KR100430416B1 - 루미네슨스소자 - Google Patents

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Abstract

양호한 루미네슨스효율을 나타내는 루미네슨스소자는, 평면분자골격을 바람직하게 가지는 인광화합물과, 디스코틱상 또는 스메틱상을 지닌 액정화합물과의 혼합물로 이루어진 루미네슨스층을 한 쌍의 전극 사이에 배치함으로써 형성된다.

Description

루미네슨스소자{LUMINESCENCE DEVICE}
본 발명은 표시장치, 조명장치등에 사용하는 루미네슨스소자, 더욱 상세하게는 액정화합물의 자기정렬특성에 기인하는 높은 전기전도성을 이용하는 루미네슨스소자에 관한 것이다.
루미네슨스소자의 타입으로서 유기전자루미네슨스소자(이하에서, 때때로 "유기 EL 소자"라고 칭함)는 고속응답 및 높은 효율성의 루미네슨스소자로서 광범위한 연구 및 개발이 이루어지고있다.
도 1 및 도 2는 유기 EL 소자의 일예의 기본구조를 각각 도시하는 개략적인 단면도이다. 도 1 및 2를 참조하면, 상기 유기 EL 소자는 투명기판(1), 투명전극(2), 금속전극(3), 유기층(4), 루미네슨스층(5), 정공수송층(6) 및 전자수송층(7)을 포함한다. 상기 유기 EL소자의 기본구조는 예를들면 문헌 「마크로몰. Symp. 125, 페이지 1-48(1977)」에 개시되어 있다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 유기EL소자는, 투명기판(1)위에 배열되고, 투명전극(2)과 금속전극(3) 사이에 샌드위치된 복수의 유기층(4)으로 이루어진 적층체를 구비하는 구조를 가진다.
도 1의 구조에 있어서, 유기층(4)은 발광층(5)과 정공수송층(6)을 포함한다. 투명전극(2)은, 투명전극(2)으로부터 정공수송층(6)으로 양호하게 주입되는 정공주입특성을 확보하기 위하여, 일함수가 높은 ITO(인듐 주석 옥사이드)등의 재료를 포함한다. 금속전극(3)은 유기층(4)으로의 양호한 전자주입특성을 확보하기 위하여, 일함수가 낮은 알루미늄, 마그네슘 또는 이들의 합금등의 금속재를 포함한다. 전극(2)와 전극(3)은 50-200nm의 두께로 형성되어도 된다.
루미네슨스층(5)은, 예를 들면, 전자수송특성 및 루미네슨스특성을 나타내는 알루미늄 퀴놀린올 착체유도체(이것의 대표적인 예는 이하에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 "Alq"이다.)로 이루어진다. 정공수송층(6)은 트리페닐디아민 유도체(이것의 대표적인 예는 이하에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 "α-NPD"이다.) 등의 전자공여성을 나타내는 재료로 이루어진다.
도 1의 유기EL소자는 정류특성을 도시하고, 음극인 금속전극(3)과 양극인 투명전극(2) 사이에 전압이 인가되는 경우에, 전자는 금속전극(3)으로부터 루미네슨스층(5)으로 주입되고, 정공은 투명전극(2)으로부터 주입된다. 루미네슨스층(5)으로 주입된 정공 및 전자는 루미네슨스층(5)내에서 재결합되고 여기자를 형성하여, 발광한다. 이 경우에, 정공수송층(6)은 전자를 차단하는 층으로서 기능하여 루미네슨스층/정공반송층영역에서 높은 재결합효율성을 제공함으로써, 향상된 발광효율을 제공한다.
또한, 도 1의 구조에 있어서, 전자수송층(7)은 도 1의 구조에서 금속전극(3)과 루미네슨스층(5) 사이에 배열된다. 이 구조에 의하면, 루미네슨스기능은 전자수송 및 정공수송 양자의 기능으로부터 분리되어, 더욱 더 효과적인 캐리어 차단을 나타내는 구조를 제공함으로써, 더욱 효율적인 루미네슨스를 실현할 수 있다. 정공수송층(7)은, 예를 들면, 옥사디아졸 유도체로 이루어진다.
