KR101407463B1 - 유기금속 착체 및 이를 사용한 발광 소자와 발광 장치 - Google Patents

유기금속 착체 및 이를 사용한 발광 소자와 발광 장치 Download PDF

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명의 목적은 인광(燐光)을 발광할 수 있는 화학식 101의 유기금속 착체를 제공하는 것이다.
화학식 101
Figure 112013055150756-pat00112

위의 화학식 101에서,
X는 -O- 또는 -N(R10)-(여기서, R10은 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 및 탄소수 4 내지 10의 헤테로아릴 그룹 중의 하나이다)이고,
R1 내지 R9는 각각 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카보닐 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실옥시 그룹, 할로겐 그룹, 할로알킬 그룹 및 탄소수 6 내지 12의 치환되거나 치환되지 않은 아릴 그룹 중의 하나이며,
M은 제9족 또는 제10족 원소이다.

Description

유기금속 착체 및 이를 사용한 발광 소자와 발광 장치{Organometallic complex, and light-emitting element and light-emitting device using the same}
본 발명은 전류 여기에 의해 발광할 수 있는 물질에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 삼중항 여기 상태로부터의 발광이 수득되는 물질에 관한 것이다. 또한, 이러한 물질을 사용한 발광 소자 및 발광 장치에 관한 것이다.
유기 화합물을 사용한 발광 소자는 박형 경량 및 고속 응답성의 특징이 있다. 또한, 유기 화합물을 사용한 발광 소자는 자발광 소자이다. 따라서, 이를 화소부에 사용한 디스플레이 장치의 개발이 최근 활발하게 이루어지고 있다.
발광 소자의 발광 메커니즘은 다음과 같다. 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 개재시키고 전압을 인가하면, 캐소드에서 주입된 전자와 애노드에서 주입된 정공이 발광층의 발광 중심에서 재결합하여 분자 여기자(exiton)가 형성되고, 분자 여기자가 기저 상태로 되돌아갈 때에 에너지가 방출되어 발광한다. 여기 상태에는 일중항 여기 상태와 삼중항 여기 상태가 공지되어 있으며, 발광은 둘 중 어떠한 여기 상태를 거쳐도 가능한 것으로 간주된다.
이러한 발광 소자에서, 일중항 여기 상태보다 삼중항 여기 상태가 더욱 많이 생성되기 때문에, 삼중항 여기 상태로부터 발광할 수 있는 재료(인광(燐光) 재료)를 사용함으로써 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다. 따라서, 현재까지 발광 소자에 인광 재료를 사용하려는 시도가 많이 이루어지고 있다.
녹색광을 나타내는 대표적인 인광 재료에는, 이리듐(Ir)을 중심 금속으로 하는 금속 착체(이하, "Ir 착체")가 있다[참조: M.A. Baldo and four others, Applied Physics Letters, Vol. 75, No. 1, p. 4]. 상기 문헌에서는 2-페닐피리딘을 리간드로 하는 Ir 착체를 호스트 재료에 분산시켜 녹색 발광을 수득하고 있다.
그러나, 대부분의 인광 재료는 일반적으로 적색광이나 오렌지색광과 같은 비교적 장파장의 발광을 나타내며, 녹색이나 청색의 발광을 나타내는 인광 재료에 관한 보고는 아직 적다. 2-페닐피리딘 및 이의 유도체를 리간드로 하는 Ir 착체는 녹색 내지 청색의 발광을 나타내는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 정공의 주입이 용이한 반면 전자의 주입이 어려운 성질이 있기 때문에, 이를 발광 소자에 적용하는 경우 발광 소자 구조가 한정된다. 또한, 유기금속 착체의 전반적인 성질인 내열성이 부족하다는 문제도 있다.
따라서, 인광 재료를 발광 소자에 적용하는 경우, 인광 재료가 호스트 재료, 정공 수송 재료 및 전자 수송 재료와 같은 여러 주변 재료와의 배합에 대응할 수 있도록, 녹색 내지 청색의 파장대에서 발광하는 각종 인광 재료를 개발하는 것이 요구되고 있다. 또한, 내열성이 높은 녹색광 또는 청색광의 인광 재료의 개발이 요구되고 있다.
상기의 문제점들을 감안하여, 본 발명의 목적은 인광을 발광할 수 있는 신규 물질을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 녹색 내지 청색의 파장대에서 인광을 발광하는 신규 물질을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 인광 발광을 하고 내열성이 우수한 신규 물질을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 신규 물질을 사용하여 녹색 내지 청색의 파장대에서 발광하는 고효율 발광 소자를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 상기 발광 소자를 사용한 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 3,5-디페닐-1,2,4-트리아졸 유도체를 리간드로 하는 오르토메탈 착체가 녹색 내지 청색의 파장대에서 인광을 발광함을 밝혀내었다. 또한, 2,5-디페닐-1,3,4-옥사디아졸 유도체를 리간드로 하는 오르토메탈 착체가 녹색 내지 청색의 파장대에서 인광을 발광함을 밝혀내었다.
본 발명의 한 가지 측면은 화학식 101의 구조를 갖는 유기금속 착체이다.
Figure 112013055150756-pat00001
위의 화학식 101에서,
X는 -O- 또는 -N(R10)-(여기서, R10은 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 및 탄소수 4 내지 10의 헤테로아릴 그룹 중의 하나이다)이고,
R1 내지 R9는 각각 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카보닐 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실옥시 그룹, 할로겐 그룹, 할로알킬 그룹 및 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 중의 하나이며,
M은 제9족 또는 제10족 원소이다.
여기서, 알킬 그룹은 메틸 그룹, 에틸 그룹, 이소프로필 그룹 및 3급-부틸 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 사이클로알킬 그룹으로는 사이클로헥실 그룹이 바람직하다. 또한, 알콕시 그룹으로는 메톡시 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 알콕시카보닐 그룹으로는 메톡시카보닐 그룹이 바람직하다. 아실 그룹으로는 아세틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아실옥시 그룹으로는 아세톡시 그룹이 바람직하다. 또한, 할로겐 그룹으로는 플루오로 그룹이 바람직하다. 또한, 할로알킬 그룹으로는 트리플루오로메틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 아릴 그룹은 페닐 그룹, 플루오로 그룹으로 치환된 페닐 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹으로 치환된 페닐 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 헤테로아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 헤테로아릴 그룹으로는 피리딜 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 제9족 원소로는 이리듐이 특히 바람직하고, 제10족 원소로는 백금이 특히 바람직하다.
또한, 상술한 치환기 중에서, 플루오로 그룹과 트리플루오로메틸 그룹은 발광 파장을 단파장화시키는 효과가 있기 때문에, 이들 그룹은 본 발명에서 특히 바람직하다. 이의 원인으로서는, 플루오로 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹과 같은 전자 유인성(electron-withdrawing) 치환기를 도입시키면, 유기금속 착체의 HOMO 준위의 에너지가 안정화된다. 이는 유기금속 착체의 HOMO 준위가 내려가기 때문인데, 그 결과 에너지 갭이 커진다.
본 발명의 한 가지 측면은 화학식 102의 유기금속 착체이다.
Figure 112013055150756-pat00002
위의 화학식 102에서,
X는 -O- 또는 -N(R20)-(여기서, R20는 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 및 탄소수 4 내지 10의 헤테로아릴 그룹 중의 하나이다)이고,
R11 내지 R19는 각각 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카보닐 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실옥시 그룹, 할로겐 그룹, 할로알킬 그룹 및 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 중의 하나이고,
M은 제9족 또는 제10족 원소이며, M이 제9족 원소인 경우, n은 2이고, M이 제10족 원소인 경우, n은 1이며,
L은 1가 음이온성 두자리 리간드(monoanionic bidentate ligand)이다.
여기서, 알킬 그룹은 메틸 그룹, 에틸 그룹, 이소프로필 그룹 및 3급-부틸 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 사이클로알킬 그룹으로는 사이클로헥실 그룹이 바람직하다. 또한, 알콕시 그룹으로는 메톡시 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 알콕시카보닐 그룹으로는 메톡시카보닐 그룹이 바람직하다. 아실 그룹으로는 아세틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아실옥시 그룹으로는 아세톡시 그룹이 바람직하다. 또한, 할로겐 그룹으로는 플루오로 그룹이 바람직하다. 또한, 할로알킬 그룹으로는 트리플루오로메틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 아릴 그룹은 페닐 그룹, 플루오로 그룹으로 치환된 페닐 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹으로 치환된 페닐 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 헤테로아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 헤테로아릴 그룹으로는 피리딜 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 제9족 원소로는 이리듐이 특히 바람직하고, 제10족 원소로는 백금이 특히 바람직하다. 또한, 1가 음이온성 두자리 리간드로서는, β-디케톤 구조를 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 카르복실 그룹을 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 페놀성 하이드록실 그룹을 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 2개의 배위 원자가 모두 질소인 1가 음이온성 두자리 리간드 중의 하나가 합성이 용이하기 때문에 바람직하다.
또한, 상술한 치환기 중에서, 플루오로 그룹과 트리플루오로메틸 그룹은 발광 파장을 단파장화시키는 효과가 있기 때문에, 이들 그룹은 본 발명에서 특히 바람직하다. 이의 원인으로서는, 플루오로 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹과 같은 전자 유인성 치환기를 도입시키면, 유기금속 착체의 HOMO 준위의 에너지가 안정화된다. 이는 유기금속 착체의 HOMO 준위가 내려가기 때문인데, 그 결과 에너지 갭이 커진다.
본 발명의 한 가지 측면은 화학식 103의 구조를 갖는 유기금속 착체이다. 또한, 발광 효율 및 내열성 측면에서, 화학식 103의 중심 금속으로서 백금보다는 이리듐이 더 적합하다.
Figure 112013055150756-pat00003
위의 화학식 103에서,
X는 -O- 또는 -N(R30)-(여기서, R30는 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 및 탄소수 4 내지 10의 헤테로아릴 그룹 중의 하나이다)이고,
R21 내지 R29는 각각 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카보닐 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실옥시 그룹, 할로겐 그룹, 할로알킬 그룹 및 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 중의 하나이다.
여기서, 알킬 그룹은 메틸 그룹, 에틸 그룹, 이소프로필 그룹 및 3급-부틸 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 사이클로알킬 그룹으로는 사이클로헥실 그룹이 바람직하다. 또한, 알콕시 그룹으로는 메톡시 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 알콕시카보닐 그룹으로는 메톡시카보닐 그룹이 바람직하다. 아실 그룹으로는 아세틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아실옥시 그룹으로는 아세톡시 그룹이 바람직하다. 또한, 할로겐 그룹으로는 플루오로 그룹이 바람직하다. 또한, 할로알킬 그룹으로는 트리플루오로메틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 아릴 그룹은 페닐 그룹, 플루오로 그룹으로 치환된 페닐 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹으로 치환된 페닐 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 헤테로아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 헤테로아릴 그룹으로는 피리딜 그룹이 특히 바람직하다.
또한, 상술한 치환기 중에서, 플루오로 그룹과 트리플루오로메틸 그룹은 발광 파장을 단파장화시키는 효과가 있기 때문에, 이들 그룹은 본 발명에서 특히 바람직하다. 이의 원인으로서는, 플루오로 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹과 같은 전자 유인성 치환기를 도입시키면, 유기금속 착체의 HOMO 준위의 에너지가 안정화된다. 이는 유기금속 착체의 HOMO 준위가 내려가기 때문인데, 그 결과 에너지 갭이 커진다.
본 발명의 한 가지 측면은 화학식 104의 유기금속 착체이다. 또한, 발광 효율 및 내열성 측면에서, 화학식 104의 중심 금속으로서 백금보다는 이리듐이 더 적합하다.
Figure 112013055150756-pat00004
위의 화학식 104에서,
X는 -O- 또는 -N(R40)-(여기서, R40는 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 및 탄소수 4 내지 10의 헤테로아릴 그룹 중의 하나이다)이고,
R31 내지 R39는 각각 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카보닐 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실옥시 그룹, 할로겐 그룹, 할로알킬 그룹 및 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 중의 하나이며,
L은 1가 음이온성 두자리 리간드이다.
