KR101215866B1 - 발광 소자 및 그를 사용하는 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
전자발광 소자에 포함되는 층은 전자발광 소자의 광 추출 효율성을 최적화하고 전극들 사이의 합선을 막기 위해 두껍게 되도록 요구된다. 그러나, 종래의 소자 재료에 있어서, 바람직한 광 추출 효율성은 소자 재료가 두꺼워져서 구동 전압이 상승하거나 전력 소모가 증가되기 때문에 달성될 수 없다. 복합물은 낮은 이온화 포텐셜을 갖는 공액 분자 및 그 공액 분자에 대해 전자 수용성을 갖는 물질을 혼합함으로써 형성된다. 소자에 포함되는 복합층은 소자 재료로 복합물을 사용하여 형성된다. 복합층은 제 1 전극 및 발광층 사이 또는 제 2 전극 및 발광층 사이에 배치된다. 복합층은 높은 전도성을 가지므로, 구동 전압은 심지어 막 두께가 증가되는 경우에도 상승하지 않는다. 따라서, 전극의 합선을 방지할 수 있는 전자발광 소자가 제공될 수 있다.
복합층, 광원, 발광 소자, 공액 분자, 금속 질화물
Description
본 발명은 발광 소자에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 공액 분자(conjugated molecule) 및 그 공액 분자에 대해 전자 수용성을 갖는 물질로 구성되는 층을 갖는 발광 소자에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 발광 소자를 포함하는 발광 디바이스에 관한 것이다.
일렉트로루미네센트 디스플레이(electroluminescent(EL) display)는 다음 세대 동안 플랫 패널 디스플레이 디바이스로 가장 주목할만한 디바이스들 중 하나이며, 그것은 발광 소자로 구성된다. 발광 소자에 있어서, 캐소드로부터 주입되는 전자들 및 애노드로부터 주입되는 정공들은 전류가 분자 여기자들(molecule excitons)을 형성하도록 흐를 때 발광 층에 재결합된다. 발광 소자는 분자 여기자들이 접지 상태로 돌아갈 때 방전되는 광자들을 사용함으로써 발광한다. 그러므로, 유리한 방출 효율성을 갖는 발광 소자를 제조하기 위한 조건들 중 하나는 발광을 위해 분자 여기자들의 전체 여기 에너지를 사용하는 것이다.
상기 조건에 부합하는 일례는 발광 소자의 다중층 구조이다. 예를 들어, 다중층은 애노드 및 캐소드를 포함하는 전극들의 쌍 사이에 정공 주입층, 정공 전달층, 정공 방출 층, 전자 전달층, 전자 주입층 등으로 형성된다.
추가로, 발광 층으로 운반체들인 정공들 및 전자들의 효율적인 주입 또한 유리한 발광 효율성을 갖는 발광 소자를 제조하기 위한 조건들 중 하나이다. 그러한 목적을 위해, 낮은 이온화 포텐셜을 갖는 재료가 정공 주입층으로 사용되고 높은 전자 친화력을 갖는 재료가 전자 주입층으로 사용되는 것이 통상적이며 공지되어 있다.
상기 기술된 발광 소자의 다중층 구조에 포함된 그러한 층은 무기 화합물 또는 유기 화합물인 금속 산화물로부터 형성된다.
또한, 유기 화합물이 무기 화합물과 혼합되는 층을 사용하는 발광 소자를 형성하기 위한 시도가 이루어져 왔다. 예를 들어, 공유 결합을 통해 실리카 매트릭스(silica matrix)에서 유기 화합물(정공 전달 화합물, 전자 전달 화합물, 및 발광 화합물)을 통해 분산되는 재료로부터 형성되는 층을 쌓아 올림으로써 형성되는 발광 소자가 다음의 특허 문헌 1에 기술되어 있다(특허 문헌 1: 일본 특허 출원서 공개 번호 2000-306669 호). 상기 특허 문헌 1에서, 소자의 내구성 또는 열 저항성이 강화되는 것으로 보고되어 있다.
그러나, 발광 소자에 포함되는 층으로 금속 산화물을 사용하는 경우에 다음의 문제점이 존재한다. 금속 산화물은 결정화하기 쉬우며, 결정화에 의해 함몰/돌출이 금속 산화물의 표면에 형성된다. 전기장은 이러한 돌출에 집중되므로, 높은 신뢰성을 갖는 발광 소자가 얻어질 수 없다. 추가로, 금속 산화물의 막 두께가 먼지 등으로 인해 발광 소자의 전극들 사이의 합선(short-circuit)을 막을 목적이나 발광 층으로부터의 광이 효율적으로 추출되는 광학 디자인의 목적에 따라 증가될 때, 구동 전압이 상승하는 또 다른 문제점이 존재한다.
다시 말해서, 발광 소자에 포함되는 층으로 유기 화합물을 사용하는 경우에 있어서, 낮은 일 함수(work function)를 갖는 재료가 애노드로 사용되는 경우 정공들이 유기 화합물로 향하기 어렵기 때문에 구동 전압이 상승한다. 그러므로, 애노드로 낮은 일 함수를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하지 않으며, 애노드 재료에 대한 제한이 존재한다. 추가로, 막 두께가 위의 금속 산화물 재료에 대해 유사한 방식으로 증가될 때 구동 전압이 상승하는 또 다른 문제점이 존재한다.
더욱이, 상기 특허 문헌 1에 개시된 발광 소자에 있어서, 유기 화합물들은 절연 속성을 갖는 금속 산화물에 단순히 분산되므로, 종래의 발광 소자와 비교하여 전류가 흐르기 어렵다(다시 말해서, 어떠한 양의 전류가 흐르도록 요구되는 전압이 증가된다). 즉, 낮은 밀도를 갖는 전류만이 흐른다. 그러므로, 특허 문헌 1에 개시된 구조에 있어서, 내구성 또는 열 저항성이 얻어질지라도, 구동 전압이 상승하거나 전력 소모가 증가된다.
추가로, 막 두께가 특허 문헌 1에 제시된 구조에 따라 증가될 때, 구동 전압의 상승이 더욱 명백해지도록 이루어진다. 즉, 특허 문헌 1에 개시된 구조에 따라 막 두께를 증가시키는 것은 실질적으로 어렵다.
도 14는 실리카 매트릭스에서 유기 화합물을 통해 분산되는 재료로부터 형성되는 층(1503)이 제 1 전극(애노드)(1501) 및 제 2 전극(캐소드)(1502) 사이에 삽입되는 상기 특허 문서 1에 개시된 종래의 발광 소자를 도시한 도면이다. 즉, 층(1503)이 전체적으로 실리카 매트릭스로부터 형성될지라도, 참조 번호(1511)는 실리카 메트릭스에서 정공 전달 화합물을 통해 분산되는 재료로부터 형성되는 정공 전달층을 표시하고, 참조 번호(1513)는 실리카 메트릭스에서 전자 전달 화합물을 통해 분산되는 재료로부터 형성되는 전자 전달층을 표시하며, 참조 번호(1512)는 실리카 매트릭스에서 발광 화합물을 통해 분산되는 재료로부터 형성되는 발광 층을 표시한다. 전압이 이러한 소자에 인가될 때, 정공들 및 전자들이 제 1 전극(애노드)(1501) 및 제 2 전극(캐소드)(1502)로부터 각각 주입되고, 그 후에 발광 층(1512)에서 서로 재결합되며, 그에 의해 발광 화합물이 발광하는 것으로 고려된다.
이러한 소자에서 운반체 전달이 정공 전달층(1511) 또는 전자 전달층(1513)에 의해 행해질지라도, 유기 화합물이 절연 실리카 매트릭스에서 분산되기 때문에 전류가 흐르기 어려운 문제점이 존재한다. 예를 들어, 정공 전달층(1511)에 있어서, 정공은 정공 전달층(1511)에 존재하는 정공 전달 화합물들 사이에서 도약(hopping)함으로써 이동하므로, 절연 속성을 갖는 실리카 매트릭스는 정공 전달에 포함되지 않는다. 반대로, 실리카 매트릭스는 정공이 도약하는 것을 막는다. 이것은 전자 전달층(1513)에 적용가능하다. 그러므로, 구동 전압은 종래의 발광 소자와 비교하여 명확하게 상승한다.
본 발명의 목적은 낮은 구동 전압에서 동작하는 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 높은 신뢰성을 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다. 계속해서, 본 발명의 또 다른 목적은 전극들 사이의 합선을 쉽게 막을 수 있는 발광 소자를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 계속되는 또 다른 목적은 높은 광 추출 효율성을 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다. 추가로, 본 발명의 계속되는 또 다른 목적은 높은 정공 주입 속성 또는 높은 정공 전달 속성을 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다.
끊임없는 연구 결과로, 발명가들은 마침내 상기 목적이 일반식 [1] 내지 [5]에 의해 표현되는 공액 분자들 중 어느 것(이하, 공액 분자로 언급됨)과 한 쌍의 전극들 중 적어도 하나와 상기 한 쌍의 전극들 사이에 배치된 발광 층 사이의 이러한 공액 분자에 대한 전자-수용성을 갖는 물질(이하, 전자 수용 물질로 언급됨)의 복합으로 구성된 층(이하, 복합층으로 언급됨)을 배열함으로써 달성될 수 있다는 것을 알아내었다.
전자 수용성 물질로 금속 산화물 또는 금속 질화물을 사용하는 것이 바람직하며, 주기율표에서 그룹 4 내지 12 중 어느 하나에 속하는 전이 금속을 갖는 산화물이 더욱 바람직하다. 전이 금속 산화물 중에서, 각각이 그룹 4 내지 8 중 어느 하나에 속하는 전이 금속을 갖는 많은 산화물들은 높은 전자 수용성들을 갖는다. 특히, 바나듐 산화물, 몰리브덴 산화물, 레늄 산화물, 텅스텐 산화물, 루테늄 산화물, 티타늄 산화물, 크롬 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 탄탈 산화물, 및 니오브 산화물이 바람직하다.
추가로, 전자 수용성을 갖는 유기 화합물은 전자 수용 물질로 사용될 수 있다. 구체적으로, F4-TCNQ(7,7,8,8-tetracyano-2,3,5,6-tetrafluoroquinodimethan), 클로라닐 등이 제시된다. 추가로, 루이스 산(Lewis acid)이 전자 수용 물질로 사용될 수 있다. 루이스 산이 예와 같이, FeCl3(염화철(III)) 및 AlCl3(염화 알루미늄)이 제시된다.
일반식 [1] 내지 [5]에 의해 표현된 공액 분자들 중 어느 것에 대한 복합층에서 전자 수용 물질의 가장 적절한 혼합 비율은 몰 비(molar ratio)로 전자 수용 물질/공액 분자= 0.1 내지 10, 바람직하게는 0.5 내지 2에 따른다. 이러한 혼합 비율에서, 전자는 전자 수용 물질 및 공액 분자 사이에서 효율적으로 전달되고, 복합층의 가장 높은 전도성이 얻어진다.
일반식 [1]
여기서 X는 Z와 동일하거나 서로 다르며, X 및 Z는 각각 수소, 알킬기, 또는 아릴기가 결합되는 황 원자, 수소 원자, 질소 원자나, 수소, 알킬기(alkyl group), 또는 아릴기(aryl group)가 결합되는 규소 원자 중 어느 것을 표현하고, Y는 아릴렌기(arylene group)를 표현하며, R1 내지 R6는 각각 수소, 아릴기, 알킬기, 시아노기(cyano group), 디알킬아미노기(dialkylamino), 사이오알콕시기(thioalkoxy group), 및 알콕시기(alkoxy group) 중 어느 것을 표현한다.
일반식 [2]
여기서 Y는 아릴렌기를 표현하며, R1 내지 R6 각각은 수소, 아릴기, 알킬기, 시아노기, 디알킬아미노기, 사이오알콕시기, 및 알콕시기 중 어느 것을 표현한다.
