KR102017466B1 - 인광성 이리듐 금속 착체, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

인광성 이리듐 금속 착체를 가진 발광 소자를 제공한다. 상기 인광성 이리듐 금속 착체는, 황록 내지 오렌지색의 파장역에서 인광 발광을 나타내고, 높은 발광 효율, 및 높은 신뢰성을 가진다. 따라서, 상기 황록 내지 오렌지색의 파장역에서 인광 발광을 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체를 제공한다. 또한, 상기 발광 소자를 갖는 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공한다.
한 쌍의 전극 간에 EL층을 가지고, EL층은 인광성 이리듐 금속 착체를 포함하고, 인광성 이리듐 금속 착체는, 4위치에 아릴기를 갖는 피리미딘 환의 3위치의 질소가 금속에 배위하고, 피리미딘 환의 6위치에 카르바졸 골격을 포함하는 치환기를 가지고, 피리미딘 환의 4위치의 아릴기는, 금속과 결합함으로써 오르토메탈화된 구조인, 발광 소자이다.

Description

인광성 이리듐 금속 착체, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 {PHOSPHORESCENT IRIDIUM METAL COMPLEX, LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC APPLIANCE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명은 인광성 이리듐 금속 착체, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
최근, 일렉트로루미네선스(EL: Electro Luminescence)를 이용한 발광 소자의 연구 개발이 왕성하게 행해지고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은, 한 쌍의 전극 간에 발광 물질을 포함하는 층을 개재한 것이다. 이 소자에 전압을 인가함으로써, 발광 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이러한 발광 소자는 자발광형이기 때문에, 액정 디스플레이에 비해 화소의 시인성(視認性)이 높고, 백라이트(backlight)가 불필요한 등의 이점이 있어, 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합하다고 생각되고 있다. 또한, 이러한 발광 소자는 박형 경량으로 제작할 수 있는 것도 큰 이점이다. 또한 매우 응답 속도가 빠른 것도 특징의 하나이다.
그리고, 이들 발광 소자는 막 형상으로 형성하는 것이 가능하기 때문에, 면 형상으로 발광을 얻을 수 있다. 따라서, 대면적의 소자를 용이하게 형성할 수 있다. 이것은 백열 전구나 LED로 대표되는 점광원, 또는 형광등으로 대표되는 선 광원에서는 얻기 어려운 특색이기 때문에, 조명 등에 응용할 수 있는 면 광원으로서의 이용 가치도 높다.
그 일렉트로루미네선스를 이용한 발광 소자는, 발광 물질이 유기 화합물인지, 무기 화합물인지에 의해 대별할 수 있다. 발광 물질에 유기 화합물을 사용하고, 한 쌍의 전극 간에 상기 유기 화합물을 포함하는 층을 설치한 유기 EL 소자의 경우, 발광 소자에 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공(홀)이 각각 발광성의 유기 화합물을 포함하는 층에 주입되어, 전류가 흐른다. 그리고, 주입한 전자 및 정공이 유기 화합물을 여기 상태에 이르게 하고, 여기된 유기 화합물로부터 발광을 얻는 것이다.
유기 화합물이 형성하는 여기 상태의 종류로서는, 1중항 여기 상태와 3중항 여기 상태가 가능하고, 1중항 여기 상태(S*)로부터의 발광이 형광, 3중항 여기 상태(T*)로부터의 발광이 인광이라고 불리고 있다. 또한, 발광 소자에 있어서의 그 통계적인 생성 비율은, S*:T*=1:3이라고 생각되고 있다.
1중항 여기 상태를 발광으로 변환하는 화합물(이하, 형광성 화합물이라고 칭한다)에서는 실온에 있어서, 3중항 여기 상태로부터의 발광(인광)은 관측되지 않고, 1중항 여기 상태로부터의 발광(형광)만이 관측된다. 따라서, 형광성 화합물을 사용한 발광 소자에 있어서의 내부 양자 효율(주입한 캐리어에 대해 발생하는 포톤(photon)의 비율)의 이론적 한계는, S*:T*=1:3인 것을 근거로 25%로 되어 있다.
한편, 3중항 여기 상태를 발광으로 변환하는 화합물(이하, 인광성 화합물이라고 칭한다)을 사용하면, 3중항 여기 상태로부터의 발광(인광)이 관측된다. 또한, 인광성 화합물은 항간 교차(1중항 여기 상태에서 3중항 여기 상태로 옮겨가는 것)가 일어나기 쉽기 때문에, 내부 양자 효율은 100%까지 이론상으로는 가능해진다. 즉, 형광성 화합물보다 높은 발광 효율이 가능해진다. 이러한 이유에서, 고효율의 발광 소자를 실현하기 위해서, 인광성 화합물을 사용한 발광 소자의 개발이 최근 왕성하게 행해지고 있다.
상기한 인광성 화합물을 사용하여 발광 소자의 발광층을 형성하는 경우, 인광성 화합물의 농도 소광이나 3중항-3중항 소멸에 의한 소광을 억제하기 위해서, 다른 화합물로 이루어진 매트릭스 중에 상기 인광성 화합물이 분산되도록 하여 형성하는 경우가 많다. 이 때, 매트릭스가 되는 화합물은 호스트 재료, 인광성 화합물과 같이 매트릭스 중에 분산되는 화합물은 게스트 재료(도판트)라고 불린다.
또한, 유기 저분자 정공 수송 물질, 및 유기 저분자 전자 수송 물질을 호스트 재료로 하고, 인광성 화합물을 도판트로서 함유하는 발광층을 사용하여, 발광 소자의 소자 수명과 발광 효율을 개선한 발광 소자가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
또한, 게스트 재료(도판트)로서는, 그 인광 양자 수율이 높음으로 인해, 특히 이리듐(Ir) 등을 중심 금속으로 하는 유기 금속 착체가 주목받고 있다. 이리듐을 중심 금속으로 하는 인광성의 유기 금속 착체(이하, 인광성 이리듐 금속 착체)로서, 예를 들면, 카르바졸기가 도입된 피리딘 유도체, 및 페닐 유도체를 주된 배위자로 하는 인광성 이리듐 금속 착체가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
특표(特表) 공보 제2004-515895호 특표 공보 제2011-506312호
특허문헌 2에 있어서 보고되어 있는 바와 같이, 인광성 화합물의 게스트 재료의 개발은 활발하게 이루어지고 있다. 그러나, 발광 소자로서 본 경우, 발광 효율, 신뢰성, 발광 특성, 합성 효율, 또는 비용과 같은 면에서 개선의 여지가 남아 있어, 보다 우수한 발광 소자의 개발이 요망되고 있다.
상기 문제를 감안하여, 본 발명의 일 형태는, 인광성 이리듐 금속 착체를 가진 발광 소자를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 상기 인광성 이리듐 금속 착체는, 황록 내지 오렌지색의 파장역에 인광 발광을 나타내고, 높은 발광 효율, 및 높은 신뢰성을 가진다. 따라서, 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 황록 내지 오렌지색의 파장역에 인광 발광을 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태는, 상기 발광 소자를 갖는 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 일 형태는, 한 쌍의 전극 간에 EL층을 가지고, EL층은 인광성 이리듐 금속 착체를 포함하고, 인광성 이리듐 금속 착체는, 4위치에 아릴기를 갖는 피리미딘 환의 3위치의 질소가 금속에 배위하고, 피리미딘 환의 6위치에 카르바졸 골격을 포함하는 치환기를 가지고, 피리미딘 환의 4위치의 아릴기는, 금속과 결합함으로써 오르토메탈화된 구조인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
상기 구성에 있어서, 인광성 이리듐 금속 착체는, 화학식 1로 표시되는 구조를 포함한다.
Figure 112012080717156-pat00001
또한, 상기 구성에 있어서, 인광성 이리듐 금속 착체는, 화학식 2로 표시할 수 있다. 또한, 화학식 2로 표시되는 인광성 이리듐 금속 착체는, 본 발명의 일 형태이다.
Figure 112012080717156-pat00002
또한, 상기 구성에 있어서, 인광성 이리듐 금속 착체는, 화학식 3으로 표시할 수 있다. 또한, 화학식 3으로 표시되는 인광성 이리듐 금속 착체는, 본 발명의 일 형태이다.
Figure 112012080717156-pat00003
화학식 1, 화학식 2, 및 화학식 3 중에 있어서, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, 화학식 3 중에 있어서, L은 모노음이온성의 배위자를 나타낸다.
또한, 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하는 인광성 이리듐 금속 착체는, 인광 발광할 수 있기 때문에, 발광 소자의 발광층에 적용할 때에 유익하다. 특히, 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하고, 상기 구조에 있어서 최저 3중항 여기 상태가 형성되는 인광성 이리듐 금속 착체는, 효율적으로 인광을 방출할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 상기 구성에 있어서, 인광성 이리듐 금속 착체는, 구조식(100)으로 표시된다. 또한, 구조식(100)으로 표시되는 인광성 이리듐 금속 착체는, 본 발명의 일 형태이다.
Figure 112012080717156-pat00004
또한, 본 발명의 다른 일 형태는, 한 쌍의 전극 간에 EL층을 가지고, EL층은 인광성 이리듐 금속 착체를 포함하고, 인광성 이리듐 금속 착체는, 2위치에 아릴기를 갖는 피리미딘 환의 1위치의 질소가 금속에 배위하고, 피리미딘 환의 4위치에 카르바졸 골격을 포함하는 치환기를 가지고, 피리미딘 환의 2위치의 아릴기는, 금속과 결합함으로써 오르토메탈화된 구조인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
상기 구성에 있어서, 인광성 이리듐 금속 착체는, 화학식 4로 표시되는 구조를 포함한다.
Figure 112012080717156-pat00005
또한, 상기 구성에 있어서, 인광성 이리듐 금속 착체는, 화학식 5로 표시할 수 있다. 또한, 화학식 5로 표시되는 인광성 이리듐 금속 착체는, 본 발명의 일 형태이다.
Figure 112012080717156-pat00006
또한, 상기 구성에 있어서, 인광성 이리듐 금속 착체는, 화학식 6으로 표시할 수 있다. 또한, 화학식 6으로 표시되는 인광성 이리듐 금속 착체는, 본 발명의 일 형태이다.
Figure 112012080717156-pat00007
화학식 4, 화학식 5 및 화학식 6 중에 있어서, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1 및 R11은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, 화학식 6 중에 있어서, L은 모노음이온성의 배위자를 나타낸다.
또한, 화학식 4로 표시되는 구조를 포함하는 인광성 이리듐 금속 착체는, 인광 발광할 수 있기 때문에, 발광 소자의 발광층에 적용할 때에 유익하다. 특히, 화학식 4로 표시되는 구조를 포함하고, 상기 구조에 있어서 최저 3중항 여기 상태가 형성되는 인광성 이리듐 금속 착체는, 효율적으로 인광을 방출할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 상기 화학식 1 내지 3, 및 4 내지 6에 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체는, 이리듐과 배위자가 금속-탄소 결합을 가지고 있는 점에서, 배위자의 피리미딘 환으로의 전하의 이동(MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer) 전이)이 일어나기 쉬워진다. 이와 같이, MLCT 전이가 일어나기 쉬워지는 결과, 금지전이인 인광 발광이 발생하기 쉬워지는 데다가, 3중항 여기 수명도 짧아져, 상기 인광성 이리듐 금속 착체의 발광 효율을 향상시키는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는, 한 쌍의 전극 간에 EL층을 가지고, EL층은 인광성 이리듐 금속 착체를 포함하고, 인광성 이리듐 금속 착체는, 2위치에 아릴기를 갖는 1,3,5-트리아진 환의 1위치의 질소가 금속에 배위하고, 1,3,5-트리아진 환의 4위치에 카르바졸 골격을 포함하는 치환기를 가지고, 1,3,5-트리아진 환의 2위치의 아릴기는, 금속과 결합함으로써 오르토메탈화된 구조인 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
상기 구성에 있어서, 인광성 이리듐 금속 착체는, 화학식 7로 표시되는 구조를 포함한다.
Figure 112012080717156-pat00008
또한, 상기 구성에 있어서, 인광성 이리듐 금속 착체는, 화학식 8로 표시할 수 있다. 또한, 화학식 8로 표시되는 인광성 이리듐 금속 착체는, 본 발명의 일 형태이다.
Figure 112012080717156-pat00009
또한, 상기 구성에 있어서, 인광성 이리듐 금속 착체는, 화학식 9로 표시할 수 있다. 또한, 화학식 9로 표시되는 인광성 이리듐 금속 착체는, 본 발명의 일 형태이다.
Figure 112012080717156-pat00010
화학식 7, 화학식 8 및 화학식 9 중에 있어서, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, 화학식 9 중에 있어서, L은 모노음이온성의 배위자를 나타낸다.
또한, 화학식 7로 표시되는 구조를 포함하는 인광성 이리듐 금속 착체는, 인광 발광할 수 있기 때문에, 발광 소자의 발광층에 적용할 때에 유익하다. 특히, 화학식 7로 표시되는 구조를 포함하고, 상기 구조에 있어서 최저 3중항 여기 상태가 형성되는 인광성 이리듐 금속 착체는, 효율적으로 인광을 방출할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 화학식 7 내지 9에 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체는, 이리듐과 배위자가, 금속-탄소 결합을 가지고 있는 점에서, 배위자의 1,3,5-트리아진 환으로의 전하의 이동(MLCT 전이)이 일어나기 쉬워진다. 이와 같이, MLCT 전이가 일어나기 쉬워지는 결과, 금지 전이인 인광 발광이 발생하기 쉬워지는 데다가, 3중항 여기 수명도 짧아져, 상기 인광성 이리듐 금속 착체의 발광 효율을 향상시키는 효과를 나타낸다.
