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KR101434714B1 - 유기 전계 발광 소자, 표시 장치 및 조명 장치 - Google Patents

유기 전계 발광 소자, 표시 장치 및 조명 장치 Download PDF

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KR101434714B1
KR101434714B1 KR1020110090768A KR20110090768A KR101434714B1 KR 101434714 B1 KR101434714 B1 KR 101434714B1 KR 1020110090768 A KR1020110090768 A KR 1020110090768A KR 20110090768 A KR20110090768 A KR 20110090768A KR 101434714 B1 KR101434714 B1 KR 101434714B1
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Abstract

본 발명의 과제는, 청색 발광층에는 형광 발광 재료를 사용하고, 적색 및 녹색 발광층에는 인광 발광 재료를 사용한 유기 전계 발광 소자에 있어서, 높은 발광 효율의 백색 발광을 얻는 것이다.
실시 형태에 따르면, 양극(12) 및 음극(17)과, 상기 양극(12)과 상기 음극(17)의 사이에 배치된, 상기 양극(12)측의 적색 및 녹색 발광층(14a) 및 상기 음극(17)측의 청색 발광층(14c)과, 상기 적색 및 녹색 발광층(14a)과 상기 청색 발광층(14c)의 사이에 배치된 스페이서층(14b)을 구비하는 유기 전계 발광 소자(10)가 제공된다. 상기 적색 및 녹색 발광층(14a)에 포함되는 적색 인광 발광 재료 및 녹색 인광 발광 재료의 HOMO와 상기 스페이서층(14b)을 구성하는 정공 수송성 재료의 HOMO가 거의 동일한 에너지 준위에 있다. 상기 스페이서층(14b)에 있어서의 상기 정공 수송성 재료의 HOMO-LUMO 갭은, 상기 청색 발광층(14c)에 포함되는 청색 형광 발광 재료의 HOMO-LUMO 갭보다 크다. 상기 스페이서층(14b)의 두께는 3 내지 5㎚이다.

Description

유기 전계 발광 소자, 표시 장치 및 조명 장치{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE, DISPLAY DEVICE, AND ILLUMINATION APPARATUS}
본 발명의 실시 형태는, 유기 전계 발광 소자 및 그것을 사용한 표시 장치 및 조명 장치에 관한 것이다.
최근, 평면 광원 등의 용도에 유기 전계 발광 소자(이하, 유기 EL 소자라고도 칭함)가 주목을 받고 있다. 유기 전계 발광 소자는, 유기 재료로 이루어지는 발광층을 음극과 양극의 한 쌍의 전극 사이에 끼운 구성을 갖는다. 소자에 전압을 인가하면, 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공이 발광층으로 주입되고, 발광층에서 전자와 정공이 재결합하여 여기자를 생성하고, 이 여기자가 방사 실활할 때에 발광이 얻어진다.
유기 EL 소자에 사용되는 발광 재료에는, 형광 발광 재료와 인광 발광 재료가 있다. 형광 발광 재료는, 청색, 녹색 및 적색 발광 재료 모두에 있어서, 수명이 길고 신뢰성이 높은 재료가 얻어지고 있다. 그러나 형광 발광 재료는, 1중항 여기자만을 발광으로 변환하므로, 내부 양자 효율의 최대치가 25％로 제한된다. 한편, 1중항 여기자와 3중항 여기자의 양쪽을 발광으로 변환할 수 있는 인광 발광 재료는, 100％에 가까운 내부 양자 효율이 기대된다. 그러나 녹색 및 적색의 인광 발광 재료에 있어서는 신뢰성이 높은 재료가 얻어지고 있지만, 신뢰성이 높은 청색 인광 발광 재료의 개발이 난항이다.
조명이나 디스플레이의 백라이트 등에의 응용이 기대되는 백색 유기 전계 발광 소자에서는, 적색, 녹색 및 청색의 3색의 광으로부터 백색광을 얻고 있다. 이러한 유기 EL 소자에 있어서, 적색, 녹색 및 청색의 발광 재료 모두에 인광 발광 재료를 사용한 경우, 상술한 바와 같이 높은 발광 효율이 기대된다. 그러나 수명의 짧은 청색 인광 발광 재료를 사용함으로써, 소자 수명이 짧아져, 소자의 신뢰성이 낮아진다고 하는 문제가 발생한다.
따라서, 청색 발광층에는 청색 인광 발광 재료와 비교해서 수명이 긴 청색 형광 발광 재료를 사용하고, 적색 및 녹색 발광층에는 인광 발광 재료를 사용함으로써, 수명이 길고 신뢰성이 높은 백색 유기 전계 발광 소자를 작성하는 시도가 행해지고 있다. 이와 같은 구성의 유기 EL 소자에 있어서 백색 발광을 얻기 위해서는, 적색 및 녹색 발광층과 청색 발광층의 양쪽의 층에서 캐리어의 재결합을 일으키고, 또한, 생성한 여기자를 발광층에 가둘 필요가 있다. 지금까지, 소자 구성, 사용하는 재료 등을 고안함으로써, 백색 발광을 얻기 위한 다양한 노력이 이루어져 왔으나, 실제로 우수한 백색 발광을 얻지는 못하고 있다. 또한, 백색 발광이 얻어졌다고 해도, 발광 효율이 낮으면 소자의 실용화는 곤란하다.
G. Schwartz, et al., Appl. Pys. Lett. 93, 073304 2008
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 청색 발광층에는 형광 발광 재료를 사용하고, 적색 및 녹색 발광층에는 인광 발광 재료를 사용한 유기 전계 발광 소자에 있어서, 높은 발광 효율의 백색 발광을 얻는 것에 있다.