여기서, 알킬 그룹은 메틸 그룹, 에틸 그룹, 이소프로필 그룹 및 3급-부틸 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 사이클로알킬 그룹으로는 사이클로헥실 그룹이 바람직하다. 또한, 알콕시 그룹으로는 메톡시 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 알콕시카보닐 그룹으로는 메톡시카보닐 그룹이 바람직하다. 아실 그룹으로는 아세틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아실옥시 그룹으로는 아세톡시 그룹이 바람직하다. 또한, 할로겐 그룹으로는 플루오로 그룹이 바람직하다. 또한, 할로알킬 그룹으로는 트리플루오로메틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 아릴 그룹은 페닐 그룹, 플루오로 그룹으로 치환된 페닐 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹으로 치환된 페닐 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 헤테로아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 헤테로아릴 그룹으로는 피리딜 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 1가 음이온성 두자리 리간드로서는, β-디케톤 구조를 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 카르복실 그룹을 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 페놀성 하이드록실 그룹을 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 2개의 배위 원자가 모두 질소인 1가 음이온성 두자리 리간드 중의 하나가 합성이 용이하기 때문에 바람직하다.
또한, 상술한 치환기 중에서, 플루오로 그룹과 트리플루오로메틸 그룹은 발광 파장을 단파장화시키는 효과가 있기 때문에, 이들 그룹은 본 발명에서 특히 바람직하다. 이의 원인으로서는, 플루오로 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹과 같은 전자 유인성 치환기를 도입시키면, 유기금속 착체의 HOMO 준위의 에너지가 안정화된다. 이는 유기금속 착체의 HOMO 준위가 내려가기 때문인데, 그 결과 에너지 갭이 커진다.
또한, 화학식 102 또는 104의 유기금속 착체에서, L이 화학식 1 내지 화학식 5의 리간드 중의 하나인 것이 바람직하다.
Figure 112013055150756-pat00005
Figure 112013055150756-pat00006
Figure 112013055150756-pat00007
Figure 112013055150756-pat00008
Figure 112013055150756-pat00009
본 발명의 한 가지 측면은 화학식 105의 구조를 갖는 유기금속 착체이다.
Figure 112013055150756-pat00010
위의 화학식 105에서,
R41 및 R42는 각각 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카보닐 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실옥시 그룹, 할로겐 그룹, 할로알킬 그룹 및 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 중의 하나이고,
M은 제9족 또는 제10족 원소이다.
여기서, 알킬 그룹은 메틸 그룹, 에틸 그룹, 이소프로필 그룹 및 3급-부틸 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 바람직하다.
또한, 사이클로알킬 그룹으로는 사이클로헥실 그룹이 바람직하다. 또한, 알콕시 그룹으로는 메톡시 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 알콕시카보닐 그룹으로는, 메톡시카보닐 그룹이 바람직하다. 아실 그룹으로는 아세틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아실옥시 그룹으로는 아세톡시 그룹이 바람직하다. 또한, 할로겐 그룹으로는 플루오로 그룹이 바람직하다. 또한, 할로알킬 그룹으로는 트리플루오로메틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 아릴 그룹은 페닐 그룹, 플루오로 그룹으로 치환된 페닐 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹으로 치환된 페닐 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 제9족 원소로는 이리듐이 특히 바람직하고, 제10족 원소로는 백금이 특히 바람직하다.
또한, 상술한 치환기 중에서, 플루오로 그룹과 트리플루오로메틸 그룹은 발광 파장을 단파장화시키는 효과가 있기 때문에, 이들 그룹은 본 발명에서 특히 바람직하다. 이의 원인으로서는, 플루오로 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹과 같은 전자 유인성 치환기를 도입시키면, 유기금속 착체의 HOMO 준위의 에너지가 안정화된다. 이는 유기금속 착체의 HOMO 준위가 내려가기 때문인데, 그 결과 에너지 갭이 커진다.
본 발명의 한 가지 측면은 화학식 106의 유기금속 착체이다.
Figure 112013055150756-pat00011
위의 화학식 106에서,
R43 및 R44는 각각 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카보닐 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실옥시 그룹, 할로겐 그룹, 할로알킬 그룹 및 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 중의 하나이고,
M은 제9족 또는 제10족 원소이며, M이 제9족 원소인 경우, n은 2이고, M이 제10족 원소인 경우, n은 1이며,
L은 1가 음이온성 두자리 리간드이다.
여기서, 알킬 그룹은 메틸 그룹, 에틸 그룹, 이소프로필 그룹 및 3급-부틸 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 사이클로알킬 그룹으로는 사이클로헥실 그룹이 바람직하다. 또한, 알콕시 그룹으로는 메톡시 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 알콕시카보닐 그룹으로는 메톡시카보닐 그룹이 바람직하다. 아실 그룹으로는 아세틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아실옥시 그룹으로는 아세톡시 그룹이 바람직하다. 또한, 할로겐 그룹으로는 플루오로 그룹이 바람직하다. 또한, 할로알킬 그룹으로는 트리플루오로메틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 아릴 그룹은 페닐 그룹, 플루오로 그룹으로 치환된 페닐 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹으로 치환된 페닐 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 제9족 원소로는 이리듐이 특히 바람직하고, 제10족 원소로는 백금이 특히 바람직하다. 또한, 1가 음이온성 두자리 리간드로서는, β-디케톤 구조를 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 카르복실 그룹을 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 페놀성 하이드록실 그룹을 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 2개의 배위 원자가 모두 질소인 1가 음이온성 두자리 리간드 중의 하나가 합성이 용이하기 때문에 바람직하다.
또한, 상술한 치환기 중에서, 플루오로 그룹과 트리플루오로메틸 그룹은 발광 파장을 단파장화시키는 효과가 있기 때문에, 이들 그룹은 본 발명에서 특히 바람직하다. 이의 원인으로서는, 플루오로 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹과 같은 전자 유인성 치환기를 도입시키면, 유기금속 착체의 HOMO 준위의 에너지가 안정화된다. 이는 유기금속 착체의 HOMO 준위가 내려가기 때문인데, 그 결과 에너지 갭이 커진다.
본 발명의 한 가지 측면은 화학식 107의 구조를 갖는 유기금속 착체이다. 또한, 발광 효율 및 내열성 측면에서, 화학식 107의 중심 금속으로서 백금보다는 이리듐이 더 적합하다.
Figure 112013055150756-pat00012
위의 화학식 107에서,
R45 및 R46는 각각 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카보닐 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실옥시 그룹, 할로겐 그룹, 할로알킬 그룹 및 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 중의 하나이다.
여기서, 알킬 그룹은 메틸 그룹, 에틸 그룹, 이소프로필 그룹 및 3급-부틸 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 사이클로알킬 그룹으로는 사이클로헥실 그룹이 바람직하다. 또한, 알콕시 그룹으로는 메톡시 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 알콕시카보닐 그룹으로는 메톡시카보닐 그룹이 바람직하다. 아실 그룹으로는 아세틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아실옥시 그룹으로는 아세톡시 그룹이 바람직하다. 또한, 할로겐 그룹으로는 플루오로 그룹이 바람직하다. 또한, 할로알킬 그룹으로는 트리플루오로메틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 아릴 그룹은 페닐 그룹, 플루오로 그룹으로 치환된 페닐 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹으로 치환된 페닐 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다.
또한, 상술한 치환기 중에서, 플루오로 그룹과 트리플루오로메틸 그룹은 발광 파장을 단파장화시키는 효과가 있기 때문에, 이들 그룹은 본 발명에서 특히 바람직하다. 이의 원인으로서는, 플루오로 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹과 같은 전자 유인성 치환기를 도입시키면, 유기금속 착체의 HOMO 준위의 에너지가 안정화된다. 이는 유기금속 착체의 HOMO 준위가 내려가기 때문인데, 그 결과 에너지 갭이 커진다.
본 발명의 한 가지 측면은 화학식 108의 유기금속 착체이다. 또한, 발광 효율 및 내열성 측면에서, 화학식 108의 중심 금속으로서 백금보다는 이리듐이 더 적합하다.
Figure 112013055150756-pat00013
위의 화학식 108에서,
R47 및 R48은 각각 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카보닐 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실옥시 그룹, 할로겐 그룹, 할로알킬 그룹 및 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 중의 하나이고,
L은 1가 음이온성 두자리 리간드이다.
여기서, 알킬 그룹은 메틸 그룹, 에틸 그룹, 이소프로필 그룹 및 3급-부틸 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 사이클로알킬 그룹으로는 사이클로헥실 그룹이 바람직하다. 또한, 알콕시 그룹으로는 메톡시 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 알콕시카보닐 그룹으로는, 메톡시카보닐 그룹이 바람직하다. 아실 그룹으로는 아세틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아실옥시 그룹으로는 아세톡시 그룹이 바람직하다. 또한, 할로겐 그룹으로는 플루오로 그룹이 바람직하다. 또한, 할로알킬 그룹으로는 트리플루오로메틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 아릴 그룹은 페닐 그룹, 플루오로 그룹으로 치환된 페닐 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹으로 치환된 페닐 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 1가 음이온성 두자리 리간드로서는, β-디케톤 구조를 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 카르복실 그룹을 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 페놀성 하이드록실 그룹을 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 2개의 배위 원자가 모두 질소인 1가 음이온성 두자리 리간드 중의 하나가 합성이 용이하기 때문에 바람직하다.
또한, 상술한 치환기 중에서, 플루오로 그룹과 트리플루오로메틸 그룹은 발광 파장을 단파장화시키는 효과가 있기 때문에, 특히 본 발명에 있어서는 적합하다. 이의 원인으로서는, 플루오로 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹과 같은 전자 유인성 치환기를 도입시키면, 유기금속 착체의 HOMO 준위의 에너지가 안정화된다. 이는 유기금속 착체의 HOMO 준위가 내려가기 때문인데, 그 결과 에너지 갭이 커진다.
또한, 화학식 106 및 108의 유기금속 착체에서, L이 화학식 1 내지 화학식 5의 리간드 중의 하나인 것이 바람직하다.
화학식 1
Figure 112013055150756-pat00014
화학식 2
Figure 112013055150756-pat00015
화학식 3
Figure 112013055150756-pat00016
화학식 4
Figure 112013055150756-pat00017
화학식 5
Figure 112013055150756-pat00018
본 발명의 한 가지 측면은 화학식 109의 구조를 갖는 유기금속 착체이다.
Figure 112013055150756-pat00019
위의 화학식 109에서,
R49 및 R50은 각각 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카보닐 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실옥시 그룹, 할로겐 그룹, 할로알킬 그룹 및 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 중의 하나이고,
M은 제9족 또는 제10족 원소이다.
여기서, 알킬 그룹은 메틸 그룹, 에틸 그룹, 이소프로필 그룹 및 3급-부틸 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 사이클로알킬 그룹으로는 사이클로헥실 그룹이 바람직하다. 또한, 알콕시 그룹으로는 메톡시 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 알콕시카보닐 그룹으로는 메톡시카보닐 그룹이 바람직하다. 아실 그룹으로는 아세틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아실옥시 그룹으로는 아세톡시 그룹이 바람직하다. 또한, 할로겐 그룹으로는 플루오로 그룹이 바람직하다. 또한, 할로알킬 그룹으로는 트리플루오로메틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 아릴 그룹은 페닐 그룹, 플루오로 그룹으로 치환된 페닐 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹으로 치환된 페닐 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 제9족 원소로는 이리듐이 특히 바람직하고, 제10족 원소로는 백금이 특히 바람직하다.
또한, 상술한 치환기 중에서, 플루오로 그룹과 트리플루오로메틸 그룹은 발광 파장을 단파장화시키는 효과가 있기 때문에, 이들 그룹은 본 발명에서 특히 바람직하다. 이의 원인으로서는, 플루오로 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹과 같은 전자 유인성 치환기를 도입시키면, 유기금속 착체의 HOMO 준위의 에너지가 안정화된다. 이는 유기금속 착체의 HOMO 준위가 내려가기 때문인데, 그 결과 에너지 갭이 커진다.
본 발명의 한 가지 측면은 화학식 110의 유기금속 착체이다.