또한, 상기 화학식 1 내지 3에 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체는, 피리미딘 환의 6위치에 카르바졸 골격을 포함하는 치환기를 가지고 있고, 상기 화학식 4 내지 6에 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체는, 피리미딘 환의 4위치에 카르바졸 골격을 포함하는 치환기를 가지고 있고, 상기 화학식 7 내지 9에 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체는, 1,3,5-트리아진 환의 4위치에 카르바졸 골격을 포함하는 치환기를 가지고 있다. 이와 같이, 상기한 오르토메탈 착체의 HOMO 궤도에 영향을 주는 질소 함유 방향 환과, 홀 트랩성(hole-trapping property)이 우수한 카르바졸 골격이 결합한 구조로 함으로써, EL 재료로서 전기적으로 안정된 물질이 얻어진다.
또한, 상기 발광 소자를 사용한 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치도 본 발명의 범주에 포함하는 것으로 한다. 또한, 본 명세서 중에 있어서의 발광 장치란, 화상 표시 디바이스, 발광 디바이스, 및 광원을 포함한다. 또한, 패널에 커넥터, 예를 들면 FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 TAB(Tape Automated Bonding) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TAB 테이프나 TCP의 끝에 프린트 배선판이 형성된 모듈, 또는 발광 소자에 COG(Chip On Glass) 방식에 의해 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함하는 것으로 한다.
본 발명의 일 형태는, 인광성 이리듐 금속 착체를 가진 발광 소자를 제공할 수 있다. 상기 인광성 이리듐 금속 착체는, 황록 내지 오렌지색의 파장 영역에서 인광 발광을 나타내고, 높은 발광 효율, 및 높은 신뢰성을 가진다. 따라서, 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 황록 내지 오렌지색의 파장 영역에서 인광 발광을 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 설명하는 도면.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 설명하는 도면.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 설명하는 도면.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 설명하는 도면.
도 7a1, 7a2, 7a3 및 7b는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 설명하는 도면.
도 8a 내지 8c는 본 발명의 일 형태의 조명 장치를 설명하는 도면.
도 9는 실시예 1에서 합성한 인광성 이리듐 금속 착체의 1H-NMR 차트를 도시하는 도면.
도 10은 본 발명의 일 형태의 인광성 이리듐 금속 착체[Ir(czppm)2(acac)]의 디클로로메탄 용액에 있어서의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 11은 실시예의 발광 소자를 설명하는 도면.
도 12는 발광 소자(1)의 전류 밀도-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 13은 발광 소자(1)의 전압-휘도 특성을 도시하는 도면.
도 14는 발광 소자(1)의 휘도-전류 효율을 도시하는 도면.
도 15는 발광 소자(1)의 전압-전류 특성을 도시하는 도면.
도 16은 발광 소자(1)의 휘도-색도 좌표 특성을 도시하는 도면.
도 17은 발광 소자(1)의 휘도-파워 효율 특성을 도시하는 도면.
도 18은 발광 소자(1)의 발광 스펙트럼을 도시하는 도면.
도 19는 발광 소자(1)의 시간-규격화 휘도 특성을 도시하는 도면.
도 20은 발광 소자(1)의 시간-전압 특성을 도시하는 도면.
도 21은 [Ir(czppm)2(acac)]의 LC-MS 측정 결과를 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명으로 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 일탈하지 않고 그 형태 및 상세를 다양하게 변경할 수 있는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용으로 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 한쌍의 전극 간에 EL층을 가지고, EL층에 인광성 이리듐 금속 착체를 포함하는 발광 소자에 관해서, 도 1을 사용하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 소자는, 도 1에 도시하는 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(101)과 제 2 전극(103)) 사이에 발광층(113)을 포함하는 EL층(102)이 개재되어 있고, EL층(102)은 발광층(113) 이외에, 정공(또는 홀) 주입층(111), 정공(또는 홀) 수송층(112), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 전하 발생층(116) 등을 포함하여 형성된다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 제 1 전극(101)을 양극으로서 사용하고, 제 2 전극(103)을 음극으로서 사용한다. 또한, 제 1 전극(101)은, 기판(100) 위에 형성되어 있다. 또한, 발광층(113)에는, 본 발명의 일 형태인 인광성 이리듐 금속 착체가 포함되어 있다.
이러한 발광 소자에 대해 전압을 인가함으로써, 제 1 전극(101)측으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(103)측으로부터 주입된 전자가, 발광층(113)에서 재결합하고, 발광층(113)에 포함된 인광성 이리듐 금속 착체를 여기 상태로 한다. 그리고, 여기 상태의 인광성 이리듐 금속 착체가 기저 상태로 되돌아올 때에 발광한다. 이와 같이, 본 발명의 일 형태에 있어서, 인광성 이리듐 금속 착체는, 발광 소자에 있어서의 발광 물질로서 기능한다.
또한, EL층(102)에 있어서의 정공 주입층(111)은, 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 층이며, 억셉터성 물질에 의해 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 인발됨으로써 정공(홀)이 발생한다. 따라서, 정공 주입층(111)으로부터 정공 수송층(112)을 개재하여 발광층(113)에 정공이 주입된다.
또한, 전하 발생층(116)은, 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 층이다. 억셉터성 물질에 의해 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 인발되기 때문에, 인발된 전자가, 전자 주입성을 갖는 전자 주입층(115)으로부터 전자 수송층(114)을 개재하여 발광층(113)에 주입된다.
이하에 본 실시형태에 나타내는 발광 소자를 제작하는데 있어서의 구체예에 관해서 설명한다.
기판(100)은, 발광 소자의 지지체로서 사용된다. 기판(100)으로서는, 예를 들면 유리, 석영, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또한 가요성 기판을 사용해도 좋다. 가요성 기판이란, 구부릴 수 있는(플렉시블) 기판을 말하며, 예를 들면, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르 설폰으로 이루어진 플라스틱 기판 등을 들 수 있다. 또한, 필름(폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리불화비닐, 폴리염화비닐 등으로 이루어진다), 무기 증착 필름 등을 사용할 수도 있다. 또한, 발광 소자의 제작 공정에 있어서 지지체로서 기능하는 것이면, 이들 이외의 것이라도 좋다.
제 1 전극(101), 및 제 2 전극(103)에는, 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화인듐-산화주석(ITO: Indium Tin Oxide), 규소 또는 산화규소를 함유한 산화인듐-산화주석, 산화인듐-산화아연, 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti) 외에, 원소주기표의 제 1 족 또는 제 2 족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토금속, 및 마그네슘(Mg), 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 포함하는 합금, 기타 그래핀 등을 사용할 수 있다. 또한, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103)은, 예를 들면 스퍼터링법이나 증착법(진공 증착법을 포함한다) 등에 의해 형성할 수 있다.
정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 전하 발생층(116)에 사용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들면, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD)이나 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카르바졸-9-일)트리페닐아민(약칭: TCTA), 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-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: BPAFLP) 등의 방향족 아민 화합물, 3-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카르바졸-3-일)아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCN1) 등을 들 수 있다. 그 외, 4,4'-디(N-카르바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라세닐)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA) 등의 카르바졸 화합물, 1,3,5-트리(디벤조티오펜-4-일)-벤젠(약칭: DBT3P-II) 등의 디벤조티오펜 화합물, 1,3,5-트리(디벤조푸란-4-일)-벤젠(약칭: DBF3P-II) 등의 디벤조푸란 화합물, 9-[3,5-디-(페난트렌-9-일)-페닐]-페난트렌(약칭: Pn3P) 등의 축합 환 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기에 서술한 물질은, 주로 10-6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 단, 전자보다도 정공의 수송성이 높은 물질이면, 이들 이외의 것을 사용해도 좋다.
또한, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-디페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아미드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 정공 주입층(111) 및 전하 발생층(116)은, 상기 정공 수송성이 높은 물질과, 억셉터성을 갖는 물질의 혼합층을 사용해도 좋다. 이 경우, 캐리어 주입성이 양호해져 바람직하다. 사용하는 억셉터성을 갖는 물질로서는, 전이 금속 산화물이나 원소 주기표에 있어서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화몰리브덴이 특히 바람직하다.
발광층(113)은 게스트 재료로서 인광성 이리듐 금속 착체를 발광 물질로서 포함하고, 이 인광성 이리듐 금속 착체보다도 3중항 여기 에너지가 큰 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성되는 층이다.
상기 호스트 재료로서는, 예를 들면, 2,3-비스(4-디페닐아미노페닐)퀴녹살린(약칭: TPAQn), NPB와 같은 아릴아민 골격을 갖는 화합물 외에, CBP, 4,4',4''-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(약칭: TCTA) 등의 카르바졸 유도체나, 비스[2-(2-하이드록시페닐)피리디나토]아연(약칭: Znpp2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤즈옥사졸라토]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭: BAlq), 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Alq3) 등의 금속 착체가 바람직하다. 또한, PVK와 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 발광층(113)에 있어서, 호스트 재료는 복수종 사용해도 좋고, 예를 들면, 상기 호스트 재료와, 정공 수송층(112)에서 사용한 재료를 사용할 수도 있다.
여기에서, 발광층(113)에 있어서, 게스트 재료는, 4위치에 아릴기를 갖는 피리미딘 환의 3위치의 질소가 금속에 배위하고, 피리미딘 환의 6위치에 카르바졸 골격을 포함하는 치환기를 가지고, 피리미딘 환의 4위치의 아릴기는, 금속과 결합함으로써 오르토메탈화된 구조인 인광성 이리듐 금속 착체를 사용할 수 있다.
즉, 인광성 이리듐 금속 착체는, 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하는 구성이다.
화학식 1
Figure 112012080717156-pat00011
화학식 1 중, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다.
또한, 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하는 인광성 이리듐 금속 착체는, 인광 발광할 수 있기 때문에, 발광 소자의 발광층에 적용할 때에 유익하다. 특히, 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하고, 상기 구조에 있어서 최저 3중항 여기 상태가 형성되는 인광성 이리듐 금속 착체는, 효율적으로 인광을 방출할 수 있기 때문에 바람직하다. 이러한 형태를 실현하기 위해서는, 예를 들면, 상기 구조의 최저 3중항 여기 에너지가, 상기 인광성 이리듐 금속 착체를 구성하는 다른 골격(다른 배위자)의 최저 3중항 여기 에너지와 동일해지거나, 또는 그것보다 낮아지도록, 다른 골격(다른 배위자)을 선택하면 좋다. 이러한 구성으로 함으로써, 상기 구조 이외의 골격(배위자)이 어떠한 것이라도, 최종적으로는 상기 구조로 최저 3중항 여기 상태가 형성되기 때문에, 상기 구조에 유래하는 인광 발광이 얻어진다. 따라서, 고효율의 인광 발광을 얻을 수 있다. 예를 들면, 상기 구조를 측쇄로서 갖는 비닐 중합체 등이 그 대표예이다.
또한, 상기의 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하는 인광성 이리듐 금속 착체로서, 구체적으로는, 화학식 2 및 화학식 3으로 표시된다. 또한, 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 구조는, 본 발명의 일 형태의 인광성 이리듐 금속 착체이다.
화학식 2
Figure 112012080717156-pat00012
화학식 2 중, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다.
화학식 3
Figure 112012080717156-pat00013
화학식 3 중, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, L은 모노음이온성의 배위자를 나타낸다.
또한, 상기 게스트 재료로서, 2위치에 아릴기를 갖는 피리미딘 환의 1위치의 질소가 금속에 배위하고, 피리미딘 환의 4위치에 카르바졸 골격을 포함하는 치환기를 가지고, 피리미딘 환의 2위치의 아릴기는, 금속과 결합함으로써 오르토메탈화된 구조인 인광성 이리듐 금속 착체를 사용할 수 있다.
즉, 인광성 이리듐 금속 착체는, 화학식 4로 표시되는 구조를 포함하는 구성이다.
화학식 4
Figure 112012080717156-pat00014
화학식 4 중, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1 및 R11은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다.
또한, 화학식 4로 표시되는 구조를 포함하는 인광성 이리듐 금속 착체는, 인광 발광할 수 있기 때문에, 발광 소자의 발광층에 적용할 때에 유익하다. 특히, 화학식 4로 표시되는 구조를 포함하고, 상기 구조에 있어서 최저 3중항 여기 상태가 형성되는 인광성 이리듐 금속 착체는, 효율적으로 인광을 방출할 수 있기 때문에 바람직하다. 이러한 형태를 실현하기 위해서는, 예를 들면, 상기 구조의 최저 3중항 여기 에너지가, 상기 인광성 이리듐 금속 착체를 구성하는 다른 골격(다른 배위자)의 최저 3중항 여기 에너지와 동일해지거나, 또는 그것보다 낮아지도록, 다른 골격(다른 배위자)을 선택하면 좋다. 이러한 구성으로 함으로써, 상기 구조 이외의 골격(배위자)이 어떠한 것이라도, 최종적으로는 상기 구조로 최저 3중항 여기 상태가 형성되기 때문에, 상기 구조에 유래하는 인광 발광이 얻어진다. 따라서, 고효율의 인광 발광을 얻을 수 있다. 예를 들면, 상기 구조를 측쇄로서 갖는 비닐 중합체 등이 그 대표예이다.
또한, 상기의 화학식 4로 표시되는 구조를 포함하는 인광성 이리듐 금속 착체로서, 구체적으로는, 화학식 5 및 화학식 6으로 표시된다. 또한, 화학식 5 및 화학식 6으로 표시되는 구조는, 본 발명의 일 형태의 인광성 이리듐 금속 착체이다.
화학식 5
Figure 112012080717156-pat00015
화학식 5 중, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1 및 R11은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다.
화학식 6
Figure 112012080717156-pat00016
화학식 6 중, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1 및 R11은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, L은 모노음이온성의 배위자를 나타낸다.
또한, 상기 게스트 재료로서, 2위치에 아릴기를 갖는 1,3,5-트리아진 환의 1위치의 질소가 금속에 배위하고, 1,3,5-트리아진 환의 4위치에 카르바졸 골격을 포함하는 치환기를 가지고, 1,3,5-트리아진 환의 2위치의 아릴기는, 금속과 결합함으로써 오르토메탈화된 구조인 인광성 이리듐 금속 착체를 사용할 수 있다.
즉, 인광성 이리듐 금속 착체는, 화학식 7로 표시되는 구조를 포함하는 구성이다.
화학식 7
Figure 112012080717156-pat00017
화학식 7 중, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다.