일반식 [3]
여기서 Y는 아릴렌기를 표현하며, R1 내지 R6는 각각 수소, 아릴기, 알킬기, 시아노기, 디알킬아미노기, 사이오알콕시기, 및 알콕시기 중 어느 것을 표현한다.
일반식 [4]
여기서 Y는 아릴렌기를 표현하며, R1 내지 R6는 각각 수소, 아릴기, 알킬기, 시아노기, 디알킬아미노기, 사이오알콕시기, 및 알콕시기 중 어느 것을 표현하고, R7 및 R8은 각각 수소, 알킬기, 및 아릴기 중 어느 것을 표현한다.
일반식 [5]
여기서 Y는 아릴렌기를 표현하며, R1 내지 R6는 각각 수소, 아릴기, 알킬기, 시아노기, 디알킬아미노기, 사이오알콕시기, 및 알콕시기 중 어느 것을 표현하고, R7 및 R10은 각각 수소, 알킬기, 및 아릴기 중 어느 것을 표현한다.
상기 일반식 [1] 내지 [5]에 의해 표현되는 공액 분자들에 대해, Y는 아릴렌기를 표현하며, 탄소 번호 6 내지 20을 갖는 2가 방향족 탄화수소기나, 산소, 질소, 황, 또는 규소를 포함하는 탄소 번호 4 내지 30을 갖는 2가 헤테로 방향족 고리 기(bivalent heteroaromatic ring radical)를 표현한다.
상기 일반식들 [1] 내지 [5]에 의해 표현되는 공액 분자들에 대해, 공식에 있어서 주기적 구조는 R1 및 R2에 의해 형성되며, 주기적 구조는 R3 및 R4에 의해 형성된다.
본 발명의 일 실시예는 제 1 전극 및 제 2 전극으로 형성되는 한 쌍의 전극들과, 상기 전극들 사이의 발광 층과, 상기 제 1 전극 및 상기 발광 층 사이의 제 1 층과, 상기 제 2 전극 및 상기 발광 층 사이의 제 2 층을 포함하며, 상기 제 1 층 또는 상기 제 2 층은 일반식들 [1] 내지 [5]에 의해 표현되는 공액 분자들 중 어느 것과 전자 수용 물질의 복합층을 포함한다.
상기 실시예에 있어서, 복합층은 상기 제 1 전극과 접촉하도록 배치될 수 있거나 상기 제 1 층에 발광 층과 접촉하도록 배치될 수 있다. 복합층은 상기 제 2 전극과 접촉하도록 배치될 수 있거나 상기 제 2 층에 발광 층과 접촉하도록 배치될 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 제 1 층 및 제 2 층 모두는 복합층을 포함할 수 있다. 제 1 전극의 전위가 제 2 전극의 전위보다 더 높도록 전압이 전극에 인가될 때 발광 층으로부터 발광되는 발광 소자에 있어서, 전자 생성층은 복합층이 제 2 층에 포함되는 경우에 복합층과 접촉하도록 발광 층 사이드에 제공된다.
본 명세서에서 용어 "복합층"은 상기 기술된 일반식들 [1] 내지 [5]에 의해 표현되는 공액 분자들 중 어느 것과 그 공액 분자에 대해 전자 수용성을 갖는 물질의 복합을 사용함으로써 형성되는 층을 의미한다.
일반식 [1] 내지 [5]에 의해 표현되는 공액 분자들은 페닐렌 층(phenylene ring)과 같은 공액 분자로의 낮은 이온화 포텐셜을 갖는 전자가 풍부한 방향족 고리들인 티오펜 골격 구조(thiophene skeleton), 푸란 골격 구조(furan skeleton), 피롤 골격 구조(pyrrol skeleton), 및 자일롤 골격 구조(silole skeleton) 중 어떠한 2개의 골격 구조들을 도입함으로써 획득가능하다. 공액 분자는 낮은 이온화 포텐셜을 갖는 것으로 예상된다. 특히, R1 내지 R6가 알콕시기와 같은 전자 공여 속성(electron-donating property)을 갖는 치환체들(substituents)일 때, 보다 작은 이온화 포텐셜을 갖는 공액 분자를 제공하는 것이 가능하다. 전자 수용 물질과 그러한 공액 분자를 혼합함으로써, 복합층이 얻어지고, 그에 따라 전자는 공액 분자 및 전자 수용 물질 사이에 전달된다. 다시 말해서, 공액 분자의 이온화 포텐셜에 기초하는 정공은 전압이 발광 소자에 인가되기 전에 복합층에 이미 생성되어 있다.
그러므로, 더 낮은 정공 주입 장벽을 갖는 발광 소자는 단지 낮은 이온화 포텐셜을 갖는 재료로부터 형성되는 층과 비교되는 본 애플리케이션의 복합층을 포함하여 획득가능할 수 있다. 추가로, 정공이 이동하기 쉬운 발광 소자가 획득될 수 있다. 복합층의 그러한 기능과 관련하여, 본 애플리케이션의 복합층은 어떠한 경우들에서 정공 생성 층 또는 정공 전달층과 같은 기능을 갖는다.
더욱이, 상기 기술된 바와 같이 전자는 심지어 전압이 본 애플리케이션에서 활용되는 복합층에 적용되기 이전에 전달되므로, 복합층은 극도로 높은 전도성을 갖는 막이다. 따라서, 구동 전압 및 전력 소모가 낮은 발광 소자가 제공될 수 있다. 추가로, 구동 전압은 복합층의 두께에 비례하여 거의 상승하지 않으므로, 발광 소자의 전극들 사이의 합선이 복합층을 두껍게 하여 방지될 수 있다. 게다가, 광 추출 효율성은 복합층을 두껍게 하여 최적화될 수 있다. 더욱이, 높은 신뢰성을 갖는 발광 소자가 제공될 수 있다. 추가로, 높은 방출 효율성을 갖는 발광 소자가 제공될 수 있다.
공액 분자가 전자 수용 물질과 혼합되는 복합층은 결정화되기 어려우므로, 층의 결정화로 인한 보다 적은 동작 오류를 갖는 발광 소자가 획득될 수 있다.
도 1A 내지 도 1C는 본 발명에 따른 발광 소자를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 발광 소자를 도시한 도면.
도 3A 내지 도 3C는 본 발명에 따른 발광 소자를 도시한 도면.
도 4는 발광 디바이스를 도시한 평면도.
도 5는 하나의 픽셀 동작을 구성하기 위한 회로를 도시한 도면.
도 6은 픽셀 부분을 도시한 평면도.
도 7A 내지 도 7C는 본 발명에 따른 발광 소자를 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 따른 수동형 발광 디바이스를 도시한 도면.
도 9A 내지 도 9C는 본 발명에 따른 전자 디바이스를 도시한 도면.
도 10은 본 발명에 따른 발광 소자가 백라이트로 포함되는 전자 디바이스를 도시한 도면.
도 11은 공액 분자의 자외선 가시광선 스펙트럼을 도시한 도면.
도 12A 내지 도 12D는 합성 방식을 도시한 도면.
도 13은 공액 분자의 자외선 가시광선 스펙트럼(염화 메틸렌에서 2.55x10-5 M)을 도시한 도면.
도 14는 종래의 예를 도시한 도면.
이하, 본 발명에 따른 실시예들은 도면들을 참조로 하여 기술되어 있다. 그러나, 본 명세서에 개시된 실시예들 및 세부 사항들이 본 발명의 목적 및 범위로부터 벗어나지 않으며 다양한 방식들에 따라 수정될 수 있다는 것이 당업자들에 의해 쉽게 이해된다. 그러므로, 실시예들의 기술이 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 추가로, 이하 제시되는 실시예들 및 예들 중 어느 것도 적절히 결합될 수 있다.
[실시예 1]
본 발명의 발광 소자의 한가지 모드는 도 1A 내지 도 1C를 참조로 하여 설명된다.
도 1A 내지 도 1C는 제 1 전극(101)과 접촉하는 제 1 층(111)과, 제 1 층(111)과 접촉하는 제 2 층(112)과, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 사이의 제 2 전극(102) 및 제 2 층(112)과 접촉하는 제 3 층(113)을 포함하는 발광 소자를 도시한 도면이다. 도 1A 내지 도 1C에 있어서, 제 1 전극(101)의 전위가 제 2 전극(102)의 전위보다 더 높도록 전압이 전극에 인가될 때 발광된다. 제 2 층(112)은 발광 층이고, 제 3 층(113)은 제 2 층인 발광 층에 전자를 전달하거나 주입하는 기능을 갖는 층이다.
제 2 층(112)은 발광 물질을 포함한다. 제 2 층(112)은 발광 물질로만 형성되는 층이다. 그러나, 농도 소광(concentration quenching)을 생성하는 경우에 제 2 층(112)은 발광 물질의 에너지 간격(energy gap)보다 더 큰 에너지 간격을 갖는 물질로 형성되는 층으로 발광 물질을 분산시킴으로써 형성되는 것이 바람직하다. 분산에 의해 제 2 층(112)에 발광 물질을 포함시킴으로써, 발광은 농도로 인한 소광을 방지할 수 있다. 여기서, 용어 "에너지 간격"은 LUMO 레벨 및 HOMO 레벨 사이의 에너지 간격을 의미한다.
발광 물질은 특별히 제한되지 않으며, 바람직한 방출 효율성을 갖고 바람직한 방출 파장을 갖는 발광할 수 있는 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어 적색 광(red light) 방출을 획득하기 위해, 600nm 내지 680nm에서 피크를 갖는 방출 스펙트럼을 나타내는 다음의 물질들, 약어로 DCJTI(4-dicyanomethylene-2-isopropyl-6-[2-(1,1,7,7-tetramethyljulolidine-9-yl)ethenyl]-4H-pyran)와, 약어로 DCJT(4-dicyanomethylene-2-methyl-6-[2-(1,1,7,7-tetramethyljulolidine-9-yl)ethenyl]-4H-pyran)와, 약어로 DCJTB(4-dicyanomethylene-2-tert-butyl-6-[2-(1,1,7,7-tetramethyljulolidine-9-yl)ethenyl]-4H-pyran)와, 페리플란텐(periflanthene)과, 2,5-dicyano-1,4-bis[2-(10-methoxy-1,1,7,7-tetramethyljuloidine-9-yl)ethenyl] benzene 등이 발광 물질로 활용될 수 있다. 녹색 발광을 획득하기 위해, 약어로 DMQd(N,N'-dimethylquinacridon)나, 쿠머린 6(coumarin 6)이나, 쿠머린 545T나, 약어로 Alq3(tris(8-quinolinolato) aluminum)과 같은 500nm 내지 550nm에서 피크를 갖는 방출 스펙트럼을 나타내는 물질들이 발광 물질로 활용될 수 있다. 청색 발광 을 위해, 420nm 내지 500nm에서 피크를 갖는 방출 스펙트럼을 나타내는 다음의 물질들, 약어로 t-BuDNA(9,10-bis(2-napthyl)-tert-butylanthracene)와, 약어로 DPA(9,9'-bianthryl;9,10-diphenylanthracene)와, 약어로 DNA(9,10-bis(2-naphthyl) anthracene)와, 약어로 BGaq(bis(2-methyl-8-quinolinolato)-4-phenylphenolate-gallium)과, 약어로 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolato)-4-phenylphenolate-aluminum) 등이 발광 물질로 활용될 수 있다. 상기 기술된 바와 같이, 형광(fluorescence)을 방출하는 그러한 물질들 이외에, 약어로 Ir(CF3ppy)2(pic)(bis[2-(3,5-bis(trifluorometyl)phenyl)pyridinato-N,C2']iridium(III)picolinato)나, 약어로 FIr(acac)(bis[2-(4,6-difluorophenyl)phridinato)-N,C2']iridium(III)acetylacetonato)나, 약어로 FIr(pic)(bis[2-(4,6-difluorophenyl)pyridinato-N,C2']iridium(III)picolinato)나, 약어로 Ir(ppy)3)(tris(2-phenylpyridinato-N,C2')iridium)과 같은 인광(phosphorescence)을 방출하는 물질들 또한 발광 물질로 사용될 수 있다.