Figure 112013055150756-pat00020
위의 화학식 110에서,
R51 및 R52는 각각 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카보닐 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실옥시 그룹, 할로겐 그룹, 할로알킬 그룹 및 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 중의 하나이고,
M은 제9족 또는 제10족 원소이며, M이 제9족 원소인 경우, n은 2이고, M이 제10족 원소인 경우, n은 1이며,
L은 1가 음이온성 두자리 리간드이다.
여기서, 알킬 그룹은 메틸 그룹, 에틸 그룹, 이소프로필 그룹 및 3급-부틸 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 사이클로알킬 그룹으로는 사이클로헥실 그룹이 바람직하다. 또한, 알콕시 그룹으로는 메톡시 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 알콕시카보닐 그룹으로는 메톡시카보닐 그룹이 바람직하다. 아실 그룹으로는 아세틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아실옥시 그룹으로는 아세톡시 그룹이 바람직하다. 또한, 할로겐 그룹으로는 플루오로 그룹이 바람직하다. 또한, 할로알킬 그룹으로는 트리플루오로메틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 아릴 그룹은 페닐 그룹, 플루오로 그룹으로 치환된 페닐 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹으로 치환된 페닐 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 제9족 원소로는 이리듐이 특히 바람직하고, 제10족 원소로는 백금이 특히 바람직하다. 또한, 1가 음이온성 두자리 리간드로서는, β-디케톤 구조를 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 카르복실 그룹을 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 페놀성 하이드록실 그룹을 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 2개의 배위 원자가 모두 질소인 1가 음이온성 두자리 리간드 중의 하나가 합성이 용이하기 때문에 바람직하다.
또한, 상술한 치환기 중에서, 플루오로 그룹과 트리플루오로메틸 그룹은 발광 파장을 단파장화시키는 효과가 있기 때문에, 이들 그룹은 본 발명에서 특히 바람직하다. 이의 원인으로서는, 플루오로 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹과 같은 전자 유인성 치환기를 도입시키면, 유기금속 착체의 HOMO 준위의 에너지가 안정화된다. 이는 유기금속 착체의 HOMO 준위가 내려가기 때문인데, 그 결과 에너지 갭이 커진다.
본 발명의 한 가지 측면은 화학식 111의 구조를 갖는 유기금속 착체이다. 또한, 발광 효율 및 내열성 측면에서, 화학식 111의 중심 금속으로서 백금보다는 이리듐이 더 적합하다.
Figure 112013055150756-pat00021
위의 화학식 111에서,
R53 및 R54는 각각 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카보닐 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실옥시 그룹, 할로겐 그룹, 할로알킬 그룹 및 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 중의 하나이다.
여기서, 알킬 그룹은 메틸 그룹, 에틸 그룹, 이소프로필 그룹 및 3급-부틸 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 사이클로알킬 그룹으로서 사이클로헥실 그룹이 바람직하다. 또한, 알콕시 그룹으로는 메톡시 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 알콕시카보닐 그룹으로는 메톡시카보닐 그룹이 바람직하다. 아실 그룹으로는 아세틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아실옥시 그룹으로는 아세톡시 그룹이 바람직하다. 또한, 할로겐 그룹으로는 플루오로 그룹이 바람직하다. 또한, 할로알킬 그룹으로는 트리플루오로메틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 아릴 그룹은 페닐 그룹, 플루오로 그룹으로 치환된 페닐 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹으로 치환된 페닐 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다.
또한, 상술한 치환기 중에서, 플루오로 그룹과 트리플루오로메틸 그룹은 발광 파장을 단파장화시키는 효과가 있기 때문에, 특히 본 발명에 있어서는 적합하다. 이의 원인으로서는, 플루오로 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹과 같은 전자 유인성 치환기를 도입시키면, 유기금속 착체의 HOMO 준위의 에너지가 안정화된다. 이는 유기금속 착체의 HOMO 준위가 내려가기 때문인데, 그 결과 에너지 갭이 커진다.
본 발명의 한 가지 측면은 화학식 112의 유기금속 착체이다. 또한, 발광 효율 및 내열성 측면에서, 화학식 112의 중심 금속으로서 백금보다는 이리듐이 더 적합하다.
Figure 112013055150756-pat00022
위의 화학식 112에서,
R55 및 R56은 각각 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬 그룹 또는 사이클로알킬 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시 그룹, 탄소수 1 내지 6의 알콕시카보닐 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실 그룹, 탄소수 1 내지 6의 아실옥시 그룹, 할로겐 그룹, 할로알킬 그룹 및 탄소수 6 내지 12의 아릴 그룹 중의 하나이고,
L은 1가 음이온성 두자리 리간드이다.
여기서, 알킬 그룹은 메틸 그룹, 에틸 그룹, 이소프로필 그룹 및 3급-부틸 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 사이클로알킬 그룹으로는 사이클로헥실 그룹이 바람직하다. 또한, 알콕시 그룹으로는 메톡시 그룹이 특히 바람직하다. 또한, 알콕시카보닐 그룹으로는 메톡시카보닐 그룹이 바람직하다. 아실 그룹으로는 아세틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아실옥시 그룹으로는 아세톡시 그룹이 바람직하다. 또한, 할로겐 그룹으로는 플루오로 그룹이 바람직하다. 또한, 할로알킬 그룹으로는 트리플루오로메틸 그룹이 바람직하다. 또한, 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있으며, 아릴 그룹은 페닐 그룹, 플루오로 그룹으로 치환된 페닐 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹으로 치환된 페닐 그룹으로부터 선택된 임의의 그룹인 것이 특히 바람직하다. 또한, 1가 음이온성 두자리 리간드로서는, β-디케톤 구조를 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 카르복실 그룹을 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 페놀성 하이드록실 그룹을 갖는 1가 음이온성 두자리 리간드, 2개의 배위 원자가 모두 질소인 1가 음이온성 두자리 리간드 중의 하나가 합성이 용이하기 때문에 바람직하다.
또한, 상술한 치환기 중에서, 플루오로 그룹과 트리플루오로메틸 그룹은 발광 파장을 단파장화시키는 효과가 있기 때문에, 특히 본 발명에 있어서는 적합하다. 이의 원인으로서는, 플루오로 그룹 및 트리플루오로메틸 그룹과 같은 전자 유인성 치환기를 도입시키면, 유기금속 착체의 HOMO 준위의 에너지가 안정화된다. 이는 유기금속 착체의 HOMO 준위가 내려가기 때문인데, 그 결과 에너지 갭이 커진다.
또한, 화학식 110 및 112의 유기금속 착체에서, L이 화학식 1 내지 화학식 5의 리간드 중의 하나인 것이 바람직하다.
화학식 1
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화학식 2
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화학식 3
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화학식 4
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화학식 5
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본 발명의 한 가지 측면은 화학식 101, 103, 105, 107, 109 및 111 중의 하나의 구조를 갖는 유기금속 착체 또는 화학식 102, 104, 106, 108, 110 및 112 중의 하나의 유기금속 착체를 함유하는 발광 소자이다.
발광 소자는 화학식 101, 103, 105, 107, 109 및 111 중의 하나의 구조를 갖는 유기금속 착체 또는 화학식 102, 104, 106, 108, 110 및 112 중의 하나의 유기금속 착체를 함유하는 층을 한 쌍의 전극 사이에 갖고, 전극 사이에 전류가 흐를 때 유기금속 착체가 발광하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명의 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광 소자는 인광을 수득할 수 있기 때문에 효율적으로 발광한다. 또한, 청색 내지 녹색의 파장대의 발광을 수득할 수 있다. 따라서, 본 발명의 한 가지 측면은 화학식 101, 103, 105, 107, 109 및 111 중의 하나의 구조를 갖는 유기금속 착체 또는 화학식 102, 104, 106, 108, 110 및 112 중의 하나의 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용하는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 유기금속 착체를 형광 재료와 배합하여, 형광 재료의 발광 효율을 높이는 용도에 사용할 수도 있다. 즉, 발광 소자에서, 본 발명의 유기금속 착체를 형광 재료에 대한 증감제(sensitizer)로서 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 한 가지 측면은 복수의 발광 소자가 배치되어 있는 발광 장치이다.
또한, 본 발명의 한 가지 측면은 화소 또는 광원으로서 사용하는 발광 장치이다.
또한, 본 발명의 한 가지 측면은 발광 장치를 표시부에 사용하는 전자 기기이다.
본 발명에 따르면, 인광을 발광할 수 있는 유기금속 착체를 수득할 수 있다. 특히, 녹색 내지 청색의 파장대에서 인광을 발광하는 유기금속 착체를 수득할 수 있다. 또한, 인광 발광을 나타내면서 내열성이 우수한 유기금속 착체를 수득할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해, 증감제로서 사용할 수 있는 유기금속 착체를 수득할 수 있다.
본 발명의 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용하여, 녹색, 청녹색 또는 청색계의 발광을 나타낼 수 있는 고효율 발광 소자를 수득할 수 있다. 또한, 본 발명의 유기금속 착체를 증감제로서 사용하여, 효율적으로 발광할 수 있는 발광 소자를 수득할 수 있다.
본 발명에 따르면, 인광을 발광할 수 있는 유기금속 착체를 수득할 수 있다. 특히, 녹색 내지 청색의 파장대에서 인광을 발광하는 유기금속 착체를 수득할 수 있다. 또한, 인광 발광을 나타내면서 내열성이 우수한 유기금속 착체를 수득할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해, 증감제로서 사용할 수 있는 유기금속 착체를 수득할 수 있다. 본 발명의 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용하여, 녹색, 청녹색 또는 청색계의 발광을 나타낼 수 있는 고효율 발광 소자를 수득할 수 있다. 또한, 본 발명의 유기금속 착체를 증감제로서 사용하여, 효율적으로 발광할 수 있는 발광 소자를 수득할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 발광 장치의 한 가지 형태를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명을 적용한 발광 장치를 나타낸 다이아그램이다.
도 3은 본 발명을 적용한 발광 장치에 포함되는 회로를 나타낸 다이아그램이다.
도 4는 본 발명을 적용한 발광 장치의 평면도이다.
도 5는 본 발명을 적용한 발광 장치의 프레임 동작을 나타낸 다이아그램이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명을 적용한 발광 장치의 단면도이다.
도 7은 본 발명을 적용한 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명을 적용한 전자 기기를 도시한 것이다.
도 9는 합성예 1에서 합성한 본 발명에 따르는 유기금속 착체를 1H-NMR로 분석하여 수득된 차트이다.
도 10은 본 발명에 따르는 유기금속 착체의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 11은 합성예 2에서 합성한 본 발명에 따르는 유기금속 착체를 1H-NMR로 분석하여 수득된 차트이다.
도 12는 본 발명에 따르는 유기금속 착체의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따르는 유기금속 착체의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 형태로 실시하는 것이 가능하며 본 발명의 취지 및 이의 범위로부터 벗어나지 않고 이를 여러 가지로 변경할 수 있음을 상기 기술분야의 숙련가들은 용이하게 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 본 실시 형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다.
또한, 본 발명에 따르면, 발광 소자의 한 쌍의 전극 중에서, 애노드로서 기능하는 전극은 더 높은 전압을 인가할 때 발광이 수득되는 쪽의 전극을 의미하며, 캐소드로서 기능하는 전극은 더 낮은 전압을 인가할 때 발광이 수득되는 쪽의 전극을 의미한다.
(실시 형태 1)
본 실시 형태에서는 본 발명의 유기금속 착체에 관하여 설명한다.
본 발명의 한 가지 형태로는 화학식 6 내지 84의 유기금속 착체를 들 수 있다. 그러나, 본 발명은 이들 유기금속 착체에 한정되지 않는다.
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상기한 본 발명의 유기금속 착체는 인광을 발광한다. 따라서, 본 발명의 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용하여, 내부 양자 효율이 높고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제조할 수 있다.
또한, 일반적으로 유기금속 착체의 내열성은 부족하다. 그러나, 본 발명의 유기금속 착체는 인광 발광을 나타내면서 내열성도 우수하다.
(실시 형태 2)
본 발명의 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광 소자의 형태에 관해서, 도 1을 사용하여 설명한다.
도 1에는, 제1 전극(101)과 제2 전극(102) 사이에 발광층(113)을 갖는 발광 소자가 도시되어 있다. 또한, 발광층(113)에는 화학식 101, 103, 105, 107, 109 및 111 중의 하나의 구조를 갖는 본 발명에 따르는 유기금속 착체 또는 화학식 102, 104, 106, 108, 110 및 112 중의 하나의 본 발명에 따르는 유기금속 착체가 함유되어 있다.
