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KR102098563B1 - 발광 소자, 발광 장치, 디스플레이 및 전자 기기 - Google Patents

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

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KR102098563B1
KR102098563B1 KR1020127034384A KR20127034384A KR102098563B1 KR 102098563 B1 KR102098563 B1 KR 102098563B1 KR 1020127034384 A KR1020127034384 A KR 1020127034384A KR 20127034384 A KR20127034384 A KR 20127034384A KR 102098563 B1 KR102098563 B1 KR 102098563B1
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사토시 세오
노부하루 오사와
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

복수의 EL층들이 전하 발생층에 의해 서로 분리되어 있는 발광 소자에서, 상기 전하 발생 영역의 애노드측과 접하여 전자 릴레이층이 제공되고, 상기 전자 릴레이층과 접하여 전자 수송층이 제공된다. 상기 전자 수송층은 알칼리 토금속을 함유한다. 상기 전자 수송층에 함유된 상기 알칼리 토금속의 농도 구배는, 상기 전자 수송층과 상기 전자 릴레이층 사이의 계면으로부터 상기 애노드측으로 향할수록 상기 알칼리 토금속의 농도가 더 낮아진다.

Description

발광 소자, 발광 장치, 디스플레이 및 전자 기기{LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, DISPLAY, AND ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 한 쌍의 전극들 사이에 유기 화합물을 함유하는 발광층을 포함하는 발광 소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 발광 소자를 포함하는 발광 장치 및 상기 발광 장치를 포함하는 전자 기기에 관한 것이다.
최근, 모바일 기기들은 놀라운 발전을 보이고 있고, 소형 영상 재생기, 휴대 전화기에 부착된 디스플레이 등에 의해 언제 어디서나 손쉽게 영상물을 즐길 수 있다. 또한, 영상 데이터가 점점 더 빈번하게 다운로딩되거나 소형 메모리에 전송되고 있어, 상기 모바일 기기들에 대한 수요가 증가할 것으로 예상된다.
휴대 전화기에 부착된 디스플레이와 같은 소형 디스플레이로 고품질 영상물을 즐기기 위해서는, 상기 디스플레이가 충분히 높은 정밀화를 가질 것이 요구된다.
한편, 한 쌍의 전극들 사이에 유기 화합물을 함유하는 발광층을 포함하는 발광 소자(일렉트로루미네선스 소자 또는 EL 소자라고도 칭함)는 고속 응답 및 DC 저전압 구동이 가능하고, 박형 및 경량으로 제조될 수 있다. 따라서, 상기 발광 소자는 플랫 패널 디스플레이 소자 및 모바일 디스플레이 소자로서 실용화되고 있다.
EL 소자는 한 쌍의 전극들과 상기 전극들 사이에 제공된 발광 물질을 함유하는 EL층을 포함하고, 상기 EL층을 통해 흐르는 전류에 의해 상기 EL층에 함유된 발광 물질이 여기될 때에 발광한다. 따라서, 이러한 EL 소자의 높은 발광 강도를 얻기 위해서는, 상응하는 양의 전류가 상기 발광층을 통해 흐를 필요가 있고, 이에 따라 소비 전력이 증가한다. 또한, 큰 전류가 흐를수록, EL 소자의 열화가 촉진된다.
상기 내용을 고려하여, 복수의 EL층들의 적층물을 포함하고, 이에 의해, 동일한 전류 밀도를 갖는 전류를 각각의 발광 소자를 통해 흘렸을 때, 단 하나의 EL층을 포함하는 발광 소자에 비해 높은 휘도로 발광할 수 있는 발광 소자가 제안되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 특허 문헌 1에 개시된 발광 소자에서, 복수의 발광 유닛들(EL층들)은 전하 발생층에 의해 서로 분리되어 있다.
일본 공개 특허공보 제2003-272860호
고정밀 디스플레이를 제조하는 경우, 조명 용도 및 큰 화소 크기를 갖는 디스플레이에서는 발생하지 않는 문제가 발생하는 경우가 있다. 이러한 문제들 중 하나는 인접하는 화소들 사이의 간섭 현상, 즉 크로스토크(crosstalk)이다.
EL층들이 전하 발생층에 의해 서로 분리되어 적층되어 있는 특허 문헌 1에 개시된 발광 소자는, 상기 전하 발생층에서 발생한 전자들을 상기 EL층에 용이하게 주입하고 구동 전압을 감소시키기 위해서, 다수의 경우 전자 주입 버퍼층(buffer layer)이 상기 전하 발생층과 함께 중간층으로서 제공된다. 특히, 고정밀 단색 디스플레이, 또는 컬러 필터 또는 색 변환층을 사용하여 풀컬러화를 실현시킨 고정밀 디스플레이를 이러한 발광 소자를 사용하여 제조하는 경우에는, 복수의 발광 소자들이 하나의 중간층을 공유하기 때문에 크로스토크가 쉽게 일어난다는 문제가 있다.
도 1a 및 1b를 참조하여 상세히 설명한다. 도 1a 및 1b는, 2개의 EL층(제 1 EL층(12a) 및 제 2 EL층(12b))이 중간층(13)에 의해 서로 분리되어 적층되어 있는 각각의 소자를 복수개 사용하여 제조된 발광 장치에서의 인접하는 3개의 화소들(화소 1, 화소 2, 및 화소 3)을 일례로 예시한다. 상기 중간층(13)은 적어도 전하 발생층 및 전자 주입 버퍼층을 포함하는 층이다. 각각의 화소에서, 이들 EL층들(상기 제 1 EL층(12a) 및 상기 제 2 EL층(12b)) 및 상기 중간층(13)은 애노드(10)(상기 화소 1의 애노드(10-1), 상기 화소 2의 애노드(10-2), 또는 상기 화소 3의 애노드(10-3))와 캐소드(11) 사이에 제공된다. 상기 EL층들(상기 제 1 EL층(12a) 및 상기 제 2 EL층(12b)), 상기 중간층(13), 및 상기 캐소드(11)는 복수의 발광 소자들에 공통이다. 상기 화소 2가 선택되는 경우, 상기 애노드(10-2)와 상기 캐소드(11) 사이에 전압이 인가되고, 상기 애노드(10-2)와 상기 캐소드(11) 사이에 전류가 흐르며, 따라서 상기 화소 2에서 상기 제 1 EL층(12a-2) 및 상기 제 2 EL층(12b-2)으로부터 발광이 얻어질 수 있다. 큰 화소 크기를 갖는 발광 장치의 경우에는, 상기 중간층(13)의 전도율이 어느 정도 높을 때에도, 화소들 사이의 거리가 길기 때문에 횡방향의 전류가 충분히 감소하고, 따라서 크로스토크가 일어날 가능성이 적다(도 1a). 반면, 고정밀 발광 장치의 경우, 상기 장치의 정밀도가 증가함에 따라 화소들 사이의 거리가 더 짧아지고; 따라서, 상기 중간층을 개재하여 횡방향으로 흐르는 전류가, 선택되지 않은 상기 화소 1 및 상기 화소 3의 상기 제 2 EL층(12b)(상기 제 2 EL층(12b-1) 및 상기 제 2 EL층(12b-3))에서 발광을 일으켜, 크로스토크를 초래하고 만다(도 1b).
그러나, 상기 중간층(13)을, 고정밀 발광 장치의 크로스토크를 억제하기에 충분히 낮은 전도율을 갖는 재료를 사용하여 형성해 버리면, 상기 발광 소자의 구동 전압이 크게 증가해 버릴 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 양태에서는, EL층들이 전하 발생층에 의해 서로 분리되어 적층되어 있는 구조를 갖는 발광 소자에서, 상기 발광 소자가 고정밀 디스플레이에 사용된 경우에도 구동 전압의 큰 상승 없이 인접하는 화소들 사이의 크로스토크를 억제할 수 있는 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. EL층들이 전하 발생층에 의해 서로 분리되어 적층되어 있는 구조를 갖는 상기 발광 소자는 높은 발광 효율을 갖고 높은 휘도로 발광할 수 있는 발광 소자라는 것을 주지해야 한다.
또한, 본 발명의 일 양태에서는, 구동 전압의 큰 상승 없이 인접하는 화소들 사이의 크로스토크가 억제되는 고정밀 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 추가로, 적은 소비 전력, 높은 신뢰성, 및 높은 표시 품질을 갖는 발광 장치 또는 디스플레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에서는, 높은 표시 품질을 갖는 발광 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. 또 다른 목적은 높은 표시 품질을 갖는 디스플레이를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 높은 표시 품질을 갖는 표시부를 포함하는 전자 기기를 제공하는 것이다.
본 발명은 상술된 목적들 중 적어도 하나를 실현시키는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은, 복수의 EL층들이 전하 발생 영역에 의해 서로 분리되어 있는 상기 발광 소자에서, 상기 전하 발생 영역의 애노드측과 접하여 제공된 전자 릴레이층(relay layer) 및 상기 전자 릴레이층과 접하여 제공된 전자 수송층이 포함되고, 상기 전자 수송층은 알칼리 토금속을 함유하고, 상기 전자 수송층에 함유된 상기 알칼리 토금속의 농도 구배는, 상기 전자 수송층과 상기 전자 릴레이층 사이의 계면으로부터 상기 애노드측으로 향할수록 상기 알칼리 토금속의 농도가 더 낮아지는 구조가 상기 목적들을 실현할 수 있음을 발견하였다.
다시 말해, 본 발명의 일 양태는, 애노드와 캐소드 사이에 n개의 EL층들(n은 2 이상의 자연수이다), 및 상기 애노드로부터 m번째의 EL층(m은 자연수, 1 ≤ m ≤ n-1)과 (m+1)번째의 EL층 사이에 제 1 층 및 제 2 층을 포함하는 발광 소자이다. 상기 제 1 층은 상기 (m+1)번째의 EL층과 상기 제 2 층 사이에 접하여 제공된다. 상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 m번째의 EL층 사이에 접하여 제공된다. 상기 m번째의 EL층은, 적어도, 발광층, 및 상기 제 2 층에 접하는 전자 수송층을 포함한다. 상기 제 1 층은 정공 수송성을 갖는 제 1 물질 및 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질에 대한 억셉터성 물질을 함유한다. 상기 제 2 층은 전자 수송성을 갖는 제 2 물질을 함유한다. 상기 전자 수송층은 전자 수송성을 갖는 제 3 물질 및 알칼리 토금속을 함유한다. 상기 전자 수송층에서, 상기 알칼리 토금속의 농도 구배는, 상기 제 2 층과의 계면으로부터 상기 애노드측으로 향할수록 상기 알칼리 토금속의 농도가 더 낮아진다.
또한, 본 발명의 또 다른 양태는, 애노드와 캐소드 사이에 n개의 EL층들(n은 2 이상의 자연수이다), 및 상기 애노드로부터 m번째의 EL층(m은 자연수, 1 ≤ m ≤ n-1)과 (m+1)번째의 EL층 사이에 제 1 층 및 제 2 층을 포함하는 발광 소자이다. 상기 제 1 층은 상기 (m+1)번째의 EL층과 상기 제 2 층 사이에 접하여 제공된다. 상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 m번째의 EL층 사이에 접하여 제공된다. 상기 m번째의 EL층은, 적어도, 발광층, 및 상기 제 2 층에 접하는 전자 수송층을 포함한다. 상기 제 1 층은 정공 수송성을 갖는 제 1 물질 및 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질에 대한 억셉터성 물질을 함유한다. 상기 제 2 층은 전자 수송성을 갖는 제 2 물질 및 전자 수송성을 갖는 상기 제 2 물질에 대한 도너성 물질을 함유한다. 상기 전자 수송층은 전자 수송성을 갖는 제 3 물질 및 알칼리 토금속을 함유한다. 상기 전자 수송층에서, 상기 알칼리 토금속의 농도 구배는, 상기 제 2 층과의 계면으로부터 상기 애노드측으로 향할수록 상기 알칼리 토금속의 농도가 더 낮아진다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 도너성 물질이 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 또는 희토류 금속 화합물인, 발광 소자이다. 본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 제 2 층이 1nm 이상 10nm 이하의 두께를 갖는, 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 제 2 층이 상기 도너성 물질을 상기 제 2 물질에 대한 상기 도너성 물질의 질량비가 0.001:1 이상 0.1:1 이하가 되도록 함유하는, 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 제 2 물질의 상기 LUMO 준위가 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하인, 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 제 2 물질이 페릴렌 유도체 또는 질소-함유 축합 방향족 화합물인, 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 제 2 물질이 하기 구조식으로 나타내어진 프탈로시아닌계 재료들 중 어느 하나인, 발광 소자이다.
Figure 112012109277575-pct00001
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 제 2 물질이 금속-산소 결합과 방향족 리간드를 갖는 금속 착체인, 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 제 2 물질이 금속-산소 이중 결합을 갖는 금속 착체인, 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 금속 착체가 프탈로시아닌계 재료인, 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 프탈로시아닌계 재료가 하기 구조식으로 나타내어진 물질들 중 어느 하나인, 발광 소자이다.
Figure 112012109277575-pct00002
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 전자 수송층에 함유된 상기 알칼리 토금속이 칼슘, 스트론튬 또는 바륨인, 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 전자 수송층에 함유된 상기 알칼리 토금속이 칼슘인, 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 억셉터성 물질이 전이 금속의 산화물인, 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 억셉터성 물질이 원소 주기율표 제 4 족 내지 제 8 족 중 어느 하나에 속하는 금속의 산화물인, 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 억셉터성 물질이 산화몰리브덴인, 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 제 1 층이, 상기 제 1 물질을 함유하는 층과 상기 억셉터성 물질을 함유하는 층이 적층되어 있는 구조를 갖는, 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 각각 상기 구조를 갖는 발광 소자들을 복수개 사용하여 제조된 발광 장치이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 장치에 있어서, 상기 발광 소자들이 매트릭스상으로 배치되어 있고, 이웃하는 발광 소자들 내의 발광 영역들 사이의 거리가 3㎛ 이상 40㎛ 이하인, 발광 장치이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 발광 장치에 있어서, 상기 발광 소자들이 매트릭스상으로 배치되어 있고, 이웃하는 발광 소자들 내의 발광 영역들 사이의 거리가 5㎛ 이상 30㎛ 이하인, 발광 장치이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 상기 발광 장치를 포함하는 디스플레이이다.
본 발명의 또 다른 양태는, 상기 구조를 갖는 상기 발광 장치를 포함하는 전자 기기이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 당해 발광 소자가 고정밀 디스플레이에 사용된 경우에도 구동 전압의 큰 상승 없이 인접하는 화소들 사이의 크로스토크가 억제될 수 있는, 고휘도 발광이 가능한 발광 소자가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따르면, 구동 전압의 큰 상승 없이 인접하는 화소들 사이의 크로스토크가 억제되는 고정밀 발광 장치가 제공될 수 있다.
추가로, 본 발명의 일 양태에 따르면, 높은 표시 품질을 갖는 발광 장치가 제공될 수 있다. 높은 표시 품질을 갖는 디스플레이가 제공될 수 있다. 높은 표시 품질을 갖는 표시부를 포함하는 전자 기기가 제공될 수 있다.
첨부된 도면들에서,
도 1a 및 1b는 크로스토크 발생의 개념도이고;
도 2는 본 발명의 일 양태에 따른 발광 소자의 구조를 도시한 것이고;
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 양태에 따른 발광 장치를 도시한 것이고;
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 양태에 따른 발광 장치를 도시한 것이고;
도 5a 및 5b는 각각 본 발명의 일 양태에 따른 발광 장치를 도시한 것이고;
도 6은 본 발명의 일 양태에 따른 발광 장치를 도시한 것이고;
도 7a 내지 7d는 본 발명의 일 양태에 따른 전자 기기의 예이고;
도 8은 본 발명의 일 양태에 따른 발광 소자의 구조를 도시한 것이고;
도 9는 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 전류 밀도 대 휘도 특성을 도시한 그래프이고;
도 10은 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2의 전압 대 휘도 특성을 도시한 그래프이고;
도 11은 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2의 휘도 대 전류 효율 특성을 도시한 그래프이고;
도 12는 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2의 휘도 대 외부 양자 효율 특성을 도시한 그래프이고;
도 13은 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2의 발광 스펙트럼을 도시한 그래프이고;
도 14w, 14r, 14g 및 14b는 상기 발광 소자 1을 포함하는 디스플레이(디스플레이 1)의 광학 현미경 사진이고;
도 15w, 15r, 15g 및 15b는 상기 발광 소자 2를 포함하는 디스플레이(디스플레이 2)의 광학 현미경 사진이고;
도 16w, 16r, 16g 및 16b는 비교 발광 소자 1을 포함하는 디스플레이(디스플레이 3)의 광학 현미경 사진이고;
도 17은 디스플레이 1(상단), 디스플레이 2(중단), 및 디스플레이 3(하단)의 발광 스펙트럼을 도시한 것이고;
도 18은 본 발명의 일 양태에 따른 발광 소자의 구조를 도시한 것이고;
도 19는 발광 소자 3 및 발광 소자 4의 전압 대 휘도 특성을 도시한 그래프이고;
도 20은 상기 발광 소자 3 및 상기 발광 소자 4의 전압 대 전류 특성을 도시한 그래프이고;
도 21은 상기 발광 소자 3 및 상기 발광 소자 4의 전압 대 전류 밀도 특성을 도시한 그래프이고;
도 22a 및 22b는 비교 발광 소자 2를 포함하는 디스플레이(디스플레이 4)의 광학 현미경 사진이다.