추가로, 발광 물질뿐만 아니라 발광 층에 포함되고 발광 물질이 분산되도록 사용되는 물질은 특별히 제한되지 않으며, 발광 물질로 사용되는 물질의 에너치 간격 등을 고려함으로써 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 약어로 t-BuDNA(9,10-di(2-naphthyl)-2-tert-butylanthracene)와 같은 안트라센 유도체(anthracene derivative), 약어로 CBP(4,4'-bis(N-carbazolyl)biphenyl)과 같은 카르바졸 유도 체(carbazole derivative), 약어로 TPAQn(2,3-bis(4-diphenylaminophenyl)quinoxaline)와 같은 퀴노잘린 유도체(quinoxaline derivative), 약어로 NPADiBzQn(2,3-bis{4-[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]phenyl}-dibenzo[f,h]quinoxaline)나, 약어로 Znpp2(bis[2-(2-hydroxyphenyl)pyridinato]zinc 또는 약어로 ZnBOX(bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzoxazolato]zinc와 같은 금속 복합체 등이 발광 물질로 함께 사용될 수 있다.
도 1A에 있어서, 제 1 층(111)은 공액 분자 및 전자 수용 물질로부터 형성되는 복합물로 구성되는 복합층(114)과 정공 전달층(115)을 포함한다. 복합층(114)은 제 1 층에서 제 1 전극(101) 사이드에 배치되고, 정공 전달층(115)은 제 2 층(112) 사이드에 배치된다. 이러한 구조에 있어서, 복합층(114)은 정공 생성층으로 작용한다.
일반적으로, 높은 일 함수를 갖는 전극 재료가 제 1 전극(101)으로 사용되지만, 낮은 일 함수를 갖는 전극(예를 들어, 알루미늄, 마그네슘 등)은 복합층(114)이 제 1 전극(101)과 접촉할 때 제 1 전극(101)으로 사용될 수 있다. 이것은 복합층(114)의 구성 인자인 공액 분자의 이온화 포텐셜이 극도로 낮고 정공이 복합층(114)에서 생성되기 때문에 낮은 일 함수를 갖는 제 1 전극(101) 및 복합층(114) 사이에도 정공이 전달되기 때문이다.
도 1B에 있어서, 제 1 층(111)은 공액 분자 및 전자 수용 물질로부터 형성되 는 복합물로 구성되는 복합층(116)과 정공 주입층(117)을 포함한다. 복합층(116)은 제 1 층에서 제 2 층 사이드에 배치되고, 정공 주입층(117)은 제 1 전극(101) 사이드에 배치된다. 이러한 구조에 있어서, 복합층(116)은 정공 전달층으로 작용한다.
도 1C에 있어서, 제 1 층(111)은 공액 분자 및 전자 수용 물질로부터 형성되는 복합물로 구성되는 복합층(118)이다. 이러한 구조에 있어서, 복합층(118)은 정공 생성층 또는 정공 전달층이나, 정공 생성층 및 정공 전달층 모두로 작용한다.
복합층이 도 1A 내지 도 1C의 구조들 중 어느 것에 따른 발광층인 제 2 층(112) 및 제 1 전극(101) 사이에 놓이기 때문에, 높은 정공 주입 속성 또는 높은 정공 전달 속성을 갖는 발광 소자가 획득될 수 있다. 추가로, 구동 전압은 복합층이 높은 전도성을 갖기 때문에, 심지어 복합층의 막 두께가 증가되도록 이루어지는 경우에서도 상승하지 않는다. 그러므로, 광 추출 효율성이 최적화될 수 있거나, 발광 소자의 전극들 사이의 합선이 복합층을 두껍게 하여 억제될 수 있다. 비록 복합층이 제 1 전극 또는 제 2 전극과 접촉하는 예가 도 1A 및 도 1B의 각각에 도시되어 있을지라도, 복합층은 제 1 전극 또는 제 2 전극과 반드시 접촉할 필요는 없다. 또 다른 층이 도 1A에서 복합층(114) 및 제 1 전극(101) 사이에 존재할 수 있고, 또 다른 층이 도 1B에서 복합층(116) 및 제 2 층(112) 사이에 존재할 수 있다.
도 1A에 있어서, 정공 전달층(115)은 정공을 전달하는 기능을 갖는 층이며, 복합층(114)으로부터 제 2 층(112)까지 정공을 전달하는 기능을 갖는다. 복합층(114) 및 제 2 층(112) 사이의 거리는 정공 전달층(115)을 제공함으로써 연장될 수 있고, 결과적으로 발광은 복합층(114)에 포함되는 금속으로 인한 소광으로부터 방지될 수 있다. 정공 전달층은 높은 정공 전달 속성을 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 특히 정공 전달층은 1x10-6 cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 정공의 이동도가 전자의 것보다 더 높고 정공 이동도에 대한 전자 이동도의 비율의 값(=정공 이동도/전자 이동도)이 100보다 크다는 것을 용어 "높은 정공 전달 속성을 갖는 물질"이 의미한다는 것에 주의한다. 정공 전달층(115)을 형성하도록 사용될 수 있는 물질의 특정한 예에 따라, 다음의 물질들, 약어로 NPB(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]biphenyl), 약어로 TPD(4,4'-bis[N-(3-methylphenyl)-N-phenylamino]biphenyl, 약어로 TDATA(4,4',4''-tris(N,N-diphenylamino) triphenylamine), 약어로 MTDATA(4,4',4''-tris[N-(3-methylphenyl)-N-phenylamino] triphenylamine), 약어로 DNTPD(4,4'-bis{N-[4-(N,N-di-m-tolyamino)phenyl]-N-phenylamino} biphenyl, 약어로 m-MTDAB(1,3,5-tris[N,N-di(m-tolyl)amino] benzene), 약어로 TCTA(4,4',4''-tris(N-carbazolyl) triphenylamine), 약어로 H2Pc(phthalocyanine), 약어로 CuPc(copper phthalocyanine), 약어로 VOPc(vanadyl phthalocyanine) 등이 제시된다.
도 1B에 있어서, 정공 주입층(117)은 제 1 전극(101)으로부터 복합층(116)까지 정공의 주입을 돕는 기능을 갖는 층이다. 정공 주입층(117)을 제공함으로써, 제 1 전극(101) 및 복합층(116) 사이의 이온화 포텐셜의 차이가 완화되어 정공을 주입하기 쉽다. 정공 주입층(117)은 복합층(116)이 형성되는 물질의 것보다는 더 작은 이온화 포텐션을 갖고 제 1 전극(101)이 형성되는 물질의 것보다는 더 큰 이온화 포텐셜을 갖는 물질이나, 물질이 복합층(116) 및 제 1 전극(101) 사이에 1nm 내지 2nm의 막 두께를 갖는 박막으로 사용될 때 에너지 밴드가 구부러지는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 정공 주입층(117)을 형성하도록 사용될 수 있는 물질의 특정한 예로, 약어로 H2Pc(phthalocyanine) 또는 CuPC(copper phthalocyanine), PEDOT/PSS(poly(ethylenedioxythiophene)/poly(styrene sulfonate))와 같은 높은 분자 중량 재료 등이 제시된다. 정공 주입층(117)은 정공 주입층(117)에서 이온화 포텐셜이 복합층(116)에서 이온화 포텐셜보다 비교적 더 크도록 형성되는 것이 바람직하다. 정공 주입층(117)을 제공하는 경우에, 제 1 전극(101)은 인듐 주석 산화물과 같은 높은 작업 함수를 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다.
제 3 층(113)은 제 2 전극(102)으로부터 제 2 층인 발광층까지 주입되는 전자를 전달 또는 주입하는 기능을 갖는 층일 수 있고, 그 구조는 제한되지 않는다. 제 3 층(113)이 예를 들어 전자 전달층을 포함하는 경우에, 전자 전달층이 전자를 전달하는 기능을 갖는 한 어떠한 층도 일반적으로 전자 전달층으로 사용될 수 있다. 전자 전달층을 형성하기 위한 재료로, 다음의 물질들, 약어로 Alq3(tris(8-quinolinolato) aluminum), 약어로 Almq3(tris(4-methyl-8-quinolinolato) aluminum), 약어로 BeBq2(bis(10-hydroxybenzo[h]-quinolinato) beryllium), 약어로 BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolato)-4-phenylphenolato-aluminum), 약어로 Zn(BOX)2(bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzoxazolato] zinc), 약어로 Zn(BTZ)2(bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzothiazolato] zinc), 약어로 PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4- tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), 약어로 OXD-7(1,3-bis[5-(p-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole-2-yl] benzene), 약어로 TAZ(3-(4-tert-butylphenyl)-4-phenyl-5-(4-biphenylyl)-1,2,4-triazole), 약어로 p-EtTAZ(3-(4-tert-butylphenyl)-4-(4-ethylphenyl)-5-(4-biphenylyl)-1,2,4-triazole), 약어로 BPhen(bathophenanthroline), 약어로 BCP(bathocuproin), 약어로 BzOs(4,4-bis(5-methylbenzoxazol-2-yl)stilbene) 등과 같은 금속 복합체들이 제시된다.
추가로, 제 3 층(113)의 전자 전달층 및 정공 전달층(115)은 양극 물질로부터 형성될 수 있다. 양극 물질은 하나의 운반체의 이동도 및 다른 운반체의 이동도가 서로 비교될 때, 다른 운반체의 이동도에 대한 전자 및 정공 중 어느 것인 하나의 운반체의 이동도의 비율의 값이 100 이하이거나, 바람직하게는 10 이하인 물질이다. 양극 물질로, 예를 들어 약어로 TPAQn(2,3-bis(4-diphenylamino phenyl) quinoxaline), 약어로 NPADiBzQn(2,3-bis{4-[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]phenyl}-dibenzo[f,h] quinoxaline) 등이 제시된다. 특히, 정공 또는 전자의 이동도가 1x10-6 cm2/Vs 이상인 물질이 양극 물질들 사이에 사용되는 것이 바람직하다. 추가로, 정공 전달층(115) 및 전자 전달층은 동일한 양극 물질로 형성될 수 있다.
제 3 층(113)이 전자 생성층을 포함하는 경우에, 전자 생성층이 전자를 생성하는 기능을 갖는 한, 어떠한 층도 일반적으로 사용될 수 있다. 전자 생성층은 높은 전자 전달 속성을 갖는 물질 또는 이러한 물질들에 대해 전자 공여 속성을 나타 내는 물질을 갖는 양극 물질로부터 선택되는 적어도 하나의 물질을 혼합하여 형성될 수 있다. 여기서, 특히 1x10-6 cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질은 높은 전자 전달 속성 및 양극 물질을 갖는 물질 중에 있는 것이 바람직하다. 양극 물질 및 높은 전자 전달 속성을 갖는 물질의 각각에 대해, 상기 기술된 물질이 사용될 수 있다. 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 구체적으로 Li(lithium), Ca(calcium), Na(sodium), K(potassium), Mg(magnesium) 등으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질이 사용될 수 있다. 추가로, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 산화물, 알칼리 금속 질화물, 알칼리 토금속 질화물, 알칼리 금속 플루오르화물, 알칼리 토금속 플로오르화물 등등, 구체적으로 Li2O(lithium oxide), CaO(calcium oxide), Na2O(sodium oxide), K2O(potassium), MgO(magnesium oxide), Mg3N2(magnesium nitride), LiF(lithium fluoride), CsF(cesium fluoride), CaF2(calcium fluoride) 등등 또한 전자 공여 속성을 나타내는 물질로 사용될 수 있다.