발광층(113) 이외에도, 제1 전극(101)과 제2 전극(102) 사이에는 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115) 및 정공 차단층(121) 등이 제공된다. 이들 층은, 제1 전극(101)의 전위가 제2 전극(102)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가하였을 때, 제1 전극(101) 쪽에서 정공이 주입되고 제2 전극(102) 쪽에서 전자가 주입되도록 적층되어 있다.
여기서, 정공 차단층이란, 발광층(113)으로 정공을 수송하는 동시에, 제1 전극(101) 측으로부터 주입된 정공이 발광층(113)을 뚫고 나가 반대편 전극 쪽으로 빠져 나가는 것을 억제하는 기능을 갖고, 발광층에서 생성된 여기 에너지가 발광층으로부터 다른 층으로 이동하는 것을 억제하는 기능을 갖는 층이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 정공 차단층은 발광층(113)과 전자 수송층(114) 사이에 제공되어 정공이 뚫고 나가는 것을 억제할 수 있다.
이러한 발광 소자에서, 제1 전극(101) 쪽에서 주입된 정공과 제2 전극(102) 쪽에서 주입된 전자가 발광층(113)에서 재결합하여, 유기금속 착체는 여기 상태가 된다. 여기 상태의 유기금속 착체는 기저 상태로 되돌아갈 때에 발광한다. 이와 같이, 본 발명에 따르는 유기금속 착체는 발광 물질로서 기능한다.
본 발명에 따르는 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용함으로써, 내부 양자 효율이 높고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르는 유기금속 착체는 내열성도 우수하기 때문에, 상기 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광 소자는 열안정성이 우수하다. 그 결과, 신뢰성이 높은 발광 소자가 수득된다.
여기서, 발광층(113)은 본 발명에 따르는 유기금속 착체를 포함하는 층이다. 발광층(113)은 본 발명에 따르는 유기금속 착체만으로 형성된 층일 수 있다. 그러나, 농도 소광(concsntration quenching)을 일으키는 경우, 유기금속 착체가 갖는 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 갖는 물질로 이루어진 층(호스트) 중에 유기금속 착체가 분산되도록 혼합된 층(게스트)을 형성하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르는 유기금속 착체를 발광층(113)에 분산시켜 함유시킴으로써, 농도 때문에 발광이 소광되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 에너지 갭은 LUMO 준위와 HOMO 준위 사이의 에너지 갭을 의미한다. 본 발명에 따르는 유기금속 착체를 발광층(113)으로 사용함으로써, 녹색 내지 청색의 파장대에서 고효율 발광 소자가 수득된다.
본 발명에 따르는 유기금속 착체를 분산 상태로 하기 위해 사용하는 물질은 특별히 한정되지 않으며, 1,1-비스[4-(N,N-디페닐아미노)페닐]사이클로헥산(TPAC) 등의 아릴아민 유도체 이외에도, 4,4'-디(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 4,4',4"-트리스(N-카바졸릴)트리페닐아민(약칭: TCTA)와 같은 카바졸릴 유도체; 비스[2-(2-하이드록시페닐)피리디네이토]아연(약칭: Znpp2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조옥사졸레이트]아연(약칭: ZnBOX)과 같은 금속 착체 등이 바람직하다. 이들 물질 중에서 하나 이상을 선택하여 본 발명에 따르는 유기금속 착체가 분산 상태가 되도록 혼합하면 양호하다. 이와 같이, 복수의 화합물을 포함하는 층은 공증착법(co-evaporation method)을 사용하여 형성할 수 있다. 여기서, 공증착법은, 하나의 처리 챔버 속에 제공된 복수의 증착원으로부터 각각 원료를 기화시키고, 기화된 원료를 기상 상태로 혼합하여 피처리물 위에 적층시키는 증착법을 의미한다.
또한, 발광층(113)은 증착법 대신에 액적 토출법(droplet-discharging method)에 의해 형성할 수도 있다. 액적 토출법을 사용하면, 소정의 장소에 소정량의 원료를 토출할 수 있기 때문에 원료 비용을 줄일 수 있다.
또한, 제1 전극(101) 및 제2 전극(102)은 특별히 한정되지 않으며, 산화인듐주석(ITO), 산화규소 함유 산화인듐주석, 또는 2 내지 20중량%의 산화아연과 혼합된 타겟을 사용하여 형성된 산화인듐 이외에도, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd) 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 알루미늄 이외에도, 마그네슘과 은의 합금, 알루미늄과 리튬의 합금 등도 제1 전극(101)의 형성에 사용할 수 있다. 또한, 제1 전극(101) 및 제2 전극(102)의 형성방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 스퍼터링법이나 증착법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한, 방출된 광을 외부로 취출하기 위해서 산화인듐주석 등을 사용하거나, 은, 알루미늄 등을 수 nm 내지 수십 nm의 두께가 되도록 성막하여 제1 전극(101)과 제2 전극 중 어느 한 쪽 또는 양 쪽을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 전극(101)과 발광층(113) 사이에는 정공 수송층(112)을 제공할 수 있다. 여기서, 정공 수송층이란, 제1 전극(101) 쪽에서 주입된 정공을 발광층(113)으로 수송하는 기능을 갖는 층이다. 이와 같이, 정공 수송층(112)을 제공함으로써, 제1 전극(101)과 발광층(113)의 거리를 길게 할 수 있으며, 그 결과, 제1 전극(101)에 포함되어 있는 금속에 기인하여 발광이 소광되는 것을 방지할 수 있다. 정공 수송층은, 정공 수송성이 높은 물질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하고, 특히 1 ×1O-6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질이란, 전자보다 정공의 이동도가 높고, 바람직하게는 전자의 이동도에 대한 정공의 이동도의 비의 값(=정공 이동도/전자 이동도)이 100보다 큰 물질이다.
정공 수송층(112)을 형성하는 데 사용할 수 있는 물질의 구체적인 예로는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: TPD), 4,4',4"-트리스(N,N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-비스{N-[4-(N,N-디-m-톨릴아미노)페닐]-N-페닐아미노-바이페닐(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N,N-디(m-톨릴)아미노]벤젠(약칭: m-MTDAB), 4,4',4"-트리스(N-카바졸릴)트리페닐아민(약칭: TCTA), 프탈로시아닌(약칭: H2Pc), 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc), 바나딜프탈로시아닌(약칭: VOPc) 등이 있다. 또한, 정공 수송층(112)은 위에 기술한 물질로 이루어진 층을 2층 이상 조합하여 형성한 다층 구조의 층일 수 있다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 제2 전극(102)과 발광층(113) 사이에는 전자 수송층(114)이 제공될 수 있다. 여기서, 전자 수송층이란, 제2 전극(102)으로부터 주입된 전자를 발광층(113)으로 수송하는 기능을 갖는 층이다. 이와 같이, 전자 수송층(114)을 제공함으로써, 제2 전극(102)과 발광층(113)의 거리를 길게 할 수 있으며, 그 결과, 제2 전극(102)에 포함되어 있는 금속에 기인하여 발광이 소광되는 것을 방지할 수 있다. 전자 수송층은, 전자 수송성이 높은 물질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하고, 특히 1 ×10-6㎠/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 전자 수송성이 높은 물질이란, 정공보다 전자의 이동도가 높고, 바람직하게는 정공의 이동도에 대한 전자의 이동도(mobility)의 비(=전자 이동도/정공 이동도)가 100을 초과하는 큰 물질이다.
전자 수송층(114)을 형성하는 데 사용할 수 있는 물질의 구체적인 예로는, 트리스(8-퀴놀리놀레이트)알루미늄(약칭: Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이트)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]-퀴놀리놀레이트)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-4-페닐페놀레이트-알루미늄(약칭: BAlq), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조옥사졸레이트]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸레이트]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 금속 착체 이외에, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-3급-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 3-(4-3급-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 4,4-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등이 있다. 또한, 전자 수송층(114)은 위에 기술한 물질로부터 이루어진 층을 2개 이상 배합하여 형성한 다층 구조의 층일 수 있다.
또한, 각각의 정공 수송층(112)과 전자 수송층(114)은 위에 기재한 물질 이외에, 쌍극성(bipolar) 물질을 사용하여 형성할 수 있다. 쌍극성 물질이란, 전자 또는 정공 중 어느 한쪽의 캐리어의 이동도와 다른쪽의 캐리어의 이동도를 비교하였을 때, 한쪽의 캐리어의 이동도에 대한 다른쪽의 캐리어의 이동도의 비의 값이 100 이하, 바람직하게는 10 이하인 물질이다. 쌍극성 물질로서, 예를 들면, 2,3-비스(4-디페닐아미노페닐)퀴녹살린(약칭: TPAQn), 2,3-비스{4-[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]페닐}-디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: NPADiBzQn) 등이 있다. 쌍극성 물질 중에서도 특히 정공 및 전자의 이동도가 1 ×10-6㎠/Vs 이상의 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 동일한 쌍극성 물질을 사용하여, 정공 수송층(112)과 전자 수송층(114)을 형성할 수 있다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 전극(101)과 정공 수송층(112) 사이에는 정공 주입층(111)이 형성될 수 있다. 정공 주입층(111)은 제1 전극(101)으로부터 정공 수송층(112)으로 정공의 주입을 보조하는 기능을 갖는 층이다. 정공 주입층(111)을 제공함으로써, 제1 전극(101)과 정공 수송층(112) 사이의 이온화 전위의 차이가 완화되어 정공이 주입되기 쉬워진다. 정공 주입층(111)은 정공 수송층(112)을 형성하고 있는 물질보다 이온화 전위가 작고, 제1 전극(101)을 형성하고 있는 물질보다 이온화 전위가 큰 물질, 또는 정공 수송층(112)과 제1 전극(101) 사이에 1 내지 2nm의 박막으로서 마련하였을 때에 에너지 밴드가 구부러지는 물질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
정공 주입층(111)을 형성하는 데 사용할 수 있는 물질의 구체적인 예로는 프탈로시아닌(약칭: H2Pc)이나 구리프탈로시아닌(CuPC) 등의 프탈로시아닌계의 화합물, 또는 폴리(에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌설폰산) 수용액(PEDOT/PSS) 등의 고분자 등이 있다. 즉, 정공 주입층(111)에서의 이온화 전위가 정공 수송층(112)에 있어서의 이온화 전위보다 상대적으로 작아지는 물질을 선택함으로써, 정공 주입층(111)을 형성할 수 있다. 또한, 정공 주입층(111)을 제공하는 경우, 제1 전극(101)은 인듐주석 산화물 등의 일함수가 높은 물질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 제2 전극(102)과 전자 수송층(114) 사이에는 전자 주입층(115)이 제공될 수 있다. 여기서, 전자 주입층(115)은 제2 전극(102)으로부터 전자 수송층(114)으로 전자의 주입을 보조하는 기능을 갖는 층이다. 전자 주입층(115)을 제공함으로써, 제2 전극(102)과 전자 수송층(114) 사이의 전자 친화력의 차이가 완화되어 전자가 주입되기 쉬워진다. 전자 주입층(115)은 전자 수송층(114)을 형성하고 있는 물질보다 전자 친화력이 크고 제2 전극(102)을 형성하고 있는 물질보다 전자 친화력이 작은 물질, 또는 전자 수송층(114)과 제2 전극(102) 사이에 1 내지 2nm의 박막으로서 마련하였을 때에 에너지 밴드가 구부러지는 물질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
요컨대, 전자 주입층(115)에서의 전자 친화력이 전자 수송층(114)에서의 전자 친화력보다 상대적으로 커지는 물질을 선택하여, 전자 주입층(115)을 형성할 수 있다. 전자 주입층(115)을 형성하는 데 사용할 수 있는 물질의 구체적인 예로는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 알칼리 금속의 플루오르화물, 알칼리 토금속의 플루오르화물, 알칼리 금속의 산화물, 알칼리 토금속의 산화물 등의 무기물이 있다. 또한, 무기물 이외에도, BPhen, BCP, BCP, p-EtTAZ, TAZ, BzOs 등의 전자 수송층(114)을 형성하는 데 사용할 수 있는 물질 또한, 이러한 물질 중에서, 전자 수송층(114)의 형성에 사용하는 물질보다 전자 친화력이 큰 물질을 선택함으로써, 전자 주입층(115)을 형성하는 물질로서 사용할 수 있다. 또한, 전자 주입층(115)을 제공하는 경우, 제1 전극(101)은 알루미늄 등의 일함수가 낮은 물질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
위에 기술한 본 발명에 따르는 발광 소자에서, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114) 및 전자 주입층(115)은 각각 증착법, 잉크젯법 또는 도포법 등의 임의의 방법으로 형성시킬 수 있다. 제1 전극(101) 또는 제2 전극(102) 또한 스퍼터링법 또는 증착법 등의 임의 방법으로 형성시킬 수 있다
또한, 정공 주입층(111) 대신 정공 발생층을 제공하거나 전자 주입층(115) 대신 전자 발생층을 제공할 수 있다. 정공 발생층 또는 전자 발생층을 제공함으로써, 층의 두께에 의존한 전압의 상승이 대단히 적은 발광 소자를 제조할 수 있다.
