KR101356093B1 - 안트라센 유도체, 발광소자용 재료, 발광소자, 발광장치 및전자기기 - Google Patents

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마사카즈 에가와
료지 노무라
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Abstract

본 발명은 우수한 청색 색순도를 실현할 수 있는 신규한 재료, 및 이 재료를 사용한 발광소자 및 발광장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 신뢰성이 높은 신규한 재료, 및 그 재료를 사용한 발광소자 및 발광장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은, 분자 내에 하기 구조식 (1)로 나타내어지는 디페닐안트라센 구조와 카르바졸 골격을 동시에 가지는 안트라센 유도체이다.
Figure 112007075903713-pct00068
안트라센 유도체, 디페닐안트라센 구조, 카르바졸 골격, 청색 색순도, 발광소자

Description

안트라센 유도체, 발광소자용 재료, 발광소자, 발광장치 및 전자기기{Anthracene derivative, material for light emitting element, light emitting element, light emitting device, and electronic device}
본 발명은 발광재료에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 한 쌍의 전극과 전계를 가함으로써 발광이 얻어지는 발광 물질을 함유하는 층을 가지는 발광소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이와 같은 발광소자를 가지는 발광장치에 관한 것이다.
발광재료를 사용한 발광소자는 박형, 경량, 고속 응답성, 직류 저전압 구동 등의 특징을 가지고 있고, 차세대의 플랫 패널 디스플레이에의 응용이 기대되고 있다. 또한, 발광소자를 매트릭스 형상으로 배치한 발광장치는 종래의 액정표시장치에 비하여 시야각이 넓고 시인성(視認性)이 우수하다는 점에 우위성이 있다.
발광소자의 발광기구는, 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 끼우고 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 주입된 전자와 양극으로부터 주입된 정공이 발광층의 발광 중심에서 재결합하여 분자 여기자를 형성하고, 그 분자 여기자가 기저 상태로 복귀할 때 에너지를 방출하여 발광한다고 알려져 있다. 여기 상태에는 일중항 여기와 삼중항 여기가 알려져 있고, 발광은 어느 여기 상태를 거쳐도 가능하다고 생각된 다.
발광소자의 발광 파장은 발광소자 중에 포함되는 발광 분자의 여기 상태와 기저 상태 사이의 에너지차, 즉, 밴드 갭에 의해 결정된다. 따라서, 발광 분자의 구조를 궁리함으로써, 다양한 발광색을 얻는 것이 가능하다. 그리고, 광의 삼원색인 적, 청, 녹의 발광이 가능한 발광소자를 사용하여 발광장치를 제작함으로써, 풀 컬러의 발광장치를 제조할 수 있다.
그러나, 풀 컬러의 발광장치가 가지는 문제점은 색순도가 우수한 발광소자를 제조하는 것이 반드시 용이하지는 않다는 것이다. 이것은, 우수한 색재현성을 가지는 발광장치를 제조하기 위해서는 색순도가 우수한 적, 청, 녹의 발광소자가 필요하지만, 신뢰성이 높고, 또한 색순도가 우수한 발광소자를 실현하는 것이 곤란하기 때문이다. 근년의 재료 개발의 결과, 적색 및 녹색의 발광소자에 관해서는 높은 신뢰성과 우수한 색순도가 달성되고 있지만, 특히 청색의 발광소자에 관해서는 충분한 신뢰성과 색순도를 가지는 발광소자는 실현되어 있지 않고, 많은 연구가 이루어지고 있다(예를 들어, 문헌 1 : 일본국 공개특허공고 2003-31371호 공보).
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 우수한 청색 색순도를 실현할 수 있는 신규한 재료, 및 이 재료를 사용한 발광소자 및 발광장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 본 발명은 신뢰성이 높은 신규한 재료, 및 이 재료를 사용한 발광소자 및 발광장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센(anthracene) 유도체는 분자 내에 하기 구조식 (1)로 나타내어지는 디페닐안트라센 구조와 카르바졸 골격을 동시에 가진다.
[구조식 (1)]
Figure 112007075903713-pct00001
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 구조식 (1)로 나타내어지는 구조를 가지고, 또한, 페닐기들 중 어느 하나가 카르바졸일기로 치환되어 있고, 또한, 그 카르바졸일기의 9위에 있는 질소 원자가 이 페닐기와 직접 결합되어 있다.
[구조식 (1)]
Figure 112007075903713-pct00002
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 구조식 (1)로 나타내어지는 구조를 가지고, 또한, 페닐기들 중 어느 하나가 치환기를 가질 수도 있는 카르바졸일기로 치환되어 있고, 또한, 그 카르바졸일기의 9위에 있는 질소 원자가 이 페닐기와 직접 결합되어 있다.
[구조식 (1)]
Figure 112007075903713-pct00003
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 일반식 (2)로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[일반식 (2)]
Figure 112007075903713-pct00004
이 일반식에서, R1∼R13은 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기이고, R1∼R13은 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 상기 일반식에서, A1과 A2는 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기, 또는 치환기를 가질 수도 있는 디아릴아미노기이고, A1과 A2는 동일하거나 다를 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 일반식 (3)으로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[일반식 (3)]
Figure 112007075903713-pct00005
이 일반식에서, R1∼R13은 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기이고, R1∼R13은 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 상기 일반식에서, A1과 A2는 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기, 또는 치환기를 가질 수도 있는 디아릴아미노기이고, A1과 A2는 동일하거나 다를 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 일반식 (2)로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[일반식 (2)]
Figure 112007075903713-pct00006
이 일반식에서, R1∼R13은 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기이고, R1∼R13은 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 상기 일반식에서, A1과 A2는 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기이고, A1과 A2는 동일하거나 다를 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 일반식 (3)으로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[일반식 (3)]
Figure 112007075903713-pct00007
이 일반식에서, R1∼R13은 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기이고, R1∼R13은 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 상기 일빈식에서, A1과 A2는 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기이고, A1과 A2는 동일하거나 다를 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 일반식 (2)로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[일반식 (2)]
Figure 112007075903713-pct00008
이 일반식에서, R1∼R13은 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기이고, R1∼R13은 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 상기 일반식에서, A1은 치환기를 가질 수도 있는 디아릴아미노기이고, A2는 수소, 또는 치환기를 가질 수도 있는 디아릴아미노기이다.
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 일반식 (3)으로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[일반식 (3)]
Figure 112007075903713-pct00009
이 일반식에서, R1∼R13은 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기이고, R1∼R13은 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 상기 일반식에서, A1은 치환기를 가질 수도 있는 디아릴아미노기이고, A2는 수소, 또는 치환기를 가질 수도 있는 디아릴아미노기이다.
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 일반식 (4)로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[일반식 (4)]
Figure 112007075903713-pct00010
이 일반식에서, A1과 A2는 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기, 또는 치환기를 가질 수도 있는 디아릴아미노기이고, A1과 A2는 동일하거나 다를 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 일반식 (4)로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[일반식 (4)]
Figure 112007075903713-pct00011
이 일반식에서, A1과 A2는 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기이고, A1과 A2는 동일하거나 다를 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 일반식 (4)로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[일반식 (4)]
Figure 112007075903713-pct00012
이 일반식에서, A1은 치환기를 가질 수도 있는 디아릴아미노기이고, A2는 수소, 또는 치환기를 가질 수도 있는 디아릴아미노기이다.
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체에서, 밴드 갭이 2.7 eV∼3.0 eV이다.
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체에서, 최대 발광이 400∼500 nm의 범위 내이다.
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 구조식 (5)로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[구조식 (5)]
Figure 112007075903713-pct00013
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 구조식 (6)으로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[구조식 (6)]
Figure 112007075903713-pct00014
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 구조식 (7)로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[구조식 (7)]
Figure 112007075903713-pct00015
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 구조식 (8)로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[구조식 (8)]
Figure 112007075903713-pct00016
상기 과제를 해결하기 위해 사용될 수 있는 본 발명의 안트라센 유도체는 하기 구조식 (9)로 나타내어지는 안트라센 유도체이다.
[구조식 (9)]
Figure 112007075903713-pct00017
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은 상기한 안트라센 유도체들 중 어느 하나를 포함하는 발광소자용 재료이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은 상기한 안트라센 유도체들 중 어느 하나를 포함하는 유기(有機) 장치이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은 상기한 안트라센 유도체들 중 어느 하나를 포함하는 유기 발광장치이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은, 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 끼어진 유기 화합물층을 포함하는 층을 가지고, 그 유기 화합물층이 상기한 안트라센 유도체들 중 어느 하나를 함유하는 발광소자이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은 상기한 발광소자와 그 발광소자의 발광을 제어하는 장치를 가지는 발광장치이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 구성은, 표시부를 가지고, 그 표시부에 상기한 발광소자와 이 발광소자를 제어하는 장치를 구비한 전자기기이다.
본 발명의 안트라센 유도체는 매우 큰 밴드 갭을 가지고, 극히 짧은 파장의 발광이 가능하고, 색순도가 좋은 청색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 안트라센 유도체는 전기화학적 안정성이 높다.
또한, 본 발명의 안트라센 유도체를 포함하는 층에, 본 발명의 안트라센 유도체보다 작은 밴드 갭을 가지는 발광재료(이하, 도펀트라고 기재한다)를 첨가하여, 그 도펀트로부터의 발광을 얻을 수도 있다. 이때, 본 발명의 안트라센 유도체는 매우 큰 밴드 갭을 가지기 때문에, 비교적 짧은 파장의 발광을 가지는 도펀트를 사용하여도, 본 발명의 안트라센 유도체로부터의 발광 대신에, 도펀트로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있다. 구체적으로는, 450 nm 근방의 최대 발광 파장을 가지는 발광재료가 도펀트로서 사용되어, 색순도가 좋은 청색의 발광을 얻는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 안트라센 유도체를 본 발명의 안트라센 유도체보다 큰 밴드 갭을 가지는 재료(이하, 호스트라고 기재한다)를 포함하는 층 중에 첨가하여 발광소자를 제조함으로써, 본 발명의 안트라센 유도체로부터의 발광을 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 안트라센 유도체는 도펀트로도 기능한다. 이때, 본 발명의 안트라센 유도체는 매우 큰 밴드 갭을 가지고, 단파장의 발광을 나타내기 때문에, 색순도가 좋은 청색의 발광을 얻을 수 있는 발광소자를 제조하는 것이 가능하다.
또한, 디아릴아민 구조를 가지는 본 발명의 안트라센 유도체를 도펀트로서 사용하고, 본 발명에서 제안한 안트라센 유도체들 중, 특히 디아릴아민 구조를 가지지 않는 안트라센 유도체를 호스트로서 사용한 발광소자에서는, 호스트와 도펀트 모두에 전기화학적 안정성이 높은 본 발명의 안트라센 유도체를 사용한다. 따라서, 매우 신뢰성이 높은 발광소자를 얻을 수 있다.
또한, 상기 안트라센 유도체를 함유하는 본 발명의 발광재료를 사용함으로써, 우수한 청색 색순도를 제공하는 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 상기 안트라센 유도체를 함유하는 본 발명의 발광재료를 사용함으로써, 신뢰성이 매우 높은 발광소자를 얻을 수 있다.
또한, 상기 안트라센 유도체를 포함하는 본 발명의 발광소자는 우수한 청색 색순도를 제공할 수 있다. 또한, 상기 안트라센 유도체를 포함하는 본 발명의 발광소자는 신뢰성이 높다.
또한, 상기 발광소자를 포함하는 본 발명의 발광장치는 색재현성이 높은 발광장치이고, 또한, 표시 품질이 높은 발광장치이다. 또한, 상기 발광소자를 포함하는 본 발명의 발광장치는 신뢰성이 높은 발광장치이다.
또한, 상기 발광소자를 포함하는 본 발명의 전자기기는 색재현성이 높은 전자기기이고, 또한, 표시 품질이 높은 전자기기이다. 또한, 상기 발광소자를 포함하는 본 발명의 전자기기는 신뢰성이 높은 전자기기이다.
도 1은 본 발명의 발광소자를 나타내는 도면.
도 2(A)∼도 2(F)는 본 발명의 액티브 매트릭스형 발광장치의 제조방법을 설명하는 단면도.
도 3(A)∼도 3(C)는 본 발명의 액티브 매트릭스형 발광장치의 제조방법을 설명하는 단면도.
도 4(A) 및 도 4(B)는 본 발명의 발광장치의 단면도.
도 5(A) 및 도 5(B)는 본 발명의 발광장치의 상면도 및 단면도.
도 6(A)∼도 6(F)는 본 발명의 발광장치의 화소 회로의 예를 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 발광장치의 보호 회로의 예를 나타내는 도면.
도 8(A)∼도 8(E)는 본 발명을 적용할 수 있는 전자기기를 예를 나타내는 도면.
도 9는 CzPA의 1H NMR 스펙트럼.
도 10은 CzPA의 박막 및 톨루엔 중에서의 발광 스펙트럼.
도 11은 DPCzPA의 1H NMR 스펙트럼.
도 12는 DPCzPA의 13C NMR 스펙트럼.
도 13은 DPCzPA의 박막 및 톨루엔 중에서의 발광 스펙트럼.
도 14는 BPCzPA의 1H NMR 스펙트럼.
도 15는 BPCzPA의 13C NMR 스펙트럼.
도 16은 BPCzPA의 톨루엔 중에서의 발광 스펙트럼.
도 17은 3-(N,N-디페닐)아미노카르바졸의 1H NMR 스펙트럼.
도 18은 CzA1PA의 1H NMR 스펙트럼.
도 19는 CzA1PA의 박막 및 톨루엔 중에서의 발광 스펙트럼.
도 20은 CzBPA의 1H NMR 스펙트럼.
도 21(A) 및 도 21(B)는 DPAnth의 CV 차트.
도 22(A) 및 도 22(B)는 t-BuDNA의 CV 차트.
도 23은 광 조사에서의 DPAnth의 박막의 흡수 스펙트럼의 경시 변화를 나타내는 도면.
도 24는 광 조사에서의 t-BuDNA의 박막의 흡수 스펙트럼의 경시 변화를 나타내는 도면.
도 25는 광 조사에서의 t-BuDNA 및 DPAnth의 박막의 400 nm의 흡수 강도의 경시 변화를 나타내는 도면.
도 26(A) 및 도 26(B)는 CzPA의 환원측(A)과 산화측(B)의 CV 차트.
도 27(A) 및 도 27(B)는 DPCzPA의 환원측(A)과 산화측(B)의 CV 차트.
도 28(A) 및 도 28(B)는 CzA1PA의 환원측(A)과 산화측(B)의 CV 차트.
도 29(A) 및 도 29(B)는 CzBPA의 환원측(A)과 산화측(B)의 CV 차트.
도 30은 소자 A와 소자 B의 신뢰성 측정 결과.
도 31은 소자 C, 소자 D, 소자 E의 신뢰성 측정 결과.
도 32는 소자 F와 소자 G의 신뢰성 측정 결과.
도 33은 소자 H와 소자 I의 신뢰성 측정 결과.
이하, 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태 및 실시예의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
[실시형태 1]
본 실시형태에서는 본 발명의 안트라센 유도체에 대하여 설명한다.
본 발명의 안트라센 유도체는 하기 일반식 (2)∼(4)에 나타내는 바와 같이 각 분자 내에 디페닐안트라센 구조와 카르바졸기를 가지는 것을 특징으로 하는 안트라센 유도체이다. 이것은 이하에 기재하는 이유에 기초한 것이다.
[일반식 (2)]
Figure 112007075903713-pct00018
상기 일반식 (2)에서, R1∼R10은 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 치환되어 있을 수도 있고 치환되어 있지 않을 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기를 나타내고, 각각 동일하거나 또는 다를 수 있다. 또한, A1은 치환되어 있을 수도 있고 치환되어 있지 않을 수도 있는 디아릴아미노기를 나타내고, A2는 수소, 또는 치환되어 있을 수도 있고 치환되어 있지 않을 수도 있는 디아릴아미노기를 나타낸다.
[일반식 (3)]
Figure 112007075903713-pct00019
상기 일반식 (3)에서, R1∼R10은 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 치환되어 있을 수도 있고 치환되어 있지 않을 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기를 나 타내고, 각각 동일하거나 또는 다를 수 있다. 또한, A1은 치환되어 있을 수도 있고 치환되어 있지 않을 수도 있는 디아릴아미노기를 나타내고, A2는 수소, 또는 치환되어 있을 수도 있고 치환되어 있지 않을 수도 있는 디아릴아미노기를 나타낸다.)
[일반식 (4)]
Figure 112007075903713-pct00020
상기 일반식 (4)에서, A1과 A2는 각각 수소, 탄소수 1∼6의 알킬기, 치환되어 있을 수도 있고 치환되어 있지 않을 수도 있는 탄소수 6∼14의 아릴기, 또는 치환되어 있을 수도 있고 치환되어 있지 않을 수도 있는 디아릴아미노기를 나타내고, 각각 동일하거나 또는 다를 수 있다.
청색 발광재료는 일반적으로 신뢰성이 낮고, 비교적 신뢰성이 좋은 청색 발광재료로서 알려져 있는 청색 발광재료는 색순도가 나빠, 색순도가 좋은 청색 발광을 얻을 수 없다. 이것은 청색 재료의 전기화학적 안정성 및 여기 상태의 안정성이 낮기 때문이라고 생각된다. 바꿔 말하면, 높은 전기화학 안정성 및 여기 상태의 안정성이 고신뢰성의 청색 재료에는 필수이다. 더욱이, 발광소자 및 발광소자를 탑재한 발광장치는 다양한 외부 환경에서 사용되는 것을 고려하면, 특히 고온에서의 안정성도 요구된다.
청색 발광이 가능한 화합물로서 안트라센 유도체가 알려져 있지만, 안트라센 자체는 고체 상태에서 엑시머를 형성하기 쉽고, 이 때문에, 안트라센 자체를 발광소자에 사용하여도, 효율이 좋은 발광을 얻을 수 없고, 또한, 색도도 저하된다. 따라서, 엑시머 형성을 방지하기 위해, 부피가 큰 치환기의 도입이 불가결하다. 특히, 가장 반응성이 높은 부위인 9위 및 10위에 치환기를 도입하는 것이 유효한 방법이다. 또한, 안트라센 골격이 가지는 높은 캐리어 수송성을 유지하기 위해서는 아릴기의 도입이 특히 유효하다.