제 1 전극(101)은 인듐 주석 산화물, 규소 산화물을 포함하는 인듐 주석 산화물, 2 wt% 내지 20 wt%의 아연 산화물을 포함하는 인듐 산화물, Au(gold), Pt(platinum), Ni(nickel), W(tunsten), Cr(chromium), Mo(molybdenum), Fe(iron), Co(cobalt), Cu(copper), Pd(palladium), 탄탈 질화물 등과 같은 높은 일 함수를 갖는 물질로 형성될 수 있다.
제 2 전극(102)은 또한 인듐 주석 산화물, 규소 산화물을 포함하는 인듐 주석 산화물, 2 wt% 내지 20 wt%의 아연 산화물을 포함하는 인듐 산화물, Au(gold), Pt(platinum), Ni(nickel), W(tunsten), Cr(chromium), Mo(molybdenum), Fe(iron), Co(cobalt), Cu(copper), Pd(palladium), 탄탈 질화물 등과 같은 높은 일 함수를 갖는 물질로 형성될 수 있거나, 알루미늄 또는 마그네슘과 같은 낮은 일 함수를 갖는 물질로 형성될 수 있다.
이러한 실시예에 제시된 발광 소자는 공지된 막 형성 방법을 사용하여 제 1 전극 및 제 2 전극으로부터 순차적으로 쌓아서 형성될 수 있다. 특히, 복합층은 공액 분자 및 전자 수용 물질 모두가 저항 가열에 의해 증발되는 방식에 따라 공증착(co-evaporating)에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 복합층은 공액 분자가 저항 가열에 의해 증발되고 전자 수용 물질이 전자 빔(EB)에 의해 증발되는 방식에 따라 공증착에 의해 형성될 수 있다. 또한, 다음의 방법, 공액 분자가 저항 가열에 의해 증발되고 전자 수용 물질이 스퍼터링되며, 그 후에 그 둘 모두가 동시에 침착되는 것이 제시될 수 있다. 추가로, 건조 방법이 활용될 수 있다.
마찬가지로, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)은 저항 가열, EB 침착, 스퍼터링, 습식 방법 등에 따른 증착 방법에 의해 형성될 수 있다.
제 2 전극(102)으로부터 순차적으로 형성하고 스퍼터링에 의해 제 1 전극(101)을 형성하는 경우에 있어서, 제 1 전극 아래 놓인 층에 스퍼터링 손상의 문제점이 존재한다. 그러나, 복합층은 스퍼터링에 의해 쉽게 손상되지 않으며, 복합층이 유기막보다 더 견고하기 때문에 도 1A 및 도 1C의 각각에 따라 도시된 구조의 경우에 스퍼터링 손상으로부터 발광층을 보호하는 보호막으로 작용한다. 따라서, 더 적은 결함들을 갖는 발광 소자가 획득될 수 있다.
[실시예 2]
이러한 실시예는 도 2를 참조로 하여 설명된다.
도 2는 제 1 전극(201)과 접촉하는 제 1 층(211), 제 1 층(211)과 접촉하는 제 2 층(212), 제 1 전극(201) 및 제 2 전극(202) 사이의 제 2 전극(202) 및 제 2 층(212)과 접촉하는 제 3 층(213)을 포함하는 발광 소자를 도시한 도면이다. 도 2에서 발광 소자는 제 1 전극(201)의 전위가 제 2 전극(202)의 전위보다 더 높도록 전압이 인가될 때 발광한다. 제 2 층(212)은 발광층이고, 제 1 층(211)은 제 2 층인 발광층에 정공을 전달 또는 주입하는 기능을 갖는 층이다. 제 1 층은 정공 주입층 또는 정공 전달층을 가질 수 있다. 실시예 1에 예시된 재료가 이러한 실시예에서 발광 재료, 제 1 전극 및 제 2 전극에 대한 재료, 전자 전달 재료, 정공 전달 재료, 및 정공 주입 재료로 사용될 수 있다.
제 3 층(213)은 제 2 전극(202) 사이드에서 복합층(214)과, 제 2 층(212) 사이드에서 전자 생성층(215)을 포함한다. 전자 전달층과 같은 층이 삽입될 수 있지만 전자 생성층(215) 및 제 2 층(212) 사이는 아니다.
전자 생성층(215)은 높은 전자 전달 속성 및 양극 물질을 갖는 물질로부터 선택되는 적어도 하나의 물질과 이러한 물질에 대해 전자 공여 속성을 나타내는 물질을 혼합하여 형성될 수 있다. 특히, 1x10-6 cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질은 양극 물질 및 높은 전자 전달 속성을 갖는 물질 중에 있는 것이 바람직하다. 양극 물질 및 높은 전자 전달 속성을 갖는 물질에 대해, 상기 기술된 물질이 사용될 수 있다. 전자 공여 속성을 나타내는 물질로, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 구체적으로 Li(lithium), Ca(calcium), Na(sodium), K(potassium), Mg(magnesium) 등으로부터 선택되는 물질이 사용될 수 있다. 추가로, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 산화물, 알칼리 금속 질화물, 알칼리 토금속 질화물, 알칼리 금속 플루오르화물, 알칼리 토금속 플로오르화물 등등, 구체적으로 Li2O(lithium oxide), CaO(calcium oxide), Na2O(sodium oxide), K2O(potassium), MgO(magnesium oxide), Mg3N2(magnesium nitride), LiF(lithium fluoride), CsF(cesium fluoride), CaF2(calcium fluoride) 등등 또한 전자 공여 속성을 나타내는 물질로 사용될 수 있다.
이러한 구조의 실시예에 따라, 복합층(214)은 발광층인 제 2 층(212) 및 제 2 전극(202) 사이에 배치될 수 있다. 복합층(214)은 높은 전도성을 갖는 막이므로, 복합층이 두껍게 될 수 있고, 따라서 전극들 사이의 합선이 방지될 수 있으며, 높은 광 추출 효율성을 갖는 발광 소자가 획득될 수 있다. 추가로, 복합층은 결정화되기 어려우므로, 층의 결정화로 인한 더 적은 동작 오류를 갖는 발광 소자가 획득될 수 있다.
정공 전달층이 제 1 층(211)에 제공되거나 전자 전달층이 전자 생성층(215) 및 제 2 층(212) 사이에 제공되는지의 여부는 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 이러한 층들은 심지어 정공 전달층 또는 전자 전달층이 제공되지 않을때 조차도 금속으로 인한 소광과 같은 불편함이 발생되지 않는 경우들 등등에 따라 반드시 제공될 필요는 없다.
이 실시예에서 제시된 발광 소자는 실시예 1에 따라 제시된 제조 방법 뿐만 아니라 공지된 막 형성 방법에 의해 형성될 수 있다.
침착이 제 1 전극(201)으로부터 순차적으로 행해지고 제 2 전극(202)이 스퍼터링에 의해 침착될 때, 제 2 전극 아래 놓이는 층에 대한 스퍼터링 손상의 문제점이 존재한다. 그러나, 복합층(214)이 유기막보다 더 견고하므로, 복합층은 스퍼터링에 의해 쉽게 손상되지 않으며 스퍼터링 손상으로부터 발광층을 보호하는 보호막으로 작용한다. 따라서, 더 적은 결함들을 갖는 발광 소자가 획득될 수 있다.
[실시예 3]
이러한 실시예에 있어서, 실시예 1에 제시된 제 1 전극(101) 및 제 2 층(112) 사이의 다중층 구조 및 실시예 2에 제시된 제 2 전극(202) 및 제 2 층(212) 사이의 다중층 구조가 결합된다.
이러한 경우에 있어서, 복합층은 제 1 전극 및 발광층 사이와, 제 2 전극 및 발광층 사이에 배치되고, 따라서 더 높은 전도성을 갖고 높은 정공 주입 속성 또는 높은 정공 전달 속성을 갖는 발광 소자가 제공될 수 있다. 다시 말해서, 실시예 1의 장점과 실시예 2의 장점을 갖는 발광 소자가 획득된다.
도 3A 내지 도 3C는 이러한 실시예의 한 가지 모드인 발광 소자를 도시한 도면이다. 도 3A 내지 도 3C에 있어서, 발광층인 제 2 층(312)은 한 쌍의 전극인 제 1 전극(301) 및 제 2 전극(302) 사이에 배치되고, 제 1 전극(301) 및 제 2 층(312) 사이에 제 1 층(311)이 배치되며, 제 2 전극(302) 및 제 2 층(312) 사이에 제 3 층(313)이 배치된다. 제 3 층은 제 2 전극(302) 사이드에 있는 제 1 복합층(324)과 제 2 층(312) 사이드에 있는 전자 생성층(325)을 포함한다. 도 3A 내지 도 3C에 도시된 소자는 제 1 전극(301)의 전위가 제 2 전극(302)의 전위보다 더 높도록 전압이 전극에 인가될 때 발광하는 발광 소자이다.
도 3A는 도 1A 및 도 2를 결합한 구조를 도시한 도면이다. 도 3A에서 제 1 층(311)은 제 2 층(312) 사이드에서 정공 전달층(326)을 포함하고, 제 1 전극(301) 사이드에서 복합층(327)을 포함한다.
도 3B는 도 1B 및 도 2를 결합한 구조를 도시한 도면이다. 도 3B에서 제 1 층(311)은 제 2 층 사이드에서 제 2 복합층(328)을 포함하고, 제 1 전극(301) 사이드에서 정공 주입층(329)을 포함한다.
도 3C는 도 1C 및 도 2를 결합한 구조를 도시한 도면이다. 도 3C에서 제 1 층(311)은 제 2 복합층(330)이다.
이러한 실시예에 있어서, 제 1 복합층 및 제 2 복합층에 포함되는 전자 수용 물질 및 공액 분자의 복합물은 동일하거나 서로 다를 수 있다. 이러한 실시예에서 발광 소자는 제 1 층(311) 및 제 3 층(313) 모두에서 복합층을 제공받을 수 있으므로, 높은 전도성 및 높은 광 추출 효율성을 갖는 소자가 획득될 수 있다. 추가로, 제 1 전극 또는 제 2 전극이 스퍼터링에 의해 형성될 때, 더 낮은 층에 놓이는 층에 대한 스퍼터링 손상의 문제점이 존재한다. 그러나, 복합층은 도 3A 또는 도 3C 에 도시된 구조에 따라 제 1 전극 및 제 2 전극과 접촉하도록 형성되므로, 제 1 전극 또는 제 2 전극의 형성과 연관된 스퍼터링 손상이 방지될 수 있다.
전자 전달층이 도 3A 내지 도 3C에서 전자 생성층(325) 및 제 2 층(312) 사이에 제공되지 않을지라도, 전자 전달층이 제공되는지의 여부는 당업자에 의해 적절히 선택될 수 있다.
[실시예 4]
본 발명의 발광 소자는 광원 또는 디스플레이 디바이스의 픽셀에 대해 사용될 수 있다. 픽셀에 대해 발광 소자를 사용하는 경우에 있어서, 동작 오류를 갖지 않고 선호하는 디스플레이 색상을 갖는 이미지가 디스플레이될 수 있다. 추가로, 높은 신뢰성을 갖는 디스플레이 디바이스 또는 발광 디바이스가 제공될 수 있다. 대안적으로, 광원의 발광 소자를 사용하는 경우에 있어서, 발광 소자의 동작 오류로 인한 더 적은 불편함을 갖고 밝은 발광을 나타내는 발광 디바이스가 획득될 수 있다.
이러한 실시예에 있어서, 픽셀에 본 발명의 발광 소자를 포함하고 디스플레이 기능을 갖는 발광 디바이스가 설명된다.