또한, 화학식 7로 표시되는 구조를 포함하는 인광성 이리듐 금속 착체는, 인광 발광할 수 있기 때문에, 발광 소자의 발광층에 적용할 때에 유익하다. 특히, 화학식 7로 표시되는 구조를 포함하고, 상기 구조에 있어서 최저 3중항 여기 상태가 형성되는 인광성 이리듐 금속 착체는, 효율적으로 인광을 방출할 수 있기 때문에 바람직하다. 이러한 형태를 실현하기 위해서는, 예를 들면, 상기 구조의 최저 3중항 여기 에너지가, 상기 인광성 이리듐 금속 착체를 구성하는 다른 골격(다른 배위자)의 최저 3중항 여기 에너지와 동일해지거나, 또는 그것보다 낮아지도록, 다른 골격(다른 배위자)을 선택하면 좋다. 이러한 구성으로 함으로써, 상기 구조 이외의 골격(배위자)이 어떠한 것이라도, 최종적으로는 상기 구조로 최저 3중항 여기 상태가 형성되기 때문에, 상기 구조에 유래하는 인광 발광이 얻어진다. 따라서, 고효율의 인광 발광을 얻을 수 있다. 예를 들면, 상기 구조를 측쇄로서 갖는 비닐 중합체 등이 그 대표예이다.
또한, 상기의 화학식 7로 표시되는 구조를 포함하는 인광성 이리듐 금속 착체로서, 구체적으로는, 화학식 8 및 화학식 9로 표시된다. 또한, 화학식 8 및 화학식 9로 표시되는 구조는, 본 발명의 일 형태의 인광성 이리듐 금속 착체이다.
화학식 8
Figure 112012080717156-pat00018
화학식 8 중, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다.
화학식 9
Figure 112012080717156-pat00019
화학식 9 중, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, L은 모노음이온성의 배위자를 나타낸다.
상기 화학식 1 내지 6에 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체는, 이리듐과 배위자가, 금속-탄소 결합을 가지고 있는 점에서, 배위자의 피리미딘 환으로의 전하의 이동(MLCT 전이)이 일어나기 쉬워진다. 또한, 화학식 7 내지 9에 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체는, 이리듐과 배위자가, 금속-탄소 결합을 가지고 있는 점에서, 배위자의 1,3,5-트리아진 환으로의 전하의 이동(MLCT 전이)이 일어나기 쉬워진다. 이와 같이, MLCT 전이가 일어나기 쉬워지는 결과, 인광 발광과 같은 금지 전이가 발생하기 쉬워지는 데다가, 3중항 여기 수명도 짧아져, 상기 인광성 이리듐 금속 착체의 발광 효율을 향상시키는 효과를 나타낸다.
또한, 상기 화학식 1 내지 9에 표시하는 인광성 이리듐 금속 착체는, 피리미딘 환, 또는 1,3,5-트리아진 환에 이리듐 이온이 배위하여 오르토메탈화되고, 벌키한 구조(또는, 부피가 큰 구조)를 형성하기 때문에, 농도 소광을 억제할 수 있다.
또한, 상기 화학식 1 내지 3에 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체는, 피리미딘 환의 6위치에 카르바졸 골격을 포함하는 치환기를 가지고 있고, 상기 화학식 4 내지 6에 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체는, 피리미딘 환의 4위치에 카르바졸 골격을 포함하는 치환기를 가지고 있고, 상기 화학식 7 내지 9에 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체는, 1,3,5-트리아진 환의 4위치에 카르바졸 골격을 포함하는 치환기를 가지고 있다. 이와 같이, 상기한 오르토메탈 착체의 HOMO 궤도에 영향을 주는 질소 함유 방향 환과, 홀 트랩성이 우수한 카르바졸 골격이 결합한 구조로 함으로써, EL 재료로서 전기적으로 안정된 물질이 얻어진다.
또한, 상기 화학식 1 내지 9 중에 있어서의 Ar의 구체예로서는, 페닐렌기, 단수 또는 복수의 알킬기로 치환된 페닐렌기, 단수 또는 복수의 알콕시기로 치환된 페닐렌기, 단수 또는 복수의 알킬티오기로 치환된 페닐렌기, 단수 또는 복수의 할로알킬기로 치환된 페닐렌기, 단수 또는 복수의 할로겐기로 치환된 페닐렌기, 단수 또는 복수의 페닐기로 치환된 페닐렌기, 비페닐-디일기, 나프탈렌-디일기, 플루오렌-디일기, 9,9-디알킬플루오렌-디일기, 9,9-디아릴플루오렌-디일기를 들 수 있다.
또한, 상기 화학식 3, 6 및 9 중에 있어서의 모노음이온성의 배위자(L)의 구체적인 구조로서는, 예를 들면, 구조식(L1) 내지 (L6)에 나타내는 배위자를 들 수 있다.
Figure 112012080717156-pat00020
구조식(L1) 내지 (L6)에 있어서, R71 내지 R90은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 할로겐기, 할로알킬기, 탄소수 1 내지 4의 알콕시기, 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬티오기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, A1, A2, A3은 각각 독립적으로, 질소 N, 또는 R로 치환된 탄소 C-R을 나타내고, R은 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 할로겐기, 탄소수 1 내지 4의 할로알킬기, 또는 페닐기를 나타낸다.
또한, 상기의 화학식 1 내지 9로 표시되는 인광성 이리듐 금속 착체로서는, 구조식(100) 내지 구조식(126)에 나타내는 인광성 이리듐 금속 착체를 들 수 있다. 다만, 본 발명은, 이것으로 한정되지 않는다.
Figure 112012080717156-pat00021
Figure 112012080717156-pat00022
Figure 112012080717156-pat00023
Figure 112012080717156-pat00024
Figure 112012080717156-pat00025

또한, 인광성 이리듐 금속 착체의 합성 방법으로서는, 다양한 반응을 적용할 수 있다. 여기에서, 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 인광성 이리듐 금속 착체의 합성 방법에 관해서, 이하 설명을 행한다. 또한, 화학식 5, 6, 8 및 9로 표시되는 인광성 이리듐 금속 착체의 합성 방법에 관해서는, 화학식 2 및 3의 합성 방법의 변형이기 때문에, 피리미딘 유도체, 및 트리아진 유도체에 관해서만 설명하고, 그 상세한 합성 방법에 관해서는 설명을 생략한다.
《화학식 10, 11로 표시되는 피리미딘 유도체, 및 화학식 12로 표시되는 트리아진 유도체의 합성법》
우선, 하기 화학식 10, 11로 표시되는 피리미딘 유도체, 및 화학식 12로 표시되는 트리아진 유도체의 합성 방법의 일례에 관해서 설명한다. 다만, 피리미딘 유도체 및 트리아진 유도체의 합성 방법은, 이하의 합성 방법으로 한정되지 않는다.
Figure 112012080717156-pat00026
Figure 112012080717156-pat00027
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화학식 10, 11 및 12에 있어서, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 나타낸다. 또한, R1, R2 및 R11은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, 화학식 10, 11로 표시되는 피리미딘 유도체, 및 화학식 12로 표시되는 트리아진 유도체는, 피리미딘, 및 트리아진의 클로로체(體)를 사용하고, 클로로기를 N-카르바졸릴기의 유도체로 변환함으로써 합성할 수 있다. 예를 들면, 화학식 10[화합물(G1-0)]은, 이하와 같은 간편한 반응식 a의 합성 도식에 의해 합성할 수 있다. 또한, 여기에서는, 화학식 10으로 표시되는 피리미딘 유도체에 관해서, 설명하지만, 화학식 11로 표시되는 피리미딘 유도체, 및 화학식 12로 표시되는 트리아진 유도체에 관해서는, 피리미딘의 클로로체를 변경 또는 트리아진의 클로로체로 변경함으로써 합성할 수 있다.
반응식 a
Figure 112012080717156-pat00029
반응식 a의 합성 도식에 있어서, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다.
상기의 피리미딘 및 트리아진의 클로로체와, 카르바졸 유도체는 시판되고 있거나, 또는 합성 가능하기 때문에, 화학식 10, 11, 12로 표시되는 피리미딘 유도체 및 트리아진 유도체는, 수많은 종류를 합성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태인 인광성 이리듐 금속 착체는, 그 배위자의 베리에이션이 풍부하다고 하는 특징이 있다.
<화학식 2로 표시되는 본 발명의 일 형태의 인광성 이리듐 금속 착체의 합성 방법>
다음에, 화학식 2로 표시되는 본 발명의 일 형태인 인광성 이리듐 금속 착체[화합물(G1-2)]는, 하기 반응식 b의 합성 도식에 의해 합성할 수 있다. 즉, 상기한 화학식 10으로 표시되는 피리미딘 유도체와, 할로겐을 포함하는 이리듐 금속 화합물(염화이리듐 등), 또는 유기 이리듐 금속 착체 화합물(아세틸아세토나토 착체, 디에틸설피드 착체 등)을 혼합한 후, 가열함으로써, 화학식 2로 표시되는 인광성 이리듐 금속 착체를 얻을 수 있다.
또한, 이 가열 프로세스는, 화학식 10으로 표시되는 피리미딘 유도체와, 할로겐을 포함하는 이리듐 금속 화합물, 또는 유기 이리듐 금속 착체 화합물을 알코올계 용매(글리세롤, 에틸렌 글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올 등)에 용해한 후에 행해도 좋다. 가열 수단으로서 특별히 한정은 없으며, 오일 배스, 샌드 배스(sand bath), 또는 알루미늄 블록을 사용해도 좋다. 또한, 마이크로파를 가열 수단으로서 사용하는 것도 가능하다.
반응식 b
Figure 112012080717156-pat00030
반응식 b에 있어서, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기/아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다.
단, 화학식 2로 표시되는 본 발명의 일 형태의 인광성 이리듐 금속 착체의 합성법은, 반응식 b로만 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 다음 반응식 c에 나타내는 할로겐으로 가교한 복핵 착체(B)와 화학식 10으로 표시되는 피리미딘 유도체를 가열하는 방법도 있다. 이 때, 반응을 촉진시키기 위해서, 트리플루오로 아세트산은이나 트리플루오로메틸설폰산은 등의 은염을 첨가해도 좋다.
<화학식 3으로 표시되는 본 발명의 일 형태의 인광성 이리듐 금속 착체의 합성 방법>
화학식 3으로 표시되는 본 발명의 일 형태인 인광성 이리듐 금속 착체의 합성 재료인 하기 반응식 d의 합성 도식에 나타내는 할로겐으로 가교한 복핵 착체(B)는, 하기 반응식 c의 합성 도식에 의해 합성할 수 있다. 즉, 화학식 10으로 표시되는 피리미딘 유도체와, 할로겐을 포함하는 이리듐 금속 화합물(염화이리듐 등)을 무용매, 또는 알코올계 용매(글리세롤, 에틸렌 글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올 등) 단독, 또는 알코올계 용매 1종류 이상과 물의 혼합 용매를 사용하여, 불활성 가스 분위기에서 가열함으로써, 할로겐으로 가교된 구조를 갖는 유기 이리듐 금속 착체의 1종이며, 신규 물질인 복핵 착체(B)를 얻을 수 있다. 가열 수단으로서 특별히 한정은 없으며, 오일 배스, 샌드 배스, 또는 알루미늄 블록을 사용해도 좋다. 또한, 마이크로파를 가열 수단으로서 사용하는 것도 가능하다.
반응식 c
Figure 112012080717156-pat00031
반응식 c의 합성 도식에 있어서, X는 할로겐을 나타내고, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기/아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다.
또한, 하기 반응식 d의 합성 도식에 나타내는 바와 같이, 상기의 반응식 c의 합성 도식에서 얻어지는 복핵 착체(B)와, 모노음이온성의 배위자의 원료(HL)를, 불활성 가스 분위기에서 반응시킴으로써, HL의 프로톤이 탈리하여 L이 중심 금속인 이리듐에 배위하고, 화학식 3으로 표시되는 본 발명의 일 형태인 인광성 이리듐 금속 착체[화합물(G1-3)]가 얻어진다. 가열 수단으로서 특별히 한정은 없으며, 오일 배스, 샌드 배스, 또는 알루미늄 블록을 사용해도 좋다. 또한, 마이크로파를 가열 수단으로서 사용하는 것도 가능하다.
반응식 d
Figure 112012080717156-pat00032
반응식 d의 합성 도식에 있어서, X는 할로겐을 나타내고, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R3 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, L은 모노음이온성의 배위자를 나타낸다.
이상에 의해, 본 실시형태인 인광성 이리듐 금속 착체를 합성할 수 있다.
또한, 발광층(113)에 있어서, 호스트 재료와, 상기한 인광성 이리듐 금속 착체인 게스트 재료를 포함하여 형성함으로써, 발광층(113)으로부터는, 발광 효율이 높은 인광 발광을 얻을 수 있다.
이상에 의해, 발광층(113)을 형성할 수 있다.
다음에, 발광층(113) 위에 설치되는 전자 수송층(114)은, 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송층(114)에는, Alq3, 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), BAlq, Zn(BOX)2, 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한, 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 4,4'-비스(5-메틸벤족사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 복소 방향족 화합물도 사용할 수 있다. 또한, 폴리(2,5-피리딘디일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-디헥실플루오렌-2,7-디일)-co-(피리딘-3,5-디일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-co-(2,2'-비피리딘-6,6'-디일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 여기에 서술한 물질은, 주로 10-6㎠/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공보다도 전자의 수송성이 높은 물질이면, 상기 이외의 물질을 전자 수송층으로서 사용해도 좋다.
또한, 전자 수송층(114)은, 단층의 것 뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어지는 층이 2층 이상 적층된 것으로 해도 좋다.
전자 주입층(115)은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입층(115)에는, 불화리튬(LiF), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 불화에르븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 상기한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질을 사용할 수도 있다.