실시 형태에 따르면, 서로 이격되어 배치된 양극 및 음극과, 상기 양극과 상기 음극의 사이에 서로 이격되어 배치된, 상기 양극측의 적색 및 녹색 발광층 및 상기 음극측의 청색 발광층과, 상기 적색 및 녹색 발광층과 상기 청색 발광층의 사이에 배치되고, 상기 청색 발광층으로부터 상기 적색 및 녹색 발광층으로의 에너지 이동을 막기 위한 정공 수송성 재료로 이루어지는 스페이서층을 구비하는 유기 전계 발광 소자가 제공된다. 상기 적색 및 녹색 발광층은, 정공 수송성을 갖는 호스트 재료, 적색 인광 발광 재료 및 녹색 인광 발광 재료를 포함하고, 상기 청색 발광층은, 전자 수송성을 갖는 호스트 재료 및 청색 형광 발광 재료를 포함한다. 상기 적색 인광 발광 재료 및 상기 녹색 인광 발광 재료의 호모(HOMO)와 상기 스페이서층에 있어서의 상기 정공 수송성 재료의 HOMO가 거의 동일한 에너지 준위에 있다. 상기 스페이서층에 있어서의 상기 정공 수송성 재료의 HOMO-LUMO 사이의 에너지 갭은, 상기 청색 형광 발광 재료의 HOMO-LUMO 사이의 에너지 갭보다 크다. 상기 스페이서층의 두께는 3 내지 5㎚이다.
도 1은 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자를 도시하는 단면도.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자의 에너지 다이어그램.
도 3은 제2 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자의 에너지 다이어그램.
도 4는 실시 형태에 따른 표시 장치를 도시하는 회로도.
도 5는 실시 형태에 따른 조명 장치를 도시하는 단면도.
도 6은 실시예에 따른 유기 EL 소자의 발광 파장 및 발광 강도를 도시하는 도면.
도 7은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 유기 EL 소자의 EL 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 8은 실시예 2에 따른 유기 EL 소자의 EL 스펙트럼을 도시하는 도면.
이하, 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자를 도시하는 단면도이다.
유기 전계 발광 소자(10)는, 기판(11) 상에 양극(12), 정공 수송층(13), 발광층(14), 전자 수송층(15), 전자 주입층(16) 및 음극(17)을 순차 형성한 구조를 갖는다. 정공 수송층(13), 전자 수송층(15) 및 전자 주입층(16)은, 필요에 따라서 형성된다. 발광층(14)은, 양극측에 위치하는 적색 및 녹색 발광층(14a)과, 음극측에 위치하는 청색 발광층(14c)과, 적색 및 녹색 발광층(14a)과 청색 발광층(14c)의 사이에 위치하는 스페이서층(14b)을 구비한다.
<제1 실시 형태>
본 발명의 제1 실시 형태에 대해서, 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는 제1 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자의 에너지 다이어그램이다.
적색 및 녹색 발광층(14a)은, 정공 수송성을 갖는 호스트 재료 중에 적색 인광 발광 재료 및 녹색 인광 발광 재료를 도프한 구성을 갖는다. 청색 발광층(14c)은, 전자 수송성을 갖는 호스트 재료 중에 청색 형광 발광 재료를 도프한 구성을 갖는다.
스페이서층(14b)은, 청색 발광층(14c)으로부터 적색 및 녹색 발광층(14a)으로의 에너지 이동을 막는 역할을 하고 있고, 정공 수송성 재료로 이루어진다. 스페이서층(14b)에 포함되는 정공 수송성 재료는 단일 재료이며, 스페이서층(14b)에 전자 수송성 재료는 포함되지 않는다.
유기 EL 소자에 전압을 인가하면, 양극으로부터 정공이 주입되어, 정공 수송층(13)을 통해서 발광층으로 이동한다. 적색 및 녹색 발광층(14a)에 주입된 정공은, 적색 및 녹색 발광층(14a)에 포함되는 정공 수송성을 갖는 호스트 재료 및 스페이서층(14b)을 구성하는 정공 수송성 재료를 통하여, 스페이서층(14b)과 청색 발광층(14c)의 계면까지 이동한다. 본 실시 형태에 있어서는, 적색 발광 재료의 HOMO(Highest 0ccupied Molecular 0rbital : 최고 피점 궤도)와 스페이서층(14b)을 구성하는 정공 수송성 재료의 HOMO가 거의 동일한 에너지 준위에 있다. 또한, 녹색 발광 재료의 HOMO와 스페이서층(14b)을 구성하는 정공 수송성 재료의 HOMO도 거의 동일한 에너지 준위에 있다. 따라서, 적색 및 녹색 발광층(14a)으로부터 스페이서층(14b)으로의 정공의 이동이 원활하게 일어난다. 적색 및 녹색 발광 재료에 캐리어 주입을 효율적으로 행하기 위해서는, 적색 및 녹색 발광 재료의 HOMO와 스페이서층(14b)에 있어서의 정공 수송성 재료의 HOMO의 에너지 차는, ±0.3eV의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 보다 원활하게 정공을 이동시키기 위해서, 정공 수송층(13)에 포함되는 정공 수송성 재료의 HOMO도, 적색 발광 재료, 녹색 발광 재료 및 스페이서층(14b)에 있어서의 정공 수송성 재료의 HOMO와 가까운 것이 바람직하다.
한편, 음극으로부터는 전자가 주입된다. 주입된 전자는, 전자 수송층(15)을 통해서 발광층으로 이동한다. 청색 발광층(14c)에 주입된 전자는, 청색 발광층(14c) 중에 포함되는 전자 수송성을 갖는 호스트 재료를 통하여, 청색 발광층(14c)과 스페이서층(14b)의 계면까지 진행하지만, 스페이서층(14b)은 정공 수송성의 재료로 구성되기 때문에, 이 계면에 전자는 축적된다. 그러나, 적색, 녹색 및 청색의 모든 발광을 얻기 위해서는, 적색 및 녹색 발광층(14a)과 스페이서층(14b)의 계면, 및 청색 발광층(14c)과 스페이서층(14b)의 계면의 각각에 있어서 여기자를 발생시킬 필요가 있다. 따라서, 청색 발광층(14c)과 스페이서층(14b)의 계면에 축적된 전자를, 스페이서층(14b)을 통해서 스페이서층(14b)과 적색 및 녹색 발광층(14a)의 계면까지 이동시키는 필요가 있다.
