KR101187399B1 - 발광소자 및 발광장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은, 여기 삼중항 상태를 발광으로 변환할 수 있는 유기금속 착체, 장시간 구동을 가능하게 하고 발광 효율이 높고 소자 수명이 양호한 발광소자, 및 그 발광소자를 사용한 발광장치를 얻는데 있다. 본 발명은, 한 쌍의 전극(양극 및 음극)과, 이 한 쌍의 전극 사이에, 하기 일반식 (5)로 나타내어지는 유기금속 착체와, 이 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물 또는 이 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는 발광층을 가지는 발광소자 및 그 발광소자를 사용한 발광장치.
발광소자, 발광장치, 유기금속 착체, 에너지 갭, 이온화 포텐셜, 전자 친화력
Description
본 발명은 여기 삼중항 상태를 발광으로 변환할 수 있는 유기(有機)금속 착체, 그 유기금속 착체를 사용한 발광소자, 및 그 발광소자를 사용한 발광장치에 관한 것이다.
유기 화합물을 사용한 발광소자는 전계를 가함으로써 유기 화합물을 포함하는 층 또는 유기 화합물막이 발광하는 소자이다. 그 발광 기구는, 전극 사이에 유기 화합물막을 끼우고 그 전극에 전압을 인가한 때 음극으로부터 주입된 전자와 양극으로부터 주입된 정공이 유기 화합물막 중에서 재결합하여 분자 여기자를 형성하고, 그 분자 여기자가 기저 상태로 복귀할 때 에너지를 방출하여 발광하는 것으로 알려져 있다.
그러한 발광소자에서, 통상, 유기 화합물막은 대략 1 ㎛ 이하의 박막으로 형성된다. 또한, 이와 같은 발광소자는 유기 화합물 자체가 광을 방출하는 자기발광형 소자이기 때문에, 종래의 액정표시장치에 사용되는 것과 같은 백라이트가 필요없다. 따라서, 이와 같은 발광소자는 극히 박형 및 경량으로 제조될 수 있다는 것이 큰 이점이다. 또한, 예를 들어, 100～200 nm 정도의 유기 화합물막에서, 캐리어를 주입하고 나서 재결합에 이르기까지의 시간은 유기 화합물막의 캐리어 이동도 를 생각하면 수십 나노초 정도이고, 캐리어의 재결합으로부터 발광까지의 과정을 포함하여도 마이크로초 이내의 정도에서 발광에 이른다. 따라서, 응답 속도가 매우 빠르다는 것도 특징 중의 하나이다. 또한, 이와 같은 발광소자는 캐리어 주입형 발광소자이기 때문에, 직류 전압에 의한 구동이 가능하고, 노이즈가 발생하기 어렵다. 구동 전압에 관해서는, 먼저, 유기 화합물막의 두께를 100 nm 정도의 균일한 초박막으로 하고, 또한 유기 화합물막에 대한 캐리어 주입 장벽을 작게 하는 전극 재료를 선택하고, 또한 헤테르 구조(여기서는 2층 구조)를 도입함으로써, 5.5 V에서 100 cd/㎡의 충분한 휘도를 달성할 수 있다(예를 들어, 비특허 문헌 1 : C. W. Tang 외 1명, Applied Physics Letters, vol. 51, No.12, pp.913-915(1987)).
유기 화합물을 사용한 발광소자는, 그와 같은 박형, 경량, 고속 응답성, 직류 저전압 구동 등의 소자 특성에 더하여, 그의 발광색의 변화(variation)가 풍부한 것도 큰 이점 중의 하나라고 할 수 있고, 그 요인은 유기 화합물 자체의 다양성이다. 즉, 분자 설계(예를 들어, 치환기의 도입) 등에 의해 다양한 발광색의 재료를 개발할 수 있다는 유연성이 색채에 풍부함을 준다. 이 색채의 풍부함을 살린 발광소자의 가장 큰 응용 분야는 풀 컬러 플랫 패널 디스플레이라고 할 수 있다. 왜냐하면, 적색, 녹색, 청색이라는 광의 삼원색을 발광할 수 있는 유기 화합물은 다수 존재하므로, 그들을 패터닝함으로써 용이하게 풀 컬러화를 달성할 수 있기 때문이다.
상기한 바와 같은 박형, 경량, 고속 응답성, 직류 저전압 구동과 같은 소자 특성도 플랫 패널 디스플레이에 어울리는 특성이라 할 수 있다. 그러나, 근년, 발 광 효율을 더욱 높이는 시도로서, 형광 재료가 아니라 인광 재료를 사용하는 일이 있다. 유기 화합물을 사용한 발광소자의 경우, 분자 여기자가 기저 상태로 복귀할 때 발광하는데, 그 발광에는 여기 일중항 상태(S`)로부터의 발광(형광)과 여기 삼중항 상태(T*)로부터의 발광(인광)이 가능하고, 형광 재료를 사용한 경우에는 S*로부터의 발광(형광)만이 기여한다.
그러나, 일반적으로 S*와 T* 사이의 통계적 생성 비율은 S*:T* = 1:3이라고 생각된다(예를 들어, 비특허 문헌 2 : 츠츠이 테츠오, "응용 물리학회 유기 분자?바이오 일렉트로닉스 분과회?제3회 강습회 텍스트", P.31(1993)). 따라서, 형광재료를 사용한 발광소자의 경우, 내부 양자 효율(주입된 캐리어에 대하여 발생하는 포톤(photon)의 비율)의 이론적 한계는 S*:T* = 1:3인 것을 근거로 25%로 되어 있다. 바꿔 말하면, 형광재료를 사용한 발광소자의 경우, 주입된 캐리어 중 적어도 75%는 쓸데없이 낭비되고 있는 것이다.
역으로 말하면, T*로부터의 발광, 즉, 인광을 이용할 수 있다면 발광 효율은 향상된다(단순하게는 3～4배)고 생각되지만, 일반적으로 사용되는 유기 화합물의 경우에는, 실온에서 T*로부터의 발광(인광)은 관측되지 않고, 통상은, S*로부터의 발광(형광)만이 관측된다. 이것은, 유기 화합물의 기저 상태는 통상 일중항 기저 상태(S0)이므로, T*→S0 천이는 금제(禁制) 천이가 되고, S*→S0 천이는 허용 천이가 되기 때문이다. 그러나, 근년, T*로부터 기저 상태로 복귀할 때 방출되는 에너지(이하, "삼중항 여기 에너지"라고 칭함)를 발광으로 변환할 수 있는 발광소자가 계속해서 발표되고 있다(예를 들어, 비특허 문헌 3 : 츠츠이 테츠오 외 8명, Japanese Journal of Applied Physics, vol. 38, L1502-L1504(1999)).
상기 문헌 3에서는, 발광 물질로서 이리듐을 중심 금속으로 하는 금속 착체(이하, "이리듐 착체"라 표기)를 사용하고 있고, 제3 천이 계열 원소를 중심 금속으로서 도입하고 있는 것이 특징이라고 할 수 있다. 이 금속 착체는 실온에서 여기 3중항 상태를 발광으로 변환할 수 있는 재료(이하, "삼중항 발광 재료"라 표기)이다. 상기 문헌 3에서 나타내는 바와 같이, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 유기 화합물을 사용한 발광소자는 종래보다 높은 내부 양자 효율을 달성할 수 있다. 그리고, 내부 양자 효율이 높아지면, 발광 효율(1 m/W)도 향상된다.
그러나, 상기 문헌 3의 보고에 따르면, 초기 휘도를 500 cd/㎡로 설정한 정전류 구동 시의 휘도의 반감기는 170 시간 정도이고, 그래서, 삼중항 발광 재료를 사용한 발광소자는 소자 수명에 문제가 있다. 한편, 일중항 발광 재료를 사용한 발광소자의 경우, 초기 휘도를 500 cd/㎡으로 설정한 정전류 구동 시의 휘도의 반감기는 수만 시간에도 이르고, 그래서, 소자 수명의 점에서는 그 발광소자가 실용성을 가진다고 말할 수 있다.
따라서, 삼중항 발광 재료를 사용한 발광소자에서는 장시간 구동 가능한 소 자가 바람직하다. 이것은, 발광효율이 높을 뿐만 아니라, 소자 수명이 긴 발광소자가 얻어질 수 있기 때문이다.
본 발명은, 발광소자에 관한 이상과 같은 기술적 배경으로부터 종래 기술에서의 문제점을 해결하는 것을 과제로 한다. 본 발명은 인광을 발광할 수 있는 물질을 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명은, 여기 삼중항 상태를 발광으로 변환할 수 있는 유기금속 착체를 사용한 발광소자에서, 장시간의 구동이 가능한, 즉, 발광 효율이 높고 소자 수명이 긴 발광소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 상기 발광소자를 사용하여 장시간의 구동이 가능하고 또한 소비전력이 낮은 발광장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 실험 및 연구를 거듭한 결과, 아래의 일반식 (1) 내지 (4) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체가 인광을 발광할 수 있다는 것을 알아내고, 또한, 아래의 일반식 (5) 내지 (8) 중 어느 하나로 나타내어지는 유기금속 착체가 인광을 발광할 수 있다는 것을 알아내고, 본 발명을 완성하기에 이르게 되었다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 실험 및 연구를 거듭한 결과, 한 쌍의 전극(양극과 음극)과, 이 한 쌍의 전극 사이의 하나 또는 복수의 유기 화합물을 포함하는 층을 제공하여 형성되는 발광소자에서, 상기 유기 화합물을 포함하는 층 중 적어도 1층에 특정 화합물이 포함된 때 장시간의 구동이 가능한, 즉 발광효율이 높고 소자 수명이 긴 발광소자가 얻어진다는 것을 알아내고, 본 발명을 완성하기에 이르게 되었다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 실험 및 연구를 거듭한 결과, 상기 발광소자를 사용하여 장시간의 구동이 가능하고 또한 소비전력이 낮은 발광장치를 완성하기에 이르게 되었다.
이하, 본 발명의 유기금속 착체, 발광소자 및 발광장치에 대하여 순차적으로 설명한다.
본 발명의 유기금속 착체들 중의 하나는 아래의 일반식 (1)로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체이다.
상기 식 (1)에서, R1～R5 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타낸다. 또한, Ar은 아릴기 또는 복조환기를 나타낸다. 또한, M은 주기율표 9족 원소 또는 10족 원소를 나타낸다. Ar은 특히 전자 흡인성 치환기를 가지는 아릴기 또는 전자 흡인성 치환기를 가지는 복소환기인 것이 바람직하다. Ar이 전자 흡인성 치환기를 가지는 아릴기 또는 전자 흡인성 치환기를 가지는 복소환기인 때, 발광강도가 보다 큰 인광을 발광할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제1 발광소자는, 한 쌍의 전극 사이에, 상기 일반식 (1)로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체와, 이 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물 또는 이 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 또한 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는 발광층을 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
본 발명의 유기금속 착체들 중의 하나는 하기 일반식 (2)로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체이다.
상기 식 (2)에서, R1～R9 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타낸다. 그러나, R6～R9 중의 적어도 하나는 전자 흡인성의 치환기를 나타낸다. 또한, M은 9족 원소 또는 10족 원소를 나타낸다. R6～R9 중의 적어도 하나가 전자 흡인성의 치환기를 가지는 경우, 발광 강도가 보다 높은 인광을 발광할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제2 발광소자는, 한 쌍의 전극 사이에, 상기 일반식 (2)로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체와, 이 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물 또는 이 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는 발광층을 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
본 발명의 유기금속 착체들 중의 하나는 하기 일반식 (3)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체이다.
상기 식 (3)에서, R2～R14 각각은, 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기, 전자 흡인성 치환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타낸다. 또한, M은 9족 원소 또는 10족 원소를 나타낸다. R6～R9 중의 적어도 하나는 전자 흡인성 치환기인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광 강도가 보다 큰 인광을 발광할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제3 발광소자는, 한 쌍의 전극 사이에, 상기 일반식 (3)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체와, 이 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물 또는 이 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는 발광층을 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
본 발명의 유기금속 착체들 중의 하나는 하기 일반식 (4)로 나타내어지는 구조를 포함하는유기금속 착체이다.
상기 식 (4)에서, R15 및 R16 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기, 전자 흡인성 치환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타낸다. 또한, M은 9족 원소 또는 10족 원소를 나타낸다. R16은 전자 흡인성 치환기인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광 강도가 보다 큰 인광을 발광할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제4 발광소자는, 한 쌍의 전극 사이에, 상기 일반식 (4)로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체와, 이 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물 또는 이 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는 발광층을 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
본 발명의 유기금속 착체들 중의 하나는 하기 일반식 (5)로 나타내어지는 유기금속 착체이다.
상기 식 (5)에서, R1～R5 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타낸다. 또한, Ar은 전자 흡인성 치환기를 가지는 아릴기 또는 전자 흡인성 치환기를 가지는 복소환기를 나타낸다. 또한, M은 9족 원소 또는 10족 원소를 나타내고, 상기 M이 9족 원소인 경우에는 n = 2이고, 10족 원소인 경우에는 n = 1이다. L은 모노아니온성 배위자(ligand)를 나타낸다. Ar이 전자 흡인성 치환기인 경우, 발광 강도가 보다 큰 인광을 발광할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제5 발광소자는, 한 쌍의 전극 사이에, 상기 일반식 (5)로 나타내어지는 유기금속 착체와, 이 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물 또는 이 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는 발광층을 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
본 발명의 유기금속 착체들 중의 하나는 하기 일반식 (6)으로 나타내어지는 유기금속 착체이다.
상기 식 (6)에서, R1～R5 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타낸다. 또한, R6～R9 각각은 수소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 복소환기, 전자 흡인성 치환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, R6～R9 중의 적어도 하나는 전자 흡인성 치환기인 것이 바람직하다. 또한, M은 9족 원소 또는 10족 원소를 나타내고, 상기 M이 9족 원소인 경우에는 n = 2이고, 10족 원소인 경우에는 n = 1이다. 또한, L은 베타-디케톤 구조를 가지는 모노아니온성 배위자, 카르복실기를 가지는 모노아니온성 2좌 배위자, 페놀성 수산기를 가지는 모노아니온성 2좌 배위자 중 어느 하나를 나타낸다. R6～R9 중의 적어도 하나가 전자 흡인성 치환기인 경우, 발광 강도가 보다 큰 인광을 발광할 수 있다.
본 발명은, 상기 일반식 (6)으로 나타내어지는 유기금속 착체 중, R1～R9 각각이 수소이고 아니온성 배위자 L이 아세틸아세톤 아니온인 경우, 또는 R6～R9 중의 적어도 하나가 전자 흡인성 치환기를 가지지 않는 경우는 제외한, 상기 일반식 (6)으로 나타내어지는 유기금속 착체를 제공한다.
그리고, 본 발명의 제6 발광소자는, 한 쌍의 전극 사이에, 상기 일반식 (6)으로 나타내어지는 유기금속 착체와, 이 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물 또는 이 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는 발광층을 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
또한, 일본국 공개특허공고 2001-247859호 공보의 [0086] 단락에는 "(1-70)"으로서, 상기 일반식 (6)의 R1～R9이 모두 수소이고, M이 이리듐, n이 2, 아니온성 배위자 L이 아세틸아세톤 아니온에 상당하는 화합물이 제시되어 있다. 그러나, 이 화합물에서, R6～R9는 모두, 전자 흡인성 치환기가 아닌 수소이고, 또한 상기 일본국 공개특허공고 2001-247859호 공보에는 이 화합물의 합성방법, 특성 등에 대해서도 전혀 개시하고 있지 않다. 이것에 대하여, 본 발명의 상기 일반식 (6)으로 나타내어지는 유기금속 착체에는, 상기 화합물이 포함되지 않고, 상기 일반식 (6)으로 나타내어지는 유기금속 착체에서, R1～R9가 모두 수소이고, 아니온성 배위자 L이 아세틸아세톤 아니온인 화합물, 또는 R6～R9가 모두 수소이고, 전자 흡인성 치환기를 가지지 않는 화합물이 포함되지 않는다.
본 발명의 유기금속 착체들 중의 하나는 하기 일반식 (7)로 나타내어지는 유기금속 착체이다.
상기 식 (7)에서, R2～R14 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기, 전자 흡인성 치환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타낸다. 또한, M은 9족 원소 또는 10족 원소를 나타내고, 상기 M이 9족 원소인 경우에는 n = 2이고, 10족 원소의 경우에는 n = 1이다. L은 아니온성 배위자를 나타낸다. 여기서, R6～R9 중의 적어도 하나가 전자 흡인성 치환기인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광 강도가 보다 큰 인광을 발광할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제7 발광소자는, 한 쌍의 전극 사이에, 상기 일반식 (7)로 나타내어지는 유기금속 착체와, 이 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물 또는 이 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는 발광층을 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
본 발명의 유기금속 착체들 중의 하나는 하기 일반식 (8)로 나타내어지는 유기금속 착체이다.
상기 식 (8)에서, R15 및 R16 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기, 전자 흡인성 치환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타낸다. 또한, M은 9족 원소 또는 10족 원소를 나타내고, 상기 M이 9족 원소인 경우에는 n = 2이고, 10족 원소인 경우에는 n = 1이다. L은 아니온성 배위자를 나타낸다. 여기서, R16은 전자 흡인성 치환기인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 발광 강도가 보다 큰 인광을 발광할 수 있다.
그리고, 본 발명의 제8 발광소자는, 한 쌍의 전극 사이에, 상기 일반식 (8)로 나타내어지는 유기금속 착체와, 이 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물 또는 이 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는 발광층을 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
여기서, 상기 일반식 (3) 또는 상기 일반식 (4)로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체, 또는 상기 일반식 (7) 또는 상기 일반식 (8)로 나타내어지는 유기금속 착체에서, 전자 흡인성 치환기는 할로겐기, 홀로알킬기, 시아노기 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 그들 유기금속 착체의 색도 및 양자 효율이 향상된다. 또한, 할로겐기로서는 특히 플루오로기가 바람직하고, 홀로알킬기로서는 특히 트리플루오로메틸기가 바람직하다. 이것에 의해, 전자 트랩 효율도 좋아진다.
일반식 (7) 또는 일반식 (8)로 나타내어지는 유기금속 착체에서, 중심 금속 M은 무거운 금속인 것이 바람직하고, 특히 이리듐 또는 백금인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 중원자 효율을 얻을 수 있다.
본 발명의 제9 발광소자는, 상기 제1 내지 제8 발광소자 중 어느 하나의 발광소자에서, 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물이 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]-비페닐 또는 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄인 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
본 발명의 제10 발광소자는, 상기 제5 내지 제8 발광소자 중 어느 하나의 발광소자에서, 아니온성 배위자 L이 베타-디케톤 구조를 가지는 모노아니온성 배위자, 카르복실기를 가지는 모노아니온성 2좌 배위자 또는 페놀성 수산기를 가지는 모노아니온성 2좌 배위자인 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
본 발명의 제11 발명의 발광소자는, 상기 제1 내지 제8 발광소자 중 어느 하나의 발광소자에서, 발광층이 유기금속 착체, 이 유기금속 착체보다 에너지 캡이 크고 10-6 ㎠/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 제1 화합물, 및/또는 상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 크고 10-6 ㎠/Vs 이상의 홀 이동도를 가지는 제2 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
본 발명의 제12 발광소자는, 제1 내지 제8 발광소자 중 어느 하나의 발광소자에서, 발광층이 유기금속 착체, 이 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작고 10-6 ㎠/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 제1 화합물, 및/또는 상기 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작고 10-6 ㎠/Vs 이상의 홀 이동도를 가지는 제2 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
본 발명의 제13 발광소자는, 제11 또는 제12 발광소자에서, 홀 수송성 화합물이 방향족 아민 화합물이고, 전자 수송성 화합물이 금속 착체인 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
본 발명의 제14 발광소자는, 제1 내지 제13 발광소자 중 어느 하나의 발광소자에서, 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 블록킹층, 전자 수송층, 전자 주입층 중 적어도 하나의 층을 더 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자이다.
또한, 본 발명의 발광장치는 제1 내지 제14 발광소자 중 어느 하나의 발광소자를 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 발광장치이다.
본 발명에 의하면, 인광을 발광할 수 있는 유기금속 착체가 얻어질 수 있다. 또한, 상기 유기금속 착체와, 그 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물을 포함하는 발광층을 가지는 발광소자는 장시간 구동이 가능하고, 발광 효율이 높고, 긴 수명을 가진다. 본 발명의 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용함으로써, 색도가 우수한 적색계의 발광을 나타낼 수 있는 발광소자가 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명의 유기금속 착체를 증감제(sensitizer)로 사용함으로써, 효율 좋게 발광할 수 있는 발광소자가 얻어질 수 있다. 또한, 본 발명의 유기금속 착체 중에서도 특히 전자 흡인성 치환기를 도입한 유기금속 착체를 사용함으로써, 재결합 효율이 우수한 발광소자가 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명의 발광장치는 상기 발광소자를 사용함으로써 발광장치로서 우수한 성능을 가진다.
도 1은 본 발명의 발광소자의 소자 구조를 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 발광소자의 소자 구조를 설명하는 도면.
도 3은 발광장치에 대하여 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시형태 4를 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시형태 5를 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 실시형태 5를 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시형태 6을 설명하는 도면.
도 8은 본 발명의 실시형태 7을 설명하는 도면.
도 9는 본 발명의 실시형태 7을 설명하는 도면.
도 10은 본 발명의 실시형태 7을 설명하는 도면.
도 11은 본 발명의 실시형태 7을 설명하는 도면.
도 12(A)～도 12(C)는 본 발명의 실시형태 8을 설명하는 도면.
도 13은 실시예 1의 합성예 1에서 얻어진 유기금속 착체의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 14는 실시예 1의 합성예 2에서 얻어진 유기금속 착체의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 15는 실시예 1의 합성예 3에서 얻어진 유기금속 착체의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 16은 실시예 1의 합성예 4에서 얻어진 유기금속 착체의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 17은 실시예 1의 합성예 5에서 얻어진 유기금속 착체의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 18(A) 및 도 18(B)는 합성예 1의 유기금속 착체 [Ir(Fdpq)2(acac)]의 산화 특성 및 환원 특성을 조사한 경우의 CV 곡선을 나타내는 도면.
도 19는 실시예 2에서의 발광소자의 소자 구조 및 그의 제조방법을 설명하는 도면.
도 20(A)～도 20(C)는 실시예 2에서 제조한 발광소자의 초기 특성을 나타내는 도면.
도 21은 실시예 2에서 제조한 발광소자에 대한 동작 안정성 시험의 결과를 나타내는 도면.
도 22는 실시예 3에서의 발광소자의 소자 구조 및 그의 제조방법을 설명하는 도면.
도 23(A)～도 23(C)는 실시예 3에서 제조한 발광소자의 초기 특성을 나타내 는 도면.
도 24는 실시예 3에서 제조한 발광소자에 대한 동작 안정성 시험의 결과를 나타내는 도면.
도 25(A)～도 25(C)는 실시예 4에서 제조한 발광소자의 초기 특성을 나타내는 도면.
도 26은 실시예 4에서 제조한 발광소자에 대한 동작 안정성 시험의 결과를 나타내는 도면.
도 27(A)～도 27(C)는 실시예 5에서 제조한 발광소자의 동작 특성을 나타내는 도면.
도 28은 실시예 5에서 제조한 발광소자에 대한 동작 안정성 시험의 결과를 나타내는 도면.
도 29(A)～도 29(C)는 실시예 6에서 제조한 발광소자의 동작 특성을 나타내는 도면.
도 30은 실시예 6에서 제조한 발광소자에 대한 동작 안정성 시험의 결과를 나타내는 도면.
도 31(A)～도 31(C)는 실시예 7에서 제조한 발광소자의 동작 특성을 나타내는 도면.
도 32는 실시예 7에서 제조한 발광소자에 대한 동작 안정성 시험의 결과를 나타내는 도면.
도 33(A)～도 33(C)는 실시예 8에서 제조한 발광소자의 동작 특성을 나타내 는 도면.
도 34는 실시예 8에서 제조한 발광소자에 대한 동작 안정성 시험의 결과를 나타내는 도면.
도 35(A) 및 도 35(B)는 화소부에 본 발명의 발광소자를 가지는 발광장치(실시예 9)를 설명하는 도면.
도 36(A)～도 36(E)는 본 발명을 적용한 전자 기기의 구체예를 나타내는 도면(실시예 10).
도 37은 백색 발광소자의 구성예를 나타내는 도면(실시예 11).
도 38은 인광 재료를 사용한 백색 발광소자의 실시예 11과는 다른 구성을 나타내는 도면(실시예 12).
도 39는 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광소자 및 그의 제조방법을 설명하는 도면(실시예 13).
도 40은 실시예 13의 발광소자의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 41은 실시예 13에서 사용한 TPAQn의 1H-NMR 차트를 나타내는 도면.
도 42는 합성예 3에서 합성한 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광소자 및 그의 제조방법을 설명하는 도면(실시예 14).
도 43은 실시예 14에서 제조한 발광소자의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 44는 실시예 15에서 제조한 발광소자의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 45는 실시예 16에서 제조한 발광소자의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 46은 실시예 17에서 제조한 발광소자의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면.