또는, 전자 주입층(115)에, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어지는 복합 재료를 사용해도 좋다. 이러한 복합 재료는, 전자 공여체에 의해 유기 화합물에 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는, 발생한 전자의 수송이 우수한 재료인 것이 바람직하며, 구체적으로는, 예를 들면 상기한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질(금속 착체나 복소 방향족 화합물 등)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대해 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이나 희토류 금속이 바람직하며, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 에르븀, 이테르븀 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하며, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 산화마그네슘과 같은 루이스염기를 사용할 수도 있다. 또한, 테트라티아풀바렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 상기한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 및 전하 발생층(116)은, 각각 증착법(진공 증착법을 포함한다), 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
또한, 상기한 발광 소자는, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 사이에 발생한 전위차에 의해 전류가 흐르고, EL층(102)에 있어서 정공과 전자가 재결합함으로써 발광한다. 그리고, 이 발광은, 제 1 전극(101), 및 제 2 전극(103) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 통해 외부로 추출된다. 따라서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 어느 한쪽, 또는 양쪽이 투광성을 갖는 전극이 된다.
이상에 의해 설명한 발광 소자는, 인광성 이리듐 금속 착체에 기초하는 인광 발광이 얻어지는 점에서, 형광성 화합물을 사용한 발광 소자와 비교하여, 고효율의 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 나타낸 발광 소자는, 발광 소자의 구조의 일례이지만, 본 발명의 일 형태인 발광 장치에는, 다른 실시형태에서 나타내는 다른 구조의 발광 소자를 적용할 수도 있다. 또한, 상기 발광 소자를 구비한 발광 장치의 구성으로서는, 패시브 매트릭스형(passive matrix)의 발광 장치나 액티브 매트릭스형(active matrix)의 발광 장치 외에, 다른 실시형태에서 설명하는 상기와는 다른 구조를 갖는 발광 소자를 구비한 마이크로 캐비티 구조의 발광 장치 등을 제작할 수 있고, 이들은 모두 본 발명에 포함되는 것으로 한다.
또한, 액티브 매트릭스형의 발광 장치인 경우에 있어서, TFT의 구조는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 스태거형(staggered)이나 역스태거형(inverted staggered)의 TFT를 적절히 사용할 수 있다. 또한, TFT 기판에 형성되는 구동용 회로에 관해서도, N형 및 P형의 TFT로 이루어지는 것이라도 좋고, N형의 TFT 또는 P형의 TFT 중 어느 한쪽만으로 이루어지는 것이라도 좋다. 또한, TFT에 사용되는 반도체 재료에 관해서도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 규소계 반도체 재료, 및 산화물 반도체 재료를 사용할 수 있다. 또한, TFT에 사용되는 반도체막의 결정성에 관해서도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 구성은, 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있는 것으로 한다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 한 쌍의 전극 간에 EL층을 가지고, EL층에 인광성 이리듐 금속 착체와, 다른 2종류 이상의 유기 화합물을 발광층에 사용한 발광 소자에 관해서, 도 2를 사용하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 소자는, 도 2에 도시하는 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(201) 및 제 2 전극(202)) 사이에 EL층(203)을 갖는 구조이다. 또한, EL층(203)에는, 적어도 발광층(204)을 가지고, 그 외, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등이 포함되어 있어도 좋다. 또한, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층에는, 실시형태 1에 나타낸 물질을 사용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 제 1 전극(201)을 양극으로서 사용하고, 제 2 전극(202)을 음극으로서 사용한다.
본 실시형태에 나타내는 발광층(204)은, 실시형태 1에 나타낸 인광성 이리듐 금속 착체를 사용한 인광성 화합물(205)과, 제 1 유기 화합물(206), 및 제 2 유기 화합물(207)이 포함되어 있다. 또한, 인광성 화합물(205)은, 발광층(204)에 있어서의 게스트 재료이다. 또한, 제 1 유기 화합물(206), 및 제 2 유기 화합물(207) 중 발광층(204)에 포함되는 비율이 많은 편이, 발광층(204)에 있어서의 호스트 재료이다.
발광층(204)에 있어서, 상기 게스트 재료를 호스트 재료에 분산시킨 구성으로 함으로써, 발광층의 결정화를 억제할 수 있다. 또한, 게스트 재료의 농도가 높은 것에 의한 농도 소광을 억제하고, 발광 소자의 발광 효율을 높게 할 수 있다.
또한, 제 1 유기 화합물(206), 및 제 2 유기 화합물(207)의 각각의 3중항 여기 에너지의 준위(T1 준위)는, 인광성 화합물(205)의 T1 준위보다도 높은 것이 바람직하다. 제 1 유기 화합물(206)(또는 제 2 유기 화합물(207))의 T1 준위가 인광성 화합물(205)의 T1 준위보다도 낮으면, 발광에 기여하는 인광성 화합물(205)의 3중항 여기 에너지를 제 1 유기 화합물(206)(또는 제 2 유기 화합물(207))이 소광(켄치)되어 버려, 발광 효율의 저하를 초래하기 때문이다.
여기에서, 호스트 재료로부터 게스트 재료로의 에너지 이동 효율을 높이기 위해서, 분자간의 이동 기구로서 알려져 있는 푀스터 기구(Foster mechanism)(쌍극자-쌍극자 상호 작용) 및 덱스터 기구(Dexter mechanism)(전자 교환 상호 작용)를 고려한 후에, 호스트 재료의 발광 스펙트럼(1중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 3중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 인광 스펙트럼)과 게스트 재료의 흡수 스펙트럼(보다 상세하게는, 가장 장파장(저에너지)측의 흡수대에 있어서의 스펙트럼)과의 중첩이 커지는 것이 바람직하다. 그러나 통상의 인광성의 게스트 재료의 경우, 호스트 재료의 형광 스펙트럼을, 게스트 재료의 가장 장파장(저에너지)측의 흡수대에 있어서의 흡수 스펙트럼과 중첩하는 것은 곤란하다. 왜냐하면, 그렇게 해 버리면, 호스트 재료의 인광 스펙트럼은 형광 스펙트럼보다도 장파장(저에너지)측에 위치하기 때문에, 호스트 재료의 T1 준위가 인광성 화합물의 T1 준위를 하회하여, 상기한 켄치의 문제가 발생해 버리기 때문이다. 한편, 켄치의 문제를 회피하기 위해서, 호스트 재료의 T1 준위가 인광성 화합물의 T1 준위를 상회하도록 설계하면, 이번에는 호스트 재료의 형광 스펙트럼이 단파장(고에너지)측으로 시프트하기 때문에, 그 형광 스펙트럼은 게스트 재료의 가장 장파장(저에너지)측의 흡수대에 있어서의 흡수 스펙트럼과 중첩되지 않게 된다. 따라서, 호스트 재료의 형광 스펙트럼을 게스트 재료의 가장 장파장(저에너지)측의 흡수대에 있어서의 흡수 스펙트럼과 중첩하여, 호스트 재료의 1중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 최대한으로 높이는 것은, 통상 곤란하다.
그래서 본 실시형태에 있어서는, 제 1 유기 화합물(206) 및 제 2 유기 화합물(207)은, 여기 착체(엑사이플렉스(exiplex)라고도 한다)를 형성하는 조합인 것이 바람직하다. 이 경우, 발광층(204)에 있어서의 캐리어(전자 및 홀)의 재결합시에 제 1 유기 화합물(206)과 제 2 유기 화합물(207)은, 여기 착체를 형성한다. 이것에 의해, 발광층(204)에 있어서, 제 1 유기 화합물(206)의 형광 스펙트럼 및 제 2 유기 화합물(207)의 형광 스펙트럼은, 보다 장파장측에 위치하는 여기 착체의 발광 스펙트럼으로 변환된다. 그리고, 여기 착체의 발광 스펙트럼과 게스트 재료의 흡수 스펙트럼의 중첩이 커지도록, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 선택하면, 1중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 최대한으로 높일 수 있다. 또한, 3중항 여기 상태에 관해서도, 호스트 재료가 아니라 여기 착체로부터의 에너지 이동이 발생할 것으로 생각된다.
인광성 화합물(205)로서는, 실시형태 1에서 나타낸 인광성 이리듐 금속 착체를 사용한다. 또한, 제 1 유기 화합물(206) 및 제 2 유기 화합물(207)로서는, 전자를 수취하기 쉬운 화합물(전자 트랩성 화합물)과, 홀을 수취하기 쉬운 화합물(정공 트랩성 화합물)을 조합하는 것이 바람직하다.
홀을 수취하기 쉬운 화합물로서는, 예를 들면, 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBA1BP), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카르바졸-3-일)아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCN1), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 2,7-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스피로-9,9'-비플루오렌(약칭: DPA2SF), N,N'-비스(9-페닐카르바졸-3-일)-N,N'-디페닐벤젠-1,3-디아민(약칭: PCA2B), N-(9,9-디메틸-2-N',N'-디페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)디페닐아민(약칭: DPNF), 4-페닐디페닐-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)아민(약칭: PCA1BP), N,N',N''-트리페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카르바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트리아민(약칭: PCA3B), 2-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-스피로-9,9'-비플루오렌(약칭: PCASF), 2-[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스피로-9,9'-비플루오렌(약칭: DPASF), N,N-디(비페닐-4-일)-N-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)아민(약칭: PCzBBA1), N,N'-비스[4-(카르바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐-9,9-디메틸플루오렌-2,7-디아민(약칭: YGA2F), 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]비페닐(TPD), 4,4'-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DPAB), N-(9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-디메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), 3-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA1), 3-[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzDPA2), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)비페닐(약칭: DNTPD), 3,6-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzTPN2), 3,6-비스[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA2)을 들 수 있다.
상기한 제 1 유기 화합물(206) 및 제 2 유기 화합물(207)은, 여기 착체를 형성할 수 있는 조합의 일례이며, 여기 착체의 발광 스펙트럼이, 인광성 화합물(205)의 흡수 스펙트럼과 중첩되고, 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크가, 인광성 화합물(205)의 흡수 스펙트럼의 피크보다도 장파장이면 좋다.
또한, 전자를 수취하기 쉬운 화합물과 홀을 수취하기 쉬운 화합물로 제 1 유기 화합물(206)과 제 2 유기 화합물(207)을 구성하는 경우, 그 혼합비에 의해 캐리어 밸런스를 제어할 수 있다. 구체적으로는, 제 1 유기 화합물:제 2 유기 화합물=1:9 내지 9:1의 범위가 바람직하다.
본 실시형태에서 나타낸 발광 소자는, 여기 착체의 발광 스펙트럼과 인광성 화합물의 흡수 스펙트럼의 중첩을 이용한 에너지 이동에 의해, 에너지 이동 효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 외부 양자 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 포함되는 별도의 구성으로서, 인광성 화합물(205)(게스트 재료)의 다른 2종류의 유기 화합물로서, 정공 트랩성의 호스트 분자, 및 전자 트랩성의 호스트 분자를 사용하여 발광층(204)을 형성하고, 2종류의 호스트 분자 중에 존재하는 게스트 분자에 정공과 전자를 유도하여, 게스트 분자를 여기 상태로 하는 현상(즉, Guest Coupled with Complementary Hosts; GCCH)이 얻어지도록 발광층(204)을 형성하는 구성도 가능하다.
이 때, 정공 트랩성의 호스트 분자, 및 전자 트랩성의 호스트 분자로서는, 각각, 상기한 정공을 수취하기 쉬운 화합물, 및 전자를 수취하기 쉬운 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 구성은, 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있는 것으로 한다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태로서, 전하 발생층을 사이에 개재하여 EL층을 복수 갖는 구조의 발광 소자(이하, 탠덤형 발광 소자라고 한다)에 관해서 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 소자는, 도 3a에 도시하는 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(301) 및 제 2 전극(304)) 사이에, 복수의 EL층(제 1 EL층(302)(1), 제 2 EL층(302)(2))을 갖는 탠덤형 발광 소자이다.
본 실시형태에 있어서, 제 1 전극(301)은, 양극으로서 기능하는 전극이며, 제 2 전극(304)은 음극으로서 기능하는 전극이다. 또한, 제 1 전극(301) 및 제 2 전극(304)은, 실시형태 1과 같은 구성을 사용할 수 있다. 또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(302)(1), 제 2 EL층(302)(2))은, 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 나타낸 EL층과 같은 구성이라도 좋지만, 이 중 어느 하나가 같은 구성이라도 좋다. 즉, 제 1 EL층(302)(1)과 제 2 EL층(302)(2)은, 동일한 구성이라도 상이한 구성이라도 좋고, 그 구성은 실시형태 1 또는 실시형태 2와 같은 것을 적용할 수 있다.
또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(302)(1), 제 2 EL층(302)(2)) 사이에는, 전하 발생층(305)이 설치되어 있다. 전하 발생층(305)은, 제 1 전극(301)과 제 2 전극(304)에 전압을 인가했을 때에, 한쪽의 EL층에 전자를 주입하고, 다른쪽의 EL층에 정공을 주입하는 기능을 가진다. 본 실시형태의 경우에는, 제 1 전극(301)에 제 2 전극(304)보다도 전위가 높아지도록 전압을 인가하면, 전하 발생층(305)으로부터 제 1 EL층(302)(1)에 전자가 주입되고, 제 2 EL층(302)(2)에 정공이 주입된다.
또한, 전하 발생층(305)은, 광의 추출 효율의 점에서, 가시광에 대해 투광성을 갖는(구체적으로는, 전하 발생층(305)에 대한 가시광의 투과율이, 40% 이상) 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(305)은, 제 1 전극(301)이나 제 2 전극(304)보다도 낮은 도전율이라도 기능한다.
전하 발생층(305)은, 정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성이라도, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성이라도 좋다. 또한, 이러한 양쪽의 구성이 적층되어 있어도 좋다.
정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체가 첨가된 구성으로 하는 경우에 있어서, 정공 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 예를 들면, NPB나 TPD, TDATA, MTDATA, 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기에 서술한 물질은, 주로 10-6㎠/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 단, 전자보다도 정공의 수송성이 높은 유기 화합물이면, 상기 이외의 물질을 사용해도 상관없다.