도 4는 발광 디바이스를 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 4에 있어서, 본 발명의 발광 소자를 사용하는 픽셀 부분(6511), 소스 신호 라인 구동기 회로(6512), 쓰기 게이트 신호 라인 구동기 회로(6513), 및 삭제 게이트 신호 라인 구동기 회로(6514)가 기판(6500) 위에 제공된다. 소스 신호 라인 구동기 회 로(6512), 쓰기 게이트 신호 라인 구동기 회로(6513), 및 삭제 게이트 신호 라인 구동기 회로(6514) 각각은 배선들의 그룹을 통해 각각 외부 입력 단자인 FPC(flexible printed circuit)(6503)에 접속된다. 소스 신호 라인 구동기 회로(6512), 쓰기 게이트 신호 라인 구동기 회로(6513), 및 삭제 게이트 신호 라인 구동기 회로(6514)는 FPC(6503)을 통해 각각 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 수신한다. PWB(printed wiring board)(6504)는 FPC(6503)에 부착된다. 구동기 회로 부분은 상기 기술된 바와 같이 픽셀 부분(6511)과 동일한 기판 위에 제공되도록 요구되지 않는다. 예를 들어, 구동기 회로 부분은 배선 패턴을 제공받는 FPC 상에 IC 칩을 설치함으로써 형성되는 TPC 등을 사용하는 기판 외부에 제공될 수 있다.
픽셀 부분(6511)에 있어서, 열 방향으로 연장되는 복수의 소스 신호 라인들은 행 방향에 따라 배치되고, 전류 공급 라인들은 행 방향에 따라 배치된다. 픽셀 부분(6511)에 있어서, 행 방향으로 연장되는 복수의 게이트 신호 라인들은 열 방향에 따라 배치된다. 추가로, 픽셀 부분(6511)에 있어서, 실시예 1 내지 3에 제시된 발광 소자를 포함하는 복수의 픽셀 회로들이 배치된다.
도 5는 하나의 픽셀 동작을 구성하기 위한 회로를 도시한 도면이다. 본 발명의 제 1 트랜지스터(901), 제 2 트랜지스터(902), 및 발광 소자(903)가 도 5에 도시된 회로에 포함된다.
제 1 트랜지스터(901) 및 제 2 트랜지스터(902) 각각은 게이트 전극, 드레인 영역, 및 소스 영역을 포함하는 3개의 단자들을 갖고, 드레인 영역 및 소스 영역 사이에 채널 영역을 갖는다. 여기서, 소스 영역 및 드레인 영역이 트랜지스터의 구조, 동작 조건 등에 의존하여 결정되기 때문에, 어느 것이 소스 영역 또는 드레인 영역인지 제한하기 어렵다. 그러므로, 이러한 실시예에서 소스 또는 드레인으로 작용하는 영역들은 각각 제 1 전극 또는 제 2 전극으로 언급된다.
게이트 신호 라인(911) 및 쓰기 게이트 신호 라인 구동기 회로(913)는 스위치(918)를 통해 서로 전기적으로 접속 또는 비접속되도록 제공된다. 게이트 신호 라인(911) 및 삭제 게이트 신호 라인 구동기 회로(914)는 스위치(919)를 통해 서로 전기적으로 접속 또는 비접속되도록 제공된다. 소스 신호 라인(912)은 스위치(920)를 통해 소스 신호 라인 구동기 회로(915) 및 전력 소스(916) 중 어느 것에 전기적으로 접속되도록 제공된다. 제 1 트랜지스터(901)의 게이트는 게이트 신호 라인(911)에 전기적으로 접속된다. 제 1 트랜지스터(901)의 제 1 전극은 소스 신호 라인(912)에 전기적으로 접속되고 그의 제 2 전극은 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 전기적으로 접속된다. 제 2 트랜지스터(902)의 제 1 전극은 전류 공급 라인(917)에 전기적으로 접속되고, 그의 제 2 전극은 발광 소자(903)에 포함도는 하나의 전극에 전기적으로 접속된다. 추가로, 스위치(918)는 쓰기 게이트 신호 라인 구동기 회로(913)에 포함될 수 있다. 스위치(919)는 또한 삭제 게이트 신호 라인 구동기 회로(914)에 포함될 수 있다. 추가로, 스위치(920)는 또한 소스 신호 라인 구동기 회로(915)에 포함될 수 있다.
픽셀 부분에서 트랜지스터, 발광 소자 등의 배치는 특별히 제한되지는 않지만, 트랜지스터, 발광 소자 등등은 예를 들어 도 6의 평면도에 도시된 바와 같이 배치될 수 있다. 도 6에 있어서, 제 1 트랜지스터(1001)의 제 1 전극은 소스 신호 라인(1004)에 접속되고, 그의 제 2 전극은 제 2 트랜지스터(1002)의 게이트 전극에 접속된다. 제 2 트랜지스터(1002)의 제 1 전극은 전류 공급 라인(1005)에 접속되며, 그의 제 2 전극은 발광 소자의 전극(1006)에 접속된다. 게이트 신호 라인(1003)의 일부는 제 1 트랜지스터(1001)의 게이트 전극으로 작용한다.
[실시예 5]
본 발명의 발광 소자를 포함하는 발광 디바이스의 한 가지 모드는 도 7A 및 도 8과 관련하여 설명된다.
도 7A 내지 도 7C의 각각에 있어서, 트랜지스터(11)는 본 발명의 발광 소자(12)를 구동하도록 제공된다. 발광 소자(12)는 발광 물질을 포함하는 층 및 적어도 복합층이 제 1 전극(13) 및 제 2 전극(14) 사이에 쌓이는 층(15)을 갖는 본 발명의 발광 소자이다. 트랜지스터(11)의 드레인은 제 1 층간 절연막들(16a, 16b, 16c)을 통과하는 배선(17)을 통해 제 1 전극(13)에 전기적으로 접속된다. 발광 소자(12)는 분할층(18)에 의해 발광 소자(12)에 인접하여 제공되는 또 다른 발광 소자로부터 분리된다. 그러한 구조를 갖는 본 발명의 발광 디바이스는 이러한 실시예에서 기판(10) 위에 제공된다.
도 7A 내지 도 7C의 각각에서 도시된 트랜지스터(11)는 게이트 전극 및 기판 사이에 반도체 층을 삽입하도록 기판에 반대측에 게이트 전극이 제공되는 상위 게이트 타입 트랜지스터이다. 그러나, 트랜지스터(11)의 구조는 특별히 제한되지 않 으며, 예를 들어 하위 게이트 타입 트랜지스터가 사용될 수 있다. 하위 게이트 타입 트랜지스터의 경우에 있어서, 보호막이 채널을 형성하기 위한 반도체 층 위에 형성되는 트랜지스터(채널 보호 타입 트랜지스터)나 채널을 형성하기 위한 반도체 층의 일부가 함몰 형상을 갖는 트랜지스터(채널 에칭 타입 트랜지스터)가 사용될 수 있다. 참조 번호(21)는 게이트 전극(22), 게이트 절연막(23), 및 반도체 층을 표시한다.
트랜지스터(11)에 포함된 반도체 층은 결정성 반도체, 비결정성 반도체, 반 비결정성 반도체 등등 중 어느 것일 수 있다.
반 비결정성 반도체는 다음과 같이 기술된다. 반 비결정성 반도체는 (단일 결정 및 다결정성 구조를 포함하는) 결정성 구조 및 비결정성 구조 사이의 중간 구조와, 자유 에너지에 관련하여 안정적인 제 3 상태와, 단거리 질서 및 격자 왜곡을 갖는 결정성 영역을 갖는다. 추가로, 막의 적어도 일부는 0.5nm로부터 20nm까지의 입자 직경을 갖는 결정 입자를 포함한다. 라만 스펙트럼(Raman spectrum)은 520cm-1보다 더 낮은 파수 사이드(wavenumber side)로 시프트한다. Si 결정성 격자로부터 유도되는 것으로 고려되는 (111) 및 (220)의 회절 피크들은 X 레이 회절에 의해 관찰된다. 수소 또는 할로겐의 적어도 1 atomic% 또는 그 이상이 댕글링 결합(dangling bond)을 끝내기 위해 반 비결정성 반도체에 포함된다. 반 비결정성 반도체는 또한 이른바 미세 결정 반도체로도 언급된다. 그것은 규소 소스 가스의 글로 방전 분해(glow discharge decomposition)(플라즈마 CVD)에 의해 형성된다. 추 가적으로, SiH4, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등이 규소 소스 가스로 사용될 수 있다. 규소 소스 가스는 H2나, He, Ar, Kr, 또는 Ne로부터 선택되는 희가스(rare gas) 성분들 중 하나 또는 그 이상의 종류 및 H2를 통해 희석될 수 있다. 희석 비율은 2배부터 1000배의 범위 내에 있다. 압력은 대략 0.1 Pa부터 133 Pa 범위에 있고, 전력 주파수는 1MHz부터 120MHz, 바람직하게는 13MHz부터 60MHz까지이다. 기판을 가열하기 위한 온도는 300℃ 이하, 바람직하게는 100℃부터 250℃까지의 범위에 있다. 막에서 불순물 성분에 대해, 산소, 질소, 또는 탄소와 같은 대기 구성성분의 불순물들이 1x1020/cm3 이하로 세팅되는 것이 바람직하며, 특별히 산소 농도는 5x1019/cm3 이하, 바람직하게는 1x1019/cm3 이하로 세팅된다. 추가로, 반 비결정성 반도체를 사용하는 TFT(박막 트랜지스터)의 이동도는 대략 1m2/Vsec부터 10m2/Vsec까지이다.
결정성 반도체 층의 특정한 예로, 단일 결정 규소, 다결정성 규소, 규소 게르마늄 등으로부터 형성되는 반도체 층이 언급될 수 있다. 이러한 재료들은 레이저 결정화에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 재료들은 니켈 등을 사용하는 고체상 성장의 사용을 통한 결정화에 의해 형성될 수 있다.
반도체 층이 비결정성 재료, 예를 들어 비결정성 규소로부터 형성될 때, 트랜지스터(11) 및 또 다른 트랜지스터(발광 소자를 구동하기 위한 회로에 포함되는 트랜지스터)로 n 채널 트랜지스터들만을 포함하는 회로들을 갖는 발광 디바이스를 사용하는 것이 바람직하다. 대안적으로, n 채널 트랜지스터들 및 p 채널 트랜지스터들 중 어느 하나를 포함하는 회로들을 갖는 발광 디바이스가 활용될 수 있다. 또한, n 채널 트랜지스터 및 p 채널 트랜지스터 모두를 포함하는 회로들을 갖는 발광 디바이스가 사용될 수 있다.
제 1 층간 절연막들(16a 내지 16c)은 도 7A 내지 도 7C에 도시된 복수의 층들 또는 단일층을 포함할 수 있다. 제 1 층간 절연막(16a)은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물과 같은 무기 재료로부터 형성된다. 제 1 층간 절연막(16b)은 아크릴, 실록산(실록산은 Si(silicon) 및 O(oxygen)의 결합에 의해 형성되는 골격 구조로 구성되고, (알킬기 또는 방향족 탄화수소와 같은) 적어도 수소를 포함하는 유기 그룹이 대체물로 포함된다. 대안적으로, 플루오르기가 대체물로 사용될 수 있다. 추가적인 대안으로, 적어도 수소를 포함하는 플루오르기 및 유기 그룹이 대체물로 사용될 수 있다), 또는 규소 산화물과 같은 액체를 적용하여 형성될 수 있는 자기 평탄화 속성을 갖는 물질로 형성된다. 제 1 층간 절연막(16c)은 Ar(argon)을 포함하는 규소 질화막으로 형성된다. 층들의 각각을 구성하는 물질들은 특별히 그에 제한되지 않으며, 상기 언급된 물질들과는 다른 물질들이 활용될 수 있다. 대안적으로, 상기 언급된 물질들과는 다른 물질로부터 형성되는 층이 추가로 결합될 수 있다. 따라서, 제 1 층간 절연막은 무기 재료 및 유기 재료 모두로부터 형성될 수 있거나 무기막 및 유기막 중 어느 것으로 형성될 수 있다.