이하, 본 발명의 양태들 및 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 설명하겠다. 본 발명은 다수의 상이한 방식들로 수행될 수 있으며, 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 발명의 형태들 및 세부 사항들이 다양한 방식들로 변형될 수 있다는 것을 당업자라면 쉽게 이해한다는 것을 주지해야 한다. 따라서, 본 발명은 상기 양태들 및 실시예들의 기재 내용에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
(양태 1)
본 발명의 일 양태에 따른 발광 소자의 개념도가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 발광 소자는 한 쌍의 전극들(애노드(100) 및 캐소드(101)) 사이에 n개의 EL층들을 포함한다. 상기 애노드(100)에 가장 가까운 EL층을 첫번째의 EL층(102k)이라 칭하고, 상기 캐소드(101)에 가장 가까운 EL층을 n번째의 EL층(102n)이라 칭한다. 도 2에 도시된 발광 소자는 상기 EL층들(즉, 상기 첫번째의 EL층(102k)...m번째의 EL층(102m)...상기 n번째의 EL층(102n)); 중간층들(즉, 첫번째의 중간층(103k)...m번째의 중간층(103m)...(n-1)번째의 중간층(103n-1)); 제 1 층들(즉, 첫번째의 제 1 층(104k)...m번째의 제 1 층(104m)...(n-1)번째의 제 1 층(104n-1)); 제 2 층들(즉, 첫번째의 제 2 층(105k)...m번째의 제 2 층(105m)...(n-1)번째의 제 2 층(105n-1)); 전자 수송층들(즉, 첫번째의 전자 수송층(106k)...m번째의 전자 수송층(106m)...(n-1)번째의 전자 수송층(106n-1)...n번째의 전자 수송층(106n)); 등을 포함한다. 몇몇 경우, 복수의 상기 EL층들, 복수의 상기 중간층들, 복수의 상기 제 1 층들, 복수의 상기 제 2 층들 및 복수의 상기 전자 수송층들을 각각 EL층(102), 중간층(103), 제 1 층(104), 제 2 층(105), 및 전자 수송층(106)이라 통칭한다는 것을 주지해야 한다. 또한, 상기 애노드(100)와 상기 캐소드(101) 사이에 개재된 상기 EL층(102)과 상기 EL층들 사이에 존재하는 각각의 상기 중간층들은 유기 화합물을 함유하는 층(110)으로서 통칭된다.
상기 m번째의 중간층(103m)(m은 자연수, 1≤ m≤ n-1)은 상기 m번째의 EL층(102m)과 상기 (m+1)번째의 EL층(102m+1) 사이에 접하여 제공된다. 상기 m번째의 중간층(103m)은, 상기 (m+1)번째의 EL층(102m+1)과 접하고 있는 상기 m번째의 제 1 층(104m), 및 상기 m번째의 제 1 층(104m)과 상기 m번째의 EL층(102m) 둘 다와 접하고 있는 상기 m번째의 제 2 층(105m)을 포함한다. 여기서, 상기 중간층(103)은 전원 등이 상기 중간층(103)에 접속되어 있지 않은 플로팅 상태(floating state)에 있다. 또한, 상기 제 1 층(104)은 전하 발생층으로서 작용하고, 정공 수송성을 갖는 제 1 물질 및 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질에 대한 억셉터성 물질을 함유한다. 상기 제 2 층(105)은 상기 제 1 층(104)에서 발생한 전자를 수용하고 상기 전자를 상기 EL층(102)의 상기 전자 수송층(106)에 공여하는 기능을 갖는 전자 릴레이층이고, 적어도 전자 수송성을 갖는 제 2 물질을 함유한다.
또한, 상기 EL층(102)은, 각각 유기 화합물을 함유하고 특정한 기능을 갖는 복수의 층들을 포함한다. 상기 복수의 층들로서, 상기 EL층(102)은, 적어도, 발광 물질을 함유하는 발광층, 및 전자 수송성을 갖는 제 3 물질을 함유하는 상기 전자 수송층을 포함한다. 상기 m번째의 EL층(102m)은 상기 m번째의 전자 수송층(106m)을 포함한다. 본 양태에서, 상기 전자 수송층은 상기 EL층들 각각에서 상기 캐소드(101)에 가장 가까이에 제공된다는 것을 주지해야 한다. 상기 m번째의 EL층(102m)에 포함된 상기 m번째의 전자 수송층(106m)은 상기 m번째의 중간층(103m)에 포함된 상기 m번째의 제 2 층(105m)과 접하도록 형성된다. 상기 전자 수송층(106)은 전자 수송성을 갖는 제 3 물질 및 알칼리 토금속(마그네슘, 칼슘, 스트론튬 및 바륨 중 어느 하나)을 함유한다. 상기 전자 수송층(106)에서, 상기 알칼리 토금속의 농도 구배는, 상기 제 2 층(105)과의 계면으로부터 상기 애노드(100)측으로 향할수록 상기 알칼리 토금속의 농도가 더 낮아진다.
도 2에는 상기 EL층들이 다수 제공되어 있는 예가 도시되어 있지만, n = 2 또는 3인 경우와 같이, 상기 도시된 예보다 더 적은 수의 EL층들을 포함하는 발광 소자도 당연히 본 발명의 일 양태라는 것을 주지해야 한다. 예를 들면, 상기 EL층(102)이 2개의 EL층들을 포함하는 경우(n = 2), 상기 m번째의 EL층(102m)은 상기 첫번째의 EL층(102k)에 상당하고, 상기 (m+1)번째의 EL층(102m+1)은 상기 n번째의 EL층(102n)에 상당한다.
상술된 바와 같이, 상기 제 1 층(104)은 전하 발생층으로서 기능하는 층이고, 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질 및 억셉터성 물질을 함유한다. 상기 전극들(상기 애노드(100) 및 상기 캐소드(101)) 사이에 전압이 인가되었을 때, 상기 제 1 층(104) 내의 상기 억셉터성 물질은 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질로부터 전자들을 추출하여 전자들 및 정공들을 발생시키고, 따라서 상기 제 1 층(104)은 전하 발생층으로서 기능한다. 상기 m번째의 제 1 층(104m)에서 발생한 정공들은 상기 (m+1)번째의 EL층(102m+1)에 주입되어 상기 (m+1)번째의 EL층(102m+1)의 발광에 사용된다. 상기 m번째의 제 1 층(104m)에서 정공들과 함께 발생한 전자들은 상기 m번째의 제 2 층(105m)을 개재하여 상기 m번째의 EL층(102m)의 전자 수송층(상기 m번째의 전자 수송층(106m))에 주입되어 상기 m번째의 EL층(102m)의 발광에 사용된다. 상기 제 1 층(104)은 바람직하게는 10nm 이상 200nm 이하의 두께로 형성된다.
상기 제 1 층(104)에 함유되는 억셉터성 물질로는, 전이 금속 산화물 및 원소 주기율표 제 4 족 내지 제 8 족 중 어느 하나에 속하는 금속의 산화물이 사용될 수 있다. 산화바나듐, 산화니오븀, 산화탄탈륨, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간, 및 산화레늄은 전자-수용성이 높기 때문에 바람직하다. 낮은 흡습성을 갖는 산화몰리브덴은 수분에 의해 악영향을 입을 우려가 있는 EL 소자용으로 특히 바람직하다.
정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질로는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 및 고분자량 화합물(예를 들면, 올리고머, 덴드리머 또는 폴리머)과 같은 각종 유기 화합물들을 사용할 수 있다. 10-6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 기타 물질들도 전자 수송성보다 정공 수송성이 더 높은 물질이기만 하다면 사용될 수 있다는 것을 주지해야 한다.
상기 방향족 아민 화합물의 구체예로는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-디아민(약칭: TPD), 4,4',4"-트리스(카바졸-9-일)트리페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4"-트리스(N,N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: MTDATA), N,N'-비스(4-메틸페닐)-N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), 1,3,5-트리스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: BPAFLP) 등이 포함된다.
상기 카바졸 유도체의 구체예로는, 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) 등이 포함된다. 그 밖에, 4,4'-디(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 들 수 있다.
상기 방향족 탄화수소의 구체예로는, 2-3급-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-3급-부틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-3급-부틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-디페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-3급-부틸안트라센(약칭: i-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]-2-3급-부틸안트라센, 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'-바이안트릴, 10,10'-디페닐-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(3급-부틸)페릴렌 등이 포함된다. 또한, 상기 방향족 탄화수소는 비닐 골격을 가질 수 있다. 비닐 그룹을 갖는 상기 방향족 탄화수소로는, 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)바이페닐(약칭: DPVBi); 9,10-비스[4-(2,2-디페닐비닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등을 예로 들 수 있다.
상기 고분자량 화합물의 구체예로는, 폴리(N-비닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭: PVTPA) 등이 포함된다.
여기서, 상기 제 1 층(104)에 사용되는 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질로는, 아민 골격을 갖지 않는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 아민 골격을 갖지 않는 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질 및 상기 억셉터성 물질을 사용하여 상기 제 1 층(104)을 형성한 경우에는, 정공 수송성을 갖는 물질이 아민 골격을 갖는 경우에 비해, 전하 이동 상호작용에 기초하는 흡수가 발생하기 어렵다. 전하 이동 상호작용에 기초하는 흡수가 발생하지 않더라도, 상기 제 1 층(104)은 전하 발생층으로서 충분히 기능할 수 있다. 따라서, 가시광 영역에 흡수 피크를 갖지 않고 전하 발생층으로서 기능하는 층이 형성될 수 있고, 이에 의해 광의 흡수에 의한 발광 효율의 저하가 방지될 수 있다.
통상, 전하 발생층으로서 기능하는 층에서는 산화-환원 반응에 의해 전하 이동 착체가 형성되는 것이 중요하다고 사료되고 있다. 특허 문헌 1에 따르면, 정공 수송성 물질로서 사용되는 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 5.7eV 이상이면, 상기 억셉터성 물질과 상기 산화-환원 반응이 발생할 가능성이 적다. 따라서, 산화-환원 반응의 발생을 촉진시키기 위해서는, 전하 발생층 내의 정공 수송성 물질로서 사용되는 유기 화합물로서, 이온화 포텐셜이 5.7eV 이하인 물질, 구체적으로는 아민 골격과 높은 전자-공여성을 갖는 물질, 예를 들면 아릴아민이 필요한 것으로 통상 사료되고 있다. 그러나, 이러한 아민 골격을 갖는 화합물과 상기 억셉터성 물질 사이에서 산화-환원 반응이 발생하고 전하 이동 착체가 형성되면, 전하 이동 상호작용에 기초하는 흡수가 가시광 영역 및 적외선 영역에서 발생한다. 이러한 흡수, 특히 가시광 영역에서의 흡수는 발광 효율의 저하를 촉발시킨다. 그러나, 전하 발생층에는 전하 이동 착체의 형성이 불가결하고 흡수가 불가피한 것으로 통상 사료되고 있다.
그러나, 아민 골격을 갖지 않고 높은 이온화 포텐셜을 갖는 정공 수송성 물질을 제 1 물질로서 사용하여 상기 억셉터성 물질과 함께 상기 제 1 층(104)을 형성하면, 전하 이동 상호작용에 기초하는 흡수를 나타내지 않으면서도 전하 발생층으로서 기능하는 층이 얻어질 수 있다. 이 경우, 통상의 전하 발생층의 개념과는 다른, 전계 인가에 의해 전하가 발생하는 것으로 사료된다. 실제로, 아민 골격을 갖지 않는 정공 수송성 물질인 카바졸 유도체인 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA)은 이온화 포텐셜이 5.7eV(리켄 케이키 캄파니, 리미티드(Riken Keiki Co., Ltd.) 제품인 AC-2로 측정됨)인데, 이것은 이온화 포텐셜의 수치로서는 상당히 높다. 아마도 상기 이유로, CzPA를 억셉터성 물질인 산화몰리브덴과 혼합해도 전하 이동 상호작용에 기초하는 흡수가 발생하지 않는다. 그러나, CzPA와 산화몰리브덴을 혼합한 재료를 사용하여 상기 제 1 층(104)을 형성하고 상기 제 1 층(104)을 사용하여 발광 소자를 제조하면, 상기 제 1 층(104)은 전하 발생층으로서 기능한다. 따라서, 본 양태의 발광 소자는 전하 발생층을 포함하고 있지만, 아민 골격을 갖지 않는 정공 수송성 물질을 전하 발생층 내의 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질로서 사용하기 때문에, 전하 이동 상호작용에 기초하는 가시광의 흡수로 인한 발광 효율의 저하가 방지될 수 있다. 따라서, 아민 골격을 갖지 않는 정공 수송성 물질의 이온화 포텐셜은 5.7eV 이상이 바람직하다.
아민 골격을 갖지 않는 정공 수송성 물질의 예로는, CBP, TCPB, CzPA, PCzPA, 및 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠과 같은 상술된 카바졸 유도체; 및 t-BuDNA, DPPA, t-BuDBA, DNA, DPAnth, i-BuAnth, DMNA, 2-3급-부틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]-2-3급-부틸안트라센, 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'-바이안트릴, 10,10'-디페닐-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, DPVBi, 및 DPVPA와 같은 방향족 탄화수소가 포함된다는 것을 주지해야 한다. 또한, PVK와 같은 카바졸 유도체의 중합체도 사용될 수 있다.
상기 제 1 층(104)에는, 억셉터성 물질 및 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질이, 상기 억셉터성 물질 대 상기 정공 수송성 물질의 질량비가 0.1:1 이상 4.0:1 이하가 되도록 함유된 복합 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 층(104)은 10nm 이상 200nm 이하의 두께로 형성될 수 있다. 상기 제 1 층(104)을 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질과 상기 억셉터성 물질의 복합 재료를 사용하여 형성한 경우, 상기 제 1 층(104)의 두께가 증가할 때에도 전도율의 변화가 적고; 따라서, 상기 제 1 층(104)의 두께의 증가로 인한 상기 발광 소자의 구동 전압의 증가를 억제할 수 있다. 이러한 재료를 사용하여 상기 제 1 층(104)을 형성하면, 상기 제 1 층(104)의 두께를 조정함으로써 구동 전압의 증가 없이 상기 발광 소자의 광학 조정이 가능해진다.
상기 제 1 층(104)은 동일한 막에 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질과 상기 억셉터성 물질이 둘 다 함유된 단일층에 한정되지 않는다. 상기 제 1 층(104)은 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질을 함유하는 층과 상기 억셉터성 물질을 함유하는 층의 적층된 구조를 가질 수 있다. 적층된 구조의 경우, 상기 m번째의 제 1 층(104m)에서, 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질을 함유하는 층은 상기 (m+1)번째의 EL층(102m+1)과 접하여 형성되고, 상기 억셉터성 물질을 함유하는 층은 상기 m번째의 제 2 층(105m)과 접하여 형성된다는 것을 주지해야 한다.
상기 제 2 층(105)은 상기 제 1 층(104)에서 발생한 전자들을 수용하고 상기 EL층(102)의 상기 전자 수송층(106)에 상기 전자들을 공여하는 기능들을 갖는 전자 릴레이층이고, 적어도 전자 수송성을 갖는 상기 제 2 물질을 포함한다. 상기 m번째의 중간층(103m)의 상기 제 2 층(상기 m번째의 제 2 층(105m))은 상기 m번째의 제 1 층(104m)에서 발생한 전자들을 수용하고, 상기 m번째의 EL층(102m)의 상기 전자 수송층(상기 m번째의 전자 수송층(106m))에 상기 전자들을 공여한다.