본 발명자들은 안트라센의 9위 및 10위에 도입하는 치환기로서 페닐기가 특히 유효하고, 나프틸기와 같은 축합 방향족기와 비교하여, 여기 상태의 안정성이 크게 상승하는 것을 알아냈다. 따라서, 본 발명의 안트라센 유도체는 상기 일반식 (2)∼(4)에 나타내는 바와 같이, 9위 및 10위의 치환기로서 페닐기가 도입된 안트라센 골격, 즉, 하기 구조식 (1)에 나타내어지는 바와 같은 디페닐안트라센 골격을 포함한다.
[구조식 (1)]
Figure 112007075903713-pct00021
한편, 하기 구조식 (10)으로 나타내어지는 카르바졸일기는 디페닐아민의 페닐기들이 가교(架橋)된 구조를 가지기 때문에, 열적 안정성이 높다. 이 때문에, 카르바졸일기를 도입함으로써, 화합물의 열적 안정성(유리 전이 온도나 융점)을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명자들은, 하나의 카르바졸일기만을 도입한 화합물, 예를 들어, 디페닐안트라센의 페닐기들 중 하나에만 카르바졸일기를 도입한 화합물을 사용하는 경우에는, 디페닐안트라센의 페닐기들 모두에 2개의 카르바졸일기를 도입한 화합물을 사용하는 경우보다 전기화학적 안정성이 크게 상승하는 것을 알 수 있다.
[구조식 (10)]
Figure 112007075903713-pct00022
다른 한편, 본 발명자들은 카르바졸일기를 하나의 페닐기에만 도입함으로써, 전기화학적 안정성이 크게 향상하는 것을 알아냈다. 따라서, 본 발명의 안트라센 유도체는 상기한 일반식 (2)∼(4)에 나타내는 바와 같은 디페닐안트라센 골격과 카르바졸일기를 동시에 하나씩 가지는 것을 특징으로 한다. 또한, 카르바졸일기는 9위의 질소 원자가 이 페닐기와 직접 결합하고 있는 구조를 가지는 것이 바람직하다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 안트라센 유도체는 밴드 갭이 매우 커서, 색순도가 높은 청색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 안트라센 유도체는 전기화학적 안정성이 높다. 또한, 본 발명의 안트라센 유도체는 열적 안정성이 높다. 또한, 본 발명의 안트라센 유도체는 밴드 갭이 매우 크기 때문에, 발광소자의 발광층의 호스트로서 사용하는 경우, 색순도가 높은 청색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 안트라센 유도체는 밴드 갭이 매우 크기 때문에, 발광소자의 발광층의 도펀트로서 사용하는 경우, 색순도가 높은 청색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 안트라센 유도체를 사용한 발광소자는 신뢰성이 높은 발광소자로 할 수 있다. 특히, 본 발명의 안트라센 유도체를 발광층에서의 호스트와 도펀트 모두에 적용한 경우, 신뢰성이 매우 높은 발광소자를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서 개시하는 안트라센 유도체에서, 안트라센 골격이나, 안트라센 골격과 직접 결합한 페닐기에 아릴기 또는 알킬기를 함유하고 있어도 좋다. 이것은 이하의 이유에 기초한 것이다.
유기 발광소자에서, 재료의 결정화는 소자에 치명적인 데미지를 일으킨다. 구체적으로는, 전극간 단락(短絡)의 직접적 원인이 되어, 발광을 저해하게 될 수도 있다. 따라서, 재료의 결정성을 저하시킬 필요가 있고, 이를 위해서는, 안트라센 골격이나 안트라센 골격과 직접 결합한 페닐기에 적당한 치환기를 도입하는 것이 효과적이다. 이러한 치환기로서는 아릴기나 알킬기를 사용할 수 있다.
도입하는 아릴기나 알킬기에 제한은 없지만, 아릴기로서는 페닐기나 o-비페닐기 등이 바람직하고, 알킬기로서는 메틸기나 t-부틸기 등이 바람직하다.
알킬기는 결정성을 억제하는 효과가 매우 높고, 아릴기의 도입에서는 결정화를 억제할 수 없는 구조이어도, 그 결정성을 억제하는 것이 가능하게 된다. 그러나, 알킬기의 도입은 캐리어 수송성을 저하시킬 수도 있으므로, 치환기를 도입하려고 하는 물질의 결정성이 그다지 높지 않은 경우에는, 도입하는 치환기로서는, 캐리어 수송성의 유지라는 면에서는 아릴기가 보다 유효하다.
또한, 본 발명에서 개시되는 안트라센 유도체에서는, 카르바졸일기에 디아릴아미노기가 도입될 수도 있다. 이것은 특히, 이 안트라센 유도체를 발광재료로서 도펀트에 사용할 때 특히 유효하다. 이것은 이하의 이유에 기초한다.
일반적으로, 효율이 높은 유기 발광소자에서는, 발광층은 정공 수송 재료와 전자 수송 재료와의 사이에 제공된다. 그리고, 발광 영역은 발광층의 전자 수송 재료측과 정공 수송 재료측 중의 어느 한쪽에 치우쳐 있다. 이때, 전자 수송 재료 또는 정공 수송 재료의 밴드 갭이 작고, 발광 파장이 발광층의 발광 파장보다 짧은 경우, 발광층에 형성된 발광재료의 여기 에너지의 일부 또는 전부는 수송층으로 이동한다. 그러면, 발광층으로부터의 발광을 얻을 수 없거나, 또는 발광층으로부터의 발광에 수송 재료의 발광이 혼재하게 되어, 색순도의 저하, 발광 효율의 저하로 이어진다.
정공 수송 재료에 관해서는, 밴드 갭이 크고, 발광 파장이 짧은 화합물이 알려져 있고, 또한 발광소자에 적용한 경우에도 높은 신뢰성을 나타내는 재료가 많다. 이것에 대하여, 전자 수송 재료에 관해서는, 신뢰성이 좋은 재료는 몇 개인가 알려져 있지만, 일반적으로 밴드 갭이 작다. 따라서, 특히 단파장 영역에 발광을 나타내는 발광소자를 제조하는 경우, 발광 영역을 전자 수송 영역측에 치우치게 하면, 장파장의 발광을 수반하기 쉽다. 단파장 발광을 얻기 위해서는, 발광 영역을 정공 수송 재료에 가까운 영역으로 설정하는 것이 바람직하다.
이를 위해서는, 발광층은 전자 수송성을 가지는 것이 바람직하므로, 적당한 전자 수송성을 나타내는 안트라센 골격이 적합하다. 그러나, 안트라센 골격은 정 공 수송성도 가지기 때문에, 발광 영역을 한정하는 것이 비교적 곤란하다. 이 때문에, 발광층 중에, 정공 수송성이 뛰어나고, 또한, 정공을 트랩할 수 있는 발광재료를 소량 도핑하는 것이 바람직하다. 따라서, 안트라센 골격에 기초한 전자 수송성 재료를 호스트 화합물로서 사용하고, 정공을 트랩할 수 있고, 또한 발광 양자 수율이 높은 도펀트를 첨가한 소자 구조가 최적이다.
이상을 고려하면, 도펀트는 정공 수송성을 나타내고, 또한, 발광층의 호스트와 비교하여 HOMO 준위가 정말로 크지 않으면 안 된다. 이러한 요구에 적합한 구조가 아릴아민 구조이다. 또한, 발광 효율이 극히 높은 골격으로서, 디페닐안트라센 골격이 적합하다.
또한, 아릴아민 구조가 도입된 본 발명의 안트라센 유도체는, 아릴아민 구조가 도입되지 않은 본 발명의 안트라센 유도체와 비교하여 밴드 갭이 작아지는 경향이 있다. 따라서, 아릴아민 구조가 도입된 본 발명의 안트라센 유도체를 도펀트로서 사용하고, 아릴아민 구조가 도입되지 않은 본 발명의 안트라센 유도체를 호스트로 함으로써, 발광소자의 바람직한 발광층을 제조할 수 있다.
이상의 이유로부터, 본 발명의 안트라센 유도체는 아릴아미노기가 도입된 카르바졸일기를 가지는 것이 바람직하다. 이 화합물을 사용하면, 안트라센 골격으로부터의 발광을 얻을 수 있기 때문에, 양호한 색순도를 가지는 청색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 이들 안트라센 유도체에서, 밴드 갭이 2.7 eV 이상, 3.0 eV 이하인 안트라센 유도체, 또는 최대 발광 파장(발광 스펙트럼에서의 피크)이 400∼500 nm의 범위 내에 있는 안트라센 유도체가 청색으로서 양호한 색도를 나타내므로, 특히 도펀트로서의 사용에 적합하다.
이상과 같은 설계 지침에 기초하여, 상기 일반식 (2)∼(4)로 나타내어지는 본 발명의 안트라센 유도체의 대표예를 하기 구조식 (11)∼(120)에 나타낸다. 물론, 본 발명이 이것에 한정되는 것은 아니다.
[구조식 (11)∼(120)]
Figure 112007075903713-pct00023
Figure 112007075903713-pct00024
Figure 112007075903713-pct00025
Figure 112007075903713-pct00026
Figure 112007075903713-pct00027
Figure 112007075903713-pct00028
Figure 112007075903713-pct00029
Figure 112007075903713-pct00030
[실시형태 2]
본 실시형태에서는, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체를 사용한 발광소자에 대하여 설명한다.
본 발명에서의 발광소자의 구조는 한 쌍의 전극 사이에 발광 물질을 함유하는 층을 가지는 것이다. 또한, 소자 구조에 대해서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라, 공지의 구조를 적절히 선택할 수 있다.
도 1은 본 발명의 발광소자의 소자 구성의 일례를 모식적으로 나타낸다. 도 1에 나타내는 발광소자는 제1 전극(101)과 제2 전극(103)과의 사이에 발광 물질을 함유하는 층(102)을 가진다. 그리고, 발광 물질을 함유하는 층(102)은 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체를 포함하고 있다. 또한, 본 발명에서의 양극이란, 발광 물질을 함유하는 층에 정공을 주입하는 전극을 가리킨다. 또한, 본 발명에서의 음극이란, 발광 물질을 함유하는 층에 전자를 주입하는 전극을 가리킨다. 제1 전극과 제2 전극 중 어느 하나가 양극이고, 다른 하나가 음극이 된다. 또한, 도 1에서, 부호 100은 절연물을 나타낸다.
양극으로서는 공지의 재료를 사용할 수 있고, 일 함수가 큰(구체적으로는 4.0 eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 인듐 주석 산화물(ITO라고도 칭함), 규소를 함유한 인듐 주석 산화물, 2∼20 wt%의 산화아연(ZnO)을 함유하는 산화인듐(IZO) 등을 사용할 수 있다. 이들 도전성 금속 산화물막은 통상 스퍼터링에 의해 성막되지만, 졸-겔(sol-gel)법 등을 적용하여 형성하여도 상관없다. 그 외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 금속 재료의 질화물(질화티탄(TiN) 등) 등을 사용하는 것도 가능하다.
한편, 음극으로서는 공지의 재료를 사용할 수 있고, 일 함수가 작은(구체적으로는 3.8 eV 이하) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 금속, 즉, 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리토류 금속, 및 이들 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속을 함유하는 합금(예를 들어, MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들 희토류 금속을 함유하는 합금 등을 사용할 수 있다. 그러나, 높은 전자 주입성을 가지는 전자 주입층을 사용함으로써, 일 함수가 높은 재료, 즉, 통상은 양극에 사용되는 재료로 음극을 형성할 수도 있다. 예를 들면, Al, Ag 등의 금속, ITO 등의 도전성 무기 화합물에 의해 음극을 형성할 수도 있다.
발광 물질을 함유하는 층(102)에는 공지의 재료를 사용할 수 있고, 저분자계 재료와 고분자계 재료 어느 것이나 사용할 수 있다. 또한, 발광 물질을 함유하는 층(102)을 형성하는 재료에는 유기 화합물 재료만으로 이루어지는 것뿐만 아니라, 무기 화합물을 일부에 함유하는 구성도 포함하는 것으로 한다. 또한, 발광 물질을 함유하는 층은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 저지층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등, 각각의 기능을 가지는 층을 적절히 조합하여 형성된다. 또한, 발광 물질을 함유하는 층을 단층으로 구성하여도 좋고, 상기한 다수의 층을 적층시킨 구성으로 하여도 좋다. 또한, 각각의 층이 가지는 기능을 2개 이상 동시에 가지는 층을 포함하고 있어도 좋다.
또한, 발광 물질을 함유하는 층의 형성에는 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법, 딥(dip) 코팅법 등, 습식, 건식을 불문하고 사용할 수 있다.
또한, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체는 밴드 갭이 크고, 단파장의 발광이 가능하다. 따라서, 이 안트라센 유도체는 색순도가 좋은 청색 발광을 얻을 수 있기 때문에, 발광층의 발광재료로서 사용하는 것이 가능하다. 이때, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체 중 1 종류만을 사용하여, 소위 단층막으로서 발광층을 형성할 수도 있다.
또한, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체를 함유하는 층에 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체보다 작은 밴드 갭을 가지는 발광재료(이하, 도펀트라고 기재한다)를 첨가하여, 도펀트로부터의 발광을 얻을 수 있는 구조를 얻을 수 있다. 이때, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체는 호스트로서 기능한다. 실시형태 1의 안트라센 유도체는 큰 밴드 갭을 가지기 때문에, 비교적 짧은 파장의 발광을 하는 도펀트를 사용하여도, 실시형태 1의 안트라센 유도체로부터의 발광 대신에 도펀트로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있다. 구체적으로는, 450 nm 근방에 최대 발광 파장을 가지는 발광재료가 우수한 청색 색순도를 나타내고, 이러한 재료를 도펀트로서 사용하는 것이 가능하다. 또한, 550 nm 근방에 최대 발광 파장을 가지는 발광재료가 우수한 녹색 색순도를 나타내고, 이러한 재료를 도펀트로서 사용하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 650 nm 근방에 최대 발광 파장을 가지는 발광재료가 우수한 적색 색순도를 나타내고, 이러한 재료를 도펀트로서 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 발광 파장이 긴 도펀트는 일반적으로 흡수 파장도 장파장 영역에 존재한다. 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체를 호스트로서 사용하는 경우에는 상기 안트라센 유도체의 발광 스펙트럼과 도펀트의 흡수 스펙트럼에 중첩이 존재하는 것이 바람직하다. 이것은 호스트의 발광 스펙트럼과 도펀트의 흡수 스펙트럼에 중첩이 없으면, 에너지 이동이 곤란하게 되기 때문이다.
발광층에서 실시형태 1의 안트라센 유도체를 함유하는 호스트 중에 도펀트를 첨가하여, 도펀트로부터의 발광을 얻는 경우, 첨가하는 발광재료로서는 형광 발광재료와 인광 발광재료의 어느 것이나 사용할 수 있다. 그러나, 인광 발광재료를 사용하는 경우에는, 인광 발광재료의 삼중항 에너지 준위가 실시형태 1의 안트라센의 것보다 낮은 것이 불가결하다. 이러한 발광재료의 예로서는, 구체적으로는, 쿠마린 유도체, 올리고페닐렌 유도체, 옥사졸 유도체, 스틸벤 유도체, 퀴놀론 유도체, 아크리돈 유도체, 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 페난트렌 유도체 등이 적합하다. 이들 도펀트를 소량, 구체적으로는, 0.001∼50 wt%, 바람직하게는 0.03∼20 wt%로 첨가한다.
한편, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체를 호스트로서 기능하는 재료 중에 도핑하여, 도펀트로서 사용하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 도펀트로서 사용하는 실시형태 1의 안트라센 유도체보다 큰 밴드 갭을 가지는 화합물이 호스트에 요구되는 조건의 하나이다. 따라서, 이 경우, 도펀트로서 사용하는 실시형태 1의 안트라센 유도체보다 큰 밴드 갭을 가지는 실시형태 1의 안트라센 유도체를 호스트로서 사용하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 상기한 구조식 (11)∼(72)로 나타내는 바와 같은 디아릴아미노기를 가지지 않는 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체를 호스트로 하고, 상기한 구조식 (73)∼(120)으로 나타내는 바와 같은 디아릴아미노기를 가지는 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체를 도펀트로서 사용하는 것이 바람직하다. 물론, 디아릴아미노기를 가지지 않는 본 발명의 안트라센 유도체들, 또는 디아릴아미노기를 가지는 본 발명의 안트라센 유도체들도 밴드 갭의 대소를 고려한 후, 발광층에서의 호스트와 게스트로서 사용하는 것도 가능하다. 이와 같이, 발광층들 중 어느 것에나 본 발명의 안트라센 유도체를 사용할 수 있으므로, 더욱 신뢰성이 높은 발광소자를 얻을 수 있다.
물론, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체 외의 재료도 호스트로서 사용할 수 있다. 구체적으로는, 테트라아릴 실란 유도체, 디나프탈렌 유도체, 피렌 유도체, 올리고티오펜 유도체, 벤조페논 유도체, 벤조니트릴 유도체 등을 호스트로서 사용할 수 있다. 이러한 물질로 이루어지는 호스트에, 이 호스트보다 작은 밴드 갭을 가지는 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체를 도펀트로서 첨가함으로써, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체로부터 색순도가 좋은 청색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체를 사용함으로써 신뢰성이 높은 발광소자를 얻을 수 있다.
또한, 양극과 음극 사이의 발광층뿐만 아니라, 발광층의 음극측 및 양극측에, 다른 재료로 형성된 층을 적층하는 구성이어도 좋다. 특히, 전극으로부터의 캐리어 주입을 촉진하는 전자 주입층 및 정공 주입층을 발광층과 음극 사이, 또는 발광층과 양극 사이에 각각 배치함으로써, 구동 전압의 저감을 달성할 수 있다.