이하, 본 발명을 더 상세히 설명한다. 먼저, 본 발명의 유기금속 착체에 대하여 설명한다. 본 발명은 신규한 유기금속 착체를 제공함과 동시에, 그것을 사용한 발광소자를 제공하고, 또한 그 발광소자를 사용한 발광장치를 제공하는 것이다.
상기한 치환기 R1～R16의 구체예를 들면 아래와 같다. 아실기로서는, 아세틸기, 프로피오닐기, 이소부티릴기, 메타크릴로일기 등이 있다. 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, tert-부틸기, 옥틸기 등이 있다. 알콕실기로서는, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기 등이 있다. 아릴기로서는, 페닐기, 4-메틸페닐기, 4-에틸페닐기 등이 있다. 복소환기로서는, 피리딜기, 비피리딜기, 메틸피리딜기 등이 있다. 전자 흡인성 치환기로서는, 플루오로기, 트리플루오로메틸기, 시아노기 등이 있다.
또한, 9족 원소 또는 10족 원소의 구체예로서는, 이리듐, 백금 등이 있다. 그러나, 9족 원소 또는 10족 원소는 예로서 든 이들 원소에 한정되는 것은 아니다.
다음에, 배위자 L은, 베타-디케톤 구조를 가지는 모노아니온성 배위자, 카르복실기를 가지는 모노아니온성 2좌 배위자, 페놀성 수산기를 가지는 모노아니온성 2좌 배위자 중 어느 하나이다. 그의 구체예로서는, 아래의 식 (9)～(15)로 나타내어지는 아니온을 들 수 있다. 이들 배위자는, 배위 능력이 크고, 또한 저렴하게 입수할 수 있기 때문에 유효하다.
이하에, 일반식 (1)～(4) 중 하나로 나타내어자는 구조를 포함하는 유기금속 착체, 즉, 일반식 (5)～(8)로 나타내어지는 유기금속 착체의 대표적인 예를 나타낸다. 그러나, 유기금속 착체가 이들 화합물에 한정되는 것은 아니다.
상기한 본 발명의 유기금속 착체는 인광을 발광할 수 있다. 또한, 본 발명의 유기금속 착체는 발광 재료로서 발광소자에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 유기금속 착체는 광증감제로서 발광소자에 적용될 수 있다.
<본 발명의 유기금속 착체의 합성방법>
다음에, 본 발명의 유기금속 착체의 제조방법, 즉, 합성방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 유기금속 착체, 즉, 상기한 일반식 (1)～(4) 각각으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체, 즉, 상기한 일반식 (5)～(8) 각각으로 나타내어지는 유기금속 착체는 배위자의 오르소메탈화에 의해 얻어질 수 있다. 예를 들어, 아래의 일반식 (56)으로 나타내어지는 배위자를 포함하는 유기금속 착체, 즉, 상기한 일반식 (3)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체 또는 상기한 일반식 (7)로 나타내어지는 유기금속 착체는 아래의 일반식 (56)으로 나타내어지는 배위자의 오르토메탈화에 의해 얻어질 수 있다. 이하에서는, 이 일반식 (56)으로 나타내어지는 배위자를 사용하여 상기한 일반식 (7)로 나타내어지는 유기금속 착체를 합성하는 방법을 설명한다.
상기 식 (56)에서, R2～R14 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기, 전자 흡인성 치환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타낸다.
상기 일반식 (56)으로 나타내어지는 배위자는, 예를 들어, 하기의 합성 스킴(scheme)(57)에 따라 합성될 수 있다. 또한, 본 발명의 유기금속 착체에 있어서의 다른 배위자에 대해서도 같은 방법으로 합성할 수 있다.
상기 식 (57)에서, R2～R14 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기, 전자 흡인성 치환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타낸다.
이와 같이 하여 얻어진 일반식 (56)의 배위자를 사용하여, 본 발명의 유기금속 착체를 합성한다. 이때의 반응(오르토메탈화)에는 이하와 같은 합성방법이 사 용될 수도 있다.
예를 들어, 이리듐을 중심 금속으로 하는 본 발명의 유기금속 착체를 합성할 때는, 중심 금속 원료로서 염화이리듐 수화물을 사용하고, 이 염화이리듐 수화물을 상기 일반식(56)의 배위자와 혼합하여 질소 분위기 하에서 환류시킴으로써, 먼저, 염소 가교의 복핵(複核) 착체를 합성한다.
이 합성 스킴은 아래의 식 (58)에 나타내어진다.
상기 식 (58)에서, R2～R14 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기, 전자 흡인성 치환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타낸다.
다음에, 얻어진 상기 복핵 착체와 배위자 L을 혼합하여 질소 분위기 하에서 환류시킴으로써, 염소 가교가 배위자 L로 절단되어, 본 발명의 유기금속 착체를 얻는다.
이 합성 스킴은 아래의 식 (59)로 나타내어진다.
상기 식 (59)에서, R2～R14 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기, 전자 흡인성 치환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타낸다.
또한, 본 발명의 유기금속 착체의 합성방법은 상기한 합성방법에 한정되는 것은 아니다.
다음에, 본 발명의 발광소자의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
[실시형태 1]
본 실시형태에서는, 본 발명의 발광소자에 대하여 도 1을 사용하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발광소자는, 기판(100) 위에 제1 전극(101)이 형성되고, 제1 전극(101) 위에 발광 물질을 포함하는 층(102)이 형성되고, 그 위에 제2 전극(103)이 형성된 구조를 가진다. 여기서 기판(100)에 사용하는 재료로서는, 종래의 발광소자에 사용되는 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리, 석영, 투명 플라스틱, 가요성 기판 등이 사용될 수 있다. 또한, 본 실시형태에서의 제1 전극(101)은 양극으로서 기능하고, 제2 전극(103)은 음극으로서 기능한다.
즉, 제1 전극(101)은 양극 재료로 형성되고, 여기서 사용할 수 있는 양극 재료로서는, 일함수가 큰(일함수 4.0 eV 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 양극 재료의 구체예로서는, ITO(indium tin oxide), ITSO(indium tin silicon oxide), 산화인듐에 2~20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(indium zinc oxide) 외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd) 등의 금속 또는 금속 재료의 질화물(TiN) 등이 사용될 수 있다.
한편, 제2 전극(103)의 형성에 사용되는 음극 재료로서는, 일함수가 작은(일함수 3.8 eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 음극 재료의 구체예로서는, 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 즉, Li, Cs 등의 알칼리 금속, 및 Mg, Ca, Sr 등의 알칼리토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금(Mg:Ag, Al:Li)이나 화합물(LiF, CsF, CaFe2) 외에, 희토류 금속을 포함하는 천이 금속을 사용하여 제2 전극(103)을 형성할 수 있지만, 상기한 재료와 Al, Ag, ITO 등의 금속(합금을 포함)과의 적층을 사용하여 제2 전극(103)을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 상기한 양극 재료로 이루어진 박막 및 음극 재료로 이루어진 박막이 증착법, 스퍼터링법 등에 의해 형성되어, 각각 제1 전극(101) 및 제2 전극(103)을 형성한다. 막 두께는 10～500 nm로 하는 것이 바람직하다. 마지막으로, SiN 등의 무기 재료나 테프론(등록상표), 스티렌 폴리머 등의 유기 재료로 된 보호층(배리어층)이 형성된다. 배리어층은 투명하여도 좋고 불투명하여도 좋고, 상기 무기 재료 또는 유기 재료는 증착법, 스파터링법 등에 의해 형성된다.
또한, 본 발명의 발광소자에서, 발광층에서의 캐리어의 재결합에 의해 생기는 광은 제1 전극(101)과 제2 전극(103) 중의 어느 한쪽 또는 양쪽으로부터 외부로 출사된다. 즉, 제1 전극(101)으로부터 광을 출사시키는 경우에는 제1 전극(101)을 투광성 재료로 형성하고, 제2 전극(103)으로부터 광을 출사시키는 경우에는 제2 전극(103)을 투광성 재료로 형성한다. 또한, 발광 물질을 포함하는 층(102)은 복수의 층을 적층하여 형성되는데, 본 실시형태에서는, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 정공 블록킹층(114) 및 전자 수송층(115)을 차례로 적층하여 형성된다.
발광 물질을 포함하는 층(102)에서, 정공 주입층(111)은 제1 전극(101)과 접하여 제공된다. 또한, 정공 주입층(111)은 제1 전극(101)으로부터 홀을 받을 수 있는 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 정공 주입층(111)과 접하도록 정공 주입층(111)의 제2 전극(103)측에 마련되어 있는 층으로 홀을 주입할 수 있는 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 프탈로시아닌계 화합물을 사용하여 정공 주입층(111)을 형성하는 것이 바람직하다. 프탈로시아닌계 화합물로서는, 예를 들어, 프탈로시아닌(약칭: H2-Pc), 구리 프탈로시아닌(약칭: Cu-Pc) 등이 있다.
또한, 4,4'-비스[N-{4-(N,N-디-m-트릴아민)페닐}-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DNTPD)이나, 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: MTDATA) 등의 방향족 아민계 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, 몰리브덴 산화물(MoOx)이나 바나듐 산화물(VOx) 등의 도전성 무기 화합물(반도체를 포함)을 사용할 수도 있다. 또한, 그들 도전성 무기 화합물과 상기 또는 하기에 나타내는 바와 같은 방향족 아민계 화합물과의 혼합물을 사용할 수도 있다. 이 혼합물은 공증착 등의 방법에 의해 형성될 수 있다.
정공 수송층(112)은 홀을 수송할 수 있는 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 방향족 아민계 화합물(즉, 벤젠환-질소의 결합을 가지는 화합물)을 사용하여 형성하는 것이 바람직하고, 예를 들어, 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐-아미노]-비페닐(약칭: TDP), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]- 비페닐(약칭: α-NPD) 외에, 상기한 MTDATA나 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐-아미노)-트리페닐아민(약칭: TDATA) 등의 스타버스트형 방향족 아민 화합물을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 몰리브덴 산화물(MoOx)이나 바나듐 산화물(VOx) 등의 도전성 무기 화합물(반도체를 포함)과 상기한 방향족 아민계 화합물과의 혼합물을 사용할 수도 있다. 이 혼합물은 공증착 등의 방법에 의해 형성될 수 있다.
발광층(113)은 상기 일반식 (1)～(4) 중 하나로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체 또는 상기 일반식 (5)～(8) 중 하나로 나타내어지는 유기금속 착체 중의 적어도 하나의 유기금속 착체와, 호스트 재료를 공증착함으로써 형성하는 것이 바람직하다. 호스트 재료로서는, 상기 일반식 (1)～(4) 중 하나로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체 또는 상기 일반식 (5)～(8) 중 하나로 나타내어지는 유기금속 착체보다 에너지 갭(Eg)이 큰 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 특히, 호스트 재료로서는, 에너지 갭이 크고, 또한, 상기 일반식 (1)～(4) 중 하나로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기금속 착체 또는 상기 일반식 (5)～(8) 중 하나로 나타내어지는 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜(Ip)이 크고, 전자 친화력(EA)이 작은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 그의 예로서는, 4,4'-비스(N-카르바졸일)-비페닐(약칭: CBP), 4,4',4''-트리스(N-카르바졸일)-트리페닐아민(약칭: TCTA), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸)페닐]벤젠(약칭: TCPB) 등이 있다. 또한, 호스트 재료는 홀 및 전자 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 캐리어를 수송할 수 있는 물질, 구체적으로는, 10-6 ㎠/Vs 이상의 캐리어 이동도를 가지는 물질로 되는 것 이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 구동 전압을 저감할 수 있고, 또한, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
호스트 재료로서 사용할 수 있는 물질의 구체예로서는, α-NPD나 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq3)이 있다. 또한, α-NPD에서의 홀 이동도는 10-4 ㎠/Vs 정도이고, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq3)에서의 전자 이동도는 10-5 ㎠/Vs 정도이다. 이상과 같이, 홀 및 전자의 어느 한쪽 또는 양쪽의 캐리어의 이동도는 10-6 ㎠/Vs 이상인 것이 바람직하다. 그러나, 호스트 재료는 α-NPD나 Alq3에 한정되는 것은 아니고, 상기한 TPD 등의 방향족 아민 화합물이나, 트리스(8-퀴놀리놀라토)갈륨(약칭: Gaq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Almq3) 등의 금속 착체도 호스트 재료로서 사용할 수 있다. 이들 물질 Alq3, Gaq3, Almq3은 전자 수송성 금속 착체의 구체예에 상당한다.
발광층(113)을 이상과 같은 구성으로 형성함으로써, 발광층(113) 중에서 홀이나 전자가 용이하게 수송될 뿐만 아니라, 이들 홀이나 전자는 발광층을 통과하지 않고 상기 유기금속 착체에 효율적으로 트랩되어 발광에 이른다. 따라서, 발광층 중을 홀이나 전자가 통과하기 어렵고, 또한 여기자 생성이 효율적으로 되어, 발광효율의 저하(즉, 휘도의 열화)가 적은 안정한 디바이스를 구축할 수 있다.
상기 식 (16)～(55)로 나타내어진 유기금속 착체는 유기-금속 결합에 의해 홀을 받기 쉽게 되어 있고, 또한, 퀴녹살린 골격에 의해 전자도 받기 쉽게 되어 있기 때문에, 이 유기금속 착체는 효과적으로 캐리어를 트랩할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 식 (16)～(55)로 나타내어지는 유기금속 착체 중에서도, 특히 식 (16)이나 식 (18)로 나타내어지는 유기금속 착체와 같은 플루오로기나 트리플루오로메틸기를 가지는 유기금속 착체를 사용하여 발광층(113)을 형성하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 호스트 재료의 선택 범위가 넓어진다. 또한, 특히 전자에 대한 친화성이 높아져, 전자를 더욱 효과적으로 트랩할 수 있다는 이점이 있다.
정공 블록킹층(114)은 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(약칭: BAlq), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐일)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐일)-1,2,4-트리아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소쿠프로인(약칭: BCP) 등의 이온화 포텐셜이 큰 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하고, 발광층(113)의 이온화 포텐셜보다 0.3 eV 이상 큰 재료를 사용하여 형성하는 것이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 제1 전극(101)측으로부터 발광 물질을 포함하는 층(102)에 주입된 홀이 음극으로서 기능하는 제2 전극(103)측으로 흘러가는 것을 저지할 수 있다. 또한, 광 에너지가 전자 수송층(115)으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
전자 수송층(115)은 음극으로서 기능하는 제2 전극(103)측으로부터 발광 물질을 포함하는 층(102)에 주입된 전자를 발광층(113)으로 수송할 수 있는 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 발광층(113)을 형성하는 재료보다 이온화 포텐셜이 큰 재료를 사용하여 전자 수송층(115)을 형성하는 것이 바람직하지만, 본 실시형태와 같이 정공 블록킹층(114)을 마련하는 경우에는, 발광층(113)을 형성하는 재료보다 이온화 포텐셜이 큰 재료를 반드시 사용하지 않아도 좋다.
이와 같은 재료의 구체예로서는, Alq3, Gaq3, Almq3, 비스(10-히드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2) 등의 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체나 상기한 BAlq가 있다. 이 외에, 비스[2-(2-하이드록시페놀)-벤조옥사졸라토]아연(약칭: ZnBOX), 비스[2-(2-하이드록시페놀)-벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계 또는 티아졸계 배위자를 가지는 금속 착체 등도 전자 수송층(115)을 형성하는 재료로서 사용할 수 있다. 또한, 2-(4-비페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD)나 상기한 OXD-7, TAZ, p-EtTAZ, BPhen, BCP 외에, 티탄 산화물 등의 무기물을 사용하여도 좋다.
이상 설명한 본 발명의 발광소자는 발광 시간의 경과에 따른 발광 휘도의 감소가 적고, 양호한 소자 수명을 나타낸다.
[실시형태 2]
본 발명의 발광소자의 실시형태 2에 대하여 도 2를 사용하여 설명한다.
도 2에 도시된 발광소자는, 기판(200) 위에 음극으로서 기능하는 제1 전극(201)을 가지고, 제1 전극(201) 위에 발광 물질을 포함하는 층(202)을 가지고, 발광 물질을 포함하는 층(202) 위에 양극으로서 기능하는 제2 전극(203)을 가진다. 발광 물질을 포함하는 층(202)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 전자 수송층(211), 정공 블록킹층(212), 발광층(213), 정공 수송층(214) 및 정공 주입층(215)이 순차적으로 적층하여 이루어지고, 발광층(213)을 중심으로 하여 제1 전극(201)측에 전자 수송층(211)이 그리고 제2 전극(203)측에 정공 수송층(214)이 각각 마련되어 있다.
전자 수송층(211), 정공 블록킹층(212), 발광층(213), 정공 수송층(214) 및 정공 주입층(215)은 각각 실시형태 1에서 설명한 전자 수송층(115), 정공 블록킹층(114), 발광층(113), 정공 수송층(112) 및 정공 주입층(111)과 같은 재료를 사용하여 증착법 등에 의해 형성될 수도 있다. 이와 같이, 음극으로서 기능하는 전극이 기판 측에 마련되어 있는 것과 같은 발광소자가 사용될 수도 있다. 또한, 본 발명의 발광소자에서, 발광 물질을 포함하는 층(202)에서의 캐리어의 재결합에 의해 생기는 광은 제1 전극(201)과 제2 전극(203) 중의 어느 한쪽 또는 양쪽으로부터 외부로 출사된다.
이상에 설명한 본 발명의 발광소자는 발광 시간의 경과에 따른 발광 휘도의 감소가 적고, 양호한 소자 수명을 나타낸다.
[실시형태 3]
본 실시형태에서는, 유리, 석영, 금속, 벌크 반도체, 투명 플라스틱, 가요성 기판 등으로 된 기판(300) 위에 본 발명의 유기금속 착체를 사용한 발광소자를 제조하고 있다. 하나의 기판 위에 본 발명의 유기금속 착체를 사용한 발광소자를 다수 제조함으로써, 패시브 매트릭스형의 발광장치를 제조할 수 있다. 또한, 유리, 석영, 투명 플라스틱, 가요성 기판 등으로 된 기판 이외에, 예를 들어, 도 3에 도 시된 바와 같이, 박막트랜지스터(TFT) 어레이와 접하는 발광소자를 제조하여도 좋다. 여기서는, TFT(311, 312)와 함께 발광소자(313)를 제조한다.
발광소자(313)에 대하여, 제1 전극(314), 발광 물질을 포함하는 층(315), 제2 전극(316)을 제조할 수 있다. 또한, 배선(317)을 제1 전극(314)에 접하여 제조한다. 이것에 의해, TFT에 의해 발광소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형의 발광장치를 제조할 수 있다. 또한, TFT의 구조는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 스태거형 TFT이어도 좋고, 역스태거형 TFT이어도 좋다. 또한, TFT를 구성하는 반도체층의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 결정질 반도체층으로 하여도 좋고, 비정질 반도체층으로 하여도 좋다.
[실시형태 4]
본 발명의 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광소자의 양태에 대하여 도 4를 사용하여 설명한다.
도 4는, 제1 전극(401)과 제2 전극(402)과의 사이에 발광층(413)을 가지는 발광소자를 나타내고 있다. 그리고, 발광층(413)에는, 상기 일반식 (1)～(4) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조를 포함하는 본 발명의 유기금속 착체, 또는 상기 일반식 (5)～(8) 중 어느 하나로 나타내어지는 본 발명의 유기금속 착체가 포함되어 있다.
이러한 발광소자에서, 제1 전극(401)으로부터 주입된 정공과, 제2 전극(402)으로부터 주입된 전자는 발광층(413)에서 재결합하여, 본 발명의 유기금속 착체를 여기 상태로 한다. 그리고, 여기 상태의 본 발명의 유기금속 착체가 기저 상태로 복귀할 때 발광한다. 이와 같이, 본 발명의 유기금속 착체는 발광 물질로서 기능한다. 또한, 본 형태의 발광소자에서, 제1 전극(401)은 양극으로서 기능하고, 제2 전극(402)은 음극으로서 기능한다.
여기서, 발광층(413)에 대하여 특별히 한정은 없지만, 발광층(413)은 본 발명의 유기금속 착체가 이 유기금속 착체의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 가지는 물질로 된 층 중에 분산하여 포함된 층인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 본 발명의 유기금속 착체로부터의 발광이 농도에 기인하여 소광하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 에너지 갭이란 LUMO 준위와 HOMO 준위 사이의 에너지 갭을 말한다.
본 발명의 유기금속 착체를 분산 상태로 하기 위해 사용되는 물질에 대하여 특별히 한정은 없지만, 예를 들어, 2,3-비스(4-디페닐아미노페닐)퀴녹살린(약칭: TPAQn), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]-비페닐(약칭: α-NPD)와 같은 아릴아민 골격을 가지는 화합물 외에, 4,4'-비스(N-카르바졸)-비페닐(약칭: CBP), 4,4',4''-트리스(N-카르바졸일)-트리페닐아민(약칭: TCTA) 등의 카르바졸 유도체나, 비스[2-(2'-하이드록시페닐)-피리디나토]아연(약칭: Znpp2), 비스[2-(2'-하이드록시페닐)-벤조옥사졸라토]아연(약칭: ZnBOX), 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq3) 등의 금속 착체 등이 바람직하다.
또한, 유기금속 착체 중에서도 특히 할로겐기, 홀로알킬기, 시아노기 등의 전자 흡인성 치환기를 가지는 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광소자로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 색도 및 양자 효율이 좋은 발광소자를 얻을 수 있다.
또한, 할로겐기 중에서도 특히, 플루오로기, 홀로알킬기 중에서도 특히 트리플루오로메틸기가 바람직하다. 이들 기 중 어느 것을 가지는 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용함으로써, 재결합 효율이 높은 발광소자를 얻을 수 있다.
또한, 제1 전극(401)에 대하여 특별히 한정은 없지만, 본 실시형태와 같이, 제1 전극(401)이 양극으로서 기능할 때는 일함수가 큰 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 인듐 주석 산화물(ITO), 또는 산화규소를 포함하는 인듐 주석 산화물, 2~20%의 산화아연을 포함하는 산화인듐 외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd) 등을 사용할 수 있다. 또한, 제1 전극(401)은, 예를 들어, 스퍼터링법이나 증착법 등을 사용하여 형성될 수 있다.
또한, 제2 전극(402)에 대하여 특별히 한정은 없지만, 본 실시형태와 같이, 제2 전극(402)이 음극으로서 기능할 때는 일함수가 작은 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 리튬(Li) 또는 마그네슘 등의 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속 등을 함유하는 알루미늄 등을 사용할 수 있다. 또한, 제2 전극(402)은, 예를 들어 스퍼터링법이나 증착법 등을 사용하여 형성될 수 있다.
또한, 발광한 광을 외부로 취출하기 위해, 제1 전극(401)과 제2 전극(402) 중의 어느 한쪽 또는 양쪽은 인듐 주석 산화물 등으로 된 전극이거나, 또는 가시광을 투과할 수 있도록 수 내지 수십 nm의 두께로 형성된 전극인 것이 바람직하다.
또한, 제1 전극(401)과 발광층(413)과의 사이에는, 도 4에 도시된 바와 같 이, 정공 수송층(412)이 제공될 수도 있다. 여기서, 정공 수송층이란, 제1 전극(401)으로부터 주입된 정공을 발광층(413)으로 수송하는 기능을 가지는 층이다. 이와 같이, 정공 수송층(412)을 마련하여 제1 전극(401)과 발광층(413)을 떼어놓음으로써, 발광이 금속에 기인하여 소광하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 정공 수송층(412)에 대해서는 특별히 한정은 없고, 예를 들어, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-이미노]-비페닐(약칭: α-NPD)이나 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐-아미노]-비페닐(약칭: TPD)나 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐-아미노)-트리페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐-아미노]-트리페닐아민(약칭: MTDATA) 등의 방향족 아민계 화합물(즉, 벤젠환-질소의 결합을 가지는 화합물) 등에 의해 형성된 층을 사용할 수 있다.
또한, 정공 수송층(412)은 상기한 물질을 각각 포함하는 층을 2개 이상 조합시켜 형성한 다층 구조의 층이어도 좋다.
또한, 제2 전극(402)과 발광층(413)과의 사이에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전자 수송층(414)이 제공될 수도 있다. 여기서, 전자 수송층이란 제2 전극(402)으로부터 주입된 전자를 발광층(413)으로 수송하는 기능을 가지는 층이다. 이와 같이, 전자 수송층(414)을 마련하여 제2 전극(402)과 발광층(413)을 떼어놓음으로써, 발광이 금속에 기인하여 소광하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전자 수송층(414)에 대하여 특별히 한정은 없고, 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄 (약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(약칭: BAlq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체 등에 의해 형성되는 층을 사용할 수 있다. 이 외에, 비스[2-(2'-하이드록시페닐)-벤조옥사졸라토]아연(약칭: ZnBOX), 비스[2-(2'-하이드록시페닐)-벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계 또는 티아졸계 배위자를 가지는 금속 착체 등에 의해 형성된 층이어도 좋다. 또한, 2-(4-비페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD)이나 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐일)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐일)-1,2,4-트리아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소쿠프로인(약칭: BCP) 등을 사용하여 형성된 층이어도 좋다.
또한, 전자 수송층(414)은 상기한 물질을 각각 포함하는 층을 2개 이상 조합시켜 형성한 다층 구조의 층이어도 좋다.