또한, 전자 수용체로서는, 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한 원소주기표에 있어서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화바나듐, 산화니오븀, 산화탄탈륨, 산화크로늄, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간, 산화레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 이 중에서도 특히, 산화몰리브덴은 대기 중에서도 안정적이며, 흡습성이 낮고, 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
한편, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체가 첨가된 구성으로 하는 경우에 있어서, 전자 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 예를 들면, Alq, Almq3, BeBq2, BAlq 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 이밖에, Zn(BOX)2, Zn(BTZ)2 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도, PBD나 OXD-7, TAZ, BPhen, BCP 등도 사용할 수 있다. 여기에 서술한 물질은, 주로 10-6㎠/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 제 2 피리미딘 골격을 포함하는 유기 화합물을 사용해도 좋다. 또한, 정공보다도 전자의 수송성이 높은 유기 화합물이면, 상기 이외의 물질을 사용해도 상관없다.
또한, 전자 공여체로서는, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 또는 희토류 금속 또는 원소주기표에 있어서의 제 2 족, 제 13 족에 속하는 금속 및 그 산화물, 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이테르븀(Yb), 인듐(In), 산화리튬, 탄산세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 테트라티아나프타센과 같은 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용해도 좋다.
또한, 상기한 재료를 사용하여 전하 발생층(305)을 형성함으로써, EL층이 적층된 경우에 있어서의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
도 3a에 도시하는 발광 소자에 있어서는, EL층을 2층 갖는 발광 소자에 관해서 설명했지만, 도 3b에 도시하는 바와 같이, n층(단, n은, 3 이상)의 EL층을 적층한 발광 소자에 관해서도, 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다. 본 실시형태에 따르는 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극 간에 복수의 EL층(제 1 EL층(302)(1), 제 2 EL층(302)(2), …, 제 (n-1) EL층(302)(n-1), 제 n EL층(302)(n))을 갖는 경우, EL층과 EL층 사이에 전하 발생층(제 1 전하 발생층(305)(1), 제 2 전하 발생층(305)(2), …, 제 (n-2) 전하 발생층(305)(n-2), 제 (n-1) 전하 발생층(305)(n-1))을 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채, 고휘도 영역에서의 발광이 가능하다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있기 때문에, 장수명 소자를 실현할 수 있다. 또한, 조명을 응용예로 한 경우에는, 전극 재료의 저항에 의한 전압 강하를 작게 할 수 있기 때문에, 대면적에서의 균일 발광이 가능해진다. 또한, 저전압 구동이 가능하여 소비 전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한, 각각의 EL층의 발광색을 상이한 것으로 함으로써, 발광 소자 전체로서, 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들면, 2개의 EL층을 갖는 발광 소자에 있어서, 제 1 EL층의 발광색과 제 2 EL층의 발광색을 보색의 관계가 되도록 함으로써, 발광 소자 전체로서 백색 발광하는 발광 소자를 얻는 것도 가능하다. 또한, 보색이란, 혼합하면 무채색이 되는 색끼리의 관계를 말한다. 즉, 보색의 관계에 있는 색을 발광하는 물질로부터 얻어진 광과 혼합하면, 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 3개의 EL층을 갖는 발광 소자의 경우도 마찬가지이며, 예를 들면, 제 1 EL층의 발광색이 적색이며, 제 2 EL층의 발광색이 녹색이며, 제 3 EL층의 발광색이 청색인 경우, 발광 소자 전체로서는, 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 구성은, 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, EL층에 인광성 이리듐 금속 착체를 포함하는 발광 소자를 사용한 발광 장치에 관해서, 도 4를 사용하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 장치는, 한 쌍의 전극 간에서의 광의 공진 효과를 이용한 미소 광 공진기(마이크로 캐비티) 구조를 가지고 있고, 도 4에 도시하는 바와 같이 한 쌍의 전극(반사 전극(451) 및 반투과·반반사(半反射) 전극(452)) 사이에 적어도 EL층(455)을 갖는 구조인 발광 소자를, 복수 가지고 있다. 또한, EL층(455)은, 적어도 발광 영역이 되는 제 1 발광층(454B), 제 2 발광층(454G), 및 제 3 발광층(454R)을 가지고, 그 외, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등이 포함되어 있어도 좋다. 또한, 제 1 발광층(454B), 제 2 발광층(454G), 및 제 3 발광층(454R)의 적어도 하나의 층에는, 본 발명의 일 형태인 인광성 이리듐 금속 착체가 포함되어 있다.
본 실시형태에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이 구조가 상이한 발광 소자(제 1 발광 소자(450R), 제 2 발광 소자(450G), 제 3 발광 소자(450B))를 가진 발광 장치에 관해서 설명한다.
제 1 발광 소자(450R)는, 반사 전극(451) 위에 제 1 투명 도전층(453a)과, EL층(455)과, 반투과·반반사 전극(452)이 순차 적층된 구조를 가진다. 또한, 제 2 발광 소자(450G)는, 반사 전극(451) 위에 제 2 투명 도전층(453b)과, EL층(455)과, 반투과·반반사 전극(452)이 순차 적층된 구조를 가진다. 또한, 제 3 발광 소자(450B)는, 반사 전극(451) 위에 EL층(455)과, 반투과·반반사 전극(452)이 순차 적층된 구조를 가진다.
또한, 상기 발광 소자(제 1 발광 소자(450R), 제 2 발광 소자(450G), 및 제 3 발광 소자(450B))에 있어서, 반사 전극(451), EL층(455), 반투과·반반사 전극(452)은 공통이다.
또한, EL층(455)은, 제 1 발광층(454B)과, 제 2 발광층(454G)과, 제 3 발광층(454R)을 포함한 구조이다. 또한, 제 1 발광층(454B)은, 420nm 이상 480nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 광(λB)을 발광하고, 제 2 발광층(454G)은, 500nm 이상550nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 광(λG)을 발광하고, 제 3 발광층(454R)은, 600nm 이상 760nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 광(λR)을 발광한다. 이것에 의해, 어느 발광 소자(제 1 발광 소자(450R), 제 2 발광 소자(450G), 제 3 발광 소자(450B))라도, 제 1 발광층(454B), 제 2 발광층(454G), 및 제 3 발광층(454R)으로부터의 발광이 중첩된, 즉 가시광 영역에 걸친 브로드한 광을 발광시킬 수 있다. 또한, 상기로부터, 파장의 길이는, λB<λG<λR이 되는 관계인 것으로 한다.
본 실시형태에 나타내는 각 발광 소자는, 각각 반사 전극(451)과 반투과·반반사 전극(452) 사이에 EL층(455)을 개재하여 이루어지는 구조를 가지고 있고, EL층(455)에 포함되는 각 발광층으로부터 전방향으로 사출되는 발광은, 미소 광 공진기(마이크로 캐비티)로서의 기능을 갖는 반사 전극(451)과 반투과·반반사 전극(452)에 의해 공진된다. 또한, 반사 전극(451)은, 반사성을 갖는 도전성 재료에 의해 형성되고, 그 막에 대한 가시광의 반사율이 40% 내지 100%, 바람직하게는 70% 내지 100%이며, 또한 그 저항율이 1×10-2Ωcm 이하인 막인 것으로 한다. 또한, 반투과·반반사 전극(452)은, 반사성을 갖는 도전성 재료와 광 투과성을 갖는 도전성 재료에 의해 형성되고, 그 막에 대한 가시광의 반사율이 20% 내지 80%, 바람직하게는 40% 내지 70%이며, 또한 그 저항율이 1×10-2Ωcm 이하인 막으로 한다.
또한, 본 실시형태에서는, 각 발광 소자에서, 제 1 발광 소자(450R)와 제 2 발광 소자(450G)에 각각 형성된 투명 도전층(제 1 투명 도전층(453a), 제 2 투명 도전층(453b))의 두께를 변경함으로써, 발광 소자마다 반사 전극(451)과 반투과·반반사 전극(452) 사이의 광학적 거리를 변경하고 있다. 즉, 각 발광 소자의 각 발광층으로부터 발광하는 브로드한 광은, 반사 전극(451)과 반투과·반반사 전극(452) 사이에 있어서, 공진하는 파장의 광을 강화하고, 공진하지 않는 파장의 광을 감쇠시킬 수 있기 때문에, 소자마다 반사 전극(451)과 반투과·반반사 전극(452) 사이의 광학적 거리를 변경함으로써, 상이한 파장의 광을 추출할 수 있다.
또한, 광학적 거리(광로 길이라고도 한다)란, 실제의 거리에 굴절율을 곱한 것이며, 본 실시형태에 있어서는, 실제 막 두께에 n(굴절율)을 곱한 것을 나타내고 있다. 즉, 「광학적 거리=실제 막 두께×n(굴절율)」이다.
또한, 제 1 발광 소자(450R)에서는, 반사 전극(451)으로부터 반투과·반반사 전극(452)까지의 광학적 거리를 mλR/2(단, m은 1 이상의 자연수), 제 2 발광 소자(450G)에서는, 반사 전극(451)으로부터 반투과·반반사 전극(452)까지의 광학적 거리를 mλG/2(단, m은 1 이상의 자연수), 제 3 발광 소자(450B)에서는, 반사 전극(451)으로부터 반투과·반반사 전극(452)까지의 광학적 거리를 mλB/2(단, m은 1 이상의 자연수)로 하고 있다.
이상으로부터, 제 1 발광 소자(450R)로부터는, 주로 EL층(455)에 포함되는 제 3 발광층(454R)에서 발광한 광(λR)이 추출되고, 제 2 발광 소자(450G)로부터는, 주로 EL층(455)에 포함되는 제 2 발광층(454G)에서 발광한 광(λG)이 추출되고, 제 3 발광 소자(450B)로부터는, 주로 EL층(455)에 포함되는 제 1 발광층(454B)에서 발광한 광(λB)이 추출된다. 또한, 각 발광 소자로부터 추출되는 광은, 반투과·반반사 전극(452)측으로부터 각각 사출된다.
또한, 상기 구성에 있어서, 반사 전극(451)으로부터 반투과·반반사 전극(452)까지의 광학적 거리는, 엄밀하게는 반사 전극(451)에 있어서의 반사 영역으로부터 반투과·반반사 전극(452)에 있어서의 반사 영역까지의 거리이다. 그러나, 반사 전극(451)이나 반투과·반반사 전극(452)에 있어서의 반사 영역의 위치를 엄밀하게 결정하는 것은 곤란하기 때문에, 반사 전극(451)과 반투과·반반사 전극(452)의 임의의 위치를 반사 영역으로 가정함으로써 충분히 상기의 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 제 1 발광 소자(450R)에 있어서, 제 3 발광층(454R)으로부터의 발광 중, 반사 전극(451)에 의해 반사되어 되돌아온 광(제 1 반사광)은, 제 3 발광층(454R)으로부터 반투과·반반사 전극(452)에 직접 입사하는 광(제 1 입사광)과 간섭을 일으키기 때문에, 반사 전극(451)과 제 3 발광층(454R)의 광학적 거리를 (2nR-1)λR/4(단, nR은 1 이상의 자연수)으로 조절한다. 광학적 거리를 조절함으로써, 제 1 반사광과 제 1 입사광의 위상을 맞추고, 제 3 발광층(454R)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 반사 전극(451)과 제 3 발광층(454R)의 광학적 거리란, 엄밀하게는 반사 전극(451)에 있어서의 반사 영역과 제 3 발광층(454R)에 있어서의 발광 영역의 광학적 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(451)에 있어서의 반사 영역이나 제 3 발광층(454R)에 있어서의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하는 것은 곤란하기 때문에, 반사 전극(451)과 제 3 발광층(454R)의 임의의 위치를, 각각 반사 영역, 발광 영역으로 가정함으로써 충분히 상기의 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 제 2 발광 소자(450G)에 있어서, 제 2 발광층(454G)으로부터의 발광 중, 반사 전극(451)에 의해 반사되어 되돌아온 광(제 2 반사광)은, 제 2 발광층(454G)으로부터 반투과·반반사 전극(452)에 직접 입사하는 광(제 2 입사광)과 간섭을 일으키기 때문에, 반사 전극(451)과 제 2 발광층(454G)의 광학적 거리를 (2nG-1)λG/4(단, nG는 1 이상의 자연수)로 조절한다. 광학적 거리를 조절함으로써, 제 2 반사광과 제 2 입사광의 위상을 맞추고, 제 2 발광층(454G)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 반사 전극(451)과 제 2 발광층(454G)의 광학적 거리란, 엄밀하게는 반사 전극(451)에 있어서의 반사 영역과 제 2 발광층(454G)에 있어서의 발광 영역의 광학적 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(451)에 있어서의 반사 영역이나 제 2 발광층(454G)에 있어서의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하는 것은 곤란하기 때문에, 반사 전극(451)과 제 2 발광층(454G)의 임의의 위치를, 각각 반사 영역, 발광 영역으로 가정함으로써 충분히 상기의 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 제 3 발광 소자(450B)에 있어서, 제 1 발광층(454B)으로부터의 발광 중, 반사 전극(451)에 의해 반사되어 되돌아온 광(제 3 반사광)은, 제 1 발광층(454B)으로부터 반투과·반반사 전극(452)에 직접 입사하는 광(제 3 입사광)과 간섭을 일으키기 때문에, 반사 전극(451)과 제 1 발광층(454B)의 광학적 거리를 (2nB-1)λB/4(단, nB는 1 이상의 자연수)로 조절한다. 광학적 거리를 조절함으로써, 제 3 반사광과 제 3 입사광의 위상을 맞추고, 제 1 발광층(454B)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 반사 전극(451)과 제 1 발광층(454B)의 광학적 거리란, 엄밀하게는 반사 전극(451)에 있어서의 반사 영역과 제 1 발광층(454B)에 있어서의 발광 영역의 광학적 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(451)에 있어서의 반사 영역이나 제 1 발광층(454B)에 있어서의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하는 것은 곤란하기 때문에, 반사 전극(451)과 제 1 발광층(454B)의 임의의 위치를, 각각 반사 영역, 발광 영역으로 가정함으로써 충분히 상기의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 구성에 있어서, 어느 발광 소자도 EL층에 복수의 발광층을 갖는 구조를 가지고 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 경우는 없고, 예를 들면, 실시형태 3에서 설명한 탠덤형(tandem)(적층형) 발광 소자의 구성과 조합하여, 1개의 발광 소자에 전하 발생층을 사이에 개재하여 복수의 EL층을 형성하고, 각각의 EL층에 단수 또는 복수의 발광층을 형성하는 구성으로 해도 좋다.