여기서, 상기 제 2 층(105)은, 상기 제 2 층(105) 내의 전자 수송성을 갖는 제 2 물질의 LUMO 준위가 상기 제 1 층(104) 내의 억셉터성 물질의 LUMO 준위와 상기 전자 수송층(106) 내의 전자 수송성을 갖는 제 3 물질의 LUMO 준위 사이에 위치하도록 형성된다. 또한, 전자 수송성을 갖는 상기 제 2 물질에 대한 도너성 물질이 상기 제 2 층(105)에 함유된 경우, 상기 도너성 물질의 도너 준위도 상기 제 1 층(104) 내의 억셉터성 물질의 LUMO 준위와 상기 전자 수송층(106) 내의 전자 수송성을 갖는 제 3 물질의 LUMO 준위 사이에 위치한다. 구체적인 상기 에너지 준위의 수치로서, 상기 제 2 층(105) 내의 전자 수송성을 갖는 상기 제 2 물질의 LUMO 준위는 바람직하게는 -5.0eV 이상, 더욱 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하이다.
상기 제 1 층(104), 상기 제 2 층(105), 및 상기 전자 수송층(106)이 이러한 에너지 관계를 갖는 본 양태의 발광 소자는 상기 제 2 층(105)이 상기 제 1 층(104)에서 발생한 전자를 상기 EL층(102)에 주입할 때의 전자 주입 장벽을 낮추는 기능을 가져, 구동 전압의 증가를 억제시킬 수 있다.
상기 제 2 층(105) 내의 전자 수송성을 갖는 제 2 물질로는, 프탈로시아닌계 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 리간드를 갖는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
프탈로시아닌계 재료를 상기 제 2 재료로서 사용하는 경우에는, 구체적으로, 이하의 구조식으로 나타내어진 구리(II) 프탈로시아닌(CuPc), 프탈로시아닌(H2Pc), 프탈로시아닌 주석(II) 착체(SnPc), 프탈로시아닌 아연 착체(ZnPc), 코발트(II) 프탈로시아닌, β-형태(CoPc), 프탈로시아닌 철(FePc), 및 바나딜 2,9,16,23-테트라페녹시-29H,31H-프탈로시아닌(PhO-VOPc) 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 이하에 나타낸 프탈로시아닌계 재료들 각각은 중심 금속으로서 Cu, Co, Fe, Zn, Sn, 또는 V를 갖는 프탈로시아닌 또는 중심 금속을 갖지 않는 프탈로시아닌이다.
Figure 112012109277575-pct00003
금속-산소 결합과 방향족 리간드를 갖는 금속 착체를 상기 제 2 물질로서 사용하는 경우, 금속-산소 이중 결합을 갖는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다. 금속-산소 이중 결합은 억셉터성(전자를 쉽게 수용하는 특성)을 갖고; 따라서, 전자들이 더 쉽게 이동(수수(授受))할 수 있다. 또한, 금속-산소 이중 결합을 갖는 금속 착체는 안정한 것으로 사료된다. 따라서, 금속-산소 이중 결합을 갖는 금속 착체를 사용하면 상기 발광 소자를 낮은 전압에서 더 안정하게 구동시키는 것이 가능해진다.
금속-산소 결합과 방향족 리간드를 갖는 금속 착체로서는, 프탈로시아닌계 재료가 바람직하다. 구체적으로, 이하의 구조식으로 나타내어진 바나딜 프탈로시아닌(VOPc), 프탈로시아닌 주석(IV) 옥사이드 착체(SnOPc), 및 프탈로시아닌 티탄 옥사이드 착체(TiOPc) 중 어느 하나가 바람직한데, 그 이유는 분자 구조의 관점에서 금속-산소 이중 결합이 또 다른 분자에 작용할 가능성이 더 크고 억셉터성이 높기 때문이다. 다시 말해, 이하에 나타낸 프탈로시아닌계 재료들은, 중심 금속(V, Sn, 또는 Ti)이 산소 원자에 결합하여 금속-산소 이중 결합을 형성하고; 따라서, 전자들이 더 쉽게 이동(수수)할 수 있고, 발광 소자가 낮은 전압에서 구동될 수 있다.
Figure 112012109277575-pct00004
상술된 프탈로시아닌계 재료로서는, 페녹시 그룹을 갖는 프탈로시아닌계 재료가 바람직하다는 것을 주지해야 한다. 구체적으로, 이하의 구조식으로 나타내어지는 바나딜 2,9,16,23-테트라페녹시-29H,31H-프탈로시아닌(PhO-VOPc; Synthon BV 제)과 같은 페녹시 그룹을 갖는 프탈로시아닌 유도체가 바람직하다. 페녹시 그룹을 갖는 상기 프탈로시아닌 유도체는 용매에 가용성이고; 따라서, 상기 프탈로시아닌 유도체는 발광 소자를 형성하는 동안에 용이하게 취급된다는 이점과, 성막에 사용되는 장치의 유지가 용이하다는 이점을 갖는다.
Figure 112012109277575-pct00005
상기 제 2 층(105)은 도너성 물질을 추가로 함유할 수 있다. 상기 도너성 물질의 예로는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 상기 금속들의 화합물(예를 들면, 알칼리 금속 화합물(산화리튬과 같은 산화물, 할로겐화물, 및 탄산리튬 또는 탄산세슘과 같은 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로겐화물, 및 탄산염을 포함함), 및 희토류 금속 화합물(산화물, 할로겐화물, 및 탄산염을 포함함)) 이외에, 테트라티아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센, 및 데카메틸니켈로센과 같은 유기 화합물이 포함된다. 이러한 도너성 물질이 상기 제 2 층(105)에 함유되면, 전자들이 쉽게 이동할 수 있고, 상기 발광 소자가 더 낮은 전압에서 구동될 수 있다.
도너성 물질이 상기 제 2 층(105)에 함유된 경우, 전자 수송성을 갖는 상기 제 2 물질로서는 상술된 재료들 이외에, 전하 발생층인 상기 제 1 층에 함유된 억셉터성 물질의 억셉터 준위보다 더 큰 LUMO 준위를 갖는 물질이 사용될 수 있다. 구체적인 에너지 준위로서, LUMO 준위는 -5.0eV 이상, 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하이다. 이러한 물질의 예로는, 페릴렌 유도체 및 질소-함유 축합 방향족 화합물을 들 수 있다. 질소-함유 축합 방향족 화합물은 안정하기 때문에 상기 제 2 층(105)에 바람직하게 사용된다는 것을 주지해야 한다. 추가로, 상기 질소-함유 축합 방향족 화합물들 중, 시아노 그룹 또는 플루오로 그룹과 같은 전자-구인 그룹을 갖는 화합물이 사용된 구조는 상기 제 2 층(105)에 전자들이 쉽게 수용되기 때문에 바람직한 구조이다.
상기 페릴렌 유도체의 구체예로는, 3,4,9,10-페릴렌테트라카복실산 2무수물(약칭: PTCDA), 3,4,9,10-페릴렌테트라카복실산 비스벤즈이미다졸(약칭: PTCBI), N,N'-디옥틸-3,4,9,10-페릴렌테트라카복실산 디이미드(약칭: PTCDI-C8H), N,N'-디헥실-3,4,9,10-페릴렌테트라카복실산 디이미드(약칭: Hex PTC) 등을 들 수 있다.
상기 질소-함유 축합 방향족 화합물의 구체예로는, 피라지노[2,3-f][1,10]페난트롤린-2,3-디카보니트릴(약칭: PPDN), 2,3,6,7,10,11-헥사시아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌(약칭: HAT(CN)6), 2,3-디페닐피리도[2,3-b]피라진(약칭: 2PYPR), 2,3-비스(4-플루오로페닐)피리도[2,3-b]피라진(약칭: F2PYPR) 등을 들 수 있다.
그 밖에, 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(약칭: TCNQ), 1,4,5,8-나프탈렌테트라카복실산 2무수물(약칭: NTCDA), 퍼플루오로펜타센, 구리 헥사데카플루오로 프탈로시아닌(약칭: F16CuPc), N,N'-비스(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-펜타데카플루오로옥틸-1,4,5,8-나프탈렌테트라카복실산 디이미드(약칭: NTCDI-C8F), 3',4'-디부틸-5,5"-비스(디시아노메틸렌)-5,5"-디하이드로-2,2':5',2"-테르티오펜)(약칭: DCMT), 메타노풀러렌(예를 들면, [6,6]-페닐 C61 부티르산 메틸 에스테르) 등이 사용될 수 있다.
도너성 물질이 상기 제 2 층(105)에 함유된 경우, 상기 제 2 층은 전자 수송성을 갖는 상기 제 2 물질과 상기 도너성 물질의 공증착과 같은 방법에 의해 형성될 수 있다는 것을 주지해야 한다. 상기 도너성 물질이 함유된 경우, 상기 제 2 층(105)은 바람직하게는 1nm 내지 10nm의 두께로 형성되고, 이 경우에는 상기 제 2 층(105)으로 인한 크로스토크의 발생이 억제될 수 있다. 동일한 이유로, 상기 제 2 층(105)은 상기 도너성 물질 대 상기 제 2 물질의 질량비가 0.001:1 이상 0.1:1 이하가 되도록 상기 도너성 물질을 함유하는 것이 바람직하다는 것을 주지해야 한다.
상기 EL층들 각각은 각각 상이한 기능을 갖는 복수의 층들을 적층시켜서 형성되고, 적어도 발광 물질을 함유하는 발광층(도시되지 않음) 및 전자 수송성을 갖는 제 3 물질을 함유하는 상기 전자 수송층을 포함한다.
상기 전자 수송층(106)은 상기 제 2 층(105)과 접하여 제공되고, 전자 수송성을 갖는 상기 제 3 물질 및 알칼리 토금속(마그네슘, 칼슘, 스트론튬 및 바륨 중 어느 하나)을 함유한다. 상기 전자 수송층(106)에서, 상기 알칼리 토금속의 농도 구배는, 상기 제 2 층(105)과의 계면으로부터 상기 애노드(100)측으로 향할수록 상기 알칼리 토금속의 농도가 더 낮아진다. 이 농도 구배는, 상기 전자 수송층(106)과 상기 제 2 층(105) 사이에 상기 알칼리 토금속의 매우 얇은 막을 형성함으로써 확산이 발생하는 방식으로 발생할 수 있다는 것을 주지해야 한다.
또한, 5nm 이하의 두께를 갖는 상기 알칼리 토금속의 매우 얇은 막이 상기 제 2 층(105)과 상기 전자 수송층(106) 사이에 남아 있을 수 있다. 상기 알칼리 토금속의 매우 얇은 층으로서는, 상기 알칼리 토금속이 섬 모양으로 존재하는 상태가 포함된다는 것을 주지해야 한다. 이 경우, 상기 전자 수송층(106) 내의 상기 알칼리 토금속의 농도 구배는, 상기 알칼리 토금속의 매우 얇은 층과 상기 전자 수송층(106) 사이의 계면으로부터 상기 애노드(100)측으로 향할수록 상기 알칼리 토금속의 농도가 더 낮아진다.
도너성 물질이 상기 제 2 층(105)에 함유된 경우, 상기 알칼리 토금속은 상기 제 2 층(105) 내에도 확산되고; 따라서, 상기 제 2 층(105) 내로 확산된 알칼리 토금속이 도너성 물질로서 사용될 수 있다는 것을 주지해야 한다.
한편, 상기 제 2 층(105)을 제공하지 않고서, 이러한 전자 수송층(106)(또는 알칼리 토금속의 매우 얇은 층)을 억셉터성 물질을 함유하는 상기 제 1 층(104)과 접하여 형성한다면, 상기 제 1 층(104)에 함유된 상기 억셉터성 물질과 상기 알칼리 토금속 사이의 상호작용으로 인해 발광 소자의 구동 전압이 크게 증가해 버릴 것이다. 따라서, 상기 제 2 층(105)을 상기 제 1 층(104)과 상기 전자 수송층(106)(또는 상기 알칼리 토금속의 매우 얇은 층) 사이에 형성하여, 상기 제 1 층(104)에서 발생한 상기 전자들이 상기 전자 수송층(106)에 주입될 때의 주입 장벽을 감소시킬 수 있고, 상기 억셉터성 물질과 상기 알칼리 토금속 사이의 상호작용을 방지할 수 있고; 따라서, 구동 전압의 큰 증가를 피할 수 있다. 다시 말해, 알칼리 토금속을 함유하는 상기 전자 수송층(106)(또는 상기 알칼리 토금속의 매우 얇은 층)과 억셉터성 물질을 함유하는 상기 제 1 층을 단순히 적층시키면 크로스토크를 억제할 수는 있지만, 구동 전압이 또한 증가한다. 이러한 상충관계를 극복하기 위해서 상기 제 2 층(105)을 형성한다.
또한, 상기 전자 수송층(106)에 함유된 물질 또는 상기 매우 얇은 층을 형성하는 물질이 알칼리 토금속인 경우, 고정밀 디스플레이에서조차도 인접하는 화소들 사이의 간섭을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 상기 전자 수송층(106)에 함유된 알칼리 토금속 및 상기 매우 얇은 층을 형성하는 알칼리 토금속이 칼슘, 스트론튬 및 바륨 중 어느 것인 구조는 상기 금속의 전자 주입성이 높기 때문에 바람직한 구조라는 것을 주지해야 한다.
전자 수송성을 갖는 상기 제 3 물질로는, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 또는 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭: BAlq) 등과 같은 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체를 사용할 수 있다. 달리, 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤즈옥사졸라토]아연(약칭: Zn(BOX)2) 또는 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등과 같은 옥사졸계 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한, 달리, 상기 금속 착체들 이외에도, 2-(4-비페닐릴)-5-(4-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-3급-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 바토페난트롤린(약칭: BPhen), 또는 바토쿠프로인(약칭: BCP)과 같은 헤테로방향족 화합물을 사용할 수 있다. 본원에서 언급된 물질들은 주로 10-6㎠/Vㆍs 이상의 전자 이동도를 갖는 것들이다. 이들 이외의 물질들도 정공 수송성보다 더 높은 전자 수송성을 갖기만 한다면 사용될 수 있다는 것을 주지해야 한다. 추가로, 상기 전자 수송층(106)은 단층에 한정되지 않고, 상기 물질들로 형성된 층이 2층 이상 적층될 수 있다. 폴리[(9,9-디헥실플루오렌-2,7-디일)-co-(피리딘-3,5-디일)](약칭: PF-Py) 또는 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-디일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자량 화합물을 사용할 수도 있다.
상기 캐소드와 접하고 있는 상기 EL층에는 전자 수송층이 반드시 형성되어 있을 필요는 없다는 것을 주지해야 한다. 상기 캐소드와 접하고 있는 상기 EL층에 전자 수송층이 형성되어 있는 경우에는, (상기 전자 수송층에) 알칼리 토금속이 반드시 함유될 필요는 없다. 또한, 상기 캐소드와 상기 EL층 사이에 반드시 제 2 층이 형성될 필요는 없다. 따라서, 상기 EL층에 전자 수송층이 형성되어 있는 경우에도, 상기 전자 수송층이 반드시 상기 제 2 층과 접하고 있을 필요는 없다.
상기 발광층은 발광 물질을 함유한다. 상기 발광 물질은 이하에 기술되는 형광성 화합물 또는 인광성 화합물일 수 있다.
상기 형광성 화합물의 예로는, N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약칭: YGA2S); 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭: YGAPA); 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-디페닐-2-안트릴)트리페닐아민(약칭: 2YGAPPA) N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA); 페릴렌; 2,5,8,11-테트라-3급-부틸페릴렌(약칭: TBP) 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPA); N,N"-(2-3급-부틸안트라센-9,10-디일디-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민](약칭: DPABPA); N,9-디페닐-N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA); N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭: 2DPAPPA); N,N,N',N',N",N",N'",N'"-옥타페닐디벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1); 쿠마린 30; N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA); N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-디페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA); N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭: 2DPAPA); N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(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-트리페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA); 쿠마린 545T; N,N'-디페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd); 루브렌; 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-디페닐테트라센(약칭: BPT); 2-(2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭: DCM1); 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCM2); N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-디아민(약칭: p-mPhTD); 7,14-디페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오르안텐-3,10-디아민(약칭: p-mPhAFD); 2-{2-이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCJTI); 2-{2-3급-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCJTB); 2-(2,6-비스{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(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)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: BisDCJTM) 등이 포함된다.
상기 인광성 화합물의 예로는, 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6); 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic); 비스[2-(3',5'-비스트리플루오로메틸페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)); 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Flr(acac)); 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3); 비스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)); 비스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)); 트리스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)(약칭: Ir(bzq)3); 비스(2,4-디페닐-1,3-옥사졸라토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)); 비스[2-(4'-퍼플루오로페닐페닐)피리디나토]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)); 비스(2-페닐벤조티아졸라토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)); (아세틸아세토나토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)-5-메틸피라지나토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdppr-Me)2(acac)); (아세틸아세토나토)비스{2-(4-메톡시페닐)-3,5-디메틸피라지나토}이리듐(III)(약칭: Ir(dmmoppr)2(acac)); 비스[2-(2'-벤조[4,5-a]티에닐)피리디나토-N,C3']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(btp)2(acac)); 비스(1-페닐이소퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)); (아세틸아세토나토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리나토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)); (디피발로일메타나토)비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(dpm)); (아세틸아세토나토)비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)); 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP); 트리스(아세틸아세토나토)(모노페난트롤린)테르븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)); 트리스(1,3-디페닐-1,3-프로판디오나토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)); 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트리플루오로아세토나토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen)) 등이 포함된다.
