밴드 갭이 발광층(214)에 함유된 유기 화합물 중 가장 높은 중량%의 유기 화합물의 밴드갭보다 큰 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 발광층(214) 및 캐리어 이동을 제어하는 층(212)이 동일한 마스크로 연속 형성될 수 있다. 따라서, 이 구성은 캐리어 이동을 제어하는 층의 선택적 형성이 각 발광 소자에 개별적으로 필요한 풀컬러 디스플레이 등을 제조하는데 바람직한데, 이는 이러한 구성이 이의 제조를 촉진시키기 때문이다.
도 2A 및 2B에 도시된 발광 소자는 각각 기판(201) 위에 캐소드로 기능하는 제2 전극(204), EL 층(203), 애노드로 작동하는 제1 전극(202)이 순차적으로 적층된 구성을 갖는다. 도 2A에 도시된 발광 소자는 도 1A에 도시된 EL 층의 층들을 역순으로 적층시킨, 즉 전자 주입층(216), 전자 수송층(215), 발광층(214) 정공 수송층(213), 캐리어 이동을 제어하는 층(212), 정공 주입층(211)을 순차적으로 적층시킨 구성을 갖는다. 도 2B에 도시된 발광 소자는 도 1B에 도시된 EL 층의 층들을 역순으로 적층시킨, 즉 전자 주입층(216), 전자 수송층(215), 발광층(214), 캐리어 이동을 제어하는 층(212), 정공 수송층(213), 정공 주입층(211)을 순차적으로 적층시킨 구성을 갖는다.
본 실시 형태에서, 발광 소자는 유리, 플라스틱 등으로 제조된 기판 위에 형성된다. 이러한 발광 소자 다수가 하나의 기판 위에서 형성될 경우, 패시브 매트릭스형 발광 장치를 제조할 수 있다. 또는, 유리, 플라스틱 등으로 제조된 기판 위에서, 예를 들어, 박막 트랜지스터(TFT)를 형성하고, TFT와 전기적으로 접속되는 전극 위에 발광 소자를 형성할 수도 있다. 따라서, 발광 소자 구동을 TFT 의해 제어하는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 제조할 수 있다. TFT 구조는 특별히 한정되지 않는다는 것을 주의한다. 엇물린 TFT 또는 역으로 엇물린 TFT가 사용될 수 있다. 또한, TFT 기판 위에 형성된 구동용 회로는 N 채널 및 P 채널 TFT 둘 다로부터 형성될 수 있거나, N 채널 및 P 채널 TFT 중의 하나로부터 형성될 수 있다. 또한, TFT 형성용으로 사용되는 반도체 막의 결정성은 특별히 한정되지 않는다. 비정질 반도체 막 또는 결정성 반도체 막을 사용할 수 있다.
본 발명의 발광 소자는 캐리어의 이동을 제어하는 층을 포함한다. 캐리어의 이동을 제어하는 층은 2가지 이상의 물질을 함유한다. 따라서, 물질의 조합을 선택하고 이의 혼합 비율, 층의 두께 등을 제어함으로써, 캐리어 균형을 정밀하게 제어할 수 있다.
물질의 조합을 선택하고, 이의 혼합 비율, 층의 두께 등을 제어함으로써 캐리어 균형을 제어할 수 있기 때문에, 종래의 발광 소자에서보다 더 쉽게 캐리어 균형을 제어할 수 있다. 즉, 캐리어 이동은, 물질을 상이한 물질로 대체시키지 않고, 물질의 혼합 비율 및 층의 두께 등을 제어함으로써 캐리어 이동을 제어할 수 있다.
캐리어 이동을 제어하는 층을 이용해 캐리어 균형을 향상시키면, 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 캐리어 이동을 제어하는 층을 사용하여 과도한 정공이 주입되거나 발광층을 침투하여 전자 수송층 또는 전자 주입층에 정공이 도달하는 것을 억제할 수 있다. 전자 수송층 또는 전자 주입층에 정공이 도달하면, 발광층에서의 재결합 확률이 감소된다(즉, 캐리어 균형이 손실된다). 이 현상은 발광 효율을 감소시킨다. 또한, 경시적 발광 효율의 저하를 초래한다. 즉, 발광 소자의 수명을 단축시킨다
그러나, 본 실시 형태에서 나타낸 바와 같이 캐리어 이동을 제어하는 층을 사용함으로써, 과도한 정공이 주입되거나 발광층을 침투하여 전자 수송층 또는 전자 주입층에 정공이 도달하는 것을 억제할 수 있게 된다. 또한, 경시적 발광 효율의 저하를 억제할 수 있다. 즉, 수명이 긴 발광 소자를 수득할 수 있다.
본 발명에서, 캐리어 이동을 제어하는 층에 함유된 2개 이상의 물질 가운데, 제1 유기 화합물보다 중량%가 낮은 제2 유기 화합물이 캐리어 이동 제어용으로 사용된다. 따라서, 캐리어 이동을 제어하는 층에 함유된 성분 중 가장 낮은 농도의 성분으로 캐리어 이동을 제어할 수 있다. 따라서, 경시적으로 쉽게 열화되지 않는 수명이 긴 발광 소자를 수득할 수 있다. 즉, 캐리어 균형은, 캐리어 균형이 단일 물질로 제어되는 경우에 비해 거의 변하지 않는다. 예를 들어, 캐리어 이동이 단일 물질로 형성된 층으로 제어될 경우, 형태학의 부분적 변화, 부분적 결정화 등에 의해 층 전체의 캐리어 균형은 변한다. 따라서, 이러한 발광 소자는 경시적으로 쉽게 열화된다. 그러나, 본 실시 형태에서 나타낸 바와 같이, 캐리어 이동을 제어하는 층에 함유된 성분 중 가장 낮은 중량%의 성분으로 캐리어 이동을 제어함으로써 형태학적 변화, 결정화, 응집 등의 영향을 감소시킬 수 있고, 이에 의해 경시적 열화를 억제할 수 있다. 따라서, 발광 효율이 경시적으로 쉽게 감소되지 않는 수명이 긴 발광 소자를 수득할 수 있다.
본 실시 형태에서 나타낸 바와 같이, 캐리어 이동을 제어하는 층이, 발광층과 캐소드로 작동하는 제2 전극 사이에 제공된 구성이, 구동시 쉽게 정공 과다 상태로 존재하는 발광 소자에 특히 효과적이다. 유기 화합물을 이용한 발광 소자는 정공 과다 상태가 되는 경향이 많기 때문에, 본 발명은 유기 화합물을 이용한 많은 발광 소자에 바람직하게 적용될 수 있다.
이 실시 형태는 경우에 따라 기타 실시 형태와 조합할 수 있다.
(실시 형태 2)
본 실시 형태는 본 발명에 따르는 여러 발광 장치가 적층된 발광 소자의 형태(이하, 적층형 소자라고 한다)를 도 5를 참조하여 설명한다. 이 발광 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 여러 발광 장치를 포함하는 발광 소자이다.
도 5에서, 제1 발광 유닛(511) 및 제2 발광 유닛(512)이 제1 전극(501)과 제2 전극(502) 사이에 적층된다. 제1 전극(501)과 제2 전극(502)은 실시 형태 1에서 나타낸 것과 유사한 전극을 적용할 수 있다. 제1 발광 유닛(511) 및 제2 발광 유닛(512)은 각각 동일 구성 또는 상이한 구성을 가질 수 있고, 실시 형태 1에서 제시된 바와 유사한 구성이 사용될 수 있다.
전하 발생 층(513)은 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료를 함유한다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료는 실시 형태 1에서 제시한 바와 같은 복합 재료이고, 유기 화합물 및 금속 산화물, 예를 들어, V2O5, MoO3 또는 WO3을 포함한다. 유기 화합물로서, 각종 화합물, 예를 들어, 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자량 화합물(올리고머, 덴드리머, 중합체 등)이 사용될 수 있다. 유기 화합물로서, 정공 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 정공 수송성을 갖는 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 전자 수송성보다 정공 수송성 이 높은 물질의 경우에, 상기한 재료 이외의 기타 물질도 또한 사용될 수 있다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료는, 캐리어 주입성 및 캐리어 이동성이 뛰어나기 때문에, 저전압 구동 및 저전류 구동을 달성할 수 있다.
전하 발생 층(513)이 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료를 다른 재료와 조합하여 형성할 수 있다는 것에 주목한다. 예를 들어, 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료를 함유하는 층을 전자 공여성을 갖는 물질로부터 선택된 하나의 화합물과 전자 수송성이 높은 화합물을 함유하는 층과 조합할 수 있다. 또한, 유기 화합물 및 금속 산화물의 복합 재료를 함유하는 층을 투명 전도성 막과 조합할 수 있다.
어쨌든, 제1 전극(501)과 제2 전극(502) 사이에 전압을 인가하면, 제1 발광 유닛(511)과 제2 발광 유닛(512) 사이에 삽입된 전하 발생 층(513)이 전자를 이들 발광 장치 중의 하나에 주입하고, 나머지 발광 장치에 정공을 주입할 수 있는 한, 모든 종류의 구성이 허용된다.
본 실시 형태는 2개의 발광 장치를 갖는 발광 소자에 대해 설명했지만, 본 발명은 3개 이상의 발광 장치가 적층된 발광 소자에도 유사하게 적용할 수 있다. 본 실시 형태의 발광 소자처럼 다수의 발광 장치를 분할하기 위해 전극 쌍 사이에 전하 발생 층을 제공할 경우, 저전류 밀도에서 고휘도 및 긴 수명을 나타내는 발광 소자를 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 발광 소자는 조명에 적용할 수 있다.
발광 유닛은 서로 발광색이 상이하도록 고안하여 모든 발광 소자로부터 목적하는 색상의 발광을 수득할 수 있다. 예를 들어, 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소 자에서, 제1 발광 유닛의 발광색과 제2 발광 유닛의 발광색을 보색으로 하여 백색 발광성 발광 소자를 수득할 수 있다. 용어 "보색"은 색상을 혼합하면 무채색이 수득되는 색상간의 관계를 의미한다. 즉, 보색 관계의 광을 혼합하여 백색광을 수득한다. 동일한 관계를 3개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 적용할 수 있다. 예를 들어, 제1 발광 유닛이 적색 광을 방출하고, 제2 발광 유닛이 녹색 광을 방출하고, 제3 발광 유닛이 청색 광을 방출하면, 발광 소자로부터 백색 광이 방출될 수 있다.
이 실시 형태는 경우에 따라 다른 실시 형태와 조합할 수 있다.
(실시 형태 3)
본 실시 형태는 본 발명의 발광 소자를 갖는 발광 장치에 대해 설명한다.