정공 주입층을 형성하는 정공 주입성 재료로서는 공지의 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 몰리브덴, 산화 루테늄, 산화 알루미늄 등의 금속 산화물이 바람직하다. 이들 산화물에 적당한 유기 화합물을 혼합하여도 좋다. 또는, 유기 화합물 중에서 포르피린계 화합물이 유효하고, 프탈로시아닌(약 칭: H2Pc), 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc) 등을 사용할 수도 있다. 또한, 도전성 고분자 화합물에 화학 도핑을 실시한 재료, 예를 들어, 폴리스틸렌 술폰산(약칭: PSS)을 도핑한 폴리에틸렌 디옥시티오펜(약칭: PEDOT)이나, 폴리아닐린(약칭: PAni) 등을 사용할 수 있다.
전자 주입층을 형성하는 전자 주입성 재료로서는 공지의 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 불화 칼슘, 불화 리튬, 산화 리튬, 염화 리튬 등의 알칼리 금속염, 알칼리토류 금속염 등이 적합하다. 또는, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq3)이나 바소큐프로인(약칭: BCP) 등, 소위 전자 수송성의 재료에 리튬 등의 도너성 화합물을 첨가한 층도 사용할 수 있다.
이들 전자 주입층 및 정공 주입층을 사용함으로써, 캐리어 주입 장벽이 저감 되고, 캐리어가 발광소자에 효율적으로 주입된다. 그 결과, 구동 전압의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 캐리어 주입층과 발광층과의 사이에 캐리어 수송층을 형성하는 것이 좋다. 이것은, 캐리어 주입층이 발광층에 접하면, 발광층으로부터의 발광의 일부가 억제(quench)되어, 발광 효율이 저하될 가능성이 있기 때문이다. 정공 수송층을 사용하는 경우, 정공 수송층이 정공 주입층과 발광층과의 사이에 배치된다. 바람직한 재료로서는, 방향족 아민계 화합물(즉, 벤젠환-질소의 결합을 가지는 것)이 사용될 수 있다. 널리 사용되는 재료로서는, 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐-아미노]-비페닐, 또는 그의 유도체인 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-비페 닐(이하, NPB라고 기재한다), 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐-아미노)-트리페닐아민, 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐-아미노]-트리페닐아민 등의 스타 버스트(star burst)형 방향족 아민 화합물을 들 수 있다.
한편, 전자 수송층을 사용하는 경우, 전자 수송층이 발광층과 전자 주입층과의 사이에 배치된다. 적당한 재료로서는, 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-하이드록시-비페닐)-알루미늄(약칭: BAlq), 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤조옥사졸라토]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 전형적인 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한, 9, 10-디페닐안트라센이나 4,4'-비스(2,2-디페닐에테닐)비페닐 등의 탄화수소계 화합물 등도 적합하다. 또한, 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐릴)-1,2,4-트리아졸 등의 트리아졸 유도체, 또는 바소페난트롤린이나 바소큐프로인 등의 페난트롤린 유도체를 사용하여도 좋다.
실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체는 밴드 갭이 매우 크다. 따라서, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체를 발광층에서의 발광재료나 도펀트로서 사용함으로써, 본 발명의 발광소자는 극히 짧은 파장의 발광이 가능하고, 색순도가 좋은 청색 발광을 얻을 수 있고, 또한, 신뢰성이 높은 발광소자를 얻을 수 있다. 또한, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체를 발광층에서의 호스트로서 사용함으로써, 본 발명의 발광소자는 청색 발광을 색순도 좋게 얻을 수 있고, 또한, 신뢰성이 높은 발광소자를 얻을 수 있다.
또한, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체는 전기화학적 및 열적 안정성이 높다. 또한, 실시형태 1에 기재된 안트라센의 9위 및 10위에 결합하고 있는 치환기는 축합 방향족기가 아니고, 페닐기이기 때문에, 여기 상태의 안정성이 높다. 따라서, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체를 사용한 본 발명의 발광소자는 높은 신뢰성을 가지고, 또한 청색으로서 우수한 색순도를 가지는 발광을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 발광층만으로부터의 발광을 얻을 수 있는 발광소자의 구조를 나타냈지만, 발광층뿐만 아니라, 다른 층, 예를 들면, 전자 수송층이나 정공 수송층으로부터의 발광을 얻을 수 있도록 설계하여도 상관없다. 예를 들면, 전자 수송층이나 정공 수송층에 발광에 기여하는 도펀트를 첨가함으로써, 발광층뿐만 아니라, 수송층으로부터의 발광도 얻을 수 있다. 발광층과 수송층에 사용하는 발광재료의 발광색이 다르면, 그들 발광이 서로 중첩된 스펙트럼을 얻을 수 있다. 발광색이 서로 보색 관계이면, 백색의 발광을 얻을 수 있다.
또한, 제1 전극(101)과 제2 전극(103)의 종류를 바꿈으로써, 본 실시형태의 발광소자는 다양한 변화를 가진다. 제1 전극(101)을 광 투과성으로 함으로써, 제1 전극(101)측으로부터 광을 사출하는 구성이 되고, 또한, 제1 전극(101)을 차광성(특히 반사성)으로 하고, 제2 전극(103)을 광 투과성으로 함으로써, 제2 전극(103)측으로부터 광을 사출하는 구성이 된다. 또한, 제1 전극(101)과 제2 전극(103) 모 두를 광 투과성으로 함으로써, 제1 전극측과 제2 전극측 모두에서 광을 사출하는 구성도 가능하게 된다.
[실시형태 3]
본 실시형태에서는, 본 발명의 발광장치에 대하여, 제조방법을 나타내는 도 2∼도 4를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서는 액티브 매트릭스형 발광장치를 제작하는 예를 나타내지만, 본 발명은 패시브형 발광장치에 대해서도 적용 가능하다.
먼저, 기판(50) 위에 제1 하지(下地) 절연층(51a)과 제2 하지 절연층(51b)을 형성한 후, 제2 하지 절연층(51b) 위에 반도체층을 형성한다(도 2(A)).
기판(50)의 재료로서는, 유리, 석영, 플라스틱(폴리이미드, 아크릴, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르술폰 등) 등을 사용할 수 있다. 이들 기판은 필요에 따라 CMP 등에 의해 연마한 후 사용하여도 좋다. 본 실시형태에서는 유리 기판을 사용한다.
제1 하지 절연층(51a) 및 제2 하지 절연층(51b)은 기판(50) 중의 알칼리 금속이나 알칼리토류 금속 등, 반도체막의 특성에 악영향을 미치는 원소가 반도체층 중으로 확산하는 것을 방지하기 위해 제공된다. 하지 절연막의 재료로서는, 산화규소, 질화규소, 질소를 함유하는 산화규소, 산소를 함유하는 질화규소 등을 이용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 제1 하지 절연층(51a)을 질화규소로 형성하고, 제2 하지 절연층(51b)을 산화규소로 형성한다. 본 실시형태에서는, 하지 절연층을 제1 하지 절연층(51a)과 제2 하지 절연층(51b)을 포함하는 2층 구조로 형성하였지 만, 단층 구조로 형성하여도 상관없고, 3층 이상의 다층 구조이어도 상관없다. 또한, 기판으로부터의 불순물의 확산이 유의한 문제를 야기하지 않는다면, 하지 절연층은 필요하지 않을 수도 있다.
계속하여 형성되는 반도체층은, 본 실시형태에서는, 비정질 규소막을 레이저 결정화하여 얻어진다. 스퍼터링법, 감압 CVD법, 플라즈마 CVD법 등의 공지의 방법에 의해 제2 하지 절연층(51b) 위에 비정질 규소막을 25∼100 nm(바람직하게는 30∼60 nm)의 막 두께로 형성한다. 그 후, 500℃에서 1시간의 가열 처리를 행하여, 수소 제거를 한다.
계속하여, 레이저 조사 장치를 사용하여 비정질 규소막을 결정화하여 결정질 규소막을 형성한다. 본 실시형태의 레이저 결정화에서는 엑시머 레이저를 사용하고, 발진된 레이저 빔을 광학계를 사용하여 선형 빔 스폿으로 가공하여, 비정질 규소막에 조사함으로써, 결정질 규소막을 형성하여, 반도체층으로서 사용한다.
비정질 규소막의 다른 결정화 방법으로서는, 열처리만으로 결정화를 행하는 방법이나 결정화를 촉진하는 촉매 원소를 사용하여 가열 처리를 행하여 결정화하는 방법도 있다. 결정화를 촉진하는 원소로서는, 니켈, 철, 팔라듐, 주석, 납, 코발트, 백금, 구리, 금 등을 들 수 있고, 이와 같은 원소를 사용함으로써, 열처리만으로 결정화를 행한 경우에 비하여 저온, 단시간에 결정화가 행해지기 때문에, 유리 기판 등에의 데미지가 적다. 열처리만으로 결정화를 하는 경우에는, 기판(50)으로서 열에 강한 석영 기판 등을 사용하면 좋다.
계속하여, 스레시홀드값을 제어하기 위해 필요에 따라 반도체층에 미량의 불 순물을 첨가하여, 소위 채널 도핑을 행한다. 요구되는 스레시홀드값을 얻기 위해 N형 또는 P형의 불순물(인, 붕소 등)을 이온 도핑법 등에 의해 첨가한다.
그 후, 도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 반도체층을 소정의 형상으로 가공하여, 섬 형상의 반도체층(52)을 얻는다. 이 공정은, 반도체층에 포토레지스트를 도포하고, 노광하고, 소성하여, 소망의 마스크 패턴을 반도체층 위에 형성하고, 이 마스크를 사용하여 에칭을 함으로써 행해진다.
그 다음, 반도체층(52)을 덮도록 게이트 절연층(53)을 형성한다. 게이트 절연층(53)은 플라즈마 CVD법 또는 스퍼터링법에 의해 규소를 함유하는 절연층을 사용하여 40∼150 nm의 막 두께로 형성한다. 본 실시형태에서는, 산화규소를 사용하였다.
다음에, 게이트 절연층(53) 위에 게이트 전극(54)을 형성한다. 게이트 전극(54)은 탄탈, 텅스텐, 티탄, 몰리브덴, 알루미늄, 구리, 크롬, 니오브로부터 선택된 원소 또는 이들 원소를 주성분으로 하는 합금 재료 또는 화합물 재료로 형성될 수 있다. 또한, 인 등의 불순물 원소를 도핑한 다결정 규소막으로 대표되는 반도체막을 사용하여도 좋다. 또한, AgPdCu 합금을 사용하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는 게이트 전극(54)이 단층으로 형성되어 있지만, 예를 들어, 하층을 텅스텐으로 하고 상층을 몰리브덴으로 한 2층 이상의 적층 구조이어도 상관없다. 적층 구조로서 게이트 전극을 형성하는 경우에도, 상기한 재료를 사용하면 좋다. 또한, 상기 재료들의 조합도 적절히 선택하면 좋다. 게이트 전극(54)의 가공은 포토레지스트로 형성된 마스크를 사용한 에칭으로 행한다.
계속하여, 게이트 전극(54)을 마스크로 하여 반도체층(52)에 불순물을 첨가하여 고농도 영역을 형성한다. 이것에 의해, 반도체층(52), 게이트 절연층(53), 및 게이트 전극(54)을 포함하는 박막트랜지스터(70)가 형성된다.
또한, 박막트랜지스터의 제조 공정에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 소망의 구조의 트랜지스터를 제조할 수 있도록 적절히 변경하면 좋다.
본 실시형태에서는, 레이저 결정화에 의해 얻어진 결정성 규소막을 사용한 탑 게이트형 박막트랜지스터를 사용하였지만, 비정질 반도체막을 사용한 보텀 게이트형 박막트랜지스터를 화소부에 사용하는 것도 가능하다. 비정질 반도체에는 규소뿐만 아니라 규소 게르마늄도 사용할 수 있다. 규소 게르마늄을 사용하는 경우, 게르마늄의 농도는 0.01∼4.5 원자% 정도인 것이 바람직하다.
또한, 비정질 반도체 중에 직경 0.5 nm∼20 nm의 결정립을 포함하는 미(微)결정 반도체(세미아모르퍼스 반도체)막을 사용하여도 좋다. 또한, 직경 0.5 nm∼20 nm의 결정립을 가지는 결정은 소위 마이크로크리스털(μc)이라고도 불리고 있다.
세미아오므퍼스 반도체인 세미아모르퍼스 실리콘(SAS라고도 표기한다)은 SiH4, Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 글로우 방전에 의해 분해함으로써 얻어질 수 있다. 이들 가스를, 수소, 또는 수소와 헬륨, 아르곤, 크립톤, 네온으로부터 선택된 1종 또는 다수 종의 희가스로 실리사이드 가스를 희석하여 사용함으로써, SAS의 형성을 용이하게 할 수 있다. 실리사이드 가스는 1:10∼1:1000의 희 석률로 희석되는 것이 바람직하다. 글로우 방전 분해에 의한 피막 형성 반응은 0.1 Pa∼133 Pa의 범위의 압력에서 행하는 것이 좋다. 글로우 방전을 형성하기 위한 전력은 1 MHz∼120 MHz, 바람직하게는 13 MHz∼60 MHz의 고주파 전력을 공급하면 좋다. 기판 가열 온도는 300℃ 이하가 바람직하고, 100∼250℃가 적합하다.
이와 같이 하여 형성된 SAS의 라만 스펙트럼은 520 cm-1보다 저파수측으로 시프트하고 있고, X선 회절에서는 Si 결정 격자의 회절 피크가 (111) 및 (220)에서 관측된다. 댕그링 본드(dangling bond)의 종단화제로서, 수소 또는 할로겐을 적어도 1 원자% 또는 그 이상 첨가한다. 막 중의 불순물 원소로서, 산소, 질소, 탄소 등의 대기 성분의 불순물은 1×1020 cm-1 이하로 하는 것이 바람직하고, 특히, 산소 농도는 5×1019 /cm3 이하, 바람직하게는 1×1019 /cm3 이하로 한다. 이러한 막으로 제조된 TFT의 이동도는 μ=1∼10 cm2/Vsec가 된다.
또한, 이 SAS를 레이저광으로 더 결정화하여 사용하여도 좋다.
계속하여, 게이트 전극(54)과 게이트 절연층(53)을 덮도록 절연막(수소화막)(59)을 질화규소로 형성한다. 절연막(수소화막)(59)을 형성한 후, 480℃에서 1시간 정도 가열을 행하여, 불순물 원소의 활성화 및 반도체층(52)의 수소화를 행한다.
계속하여, 절연막(수소화막)(59)을 덮도록 제1 층간절연층(60)을 형성한다. 제1 층간절연층(60)을 형성하는 재료로서는, 산화규소, 아크릴, 폴리이미드, 실록 산, Iow-k 재료 등을 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 산화규소막을 사용하여 제1 층간절연층으로서 형성하였다(도 2(B)).
다음에, 반도체층(52)에 이르는 콘택트 홀을 형성한다. 콘택트 홀은, 반도체층(52)이 노출할 때까지 레지스트 마스크를 사용하여 에칭함으로써 형성될 수 있고, 습식 에칭과 건식 에칭 중의 어느 것이라도 행할 수 있다. 또한, 조건에 따라 1회로 에칭을 행하여도 좋고, 다수회로 나누어 에칭을 행하여도 좋다. 또한, 다수회로 에칭할 때는 습식 에칭과 건식 에칭 모두를 사용하여도 좋다(도 2(C)).
그 다음, 이 콘택트 홀과 제1 층간절연층(60)을 덮도록 도전층을 형성한다. 이 도전층을 소망의 형상으로 가공하여, 접속부(61a), 배선(61b) 등을 형성한다. 이 배선은 알루미늄, 구리, 알루미늄과 탄소와 니켈의 합금, 알루미늄과 탄소와 몰리브덴의 합금 등의 단층이어도 좋지만, 기판측으로부터 차례로 몰리브덴, 알루미늄, 몰리브덴의 적층 구조나, 티탄, 알루미늄, 티탄이나 티탄, 질화티탄, 알루미늄, 티탄과 같은 구조이어도 좋다(도 2(D)).
그 후, 접속부(61a), 배선(61b), 제1 층간절연층(60)을 덮도록 제2 층간절연층(63)을 형성한다. 제2 층간절연층(63)의 재료로서는, 아크릴, 폴리이미드, 실록산 등으로 형성된 자기 평탄성을 가지는 도포막을 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 제2 층간절연층(63)을 실록산으로 형성하였다(도 2(E)).
그 다음, 제2 층간절연층(63) 위에 질화규소 등으로 절연층을 형성하여도 좋다. 이것은 이후의 화소 전극 에칭에서 제2 층간절연층(63)이 필요 이상으로 에칭되는 것을 방지하기 위한 것이다. 그 때문에, 화소 전극과 제2 층간절연층의 에칭 레이트의 차가 큰 경우에는 이 절연층을 특별히 마련하지 않아도 좋다. 그 다음, 제2 층간절연층(63)을 관통하여 접속부(61a)에 이르는 콘택트 홀을 형성한다.
그리고, 이 콘택트 홀과 제2 층간절연층(63)(또는 절연층)을 덮도록 투광성 도전층을 형성한 후, 이 투광성 도전층을 가공하여 박막 발광소자의 제1 전극(64)을 형성한다. 여기서, 제1 전극(64)은 접속부(61a)와 전기적으로 접촉하고 있다.
제1 전극(64)은, 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 티탄(Ti) 등의 도전성 금속, 또는 알루미늄-규소(Al-Si), 알루미늄-티탄(Al-Ti), 알루미늄-규소-구리(Al-Si-Cu) 등의 합금, 또는 질화티탄(TiN) 등의 금속재료의 질화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 규소를 함유하는 ITO, 산화인듐에 2∼20 wt%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 금속 화합물 등을 사용한 실시형태 1에 나타낸 바와 같은 도전막에 의해 형성될 수 있다.
또한, 발광을 취출하는 쪽의 전극은 투광성을 가지는 도전막으로 형성하면 좋고, 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), 규소를 함유하는 ITO(ITSO), 산화인듐에 2∼20 wt%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 금속 화합물을 사용할 수 있고, 그 외에, Al, Ag 등 금속의 극히 얇은 막을 사용할 수도 있다. 또한, 제2 전극으로부터 발광을 취출하는 경우에는, 제1 전극에는 반사율이 높은 재료(Al, Ag 등)를 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는, ITSO를 제1 전극(64)으로서 사용하였다(도 3(A)).