상기 발광층은 호스트 재료에 이들 발광 물질이 분산되어 있는 구조를 갖는 것이 바람직하다는 것을 주지해야 한다. 상기 호스트 재료로서는, 예를 들면, NPB, TPD, TCTA, TDATA, MTDATA, 또는 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB)과 같은 방향족 아민 화합물, 또는 PCzPCA1, PCzPCA2, PCzPCN1, CBP, TCPB, 또는 CzPA와 같은 카바졸 유도체 등의 정공 수송성 물질을 사용할 수 있다.
달리, 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-디페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아미드](약칭: PTPDMA) 또는 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD)과 같은, 고분자량 화합물을 함유하는 정공 수송성 물질을 사용할 수 있다.
달리, 상기 호스트 재료로서, 예를 들면, Alq, Almq3, BeBq2, 또는 BAlq와 같은 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체; Zn(BOX)2 또는 Zn(BTZ)2와 같은 옥사졸계 리간드 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착체; PBD; OXD-7; CO11; TAZ; BPhen; 또는 BCP와 같은 전자 수송 물질을 사용할 수 있다.
적어도 하나의 발광층이 상기 EL층들 각각에 포함될 수 있다. 달리, 상이한 발광 물질들 및/또는 호스트 재료들을 함유하는 복수의 발광층들, 또는 동일한 발광 물질 및 호스트 재료를 상이한 농도로 함유하는 복수의 발광층들이 상기 EL층들 각각에 포함될 수 있다. 물론, 상기 EL층들 각각에서 발광층들의 구조들은 동일하거나 서로 상이할 수 있다.
상기 EL층들 각각을 형성하는 상기 전자 수송층 및 상기 발광층 이외에, 정공 주입성 물질을 함유하고 정공 주입성을 갖는 층(정공 주입층), 정공 수송성 물질을 함유하고 정공 수송성을 갖는 층(정공 수송층), 바이폴라성 물질(bipolar substance)을 함유하고 바이폴라성을 갖는(전자 수송성과 정공 수송성을 둘 다 갖는) 층 등이 포함될 수 있다. 상기 EL층들 각각은 상기 층들과 또 다른 공지된 기능층들과 적절히 조합되어 형성될 수 있다. 상기 캐소드(101)와 접하고 있는 상기 n번째의 EL층(102n)에는, 상기 캐소드(101)와 가장 가까운 층으로서, 전자 주입성 물질을 함유하고 전자 주입성을 갖는 층(전자 주입층)이 추가로 제공될 수 있다는 것을 주지해야 한다. 추가로, 상기 첫번째의 EL층(102k)과 상기 애노드(100) 사이에 그리고 상기 n번째의 EL층(102n)과 상기 캐소드(101) 사이에 전하 발생층을 제공할 수 있다.
상기 정공 주입층, 상기 정공 수송층, 및 상기 전자 주입층에 대해 이하에 기술하겠다.
상기 정공 주입층은 정공 주입성 물질을 함유하는 층이다. 상기 정공 주입성 물질로는, 예를 들면, 산화몰리브덴, 산화바나듐, 산화루테늄, 산화텅스텐, 또는 산화망간과 같은 금속 산화물을 사용할 수 있다. 프탈로시아닌(약칭: H2Pc), 또는 구리(II) 프탈로시아닌(약칭: CuPc)과 같은 프탈로시아닌계 화합물도 사용할 수 있다. PEDOT/PSS(약칭)와 같은 중합체를 사용할 수 있다.
상기 정공 수송층은 정공 수송성 물질을 함유한다. 상기 정공 수송층에 함유되는 상기 정공 수송성 물질로는, 상기 제 1 층(104)에 함유될 수 있는 정공 수송성 물질들 중 어느 하나와 유사한 물질이 사용될 수 있다. 따라서, 여기서는 상기 설명을 참조하기 바란다. 상기 정공 수송층은 상기 물질들을 함유하는 층이 2층 이상 적층된 구조를 가질 뿐만 아니라 단층 구조를 가질 수 있다는 것을 주지해야 한다.
상기 n번째의 EL층(102n)에 제공될 수 있는 상기 전자 주입층은 전자 주입성 물질을 함유한다. 상기 전자 주입성 물질로는, 불화리튬(LiF), 불화세슘(CsF), 및 불화칼슘(CaF2)과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 및 이들 금속들의 화합물을 들 수 있다. 달리, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들 금속들의 화합물(예를 들면, 마그네슘(Mg)을 함유하는 Alq(약칭))을 함유하는 전자 수송 물질을 상기 전자 주입성 물질로서 사용할 수 있다. 이러한 구조는 상기 캐소드(101)로부터의 전자들의 주입 효율을 증가시킬 수 있도록 한다.
상기 첫번째의 EL층(102k)과 상기 애노드(100) 사이에 또는 상기 n번째의 EL층(102n)과 상기 캐소드(101) 사이에 전하 발생층이 제공될 수 있다. 상기 첫번째의 EL층(102k)과 상기 애노드(100) 사이에 또는 상기 n번째의 EL층(102n)과 상기 캐소드(101) 사이에 전하 발생층이 제공되는 경우, 상기 전하 발생층은 정공 수송성 물질과 억셉터성 물질을 함유하는 복합 재료를 사용하여 형성된다. 상기 전하 발생층은 동일한 막에 정공 수송성 물질과 억셉터성 물질을 함유하는 층에 한정되지 않고, 정공 수송성 물질을 함유하는 층과 억셉터성 물질을 함유하는 층의 적층물일 수 있다는 것을 주지해야 한다. 그러나, 상기 적층 구조의 경우에는, 억셉터성 물질을 함유하는 층이 상기 애노드(100) 또는 상기 캐소드(101)와 접한다.
상기 첫번째의 EL층(102k)과 상기 애노드(100) 사이에 또는 상기 n번째의 EL층(102n)과 상기 캐소드(101) 사이에 전하 발생층이 제공되면, 상기 애노드(100) 또는 상기 캐소드(101)는 이들 전극을 형성하는 물질의 일 함수(work function)를 고려하지 않고서 형성될 수 있다. 상기 첫번째의 EL층(102k)과 상기 애노드(100) 사이에 또는 상기 n번째의 EL층(102n)과 상기 캐소드(101) 사이에 제공되는 상기 전하 발생층에는 상기 제 1 층(104)의 것들과 유사한 구조 및 재료를 사용할 수 있다는 것을 주지해야 한다. 따라서, 상기 설명을 참조하기 바란다.
각각의 EL층들은 상기 층들을 적절하게 조합하여 적층함으로써 형성될 수 있다는 것을 주지해야 한다. 상기 EL층들의 형성 방법으로서는, 사용되는 재료에 따라 다양한 방법들(예를 들면, 진공 증착법과 같은 건식법, 잉크-젯법 또는 스핀 코팅법과 같은 습식법 등)을 사용할 수 있다. 각각의 층을 상이한 형성 방법에 의해 형성할 수 있다.
상기 애노드(100)는 높은 일 함수(구체적으로, 4.0eV 이상의 일 함수가 바람직함)를 갖는 금속, 합금, 전도성 화합물, 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 구체예는 다음과 같다: 인듐 주석 산화물(ITO), 규소 또는 산화규소를 함유하는 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물(IZO), 산화텅스텐 및 산화아연을 함유하는 인듐 산화물 등.
달리, 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(예를 들면, 질화티탄), 산화몰리브덴, 산화바나듐, 산화루테늄, 산화텅스텐, 산화망간, 산화티탄 등을 사용할 수 있다. 또한, 달리, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌설폰산)(PEDOT/PSS) 또는 폴리아닐린/폴리(스티렌설폰산)(PAni/PSS)과 같은 전도성 중합체를 사용할 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 애노드(100)와 접하여 전하 생성 영역이 제공되는 경우에는, Al 및 Ag와 같은 각종 전도성 재료들을 이들의 일 함수와 관계없이 상기 애노드(100)에 사용할 수 있다는 것을 주지해야 한다.
상기 애노드(100)는 일반적으로 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 인듐 아연 산화물(IZO) 막은 산화인듐에 대해 산화아연을 1 내지 20중량%로 가한 표적을 사용하여 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있다. 산화텅스텐 및 산화아연을 함유하는 인듐 산화물 막은 산화인듐에 산화텅스텐 및 산화아연을 각각 0.5중량% 내지 5중량% 및 0.1중량% 내지 1중량%로 가한 표적을 사용하여 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있다. 달리, 상기 애노드(100)는 졸-겔법 등에 의해 형성될 수 있다.
상기 캐소드(101)는 낮은 일 함수(구체적으로, 3.8eV 이하의 일 함수가 바람직함)를 갖는 금속, 합금, 전도성 화합물, 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 다음 중 어느 하나를 사용할 수 있다: 원소 주기율표 제 1 족 또는 제 2 족에 속하는 원소들, 즉 리튬(Li) 및 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속들 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 및 스트론튬(Sr)과 같은 알칼리 토금속들 및 이들의 합금(예를 들면, MgAg 및 AlLi), 유로퓸(Eu) 및 이테르븀(Yb)과 같은 희토류 금속들, 이들의 합금 등. 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 합금의 막은 진공 증착법에 의해 형성될 수 있다는 것을 주지해야 한다. 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 합금 막이 또한 스퍼터링법에 의해 형성될 수 있다. 또한, 은 페이스트 등을 잉크-젯법 등에 의해 증착시킬 수 있다.
달리, 상기 캐소드(101)는 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물, 또는 희토류 금속 화합물(예를 들면, 불화리튬(LiF), 산화리튬(LiOx), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF2), 또는 불화에르븀(ErF3))의 막과 알루미늄과 같은 금속 막의 적층을 사용하여 형성될 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 캐소드(101)와 접하여 전하 발생층이 제공되는 경우에는, 각종 전도성 재료들을 이들의 일 함수와 관계없이 상기 캐소드(101)에 사용할 수 있다는 것을 주지해야 한다.
본 양태에서 설명된 발광 소자에서는, 상기 애노드(100) 및 상기 캐소드(101) 중 적어도 하나가 가시광에 대한 투광성을 가질 수 있다는 것을 주지해야 한다. 상기 투광성은, ITO 전극과 같은 투명 전극을 사용하거나, 상기 전극의 두께를 감소시킴으로써 확보될 수 있다. 달리, 얇은 재료와 투명 전극의 적층된 구조를 사용할 수도 있다.
본 양태의 발광 소자는 복수의 EL층들을 포함하기 때문에, 각각의 EL층들로부터 발광된 광선들의 조합인 광이 얻이질 수 있다. 다시 말해, 동일한 발광 물질을 함유하는 발광층을 각각 포함하는 복수의 EL층들이 적층된 경우에는, 동일한 발광 물질을 함유하는 발광층을 포함하는 단 하나의 EL층을 사용하여 형성된 발광 소자에 비해서 동일한 전류 밀도로도 더 높은 휘도가 얻어질 수 있다. 또한, 상이한 발광색을 나타내는 상이한 발광 물질들을 함유하는 EL층들을 적층시켜서 본 양태의 발광 소자를 형성한 경우에는, 브로드 스펙트럼을 갖는 발광 소자 또는 백색 발광을 나타내는 발광 소자가 얻어질 수 있다. 백색 발광을 나타내는 발광 소자 및 컬러 필터를 포함하는 디스플레이는 더 높은 정밀도를 실현시키는 데 유리하다.
상기 구조를 갖는 본 양태의 발광 소자에서, 상기 전자 수송층(106)과 상기 제 2 층(105)은 서로 접하여 형성되고, 상기 전자 수송층(106)은 알칼리 토금속을 함유하며, 상기 알칼리 토금속의 농도 구배는, 상기 전자 수송층(106)과 상기 제 2 층(105) 사이의 계면으로부터 상기 애노드측으로 향할수록 상기 알칼리 토금속의 농도가 더 낮아진다. 따라서, 복수의 EL층들이 전하 발생층에 의해 서로 분리되어 있는 발광 소자를 고정밀 디스플레이(예를 들면, 이웃하는 발광 소자들의 발광 영역들 사이의 거리가 40㎛ 이하)를 사용하는 경우에도, 상기 이웃하는 발광 소자들 사이의 간섭 현상을 구동 전압의 큰 증가 없이 효과적으로 감소시킬 수 있고, 상기 디스플레이는 고품질 영상을 제공할 수 있다. 복수의 EL층들이 전하 발생층에 의해 서로 분리되어 있는 상기 발광 소자는 높은 전류 효율, 브로드 발광 스펙트럼, 또는 백색 발광을 쉽게 실현시키는 발광 소자라는 것을 주지해야 한다.
(양태 2)
본 양태에서는, 양태 1에서 설명된 발광 소자를 사용하여 제조된 발광 장치의 일례에 대해 설명하겠다. 본 발명의 일 양태의 발광 장치는 이하에 설명되는 구조를 갖는 발광 장치에 한정되지 않고, 표시부(예를 들면, 본 양태에서는 화소부(602))에 양태 1에서 설명된 발광 소자가 포함되어 있는 모든 형태들을 이의 범위 내에 포함한다는 것을 주지해야 한다.
본 양태에서는, 양태 1에서 설명된 발광 소자를 사용하여 제조된 발광 장치의 일례에 대해 도 3a 및 3b를 참조하여 설명하겠다. 도 3a는 상기 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 3b는 도 3a의 A-A'선 및 B-B'선을 따라 절단한 단면도라는 것을 주지해야 한다. 상기 발광 장치는 점선들에 의해 도시되어 있는 구동 회로부(소스선 구동 회로)(601), 화소부(602), 및 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(603)를 포함한다. 이들 유닛들은 상기 발광 소자의 발광을 제어한다. 또한, 참조 부호 604는 밀봉 기판을 나타내고, 참조 부호 605는 씰재(sealant)를 나타낸다. 상기 씰재(605)에 의해 둘러싸인 부분은 공간(607)이다. 상기 밀봉 기판(604)에는 건조재(625)가 제공될 수 있다.
리드 배선(lead wiring)(608)은, 상기 소스선 구동 회로(601) 및 상기 게이트선 구동 회로(603)에 입력될 신호를 전송하고, 외부 입력 단자로서 작용하는 플렉시블 프린트 서킷(FPC: flexible printed circuit)(609)으로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 수용하기 위한 배선이라는 것을 주지해야 한다. 여기서는 상기 FPC만이 도시되어 있지만, 상기 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB: printed wiring board)이 부착될 수 있다. 본 명세서에서 상기 발광 장치는 발광 장치 본체 뿐만 아니라, 상기 FPC 또는 상기 PWB가 제공된 발광 장치도 이의 범주에 포함한다.
다음으로, 상기 단면 구조에 대해 도 3b를 참조하여 설명하겠다. 상기 구동 회로부 및 상기 화소부가 소자 기판(610) 위에 형성되어 있다. 여기서는, 상기 구동 회로부인 상기 소스선 구동 회로(601)와, 상기 화소부(602) 중 하나의 화소가 도시되어 있다.
상기 소스선 구동 회로(601)에서는, n-채널형 TFT(623)와 p-채널형 TFT(624)가 조합된 CMOS 회로가 형성되어 있다. 상기 구동 회로는 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로와 같은 각종 회로들을 사용하여 형성될 수 있다. 본 양태에서는 기판 위에 상기 구동 회로가 형성되어 있는 드라이버-일체형을 설명하지만, 구동 회로가 반드시 기판 위에 형성될 필요는 없고; 구동 회로를 상기 기판 외부에 형성할 수 있다.
상기 화소부(602)는 스위칭용 TFT(611), 전류 제어용 TFT(612), 상기 전류 제어용 TFT(612)의 드레인에 전기적으로 접속되는 제 1 전극(613), 및 상기 제 1 전극(613), 유기 화합물을 함유하는 층(616), 및 제 2 전극(617)을 포함하는 발광 소자를 각각 포함하는 복수의 화소들을 갖는다.