본 실시 형태에서는 화소부에 본 발명의 발광 소자를 갖는 발광 장치를 도 6A 및 6B를 참조로 설명한다. 도 6A는 발광 장치를 도시하는 상면도이고, 도 6B는 도 6A의 라인 A-A' 및 B-B'를 따라 절단한 단면도이다. 이 발광 장치는 점선으로 나타낸 구동 회로부(소스측 구동 회로)(601), 화소부(602) 및 구동 회로부(게이트측 구동 회로)(603)를 포함한다. 이 장치는 발광 소자의 발광을 제어한다. 또한, 참조 번호 604는 밀봉 기판을, 605는 씰재(sealing material)를, 607은 씰재(605)로 둘러싸인 공간을 나타낸다.
리딩 배선(leading wire)(608)은 소스측 구동 회로(601)와 게이트측 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이고, 외부 입력 단자로서 작동하는 FPC(가요성 인쇄 회로)(609)에서 비디오 신호, 클록 신호, 시작 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 여기서는 FPC만 도시되어 있지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 설치될 수 있다. 본 명세서에서 발광 장치는 발광 장치 본체 뿐만 아니라, 여기에 FPC 또는 PWB가 설치된 발광 장치도 포함한다.
다음, 단면 구조에 대해 도 6B를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부와 화소부가 형성된다. 여기서, 구동 회로부인 소스측 구동 회로(601)와 화소부(602) 중의 하나의 화소를 나타낸다.
N 채널형 TFT(623) 및 P 채널형 TFT(624)를 조합시킨 CMOS 회로가 소스측 구동 회로(601)로서 형성된다. 구동 회로는 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로 또는 NMOS 회로를 사용하여 형성할 수 있다. 구동 회로가 동일 기판 위에서 화소부로서 형성되는 드라이버 일체형을 본 실시 형태에서 나타내지만, 구동 회로가 반드시 동일 기판 위에서 화소부로서 형성되지는 않고, 기판 외부에서 형성될 수 있다.
화소부(602)는 스위칭용 TFT(611), 전류 제어용 TFT(612), 및 전류 제어 TNF(612)의 드레인에 전기적으로 접속되는 제1 전극(613)을 각각 포함하는 다수의 화소를 갖는다. 제1 전극(613)의 단부를 피복하기 위해 절연물(614)을 형성한다. 여기서, 포지티브형의 감광성 아크릴 수지 막을 절연물(614)로서 사용한다.
절연물(614)은 양호한 피복성을 수득하기 위해 절연물의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면을 갖도록 형성된다. 예를 들어, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형의 감광성 아크릴 수지를 사용하는 경우, 절연물(614)은 이의 상단부에만 곡률 반경(0.2 내지 3㎛)을 갖는 곡면을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 빛의 조사에 의해 식각액(etchant)에 불용성으로 되는 네가티브형 감광성 내식막 또는 빛의 조사에 의해 식각액에 가용성이 되는 포지티브형 감광성 내식막을 절연물(614)로서 사용할 수 있다.
제1 전극(613) 위에는 EL 층(616) 및 제2 전극(617)이 형성된다. 제1 전극(613) 형성 재료로서, 다양한 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 제1 전극(613)이 애노드로 사용되는 경우, 이러한 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물 중에서 일 함수가 큰(일 함수 4.0eV 이상) 재료를 선택하는 것이 특히 바람직하다. 예를 들어, 제1 전극(613)은 단층 막, 예를 들어, 규소를 함유하는 ITO로 제조된 막, 산화인듐아연(IZO)으로 제조된 막, 질화티탄 막, 크롬 막, 텅스텐 막, Zn 막 또는 Pt 막; 질화티탄 막과 주성분으로서 알루미늄을 함유하는 막의 적층 층; 질화티탄 막, 주성분으로서 알루미늄을 함유하는 막, 및 질화티탄 막의 3층 구조 등을 사용하여 형성할 수 있다. 제1 전극(613)이 적층된 층 구조를 가질 경우, 전극(613)은 배선으로서의 저항도 낮고 양호한 옴 접촉(ohmic contact)을 수득한다. 또한, 제1 전극(613)은 애노드로서 기능할 수 있다.
또한, EL 층(616)은 각종 방법, 예를 들어, 증착 마스크를 이용한 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법을 통해 형성된다. EL 층(616)은 실시 형태 1에서 나타낸 발광층을 포함한다. EL 층(616)을 형성하는 다른 재료로서, 저분자 화합물, 올리고머, 덴드리머 또는 고분자량 화합물이 또한 사용될 수 있다. 또한, EL 층(616) 형성 재료로서, 유기 화합물 뿐만 아니라 무기 화합물을 사용할 수 있다
제2 전극(617) 형성 재료로서, 다양한 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 제2 전극(617)을 캐소드로 사용하는 경우, 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물 중에서도, 일 함수가 작은(일 함수 3.8eV 이하) 재료를 선택하는 것이 특히 바람직하다. 예를 들어, 원소 주기율표의 제1족 또는 제2족에 속하는 원소들, 즉 알칼리 금속, 예를 들어, 리튬(Li) 및 세슘(Cs) 및 알칼리 토금속, 예를 들어, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 스트론튬(Sr) 및 이들의 합금(예: MgAg 및 AlLi) 등을 제시할 수 있다. EL 층(616)에서 생성된 빛이 제2 전극(617)을 투과하는 경우에는, 제2 전극(617)은 금속 박막 및 투명한 전도성 막(예: 산화인듐주석(ITO), 규소 혹은 산화규소를 함유하는 ITO, 산화인듐아연(IZO), 산화텅스텐과 산화아연을 함유하는 산화인듐(IWZO))의 적층 층을 사용하여 형성시킬 수도 있다.
씰재(605)를 사용하여 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)에 부착시킴으로써, 발광 소자(618)를 소자 기판(610), 밀봉 기판(604) 및 씰재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 제공한다. 공간(607)은 충전재로 충전된다. 공간이 불활성 기체(예: 질소, 아르곤 등)가 충전되는 경우 이외에, 공간(607)이 씰재(605)로 충전되는 경우도 있다.
에폭시계 수지를 씰재(605)로 사용하는 것이 바람직하다는 것을 주의한다. 이러한 재료는 가능한 한 수분 및 산소를 투과하지 않는 것이 바람직하다. 밀봉 기판(604) 형성 재료로서, 유리 기판 또는 석영 기판 뿐만 아니라 FRP(섬유유리-강화 플라스틱; Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐 플루오라이드), 폴리에스테르, 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱 기판이 사용될 수 있다.
상기 방법으로, 본 발명의 발광 소자를 갖는 발광 장치를 수득할 수 있다.
본 실시 형태는 상기한 바와 같이 트랜지스터에 의해 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형의 발광 장치에 대해 설명했지만, 발광 장치는 패시브 매트릭스형 발광 장치일 수 있다. 도 7A는 본 발명을 적용하여 제조된 패시브형 발광 장치의 사시도이다. 도 7B는 도 7A의 라인 X-Y를 따라 절단한 단면도이다. 도 7A 및 7B 각각에서, 기판(951) 위에는 전극(952)과 전극(956) 사이에 EL 층(955)이 제공된다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 피복시킨다. 또한, 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 제공된다. 격벽층(954)의 측벽은 기판면에 가까워질수록 한 측벽과 다른 측벽과의 간격이 단축되도록 하는 경사를 갖는다. 즉, 격벽층(954)의 단변 방향의 단면은 사다리꼴 모양이고, 밑변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고 절연층(953)과 접하는 변)이 윗변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고 절연층(953)과 접하지 않는 변)보다 짧다. 이와 같이, 격벽층(954)을 제공함으로써, 정전기 등에 기인하는 발광 소자의 불량을 방지할 수 있다. 패시브 매트릭스형 발광 장치의 경우에도, 발광 효율이 높은 본 발명의 발광 소자를 포함함으로써 발광 효율이 높은 발광 장치를 수득할 수 있다.
본 발명의 발광 장치는 실시 형태 1 또는 2에서 제시된 발광 소자를 갖는다. 따라서, 발광 효율이 높은 발광 장치를 수득할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 장치가 발광 효율이 높은 발광 소자를 가지고 있기 때문에, 저소비전력의 발광 장치를 수득할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 장치가 거의 열화되지 않는 수명이 긴 발광 소자를 가 지고 있기 때문에, 수명이 긴 발광 장치를 수득할 수 있다.
이 실시 형태는 경우에 따라 다른 실시 형태와 조합할 수 있다.
(실시 형태 4)
본 실시 형태에서는 실시 형태 3에서 기술된 발광 장치를 이의 일부로서 포함하는 본 발명의 전자 기기에 대해 설명한다. 본 발명의 전자 기기는 각각 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에서 기술된 발광 소자, 및 수명이 긴 표시부를 갖는다.
본 발명의 발광 장치를 사용하여 제조된 전자 기기로서, 카메라, 예를 들어, 비디오 카메라 또는 디지털 카메라, 고글 타입 디스플레이, 네비게이션 시스템, 음향 재생 장치(예: 카 오디오, 오디오 컴포넌트), 컴퓨터, 게임기, 휴대 정보 단말기(예: 모바일 컴퓨터, 휴대폰, 휴대용 게임기 또는 전자 서적), 기록 매체가 장착된 화상 재생 장치(구체적으로, Digital Versatile Disc(DVD) 등의 기록 매체를 재생하고, 화상을 표시하는 표시 장치가 장착된 장치) 등이 예시된다. 이 전자 기기의 구체적인 예를 도 8A 내지 8D에 도시한다.
도 8A는 본 실시 형태에 따르는 텔레비젼 장치를 나타내고, 이는 케이스(9101), 지지대(9102), 표시부(9103), 스피커부(9104), 비디오 입력 단자(9105) 등을 포함한다. 이 텔레비젼 장치에서, 표시부(9103)는 실시 형태 1 및 2에서 설명한 것과 유사한 발광 소자를 매트릭스 형태로 배열함으로써 형성된다. 상기 발광 소자는 발광 효율이 높고 소비 전력이 낮은 특징을 갖는다. 또한, 수명이 긴 특징을 갖는다. 발광 소자를 사용하여 형성된 표시부(9103)도 또한 유사한 특징을 갖기 때문에, 이 텔레비전 장치는 화질의 열화가 적고, 저소비 전력화가 달성된다. 이러한 특징으로 인해, 텔레비젼 장치에서 열화 보상 기능 회로 및 전원 회로를 대폭 줄이거나, 축소시킬 수 있기 때문에, 케이스(9101) 및 지지대(9102)의 소형 경량화를 꾀할 수 있다. 본 실시 형태에 따르는 텔레비젼 장치에서 저소비전력, 고화질 및 소형 경량화가 달성되고 있기 때문에, 주거 환경에 적합한 제품을 제공할 수 있다.