또한, 제1 전극(401)과 정공 수송층(412)과의 사이에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 정공 주입층(411)이 제공될 수도 있다. 여기서, 정공 주입층이란, 양극으로서 기능하는 전극으로부터 정공 수송층(412)으로의 정공의 주입을 보조하는 기능을 가지는 층이다. 또한, 정공 수송층을 특별히 마련하지 않는 경우에는, 양극으로서 기능하는 전극과 발광층과의 사이에 정공 주입층을 마련하여, 발광층으로의 정공의 주입을 보조하여도 좋다.
정공 주입층(411)에 대하여 특별히 한정은 없고, 예를 들어, 몰리브덴 산화물(MoOx)이나 바나듐 산화물(VOx), 루테늄 산화물(RuOx), 텅스텐 산화물(WOx), 망간 산화물(MnOx) 등의 금속 산화물에 의해 형성된 층을 사용할 수 있다. 이 외에, 프탈로시아닌(약칭: H2Pc)이나 구리 프탈로시아닌(CuPc) 등의 프탈로시아닌계 화합물, 또는 폴리(에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스틸렌술폰산) 수용액(PEDOT/PSS) 등의 고분자 등에 의해서도 정공 주입층(411)을 형성할 수 있다.
또한, 제2 전극(402)과 전자 수송층(414)와의 사이에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전자 주입층(415)이 제공될 수도 있다. 여기서, 전자 주입층이란, 음극으로서 기능하는 전극으로부터 전자 주입층(414)으로의 전자의 주입을 보조하는 기능을 가지는 층이다. 또한, 전자 수송층을 특별히 마련하지 않는 경우에는, 음극으로서 기능하는 전극과 발광층과의 사이에 전자 주입층을 마련하여, 발광층으로의 전자의 주입을 보조하여도 좋다.
전자 주입층(415)에 대하여 특별히 한정은 없고, 예를 들어, 불화리튬(LiF), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF2) 등과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속의 화합물을 사용하여 형성된 층을 사용할 수 있다. 이 외에, Alq3 또는 4,4-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOS) 등과 같이 전자 수송성이 높은 물질과, 마그네슘 또는 리튬 등과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속을 혼합한 층을 전자 주입층(415)으로서 사용할 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 발광소자에서, 정공 주입층(411), 정공 수송층(412), 발광층(413), 전자 수송층(414), 전자 주입층(415) 각각은 증착법 또는 잉크젯법 또는 도포법 등, 어느 방법으로 형성하여도 상관없다. 또한, 제1 전극(401)과 제2 전극(402)에 대해서도, 스퍼터링법 또는 증착법 등, 어느 방법을 사용하여 형성하여도 상관없다.
이상 설명한 본 발명의 발광소자는 본 발명의 유기금속 착체를 사용하기 때문에, 색도가 좋은 적색 발광을 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명의 발광소자는 인광을 발광시킬 수 있기 때문에, 발광 효율이 좋다. 또한, 퀴녹살린 유도체로 된 층에 본 발명의 유기금속 착체를 분산시킨 층을 포함하는 발광소자는 특히 효율 좋게 발광한다.
[실시형태 5]
본 발명의 발광소자는 복수의 발광층을 가지는 것이어도 좋다. 복수의 발광층을 마련하고 각각의 발광층으로부터의 발광을 혼합함으로써, 예를 들어, 백색광을 얻을 수 있다. 본 실시형태에서는, 복수의 발광층을 가지는 발광소자의 형태에 대하여 도 5 및 도 6을 사용하여 설명한다.
도 5에서, 제1 전극(501)과 제2 전극(502)과의 사이에 제1 발광층(513)과 제2 발광층(515)이 제공되어 있다. 제1 발광층(513)과 제2 발광층(515) 사이에는 격벽층(514)을 제공하는 것이 바람직하다.
제2 전극(502)의 전위가 제1 전극(501)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가하면, 제1 전극(501)과 제2 전극(502) 사이에서 전류가 흐르고, 제1 발광층(513) 또는 제2 발광층(515) 또는 격벽층(514)에서 정공과 전자가 재결합한다. 발생한 여기 에너지는 격벽층(514)을 통하여 제1 발광층(513)과 제2 발광층(515) 모두로 이동하고, 제1 발광층(513)에 포함된 제1 발광 물질과 제2 발광층(515)에 포함된 제2 발광 물질이 여기 상태로 된다. 그리고, 여기 상태가 된 제1 발광 물질과 제2 발광 물질이 각각 기저 상태로 복귀할 때 발광한다.
제1 발광층(513)에는, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-부틸페릴렌 (TBP), 4,4'-비스[2,2-디페닐비닐]비페닐 (DPVBi), 4,4'-비스[2-(N-에틸카르바졸-3-일)비닐]비페닐 (BCzVBi), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-4-페닐페놀라토-알루미늄 (BAlq), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-클로로갈륨 (Gamq2Cl) 등의 형광 물질이나, 비스[2-(3',5'-비스(트리플루오로메틸)페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트 (Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토나토 (FIr(acac)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트 (Fir(pic)) 등의 인광 물질로 대표되는 발광 물질이 포함되어 있고, 450～510 nm에 발광 스펙트럼의 피크를 가지는 발광을 얻을 수 있다.
또한, 제2 발광층(515)에는, 본 발명의 유기금속 착체가 발광 물질로서 기능하도록 포함되어 있고, 제2 발광층(515)으로부터는 580～680 nm에 발광 스펙트럼의 피크를 가지는 발광이 얻어진다. 그리고, 제1 발광층(513)으로부터의 발광의 발광색과 제2 발광층(515)으로부터의 발광의 발광색은 제1 전극(501)과 제2 전극(502) 중의 어느 하나 또는 모두를 통하여 외부로 출사한다. 외부로 출사한 각각의 발광은 시각적으로 혼합되어, 백색광으로서 시인(視認)된다.
제1 발광층(513)은 450～510 nm의 발광을 나타낼 수 있는 발광 물질이 이 발광 물질의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 가지는 물질(제1 호스트)로 된 층 또는 450～510 nm의 발광을 나타낼 수 있는 발광 물질로 된 층에 분산된 상태로 포함되어 있는 것이 바람직하다. 제1 호스트로서는. 상기한 α-NPD, CBP, TCTA, Znpp2, ZnBOX 외에, 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-디(2-나프틸)-2-tert-부틸안트라센(약칭: t-BuDNA) 등을 사용할 수 있다. 또한, 제2 발광층(515)은 본 발명의 유기금속 착체가 본 발명의 유기금속 착체의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 가지는 물질(제2 호스트)로 된 층에 분산된 상태로 포함된 층인 것이 바람직하다. 제2 호스트로서는, TPAQn, α-NPD, CPB, TCTA, Znpp2, ZnBOX, Alq3 등을 사용할 수 있다. 또한, 격벽층(514)은 제1 발광층(513) 또는 제2 발광층(515) 또는 격벽층(514)에서 발생한 에너지가 제1 발광층(513)과 제2 발광층 모두로 이동할 수 있고, 또한, 제1 발광층(513)과 제2 발광층(515) 중 어느 한쪽에만 에너지가 이동하지 않도록 하기 위한 기능을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 격벽층(514)은 TPAQn, α-NPD, CBP, TCTA, Znpp2, ZnBOX 등으로 형성될 수 있다. 이와 같이, 격벽층(514)을 마련함으로써, 제1 발광층(513)과 제2 발광층(515) 중 어느 한쪽에만 발광 강도가 강하게 되어, 백색 발광이 얻어지지 않는 것을 방지할 수 있다.
본 실시형태에서는, 제1 발광층(513)과 제2 발광층(515) 각각에 어떠한 발광 물질을 포함시킬지에 대하여 특별히 한정은 없지만, 본 실시형태와 같이, 양극으로서 기능하는 전극(본 실시형태에서는 제2 전극(502))에 가까운 쪽의 발광층(본 실시형태에서는 제2 발광층(515))에 본 발명의 유기금속 착체를 사용함으로써, 각각의 층에 포함되는 발광 물질을 보다 효율 좋게 발광시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 도 5와 같이 2층의 발광층이 마련된 발광소자에 대하여 기재하고 있지만, 발광층의 층수는 2층에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 3층이어도 좋다. 그리고, 각각의 발광층으로부터의 발광을 조합시켜, 백색광으로서 시인되도록 할 수도 있다.
또한, 제1 발광층(513)과 제1 전극(501) 사이에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 전자 수송층(512)이 제공될 수도 있다. 또한, 전자 수송층(512) 외에, 전자 주입층(511)이 전자 수송층(512)과 제1 전극(501) 사이에 제공될 수도 있다. 또한, 제2 발광층(515)과 제2 전극(502) 사이에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 정공 수송층(516)이 제공될 수도 있다. 또한, 정공 수송층(516)과 제2 전극(502) 사이에는 정공 주입층(517)이 제공될 수도 있다.
또한, 도 5를 사용하여 설명한 발광소자 외에, 도 6에 나타낸 발광소자가 사용될 수도 있다.
도 6의 발광소자는 제1 전극(601)과 제2 전극(602) 사이에 제1 발광층(613)과 제2 발광층(618)을 가지고, 제1 발광층(613)과 제2 발광층(618) 사이에 제1 층(615)과 제2 층(616)을 가진다.
제1 층(615)은 정공을 발생하는 층이고, 제2 층(616)은 전자를 발생하는 층이다. 제2 전극(602)의 전위가 제1 전극(601)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가했을 때, 제1 전극(601)으로부터 주입된 전자와, 제1 층(615)으로부터 주입된 정공은 제1 발광층(613)에서 재결합하고, 제1 발광층(613)에 포함된 발광 물질이 발광한다. 또한, 제2 전극(602)으로부터 주입된 정공과 제2 층(616)으로부터 주입된 전자는 제2 발광층(618)에서 재결합하고, 제2 발광층(618)에 포함된 발광 물질이 발광한다.
제1 발광층(613)에는, 본 발명의 유기금속 착체가 발광 물질로서 기능하도록 포함되어 있고, 제1 발광층(613)으로부터는 580～680 nm에 발광 스펙트럼의 피크를 가지는 발광이 얻어질 수 있다. 또한, 제2 발광층(618)에는, 페릴렌, TBP, DPVBi, BCzVBi, BAlq, Gamq2Cl 등의 형광물질이나, Ir(CF3ppy)2(pic), Fir(acac), FIr(pic) 등의 인광물질로 대표되는 발광 물질이 포함되어 있고, 450～510 nm에 발광 스펙트럼의 피크를 가지는 발광이 얻어질 수 있다. 제1 발광층(613)으로부터의 발광과, 제2 발광층(618)으로부터의 발광은 제1 전극(601)과 제2 전극(602) 중 어느 하나 또는 모두로부터 출사한다. 그리고, 각 발광층으로부터의 발광은 시각적으로 혼합되어, 백색광으로서 시인된다.
제1 발광층(613)에서, 본 발명의 유기금속 착체는 상기한 바와 같이 제2 호스트에 분산하여 포함되어 있는 것이 바람직하다. 제2 발광층(618)도, 상기한 제1 발광층(513)과 마찬가지로 하여 형성된 것인 것이 바람직하다.
제1 층(615)은, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질 중에, 그 물질에 대하여 전자 수용성을 나타내는 물질을 포함하는 층인 것이 바람직하다. 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질로서는, 정공 수송층을 형성할 때 사용하는 물질과 같은 것을 사용하면 좋다. 또한, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질에 대하여 전자 수용성을 나타내는 물질로서는, 몰리브덴 산화물, 바나듐 산화물, 7,7,8,8-테트라시아노퀴노디메탄(약칭: TCNQ), 2,3,5,6-테트라플루오로-7,7,8.8-테트라시아노퀴노디메탄(약칭: F4-TCNQ) 등을 사용할 수 있다.
제2 층(616)은, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질 중에, 그 물질에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질을 포함하는 층인 것이 바람직하다. 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질로서는, 전자 수송성을 형성할 때 사용하는 물질과 같은 것을 사용하면 좋다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질로서는, 리튬, 세슘 등의 알칼리 금속, 마그네슘, 칼슘 등의 알칼리토류 금속, 에르븀, 이테르븀 등의 희토류 금속 등을 사용할 수 있다.
또한, 제1 발광층(613)과 제1 전극(601) 사이에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 전자 수송층(612)이 제공될 수도 있다. 또한, 전자 수송층(612)과 제1 전극(601) 사이에는 전자 주입층(611)이 제공될 수도 있다. 또한, 제1 발광층(613)과 제 1 층(615) 사이에는 정공 수송층(614)이 제공될 수도 있다. 또한, 제2 발광층(618)과 제2 전극(602) 사이에는 정공 수송층(619)이 제공될 수도 있다. 또한, 정공 수송층(619)과 제2 전극(602) 사이에는 정공 주입층(602)이 제공될 수도 있다. 또한, 제2 발광층(618)과 제2 층(616) 사이에는 전자 수송층(617)이 제공될 수도 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 도 6과 같이 2층의 발광층이 마련된 발광소자에 대하여 기재하고 있지만, 발광층의 층수는 2층에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 3층이어도 좋다. 그리고, 각각의 발광층으로부터의 발광을 조합하여, 백색광으로서 시인되도록 하면 좋다.
[실시형태 6]
본 발명의 유기금속 착체를 증감제로서 사용한 발광소자의 양태에 대하여, 도 7을 사용하여 설명한다.
도 7은 제1 전극(701)과 제2 전극(702) 사이에 발광층(713)을 가지는 발광소자를 나타내고 있다. 그리고, 발광층(713)에는, 상기 일반식 (1)～(4) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조를 포함하는 본 발명의 유기금속 착체, 또는 상기 일반식 (5)～(8) 중 어느 하나로 나타내어지는 본 발명의 유기금속 착체와, 본 발명의 유기금속 착체보다 장파장의 발광을 나타낼 수 있는 형광성 물질이 포함되어 있다.
이와 같은 발광소자에서, 제1 전극(701)으로부터 주입된 정공과, 제2 전극(702)으로부터 주입된 전자는 발광층(713)에서 재결합하여, 형광성 물질을 여기 상태로 한다. 그리고, 여기 상태의 형광성 물질이 기저 상태로 복귀할 때 발광한다. 이 경우, 유기금속 착체가 형광성 물질에 대한 증감제로서 작용하여, 형광성 물질의 일중항 여기 상태의 수를 증가시킨다. 이와 같이, 본 발명의 유기금속 착체를 증감제로서 사용함으로써 발광 효율이 좋은 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시형태의 발광소자에서, 제1 전극(701)은 양극으로서 기능하고, 제2 전 극(702)은 음극으로서 기능한다.
여기서, 발광층(713)에 대하여 특별히 한정은 없지만, 발광층(713)은 본 발명의 유기금속 착체와 형광성 물질이 본 발명의 유기금속 착체가 가지는 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 가지는 물질로 된 층 중에 분산하여 포함되는 층인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 본 발명의 유기금속 착체로부터의 발광이 농도에 기인하여 소광하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 에너지 갭이란, LUMO 준위와 HOMO 준위 사이의 에너지 갭을 말한다.
여기서, 형광성 물질에 대하여 특별히 한정은 없지만, 마그네슘 프탈로시아닌, 프탈로사이닌 등의 적색 내지 적외의 발광을 나타내는 화합물이 바람직하다.
또한, 본 발명의 유기금속 착체와 형광성 물질을 분산 상태로 하기 위해 사용하는 물질에 대해서는 특별히 한정은 없고, 실시형태 3에 기재한 본 발명의 유기금속 착체를 분산 상태로 하기 위해 사용할 수 있는 물질 등이 사용될 수 있다.
또한, 제1 전극(701) 또는 제2 전극(702)에 대해서도 특별히 한정은 없고, 실시형태 4에 기재한 제1 전극(401) 및 제2 전극(402)과 동일한 재료가 사용될 수 있다.
또한, 제1 전극(701)과 발광층(713) 사이에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 정공 주입층(711), 정공 수송층(712) 등이 제공될 수도 있다. 또한, 제2 전극(702)과 발광층(713) 사이에도 전자 수송층(714), 전자 주입층(715) 등이 제공될 수도 있다.
정공 주입층(711), 정공 수송층(712), 전자 수송층(714), 전자 주입층(715) 에 대해서는, 각각 실시형태 4에 기재한 정공 주입층(411), 정공 수송층(412), 전자 수송층(414), 전자 주입층(415)과 동일한 재료가 사용될 수 있다. 또한, 정공 주입층(711), 정공 수송층(712), 전자 수송층(714), 전자 주입층(715)과 다른 기능을 가지는 다른 기능층 등을 마련하여도 좋다.
이상에 설명한 발광소자는 본 발명의 유기금속 착체를 증감제로서 사용함으로써 얻어지는 것이다.
[실시형태 7]
본 발명의 유기금속 착체를 포함하는 본 발명의 발광소자는 양호한 발광색을 나타내기 때문에, 본 발명의 발광소자를 화소로서 사용함으로써, 색채가 양호한 화상을 나타내는 기능을 가지는 발광장치가 얻어질 수 있다. 또한, 본 발명의 발광소자는 효율 좋게 발광할 수 있기 때문에, 본 발명의 발광소자를 화소 등에 사용함으로써, 소비전력이 낮은 발광장치가 얻어질 수 있다.
본 실시형태에서는, 표시 기능을 가지는 발광장치의 회로 구성 및 구동 방법에 대하여 도 8～도 11을 사용하여 설명한다.
도 8은 본 발명을 적용한 발광장치를 상면에서 본 모식도이다. 도 8에서, 기판(800) 위에는 화소부(811), 소스 신호선 구동회로(812), 기입용 게이트 신호선 구동회로(813), 소거용 게이트 신호선 구동회로(814)가 제공되어 있다. 소스 신호선 구동회로(812), 기입용 게이트 신호선 구동회로(813), 소거용 게이트 신호선 구동회로(814) 각각은 배선군을 통해 외부 입력 단자인 FPC(flexible printed circuit)(801)에 접속되어 있다. 그리고, 소스 신호선 구동회로(812), 기입용 게 이트 신호선 구동회로(813), 소거용 게이트 신호선 구동회로(814) 각각은 FPC(801)로부터 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호를 받는다. 또한, FPC(801)에는 프린트 배선판(PWB)(802)이 부착되어 있다. 또한, 구동회로부는 상기와 같이 반드시 화소부(811)와 동일 기판 위에 제공될 필요는 없고, 예를 들어, 배선 패턴이 형성된 FPC 위에 IC 칩을 가지는 TCP 등을 사용하여, 기판 외부에 제공될 수도 있다.
화소부(811)에는, 열 방향으로 연장한 복수의 소스 신호선이 행 방향으로 나란히 배열되어 있고, 전류 공급선이 행 방향으로 나란히 배열되어 있고, 행 방향으로 연장한 복수의 게이트 신호선이 열 방향으로 나란히 배열되어 있다. 또한, 화소부(811)에는, 발광소자를 각각 포함하는 복수의 회로가 배열되어 있다.
도 9는 1화소를 동작시키기 위한 회로를 나타낸 도면이다. 도 9에 도시된 회로에는, 제1 트랜지스터(901), 제2 트랜지스터(902), 및 발광소자(903)가 포함되어 있다.
제1 트랜지스터(901)와 제2 트랜지스터(902) 각각은 게이트 전극, 드레인 영역, 소스 영역을 포함하고 드레인 영역과 소스 영역 사이에 채널 영역을 포함하는 3 단자 소자이다. 여기서, 소스 영역과 드레인 영역은 트랜지스터의 구조나 동작 조건 등에 따라 서로 바뀌기 때문에, 어느 것이 소스 영역 또는 드레인 영역인가를 한정하기는 어렵다. 따라서, 본 실시형태에서는, 소스 또는 드레인으로서 기능하는 영역을 각각 제1 전극, 제2 전극이라 표기한다.
게이트 신호선(911)과 기입용 게이트 신호선 구동회로(913)는 스위치(918)에 의해 전기적으로 접속 또는 비접속의 상태가 되도록 제공되어 있고, 게이트 신호 선(911)과 소거용 게이트 신호선 구동회로(914)는 스위치(919)에 의해 전기적으로 접속 또는 비접속의 상태가 되도록 제공되어 있고, 소스 신호선(912)은 스위치(920)에 의해 소스 신호선 구동회로(915)와 전원(916) 중 어느 하나에 전기적으로 접속하도록 제공되어 있다. 그리고, 제1 트랜지스터(901)의 게이트는 게이트 신호선(911)에 전기적으로 접속되고, 제1 트랜지스터의 제1 전극은 소스 신호선(912)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극은 제2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 제2 트랜지스터(902)의 제1 전극은 전류 공급선(917)에 전기적으로 접속되고, 제2 전극은 발광소자(903)에 포함되는 하나의 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 스위치(918)는 기입용 게이트 신호선(913)에 포함되어 있어도 좋다. 또한, 스위치(919)는 소거용 게이트 신호선 구동회로(914)에 포함되어 있어도 좋다. 또한, 스위치(920)는 소스 신호선 구동회로(915)에 포함되어 있어도 좋다.
또한, 화소부에서의 트랜지스터나 발광소자 등의 배치에 대하여 특별히 한정은 없지만, 예를 들어, 도 10의 상면도에 나타내는 바와 같은 배치가 채택될 수 있다. 도 10에서, 제1 트랜지스터(1001)의 제1 전극은 소스 신호선(1004)에 접속되고, 제2 전극은 제2 트랜지스터(1002)의 게이트 전극에 접속되어 있다. 또한, 제2 트랜지스터의 제1 전극은 전류 공급선(1005)에 접속되고, 제2 전극은 발광소자의 전극(1006)에 접속되어 있다. 게이트 신호선(1003)의 일부는 제1 트랜지스터(1001)의 게이트 전극으로서 기능한다.
다음에, 구동 방법에 대하여 설명한다. 도 11은 시간 경과에 따른 1 프레임 의 동작에 대하여 설명하는 도면이다. 도 11에서, 횡방향은 시간 경과를 나타내고, 종방향은 게이트 신호선의 주사단수(走査段數)를 나타내고 있다.
본 발명의 발광장치를 사용하여 화상 표시를 행할 때, 표시 기간에서는 화면의 재기입 동작과 표시 동작이 반복하여 행해진다. 이 재기입 회수에 대하여 특별히 한정은 없지만, 화상을 보는 사람이 깜빡임(flicker)을 느끼지 않도록 1초 동안 60회 정도로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 1 화면(1 프레임)의 재기입 동작과 표시 동작을 행하는 기간을 1 프레임 기간이라고 한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 1 프레임은 기입 기간(1101a, 1102a, 1103a, 1104a)과 보유 기간(1101b, 1102b, 11013b, 1104b)을 포함하는 4개의 서브프레임(subframe)(1101, 1102, 1103, 1104)으로 분할되어 있다. 보유 기간에서, 발광하기 위한 신호가 부여된 발광소자는 발광 상태로 되어 있다. 각각의 서브프레임에서의 보유 기간의 길이의 비는, 제1 서브프레임(1101):제2 서브프레임(1102):제3 서브프레임(1103):제4 서브프레임(1104) = 23:22:21:20 = 8:4:2:1로 되어 있다. 이것에 의해, 4 비트 계조를 표현할 수 있다. 그러나, 비트수 또는 계조수는 여기에 기재한 것에 한정되지 않고, 예를 들어, 8개의 서브프레임을 마련하여 8 비트 계조를 행하도록 하여도 좋다.
1 프레임에서의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 서브프레임(1101)에서, 제1 행부터 마지막 행까지 순차적으로 기입 동작이 행해진다. 따라서, 기입 기간(1101a)의 개시 시간이 행에 따라 다르다. 기입 기간(1101a)이 종료한 행부터 순차적으로 보유 기간(1101b)으로 이동한다. 이 보유 기간(1101b)에서, 발광하기 위한 신호가 부여되어 있는 발광소자는 발광 상태로 되어 있다. 또한, 보유 기간(1101b)이 종료한 행부터 순차적으로 다음 서브프레임(1102)으로 이동하고, 서브프레임(1101)의 경우와 마찬가지로 제1 행부터 마지막 행까지 순차적으로 기입 동작이 행해진다. 이상과 같은 동작을 반복하여, 서브프레임(1104)의 보유 기간(1104b)까지 종료한다. 서브프레임(1104)에서의 동작을 종료한 때, 다음 프레임으로 이동한다. 이와 같이, 각 서브프레임에서 발광한 시간의 적산(積算) 시간이 1 프레임에서의 각 발광소자의 발광 시간이 된다. 이 발광 시간을 발광소자마다 바꾸어, 1 화소 내에서 다양하게 조합시킴으로써, 명도 및 색도가 다른 다양한 표시색을 형성할 수 있다.
서브프레임(1104)과 같이, 마지막 행까지 기입이 종료되기 전에, 이미 기입을 끝내고, 보유 기간으로 이동한 행에서의 보유 기간을 강제적으로 종료시키고자 할 때에는, 보유 기간(1104b) 후에 소거 기간(1104c)을 마련하고, 강제적으로 비발광 상태가 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 그리고, 강제적으로 비발광 상태로 한 행에 대해서는 일정 기간 비발광의 상태를 유지한다(이 기간을 비발광 기간(1104d)이라 한다). 그리고, 마지막 행의 기입 기간(1104a)이 종료하면 즉시 제1 행부터 순차적으로 다음 기입 기간(또는 다음 프레임)으로 이행한다. 이것에 의해, 서브프레임(1104)의 기입 기간(1104a)과, 그 다음 서브프레임의 기입 기간이 중첩되는 것을 방지할 수 있다.