도 3a 및 3b에 도시된 TFT는 상기 기판의 반대쪽에 게이트 전극이 제공되어 있고 상기 기판과 상기 게이트 전극 사이에 반도체층이 개재되어 있는 탑 게이트형 트랜지스터(top gate transistor)들이지만, 상기 TFT의 구조는 특별히 한정되지 않고, 바텀 게이트형 트랜지스터(bottom gate transistor)들이 사용될 수 있다. 바텀 게이트형 트랜지스터의 경우, 상기 트랜지스터는 채널을 형성하는 데 사용된 반도체층 위에 보호막이 형성되어 있는 구조(채널 보호형) 또는 채널을 형성하는 데 사용된 상기 반도체층의 일부가 오목부를 갖는 구조(채널 에치형(channel etch type))를 가질 수 있다.
상기 TFT를 형성하는 반도체층은 반도체 특성들을 나타내는 재료이기만 하다면 임의의 재료를 사용하여 형성될 수 있는데; 예를 들면, 규소(Si) 및 게르마늄(Ge)과 같은 원소 주기율표 제 14 족에 속하는 원소, 비화갈륨 및 인화인듐과 같은 화합물, 산화아연 및 산화주석과 같은 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 상기 반도체층은 결정성 구조 또는 비정질 구조 중 어느 하나를 가질 수 있다.
반도체 특성을 나타내는 산화물(산화물 반도체)로는, 인듐, 갈륨, 알루미늄, 아연, 및 주석으로부터 선택되는 원소의 복합 산화물이 사용될 수 있다. 예를 들면, 산화아연(ZnO), 산화아연을 함유하는 산화인듐(IZO: indium zinc oxide), 및 산화인듐, 산화갈륨, 및 산화아연을 함유하는 산화물(IGZO: indium gallium zinc oxide)을 들 수 있다. 상기 결정성 반도체층의 구체예로는, 단결정 반도체, 다결정 반도체, 및 미결정 반도체를 들 수 있다. 상기 예들은 레이저 결정화에 의해 형성될 수 있거나, 예를 들면 니켈을 사용하는 고체상 성장법(solid-phase growth method)을 통한 결정화에 의해 형성될 수 있다.
본 명세서에서 상기 미결정 반도체는 깁스 자유 에너지(Gibbs free energy)를 고려할 때 비정질 상태와 단결정 상태 사이의 중간인 준안정 상태에 속한다는 것을 주지해야 한다. 즉, 상기 미결정 반도체는 자유 에너지의 관점에서 안정한 제3 상태를 갖는 반도체이고, 단거리 질서 및 격자 뒤틀림을 갖는다. 미결정 반도체의 대표적인 예인 미결정 규소의 라만 스펙트럼은 단결정 규소의 라만 스펙트럼의 피크를 나타내는 520㎝-1보다 더 낮은 파수에 위치한다. 즉, 미결정 규소의 라만 스펙트럼의 피크는 단결정 규소를 나타내는 520㎝-1과 비정질 규소를 나타내는 480㎝-1 사이에 존재한다. 또한, 미결정 규소는 댕글링 결합(dangling bond)을 종결시키기 위해 수소 또는 할로겐을 적어도 1원자% 또는 그 이상으로 함유한다. 더우기, 격자 뒤틀림을 추가로 촉진시키기 위해 헬륨, 아르곤, 크립톤, 또는 네온과 같은 희가스 원소를 포함시켜서, 안정성을 증진시키고 양호한 미결정 반도체층을 얻을 수 있다.
상기 반도체층이 비정질 구조를 갖는 물질, 예를 들면 비정질 규소를 사용하여 형성되는 경우에는, 발광 장치가 상기 발광 소자를 구동하기 위한 회로에 n-채널형 트랜지스터들만을 갖는 것이 바람직하다. 이것은 상기 발광 장치의 제조 공정이 간단하기 때문이다. 산화아연(ZnO), 산화아연을 함유하는 산화인듐(IZO), 산화인듐, 산화갈륨 및 산화아연을 함유하는 산화물(IGZO) 등은 n형 반도체들이다. 따라서, 반도체층에 이들 산화물들 중 어느 하나를 포함하는 트랜지스터는 n-채널형 트랜지스터이다. 상기 발광 장치는 n-채널형 트랜지스터들 또는 p-채널형 트랜지스터들 중 어느 하나를 포함하는 회로를 가질 수 있거나, n-채널형 트랜지스터들과 p-채널형 트랜지스터들을 둘 다 포함하는 회로를 가질 수 있다는 것을 주지해야 한다.
상기 제 1 전극(613)의 단부는 절연물(614)로 덮여 있다. 상기 제 1 전극(613)과 상기 절연물(614)을 덮도록 형성되는, 유기 화합물을 함유하는 층(616)의 양호한 피복성을 얻기 위해, 상기 절연물(614)은 이의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 절연물(614)의 재료로서 포지티브형의 감광성 아크릴을 사용하여, 상기 절연물(614)이 상단부에만 곡률 반경(0.2㎛ 내지 3㎛)을 갖는 곡면을 가질 수 있도록 한다. 상기 절연물(614)의 재료로서는, 광의 조사에 의해 에칭액에 불용성이 되는 네거티브형, 또는 광의 조사에 의해 에칭액에 용해성이 되는 포지티브형이 사용될 수 있다.
상기 유기 화합물을 함유하는 층(616) 및 상기 제 2 전극(617)이 상기 제 1 전극(613) 위에 적층되고, 이렇게 하여 상기 발광 소자가 형성된다. 여기서, 상기 제 1 전극(613)은 애노드로서 기능하고, 상기 제 2 전극(617)은 캐소드로서 기능한다. 상기 유기 화합물을 함유하는 층(616)은 양태 1에서 설명된 유기 화합물을 함유하는 층(110)의 것과 유사한 구조를 갖는다.
도 3a 및 3b에는 단 하나의 발광 소자가 도시되어 있지만, 상기 디스플레이는, 동일한 방식으로 형성되고 매트릭스상으로 배치되어 있는 복수의 발광 소자들을 포함한다. 본 발명의 일 양태인 본 양태의 발광 장치는, 인접하는 화소들의 발광 영역들 사이의 거리가 매우 짧고 따라서 고정밀 디스플레이인 경우에도, 인접하는 화소에 대한 크로스토크가 효과적으로 억제되는 높은 표시 품질을 갖는 디스플레이이다. 이러한 크로스토크의 억제는 또한 실용화를 방해하는 정도의 구동 전압의 증가를 일으키지 않는 것이 특징임을 주지해야 한다.
상기 발광 소자의 상세한 구조 및 재료는 양태 1에 설명되어 있고; 따라서, 반복되는 설명은 생략한다. 양태 1에서의 설명을 참조하기 바란다. 본 양태에서의 상기 제 1 전극(613), 상기 유기 화합물을 함유하는 층(616), 및 상기 제 2 전극(617)은 각각 양태 1에서의 상기 애노드(100), 상기 유기 화합물을 함유하는 층(110), 및 상기 캐소드(101)에 상당한다는 것을 주지해야 한다.
상술된 바와 같은 구동 회로 및 화소부를 위한 TFT 및 상기 발광 소자가 형성된 상기 소자 기판(610)을 상기 밀봉 기판(604)에 씰재(605)에 의해 부착시켜서, 상기 소자 기판(610), 상기 밀봉 기판(604), 및 상기 씰재(605)에 의해 둘러싸인 공간(607) 내에 양태 1에서 설명된 발광 소자가 제공된 발광 장치를 제공할 수 있다. 상기 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있고, 불활성 기체(예를 들면, 질소 또는 아르곤), 상기 씰재(605) 등이 충전될 수 있다.
상기 씰재(605)에는 에폭시계 수지가 바람직하게 사용된다. 상기 재료는 가능한 한 산소와 물을 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 상기 밀봉 기판(604)을 위한 재료로서는, 유리 기판 또는 석영 기판 이외에도, 유리섬유-보강된 플라스틱(FRP), 폴리비닐 플로라이드(PVF), 폴리에스테르, 아크릴 등이 사용될 수 있다.
상술된 바와 같이, 양태 1에서 설명된 발광 소자를 사용하여 제조된 본 발명의 일 양태의 발광 장치가 얻어질 수 있다.
본 양태에서의 발광 장치는 양태 1에서 설명된 발광 소자를 포함하고; 따라서, 높은 표시 품질을 갖는 고정밀 발광 장치가 실현될 수 있다. 또한, 양태 1에서 설명된 발광 소자는 높은 전류 효율을 갖고, 높은 휘도로 발광할 수 있으며, 구동 전압의 큰 증가 없이 크로스토크의 억제를 실현시킬 수 있고; 따라서, 본 양태의 발광 장치는 낮은 구동 전압을 갖는 발광 장치일 수 있다. 또한, 본 양태의 발광 장치는 구동 시간에 따른 열화의 정도가 작은, 신뢰성이 높은 발광 장치일 수 있다.
본 양태에서는 발광 소자의 구동이 트랜지스터에 의해 제어되는 액티브 매트릭스형의 발광 장치의 일례를 설명하지만, 패시브 매트릭스형의 발광 장치도 사용될 수 있다. 도 4a 및 4b는 양태 1에서 설명된 발광 소자를 사용하여 제조된 패시브 매트릭스형의 발광 장치의 일례를 도시한 것이다. 도 4a는 상기 발광 장치의 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 X-Y선을 따라 절단한 단면도이다. 도 4a 및 4b에서, 기판(951) 위에는 전극(952) 및 전극(956)이 제공되어 있고, 상기 전극(952)과 전극(956) 사이에 유기 화합물을 함유하는 층(955)이 제공되어 있다. 상기 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮여 있다. 상기 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 제공되어 있다. 상기 격벽층(954)의 측벽들은 상기 기판 표면측으로 갈수록 상기 측벽들 사이의 거리가 점점 좁아지도록 경사져 있다. 다시 말해, 상기 격벽층(954)의 단변 방향의 단면은 사다리꼴 형상을 갖는다. 이러한 방식으로 상기 격벽층(954)을 제공함으로써, 정전하 등으로 인한 상기 발광 소자의 결함들이 방지될 수 있다. 또한, 상기 패시브 매트릭스형의 발광 장치에서는, 양태 1에서 설명된 발광 소자가 포함되어 있고; 따라서, 높은 표시 품질을 갖는 고정밀 발광 장치가 실현될 수 있다. 또한, 양태 1에서 설명된 발광 소자는 높은 전류 효율을 갖고, 높은 휘도로 발광할 수 있으며, 구동 전압의 큰 증가 없이 크로스토크의 억제를 실현시킬 수 있고; 따라서, 본 양태의 발광 장치는 낮은 구동 전압을 갖는 발광 장치일 수 있다. 또한, 본 양태의 발광 장치는 구동 시간에 따른 열화의 정도가 작은 신뢰성 높은 발광 장치일 수 있다.
또한, 풀컬러 표시를 수행하기 위해, 상기 발광 소자로부터의 광이 상기 발광 장치의 외부로 통과하기 위한 광로(光路) 내에 착색층 또는 색 변환층이 제공될 수 있다. 착색층을 사용하여 풀컬러화를 실현시키는 발광 장치의 일례가 도 5a 및 5b에 도시되어 있다. 도 5a에는, 기판(1001), 기저 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극들(1006 내지 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자들의 제 1 전극들(1024W, 1024R, 1024G 및 1024B), 격벽(1025), 유기 화합물을 함유하는 층(1028), 상기 발광 소자들의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 및 씰재(1032)가 도시되어 있다. 또한, 착색층들(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 투명 기재(1033) 위에 제공되어 있다. 또한, 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)이 추가로 제공될 수 있다. 상기 착색층들 및 흑색층이 제공된 상기 투명 기재(1033)가 위치를 잡고 상기 기판(1001)에 고정된다. 상기 착색층들 및 상기 흑색층은 오버코트층(1036)으로 덮여 있다는 것을 주지해야 한다. 본 양태에서, 상기 발광층들 중의 몇몇으로부터 발광되는 광은 상기 착색층들을 통과하지 않고, 상기 발광층들 중의 나머지 것들로부터 발광되는 광은 상기 착색층들을 통과한다. 상기 착색층들을 통과하지 않는 광은 백색이고 상기 착색층들 중 어느 하나를 통과하는 광은 적색, 청색, 또는 녹색이기 때문에, 상기 4색의 화소들을 사용하여 영상을 표시할 수 있다.
상술된 발광 장치는 TFT가 형성되어 있는 상기 기판(1001) 측으로부터 광이 추출되는 구조(바텀 발광 구조)를 갖는 발광 장치이지만, 상기 밀봉 기판(1031) 측으로부터 광이 추출되는 구조(탑(top) 발광 구조)를 갖는 발광 장치일 수도 있다. 도 6은 탑 발광 구조를 갖는 발광 장치의 단면도이다. 이 경우, 광을 투과시키지 않는 기판이 상기 기판(1001)으로서 사용될 수 있다. 상기 발광 소자의 TFT와 애노드를 접속시키는 접속 전극을 형성하는 단계까지의 과정은 바텀 발광 구조를 갖는 발광 장치의 것과 유사한 방식으로 수행된다. 그 후, 제3 층간 절연막(1037)을 형성하여 전극(1022)을 덮는다. 상기 제3 층간 절연막(1037)은 평탄화 기능을 가질 수 있다. 상기 제3 층간 절연막(1037)은 상기 제 2 층간 절연막의 재료와 유사한 재료를 사용하여 형성될 수 있고, 아니면 임의의 다른 공지된 재료를 사용하여 형성될 수도 있다.
상기 발광 소자들의 제 1 전극 (1024W), (1024R), (1024G) 및 (1024B)은 여기서는 각각 애노드로서 기능하지만, 캐소드로서 기능할 수도 있다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같은 탑 발광 구조를 갖는 발광 장치의 경우, 상기 제 1 전극들은 바람직하게는 반사 전극들이다. 상기 유기 화합물을 함유하는 층(1028)은 양태 1에서 설명된 구조와 유사한 구조를 갖도록 형성되는데, 이에 의해 백색 발광이 얻어질 수 있다. 백색 발광이 얻어질 수 있는 구조로서는, 2개의 EL층들이 사용되는 경우, 상기 EL층들 중 하나의 발광층으로부터 청색광이 얻어지고 상기 EL층들 중의 다른 하나의 발광층으로부터 주황색광이 얻어지는 구조; 상기 EL층들 중 하나의 발광층으로부터 청색광이 얻어지고 상기 EL층들 중 다른 하나의 발광층으로부터 녹색광이 얻어지는 구조 등을 들 수 있다. 또한, 3개의 EL층들이 사용되는 경우에는, 각각의 발광층들로부터 적색광, 녹색광, 및 청색광이 얻어져서, 백색광을 발광하는 발광 소자가 얻어질 수 있다. 말할 필요도 없이, 양태 1에서 설명된 구조가 사용되기만 한다면, 백색 발광이 얻어지는 구조는 이에 한정되지 않는다.
상기 착색층들은 상기 발광 소자로부터의 광이 상기 발광 장치의 외부로 통과하기 위한 광로 내에 각각 제공된다. 도 5a에 도시된 바와 같은 바텀 발광 구조를 갖는 발광 장치의 경우, 상기 착색층 (1034R), (1034G) 및 (1034B)은 상기 투명 기재(1033) 위에 제공되고, 이어서 상기 기판(1001)에 고정될 수 있다. 상기 착색층들은 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 게이트 절연막(1003)과 상기 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 제공될 수도 있다. 도 6에 도시된 바와 같은 탑 발광 구조의 경우, 상기 착색층들(상기 적색 착색층(1034R), 상기 녹색 착색층(1034G), 및 상기 청색 착색층(1034B))이 제공된 밀봉 기판(1031)에 의해 밀봉이 수행될 수 있다. 상기 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치되는 상기 흑색층(상기 블랙 매트릭스)(1035)이 제공될 수 있다. 상기 착색층들(상기 적색 착색층(1034R), 상기 녹색 착색층(1034G), 및 상기 청색 착색층(1034B)) 및 상기 흑색층(상기 블랙 매트릭스)(1035)은 상기 오버코트층(1036)으로 덮여 있을 수 있다. 상기 밀봉 기판(1031)으로서는 투광성 기판이 사용된다는 것을 주지해야 한다.
이렇게 얻어진 유기 발광 소자의 한 쌍의 전극들 사이에 전압이 인가되면, 백색 발광 영역(1044W)이 얻어질 수 있다. 또한, 상기 착색층들을 사용함으로써, 적색 발광 영역(1044R), 청색 발광 영역(1044B), 및 녹색 발광 영역(1044G)이 얻어질 수 있다. 본 양태에서의 발광 장치는 양태 1에서 설명된 발광 소자를 포함하고; 따라서, 높은 표시 품질을 갖는 고정밀 발광 장치가 실현될 수 있다. 또한, 양태 1에서 설명된 발광 소자는 높은 전류 효율을 갖고, 높은 휘도로 발광할 수 있으며, 구동 전압의 큰 증가 없이 크로스토크의 억제를 실현시킬 수 있고; 따라서, 본 양태의 발광 장치는 낮은 구동 전압을 갖는 발광 장치일 수 있다. 또한, 본 양태의 발광 장치는 구동 시간에 따른 열화의 정도가 작은, 신뢰성 높은 발광 장치일 수 있다.