도 8B는 본 실시 형태에 따르는 컴퓨터를 도시하고, 이는 본체(9201), 케이스(9202), 표시부(9203), 키보드(9204) 외부 접속 포트(9205), 포인팅 디바이스(9206) 등을 포함한다. 이 컴퓨터에서, 표시부(9203)는 실시 형태 1 및 2에서 기술된 것과 유사한 발광 소자를 매트릭스 형태로 배열함으로써 형성된다. 상기 발광 소자는 발광 효율이 높고 소비 전력이 낮은 특징을 갖는다. 또한, 수명이 긴 특징이 있다. 상기 발광 소자를 사용하여 형성된 표시부(9203)도 또한 유사한 특징을 갖기 때문에, 이 컴퓨터는 화질의 열화가 적고, 저소비 전력화가 달성된다. 이 같은 특징으로 인해, 컴퓨터에서 열화 보상 기능 회로 및 전원 회로를 대폭 줄이거나, 축소할 수 있다. 따라서, 본체(9201) 및 케이스(9202)의 소형 경량화를 꾀할 수 있다. 본 실시 형태에 따르는 컴퓨터에서 저소비전력, 고화질 및 소형 경량화가 달성되기 때문에, 환경에 적합한 제품을 제공할 수 있다. 또한, 컴퓨터를 휴대할 수 있고, 휴대할 경우 외부 충격에 강한 내성을 갖는 표시부를 갖는 컴퓨터를 제공할 수 있다.
도 8C는 본 실시 형태에 따르는 휴대 전화를 도시하고, 이는 본체(9401), 케이스(9402), 표시부(9403), 음성 입력부(9404), 음성 출력부(9405), 조작키(9406), 외부 접속 포트(9407), 안테나(9408) 등을 포함한다. 이 휴대 전화에서, 표시부(9403)는 실시 형태 1 및 2에서 설명한 것과 유사한 발광 소자를 매트릭스 형태로 배열함으로써 구성된다. 상기 발광 소자는 발광 효율이 높고 소비 전력이 낮은 특징을 갖는다. 또한, 수명이 긴 특징이 있다. 상기 발광 소자를 사용하여 형성된 표시부(9403)가 또한 유사한 특징을 갖기 때문에, 이 휴대 전화는 화질의 열화가 적고, 저소비 전력화가 달성된다. 이러한 특징으로 인해, 휴대 전화에서 열화 보상 기능 회로 및 전원 회로를 대폭 줄이거나, 축소시킬 수 있다. 따라서, 본체(9401) 및 케이스(9402)의 소형 경량화를 꾀할 수 있다. 본 실시 형태에 따르는 휴대 전화에서, 저전력소비, 고화질 및 소형 경량화가 달성되기 때문에, 휴대에 적합한 제품을 제공할 수 있다. 또한, 휴대할 경우, 외부 충격에 강한 내성을 갖는 표시부를 갖는 제품을 제공할 수 있다.
도 8D는 본 실시 형태에 따르는 카메라를 도시하고, 이는 본체(9501), 표시부(9502), 케이스(9503), 외부 접속 포트(9504), 리모컨 수신부(9505), 수상부(9506), 배터리(9507), 음성 입력부(9508), 조작키(9509), 접안부(9510) 등을 포함한다. 이 카메라에서, 표시부(9502)는 실시 형태 1 및 2에서 설명한 것과 유사한 발광 소자를 매트릭스 형태로 배열함으로써 형성된다. 상기 발광 소자는 발광 효율이 높고 소비 전력이 낮은 특징을 갖는다. 또한, 수명이 긴 특징이 있다. 상기 발광 소자를 사용하여 형성된 표시부(9502)도 또한 유사한 특징을 갖기 때문에, 이 카메라는 화질의 열화가 적고, 저소비 전력화가 달성된다. 이러한 특징으로 인해, 카메라에서 열화 보상 기능 회로 및 전원 회로를 대폭 줄이거나, 축소할 수 있다. 따라서, 본체(9501)의 소형 경량화를 꾀할 수 있다. 본 실시 형태에 따르는 카메라는 저전력소비, 고화질 및 소형 경량화가 달성되기 때문에, 휴대에 적합한 제품을 제공할 수 있다. 또한, 휴대할 경우 외부 충격에 강한 내성을 갖는 표시부를 갖는 제품을 제공할 수 있다.
도 9는 본 실시 형태에 따르는 음향 재생 장치, 구체적으로 카 오디오를 도시하고, 이는 본체(701), 표시부(702), 조작 스위치(703, 704)를 포함한다. 표시부(702)는 실시 형태 3에서 제시된 발광 장치(패시브 매트릭스형 또는 액티브 매트릭스형)를 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 이 표시부(702)는 세그먼트 방식의 발광 장치를 사용하여 형성할 수도 있다. 어쨌든, 본 발명에 따르는 발광 소자를 사용하여, 차량용 전원(12 내지 42V)을 사용하여 표시부를 형성할 수 있다. 저전력소비화를 도모하면서, 수명이 길고 밝은 표시부를 형성할 수 있다. 또한, 본 실시 형태는 자동차용 오디오 시스템을 설명하지만, 본 발명의 발광 장치를 휴대용 및 가정용 오디오 시스템용으로 사용할 수도 있다.
도 10은 음향 재생 장치의 일례로서의 디지털 플레이어를 도시한다. 도 10에 도시된 디지털 플레이어는 본체(710), 표시부(711), 메모리부(712), 조작 부(713), 한쌍의 이어폰(714) 등을 포함한다. 한쌍의 이어폰(714) 대신 한쌍의 헤드폰 또는 한쌍의 무선 이어폰을 사용할 수 있다. 표시부(711)는 실시 형태 3에 제시된 발광 장치(패시브 매트릭스형 또는 액티브 매트릭스형)를 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 이 표시부(711)는 세그먼트 방식의 발광 장치를 사용하여 형성할 수도 있다. 어쨌든, 본 발명에 따르는 발광 소자를 사용함으로써, 이차 전지(니켈-수소 전지 등)를 사용하여 표시할 수도 있다. 저소비 전력화를 도모하면서, 수명이 길고 밝은 표시부(711)를 구성할 수 있다. 메모리부(712)로서, 하드 디스크 또는 비휘발성 메모리가 사용된다. 예를 들어, 기록 용량이 20 내지 200기가바이트(GB)인 NAND형 비휘발성 메모리가 사용되고, 조작 부(713)를 조작하면 영상이나 음성(예: 음악)을 기록하고 재생할 수 있다. 또한, 표시부(704, 711)는 흑색 배경에서 백색 문자를 표시하여 전력 소비를 억제할 수 있다. 이는 휴대용 오디오 장치에 특히 유효하다.
이상 기술된 바와 같이, 본 발명을 적용하여 제조된 발광 장치의 응용 범위는 매우 넓고, 이 발광 장치는 모든 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다. 본 발명을 적용함으로써, 저소비 전력으로 신뢰성이 높은 표시부를 갖는 전자 기기를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명을 적용한 발광 장치는 발광 효율이 높은 발광 소자를 보유하고, 발광 장치는 또한 조명 장치로서 사용될 수도 있다. 본 발명을 적용한 발광 소자를 조명 장치로서 사용한 한 형태를 도 11을 참조로 설명한다.
도 11은 본 발명의 발광 장치를 이용한 전자 기기의 일례로, 본 발명의 발광 장치를 백라이트로서 사용하는 액정 표시 장치를 도시한다. 도 11에 도시된 액정 표시 장치는 케이스(901), 액정 층(902), 백라이트(903) 및 케이스(904)를 포함하고, 여기서 액정 층(902)는 드라이버 IC(905)에 접속된다. 본 발명의 발광 장치는 백라이트(903)용으로 사용되고, 전류는 단자(906)을 통해 백라이트(903)에 공급된다.
본 발명의 발광 장치를 액정 표시 장치의 백라이트로 사용하는 경우, 발광 효율이 높은 백라이트를 수득할 수 있다. 또한, 수명이 긴 백라이트도 또한 수득할 수 있다. 또한, 본 발명의 발광 장치는 면발광의 조명 장치이고, 발광 장치의 대면적화가 가능하기 때문에, 백라이트의 대면적화가 가능하며, 액정 표시 장치의 대면적화도 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 발광 장치는 얇고 저전력을 소비하기 때문에, 표시 장치의 박형화 및 저소비전력화가 가능하다.
도 12는 본 발명을 적용한 발광 장치가 조명 장치인 전기 스탠드로 사용하는 예를 도시한다. 도 12에 도시된 전기 스탠드는 케이스(2001)와 광원(2002)을 포함한다. 본 발명의 발광 장치가 광원(2002)으로서 사용된다. 본 발명의 발광 장치의 수명이 길기 때문에, 전기 스탠드도 또한 수명이 길 수 있다.
도 13은 본 발명을 적용한 발광 장치를 실내 조명 장치(3001)로 사용한 예를 도시한다. 본 발명의 발광 장치는 대면적화할 수 있기 때문에, 발광 장치를 큰 면적의 조명 장치로서 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 발광 장치의 수명이 길기 때문에, 조명 장치도 또한 수명이 길 수 있다. 따라서, 본 발명을 적용한 발광 장치를 실내 조명 장치(3001)로서 사용하여 도 8A에서 설명한 텔레비젼 장치와 유사한 본 발명에 따르는 텔레비젼 장치(3002)를 방에 설치하여 공영 방송과 영화를 감상할 수 있다. 이러한 경우, 텔레비젼 장치 및 조명 장치 모두 수명이 길기 때문에, 흔히 새로운 조명 장치 또는 텔레비전 장치를 구매할 필요가 없고(즉, 교체 회수가 적다), 환경에 대한 부하를 감소시킬 수 있다.
이 실시 형태는 경우에 따라 다른 실시 형태와 조합할 수 있다.
[양태 1]
본 양태는 본 발명의 발광 소자에 대해 도 14를 참조하여 구체적으로 설명한다. 발광 소자(1), 발광 소자(2) 및 비교 발광 소자(3)를 동일 기판 위에 형성시켰다. 양태 1에 사용된 유기 화합물의 구조식을 다음에 제시한다.
[화학식 1]
(발광 소자(1)의 제작)
먼저, 유리 기판(2201) 위에 산화규소를 함유하는 산화인듐주석을 스퍼터링법으로 성막하여 제1 전극(2202)을 형성했다. 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 했다.
다음, 제1 전극(2202)이 형성된 면이 아래쪽에 있도록 제1 전극(2202)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정했다. 진공 증착 장치를 약 10-4Pa로 되도록 감압한 후, 제1 전극(2202) 위에 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착하여 복합 재료를 함유하는 층(2211)을 형성했다. 두께는 30nm로 하고, NPB 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비가 4:1(=NPB:산화몰리브덴)로 되도록 증착 속도를 조절했다. 공증착 방법은 하나의 처리 챔버에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 수행하는 증착 방법이다.
다음, 복합 재료를 함유하는 층(2211) 위에 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)을 형성했다. 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)과 1,3-비스[5-(p-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-파일]벤젠(약어: OXD-7)을 공증착함으로써 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)을 10nm의 두께로 형성했다. 여기서, NPB 대 OXD-7의 중량비가 1:0.05(=NPB:OXD-7)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
다음, 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)을 20nm의 두께가 되도록 성막하여 정공 수송층(2213)을 형성했다.