그 다음 제2 층간절연층(63)(또는 절연층) 및 제1 전극(64)을 덮도록 유기 재료 또는 무기 재료로 이루어지는 절연층을 형성한다. 계속하여, 이 절연층을 제1 전극(64)의 일부가 노출하도록 가공하여, 격벽(65)을 형성한다. 격벽(65)의 재료로서는, 감광성을 가지는 유기 재료(아크릴, 폴리이미드 등)가 바람직하지만, 감광성을 가지지 않는 유기 재료나 무기 재료를 사용하여도 좋다. 또한, 격벽(65)의 재료에 티탄 블랙이나 질화탄소 등의 흑색 안료나 염료를 분산재 등을 사용하여 분산하여 격벽(65)을 검게 함으로써 격벽(65)을 블랙 매트릭스로서 사용하여도 좋다. 격벽(65)의 제1 전극으로 향하는 끝면은 곡률을 가지고, 이 곡률이 연속적으로 변화하는 테이퍼 형상을 하고 있는 것이 바람직하다(도 3(B)).
그 다음, 발광 물질을 함유하는 층(66)을 형성하고, 계속하여, 이 발광 물질을 함유하는 층(66)을 덮는 제2 전극(67)을 형성한다. 이것에 의해, 제1 전극(64)과 제2 전극(67)과의 사이에 발광 물질을 함유하는 층(66)이 끼어진 발광소자(93)를 제조할 수 있고, 제1 전극에 제2 전극보다 높은 전압을 인가함으로써 발광을 얻을 수 있다. 제2 전극(67)의 형성에 사용되는 전극 재료로서는, 제1 전극의 재료와 같은 재료를 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 알루미늄을 제2 전극으로서 사용하였다.
또한, 발광 물질을 함유하는 층(66)은 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법, 딥 코팅법 등에 의해 형성된다. 발광 물질을 함유하는 층(66)에는 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체가 함유되어 있다. 발광 물질을 함유하는 층(66)은 실시형태 2에서 설명한 바와 같이 각 기능을 가지는 층들의 적층이어도 좋고, 발광층의 단층 이어도 좋다. 또한, 발광 물질을 함유하는 층(66)에는 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체가 발광층으로서 포함되어 있다. 또한, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체는 발광층의 호스트 또는 도펀트 또는 그 양쪽 모두로서 함유되어 있어도 좋다. 또한, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체는 발광 물질을 함유하는 층에서의 발광층 이외의 층이나 그 일부로서 함유되어 있어도 좋다. 특히, 디아릴아미노기를 가지는 본 발명의 안트라센 유도체는 정공 수송성이 우수하기 때문에, 정공 수송층으로서도 사용이 가능하다. 또한, 실시형태 1에 기재된 안트라센 유도체와 조합시켜 사용하는 재료는 저분자계 재료, 중분자계 재료(올리고머, 덴드리머를 포함한다), 또는 고분자계 재료이어도 좋다. 또한, 발광 물질을 함유하는 층에 사용하는 재료로서는, 통상, 유기 화합물을 단층 또는 적층으로 사용하는 경우가 많지만, 본 실시형태에서는 유기 화합물로 이루어지는 막의 일부에 무기 화합물을 사용하는 구성도 포함하는 것으로 한다.
그 후, 플라즈마 CVD법에 의해 질소를 함유하는 산화규소막을 패시베이션막으로서 형성한다. 질소를 함유하는 산화규소막을 사용하는 경우에는, 플라즈마 CVD법에 의해 SiH4, N2O, NH3로 제조되는 산화질화규소막, 또는 플라즈마 CVD법에 의해 SiH4, N2O로 제조되는 산화질화규소막, 또는 플라즈마 CVD법에 의해 SiH4, N2O를 Ar으로 희석한 가스로 형성되는 산화질화규소막을 형성하면 좋다.
또한, 패시베이션막으로서, SiH4, N2O, H2로 제조되는 산화질화수소화규소막을 적용해도 좋다. 물론, 제1 패시베이션막은 단층 구조에 한정되는 것은 아니고, 규소를 함유하는 다른 절연층을 단층 구조 또는 적층 구조로 사용하여도 좋다. 또한, 질화탄소막과 질화규소막의 다층막이나, 스티렌 폴리머를 포함하는 다층막, 질화규소막이나, 다이아몬드 라이크 탄소(DLC)막을, 질소를 함유하는 산화규소막 대신에 형성하여도 좋다.
계속하여, 발광소자를 수분 등의 열화를 촉진하는 물질로부터 보호하기 위해, 표시부의 봉지(封止)를 행한다. 그 봉지에 대향 기판을 사용하는 경우에는, 절연성 시일재에 의해, 외부 접속부가 노출하도록 대향 기판과 소자 기판을 부착시킨다. 대향 기판과 소자 기판 사이의 공간에는 건조된 질소 등의 불활성 기체를 충전하여도 좋고, 화소부 전면(全面)에 시일재를 도포하고 그것에 의해 대향 기판을 부착시켜도 좋다. 시일재에는 자외선 경화 수지 등을 사용하는 것이 바람직하다. 시일재에는 건조제나 기판간 갭을 일정하게 유지하기 위한 입자를 혼입하여 두어도 좋다. 계속하여, 외부 접속부에 가요성 배선 기판을 부착함으로써, 발광장치가 완성된다.
이상과 같이 제조한 발광장치의 구성의 일례를 도 4(A) 및 도 4(B)를 참조하여 설명한다. 또한, 형태가 다르더라도 같은 기능을 나타내는 부분에는 같은 부호를 붙이고, 그의 설명을 생략하는 부분도 있다. 본 실시형태에서는, LDD 구조를 가지는 박막트랜지스터(70)가 접속부(61a)를 통하여 발광소자(93)에 접속하고 있다.
도 4(A)에서는, 제1 전극(64)이 투광성 도전막에 의해 형성되어 있고, 발광 적층체(66)로부터 방사된 광이 기판(50)측으로부터 취출되는 구조를 가진다. 또 한, 부호 94는 대향 기판이고, 이 대향 기판은 발광소자(93)가 형성된 후, 시일재 등을 사용하여 기판(50)에 고착된다. 대향 기판(94)과 소자 사이에 투광성 수지(88) 등을 충전하여 봉지함으로써, 발광소자(93)가 수분에 의해 열화하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 수지(88)는 흡습성을 가지고 있는 것이 바람직하다. 또한, 수지(88) 중에 투광성이 높은 건조제(89)를 분산시키면 한층 더 수분의 영향을 억제하는 것이 가능하게 되기 때문에 더욱 바람직하다.
도 4(B)에서는, 제1 전극(64)과 제2 전극(67) 모두가 투광성 도전막으로 형성되어 있고, 기판(50)과 대향 기판(94) 모두로부터 광을 취출하는 것이 가능한 구성으로 되어 있다. 이 구성에서는, 기판(50)과 대향 기판(94)의 외측에 편광판(90)을 마련함으로써, 화면이 비쳐보이는 것을 방지할 수 있어, 시인성이 향상된다. 편광판(90)의 외측에는 보호 필름(91)을 마련하면 좋다.
또한, 표시 기능을 가지는 본 발명의 발광장치에는 아날로그 비디오 신호나 디지털 비디오 신호 어느 것이나 사용하여도 좋다. 디지털 비디오 신호를 사용하는 경우에는, 그 비디오 신호가 전압을 사용하는 것과, 전류를 사용하는 것으로 나눌 수 있다. 발광소자의 발광 시에, 화소에 입력되는 비디오 신호는 정전압의 것과 정전류의 것이 있고, 비디오 신호가 정전압인 경우에는 발광소자에 인가되는 전압이 일정한 것과 발광소자에 흐르는 전류가 일정한 것이 있다. 또한, 비디오 신호가 정전류인 경우에는 발광소자에 인가되는 전압이 일정한 것과 발광소자에 흐르는 전류가 일정한 것이 있다. 이 발광소자에 인가되는 전압이 일정한 것은 정전압 구동이고, 발광소자에 흐르는 전류가 일정한 것은 정전류 구동이다. 정전류 구동 은 발광소자의 저항 변화에 상관없이, 일정한 전류가 흐른다. 본 발명의 발광장치 및 그 구동 방법에는 상기한 어느 구동 방법을 사용하여도 좋다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 발광장치는 신뢰성이 높다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 발광장치는 색순도가 좋은 청색의 발광을 얻을 수 있다. 또한, 이러한 구성을 가지는 본 발명의 발광장치는 색재현성이 좋다.
본 실시형태는 실시형태 1 또는 실시형태 2의 적당한 구성과 조합하여 사용하는 것이 가능하다.
[실시형태 4]
본 실시형태에서는, 본 발명의 발광장치인 패널의 외관에 대하여 도 5(A) 및 도 5(B)를 사용하여 설명한다. 도 5(A)는 기판 위에 형성된 트랜지스터 및 발광소자를 대향 기판(4006)과의 사이에 형성한 시일재에 의해 봉지한 패널의 상면도이고, 도 5(B)는 도 5(A)의 단면도에 상응한다. 또한, 이 패널에 탑재되어 있는 발광소자가 가지는 구성은 실시형태 2에 나타낸 바와 같은 구성이다.
기판(4001) 위에 제공된 화소부(4002)와 신호선 구동회로(4003)와 주사선 구동회로(4004)를 둘러싸도록 시일재(4005)가 제공되어 있다. 또한, 화소부(4002)와 신호선 구동회로(4003)와 주사선 구동회로(4004) 위에 대향 기판(4006)이 제공되어 있다. 따라서, 화소부(4002)와 신호선 구동회로(4003)와 주사선 구동회로(4004)는 충전재(4007)와 함께 기판(4001)과 시일재(4005)와 대향 기판(4006)에 의해 밀봉되어 있다.
또한, 기판(4001) 위에 제공된 화소부(4002)와 신호선 구동회로(4003)와 주 사선 구동회로(4004)는 박막트랜지스터를 다수 가지고 있다. 도 5(B)는 신호선 구동회로(4003)에 포함되는 박막트랜지스터(4008)와 화소부(4002)에 포함되는 박막트랜지스터(4010)를 나타내고 있다.
또한, 발광소자(4011)는 박막트랜지스터(4010)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 인출 배선(4014)은 화소부(4002)와 신호선 구동회로(4003)와 주사선 구동회로(4004)에 신호 또는 전원 전압을 인가하기 위한 배선에 상당한다. 인출 배선(4014)은 인출 배선(4015)을 통하여 접속 단자(4016)에 접속되어 있다. 접속 단자(4016)는 이방성 도전막(4019)을 통하여 가요성 인쇄 회로(FPC)(4018)의 단자에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 충전재(4007)로서는, 질소나 아르곤 등의 불활성 기체 외에, 자외선 경화 수지 또는 열 경화 수지를 사용할 수 있고, 예를 들어, 폴리비닐 클로라이드, 아크릴, 폴리이미드, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리비닐 부티랄, 또는 에틸렌 비닐렌 아세테이트를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광장치는 발광소자를 가지는 화소부가 형성된 패널과 이패널에 IC가 실장된 모듈을 그 범주에 포함한다.
이상과 같은 본 발명의 발광장치는 화소부를 구성하는 발광소자로서 실시형태 2에 기재된 발광소자를 가지고 있기 때문에, 화소부의 신뢰성이 높은 발광장치이다. 또한, 본 발명의 발광장치는 화소부를 구성하는 발광소자로서 실시형태 2에 기재된 발광소자를 가지고 있기 때문에, 청색의 색순도가 좋은 발광장치이다. 또한, 본 발명의 발광장치는 화소부를 구성하는 발광소자로서 실시형태 2에 기재된 발광소자를 가지고 있기 때문에, 색재현성이 좋고 표시 품질이 높은 발광장치이다.
본 실시형태는 실시형태 1 내지 실시형태 3 중의 어느 구성과도 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
[실시형태 5]
본 실시형태에서는, 실시형태 4에서 설명한 패널 및 모듈이 가지는 화소 회로, 보호 회로 및 그들의 동작에 대하여 설명한다. 또한, 도 2∼도 5는 도 6(A)∼도 6(F)의 구동용 TFT(1403)와 발광소자(1405)의 단면도이다.
도 6(A)에 나타내는 화소는 열 방향에 신호선(1410) 및 전원선(1411, 1412)을 포함하고, 행 방향에 주사선(1414)을 포함하고 있다. 또한, 화소는 스위칭용 TFT(1401), 구동용 TFT(1403), 전류 제어용 TFT(1404), 용량소자(1402) 및 발광소자(1405)를 가진다.
도 6(C)에 나타내는 화소는 구동용 TFT(1403)의 게이트 전극이 행 방향으로 배치된 전원선(1412)에 접속되는 것을 제외하고는 도 6(A)에 나타내는 화소와 같은 구성이다. 즉, 도 6(A) 및 도 6(C)에 나타내는 화소들은 같은 등가 회로도를 나타낸다. 그러나, 열 방향으로 전원선(1412)이 배치되는 경우(도 6(A))와, 행 방향으로 전원선(1412)이 배치되는 경우(도 6(C))에는, 각 전원선은 다른 층의 도전막으로 형성된다. 여기서는, 구동용 TFT(1403)의 게이트 전극에 접속되는 배선에 주목하고, 이들 배선을 제조하는 층이 다른 것을 나타내기 위해 도 6(A)와 도 6(C)로 나누어 나타낸다.
도 6(A) 및 도 6(C)에 나타내는 화소의 특징으로서, 화소 내에 구동용 TFT(1403)와 전류 제어용 TFT(1404)가 직렬로 접속되어 있고, 구동용 TFT(1403)의 채널 길이(L)(1403) 및 채널 폭(W)(1403)와, 전류 제어용 TFT(1404)의 채널 길이(L)(1404) 및 채널 폭(W)(1404)을 L(1403)/W(1403) : L(1404)/W(1404) = 5∼6000 : 1을 만족하도록 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 구동용 TFT(1403)는 포화 영역에서 동작하고, 발광소자(1405)에 흐르는 전류값를 제어하도록 작용한다. 전류 제어용 TFT(1404)는 선형 영역에서 동작하고, 발광소자(1405)에 대한 전류 공급을 제어하도록 작용한다. 양 TFT는 제조 공정상 같은 도전형을 가지는 것이 바람직하고, 본 실시형태에서는 n채널형 TFT로 형성한다. 또한, 구동용 TFT(1403)에는 인핸스먼트(enhancement)형뿐만 아니라, 디플리션(depletion)형의 TFT를 사용하여도 좋다. 상기 구성을 가지는 본 발명의 발광장치에서는 전류 제어용 TFT(1404)가 선형 영역에서 동작하기 때문에, 전류 제어용 TFT(1404)의 Vgs의 약간의 변동은 발광소자(1405)의 전류값에 영향을 미치지 않는다. 즉, 발광소자(1405)의 전류값은 포화 영역에서 동작하는 구동용 TFT(1403)에 의해 결정될 수 있다. 상기 구성에 의해, TFT의 특성 편차에 기인한 발광소자의 휘도 얼룩이 개선되어, 화질을 향상시킨 발광장치를 제공할 수 있다.
도 6(A)∼도 6(D)에 나타내는 화소에서, 스위칭용 TFT(1401)는 화소에 대한 비디오 신호의 입력을 제어하는 것으로, 스위칭용 TFT(1401)가 온(ON)으로 되면, 화소 내에 비디오 신호가 입력된다. 그러면, 용량소자(1402)에 그 비디오 신호의 전압이 보유된다. 또한, 도 6(A) 및 도 6(C)에는 용량소자(1402)를 마련한 구성을 나타내었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 비디오 신호를 보유하는 용량이 게이트 용량 등으로 처리하는 것이 가능한 경우에는 용량소자(1402)를 마련하지 않아도 좋다.
도 6(B)에 나타내는 화소는 TFT(1406)와 주사선(1414)을 추가하고 있는 것 이외에는 도 6(A)에 나타내는 화소 구성과 같다. 마찬가지로, 도 6(D)에 나타내는 화소는 TFT(1406)와 주사선(1414)을 추가하고 있는 것 이외는 도 6(C)에 나타내는 화소 구성과 같다.
추가된 주사선(1414)에 의해 TFT(1406)의 온/오프가 제어된다. TFT(1406)가 온으로 되면, 용량소자(1402)에 보유된 전하가 방전되고, 전류 제어용 TFT(1404)가 오프로 된다. 즉, TFT(1406)의 배치에 의해, 발광소자(1405)에 전류가 흐르지 않는 상태를 강제적으로 만들 수 있다. 이 때문에, TFT(1406)를 소거용 TFT라고 부를 수 있다. 따라서, 도 6(B) 및 도 6(D)의 구성에서는, 모든 화소에 대한 신호 기입 전 기입 기간의 개시와 동시 또는 직후에 점등 기간을 개시할 수 있기 때문에, 듀티비를 향상시킬 수 있다.
도 6(E)에 나타내는 화소에서는, 열 방향으로 신호선(1410)과 전원선(1411)이 배치되고, 행 방향으로 주사선(1414)이 배치되어 있다. 또한, 이 화소는 스위칭용 TFT(1401), 구동용 TFT(1403), 용량소자(1402) 및 발광소자(1405)를 가진다. 도 6(F)에 나타내는 화소는 TFT(1406)와 주사선(1415)을 추가하고 있는 것 이외에는 도 6(E)에 나타내는 화소 구성과 같다. 또한, 도 6(F)의 구성도 TFT(1406)의 배치에 의해 듀티비를 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 다양한 화소 회로를 채용할 수 있다. 특히, 비정질 반도체막 으로부터 박막트랜지스터를 형성하는 경우, 구동용 TFT(1403)의 반도체막을 크게 하면 바람직하다. 반도체막이 큰 경우, 상기 화소 회로에서 발광 적층체로부터의 광이 봉지 기판측으로부터 사출되는 상면 발광형으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 액티브 매트릭스형 발광장치는 화소 밀도가 증가한 경우, 각 화소에 TFT가 마련되어 있기 때문에 저전압으로 구동될 수 있어, 유리하다고 생각된다.