1 수평 기간을, 어느 행에 소거 신호를 입력하기 위한 선택 기간과 다른 행 에 영상 신호를 입력하기 위한 선택 기간의 2개 기간으로 분할하고, 각 선택 기간에 따라, 소스 신호선(912)에 입력하는 신호가 변환된다. 이와 같은 동작 방법에 의해, 비발광 기간(1104d)을 마련함으로써, 보유 기간(1104b)이 모든 행의 기입에 필요한 시간보다 짧게 될 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 서브프레임(1101～1104)은 보유 기간이 가장 긴 것부터 가장 짧은 것으로 순서로 배열되어 있지만, 반드시 본 실시형태와 같이 배열할 필요는 없고, 예를 들어, 서브프레임(1101～1104)은 보유 기간이 가장 짧은 것부터 가장 긴 것으로 순서로 배열하여도 좋고 또는 랜덤하게 배열되어 있어도 좋다. 또한, 서브프레임은 복수의 프레임으로 추가로 분할되어 있어도 좋다. 즉, 같은 영상 신호를 부여하고 있는 기간에, 게이트 신호선의 주사를 다수회 행하여도 좋다.
여기서, 기입 기간 및 소거 기간에서의 도 9에 나타낸 회로의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 기입 기간에서의 동작에 대하여 설명한다. 기입 기간에서, n번째(n은 자연수) 게이트 신호선(911)은 스위치(918)를 통해 기입용 게이트 신호선 구동회로(913)에 전기적으로 접속되고, 소거용 게이트 신호선 구동회로(914)와는 접속되지 않는다. 또한, 소스 신호선(912)은 스위치(920)를 통해 소스 신호선 구동회로에 전기적으로 접속되어 있다. 이 경우, n번째(n은 자연수) 게이트 신호선(911)에 접속된 제1 트랜지스터(901)의 게이트에 신호가 입력되어, 제1 트랜지스터(901)는 온(on)이 된다. 그리고, 이때, 첫번째부터 마지막까지의 소스 신호선(912)에 동시 에 영상 신호가 입력된다. 또한, 각 소스 신호선(912)으로부터 입력되는 영상 신호는 서로 독립한 것이다. 각 소스 신호선(912)으로부터 입력된 영상 신호는 소스 신호선(912)에 접속된 제1 트랜지스터(901)를 통하여 제2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 입력된다. 이때, 제2 트랜지스터(902)에 입력된 신호에 따라, 제2 트랜지스터(902)의 온 오프가 제어된다. 따라서, 제2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 입력되는 신호에 따라, 발광소자(903)의 발광 또는 비발광이 결정된다. 예를 들어, 제2 트랜지스터(902)가 p채널형 트랜지스터인 경우에는 제2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 Low Level 신호가 입력됨으로써 발광소자(903)가 발광한다. 한편, 제2 트랜지스터(902)가 n채널형 트랜지스터인 경우에는, 제2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 High Level 신호가 입력됨으로써 발광소자(903)가 발광한다.
다음에, 소거 기간에서의 동작에 대하여 설명한다. 소거 기간에서, n번째(n은 자연수) 게이트 신호선(911)은 스위치(919)를 통하여 소거용 게이트 신호선 구동회로(914)에 전기적으로 접속되고, 기입용 게이트 신호선 구동회로(913)에는 접속되지 않는다. 또한, 소스 신호선(912)은 스위치(920)를 통하여 전원(916)에 전기적으로 접속되어 있다. 이 경우, n번째 게이트 신호선(911)에 접속된 제1 트랜지스터(901)의 게이트에 신호가 입력되어, 제1 트랜지스터(901)는 온이 된다. 그리고, 이때, 첫번째부터 마지막까지의 소스 신호선(912)에 동시에 소거 신호가 입력된다. 각 소스 신호선(912)으로부터 입력된 소거 신호는 소스 신호선(912)에 접속된 제1 트랜지스터(901)를 통하여 제2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 입력된다. 이때, 제2 트랜지스터(902)에 입력된 신호에 따라, 전류 공급선(917)으로부터 발광소자(903)로의 전류 공급이 저지된다. 그리고, 발광소자(903)는 강제적으로 비발광이 된다. 예를 들어, 제2 트랜지스터(902)가 p채널형 트랜지스터인 경우에는 제2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 High Level 신호가 입력됨으로써 발광소자(903)는 비발광이 된다. 한편, 제2 트랜지스터(902)가 n채널형 트랜지스터인 경우에는 제2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 Low Level 신호가 입력됨으로써 발광소자(903)는 비발광이 된다.
또한, 소거 기간에서는 n번째 행(n은 자연수)에 대해서는 이상에 설명한 바와 같은 동작에 의해 소거하기 위한 신호가 입력된다. 그러나, 상기한 바와 같이, n번째 행이 소거 기간임과 동시에, 다른 행(m번째 행(m은 자연수)이라 함)에 대해서는 기입 기간이 되는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 동일 소스 신호선을 사용하여 n번째 행에는 소거를 위한 신호를, 그리고 m번째 행에는 기입을 위한 신호를 입력할 필요가 있기 때문에, 아래에 설명하는 바와 같은 동작이 바람직하다.
앞에서 설명한 소거 기간에서의 동작에 의해, n번째 행의 발광소자(903)가 비발광으로 된 직후, 게이트 신호선(911)과 소거용 게이트 신호선 구동회로(914)를 비접속 상태로 함과 동시에, 스위치(920)를 전환하여 소스 신호선(912)과 소스 신호선 구동회로(915)와 접속시킨다. 그리고, 소스 신호선(912)과 소스 신호선 구동회로(915)를 접속시킴과 동시에, 게이트 신호선(915)과 기입용 게이트 신호선 구동회로(913)를 접속시킨다. 그리고, 기입용 게이트 신호선 구동회로(913)로부터 m번째 게이트 신호선(911)에 선택적으로 신호가 기입되어, 제1 트랜지스터(901)가 온으로 됨과 동시에, 소스 신호선 구동회로(915)로부터는 첫번째부터 마지막까지의 소스 신호선(912)에 기입을 위한 신호가 입력된다. 이 신호에 의해, m번째 행의 발광소자(903)는 발광 또는 비발광 상태가 된다.
이상과 같이 하여, m번째 행에 대한 기입 기간을 종료한 직후, n+1번째 행에 대한 소거 기간이 개시된다. 그를 위해, 게이트 신호선(911)과 기입용 게이트 신호선 구동회로(913)를 비접속으로 함과 동시에, 스위치(920)를 전환하여 소스 신호선(912)을 전원(916)과 접속한다. 또한, 기입용 게이트 신호선 구동회로(913)에 접속되지 않은 게이트 신호선(911)이 소거용 게이트 신호선 구동회로(914)와의 접속 상태로 한다. 그리고, 소거용 게이트 신호선 구동회로(914)로부터 n+1번째 게이트 신호선(911)에 선택적으로 신호를 입력하여, 제1 트랜지스터(901)를 온으로 함과 동시에, 전원(916)으로부터 소거 신호가 입력된다. 이와 같이 하여, n+1번째 행에 대한 소거 기간을 종료한 직후, m+1번째 행에 대한 기입 기간이 개시된다. 그 다음, 마지막 행의 소거 기간이 종료될 때까지, 마찬가지로 소거 기간과 기입 기간을 반복될 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 n번째 행의 소거 기간과 n+1번째 행의 소거 기간 사이에 m번째 행의 기입 기간을 제공한 양태에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니고, n-1번째 행의 소거 기간과 n번째 행의 소거 기간 사이에 m번째 행의 기입 기간을 제공하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 서브프레임(1104)과 같이 비발광 기간(1104d)을 마련할 때에 있어서, 소거용 게이트 신호선 구동회로(914)와 어느 하나의 게이트 신호선(91))을 비접속 상태로 함과 동시에, 기입용 게이트 신호선 구동회로(913)와 다른 게이트 신호선(911)을 접속 상태로 하는 동작을 반복하고 있다. 이와 같은 동작은 특별히 비발광 기간을 마련하지 않는 서브프레임에서 행해질 수도 있다.
[실시형태 8]
본 발명의 발광소자를 포함하는 발광장치의 단면의 일 예에 대하여 도 12(A)～도 12(C)를 사용하여 설명한다.
도 12(A)～도 12(C)에서, 점선으로 둘러싸여 있는 부분은 본 발명의 발광소자(1212)를 구동하기 위해 제공된 트랜지스터(1211)이다. 발광소자(1212)는 제1 전극(1213)과 제2 전극(1214) 사이에 정공 발생 층과 전자 발생 층과 발광 물질을 포함하는 층이 적층된 층(1215)을 가지는 본 발명의 발광소자이다. 트랜지스터(1211)의 드레인과 제1 전극(1213)은 제1 층간절연막(1216)(1216a～1216c)을 관통하고 있는 배선(1217)에 의해 서로 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 발광소자(1212)는 인접하여 제공된 다른 발광소자와 격벽층(1218)에 의해 분리되어 있다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 발광장치는 본 실시형태에서 기판(1210) 위에 제공되어 있다.
또한, 도 12(A)～도 12(C) 각각에 도시된 트랜지스터(1211)는 반도체층을 중심으로 하여 기판과 반대쪽에 게이트 전극이 제공된 탑 게이트형 TFT이다. 그러나, 트랜지스터(1211)의 구조에 대해서는 특별히 한정은 없고, 예를 들어, 보텀 게이트형 TFT이어도 좋다. 또한, 보텀 게이트 TFT의 경우에는, 채널을 형성하는 반도체층 위에 보호막이 형성된 TFT(채널 보호형 TFT)이어도 좋고, 또는 채널을 형성하는 반도체층의 일부가 오목부 형상으로 되어 있는 TFT(채널 에치형 TFT)이어도 좋다.
또한, 트랜지스터(1211)를 구성하는 반도체층은 결정성과 비정질의 어느 것이어도 좋고, 또는, 세미아모르퍼스이어도 좋다.
또한, 세미아모르퍼스 반도체란, 비정질 구조와 결정 구조(단결정, 다결정을 포함)의 중간적인 구조를 가지고, 자유 에너지적으로 안정적인 제3 상태를 가지는 반도체로서, 단거리 질서와 격자 변형을 가지는 결정질 영역을 포함하고 있는 것이다. 또한, 세미아모르퍼스 반도체막 중의 적어도 일부 영역에는 0.5～20 nm의 결정립을 포함하고 있다. 세미아모르퍼스 반도체의 라만 스펙트럼은 520 cm-1보다 저파수측으로 시프트하고 있다. X선 회절에서는, Si 결정 격자에 기인하는 (111) 및 (220)의 회절 피크가 관측된다. 댕글링 본드(dangling bond)를 종단시키기 위해 세미아모르퍼스 반도체에 수소 또는 할로겐을 적어도 1 원자% 또는 그 이상 포함하고 있다. 따라서, 세미아모르퍼스 반도체는 미(微)결정 반도체라고도 불린다. 규화물 가스를 글로우 방전(플라즈마 CVD)에 의해 분해하여 세미아모르퍼스 반도체를 형성한다. 규화물 가스로서는, SiH4 외에도, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등의 가스를 사용할 수 있다. 이 규화물 가스를 H2, 또는 H2와 He, Ar, Kr, Ne에서 선택된 1종 또는 다수 종의 희가스 원소로 희석하여도 좋다. 희석율은 2:1～1000:1의 범위이다, 글로우 방전 중의 압력은 대략 0.1 Pa～133 Pa의 범위이고, 전원 주파수는 1 MHz～120 MHz, 바람직하게는 13 MHz～60 MHz이다. 기판 가열 온도는 300℃ 이하, 바람직하게는 100～250℃일 수 있다. 막 중의 불순물 원소로서, 산소, 질소, 탄소 등의 대기 성분의 불순물을 1×1020 /㎤ 이하로 제어하는 것이 바람직하고, 특히 산소 농도는 5×1019 /㎤ 이하, 바람직하게는 1×1019 /㎤ 이하로 제어한다. 또한, 세미아모르퍼스 반도체를 사용한 TFT(박막트랜지스터)는 대략 1～10 ㎡/Vsec의 이동도를 가진다.
또한, 반도체층이 결정성 반도체인 구체예로서는, 단결정 또는 다결정 규소, 또는 실리콘 게르마늄 등으로 된 것이 있다. 이들은 레이저 결정화에 의해 형성될 수도 있고, 예를 들어, 니켈 등을 사용한 고상 성장법에 의한 결정화에 의해 형성될 수도 있다.
또한, 반도체층을 형성하기 위해 비정질 재료, 예를 들어, 아모르퍼스 실리콘을 사용하는 경우에는, 트랜지스터(1211) 및 다른 트랜지스터(발광소자를 구동하기 위한 회로를 구성하는 트랜지스터)가 모두 n채널형 트랜지스터인 회로를 가지는 발광장치인 것이 바람직하다. 그 이외의 경우에 대해서는, n채널형 트랜지스터와 p채널형 트랜지스터 중의 어느 하나로 구성된 회로를 가지는 발광장치이어도 좋고, n채널형 트랜지스터와 p채널형 트랜지스터 모두를 포함하는 회로를 가지는 발광장치이어도 좋다.
또한, 제1 층간절연막(1216)은 도 12(A) 및 도 12(C)에 도시된 바와 같이 다층이어도 좋고, 또는 단층이어도 좋다. 또한, 제1 층간절연막(1216a)은 산화규소나 질화규소와 같은 무기 재료로 이루어지고, 제1 층간절연막(1216b)은 아크릴이나 실록산, 도포 성막 가능한 산화규소 등의 자기 평탄성을 가지는 재료로 이루어진 다. 실록산은 규소(Si)와 산소(O)와의 결합으로 형성된 골격 구조를 가지고, 치환기로서, 적어도 수소를 포함하는 유기기(예를 들어, 알킬기, 방향족 탄화수소기)가 사용된다. 치환기로서, 플루오로기를 사용하여도 좋다. 또한, 치환기로서, 적어도 수소를 포함하는 유기기와, 플루오로기를 사용하여도 좋다. 또한, 제1 층간절연막(1216c)은 아르곤(Ar)을 포함하는 질화규소막으로 이루어진다. 또한, 각층을 구성하는 물질에 대해서는 특별히 한정은 없고, 여기서 설명한 것 이외의 것을 사용하여도 좋다. 또한, 이들 이외의 물질로 된 층을 더 조합시켜도 좋다. 이와 같이, 제1 층간절연막(1216)을 형성하기 위해 무기 재료와 유기 재료 모두를 사용하여도 좋고, 또는 무기 재료와 유기 재료 중 어느 하나로 사용하여도 좋다.
격벽층(1218)에 대해서는, 엣지부가 곡률 반경이 연속적으로 변화하는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 격벽층(1218)을 형성하기 위해 아크릴이나 실록산, 레지스트, 산화규소 등을 사용한다. 또한, 무기 재료와 유기 재료 중 어느 하나 또는 모두를 사용하여 격벽층(1218)을 형성하여도 좋다.
또한, 도 12(A) 및 도 12(C) 각각에서, 제1 층간절연막(1216)만이 트랜지스터(1211)와 발광소자(1212) 사이에 제공된 구성이지만, 도 12(B)와 같이 제1 층간절연막(1216)(1216a, 1216b) 외에, 제2 층간절연막(1219)(1219a, 1219b)이 제공된 구성이어도 좋다. 도 12(B)에 도시된 발광장치에서는, 제1 전극(1213)이 제2 층간절연막(1219)을 관통하여 배선(1217)에 접속되어 있다.
제2 층간절연막(1219)은 제1 층간절연막(1216)과 마찬가지로 다층이어도 좋고 또는 단층이어도 좋다. 제2 층간절연막(1219a)은 아크릴이나 실록산, 도포 성 막 가능한 산화규소 등의 자기 평탄성을 가지는 물질로 이루어진다. 실록산은 규소(Si)와 산소(O)와의 결합으로 형성된 골격 구조를 가지고, 치환기로서, 적어도 수소를 포함하는 유기기(예를 들어, 알킬기, 방향족 탄화수소기)가 사용된다. 치환기로서, 플루오로기를 사용하여도 좋다. 또한, 치환기로서, 적어도 수소를 포함하는 유기기와, 플루오로기를 사용하여도 좋다. 또한, 제2 층간절연막(1219b)은 아르곤(Ar)을 포함하는 질화규소막으로 이루어진다. 또한, 각층을 구성하는 물질에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 여기서 설명한 것 이외의 것을 사용하여도 좋다. 또한, 이들 이외의 물질로 이루어지는 층을 더 조합시켜도 좋다. 이와 같이, 제2 층간절연막(1219)은 무기 재료와 유기 재료 모두를 사용하여 형성된 것이어도 좋고, 또는 무기 재료와 유기 재료 중 어느 하나로 형성된 것이어도 좋다.
발광소자(1212)에서, 제1 전극(1213) 및 제2 전극(1214) 모두가 투광성 재료로 형성되어 있는 경우, 도 12(A)의 윤곽 화살표로 나타내는 바와 같이, 제1 전극(1213)측과 제2 전극(1214)측 모두로부터 발광을 취출할 수 있다. 또한, 제2 전극(1214)만이 투광성 재료로 형성되는 경우, 도 12(B)의 윤곽 화살표로 나타내는 바와 같이, 제2 전극(1214)측만으로부터 발광을 취출할 수 있다. 이 경우, 제1 전극(1213)은 반사율이 높은 재료로 구성되거나, 또는 반사율이 높은 재료로 이루어지는 막(반사막)이 제1 전극(1213) 아래에 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 전극(1213)만이 투광성 재료로 형성되어 있는 경우, 도 12(C)의 윤곽 화살표로 나타내는 바와 같이, 제1 전극(1213)측만으로부터 발광을 취출할 수 있다. 이 경우, 제2 전극(1214)은 반사율이 높은 재료로 구성되거나, 또는 제2 전극(1214) 위에 반사막이 제공되는 것이 바람직하다.
또한, 제2 전극(1214)의 전위가 제1 전극(1213)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가했을 때 발광소자(1212)가 동작하도록 층(1215)이 적층된 것이어도 좋고, 또는 제2 전극(1214)의 전위가 제1 전극(1213)의 전위보다 낮아지도록 전압을 인가했을 때 발광소자(1212)가 동작하도록 층(1215)이 적층된 것이어도 좋다. 전자(前者)의 경우, 트랜지스터(1211)는 n채널형 트랜지스터이고, 후자의 경우, 트랜지스터(1211)는 p채널형 트랜지스터이다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는 트랜지스터에 의해 발광소자의 구동을 제어하는 액티브형 발광장치에 대하여 설명하였지만, 그 외에, 트랜지스터 등의 구동용 소자를 특별히 제공하지 않고 발광소자를 구동시키는 패시브형 발광장치에도 본 발명이 적용될 수 있다. 패시브형 발광장치에서도, 낮은 구동 전압으로 동작하는 본 발명의 발광소자를 포함함으로써, 저소비전력으로 구동시킬 수 있다.
이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예에 한정되지 않는다는 것은 물론이다. 먼저, 본 발명의 발광소자를 위한 유기금속 착체의 합성예, 그 유기금속 착체의 특성을 설명하고, 이어서, 본 발명의 발광소자의 구성, 그의 제조방법, 및 발광장치의 실시예를 설명한다.
[실시예 1 : 유기금속 착체의 합성예 및 그의 특성]
<합성예 1>
본 합성예는 상기 식 (16)으로 나타내어지는 {2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴놀 살리나토}(아세틸아세토나토) 이리듐(III)[약칭: Ir(Fdpq)2(acac)]의 합성예이다.
<스텝 1 : 배위자(HFdpq)의 합성>
먼저, 4,4'-디플루오로벤질 3.71 g과 o-페닐렌디아민 1.71 g을 용매(클로로포름 200 mL) 중에서 6시간 가열하면서 교반하였다. 반응 용액을 실온으로 냉각시키고, HCl(1N)과 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 용매를 제거하여, 배위자 HFdpq(2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살린)를 얻었다(담황색 분말, 수율 99%).
합성 스킴(scheme) 및 배위자 HFdqp의 구조식은 아래 식 (60)으로 나타내어진다.
<스텝 2 : 복핵(複核) 착체 [Ir(Fdpq)2Cl]2의 합성>
먼저, 2-에톡시에탄올 30 mL와 물 10 mL의 혼합액을 용매로 하여, 배위자 HFdpq(2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살린) 3.61 g과 염화이리듐(IrCl3?HCl?H2O) 1.35 g을 혼합하고, 질소 분위기에서 17시간 환류시킴으로써, 복핵 착체 [Ir(Fdpq)2Cl]2를 얻었다(갈색 분말, 수율 99%).
합성 스킴 및 복핵 착체 [Ir(Fdpq)2Cl]2의 구조식은 아래 식(61)로 나타내어진다.
<스텝 3 : 본 발명의 발광소자의 유기금속 착체 Ir(Fdpq)2(acac)의 합성>
또한, 2-에톡시에탄올 30 mL를 용매로 하여, 상기 스텝 2에서 얻어진 복핵 착체 [Ir(Fdpq)2Cl]2 2.00 g, 아세틸아세톤(Hacac) 0.44 mL, 탄산나트륨 1.23 g을 혼합하여, 질소 분위기에서 20시간 환류시킴으로써, 상기 식 (16)으로 나타내어지는 본 발명의 유기금속 착체 Ir(Fdpq)2(acac)를 얻었다(적색 분말, 수율 44%).
합성 스킴은 아래 식(62)로 나타내어진다.
핵 자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 유기금속 착체 Ir(Fdpq)2(acac)의 분석 결과는 아래와 같다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 8.20(d, 2H), 8.11(d, 2H), 8.01(brs, 4H), 7.68(t, 2H), 7.52(t, 2H), 7.32(brm, 4H), 7.08(m, 2H), 6.39(td, 2H), 6.05(dd, 2H), 4.71(s, 1H), 1.62(s, 6H)
또한, 얻어진 Ir(Fdpq)2(acac)의 열분해 온도(Td)를 시차열 열중량 동시 측정장치(세이코-덴시 가부시키가이샤제, TG/DTA 320형)에 의해 측정한 결과, Td = 365℃이고, 유기금속 착체 Ir(Fdpq)2(acac)가 양호한 내열성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
또한, 디클로로메탄 중에서의 얻어진 Ir(Fdpq)2(acac)의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼(Photo Luminescence)을 도 13에 나타낸다. 발광 스펙트럼은 할로겐 램프의 광을 슬릿에 의해 분광하여 취출한 469 nm의 파장의 광을 여기광으로서 사용했을 때 얻어진 것이다. 도 13에서, 횡축은 파장(nm)을 나타내고, 왼쪽 종축은 흡광도(단위 없음)를 나타내고, 오른쪽 종축은 발광 강도(임의 단위 : auxiliary unit(a.u.))를 나타낸다. 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 유기금속 착체 Ir(Fdpq)2(acac)는 232 nm, 284 nm, 371 nm 및 472 nm에 흡수 피크를 가지고 있다. 또한, 발광 스펙트럼은 644 nm에 발광 피크를 가지는 발광이었다. 그리고, 이 발광은 적색으로서 시인(視認)되었다.
또한, 얻어진 Ir(Fdpq)2(acac)의 경우, 여러 개의 흡수 피크가 관측된다. 이것은 오르소메탈 착체 등의 경우에 종종 보이는 유기금속 착체 특유의 흡수이고, 일중항 MLCT 천이, 삼중항 π-π` 천이, 삼중항 MLCT(metal to ligand charge transfer) 천이 등에 대응한다고 유추된다. 특히, 가장 긴 파장측에서의 흡수 피크가 가시 영역에서 넓은 피크를 가지고 있고, 이것은 삼중항 MLCT 천이 특유의 흡수 스펙트럼이라고 생각된다. 즉, Ir(Fdpq)2(acac)는 삼중항 여기 상태로의 직접 광여기나 항간(項間) 교차가 가능한 화합물인 것을 알 수 있었다.
또한, 얻어진 Ir(Fdpq)2(acac)를 포함하는 디클로로메탄 용액에 산소를 포함 하는 가스를 주입하고, 산소를 용존시킨 상태로 Ir(Fdpq)2(acac)를 발광시켰을 때의 Ir(Fdpq)2(acac)의 발광 강도를 조사하였다. 또한, 얻어진 Ir(Fdpq)2(acac)를 포함하는 디클로로메탄 용액에 아르곤을 포함하는 가스를 주입하고, 아르곤을 용존시킨 상태로 Ir(Fdpq)2(acac)를 발광시켰을 때의 Ir(Fdpq)2(acac)의 발광 강도를 조사하였다. 그 결과, Ir(Fdpq)2(acac) 유래의 발광은 산소를 용존시킨 상태에서의 발광 강도보다 아르곤을 용존시킨 상태에서의 발광 강도가 강하다는, 인광을 발광하는 물질과 같은 경향을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이것으로부터, Ir(Fdpq)2(acac) 유래의 발광은 인광이라고 생각된다.