다음, 정공 수송층(2213) 위에 발광층(2214)을 형성했다. 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약어: CzPA)과 N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약어: YGA2S)을 공증착함으로써 발광층(2214)을 30nm의 두께로 형성했다. 여기서, CzPA 대 YGA2S의 중량비가 1:0.04(=CzPA:YGA2S)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
이후, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 발광층(2214) 위에 전자 수송층(2215)을 형성했다. 우선, 발광층(2214) 위에 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약어: Alq)을 20nm의 두께가 되도록 성막하여 제1 전자 수송층(2231)을 형성했다. 다음, 제1 전자 수송층(2231) 위에 바토페난트롤린(약어: BPhen)을 10nm의 두께가 되도록 성막하여 제2 전자 수송층(2232)을 형성했다.
다음, 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해 전자 수송층(2215) 위에 불화리튬(LiF)을 1nm의 두께가 되도록 성막함으로써 전자 주입층(2216)를 형성했다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 알루미늄을 200nm의 두께가 되도록 성막함으로써 제2 전극(2204)을 형성했다. 이러한 방식으로 발광 소자(1)를 제작했다.
상기 방법을 통해 수득한 본 발명의 발광 소자(1)를 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
(발광 소자(2)의 제작)
발광 소자(2)는 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)의 NPB 대 OXD-7의 중량비를 1:0.1(=NPB:OXD-7)로 한 이외에는, 발광 소자(1)와 동일한 방식으로 제작했다.
본 발명의 발광 소자(2)에 대해서도, 발광 소자(1)와 유사한 방식으로, 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
(비교 발광 소자(3) 제작)
다음, 비교를 위해, 위에서 설명한 발광 소자(1) 및 발광 소자(2)의 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)이 제공되지 않은 구성을 갖는 비교 발광 소자(3)를 제작했다. 제작 방법은 다음에 기재되어 있다.
우선, 유리 기판에 산화규소를 함유하는 산화인듐주석을 스퍼터링법으로 성막하여 제1 전극을 형성했다. 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 했다.
다음, 제1 전극이 형성되는 면이 아래쪽에 있도록 제1 전극이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정했다. 진공 증착 장치를 약 10-4Pa로 되도록 감압한 후, 제1 전극 위에 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착하여 복합 재료를 포함하는 층을 형성했다. 두께는 30nm로 하고, NPB 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비가 4:1=(NPB:산화몰리브덴)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
다음, 복합 재료를 함유하는 층 위에 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)을 30nm의 두께가 되도록 성막하여 정공 수송층을 형성했다.
다음, 정공 수송층 위에 발광층을 형성했다. 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약어: CzPA)과 N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약어: YGA2S)을 공증착함으로써 발광층을 30nm의 두께로 형성했다. 여기서, CzPA 대 YGA2S의 중량비가 1:0.04(=CzPA:YGA2S)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
이후, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 발광층 위에 전자 수송층을 형성했다. 우선, 발광층 위에, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약어: Alq)을 20nm의 두께가 되도록 성막하여 제1 전자 수송층을 형성했다. 다음, 제1 전자 수송층 위에 바토페난트롤린(약어: BPhen)을 10nm의 두께가 되도록 성막하여 제2 전자 수송층을 형성했다.
다음, 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해 전자 수송층 위에 불화리튬 (LiF)을 1nm의 두께가 되도록 성막함으로써 전자 주입층을 형성했다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 알루미늄을 200nm의 두께가 되도록 성막함으로써 제2 전극을 형성했다. 이러한 방식으로 비교 발광 소자(3)를 제작했다.
상기 방법을 통해 수득한 비교 발광 소자(3)에 대해서도, 발광 소자(1)와 유사한 방식으로, 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도 록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
발광 소자(1), 발광 소자(2) 및 비교 발광 소자(3)의 전류 밀도-휘도 특성을 도 15에 도시한다. 이의 전압-휘도 특성을 도 16에 도시한다. 이의 휘도-전류 효율 특성을 도 17에 도시한다. 1mA의 전류 공급에서 수득한 발광 스펙트럼을 도 18에 도시한다.
발광 소자(1)의 발광색은 휘도 950cd/m2에서 CIE 색도 좌표(x=0.16, y=0.17)에 위치하였고, YGA2S에서 유래하는 청색 발광이 수득되었다. 또한, 휘도 950cd/m2에서 발광 소자(1)의 전류 효율은 4.6cd/A, 전압은 5.4V, 전류 밀도는 20.7mA/cm2, 전력 효율은 2.6lm/W이었다.
발광 소자(2)의 발광색은 휘도 950cd/m2에서 CIE 색도 좌표(x=0.16, y=0.17)에 위치하였고, YGA2S에서 유래한 청색 발광이 수득되었다. 또한, 휘도 950cd/m2에서 전류 효율은 6.0cd/A, 전압은 5.4V, 전류 밀도는 15.7mA/cm2, 전력 효율은 3.5lm/W이었다.
비교 발광 소자(3)의 발광색은 휘도 850cd/m2에서 CIE 색도 좌표(x=0.16, y=0.16)에 위치하였고, YGA2S에서 유래한 청색 발광이 수득되었다. 또한, 휘도 850cd/m2에서 전류 효율은 3.6cd/A, 전압은 5.2V, 전류 밀도는 23.5mA/cm2, 전력 효 율은 2.2lm/W이었다.
상기 기재한 바와 같이, 본 발명의 캐리어 이동을 제어하는 층이 제공된 발광 소자(1) 및 발광 소자(2)는 캐리어 이동을 제어하는 층이 제공되지 않은 비교 발광 소자(3)에 비해 높은 전류 효율이 수득되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 발광 소자(1) 및 발광 소자(2)는 캐리어의 이동을 제어하는 층이 제공되지 않은 비교 발광 소자(3)과 비교하여 구동 전압이 거의 차이가 없기 때문에, 발광 소자(1) 및 발광 소자(2)에서는 높은 전류 효율을 반영하는 높은 전력 효율이 수득된다. 따라서, 본 발명의 발광 소자는 소비 전력이 작은 것으로 밝혀졌다.
또한, 발광 소자(1)와 비교 발광 소자(3)에 관해 초기 휘도를 1000cd/m2로 설정한 정전류 구동에 의한 연속 점등 시험을 실시한 결과를 도 19에 도시한다. 종축은 1000cd/m2을 100%로 할 때 상대 휘도(규격화 휘도)이다. 도 19에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 캐리어 이동을 제어하는 층이 제공된 발광 소자(1)는 캐리어 이동을 제어하는 층이 제공되지 않은 비교 발광 소자(3)와 거의 동일한 수명을 갖는 것으로 밝혀졌다. 이것은 캐리어 이동을 제어하는 층은 발광 소자의 수명에 영향을 주지 않고, 전류 효율을 개선한다는 것을 의미한다.
발광 소자(1) 및 발광 소자(2)에 사용된 OXD-7의 쌍극자 모멘트를 계산했다. 먼저, B3LYP/6-311(d, p) 수준의 밀도 함수법(DFT)에 의해 OXD-7의 기저 상태의 구조를 최적화했다. 구조 최적화된 OXD-7의 쌍극자 모멘트는 3.78debye인 것으로 계산됐다. DFT는 전자 상관 관계를 고려하지 않은 하트리-폭(Hartree-Fock)(HF) 방 식에 비해 계산 정밀도가 높다. 또한, DFT의 계산 비용은 DFT와 동일한 수준의 계산 정확도를 갖는 섭동법(MP)의 방식보다 작다. 따라서, DFT를 본 계산에 사용했다. 계산은 고성능 컴퓨터(HPC)(SGI 제팬 리미티드사의 Altix3700 DX)을 사용하여 수행했다.
본 양태에서 제작한 발광 소자(1) 및 발광 소자(2)에서 캐리어 이동을 제어하는 층에 사용한 NPB와 OXD-7의 산화반응 특성은 순환 전압전류법(CV) 측정을 통해 평가했다. 또한, NPB와 OXD-7의 이온화 포텐셜은 CV 측정 결과로부터 수득했다. 전기 화학 분석기(BAS Inc.사 제조, ALS 모델 600A 또는 600C)를 측정에 사용했다.
CV 측정에서, 용매로서, 탈수된 N,N-디메틸포름아미드(DMF)(Sigma-Aldrich Inc.사 제조, 99.8%, 카탈로그 번호; 22705-6)을 사용하고, 지지 전해질인 테트라-n-부틸암모늄 퍼클로레이트(n-Bu4NClO4)(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.사 제품, 카탈로그 번호; T0836)를 DMF에 테트라-n-부틸암모늄 퍼클로레이트의 농도가 100mmol/L로 되도록 용해시켰다. 또한, n-Bu4NClO4를 함유하는 DMF 용액에 측정 대상 화합물을 10mmol/L의 농도가 되도록 용해시켰다. 또한, 작용 전극으로 백금 전극(BAS Inc.사 제품의 PTE 백금 전극)을 사용하고, 보조 전극으로 백금 전극(BAS Inc.사 제품의 VC-3 Pt 카운터 전극(5cm))을 사용하며, 참조 전극으로 Ag/Ag+ 전극(BAS Inc.사 제품의 RE5 비수성 용매 참조 전극)을 사용했다. 또한, CV 측정은 실온(20 내지 25℃)에서 수행했다.
(참조 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지의 계산)
먼저, 본 양태에서 사용된 참조 전극(Ag/Ag+ 전극)의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지(eV)를 계산했다. 즉, Ag/Ag+ 전극의 페르미 준위를 계산했다. 메탄올 중의 페로센의 산화 전위는 표준 수소 전극에 대해 +0.610V인 것으로 알려져 있다(참고 문헌; Christian R. Goldsmith et al., J. Am. Chem. Soc., Vol.124, No. 1, 83-96, 2002). 본 양태에서 사용된 참조 전극을 사용하여 측정한 메탄올 중의 페로센의 산화 전위는 +0.20V 대 Ag/Ag+인 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 양태에서 사용된 참조 전극의 포텐셜 에너지는 표준 수소 전극에 대해 0.41eV 낮은 것으로 나타났다.
여기서, 표준 수소 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지는 -4.44eV인 것으로 또한 알려져 있다(참고 문헌; Toshihiro Ohnishi and Tamami Koyama, High molecular EL material, Kyoritsu Shuppan, pp. 64-67). 따라서, 본 양태에서 사용된 참조 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지는 -4.44-0.41 = -4.85eV인 것으로 측정되었다.
(측정 실시예 1: OXD-7)
본 측정 실시예에서는 OXD-7의 산화반응 특성에 대해 순환 전압전류법(CV) 측정을 통해 평가하였다. 스캔 속도는 0.1V/sec로 설정했다. 측정 결과를 도 38 에 도시한다. 산화반응 특성의 측정은, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 -0.47V 내지 1.60V 범위에서 주사한 다음, 1.60V 내지 -0.47V 범위에서 주사하는 단계에 의해 수행했다.