유기층(4)은 2개 또는 3개의 유기층으로 이루어지고, 2 또는 3층을 합산하여 50-500nm의 두께를 가진다.
상기 설명한 유기EL소자에 있어서, 루미네슨스의 성능은 전극으로부터 전자 및/또는 정공을 주입함으로써 임계적으로 결정된다. 상술한 Alq 및 αNPD등의 비정질 물질은, 전극유기층경계 때문에 충분한 캐리어 주입 성능이 제공되지 않는 것으로 고려되고 있다.
또한, 유기EL소자의 최근개발과정중에, 일중항(一重項) 여기자로부터의 형광을 이용하는 대신 삼중항(三重項) 여기자로부터 인광을 이용하는 소자가 검토되고 있다. 이것은 이하의 문헌에서 논의되었다.
(1) "전자인광디바이스에서 개선된 에너지 전달."(D.F. O'Brien씨 등, 응용 물리학 Vol. 74, No. 3, p.422(1999)); 및
(2) "전자인광에 의거하여 매우 높은 효율성의 녹색 유기 광방출소자"(M.A.Baldo씨 등, 응용물리학 Vol.75, No. 1, p. 4(1999)).
상기 문헌에서, 도 3에 도시된 바와 같은 4층 유기층(4)을 구비한 구조가 주로 이용된다. 더욱 상세하게는, 유기층(4)은, 양극측으로부터 정공수송층(6), 루미네슨스층(5), 여기자확산방지층(9) 및 전자수송층을, 순차적으로 포함한다. 상기 설명한 Alq 및 α-NPD이외에 유기층(4)을 구성하는 재료로서, 하기 구조식에 의해 각각 표시되는, CBP(4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐) 및 BPC(2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-펜안트롤린)등의 캐리어이송재료, PtOEP(백금-옥타에틸프로피린 착체) 및Ir(ppy)3(이리듐-페닐피리미딘 착체)등의 인광발광성화합물이 열거되어 있다.
상기 설명한 문헌은, 높은 효율성을 나타내는 구조로서, α-NPD로 이루어진정공수송층(6), Alq3로 이루어진 전자-반송층(7), BCP로 이루어진 여기자확산방지층(9), 및 CBP를 호스트재료로서 이루어지고 또한 인광발광성화합물로서 6몰% PtOEP 또는 6wt.% Ir(ppy)3을 포함하는 루미네슨스층(5)등을 포함하는 구조가 보고되었다.
인광발광성화합물은 원리적으로 고 발광효율을 나타내는 것이 예상되기 때문에 특히 주목되고 있다. 더욱 상세하게는, 캐리어 재결합에 의해 형성된 여기자는, 일중항 여기자와 삼중항 여기자가 1:3의확률로 이루어진다. 종래 유기 EL소자는 시판되는 루미네슨스로서 일중항의 여기자로부터 기저상태로 전이할 때에 방출되는 형광을 이용하고 있지만, 발광수율은 원리적으로 생성된 여기자수에 대해 기껏해야 25%정도로 제한된다. 한편, 삼중항으로부터 발생된 여기자의 형광을 이용하면, 적어도 3배의 수율이 예상되고, 일중항과 삼중항 사이에서 교차하는 상호시스템에 기인하는 전이를 고려하면 원리적으로 100%의 수율 즉 4배의 수율까지도 예상할 수 있다.
삼중항상태로부터의 루미네슨스를 이용하는 소자는, 일본국 특개평 11-329739호(발명의 명칭 "유기EL소자 및 그것을 제조하는 방법"), 일본국 특개평 11-256148호(발명의 명칭 "발광재료 및 이것을 사용한 유기EL소자"), 일본국 특개평 8-319482호(발명의 명칭 "유기전자루미네슨스소자", 미국 특허 제5,698,858호 공보 및 동 제5,756,224호 공보에 대응)에 또한 제안되어있다.