<합성예 2>
본 합성예는 상기 식 (17)로 나타내어지는 비스(2,3-디페닐퀴녹살리나토)(아세틸아세토나토) 이리듐(III)[약칭: Ir(dpq)2(acac)]의 합성예이다.
<스텝 1 : 복핵 착체 [Ir(dpq)2Cl]2의 합성>
먼저, 2-에톡시에탄올 30 mL와 물 10 mL의 혼합액을 용매로 하여, 배위자 Hdpq(2,3-디페닐퀴녹살린) 2.36 g과, 염화이리듐(IrCl3?HCl?H2O) 1.00 g을 혼합하고, 질소 분위기에서 15시간 환류시킴으로써, 복핵 착체 [Ir(dpq)2Cl]2를 얻었다(암갈색 분말, 수율 91%).
합성 스킴 및 복핵 착체 [Ir(Fdpq)2Cl]2의 구조식은 아래 식 (63)으로 나타 내어진다.
<스텝 2 : 본 발명의 유기금속 착체 Ir(dpq)2(acac)의 합성>
또한, 2-에톡시에탄올 30 mL를 용매로 하여, 상기 스텝 1에서 얻어진 복핵 착체 [Ir(dpq)2Cl]2 1.00 g, 아세틸아세톤(Hacac) 0.20 mL, 탄산나트륨 0.67 g을 혼합하고, 질소 분위기에서 15 시간 환류시켰다. 이 반응용액을 여과하여 얻어진 용액을 디클로로메탄 용매를 사용한 컬럼 색층분석에 의해 정제하였다. 디클로로메탄/에탄올 용매를 사용하여 재결정화를 행하여, 본 발명의 유기금속 착체 Ir(dpq)2(acac)를 얻었다(적갈색 분말, 수율 40%).
합성 스킴은 아래 식(64)로 나타내어진다.
핵 자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 본 유기금속 착체 [Ir(dpq)2(acac)의 분석 결과는 하기와 같다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 8.15(t, 4H), 7.89(brs, 4H), 7.79(t, 2H), 7.69(m, 8H), 6.94(d, 2H), 6.57(t, 2H), 6.48(t, 2H), 6.33(d, 2H), 4.81(s, 1H), 1.64(s, 6H)
또한, 얻어진 Ir(dpq)2(acac)의 열분해 온도(Td)를 시차열 열중량 동시 측정 장치(세이코-덴시 가부시키가이샤제, TG/DTA 320형)에 의해 측정한 결과, Td = 340℃이고, 유기금속 착체 Ir(dpq)2(acac)는 양호한 내열성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
또한, 디클로로메탄 중에서의 얻어진 Ir(dpq)2(acac)의 흡수 스펙트럼 및 발 광 스펙트럼(PL)을 도 14에 나타낸다. 또한, 발광 스펙트럼은 할로겐 램프의 광을 슬릿에 의해 분광하여 취출한 469 nm의 파장의 광을 여기광으로서 사용했을 때 얻어진 것이다. 도 14에서, 횡축은 파장(nm)을 나타내고, 왼쪽 종축은 흡광도(단위 없음)를 나타내고, 오른쪽 종축은 발광 강도(a.u.)를 나타낸다. 도 14에서 알 수 있는 바와 같이, 얻어진 유기금속 착체 Ir(dpq)2(acac)는 248 nm, 283 nm, 378 nm 및 479 nm에 흡수 피크를 가지고 있다. 또한, 발광 스펙트럼은 687 nm에 발광 피크를 가지고 발광하였다. 그리고, 이 발광은 짙은 적색으로서 시인(視認)되었다.
또한, 얻어진 Ir(dpq)2(acac)의 경우는, 여러 개의 흡수 피크가 관측된다. 이것은 오르소메탈 착체 등의 경우에 자주 보이는 유기금속 착체 특유의 흡수이고, 일중항 MLCT 천이, 삼중항 π-π* 천이, 삼중항 MLCT 천이 등에 대응한다고 유추된다. 특히, 가장 긴 파장측에서의 흡수 피크가 가시 영역에서 넓은 피크를 가지고 있고, 이것은 삼중항 MLCT 천이 특유의 흡수 스펙트럼이라고 생각된다. 즉, Ir(dpq)2(acac)는 삼중항 여기 상태로의 직접 광여기나 항간 교차가 가능한 화합물인 것을 알 수 있었다.
또한, 얻어진 Ir(dpq)2(acac)를 포함하는 디클로로메탄 용액에 산소를 포함하는 가스를 주입하고, 산소를 용존시킨 상태에서 Ir(dpq)2(acac)를 발광시켰을 때의 Ir(dpq)2(acac)의 발광 강도를 조사하였다. 또한, 얻어진 Ir(dpq)2(acac)를 포함하는 디클로로메탄 용액에 아르곤을 포함하는 가스를 주입하고, 아르곤을 용존시 킨 상태로 Ir(dpq)2(acac)를 발광시켰을 때의 Ir(dpq)2(acac)의 발광강도를 조사하였다. 그 결과, Ir(dpq)2(acac) 유래의 발광은 산소를 용존시킨 상태에서의 발광 강도보다 아르곤을 용존시킨 상태에서의 발광 강도가 강한, 인광을 발광하는 물질과 같은 경향을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이것으로부터, Ir(dpq)2(acac) 유래의 발광은 인광이라고 생각된다.
<합성예 3>
본 합성예는 아래 식 (65)로 나타내어지는 {2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리나토}(피콜리나토) 이리듐(III)[약칭: Ir(Fdpq)2(pic)]의 합성예이다.
Ir(Fdpq)2(pic)의 구조식은 아래 식(65)로 나타내어진다.
먼저, 합성예 1의 스텝 1에서 얻어진 복핵 착체 [Ir(Fdpq)2Cl]2를 원료로 사용하였다. 클로로메탄 30 mL를 용매로 하여, [Ir(Fdpq)2Cl]2 2.87 g, 피콜린산(Hpic) 1.67 g을 혼합하고, 질소 분위기에서 16시간 환류시켰다. 이 반응용액을 여과하여, 유기금속 착체 Ir(Fdpq)2(pic)를 얻었다(적색 분말, 수율 56%).
합성 스킴은 아래 식(66)으로 나타내어진다.
핵 자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 본 유기금속 착체 Ir(Fdpq)2(pic)의 분석 결과는 아래와 같다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 8.66(d, 1H), 8.45(d, 1H), 8.04(m, 4H), 7.95(d, 1H), 7.81(m, 3H), 7.69(m, 2H), 7.59(t, 1H), 7.53(t, 1H), 7.33(m, 5H), 7.18(t, 1H), 7.07(t, 2H), 6.51(td, 1H), 6.38(m, 2H), 5.78(dd, 1H)
또한, 얻어진 Ir(Fdpq)2(pic)의 열분해 온도(Td)를 시차열 열중량 동시 측정 장치(세이코-덴시 가부시키가이샤제, TG/DTA 320형)에 의해 측정한 결과, Td = 347℃이고, 유기금속 착체 Ir(Fdpq)2(pic)는 양호한 내열성을 나타내는 것을 알 수 있 었다.
또한, 디클로로메탄 중에서의 얻어진 Ir(Fdpq)2(pic)의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼(PL)을 도 15에 나타낸다. 또한, 발광 스펙트럼은 할로겐 램프의 광을 슬릿에 의해 분광하여 취출한 468 nm의 파장의 광을 여기광으로서 사용했을 때 얻어진 것이다. 도 15에서, 횡축은 파장(nm)을 나타내고, 왼쪽 종축은 흡광도(단위 없음)를 나타내고, 오른쪽 종축은 발광강도(a.u.)를 나타낸다. 도 15에서 알 수 있는 바와 같이, 얻어진 유기금속 착체 Ir(Fdpq)2(pic)는 복수의 흡수 피크를 가지고 있다. 또한, 발광 스펙트럼은 625 nm에 발광 피크를 가지는 발광이었다. 그리고, 이 발광은 적색으로서 시인(視認)되었다.
가장 긴 파장측에서의 흡수 피크가 가시 영역에서 넓은 피크를 가지고 있고, 이것은 삼중항 MLCT 천이 특유의 흡수 스펙트럼이라고 생각된다. 즉, Ir(Fdpq)2(pic)는 삼중항 여기 상태로의 직접 광여기나 항간 교차가 가능한 화합물인 것을 알 수 있었다.
<합성예 4>
본 합성예에서는, 아래 식 (67)로 나타내어지는 {2,3-비스(3,5-디플루오로페닐)퀴녹살리나토}(아세틸아세토나토) 이리듐(III)[약칭: Ir(3,5-Fdpq)2(acac)]의 합성에 대하여 설명한다.
Ir(3,5-Fdpq)2(acac)의 구조식은 아래 식 (67)로 나타내어진다.
<스텝 1 : 3,3'-5,5'-테트라플루오로벤질의 합성>
배위자의 원료인 3,3',5,5'-테트라플루오로벤질을 아래와 같이 합성한다. 먼저, 마그네슘 3.16 g을 테트라하이드로프란(약칭: THF) 3 mL에 현탁시키고, 소량의 1,2-디브로모에탄을 첨가하였다. 이 혼합물에, 1-브로모-3,5-디플루오로벤젠 25.00g에 THF 130 mL를 가한 용액을 적하(滴下)하고, 가열 환류 하에서 1.5시간 교반하였다. 다음에, 실온으로 냉각된 용액에 1,4-디메틸피페라딘-2,3-디온 9.24 g을 첨가하고, 가열 환류 하에서 13시간 교반하였다.
또한, 실온으로 냉각된 용액에 10% 염산 200 mL를 첨가하고, 유기층을 클로로포름으로 분취하였다. 황산나트륨으로 건조시킨 후, 용매를 농축하였다. 마지막으로, 칼럼 색층분석(헥산/디클로로메탄계)로 정제하여, 3,3',5,5'-테트라플루오로벤질을 얻었다(황색 분말, 수율 46%).
합성 스킴은 아래 식 (68)로 나타내어진다.
<스텝 2 : 배위자 H(3,5-Fdpq)의 합성>
스텝 1에서 합성한 3,3',5,5'-테트라플루오로벤질 8.32 g과 1,2-페닐렌디아민 3.19 g에 클로로포름 300 mL를 첨가하고, 가열 환류 하에서 10시간 교반하였다. 실온으로 냉각된 용액을 염산(1N)으로 세정하고, 이어서, 포화 식염수로 세정하고, 황산나트륨으로 건조시킨 후, 용매를 농축하여, 2,3-비스(3,5-디플루오로페닐)퀴녹살린(배위자 H(3,5-Fdpq))을 얻었다(백색 분말, 수율 98%).
합성 스킴 및 배위자 H(3,5-Fdpq)의 구조식은 아래 식 (69)로 나타내어진다.
<스텝 3 : 복핵 착체 [Ir(3,5-Fdpq)2Cl]2의 합성>
2-에톡시에탄올 30 mL과 물 10 mL의 혼합액을 용매로 하여, 스텝 2에서 합성된 배위자 H(3,5-Fdpq) 2.46 g과 염화이리듐(IrCl3?HCl?H2O) 0.83 g을 혼합하고, 질소 분위기에서 17시간 환류시킴으로써, 복핵 착체 [Ir(3,5-Fdpq)2Cl]2를 얻었다 (적갈색 분말, 수율 78%).
합성 스킴 및 복핵 착체 [Ir(3,5-Fdpq)2Cl]2의 구조식은 아래 식 (70)으로 나타내어진다.
<스텝 3 : 유기금속 착체 Ir(3,5-Fdpq)2(acac)의 합성>
2-에톡시에탄올 30 mL을 용매로 하여, 스텝 3에서 얻어진 복핵 착체 [Ir(3,5-Fdpq)2Cl]2 2.34 g, 아세틸아세톤(Hacac) 0.39 mL, 탄산나트륨을 1.32 g을 혼합하고, 질소 분위기에서 20시간 환류시킴으로써, 상기 식 (67)로 나타내어지는 유기금속 착체 Ir(3,5-Fdpq)2(acac)를 얻었다(암적색 분말, 수율 22%).
합성 스킴은 아래 식 (71)로 나타내어진다.
핵 자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 본 유기금속 착체 Ir(3,5-Fdpq)2(acac)의 분석 결과는 아래와 같다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 8.10(t, 4H), 7.75(t, 2H), 7.61(m, 4H), 7.30(m, 2H), 7.09(tt, 2H), 6.77(dd, 2H), 6.20(td, 2H), 4.67(s, 1H), 1.61(s, 6H)
또한, 얻어진 Ir(3,5-Fdpq)2(acac)의 열분해 온도(Td)를 시차열 열중량 동시 측정 장치(세이코-덴시 가부시키가이샤제, TG/DTA 320형)에 의해 측정한 결과, Td = 342℃이고, 유기금속 착체 Ir(3,5-Fdpq)2(acac)는 양호한 내열성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
또한, 디클로로메탄 중에서의 얻어진 Ir(3,5-Fdpq)2(acac)의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼(PL)을 도 16에 나타낸다. 또한, 발광 스펙트럼은 할로겐 램프의 광을 슬릿에 의해 분광하여 취출한 468 nm의 파장의 광을 여기광으로서 사용했을 때 얻어진 것이다. 도 16에서, 횡축은 파장(nm)을 나타내고, 왼쪽 종축은 흡광도(단위 없음)를 나타내고, 오른쪽 종축은 발광 강도(a.u.)를 나타낸다. 도 16에서 알 수 있는 바와 같이, 얻어진 유기금속 착체 Ir(3,5-Fdpq)2(acac)는 복수의 흡수 피크를 가지고 있다. 또한, 발광 스펙트럼은 666 nm에 발광 피크를 가지는 발광이었다. 그리고, 그 발광은 깊은 적색으로서 시인(視認)되었다.
가장 긴 파장측에서의 흡수 피크가 가시 영역에서 넓은 형상을 가지고 있고, 이것은 삼중항 MLCT 천이 특유의 흡수 스펙트럼이라고 생각된다. 즉, Ir(3,5-Fdpq)2(acac)는 삼중항 여기 상태로의 직접 광여기나 항간 교차가 가능한 화합물인 것을 알 수 있었다.
<합성예 5>
본 합성예에서는, 아래 식(72)로 나타내어지는 {2,3-비스(3,5-디플루오로페닐)퀴녹살리나토}(피콜리나토) 이리듐(III)[약칭: Ir(3,5-Fdpq)2(pic)]의 합성에 대하여 설명한다.
Ir(3,5-Fdpq)2(pic)의 구조식은 아래 식 (72)로 나타내어진다.
디클로로메탄 30 mL를 용매로 하여, 합성예 4의 스텝 3에서 합성된 복핵 착체 [Ir(3,5-Fdpq)2Cl]2 2.54 g과 피콜린산(Hpic) 1.34 g을 혼합하고, 질소 분위기에서 16시간 환류시켰다. 이 용액을 여과하여, 본 발명의 유기금속 착체 Ir(3,5-Fdpq)2(pic)를 얻었다(적색 분말, 수율 14%).
합성 스킴은 아래 식 (73)으로 나타내어진다.
핵 자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 본 유기금속 착체 Ir(3,5-Fdpq)2(pic)의 분석 결과는 아래와 같다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 8.65(d, 1H), 8.54(d, 1H), 8.06(m, 2H), 7.87-7.54(m, 8H), 7.32(m, 3H), 7.12(m, 3H), 6.85(d, 1H), 6.74(d, 1H), 6.37(t, 1H), 6.17(t, 1H)
또한, 얻어진 Ir(3,5-Fdpq)2(pic)의 열분해 온도(Td)를 시차열 열중량 동시 측정 장치(세이코-덴시 가부시키가이샤제, TG/DTA 320형)에 의해 측정한 결과, Td = 347℃이고, 유기금속 착체 Ir(3,5-Fdpq)2(pic)는 양호한 내열성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
또한, 디클로로메탄 중에서의 얻어진 Ir(3,5-Fdpq)2(pic)의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼(PL)을 도 17에 나타낸다. 또한, 발광 스펙트럼은 할로겐 램프의 광을 슬릿에 의해 분광하여 취출한 468 nm의 파장의 광을 여기광으로서 사용했을 때 얻어진 것이다. 도 17에서, 횡축은 파장(nm)을 나타내고, 왼쪽 종축은 흡광도(단위 없음)를 나타내고, 오른쪽 종축은 발광 강도(a.u.)를 나타낸다. 도 17에서 알 수 있는 바와 같이, 얻어진 유기금속 착체 Ir(3,5-Fdpq)2(pic)는 복수의 흡수 피크를 가지고 있다. 또한, 발광 스펙트럼은 645 nm에 발광 피크를 가지는 발광이었다. 그리고, 이 발광은 적색으로서 시인(視認)되었다.
가장 긴 파장측에서의 흡수 피크가 가시 영역에서 넓은 피크를 가지고 있고, 이것은 삼중항 MLCT 천이 특유의 흡수 스펙트럼이라고 생각된다. 즉, Ir(3,5-Fdpq)2(pic)는 삼중항 여기 상태로의 직접 광여기나 항간 교차가 가능한 화합물인 것을 알 수 있었다.
합성예 1～5에서 설명된 본 발명의 유기금속 착체는 발광 재료 또는 광증감제로서 사용될 수 있다.
다음에, 합성예 1～5에서 얻어진 본 발명의 유기금속 착체의 흡수 스펙트럼, 즉, 도 13～도 17로부터, 각 유기금속 착체의 에너지 갭을 구하였다. 에너지 갭은 흡수 스펙트럼의 흡수단의 파장을 에너지로 환산함으로써 산출되었다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
| 본 발명의 유기금속 착체의 약칭 | 에너지 갭 [eV] | |
| 합성예 1 | Ir(Fdpq)2(acac) | 2.0 |
| 합성예 2 | Ir(dpq)2(acac) | 1.9 |
| 합성예 3 | Ir(Fdpq)2(pic) | 2.0 |
| 합성예 4 | Ir(3,5-Fdpq)2(acac) | 1.9 |
| 합성예 5 | Ir(3,5-Fdpq)2(pic) | 2.0 |
또한, 상기한 본 발명의 유기금속 착체 각각을 발광소자의 발광 재료로서 사용할 때 이 유기금속 착체를 호스트 재료 중에 적절히 분산시키는 것이 바람직하다. 표 2는 상기와 마찬가지의 측정 방법에 의해 측정한 대표적인 호스트 재료의 에너지 갭을 나타낸다.
[표 2]
| 대표적인 호스트 재료의 약칭 | 에너지 갭 [eV] |
| TPAQn | 2.8 |
| CBP | 3.5 |
| α-NPD | 3.1 |
| Alq3 | 2.8 |
표 1과 표 2의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 호스트 재료는 본 발명의 유기금속 착체보다 큰 에너지 갭을 가지므로, 본 발명의 유기금속 착체에 대한 호스트 재료로서 사용될 수 있다.
또한, 에너지 갭 뿐만 아니라, 상기 합성예들에서 얻어진 본 발명의 유기금속 착체의 산화?환원 특성을 사이클릭 볼타메트리(CV: cyclic voltammetry)에 의해 측정하여, 이온화 포텐셜과 전자 친화력을 평가하였다. 먼저, 합성예 1의 유기금속 착체 [Ir(Fdpq)2(acac)]를 예로 하여, CV 측정의 과정을 아래에 설명한다.
측정장치로서, 전기화학 애널라이저(BAS(주) 제조, 모델 번호: ALS 모델 600A)를 사용하였다. CV 측정에서의 용액을 조제하기 위해, 용매로서의 탈수 디메틸포름아미드(DMF)에 지지 전해질로서의 과염소산 테트라-n-부틸암모니움(n-Bu4NClO4)을 100 mmol의 농도가 되도록 용해시키고, 측정 대상으로서의 Ir(Fdpq)2(acac)를 1 mmol의 농도가 되도록 추가로 용해시켰다. 또한, 작용 전극으로서 백금 전극(BAS(주) 제조, PTE 백금 전극)을, 보조 전극으로서 백금 전극(BAS(주) 제조, VC-3용 Pt 카운터 전극(5 cm))을, 기준 전극으로서 Ag/Ag' 전극(BAS(주) 제조, RE5 비수성 용매 기준 전극)을 사용하였다.
산화 특성에 대해서는, 먼저, 기준 전극에 대한 작용 전극의 전위를 -0.4 V에서 1.2 V까지 변경하고, 이어서, 1.2 V에서 -0.4 V까지 변경함으로써 측정하였 다. 또한, 환원 특성에 대해서는, 먼저, 기준 전극에 대한 작용 전극의 전위를 -0.4 V에서 -2.4 V까지 변경하고, 이어서, -2.4 V에서 -0.4 V까지 변경함으로써 측정하였다. 또한, CV 측정에서의 스캔 속도는 0.1 V/s이도록 제어되었다.
도 18(A) 및 도 18(B)는 Ir(Fdpq)2(acac)의 산화 특성을 나타내는 CV 곡선과, Ir(Fdpq)2(acac)의 환원 특성을 나타내는 CV 곡선을 각각 나타낸다. 도 18(A) 및 도 18(B) 각각에서, 횡축은 기준 전극에 대한 작용 전극의 전위(V)를 나타내고, 종축은 작용 전극과 보조 전극과의 사이에서 흐른 전류값(1×10-5 A)을 나타낸다. 도 18(A)로부터, 산화 피크 전위(Eox)는 0.88 V(vs. Ag/Ag+ 전극)인 것을 알 수 있었고, 도 18(B)로부터, 환원 피크 전위(Ere)는 -1.58 V(vs. Ag/Ag+ 전극)인 것을 알 수 있었다.
동일한 측정방법으로, 합성예 2 및 합성예 3에서 얻어진 본 발명의 유기금속 착체 각각에 대해서도 산화 피크 전위(Eox)와 환원 피크 전위(Ere)를 측정하였다. CV 측정의 결과를 아래의 표 3에 정리하였다. 또한, 이들 유기금속 착체의 경우, CV 측정을 100 사이클 반복한 때에도, 산화?환원의 어느 경우에도 CV 곡선의 피크 위치나 피크 강도에 거의 변화가 보이지 않았으므로, 이들 유기금속 착체는 산화?환원 반응에 대하여 극히 안정한 것도 알 수 있다.
[표 3]
| 본 발명의 유기금속 착체의 약칭 | Eox [V] | Ere [V] | |
| 합성예 1 | Ir(Fdpq)2(acac) | 0.88 | -1.58 |
| 합성예 2 | Ir(dpq)2(acac) | 0.7~0.8* | -1.82 |
| 합성예 3 | Ir(Fdpq)2(pic) | 1.0~1.1* | -1.51 |
* 피크가 명료하지 않음
그런데, 상기한 본 발명의 유기금속 착체들 각각을 발광소자의 발광 재료로 사용할 때는, 이들 유기금속 착체를 호스트 재료 중에 적절히 분산시키는 것이 바람직하다. 따라서, 동일한 측정방법에 의해, 대표적인 호스트 재료의 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 측정하였다. 그 결과를 아래의 표 4에 나타낸다.
[표 4]
| 대표적인 호스트 재료의 약칭 | Eox [V] | Ere [V] |
| TPAQn | 0.69 | -2.05 |
| CBP ※1 | 1.25 | -2.3~-2.4※2 |
| α-NPD | 0.45 | -2.8~-2.9※2 |
| Alq3 | 0.8~0.9※2 | -2.20 |
*1 용매로서 디클로로메탄을 사용
*2 피크가 명료하지 않음
표 4를 표 3과 비교하면, 먼저, 본 발명의 유기금속 착체는 각 호스트 재료에 비하여 특히 환원 전위가 큰(환원 전위의 절대값이 작은) 것을 알 수 있다. 즉, 이것은 본 발명의 유기금속 착체가 호스트 재료보다 전자 친화력이 큰(보다 환원되기 쉬운) 것을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 유기금속 착체는 전자를 받기 쉬운 성질을 가지고 있고, 상기한 호스트 재료에 이 유기금속 착체를 분산시킴으로써 캐리어를 효과적으로 트랩할 수 있다는 것이 시사된다.
또한, 조합에 따라서는, 본 발명의 유기금속 착체가 호스트 재료보다 산화 전위가 작아진다(예를 들어, Ir(Fdpq)2(acac)와 Alq3와의 조합이나 호스트 재료로서 CBP를 사용한 경우 등). 그와 같은 조합의 경우에는, 본 발명의 유기금속 착체가 호스트 재료보다 이온화 포텐셜이 작아지게 된다(보다 쉽게 산화된다). 따라서, 이와 같은 조합을 발광소자에 적용한 경우, 전자 뿐만 아니라, 정공도 효과적으로 트랩할 수 있다.
호스트 재료로서는, 본 발명의 유기금속 착체가 전자 및 정공을 효과적으로 트랩하는 것을 가능하게 하는 재료를 사용하는 것이 바람직하지만, 전자와 정공 모두를 트랩할 필요는 없고, 어느 한쪽을 트랩하여도 좋다. 또한, 호스트 재료의 에너지 갭이 유기금속 착체의 에너지 갭보다 크다면, 반드시, 본 발명의 유기금속 착체가 전자 및 정공을 효과적으로 트랩하는 것을 가능하게 하는 재료일 필요는 없다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 본 발명의 발광소자의 구조 및 제조방법에 대하여 도 19를 사용하여 설명한다.