도 38에서 알 수 있는 바와 같이, 1.0V 이하로 주사를 수행하는 경우에도 OXD-7의 산화에 상응하는 피크가 나타나지 않는 것으로 밝혀졌다. 또한, 1.0V 이상의 전압에서 대량의 전류의 유동 영향에 기인하여 산화를 나타내는 피크가 존재하는 경우에도, 피크를 관찰할 수 없었다. 따라서, 이 데이터로부터 OXD-7의 산화 전위는 1.0V 이상인 것으로 결론지을 수 있다. 본 측정 실시예에 사용된 참조 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지는 -4.85eV이므로, CV 측정에서 1.0V의 산화 전위는 이온화 포텐셜로 환산하면 -(-4.85-1.0) = 5.85eV에 상응한다. 따라서, OXD-7의 이온화 포텐셜은 적어도 5.8eV 이상인 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명의 캐리어 이동을 제어하는 층에 OXD-7이 바람직하게 사용될 수 있는 것으로 밝혀졌다.
(측정 실시예 2: NPB)
본 측정 실시예에서는 NPB의 산화반응 특성에 대해 순환 전압전류법(CV) 측정을 통해 평가했다. 스캔 속도는 0.1V/sec로 설정했다. 측정 결과를 도 37에 도시한다. 산화반응 특성의 측정은, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 -0.20V 내지 0.80V 범위에서 주사한 다음 0.80V 내지 -0.20V 범위에서 주사하는 단계로 수행했다.
도 37에서 알 수 있는 바와 같이, 산화 피크 전위 Epa는 0.45V에서 나타났다. 따라서, NPB와 측정 실시예 1에서 측정한 OXD-7 사이의 산화 피크 전위의 차는 0.55V 이상이다. 따라서, NPB의 산화 피크 전위와 OXD-7의 산화 피크 전위의 차는 0.5V 이상이고, 이는 NPB의 이온화 포텐셜과 OXD-7의 이온화 포텐셜의 차가 적어도 0.5eV 이상임을 의미한다.
위에서 보는 바와 같이, 발광 소자(1) 및 발광 소자(2)에 사용된 OXD-7의 쌍극자 모멘트 및 이온화 포텐셜이 각각 2.0debye 이상 및 5.8eV 이상이기 때문에, OXD-7이 캐리어 이동을 제어하는 층에 바람직하게 사용될 수 있다. 즉, 정공 수송성을 갖는 유기 화합물인 NPB와 OXD-7을 함유하는 층은 캐리어 이동을 제어하는 층으로 기능한다.
따라서, 본 발명을 적용함으로써 캐리어 균형을 높이고, 따라서 발광 효율이 높은 발광 소자를 수득할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 저소비 전력의 발광 소자를 수득할 수 있는 것으로 확인되었다.
[양태 2]
본 양태는 본 발명의 발광 소자에 대해 도 20을 사용하여 구체적으로 설명한다. 양태 2에서 제작한 발광 소자(4) 및 발광 소자(5)는 동일한 기판 위에 형성했다.
(발광 소자(4)의 제작)
우선, 유리 기판(2201) 위에 산화규소를 함유하는 산화인듐주석을 스퍼터링 법으로 성막하여 제1 전극(2202)을 형성했다. 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 했다.
다음, 제1 전극(2202)이 형성된 면이 아래쪽에 있도록 제1 전극(2202)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정했다. 진공 증착 장치를 약 10-4Pa로 되도록 감압한 후, 제1 전극(2202) 위에 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착하여 복합 재료를 함유하는 층(2211)을 형성했다. 두께는 50nm로 하고, NPB 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비가 4:1=(NPB:산화몰리브덴)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
다음, 복합 재료를 함유하는 층(2211) 위에 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)을 형성했다. 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)과 1,3-비스[5-(p-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약어: OXD-7)을 공증착함으로써 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)을 10nm의 두께로 형성했다. 여기서, NPB 대 OXD-7의 중량비가 1:0.05(=NPB:OXD-7)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
다음, 캐리어 이동을 제어하는 층(2212) 위에 발광층(2214)을 형성했다. 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약어: CzPA)과 N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약어: YGA2S)을 공증착함으로써 발광층(2214)을 30nm의 두께로 형성했다. 여기서, CzPA 대 YGA2S의 중량비가 1:0.04(=CzPA:YGA2S)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
이후, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 발광층(2214) 위에 전자 수송층(2215)을 형성했다. 우선, 발광층(2214) 위에 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미 늄(III)(약어: Alq)을 20nm의 두께가 되도록 성막하여 제1 전자 수송층(2231)을 형성했다. 다음, 제1 전자 수송층(2231) 위에 바토페난트롤린(약어: BPhen)을 10nm의 두께가 되도록 성막하여 제2 전자 수송층(2232)을 형성했다.
다음, 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해, 전자 수송층(2215) 위에 불화리튬(LiF)을 1nm의 두께가 되도록 성막함으로써 전자 주입층(2216)를 형성했다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 알루미늄을 200nm의 두께가 되도록 성막함으로써 제2 전극(2204)을 형성했다. 이러한 방식으로 발광 소자(4)를 제작했다.
상기 방법을 통해 수득한 본 발명의 발광 소자(4)를 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
(발광 소자(5)의 제작)
발광 소자(5)는 캐리어의 이동을 제어하는 층(2212)의 NPB 대 OXD-7의 중량비를 1:0.1(=NPB:OXD-7)로 한 이외에는, 발광 소자(4)와 동일한 방식으로 제작했다.
본 발명의 발광 소자(5)에 대해서도, 발광 소자(4)와 유사한 방식으로, 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 되지 않도록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
발광 소자(4) 및 발광 소자(5)의 전류 밀도-휘도 특성을 도 21에 도시한다. 전압-휘도 특성을 도 22에 도시한다. 휘도-전류 효율 특성을 도 23에 도시한다. 1mA의 전류 공급에서 수득한 발광 스펙트럼을 도 24에 도시한다.
발광 소자(4)의 발광색은 휘도 980cd/m2에서 CIE 색도 좌표(x=0.16, y=0.16)에 위치하였고, YGA2S에서 유래한 청색 발광이 수득되었다. 또한, 휘도 980cd/m2에서 전류 효율은 4.5cd/A, 전압은 4.8V, 전류 밀도는 21.7mA/cm2, 전력 효율은 3.0lm/W이었다.
발광 소자(5)의 발광색은 휘도 940cd/m2에서 CIE 색도 좌표(x=0.16, y=0.17)에 위치하였고, YGA2S에서 유래한 청색 발광이 수득되었다. 또한, 휘도 940cd/m2에서 전류 효율은 5.7cd/A, 전압은 4.6V, 전류 밀도는 16.5mA/cm2, 전력 효율은 3.9lm/W이었다.
상기 기재한 바와 같이, 각각 본 발명의 캐리어 이동을 제어하는 층이 제공된 발광 소자(4) 및 발광 소자(5)에서는 높은 전류 효율이 수득되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 발광 소자(4) 및 발광 소자(5)에서는 높은 전류 효율을 반영하는 높은 전력 효율성이 수득된다. 따라서, 본 발명의 발광 소자는 소비 전력이 작은 것으로 결론지을 수 있다.
따라서, 본 발명을 적용함으로써 캐리어 균형을 높이고, 따라서 발광 효율이 높은 발광 소자를 수득할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 저소비 전력의 발광 소자를 수득할 수 있는 것을 나타났다.
발광 소자(4) 및 발광 소자(5)에 사용된 OXD-7의 쌍극자 모멘트는, 양태 1에서 계산한 바와 같이, 3.78debye이고, OXD-7의 이온화 포텐셜은 적어도 5.8eV 이상이다. NPB의 이온화 포텐셜과 OXD-7의 이온화 포텐셜의 차는 0.5eV 이상이다.
따라서, 발광 소자(4) 및 발광 소자(5)에 사용된 OXD-7은 캐리어 이동을 제어하는 층에 바람직하게 사용될 수 있는 것으로 결론지을 수 있다. 즉, 정공 수송성을 갖는 유기 화합물인 NPB와 OXD-7을 함유하는 층은 캐리어 이동을 제어하는 층으로 작동한다.
본 양태에서는 발광층과 캐리어 이동을 제어하는 층이 서로 접촉하고 있는 구성을 제시하였지만, 이러한 구성에서도, NPB와 OXD-7을 함유하는 층은 캐리어 이동을 제어하는 층으로 작동하고, 발광 효율이 높은 발광 소자를 형성할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
[양태 3]
본 양태에서는 본 발명의 발광 소자에 대해 도 14를 사용하여 구체적으로 설명한다. 게다가, 양태 3에서 제작한 발광 소자(6), 발광 소자(7) 및 비교 발광 소자(8)는 동일한 기판 위에 형성했다. 양태 3에 사용된 유기 화합물의 구조식은 다음에 제시되어 있다.
[화학식 2]
(발광 소자(6)의 제작)
우선, 유리 기판(2201) 위에 산화규소를 함유하는 산화인듐주석을 스퍼터링법으로 성막하여 제1 전극(2202)을 형성했다. 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 했다.
다음, 제1 전극(2202)이 형성된 면이 아래쪽에 있도록 제1 전극(2202)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정했다. 진공 증착 장치를 약 10-4Pa로 되도록 감압한 후, 제1 전극(2202) 위에 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착하여 복합 재료를 함유하는 층(2211)을 형성했다. 두께는 30nm로 하고, NPB 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비가 4:1=(NPB:산화몰리브덴)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
다음, 복합 재료를 함유하는 층(2211) 위에 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)을 형성했다. 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)과 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-3급-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약어: TAZ01)을 공증착함으로써 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)을 10nm의 두께로 형성했다. 여기서, NPB 대 TAZ01의 중량비가 1:0.05(=NPB:TAZ01)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
다음, 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)을 20nm의 두께가 되도록 성막하여 정공 수송층(2213)을 형성했다.
다음, 정공 수송층(2213) 위에 발광층(2214)을 형성했다. 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약어: CzPA)과 N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약어: YGA2S)을 공증착함으로써 발광층(2214)을 30nm의 두께로 형성했다. 여기서, CzPA 대 YGA2S의 중량비가 1:0.04(=CzPA:YGA2S)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
이후, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 발광층(2214) 위에 전자 수송층(2215)을 형성했다. 우선, 발광층(2214) 위에 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약어: Alq)을 20nm의 두께가 되도록 성막하여 제1 전자 수송층(2231)을 형성했다. 다음, 제1 전자 수송층(2231) 위에 바토페난트롤린(약어: BPhen)을 10nm의 두께가 되도록 성막하여 제2 전자 수송층(2232)을 형성했다.
다음, 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해, 전자 수송층(2215) 위에 불화리튬(LiF)을 1nm의 두께가 되도록 성막함으로써 전자 주입층(2216)을 형성했다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 알루미늄을 200nm의 두께가 되도록 성막함으로써 제2 전극(2204)을 형성했다. 이러한 방식으로 발광 소자(6)를 제작했다.