본 실시형태에서는 일 화소에 각 TFT가 마련되어 있는 액티브 매트릭스형 발광장치에 대하여 설명하였지만, 각 열마다 TFT가 마련되는 패시브 매트릭스형 발광장치를 형성할 수도 있다. 패시브 매트릭스형 발광장치에서는 각 화소에 TFT가 마련되어 있지 않기 때문에, 고(高)개구율이 얻어질 수 있다. 발광이 발광 적층체의 양측으로 사출되는 발광장치의 경우, 패시브 매트릭스형 발광장치의 투과율이 높아진다.
계속하여, 도 6(E)에 나타내는 등가 회로를 사용하여, 주사선 및 신호선에 보호 회로로서 다이오드를 제공하는 경우에 대하여 설명한다.
도 7에서, 화소부(1500)에 스위칭용 TFT(1401), 구동용 TFT(1403), 용량소자(1402), 및 발광소자(1405)가 제공되어 있다. 신호선(1410)에는 다이오드(1561, 1562)가 제공되어 있다. 다이오드(1561, 1562)는 스위칭용 TFT(1401) 및 구동용 TFT(1403)와 마찬가지로, 상기 실시형태들에 기초하여 제조되고, 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극 등을 가지고 있다. 다이오드(1561, 1562)는 게이트 전극과 드레인 전극 또는 소스 전극을 접속함으로써 다이오드로서 동작시키고 있다.
다이오드에 접속하는 배선(1554, 1555)은 게이트 전극과 같은 층으로 형성되어 있다. 따라서, 다이오드의 소스 전극 또는 드레인 전극과 배선(1554, 1555)을 접속하기 위해서는, 게이트 절연층에 콘택트 홀을 형성할 필요가 있다.
주사선(1414)에 제공되는 다이오드도 동일한 구성이다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 입력단에 제공되는 보호 다이오드를 동시에 제조할 수 있다. 또한, 보호 다이오드를 형성하는 위치는 이것에 한정되지 않고, 구동회로와 화소 사이에 형성할 수도 있다.
본 실시형태는 실시형태 1 내지 실시형태 4의 적당한 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
이와 같은 보호 회로를 가지는 본 발명의 발광장치는 신뢰성이 높고, 또한, 청색 발광의 색순도를 좋게 하는 것이 가능하고, 또한, 색재현성을 좋게 할 수 있는다. 또한, 상기 구성을 가짐으로써, 발광장치로서의 신뢰성을 더욱 높이는 것이 가능하게 된다.
[실시형태 6]
본 발명의 발광장치(모듈)를 탑재한 본 발명의 전자기기로서, 비디오 카메라, 디지털 카메라 등의 카메라, 고글형 디스플레이(헤드 장착형 디스플레이), 내비게이션 시스템, 음향 재생 장치(카 오디오 컴포넌트 등), 컴퓨터, 게임기기, 휴대형 정보 단말기(모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 휴대형 게임기 또는 전자 책 등), 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치(구체적으로는 DVD(Digital Versatile Disc) 등의 기록 매체를 재생하고, 그의 화상을 표시할 수 있는 디스플레이를 구비한 장치) 등을 들 수 있다. 그러한 전자기기의 구체적인 예들을 도 8(A)∼도 8(E)에 나타낸다.
도 8(A)는 발광장치로서, 예를 들어, 텔레비전 수상기나 퍼스널 컴퓨터의 모니터 등이 이것에 해당된다. 본 발명에 따른 발광장치는 케이스(2001), 표시부(2003), 스피커부(2004) 등을 포함한다. 본 발명의 발광장치에서는, 표시부(2003)의 색재현성이 좋고 표시 품질이 높다. 화소부에는, 콘트라스트를 향상시키기 위해, 편광판 또는 원편광판을 구비하면 좋다. 예를 들어, 봉지 기판에 1/4 파장판, 1/2 파장판, 편광판의 순으로 필름을 마련하면 좋다. 또한, 편광판 위에 반사 방지막을 마련하여도 좋다.
도 8(B)는 휴대 전화기로서, 본체(2101), 케이스(2102), 표시부(2103), 음성 입력부(2104), 음성 출력부(2105), 조작 키(2106), 안테나(2108) 등을 포함한다. 본 발명에 따른 휴대 전화기에서는, 표시부(2103)의 색재현성이 좋고 표시 품질이 높다.
도 8(C)는 컴퓨터로서, 본체(2201), 케이스(2202), 표시부(2203), 키보드(2204), 외부 접속 포트(2205), 포인팅 마우스(2206) 등을 포함한다. 본 발명에 따른 컴퓨터에서는, 표시부(2203)의 색재현성이 좋고 표시 품질이 높다. 도 8(C)에서는 노트북형 컴퓨터를 예시하였지만, 표시부에 하드 디스크를 구비한 데스크탑형 컴퓨터 등에도 적용하는 것이 가능하다.
도 8(D)는 모바일 컴퓨터로서, 본체(2301), 표시부(2302), 스위치(2303), 조작 키(2304), 적외선 포토(2305) 등을 포함한다. 본 발명에 따른 모바일 컴퓨터에 서는, 표시부(2302)의 표시 품질이 높다.
도 8(E)는 휴대형 게임기로서, 케이스(2401), 표시부(2402), 스피커부(2403), 조작 키(2404), 기록 매체 삽입부(2405) 등을 포함한다. 본 발명에 따른 휴대형 게임기에서는, 표시부(2402)의 색재현성이 좋고 표시 품질이 높다.
이상과 같이, 본 발명의 적용 범위는 지극히 넓고, 모든 분야의 전자기기에 사용하는 것이 가능하다.
본 실시형태는 실시형태 1 내지 실시형태 5의 적당한 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
[실시예 1]
본 발명의 재료의 일례로서, 하기 화학식(11)으로 나타내는 화합물, 9-[4-(N-카르바졸일)]페닐-10-페닐안트라센(이하, CzPA라고 한다)의 합성 방법에 대하여 설명한다.
[화학식 (11)]
Figure 112007075903713-pct00031
먼저, 9-페닐안트라센의 합성법에 대하여 설명한다. 9-브로모안트라센 5.4 g(21.1 mmol), 페닐붕소산 2.6 g(21.1 mmol), 초산팔라듐 260 mg(0.21 mmol), 2 M 탄산칼륨 수용액 10 mL, 트리(오르소-톨릴)포스핀 263 mg(0.84 mmol), 디메톡시에 탄(20 mL)의 혼합물을 80℃에서 9시간 교반하였다. 반응 후, 석출한 고체를 감압 하의 여과에 의해 회수한 후, 톨루엔에 녹여 플로리실(Florisil), 셀라이트, 알루미나를 통하여 여과하였다. 여과액을 물과 포화 식염수로 세정한 후, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 자연 여과 후, 여과액을 농축한 결과, 담갈색 고체로서 9-페닐안트라센 4.0 g을 수율 75%로 얻었다. 9-브로모안트라센으로부터의 9-페닐안트라센의 합성 스킴(scheme)을 아래에 나타낸다.
Figure 112007075903713-pct00032
다음에, 9-페닐안트라센으로부터의 9-브로모-10-페닐안트라센의 합성법에 대하여 설명한다. 상기 방법으로 조제한 9-페닐안트라센 6.0 g(23.7 mmol)을 4염화탄소 80 mL에 녹이고, 그 반응 용액에, 적하 깔때기로부터, 브롬 3.80 g(21.1 mmol)을 함유한 4염화탄소(10 mL) 용액을 적하하였다. 적하 종료 후, 실온에서 교반하였다. 티오황산나트륨 수용액을 첨가하여 반응을 정지시켰다. 유기층을 수산화나트륨 수용액과 포화 식염수로 세정하고, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 자연 여과 후, 여과액을 농축하여 얻어진 고체를 톨루엔에 녹이고, 플로리실, 셀라이트, 알루미나를 통하여 여과하였다. 여과액을 농축하여 얻어진 고체를 디클로로메탄과 헥산에 의해 재결정화를 행한 결과, 담황색 고체로서 9-브로모-10-페닐안트라센 7.0 g을 수율 89%로 얻었다. 9-페닐안트라센으로부터의 9-브로모-10-페닐안트라센의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112007075903713-pct00033
다음에, 상기 방법으로 조제한 9-브로모-10-페닐안트라센을 출발 원료로 사용한 9-요오드-10-페닐안트라센의 합성법을 나타낸다. 9-브로모-10-페닐안트라센 3.33 g(10 mmol)을 THF 80 mL에 용해하고, -78℃로 냉각한 후, n-BuLi(1.6 M, 7.5 mL, 12.0 mmol)를 적하하고, 1시간 교반하였다. 다음에, 요오드 5 g(20.0 mmol)을 함유한 THF 용액(20 mL)을 -78℃에서 적하하고, 2시간 교반하였다. 반응 후, 실온으로 되돌리고 나서 티오황산나트륨 수용액을 첨가하여 반응을 정지시켰다. 유기층을 티오황산나트륨 수용액과 포화 식염수로 세정하고, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 자연 여과 후, 여과액을 농축하여 얻어진 고체를 에탄올에 의해 재결정화한 결과, 담황색 고체로서 9-요오드-10-페닐안트라센 3.1 g을 수율 83%로 얻었다. 9-브로모-10-페닐안트라센으로부터의 9-요오드-10-페닐안트라센의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112007075903713-pct00034
다음에, 상기 방법으로 조제한 9-요오드-10-페닐안트라센을 출발 원료로 사용한 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센의 합성법을 나타낸다. 9-요오드-10-페닐안트라센 1.0 g(2.63 mmol), p-브로모페닐붕소산 542 mg(2.70 mmol), 테트라키스 (트리페닐포스핀)팔라듐 46 mg(0.03 mmol), 2 M 탄산칼륨 수용액(3 mL), 톨루엔 10 mL의 혼합물을 80℃에서 9시간 교반하였다. 반응 후, 톨루엔을 첨가하고, 플로리실, 셀라이트, 알루미나를 통하여 여과였다. 여과액을 물과 포화 식염수로 세정한 후, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 자연 여과 후, 여과액을 농축하고, 톨루엔과 헥산에 의해 재결정화한 결과, 담갈색 고체로서 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센 562 mg을, 수율 45%로 얻었다. 9-요오드-10-페닐안트라센으로부터의 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112012107613117-pct00107
다음에, 상기 방법으로 조제한 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센을 출발 원료로 사용하는 CzPA의 합성법을 나타낸다. 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센 1.3 g(3.2 mmol), 카르바졸 578 mg(3.5 mmol), 디벤질리딘 팔라듐(II) 50 mg(0.017 mmol), t-부톡시 나트륨 1.0 mg(0.010 mmol), 트리(t-부틸포스핀) 0.1 mL, 톨루엔 30 mL의 혼합물을 110℃에서 10시간 가열 환류하였다. 반응 후, 용액을 물로 세정하고, 수층(水層)을 톨루엔으로 추출하고, 유기층과 함께 포화 식염수로 세정한 후, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 자연 여과 및 농축에 의해여 얻어진 유상물(油狀物)을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(헥산 : 톨루엔 = 7 : 3)에 의해 정제하고, 디클로로메탄과 헥산에 의해 재결정화한 결과, 목적물인 CzPA 1.5 g을 수율 93%로 얻었다. 얻어진 CzPA 5.50 g을 270℃, 아르곤 기류(유속 3.0 ml/min), 압력 6.7 Pa의 조건 하에서 20시간 승화 정제를 행한 결과, 3.98 g을 회수하여 회수율은 72%이었다. 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센으로부터의 CzPA의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112012107613117-pct00108
얻어진 CzPA의 NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ=8.22(d,J=7.8 Hz, 2H), 7.86-7.82(m, 3H), 7.61-7.36(m, 20H). 또한, 1H NMR의 차트를 도 9에 나타낸다.
CzPA는 담갈색 분말상 고체이었다. 얻어진 CzPA의 열중량 측정-시차열 분석(TG-DTA : Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis)을 행하였다. 측정에는 시차열열중량 동시 측정 장치(Seiko Instrument Inc제, TG/DTA 320형)를 사용하여, 질소 분위기 하에서 10℃/min의 승온 속도로 열물성을 평가하였다. 그 결과, 중량과 온도의 관계(열중량 측정)로부터, 상압 하에서의 분해 개시 온도는 348℃이었다. 이 온도에서 중량이 측정 개시점에서의 중량의 95% 이하가 되었다. 또한, 시차 주사 열량 분석 장치(DSC : Differential Scanning Calorimetry, Perkin Elmer Co., Ltd제, Pyris1 DSC)를 사용하여 CzPA의 유리 전이 온도 및 융점을 조사 한 결과, 각각 125℃, 305℃로서, CzPA는 열적으로 안정적이라는 것을 알 수 있었다.
또한, CzPA의 톨루엔 용액 및 CzPA의 박막 상태에서의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 안트라센에 기초하여 CzPA의 톨루엔 용액 및 CzPA의 박막 상태에서의 흡수가 각각 390 nm, 400 nm 근방에서 관측되었다. 또한, CzPA의 톨루엔 용액 및 CzPA의 박막 상태의 발광 스펙트럼을 도 10에 나타낸다. 도 10에서, 횡축은 파장(nm), 종축은 발광 강도(임의 단위)를 나타낸다. 최대 발광 파장은 CzPA의 톨루엔 용액의 경우에는 448 nm(여기 파장 370 nm), CzPA의 박막의 경우에는 451 nm(여기 파장 370 nm)이며, 청색 발광이 얻어진다는 것을 알 수 있었다.
또한, CzPA의 박막 상태에서의 HOMO 준위와 LUMO 준위의 측정을 행하였다. HOMO 준위의 값은 광전자 분광 장치(Riken Keiki Co., Ltd제, AC-2)를 사용하여 측정한 이온화 포텐셜의 값을 부(負)의 값으로 환산함으로써 얻었다. 또한, LUMO 준위의 값은 박막의 흡수단들 사이의 에너지 갭을 HOMO 준위의 값에 가산함으로써 얻었다. 그 결과, HOMO 준위와 LUMO 준위는 각각 -5.64 eV, -2.71 eV이고, 2.93 eV와 같은 매우 큰 밴드 갭을 나타냈다.
[실시예 2]
본 발명의 재료의 일례로서, 하기 화학식 (59)로 나타내어지는 화합물, 9-[4-(3,6-디페닐-N-카르바졸일)]페닐-10-페닐안트라센(이하, DPCzPA라고 한다)의 합성 방법에 대하여 설명한다.
[화학식 (59)]
Figure 112007075903713-pct00037
이 화합물은 이하에 나타내는 합성 방법에 따라 조제되었다. 또한, 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센은 실시예 1에 나타내는 방법으로 조제하였다.
먼저, 3,6-디브로모카르바졸의 합성법을 이하에 나타낸다. 3,6-디브로모카르바졸 6.5 g(20.0 mmol), 페닐붕소산 5.0 g(41.0 mmol), 초산팔라듐 93 mg(0.40 mmol), 탄산칼륨 6.9 g(5.2 mmol), 물 25 mL), 트리(오르소-톨릴)포스핀 610 mg, 디메톡시에탄 50 mL)의 혼합물을 80℃에서 3.5시간 가열 환류하였다. 반응 후, 용액을 물로 세정하고, 수층을 톨루엔으로 추출하여, 유기층과 함께 포화 식염수로 세정한 후, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 자연 여과 후, 여과액을 농축한 결과, 백색 고체로서 3,6-디(2-페닐-페닐)카르바졸 4.1 g을 수율 63%로 얻었다. 3,6-디(2-페닐-페닐)카르바졸의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112007075903713-pct00038
다음에, 3,6-디페닐카르바졸과 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센과의 커플링 반응에 의한 DPCzPA의 합성법을 나타낸다. 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센 819 mg(2.0 mmol), 3,6-디페닐카르바졸 666 mg(2.1 mmol), 디벤질리딘 팔라듐(II) 14 mg(0.02 mmol), t-부톡시 나트륨 1.0 g(10 mmol), 트리(t-부틸)포스핀 0.1 mL, 톨루엔 20 mL의 혼합물을 110℃에서 10시간 환류하였다. 반응 후, 용액을 물로 세정한 후, 수층을 톨루엔으로 추출하고, 유기층과 함께 포화 식염수로 세정한 후, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 자연 여과 및 농축에 의해 얻어진 유상물을 톨루엔에 녹인 후, 셀라이트, 플로리실, 알루미나를 통하여 여과하였다. 여과액을 농축하고, 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(톨루엔)에 의해 정제하였다. 얻어진 고체를 디클로로메탄과 헥산에 의해 재결정화한 결과, DPCzPA 937 mg을 수율 71%로 얻었다. 3,6-디페닐카르바졸과 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센과의 커플링 반응에 의한 DPCzPA의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112012107613117-pct00109
얻어진 DPCzPA의 NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR (300 MHz, CDCl3): δ=8.47(s, 2H), 7.91-7.86(m, 3H), 7.80-7.75(m, 12H), 7.64-7.38(m, 16H). 13C NMR (75 MHz, CDCl3): δ=141.9, 140.7, 138.9, 138.4, 137.6, 137.0, 135.9, 133.8, 132.9, 131.3, 129.9, 128.8, 128.5, 127.6, 127.3, 127.2, 126.7, 125.8, 125.4, 125.3, 125.2, 125.1, 124.2, 119.0, 118.9, 110.3. 또한, 얻어진 DPCzPA의 1H NMR의 차트를 도 11에 나타내고, 13C NMR의 차트를 도 12에 나타낸다.
DPCzPA는 담황색 분말상 고체이었다. DPCzPA의 열중량 측정-시차열 분석(TG-DTA : Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis)을 행하였다. 측정에는 시차열 열중량 동시 측정 장치(Seiko Instrument Inc제, TG/DTA 320형)를 사용하여 질소 분위기 하에서 10℃/min의 승온 속도로 열물성을 평가하였다. 그 결과, 중량과 온도의 관계(열중량 측정)로부터, 상압하에서의 분해 개시 온도는 431℃이었다.