본 실시 형태에 있어서, 스페이서층(14b)의 막 두께는 3 내지 5㎚이다. 스페이서층(14b)을 이러한 두께로 함으로써, 청색 발광층(14c)과 스페이서층(14b)의 계면에 축적된 전자를, 터널효과에 의해 스페이서층(14b)과 적색 및 녹색 발광층(14a)의 계면까지 이동시킬 수 있다. 그 결과, 적색 및 녹색 발광층(14a)과 스페이서층(14b)의 계면, 및 청색 발광층(14c)과 스페이서층(14b)의 계면의 각각에 있어서 여기자를 발생시킬 수 있어, 적색, 녹색 및 청색의 3색의 광으로부터 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 스페이서층(14b)에 있어서의 정공 수송성 재료의 HOMO-LUMO(Lowest Unoccupied Mo1ecular 0rbital :최저 피점 궤도)사이의 에너지 갭(이하, H0M0-LUMO 갭이라고도 칭함)은, 청색 발광층(14c)에 포함되는 청색 발광 재료의 HOMO-LUMO 사이의 에너지 갭보다도 크다. 여기서, HOMO-LUMO 사이의 에너지 갭이란, 어떤 재료에 있어서의 HOMO와 LUMO의 에너지 차를 의미한다.
일반적으로, 적색 발광 재료 및 녹색 발광 재료의 HOMO-LUMO 갭은 청색 발광 재료의 HOMO-LUMO 갭보다 작기 때문에 HOMO-LUMO 갭이 큰 스페이서층이 없으면, 청색 발광층으로부터 적색 및 녹색 발광층으로 에너지가 이동하게 된다. 따라서, 청색 발광 재료의 HOMO-LUMO 갭보다 큰 HOMO-LUMO 갭을 갖는 정공 수송성 재료를 스페이서층에 사용함으로써, 청색 발광층의 에너지가 스페이서층에서 차단되어서 적색 및 녹색 발광층으로 이동하지 못하여, 청색 발광을 충분히 얻을 수 있게 된다. 청색 발광층으로부터 적색 및 녹색 발광층으로의 에너지 이동을 효과적으로 차단하기 위해서는, 스페이서층에 있어서의 정공 수송성 재료의 HOMO-LUMO 갭은2.7eV 이상인 것이 바람직하다.
스페이서층(14b)을 구성하는 정공 수송성 재료로서는, 예를 들어, 비스(N-(1―나프틸―N-페닐벤지딘[이하, α-NPD로 칭함], 1, 3-비스(N―카바졸릴)벤젠[이하, mCP로 칭함], 디-[4-(N, N-디토릴아미노)페닐]시클로헥산[이하, TAPC로 칭함], 4, 4', 4''-트리스(9-카바졸릴)-트리페닐아민[이하, TCTA로 칭함] 등을 사용할 수 있다.
녹색 발광 재료로서는, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)[이하, Ir(ppy)3으로 칭함], 트리스(2―(p-트릴)피리딘)이리듐(IlI)[이하, Ir(mppy)3으로 칭함], 비스(2-(9, 9―디헥실플루오레닐)-1-피리딘)(아세틸아세토네이트)이리듐(III)[이하, Ir(hflpy)(acac)로 칭함] 등을 사용할 수 있고, 적색 발광 재료로서는, 비스(2-메틸디벤조-[f, h]퀴녹살린)(아세틸아세토네이트)이리듐(III)[이하, Ir(MDQ)2(acac)로 칭함], 트리스(1-페닐소퀴놀린)이리듐(III)[이하, Ir(piq)3으로 칭함] 등을 사용할 수 있다.
적색 및 녹색 발광층(14a)에 포함되는 정공 수송성 호스트 재료로서는, α-NPD, mCP, 디-[4-(N, N-디토릴아미노)페닐]시클로헥산[이하, TAPC로 칭함], 4, 4', 4''-트리스(9-카바졸릴)-트리페닐아민[이하, TCTA로 칭함] 등을 사용할 수 있다.
적색 및 녹색 발광층에 포함되는 호스트 재료는, 바이폴라성의 호스트 재료이여도 되고, 예를 들어 4, 4'-비스(9-디카바졸릴)-2, 2'-비페닐[이하, CBP로 칭함] 등을 사용할 수 있다. 여기서, 바이폴라성이란 정공 수송성과 전자 수송성의 양쪽의 성질을 겸비하고 있는 것을 의미한다.
청색 발광 재료로서는, 1, 4―디-[4-(N, N-디페닐)아미노]스티릴벤젠[이하, DSA-Ph로 칭함], 4, 4'―비스(9-에틸―3―카바조비닐렌)―1, 1'―비페닐[이하, BCzVBi로 칭함] 등을 사용할 수 있다. 청색 발광층(14c)에 포함되는 전자 수송성 호스트 재료로서는, 4, 4-비스(2, 2-디페닐에텐-l―일)비페닐[이하, DPVBi로 칭함], 9, 10―비스(2-나프틸)-2-삼차부틸안트라센[이하, TBADN로 칭함] 등을 사용할 수 있다.
적색 및 녹색 발광층(14a)에 있어서, 녹색 발광 재료 및 적색 발광 재료가 합쳐서 20 내지 40 중량％의 비율로 존재하는 것이 바람직하다. 녹색 발광 재료 및 적색 발광 재료를 이러한 비율과 함으로써, 정공이 흐르기 쉬워지기 때문이다. 한편, 40 중량％을 초과하면, 인광 재료간의 농도 소광이 현저하게 되어 발광 효율이 저하된다.
발광층내의 정공과 전자의 캐리어 균형을 취하기 위해서, 적색 및 녹색 발광층(14a) 및 청색 발광층(14c) 중에, 전자 수송성 재료 및/또는 정공 수송성 재료를 더 함유시켜도 된다. 이렇게 발광층내의 캐리어 균형을 취하는 것에 의해, 발광 효율이 향상된다.
상기에서 선행 기술 문헌으로서 예를 든 비특허 문헌 1에는, 청색 발광층에는 형광 발광 재료를 사용하고, 적색 및 녹색 발광층에는 인광 발광 재료를 사용한 유기 전계 발광 소자에 있어서, 청색 발광층과 적색 및 녹색 발광층의 사이에 스페이서층을 형성한 예가 기재되어 있다. 이 소자에 있어서, 스페이서층은,에너지 갭이 큰 전자 수송성 재료와 정공 수송성 재료로 이루어지는 공증착막이다. 따라서, 전자 및 정공의 양쪽의 캐리어가 스페이서층을 통해서 수송되고, 여기자를 발광층에 가두는 것을 가능하게 하고 있다. 그러나, 이 소자의 외부 양자 효율은 5％ 정도로 낮다. 그 원인으로서는, 적색 및 녹색 발광층에 있어서의 인광 발광 재료에 의해 정공이 트랩되어, 청색 발광층에 정공이 주입되기 어려운 것을 들 수 있다. 또한, 스페이서층이 전자 수송성 재료와 정공 수송성 재료의 혼합층이기 때문에, 캐리어 이동도가 낮은 것, 스페이서층 내에서 엑사이프렉스가 생성되기 쉬운 것도 효율 저하의 한가지 원인이라고 생각된다. 또한, 공증착막의 제작은 공정상의 부하도 크다.