상기 방법을 통해 수득한 본 발명의 발광 소자(6)를 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
(발광 소자(7)의 제작)
발광 소자(7)는 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)의 NPB 대 TAZ01의 중량비를 1:0.1(=NPB:TAZ01)로 한 이외에는, 발광 소자(6)와 동일한 방식으로 제작했다.
본 발명의 발광 소자(7)에 대해서도, 발광 소자(6)와 유사한 방식으로, 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 되지 않도록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
(비교 발광 소자(8)의 제작)
다음, 비교를 위해, 상기 발광 소자(6) 및 발광 소자(7)의 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)이 제공되지 않은 구성의 비교 발광 소자(8)를 제작했다. 제작 방법은 다음에 기재되어 있다.
우선, 유리 기판 위에 산화규소를 함유하는 산화인듐주석을 스퍼터링법으로 성막하여 제1 전극을 형성했다. 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 했다.
다음, 제1 전극이 형성되는 면이 아래쪽에 있도록 제1 전극이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정했다. 진공 증착 장치를 약 10-4Pa로 되도록 감압한 후, 제1 전극 위에 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착하여 복합 재료를 함유하는 층을 형성했다. 두께는 30nm로 하고, NPB 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비가 4:1=(NPB:산화몰리브덴)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
다음, 복합 재료를 함유하는 층 위에 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)을 30nm의 두께가 되도록 성막하여 정공 수송층을 형성했다.
다음, 정공 수송층 위에 발광층을 형성했다. 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약어: CzPA)과 N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약어: YGA2S)을 공증착함으로써 발광층을 30nm의 두께로 형성했다. 여기서, CzPA 대 YGA2S의 중량비가 1:0.04(=CzPA:YGA2S)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
이후, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 발광층 위에 전자 수송층을 형성했다. 우선, 발광층 위에 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약어: Alq)을 20nm의 두께가 되도록 성막하여 제1 전자 수송층을 형성했다. 다음, 제1 전자 수송층 위에 바토페난트롤린(약어: BPhen)을 10nm의 두께가 되도록 성막하여 제2 전자 수송층을 형성했다.
다음, 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해 전자 수송층 위에 불화리튬 (LiF)을 1nm의 두께가 되도록 성막함으로써 전자 주입층을 형성했다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 알루미늄을 200nm의 두께가 되도록 성막함으로써 제2 전극을 형성했다. 이러한 방식으로, 비교 발광 소자(8)를 제작했다.
상기 방법을 통해 수득한 비교 발광 소자(8)에 대해서도, 발광 소자(6)와 유사한 방식으로, 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
발광 소자(6), 발광 소자(7) 및 비교 발광 소자(8)의 전류 밀도-휘도 특성을 도 25에 도시한다. 전압-휘도 특성을 도 26에 도시한다. 휘도-전류 효율 특성을 도 27에 도시한다. 1mA의 전류 공급에서 수득한 발광 스펙트럼을 도 28에 도시한다.
발광 소자(6)의 발광색은 휘도 810cd/m2에서 CIE 색도 좌표(x=0.16, y=0.15)에 위치하였고, YGA2S에서 유래한 청색 발광이 수득되었다. 또한, 휘도 810cd/m2에서 전류 효율은 3.3cd/A, 전압은 5.8V, 전류 밀도는 24.2mA/cm2 및 전력 효율은 1.8lm/W이었다.
발광 소자(7)의 발광색은 휘도 930cd/m2에서 CIE 색도 좌표(x=0.16, y=0.15)에 위치하였고, YGA2S에서 유래한 청색 발광이 수득되었다. 또한, 휘도 930cd/m2에 서 전류 효율은 3.9cd/A, 전압은 5.8V, 전류 밀도는 23.5mA/cm2 및 전력 효율은 2.2lm/W이었다.
비교 발광 소자(8)의 발광색은 휘도 1040cd/m2에서 CIE 색도 좌표(x=0.16, y=0.15)에 위치하였고, YGA2S에서 유래한 청색 발광이 수득되었다. 또한, 휘도 1040cd/m2에서 전류 효율은 2.8cd/A, 전압은 5.8V, 전류 밀도는 36.6mA/cm2 및 전력 효율은 1.5lm/W이었다.
상기 기술한 바와 같이, 본 발명의 캐리어 이동을 제어하는 층이 제공된 발광 소자(6) 및 발광 소자(7)에서는 캐리어 이동을 제어하는 층이 제공되지 않은 비교 발광 소자(8)에 비해 높은 전류 효율이 수득되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 발광 소자(6) 및 발광 소자(7)은 캐리어 이동을 제어하는 층이 제공되지 않은 비교 발광 소자(8)과 비교하여 구동 전압이 거의 차이가 없기 때문에, 발광 소자(6) 및 발광 소자(7)에서는 높은 전류 효율을 반영하는 높은 전력 효율성을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 발광 소자는 소비 전력이 작은 것으로 밝혀졌다.
발광 소자(6) 및 발광 소자(7)에 사용된 TAZ01의 쌍극자 모멘트를 계산했다. 먼저, B3LYP/6-311(d, p) 수준의 밀도 함수법(DFT)에 의해 TAZ01 기저 상태의 구조를 최적화했다. 구성 최적화된 TAZ01의 쌍극자 모멘트는 5.87debye인 것으로 계산됐다. 계산은 양태 1과 유사한 방식으로 수행했다.
발광 소자(6) 및 발광 소자(7)의 캐리어 이동을 제어하는 층에 사용된 TAZ01의 산화반응 특성을 순환 전압전류법(CV) 측정으로 평가했다. 측정은 양태 1의 측 정 실시예 1과 동일한 조건으로 수행했다.
(측정 실시예 3: TAZ01)
본 측정 실시예에서는 TAZ01의 산화반응 특성을 순환 전압전류법(CV) 측정으로 평가했다. 스캔 속도는 0.1V/sec로 설정했다. 측정 결과를 도 39에 도시한다. 산화반응 특성의 측정은, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 -0.47V 내지 1.50V 범위에서 주사한 후에 1.50V 내지 -0.47V 범위에서 주사하는 단계에 의해 수행했다.
도 39에 도시된 바와 같이, 적어도 1.0V 이하에서 주사를 수행하는 경우에도 TAZ01의 산화를 나타내는 피크는 나타나지 않았다. 또한, 1.0V 이상의 전압에서 산화를 나타내는 피크가 존재하는 경우에도, 당해 피크는 대량의 전류의 유동 영향에 기인하여 피크를 관측할 수 없었다. 즉, 이 데이터로부터, TAZ01의 산화 전위가 1.0V 이상인 것으로 결론지을 수 있다. 또한, 본 측정 실시예에 사용된 참조 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지는 -4.85eV이므로, CV 측정에서 1.0V의 산화 전위는 이온화 포텐셜로 환산하면 -(-4.85-1.0) = 5.85eV에 상응한다. 따라서, TAZ01의 이온화 포텐셜은 적어도 5.8eV 이상인 것으로 밝혀졌고, 이는 TAZ01이 본 발명의 캐리어 이동을 제어하는 층에 바람직하게 사용될 수 있음을 의미한다.
양태 1의 측정 실시예 2에서 설명한 바와 같이, NPB의 산화 피크 전위(Epa)는 0.45V이고, 측정 실시예 3에서 측정한 TAZ01의 산화 피크 전위의 차는 0.55V 이상이다. 따라서, NPB의 산화 피크 전위와 TAZ01 산화 피크 전위의 차는 0.5V 이상 이다. 따라서, NPB의 이온화 포텐셜과 TAZ01의 이온화 포텐셜의 차는 적어도 0.5eV 이상이다.
따라서, 발광 소자(6) 및 발광 소자(7)에 사용된 TAZ01은 쌍극자 모멘트가 2.0debye 이상이고 이온화 포텐셜이 5.8eV 이상이기 때문에, TAZ01은 캐리어 이동을 제어하는 층에 바람직하게 사용될 수 있음을 확인했다. 즉, 정공 수송성을 갖는 유기 화합물인 NPB와 TAZ01을 함유하는 층은 캐리어 이동을 제어하는 층으로 작동하는 것으로 밝혀졌다. 특히, TAZ01은 쌍극자 모멘트가 크기 때문에, TAZ01은 캐리어 이동을 제어하는 층에 사용되는 제2 유기 화합물로서 바람직하다.
따라서, 본 발명을 적용함으로써 캐리어 균형을 높이고, 따라서 발광 효율이 높은 발광 소자를 수득할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 저소비 전력의 발광 소자를 수득할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
[양태 4]
본 양태에서는 본 발명의 발광 소자를 도 20을 사용하여 구체적으로 설명한다. 양태 4에서 제작하는 발광 소자(9) 및 발광 소자(10)는 동일한 기판 위에 형성했다.
(발광 소자(9)의 제작)
우선, 유리 기판(2201) 위에 산화규소를 함유하는 산화인듐주석을 스퍼터링법으로 성막하여 제1 전극(2202)을 형성했다. 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 했다.
다음, 제1 전극(2202)이 형성된 면이 아래쪽에 있도록 제1 전극(2202)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정했다. 진공 증착 장치를 약 10-4Pa로 되도록 감압한 후, 제1 전극(2202) 위에 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착하여 복합 재료를 함유하는 층(2211)을 형성했다. 두께는 50nm로 하고, NPB 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비가 4:1=(NPB:산화몰리브덴)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
다음, 복합 재료를 함유하는 층(2211) 위에 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)을 형성했다. 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)과 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-3급-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약어: TAZ01)을 공증착 방법으로 증착함으로써 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)을 10nm의 두께로 형성했다. 여기서, NPB 대 TAZ01의 중량비가 1:0.05(=NPB:TAZ01)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
다음, 캐리어 이동을 제어하는 층(2212) 위에 발광층(2214)을 형성했다. 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약어: CzPA)과 N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약어: YGA2S)을 공증착함으로써 발광층(2214)을 30nm의 두께로 형성했다. 여기서, CzPA 대 YGA2S의 중량비가 1:0.04 (=CzPA:YGA2S)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
이후, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 발광층(2214) 위에 전자 수송층(2215)을 형성했다. 우선, 발광층(2214) 위에 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약어: Alq)을 20nm의 두께가 되도록 성막하여 제1 전자 수송층(2231)을 형 성했다. 다음, 제1 전자 수송층(2231) 위에 바토페난트롤린(약어: BPhen)을 10nm의 두께가 되도록 성막하여 제2 전자 수송층(2232)을 형성했다.
다음, 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해 전자 수송층(2215) 위에 불화리튬(LiF)을 1nm의 두께가 되도록 성막함으로써 전자 주입층(2216)을 형성했다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 알루미늄을 200nm의 두께가 되도록 성막함으로써 제2 전극(2204)을 형성했다. 이러한 방식으로 발광 소자(9)를 제작했다.