루미네슨스층의 경우에, 캐리어수송 기능을 가지는 호스트재료 및 인광발광성의 게스트재료를 포함하는 경우에는, 삼중항 여기자에 기인하는 인광발광의 과정은 이하와 같은 단위과정을 포함한다:
(1) 루미네슨스층내에서 전자 및 정공의 수송,
(2) 호스트의 여기자 생성,
(3) 호스트분자 사이에서 여기에너지 전달,
(4) 여기에너지를 호스트로 부터 게스트로 여기에너지의 이동,
(5) 게스트의 삼중항 여기자의 형성,
(6) 인광발광
각각의 단위 과정에서 에너지의 전이는 다양한 에너지 전이와 실활프로세스(deactivation process)사이의 경쟁에 의해 발생한다. 예를 들면, 호스트의 여기자가 형성된 경우에도, 다른 호스트로 에너지가 전달되기 전에 무복사의 에너지의 실활에 의해 에너지를 잃을 수 있다. 또한, 에너지가 호스트로부터 게스트로 이동하는 동안에도 호스트-게스트간의 여기자회합체(엑시플렉스)가 형성되면, 실활처리를 제공함으로써, 몇몇 경우에는, 루미네슨스가 생기지 않는다. 따라서, 인광재료 주위의 환경조건을 결정하는 호스트재료의 선정은 증가된 루미네슨스 효율성을 얻기 위한 중요한 관건이 된다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 상기 설명된 사정을 감안하여 보다 높은 루미네슨스 효율성을 나타내는 루미네슨스소자를 제공하는 데 있다.
도 1 내지 4는 유기 EL 소자의 기본적인 구성을 각각 도시하는 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
1: 투명기판 2: 투명전극
3: 금속전극 4: 유기층
5: 발광층 6:정공 반송층
7:전자반송층 9: 여기자확산방지층
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 한쌍의 전극과, 이들 전극사이에 협지되고, 액정화합물과 인광발광성화합물의 혼합물로 이루어진 적어도 하나의 유기화합물층을 포함하여 이루어지고, 루미네슨스소자가 상기 인광발광성화합물로부터 얻어진 광을 방출하고, 상기 액정화합물은 다른 인광발광성 화합물인 것을 특징으로 하는 루미네슨스소자를 제공한다.
본 발명의 기타 목적, 특징 및 이점은, 첨부된 도면과 함께 설명한 본 발명의 바람직한 실시예의 다음 설명을 고려하면 더욱 자명하게 될 것이다.
[바람직한 실시예의 상세한 설명]
본 발명의 루미네슨스 소자는, 호스트재료 및 인광발광성의 게스트재료로 이루어진 루미네슨스층에 의해 특히 특징지워지고, 상기 호스트재료는 액정화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 이용되는 액정화합물은 전자 캐리어 수송기능을 가지는 재료이고, 최근에는, 높은 캐리어주입능력 및 높은 캐리어 수송능력을 나타내는 전하수송층 또는 루미네슨스층을 제공하는 것이 기대되고 있다. 이 명세서에서, 전자성 캐리어 수송기능은 정공 및 전자등의 전자캐리어 이동능력을 의미한다. 높은 캐리어 수송기능을 가지는 이러한 액정화합물으로서, 높은 질서도를 나타내는 디스코틱상 또는 스메틱상을 지니는 액정화합물을 이용할 수 있다.
디스코틱상액정을 지니는 이러한 액정의 예는, 예를들면, 디스코틱액정은 이하에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 트리페닐렌계 액정화합물을 포함한다(예를 들면, Advanced Materials, 1996.8,No.10참조).
액정화합물 1 내지 5
액정화합물 1 R = -SC6H13
액정화합물 2 R = -OC4H9
액정화합물 3 R = -0C5H11
액정화합물 4 R = -OC6H13
액정화합물 5 R = -OC4H8C2F5
액정화합물 6
액정화합물7
티오-에테르기 -SC6H13와 알콕시기 -OC4H9, -OC5H11및 -OC6H13의 측쇄 또는 치환제 R를 가지는 상기 표시된 액정 화합물 1-4가, 높은 캐리어 이동도(대략 10-1- 10-3㎝/vs의 오더)로 정공수송성능을 나타내는 것으로 알려졌다. 이들의 화합물은, 디스크형상의 액정분자는 정렬되어 컬럼현상을 형성하여, π전자가 풍부한 그들의 트리페닐렌 골격이 서로 중첩됨으로써, 트리페닐렌기를 통하여 양호한 정공 수송 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 디스코틱 컬럼상을 나타낸다. 상기 도시된 액정화합물(5)은, 본 발명자의 연구그룹에 의해 개발되었고, 폴리플루오르화된 측쇄 때문에, 당해 플루오르화되지 않은 화합물보다 저온 및 저 이온화전위로 전이된 디스코틱액정상의 범위를 나타낸다. 액정화합물(7)은 디벤조피렌골격을 가지고 디스코틱컬럼상을 또한 나타낸다.