이것에 대해서 본 실시 형태는, 청색 발광층과 적색 및 녹색 발광층의 사이에, 상기에서 설명한 바와 같은 적절한 HOMO-LUMO 에너지를 갖는 정공 수송성 재료로 이루어지는 스페이서층을 삽입함으로써, 효율적인 캐리어 수송을 실현할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 구성에 따르면, 스페이서층 내에서의 엑사이프렉스의 생성도 방지할 수 있다. 이것들의 결과로서, 높은 발광 효율의 백색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 공증착의 공정이 없기 때문에, 소자 제작에 있어서의 부하도 경감된다.
도 1을 참조하여, 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자의 다른 부재에 대해서 상세하게 설명한다.
기판(11)은, 다른 부재를 지지하기 위한 것이다. 이 기판(11)은, 열이나 유기 용제에 의해 변질되지 않는 것이 바람직하다. 기판(11)의 재료로서는, 예를 들어 무알칼리 글래스, 석영 글래스 등의 무기재료, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 액정 폴리머, 시클로올레핀 폴리머 등의 플라스틱, 고분자 필름 및 스테인리스강(SUS), 실리콘 등의 금속 기판을 들 수 있다. 발광을 취출하기 위해서, 글래스, 합성 수지 등으로 이루어지는 투명한 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 기판(11)의 형상, 구조, 크기 등에 대해서 특별히 제한은 없고, 용도, 목적 등에 따라서 적절하게 선택하는 것이 가능하다. 기판(11)의 두께는, 그 밖의 부재를 지지하기 위한 충분한 강도이면, 특별히 한정되지 않는다.
양극(12)은, 기판(11) 상에 적층된다. 양극(12)은, 정공 수송층(13) 또는 발광층(14)에 정공을 주입한다. 양극(12)의 재료로서는, 도전성을 갖는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 보통은, 투명 또는 반투명의 도전성을 갖는 재료를, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 도금법, 도포법 등으로 성막한다. 예를 들어, 도전성의 금속 산화물막, 반투명의 금속 박막 등을 양극(12)으로서 사용 할 수 있다. 구체적으로는, 산화 인듐, 산화 아연, 산화 주석 및 이것들의 복합체인 인듐 주석 산화물(ITO), 불소 도프 산화 주석(FTO), 인듐 아연 산화물 등으로 이루어지는 도전성 글래스를 사용해서 제작된 막(NESA 등)이나, 금, 백금, 은, 구리 등이 사용된다. 특히, IT0로 이루어지는 투명 전극인 것이 바람직하다. 또한, 전극 재료로서, 유기계의 도전성 폴리머인 폴리아닐린 및 그 유도체, 폴리티오펜 및 그 유도체 등을 사용해도 된다. 양극(12)의 막 두께는, ITO의 경우, 30 내지 300㎚인 것이 바람직하다. 3O㎚보다 얇게 하면, 도전성이 저하해서 저항이 높아져, 발광 효율 저하의 원인이 된다. 300㎚보다도 두껍게 하면, ITO에 가요성이 없어지고, 응력이 작용하면 균열이 발생한다. 양극(12)은, 단층이여도 되고, 다른 일함수의 재료로 이루어지는 층을 적층한 것이여도 된다.
정공 수송층(13)은, 양극(12)과 발광층(14)과의 사이에 임의로 배치된다. 정공 수송층(13)은, 양극(12)로부터 정공을 수취하고, 발광층측으로 수송하는 기능을 갖는 층이다. 정공 수송층(13)의 재료로서는, 예를 들어, 도전성 잉크인 폴리(에틸렌디옥시티오펜): 폴리(스티렌ㆍ술폰산)[이하, PEDOT:PSS로 기재한다]과 같은 폴리티오펜계 폴리머를 사용할 수 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 정공 수송층(13)의 성막 방법은, 박막을 형성할 수 있는 방법이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 스핀 코트법을 사용하는 것이 가능하다. 정공 수송층(13)의 용액을 원하는 막 두께로 도포한 후, 핫플레이트 등으로 가열 건조한다. 도포하는 용액은, 미리 필터로 여과한 것을 사용해도 된다.
전자 수송층(15)은, 임의로, 발광층(14) 상에 적층된다. 전자 수송층(13)은, 전자 주입층(16)로부터 전자를 수취하고, 발광층(14)으로 수송하는 기능을 갖는 층이다. 전자 수송층(15)의 재료로서는, 예를 들어, 트리스[3-(3-피리딜)―메시틸]보란[이하, 3TPYMB로 기재한다], 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄착체(Alq3), 바소페난트로린(BPhen) 등을 사용할 수 있지만, 이것들에 한정되지 않는다. 전자 수송층(l5)은, 진공 증착법, 도포법 등으로 성막한다.
전자 주입층(16)은, 임의로, 전자 수송층(15) 상에 적층된다. 전자 주입층(16)은, 음극(17)으로부터 전자를 수취하고, 전자 수송층(15) 또는 발광층(14)으로 주입하는 기능을 갖는 층이다. 전자 주입층(16)의 재료로서는, 예를 들어, CsF, LiF 등을 사용할 수 있지만, 이것들에 한정되지 않는다. 전자 주입층(16)은, 진공 증착법, 도포법 등으로 성막한다.
음극(17)은, 발광층(14)(또는 전자 수송층(15) 혹은 전자 주입층(16)) 상에 적층된다. 음극(17)은, 발광층(14)(또는 전자 수송층(15) 혹은 전자 주입층(16))에 전자를 주입한다. 통상, 투명 또는 반투명의 도전성을 갖는 재료를 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 도금법, 도포법 등으로 성막한다. 전극 재료로서는, 도전성의 금속 산화물막, 금속 박막 등을 들 수 있다. 양극(12)을 일함수가 높은 재료를 사용해서 형성했을 경우, 음극(17)에는 일함수가 낮은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 일함수가 낮은 재료로서는, 예를 들어, 알칼리 금속, 알칼리토류 금속 등을 들 수 있다. 구체적으로는, Li, In, Al, Ca, Mg, Na, K, Yb, Cs 등을 들 수 있다.