상기 방법을 통해 수득한 본 발명의 발광 소자(9)를 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
(발광 소자(10) 제작)
발광 소자(10)은 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)의 NPB 대 TAZ01의 중량비를 1:0.1(=NPB:TAZ01)로 한 이외에는, 발광 소자(9)와 동일한 방식으로 제작했다.
본 발명의 발광 소자(10)에 대해서도, 발광 소자(9)와 동일한 방식으로, 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 되지 않도록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
발광 소자(9) 및 발광 소자(10)의 전류 밀도-휘도 특성을 도 29에 도시한다. 전압-휘도 특성을 도 30에 도시한다. 휘도-전류 효율 특성을 도 31에 도시한다. 1mA의 전류 공급에서 수득한 발광 스펙트럼을 도 32에 도시한다.
발광 소자(9)의 발광색은 휘도 930cd/m2에서 CIE 색도 좌표(x=0.16, y=0.15)에 위치하였고, YGA2S에서 유래한 청색 발광이 수득되었다. 또한, 휘도 930cd/m2에서 전류 효율은 3.8cd/A, 전압은 5.2V, 전류 밀도는 24.4mA/cm2 및 전력 효율은 2.3lm/W이었다.
발광 소자(10)의 발광색은 휘도 930cd/m2에서 CIE 색도 좌표(x=0.16, y=0.15)에 위치하였고, YGA2S에서 유래한 청색 발광이 수득되었다. 또한, 휘도 930cd/m2에서 전류 효율은 4.8cd/A, 전압은 5.0V, 전류 밀도는 19.5mA/cm2 및 전력 효율은 3.0lm/W이었다.
상기 기재한 바와 같이, 본 발명의 캐리어 이동을 제어하는 층이 제공된 발광 소자(9) 및 발광 소자(10)에서는 높은 전류 효율이 수득되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 발광 소자(9) 및 발광 소자(10)은 높은 전류 효율에 기인하여 높은 전력 효율성을 갖는다. 따라서, 본 발명의 발광 소자는 소비 전력이 작은 것으로 밝혀졌다.
따라서, 본 발명을 적용함으로써 캐리어 균형을 높이고, 따라서 발광 효율이 높은 발광 소자를 수득할 수 있는 것으로 결론지을 수 있다. 또한, 저소비 전력의 발광 소자를 수득할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
또한, 발광 소자(9) 및 발광 소자(10)에 사용된 TAZ01의 쌍극자 모멘트는, 실시예 3에서 산출한 바와 같이, 5.87debye이고, TAZ01의 이온화 포텐셜은 5.8eV 이상이다. NPB의 이온화 포텐셜과 TAZ01의 이온화 포텐셜의 차는 0.5eV 이상이다.
따라서, 발광 소자(9) 및 발광 소자(10)에 사용된 TAZ01은 캐리어의 이동을 제어하는 층에 바람직하게 사용될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 즉, 정공 수송성을 갖는 유기 화합물인 NPB와 TAZ01을 함유하는 층은 캐리어 이동을 제어하는 층으로 작동하는 것을 확인했다.
본 양태에서는 발광층과 캐리어 이동을 제어하는 층이 서로 접촉하는 구성 을 나타내지만, 이러한 구성에서도, NPB와 TAZ01을 함유하는 층은 캐리어 이동을 제어하는 층으로 작동하여 높은 발광 효율을 수득할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
[양태 5]
본 양태에서는 본 발명의 발광 소자에 대해 도 14를 사용하여 구체적으로 설명한다. 양태 5에서 제작하는 발광 소자(11), 발광 소자(12) 및 비교 발광 소자(13)는 동일한 기판 위에 형성했다. 양태 5에 사용된 유기 화합물의 구조식은 다음에 제시되어 있다.
[화학식 3]
(발광 소자(11)의 제작)
먼저, 유리 기판(2201) 위에 산화규소를 함유하는 산화인듐주석을 스퍼터링법으로 성막하여 제1 전극(2202)을 형성했다. 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 했다.
다음, 제1 전극(2202)이 형성된 면이 아래쪽에 있도록 제1 전극(2202)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정했다. 진공 증착 장치를 약 10-4Pa로 되도록 감압한 후, 제1 전극(2202) 위에 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착하여 복합 재료를 함유하는 층(2211)을 형성했다. 두께는 30nm로 하고, NPB 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비가 4:1=(NPB:산화몰리브덴)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
다음, 복합 재료를 함유하는 층(2211) 위에 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)을 형성했다. 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)과 바토쿠프로인(약어: BCP)을 공증착함으로써 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)을 10nm의 두께로 형성했다. 여기서, NPB 대 BCP의 중량비가 1:0.05(=NPB:BCP)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
다음, 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)을 20nm의 두께가 되도록 성막하여 정공 수송층(2213)을 형성했다.
다음, 정공 수송층(2213) 위에 발광층(2214)을 형성했다. 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약어: CzPA)과 N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약어: YGA2S)을 공증착함으로써 발광층(2214)을 30nm의 두께로 형성했다. 여기서, CzPA 대 YGA2S의 중량비가 1:0.04(=CzPA:YGA2S)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
이후, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 발광층(2214) 위에 전자 수송층(2215)을 형성했다. 우선, 발광층(2214) 위에 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약어: Alq)을 20nm의 두께가 되도록 성막하여 제1 전자 수송층(2231)을 형성했다. 다음, 제1 전자 수송층(2231) 위에 바토페난트롤린(약어: BPhen)을 10nm의 두께가 되도록 성막하여 제2 전자 수송층(2232)을 형성했다.
다음, 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해 전자 수송층(2215) 위에 불화리튬(LiF)을 1nm의 두께가 되도록 성막함으로써 전자 주입층(2216)을 형성했다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 알루미늄을 200nm의 두께가 되도록 성막함으로써 제2 전극(2204)을 형성했다. 이러한 방식으로 발광 소자(11)를 제작했다.
상기 방법을 통해 수득한 본 발명의 발광 소자(11)를 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
(발광 소자(12)의 제작)
발광 소자(12)는 캐리어의 이동을 제어하는 층(2212)의 NPB 대 BCP의 중량비 를 1:0.1(=NPB:BCP)로 한 이외에는, 발광 소자(11)와 동일한 방식으로 제작했다.
본 발명의 발광 소자(12)에 대해서도, 발광 소자(11)와 유사한 방식으로, 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 되지 않도록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
상기 방법을 통해 수득한 본 발명의 발광 소자(12)를 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
(비교 발광 소자(13)의 제작)
다음, 비교를 위해, 상기 발광 소자(11) 및 발광 소자(12)의 캐리어 이동을 제어하는 층(2212)이 제공되지 않은 구성의 비교 발광 소자(13)를 제작했다. 제작 방법은 다음에 기재되어 있다.
우선, 유리 기판 위에 산화규소를 함유하는 산화인듐주석을 스퍼터링법으로 성막하여 제1 전극을 형성했다. 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 했다.
다음, 제1 전극이 형성되는 면이 아래쪽에 있도록 제1 전극이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정했다. 진공 증착 장치를 약 10-4Pa로 되도록 감압한 후, 제1 전극 위에 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)과 산화몰리브덴(VI)을 공증착함으로써 복합 재료를 함유하는 층을 형성했다. 두께는 30nm로 하고, NPB 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비가 4:1=(NPB:산화몰리브덴)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
다음, 복합 재료를 함유하는 층 위에 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약어: NPB)을 30nm의 두께가 되도록 성막하여 정공 수송층을 형성했다.
다음, 정공 수송층 위에 발광층을 형성했다. 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약어: CzPA)과 N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약어: YGA2S)을 공증착함으로써 발광층을 30nm의 두께로 형성했다. 여기서, CzPA 대 YGA2S의 중량비가 1:0.04(=CzPA:YGA2S)로 되도록 증착 속도를 조절했다.
이후, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 발광층 위에 전자 수송층을 형성했다. 우선, 발광층 위에 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약어: Alq)을 20nm의 두께가 되도록 성막하여 제1 전자 수송층을 형성했다. 다음, 제1 전자 수송층 위에 바토페난트롤린(약어: BPhen)을 10nm의 두께가 되도록 성막하여 제2 전자 수송층을 형성했다.
다음, 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의해 전자 수송층 위에 불화리튬 (LiF)을 1nm의 두께가 되도록 성막함으로써 전자 주입층을 형성했다.
마지막으로, 저항 가열에 의한 증착 방법을 사용하여 알루미늄을 200nm의 두께가 되도록 성막함으로써 제2 전극을 형성했다. 이러한 방식으로, 비교 발광 소자(13)를 제작했다.
상기 방법을 통해 수득한 비교 발광 소자(13)를 질소 함유 글로브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉 작업을 수행했다. 이어서, 발광 소자의 동작 특성을 측정했다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행했다.
발광 소자(11), 발광 소자(12) 및 비교 발광 소자(13)의 전류 밀도-휘도 특성을 도 33에 도시한다. 이들의 전압-휘도 특성을 도 34에 도시한다. 이들의 휘도-전류 효율 특성을 도 35에 도시한다. 1mA의 전류 공급에서 수득한 발광 스펙트럼을 도 36에 도시한다.
발광 소자(11)의 발광색은 휘도 1130cd/m2에서 CIE 색도 좌표(x=0.16, y=0.18)에 위치하였고, YGA2S에서 유래한 청색 발광이 수득되었다. 또한, 휘도 1130cd/m2에서 전류 효율은 5.2cd/A, 전압은 5.4V, 전류 밀도는 21.9mA/cm2 및 전력 효율은 3.0lm/W이었다.
발광 소자(12)의 발광색은 휘도 1080cd/m2에서 CIE 색도 좌표(x=0.16, y=0.18)에 위치하였고, YGA2S에서 유래한 청색 발광이 수득되었다. 또한, 휘도 1080cd/m2에서 전류 효율은 5.9cd/A, 전압은 5.4V, 전류 밀도는 18.4mA/cm2 및 전력 효율은 3.4lm/W이었다.
비교 발광 소자(13)의 발광색은 휘도 740cd/m2에서 CIE 색도 좌표(x=0.16, y=0.17)에 위치하였고, YGA2S에서 유래한 청색 발광이 수득되었다. 또한, 휘도 740cd/m2에서 전류 효율은 3.6cd/A, 전압은 4.8V, 전류 밀도는 20.4mA/cm2 및 전력 효율은 2.3lm/W이었다.
상기 기재한 바와 같이, 본 발명의 캐리어 이동을 제어하는 층이 제공된 발광 소자(11) 및 발광 소자(12)는 캐리어의 이동을 제어하는 층이 제공되지 않은 비교 발광 소자(13)에 비해 높은 전류 효율을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 발광 소자(11) 및 발광 소자(12)는 캐리어의 이동을 제어하는 층이 제공되지 않은 비교 발광 소자(13)과 비교하여 구동 전압이 거의 차이가 없기 때문에, 발광 소자(11) 및 발광 소자(12)에서는 높은 전류 효율을 제공하는 높은 전력 효율이 수득된다. 따라서, 본 발명의 발광 소자는 소비 전력이 작은 것으로 밝혀졌다.