본 실시형태에서 나타낸 발광 장치는, 마이크로 캐비티 구조를 가지고 있고, 동일한 EL층을 가지고 있어도 발광 소자마다 상이한 파장의 광을 추출할 수 있기 때문에 RGB의 분할 채색이 불필요해진다. 따라서, 고선명화를 실현하는 것이 용이한 등의 이유에서 풀컬러화를 실현하는데 있어서 유리하다. 또한, 특정 파장의 정면 방향의 발광 강도를 강화하는 것이 가능해지기 때문에, 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 이 구성은, 3색 이상의 화소를 사용한 컬러 디스플레이(화상 표시 장치)에 적용하는 경우에, 특히 유용하지만, 조명 등의 용도에 사용해도 좋다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 구성은, 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있는 것으로 한다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 사용한 발광 장치에 관해서, 도 5a 및 5b를 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 형태인 발광 소자를 사용한 발광 장치는, 패시브 매트릭스형의 발광 장치라도 액티브 매트릭스형의 발광 장치라도 좋다. 또한, 본 실시형태에 나타내는 발광 장치에는, 다른 실시형태에서 설명한 발광 소자를 적용하는 것이 가능하다.
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 사용한 발광 장치로서, 액티브 매트릭스형의 발광 장치에 관해서 도 5a 및 5b를 사용하여 설명한다.
또한, 도 5a는, 발광 장치를 도시하는 상면도이며, 도 5b는, 도 5a의 쇄선 X-Y의 단면도에 상당한다. 본 실시형태에 따르는 액티브 매트릭스형의 발광 장치는, 소자 기판(501) 위에 설치된 화소부(502)와, 구동 회로부(소스선 구동 회로)(503)와, 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(504)를 가진다. 화소부(502), 구동 회로부(503), 및 구동 회로부(504)는, 씰재(505)에 의해, 소자 기판(501)과 밀봉 기판(506) 사이에 밀봉되어 있다.
또한, 소자 기판(501) 위에는, 구동 회로부(503), 및 구동 회로부(504)에 외부로부터의 신호(예를 들면, 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호 등)나 전위를 전달하는 외부 입력 단자를 접속하기 위한 리드 배선(lead wiring)(507)이 설치된다. 여기에서는, 외부 입력 단자로서 FPC(508)를 설치하는 예를 나타내고 있다. 또한, 여기에서는 FPC밖에 도시되어 있지 않지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 장착되어 있어도 좋다. 본 명세서에 있어서의 발광 장치에는, 발광 장치 본체 뿐만 아니라, 여기에 FPC 또는 PWB가 장착된 상태도 포함하는 것으로 한다.
다음에, 단면 구조에 관해서 도 5b를 사용하여 설명한다. 소자 기판(501) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기에서는, 소스선 구동 회로인 구동 회로부(503)와, 화소부(502)가 도시되어 있다.
구동 회로부(503)는, n채널형 TFT(509)와 p채널형 TFT(510)를 조합한 CMOS 회로가 형성되는 예를 나타내고 있다. 또한, 구동 회로부를 형성하는 회로는, 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로 또는 NMOS 회로로 형성해도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내지만, 반드시 그럴 필요는 없고, 기판 위가 아니라 외부에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(502)는 스위칭용 TFT(511)와, 전류 제어용 TFT(512)와 전류 제어용 TFT(512)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)에 전기적으로 접속된 제 1 전극(513)을 포함하는 복수의 화소에 의해 형성된다. 또한, 제 1 전극(513)의 단부를 덮고 절연물(514)이 형성되어 있다. 여기에서는, 포지티브형의 감광성 아크릴 수지를 사용함으로써 형성한다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 제 1 전극(513)을 양극으로서 사용하고, 제 2 전극(516)을 음극으로서 사용한다.
또한, 상층에 적층 형성되는 막의 피복성을 양호한 것으로 하기 위해서, 절연물(514)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 절연물(514)의 재료로서 포지티브형의 감광성 아크릴 수지를 사용한 경우, 절연물(514)의 상단부에 곡률 반경(0.2㎛ 내지 3㎛)을 갖는 곡면을 갖게 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(514)로서, 네가티브형의 감광성 수지, 또는 포지티브형의 감광성 수지 어느 것이라도 사용할 수 있고, 유기 화합물로 한정하지 않고 무기 화합물, 예를 들면, 산화규소, 산화질화규소 등의 양자를 사용할 수 있다.
제 1 전극(513) 위에는, EL층(515) 및 제 2 전극(516)이 적층 형성되어 있다. EL층(515)은, 적어도 발광층이 설치되어 있고, 발광층에는, 본 발명의 일 형태인 인광성 이리듐 금속 착체가 포함되어 있다. 또한, EL층(515)에는, 발광층 이외에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등을 적절히 형성할 수 있다.
또한, 제 1 전극(513), EL층(515) 및 제 2 전극(516)의 적층 구조에서, 발광 소자(517)가 형성되어 있다. 제 1 전극(513), EL층(515) 및 제 2 전극(516)이 사용하는 재료로서는, 실시형태 1에 나타내는 재료를 사용할 수 있다. 또한, 여기에서는 도시하지 않지만, 제 2 전극(516)은 외부 입력 단자인 FPC(508)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 5b에 도시하는 단면도에서는 발광 소자(517)를 1개만 도시하고 있지만, 화소부(502)에 있어서, 복수의 발광 소자가 매트릭스상으로 배치되어 있는 것으로 한다. 화소부(502)에는, 3종류(R, G, B)의 발광이 얻어지는 발광 소자를 각각 선택적으로 형성하고, 풀컬러 표시 가능한 발광 장치를 형성할 수 있다. 또한, 컬러 필터와 조합함으로써 풀컬러 표시 가능한 발광 장치로 해도 좋다.
또한, 씰재(505)로 밀봉 기판(506)을 소자 기판(501)과 첩합함으로써, 소자 기판(501), 밀봉 기판(506), 및 씰재(505)로 둘러싸인 공간(518)에 발광 소자(517)가 구비된 구조로 되어 있다. 또한, 공간(518)에는, 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 이외에, 씰재(505)로 충전되는 구성도 포함하는 것으로 한다.
또한, 씰재(505)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(506)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐 플루오라이드), 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
이상과 같이 하여, 액티브 매트릭스형의 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 구성은, 다른 실시형태에 나타낸 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는, 상기 실시형태에 나타내는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 그 일부에 포함하는 전자 기기에 관해서 설명한다. 전자 기기로서는, 디지털 비디오 카메라, 디지털 카메라 등의 카메라, 고글형 디스플레이, 네비게이션 시스템, 음향 재생 장치(카 오디오, 오디오 컴포넌트 등), 컴퓨터, 게임 기기, 휴대 정보 단말(모바일 컴퓨터, 태블릿형 단말, 휴대전화, 휴대형 게임기 또는 전자 서적 등), 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치(구체적으로는, Digital Versatile Disc(DVD) 등의 기록 매체를 재생하고, 그 화상을 표시할 수 있는 표시 장치를 구비한 장치) 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체예를 도 6a 내지 6d, 및 도 7a1, 7a2, 7a3 및 7b에 도시한다.
도 6a는, 본 발명의 일 형태에 따르는 텔레비전 장치이며, 하우징(611), 지지대(612), 표시부(613), 스피커부(614), 비디오 입력 단자(615) 등을 포함한다. 이 텔레비전 장치에 있어서, 표시부(613)에는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는, 저구동 전압으로, 높은 전류 효율이 얻어지기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써, 소비 전력이 저감된 텔레비전 장치를 얻을 수 있다.
도 6b는, 본 발명의 일 형태에 따르는 컴퓨터이며, 본체(621), 하우징(622), 표시부(623), 키보드(624), 외부 접속 포트(625), 포인팅 디바이스(626) 등을 포함한다. 이 컴퓨터에 있어서, 표시부(623)에는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는, 저구동 전압으로, 높은 전류 효율이 얻어지기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써, 소비 전력이 저감된 컴퓨터를 얻을 수 있다.
도 6c는, 본 발명의 일 형태에 따르는 휴대 전화이며, 본체(631), 하우징(632), 표시부(633), 음성 입력부(634), 음성 출력부(635), 조작 키(636), 외부 접속 포트(637), 안테나(638) 등을 포함한다. 이 휴대 전화에 있어서, 표시부(633)에는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는, 저구동 전압으로, 높은 전류 효율이 얻어지기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써, 소비 전력이 저감된 휴대전화를 얻을 수 있다.
도 6d는, 본 발명의 일 형태에 따르는 디지털 비디오 카메라이며, 본체(641), 표시부(642), 하우징(643), 외부 접속 포트(644), 리모트 컨트롤 수신부(645), 수상부(646), 배터리(647), 음성 입력부(648), 조작 키(649), 접안부(650) 등을 포함한다. 이 디지털 비디오 카메라에 있어서, 표시부(642)에는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는, 저구동 전압으로, 높은 전류 효율이 얻어지기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써, 소비 전력이 저감된 카메라를 얻을 수 있다.
도 7a1, 7a2, 7a3 및 7b는, 태블릿형 단말의 일례를 도시하고 있고, 도 7a1 내지 도 7a3은, 태블릿형 단말(5000)을 도시하고, 도 7b는, 태블릿형 단말(6000)을 도시하고 있다.
도 7a1 내지 도 7a3에 도시하는 태블릿형 단말(5000)에 있어서, 도 7a1은 정면도를, 도 7a2는 측면도를, 도 7a3은 배면도를 각각 도시하고 있다. 또한, 도 7b에 도시하는 태블릿형 단말(6000)에 있어서는, 정면도를 도시하고 있다.
태블릿형 단말(5000)은, 하우징(5001), 표시부(5003), 전원 버튼(5005), 전면 카메라(5007), 배면 카메라(5009), 제 1 외부 접속 단자(5011), 및 제 2 외부 접속 단자(5013) 등에 의해 구성되어 있다.
또한, 표시부(5003)는, 하우징(5001)에 내장되어 있고, 터치 패널로서도 사용할 수 있다. 예를 들면, 표시부(5003) 위에 아이콘(5015) 등을 표시시켜 메일이나, 스케줄 관리와 같은 작업을 행할 수 있다. 또한, 하우징(5001)에는, 정면측에 전면 카메라(5007)가 내장되어 있어, 사용자측의 영상을 촬영할 수 있다. 또한, 하우징(5001)에는, 배면측에 배면 카메라(5009)가 내장되어 있어, 사용자와 반대측의 영상을 촬영할 수 있다. 또한, 하우징(5001)에는, 제 1 외부 접속 단자(5011), 및 제 2 외부 접속 단자(5013)를 구비하고 있고, 예를 들면, 제 1 외부 접속 단자(5011)에 의해, 이어폰 등에 음성을 출력하고, 제 2 외부 접속 단자(5013)에 의해, 데이터의 이동 등을 행할 수 있다.
다음에, 도 7b에 도시하는 태블릿형 단말(6000)은, 제 1 하우징(6001), 제 2 하우징(6003), 힌지부(hinge portion)(6005), 제 1 표시부(6007), 제 2 표시부(6009), 전원 버튼(6011), 제 1 카메라(6013), 제 2 카메라(6015) 등에 의해 구성되어 있다.
또한, 제 1 표시부(6007)는, 제 1 하우징(6001)에 내장되어 있고, 제 2 표시부(6009)는, 제 2 하우징(6003)에 내장되어 있다. 제 1 표시부(6007), 및 제 2 표시부(6009)는, 예를 들면, 제 1 표시부(6007)를 표시용 패널로서 사용하고, 제 2 표시부(6009)를 터치 패널로 한다. 제 1 표시부(6007)에 표시된 텍스트 아이콘(6017)을 확인하고, 제 2 표시부(6009)에 표시시킨 아이콘(6019), 또는 키보드(6021)(실제로는 제 2 표시부(6009)에 표시된 키보드 화상)을 사용하여, 화상의 선택, 또는 문자의 입력 등을 행할 수 있다. 물론, 제 1 표시부(6007)가 터치 패널이며, 제 2 표시부(6009)가 표시용 패널과 같은 구성이나, 제 1 표시부(6007), 및 제 2 표시부(6009) 모두 터치 패널과 같은 구성으로 해도 좋다.
또한, 제 1 하우징(6001)과, 제 2 하우징(6003)은, 힌지부(6005)에 의해 접속되어 있고, 제 1 하우징(6001)과, 제 2 하우징(6003)을 개폐할 수 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 태블릿형 단말(6000)을 운반할 때에, 제 1 하우징(6001)에 내장된 제 1 표시부(6007)와, 제 2 하우징(6003)에 내장된 제 2 표시부(6009)를 맞춤으로써 제 1 표시부(6007), 및 제 2 표시부(6009)의 표면(예를 들면, 플라스틱 기판 등)을 보호할 수 있기 때문에 적합하다.
또한, 제 1 하우징(6001)과 제 2 하우징(6003)은, 힌지부(6005)에 의해, 분리할 수 있는 구성으로 해도 좋다(소위 컨버터블형). 이러한 구성으로 함으로써, 예를 들면, 제 1 하우징(6001)을 세로로 두고, 제 2 하우징(6003)을 가로로 두고 사용하는 것과 같이, 사용 범위가 넓어지므로 적합하다.
또한, 제 1 카메라(6013), 및 제 2 카메라(6015)에 의해, 3D 화상의 촬영을 행할 수도 있다.
또한, 태블릿형 단말(5000), 및 태블릿형 단말(6000)은, 무선으로 정보를 송수신할 수 있는 구성으로 해도 좋다. 예를 들면, 무선에 의해, 인터넷 등에 접속하여, 원하는 정보를 구입하고, 다운로드하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
또한, 태블릿형 단말(5000), 및 태블릿형 단말(6000)은, 여러 가지 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시하는 기능, 캘린더, 날짜 또는 시간 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시한 정보를 터치 입력 조작 또는 편집하는 터치 입력 기능, 여러가지 소프트웨어(프로그램)에 의해 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한, 외광의 광량에 따라 표시의 휘도를 최적으로 할 수 있는 광 센서나, 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 가속도 센서 등의 기울기를 검출하는 센서 등과 같은 검출 장치를 내장시켜도 좋다.