다른 디스코틱액정은, 프탈로시아닌 유도체, 나프탈오시아닌 유도체, 트루크센 유도체, 헥사아벤조코론넨 유도체 및 벤조퀴논 유도체의 골격을 가지는 것을 포함한다.
대표적인 스메틱액정재료는 응용물리학에 개시된 바와 같은 이하 구조식에 의해 표시되는 것을 포함하여도 된다. ("Osyou Butsuri", Vol. 68, No. 1, p.26-(1999)).
액정화합물 8
액정화합물 9
액정화합물 10
액정화합물 11
페닐벤조티아졸 유도체로서 상기와 같이 분류되고 스메틱A상을 나타내는 액정화합물(8)은 정공수송 특성을 가진다. 페닐나프탈렌 유도체로서 분류된 액정화합물(9)은 스메틱A상 및 스메틱E상을 나타내고, 스메틱A상 보다 높은 질서도의 스메틱E상에서 높은 이동도를 나타내며, 또한 바이폴라 캐리어(예를들면, 정공 및 전자)수송특성을 나타낸다. 상기 도시된 모든 액정화합물은 10-3cm/V.s 이상의 높은 이동도를 나타낸다.
바(bar) 형상의 골격을 가지고 스메틱액정상을 나타내는 다른 액정화합물이 또한 이용되어도 된다.
본 발명의 루미네슨스소자는, 액정화합물 및 인광발광성화합물로 이루어진 루미네슨스층이 액정상을 나타내는 온도범위에서 사용되는 것이 바람직하다.
루미네슨스층을 구성하는 게스트재료로서 이용되는 인광화합물의 구체적인 예로서, 상기 설명한 바와 같이 PtOEP 또는 Ir(ppy)3를 바람직하게 사용할 수 있고, PtOEP와 같은 평면분자골격을 가지는 화합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 인광화합물이, 액정화합물과의 혼합물에 이용되어 루미네슨스층을 형성하는 경우에, 높은 발광효율을 가진 루미네슨스소자를 제공할 수 있다. 루미네슨스소자의 유기층구성은 도 1 내지 도 4에 도시된 구성 중 어느 구성도 바람직하다.
지금부터, 이용되는 액정화합물의 작용을 상세하게 설명한다.
유기EL소자에 일반적으로 이용되는 비정질물질은 캐리어주입을 비율제어단계로서 전류를 통과시킨다. 반대로, 액정화합물을 포함하는 캐리어주입층은 전극과 접촉하여 형성되면, 캐리어 주입제어 상태를 완화시키고, 대용량의 제어전류가 흘러서 대용량의 특성을 나타낸다. 이것은, 캐리어주입을 담당하는 π-전자 공액 구조가 전극표면과 평행하게 배열될 수 없도록 일반적으로 입체구조를 가지는 비정질재료에 비해, 액정화합물이 평면구조에 가까운 π-전자 공액 평면을 가지고 π-전자 공액 평면이 전극표면에 평행하게 정렬되어, 전극과의 상호작용이 향상되고,캐리어주입을 촉진하기 때문인 것으로 추측된다.
따라서, 액정화합물이 캐리어수송층에 이용되는 경우에, 벌크의 성능을 직접 반영하는 캐리어 수송능력을 이용하는 것이 가능하게 되어, 공지의 비정질물질의 캐리어주입 성능을 초과하는 캐리어 주입성능을 나타낸다.
도 4는, 예를들면 본 발명자의 연구그룹에 의해 제안된 캐리어주입성능을 개선하기 위한 액정화합물을 이용한 EL소자구조의 예를 도시한다. 예를 들면, 트리페닐렌계 액정화합물을 함유하는 정공주입층(8)이 삽입되면, 투명전극(2)으로부터 유기층(4)까지의 정공주입성능이 개선됨으로써, 동일한 인가전압에서 이러한 정공주입층(8)의 부재시보다 증가된 전류밀도 및 루미네슨스를 제공한다.