또한, DPCzPA의 톨루엔 용액 및 DPCzPA의 박막 상태에서의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 안트라센에 기초한 DPCzPA의 톨루엔 용액 및 DPCzPA의 박막 상태에서의 흡수가 각각 390 nm, 380 nm 근방에서 관측되었다. 또한, DPCzPA의 톨루엔 용액 및 DPCzPA의 박막의 발광 스펙트럼을 도 13에 나타낸다. 도 13에서, 횡축은 파장(nm)을 나타내고, 종축은 발광 강도(임의 단위)를 나타낸다. 최대 발광 파장은 DPCzPA의 톨루엔 용액의 경우에는 440 nm(여기 파장 370 nm)이고, DPCzPA의 박막의 경우에는 446 nm(여기 파장 380 nm)이며, 청색의 발광이 얻어진다는 것을 알 수 있었다.
또한, DPCzPA의 박막 상태에서의 HOMO 준위와 LUMO 준위의 측정을 행하였다. HOMO 준위의 값은 광전자 분광 장치(Riken Keiki Co., Ltd제, AC-2)를 사용하여 측정한 이온화 포텐셜의 값을 부의 값으로 환산함으로써 얻었다. 또한, LUMO 준위의 값은 박막의 흡수단들 사이의 에너지 갭을 HOMO 준위의 값에 가산함으로써 얻었다. 그 결과, HOMO 준위와 LUMO 준위는 각각 -5.75 eV, -2.77 eV이고, 2.98 eV와 같은 매우 큰 밴드 갭을 나타냈다.
[실시예 3]
본 발명의 재료의 일례로서 하기 화학식 (67)로 나타내어지는 화합물, 9-{4-[3,6-디(2-페닐)페닐-N-카르바졸일]페닐}-10-페닐안트라센(이하, BPCzPA라고 한다)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센은 실시예 1에 나타내는 방법으로 조제하였다.
[화학식 (67)]
Figure 112007075903713-pct00040
먼저, 3,6-디(2-페닐-페닐)-카르바졸의 합성법을 이하에 나타낸다. 3,6-디브로모카르바졸 3.25 g(10.0 mmol), o-비페닐붕소산 4.2 g(21.0 mmol), 초산팔라듐 50 mg(0.21 mmol), 탄산칼륨 6.9 g(5.2 mmol), 물 25 mL, 트리(오르소-톨릴)포스핀 308 mg(1.0 mmol), 디메톡시에탄 30 mL의 혼합물을 80℃에서 3시간 가열 환류하였다. 반응 후, 용액을 물로 세정한 후, 수층을 톨루엔으로 추출하여, 유기층과 함께 포화 식염수로 세정한 후, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 자연 여과 후, 여과 액을 농축한 결과, 백색 고체로서 3,6-디(2-페닐-페닐)-카르바졸 2.2 g을 수율 46%로 얻었다. 3,6-디(2-페닐-페닐)-카르바졸의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112007075903713-pct00041
다음에, 3,6-디(2-페닐-페닐)-카르바졸과 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센과의 커플링 반응에 의한 BPCzPA의 합성법을 이하에 나타낸다. 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센 550 mg(1.34 mmol), 3,6-디(2-페닐-페닐)-카르바졸 644 mg(1.35 mmol), 디벤질리딘 팔라듐(II) 58 mg(0.09 mmol), t-부톡시 나트륨 534 mg(2.47 mmol), 트리(t-부틸포스핀) 0.1 mL, 톨루엔 10 mL의 혼합물을 110℃에서 5.5시간 가열 환류하였다. 반응 후, 용액을 물로 세정한 후, 수층을 톨루엔으로 추출하여, 유기층과 함께 포화 식염수로 세정한 후, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 자연 여과 및 농축에 의해 얻어진 유상물을 톨루엔에 녹이고, 셀라이트, 플로리실, 알루미나를 통하여 여과하고, 여과액을 농축하여, 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(헥산 : 톨루엔 = 7 : 3)에 의해 정제하였다. 디클로로메탄과 헥산에 의해 재결정화한 결과, 담황색 분말상 고체로서 BPCzPA 703 mg을 수율 65%로 얻었다. 3,6-디(2-페닐-페닐)-카르바졸과 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센과의 커플링 반응에 의한 BPCzPA의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112012107613117-pct00110
얻어진 BPCzPA의 NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR (300 MHz, CDCl3):δ=8.09(s, 2H), 7.80-7.34(m, 28H), 7.23-7.12(m, 11H). 13C NMR (75 MHz, CDCl3): δ=141.9, 141.1, 140.7, 139.8, 138.9, 138.1, 137.5, 136.9, 135.9, 133.8, 132.7, 131.3, 131.2, 130.8, 130.0, 129.91, 129.90, 129.8, 128.6, 128.4, 128.0, 127.5, 127.2, 127.1, 126.7, 126.6, 126.3, 125.3, 125.1, 123.5, 121.3, 109.2. 또한, 1H NMR의 차트를 도 14에 나타내고, 13C NMR의 차트를 도 15에 나타낸다.
BPCzPA는 담황색 분말상 고체이었다. BPCzPA의 열중량 측정-시차열 분석(TG-DTA : Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis)을 행하였다. 측정에는 시차열 열중량 동시 측정 장치(Seiko Instrument Inc제, TG/DTA 320형)를 사용하고, 질소 분위기하에서 10℃/min의 승온 속도로 열물성을 평가하였다. 그 결과, 중량과 온도의 관계(열중량 측정)로부터, 상압하에서 중량 감소가 시작되는 온도는 445℃이었다. 또한, 시차 주사 열량 분석 장치(DSC : Differential Scanning Calorimetry, Perkin Elmer Co., Ltd제, Pyris1 DSC)를 사용하여 BPCzPA의 유리 전 이 온도 및 융점을 조사한 결과, 각각 167℃, 330℃이며, BPCzPA는 열적으로도 안정적이라는 것을 알 수 있었다.
또한, BPCzPA의 톨루엔 용액에서의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 안트라센에 기초한 BPCzPA의 톨루엔 용액에서의 흡수가 370 nm 근방에서 관측되었다. 또한, BPCzPA의 톨루엔 용액의 발광 스펙트럼을 도 16에 나타낸다. 도 16에서, 횡축은 파장(nm)을 나타내고, 종축은 발광 강도(임의 단위)를 나타낸다. 최대 발광 파장은 437 nm(여기 파장 370 nm)이며, 청색의 발광이 얻어진다는 것을 알 수 있었다.
또한, BPCzPA의 박막 상태에서의 HOMO 준위와 LUMO 준위의 측정을 행하였다. HOMO 준위의 값은 광전자 분광 장치(Riken Keiki Co., Ltd제, AC-2)를 사용하여 측정한 이온화 포텐셜의 값을 부의 값으로 환산함으로써 얻었다. 또한, LUMO 준위의 값은 박막의 흡수단들 사이의 에너지 갭을 HOMO 준위의 값에 가산함으로써 얻었다. 그 결과, HOMO 준위와 LUMO 준위는 각각 -5.68 eV, -2.75 eV이며, 2.93 eV와 같은 매우 큰 밴드 갭을 나타냈다.
[실시예 4]
본 발명의 재료의 일례로서 하기 화학식 (73)으로 나타내어지는 화합물, 9-{4-[3-(N,N-디페닐아미노)-N-카르바졸일]페닐}-10-페닐안트라센(이하, CzA1PA라고 한다)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센은 실시예 1에 나타내는 방법으로 조제하였다.
[화학식 (73)]
Figure 112007075903713-pct00043
먼저, 3-요오드카르바졸의 합성법을 이하에 나타낸다. 카르바졸 3.5 g(21 mmol)을 함유한 빙초산(450 mL) 용액에 N-요오드 호박산이미드(NIS) 4.5 g(20 mmol)를 조금씩 첨가하였다. 실온에서 하룻밤 교반한 후, 반응 혼합물을 물 약 750 mL에 적하하였다. 석출물을 여과하여 얻었다. 이 석출물을 물로 세정한 후, 초산에틸 약 150 mL에 용해하였다. 이 용액을 탄산수소나트륨 수용액, 물, 포화 식염수로 세정하고, 황산마그네슘을 첨가하여 건조시켰다. 용액을 여과 및 농축하여, 백색 분말로서 3-요오드카르바졸 6.0 g을 수율 97%로 얻었다. 3-요오드카르바졸의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112007075903713-pct00044
다음에, 9-아세틸-3-요오드카르바졸의 합성법을 이하에 나타낸다. 질소 분위기 하에서, 상기 방법으로 조제한 3-요오드카르바졸 4.7 g(16 mmol)을 함유한 THF(50 mL) 용액의 현탁액을, 빙랭한 수소화나트륨 1.0 g(60%, 25 mmol)의 탈수 THF(35 mL)에 천천히 적하한 후 30분간 교반하였다. 이 혼합물에 아세틸 클로라이 드 2.0 g(25 mmol)를 적하하고, 1시간 교반한 후, 실온에서 다시 하룻밤 교반하였다. 이 혼합물에 물 약 30 mL를 첨가하였다. 유기층을 물과 포화 식염수로 세정하고, 초산 에틸 약 50 mL을 첨가하여 수층 내의 유기물을 추출한 후, 유기층에 초산 에칠을 첨가하였다. 이 유기층에 황산마그네슘을 첨가하여 건조시켰다. 여과 및 농축 후, 얻어진 고체를 헥산 약 20 mL로 세정하여, 오프 화이트(off-white) 분말의 9-아세틸-3-요오드카르바졸 5.1 g을 수율 94%로 얻었다. 9-아세틸-3-요오드카르바졸의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112007075903713-pct00045
다음에, 9-아세틸-3-(N,N-디페닐)아미노카르바졸의 합성법을 이하에 나타낸다. 질소 분위기 하에서, 9-아세틸-3-요오드카르바졸 3.4 g(10 mmol), 디페닐아민 2.0 g(12 mmol), 산화구리(I) 2.1 g(15 mmol), N,N-디메틸아세트아미드 70 mL의 현탁액을 160℃에서 20시간 가열 교반하였다. 실온까지 냉각한 후, 메탄올 약 50 mL를 첨가하고 셀라이트를 통해 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하고, 잔사(殘渣)를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개액, 톨루엔 : 헥산=1 : 1)에 의해 정제함으로써, 크림색 분말의 9-아세틸-3-(N,N-디페닐)아미노카르바졸 1.8 g을 수율 48%로 얻었다. 9-아세틸-3-(N,N-디페닐)아미노카르바졸의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112007075903713-pct00046
3-(N,N-디페닐)아미노카르바졸의 합성법을 이하에 나타낸다. 9-아세틸-3-(N,N-디페닐)아미노카르바졸 1.8 g(5 mmol)을 함유한 THF(50 mL) 용액에, 수산화칼륨 2.8 g의 수용액(3 mL)과 디메틸술파이드 50 mL를 첨가하여 100℃에서 5시간 가열 교반하였다. 약 100 mL의 물을 첨가하고 초산에틸 약 150 mL로 추출하였다. 유기층을 황산마그네슘으로 건조시키고, 여과 및 농축하여, 잔사를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개액, 톨루엔 : 헥산 = 1 : 1)로 정제함으로써, 베이지색 분말의 3-(N,N-디페닐)아미노카르바졸 400 mg를 수율 27%로 얻었다. 3-(N,N-디페닐)아미노카르바졸의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112007075903713-pct00047
얻어진 3-(N,N-디페닐)아미노카르바졸의 NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR (300 MHz, CDCl3);δ=6.93(t,J=7.5 Hz, 2H), 7.08(d,J=7.8 Hz, 4H), 7.13-7.22(m, 7H), 7.03-7.37(m, 3H), 7.85(s, 1H), 7.90(d,J=7.8 Hz, 1H). 또한, 3-(N,N-디페닐)아미노카르바졸의 NMR 차트를 도 17에 나타낸다.
다음에, 3-(N,N-디페닐)아미노카르바졸과 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센과의 커플링 반응에 의한 CzA1PA의 합성법을 이하에 나타낸다. 3-(N,N-디페닐)아미노카르바졸 340 mg(1.0 mmol), 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센 490 mg(1.2 mmol), 디벤질리딘 팔라듐(II) 58 mg(0.1 mmol), t-부톡시 나트륨(300 mg, 3.0 mmol)을 함유한 크실렌 현탁액(3.5 mL)을 3분간 탈기한 후, 트리(t-부틸포스핀)(10% 헥산 용액 1.0 mL, 0.5 mL)을 첨가하고, 90℃에서 4.5시간 가열 교반하였다. 톨루엔 약 300 mL를 첨가하고, 플로리실, 알루미나, 셀라이트에 의한 여과를 행하였다. 얻어진 여과액을 물과 포화 식염수로 세정하고, 황산마그네슘을 첨가하여 건조시켰다. 이것을 여과 및 농축하고, 잔사를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개액, 톨루엔 : 헥산 = 3 : 7)에 의한 정제를 행하였다. 그 결과, 크림색 분말로서 CzA1PA 300 mg을 수율 45%로 얻었다. 3-(N,N-디페닐)아미노카르바졸과 9-페닐-10-(4-브로모페닐)안트라센과의 커플링 반응에 의한 CzA1PA의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112012107613117-pct00111
얻어진 CzA1PA의 NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR (300 MHz, CDCl3)δ=6.98(t,J=7.2 Hz, 2H), 7.16(d,J=7.8 Hz, 4H), 7.20-7.86(m, 26H), 7.99(s, 1H), 8.06(d,J=7.8 Hz, 1H). 또한, CzA1PA의 NMR 차트를 도 18에 나타낸다.
CzA1PA의 열중량 측정-시차열 분석(TG-DTA : Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis)을 행하였다. 측정에는 시차열 열중량 동시 측정 장치(Seiko Instrument Inc제, TG/DTA 320형)를 사용하고, 질소 분위기 하에서 10℃/min의 승온 속도로 열물성을 평가하였다. 그 결과, 중량과 온도의 관계(열중량 측정)로부터, 상압하에서 중량 감소 개시 온도는 420℃이었다. 또한, 시차 주사 열량 분석 장치(DSC : Differential Scanning Calorimetry, Perkin Elmer Co., Ltd제, Pyris1 DSC)를 사용하여 CzA1PA의 유리 전이 온도 및 융점을 조사한 결과, 각각 153℃, 313℃이며, CzA1PA는 열적으로도 안정적이라는 것을 알 수 있었다.
또한, CzA1PA의 톨루엔 용액 및 CzA1PA의 박막 상태에서의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 안트라센에 기초한 CzA1PA의 톨루엔 용액 및 CzA1PA의 박막 상태에서의 흡수가 각각 370 nm, 400 nm 근방에서 관측되었다. 또한, CzA1PA의 톨루엔 용액 및 CzA1PA의 박막의 발광 스펙트럼을 도 19에 나타낸다. 도 19에서, 횡축은 파장(nm)을 나타내고, 종축은 발광 강도(임의 단위)를 나타낸다. 최대 발광 파장은 CzA1PA의 톨루엔 용액의 경우에는 453 nm(여기 파장 370 nm)이고, CzA1PA의 박막의 경우에는 491 nm(여기 파장 380 nm)이며, 청색의 발광이 얻어진다는 것을 알 수 있었다.
또한, CzA1PA의 박막 상태에서의 HOMO 준위와 LUMO 준위의 측정을 행하였다. HOMO 준위의 값은 광전자 분광 장치(Riken Keiki Co., Ltd제, AC-2)를 사용하여 측정한 이온화 포텐셜의 값을 부의 값으로 환산함으로써 얻었다. 또한, LUMO 준위의 값은 박막의 흡수단들 사이의 에너지 갭을 HOMO 준위의 값에 가산함으로써 얻었다. 그 결과, HOMO 준위와 LUMO 준위는 각각 -5.30 eV, -2.38 eV이며, 2.82 eV와 같은 매우 큰 밴드 갭을 나타냈다.
[비교예 1]
본 발명의 재료의 비교로서 하기 화학식 (121)로 나타내어지는 화합물, 2-t-부틸-9,10-머신 비스(4-(N-카르바졸일)페닐)안트라센(이하, CzBPA라고 한다)의 합성법에 대하여 나타낸다.
[화학식 (121)]
Figure 112007075903713-pct00049
질소 기류 하에서, 9, 10-비스(4-브로모페닐)-2-t-부틸안트라센 3.00 g(5.53 mmol), 카르바졸 1.93 g(11.2 mmol), 디벤질리딘이세톤 팔라듐 318 mg(0.55 mmol), t-부톡시 나트륨 3.00 g(31.2 mmol)의 톨루엔 용액(30 mL)에 트리(t-부틸)포스핀(10% 헥산 용액) 0.3 mL를 첨가하고 110℃에서 3시간 환류하였다. 반응 용액을 물로 세정한 후, 수층을 톨루엔으로 추출하고, 유기층과 함께 포화 식염수로 세정하였다. 유기층을 황산마그네슘으로 건조시키고, 자연 여과 및 농축하여 얻어진 유상물을 알루미나 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : 클로로포름)에 의해 정제하였다. 또한, 얻어진 고체를 디클로로메탄/헥산에 의해 재결정화한 결과, 담황색 고체로서 CzBPA 1.80 g을 얻었다(수율 45%). CzBPA의 합성 스킴을 아래에 나타낸다.
Figure 112007075903713-pct00050
얻어진 CzBPA의 NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR (300 MHz, CDCl3)δ=8.23(d,J=7.2 Hz, 4H), 7.94-7.63(m, 16H), 7.59(d,J=1.8 Hz, 1H), 7.55-7.47(m, 6H), 7.39-7.34(m, 4H), 1.36(s, 9H). 또한, CzBPA의 NMR 차트를 도 20에 나타낸다.
CzBPA의 열중량 측정-시차열 분석(TG-DTA : Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis)을 행하였다. 측정에는 시차열 열중량 동시 측정 장치(Seiko Instrument Inc제, TG/DTA 320형)를 사용하여, 질소 분위기 하에서 10℃/min의 승온 속도로 열물성을 평가하였다. 그 결과, 중량과 온도의 관계(열중량 측정)로부터, 상압하에서 중량 감소 개시 온도는 460℃이었다.