상기 태블릿형 단말(5000)의 표시부(5003), 태블릿형 단말(6000)의 제 1 표시부(6007), 또는/및 제 2 표시부(6009)에는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는, 저구동 전압으로, 높은 발광 효율이 얻어지기 때문에, 소비 전력이 저감된 태블릿형 단말을 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓으며, 이 발광 장치를 모든 분야의 전자 기기에 적용하는 것이 가능하다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 사용함으로써, 소비 전력이 저감된 전자 기기를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태의 발광 장치는, 조명 장치로서 사용할 수도 있다. 도 8a는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 백라이트로서 사용한 액정 표시 장치의 일례이다. 도 8a에 도시한 액정 표시 장치는, 하우징(701), 액정층(702), 백라이트(703), 하우징(704)을 가지고, 액정층(702)은, 드라이버 IC(705)와 접속되어 있다. 또한, 백라이트(703)는 본 발명의 일 형태의 발광 장치가 사용되고 있고, 단자(706)에 의해, 전류가 공급되고 있다.
이와 같이 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 액정 표시 장치의 백라이트로서 사용함으로써, 저소비 전력의 백라이트가 얻어진다. 또한, 본 발명의 일 형태의 발광 장치는, 면 발광의 조명 장치이며 대면적화도 가능하기 때문에, 백라이트의 대면적화도 가능하다. 따라서, 저소비 전력이며, 대면적화된 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
다음에, 도 8b는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를, 조명 장치인 전기 스탠드로서 사용한 예이다. 도 8b에 도시하는 전기 스탠드는, 하우징(801)과, 광원(802)을 가지고, 광원(802)으로서, 본 발명의 일 형태의 발광 장치가 사용되고 있다. 저구동 전압으로, 높은 전류 효율이 얻어지기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써, 저소비 전력의 전기 스탠드를 얻는 것이 가능해진다.
다음에, 도 8c는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를, 실내의 조명 장치(901)로서 사용한 예이다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 대면적화도 가능하기 때문에, 대면적의 조명 장치로서 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태의 발광 장치는, 저구동 전압으로, 높은 전류 효율이 얻어지기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써, 저소비 전력의 조명 장치를 얻는 것이 가능해진다. 이와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를, 실내의 조명 장치(901)로서 사용한 방에, 도 6a에서 설명한 것과 같은, 본 발명의 일 형태의 텔레비전 장치(902)를 설치하여 공공 방송이나 영화를 감상할 수 있다.
또한, 본 실시형태는, 다른 실시형태와 적절히 조합하는 것이 가능하다.
[실시예 1]
본 실시예에서는, 실시형태 1의 구조식(100)으로 표시되는 본 발명의 일 형태의 인광성 이리듐 금속 착체, 비스{2-[6-(9H-카르바졸-9-일)-4-피리미디닐-κN3]페닐-κC}(2,4-펜탄디오나토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(czppm)2(acac)])의 합성 예를 구체적으로 예시한다.
<스텝 1; 4-카르바졸-9-일-6-페닐피리미딘(약칭: Hczppm)의 합성>
우선, 수소화나트륨(광유 중의 60%) 0.053g과 탈수 N,N-디메틸포름아미드(dry DMF) 30mL를, 3구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다. 여기에 카르바졸 1.76g과 dry DMF 30mL를 가하고, 실온에서 1시간 동안 교반하였다. 그 후, 4-클로로-6-페닐피리미딘 1.76g과 dry DMF 30mL를 가하고, 실온에서 4시간 교반하였다. 반응후, 이 용액을 물에 가하고, 고체를 석출시켜, 흡인 여과하였다. 이 고체를, 디클로로메탄을 전개 용매로 하는 플래시 칼럼 크로마토그래피에 의해 정제하고, 목적의 피리미딘 유도체 Hczppm을 얻었다(백색 분말, 수율 62%). 스텝 1의 합성 도식을 하기 반응식 e-1에 나타낸다.
반응식 e-1
Figure 112012080717156-pat00033
<스텝 2; 디-μ-클로로-테트라키스{2-[6-(9H-카르바졸-9-일)-4-피리미디닐-κN3]페닐-κC}디이리듐(III)(약칭: [Ir(czppm)2Cl]2)의 합성>
다음에, 2-에톡시에탄올 15mL와 물 5mL, 상기 스텝 1에서 얻은 Hczppm 1.24g, 염화이리듐 수화물(IrCl3·H2O)(Sigma-Aldrich사 제조) 0.57g을, 환류관을 장착한 가지 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 1시간 조사하고, 반응시켰다. 용매를 증류 제거한 후, 얻어진 잔사를 에탄올로 흡인 여과, 세정하고, 복핵 착체[Ir(czppm)2Cl]2(약칭)을 얻었다(갈색 분말, 수율 93%). 스텝 2의 합성 도식을 하기 반응식 e-2에 나타낸다.
반응식 e-2
Figure 112012080717156-pat00034
<스텝 3; 비스{2-[6-(9H-카르바졸-9-일)-4-피리미디닐-κN3]페닐-κC}(2,4-펜탄디오나토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: Ir(czppm)2(acac)])의 합성>
또한, 2-에톡시에탄올 30mL, 상기 스텝 2에서 얻은 복핵 착체[Ir(czppm)2Cl]2 1.54g, 아세틸아세톤 0.27g, 탄산나트륨 0.94g을, 환류관을 장착한 가지 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 120W)를 60분간 조사함으로써 가열하였다. 여기에서 다시 아세틸아세톤 0.10g을 플라스크에 넣고, 다시 마이크로파(2.45GHz 120W)를 60분간 조사함으로써 가열하였다. 용매를 증류 제거하고, 얻어진 잔사를 에탄올로 흡인 여과하였다. 얻어진 고체를 물, 에탄올로 세정하고, 디클로로메탄을 전개 용매로 하는 플래시 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 그 후, 디클로로메탄과 헥산의 혼합 용매로 재결정함으로써, 본 발명의 일 형태인 인광성 이리듐 금속 착체[Ir(czppm)2(acac)](약칭)를 붉은 오렌지색 분말로서 얻었다(수율 18%). 스텝 3의 합성 도식을 하기 반응식 e-3에 나타낸다.
반응식 e-3
Figure 112012080717156-pat00035
또한, 상기 스텝 3에서 얻어진 붉은 오렌지색 분말의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석을 행하였다. 1H-NMR 차트를 도 9에 도시한다. 이것으로부터, 본 합성예에 있어서, 상기의 구조식(100)으로 표시되는 본 발명의 일 형태의 인광성 이리듐 금속 착체[Ir(czppm)2(acac)](약칭)가 얻어진 것을 알 수 있었다.
얻어진 물질의 1H-NMR 데이터를 이하에 나타낸다.
Figure 112012080717156-pat00036
다음에, 본 실시예에서 얻어진 [Ir(czppm)2(acac)](약칭)을 액체 크로마토그래프 질량 분석(LC/MS 분석)에 의해 분석하였다.
LC/MS 분석은 LC(액체 크로마토그래피) 분리를 워터즈사 제조의 Acquity UPLC에 의해, MS 분석(질량 분석)을 워터즈사 제조의 Xevo G2 Tof MS에 의해 행하였다. LC 분리에서 사용한 칼럼은 Acquity UPLC BEHC8(2.1×100mm 1.7㎛), 칼럼 온도는 40℃로 하였다. 이동상은 이동상 A를 아세토니트릴, 이동상 B를 0.1% 포름산 수용액으로 하였다. 또한, 샘플은 임의의 농도의 [Ir(czppm)2(acac)](약칭)을 클로로포름에 용해하고, 아세토니트릴로 희석하여 조정하고, 주입량은 5.0μL로 하였다.
LC 분리에는 이동상의 조성을 변화시키는 경사법(gradient method)을 사용하고, 측정 개시후 0분부터 1분까지가, 이동상 A:이동상 B=35:65, 그 후 조성을 변화시키고, 10분에 있어서의 이동상 A와 이동상 B의 비가 이동상 A:이동상 B=95:5가 되도록 하였다. 조성의 변화는 리니어(linearly)로 변화시켰다.
MS 분석에서는, 일렉트로 스프레이 이온화법(ESI)에 의한 이온화를 행하고, 캐필러리 전압은 3.0kV, 샘플 콘 전압은 30V, 검출은 포지티브 모드로 행하였다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z=100 내지 1200으로 하였다.
이상의 조건으로 이온화된 성분을 충돌실(콜리전 셀(collision cell)) 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤을 충돌시킬 때의 에너지(콜리전 에너지)는 70eV로 하였다. 해리시킨 프로덕트 이온을 비행 시간(ToF)형 MS로 MS 분석한 결과를 도 21에 도시한다. 또한, 도 21에 있어서, 가로축은 m/z를, 세로축은 강도(임의 단위)를 각각 나타낸다.
도 21의 결과로부터, 본 발명의 일 형태인 [Ir(czppm)2(acac)](약칭)은, 주로 m/z=322 부근, m/z=510 부근, m/z=833 부근에 부분 골격의 프로덕트 이온의 피크가, m/z=932 부근에 프리커서 이온(precursor ion) 유래의 피크가, 각각 검출되는 것을 알 수 있었다. 여기에서, 부근이란, LC/MS 분석에 있어서, 수소 이온의 존재의 유무나 동위체의 존재에 의한 프로덕트 이온이나 프리커서 이온의 수치의 변화를 나타내고 있고, 이 수치의 변화도 포함시켜, 동정도의 골격에 포함되는 것을 허용 범위로 한다. 한편, 도 21에 도시하는 결과는, [Ir(czppm)2(acac)](약칭)에 유래하는 특징적인 결과를 도시하는 것이기 때문에, 혼합물 중에 포함되는 [Ir(czppm)2(acac)](약칭)을 동정하는데 있어서의 중요한 데이터라고 할 수 있다.
다음에, [Ir(czppm)2(acac)](약칭)의 자외 가시선 흡수 스펙트럼법(UV)에 의한 해석을 행하였다. UV 스펙트럼의 측정은 자외 가시 분광 광도계((주) 니혼분코 제조 V550형)를 사용하고, 디클로로메탄 용액(0.075mmol/L)을 사용하고, 실온에서 측정을 행하였다. 또한, [Ir(czppm)2(acac)](약칭)의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 발광 스펙트럼의 측정은 형광 광도계((주)하마마츠포토닉스 제조 FS920)를 사용하고, 탈기한 디클로로메탄 용액(0.075mmol/L)을 사용하고, 실온에서 측정을 행하였다. 측정 결과를 도 10에 도시한다. 도 10에 있어서, 가로축은 파장(nm)을, 세로축은 흡수 강도(임의 단위), 및 발광 강도(임의 단위)를 각각 나타낸다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 인광성 이리듐 금속 착체[Ir(czppm)2(acac)](약칭)의 디클로로메탄 용액은, 510nm 부근에 3중항 여기 상태로부터의 흡수 피크가 확인되고, 569nm에 발광 피크가 확인되었다. 또한, 상기 디클로로메탄 용액으로부터는 오렌지색의 발광이 관측되었다.
이러한 결과로부터, 디클로로메탄 용액에서의 스토크스 시프트(Stokes shift)는, 59nm로 작은 것을 알 수 있었다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태인 인광성 이리듐 금속 착체로서, 실시예 1에서 합성한 비스{2-[6-(9H-카르바졸-9-일)-4-피리미디닐-κN3]페닐-κC}(2,4-펜탄디오나토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(czppm)2(acac)])에 관해서, 전기 화학 특성(용액)을 측정하였다. 사용한 재료의 구조식을 이하에 나타낸다.
Figure 112012080717156-pat00037
또한, 측정 방법으로서는, 사이클릭 볼타 메트리(CV: cyclic voltammetry) 측정에 의해 조사하였다. 측정에는, 전기 화학 애널라이저(B·A·S(주) 제조, 형식 번호: ALS 모델 600A 또는 600C)를 사용하였다. 이하에 측정 방법에 관해서 상세하게 설명한다.
(참조 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지의 산출)
우선, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극(Ag/Ag+ 전극)의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지(eV)를 산출하였다. 즉, Ag/Ag+ 전극의 페르미 준위(Fermi level)를 산출하였다. 메탄올 중에 있어서의 페로센의 산화 환원 전위는, 표준 수소 전극에 대해 +0.610[V vs. SHE]인 것이 알려져 있다(참고 문헌; Christian R. Goldsmith et al., J. Am. Chem. Soc., Vol. 124, No. 1, 83-96, 2002).
한편, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극을 사용하여, 메탄올 중에 있어서의 페로센의 산화 환원 전위를 구한 결과, +0.11[V vs. Ag/Ag+]이었다. 따라서, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극의 포텐셜 에너지는, 표준 수소 전극에 대해 0.50[eV] 낮게 되어 있는 것을 알 수 있었다.
여기에서, 표준 수소 전극의 진공 준위로부터의 포텐셜 에너지는 -4.44eV인 것이 알려져 있다(참고 문헌; 오니시 토시히로·코야마 타마미 저, 고분자 EL 재료(공립 출판), p. 64-67). 이상의 점에서, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지는, -4.44-0.50=-4.94[eV]라고 산출할 수 있었다.
(목적물의 CV 측정)
CV 측정에 있어서의 용액은, 용매로서 탈수 디메틸포름아미드(DMF)((주)알드리치 제조, 99.8%, 카탈로그 번호; 22705-6)를 사용하고, 지지 전해질인 과염소산 테트라-n-부틸암모늄(n-Bu4NClO4)((주)도쿄가세이 제조 카탈로그 번호; T0836)을 100mmol/L의 농도가 되도록 용해시키고, 또한 측정 대상을 2mmol/L의 농도가 되도록 용해시켜 조제하였다. 또한, 작용 전극으로서는 백금 전극(B·A·S(주) 제조, PTE 백금 전극)을, 보조 전극으로서는 백금 전극(B·A·S(주) 제조, VC-3용 Pt 카운터 전극(5cm))을, 참조 전극으로서는 Ag/Ag+ 전극(B·A·S(주) 제조, RE7 비수용매계 참조 전극)을 각각 사용하였다. 또한, 측정은 실온(20 내지 25℃)에서 행하였다. 또한, CV 측정시의 스캔 속도는, 0.1V/sec로 통일하였다.