따라서, 캐리어수송기능을 가지는 액정화합물을 요약하면 다음과 같다. 즉,
[1] 벌크의 자기배열에 기인한 높은 캐리어 이동도, 및
[2] 전자경계에 평행한 π-전자 공액 평면의 배열에 기인한 높은 캐리어 주입특성등을 나타내고, 이들은 종래의 비정질물질에 의해 표시될 수 없다.
본 발명은 루미네슨스층의 호스트재료로서 이러한 액정화합물 사용에 의해 특징지워진다. 액정화합물이 호스트재료로서 이용되는 경우에, 상기 설명된 인광의 단위과정 (1)-(6)의 에너지전달에 관한 연구는 없다. 본 발명자의 연구로서, 액정배열상태를 나타내는 재료를 비정질상태를 나타내는 재료 대신에 사용하면, 향상된 루미네슨스의 효율을 실현하는 것이 가능하다는 것을 발견함으로써 본 발명을 완성한 것이다. 본 발명의 액정화합물의 사용에 의하여 얻을 수 있는 높은 발광효율은 이하의 메커니즘에 기인할 수 있다.
상기 전체 인광발광중에서 호스트분자 사이에 여기에너지전달의 상기 단위과정(3)을 고려한다. 인광발광성에 강하게 기여하는 삼중항 여기자의 분자상호간 에너지전달에 유의하는 것이 중요하다. 일중항 여기자와 비교하면, 에너지가 분자 간의 마이그레이션에 의해 전달되는 동안에, 삼중항의 여기자는 매우 긴 수명을 가진다(1μsec 이상). 완전하게 랜덤한 분자배열을 포함하는 비정질재료보다 전극과 평행하게 π전자공액평면을 가지는 액정화합물에서의 효과적인 분자량 상호작용에 기인하여, 마이그레이션에 의한 에너지전달이 더욱 효과적으로 초래된다.
한편, 분자 사이의 상호작용이 지나치게 강한 경우에, 여기된 분자 및 기저상태의 분자는 결합된 분자(엑시머)를 형성할 수 있고 이에 의해 비활성을 초래한다. 강한 분자 상호작용이 액정화합물의 골격(예를 들면, 트리페닐렌 골격)과 같은 평면분자 사이에 존재하는 경우, 엑시머의 형성을 통한 비활성화는 어느 정도 문제가 되지만 심각하지는 않다. 이것은, 액정화합물에 메소모피즘을 형성하는 긴 알킬이나 알콕시의 측쇄의 지나친 이동에 의해 이러한 엑시머의 형성을 방해하는 것이 일부의 원인으로 고려된다.
본 발명자들의 연구결과로서, 에너지전파는 상호간의 분자가 중첩되는 적분에 기인하는 분자 상호작용에 의존한다는 것이 또한 명확하게 되었다. 이것은, 액정화합물의 이동도가, 분자간 중첩 적분에 의존하기 때문에, 동일한 골격을 가지는 액정화합물을 이용하는 경우에 이동도가 중첩적분의 크기를 반영하는 것으로 고려된다.
예를 들면, 상기 설명한 트리페닐렌계 액정화합물은, 보다 더 가까운 평면거리 및 보다 더 작은 분포에 의해, π전자중첩 적분이 증대하여 이동도가 높게 되는 것을 표시하는. 이하의 특성을 나타내었다.
화합물 L.C.상＊1 이동도＊2(㎠/Vs) 코아면간거리＊3(㎚) 발광수율비루미네슨스수율
액정화합물2 Dhc상 1×10-2 0.359 1
액정화합물3 Dhc 및 Dhd상의 중간 3×10-3 0.364 0.92
액정화합물4 Dhd상 7×10-4 0.368 0.82
*1 : Dhc상 = 디스코틱헥사고날 디스오더상
Dhc상 = 디스코틱헥사고날 오더상
*2 : 15㎛의 액정층두께에서 경과시간 방법에 의해 측정함
*3 : X선굴절방법에 의해 측정함
*4: 발광수율비데이터는, 상이한 액정화합물을 이용하고 이하에 설명하는 실시예 3의 구조에 의거하여 측정된 단위 전류 밀도당 루미네슨스 강도(파장에 대한 집적도)의 값에 의거한다. 표 1의 데이터는 보다 더 높은 이동도에 의해 보다 더 높은 발광수율이 초래된 것을 도시한다.