분할층(18)의 가장자리 부분은 곡률의 반경이 연속적으로 변경되는 형상을 갖는다. 분할층(18)은 아크릴, 실록산, 레지스트, 규소 산화물 등으로부터 형성된 다. 추가로, 분할층(18)은 무기막 및 유기막 모두 또는 그 중 하나로 형성될 수 있다.
도 7A 및 도 7C는 단지 제 1 층간 절연막(16)(16a 내지 16c)만이 트랜지스터들(11) 및 발광 소자들(12) 사이에 삽입되는 구조들을 도시한 도면이다. 대안적으로, 도 7B는 제 1 층간 절연막(16)(16a, 16b) 및 제 2 층간 절연막(19)(19a, 19b)이 제공되는 구조를 도시한 도면이다. 도 7B에 도시된 발광 디바이스에 있어서, 제 1 전극(13)은 배선(17)에 접속되도록 제 2 층간 절연막들(19)(19a, 19b)을 통과한다.
제 2 층간 절연막(19)(19a, 19b)은 제 1 층간 절연막(16)(16a 내지 16c)뿐만 아니라 복수의 층들 또는 단일 층을 포함할 수 있다. 제 2 층간 절연막(19a)은 아크릴, 실록산, 또는 규소 산화물과 같은 액체를 적용하여 형성될 수 있는 자기 평탄화 속성을 갖는 물질로부터 형성된다. 제 2 층간 절연막(19b)은 Ar(argon)을 포함하는 규소 질화막으로부터 형성된다. 제 2 층간 절연막들의 각각에 포함되는 물질들은 특별히 그에 제한되지 않으며, 상기 언급된 물질들과는 다른 물질들이 활용될 수 있다. 대안적으로, 상기 언급된 물질들과는 다른 물질로부터 형성되는 층이 추가로 결합될 수 있다. 따라서, 제 2 층간 절연막(19)(19a, 19b)은 무기 재료 및 유기 재료 모두로부터 형성될 수 있거나 무기 및 유기막들 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
제 1 전극 및 제 2 전극이 발광 소자(12)에서 광 전송 속성을 갖는 물질로부터 모두 형성될 때, 광은 도 7A에 아웃라인 화살표들로 도시된 바와 같은 제 1 전 극(13) 사이드 및 제 2 전극(14) 사이드 모두로부터 방출될 수 있다. 제 2 전극(14)만이 광 전송 속성을 갖는 물질로부터 형성될 때, 광은 단지 도 7B에서 아웃라인 화살표로 도시된 바와 같은 제 2 전극(14) 사이드로부터 방출될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 제 1 전극(13)은 높은 반사율을 갖는 재료로부터 형성되는 것이 바람직하거나, 높은 반사율을 갖는 재료로부터 형성되는 막(반사막)이 제 1 전극(13) 아래 제공되는 것이 바람직하다. 제 1 전극(13)만이 광 전송 속성을 갖는 물질로부터 형성될 때, 광은 단지 도 7C에 아웃라인 화살표로 도시된 바와 같은 제 1 전극(13)으로부터 방출될 수 있다. 이러한 경우에, 제 2 전극(14)은 높은 반사율을 갖는 재료로부터 형성되는 것이 바람직하거나 제 2 전극(14) 위에 반사막이 제공되는 것이 바람직하다.
더욱이, 발광 소자(12)는 제 2 전극(14)의 전위가 제 1 전극(13)의 전위보다 더 높도록 전압이 인가될 때 발광 소자가 동작하게 층이(15) 쌓이는 구조를 가질 수 있다. 대안적으로, 발광 소자(12)는 제 2 전극(14)의 전위가 제 1 전극(13)의 전위보다 더 낮도록 전압이 인가될 때 발광 소자가 동작하게 층(15)이 쌓이는 구조를 가질 수 있다. 전자의 경우에 있어서, 트랜지스터(11)는 n 채널 트랜지스터이다. 후자의 경우에 있어서, 트랜지스터(11)는 p 채널 트랜지스터이다.
상기 기술된 바와 같이, 트랜지스터에 의해 발광 소자의 구동을 제어하는 능동형 발광 디바이스가 이러한 실시예에서 설명될지라도, 특별히 그러한 트랜지스터를 구동하기 위한 소자를 제공하지 않으며 발광 소자의 구동을 제어하는 수동형 발광 디바이스가 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명을 적용함으로써 제작되는 수동형 발광 디바이스를 도시한 사시도이다. 도 8에 있어서, 발광 물질을 포함하는 적어도 하나의 층 및 복합층을 포함하는 층(955)은 기판(951) 위에 서로 교차되는 전극(952) 및 전극(956) 사이에 제공된다. 전극(952)의 가장자리 부분은 절연층(953)으로 커버된다. 분할층(954)은 절연층(953) 위에 제공된다. 단측의 방향에 따른 분할층(954)의 단면은 기초가 상위 사이드보다 더 짧은 역 사다리꼴 형상을 갖는다. 따라서, 정전기 등으로 인한 발광 소자의 오류는 분할층(954)을 제공함으로써 방지될 수 있다. 추가로, 수동형 발광 디바이스에서도 저전력 소모에서의 구동이 낮은 구동 전압에서 동작하는 본 발명의 발광 소자를 포함하여 행해질 수 있다.
[실시예 6]
픽셀로 본 발명의 발광 소자를 사용하는 발광 디바이스에 대해, 발광 소자의 동작 오류로 인한 더 적은 디스플레이 결함들이 존재하므로, 디스플레이 동작이 바람직하다. 추가로, 디스플레이 결함으로 인한 디스플레이 이미지의 더 적은 오해를 갖는 전자 장치가 획득될 수 있다. 추가로, 본 발명의 발광 소자를 광원으로서 사용하는 발광 디바이스는 발광 소자의 동작 오류로 인한 더 적은 불편함을 통해 바람직하게 조명할 수 있다. 백라이트와 같은 조명 부분으로 그러한 발광 디바이스를 사용함으로써, 발광 소자의 불편함으로 인한 어두운 부분의 국부적 형성과 같은 동작 오류가 감소된다.
도 9A 내지 도 9C는 본 발명이 적용되는 발광 디바이스가 장착되는 전자 디 바이스의 일례를 도시한 도면이다.
도 9A는 주요 몸체(5521), 샤시(5522), 디스플레이 부분(5523), 키보드(5524) 등을 포함하는 본 발명을 적용하여 제작된 개인용 컴퓨터를 도시한 도면이다. 개인용 컴퓨터는 디스플레이 부분으로 도 7A 내지 도 7C에 도시된 발광 디바이스를 포함하여 완성될 수 있다. 개인용 컴퓨터는 또한 본 발명에 따른 발광 소자가 광원으로서 사용되는 발광 디바이스가 백라이트로 포함될 때조차 완성될 수 있다. 구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이 광원으로 발광 디바이스(5513) 및 액정 디바이스(5512)가 샤시(5511) 및 샤시(5514) 사이에 포함될 수 있다. 발광 디바이스(5513)는 본 발명에 따른 발광 소자로 구성되는 어레이(5518) 및 광 전도판(5517)을 포함한다. 도 10에 있어서, 외부 입력 단자(5515)는 액정 디바이스(5512)상에 장착되고, 외부 입력 단자(5516)는 어레이(5518)상에 장착된다.
도 9B는 본 발명을 적용하여 제작되는 텔레폰 세트를 도시한 도면이고, 주요 몸체(5552)는 디스플레이 부분, 오디오 출력 부분(5554), 오디오 입력 부분(5555), 동작 스위치(5556), 동작 스위치(5557), 안테나(5553) 등등을 포함한다. 텔레폰 세트는 디스플레이 부분으로 본 발명의 발광 디바이스를 포함하여 완성될 수 있다.
도 9C는 디스플레이 부분(5531), 샤시(5532), 스피커(5533) 등을 포함하는 본 발명을 적용하여 제작되는 텔레비전 수신기를 도시한 도면이다. 텔레비전 수신기는 디스플레이 부분으로 본 발명의 발광 디바이스를 포함하여 완성될 수 있다.
상기 기술된 바와 같이, 본 발명에 따른 발광 디바이스들은 다양한 전자 디바이스들에 대해 디스플레이 부분들로 사용되는데 훨씬 적합하다. 전자 디바이스는 이러한 실시예에 기술된 전자 디바이스에 제한되지 않으며, 네비게이션 시스템과 같은 또 다른 전자 디바이스일 수 있다.
[실시예 7]
이러한 실시예에 있어서, 본 발명의 발광 소자의 재료로 사용되는 복합물이 기술되어 있다. 복합물은 공액 분자들 중 어느 것이 공액 분자에 대해 전자 수용성을 갖는 물질로 이하 기술될 일반식 [1] 내지 [5]에 제시되는 대상이다.
일반식 [1]
여기서 X는 Z와 동일하거나 서로 다르며, X 및 Z는 각각 수소, 알킬기, 또는 아릴기가 결합되는 황 원자, 수소 원자, 질소 원자나, 수소, 알킬기, 또는 아릴기가 결합되는 규소 원자 중 어느 것을 표현하고, Y는 아릴렌기를 표현하며, R1 내지 R6는 각각 수소, 아릴기, 알킬기, 시아노기, 디알킬아미노기, 사이오알콕시기, 및 알콕시기 중 어느 것을 표현한다.
일반식 [2]
여기서 Y는 아릴렌기를 표현하며, R1 내지 R6 각각은 수소, 아릴기, 알킬기, 시아노기, 디알킬아미노기, 사이오알콕시기, 및 알콕시기 중 어느 것을 표현한다.
일반식 [3]
여기서 Y는 아릴렌기를 표현하며, R1 내지 R6는 각각 수소, 아릴기, 알킬기, 시아노기, 디알킬아미노기, 사이오알콕시기, 및 알콕시기 중 어느 것을 표현한다.
일반식 [4]
여기서 Y는 아릴렌기를 표현하며, R1 내지 R6는 각각 수소, 아릴기, 알킬기, 시아노기, 디알킬아미노기, 사이오알콕시기, 및 알콕시기 중 어느 것을 표현하고, R7 및 R8은 각각 수소, 알킬기, 및 아릴기 중 어느 것을 표현한다.
일반식 [5]
여기서 Y는 아릴렌기를 표현하며, R1 내지 R6는 각각 수소, 아릴기, 알킬기, 시아노기, 디알킬아미노기, 사이오알콕시기, 및 알콕시기 중 어느 것을 표현하고, R7 및 R10은 각각 수소, 알킬기, 및 아릴기 중 어느 것을 표현한다.
상기 일반식 [1] 내지 [5]에 의해 표현되는 공액 분자들에 대해, Y는 아릴렌기를 표현하며, 탄소 번호 6 내지 20을 갖는 2가 방향족 탄화수소 기나 산소, 질소, 황, 또는 규소를 포함하는 탄소 번호 4 내지 30을 갖는 2가 헤테로 방향족 고리 기(bivalent heteroaromatic ring radical)를 표현한다.
이러한 공액 분자들은 극도로 낮은 이온화 포텐셜을 가지므로, 전자는 전자 수용 물질 및 복합물을 형성함으로써 복합물 내에 전달된다. 그러므로, 복합물로 형성되는 복합층은 정공이 생성하기 쉽거나 정공이 이동하기 쉬운 특징을 갖는다. 추가로, 그러한 특징으로 인해 복합층은 높은 전도성을 갖는 특징을 갖는다. 그러므로, 복합층은 낮은 이온화 포텐셜을 갖는 재료를 포함하는 층이 복합층과 비교될 때 복합층이 전자 수용 물질을 갖기 때문에 정공이 보다 바람직하게 흐르는 층이 다.