발광 소자(11) 및 발광 소자(12)에 사용된 BCP의 쌍극자 모멘트를 계산했다. 먼저, B3LYP/6-311(d, p) 수준의 밀도 함수법(DFT)으로 BCP 기저 상태의 구조를 최적화했다. 구성 최적화된 BCP의 쌍극자 모멘트는 2.90debye인 것으로 계산됐다. 계산은 실시예 1과 유사한 방식으로 수행했다.
본 양태에서 제작한 발광 소자(11) 및 발광 소자(12)의 캐리어 이동을 제어하는 층에 사용된 BCP의 산화반응 특성은 순환 전압전류법(CV) 측정을 통해 평가했다. 측정은 양태 1의 측정 실시예 1과 동일한 조건으로 수행했다.
(측정 실시예 4: BCP)
본 측정 실시예에서는 BCP의 산화반응 특성을 순환 전압전류법(CV) 측정에 의해 평가했다. 스캔 속도는 0.1V/sec로 설정했다. 측정 결과를 도 40에 도시한 다. 산화반응 특성의 측정은, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 -0.20V 내지 1.60V 범위에서 주사한 다음, 1.60V 내지 -0.20V 범위에서 주사하는 단계로 수행했다.
도 40에 도시한 바와 같이, 적어도 1.0V 이하에서 주사를 수행하는 경우에도 BCP의 산화에 상응하는 피크가 나타나지 않았다. 또한, 1.0V 이상의 전압에서 산화를 나타내는 피크가 존재하는 경우에도, 당해 피크는 대량의 전류의 유동 영향에 기인하여 관찰할 수 없었다. 이는 BCP의 산화 전위가 1.0V 이상임을 의미한다. 본 측정 실시예에서 사용된 참조 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지는 -4.85eV이므로, CV 측정에서 1.0V의 산화 전위는 BCP의 이온화 포텐셜로 환산하면 -(-4.85-1.0) = 5.85eV에 상응한다. 따라서, BCP의 이온화 포텐셜은 5.8eV 이상인 것으로 결론지을 수 있다. 따라서, 본 발명의 캐리어 이동을 제어하는 층에 BCP가 바람직하게 사용될 수 있음을 확인했다.
양태 1의 측정 실시에 2에서 설명한 바와 같이, NPB의 산화 피크 전위(Epa)는 0.45V이고, 측정 실시예 4에서 측정한 BCP의 산화 피크 전위의 차는 0.55V 이상이다. 따라서, NPB의 산화 피크 전위와 BCP의 산화 피크 전위의 차는 0.5V 이상이다. 따라서, NPB의 이온화 포텐셜과 BCP의 이온화 포텐셜의 차는 0.5eV 이상이다.
따라서, 발광 소자(11) 및 발광 소자(12)에 사용된 BCP는 쌍극자 모멘트가 2.0debye 이상이고 이온화 포텐셜이 5.8eV 이상이기 때문에, BCP는 캐리어 이동을 제어하는 층에 바람직하게 사용될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 즉, 정공 수송성을 갖는 유기 화합물인 NPB와 BCP를 함유하는 층은 캐리어 이동을 제어하는 층으로 기 능한다.
이들 데이타는 본 발명을 적용함으로써 캐리어 균형을 높이고, 따라서 발광 효율이 높은 발광 소자를 수득할 수 있는 것으로 결론지을 수 있다. 또한, 저소비 전력의 발광 소자를 수득할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명은 일본 특허청에 2006년 12월 4일자로 출원되고 전체 내용이 본원에서 참조로서 인용되는 일본 특허원 제2006-327662호에 기초한 것이다.
Claims (38)
- 애노드와 캐소드 사이에 발광층과 제1 층을 포함하는 발광 소자로서,상기 제1 층이 상기 발광층과 상기 애노드 사이에 제공되고,상기 제1 층이 제1 유기 화합물 및 정공 차단성 유기 화합물을 함유하고,상기 제1 유기 화합물의 중량%가 상기 정공 차단성 유기 화합물의 중량%보다 크고,상기 제1 유기 화합물이 정공 수송성을 갖는, 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 정공 차단성 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 상기 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜보다 크고, 상기 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜과 상기 정공 차단성 유기 화합물의 이온화 포텐셜의 차가 0.5eV 이상인, 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 정공 차단성 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 5.8eV 이상인, 발광 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 층 중의 상기 정공 차단성 유기 화합물의 중량%가 1중량% 이상 20중량% 이하인, 발광 소자.
- 애노드와 캐소드 사이에 발광층과 제1 층을 포함하는 발광 소자로서,상기 제1 층이 상기 발광층과 상기 애노드 사이에 제공되고,상기 제1 층이 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물을 함유하고,상기 제1 유기 화합물의 중량%가 상기 제2 유기 화합물의 중량%보다 크고,상기 제1 유기 화합물이 정공 수송성을 갖고,상기 제2 유기 화합물이 헤테로사이클을 갖고,상기 제2 유기 화합물의 쌍극자 모멘트가 2.0debye 이상인, 발광 소자.
- 삭제
- 애노드와 캐소드 사이에 발광층과 제1 층을 포함하는 발광 소자로서,상기 제1 층이 상기 발광층과 상기 애노드 사이에 제공되고,상기 제1 층이 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물을 함유하고,상기 제1 유기 화합물의 중량%가 상기 제2 유기 화합물의 중량%보다 크고,상기 제1 유기 화합물이 정공 수송성을 갖고,상기 제2 유기 화합물이 헤테로사이클을 갖는, 발광 소자.
- 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 제2 유기 화합물이 옥사디아졸 유도체, 트리아졸 유도체 및 펜안트롤린 유도체로부터 선택되는, 발광 소자.
- 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 제2 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 상기 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜보다 크고, 상기 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜과 상기 제2 유기 화합물의 이온화 포텐셜의 차가 0.5eV 이상인, 발광 소자.
- 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 제2 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 5.8eV 이상인, 발광 소자.
- 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 제1 층 중의 상기 제2 유기 화합물의 중량%가 1중량% 이상 20중량% 이하인, 발광 소자.
- 제1항, 제5항 및 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 층의 두께가 1㎚ 이상 20㎚ 이하인, 발광 소자.
- 발광 소자를 갖는 발광 장치로서,상기 발광 소자가 애노드와 캐소드 사이에 발광층과 제1 층을 포함하고,상기 제1 층이 상기 발광층과 상기 애노드 사이에 제공되고,상기 제1 층이 제1 유기 화합물 및 정공 차단성 유기 화합물을 함유하고,상기 제1 유기 화합물의 중량%가 상기 정공 차단성 유기 화합물의 중량%보다 크고,상기 제1 유기 화합물이 정공 수송성을 갖는, 발광 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 정공 차단성 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 상기 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜보다 크고, 상기 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜과 상기 정공 차단성 유기 화합물의 이온화 포텐셜의 차가 0.5eV 이상인, 발광 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 정공 차단성 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 5.8eV 이상인, 발광 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 정공 차단성 유기 화합물의 쌍극자 모멘트가 2.0debye 이상인, 발광 장치.
- 발광 소자를 갖는 발광 장치로서,상기 발광 소자가 애노드와 캐소드 사이에 발광층과 제1 층을 포함하고,상기 제1 층이 상기 발광층과 상기 애노드 사이에 제공되고,상기 제1 층이 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물을 함유하고,상기 제1 유기 화합물의 중량%가 상기 제2 유기 화합물의 중량%보다 크고,상기 제1 유기 화합물이 정공 수송성을 갖고,상기 제2 유기 화합물이 헤테로사이클을 갖는, 발광 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 제2 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 상기 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜보다 크고, 상기 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜과 상기 제2 유기 화합물의 이온화 포텐셜의 차가 0.5eV 이상인, 발광 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 제2 유기 화합물이 옥사디아졸 유도체, 트리아졸 유도체 및 펜안트롤린 유도체로 이루어진 그룹에서 선택되는, 발광 장치.
- 제13항 또는 제17항에 있어서, 상기 발광 장치가 조명 장치인, 발광 장치.
- 제1항, 제5항 및 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 소자가 상기 제1 층과 상기 애노드 사이에 제2 층을 추가로 포함하고, 상기 제2 층이 정공 수송성을 갖는 제3 유기 화합물과 수용체 성질(acceptor property)을 갖는 물질을 함유하는, 발광 소자.
- 제21항에 있어서, 상기 수용체 성질을 갖는 물질이 산화몰리브덴인, 발광 소자.
- 제13항 또는 제17항에 있어서, 상기 발광 소자가 상기 제1 층과 상기 애노드 사이에 제2 층을 추가로 포함하고, 상기 제2 층이 정공 수송성을 갖는 제3 유기 화합물과 수용체 성질을 갖는 물질을 함유하는, 발광 장치.
- 제23항에 있어서, 상기 수용체 성질을 갖는 물질이 산화몰리브덴인, 발광 장치.
- 제1항, 제5항 및 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 소자가 상기 발광층과 상기 제1 층 사이에 정공 수송층을 추가로 포함하는, 발광 소자.
- 제1항, 제5항 및 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 소자가 상기 제1 층과 상기 캐소드 사이에 정공 수송층을 추가로 포함하는, 발광 소자.
- 제13항 또는 제17항에 있어서, 상기 발광 소자가 상기 발광층과 상기 제1 층 사이에 정공 수송층을 추가로 포함하는, 발광 장치.
- 제13항 또는 제17항에 있어서, 상기 발광 소자가 상기 제1 층과 상기 캐소드 사이에 정공 수송층을 추가로 포함하는, 발광 장치.
- 제13항에 있어서, 상기 제1 층 중의 상기 정공 차단성 유기 화합물의 중량%가 1중량% 이상 20중량% 이하인, 발광 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 제1 층 중의 상기 제2 유기 화합물의 중량%가 1중량% 이상 20중량% 이하인, 발광 장치.
- 제13항 또는 제17항에 있어서, 상기 제1 층의 두께가 1㎚ 이상 20㎚ 이하인, 발광 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 정공 차단성 유기 화합물의 쌍극자 모멘트가 2.0debye 이상인, 발광 소자.
- 제17항에 있어서, 상기 제2 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 5.8eV 이상인, 발광 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 제2 유기 화합물의 쌍극자 모멘트가 2.0debye 이상인, 발광 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 정공 차단성 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 상기 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜보다 큰, 발광 소자.
- 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 제2 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 상기 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜보다 큰, 발광 소자.
- 제13항에 있어서, 상기 정공 차단성 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 상기 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜보다 큰, 발광 장치.
- 제17항에 있어서, 상기 제2 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 상기 제1 유기 화합물의 이온화 포텐셜보다 큰, 발광 장치.
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