상기 데이터로부터, 액정화합물이 호스트분자 사이의 에너지전달의 양호한 특성을 표시한다.
또한 호스트와 게스트 사이의 여기에너지이동의 인광발광의 단위과정(4)에 관하여, 액정화합물은 호스트재료로서 유리하게 사용된다. 상이한 분자 사이의 여기에너지이동은 포에르스터 전이(Foerster transfer)로서 알려진 분자간 바이폴라 쌍극자 상호작용에 기인한 일중항 여기이동을 포함하고, 비교적 먼 분자 사이에 발생할 수 있는 전이과정이다. 한편, 삼중항 여기자의 에너지이동은, 포에르스터 전이가 스핀-금지된 전이에 의거하고 덱스테르 과정(Dexter process)에 의해 초래된다. 덱스테르과정은 인접한 분자 사이의 전자교환에 의하여 발생하고, 중첩된 분자에 강하게 의존한다. 임의의 게스트분자에 대해서는, 액정화합물과 같은, π전자평면구조의 골격을 가지는 화합물은, 호스트분자로서 비정질분자에 비교하여 바람직한 분자의 중첩을 형성한다. 또한, 게스트루미네슨스중심재료가 상기 설명한 PtOEP와 같은 평면 분자골격을 가지는 경우에, 호스트분자는 액정화합물과 같은 이러한 호스트분자와 π전자가 크게 중첩되고, 이에 의해 효과적인 에너지이동이 일어난다.
또한, 이런 경우에는, 여기자와 기저상태 분자의 엑시플렉스(exciplex)의 형성이 우려되지만 이러한 2분자의 엑시플렉스의 형성은 측쇄의 영향 및 액정화합물의 유동성 때문에 억제된다. 이것은 효과적인 에너지이동에 의해 확인되었다.
또한, 호스트의 영향하에서 게스트루미네슨스중심의 에너지레벨변화의 효과는 무시할 수 없다. 예를 들면, 게스트루미네슨스중심분자로서 Ir(ppy)3를 사용하는 경우에는,3MLCT*(여기된 상태의 리간드 전하에 대한 삼중항금속)는 고효율의 루미네슨스에 대해 가장 낮은 삼중항 여기상태로서 바람직하지만, 어떤 경우에는3π-π*가 발생할 수 있다.3MLCT*의 에너지레벨은 호스트의 점도에 따라서 변화하고 저점성에서 낮아진다. 따라서, 가장 낮은 여기상태로서3MLCT*를 안정화하기 위해서는 비정질재료보다 낮은 점도 및 유동성을 나타내는 액정화합물을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 호스트분자의 여기자는 게스트보다도 긴 여기자 수명을 가지는 것이 요구되고 안정한 삼중항상태를 가지는 것이 요망된다. 예를 들면, 상기 설명한 트리페닐렌계 액정화합물의 골격을 형성하는 트리페닐렌은 인광을 표시하는 대표적인 화합물이고 비교적 긴 삼중항상태의 수명을 가진다. 이러한 방법으로, 인광발광성을 표시하는 액정화합물을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 설명한 바와 같이, 액정화합물은 에너지전달 및 이동에 대한 분자간 상호작용을 제공하는 재료이고, 에너지전달에 역효과를 주는 여기 2분자 회합체(excited dimer associate)를 형성할 가능성은 없고, 효과적인 삼중항상태에너지 전달과 이동에 적합하여 인광발광성을 촉진시킨다.
발광효율이 높기 때문에 본 발명의 루미네슨스소자는 보다 높은 휘도의 발광을 실현하고 낮은 전압에서 동일한 휘도를 제공한다.
[실시예]
실시예 1
70nm두께의 ITO막이 유기기판위에서 스퍼터링에 의하여 형성되어 투명전극을 형성하였다. 한편, 100nm두께의 알루미늄(Al)막이 다른 유리기판위에서 형성되고 패턴화되어 금속전극을 형성하였다. 이러한 유기기판은 서로 대면하는 그들의 전극에 배치되고 1㎛직경의 실리카 비즈(beads)가 그들 사이에 분산된 상태에서 서로 접착하여 공백셀을 형성한다.