여기서, 정공 발생층은 정공을 발생하는 층을 의미한다. 전자보다 정공의 이동도가 높은 물질 및 쌍극성 물질로부터 선택된 하나 이상의 물질과, 이러한 물질에 대하여 전자 수용성을 나타내는 물질을 혼합함으로써 정공 발생층을 형성할 수 있다. 여기서, 전자보다 정공의 이동도가 높은 물질로서는, 정공 수송층(112)을 형성하는 데 사용할 수 있는 물질과 동일한 물질을 사용할 수 있다. 또한, 쌍극성 물질에 관해서도, TPAQn 등의 앞서 기재한 쌍극성 물질을 사용할 수 있다. 또한, 전자보다 정공의 이동도가 높은 물질 및 쌍극성 물질 중에서도 특히 트리페닐아민을 골격에 포함하는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 트리페닐아민 구조를 골격에 포함하는 물질을 사용하여 정공이 보다 용이하게 발생할 수 있다. 또한, 전자 수용성을 나타내는 물질로서는, 산화몰리브덴, 산화바나듐, 산화루테늄, 산화레늄 등의 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 전자 발생층은 전자를 발생시키는 층이다. 정공보다 전자의 이동도가 높은 물질 및 쌍극성 물질로부터 선택된 하나 이상의 물질과, 이러한 물질에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질을 혼합함으로써 전자 발생층을 형성할 수 있다. 여기서, 정공보다 전자의 이동도가 높은 물질로서는 전자 수송층(114)을 형성하는 데 사용할 수 있는 물질과 동일한 물질을 사용할 수 있다. 또한, 쌍극성 물질에 관해서도, TPAQn 등의 앞서 기재한 쌍극성 물질을 사용할 수 있다. 또한, 전자 공여성을 나타내는 물질로서는 알칼리 금속 및 알칼리 토금속으로부터 선택된 물질, 구체적으로는 리튬(Li), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 칼륨(K), 마그네슘(Mg) 등을 사용할 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물, 알칼리 금속 질화물, 알칼리 토금속 질화물 등, 구체적으로는 산화리튬(Li2O), 산화칼슘(CaO), 산화나트륨(Na2O), 산화칼륨(K2O), 산화마그네슘(MgO), 플루오르화리튬(LiF), 플루오르화세슘(CsF), 플루오르화칼슘(CaF2) 등으로부터 선택된 하나 이상의 물질 또한 전자 공여성을 나타내는 물질로서 사용할 수 있다.
또한, 위에 기술한 바와 같은 본 발명에 따르는 발광 소자에서, 발광층과는 다른 그 밖의 층, 구체적으로는, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 제공하는가 여부에 관해서는 임의적이고, 발명의 실시자가 적절하게 선택하면 양호하다. 단, 정공 수송층 또는 전자 수송층을 제공한 경우에는, 전극, 정공 주입층 또는 전자 주입층 등에 함유된 금속에 기인하여 소광이 발생하는 것을 감소시키는 효과가 수득된다. 또한, 전자 주입층, 정공 주입층 등을 제공함으로써, 전극으로부터의 전자 또는 정공의 주입을 효율적으로 실시할 수 있는 효과가 수득된다.
(실시 형태 3)
본 발명에 따르는 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 본 발명에 따르는 발광 소자는 효율적으로 발광하기 때문에, 적은 전류량으로 발광시킬 수 있다. 이로 인해, 본 발명에 따르는 발광 소자를 화소로서 사용한 본 발명에 따르는 발광 장치는 저소비 전력으로 동작한다. 이로 인해, 본 발명에 따르는 유기금속 착체를 사용하여 제조된 발광 소자를 화소로서 사용한 본 발명에 따르는 발광 장치는 소비 전력이 적어서 경제적이다. 상기 실시 형태에서는, 표시 기능을 갖는 발광 장치의 회로 구성 및 구동 방법을 도 2 내지 5를 사용하여 설명한다.
도 2는 본 실시 형태에 따르는 발광 장치를 상면에서 본 모식도이다. 도 2에서, 화소부(211), 신호선 구동 회로(212), 기록용 주사선 구동 회로(writing scanning line driver circuit)(213) 및 소거용 주사선 구동 회로(erasing scanning line driver circuit)(214)가 기판(200) 위에 제공된다. 신호선 구동 회로(212), 기록용 주사선 구동 회로(213) 및 소거용 주사선 구동 회로(214)는 각각 배선군을 통해 외부 입력 단자인 FPC(flexible printed circuit)(203)와 접속하고 있다. 또한, 신호선 구동 회로(212), 기록용 주사선 구동 회로(213) 및 소거용 주사선 구동 회로(214)는, 각각 FPC 203으로부터 비디오 신호, 시계 신호, 개시 신호, 재설정 신호 등을 수신한다. 또한, FPC 203에는 인쇄 배선 기판(PWB)(204)이 장착되어 있다. 또한, 구동 회로부는, 상기한 바와 같이 반드시 화소부(211)와 동일 기판상에 제공되어 있을 필요는 없으며, 예를 들면, 배선 패턴이 형성된 FPC 위에 IC 칩을 실장한 것(TCP) 등을 이용하여, 기판 외부에 제공되어 있어도 양호하다.
화소부(211)에는 열(column) 방향으로 연장된 복수의 신호선이 행(row) 방향으로 나란히 배열되어 있고, 전류 공급선이 행 방향으로 나란히 배열되어 있고, 행 방향으로 연장된 복수의 주사선이 열 방향으로 나란히 배열되어 있다. 또한 화소부(211)에는, 발광 소자를 포함한 한 세트의 회로가 복수 배열되어 있다.
도 3은 하나의 화소를 동작시키기 위한 회로를 도시한 그림이다. 도 3에 도시한 회로에는 제1 트랜지스터(301), 제2 트랜지스터(302) 및 발광 소자(303)가 포함되어 있다.
제1 트랜지스터(301)와 제2 트랜지스터(302)는 각각 게이트 전극, 드레인 영역 및 소스 영역을 포함하는 3단자의 소자이고, 드레인 영역과 소스 영역 사이에 채널 영역을 갖는다. 여기서, 소스 영역과 드레인 영역은, 트랜지스터의 구조나 동작 조건 등에 따라 변하기 때문에, 어느 것이 소스 영역 또는 드레인 영역인지를 확인하는 것이 곤란하다. 그래서, 본 실시 형태에서, 소스 또는 드레인으로서 기능하는 영역을 각각 트랜지스터의 제1 전극 및 트랜지스터의 제2 전극으로 표기한다.
주사선(311)과 기록용 주사선 구동 회로(313)는 스위치(318)에 의해 전기적으로 접속 또는 비접속 상태가 되도록 제공된다. 또한, 주사선(311)과 소거용 주사선 구동 회로(314)는 스위치(319)에 의해 전기적으로 접속 또는 비접속 상태가 되도록 제공된다. 또한, 신호선(312)은 스위치(320)에 의해 신호선 구동 회로(315) 및 전원(316) 중의 하나에 전기적으로 접속하도록 제공된다. 또한, 제1 트랜지스터(301)의 게이트는 주사선(311)에 전기적으로 접속하고 있다. 또한, 제1 트랜지스터의 제1 전극은 신호선(312)에 전기적으로 접속하고, 제2 전극은 제2 트랜지스터(302)의 게이트 전극과 전기적으로 접속하고 있다. 제2 트랜지스터(302)의 제1 전극은 전원선(317)과 전기적으로 접속하고, 제2 전극은 발광 소자(303)에 포함되는 하나의 전극과 전기적으로 접속하고 있다. 또한, 스위치(318)는, 기록용 주사선 구동 회로(313)에 포함되어 있어도 양호하다. 또한, 스위치(319)에 관해서도 소거용 주사선 구동 회로(314) 중에 포함되어 있어도 양호하다. 또한, 스위치(320)에 관해서도 신호선 구동 회로(315) 중에 포함되어 있어도 양호하다. 또한, 제2 트랜지스터(302)의 게이트와 전원선 사이에 용량 소자를 갖고 있어도 양호하다.
또한, 화소 중의 트랜지스터나 발광 소자 등의 배치에 관해서 특별히 한정은 없다. 예를 들면, 도 4의 평면도에 도시한 바와 같이 배치할 수 있다. 도 4에 있어서, 제1 트랜지스터(401)의 제1 전극은 신호선(404)에 접속하고, 제2 전극은 제2 트랜지스터(402)의 게이트 전극에 접속하고 있다. 또한, 제2 트랜지스터의 제1 전극은 전원선(405)에 접속하고, 제2 전극은 발광 소자의 전극(406)에 접속하고 있다. 주사선(403)의 일부는 제1 트랜지스터(401)의 게이트 전극으로서 기능한다. 제2 트랜지스터(402)의 게이트 배선과 전원선(405)이 중복되어 있는 영역(407)은 용량 소자로서의 역할을 갖는다.
이어서, 구동 방법을 설명한다. 도 5는 시간 경과에 따른 프레임의 동작에 관하여 설명하는 도면이다. 도 5에서, 가로 방향은 시간 경과를 나타내고, 세로 방향은 주사선의 주사 단수를 나타내고 있다.
본 발명에 따르는 발광 장치를 사용하여 화상 표시를 할 때, 화면의 개서 동작(rewrite operation)과 표시 동작이 표시 기간 중에 반복된다. 이러한 개서 회수에 관해서 특별히 한정되지 않지만, 화상을 보는 사람이 깜빡임(flicker)을 느끼지 않도록 적어도 1초에 60회 정도인 것이 바람직하다. 여기서, 하나의 화면(1 프레임)이 개서 동작과 표시 동작을 실시하는 기간을 1 프레임 기간이라고 한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 1 프레임은 기록 기간(writing operation)(501a, 502a, 503a, 504a)과 유지 기간(retention operation)(501b, 502b, 503b, 504b)를 포함하는 4개의 서브 프레임(501, 502, 503, 504)으로 시분할되어 있다. 발광하기 위한 신호가 주어진 발광 소자는, 유지 기간 동안 발광 상태로 되고 있다. 각각의 서브 프레임에 있어서의 유지 기간의 길이의 비는, 제1 서브 프레임(501):제2 서브 프레임(502):제3 서브 프레임(503):제4의 서브 프레임(504) = 23:22:21:20 = 8:4:2:1이다. 이에 의해 4비트 계조를 표현할 수 있다. 단, 비트수 및 계조수는 여기에 기재하는 것에 한정되지 않고, 예를 들면, 8개의 서브 프레임을 제공하여 8비트 계조를 실시할 수 있도록 할 수 있다.