음극(17)은, 단층이여도 되고, 다른 일함수의 재료로 구성되는 층을 적층한 것이여도 된다. 또한, 2종류 이상의 금속의 합금을 사용해도 된다. 합금의 예로서는, 리튬-알루미늄 합금, 리튬-마그네슘 합금, 리튬-인듐합금, 마그네슘-은합금, 마그네슘-인듐합금, 마그네슘-알루미늄 합금, 인듐-은합금, 칼슘-알루미늄 합금 등을 들 수 있다.
음극(17)의 막 두께는, 10 내지 150㎚인 것이 바람직하다. 막 두께가 상기 범위보다 얇은 경우에는, 저항이 지나치게 커진다. 막 두께가 두꺼운 경우에는, 음극(17)의 성막에 장시간을 필요로 하여, 인접하는 층에 데미지를 주어 성능이 열화한다.
이상, 기판 상에 양극을 적층하고, 기판과 반대측에 음극을 배치한 구성의 유기 전계 발광 소자에 대해서 설명했지만, 음극측에 기판을 배치해도 된다. 또한, 청색 발광층과 적색 및 녹색 발광층의 위치를 교체해도, 마찬가지의 효과가 얻어진다.
<제2 실시 형태>
본 발명의 제2 실시 형태에 대해서, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은, 제2 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자의 에너지 다이어그램이다.
적색 및 녹색 발광층(14a)은, 정공 수송성을 갖는 호스트 재료 중에 적색 인광 발광 재료 및 녹색 인광 발광 재료를 도프한 구성이다. 청색 발광층(14c)은, 전자 수송성을 갖는 호스트 재료 중에 청색 형광 발광 재료를 도프한 구성이다.
스페이서층(14b)은, 청색 발광층(14c)으로부터 적색 및 녹색 발광층(14a)으로의 에너지 이동을 막는 역할을 갖고 있고, 전자 수송성 재료로 이루어진다. 스페이서층(14b)을 구성하는 전자 수송성 재료는 단일 재료이며, 스페이서층(14b)에는 정공 수송성 재료는 포함되지 않는다.
유기 EL 소자에 전압을 인가하면, 음극으로부터 전자가 주입되어, 전자 수송층(15)을 통해서 발광층으로 이동한다. 청색 발광층(14c)에 주입된 전자는, 청색 발광층(14c)에 포함되는 전자 수송성을 갖는 호스트 재료 및 스페이서층(14b)을 구성하는 전자 수송성 재료를 통하여, 스페이서층(14b)과 적색 및 녹색 발광층(14a)의 계면까지 이동한다. 본 실시 형태에 있어서는, 청색 발광층(14c)에 포함되는 전자 수송성을 갖는 호스트 재료의 LUMO와 스페이서층(14b)에 있어서의 전자 수송성 재료의 LUMO가 거의 동일한 에너지 준위에 있다. 따라서, 청색 발광층으로부터 스페이서층으로의 전자의 이동이 원활하게 일어난다. 청색 발광층(14c)에 포함되는 전자 수송성을 갖는 호스트 재료의 LUMO와 스페이서층(14b)을 구성하는 전자 수송성 재료의 LUMO의 에너지 차는, ±0.3eV의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 보다 원활하게 전자를 이동시키기 위해서, 전자 수송층(15)에 있어서의 전자 수송성 재료의 LUMO도, 청색 발광층(14c)에 포함되는 전자 수송성 재료 및 스페이서층(14b)을 구성하는 전자 수송성 재료의 LUMO와 가까운 것이 바람직하다.
한편, 양극으로부터는 정공이 주입된다. 주입된 정공은, 정공 수송층(13)을 통해서 발광층으로 이동한다. 적색 및 녹색 발광층(14a)에 주입된 정공은, 적색 및 녹색 발광층(14a) 중에 포함되는 정공 수송성을 갖는 호스트 재료를 통하여, 적색 및 녹색 발광층(14a)과 스페이서층(14b)의 계면까지 진행하지만, 스페이서층(14b)은 전자 수송성의 재료로 구성되기 때문에 이 계면에 정공은 축적된다. 그러나, 적색, 녹색 및 청색의 모든 발광을 얻기 위해서는, 적색 및 녹색 발광층(14a)과 스페이서층(14b)의 계면, 및 청색 발광층(14c)과 스페이서층(14b)의 계면의 각각에 있어서 여기자를 발생시킬 필요가 있다. 따라서, 적색 및 녹색 발광층(14a)과 스페이서층(14b)의 계면에 축적된 전자를, 스페이서층(14b)을 통해서 스페이서층(14b)과 청색 발광층(14c)의 계면까지 이동시킬 필요가 있다.
본 실시 형태에 있어서, 스페이서층(14b)의 막 두께는 3 내지 5㎚이다. 스페이서층(14b)을 이러한 두께로 함으로써, 적색 및 녹색 발광층(14a)과 스페이서층(14b)의 계면에 축적된 정공을, 터널효과에 의해 스페이서층(14b)과 청색 발광층(14c)의 계면까지 이동시킬 수 있다. 그 결과, 적색 및 녹색 발광층(14a)과 스페이서층(14b)의 계면, 및 청색 발광층(14c)과 스페이서층(14b)의 계면의 각각에 있어서 여기자를 발생시킬 수 있어, 적색, 녹색 및 청색의 3색의 광으로부터 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 스페이서층(14b)을 구성하는 전자 수송성 재료의 HOMO-LUMO 갭은, 청색 발광층(14c)에 포함되는 청색 발광 재료의 HOMO-LUMO 갭보다도 크다. 그 이유는, 상기 제1 실시 형태에 있어서 설명한 대로이다. 청색 발광층으로부터 적색 및 녹색 발광층으로의 에너지 이동을 효과적으로 차단하기 위해서는, 스페이서층(14b)을 구성하는 전자 수송성 재료의 HOMO-LUMO 갭은, 2.7eV 이상인 것이 바람직하다.