별도로, 트리페닐렌계 액정화합물로서 상기 기재된 액정화합물(4)을 클로로포름에서 인광발광성화합물로서 상기 기재된 PtOEP의 5mol.%로 혼합한 다음에, 클로로포름의 증발에 의해 제거하여 액정혼합물을 제조하였다. 액정혼합물을 1.3 x 10-2Pa의 진공하에서 110℃의 등방상온도에서 상기 제조된 셀로 주입하여, 루미네슨스소자를 제조하였다.
현미경의 관찰 결과로서, 상기 액정조성물은 승온 과정에서 대략 70℃ 내지 대략 98℃ 온도범위에서 Dhd상(discotic hexagonal ordered phase)을 표시하였다. 루미네슨스소자는 액정상 온도이하의 30℃와 액정상온도의 70℃에서 각각 투명전극(양극)과 금속전극(음극)사이에 120볼트의 전압을 인가하고, 이에 의해 상기 PtOEP에 기인하는 적색 루미네슨스를 각각의 온도에서 확인하였다. 30℃내지 70℃사이의 온도변화에 응답하여, 전류는 5배 증가하였다. 발광수율=휘도/인가전류치로 정의하면, 발광수율비는 30℃:70℃=1:4이고, 따라서 액정화합물의 이용에 의한 효과적인 에너지전달을 나타내었다.
실시예 2
액정화합물4의 대신에 상기에 기재된 액정화합물(9)을 사용하고 또한 PtOEP 대신에 상기에 기재된 Ir(ppy)3를 사용하는 것을 제외하고는, 실시예1과 마찬가지 방법으로 제조하였다. 액정화합물은 승온과정에서 66℃에서 SmE상, 122℃에서 SmA상 및 132℃에서 등방상으로 각각 변화하였다. 루미네슨스소자는 30℃와 70℃(SmA상)에서 각각 100V 이상의 전압을 인가하고, 이에 의해,Ir(ppy)3에 기인하는 녹색 루미네슨스를 각각의 온도에서 확인하였다. 발광수율비는 30℃:70℃=1:2.6이고, 따라서 액정화합물의 이용에 의한 효과적인 에너지전달을 나타내었다.
실시예 3
도 3에 도시된 바와 같은 박편구조를 가지는 루미네슨스소자를 제조하였다.
더욱 상세하게는, 70nm두께의 ITO막이 유기기판(1)위에서 스퍼터링함으로써 형성되어 투명전극(2)를 형성하고, 평균 1.3 x 10 Pa의 진공에서 4개의 유기층, 예를 들면, α-NPD의 30nm두께의 정공 수송층(6), 액정화합물(4)과 Ir(ppy)3가 95:5의 체적비율의 혼합물로 이루어진 액정조성물의 30nm두께의 루미네슨스층(5), BPC(2,9-디메틸-4,7'-디페닐-1,10-페난트로린)의 30nm두께의 여자기 확산방지층(9) 및 Alq의 30nm두께의 전자반송층(7)등을 또한, 연속적으로 진공퇴적 하였다. 유기층(6),(5),(9) 및(7)의 기상퇴적은 몰리브덴으로 만든 보우트위에서 대략 100mg의 양으로 각각의 유기물을 배치하고 저항가열에 의해 행함으로써 소망의 기상퇴적속도를 제공하였다. 루미네슨스층(5)을 형성하기 위하여, 액정화합물(4)과 Ir(ppy)3을, 각각 석영 진동소자를 이용한 막두께미터에 의한 예비 막성장 속도측정의 결과에 의거하여, 각각 0.15nm/sec 및 0.075nm/sec의 막 성장률로 진공증착하였다.
상기 유기층위에, 1.8mol.%의 Li을 함유하는 Al합금을 10nm두께로 증착한 다음에, Al금속을 150nm로 증착하여 음극(3)을 형성하였다. 일함수가 작기 때문에 음극경계에서 Li금속을 함유하여 전자주입을 향상시킨다.