먼저, 기판(1300) 위에, 110 nm의 막 두께가 되도록 인듐 주석 산화물을 성막하여 제1 전극(1301)을 형성하였다. 이 성막에는 스퍼터링법을 사용하였다.
다음에, 제1 전극(1301) 위에, 20 nm의 막 두께가 되도록 구리 프탈로시아닌을 성막하여 정공 주입층(1311)을 형성하였다. 이 성막은, 제1 전극(1301)이 형성된 기판을, 제1 전극(1301)이 형성된 면을 하방으로 하여 시판 진공 증착 장치의 기판 홀더에 고정하고, 진공 증착 장치의 내부에 구비된 증착원에 구리 프탈로시아닌을 넣고, 저항 가열법을 사용한 증착법에 의해 행하였다.
다음에, 정공 주입층(1311) 위에, 40 nm의 막 두께가 되도록 α-NPD를 성막하여 정공 수송층(1312)을 형성하였다. 이 성막은 정공 주입층(1311)의 형성과 마찬가지로 증착법에 의해 행하였다.
다음에, 상기 식(16)으로 나타내어지는 {2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리나토}(아세틸아세토나토) 이리듐(III)(이하, Ir(Fdpq)2(acac)라고 칭함)이 α-NPD 중에 8 중량%의 비율로 포함되도록 α-NPD를 성막하여 발광층(1313)을 형성하였다. 이 성막은 α-NPD와 Ir(Fdpq)2(acac)를 각각 증발원으로 한 공증착법에 의해 행하여, 막 두께가 30 nm로 되도록 하였다. 여기서, α-NPD는 호스트 재료로서 기능한다.
다음에, 발광층(1313) 위에, 30 nm의 막 두께가 되도록 Alq3을 성막하여 전자 수송층(1314)을 형성하였다. 이 성막은 정공 주입층(1311)의 형성과 마찬가지로 증착법에 의해 행하였다. 다음에, 전자 수송층(1314) 위에, 1 nm의 막 두께가 되도록 불화칼슘(CaF2)을 성막하여 전자 주입층(1315)을 형성하였다. 이 성막은 정공 주입층(1311)의 형성과 마찬가지로 증착법에 의해 행하였다.
이상과 같이 하여, 정공 주입층(1311), 정공 수송층(1312), 발광층(1313), 전자 수송층(1314), 전자 주입층(1315)을 적층하여, 발광 물질을 포함하는 층(1302)을 형성하였다.
다음에, 전자 주입층(1315) 위에, 150 nm의 막 두께가 되도록 알루미늄을 성막하여 제2 전극(1303)을 형성하였다. 이 성막은 정공 주입층(1311)의 형성과 마찬가지로 증착법에 의해 행하였다.
또한, 제조된 발광소자를 질소 분위기 하의 글로브 박스 내로 이동시키고, 그 글로브 박스에서 시일재를 사용하여 봉지(封止)를 행하였다. 발광소자를 봉지한 후, 그 발광소자를 글로브 박스 밖으로 꺼내고, 실온(약 25℃)에서 초기 상태에서의 전류 밀도-휘도 특성, 전압-휘도 특성, 휘도-전류 효율 특성에 대하여 조사하였다. 또한, 정전류 구동에 의한 동작 안정성 시험을 행하여, 소자 수명에 대하여 조사하였다.
먼저, 제조된 발광소자의 초기 특성을 도 20(A)～도 20(C)에 나타낸다. 도 20(A)는 전류 밀도-휘도 특성을 나타내고, 도 20(B)는 전압-휘도 특성을 나타내고, 도 20(C)는 휘도-전류 효율 특성을 나타내고 있다. 전압-휘도 특성으로부터, 9.0 V의 전압을 인가했을 때 440 cd/㎡의 휘도로 발광하고, 그때의 발광 효율이 1.0 cd/A인 것을 알 수 있었다. 또한, 발광 스펙트럼은 647 nm의 파장에 피크를 가지고, 소자는 (x, y) = (0.67, 0.32)의 CIE 색도 좌표를 나타내고, 이것으로부터, Ir(Fdpq)2(acac)에 기인하여, 색순도가 매우 높은 적색계의 발광을 나타내는 것을 알 수 있었다.
다음에, 일정 시간 일정 전류값의 전류를 인가하는 정전류 구동에 의해 동작 안정성 시험을 행하였다. 시험 방법으로서는, 초기 상태에서 440 cd/㎡의 휘도로 발광하기 위해 필요한 전류 밀도(44.3 mA/㎠)의 전류를 일정 시간 계속 인가하여, 휘도의 경시변화를 조사하였다. 그 결과, 3800 시간 경과 후의 휘도는 초기 상태에서의 휘도의 68%로 유지되었고, 절반만큼 감소되지는 않았다. 이것으로부터, 본 발명의 발광소자는 발광 시간에 따른 휘도의 감소가 작고, 소자 수명이 양호한 것을 알 수 있었다.
또한, 이 동작 안정성 시험을 계속하여 행하였다. 얻어진 시험 결과를 도 21에 나타낸다. 이 도면에서 횡축은 시간(h)을 나타내고, 종축은 초기 상태에서의 휘도에 대한 휘도의 비율(즉, 상대 휘도(%))을 나타낸다. 도 21에 나타낸 결과에 기초하여, 외삽법(外揷法)에 의해 휘도 반감 시간을 예측한 결과, 대략 8000 시간이었다.
[실시예 3]
본 실시예에서는, Alq3을 호스트 재료로 하여 사용한 본 발명의 발광소자의 소자 구조 및 그 제조방법에 대하여 도 22를 사용하여 설명한다.
먼저, 기판(1400) 위에, 110 nm의 막 두께가 되도록 인듐 주석 산화물을 성막하여 제1 전극(1401)을 형성하였다. 이 성막에는 스퍼터링법을 사용하였다.
다음에, 제1 전극(1401) 위에, 20 nm의 막 두께가 되도록 DNTPD를 성막하여 정공 주입층(1411)을 형성하였다. 이 성막은, 제1 전극(1401)이 형성된 기판을, 제1 전극(1401)이 형성된 면을 하방으로 하여 시판의 진공 증착 장치의 기판 홀더에 고정하고, 진공 증착 장치의 내부에 구비된 증착원에 DNTPD를 넣고, 저항 가열 법을 사용한 증착법에 의해 행하였다.
다음에, 정공 주입층(1411) 위에, 10 nm의 막 두께가 되도록 α-NPD를 성막하여 정공 수송층(1412)을 형성하였다. 이 성막은 정공 주입층(1411)의 형성과 마찬가지로 증착법에 의해 행하였다.
다음에, 상기 식(16)으로 나타내어지는 {2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리나토}(아세틸아세토나토) 이리듐(III)(이하, Ir(Fdpq)2(acac)로 칭함)이 Alq3 중에 8 중량%의 비율로 포함되도록 Alq3을 성막하여 발광층(1413)을 형성하였다. 이 성막은 Alq3과 Ir(Fdpq)2(acac)를 각각 증발원으로 하여 공증착법에 의해 행하고, 막 두께를 30 nm가 되도록 하였다. 여기서, Alq3은 호스트 재료로서 기능한다.
다음에, 발광층(1413) 위에, 30 nm의 막 두께가 되도록 Alq3을 성막하여 전자 수송층(1414)을 형성하였다. 이 성막은 정공 주입층(1411)의 형성과 마찬가지로 증착법에 의해 행하였다.
다음에, 전자 수송층(1414) 위에, 1 nm의 막 두께가 되도록 불화칼슘(CaF2)을 성막하여 전자 주입층(1415)을 형성하였다. 이 성막은 정공 주입층(1411)의 형성과 마찬가지로 증착법에 의해 행하였다.
이상과 같이 하여, 정공 주입층(1411), 정공 수송층(1412), 발광층(1413), 전자 수송층(1414), 전자 주입층(1415)을 적층하여, 발광 물질을 포함하는 층(1402)을 형성하였다.
다음에, 전자 주입층(1415) 위에, 150 nm의 막 두께가 되도록 알루미늄을 성막하여 제2 전극(1403)을 형성하였다. 이 성막은 정공 주입층(1411)의 형성과 마찬가지로 증착법에 의해 행하였다.
또한, 제조된 발광소자를 질소 분위기 하의 글로브 박스 내로 이동시키고, 그 글로브 박스에서 시일재를 사용하여 봉지를 행하였다. 발광소자를 봉지한 후, 그 발광소자를 글로브 박스 밖으로 꺼내고, 실온(약 25℃)에서 초기 상태에서의 전류 밀도-휘도 특성, 전압-휘도 특성, 휘도-전류 효율 특성에 대하여 조사하였다. 또한, 정전류 구동에 의한 동작 안정성 시험을 행하여, 소자 수명에 대하여 조사하였다.
먼저, 제조된 발광소자의 초기 특성을 도 23(A)～도 23(C)에 나타낸다. 도 23(A)는 전류 밀도-휘도 특성을 나타내고, 도 23(B)는 전압-휘도 특성을 나타내고, 도 23(C)는 휘도-전류 효율 특성을 나타낸다. 전압-휘도 특성으로부터, 10.6 V의 전압을 인가했을 때 470 cd/㎡의 휘도로 발광하고, 그때의 발광 효율이 1.1 cd/A인 것을 알 수 있었다. 또한, 발광 스펙트럼은 659 nm의 파장에서 피크를 가지고, 또한, 소자는 (x, y) = (0.70, 0.30)의 CIE 색도 좌표를 나타낸다. 이것으로부터, Ir(Fdpq)2(acac)에 기인하여 색순도가 매우 높은 적색계의 발광을 나타내는 것을 알 수 있었다.
다음에, 정전류 구동에 의한 동작 안정성 시험을 행하였다. 시험 방법으로서는, 초기 상태에서 470 cd/㎡의 휘도에서 발광하기 위해 필요한 전류 밀도(41.7 mA/㎠)의 전류를 일정 시간 계속 인가하여, 휘도의 경시 변화를 조사하였다. 그 결과, 1400시간 경과 후의 휘도는 초기 상태에서의 휘도의 89%를 유지하였고, 휘도를 절반만큼 감소시키지는 못했다. 이것으로부터, 본 발명의 발광소자는 발광 시간에 따른 휘도 감소가 작고, 소자 수명이 양호한 것을 알 수 있었다.
또한, 이 동작 안정성 시험을 연속하여 행하였다. 얻어진 시험 결과를 도 24에 나타낸다. 이 도면에서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 초기 상태에서의 휘도에 대한 휘도의 비율(즉, 상대 휘도(%))을 나타낸다. 도 24에 나타낸 결과에 기초하여, 외삽법에 의해 휘도 반감 시간을 예측한 결과, 대략 34000시간이었다.
[실시예 4]
본 실시예에서는, α-NPD 및 Alq3의 2종류의 재료를 호스트 재료로서 사용한 발광소자의 예에 대하여 설명한다. 본 실시예의 소자는 발광층(1413)을 하기와 같은 구성으로 한 것 이외에는 실시예 3과 동일하게 제조하였다.
발광층(1413)은 α-NPD의 증착 속도를 0.4 nm/s로 설정하고, Alq3의 증착 속도를 0.1 nm/s로 설정한 상태에서 상기 식(16)으로 나타내어지는 Ir(Fdpq)2(acac)를 증발시키는 3원 증착에 의해 형성하였다. 이때, Ir(Fdpq)2(acac)의 첨가량은 α-NPD에 대하여 8 중량%가 되도록 제어되었다. 또한, 발광층(1413)의 막 두께는 30 nm가 되도록 하였다. 여기서, α-NPD 및 Alq3은 호스트 재료로서 기능한다.
또한, 제조된 발광소자를 질소 분위기 하의 글로브 박스 내로 이동시키고, 그 글로브 박스에서 시일재를 사용하여 봉지를 행하였다. 발광소자를 봉지한 후, 그 발광소자를 글로브 박스 밖으로 꺼내고, 실온(약 25℃)에서 초기 상태에서의 전류 밀도-휘도 특성, 전압-휘도 특성, 휘도-전류 효율 특성에 대하여 조사하였다. 또한, 정전류 구동에 의한 동작 안정성 시험을 행하야 소자 수명에 대하여 조사하였다.
먼저, 제조된 발광소자의 초기 특성을 도 25(A)～도 25(C)에 나타낸다. 도 25(A)는 전류 밀도-휘도 특성을 나타내고, 도 25(B)는 전압-휘도 특성을 나타내고, 도 25(C)는 휘도- 전류 효율 특성을 나타낸다. 그 결과로부터, 7.6 V의 전압을 인가했을 때 510 cd/㎡의 휘도로 발광하고, 그때의 발광 효율은 1.3 cd/A인 것을 알 수 있었다. 또한, 발광 스펙트럼은 640 nm의 파장에서 피크를 가지고, 소자는 (x, y) = (0.70, 0.30)의 CIE 색도 좌표를 나타내었다. 이것으로부터, Ir(Fdpq)2(acac)에 기인하여 색순도가 매우 높은 적색 발광을 나타내는 것을 알 수 있었다.
다음에, 정전류 구동에 의한 동작 안정성 시험을 행하였다. 시험 방법으로서는, 초기 상태에서 510 cd/㎡의 휘도로 발광하기 위해 필요한 전류 밀도(37.8 mA/㎠)의 전류를 일정 시간 계속 인가하여, 휘도의 경시 변화를 조사하였다. 그 결과, 1200시간 경과 후의 휘도는 초기 상태에서의 휘도의 90%를 유지하고, 휘도의 반감에 이르지는 않았다. 이것으로부터, 본 발명의 발광소자는 발광 시간에 따른 휘도의 감소가 적고, 소자 수명이 양호한 것을 알 수 있었다.
또한, 이 동작 안정성 시험을 계속하여 행하였다. 얻어진 시험 결과를 도 26에 나타낸다. 이 도면에서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 초기 상태에서의 휘도에 대한 휘도의 비율(즉, 상대 휘도(%))을 나타낸다. 도 26에 나타낸 결과에 기초하여, 외삽법에 의해 휘도 반감 시간을 예측한 결과, 대략 40000시간이었다.
[실시예 5]
본 실시예에서는, 본 발명의 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광소자의 구조, 및 그의 제조방법에 대하여 도 19를 사용하여 설명한다. 본 실시예는 발광층의 구성은 실시예 2와 같지만, 다른 층의 막 두께와 재료를 최적화하여 발광 효율을 더욱 향상시킨 실시예이다.
기판(1300) 위에, 산화규소를 포함하는 인듐 주석 산화물을 스퍼터링법에 의해 성막하여 제1 전극(1301)을 형성하였다. 그의 막 두께는 110 nm가 되도록 하였다.
다음에, 제1 전극(1301)이 형성된 기판(1300)을, 제1 전극(1301)이 형성된 면이 하방으로 되도록 진공 증착 장치 내에 마련된 기판 홀더에 고정하였다.
다음에, 제1 전극(1301) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 50 nm의 막 두께가 되도록 4,4'-비스[N-{4-(N,N-디-m-트릴아미노)페닐}-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DNTPD)을 성막하여, 정공 주입층(1311)을 형성하였다.
다음에, 정공 주입층(1311) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 10 nm의 막 두께가 되도록 α-NPD를 성막하여, 정공 수송층(1312)을 형성하였다.
다음에, 정공 수송층(1312) 위에, 공증착에 의해 30 nm의 막 두께가 되도록 Ir(Fdpq)2(acac)와 α-NPD를 성막하여, 발광층(1313)을 형성하였다. 여기서, α-NPD와 Ir(Fdpq)2(acac)의 질량비는 1 : 0.08 (= α-NPD : Ir(Fdpq)2(acac))가 되도록 하였다. 이것에 의해, Ir(Fdpq)2(acac)는 α-NPD로 된 층 중에 분산된 상태가 된다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증착원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
다음에, 발광층(1313) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 70 nm의 막 두께가 되도록 Alq3을 성막하여, 전자 수송층(1314)을 형성하였다.
다음에, 전자 수송층(1314) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 1 nm의 막 두께가 되도록 불화칼슘을 성막하여, 전자 주입층(1315)을 형성하였다.
다음에, 전자 주입층(1315) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 200 nm의 막 두께가 되도록 알루미늄을 성막하여, 제2 전극(1303)을 형성하였다.
이상과 같이 하여 제조된 발광소자를 질소 분위기 하에서 봉지하였다. 그 후, 제1 전극(1301)의 전위가 제2 전극(1303)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가하고, 발광소자의 동작 특성에 대하여 조사하였다. 또한, 그 측정은 실온(25℃)으로 유지한 상태에서 행하였다. 이 결과를 도 27(A)～도 27(C)에 나타낸다. 도 27(A)는 전류 밀도-휘도 특성에 대하여 조사한 결과이고, 도 27(B)는 전압-휘도 특성에 대하여 조사한 결과이고, 도 27(C)는 휘도-전류 효율 특성에 대하여 조사한 결과이다. 도 27(A)에서, 횡축은 전류 밀도(mA/㎠)를 나타내고, 종축은 휘도(cd/㎡)를 나타낸다. 도 27(B)에서, 횡축은 전압(V)을 나타내고, 종축은 휘도(cd/㎡) 를 나타낸다. 도 27(C)에서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 나타내고, 종축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다.
이들 결과로부터, 7.2 V의 전압을 인가했을 때, 520 cd/㎡의 휘도로 발광하는 것을 알 수 있었다. 이때의 전류 효율은 3.8 cd/A이었다. 또한, 발광 스펙트럼은 644 nm의 파장에서 피크를 가지고, 소자는 (x, y) = (0.66, 0.33)의 CIE 색도 좌표를 나타내었다. 이것으로부터, Ir(Fdpq)2(acac)에 기인하여 색순도가 매우 높은 적색계의 발광을 나타내는 것을 알 수 있었다.
다음에, 동작 안정성 시험에 의해 휘도의 경시 변화에 대하여 조사하였다. 동작 안정성 시험은 초기 상태에서 520 cd/㎡의 휘도로 발광하는 데에 필요한 전류 밀도(본 실시예의 발광소자에서는 13.9 mA/㎠)의 전류를 일정 시간 계속 인가하고, 각 경과 시간에서의 휘도를 측정함으로써 행하였다. 또한, 이 시험은 실온(25℃)으로 유지한 상태에서 행하였다.
동작 안정성 시험의 결과를 도 28에 나타낸다. 도 28에서, 횡축은 시간(h)을 나타내고, 종축은 초기 상태에서의 휘도에 대한 휘도의 비율(즉, 상대 휘도(%))을 나타낸다. 도 28로부터, 1400시간 경과 후의 상대 휘도는 95%이었다. 즉, 초기 휘도가 5%만큼 열화되었고, 초기 휘도의 반감에는 이르지 못한다는 것을 알 수 있었다. 즉, 본 발명의 발광소자는 소자 수명이 양호한 소자인 것을 알 수 있었다. 또한, 도 28에 나타낸 결과에 기초하여, 외삽법에 의해 휘도 반감 시간을 예측한 결과, 대략 19000시간이었다.
[실시예 6]
본 실시예에서는, 본 발명의 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광소자의 구조, 및 그의 제조방법에 대하여 도 22를 사용하여 설명한다. 본 실시예는 발광층의 구성은 실시예 3과 동일하지만, 다른 층의 막 두께와 재료를 최적화하여 발광 효율을 더욱 향상시킨 실시예이다.
기판(1400) 위에, 산화규소를 포함하는 인듐 주석 산화물을 스퍼터링법에 의해 성막하여, 제1 전극(1401)을 형성하였다. 그의 막 두께는 110 nm가 되도록 하였다.
다음에, 제1 전극(1401)이 형성된 기판(1400)을, 제1 전극(1401)이 형성된 면이 하방으로 되도록 진공 증착 장치 내에 마련된 기판 홀더에 고정하였다.
다음에, 제1 전극(1401) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 50 nm의 막 두께가 되도록 DNTPD를 성막하여, 정공 주입층(1411)을 형성하였다.
다음에, 정공 주입층(1411) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 10 nm의 막 두께가 되도록 α-NPD를 성막하여, 정공 수송층(1412)을 형성하였다.
다음에, 정공 수송층(1412) 위에, 공증착에 의해 30 nm의 막 두께가 되도록 Ir(Fdpq)2(acac)과 Alq3을 성막하여, 발광층(1413)을 형성하였다. 여기서, Alq3과 Ir(Fdpq)2(acac)의 질량비는 1 : 0.08 (= Alq3 : Ir(Fdpq)2(acac))가 되도록 하였다. 이것에 의해, Ir(Fdpq)2(acac)는 Alq3으로 된 층 중에 분산된 상태가 된다. 또한, 공증측법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증착원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
다음에, 발광층(1413) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 70 nm의 막 두께가 되도록 Alq3을 성막하여, 전자 수송층(1414)을 형성하였다.
다음에, 전자 수송층(1414) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 1 nm의 막 두께가 되도록 불화칼슘을 성막하여, 전자 주입층(1415)을 형성하였다.
다음에, 전자 주입층(1415) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 200 nm의 막 두께가 되도록 알루미늄을 성막하여, 제2 전극(1403)을 형성하였다.
이상과 같이 하여 제조된 발광소자를 질소 분위기 하에서 봉지하였다. 그 후, 제1 전극(1401)의 전위가 제2 전극(1403)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가하고, 발광소자의 동작 특성에 대하여 조사하였다. 또한, 이 측정은 실온(25℃)으로 유지한 상태에서 행하였다. 그 결과를 도 29(A)～도 29(C)에 나타낸다. 도 29(A)는 전류 밀도-휘도 특성에 대하여 조사한 결과이고, 도 29(B)는 전압-휘도 특성에 대하여 조사한 결과이고, 도 29(C)는 휘도-전류 효율 특성에 대하여 조사한 결과이다. 도 29(A)에서, 횡축은 전류 밀도(mA/㎠)를 나타내고, 종축은 휘도(cd/㎡)를 나타낸다. 도 29(B)에서, 횡축은 전압(V)을 나타내고, 종축은 휘도(cd/㎡)를 나타낸다. 도 29(C)에서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 나타내고, 종축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다.
이들 결과로부터, 8.6 V의 전압을 인가했을 때, 490 cd/㎡의 휘도에서 발광하는 것을 알 수 있었다. 이때의 전류 효율은 3.7 cd/A이었다. 또한, 발광 스펙 트럼은 656 nm의 파장에서 피크를 가지고, 소자는 (x, y) = (0.64, 0.34)의 CIE 색도 좌표를 나타내었다. 이것으로부터, Ir(Fdpq)2(acac)에 기인하여 색순도가 매우 높은 적색계의 발광을 나타내는 것을 알 수 있었다.
다음에, 동작 안정성 시험에 의해 휘도의 경시 변화에 대하여 조사하였다. 동작 안정성 시험은 초기 상태에서 490 cd/㎡의 휘도로 발광하는데 필요한 전류 밀도(본 실시예의 발광소자에서는 13.3 mA/㎠)의 전류를 일정 시간 계속 인가하고, 각 경과 시간에서의 휘도를 측정함으로써 행하였다. 또한, 이 시험은 실온(25℃)으로 유지한 상태에서 행하였다.
동작 안정성 시험의 결과를 도 30에 나타낸다. 도 30에서, 횡축은 시간(h)을 나타내고, 종축은 초기 상태에서의 휘도에 대한 휘도의 비율(즉, 상대 휘도(%))을 나타낸다. 도 30으로부터, 1800시간 경과 후의 상대 휘도는 84%이었다. 즉, 초기 휘도로부터의 열화율은 16%이고, 초기 휘도의 반감치에는 이르지 않았다는 것을 알 수 있었다. 즉, 본 발명의 발광소자는 소자 수명이 양호한 소자인 것을 알 수 있었다. 또한, 도 30에 나타낸 결과에 기초하여, 외삽법에 의해 휘도 반감 시간을 예측한 결과, 대략 33000시간이었다.
[실시예 7]
본 실시예는, 전자 수송층(1414) 및 전자 주입층(1415)의 구성을 아래와 같이 바꾼 것 이외에는 실시예 6과 마찬가지로 하여 제조한 발광소자의 실시예이고, 본 실시예를 도 22를 사용하여 설명한다.
본 실시예에서는, 전자 수송층(1414)의 막 두께를 30 nm로 하였다. 또한, 전자 주입층(1415)은 Alq3과 Li를 공증착하여 40 nm의 막 두께가 되도록 성막하였다. 여기서, Alq3과 Li의 질량비는 1 : 0.01 (= Alq3 : Li)이 되도록 하였다.
이상과 같이 하여 제조된 발광소자를 질소 분위기 하에서 봉지하였다. 그 후, 제1 전극(1401)의 전위가 제2 전극(1403)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가하고, 발광소자의 동작 특성에 대하여 조사하였다. 또한, 이 측정은 실온(25℃)으로 유지한 상태에서 행하였다. 이 결과를 도 31(A)～도 31(C)에 나타낸다. 도 31(A)는 전류 밀도-휘도 특성에 대하여 조사한 결과이고, 도 31(B)는 전압-휘도 특성에 대하여 조사한 결과이고, 도 31(C)는 휘도-전류 효율 특성에 대하여 조사한 결과이다. 도 31(A)에서, 횡축은 전류 밀도(mA/㎠)를 나타내고, 종축은 휘도(cd/㎡)를 나타낸다. 도 31(B)에서, 횡축은 전압(V)을 나타내고, 종축은 휘도(cd/㎡)를 나타낸다. 도 31(C)에서, 횡축은 휘도(cd/㎡)를 나타내고, 종축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다.