[참고예]
본 참고예에서는, 구조식 (1)로 나타내어지는 안트라센 골격의 9위 및 10위에 거대 치환기(bulky substituent)로서 도입되는 축합 방향족기와 페닐기를 비교하였다. 9위 또는 10위에 페닐기가 도입된 안트라센 유도체로서, 9,10-디페닐안트라센(이하, DPAnth라고 한다)을 사용하고, 9위 또는 10위에 축합 방향족기가 도입 된 비교 화합물로서, 2-t-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(이하, t-BuDNA라고 한다)을 사용하였다.
먼저, DPAnth와 t-BuDNA의 전기화학적 안정성을 사이클릭 볼타메트리(Cyclic Voltammetry : CV) 측정에 의해 평가하였다. 측정 장치에는 전기화학 애널라이저(BAS Inc제, ALS 모델 600A)를 사용하였다. CV 측정에서의 용액은 용매로서 탈수 디메틸포름아미드(DMF)를 사용하고, 이 용매에 지지 전해질인 과염소산테트라-n-부틸암모늄(n-Bu4NClO4)을 100 mM의 농도가 되도록 용해시키고, 또한, 측정 대상인 DPAnth 또는 t-BuDNA를 1 mM의 농도가 되도록 용해시켰다. 또한, 작용 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc제, PTE 백금 전극)을 사용하고, 보조 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc제, VC-3용 Pt 카운터 전극(5 cm))을 사용하고, 기준 전극으로서는 Ag/Ag+ 전극(BAS Inc제, RE5 비수용매계 참조 전극)을 사용하였다. 스캔 속도는 0.1 V/sec로 하고, 산화측과 환원측 각각에 200회의 스캔을 행하였다.
도 21과 도 22는 각각 DPAnth와 t-BuDNA의 CV 측정 결과를 나타낸다. 도면 중 (A)는 환원측의 측정 결과를 나타내고, (B)는 산화측의 측정 결과를 나타낸다. 어느 화합물도 산화측과 환원측 모두 가역적인 피크를 제공하는 것을 알 수 있었다. 또한, 200회의 산화-환원 또는 환원-산화를 반복하여도, 산화 피크나 환원 피크의 높이, 즉, 산화 환원 시의 전류값이 거의 변함없는 것을 알 수 있었다. 이것은 DPAnth, t-BuDNA 모두, 산화, 환원에 대하여 안정적이라는 것을 의미하고 있다. 즉, 9위 또는 10위에 페닐기와 나프틸기 중의 어느 것이 도입되어도, 전기화학적 안정성은 거의 변함없다고 할 수 있다.
다음에, 여기 상태의 안정성을 평가하였다. 평가 방법은 이하와 같다. 먼저, DPAnth와 t-BuDNA를 진공 증착장치를 사용하여 석영 기판(1.0 cm×5 cm) 위에 성막하였다. 막 두께는 250 nm이다. 이 막에 질소 분위기 하에서 고압 수은 램프의 광을 유리 필터를 통하여 조사하였다. 유리 필터를 통하고 있기 때문에, 약 350 nm 이상의 광이 조사되어 있게 된다. 이것은 DPAnth와 t-BuDNA의 안트라센 부위를 여기하고 있는 것을 의미한다. 따라서, 본 실험에서는, DPAnth와 t-BuDNA는 여기(excitation)-실활(失活)(deactivation)을 반복하게 된다. 광 조사를 행하고, 안트라센에 기초한 흡수(300∼400 nm)의 강도를 모니터함으로써, 안트라센 골격의 광화학적 안정성을 평가할 수 있다.
즉, 만약 안트라센 골격이 광 조사에 의해 여기된 후, 기저 상태로 복귀하면, 안트라센 골격에 기초한 흡수 강도는 변화하지 않는다. 그러나, 여기 상태가 어떠한 반응을 하면, 안트라센이 원래의 분자로 돌아오는 일은 없고, 흡수가 감소하게 된다.
도 23 및 도 24는 각각 DPAnth와 t-BuDNA의 광 조사에서의 흡수의 경시 변화를 나타낸다. 도 23은 DPAnth에서 광 조사를 행하여 0분, 5분, 10분, 20분, 40분, 70분 및 100분 후에 각각 흡수를 측정한 결과이다. 이것에 따르면, DPAnth에서는 안트라센에 기초한 흡수는 광 조사에 의해서는 거의 변함없다는 것을 알 수 있다. 도 24는 t-BuDNA에서 광 조사를 행하여 0분, 5분, 15분, 45분, 75분 및 105분 후에 각각 흡수를 측정한 결과이다. t-BuDNA의 경우, 안트라센에 기초한 흡수는 빠르게 감소하는 것을 알 수 있다. 400 nm에서의 흡수 강도의 변화를 플롯(plot)한 것이 도 25이다. 도 24에 나타내는 바와 같이, 약 120분의 광 조사에서는 DPAnth의 흡수 강도는 거의 변함없는데 대하여, t-BuDNA의 흡수 강도는 큰 폭으로 감소한다. 따라서, 9위 또는 10위에 치환기로서 나프틸기가 도입되는 경우, 광화학적 안정성이 큰 폭으로 감소하는 것을 알 수 있었다. 이것에 대하여, 페닐기에서는 광화학적 안정성이 높다고 할 수 있다.
[실시예 5]
본 실시예에서는, 일반식 (2) 및 (3)으로 나타내어지는, 분자 내에 안트라센 골격과 카르바졸일 골격을 하나씩 도입한 본 발명의 안트라센 유도체와, 안트라센 골격 하나에 대하여 카르바졸일기가 2개 도입되어 있는 안트라센 유도체의 전기학적 안정성에 대하여 나타낸다.
전기화학적 안정성의 평가 방법은 참고예와 마찬가지로 CV 측정을 행함으로써 행하였다. 측정 조건은 참고예에 나타낸 바와 같다. CV 측정을 위한 샘플로서는, 안트라센 골격과 카르바졸일 골격이 하나씩 도입된 CzPA, DPCzPA, CzA1PA와, 안트라센 골격 하나와 카르바졸일 골격 2개가 도입된 CzBPA를 사용하였다. 도 26에 CzPA의 CV 차트를 나타내고, 도 27에 DPCzPA의 CV 차트를 나타내고, 도 28에 CzA1PA의 CV 차트를 나타내고, 도 29에 CzBPA의 CV 차트를 나타낸다. 또한, 도면 중. (A)가 환원측의 측정 결과를 나타내고, (B)가 산화측의 측정 결과를 나타낸다.
CzPA의 경우, 산화측과 환원측 모두 가역적인 피크를 나타내고, 또한 200회의 산화-환원, 또는 환원-산화의 사이클을 반복하여도, 그 피크 강도는 거의 변화 하지 않는다. 마찬가지로, DPCzPA와 CzA1PA의 경우에도, 산화측과 환원측 모두 가역적인 거동을 나타내고, 또한 200회의 산화-환원, 또는 환원-산화의 사이클을 반복하여도, 피크 강도는 거의 변화하지 않는다. 따라서, 안트라센 골격과 카르바졸일 골격을 하나씩 가지는 안트라센 유도체는 전기화학적으로 안정적이라고 할 수 있다.
이것에 대하여, CzBPA의 경우, 환원측은 가역적인 거동을 나타내고, 또한 200회의 사이클 후에도 거의 같은 피크를 제공하기 때문에, CzBPA는 환원-산화의 사이클에 대해서는 안정적이라고 할 수 있다. 그러나, 산화측에서는 가역적인 거동을 나타내지만, 200회의 사이클을 반복하면 서서히 산화 피크 강도가 감소한다. 이것은, CzBPA가 산화된 상태에 있고, 따라서, CzBPA의 정공은 화학적으로 불안정하다는 것을 의미한다.
이상으로부터, 카르바졸일기와 안트릴기가 하나씩 도입된 화합물이 전기화학적으로 안정적이고, 이것에 대하여, 안트릴기에 대하여 카르바졸일기가 2개 도입된 화합물은 전기화학적으로 불안정하다고 할 수 있다. 유기 발광소자에서는, 발광 시에 유기 화합물은 산화-환원, 또는 환원-산화를 반복한다. 따라서, 높은 신뢰성을 얻기 위해서는, 일반식 (2) 및 (3)으로 나타내어지는 바와 같이, 분자 내에 안트라센 골격과 카르바졸일 골격을 하나씩 도입하는 본 발명의 안트라센 유도체가 적합하다고 할 수 있다.
[실시예 6]
본 실시예에서는, 분자 내에 안트라센 골격과 카르바졸일 골격을 하나씩 도 입하고, 안트라센 골격의 9위 및 10위에 페닐기를 도입한 본 발명의 안트라센 유도체가 신뢰성이 높고, 이러한 안트라센 유도체를 사용함으로써 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다는 것을 나타낸다.
먼저, 비교의 대상으로서, 안트라센 골격에 대하여 카르바졸일 골격을 2개 가지는 CzBPA를 사용한 소자와, 안트라센 골격의 9위 및 10위에 축합 방향족기가 도입된 화합물로서 t-BuDNA를 사용한 소자를 제조하였다.
이 소자는 유리 기판 위에 형성되었고, 유리 기판측으로부터 순서대로 제1 전극으로서 ITSO가 1100 nm의 막 두께로 형성되어 있다. 이 ITSO는 스퍼터링법에 의해 성막되었다. 또한, 본 발명에서, 제1 전극의 형상은 2 mm×2 mm로 하였다. 다음에, 제1 전극 위에 발광소자를 형성하기 위한 전(前)처리로서, 다공질의 수지(대표적으로는 PVA(폴리비닐 알코올)제, 나일론제 등)로 기판 표면을 세정하고, 200℃에서 1시간 열처리를 행하고, UV 오존 처리를 370초간 행하였다.
다음에, 정공 주입층으로서, 4,4'-비스[N-(4-(N,N-디-m-톨릴아미노)페닐)-N-페닐아미노]비페닐(이하, DNTPD라고 한다)을 20 nm 성막하고, 계속하여, 정공 수송 재료로서 NPB를 40 nm 성막하였다. 이들 적층막 위에, 발광층으로서 t-BuDNA 또는 CzBPA를 40 nm의 막 두께로 형성하였다. 또한, 전자 수송층으로서 Alq3를 20 nm 성막하고, 전자 주입층으로서 불화칼슘(CaF2)을 1 nm 성막하였다. 마지막으로, 제2 전극으로서 Al을 200 nm의 막 두께로 성막하여, 소자를 완성시켰다. 또한, 정공 주입층으로부터 제2 전극에 이르는 막은 모두 저항 가열에 의한 진공 증착법에 의 해 형성하였다. 여기서, t-BuDNA를 발광층으로서 사용하는 소자를 소자 A라 하고, CzBPA를 발광층으로서 사용하는 소자를 소자 B라 한다.
소자 A와 소자 B의 초기 특성을 표 1에 나타낸다.
[표 1]
소자 발광개시전압
(V)
500 Cd/m2시의
전압(V)
색도(x, y) 500 Cd/m2시의
효율(Cd/A)
A 3.4 6.4 (0.15, 0.09) 1.63
B 4.2 7.2 (0.15, 0.10) 2.28
소자 A와 소자 B 어느 것도 청색 발광소자로서 우수한 색도를 제공하지만, 전류 효율은 낮은 것을 알 수 있었다. 이들 소자의 신뢰성 시험 결과를 도 30에 나타낸다. 시험 조건은 초기 휘도 500 cd/A로 설정하고, 정전류로 소자를 구동시켜, 휘도의 경시 변화를 측정하였다.
어느 소자도 반감기는 100시간이 채 되지않고, 안트라센 골격의 9위 및 10위에 축합 방향족기가 도입되어 있는 t-BuDNA나, 안트라센 골격 하나에 대하여 2개의 카르바졸일기를 가지는 CzBPA를 발광층으로서 사용한 발광소자에서는 충분한 신뢰성을 얻을 수 없다는 것을 알 수 있었다.
이것에 대하여, 안트라센 골격과 카르바졸일 골격을 하나씩 가지는 본 발명의 안트라센 유도체인 CzPA를 사용한 경우, 신뢰성이 향상되는 것을 알 수 있었다. 구체적인 데이터를 아래에 나타낸다.
상기한 방법과 마찬가지로, ITSO 위에 정공 주입층으로서 CuPc를 20 nm 형성하고, 정공 수송층으로서 4,4'-디[N,N'-(2-스피로플루오레닐)-N,N'-디페닐]아미노-1,1-비페닐(이하, BSPB라고 한다)을 40 nm 형성하고, 발광층으로서 CzPA를 40 nm 형성하고, 전자 수송층으로서 Alq3를 20 nm 형성하고, 전자 주입층으로서 불화칼슘(CaF2)을 1 nm 형성하고, 제2 전극으로서 Al을 200 nm 형성하였다. 이 소자를 소자 C라 한다. 비교를 위해, 발광층에 CzPA 대신에 t-BuDNA를 40 nm의 막 두께로 형성한 소자(이하, 소자 D라 한다)와, CzPA 대신에 9,10-디(2-나프틸)안트라센(이하, DNA라고 한다)을 40 nm의 막 두께로 형성한 소자(이하, 소자 E라 한다)를 제조하였다.
소자 C, 소자 D 및 소자 E의 초기 특성을 표 2에 나타낸다.
[표 2]
소자 발광개시전압
(V)
500 Cd/m2시의
전압(V)
색도(x, y) 500 Cd/m2시의
효율(Cd/A)
C 5.4 9.6 (0.15, 0.13) 3.42
D 5.2 10.2 (0.15, 0.10) 1.81
E 5.6 10.2 (0.16, 0.17) 2.94
어느 소자도 청색 발광소자로서 우수한 색도를 제공하지만, 소자 C의 전류 효율이 크게 향상되어 있다는 것을 알 수 있었다. 따라서, CzPA는 t-BuDNA나 DNA와 비교하여 전류 효율이 좋다고 할 수 있다.
이들 소자의 신뢰성 시험 결과를 도 31에 나타낸다. 시험 조건은, 초기 휘도 500 cd/A로 설정하고, 정전류로 소자를 구동시키고, 휘도의 경시 변화를 측정하였다. 소자 D와 소자 E는 반감기가 20시간에 못 미치지만, 소자 C는 100시간을 넘고 있다. 이것으로부터, 안트라센 골격과 카르바졸일 골격을 하나씩 가지는 본 발명의 안트라센 유도체인 CzPA를 발광층에 사용한 발광소자의 신뢰성이 매우 높다는 것을 알 수 있었다.
[실시예 7]
본 실시예에서는, 도프형(dope-type) 소자(호스트와 게스트를 가진 발광층을 가지는)의 호스트로서, 본 발명의 안트라센 유도체와 같은, 안트라센 골격과 카르바졸일 골격을 하나씩 도입하고, 안트라센 골격의 9위 및 10위에 페닐기를 도입한 안트라센 유도체를 사용함으로써, 소자의 신뢰성이 향상하는 것을 나타낸다.
소자의 제조는 실시예 6과 마찬가지로 행하고, 제1 전극인 ITSO 위에 정공 주입층으로서 DNTPD를 50 nm 형성하고, 그 위에 정공 수송 재료로서 NPB를 10 nm 형성하였다. 다음에, 발광층을 40 nm 형성하였다. 발광층의 구조는, 본 발명의 안트라센 유도체인 CzPA와 2,5,8,11-테트라-t-부틸페릴렌(이하, TBP라고 한다)과의 공증착막을 사용한 것을 소자 F, t-BuDNA와 TBP와의 공증착막을 사용한 것을 소자 G라 하였다. 호스트인 CzPA 또는 t-BuDNA와 TBP와의 중량비는 모두 1 : 0.01이었다. 이들 발광층 위에 전자 수송층으로서 Alq3를 20 nm 성막하고, 전자 주입층으로서 불화칼슘(CaF2)을 1 nm 성막하고, 제2 전극으로서 Al을 200 nm 성막하였다.
소자 F 및 소자 G의 초기 특성을 표 3에 나타낸다.
[표 3]
소자 발광개시전압
(V)
500 Cd/m2시의
전압(V)
색도(x, y) 500 Cd/m2시의
효율(Cd/A)
F 4.0 6.8 (0.16, 0.27) 5.01
G 3.4 6.0 (0.15, 0.24) 4.33
어느 소자도 비교적 높은 효율이 얻어진다는 것을 알 수 있다.
이들 소자의 신뢰성 시험 결과를 도 32에 나타낸다. 시험 조건은, 초기 휘 도 500 cd/A로 설정하고, 정전류로 소자를 구동시카고, 휘도의 경시 변화를 측정하였다. 소자 G에서는, 10% 휘도 열화가 8시간 정도이며, 예상되는 반감기는 수백 시간 정도에 머물러 있다. 이것에 대하여, 소자 F에서는, 구동 초기에 약간 휘도가 상승하지만, 100시간 후의 휘도 열화는 실질적으로 거의 없다. 예상되는 휘도 반감기는 약 5200시간으로 되어 있다. 이것으로부터, 안트라센 골격과 카르바졸일 골격을 하나씩 포함하고, 또한 안트라센 골격 하나에 대하여 하나의 카르바졸일기를 가지는 본 발명의 CzPA를 발광층에서의 호스트로서 사용하면, 신뢰성이 향상될 수 있다는 것을 알 수 있었다.
[실시예 8]
본 실시예에서는, 실시예 7과 마찬가지로, 도프형 소자의 호스트에 있어서, 안트라센 골격과 카르바졸일 골격을 하나씩 도입하고, 안트라센 골격의 9위 및 10위에 페닐기를 도입한 본 발명의 안트라센 유도체를 사용함으로써, 소자의 신뢰성이 향상되는 것을 나타낸다.
소자의 제조는 실시예 8과 마찬가지로 행하고, 제1 전극인 ITSO 위에 정공 주입층으로서 DNTPD를 50 nm 형성하고, 그 위에 정공 수송 재료로서 NPB를 10 nm 형성하였다. 다음에, 그 위에 발광층을 40 nm 형성하였다. 발광층의 구조는, 본 발명의 안트라센 유도체인 CzPA와 9,10-비스{4-[N-(4-디페닐아미노)페닐-N-페닐]아미노페닐}-2-t-부틸안트라센(이하, DPABPA라고 한다)과의 공증착막을 사용한 것을 소자 H, t-BuDNA와 DPABPA와의 공증착막을 사용한 것을 소자 I라 한다. 호스트인 CzPA 또는 t-BuDNA와 DPABPA와의 중량비는 모두 1 : 0.05이었다. 이들 발광층 위 에 전자 수송층으로서 Alq를 20 nm 성막하고, 전자 주입층으로서 불화칼슘(CaF2)을 1 nm 성막하고, 제2 전극으로서 Al을 200 nm 성막하였다.