또한, 여기서는 적색, 녹색, 청색, 및 백색의 4색을 사용하여 풀컬러 표시를 수행하는 예가 나타나 있지만, 특별한 제한은 없고, 적색, 녹색, 및 청색의 3색을 사용하는 풀컬러 표시를 수행할 수도 있다.
본 양태는 양태 1과 자유롭게 조합될 수 있다.
(양태 3)
본 양태에서는, 양태 2에서 설명된 것과 같은 본 발명의 일 양태의 발광 장치를 사용하여 완성시킨 각종 전자 기기 및 조명 장치의 예에 대해 도 7a 내지 7d를 참조하여 설명하겠다.
상기 발광 장치를 적용시킨 전자 기기의 예로는 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 칭함), 컴퓨터 등의 모니터, 디지털 카메라 또는 디지털 비디오 카메라와 같은 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화 또는 휴대 전화 장치라고도 칭함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 파친코기와 같은 대형 게임기 등이 포함된다. 이들 전자 기기의 구체예에 대해 이하에 기술한다.
도 7a는 텔레비전 장치의 일례를 도시한 것이다. 상기 텔레비전 장치에서는, 표시부(7103)가 하우징(7101)에 내장되어 있다. 상기 표시부(7103) 위에 영상이 표시될 수 있다. 양태 2에서 설명된 본 발명의 일 양태의 발광 장치가 상기 표시부(7103)에 사용될 수 있다. 또한, 여기서, 상기 하우징(7101)는 스탠드(7105)에 의해 지지되고 있다. 높은 표시 품질을 갖는 상기 표시부(7103)를 포함하는 이러한 텔레비전 장치는 고품질 영상을 제공할 수 있다. 또한, 상기 표시부(7103)의 소비 전력이 감소될 수 있고; 따라서, 상기 텔레비전 장치의 소비 전력이 감소될 수 있다.
상기 텔레비전 장치는 상기 하우징(7101)의 조작 스위치 또는 별도의 리모트 컨트롤러(7110)로 조작될 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)의 조작 키(7109)에 의해 채널과 음량을 조절할 수 있고, 상기 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 추가로, 상기 리모트 컨트롤러(7110)에는 상기 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 정보를 표시하기 위한 표시부(7107)가 제공될 수 있다.
상기 텔레비전 장치에는 수신기, 모뎀 등이 제공된다는 것을 주지해야 한다. 상기 수신기를 사용함으로써, 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한, 상기 디스플레이 장치를 모뎀을 통해 유선 또는 무선 통신 네트워크에 접속하는 경우, 일방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자간)의 정보 통신을 수행할 수 있다.
도 7b는 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함하는 컴퓨터를 도시한 것이다. 상기 컴퓨터는 양태 2에서 설명된 것과 같은 본 발명의 일 양태에 따른 발광 장치를 상기 표시부(7203)에 사용하여 제조된다. 높은 표시 품질을 갖는 상기 표시부(7203)를 포함하는 이러한 컴퓨터는 고품질 영상을 제공할 수 있다. 또한, 상기 표시부(7203)의 소비 전력이 감소될 수 있고; 따라서, 상기 컴퓨터의 소비 전력이 감소될 수 있다.
도 7c는 휴대형 게임기를 도시한 것으로, 하우징(7301)과 하우징(7302)의 2개의 하우징을 포함하며, 연결부(7303)에 의해 상기 휴대형 게임기는 개폐 가능하게 연결되어 있다. 상기 하우징(7301)과 상기 하우징(7302)에는, 양태 2에서 설명된 것과 같은 본 발명의 일 양태에 따른 발광 소자를 각각 포함하는 표시부(7304)와 표시부(7305)가 각각 내장되어 있다. 또한, 도 7c에 도시된 휴대형 게임기는 스피커부(7306), 기록 매체 삽입부(7307), LED 램프(7308), 입력 수단(조작 키(7309), 접속 단자(7310), 센서(7311)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액(液), 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경도(傾度), 진동, 냄새 또는 적외선을 측정하는 기능을 갖는 센서), 마이크(7312)) 등을 포함한다. 물론, 상기 휴대형 게임기의 구조는 상술된 것에 한정되지 않으며, 상기 발광 장치가 상기 표시부(7304) 또는 상기 표시부(7305) 중의 적어도 어느 하나 또는 둘 다에 사용되기만 한다면 허용가능하고, 적절한 경우 기타 부속 설비를 포함할 수 있다. 도 7c에 도시된 휴대형 게임기는 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 이를 상기 표시부에 표시하는 기능, 및 또 다른 휴대형 게임기와 무선 통신에 의해 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 도 7c에 도시된 휴대형 게임기는 상기 기능에 한정되지 않고 다양한 기능들을 가질 수 있다. 높은 표시 품질을 갖는 상기 표시부(7304)를 포함하는 휴대형 게임기는 고품질 영상을 제공할 수 있다. 또한, 상기 표시부(7304)의 소비 전력이 감소될 수 있고; 따라서, 상기 휴대형 게임기의 소비 전력이 감소될 수 있다.
도 7d는 휴대 전화기의 일례를 도시한 것이다. 상기 휴대 전화기에는 하우징(7401)에 내장된 표시부(7402), 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크(7406) 등이 제공되어 있다. 상기 휴대 전화기는 양태 2에서 설명된 것과 같은 본 발명의 일 양태에 따른 발광 장치를 상기 표시부(7402)에 사용하여 제조된다. 높은 표시 품질을 갖는 상기 표시부(7402)를 포함하는 이러한 휴대 전화기는 고품질 영상을 제공할 수 있다. 또한, 상기 표시부(7402)의 소비 전력이 감소될 수 있고; 따라서, 상기 휴대 전화기의 소비 전력이 감소될 수 있다.
도 7d에 도시된 휴대 전화기의 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치하면, 상기 휴대 전화기에 데이터를 입력할 수 있다. 이 경우, 상기 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 전화를 걸거나 이메일을 작성하는 등의 조작을 수행할 수 있다.
상기 표시부(7402)의 화면 모드는 주로 3가지가 존재한다. 제 1 모드는 주로 영상을 표시하기 위한 표시 모드이다. 제 2 모드는 주로 문자와 같은 데이터를 입력하기 위한 입력 모드이다. 제3 모드는 상기 표시 모드와 상기 입력 모드의 2가지 모드가 혼합된 표시 + 입력 모드이다.
예를 들면, 전화를 걸거나 이메일을 작성하는 경우, 상기 표시부(7402)를 문자의 입력을 주로 하는 문자 입력 모드로 선택하여, 화면에 표시된 문자들이 입력될 수 있도록 한다. 이 경우, 상기 표시부(7402)의 화면의 거의 모든 면적에 키보드 또는 번호 버튼을 표시하는 것이 바람직하다.
상기 휴대 전화기 내부에, 자이로스코프(gyroscope) 또는 가속도 센서와 같이 기울기를 검출하는 센서를 포함하는 검출 장치를 제공하면, 상기 휴대 전화기의 방향(상기 휴대 전화기가 풍경 모드를 위해 세로로 놓여있는지 또는 초상화 모드를 위해 가로로 놓여있는지)을 판단하여 상기 표시부(7402)의 화면 표시가 자동적으로 전환되도록 할 수 있다.
상기 화면 모드는 상기 표시부(7402)를 터치하거나 상기 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)을 조작함으로써 전환된다. 달리, 상기 화면 모드는 상기 표시부(7402)에 표시된 영상의 종류에 따라 전환될 수도 있다. 예를 들면, 상기 표시부에 표시된 영상 신호가 동영상 데이터 신호인 경우, 상기 화면 모드는 표시 모드로 전환된다. 상기 신호가 텍스트 데이터 신호인 경우, 상기 화면 모드는 입력 모드로 전환된다.
추가로, 입력 모드에 있어서, 상기 표시부(7402)의 광센서에 의해 신호가 검출되는 동안, 상기 표시부(7402)의 터치에 의한 입력이 일정 기간 수행되지 않을 경우, 화면 모드가 입력 모드로부터 표시 모드로 전환되도록 제어될 수 있다.
상기 표시부(7402)는 또한 영상 센서로서 기능할 수 있다. 예를 들면, 상기 표시부(7402)를 손바닥 또는 손가락으로 터치함으로써 장문, 지문 등을 촬상(撮像)하고, 이에 의해 본인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 상기 표시부에 근적외광을 발광하는 백라이트(backlight) 또는 센싱용 광원을 제공함으로써, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수 있다.
상술된 바와 같이, 양태 2에서 설명된 발광 장치를 포함하는 전자 기기를 얻을 수 있다. 따라서, 양태 2에서 설명된 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓어서, 다양한 분야의 전자 기기에 상기 발광 장치를 적용할 수 있다.
본 양태에서 설명된 구조는 양태 1 또는 2에서 설명된 구조와 적절하게 조합될 수 있다는 것을 주지해야 한다.
[실시예 1]
(발광 소자)
본 실시예에서는, 양태 1에서 설명된 본 발명의 일 양태의 발광 소자에 대해 도 8을 참조하여 설명하겠다. 본 실시예에서 사용된 재료들의 화학식을 이하에 나타낸다.
Figure 112012109277575-pct00006
본 실시예의 발광 소자 1의 제조방법에 대해 후술하겠다.
먼저, 유리 기판(800) 위에, 110nm의 두께로 규소 또는 산화규소를 함유하는 인듐 주석 산화물을 스퍼터링법으로 침착시켰다. 상기 표면의 2mm×2mm의 면적이 노출되도록, 이의 표면을 폴리이미드 막으로 덮었다. 이렇게 하여, 제 1 전극(801)이 형성되었고, 상기 전극 면적은 2mm×2mm였다.
상기 기판 위에 상기 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 상기 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성을 수행한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다. 이어서, 상기 기판을 대략 10-4Pa로 감압된 진공 증착 장치로 옮기고, 상기 진공 증착 장치의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행하였다. 이후, 상기 기판을 대략 30분 동안 방랭시켰다.
다음으로, 제 1 전하 발생층(802)을 다음과 같은 방식으로 50nm의 두께로 형성하였다: 상기 제 1 전극(801)이 형성된 기판 표면이 아래를 향하도록, 상기 제 1 전극(801)이 제공된 기판을 상기 진공 증착 장치 내의 기판 홀더에 고정시키고, 상기 진공 증착 장치 내를 대략 10-4Pa로 감압시키고, 이어서 9-[4-(9-페닐카바졸-3-일)]페닐-10-페닐안트라센(약칭: PCzPA), 및 산화몰리브덴(VI)을 공증착시켰다. PCzPA 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비는 2:1(= PCzPA:산화몰리브덴)로 조절되었다. 공증착법은 하나의 처리실 내에서 복수의 증착원들로부터 동시에 증착을 수행하는 증착법이라는 것을 주지해야 한다.
다음으로, 저항 가열을 사용하는 증착법에 의해 PCzPA를 30nm의 두께로 증착시켜 제 1 정공 수송층(803)을 형성하였다.
이후, PCzPA 및 SD1(상품명; SFC Co., Ltd 제조)을 공증착시켜 10nm의 두께를 갖는 제 1 발광층(804)을 형성하였다. 여기서, PCzPA 대 SD1의 중량비는 1:0.05(= PCzPA:SD1)로 조절되었다. 다음으로, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA) 및 SD1을 공증착시켜 25nm의 두께를 갖는 제 2 발광층(805)을 형성하였다. 여기서, CzPA 대 SD1의 중량비는 1:0.05(= CzPA:SD1)로 조절되었다. 상기 제 1 발광층(804)과 상기 제 2 발광층(805)은 둘 다 청색 형광 물질인 SD1을 함유하였고 청색광을 발광하였다.
상기 제 2 발광층(805)을 형성한 후, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq3)을 10nm의 두께로 증착시켜 제 1 전자 수송층(806)을 형성하고, 이어서 바토페난트롤린(약칭: BPhen)을 15nm의 두께로 증착시켜 제 2 전자 수송층(807)을 형성하였다.
이후, 칼슘을 1nm의 두께로 형성하였다.
이어서, 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc)을 2nm의 두께로 형성하여 전자 릴레이층인 제 2 층(808)을 형성하고, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: BPAFLP) 및 산화몰리브덴을 공증착시켜 제 2 전하 발생층인 제 1 층(809)을 형성하였고; 따라서, 중간층(810)을 형성하였다. 상기 제 1 층(809)은 50nm의 두께로 형성되었고, BPAFLP 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비는 2:1(= BPAFLP:산화몰리브덴)로 조절되었다.
칼슘은 유기 화합물 중에 분산된다는 것을 주지해야 한다. 따라서, 칼슘은 상기 제 2 전자 수송층(807) 중에 분산되었고, 상기 제 2 전자 수송층(807) 중의 칼슘의 농도 구배는, 상기 제 2 층(808)과 상기 제 2 전자 수송층(807) 사이의 계면으로부터 상기 제 1 전극(801)측으로 향할수록 더 낮아진다.
상기 중간층(810)을 형성한 후, 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBA1BP)을 10nm의 두께로 증착시켜 제 2 정공 수송층(811)을 형성하였다.
이후, PCBA1BP 및 (디피발로일메타나토)비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(dpm))을 공증착시켜 10nm의 두께를 갖는 제 3 발광층(812)을 형성하였다. 여기서, PCBA1BP 대 Ir(tppr)2(dpm)의 중량비는 1:0.05(= PCBA1BP:Ir(tppr)2(dpm))로 조절되었다. 다음으로, 2-[4-(디벤조티오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: DBTBIm-II), PCBA1BP 및 트리스(2-페닐피리디나토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3)을 공증착시켜 30nm의 두께를 갖는 제 4 발광층(813)을 형성하였다. 여기서, DBTBIm-II 대 PCBA1BP 대 Ir(ppy)3의 중량비는 1:0.1:0.08(= DBTBIm-II:PCBA1BP:Ir(ppy)3)로 조절되었다. 여기서, 상기 제 3 발광층(812)은 적색 인광 물질인 Ir(tppr)2(dpm)를 함유하였고, 적색광을 발광하였다. 또한, 상기 제 4 발광층(813)은 녹색 인광 물질인 Ir(ppy)3을 함유하였고, 녹색광을 발광하였다.
상기 제 4 발광층(813)을 형성한 후, DBTBIm-II를 15nm의 두께로 증착시키고, 이어서 BPhen을 15nm의 두께로 증착시켜 제 3 전자 수송층(814) 및 제 4 전자 수송층(815)을 형성하였다. 이후, 전자 주입층(816)으로서 불화리튬을 1nm의 두께로 증착시켰다. 마지막으로, 알루미늄을 200nm의 두께로 증착시켜 제 2 전극(817)을 형성하였고; 이렇게 하여, 상기 발광 소자 1이 제조되었다.
발광 소자 2는, 상기 발광 소자 1에서의 상기 제 1 전자 수송층(806)을 Alq3 대신 CzPA를 사용하여 형성하는 방식으로 제조되었다.
이렇게 제조된 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2를 공기에 노출시키지 않고서 질소 분위기하의 글로브 박스 내에 밀봉시켰다. 이어서, 상기 발광 소자들의 동작 특성을 측정하였다. 상기 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행되었다는 것을 주지해야 한다.
도 9는 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2의 전류 밀도 대 휘도 특성을 도시한 것이다. 도 10은 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2의 전압 대 휘도 특성을 도시한 것이다. 도 11은 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2의 휘도 대 전류 효율 특성을 도시한 것이다. 도 12는 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2의 휘도 대 외부 양자 효율 특성을 도시한 것이다. 도 13은 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2에 1mA의 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 발광 소자 1의 전류 효율 및 외부 양자 효율은 약 1000cd/㎡에서 각각 58.8cd/A 및 25.0%였고, 상기 발광 소자 2의 전류 효율 및 외부 양자 효율은 약 1000cd/㎡에서 각각 61.4cd/A 및 26.3%였는데, 이들은 매우 높은 효율이다. 따라서, 양태 1에서 설명된 구조를 갖는 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2는 매우 높은 발광 효율로 발광할 수 있는 발광 소자들이라는 것을 발견할 수 있다. 또한, 도 9로부터, 약 1000cd/㎡의 휘도를 얻기 위한 전류 밀도가 상기 발광 소자 1의 경우 1.75mA/㎠였고, 상기 발광 소자 2의 경우 1.61mA/㎠였는데, 이는 매우 낮은 전류 밀도로 높은 휘도가 얻어졌음을 나타낸다는 것을 발견할 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2는 약 1000cd/㎡의 휘도를 얻기 위해 6V 내지 7V에서 구동될 수 있는 반면, 특허 문헌 1에 개시된 발광 소자는 약 1000cd/㎡에서 대략 12V의 구동 전압을 갖는다. 이것은 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2가 저전압 구동이 가능한 발광 소자라는 것을 시사한다.