이들 결과로부터, 7.6 V의 전압을 인가했을 때 480 cd/㎡의 휘도로 발광한다는 것을 알 수 있었다. 이때의 전류 효율은 3.5 cd/A이었다. 또한, 발광 스펙트럼은 656 nm의 파장에서 피크를 가지고, 소자는 (x, y) = (0.66, 0.33)의 CIE 색도 좌표를 나타내었다. 이것으로부터, Ir(Fdpq)2(acac)에 기인하여 색순도가 매우 높은 적색계의 발광을 나타내는 것을 알 수 있었다.
다음에, 동작 안정성 시험에 의해 휘도의 경시 변화에 대하여 조사하였다. 동작 안정성 시험은 초기 상태에서 480 cd/㎡의 휘도로 발광하는데 필요한 전류 밀도(본 실시예의 발광소자에서는 13.7 mA/㎠)의 전류를 일정 시간 게속 인가하고, 각 경과 시간에서의 휘도를 측정함으로써 행하였다. 또한, 이 시험은 실온(25℃)으로 유지한 상태에서 행하였다. 동작 안정성 시험의 결과를 도 32에 나타낸다. 도 32에서, 횡축은 시간(h)을 나타내고, 종축은 초기 상태에서의 휘도에 대한 휘도의 비율(즉 상대 휘도(%))을 나타낸다. 도 32로부터, 740시간 경과 후의 상대 휘도는 86%이었다. 즉, 초기 휘도로부터의 열화율은 14%이고, 초기 휘도의 반감치에는 이르지 않았다는 것을 알 수 있었다. 즉, 본 발명의 발광소자는 소자 수명이 양호한 소자인 것을 알 수 있었다. 또한, 도 32에 나타낸 결과에 기초하여, 외삽법에 의해 휘도 반감 시간을 예측한 결과, 대략 36000시간이었다.
[실시예 8]
본 실시예는, 발광층의 구성은 실시예 4와 동일하지만, 다른 층의 막 두께와 재료를 최적화하여 발광 효율을 더욱 향상시킨 실시예이고, 전자 수송층(1414) 및 전자 주입층(1415)의 구성을 아래와 같이 바꾼 것 이외에는 실시예 6과 마찬가지로 하여 제조한 발광소자의 실시예이다. 도 22를 사용하여 설명한다.
본 실시예에서는, 발광층(1413)은 α-NPD, Alq3, 및 Ir(Fdpq)2(acac)을 동시에 증발시키는 3원 증착에 의해 형성하였다. 이때, 질량비로 Alq3 : α-NPD : Ir(Fdpq)2(acac) = 1 : 1 : 0.08이 되도록 성막 속도를 설정하였다. 또한, 발광층의 막 두께는 30 nm가 되도록 하였다. 여기서, α-NPD 및 Alq3은 호스트 재료로서 기능한다. 또한, 전자 수송층(1414)의 막 두께를 60 nm로 하였다.
이상과 같이 하여 제조한 발광소자를 질소 분위기 하에서 봉지하였다. 그 후, 제1 전극(1401)의 전위가 제2 전극(1403)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가하고, 발광소자의 동작 특성에 대하여 조사하였다. 또한, 이 측정은 실온(25℃)으로 유지한 상태에서 행하였다. 이 결과를 도 33(A)～도 33(C)에 나타낸다. 도 33(A)는 전류 밀도-휘도 특성에 대하여 조사한 결과이고, 도 33(B)는 전압-휘도 특성에 대하여 조사한 결과이고, 도 33(C)는 휘도-전류 효율 특성에 대하여 조사한 결과이다. 도 33(A)에서, 횡축은 전류 밀도(mA/㎠)를 나타내고, 종축은 휘도(cd/㎡)를 나타낸다. 도 33(B)에서, 횡축은 전압(V)을 나타내고, 종축은 휘도(cd/㎡)를 나타낸다. 도 33(C)에서, 종축은 휘도(cd/㎡)를 나타내고, 종축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다.
이들 결과로부터, 7.8 V의 전압을 인가했을 때 560 cd/㎡의 휘도로 발광하는 것을 알 수 있었다. 이때의 전류 효율은 3.6 cd/A이었다. 또한, 발광 스펙트럼은 651 nm의 파장에서 피크를 가지고, 소자는 (x, y) = (0.68, 0.31)의 CIE 색도 좌표를 나타내었다. 이거스로부터, Ir(Fdpq)2(acac)에 기인하여 색순도가 매우 높은 적색계의 발광을 나타내는 것을 알 수 있었다.
다음에, 동작 안정성 시험에 의해 휘도의 경시 변화에 대하여 조사하였다. 동작 안정성 시험은 초기 상태에서 560 cd/㎡의 휘도로 발광하는데 필요한 전류 밀도(본 실시예의 발광소자에서는 15.6 mA/㎠)의 전류를 일정 시간 게속 인가하고, 각 경과 시간에서의 휘도를 측정함으로써 행하였다. 또한, 이 시험은 실온(25℃)으로 유지한 상태에서 행하였다.
동작 안정성 시험의 결과를 도 34에 나타낸다. 도 34에서, 횡축은 시간(h)을 나타내고, 종축은 초기 상태에서의 휘도에 대한 휘도의 비율(즉, 상대 휘도(%))을 나타낸다. 도 34로부터, 640시간 경과 후의 상대 휘도는 84%이었다. 즉, 초기 휘도로부터의 열화율은 16%이고, 초기 휘도의 반감치에는 이르지 않았다는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 34에 나타낸 결과에 기초하여, 외삽법에 의해 휘도 반감 시간을 예측한 결과, 대략 68000시간이었다.
[실시예 9]
본 실시예에서는, 화소부에 본 발명의 발광소자를 가지는 발광장치에 대하여 도 35(A) 및 도 35(B)를 사용하여 설명한다. 또한, 도 35(A)는 발광장치를 나타내는 상면도이고, 도 35(B)는 도 35(A)의 A-A'선을 따라 취한 단면도이다. 점선으로 나타낸 부호 1501은 구동회로부(소스측 구동회로)를 나타내고, 부호 1502는 화소부를 나타내고, 부호 1503은 구동회로부(게이트측 구동회로)를 나타낸다. 또한, 부호 1504는 봉지 기판이고, 부호 1505는 시일재이다. 시일재(1505)로 둘러싸인 내측(1506)은 공간으로 되어 있다.
또한, 부호 1507은 소스측 구동회로(1501) 및 게이트측 구동회로(1503)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이고, 외부 입력 단자로서 작용하는 FPC(Flexible Printed Circuit)(1508)로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등의 신호를 받는다. 또한, 여기서는 FPC만을 나타내었지만, 이 FPC에는 프린트 배선판(PWB: Printed Wiring Board)이 부착될 수도 있다. 본 발명의 발광장치에는 발광장치 본체만인 경우는 물론, 그것에 FPC 또는 PWB가 부착된 상태의 것도 포함하는 것으로 한다.
다음에, 단면 구조에 대하여 도 35(B)를 사용하여 설명한다. 기판(1509) 위에는 구동회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 구동회로부로서 소스측 구동회로(1501)와, 화소부(1502)가 도시되어 있다.
또한, 소스측 구동회로(1501)에서는, n채널형 TFT(1517)와 p채널형 TFT(1518)를 조합시킨 CMOS 회로가 형성된다. 또한, 구동회로를 형성하는 TFT는 공지의 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로로 형성되어도 좋다. 또한, 본 실시예에서는 기판 위에 구동회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내고 있지만, 반드시 그럴 필요는 없고, 그동회로가 기판 위가 아니라 외부에 형성될 수도 있다.
또한, 화소부(1502)는 스위칭용 TFT(1510)와, 전류 제어용 TFT(1511)와, 그 전류 제어용 TFT(1511)의 드레인에 전기적으로 접속된 제1 전극(1512)을 각각 포함하는 복수의 화소를 가진다. 또한, 제1 전극(1512)의 단부를 덮도록 절연물(1513)이 형성되어 있다. 여기서는, 포지티브형의 감광성 아크릴 수지막을 사용하여 절연물(1513)을 형성한다.
또한, 양호한 커버리지를 얻기 위해, 절연물(1513)의 상부 또는 하부에 곡률을 가지는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들어, 절연물(1513)의 재료로서 포지티브형의 감광성 아크릴을 사용한 경우, 절연물(1513)의 상부에만 곡률 반경(0.2 ㎛～3 ㎛)을 가지는 곡면을 가지게 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(1513)로서, 광에 의해 에천트에 불용해성이 되는 네거티브형의 감광성 재료와, 광에 의해 에천트에 용해성이 되는 포지티브형의 감광성 재료 중의 어느 것이라도 사용할 수 있다. 또한, 절연물(1513)의 재료로서 유기 물질 뿐만 아니고, 무기 물질도 사용할 수 있고, 예를 들어, 산화규소 및 산화질화규소 등을 사용할 수 있다.
제1 전극(1512) 위에는, 발광 물질을 포함하는 층(1514), 및 제2 전극(1515)이 형성되어 있다. 여기서, 양극으로서 기능하는 제1 전극(1512)에 사용하는 재료로서는, 일 함수가 큰 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 인듐 주석 산화물을 포함하는 막, 산화규소를 함유하는 인듐 주석 산화물을 포함하는 막, 인듐 아연 산화물을 포함하는 막, 질화티탄막, 크롬막, 텅스텐막, Zn 막, Pt 막 등의 단층막 외에, 질화티탄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과의 적층, 질화티탄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화티탄막과의 3층 구조 등의 적층 구조를 사용할 수 있다. 또한, 적층 구조가 사용되는 경우, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 오믹 콘택트(ohmic contact)를 얻을 수 있고, 또한, 양극으로서 기능시킬 수 있다.
또한, 발광 물질을 포함하는 층(1514)은 증착 마스크를 사용한 증착법, 또는 잉크젯법에 의해 형성된다. 발광 물질을 포함하는 층(1514)에는 본 발명의 유기금속 착체가 포함된다. 또한, 이 유기금속 착체와 조합하여 사용되는 재료로서는, 저분자계 재료, 중분자계 재료(올리고머, 덴드리머를 포함), 또는 고분자계 재료가 사용될 수도 있다. 또한, 발광 물질을 포함하는 층에 사용되는 재료로서는, 통상, 유기 화합물을 단층 또는 적층으로 사용하는 경우가 많지만, 본 발명에서는, 통상, 유기 화합물을 포함하는 막의 일부에 무기 화합물을 사용하는 구성도 포함하는 것으로 한다.
또한, 발광 물질을 포함하는 층(1514) 위에 형성되는 제2 전극(음극)(1515)에 사용하는 재료로서는, 일 함수가 작은 재료, 예를 들어, Al, Ag, Li, Ca, 또는 이들의 합금인 Mg:Ag, Mg:In, Al:Li, 또는 CaF2, CaN 등의 금속 화합물이 사용될 수 있다. 또한, 발광 물질을 포함하는 층(1514)에서 발생한 광이 제2 전극(1515)을 투과하는 경우에는, 제2 전극(음극)(1515)으로서, 막 두께를 얇게 한 금속 박막과, 투명 도전막(예를 들어, 산화인듐과 산화주석의 합금(ITO), 산화인듐과 산화아연의 합금(In2O3-ZnO), 산화아연(ZnO))과의 적층을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 봉지 기판(1504)과 소자 기판(1509)을 시일재(1505)로 접합하여, 소자 기판(1509), 봉지 기판(1504), 및 시일재(1505)로 둘러싸인 공간(1506)에 발광소자(1516)가 구비된 구조로 하고 있다. 또한, 공간(1506)에는, 불활성 가스(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 시일재(1505)가 충전되는 구성도 포함하는 것으로 한다.
또한, 시일재(1505)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 봉지 기판(1504)에 사용하는 재료로서, 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐플루오라이드), 마일러, 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 된 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
이상과 같이 하여, 본 발명의 발광소자를 가지는 발광장치를 얻을 수 있다. 이상과 같은 본 발명의 발광장치에서는, 본 발명의 발광소자는 발광 효율이 좋고 장시간 구동이 가능하므로, 저소비전력이고, 장수명의 것이다.
[실시예 10]
본 실시예에서는, 본 발명의 발광소자를 가지는 발광장치를 사용하여 완성시킨 다양한 전기 기기에 대하여 설명한다. 본 발명의 발광장치가 저소비전력이고, 장수명이기 때문에, 이 발광장치를 사용한 전기 기기도, 예를 들어, 표시부나 조명부에 관한 전력을 경감시킴으로써, 장시간 사용 가능하게 된다.
본 발명에 따라 형성된 발광장치를 사용하여 제조된 전기 기기로서는, 텔레비전, 비디오 카메라, 디지털 카메라, 고글형 디스플레이(헤드 장착형 디스플레이), 내비게이션 시스템, 음향 재생 장치(카 오디오 시스템, 오디오 콤포넌트 등), 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 게임 기기, 휴대형 정보 단말기(모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 휴대형 게임기 또는 전자 서적 등), 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치(구체적으로는, 디지털 비디오 디스크(DVD) 등의 기록 매체를 재생하고, 그 화상을 표시할 수 있는 표시장치를 구비한 장치), 조명 장치 등이 있다. 전기 기기의 몇몇 구체예를 도 36(A)～도 36(E)에 의해 설명한다. 본 발명의 발광장치를 사용한 전기 기기는 이들 예시된 구체예에 한정되는 것은 아니다.
도 35(A)는 케이스(1600), 지지대(1601), 표시부(1602), 스피커부(1603), 비디오 입력 단자(1604) 등을 포함하는 표시장치이다. 본 발명에 따라 형성된 발광장치를 표시부(1602)에 사용하여 표시장치를 제작한다. 또한, 이 표시장치에는, 퍼스널 컴퓨터용, TV 방송 수신용, 광고 표시용 등의 모든 정보 표시용 장치가 포함된다.
도 36(B)는 본체(1700), 케이스(1701), 표시부(1702), 키보드(1703), 외부 접속 포트(1704), 포인팅 마우스(1705) 등을 포함하는 노트북형 퍼스널 컴퓨터이다. 본 발명의 발광소자를 가지는 발광장치를 표시부(1702)에 사용하여 노트북형 퍼스널 컴퓨터를 제작한다.
도 36(C)는 본체(1800), 표시부(1801), 케이스(1802), 외부 접속 포트(1803), 원격제어 수신부(1804), 수상(受像)부(1805), 배터리(1806), 음성 입력부(1807), 조작 키(1808), 접안부(1809) 등을 포함하는 비디오 카메라이다. 본 발명의 발광소자를 가지는 발광장치를 표시부(1801)에 사용하여 비디오 카메라를 제작한다.
도 36(D)는 조명부(1900), 갓(1901), 가변 암(arm)(1902), 지주(1903), 받침대(1904), 전원(1905)을 포함하는 탁상 조명 장치이다. 본 발명의 발광소자를 사용하여 형성된 발광장치를 조명부(1900)에 사용하여 탁상 조명 장치를 제작한다. 또한, 조명 장치에는, 천장 고정형 조명 기구 및 벽걸이형 조명 기구 등도 포함된다.
또한, 도 36(E)는 본체(2000), 케이스(2001), 표시부(2002), 음성 입력부(2003), 음성 출력부(2004), 조작 키(2005), 외부 접속 포트(2006), 안테나(2007) 등을 포함하는 휴대 전화기이다. 본 발명의 발광소자를 가지는 발광장치를 표시부(2002)에 사용하여 휴대 전화기를 제작한다.
이상과 같이 하여, 본 발명의 발광소자를 사용한 발광장치를 가지는 전기 기기를 얻을 수 있다. 또한, 이상과 같은 본 발명을 사용한 전기 기기에서는, 본 발명의 발광소자기 그의 발광 효율이 좋고 장시간 구동이 가능하기 때문에, 이들 전기 기기는 저소비전력이고, 장시간 사용이 가능하여 경제적이기도 하다.
[실시예 11]
본 실시예에서는, 본 발명의 발광 재료와 다른 발광 재료를 사용하여 백색 발광의 발광소자를 형성하는 경우에 대하여 설명한다.
본 발명의 발광 재료를 사용하여 백색 발광의 발광소자를 형성하기 위해서는, 제1 전극과 제2 전극 사이에 복수의 발광 영역을 마련하고, 전체로서 백색 발광이 얻어지도록 각 발광 영역으로부터의 발광색을 조정할 필요가 있다. 또한, 본 발명의 발광 재료, 즉, 적색계 인광 재료를 포함하는 발광 영역이 다른 발광 재료를 포함하는 다른 발광 영역과 접하도록 형성되면, 발광 재료 사이에서 에너지 이동이 일어나게 되어, 어느 한쪽 발광 재료의 발광색만이 강하게 발광하고, 다른쪽 발광 재료의 발광색이 약하게 발광하는 현상이 일어날 가능성이 있다. 이러한 발광색의 불균형을 개선하기 위해, 발광 영역들 사이에 분리층이 제공될 수도 있다. 분리층은 투광성을 가질 필요가 있고, 전자 수송성 재료 또는 정공 수송성 재료로 형성될 수도 있다. 구체적으로는, 실시형태들에서 설명한 전자 수송성 재료와 정공 수송성 재료가 사용될 수도 있다.
다음에, 도 37은 2개의 발광 영역을 마련한 경우의 백색 발광의 발광소자의 구성의 일 예를 나타낸다. 도 37에서, 제1 전극(2101)과 제2 전극(2105) 사이에 제1 발광 영역(2102)과 제2 발광 영역(2104)이 존재하고, 제1 발광 영역(2102)과 제2 발광 영역(2104) 사이에 분리층(2103)이 존재한다. 부호 2100은 기판을 나타낸다. 제1 발광 영역(2102)에 본 발명의 인광 재료를 사용하고, 제2 발광 영역(2104)에 청록색계 발광 재료를 사용함으로써, 전체로서 백색 발광을 얻을 수 있다.
제2 발광 영역(2104)을 형성하는 청록색계 발광 재료로서는, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-부틸페릴렌(약칭: TBP), 4,4'-비스[2-디페닐비닐]비페닐(약칭: DPVBi), 4,4'-비스[2-(N-에틸카르바졸-3-일)비닐]비페닐(약칭: BCzVBi), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(약칭: BAlq), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-클로로갈륨(약칭: Gamq2Cl), 등의 형광 재료와, 비스[2-(3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIr(pic)), 등의 인광 재료가 있다.
도 37에 나타낸 구성에 대하여 구체적으로 설명한다. 기판(2100) 위에, 제1 전극(2101)으로서 작용할 ITO를 110 nm의 막 두께로 형성한다.
다음에, 제1 발광 영역(2102)을 형성한다. 구체적으로는, 정공 주입성 재료인 DNTPD를 50 nm, 정공 수송성 재료인 α-NPD를 30 nm 형성한다. 그 후, 본 발명 의 적색계 인광 재료인 Ir(Fdpq)2(acac)와 α-NPD를, Ir(Fdpq)2(acac)가 8 중량% 포함되도록 공증착법에 의해 30 nm의 막 두께로 형성한다.
다음에, 분리층(2103)으로서, CBP를 5 nm의 막 두께로 형성한다. 그 후, 제2 발광 영역(2104)을 형성한다. 구체적으로는, 청록색 인광 재료인 Ir(CF3ppy)2(pic)와 CBP를, Ir(CF3ppy)2(pic)가 8 중량% 포함되도록 25 nm의 막 두께로 형성한다. 다음에, 정공 블록킹 재료(또한 전자 수송 재료)인 BCP를 10 nm 형성하고, 또한, 전자 수송층으로서 Alq3을 20 nm 형성한다. 그 후, 전자 주입층으로서 불화칼슘(약칭: CaF2)을 1 nm의 막 두께로 형성한다.
그 후, 제2 전극(2105)으로서 Al을 150 nm 성막한다.
이 공정에 따라, 본 발명의 인광 재료와 청록색 인광 재료를 사용한 백색 발광의 발광소자가 얻어진다. 도 37의 구성에서는, 분리층(2103)에 바이폴러성 재료를 사용하였지만, 이것에 한정되지 않고, 정공 수송성 재료, 전자 수송성 재료, 정공 블록킹 재료 등을 사용하여도 좋다. 또한, 본 실시예에서는, 발광 영역이 2개인 경우의 예를 나타냈지만, 전체로서 백색 발광을 얻기 위해, 보다 많은 발광 영역을 마련하여도 좋다.
또한, 청록색 형광 재료를 사용하여 백색 발광의 발광소자를 형성하는 경우에는, 제1 전극(2101)으로서 ITO를 110 nm, 정공 주입성 재료인 DNTPD를 50 nm, 정공 수송성 재료인 α-NPD를 30 nm 형성하고, 제1 발광 영역(2102)으로서, 본 발명 의 적색계 인광 재료인 Ir(Fdpq)2(acac)와 α-NPD를, Ir(Fdpq)2(acac)가 8 중량% 포함되도록 공증착법에 의해 30 nm의 막 두께로 형성한다. 그 후, 분리층(2103)으로서 CBP를 5 nm의 막 두께로 성막하고, 제2 발광 영역(2104)로서 청록색 형광 재료인 페릴렌과 BAlq를, 페릴렌이 1 중량% 포함되도록 25 nm의 막 두께로 형성한다. 그 다음, 전자 수송층으로서 Alq3을 30 nm 형성한다. 그 후, 전자 주입층으로서 CaF2를 1 nm 성막하고, 마지막으로, 제2 전극(2105)으로서 Al을 150 nm 성막한다. 이 공정에 따라, 본 발명의 적색계 인광 재료와 청록색 형광 재료를 사용하여 백색 발광의 발광소자를 얻을 수 있다.
[실시예 12]
본 실시예에서는, 본 발명의 인광 재료를 사용한 백색 발광의 발광소자의 구성으로서 실시예 11과는 다른 구성에 대하여 도 38을 사용하여 설명한다.
도 38에서, 제1 전극(2201)과 제2 전극(2207) 사이에 제1 발광 영역(2202), 제2 발광 영역(2204), 제3 발광 영역(2206)이 존재하고, 제1 발광 영역(2202)과 제2 발광 영역(2204) 사이에 캐리어 발생 층(2203)이 존재하고, 제2 발광 영역(2204)과 제3 발광 영역(2206) 사이에 캐리어 발생 층(2205)이 존재한다. 제1 발광 영역(2202), 제2 발광 영역(2204), 제3 발광 영역(2206)에 본 발명의 인광 재료, 녹색계 발광 재료, 청색계 발광 재료를 각각 사용함으로써, 전체로서 백색 발광의 발광을 얻을 수 있다.
청색계 발광 재료에는, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-부틸페닐렌(약칭: TBP), 1,1,4,4-테트라페닐-1,3-부타디엔(약칭: TPB), 9,9'-비안트릴(약칭: BiAnt), 9,10-비페닐안트라센(약칭: DPA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-디(2-나프틸)-2-tert-부틸안트라센(약칭: t-BuDNA) 등의 형광 재료와, 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6) 등의 인광 재료가 있다.
녹색계 발광 재료에는, 쿠마린 6, 쿠마린 545T, N,N'-디메틸퀴나크리돈(약칭: DMQd), 5,12-디페닐테트라센(약칭: DPT), 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄 등의 형광 재료와, 트리스(2-페닐피리디나토-N,C2')이리듐(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스[2-(4-메틸페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(tpy)2(acac)) 등의 인광 재료가 있다.
또한, 캐리어 발생 층에는 투명 도전막을 사용할 수 있고, 구체적으로는, 인듐 주석 산화물(약칭: ITO), 규소를 함유한 인듐 주석 산화물, 2～20%의 산화아연을 포함하는 산화인듐 등이 있다.
도 38에 나타낸 구성에 대하여 구체적으로 설명한다. 기판(2200) 위에, 제1 전극(2201)으로서 작용할 ITO를 110 nm의 막 두께로 형성한다. 구체적으로는, 정공 주입 재료로서, α-NPD와 산화몰리브덴을 질량비가 1 : 0.25 (= α-NPD : 산화 몰리브덴)가 되도록 공증착법에 의해 50 nm의 막 두께로 형성하고, 정공 수송 재료인 α-NPD를 10 nm 형성한다. 다음에, 제1 발광 영역(2202)을 형성한다. 구체적으로는, 본 발명의 적색계 인광 재료인 Ir(Fdpq)2(acac)와 A1q3을, Ir(Fdpq)2(acac)가 8 중량% 포함도록 공증착법에 의해 37.5 nm의 막 두께로 형성한다. 전자 수송성 재료로서 Alq3을 27.5 nm, 전자 주입성 재료로서 BCP와 Li를, BCP와 Li의 질량비가 1 : 0.005 (= BCP : Li)가 되도록 공증착법에 의해 10 nm의 막 두께로 형성한다. 다음에, 캐리어 발생 층(투명 도전막)(2203)으로서 ITO를 20 nm의 막 두께로 형성한다.