금속 산화물 또는 금속 질화물은 전자 수용 물질로 사용되는 것이 바람직하다. 특히, 주기율표에서 그룹 4 내지 12 중 어느 것에 속하는 전이 금속을 갖는 산화물은 높은 전자 수용성을 갖는다. 추가로, 훨씬 더 높은 전자 수용성을 갖는 주기율표에서 그룹들 4 내지 8 중 어느 것에 속하는 전이 금속을 각각이 갖는 많은 산화물들이 존재한다. 특히, 바나듐 산화물, 몰리브덴 산화물, 레늄 산화물, 텅스텐 산화물, 루테늄 산화물, 티타늄 산화물, 크롬 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 탄탈 산화물, 및 니오브 산화물이 바람직하다.
추가로, 전자 수용성을 갖는 유기 화합물은 전자 수용 물질로 사용될 수 있다. 구체적으로, 7,7,8,8-tetracyano-2,3,5,6-tetrafluoroquinodimethan(F4-TCNQ), 클로라닐 등이 제시된다. 추가로, 루이스 산이 전자 수용 물질로 사용될 수 있다. 루이스 산이 예와 같이, FeCl3(염화철(III)) 및 AlCl3(염화 알루미늄)이 제시된다.
일반식 [1] 내지 [5]에 의해 표현되는 공액 분자들 중 어느 것에 대한 복합층에서 전자 수용 물질의 가장 적절한 혼합 비율은 몰 비(molar ratio)로 전자 수용 물질/공액 분자= 0.1 내지 10, 바람직하게는 0.5 내지 2에 따른다. 이러한 혼합 비율에서, 전자는 전자 수용 물질 및 공액 분자 사이에서 효율적으로 전달되고, 복합층의 가장 높은 전도성이 얻어진다.
[예 1]
이 예에서, 일반식 [2]에 의해 표현되는 화합물의 표현으로, 다음의 식 [6]에 의해 표현되는 화합물인 1,4-di(3,4-ethylenedioxy-2-thienyl) benzene와 다음의 식 [7]에 의해 표현되는 화합물인 4,4'-di(3,4-ethlenedioxy-2-thienyl) biphenyl이 각각 합성된다.
식 [6]
식 [7]
식 [6] 및 [7]에 의해 표현되는 화합물들은 극도로 낮은 이온화 포텐셜을 갖는다. 다시 말해서, 전체 분자들의 효과적인 공액 길이(conjugate length)가 일반식들 [1] 내지 [5]에 의해 표현되는 화합물들에서 R1 및 R2에 의해 주기적인 구조를 형성하고 R3 및 R4에 의해 주기적인 구조를 형성하여 확장된다는 것이 밝혀진다.
도 11은 1,4-di(3,4-ethylenedioxy-2-thienyl) benzene(식 [6]) 및 유사체 1,4-bis(3,4-dihexyloxy-2-thienyl) benzene의 자외선 가시광선 흡수 스펙트럼을 도시한 도면이다. 식 [8]은 1,4-bis(3,4-dihexyloxy-2-thienyl) benzene의 구조를 나타낸다. 전자 화합물의 흡수 최대한도는 도 11에 (A)로 도시된 바와 같이 380nm인 반면에, 후자 화합물의 흡수 최대한도는 도 11에 (B)로 도시된 바와 같이 300nm이고, 그에 따라 주기적 구조를 갖는 식 [6]이 더 확장되는 공액 시스템을 갖는다는 것을 나타낸다. 도 11에 (A)로 도시된 바와 같이, 식 [6]의 가시광선 영역에서 흡수 세기는 현저히 낮으며, 이것은 종래의 정공 주입 재료와는 확실히 다르다. 계
식 [8]
추가로, 주기적 전압 전류 측정은 식 [6] 및 [8]에 의해 행해힌다. 그의 측정으로부터, 식 [6]이 더 확장되는 공액 시스템을 갖는다는 것이 밝혀진다. 주기적 전압 전류 측정은 용제로 아세토니트릴과 지원 전해물로 브롬화사부틸 암모늄 과염소산염(tetrabutyl ammonium perchlorate)을 사용하여 행해진다. 작업 전극 및 카운터 전극 각각은 백금으로부터 형성된다. 은/은 염화물은 기준 전극으로 사용된다.
따라서, 식 [8]의 산화 포텐셜은 1.68V이고, 반면에 식 [6]의 산화 포텐셜은 1.20V(vs.Ag/Ag+)이며, 그에 따라 식 [8]이 산화에 덜 적용된다는 것이 나타난다.
요약하자면, 전체 분자들의 효과적인 공액 길이는 일반식 [1] 내지 [5]에 의 해 표현되는 공액 분자들에서 R1 및 R2에 의해 주기적 구조를 형성하고 R3 및 R4에 의해 주기적 구조를 형성하여 확장된다. 효과적인 공액 길이가 확장될 때, 밴드 간격이 짧아지고 이온화 포텐셜이 더 낮아진다. 그러므로, 공액 분자의 전자 공여 속성이 더 높아진다. 따라서, 정공이 보다 쉽게 생성되는 더 높은 전도성을 갖는 복합층은 효과적인 공액 길이가 확장되는 공액 분자 및 전자 수용 물질로부터 복합층을 형성하여 획득된다.
[예 2]
이 예에서, 일반식 [2]에 의해 표현되는 화합물의 표현으로 다음의 식 [9]에 의해 표현되는 1,4-di(3,4-ethylenedioxy-5-trimethylsilyl-2-thienyl) benzene의 합성이 기술된다.
식 [9]
도 12A 내지 도 12D는 합성 방식을 도시한 도면이다. 1.56N n-butyllithium의 헥산 용액(48mL, 74.9mmol)가 -78℃에서 3,4-ethlenedioxythiophene(도 12A에서의 화합물, 10,30g, 72.5mmol)의 건조 THF 용액(100mL)로 투하된다. 투하의 완료 후에, 용액은 -78℃에서 한 시간 동안 뒤섞인다. Chlorotrimethylsilane(8.93g, 82.3mmol)이 용액으로 투하되고 반응 용액의 온도는 점차적으로 상온까지 상승된다. 3 시간 동안 섞은 후에, 반응 혼합이 감소된 압력 하에서 집중되어 헥산을 통한 추출이 다음에 따른다. 헥산 층은 마그네슘 황산염을 통해 건조되어 다음으로 필터링한다. 필터링된 대상이 집중되고, 다음으로 잔여물이 감소된 압력(200Pa, 94℃ 내지 100℃) 하에서 희석되어, 그에 의해 도 12B에 표현된 화합물인 2-trimethylsilyl-3,4-ethylenedioxythiophene를 제시한다. 산출: 84%.
그 성과물의 1H NMR 스펙트럼이 획득되고, 그 결과는 다음과 같다.
1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ0.286(s, 9H), 4.16(s, 2H), 4.17(s, 2H), 6.54(s, 1H):13C NMR(75MHz, CDCl3)δ-0.74, 64.42, 64.51, 104.68, 111.28, 142.63, 147.25.
1.56N n-bytyllithium의 헥산 용액(55mL, 86.0mmol)은 -78℃에서 도 12B에 의해 표현되는 화합물, 2-trimethylsilyl-3,4-ethylenedioxythiophene(18.6g, 86.0mmol)의 건조 THF 용액(150mL)으로 투하된다. 투하의 완료 후에, 혼합은 -78℃에서 한 시간 동안 및 0℃에서 30분 동안 뒤섞인다. 이러한 용액은 상온에서 아연 염화물(11.69g, 85.8mmol)의 건조 THF 현탁액(100mL)로 투하된다. 한 시간 동안 뒤섞은 후에, 도 12C에 의해 표현되는 화합물이 시스템에 획득된다. 그 후에, 1,4-diburomobenzene(6.759g, 28.7mmol) 및 tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)(1.28g, 1.11mmol)이 추가되고 다음으로 열 시간 동안 열 역류가 따른다. 반응 혼합물은 대략 1L의 물로 뿌려지고, 그 후에 침전물들이 필터링된다. 필터링된 대상은 건조되어 다음으로 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피에 의해 정화되고(개발자: 헥산/초산 에틸 10/1 내지 2/1), 그 후에 헥산/초산 에틸(5/1)을 통한 재결정화가 따르고, 그에 의해 도 12D로 표현되는 화합물인 1,4-di(3,4-ethylenedioxy-5-trimethylsiyl-2-thienyl) benzene를 제시한다. 산출: 43%
그 성과물의 1H NMR 스펙트럼이 획득되고 결과는 다음과 같다.
1H NMR(300MHz, CDCl3) δ0.311(s, 18H), 4.27(s, 4H), 4,29(s, 4H), 7.69(s, 4H).
도 13은 도 12D에 의해 표현되는 결과적으로 합성된 화합물의 자외선 가시광선 흡수 스펙트럼을 도시한 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 가시광선 영역 내 흡수는 현저히 적으며, 적은 흡수로 인해 소자의 색을 크게 감소시키는 것이 가능하다.
[예 3]
이 예에서, 일반식 [1] 내지 [5]에 의해 표현되는 화합물들에서 R5 및 R6로 수소와는 다른 대체물을 도입하는 효과가 기술된다. 용해도는 R5 및 R6가 수소 원자들일 때 현저히 낮다. 예를 들어, 예 1에서 기술된 식 [6]에 의해 표현되는 화합물의 클로로포름에 대한 용해도는 25℃에서 1 wt% 이하이다. 반대로, 도 12D에 의해 표현되는 R5 및 R6가 trimethylsilyl 그룹들인 경우에 있어서, 25℃에서 클로로포름에 대한 용해도는 15.4 wt%이다. 따라서, R5 및 R6로 수소와는 다른 대체물을 도입하여 용해도를 상당히 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 용해도는 수소가 R5 및 R6에 도입될 때 낮다; 그러나, 수소와는 다른 대체물이 도입될 때, 유리한 막의 품질(favorable film quality)을 갖는 침착된 막은 높은 용해도의 반사에서 얻어진다.
[예 4]
이 예에서, 일반식 [2]에 의해 표현되는 화합물의 표현으로 다음의 식 [10]에 의해 표현되는 (이하, DPEBP로 언급되는) 4,4'-bis(5-phenyl-3,4-ethylenedioxy-2-thienyl) biphenyl의 합성이 기술된다.
식 [10]
우선적으로, (이하 "중간물 a"로 언급되는) 중간물인 다음의 식 [11]의 합성이 기술된다. 250ml의 건조 THF 용액은 22.41g의 2,3-dihydrothieno-[3,4-b]-1,4-dioxin으로 추가되고, 다음으로 -78℃까지 냉각된다. 그 후에, 100ml의 n-butyllithium(1.58M의 헥산 용액)이 투하되고, 다음으로 한 시간 동안 뒤섞인다. 획득된 혼합물은 상온에서 25.84의 아연 염화물로 추가되고, 그 후에 한 시간 동안 상온에서 추가로 뒤섞인다. 18.3ml의 브로모벤젠 및 1.83g의 tetrakis(triphenylphosphine)palladium이 이러한 혼합물로 추가되고, 그 후에 열 역류 하에서 5 시간 동안 뒤섞인다. 초산 에틸, 1M의 염산, 및 물이 상온까지 냉각되는 용액으로 추가되고, 다음으로 유기층의 분류가 따른다. 마그네슘 황산염에 의해 건조한 후에, 용매가 집중된다. 그 후에, 정제가 컬럼 크로마토그래피에 의해 행해진다(헥산/초산 에틸).
그 성과물의 1H NMR 스펙트럼이 획득되고, 결과는 다음과 같다.
1H NMR(CDCl3, δ)7.72 ppm(d, 2H),7.36 ppm(t, 2H),7.21 ppm(t, 1H),6.29 ppm(s, 1H), 4.29 ppm(m, 4H).