추가로, 도 13으로부터, 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2는 적색, 녹색, 및 청색의 발광 피크들을 균형있게 표시한다는 것과, 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2는 컬러 필터와 함께 디스플레이 용도에 적합하게 사용될 수 있다는 것을 발견할 수 있다.
(크로스토크의 검증)
다음으로, 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2의 구조와 유사한 구조들을 갖는 복수의 발광 소자들을 사용하여, 상이한 색을 갖는 화소들에서 발광 영역들 사이의 거리가 대략 8㎛인 고정밀 디스플레이들을 제조하였고, 크로스토크의 발생 유무의 검증 결과들을 도시한다.
도 14w, 14r, 14g 및 14b는 상기 발광 소자 1의 구조와 유사한 구조를 갖는 발광 소자들을 포함하는 디스플레이(디스플레이 1)의 광학 현미경 사진들을 도시한 것이다. 도 14w는 모든 화소들을 발광하도록 했을 때의 현미경 사진으로, 상이한 색을 표시하는 인접 화소들의 발광 영역들 사이의 거리는 대략 4㎛이다. 도 14r, 14g 및 14b는 각각 적색 소자들, 녹색 소자들 또는 청색 소자들만을 발광하도록 한 결과들을 도시한 것이다. 도 15w, 15r, 15g 및 15b는 상기 발광 소자 2의 구조와 유사한 구조를 갖는 발광 소자들을 포함하는 디스플레이(디스플레이 2)의 광학 현미경 사진들을 도시한 것이다. 도 15w는 모든 화소들을 발광하도록 했을 때의 현미경 사진으로, 상이한 색을 표시하는 인접 화소들의 발광 영역들 사이의 거리는 대략 4㎛이다. 도 15r, 15g 및 15b는 각각 적색 소자들, 녹색 소자들 또는 청색 소자들만을 발광하도록 한 결과들을 도시한 것이다. 상기 2개의 디스플레이들은 각각 본 발명의 일 양태라는 것을 주지해야 한다.
도 16w, 16r, 16g 및 16b는 상기 발광 소자 1의 구조와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 비교 발광 소자 1을 복수개 사용하여 제조한 디스플레이(디스플레이 3)의 광학 현미경 사진들을 도시한 것이다. 상기 비교 발광 소자 1은, 상기 발광 소자 1의 제조방법에서, 칼슘을 1nm의 두께로 증착시키는 대신에 산화리튬(Li2O)을 0.1nm의 두께로 증착시킨 발광 소자이다. 도 16w는 모든 화소들을 발광하도록 했을 때의 현미경 사진이고, 도 16r, 16g 및 16b는 각각 적색 화소들, 녹색 화소들 또는 청색 화소들만을 발광하도록 한 결과들을 도시한 것이다. 상기 디스플레이 3의 구조는 다른 디스플레이들의 구조와 유사하다는 것을 주지해야 한다.
도 22a 및 22b는 상기 발광 소자 1의 구조와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 비교 발광 소자 2를 복수개 사용하여 제조한 디스플레이(디스플레이 4)의 광학 현미경 사진들을 도시한 것이다. 상기 비교 발광 소자 2는, 상기 발광 소자 1의 제조방법에서, 상기 제 1 전자 수송층(806), 상기 제 2 전자 수송층(807), 및 전자 릴레이층으로서 기능하는 상기 제 2 층(808)을 형성하는 대신에, 상기 제 1 전자 수송층(806)으로서 BPhen을 10nm의 두께로 형성하고, 상기 제 2 전자 수송층(807)으로서 BPhen 및 Li의 공증착 막(BPhen:Li = 1:0.02의 중량비)을 20nm의 두께로 형성한 발광 소자이다. 도 22a에서, 당해 현미경 사진의 좌측 절반은 청색 화소들만을 발광시킨 청색 표시 영역이고, 우측 절반은 화소를 발광시키지 않은 비표시 영역이다. 상기 비표시 영역과 상기 청색 표시 영역 사이의 경계는 도 22a에 도시된 위치에 존재한다. 도 22b에서, 당해 현미경 사진의 좌측 절반은 화소를 발광시키지 않은 비표시 영역이고, 우측 절반은 적색 화소들만을 발광시킨 적색 표시 영역이다. 상기 비표시 영역과 상기 적색 표시 영역 사이의 경계는 도 22b에 도시된 위치에 존재한다.
도 16w, 16r, 16g 및 16b에 도시된 바와 같이, 알칼리 토금속인 칼슘 대신에 알칼리 금속의 산화물인 산화리튬을 포함하는 비교 발광 소자 1을 포함하는 디스플레이(상기 디스플레이 3)에서는, 선택된 라인에 인접하는 상이한 색을 갖는 소자들까지도 발광하는 것으로 밝혀졌다. 특히, 청색 화소들만을 발광하도록 한 도 16b에서는, 어두운 광이기는 하지만 적색 화소들까지도 모든 발광 영역들에서 발광한다. 당해 디스플레이의 단변 방향에서의 화소들 사이의 피치(하나의 화소의 한쪽 면으로부터 인접하는 화소의 동일한 위치에서의 면까지의 거리)는 26㎛이고, 발광 영역들 사이의 거리는 8㎛여서, 상기 디스플레이 3에서는, 적어도 8㎛ + 26㎛ + α㎛의 영역에 걸쳐 크로스토크가 일어나고, 발광 영역들 사이의 거리가 대략 40㎛일 때에도 크로스토크가 발생할 우려가 있다고 할 수 있다. 말할 필요도 없이, 발광 영역들 사이의 거리가 30㎛일 때는 크로스토크가 명백하게 발생한다.
도 22a 및 22b에 도시된 바와 같이, 알칼리 토금속인 칼슘 대신에 알칼리 금속인 리튬을 BPhen에 도핑한 막을 포함하는 비교 발광 소자를 포함하는 디스플레이(상기 디스플레이 4)에서는, 청색 라인만을 발광하도록 한 영역에서조차, 적색 라인과 녹색 라인까지도 상기 청색 라인과 실질적으로 동일한 수준으로 발광하고; 상기 적색 표시 영역에서조차, 녹색 라인까지도 상기 적색 라인과 실질적으로 동일한 수준으로 발광하고; 비표시 영역에서조차 몇몇 소자들은 발광한다. 특히, 상기 디스플레이 4에서는, 선택된 화소에 인접하는 화소 뿐만 아니라 그에 인접하는 화소, 그리고 추가의 화소까지도 발광한다는 것이 확인된다.
도 14w, 14r, 14g 및 14b, 및 도 15w, 15r, 15g 및 15b에 도시된 바와 같이, 각각 본 발명의 일 양태인 상기 디스플레이 1 및 상기 디스플레이 2에서는 이러한 크로스토크가 효과적으로 감소된다는 것이 밝혀졌다. 상기 발광 영역들 사이의 거리가 8㎛이고 화소들의 윤곽이 뚜렷하며; 따라서, 발광 영역들 사이의 거리가 3㎛, 또는 여유 있게 5㎛라도, 본 발명을 적용시킨 디스플레이에서는 크로스토크의 발생이 억제될 수 있다.
다음으로, 도 17은 상기 디스플레이 1 내지 3에서 적색 라인의 발광 소자들, 녹색 라인의 발광 소자들 및 청색 라인의 발광 소자들이 구동될 때의 발광 스펙트럼들을 도시한 것이다. 도 17에서, 상기 디스플레이 1의 스펙트럼들은 상단 열에 있고, 상기 디스플레이 2의 스펙트럼들은 중간 열에 있으며, 상기 디스플레이 3의 스펙트럼들은 하단 열에 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 비교 발광 소자 1을 포함하는 비교예인 상기 디스플레이 3에서만, 선택된 라인 이외의 라인의 색의 피크가 뚜렷하게 관찰되는데, 이것은 크로스토크가 발생한다는 것을 시사한다.
따라서, 각각 본 발명의 일 양태인 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2를 포함하는 디스플레이에서는, 발광 영역들 사이의 거리가 대략 4㎛와 같이 매우 짧을 때에도 인접하는 화소들에 대한 크로스토크가 억제되고; 따라서, 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2는 고품질 영상을 제공할 수 있는 발광 소자들이라는 것을 발견할 수 있다.
상술된 바와 같이, 각각 본 발명의 일 양태인 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2는 복수의 EL층들이 전하 발생층에 의해 서로 분리되어 있는 구조들을 갖는 발광 소자들이다. 상기 발광 소자를 사용함으로써, 구동 전압의 큰 증가 없이 고정밀 디스플레이에서도 크로스토크가 억제될 수 있다. 또한, 상기 발광 소자는 높은 전류 효율을 갖고 고휘도 발광이 가능하다.
또한, 각각 본 발명의 일 양태인 상기 디스플레이 1 및 상기 디스플레이 2는 구동 전압의 큰 증가 없이 인접하는 화소들 사이의 크로스토크가 억제되는 고정밀 디스플레이들이라는 것을 발견할 수 있다. 이러한 특성들을 갖는 상기 디스플레이 1 및 상기 디스플레이 2는 높은 표시 품질을 갖는 디스플레이일 수 있다.
(참조예 1)
참조예로서, 전자 릴레이층의 유무에 따른 발광 소자의 특성 변화에 대한 검증 결과를 나타낸다. 이 검증 결과는 본 발명의 모든 구조를 만족시키는 발광 소자에서의 검증이 아니기 때문에 참조예이다. 그러나, 당해 검증 결과는 본 발명의 구조를 갖는 발광 소자에도 충분히 적용될 수 있다는 것을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있다.
본 참조예에서는, 도 18에 도시된 구조를 갖는 발광 소자에서의 전자 릴레이층의 존재에 대한 유리한 효과를 설명하겠다. 본 참조예에서 사용된 재료들의 화학식을 이하에 도시한다.
Figure 112012109277575-pct00007
본 참조예의 발광 소자 3 및 발광 소자 4의 제조방법들에 대해 이하에 기술하겠다.
먼저, 유리 기판(900) 위에, 110nm의 두께로 규소 또는 산화규소를 함유하는 인듐 주석 산화물을 스퍼터링법으로 침착시켰다. 상기 표면의 2mm×2mm의 면적이 노출되도록, 이의 표면을 폴리이미드 막으로 덮었다. 이렇게 하여, 제 1 전극(901)이 형성되었고, 상기 전극 면적은 2mm×2mm였다.
상기 기판 위에 상기 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 상기 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성을 수행한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다. 이어서, 상기 기판을 대략 10-4Pa로 감압된 진공 증착 장치로 옮기고, 상기 진공 증착 장치의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행하였다. 이후, 상기 기판을 대략 30분 동안 방랭시켰다.
다음으로, 제 1 전하 발생층(902)을 다음과 같은 방식으로 50nm의 두께로 형성하였다: 상기 제 1 전극(901)이 형성된 기판 표면이 아래를 향하도록, 상기 제 1 전극(901)이 제공된 기판을 상기 진공 증착 장치 내의 기판 홀더에 고정시키고, 상기 진공 증착 장치 내를 대략 10-4Pa로 감압시키고, 이어서 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB) 및 산화몰리브덴(VI)을 공증착시켰다. NPB 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비는 4:1(= NPB:산화몰리브덴)로 조절되었다. 공증착법은 하나의 처리실 내에서 복수의 증착원들로부터 동시에 증착을 수행하는 증착법이라는 것을 주지해야 한다.
다음으로, 저항 가열을 사용하는 증착법에 의해 NPB를 30nm의 두께로 증착시켜 정공 수송층(903)을 형성하였다.
이후, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA) 및 N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA)을 공증착시켜 30nm의 두께로 발광층(904)을 형성하였다. 여기서, CzPA 대 2PCAPA의 중량비는 1:0.05(= CzPA:2PCAPA)로 조절되었다.
상기 발광층(904)을 형성한 후, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq3)을 10nm의 두께로 증착시켜 제 1 전자 수송층(905)을 형성하고, 이어서 바토페난트롤린(약칭: BPhen)을 10nm의 두께로 증착시켜 제 2 전자 수송층(906)을 형성하였다.
이후, 칼슘을 1nm의 두께로 형성하였다.
이어서, 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc)을 2nm의 두께로 형성하여 전자 릴레이층인 제 2 층(907)을 형성하고, NPB와 산화몰리브덴을 공증착시켜 제 2 전하 발생층인 제 1 층(908)을 형성하였다. 상기 제 1 층(908)의 두께는 20nm였고, NPB 대 산화몰리브덴(VI)의 중량비는 4:1(= NPB:산화몰리브덴)로 조절되었다.
칼슘은 유기 화합물 중에 분산된다는 것을 주지해야 한다. 따라서, 칼슘은 상기 제 2 전자 수송층(906) 중에 분산되었고, 상기 제 2 전자 수송층(906) 중의 칼슘의 농도 구배는 상기 제 2 층(907)과 상기 제 2 전자 수송층(906) 사이의 계면으로부터 상기 제 1 전극(901) 쪽으로 향할수록 더 낮아진다.
마지막으로, 알루미늄을 200nm의 두께로 증착시켜 제 2 전극(909)을 형성하였고; 이렇게 하여, 상기 발광 소자 3이 제조되었다.
상기 발광 소자 4는 상기 발광 소자 3과 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 상기 발광 소자 4는 전자 릴레이층인 제 2 층이 형성되지 않은 발광 소자이다.
도 19는 전압 대 휘도 특성들을 도시한 그래프이다. 도 20은 전압 대 전류 밀도 특성들을 도시한 그래프이다. 도 21은 전압 대 전류 밀도 특성들을 도시한 그래프이다. 이들 그래프들로부터, 전자 릴레이층인 상기 제 2 층(907)이 형성되어 있는 상기 발광 소자 3의 구동 전압은 전자 릴레이층이 제공되지 않은 상기 발광 소자 4의 구동 전압보다 더 낮다는 것을 발견할 수 있다.
상기 발광 소자 3의 상기 제 2 층(907) 및 상기 제 1 층(908)의 구조들은 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2의 상기 중간층(810)(상기 제 2 층(808) 및 상기 제 1 층(809))의 구조와 유사하다. 상기 발광 소자 3에서의 상기 EL층(910), 상기 제 2 층(907), 및 상기 제 1 층(908)의 3층 적층 구조는 실시예 1의 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2에서의 상기 EL층(818), 상기 제 2 층(808) 및 상기 제 1 층(809)의 적층 구조와 유사하다. 따라서, 전자 릴레이층인 상기 제 2 층(808)의 형성에 의해 야기되는 구동 전압 감소의 유리한 효과는 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2에서도 나타난다는 것을 쉽게 이해할 수 있다.
따라서, 전압의 큰 증가 없이 크로스토크를 억제할 수 있는 발광 소자들인 실시예 1의 상기 발광 소자 1 및 상기 발광 소자 2에서는, 제 2 층이 형성되어 있는 구조가 매우 바람직하다는 것을 발견할 수 있다.
(참조예 2)
실시예 1에서 사용된 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: BPAFLP)의 합성 방법에 대해 구체적으로 설명하겠다. BPAFLP의 구조를 이하에 나타낸다.
Figure 112012109277575-pct00008
[단계 1: 9-(4-브로모페닐)-9-페닐플루오렌의 합성 방법]
100㎖ 3구 플라스크에서, 마그네슘 1.2g(50mmol)을 감압하에 30분 동안 가열, 교반하여 활성화시켰다. 상기 플라스크를 실온으로 냉각시키고 질소 분위기를 갖도록 한 후, 수 적의 디브로모에탄을 가하여, 발포, 발열을 확인하였다. 디에틸 에테르 10㎖에 용해시킨 2-브로모바이페닐 12g(50mmol)을 상기 혼합물에 서서히 적하한 후, 상기 혼합물을 2.5시간 동안 환류하에 가열, 교반하였고, 이에 의해 그리냐드 시약이 제조되었다.
500㎖ 3구 플라스크에, 4-브로모벤조페논 1Og(40mmol) 및 디에틸 에테르 100㎖를 투입하였다. 이 혼합물에 먼저 합성된 상기 그리냐드 시약을 서서히 적하한 후, 상기 혼합물을 9시간 동안 환류하에 가열, 교반하였다.
상기 반응 후, 상기 혼합물을 여과하여 잔류물을 얻었다. 얻어진 잔류물을 에틸 아세테이트 150㎖에 용해시키고, 상기 혼합물에 1N 염산을 가한 다음, 산성이 될 때까지 2시간 동안 교반하였다. 상기 액체의 유기층을 물로 세정하였다. 이어서, 황산마그네슘을 가하여 수분을 제거하였다. 이 현탁액을 여과하고, 얻어진 여액을 농축시켜 점도가 높은 물질을 얻었다.