스페이서층(14b)을 구성하는 전자 수송성 재료로서는, 예를 들어, 1, 3―비스(2-(4-삼차부틸페닐)-1, 3, 4―옥시디아졸-5―일)벤젠[이하, OXD-7로 칭함], 4, 7-디페닐-1, 10-페난트로린[이하, Bphen로 칭함], 비스(2-메틸―8-퀴놀리노레이트)-4-(페닐페놀레이트)알루미늄[이하, BAlq로 칭함] 등을 사용할 수 있다.
녹색 발광 재료로서는, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)[이하, Ir(ppy)3으로 칭함], 트리스(2-(p-트릴)피리딘)이리듐(III)[이하, Ir(mppy)3으로 칭함], 비스(2-(9, 9-디헥실플루오레닐-1―피리딘)(아세틸아세토네이트)이리듐(III)[이하, Ir(hflpy)(acac)라 칭함] 등을 사용할 수 있고, 적색 발광 재료로서는, 비스(2―메틸디벤조-[f, h]퀴녹살린)(아세틸아세토네이트)이리듐(III)[이하, Ir(MDQ)2(acac)로 칭함], 트리스(1-페닐소퀴놀린)이리듐(III)[이하, Ir(piq)3으로 칭함] 등을 사용할 수 있다.
적색 및 녹색 발광층(14a)에 포함되는 정공 수송성 호스트 재료로서는, α-NPD, mCP, 디-[4-(N, N―디트릴아미노)페닐]시클로헥산[이하, TAPC로 칭함], 4, 4', 4''-트리스(9-카바졸릴)―트리페닐아민[이하, TCTA로 칭함] 등을 사용할 수 있다. 적색 및 녹색 발광층(14a)에 포함되는 호스트 재료는, 바이폴라성의 호스트 재료이여도 되고, 예를 들어, 4, 4'-비스(9-디카바졸릴)-2, 2'-비페닐[이하, CBP로 칭함] 등을 사용할 수 있다.
청색 발광 재료로서는, 1, 4-디-[4-(N, N--디페닐)아미노]스티릴벤젠[이하, DSA-Ph로 칭함], 4, 4'―비스(9-에틸―3―카바조비닐렌)―1, 1'―비페닐[이하, BCzVBi로 칭함] 등을 사용할 수 있다. 청색 발광층(14c)에 포함되는 전자 수송성 호스트 재료로서는, 4, 4-비스(2, 2-디페닐에텐-l―일)비페닐[이하, DPVBi로 칭함], 9, 10―비스(2-나프틸)-2-삼차부틸안트라센[이하, TBADN로 칭함] 등을 사용할 수 있다.
청색 발광층(14c)에 있어서, 청색 발광 재료는, 20 내지 40 중량％의 비율로 존재하는 것이 바람직하다. 청색 발광 재료를 이러한 비율과 함으로써, 전자가 흐르기 쉬워지기 때문이다. 한편, 40 중량％을 초과하면, 인광 재료간의 농도소광이 현저해져 발광 효율이 저하된다.
발광층내의 정공과 전자의 캐리어 균형을 취하기 위해서, 적색 및 녹색 발광층 및 청색 발광층 중에, 전자 수송성 재료 및/또는 정공 수송성 재료를 더 함유시켜도 된다. 이렇게 발광층내의 캐리어 균형을 취하는 것에 의해, 발광 효율이 향상된다.
그 밖의 부재에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 제2 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
상기에 설명한 유기 전계 발광 소자의 용도의 일례로서, 표시 장치 및 조명 장치를 들 수 있다. 도 4는, 실시 형태에 따른 표시 장치를 도시하는 회로도이다.
도 4에 도시하는 표시 장치(20)는, 횡방향의 제어선(CL)과 종방향의 신호선(DL)이 매트릭스 형태로 배치된 회로 내에, 각각 화소(2l)를 배치한 구성을 취한다. 화소(21)에는, 발광 소자(25) 및 발광 소자(25)에 접속된 박막 트랜지스터(TFT:26)가 포함된다. TFT(26)의 한쪽의 단자는 제어선에 접속되고, 다른 쪽의 단자는 신호선에 접속된다. 신호선은 신호선 구동 회로(22)에 접속되어 있다. 또한, 제어선은 제어선 구동 회로(23)에 접속되어 있다. 신호선 구동 회로(22) 및 제어선 구동 회로(23)는 컨트롤러(24)에 의해 제어된다.
도 5는 실시 형태에 따른 조명 장치를 도시하는 단면도이다.
조명 장치(100)는, 글래스 기판(101) 상에, 양극(107), 유기 EL 층(106), 및 음극(105)을 순차 적층한 구성을 취한다. 밀봉 글래스(102)는 음극(105)을 덮도록 배치되고, UV 접착제(104)를 사용해서 고정된다. 밀봉 글래스(102)의 음극(105)측의 면에는 건조제(103)가 설치된다.
<실시예>
< 실시예 1>
스페이서층에 정공 수송성 재료를 사용하여, 유기 EL 소자를 이하와 같이 제작했다.
글래스 기판 상에, ITO(인듐 주석 산화물)로부터 이루어지는 두께 100㎚의 투명 전극을 진공 증착에 의해 형성하여 양극으로 했다. 정공 수송층의 재료로서, α-NPD 및 TCTA를 진공 증착에 의해 순차 성막하고, 두께 40㎚와 20㎚의 합계 60㎚의 정공 수송층을 형성했다. 적색 및 녹색 발광층의 재료로서는, 바이폴라성 호스트 재료로서 CBP, 녹색 발광 재료로서 Ir(hflpy)(acac), 적색 발광 재료로서 Ir(piq)3을 사용했다. 이것들을 중량비로 69.6:30:0.4가 되도록 증착 속도를 제어하고, 진공 증착 장치를 사용해서 정공 수송층 상에 공증착하여, 두께 25㎚의 적색 및 녹색 발광층으로 하였다. 또한 녹색 발광 재료의 HOMO는 5.2eV이며, 적색 발광 재료의 HOMO는 5.2eV이다.
계속해서, 적색 및 녹색 발광층 상에 스페이서층을 형성했다. 스페이서층의 재료로서는, 정공 수송성 재료인 α-NPD를 사용했다. α―NPD는, HOMO가5.4eV, LUMO가 2.3eV인 재료이다. 스페이서층은 진공 증착 장치를 사용하여, 적색 및 녹색 발광층 상에 증착했다.