1 프레임에 있어서의 동작에 관하여 설명한다. 우선, 서브 프레임(501)에서, 1행부터 최종행까지 순차적으로 기록 동작이 이루어진다. 따라서, 행에 따라 기록 기간의 개시 시간이 다르다. 기록 기간(501a)이 종료된 행으로부터 순차적으로 유지 기간(501b)으로 이행한다. 상기 유지 기간에 있어서, 발광하기 위한 신호가 주어져 있는 발광 소자는 발광 상태로 되어 있다. 또한, 유지 기간(501b)이 종료된 행부터 순차적으로 다음 서브 프레임(502)으로 이행하여 서브 프레임(501)의 경우와 동일하게 1행부터 최종행까지 순차적으로 기록 동작이 이루어진다. 서브 프레임(504)의 유지 기간(504b)까지 이상과 같은 동작을 반복하고, 서브 프레임(504)에 있어서의 동작을 종료한다. 서브 프레임(504)에 있어서의 동작을 종료하면 다음 프레임으로 이행한다. 이와 같이, 각 서브 프레임에 있어서 발광된 시간의 적산 시간이, 1 프레임에 있어서의 각각의 발광 소자의 발광 시간이 된다. 이러한 발광 시간을 발광 소자마다 바꾸어 1화소 내에서 여러 가지로 조합함으로써, 명도 및 색도가 다른 여러 가지의 표시색을 형성할 수 있다.
서브 프레임(504)과 같이, 최종행까지의 기록이 종료되기 전에, 이미 기록을 끝내고, 유지 기간으로 이행한 행에 있어서의 유지 기간을 강제적으로 종료시키고 싶을 때는, 유지 기간(504b) 다음에 소거 기간(504c)을 제공하여, 강제적으로 비발광 상태가 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 강제적으로 비발광 상태로 한 행에 관해서는, 일정 기간, 비발광 상태를 유지한다(이러한 기간을 비발광 기간(504d)이라고 한다). 또한, 최종행의 기록 기간이 종료되면 즉시, 1행부터 순차적으로 다음(또는 프레임)의 기록 기간으로 이행한다. 이에 의해, 서브 프레임(504)의 기록 기간과, 그 다음 서브 프레임의 기록 기간이 중첩되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 형태에서는, 서브 프레임(501 내지 504)은 유지 기간이 긴 것부터 순차적으로 나열되어 있지만, 반드시 본 실시예와 같은 나열로 할 필요는 없으며, 예를 들면, 유지 기간이 짧은 것부터 순차적으로 나열되어 있어도 양호하며, 또는 유지 기간이 긴 것과 짧은 것이 무작위로 나열되어 있어도 양호하다. 또한, 서브 프레임은, 또한 복수의 프레임으로 분할되어 있어도 양호하다. 요컨대, 동일한 영상 신호를 주고 있는 기간, 주사선의 주사를 여러 번 실시할 수 있다.
여기서, 기록 기간 및 소거 기간에서, 도 3에서 도시한 회로의 동작에 관하여 설명한다.
우선 기록 기간에서의 동작에 관하여 설명한다. 기록 기간에서, n행째(n은 자연수)의 주사선(311)은, 스위치(318)를 통해 기록용 주사선 구동 회로(313)와 전기적으로 접속하고, 소거용 주사선 구동 회로(314)와는 비접속이다. 또한, 신호선(312)은 스위치(320)를 통해 신호선 구동 회로와 전기적으로 접속하고 있다. 여기서, n행째(n은 자연수)의 주사선(311)에 접속한 제1 트랜지스터(301)의 게이트에 신호가 입력되고, 제1의 트랜지스터(301)는 온이 된다. 또한, 이때, 1열로부터 최종열까지의 신호선에 동시에 영상 신호가 입력된다. 또한, 각 열의 신호선(312)으로부터 입력되는 영상 신호는 서로 독립된 것이다. 신호선(312)으로부터 입력된 영상 신호는, 각각의 신호선에 접속한 제1 트랜지스터(301)를 통해 제2 트랜지스터(302)의 게이트 전극에 입력된다. 이때, 제2 트랜지스터(302)에 입력된 신호에 의해 발광 소자(303)는 발광 또는 비발광이 결정된다. 예를 들면, 제2 트랜지스터(302)가 P 채널형인 경우는, 제2 트랜지스터(302)의 게이트 전극에 낮은 레벨의 신호가 입력됨으로써 발광 소자(303)가 발광된다. 한편, 제2 트랜지스터(302)가 N 채널형인 경우는, 제2 트랜지스터(302)의 게이트 전극에 높은 레벨의 신호가 입력됨으로써 발광 소자(303)가 발광한다.
이어서, 소거 기간에서의 동작에 관하여 설명한다. 소거 기간에서, n행째(n은 자연수)의 주사선(311)은, 스위치(319)를 통해 소거용 주사선 구동 회로(314)와 전기적으로 접속하고, 기록용 주사선 구동 회로(313)와는 비접속이다. 또한, 신호선(312)은 스위치(320)를 통해 전원(316)과 전기적으로 접속하고 있다. 여기서, n행째의 주사선(311)에 접속한 제1 트랜지스터(301)의 게이트에 신호가 입력되어 제1 트랜지스터(301)는 온이 된다. 또한, 이때, 1열부터 최종열까지의 신호선에 동시에 소거 신호가 입력된다. 신호선(312)으로부터 입력된 소거 신호는, 각각의 신호선에 접속한 제1 트랜지스터(301)를 통해 제2 트랜지스터(302)의 게이트 전극에 입력된다. 이때, 제2 트랜지스터(302)에 입력된 신호에 의해, 전류선(317)으로부터 발광 소자(303)로의 전류의 공급이 저지된다. 또한, 발광 소자(303)는 강제적으로 비발광이 된다. 예를 들면, 제2 트랜지스터(302)가 P 채널형인 경우는, 제2 트랜지스터(302)의 게이트 전극에 높은 레벨의 신호가 입력됨으로써 발광 소자(303)는 비발광이 된다. 한편, 제2 트랜지스터(302)가 N 채널형인 경우는, 제2 트랜지스터(302)의 게이트 전극에 낮은 레벨의 신호가 입력됨으로써 발광 소자(303)는 비발광이 된다.
또한, 소거 기간으로서는, n행째(여기서, n은 자연수이다)에 관해서는, 이상에서 설명한 바와 같은 동작에 의해 소거하기 위한 신호를 입력한다. 그러나, 전술한 바와 같이, n행째가 소거 기간임과 동시에, 다른 행(m행째(여기서, m은 자연수이다))에 관해서는 기록 기간이 되는 경우가 있다. 이러한 경우, 동렬의 신호선을 이용하여 n행째에는 소거를 위한 신호를, m행째에는 기록을 위한 신호를 입력할 필요가 있기 때문에, 이하에 설명하는 것과 같이 동작시키는 것이 바람직하다.
먼저 설명한 소거 기간에 있어서의 동작에 의해, n행째의 발광 소자(303)가 비발광으로 된 후, 즉시, 주사선과 소거용 주사선 구동 회로(314)를 비접속의 상태로 하는 동시에, 스위치(318)를 바꾸어 신호선과 신호선 구동 회로(315)와 접속시킨다. 또한, 신호선과 신호선 구동 회로(315)를 접속시키는 동시에, 주사선과 기록용 주사선 구동 회로(313)를 접속시킨다. 또한, 기록용 주사선 구동 회로(313)로부터 m행째의 신호선에 선택적으로 신호가 입력되어 제1 트랜지스터가 온하는 동시에, 신호선 구동 회로(315)로부터는, 1열부터 최종열까지의 신호선에 기록을 위한 신호가 입력된다. 이 신호에 의해, m행째의 발광 소자는 발광 또는 비발광이 된다.
이상과 같이 하여 m행째에 관해서 기록 기간을 끝내면, 즉시, n + 1행째의 소거 기간으로 이행한다. 이로 인해, 주사선과 기록용 주사선 구동 회로(313)를 비접속으로 하는 동시에, 스위치(318)를 바꾸어 신호선을 전원(316)과 접속한다. 또한, 주사선과 기록용 주사선 구동 회로(313)를 비접속으로 하는 동시에, 주사선에 관해서는, 소거용 주사선 구동 회로(314)와 접속 상태로 한다. 또한, 소거용 주사선 구동 회로(314)로부터 n + 1행째의 주사선에 선택적으로 신호를 입력하여 제1 트랜지스터에 신호를 온하는 동시에, 전원(316)으로부터 소거 신호가 입력된다. 이렇게 하여, n + 1행째의 소거 기간을 끝내면, 즉시, m행째의 기록 기간으로 이행한다. 이하에 동일하게, 소거 기간과 기록 기간을 반복하여, 최종행째의 소거 기간까지 동작시키면 양호하다.
또한, 본 형태에서는, n행째의 소거 기간과 n + 1행째의 소거 기간 사이에 m행째의 기록 기간을 제공하는 형태를 설명하였지만, 이것에 한정하지 않고, n-1행째의 소거 기간과 n행째의 소거 기간 사이에 m행째의 기록 기간을 마련할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 서브 프레임(504)과 같이 비발광 기간(504d)을 마련할 때에 있어서, 소거용 주사선 구동 회로(314)와 어떤 하나의 주사선을 비접속 상태로 하는 동시에, 기록용 주사선 구동 회로(313)와 다른 주사선을 접속 상태로 하는 동작을 반복하고 있다. 특히, 이러한 동작은 비발광 기간을 제공하지 않은 프레임에 있어서 실시할 수 있다.
(실시 형태 4)
본 발명에 따르는 발광 소자를 포함하는 발광 장치의 단면도의 한 가지 형태를 도 6a 내지 6C을 사용하여 설명한다.
도 6a 내지 6C에서, 사각의 점선으로 둘러싸고 있는 것은 본 발명에 따르는 발광 소자(12)를 구동하기 위해서 제공되어 있는 트랜지스터(11)이다. 발광 소자(12)는, 제1 전극(13)과 제2 전극(14) 사이에 정공을 발생시키는 층, 전자를 발생시키는 층 및 발광 물질을 포함하는 층이 적층된 층(15)을 갖는 본 발명에 따르는 발광 소자이다. 트랜지스터(11)의 드레인과 제1 전극(13)은, 제1 층간 절연막(16)(16a, 16b, 16c)을 관통하고 있는 배선(17)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 발광 소자(12)는, 격벽층(18)에 의해, 인접하게 제공되어 있는 별도의 발광 소자와 분리되어 있다. 이러한 구성을 갖는 본 발명에 따르는 발광 장치는, 본 실시형태에 있어서, 기판(10) 위에 제공된다.
또한, 도 6a 내지 6C에 도시된 트랜지스터(11)는 반도체층을 중심으로 하여 기판과 반대측에 게이트 전극이 제공된 톱 게이트형 트랜지스터이다. 그러나, 트랜지스터(11)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 보텀 게이트형(botton-gate tyle)을 사용할 수 있다. 또한, 보텀 게이트의 경우, 채널을 형성하는 반도체층 위에 보호막이 형성된 것(채널 보호형)이거나 채널을 형성하는 반도체층의 일부가 오목상으로 된 것(채널 에칭형)일 수 있다.
또한, 트랜지스터(11)를 구성하는 반도체층은 결정질 또는 비결정질일 수 있거나, 미결정(microcrystal) 등일 수 있다.
또한, 미결정 반도체는 다음과 같은 것이다. 비결정질과 결정 구조(단결정, 다결정을 포함한다)의 중간적인 구조를 가지며, 자유 에너지적으로 안정적인 제3의 상태를 갖는 반도체로서, 단거리 질서를 가지며 격자 왜곡을 갖는 결정질의 영역을 포함하고 있는 것이다. 또한 적어도 막중의 일부 영역에는, 0.5 내지 20nm의 결정립을 포함하고 있다. 라만 스펙트럼이 520cm-1보다 저파수측으로 이동하고 있다. X선 회절에서는 Si 결정 격자에 유래한다고 하는 (111), (220)의 회절 피크가 관측된다. 미결합수(댕글링 본드)를 종단화시키기 위해서 수소 또는 할로겐을 적어도 1원자% 또는 그 이상 포함시키고 있다. 규화물 기체를 글로 방전 분해(플라즈마 CVD)하여 형성한다. 규화물 기체로서는, SiH4 이외에도 Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, SiF4 등을 사용할 수 있다. 이러한 규화물 기체를 H2 또는 H2와 He, Ar, Kr, Ne에서 선택된 1종 또는 복수종의 희가스 원소로 희석시킬 수 있다. 희석률은 2 내지 1000배의 범위이다. 압력은 약 0.1 내지 133Pa의 범위, 전원 주파수는 1 내지 120MHz, 바람직하게는 13 내지 60MHz이다. 기판 가열 온도는 3OO℃ 이하이면 양호하며, 바람직하게는 100 내지 250℃이다. 막 중의 불순물 원소로서, 산소, 질소, 탄소 등의 대기 성분의 불순물은 1 ×1020/㎤ 이하로 하는 것이 바람직하다. 특히, 산소 농도는 5×1019/㎤ 이하, 바람직하게는 1 ×1019/㎤ 이하로 한다.