투명 도전막(2203) 위에, 제2 발광 영역(2204)을 형성한다. 구체적으로는, 정공 주입층으로서, α-NPD와 산화몰리브덴을, α-NPD와 산화몰리브덴의 질량비가 1 : 0.25 (= α-NPD : 산화몰리브덴)가 되도록 공증착법에 의해 50 nm의 막 두께로 형성하고, 정공 수송성 재료로서 α-NPD를 10 nm 형성한다. 그 다음, 제2 발광 영역(2204)을 위한 녹색계 발광 재료로서, 쿠마린 6과 Alq3을 공증착법에 의해 37.5 nm의 막 두께로 형성한다. 그 다음, 전자 수송층으로서 Alq3을 27.5 nm 형성하고, 전자 주입성 재료로서 BCP와 Li를, BCP와 Li의 질량비가 1:0.005 (= BCP : Li)가 되도록 공증착법에 의해 10 nm의 막 두께로 형성한다. 그 다음, 캐리어 발생 층(투명 도전막)(2205)으로서 ITO를 20 nm의 막 두께로 형성한다.
투명 도전막(2205) 위에, 마찬가지로 제3 발광 영역(2206)을 형성한다. 구체적으로는, 정공 주입층으로서, α-NPD와 산화몰리브덴을, α-NPD와 산화몰리브덴의 질량비가 1 : 0.25 (= α-NPD : 산화몰리브덴)가 되도록 공증착법에 의해 50 nm의 막 두께로 형성하고, 정공 수송성 재료인 α-NPD를 10 nm 형성한다. 그 다음, 제2 발광 영역을 위한 청색계 발광 재료로서, t-BuDNA를 37.5 nm의 막 두께로 형성한다. 그 다음, 전자 수송층으로서 Alq3을 27.5 nm 형성하고, 전자 주입성 재료로서 BCP와 Li를, BCP와 Li의 질량비가 1 : 0.005 (= BCP : Li)가 되도록 공증착법에 의해 10 nm의 막 두께로 형성한다. 그 다음, 제2 전극(2207)으로서 알루미늄을 200 nm의 막 두께로 형성한다. 이에 따라, 본 발명의 적색계 인광재료를 도입한 백색 발광의 발광소자를 얻을 수 있다.
본 실시예에서는, 발광 영역이 3개인 경우를 예로 들었으나, 전체로서 백색 발광을 얻기 위해, 발광 영역을 2개 마련하여도 좋고, 4개 이상 마련하여도 좋다.
[실시예13]
본 실시예에서는, 본 발명의 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광소자의 구조 및 그의 제조방법에 대하여 도 39를 사용하여 설명한다.
기판(2300) 위에, 인듐 주석 산화물을 스퍼터링법에 의해 성막하여, 제1 전극(2301)을 형성하였다. 막 두께는 110 nm가 되도록 하였다.
그 다음, 제1 전극(2301)이 형성된 기판(2300)을, 제1 전극(2301)이 형성된 면이 아래로 향하도록 진공 증착 장치 내에 마련된 기판 홀더에 고정하였다.
그 다음, 제1 전극(2301) 위에, 구리 프탈로시아닌을 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 20 nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 정공 주입층(2302)을 형성하였 다.
그 다음, 정공 주입층(2302) 위에, α-NPD를 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 40 nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 정공 수송층(2303)을 형성한다.
그 다음, 정공 수송층(2303) 위에, Ir(Fdpq)2(acac)와 TPAQn을 공증착에 의해 30 nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 발광층(2304)을 형성하였다. 여기서, Ir(Fdpq)2(acac)와 TPAQn은, TPAQn로 이루어진 층 내에 Ir(Fdpq)2(acac)가 8 중량%의 비율로 포함되도록 성막되었다. 이것에 의해, Ir(Fdpq)2(acac)가 TPAQn로 이루어진 층 내로 분산된 상태가 된다. 또한, 공증착법이란, 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
그 다음, 발광층(2304) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 30 nm의 막 두께가 되도록 Alq3를 성막하여, 전자 수송층(2305)을 형성하였다.
그 다음, 전자 수송층(2305) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 2 nm의 막 두께가 되도록 불화칼슘을 성막하여, 전자 주입층(2306)을 형성하였다.
그 다음, 전자 주입층(2306) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 150 nm의 막 두께가 되도록 알루미늄을 성막하여, 제2 전극(2307)을 형성하였다.
이상과 같이 제조한 발광소자에, 제1 전극(2301)의 전위가 제2 전극(2307)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가하였다. 그리고, 7.6 V의 전압을 인가했을 때 466 cd/㎡의 휘도로 발광하였다. 이때의 전류 효율은 1.56 cd/A이었다. 또한, 발광 스펙트럼은 652 nm의 파장에서 피크를 나타냈다. 이 발광 스펙트럼을 도 40에 나타낸다. 또한, 소자는 (x, y) = (0.65, 0.33)의 CIE 색도 좌표를 나타내었다.
이와 같이, 본 발명의 유기금속 착체를 사용함으로써, 색도가 좋고, 양호한 적색계 발광을 나타내는 것이 가능한 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예의 발광소자와 같이 본 발명의 유기금속 착체를 퀴녹살린 유도체를 조합하여 발광층을 형성한 때, 본 발명의 유기금속 착체를 보다 효율 좋게 발광하도록 하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 유기금속 착체를 사용한 본 발명의 발광소자를 제조하기 위해 사용되는 물질은 상기에 기재한 것들에 한정되는 것은 아니고, 본 실시예에 기재한 물질 외에, 실시형태에 기재한 물질 및 다른 공지의 물질 등을 사용하여도 좋다. 또한, 발광소자의 층 구조에 대해서도, 본 실시예에 기재된 것에 한정되는 것은 아니고, 적절히 바꾸어도 상관없다. 또한, 발광소자의 제조방법에 대해서도 특별히 한정은 없고, 본 실시예와 같이 양극으로서 기능하는 전극으로부터 순차적으로 제조하는 것 외에, 음극으로서 기능하는 전극으로부터 순차적으로 제조하여도 좋다.
<TPAQn의 합성예>
본 실시예에서 사용한 TPAQn은 아래의 구조식 (74)로 나타내어지는 신규한 물질이다. 여기서, 아래 식 (74)로 나타내어지는 퀴녹살린 유도체의 합성 방법에 대하여 설명한다.
<2,3-비스(4-브로모페닐) 퀴녹살린의 합성>
먼저, 10 g(27.4 mmol)의 4-브로모벤질과 3.5 g(33.5 mmol)의 o-페닐렌디아민을 500 ml의 가지형 플라스크에 넣고, 클로로포름 중에서 8시간 환류를 행하였다. 그 다음, 실온까지 냉각시킨 후, 잔류한 o-페닐렌디아민을 칼럼 색층분석(크로마토그래피)에 의해 제거하여, 2,3-비스(4-브로모페닐)퀴녹살린을 얻었다.
<TPAQn의 합성>
또한, 얻어진 2,3-비스(4-브로모페닐)퀴녹살린 4.40 g(10.0 mmol)을 칭량하여 3목(three neck) 플라스크에 넣고, 질소 가스 흐름 하에 75 ml의 톨루엔에 용해시켰다. 그 다음, 0.22 g(0.2 mmol)의 Pd(dba)2, 2.88 g(30 mmol)의 NaO-t-Bu, 3.46 g(20.4 mmol)의 디페닐아민을 첨가하고, 트리(t-부틸포스핀)의 10 wt% 핵산 용액 1.8 mL를 더 첨가하고, 80℃로 8시간 가열 교반하였다.
그 다음, 실온까지 냉각시킨 후, 물을 첨가하여 반응을 종료시키고, 클로로포름으로 추출하였다. 또한, 포화 식염수로 세정한 후, MgSO4로 건조시켰다. 그 후, 클로로포름으로부터의 재결정화를 행하여, 2,3-비스(4-디페닐아미노페닐)퀴녹 살린(약칭: TPAQn)을 얻었다(황록색 결정, 수량 2.7g(수율 : 44%)).
이상에 설명한 합성의 합성 스킴(scheme)(75)은 다음과 같다.
도 41은 상기 합성에 의해 얻어진 TPAQn의 1H-NMR 차트를 나타낸다.
또한, 얻어진 TPAQn의 열분해 온도는 411℃이었다. 그 측정은 시차열 열중량 동시 측정 장치(세이코-덴시 가부시키가이샤, TG/DTA 320형)을 사용하여 행하였다.
[실시예 14]
본 실시예에서는, 합성예 3에서 합성한 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광소자의 구조, 및 그의 제조방법에 대하여 도 42를 사용하여 설명한다.
먼저, 기판(2400) 위에, 산화규소를 포함하는 인듐 주석 산화물을 스퍼터링법에 의해 성막하여, 제1 전극(2401)을 형성하였다. 막 두께는 110 nm가 되도록 하였다.
그 다음, 제1 전극(2401)이 형성된 기판(2400)을, 제1 전극(2401)이 형성된 면이 하방으로 되도록 진공 증착 장치 내에 마련된 기판 홀더에 고정하였다.
그 다음, 제1 전극(2401) 위에, 4,4'-비스[N-{4-(N,N-디-m-톨릴아미노)페닐}-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DNTPD)을 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 50 nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 정공 주입층(2402)을 형성하였다.
그 다음, 정공 주입층(2402) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 10 nm의 막 두께가 되도록 α-NPD를 성막하여, 정공 수송층(2403)을 형성하였다.
또한, 정공 수송층(2403) 위에, Ir(Fdpq)2(pic)와 TPAQn을 공증착법에 의해 30 nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 발광층(2404)을 형성하였다. 여기서, TPAQn과 Ir(Fdpq)2(pic)과의 질량비는 1 : 0.05 (= TPAQn : Ir(Fdpq)2(pic))이 되도록 하였다. 이것에 의해, Ir(Fdpq)2(pic)가 TPAQn으로 이루어지는 층 중에 분산된 상태가 된다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증착원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
그 다음, 발광층(2404) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 10 nm의 막 두께가 되도록 BAlq를 성막하여, 정공 블록킹 층(2405)을 형성하였다.
그 다음, 정공 블록킹 층(2405) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 50 nm의 막 두께가 되도록 Alq3을 성막하여, 전자 수송층(2406)을 형성하였다.
그 다음, 전자 수송층(2406) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 1 nm의 막 두께가 되도록 불화칼슘을 성막하여, 전자 주입층(2407)을 형성하였다.
그 다음, 전자 주입층(2407) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 200 nm의 막 두께가 되도록 알루미늄을 성막하여, 제2 전극(2408)을 형성하였다.
이상과 같이 하여 제조된 발광소자에, 제1 전극(2401)의 전위가 제2 전극(2408)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가한 경우, 11.0 V의 전압을 인가했을 때 460 cd/㎡의 휘도로 발광하는 것을 알 수 있었다. 이때의 전류 효율은 3.2 cd/A이었다. 또한, 발광 스펙트럼은 622 nm에 피크를 가지고 있다. 이 발광 스펙트럼을 도 43에 나타낸다. 도 43에서, 횡축은 파장(nm)을 나타내고, 종축은 발광 강도(a.u.)를 나타낸다. 또한, 소자는 (x, y) = (0.68, 0.32)의 CIE 색도 좌표를 나타내었다.
이와 같이, 본 발명의 유기금속 착체를 사용함으로써, 색도가 좋고, 양호한 적색계의 발광을 나타낼 수 있는 발광소자를 얻을 수 있었다.
또한, 본 실시예의 발광소자는 발광층(2404)과 전자 수송층(2406) 사이에 제공된 정공 블록킹 층(2405)을 가지고 있다. 정공 블록킹 층(2405)은 전자 수송성이 양호함과 동시에, 발광층(2404)에서 여기된 Ir(Fdpq)2(pic)의 여기 에너지가 전자 수송층(2406)으로 이동하는 것을 방지할 수 있고, 또한, 발광층(2404)로부터 전자 수송층(2406)으로 정공이 이동하는 것을 저지하는 기능을 가진다. 따라서, 정공 블록킹 층을 마련함으로써, 발광 효율이 향상된다. 정공 블록킹 층은 BAlq와 같은 전자 수송층을 형성하는데 사용될 수 있는 물질 중에서도 에너지 갭 및 이온화 포텐셜이 큰 물질을 사용함으로써 형성될 수 있다. 이상과 같이, 발광층과 전 극 사이에는, 전자 수송층 또는 정공 수송층 외에, 다양한 기능을 가지는 층이 제공될 수도 있다.
[실시예 15]
본 실시예는 실시예 14의 발광층(2404)에 있어서의 TPAQn을 CBP로 변경한 것을 제외하고는 실시예 14와 마찬가지로 하여 발광소자를 제조한 예이다.
이 발광소자에, 제1 전극(2401)의 전위가 제2 전극(2408)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가한 결과, 12.4 V의 전압을 인가했을 때 480 cd/㎡의 휘도로 발광하는 것을 알 수 있었다. 이때의 전류 효율은 3.0 cd/A이었다. 또한, 발광 스펙트럼은 622 nm에서 피크를 가지고 있다. 이 발광 스펙트럼을 도 44에 나타낸다. 도 44에서, 횡축은 파장(nm)을 나타내고, 종축은 발광 강도(a.u.)를 나타낸다. 또한, 소자는 (x, y) = (0.66, 0.33)의 CIE 색도 좌표를 나타내었다.
이상과 같이, 본 발명의 유기금속 착체를 사용함으로써, 색도가 좋고, 양호한 적색계 발광을 나타낼 수 있는 발광소자를 얻을 수 있다.
[실시예 16]
본 실시예는 합성예 4에서 합성한 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광소자의 구조, 및 그의 제조방법에 대하여 도 42를 사용하여 설명한다.
먼저, 기판(2400) 위에, 산화규소를 포함하는 인듐 주석 산화물을 스퍼터링법을 사용하여 성막하여, 제1 전극(2401)을 형성하였다. 막 두께는 110 nm가 되도록 하였다.
그 다음, 제1 전극(2401)이 형성된 기판(2400)을, 제1 전극(2401)이 형성된 면이 하방으로 되도록 진공 증착 장치 내에 마련된 기판 홀더에 고정하였다.
그 다음, 제1 전극(2401) 위에, 4,4'-비스[N-{4-(N,N-디-m-톨릴아미노)페닐}-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DNTPD)을 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 50 nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 정공 주입층(2402)을 형성하였다.
그 다음, 정공 주입층(2402) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 10 nm의 막 두께가 되도록 α-NPD를 성막하여, 정공 수송층(2403)을 형성하였다.
또한, 정공 수송층(2403) 위에, Ir(3,5-Fdpq)2(acac)와 CBP를 공증착법에 의해 30 nm의 막 두께가 되도록 성막하여, 발광층(2404)을 형성하였다. 여기서, CBP와 Ir(3,5-Fdpq)2(acac)과의 질량비는 1 : 0.025 (= CBP : Ir(3,5-Fdpq)2(acac))가 되도록 하였다. 이것에 의해, Ir(3,5-Fdpq)2(acac)가 CBP로 이루어지는 층 중에 분산된 상태가 된다. 또한, 공증착법이란, 하나의 처리실 내에서 복수의 증착원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
그 다음, 발광층(2404) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 10 nm의 막 두께가 되도록 BCP를 성막하여, 정공 블록킹 층(2405)을 형성하였다.
그 다음, 정공 블록킹 층(2405) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 20 nm의 막 두께가 되도록 Alq3을 성막하여, 전자 수송층(2406)을 형성하였다.
그 다음, 전자 수송층(2406) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 1 nm의 막 두께가 되도록 불화칼슘을 성막하여, 전자 주입층(2407)을 형성하였다.
그 다음, 전자 주입층(2407) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의해 200 nm의 막 두께가 되도록 알루미늄을 성막하여, 제2 전극(2408)을 형성하였다.
이상과 같이 하여 제조된 발광소자에, 제1 전극(2401)의 전위가 제2 전극(2408)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가한 결과, 10.2 V의 전압을 인가했을 때 520 cd/㎡의 휘도로 발광하는 것을 알 수 있었다. 이때의 전류 효율은 0.98 cd/A이었다. 또한, 발광 스펙트럼은 664 nm에서 피크를 가진다. 이 발광 스펙트럼을 도 45에 나타낸다. 도 45에서, 횡축은 파장(nm)을 표시하고, 종축은 발광 강도(a.u.)를 나타낸다. 또한, 소자는 (x, y) = (0.71, 0.28)의 CIE 색도 좌표를 나타내었다.
이상과 같이, 본 발명의 유기금속 착체를 사용함으로써, 색도가 좋고, 양호한 적색계 발광을 나타낼 수 있는 발광소자를 얻을 수 있었다.
[실시예 17]
본 실시예에서는, 실시예 16의 발광층(2404)에 있어서의 CBP를 Alq3으로 변경하고, 실시예 16의 정공 블록킹 층에 있어서의 BCP를 BAlq로 변경한 것을 제외하고는 실시예 16과 마찬가지로 하여 발광소자를 제조하였다
이 발광소자에, 제1 전극(2401)의 전위가 제2 전극(2408)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가한 결과, 10.0 V의 전압을 인가했을 때 460 cd/㎡의 휘도로 발광하는 것을 알 수 있었다. 이때의 전류 효율은 1.2 cd/A이었다. 또한, 발광 스펙트럼은 665 nm에서 피크를 가진다. 이 발광 스펙트럼을 도 46에 나타낸다. 도 46에서, 횡축은 파장(nm)을 나타내고, 종축은 발광 강도(a.u.)를 나타낸다. 또한, 소자는 (x, y) = (0.69, 0.30)의 CIE 색도 좌표를 나타내었다.
이상과 같이, 본 발명의 유기금속 착체를 사용함으로써, 색도가 좋고, 양호한 적색계 발광을 나타낼 수 있는 발광소자를 얻을 수 있다.
본 발명이 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명되었지만, 각종 변경 및 개조가 당업자에게 명백할 것임을 이해하여야 한다. 따라서, 그러한 변경 및 개조가 아래의 청구범위에서 정해진 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 한, 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (48)
- 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (1)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (1)에서, R1～R5 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, Ar은 전자 흡인성 치환기를 가지는 아릴기와, 전자 흡인성 치환기를 가지는 복소환기 중 어느 하나를 나타내고, M은 9족 및 10족 원소 중 어느 하나를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (2)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (2)에서, R1～R9 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, R6～R9 중의 적어도 하나는 전자 흡인성 치환기를 나타내고, M은 9족 및 10족 원소 중 어느 하나를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (3)으로 나타내어지는 구조를 가지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (3)에서, R2~R14 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, M은 9족 및 10족 원소 중 어느 하나를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (4)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (4)에서, R15 및 R16 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, M은 9족 및 10족 원소 중 어느 하나를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (5)로 나타내어지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (5)에서, R1～R5 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, Ar은 전자 흡인성 치환기를 가지는 아릴기와, 전자 흡인성 치환기를 가지는 복소환기 중 어느 하나를 나타내고, M은 9족 원소와 10족 원소 중 어느 하나를 나타내고, 상기 M이 9족 원소인 경우에는 n = 2이고, 상기 M이 10족 원소인 경우에는 n = 1이고, L은 아니온성 배위자를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (6)으로 나타내어지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (6)에서, R1～R9 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, R6～R9 중의 적어도 하나는 전자 흡인성 치환기를 나타내고, M은 9족 원소와 10족 원소 중 어느 하나를 나타내고, 상기 M이 9족 원소인 경우에는 n = 2이고, 상기 M이 10족 원소인 경우에는 n = 1이고, L은 아니온성 배위자를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (7)로 나타내어지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (7)에서, R2～R14 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, M은 9족 원소와 10족 원소 중 어느 하나를 나타내고, 상기 M이 9족 원소인 경우에는 n = 2이고, 상기 M이 10족 원소인 경우에는 n = 1이고, L은 아니온성 배위자를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (8)로 나타내어지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (8)에서, R15 및 R16 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, M은 9족 원소와 10족 원소 중 어느 하나를 나타내고, 상기 M이 9족 원소인 경우에는 n = 2이고, 상기 M이 10족 원소인 경우에는 n = 1이고, L은 아니온성의 배위자를 나타낸다) - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 큰 상기 화합물은 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]-비페닐과, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄 중 어느 하나인, 발광소자.
- 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 아니온성 배위자 L이, 베타-디케톤 구조를 가지는 아니온성 배위자, 카르복실기를 가지는 아니온성 2좌 배위자, 및 페놀성 수산기를 가지는 아니온성 2좌 배위자 중 어느 하나인, 발광소자.
- 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 아니온성 배위자 L이, 하기 식(9)～(15) 중 어느 하나로 나타내어지는 배위자인, 발광소자.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 발광층이, 상기 유기금속 착체와 함께, 상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 크고 10-6 ㎠/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 제1 화합물과, 상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 크고 10-6 ㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 제2 화합물 중 어느 하나를 포함하는, 발광소자.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 발광층이, 상기 유기금속 착체와 함께, 상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 크고 10-6 ㎠/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 제1 화합물과, 상기 유기금속 착체보다 에너지 갭이 크고 10-6 ㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 제2 화합물을 포함하는, 발광소자.
- 제 12 항에 있어서,상기 제1 화합물은 금속 착체이고, 상기 제2 화합물은 방향족 아민 화합물인, 발광소자.
- 제 13 항에 있어서,상기 제1 화합물은 금속 착체이고, 상기 제2 화합물은 방향족 아민 화합물인, 발광소자.
- 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (1)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (1)에서, R1～R5 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, Ar은 전자 흡인성 치환기를 가지는 아릴기와, 전자 흡인성 치환기를 가지는 복소환기 중 어느 하나를 나타내고, M은 9족 원소와 10족 원소 중 어느 하나를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (2)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (2)에서, R1～R9 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, M은 9족 및 10족 원소 중 어느 하나를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (3)으로 나타내어지는 구조를 가지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (3)에서, R2～R14 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, M은 9족 및 10족 원소 중 어느 하나를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (4)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (4)에서, R15 및 R16 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, M은 9족 및 10족 원소 중 어느 하나를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (5)로 나타내어지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (5)에서, R1～R5 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, Ar은 전자 흡인성 치환기를 가지는 아릴기와, 전자 흡인성 치환기를 가지는 복소환기 중 어느 하나를 나타내고, M은 9족 원소와 10족 원소 중 어느 하나를 나타내고, 상기 M이 9족 원소인 경우에는 n = 2이고, 상기 M이 10족 원소인 경우에는 n = 1이고, L은 아니온성 배위자를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (6)으로 나타내어지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (6)에서, R1～R9 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, R6～R9 중의 적어도 하나는 전자 흡인성 치환기를 나타내고, M은 9족 원소와 10족 원소 중 어느 하나를 나타내고, 상기 M이 9족 원소인 경우에는 n = 2이고, 상기 M이 10족 원소인 경우에는 n = 1이고, L은 아니온성 배위자를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (7)로 나타내어지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (7)에서, R2～R14 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, M은 9족 원소와 10족 원소 중 어느 하나를 나타내고, 상기 M이 9족 원소인 경우에는 n = 2이고, 상기 M이 10족 원소인 경우에는 n = 1이고, L은 아니온성 배위자를 나타낸다) - 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지는 발광소자에 있어서,상기 발광층이, 하기 일반식 (8)로 나타내어지는 유기금속 착체와, 상기 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작은 화합물을 포함하는, 발광소자.
(식 (8)에서, R15 및 R16 각각은 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 나타내고, M은 9족 원소와 10족 원소 중 어느 하나를 나타내고, 상기 M이 9족인 경우에는 n = 2이고, 상기 M이 10족 원소인 경우에는 n = 1이고, L은 아니온성 배위자를 나타낸다) - 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 아니온성 배위자 L이, 베타-디케톤 구조를 가지는 아니온성 배위자, 카르복실기를 가지는 아니온성 2좌 배위자, 및 페놀성 수산기를 가지는 모노아니온성 2좌 배위자 중 어느 하나인, 발광소자.
- 제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 아니온성 배위자 L이, 하기 식 (9)～(15) 중 어느 하나로 나타내어지는 배위자인, 발광소자.
- 제 16 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 발광층이 상기 유기금속 착체와 함께, 상기 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작고 또한 10-6 ㎠/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 제1 화합물과, 상기 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작고 또한 10-6 ㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 제2 화합물 중 어느 하나를 포함하는, 발광소자.
- 제 16 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 발광층이 상기 유기금속 착체와 함께, 상기 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작고 또한 10-6 ㎠/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 제1 화합물과, 상기 유기금속 착체보다 이온화 포텐셜이 크고 전자 친화력이 작고 또한 10-6 ㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 제2 화합물을 포함하는, 발광소자.
- 제 26 항에 있어서,상기 제1 화합물은 금속 착체이고, 상기 제2 화합물은 방향족 아민 화합물인, 발광소자.
- 제 27 항에 있어서,상기 제1 화합물은 금속 착체이고, 상기 제2 화합물은 방향족 아민 화합물인, 발광소자.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 발광소자가, 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 블록킹 층, 전자 수송층, 전자 주입층 중 적어도 하나의 층을 더 가지는, 발광소자.
- 제 16 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 발광소자가, 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 블록킹 층, 전자 수송층, 전자 주입층 중 적어도 하나의 층을 더 가지는, 발광소자.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 발광소자를 사용한 발광장치.
- 제 16 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 기재된 발광소자를 사용한 발광장치.
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