계속해서, 스페이서층 상에 청색 발광층을 형성했다. 청색 발광층에 포함되는 전자 수송성 호스트 재료로서는 DPVBi를 사용하고, 청색 발광 재료로서 DSA-Ph를 사용한 이것들을 중량비로 95:5가 되도록 증착 속도를 제어하고, 진공 증착 장치를 사용해서 스페이서층 상에 공증착하여, 두께 7.5㎚의 청색 발광층을 형성했다. 또한, 청색 발광 재료의HOMO는 2.7eV이며, LUMO는 5.4eV이다.
계속해서, 청색 발광층 상에 전자 수송층을 형성했다. 우선, 진공 증착 장치에 의해 3TPYMB를 증착하고, 두께 40㎚의 전자 수송층을 형성했다. 또한, 불화 리튬을 그 위에 진공 증착함으로써, 두께 0.5㎚의 전자 수송층을 형성했다. 그 후, 알루미늄을 전자 수송층 상에 진공 증착함으로써, 두께 150㎚의 음극을 형성했다.
< 비교예 1>
스페이서층의 재료로서, 정공 수송성 재료인 mCP를 사용한 것을 제외하고, 실시예 l과 마찬가지로 유기 EL 소자를 제작했다.
< 비교예 2>
스페이서층의 재료로서, 바이폴라성을 나타내고, 정공 수송 능력을 갖는 CBP를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 마찬가지로 유기 EL 소자를 제작했다.
< 시험예 1>
실시예 l에서 제작한 유기 EL 소자에 대해서, 스페이서층의 두께를 2.0에서 6.0㎚로 변화시키고, 각각의 발광 특성을 비교했다.
우선, 발광 파장과 발광 강도에 대해서 조사했다. 측정은, 적분기구, 소스 미터(케이스레이(사)제2400 소스 미터) 및 멀티 채널 분광기(하마마쯔 포토닉스사(Hamamatsu Photonics)제품의 멀티 채널 분광기 C10027)로부터 이루어지는 절대 양자 효율 측정 장치(하마마쯔 포토닉스사(Hamamatsu Photonics)제품)를 사용하여 행했다. 그 결과를 도 6에 도시한다.
450 내지 500㎚에서 보이는 피크는, 청색 및 녹색의 발광을 나타내는 피크이며, 600㎚ 부근에서 보이는 피크는 적색 발광을 나타내는 피크이다. 스페이서층을 얇게 함에 따라서, 450 내지 500㎚ 부근에서 보이는 피크에 감소가 보이고, 반대로 스페이서층을 두껍게 하면 600㎚ 부근에서 보이는 피크에 감소가 보였다. 스페이서층의 두께가 2.0㎚인 경우에는, 450 내지 500㎚에서 보이는 청색 및 녹색의 발광을 나타내는 피크가 거의 없어지고, 6.0㎚의 경우에는 600㎚ 부근에서 보이는 적색 발광을 나타내는 피크가 거의 없어진 것으로부터, 스페이서층의 두께가 2.0㎚ 및 6.0㎚의 경우에는 색재현성이 악화되는 것이 확인되었다. 이것에 대하여, 스페이서층의 두께를 3.0 내지 5.0㎚로 했을 경우, 450 내지 500㎚와 600㎚ 부근의 양쪽에서 피크가 보인 것으로부터, 스페이서층의 두께를 3.0 내지 5.0㎚로 함으로써 색재현성이 양호해지는 것을 확인했다. 특히 4.0㎚의 경우에는, 450 내지 500㎚ 부근과 60O㎚ 부근의 피크가 확실히 보여, 특히 우수한 백색 발광이 얻어진 것을 알았다.
또한, 발광 효율, 전력 효율, 색도, 평균 연색 평가수(Ra) 및 외부 양자 효율에 대해서도 비교했다. 발광 효율, 전력 효율, 색도, 평균 연색 평가수(Ra), 외부 양자 효율은, 하마마쯔 포토닉스사(Hamamatsu Photonics)제품, 절대 양자 효율 측정 장치에 의해 측정했다.
이것들의 결과를 표 1에 도시한다.
Figure 112011070002498-pat00001
표(1)로부터 알 수 있는 바와 같이, 스페이서층의 두께가 2.0㎚와 3.0㎚의 사이 및 5.0㎚와 6.0㎚의 사이에서는, 각각 발광 효율에 거의 차이가 없지만, 3.0 내지 5.0㎚의 사이에 있어서는 발광 효율이 크게 변화했다. 특히, 스페이서층의 두께가 4㎚의 경우에, Ra가 77이며, 우수한 백색 발광이 얻어진 것을 알 수 있다. 또한, 스페이서층의 두께가 4㎚의 경우의 외부 양자 효율은 11.4％이며, 이 값은, 인광 발광층과 형광 발광층의 양쪽에서 여기자가 생성된 경우의 외부 양자 효율의 상한인 12.5％에 가깝다.
<시험예 2>
실시예 l, 비교예 l 및 비교예 2에 따른 유기 EL 소자에 대해서, EL(electroluminescence) 스펙트럼을 각각 측정했다. 그 결과를 도 7에 도시한다. 인광 재료의 HOMO인 5.2eV에 가까운 5.4eV의 HOMO를 갖는 α-NPD를 스페이서층의 재료로서 사용했을 경우에는, 백색 발광이 얻어졌다(실시예 1). 그것에 대하여, HOMO가 각각 5.8eV 및 6.3eV인 mCP 및 CBP를 스페이서층의 재료로서 사용했을 경우에는, 녹색과 적색의 발광밖에 얻어지지 않았다(비교예 1 및 2). 이것은, 스페이서층의 재료로서 mCP 및 CBP를 사용했을 경우에는, 스페이서층의 HOMO가 지나치게 저준위가 되어 정공이 청색 발광층과 스페이서층의 계면까지 도달할 수 없는 것에 의한 것으로 생각된다.
<실시예 2>
스페이서층에 전자 수송성 재료를 사용하여, 유기 EL 소자를 이하와 같이 제작했다. 글래스 기판 상에, ITO(인듐 주석 산화물)로 이루어지는 두께 100㎚의 투명 전극을 진공 증착에 의해 형성하고, 양극으로 하였다. 정공 수송층 및 녹색 및 적색 발광층은 실시예 1과 모두 같은 재료를 사용해서 마찬가지로 제작했다.