식 [11]
다음으로, 100ml의 THF는 10.36g의 획득된 중간물로 추가되고, 그 다음에 -78℃까지 냉각한다. 그 후에, 33.1 ml의 n-butyllithium(1.58M의 헥산 용액)이 투하되고, 다음에 한 시간 동안 뒤섞는다. 획득된 혼합물은 상온에서 7.77g의 아연 염화물로 추가되고, 추가로 한 시간 동안 상온에서 뒤섞인다. 8.77g의 4,4'-diiodo biphenyl 및 549mg의 tetrakis(triphenylphosphine)palladium이 혼합물로 추가되 고, 그 후에 열 역류 하에서 5 시간 동안 뒤섞인다. 이러한 혼합물을 필터링하여 획득되는 액체는 에탄올로 세척된다. 재결정화는 클로로포름을 사용하고, 다음으로 본 발명의 유기 화합 DPEBP(노란 가루)를 획득하여 행해진다.
그 성과물의 1H NMR 스펙트럼이 획득되고 결과는 다음과 같다.
1H NMR(CDCl3, δ) 7.77 ppm(m, 12H), 7.44 ppm(t, 4H), 7.28 ppm (t, 2H), 4.45 ppm(s, 8H).
[예 5]
이 예에서, 일반식 [2]에 의해 표현되는 화합물의 표현으로 다음의 식 [12]에 의해 표현되는 (이하, DPEBZ로 언급되는) 1,4-bis(5-phenyl-3,4-ethylenedioxy-2-thienyl) benzene의 합성이 기술된다.
식 [12]
100ml의 THF는 예 4에서 획득된 중간물 a 6.07g으로 추가되고, 그 다음에 -78℃까지 냉각한다. 그 후에, 19.4 ml의 n-butyllithium(1.58M의 헥산 용액)이 투하되고, 다음에 한 시간 동안 뒤섞는다. 획득된 혼합물은 상온에서 4.50g의 아연 염화물로 추가되고, 추가로 한 시간 동안 상온에서 뒤섞인다. 4.12g의 1,4-diiodo benzene 및 321mg의 tetrakis(triphenylphosphine)palladium이 혼합물로 추가되고, 그 후에 열 역류 하에서 5 시간 동안 뒤섞인다. 이러한 혼합물을 필터링하여 획득되는 액체는 에탄올로 세척된다. 재결정화는 클로로포름을 사용하고, 다음으로 본 발명의 유기 화합 DPEBZ(오렌지색 가루)를 획득하여 행해진다.
그 성과물의 1H NMR 스펙트럼이 획득되고 결과는 다음과 같다.
1H NMR(CDCl3, δ) 7.77 ppm(m, 8H), 7.38 ppm(t, 4H), 7.23 ppm (t, 2H), 4.38 ppm(s, 8H).
[예 6]
이 예에서, 일반식 [2]에 의해 표현되는 화합물의 표혐으로 다음의 식 [13]에 의해 표현되는 (이하, DtBuPEBP로 언급되는) 4,4'-bis[5-(4-tert-buthylphenyl)-3,4-ethylenedioxy-2-thienyl) biphenyl의 합성이 기술된다.
식 [13]
우선적으로, (이하 "중간물 b"로 언급되는) 중간물인 다음의 식 [14]의 합성 이 기술된다. 100ml의 THF가 10.57g의 2,3-dihydrothieno-[3,4-b]-1,4-dioxin으로 추가되고, 다음으로 -78℃까지 냉각한다. 37.2ml의 LDA(2.0M)가 투하되고, 다음으로 한 시간 동안 추가로 뒤섞인다. 12.14g의 아연 염화물이 추가되고, 그 후에 ㅎ한 시간 동안 상온에서 뒤섞인다. 14.3ml의 1-bromo-4-tert-butylbenzene 및 859mg의 tetrakis(triphenylphosphine)palladium이 이러한 혼합물로 추가되고, 그 후에 열 역류 하에서 8 시간 동안 뒤섞인다. 초산 에틸 및 물이 상온까지 냉각되는 용액으로 추가되고, 다음으로 유기층의 분류가 따른다. 마그네슘 황산염에 의해 건조한 후에, 용매가 집중된다. 그 후에, 정제가 컬럼 크로마토그래피에 의해 행해진다(톨루엔).
그 성과물의 1H NMR 스펙트럼이 획득되고, 결과는 다음과 같다.
1H NMR(CDCl3, δ)7.67 ppm(d, 2H),7.45 ppm(d, 2H),6.32 ppm(s, 1H), 1.40 ppm(s, 9H).
식 [14]
50ml의 THF는 상기 획득된 2.56g의 중간물 b로 추가되고, 그 다음에 -78℃까 지 냉각한다. 5.12ml의 A LDA(2.0M)가 투하되고, 다음으로 한 시간 동안 뒤섞인다. 1.53g의 아연 염화물이 추가되고, 한 시간 동안 상온에서 뒤섞인다. 1.71g의 4,4'-diiodo biphenyl 및 107mg의 tetrakis(triphenylphosphine)palladium이 추가되고, 그 후에 열 역류 하에서 6 시간 동안 뒤섞인다. 초산 에틸, 1M의 염산, 및 물이 상온까지 냉각되는 용액으로 추가되고, 다음으로 유기층의 분류가 따른다. 마그네슘 황산염에 의해 건조한 후에, 용매가 집중된다. 재결정화는 클로로포름을 사용하고, 다음으로 본 발명의 유기 화합물 DtBuPEBP를 획득하여 행해진다.
그 성과물의 1H NMR 스펙트럼이 획득되고 결과는 다음과 같다.
1H NMR(CDCl3, δ) 7.80 ppm(d, 4H), 7.66 ppm(m, 8H), 7.41 ppm (d, 4H), 4.36 ppm(s, 8H), 1.32 ppm(s, 9H).
이러한 애플리케이션은 2004년 11월 30일, 일본 특허청의 일본 특허 출원 번호 제 2004-347693 호에 기초하고, 그것 전체의 콘텐츠들이 참조 문헌으로 본 명세서에 포함된다.
Claims (16)
- 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 한 쌍의 전극들;상기 제 1 전극과 접촉하는 정공 주입층;상기 정공 주입층과 접촉하는 제 1 층으로서, 상기 정공 주입층의 이온화 포텐셜은 상기 제 1 층의 이온화 포텐셜보다 더 큰, 상기 제 1 층; 및상기 제 1 층과 접촉하는 발광층을 포함하고,상기 제 1 층은 다음의 일반식 [1]에 의해 표현되는 공액 분자(conjugated molecule) 및 주기율표에서 그룹 4 내지 8 중 어느 하나에 속하는 전이 금속의 산화물의 복합체를 포함하고,일반식 [1]
상기 X는 상기 Z와 동일하거나 서로 다르고,상기 X 및 상기 Z는 각각 수소, 알킬기(alkyl group), 또는 아릴기(aryl group)가 결합되는 황 원자, 산소 원자, 질소 원자나, 수소, 알킬기, 또는 아릴기가 결합되는 규소 원자를 나타내고,상기 Y는 아릴렌기(arylene group)를 나타내고,상기 R1 내지 R4 각각은 수소 원자를 나타내고, 상기 R5 내지 R6 각각은 아릴기를 나타내는, 발광 소자. - 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 한 쌍의 전극들;상기 제 1 전극과 접촉하는 정공 주입층;상기 정공 주입층과 접촉하는 제 1 층으로서, 상기 정공 주입층의 이온화 포텐셜은 상기 제 1 층의 이온화 포텐셜보다 더 큰, 상기 제 1 층; 및상기 제 1 층과 접촉하는 발광층을 포함하고,상기 제 1 층은 다음의 일반식 [2]에 의해 표현되는 공액 분자 및 주기율표에서 그룹 4 내지 8 중 어느 하나에 속하는 전이 금속의 산화물의 복합체를 포함하고,일반식 [2]
상기 Y는 아릴렌기를 나타내고,상기 R1 내지 R4 각각은 수소 원자를 나타내고, 상기 R5 내지 R6 각각은 아릴기를 나타내는, 발광 소자. - 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 한 쌍의 전극들;상기 제 1 전극과 접촉하는 정공 주입층;상기 정공 주입층과 접촉하는 제 1 층으로서, 상기 정공 주입층의 이온화 포텐셜은 상기 제 1 층의 이온화 포텐셜보다 더 큰, 상기 제 1 층; 및상기 제 1 층과 접촉하는 발광층을 포함하고,상기 제 1 층은 다음의 일반식 [3]에 의해 표현되는 공액 분자 및 주기율표에서 그룹 4 내지 8 중 어느 하나에 속하는 전이 금속의 산화물의 복합체를 포함하고,일반식 [3]
상기 Y는 아릴렌기를 나타내고,상기 R1 내지 R4 각각은 수소 원자를 나타내고, 상기 R5 내지 R6 각각은 아릴기를 나타내는, 발광 소자. - 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 한 쌍의 전극들;상기 제 1 전극과 접촉하는 정공 주입층;상기 정공 주입층과 접촉하는 제 1 층으로서, 상기 정공 주입층의 이온화 포텐셜은 상기 제 1 층의 이온화 포텐셜보다 더 큰, 상기 제 1 층; 및상기 제 1 층과 접촉하는 발광층을 포함하고,상기 제 1 층은 다음의 일반식 [4]에 의해 표현되는 공액 분자 및 주기율표에서 그룹 4 내지 8 중 어느 하나에 속하는 전이 금속의 산화물의 복합체를 포함하고,일반식 [4]
상기 Y는 아릴렌기를 나타내고,상기 R1 내지 R4 각각은 수소 원자를 나타내고, 상기 R5 내지 R6 각각은 아릴기를 나타내고,상기 R7 및 R8 각각은 수소, 알킬기, 및 아릴기 중 어느 하나를 나타내는, 발광 소자. - 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함하는 한 쌍의 전극들;상기 제 1 전극과 접촉하는 정공 주입층;상기 정공 주입층과 접촉하는 제 1 층으로서, 상기 정공 주입층의 이온화 포텐셜은 상기 제 1 층의 이온화 포텐셜보다 더 큰, 상기 제 1 층; 및상기 제 1 층과 접촉하는 발광층을 포함하고,상기 제 1 층은 다음의 일반식 [5]에 의해 표현되는 공액 분자 및 주기율표에서 그룹 4 내지 8 중 어느 하나에 속하는 전이 금속의 산화물의 복합체를 포함하고,일반식 [5]
상기 Y는 아릴렌기를 나타내고,상기 R1 내지 R4 각각은 수소 원자를 나타내고, 상기 R5 내지 R6 각각은 아릴기를 나타내고,상기 R7 내지 R10 각각은 수소, 알킬기, 및 아릴기 중 어느 하나를 나타내는, 발광 소자. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 발광 소자는 상기 제 1 전극의 전위가 상기 제 2 전극의 전위보다 높도록 전압이 인가될 때 상기 발광층으로부터 발광하는, 발광 소자.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,주기율표에서 그룹 4 내지 8 중 어느 하나에 속하는 전이 금속의 산화물은 바나듐 산화물, 몰리브덴 산화물, 레늄 산화물, 텅스텐 산화물, 루테늄 산화물, 티타늄 산화물, 크롬 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 탄탈 산화물, 및 니오브 산화물을 포함하는, 발광 소자.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 공액 분자의 식에서 상기 Y는 6 내지 20의 탄소수를 갖는 2가 방향족 탄화수소기, 또는 산소, 질소, 황 또는 규소를 포함하는 4 내지 30의 탄소수를 갖는 2가 헤테로 방향족환기(bivalent heteroaromatic ring radical)를 포함하는, 발광 소자.
- 삭제
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 발광 소자는 전자 장치의 화소로서 사용되는, 발광 소자.
- 제 12 항에 있어서,상기 전자 장치는 개인용 컴퓨터, 전화, 및 텔레비전으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인, 발광 소자.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 발광 소자는 광원으로서 사용되는, 발광 소자.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 정공 주입층은 프탈로시아닌계 화합물(phthalocyanine-based compound)을 포함하는, 발광 소자.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 정공 주입층은 1nm 내지 2nm의 두께를 갖는, 발광 소자.
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