소자 H 및 소자 I의 초기 특성을 표 4에 나타낸다.
[표 4]
소자 발광개시전압
(V)
500 Cd/m2시의
전압(V)
색도(x, y) 500 Cd/m2시의
효율(Cd/A)
H 3.6 7.0 (0.22, 0.43) 9.06
I 3.2 6.8 (0.19, 0.38) 9.40
어느 소자도 비교적 높은 효율이 얻어진다는 것을 알 수 있었다.
이들 소자의 신뢰성 시험 결과를 도 33에 나타낸다. 시험 조건은, 초기 휘도 500 cd/A로 설정하고, 정전류로 소자를 구동시키고, 휘도의 경시 변화를 측정하였다. 소자 I에서는, 10% 휘도 열화가 40시간 정도이며, 예상되는 반감기는 1000시간 정도에 머물고 있다. 이것에 대하여, 소자 H에서는, 100시간 후에도 거의 휘도는 저하하지 않고, 예상되는 반감기는 5200시간에 이른다. 이것으로부터, 안트라센 골격에 페닐기가 직접 도입되고, 또한 안트라센 골격 하나에 대하여 하나의 카르바졸일기를 가지는 본 발명의 CzPA를 발광층에서의 호스트로서 사용함으로써, 신뢰성이 향상될 수 있다는 것을 알 수 있었다.
[실시예 9]
본 실시예에서는, 본 발명에서 안트라센 유도체로서 제안된 DPCzPA를 사용한 소자의 제조방법과 그의 특성에 대하여 설명한다.
소자의 제조는 실시예 7과 마찬가지로 행하고, 제1 전극인 ITSO 위에 정공 주입층으로서 CuPc를 20 nm 형성하고, 그 위에 정공 수송 재료로서 BSPB를 40 nm 형성하였다. 다음에, 그 위에 발광층으로서 DPCzPA를 40 nm 형성하였다. 이들 발광층 위에 전자 수송층으로서 Alq를 20 nm 성막하고, 전자 주입층으로서 불화칼슘(CaF2)을 1 nm 성막하고, 제2 전극으로서 Al을 200 nm 성막하였다.
DPCzPA를 사용한 소자의 초기 특성을 표 5에 나타낸다. 청색으로서 우수한 색도를 제공하는 것을 알 수 있었다.
[표 5]
발광개시전압
(V)
500 Cd/m2시의
전압(V)
색도(x, y) 500 Cd/m2시의
효율(Cd/A)
6.8 11.2 (0.15, 0.10) 3.05
[실시예 10]
본 실시예에서는, 본 발명에서 제안하는 안트라센 유도체로서 CzPA를 사용한 도프형 소자에서, 정공 주입층으로서 산화 몰리브덴과 NPB의 공증착막을 사용한 소자의 제조방법과 그의 특성에 대하여 설명한다.
소자의 제조는 실시예 7과 마찬가지로 행하고, 제1 전극인 ITSO 위에 정공 주입층으로서 NPB와 산화 몰리브덴의 공증착막을 형성하였다. 막 두께는 50 nm이고, NPB와 산화 몰리브덴의 중량비는 4 : 1이었다. 이 층 위에 정공 수송 재료로서 NPB를 10 nm 형성하였다. 다음에, 발광층으로서 CzPA와 TBP 또는 CzPA와 DPABPA와의 공증착막을 형성하였다. CzPA와 TBP의 중량비는 1 : 0.01, CzPA와 DPABPA와의 중량비는 1 : 0.05이었다. CzPA와 TBP의 공증착막을 발광층으로서 사용한 소자를 소자 J라 하고, CzPA와 DPABPA와의 공증착막을 발광층으로서 사용한 소자를 소자 K라 한다. 이들 발광층 위에 전자 수송층으로서 Alq를 20 nm 성막하 고, 전자 주입층으로서 불화칼슘(CaF2)을 1 nm 성막하고, 제2 전극으로서 Al을 200 nm 성막하였다.
소자 J 및 소자 K의 초기 특성을 표 6에 나타낸다.
[표 6]
소자 발광개시전압
(V)
500 Cd/m2시의
전압(V)
색도(x, y) 500 Cd/m2시의
효율(Cd/A)
J 3.8 6.4 (0.16, 0.25) 3.53
K 3.4 6.6 (0.22, 0.40) 6.78
어느 소자에서도 효율적으로 발광이 얻어지고, CzPA가 발광층의 호스트로서 적합하게 기능하는 것을 알 수 있었다.
[실시예 11]
본 실시예에서는, 본 발명에서 제안하는 안트라센 유도체로서 CzPA를 사용한 도프형 소자에서, 도펀트로서 9,10-비스{4-[N-(N-페닐-3-카르바졸일)-N-페닐]아미노페닐}-2-t-부틸안트라센(이하, PCABPA라고 한다), 및 9,10-비스{4-[N-(4-카르바졸일)페닐-N-페닐]아미노페닐}-2-t-부틸안트라센(이하, YGABPA라고 한다)를 사용한 소자의 제조방법과 그의 특성에 대하여 설명한다.
소자의 제조는 실시예 7과 마찬가지로 행하고, 제1 전극인 ITSO 위에 정공 주입층으로서 DNTPD를 50 nm 형성하고, 그 위에 정공 수송 재료로서 NPB를 10 nm 적층하였다. 다음에, 발광층으로서 CzPA와 PCABPA 또는 CzPA와 YGABPA와의 공증착막을 40 nm의 막 두께로 형성하였다. CzPA와 PCABPA의 중량비는 1 : 0.05, CzPA와 YGABPA와의 중량비는 1 : 0.1이었다. CzPA와 PCABPA의 공증착막을 발광층으로서 사용한 소자를 소자 L이라 하고, CzPA와 YGABPA와의 공증착막을 발광층으로서 사용 한 소자를 소자 M이라 한다. 이들 발광층 위에 전자 수송층으로서 Alq를 20 nm 성막하고, 전자 주입층으로서 불화칼슘(CaF2)을 1 nm 성막하고, 제2 전극으로서 Al을 200 nm 성막하였다.
소자 L 및 소자 M의 초기 특성을 표 7에 나타낸다.
[표 7]
소자 발광개시전압
(V)
500 Cd/m2시의
전압(V)
색도(x, y) 500 Cd/m2시의
효율(Cd/A)
L 3.0 4.6 (0.17, 0.35) 10.5
M 3.6 5.2 (0.15, 0.24) 6.81
어느 소자에서도 효율적으로 발광이 얻어지고, CzPA가 발광층의 호스트로서 적합하게 기능하는 것을 알 수 있었다.
[실시예 12]
본 실시예에서는, 본 발명에서 제안하는 안트라센 유도체로서 CzPA를 사용한 도프형 소자에서, 도펀트로서 9,10-비스{4-[N-(N-페닐-3-카르바졸일)-N-페닐]아미노페닐}-2-t-부틸안트라센(이하, PCABPA라고 한다), 및 9,10-비스{4-[N-(4-카르바졸일)페닐-N-페닐]아미노페닐}-2-t-부틸안트라센(이하, YGABPA라고 한다)을 사용하고, 정공 주입층으로서 산화 몰리브덴과 NPB의 공증착막을 사용한 소자의 제조방법과 그의 특성에 대하여 설명한다.
소자의 제조는 실시예 7과 마찬가지로 행하고, 제1 전극인 ITSO 위에 정공 주입층으로서 NPB와 산화 몰리브덴의 공증착막을 형성하였다. 막 두께는 50 nm이고, NPB와 산화 몰리브덴의 중량비는 4 : 1이었다. 이 층 위에 정공 수송 재료로서 NPB를 10 nm 형성하였다. 다음에, 발광층으로서 CzPA와 PCABPA 또는 CzPA와 YGABPA와의 공증착막을 40 nm의 막 두께로 형성하였다. CzPA와 PCABPA의 중량비는 1 : 0.05, CzPA와 YGABPA와의 중량비는 1 : 0.1이었다. CzPA와 PCABPA의 공증착막을 발광층으로서 사용한 소자를 소자 N이라 하고, CzPA와 YGABPA와의 공증착막을 발광층으로서 사용한 소자를 소자 O라 한다. 이들 발광층 위에 전자 수송층으로서 Alq를 20 nm 성막하고, 전자 주입층으로서 불화칼슘(CaF2)을 1 nm 성막하고, 제2 전극으로서 Al을 200 nm 성막하였다.
소자 N 및 소자 O의 초기 특성을 표 8에 나타낸다.
[표 8]
소자 발광개시전압
(V)
500 Cd/m2시의
전압(V)
색도(x, y) 500 Cd/m2시의
효율(Cd/A)
N 3.0 4.4 (0.17, 0.31) 7.99
O 3.4 5.2 (0.16, 0.21) 4.25
어느 소자에서도 효율적으로 발광이 얻어지고, CzPA가 발광층의 호스트로서 적합하게 기능하는 것을 알 수 있었다. 또한, DNTPD를 정공 주입층으로서 사용한 실시예 11과 비교하면, 청색의 색도가 개선되어 있는 것을 알 수 있었다.
[실시예 13]
본 실시예에서는, 본 발명에서 제안하는 안트라센 유도체로서 CzPA 및 CzA1PA를 사용한 도프형 소자에서, 호스트로서 CzPA를 사용하고, 도펀트로서 CzA1PA를 사용한 발광소자의 제조방법과 그의 특성에 대하여 설명한다.
소자의 제조는 실시예 7과 마찬가지로 행하고, 제1 전극인 ITSO 위에 정공 주입층으로서 DNTPD를 50 nm의 막 두께로 형성하였다. 그 위에 정공 수송 재료로서 NPB를 10 nm 형성하였다. 다음에, 발광층으로서 CzPA와 CzA1PA와의 공증착막을 40 nm의 막 두께로 형성하였다. CzPA와 CzA1PA의 중량비는 1 : 0.10이었다. 이들 발광층 위에 전자 수송층으로서 Alq를 10 nm 또는 20 nm 성막하고, 전자 주입층으로서 Alq와 리튬의 공증착막(Alq : Li = 1 : 0.01)을 10 nm 또는 불화칼슘(CaF2)을 1 nm 성막하고, 제2 전극으로서 Al을 200 nm 성막하였다. 전자 수송층으로서 Alq를 10 nm 형성하고, 전자 주입층으로서 Alq와 리튬의 공증착막을 형성한 소자를 소자 P1이라 하고, 전자 수송층으로서 Alq를 20 nm, 전자 주입층으로서 불화칼슘을 사용한 소자를 소자 P2라 한다.
소자 P1 및 소자 P2의 초기 특성을 표 9에 나타낸다.
[표 9]
소자 발광개시전압
(V)
500 Cd/m2시의
전압(V)
색도(x, y) 500 Cd/m2시의
효율(Cd/A)
P1 3.6 6.4 (0.16, 0.19) 3.71
P2 4.0 7.6 (0.16, 0.19) 3.18
어느 소자에서도 효율적으로 발광이 얻어지고, CzPA가 발광층의 호스트로서, CzA1PA가 발광층의 도펀트로서 적합하게 기능하는 것을 알 수 있었다.
[실시예 14]
본 실시예에서는, 본 발명에서 제안하는 안트라센 유도체로서 CzA1PA를 사용한 발광소자의 제조방법과 그의 특성에 대하여 설명한다.
소자의 제조는 실시예 7과 마찬가지로 행하고, 정공 주입층으로서 DNTPD를 50 nm의 막 두께로 형성하였다. 그 위에 정공 수송 재료로서 NPB를 10 nm 형성하였다. 다음에, 발광층으로서 CzA1PA를 40 nm의 막 두께로 형성하였다. 이들 발광층 위에 전자 수송층으로서 Alq를 10 nm 성막하고, 전자 주입층으로서 Alq와 리튬 의 공증착막(Alq : Li=1 : 0.01)을 10 nm 성막하고, 제2 전극으로서 Al을 200 nm 성막하였다. 이 소자를 소자 Q라 한다.
소자 Q의 초기 특성을 표 10에 나타낸다.
[표 10]
소자 발광개시전압
(V)
500 Cd/m2시의
전압(V)
색도(x, y) 500 Cd/m2시의
효율(Cd/A)
Q 3.6 5.4 (0.22, 0.32) 3.31
이 소자에서도 효율적으로 발광이 얻어지고, CzA1PA가 발광층의 호스트로서 적합하게 기능하는 것을 알 수 있었다.
[실시예 15]
본 실시예에서는, 본 발명에서 제안하는 안트라센 유도체로서 DPCzPA를 사용한 도프형 소자에서, 호스트로서 DPCzPA를 사용하고, 도펀트로서 TBP를 사용한 발광소자의 제조방법과 그의 특성에 대하여 설명한다.
소자의 제조는 실시예 7과 마찬가지로 행하고, 정공 주입층으로서 CuPc를 20 nm의 막 두께로 형성하였다. 그 위에 정공 수송 재료로서 NPB 또는 BSPB를 40 nm 형성하였다. 다음에, 발광층으로서 DPCzPA와 TBP와의 공증착막을 40 nm의 막 두께로 형성하였다. DPCzPA와 TBP의 중량비는 1 : 0.01이었다. 이들 발광층 위에 전자 수송층으로서 Alq를 20 nm 성막하고, 전자 주입층으로서 Alq와 리튬의 공증착막(Alq : Li=1 : 0.01) 또는 불화칼슘(CaF2)을 1 nm 성막하고, 제2 전극으로서 Al을 200 nm 성막하였다. 정공 수송층으로서 NPB를 사용한 소자를 소자 R1이라 하고, BSPB를 사용한 소자를 소자 R2라 한다.
소자 R1 및 소자 R2의 초기 특성을 표 11에 나타낸다.
[표 11]
소자 발광개시전압
(V)
500 Cd/m2시의
전압(V)
색도(x, y) 500 Cd/m2시의
효율(Cd/A)
R1 5.4 9.8 (0.15, 0.25) 4.88
R2 5.5 10.2 (0.15, 0.26) 4.63
어느 소자에서도 효율적으로 발광이 얻어지고, DPCzPA가 발광층의 호스트로서 적합하게 기능하는 것을 알 수 있었다.
[실시예 16]
본 실시예에서는, 본 발명에서 제안하는 안트라센 유도체로서 DPCzPA를 사용한 도프형 소자에서, 호스트로서 DPCzPA를 사용하고, 도펀트로서 PCABPA를 사용한 발광소자의 제조방법과 그의 특성에 대하여 설명한다.
소자의 제조는 실시예 7과 마찬가지로 행하고, 제1 전극인 ITSO 위에 정공 주입층으로서 막 두께 50 nm의 DNTPD 또는 막 두께 20 nm의 CuPc를 형성하였다. 그 위에 정공 수송 재료로서 NPB를 10 nm 형성하였다. 다음에, 발광층으로서 DPCzPA와 PCABPA와의 공증착막을 40 nm의 막 두께로 형성하였다. DPCzPA와 PCABPA의 중량비는 1 : 0.04이었다. 이들 발광층 위에 전자 수송층으로서 Alq를 10 nm 성막하고, 전자 주입층으로서 Alq와 리튬의 공증착막(Alq : Li=1 : 0.01)을 10 nm 또는 불화칼슘(CaF2)을 1 nm 성막하고, 제2 전극으로서 Al을 200 nm 성막하였다. 정공 주입층으로서 DNTPD를 사용한 소자를 소자 S1이라 하고, CuPc를 사용한 소자를 소자 S2라 한다.
소자 S1 및 소자 S2의 초기 특성을 표 12에 나타낸다.
[표 12]
소자 발광개시전압
(V)
500 Cd/m2시의
전압(V)
색도(x, y) 500 Cd/m2시의
효율(Cd/A)
S1 3.7 5.5 (0.17, 0.32) 9.87
S2 4.0 6.4 (0.17, 0.31) 10.11
어느 소자에서도 효율적으로 발광이 얻어지고, DPCzPA가 발광층의 호스트로서 적합하게 기능하는 것을 알 수 있었다.

Claims (23)

  1. 발광장치로서,
    기판과,
    상기 기판 위의 하지 절연막과,
    상기 하지 절연막 위의 제1 전극과,
    상기 제1 전극 위의 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 층을 구비하고,
    상기 층은 하기식 (5) 및 (57) 중 어느 하나로 나타내어지는 안트라센 유도체를 포함하는, 발광장치.
    Figure 112013058558010-pct00112
  2. 발광장치로서,
    기판과,
    상기 기판 위의 하지 절연막과,
    상기 하지 절연막 위의 제1 전극과,
    상기 제1 전극 위의 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 층을 구비하고,
    상기 층은 하기 식 (23)으로 나타내어지는 안트라센 유도체를 포함하는, 발광장치.
    Figure 112013058558010-pct00113
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  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 층은 상기 안트라센 유도체의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭의 도펀트를 더 구비한, 발광장치.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광장치는 상기 층과 상기 제2 전극 사이에 전자 수송층을 더 구비한, 발광장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 층은 상기 안트라센 유도체보다 작은 밴드 갭을 가진 제1 도펀트를 더 구비하고,
    상기 전자 수송층은 제2 도펀트를 구비한, 발광장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광장치는 상기 제1 전극과 상기 층 사이에 정공 주입층을 더 구비한, 발광장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 정공 주입층은 금속 산화물과 유기 화합물을 구비한, 발광장치.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하지 절연막은 산화규소, 질화규소, 질소를 함유하는 산화규소, 산소를 함유하는 질화규소로부터 선택된 어느 하나의 재료를 구비한, 발광장치.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 발광장치를 구비한 전자기기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 발광장치가 백색광을 발하는, 전자기기.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광장치는 상기 제1 전극과 상기 층 사이에 정공 주입층을 더 구비한, 발광장치.
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