또한, 반도체층이 결정성인 것의 구체적인 예로는, 단결정 또는 다결정성의 규소, 또는 실리콘게르마늄 등으로 이루어진 것을 들 수 있다. 이들은 레이저 결정화에 의해 형성된 것이라도 양호하고, 예를 들면, 니켈 등을 사용한 고상 성장법에 의한 결정화에 의해 형성된 것이라도 양호하다.
또한, 반도체층이 비결정질의 물질, 예를 들면, 비결정질 실리콘으로 형성되는 경우에는, 트랜지스터(11) 및 그 밖의 트랜지스터(발광 소자를 구동하기 위한 회로를 구성하는 트랜지스터)는 모두 N 채널형 트랜지스터로 구성된 회로를 갖는 발광 장치인 것이 바람직하다. 그 이외에 관해서는, N 채널형 및 P 채널형 중의 하나의 트랜지스터로 구성된 회로를 갖는 발광 장치일 수 있으며, 양쪽의 트랜지스터로 구성된 회로를 갖는 발광 장치일 수 있다.
또한, 제1 층간 절연막(16)은 도 6a, 6B 및 6C에 도시한 바와 같이 다층일 수 있으며, 단층일 수도 있다. 또한, 16a는 산화규소나 질화규소와 같은 무기물로 이루어지며, 16b는 아크릴이나 실록산(또한, 실록산 수지란, Si-0-Si 결합을 함유하는 수지에 상당한다. 실록산은, 실리콘(Si)과 산소(0)의 결합으로 골격 구조가 구성된다. 치환기로서, 적어도 수소를 포함하는 유기 그룹(예를 들면, 알킬 그룹, 방향족 탄화수소)이 사용된다. 치환기로서 플루오로 그룹을 사용할 수 있다. 또는 치환기로서, 적어도 수소를 포함하는 유기 그룹과, 플루오로 그룹을 사용할 수 있다.), 도포 성막 가능한 산화규소 등의 자기평탄성을 갖는 물질로 이루어진다. 또한, 16c은 아르곤(Ar)을 포함하는 질화규소막으로 이루어진다. 또한, 각 층을 구성하는 물질에 관해서는, 특별히 한정은 없으며, 여기에 서술한 것 이외의 것을 사용할 수 있다. 또한, 이들 이외의 물질로 이루어진 층을 또한 배합할 수 있다. 이와 같이, 제1 층간 절연막(16)은, 무기물 또는 유기물의 양쪽을 사용하여 형성될 수 있으며, 또는 무기막과 유기막 중의 하나로 형성될 수 있다.
격벽층(18)은, 에지부에서 곡률 반경이 연속적으로 변화되는 형상인 것이 바람직하다. 또한 격벽층(18)은, 아크릴이나 실록산, 레지스트, 산화규소 등을 사용하여 형성된다. 또한 격벽층(18)은 무기막과 유기막 중의 하나로 형성된 것이라도 양호하고, 또는 양쪽을 사용하여 형성된 것이라도 양호하다.
또한, 도 6a 및 6C에서, 제1 층간 절연막(16)만이 트랜지스터(11)와 발광 소자(12) 사이에 제공된 구성이지만, 도 6b과 같이, 제1 층간 절연막(16)(16a, 16b) 이외에, 제2 층간 절연막(19)(19a, 19b)이 제공된 구성의 것일 수도 있다. 도 6b에 도시한 발광 장치에서, 제1 전극(13)은 제2 층간 절연막(19)을 관통하여 배선(17)과 접속하고 있다.
제2 층간 절연막(19)은, 제1 층간 절연막(16)과 동일하게, 다층이라도 양호하고, 또는 단층일 수 있다. 19a는 아크릴이나 실록산, 도포 성막 가능한 산화규소 등의 자기평탄성을 갖는 물질로 이루어진다. 또한, 19b는 아르곤(Ar)을 포함하는 질화규소막으로 이루어진다. 또한, 각 층을 구성하는 물질에 관해서는, 특별히 한정은 없으며, 여기에 서술한 것 이외의 것을 사용할 수 있다. 또한, 이들 이외의 물질로 이루어진 층을 또한 배합할 수 있다. 이와 같이, 제2 층간 절연막(19)은, 무기물 또는 유기물의 양쪽을 사용하여 형성된 것이라도 양호하고, 또는 무기막과 유기막 중의 하나로 형성된 것이라도 양호하다.
발광 소자(12)에서, 제1 전극 및 제2 전극이 모두 투광성을 갖는 물질로 구성되어 있는 경우, 도 6a에 화살표로 표시한 바와 같이, 제1 전극(13)측과 제2 전극(14)측의 양쪽으로부터 발광을 취출할 수 있다. 또한, 제2 전극(14)만이 투광성을 갖는 물질로 구성되어 있는 경우, 도 6b에 화살표로 표시한 바와 같이, 제2 전극(14)측으로부터만 발광을 취출할 수 있다. 이 경우, 제1 전극(13)은 반사율이 높은 재료로 구성되어 있거나, 또는 반사율이 높은 재료로 이루어진 막(반사막)이 제1 전극(13)의 아래쪽에 제공되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 제1 전극(13)만이 투광성을 갖는 물질로 구성되어 있는 경우, 도 6c에 화살표로 표시한 바와 같이, 제1 전극(13)측으로부터만 발광을 취출할 수 있다. 이 경우, 제2 전극(14)은 반사율이 높은 재료로 구성되어 있거나, 또는 반사막이 제2 전극(14)의 상방에 제공되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 제1 전극(13)의 전위보다 제2 전극(14)의 전위가 높아지도록 전압을 인가하였을 때에 발광 소자(12)가 동작하도록 층(15)이 적층된 것이더라도 양호하고, 또는, 제1 전극(13)의 전위보다 제2 전극(14)의 전위가 낮아지도록 전압을 인가하였을 때에 발광 소자(12)가 동작하도록 층(15)이 적층된 것이라도 양호하다. 전자의 경우, 트랜지스터(11)는 N 채널형 트랜지스터이고, 후자의 경우, 트랜지스터(11)는 P 채널형 트랜지스터이다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 트랜지스터에 의해 발광 소자의 구동을 제어하는 능동형 발광 장치를 설명하였다. 단, 능동형 발광 장치에 한정하지 않고, 수동형 발광 장치에 본 발명을 적용할 수 있다.
도 7에는 본 발명을 적용하여 제조한 수동형 발광 장치의 사시도를 도시한다. 도 7에서, 전극(702)과 전극(706) 사이에는 발광 물질을 포함하는 층 및 전자를 발생시키는 층, 정공을 발생시키는 층이 순차적으로 적층된 층(705)이 제공된다. 전극(702)의 말단부는 절연층(703)으로 덮여 있다. 또한, 절연층(703) 위에는 격벽층(704)이 제공된다. 격벽층(704)의 측벽은, 기판면에 가까워짐에 따라, 한쪽의 측벽과 다른쪽의 측벽의 간격이 좁아지는 경사를 갖는다. 요컨대, 격벽층(704)의 단변 방향의 단면은 사다리꼴상이고, 저변(절연층(703)의 면 방향과 동일한 방향으로 향하고, 절연층(703)과 접하는 변)쪽이 상변(절연층(703)의 면 방향과 동일한 방향으로 향하고, 절연층(703)과 접하지 않는 변)보다 짧다. 이와 같이, 격벽층(704)을 제공함으로써, 정전기 등에 기인한 발광 소자의 불량을 방지할 수 있다. 또한, 수동형 발광 장치에 있어서도, 저구동 전압으로 동작하는 본 발명에 따르는 발광 소자를 포함함으로써, 저소비 전력으로 구동시킬 수 있다.
본 발명에 따르는 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 본 발명에 따르는 발광 소자는 효율적으로 발광하기 때문에, 본 발명에 따르는 발광 소자를 화소로서 사용한 본 발명에 따르는 능동형 및 수동형 발광 장치는 저소비 전력으로 동작한다. 이로 인해, 본 발명에 따르는 능동형 및 수동형 발광 장치는, 소비 전력이 적어 경제적이다. 또한, 능동형 발광 장치의 경우, 본 발명에 따르는 유기금속 착체를 R(적색), G(녹색), B(청색)의 화소의 G(녹색)이나 B(청색)에 사용하고, R(적색)에 공지된 인광 재료를 사용하여 발광 효율이 높은 발광 소자를 수득할 수 있다. 따라서, 이러한 발광 소자를 화소로서 사용한 본 발명에 따르는 능동형 발광 장치는, 보다 저소비 전력으로 동작시킬 수 있다.
(실시 형태 5)
본 발명에 따르는 발광 소자를 포함하는 발광 장치는 저소비 전력으로 동작시킬 수 있기 때문에, 본 발명에 의해, 소비 전력이 적어 경제적인 전자 기기를 수득할 수 있다.
본 발명을 적용한 발광 장치를 실장한 본 발명에 따르는 전자 기기의 한 실시예를 도 8a 내지 8C에 도시한다.
도 8a는 본체(5521), 하우징(5522), 표시부(5523), 키보드(5524) 등으로 이루어진, 본 발명을 적용하여 제조한 컴퓨터이다. 표시부(5523)에는, 실시 형태 1과 2에서 설명한 본 발명에 따르는 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광 소자가 매트릭스상으로 배열된 발광 장치가 내장되어 있다. 이와 같이, 본 발명에 따르는 유기금속 착체를 포함하는 발광 소자를 갖는 발광 장치를 표시부로서 내장시킴으로써 퍼스널 컴퓨터를 완성할 수 있다. 이러한 퍼스널 컴퓨터의 표시부는 효율적으로 발광시키기 때문에, 소비 전력이 적어 경제적이다.
도 8b는 본체(5552)에는 표시부(5551), 음성 출력부(5554), 음성 입력부(5555), 조작 스위치(5556, 5557), 안테나(5553) 등으로 이루어진, 본 발명을 적용하여 제조한 전화기이다. 표시부(5551)에는, 실시 형태 1 및 2에서 설명한 본 발명에 따르는 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광 소자가 매트릭스상으로 배열된 발광 장치가 내장되어 있다. 이와 같이, 본 발명에 따르는 유기금속 착체를 포함하는 발광 소자를 갖는 발광 장치를 표시부로서 내장시킴으로써 전화기를 완성할 수 있다. 이러한 전화기의 표시부는 효율적으로 발광하기 때문에, 소비 전력이 적어 경제적이다.
도 8c는 표시부(5531), 하우징(5532), 스피커(55330 등으로 이루어진, 본 발명을 적용하여 제조한 텔레비전 수상기이다. 본 발명에 따르는 발광 소자를 갖는 발광 장치를 표시부로서 내장시킴으로써 텔레비전 수상기를 완성할 수 있다. 표시부(5531)에는, 실시 형태 1 및 2에서 설명한 본 발명에 따르는 유기금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광 소자가 매트릭스상으로 배열된 발광 장치가 내장되어 있다. 이와 같이, 본 발명에 따르는 유기금속 착체를 포함하는 발광 소자를 갖는 발광 장치를 표시부로서 내장시킴으로써 텔레비전 수상기를 완성할 수 있다. 이러한 텔레비전 수상기의 표시부는 효율적으로 발광하기 때문에, 소비 전력이 적어 경제적이다.
이상과 같이 본 발명에 따르는 발광 장치는, 각종 전자 기기의 표시부로서 사용하는 데 대단히 적합하다. 또한, 본 형태로서는, 퍼스널 컴퓨터, 전화기 등에 관해서 서술하고 있지만, 이 밖에 내비게이션 장치, 또는 카메라 등에 본 발명에 따르는 발광 소자를 갖는 발광 장치를 실장하더라도 상관없다.