계속해서, 적색 및 녹색 발광층 상에 스페이서층을 형성했다. 스페이서층의 재료로서는 전자 수송성 재료인 OXD-7을 사용했다. OXD-7은, HOMO가 6.4eV, LUMO가 2.9eV인 재료이다. 스페이서층은, 진공 증착 장치를 사용하여, 적색 및 녹색 발광층 상에 두께 5㎚ 증착했다.
계속해서, 스페이서층 상에 청색 발광층, 전자 수송층, 음극을 형성했다. 사용한 재료 및 작성 방법은 실시예 1과 같다.
<시험예 3>
실시예 2에 따른 유기 EL 소자의 EL 스펙트럼을 측정했다. 그 결과를 도 8 도시한다. 측정은, 멀티 채널 분광기 C10027(하마마츠 포토닉스사(Hamamatsu Photonics)제품)을 사용하여 행했다. EL 스펙트럼은 적녹청(RGB)의 3파장의 발광을 나타내고, 스페이서층에 전자 수송성 재료를 사용한 경우에도 백색 발광이 얻어졌다.
상기 실시 형태 또는 실시예에 따르면, 청색 발광층에는 형광 발광 재료를 사용하고, 적색 및 녹색 발광층에는 인광 발광 재료를 사용한 유기 전계 발광 소자에 있어서, 높은 발광 효율의 백색 발광을 얻을 수 있다.
본 발명의 몇몇의 실시 형태를 설명했지만, 이것들의 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되어서는 안된다. 이들 신규한 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.
10 : 유기 전계 발광 소자
11 : 기판
12 : 양극
13 : 정공 수송층
14 : 발광층
14a : 적색 및 녹색 발광층
14b : 스페이서층
14c : 청색 발광층
15 : 전자 수송층
16 : 전자 주입층
17 : 음극
20 : 표시 장치
21 : 화소
22 : 신호선 구동 회로
23 : 제어선 구동 회로
24 : 컨트롤러
25 : 발광 소자
26 : TFT
100 : 조명 장치
101 : 글래스 기판
102 : 밀봉 글래스
103 : 건조제
104 : UV 접착제
105 : 음극
106 : 유기 EL층
107 : 양극

Claims (8)

  1. 서로 이격되어 배치된 양극 및 음극과,
    상기 양극과 상기 음극의 사이에 서로 이격되어 배치된, 상기 양극측의 적색 및 녹색 발광층 및 상기 음극측의 청색 발광층과,
    상기 적색 및 녹색 발광층과 상기 청색 발광층의 사이에 배치되고, 상기 청색 발광층으로부터 상기 적색 및 녹색 발광층으로의 에너지 이동을 막기 위한 정공 수송성 재료로 이루어지는 스페이서층을 구비하는 유기 전계 발광 소자로서,
    상기 적색 및 녹색 발광층은, 정공 수송성을 갖는 호스트 재료, 적색 인광 발광 재료 및 녹색 인광 발광 재료를 포함하고, 상기 청색 발광층은, 전자 수송성을 갖는 호스트 재료 및 청색 형광 발광 재료를 포함하며,
    상기 적색 및 녹색 발광층의 재료 전체의 중량에 있어서, 상기 적색 인광 발광 재료 및 상기 녹색 인광 발광 재료가 합쳐서 20 내지 40중량％ 존재하고,
    상기 적색 인광 발광 재료 및 상기 녹색 인광 발광 재료의 HOMO와 상기 스페이서층에 있어서의 상기 정공 수송성 재료의 HOMO의 에너지 차가 ±0.3eV 이내이고,
    상기 스페이서층에 있어서의 상기 정공 수송성 재료의 HOMO-LUMO 사이의 에너지 갭은, 상기 청색 형광 발광 재료 HOMO-LUMO 사이의 에너지 갭보다 크고,
    상기 스페이서층의 두께가 3 내지 5㎚인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스페이서층에 있어서의 정공 수송성 재료의 HOMO-LUMO 사이의 에너지 갭은 2.7eV 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 청색 형광 발광 재료의 T1 에너지는 상기 스페이서층의 상기 정공 수송성 재료의 T1 에너지보다 낮은 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  4. 서로 이격되어 배치된 양극 및 음극과,
    상기 양극과 상기 음극의 사이에 서로 이격되어 배치된, 상기 양극측의 적색 및 녹색 발광층 및 상기 음극측의 청색 발광층과,
    상기 적색 및 녹색 발광층과 상기 청색 발광층의 사이에 배치되고, 상기 청색 발광층으로부터 상기 적색 및 녹색 발광층으로의 에너지 이동을 막기 위한 전자 수송성 재료로 이루어지는 스페이서층을 구비하는 유기 전계 발광 소자로서,
    상기 적색 및 녹색 발광층은, 정공 수송성을 갖는 호스트 재료, 적색 인광 발광 재료 및 녹색 인광 발광 재료를 포함하고, 상기 청색 발광층은, 전자 수송성을 갖는 호스트 재료 및 청색 형광 발광 재료를 포함하며,
    상기 청색 발광층의 재료 전체의 중량에 있어서, 상기 청색 형광 발광 재료가 20 내지 40중량％ 존재하고,
    상기 청색 발광층에 있어서의 상기 전자 수송성을 갖는 호스트 재료의 LUMO와 상기 스페이서층에 있어서의 상기 전자 수송성 재료의 LUMO의 에너지 차가 ±0.3eV 이내이고,
    상기 스페이서층에 있어서의 상기 전자 수송성 재료의 HOMO-LUMO 사이의 에너지 갭은, 상기 청색 형광 발광 재료의 HOMO-LUMO 사이의 에너지 갭보다 크고,
    상기 스페이서층의 두께가 3 내지 5㎚인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스페이서층에 있어서의 전자 수송성 재료의 HOMO-LUMO 사이의 에너지 갭은 2.7eV 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  6. 제4항에 있어서, 상기 청색 형광 발광 재료의 T1 에너지는 상기 스페이서층의 상기 전자 수송성 재료의 T1 에너지보다 낮은 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  7. 제1항 또는 제4항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  8. 제1항 또는 제4항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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