이와 같이 제조된 루미네슨스소자를 70℃(상기 액정조성물의 액정상온도)까지 가열하고 전극 사이에 전압을 인가하였다. 그 결과, ITO전극(2)을 양극으로하여 전극 사이에 전압을 인가한 경우, 양호한 전도율을 나타내는 양호한 정류특성이 확인되었고, Ir(ppy)3에 기인한 녹색루미네슨스가 5볼트이상의 전압에서 확인되었다.
비교예 1
실시예3의 액정조성물에서 사용된 액정화합물(4)의 대신에 액정상을 지니지 않는 헥사메톡시트리페닐렌을 함유하는 조성물을 사용하는 것을 제외하고는 실시예3과 동일한 방법으로 제조되었다. 전압인가의 결과로서, 비교예1에서 제조된 소자는, 실시예3과 비교해서 1/3의 발광수율로 표시됨으로써, 비교예1에서 이용된 헥사메톡시트리페닐렌 대신에 실시예3의 호스트혼합물로서 액정화합물(4)를 사용하여 얻은 루미네슨스효율성이 개선된 것을 표시하였다.
실시예 4
PtOEP대신에 Ir(ppy)3을 사용하는 것을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 루미네슨스소자를 제조하였다. 제조된 루미네슨스소자는, 실시예1의 소자에 대하여 동일한 온도(70℃) 및 1/0.8의 전압(120볼트)에서 발광수율(휘도/전류)비를 표시함으로써, 상기 실시예4에서 높은 발광수율을 나타내었다. 그러나, 총루미네슨스강도(스펙트럼파장에 대한 루미네슨스 강도의 적분)에 대해서는, 실시예1의 소자는 실시예4의 소자 보다 4배 큰 것을 나타내었다. 이 차이는, 상기 설명한 루미네슨스 수율값이 인간의 시각감도에 좌우하는 "휘도"에 의거하기 때문이고 이것은, 510nm(Ir(ppy)3의 루미네슨스파장)에서 5배 크고, 650nm(PtOEP의 루미네슨스파장)에서 5배 크므로, 상기 결과는 오히려, 실시예 1의 소자가 광에너지에 높은 전환효율을 나타내는 것을 의미하고, 따라서 호스트 화합물로서 평면분자골격을 가지는 PtOEP에 의해 발생하는 양호한 에너지 전이를 나타내었다.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명은 보다 높은 발광효율을 나타내는 루미네슨스소자를 제공하고, 에너지절약 또는 보다 높은 휘도를 요구하는 제품에 적용할 수 있다. 더 구체적으로는, 본 발명의 루미네슨스소자는 표시장치, 조명장치, 프린터광원 또는 액정표시장치용 백라이트에 적용할 수 있다. 또, 표시장치로 한 경우에는, 무게가 가볍고 낮은 에너지소비로 높은 시인성표시를 제공할 수 있는 플랫패널표시장치를 가능하게 한다. 프린터광원으로써, 본 발명의 루미네슨스소자는 레이저빔프린터의 레이저광원대신에 사용할 수 있고, 독립적으로 어드레스할 수 있는 매트릭스배열로 배치되어 화상형성을 위한 감광 드럼위에 바람직한 노광을 행할 수 있다. 본 발명의 루미네슨스소자는 현저하게 감소된 장치의 체적 및 최소한의 에너지소비로 상기한 조명장치 또는 백라이트를 제공하는데 효과적으로 사용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 한쌍의 전극과, 이들 전극사이에 협지되고, 액정화합물과 인광발광성화합물의 혼합물로 이루어진 적어도 하나의 유기화합물층을 포함하여 이루어지고, 루미네슨스소자가 상기 인광발광성화합물로부터 얻어진 광을 방출하고, 상기 액정화합물은 다른 인광발광성화합물인 것을 특징으로 하는 루미네슨스소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 액정화합물은 스메틱상을 지닌 화합물인 것을 특징으로 하는 루미네슨스소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 액정화합물은 디스코틱상을 지닌 화합물인 것을 특징으로 하는 루미네슨스소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 인광발광성화합물은 평면분자골격을 가지는 것을 특징으로 하는 루미네슨스소자.
  5. 삭제
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