[실시예 1]
[합성예 1]
본 발명에 따르는 화학식 13의 유기금속 착체(명칭: 비스[3,5-비스(4-3급-부틸페닐)-4-페닐-1,2,4-트리아졸레이트](피콜리네이토)이리듐(III), 약칭: [Ir(t-Butaz)2(pic)]의 합성방법을 설명한다.
[1단계: 복핵 착체([Ir(t-Butaz)2Cl]2)의 합성]
우선, 2-에톡시에탄올 30㎖과 물 10㎖의 혼합물을 용매로 하여, 리간드 H(t-Butaz)(3,5-비스(4-3급-부틸-페닐)-4-페닐-[1,2,4]트리아졸)[참조: H. W. SANDS. CORP. 제조] 2.59g과 염화 이리듐(IrCl3·H2O) O.76g을 혼합하고, 질소 분위기하에서 14시간 동안 환류시켜 복핵 착체(dinuclear complex) [Ir(t-Butaz)2Cl]2를 수득하였다(황색 분말, 수율 53%). 1단계의 합성에 따르는 합성 반응식은 다음과 같다.
Figure 112013055150756-pat00107
[2단계: 본 발명에 따르는 유기금속 착제(약칭: [Ir(t-Butaz)2(pic)])의 합성]
디클로로메탄 20㎖을 용매로 하고, 위에서 수득한 [Ir(t-Butaz)2Cl]2 0.60g을 피콜린산(Hpic) 0.28g과 혼합하고, 질소 분위기하에서 18시간 동안 환류하였다. 반응 용액을 농축 건조시키고 클로로포름으로 재결정시켜 본 발명에 따르는 유기금속 착체 Ir(t-Butaz)2(pic)를 수득하였다(황색 결정, 수율: 72%). 2단계의 합성에 따르는 합성 반응식은 다음과 같다.
Figure 112013055150756-pat00108
수득된 화합물의 질량 분석 결과는 다음과 같다.
MS: m/z 1133 ([M + H]+), 1155 ([M + Na]+)
수득된 화합물의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)의 결과는 다음과 같다. 또한, 1H-NMR의 차트를 도 9에 도시한다.
1H-NMR. δ(CDCl3): 8.32(d, 1H), 7.96(d, 1H), 7.81(td, 1H), 7.59(m, 9H), 7.44(m, 2H), 7.35-7.17(m, 8H), 6.82(d, 1H), 6.67(m, 2H), 6.57(dd, 1H), 6.27-6.20(m, 2H), 1.26(s, 9H), 1.24(s, 9H), 1.16(s, 9H), 1.12(s, 9H).
또한, 수득된 본 발명에 따르는 유기금속 착체 Ir(t-Butaz)2(pic)의 분해 온도(Td)를 시차열 열중량 동시 측정 장치(세이코 인스트루먼츠 인코포레이티드에서 제조한 TG/DTA-320)에 의해 측정한 결과, Td 는 410℃이고, 양호한 내열성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
도 10에는 디클로로메탄 중의 Ir(t-Butaz)2(pic)의 흡수 스펙트럼(a)과 발광 스펙트럼(PL)(b)을 실온에서 측정한 결과를 도시한다. 또한, 도 1O에서, 횡축은 파장(nm)이고 종축은 흡수 및 발광 강도(임의 단위)이다. 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르는 유기금속 착체 Ir(t-Butaz)2(pic)는 318nm(sh), 348nm(sh), 382nm 및 450nm(sh)에서 흡수 피크를 갖고 있다. 또한, 발광 스펙트럼은 509nm에서 발광 피크를 갖는 녹색 발광이었다.
본 발명에 따르는 유기금속 착체 Ir(t-Butaz)2(pic)의 디클로로메탄 용액에 광조사하여, 산소 치환하면 화합물 유래의 발광이 거의 보이지 않는 데 대하여, 아르곤 치환하면 발광이 보이는 점에서, 인광을 발하는 물질과 동일한 경향을 나타내었다. 이로부터, Ir(t-Butaz)2(pic) 유래의 발광은 인광인 것이 확인할 수 있다.
[합성예 2]
합성예 2에서는, 본 발명에 따르는 화학식 15의 유기금속 착체(명칭: 비스[3,5-비스(4-3급-부틸페닐)-4-페닐-1,2,4-트리아졸레이토][테트라키스(1-피라졸릴)보레이토]이리듐(III), 약칭: [Ir(tButaz)2(bpz4)]의 합성방법을 설명한다.
[1단계: 본 발명에 따르는 복핵 착체([Ir(tButaz)2(bpz4)])의 합성]
우선, 합성예 1의 1단계에서 수득한 복핵 착체 [Ir(t-Butaz)2Cl]2 1.14g을 디클로로메탄 40㎖에 현탁시켰다. 상기 현탁액에, 은 트리플루오로메탄설포네이트 0.36g이 용매로서의 메탄올 40㎖에 용해되어 있는 용액을 적가하였다. 현탁 용액을 실온에서 2시간 동안 교반하고 추가로 원심분리시켰다. 원심 분리에 의해 생성된 상청액을 경사여과(decantation)하여 분리시키켜 고형물을 농축시키고 건조시켰다. 이어서, 농축 및 건조된 고형물을 테트라키스(1-피라졸릴)보레이트 칼륨염[아크로스 오가닉스(Acros Organics) 제조] 0.61g과 혼합하였다. 이어서, 상기 혼합 용액을 질소 분위기하에 20시간 동안 환류시켜, 황색 분말을 수득하였다(수율: 47%). 합성 반응식은 다음과 같다.
Figure 112013055150756-pat00109
수득된 황색 분말을 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)으로 분석한 결과, 상기 생성물이 본 발명의 유기금속 착체 중의 하나인 화학식 15의 구조를 갖는 Ir(tButaz)2(bpz4)임을 확인하였다. 또한, 1H-NMR의 차트를 도 11에 도시한다.
1H-NMR. δ(CDCl3): 7.86(m, 1H), 7.74(m, 4H), 7.67-7.58(m, 14H), 7.46(d, 4H), 7.37(d, 2H), 6.66(m, 3H), 6.57(dd, 2H), 6.35(m, 1H), 6.22-6.19(m, 5H), 1.34(s, 18H), 1.08(s, 18H)
또한, 도 12는 디클로로메탄 중의 Ir(tButaz)2(bpz4)의 흡수 스펙트럼(a)과 발광 스펙트럼(PL)(b)을 실온에서 측정한 결과를 도시한 것이다. 도 12에서, 횡축은 파장(nm)이고, 종축은 흡수 및 방출 강도(임의 담위)이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따르는 유기금속 착체 Ir(tButaz)2(bpz4)는 366nm, 325nm(sh) 및 450nm에서 흡수 피크를 갖고, 458nm 및 459nm에서 발광 피크를 가지며, 청색 발광한다.
[합성예 3]
본 합성예 3에서는, 본 발명에 따르는 화학식 55의 유기금속 착체(명칭: 비스(2,5-디페닐-1,3,4-옥사디아졸레이트)(피콜리네이토)이리듐(III), 약칭: [Ir(poda)2(pic)]의 합성방법을 설명한다.
[1단계: 복핵 착체([Ir(poda)2Cl]2)의 합성]
우선, 2,5-디페닐-1,3,4-옥사디아졸 1.37g(6.15mmol), 염화 이리듐 1수화물0.5g(1.67mmol)을 100㎖ 3구 플라스크에 넣고, 2-에톡시에탄올 30㎖과 물 10㎖을 추가호 가하여 100℃에서 15시간 동안 가열하였다. 반응 후, 멤브레인 필터로 여과하여 목적하는 황색 고체 0.45g(수율 40%)를 수득하였다. 1단계의 합성에 따르는 합성 반응식은 다음과 같다.
Figure 112013055150756-pat00110
[2단계: 본 발명에 따르는 유기금속 착체(약칭: [Ir(poda)2(pic)])의 합성]
1단계에서 수득한 [Ir(poda)2Cl]2 O.45g(O.336mmol), 피콜린산 0.10g(0.839mmol) 및 탄산나트륨 0.36g(3.36mmol)을 100㎖ 3구 플라스크에 넣고, 추가로 2-에톡시에탄올 30㎖를 가하고 140℃에서 15시간 동안 가열하였다. 반응후, 용액을 물로 세정후, 수층을 클로로포름으로 추출하여, 유기층과 함께 포화 식염수로 세정후, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 여과, 농축하여 수득된 것을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(아세트산에틸)에 의해 정제하여, 클로로포름 및 헥산에 의해 재결정한 결과, 목적하는 황색 고체 0.27g(수율 54%)를 수득하였다. 2단계의 합성에 따르는 합성 반응식은 다음과 같다.
Figure 112013055150756-pat00111
또한, 수득된 본 발명에 따르는 유기금속 착체 Ir(poda)2(pic)의 분해 온도(Td)를 시차열 열중량 동시 측정 장치(세이코-덴시 가부시키가이샤 제조, TG/DTA 320형)에 의해 측정한 결과, 440℃에서 완전히 분해되었다. 이로부터, 양호한 내열성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
도 13에는 디클로로메탄 중의 Ir(poda)2(pic)의 흡수 스펙트럼(a)과 발광 스펙트럼(PL)(b)을 실온에서 측정한 결과를 도시한 것이다. 도 13에서, 횡축은 파장(nm)이고 종축은 흡수 및 발광의 강도(임의 단위)를 나타낸다. 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르는 유기금속 착체 Ir(poda)2(pic)는 330nm(sh), 360nm(sh), 400nm(sh) 및 420nm(sh)에서 흡수 피크를 갖고 있다. 또한, 발광 스펙트럼은 506nm에서 발광 피크를 갖는 녹색 발광이었다.
또한, 본 발명에 따르는 유기금속 착체 Ir(poda)2(pic)의 디클로로메탄 용액을 광조사하여 산소에 대해 치환되는 경우(산소 치환)에는 상기 화합물로부터 유래한 발광이 거의 관찰되지 않는 반면, 아르곤에 대해 치환되는 경우(아르곤 치환)에는 발광이 관찰된다는 점에서, 인광을 발생시키는 물질과 동일한 경향을 나타내었다. 이에 따라, Ir(poda)2(pic) 유래의 발광은 인광인 것을 확인할 수 있다.
본 출원은 2005년 10월 18일에 일본 특허청에 제출된 일본 특허원 제2005-303730호에 기초한 것이며, 이의 전문은 본원에 참조로 인용된다.

Claims (8)

  1. 발광 소자를 포함하는 발광 장치로서,
    상기 발광 소자가 한 쌍의 전극; 및 상기 한 쌍의 전극 사이의, 3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸 함유 리간드를 함유하는 오르토메탈 착체를 포함하는 발광층을 포함하며,
    상기 3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸의 페닐 그룹들 중 하나의 탄소와 금속을 결합시킴으로써, 상기 3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸 함유 리간드가 탄소-금속 결합을 통해 상기 금속에 결합되는 발광 장치.
  2. 발광 소자를 포함하는 발광 장치로서,
    상기 발광 소자가 한 쌍의 전극; 및 상기 한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광 층이 3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸 함유 리간드를 함유하는 오르토메탈 착체를 포함하고, 상기 오르토메탈 착체의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 갖는 물질을 포함하며,
    상기 3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸의 페닐 그룹들 중 하나의 탄소와 금속을 결합시킴으로써, 상기 3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸 함유 리간드가 탄소-금속 결합을 통해 상기 금속에 결합되는 발광 장치.
  3. 발광 소자를 포함하는 발광 장치로서,
    상기 발광 소자가 한 쌍의 전극; 상기 한 쌍의 전극 사이의, 3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸 함유 리간드를 함유하는 오르토메탈 착체를 포함하는 발광층; 및 상기 한 쌍의 전극들 중의 하나와 상기 발광층 사이의 층을 포함하며,
    상기 3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸의 페닐 그룹들 중 하나의 탄소와 금속을 결합시킴으로써, 상기 3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸 함유 리간드가 탄소-금속 결합을 통해 상기 금속에 결합되는 발광 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 소자가 화소 또는 광원으로서 사용되는 발광 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 능동형 발광 장치인 발광 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 수동형 발광 장치인 발광 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 기재된 발광 장치를 포함하는 전자 기기.
  8. 제3항에 있어서, 상기 층이 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 정공 차단층으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종의 것인 발광 장치.
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