500㎖ 리커버리 플라스크에, 상기 점성 물질, 빙초산 50㎖ 및 염산 1.0㎖를 투입하였다. 상기 혼합물을 질소 분위기하에 130℃에서 1.5시간 동안 가열, 교반하여 반응시켰다.
상기 반응 후, 상기 반응 혼합물 용액을 여과하여 잔류물을 얻었다. 얻어진 잔류물을 물, 수산화나트륨 수용액, 물, 및 메탄올의 순서로 세정한 다음, 건조시켜서, 목적하는 백색 분말 11g을 69%의 수율로 얻었다. 상기 합성 방법의 반응 도식을 하기 반응식에 나타낸다.
Figure 112012109277575-pct00009
[단계 2: 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: BPAFLP)의 합성 방법]
100㎖ 3구 플라스크에, 9-(4-브로모페닐)-9-페닐플루오렌 3.2g(8.0mmol), 4-페닐-디페닐아민 2.0g(8.0mmol), 나트륨 3급-부톡사이드 1.0g(10mmol), 및 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 23mg(0.04mmol)을 가하고, 상기 플라스크의 분위기를 질소로 치환하였다. 이어서, 상기 혼합물에 탈수 크실렌 20㎖를 가하였다. 상기 혼합물을 감압하에 교반하면서 탈기시킨 후, 여기에 트리(3급-부틸)포스핀(10중량% 헥산 용액) 0.2㎖(0.1mmol)를 가하였다. 이 혼합물을 질소 분위기하에 110℃에서 2시간 동안 가열, 교반하여 반응시켰다.
상기 반응 후, 상기 반응 혼합물 용액에 톨루엔 200㎖를 가하고, 얻어진 현탁액을 플로리실(Florisil)(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제품, 카탈로그 번호 540-00135) 및 셀라이트(Celite)(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제품, 카탈로그 번호 531-16855)를 통해 여과하였다. 얻어진 여액을 농축시키고 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피(전개 용매, 톨루엔:헥산 = 1:4)로 정제하였다. 얻어진 분획을 농축시키고, 여기에 아세톤 및 메탄올을 가하였다. 상기 혼합물을 초음파로 조사한 다음, 재결정화시켜 목적하는 백색 분말 4.1g을 92%의 수율로 얻었다. 상기 합성 방법의 반응 도식을 하기 반응식에 나타낸다.
Figure 112012109277575-pct00010
실리카 겔 박층 크로마토그래피(TLC)(전개 용매, 에틸 아세테이트:헥산 = 1:10)에 의한 Rf 값은 상기 목적물의 경우 0.41였고, 9-(4-브로모페닐)-9-페닐플루오렌의 경우 0.51였으며, 4-페닐-디페닐아민의 경우 0.27이었다.
상기 단계 2를 통해 얻은 화합물에 대해 핵자기 공명법(NMR) 측정을 수행하였다. 상기 측정 데이터를 이하에 나타낸다. 측정 결과들은 얻은 화합물이 플루오렌 유도체인 BPAFLP(약칭)라는 것을 시사한다.
Figure 112012109277575-pct00011
(참조예 3)
본 참조예는 실시예 1에서 사용된 2-[4-(디벤조티오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: DBTBIm-II)의 합성 방법에 대한 설명을 제공할 것이다. DBTBIm-II의 구조식을 아래에 나타낸다.
Figure 112012109277575-pct00012
500㎖ 3구 플라스크에 2-(4-브로모페닐)-1-페닐-1H-벤즈이미다졸 5.1g(15mmol), 디벤조티오펜-4-보론산 3.7g(16mmol) 및 트리(오르토-톨릴)포스핀 0.2g(0.7mmol)을 투입하였다. 상기 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 상기 혼합물에 2.0mmol/ℓ 탄산칼륨 수용액 16㎖, 톨루엔 55㎖ 및 에탄올 18㎖를 가하였다. 감압하에, 이 혼합물을 교반하여 탈기시켰다. 이어서, 상기 혼합물에 팔라듐(II) 아세테이트 33mg(0.2mmol)을 가하고, 상기 혼합물을 질소 스트림하에 80℃에서 6시간 동안 교반하였다.
소정 시간 경과 후, 얻어진 혼합물에 물을 가하고, 수성 층을 클로로포름으로 추출하였다. 얻어진 추출 용액을 유기 층과 함께 포화 식염수로 세정한 다음, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 상기 혼합물을 자연 여과하였다. 얻어진 여액을 농축시켜 오일상 물질을 얻었다. 상기 오일상 물질을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하였다. 상기 크로마토그래피는 톨루엔을 전개 용매로서 사용하여 수행되었다. 얻어진 분획을 농축시켜 고체를 얻었다. 상기 고체에 헥산을 가한 후, 초음파를 조사하였다. 흡인 여과를 수행하였고, 이에 의해, 제조하고자 하는 물질인 백색 분말 5.8g이 88%의 수율로 얻었다.
얻어진 백색 분말 2.8g을 트레인 승화법(train sublimation method)에 의해 정제하였다. 상기 정제에서는, 상기 백색 분말을 2.4Pa의 압력하에 5㎖/분의 아르곤 유량에서 235℃로 가열하였다. 상기 정제 후, 담황색의 유리상 고체 2.2g이 79%의 수율로 얻었다.
상기 합성 방법의 합성 반응 도식을 이하에 나타낸다.
Figure 112012109277575-pct00013
얻어진 물질을 핵자기 공명법(NMR)에 의해 측정하였다. 상기 측정 데이터를 이하에 나타낸다. 당해 측정 결과로부터, 얻어진 담황색 유리상 고체는 제조하고자 하는 물질인 2-[4-(디벤조티오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: DBTBIm-II)인 것으로 확인되었다.
Figure 112012109277575-pct00014
1: 화소, 2: 화소, 3: 화소, 10: 애노드, 10-1: 화소 1의 애노드, 10-2: 화소 2의 애노드, 10-3: 화소 3의 애노드, 11: 캐소드, 12a: 제 1 EL층, 12a-2: 제 1 EL층, 12b: 제 2 EL층, 12b-1: 제 2 EL층, 12b-2: 제 2 EL층, 12b-3: 제 2 EL층, 13: 중간층, 100: 애노드, 101: 캐소드, 102: EL층, 102k: 첫번째의 EL층, 102m: m번째의 EL층, 102m+1: (m+1)번째의 EL층, 102n: n번째의 EL층, 103: 중간층, 103k: 첫번째의 중간층, 103m: m번째의 중간층, 103n-1: (n-1)번째의 중간층, 104: 제 1 층, 104k: 첫번째의 제 1 층, 104m: m번째의 제 1 층, 104n-1: (n-1)번째의 제 1 층, 105: 제 2 층, 105k: 첫번째의 제 2 층, 105m: m번째의 제 2 층, 105n-1: (n-1)번째의 제 2 층, 106: 전자 수송층, 106k: 첫번째의 전자 수송층, 106m: m번째의 전자 수송층, 106n-1: (n-1)번째의 전자 수송층, 106n: n번째의 전자 수송층, 110: 유기 화합물을 함유하는 층, 601: 구동 회로부(소스선 구동 회로), 602: 화소부, 603: 구동 회로부(게이트선 구동 회로), 604: 밀봉 기판, 605: 씰재, 607: 공간, 608: 배선, 609: FPC(플렉시블 프린트 서킷), 610: 소자 기판, 611: 스위칭용 TFT, 612: 전류 제어용 TFT, 613: 제 1 전극, 614: 절연물, 616: 유기 화합물을 함유하는 층, 617: 제 2 전극, 618: 발광 소자, 623: n-채널형 TFT, 624: p-채널형 TFT, 625: 건조재, 800: 유리 기판, 801: 제 1 전극, 802: 제 1 전하 발생층, 803: 제 1 정공 수송층, 804: 제 1 발광층, 805: 제 2 발광층, 806: 제 1 전자 수송층, 807: 제 2 전자 수송층, 808: 제 2 층(전자 릴레이층), 809: 제 1 층(제 2 전하 발생층), 810: 중간층, 811: 제 2 정공 수송층, 812: 제 3 발광층, 813: 제 4 발광층, 814: 제 3 전자 수송층, 815: 제 4 전자 수송층, 816: 전자 주입층, 817: 제 2 전극, 818: EL층, 900: 유리 기판, 901: 제 1 전극, 902: 제 1 전하 발생층, 903: 정공 수송층, 904: 발광층, 905: 제 1 전자 수송층, 906: 제 2 전자 수송층, 907: 제 2 층(전자 릴레이층), 908: 제 1 층(제 2 전하 발생층), 909: 제 2 전극, 910: EL층, 951: 기판, 952: 전극, 953: 절연층, 954: 격벽층, 955: 유기 화합물을 함유하는 층, 956: 전극, 1001: 기판, 1002: 기저 절연막, 1003: 게이트 절연막, 1006: 게이트 전극, 1007: 게이트 전극, 1008: 게이트 전극, 1020: 제 1 층간 절연막, 1021: 제 2 층간 절연막, 1022: 전극, 1024W: 발광 소자의 제 1 전극, 1024R: 발광 소자의 제 1 전극, 1024G: 발광 소자의 제 1 전극, 1024B: 발광 소자의 제 1 전극, 1025: 격벽, 1028: 유기 화합물을 함유하는 층, 1029: 발광 소자의 제 2 전극, 1031: 밀봉 기판, 1032: 씰재, 1033: 투명 기재, 1034R: 적색 착색층, 1034G: 녹색 착색층, 1034B: 청색 착색층, 1035: 흑색층(블랙 매트릭스), 1036: 오버코트층, 1037: 제3 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 1044W: 백색 발광 영역, 1044R: 적색 발광 영역, 1044B: 청색 발광 영역, 1044G: 녹색 발광 영역, 7101: 하우징, 7103: 표시부, 7105: 스탠드, 7107: 표시부, 7109: 조작 키, 7110: 리모트 컨트롤러, 7201: 본체, 7202: 하우징, 7203: 표시부, 7204: 키보드, 7205: 외부 접속 포트, 7206: 포인팅 디바이스, 7301: 하우징, 7302: 하우징, 7303: 연결부, 7304: 표시부, 7305: 표시부, 7306: 스피커부, 7307: 기록 매체 삽입부, 7308: LED 램프, 7309: 조작 키, 7310: 접속 단자, 7311: 센서, 7312: 마이크, 7401: 하우징, 7402: 표시부, 7403: 조작 버튼, 7404: 외부 접속 포트, 7405: 스피커 및 7406: 마이크.
본 출원은 2010년 6월 25일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2010-144697호에 기초하며, 상기 출원의 전문은 본원에 참조로 인용된다.

Claims (47)

  1. 발광 장치로서,
    제 1 발광 소자 및 상기 제 1 발광 소자에 이웃하는 제 2 발광 소자를 포함하고, 상기 제 1 발광 소자는,
    애노드와 캐소드 사이에 n개의 EL층들(여기서, n은 2 이상의 자연수이다); 및
    상기 애노드로부터 m번째의 EL층과 (m+1)번째의 EL층 사이에, 제 1 층 및 제 2 층(여기서, m은 1 이상 n-1 이하의 자연수이다)을 포함하고,
    상기 제 1 층은 상기 (m+1)번째의 EL층과 상기 제 2 층 사이에 접하여 제공되고,
    상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 m번째의 EL층 사이에 접하여 제공되고,
    상기 m번째의 EL층은, 발광층, 및 상기 제 2 층과 접하는 전자 수송층을 포함하고,
    상기 제 1 층은 정공 수송성을 갖는 제 1 물질 및 상기 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질에 대한 억셉터성 물질을 포함하고,
    상기 제 2 층은 프탈로시아닌계 재료를 포함하고,
    상기 전자 수송층은 전자 수송성을 갖는 제 2 물질 및 알칼리 토금속을 포함하고,
    상기 전자 수송층에서, 상기 알칼리 토금속의 농도 구배는, 상기 제 2 층과의 계면으로부터 상기 애노드측으로 갈수록 상기 알칼리 토금속의 농도가 더 낮아지고,
    상기 제 1 발광 소자 내의 제 1 발광 영역과 상기 제 2 발광 소자 내의 제 2 발광 영역 사이의 거리가 3㎛ 이상 5㎛ 이하이고,
    상기 프탈로시아닌계 재료의 LUMO 준위는 상기 억셉터성 물질의 LUMO 준위와 상기 제 2 물질의 LUMO 준위 사이에 있고,
    상기 프탈로시아닌계 재료의 상기 LUMO 준위는 상기 제 2 물질의 상기 LUMO 준위보다 낮은, 발광 장치.
  2. 발광 장치로서,
    제 1 발광 소자 및 상기 제 1 발광 소자에 이웃하는 제 2 발광 소자를 포함하고, 상기 제 1 발광 소자는,
    애노드와 캐소드 사이에 n개의 EL층들(여기서, n은 2 이상의 자연수이다); 및
    상기 애노드로부터 m번째의 EL층과 (m+1)번째의 EL층 사이에, 제 1 층 및 제 2 층(여기서, m은 1 이상 n-1 이하의 자연수이다)을 포함하고,
    상기 제 1 층은 상기 (m+1)번째의 EL층과 상기 제 2 층 사이에 접하여 제공되고,
    상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 m번째의 EL층 사이에 접하여 제공되고,
    상기 m번째의 EL층은, 발광층, 및 상기 제 2 층과 접하는 전자 수송층을 포함하고,
    상기 제 1 층은 정공 수송성을 갖는 제 1 물질 및 상기 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질에 대한 억셉터성 물질을 포함하고,
    상기 제 2 층은 프탈로시아닌계 재료 및 상기 프탈로시아닌계 재료에 대한 도너성 물질을 포함하고,
    상기 전자 수송층은 전자 수송성을 갖는 제 2 물질 및 알칼리 토금속을 포함하고,
    상기 전자 수송층에서, 상기 알칼리 토금속의 농도 구배는, 상기 제 2 층과의 계면으로부터 상기 애노드측으로 향할수록 상기 알칼리 토금속의 농도가 더 낮아지고,
    상기 제 1 발광 소자 내의 제 1 발광 영역과 상기 제 2 발광 소자 내의 제 2 발광 영역 사이의 거리가 3㎛ 이상 5㎛ 이하이고,
    상기 프탈로시아닌계 재료의 LUMO 준위는 상기 억셉터성 물질의 LUMO 준위와 상기 제 2 물질의 LUMO 준위 사이에 있고,
    상기 프탈로시아닌계 재료의 상기 LUMO 준위는 상기 제 2 물질의 상기 LUMO 준위보다 낮은, 발광 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 도너성 물질이 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 및 희토류 금속 화합물 중 적어도 하나인, 발광 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 층이 1nm 이상 10nm 이하의 두께를 갖는, 발광 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 도너성 물질 대 상기 프탈로시아닌계 재료의 질량비가 0.001:1 이상 0.1:1 이하인, 발광 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    n이 2인, 발광 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프탈로시아닌계 재료의 LUMO 준위가 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하인, 발광 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 프탈로시아닌계 재료가 하기 구조식들 중 어느 것으로 나타내어지는, 발광 장치.
    Figure 112018026192340-pct00015
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 프탈로시아닌계 재료가 하기 구조식들 중 어느 것으로 나타내어지는, 발광 장치.
    Figure 112018026192340-pct00016
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전자 수송층에 함유되는 상기 알칼리 토금속이 칼슘인, 발광 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 억셉터성 물질이 전이 금속의 산화물인, 발광 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 억셉터성 물질이 원소 주기율표 제 4 족 내지 제 8 족 중 어느 것에 속하는 금속의 산화물인, 발광 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 억셉터성 물질이 산화몰리브덴인, 발광 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 층이, 상기 정공 수송성을 갖는 상기 제 1 물질을 포함하는 층과 상기 억셉터성 물질을 포함하는 층이 적층되어 있는 구조를 갖는, 발광 장치.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 발광 장치를 포함하는, 디스플레이.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 발광 장치를 포함하는, 전자 기기.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 발광 장치를 포함하는, 조명 장치.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 소자와 같은 구조를 갖는 복수의 발광 소자들을 더 포함하는 발광 장치.
  19. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 영역과 상기 제 2 발광 영역 사이의 거리가 4㎛인, 발광 장치.
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 알칼리 토금속의 농도 구배가 상기 제 2 층이 형성되기 전에 상기 알칼리 토금속을 포함하는 층의 형성에 의해 형성되고, 상기 알칼리 토금속을 포함하는 상기 층의 두께가 1㎚인, 발광 장치.
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