이 용액을 사용하여, 목적물의 CV 측정을 행하였다. 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 0V에서부터 1.5V까지 주사한 결과, 산화를 나타내는 명확한 피크가 관측되었다. 또한, 주사를 100사이클 반복한 후에도, 그 피크 형상이 거의 변화되지 않았다. 이것으로부터, [Ir(czppm)2(acac)](약칭)은, 산화 상태와 중성 상태 사이의 산화 환원의 반복에 양호한 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
또한, 이 CV 측정에 있어서, 산화 피크 전위(중성측으로부터 산화 사이)(Epa)는, 0.65V이었다. 또한, 환원 피크 전위(산화측으로부터 중성 사이)(Epc)는 0.55V이었다. 따라서, 반파 전위(Epa와 Epc의 중간 전위, Epa+Epc)/2[V])은, 0.60V로 산출할 수 있다. 이것은, [Ir(czppm)2(acac)](약칭)은, 0.60[V vs. Ag/Ag+]의 전기 에너지에 의해 산화되는 것을 나타내고 있다. 여기에서, 상기한 바와 같이, 사용한 참조 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지는, -4.94[eV]이기 때문에, [Ir(czppm)2(acac)](약칭)의 HOMO 준위는, -4.94-0.60=-5.54[eV]인 것을 알 수 있었다.
[실시예 3]
본 실시예에서는, 실시예 1에서 합성한 비스{2-[6-(9H-카르바졸-9-일)-4-피리미디닐-κN3]페닐-κC}(2,4-펜탄디오나토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(czppm)2(acac)])을 발광 물질로서 사용한 발광 소자(1)에 관해서 평가를 행하였다. 본 실시예에서 사용한 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
Figure 112012080717156-pat00038

발광 소자(1)에 관해서, 도 11을 사용하여 설명한다. 이하에, 본 실시예의 발광 소자(1)의 제작 방법을 나타낸다.
(발광 소자(1))
우선, 기판(1100) 위에, 규소 또는 산화규소를 함유한 산화인듐-산화주석 화합물(ITO-SiO2, 이하 ITSO라고 약기한다.)을 스퍼터링법으로 성막하고, 제 1 전극(1101)을 형성하였다. 또한, 사용한 산화인듐-산화주석 화합물 타깃의 조성비는, In2O3:SnO2:SiO2=85:10:5[중량%]로 하였다. 또한, 제 1 전극(1101)의 막 두께는, 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다. 여기에서, 제 1 전극(1101)은 발광 소자의 양극으로서 기능하는 전극이다.
다음에, 기판(1100) 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 행하였다.
그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에 있어서, 170℃에서 30분간의 진공 소성을 행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방랭하였다.
다음에, 제 1 전극(1101)이 형성된 면이 하방(下方)이 되도록, 제 1 전극(1101)이 형성된 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 설치된 기판 홀더에 고정시키고, 10-4Pa 정도까지 감압한 후, 제 1 전극(1101) 위에, 1,3,5-트리(디벤조티오펜-4-일)-벤젠(약칭: DBT3P-II)과 산화몰리브덴을 공증착함으로써, 정공 주입층(1111)을 형성하였다. 그 막 두께는, 40nm로 하고, DBT3P-II(약칭)과 산화몰리브덴의 비율은, 중량비로 4:2(=DBT3P-II:산화몰리브덴)가 되도록 조절하였다. 또한, 공증착이란, 1개의 처리실 내에서, 복수의 증발원으로부터 동시에 증착을 행하는 증착법이다.
다음에, 정공 주입층(1111) 위에, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: BPAFLP)을 20nm의 막 두께가 되도록 성막하고, 정공 수송층(1112)을 형성하였다.
또한, 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II)과, 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBA1BP)과, 실시예 1에서 합성한 비스{2-[6-(9H-카르바졸-9-일)-4-피리미디닐-κN3]페닐-κC}(2,4-펜탄디오나토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(czppm)2(acac)])을 공증착하고, 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성하였다. 여기에서, 2mDBTPDBq-II(약칭), PCBA1BP(약칭), 및 [Ir(czppm)2(acac)](약칭)의 중량비는, 0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq-II:PCBA1BP:[Ir(czppm)2(acac)])가 되도록 조절하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40nm로 하였다.
다음에, 발광층(1113) 위에 2mDBTPDBq-II(약칭)을 막 두께 10nm가 되도록 성막하고, 제 1 전자 수송층(1114a)을 형성하였다.
다음에, 제 1 전자 수송층(1114a) 위에 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 막 두께 20nm가 되도록 성막하고, 제 2 전자 수송층(1114b)을 형성하였다.
또한, 제 2 전자 수송층(1114b) 위에, 불화리튬(LiF)을 1nm의 막 두께로 증착하고, 전자 주입층(1115)을 형성하였다.
마지막에, 음극으로서 기능하는 제 2 전극(1103)으로서, 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 증착함으로써, 본 실시예의 발광 소자(1)를 제작하였다.
이상에 의해 얻어진 발광 소자(1)의 소자 구조를 표 1에 기재한다.
Figure 112012080717156-pat00039
이상에 의해 얻어진 발광 소자(1)를, 질소 분위기의 글로브박스 내에 있어서, 발광 소자(1)가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하는 작업(보다 구체적으로는, 씰재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉시에 80℃에서 1시간 열처리)을 행한 후, 상기 발광 소자(1)의 동작 특성에 관해서 측정을 행하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자(1)의 전류 밀도-휘도 특성을 도 12에 도시한다. 도 12에 있어서, 가로축은, 전류 밀도(mA/㎠)를, 세로축은 휘도(cd/㎡)를 나타낸다. 또한, 발광 소자(1)의 전압-휘도 특성을 도 13에 도시한다. 도 13에 있어서, 가로축은 전압(V)을, 세로축은 휘도(cd/㎡)를 나타낸다. 또한, 발광 소자(1)의 휘도-전류 효율 특성을 도 14에 도시한다. 도 14에 있어서, 가로축은 휘도(cd/㎡)를, 세로축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다. 또한, 발광 소자(1)의 전압-전류 특성을, 도 15에 도시한다. 도 15에 있어서, 가로축은 전압(V)을, 세로축은 전류(mA)를 나타낸다. 또한, 발광 소자(1)의 휘도-색도 좌표 특성을, 도 16에 도시한다. 도 16에 있어서, 가로축은 휘도(cd/㎡)를, 세로축은 색도(x좌표, 및 y좌표)를 나타낸다. 또한, 발광 소자(1)의 휘도-파워 효율 특성을 도 17에 도시한다. 도 17에 있어서, 가로축은 휘도(cd/㎡)를, 세로축은 파워 효율(lm/W)을 나타낸다.
또한, 발광 소자(1)에 있어서의 휘도 1000cd/㎡ 부근일 때의 전압(V), 전류 밀도(mA/㎠), CIE 색도 좌표(색도x, 색도y), 휘도(cd/㎡), 전류 효율(cd/A), 외부 양자 효율(%)을 표 2에 기재한다.
Figure 112012080717156-pat00040
또한, 발광 소자(1)의 전류 밀도를, 2.5mA/㎠로 했을 때의 발광 스펙트럼을 도 18에 도시한다. 도 18에 있어서, 가로축은 파장(nm)을, 세로축은 발광 강도(임의 단위)를 각각 나타낸다. 도 18에 도시하는 바와 같이, 발광 소자(1)의 발광 스펙트럼은, 560nm에 피크를 가지고 있다.
또한, 표 2에 기재하는 바와 같이, 발광 소자(1)의 휘도가, 1011cd/㎡일 때의 CIE 색도 좌표는, (x,y)=(0.48,0.51)이었다. 이것으로부터, 도판트인 [Ir(czppm)2(acac)](약칭) 유래의 발광이 얻어지고 있는 것을 알 수 있었다.
이상과 같이, 실시예 1에서 합성한 [Ir(czppm)2(acac)](약칭)을 발광 물질로서 사용한 본 발명의 일 형태인 발광 소자(1)는, 황록 내지 오렌지색의 파장 영역의 발광을 효율적으로 발광시킬 수 있는 것으로 나타났다.
또한, 도 14로부터, 발광 소자(1)는 고효율의 소자인 것을 알 수 있었다. 또한, 도 15로부터, 발광 소자(1)는 저구동 전압의 소자인 것을 알 수 있었다. 또한, 도 16으로부터, 발광 소자(1)는 각 휘도에서의 캐리어 밸런스가 양호한 소자인 것을 알 수 있었다.
다음에, 상기 발광 소자(1)에 관해서, 신뢰성 시험의 평가를 행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 19 및 도 20에 도시한다.
도 19에 있어서, 신뢰성 시험의 측정 방법은, 초기 휘도를 5000cd/㎡로 설정하고, 전류 밀도가 일정한 조건으로 발광 소자(1)를 구동하였다. 또한, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을, 세로축은 초기 휘도를 100%로 했을 때의 규격화 휘도(%)를 나타낸다. 도 19로부터, 발광 소자(1)의 규격화 휘도가 80% 이하가 되는 시간은, 약 217시간이 되었다. 따라서, 발광 소자(1)는 장수명 소자인 것을 알 수 있었다.
다음에, 도 20에 있어서, 신뢰성 시험의 측정 방법은, 초기 휘도를 5000cd/㎡로 설정하고, 전류 밀도를 일정한 조건으로 발광 소자(1)의 전압의 시간 변화를 측정하였다. 또한, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을, 세로축은 전압(V)을 나타낸다. 도 20으로부터, 발광 소자(1)의 경시적인 전압의 상승이 작은 것이 확인되었다.
이상의 결과로부터, 본 발명의 일 형태인 인광성 이리듐 금속 착체를 발광 물질로서 사용한 발광 소자(1)는, 고효율, 저구동 전압, 저소비 전력, 및 장수명의 발광 소자인 것을 알 수 있었다.
100 기판
101 전극
102 EL층
103 전극
111 정공 주입층
112 정공 수송층
113 발광층
114 전자 수송층
115 전자 주입층
116 전하 발생층
201 전극
202 전극
203 EL층
204 발광층
205 인광성 화합물
206 유기 화합물
207 유기 화합물
301 전극
302 EL층
304 전극
305 전하 발생층
450B 발광 소자
450G 발광 소자
450R 발광 소자
451 반사 전극
452 반투과·반반사 전극
453a 투명 도전층
453b 투명 도전층
454B 발광층
454G 발광층
454R 발광층
455 EL층
501 소자 기판
502 화소부
503 구동 회로부
504 구동 회로부
505 씰재
506 밀봉 기판
507 배선
509 n채널형 TFT
510 p채널형 TFT
511 스위칭용 TFT
512 전류 제어용 TFT
513 전극
514 절연물
515 EL층
516 전극
517 발광 소자
518 공간
611 하우징
612 지지대
613 표시부
614 스피커부
615 비디오 입력 단자
621 본체
622 하우징
623 표시부
624 키보드
625 외부 접속 포트
626 포인팅 디바이스
631 본체
632 하우징
633 표시부
634 음성 입력부
635 음성 출력부
636 조작 키
637 외부 접속 포트
638 안테나
641 본체
642 표시부
643 하우징
644 외부 접속 포트
645 리모트 컨트롤 수신부
646 수상부
647 배터리
648 음성 입력부
649 조작 키
650 접안부
701 하우징
702 액정층
703 백라이트
704 하우징
705 드라이버 IC
706 단자
801 하우징
802 광원
901 조명 장치
902 텔레비전 장치
1100 기판
1101 전극
1103 전극
1111 정공 주입층
1112 정공 수송층
1113 발광층
1114a 전자 수송층
1114b 전자 수송층
1115 전자 주입층
5000 태블릿형 단말
5001 하우징
5003 표시부
5005 전원 버튼
5007 전면 카메라
5009 배면 카메라
5011 외부 접속 단자
5013 외부 접속 단자
5015 아이콘
6000 태블릿형 단말
6001 하우징
6003 하우징
6005 힌지부
6007 표시부
6009 표시부
6011 전원 버튼
6013 카메라
6015 카메라
6017 텍스트 아이콘
6019 아이콘
6021 키보드

Claims (22)

  1. 한 쌍의 전극들 간에 EL층을 포함하는 발광 소자로서,
    상기 EL층은 인광성 이리듐 금속 착체를 포함하고,
    상기 인광성 이리듐 금속 착체에서:
    4위치에 아릴기가 결합된 피리미딘 환의 3위치의 질소가 이리듐에 배위하고,
    카르바졸 골격을 갖는 치환기가 상기 피리미딘 환의 6위치에 결합되고,
    상기 피리미딘 환의 4위치에 결합한 상기 아릴기는, 상기 이리듐에 결합함으로써 오르토메탈화(ortho-metalated)되는, 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인광성 이리듐 금속 착체가 화학식 1로 표시되는 구조를 포함하는, 발광 소자:
    화학식 1
    Figure 112012080717156-pat00041

    상기 화학식 1에서,
    Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고,
    R1 및 R2는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고,
    R3 내지 R10은 각각 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기를 나타낸다.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인광성 이리듐 금속 착체가 화학식 2로 표시되는, 발광 소자:
    화학식 2
    Figure 112012080717156-pat00042

    상기 화학식 2에서,
    Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고,
    R1 및 R2는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고,
    R3 내지 R10은 각각 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기를 나타낸다.
  4. 제1항에 있어서, 상기 인광성 이리듐 금속 착체가 화학식 3으로 표시되는, 발광 소자:
    화학식 3
    Figure 112012080717156-pat00043

    상기 화학식 3에서,
    Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고,
    R1 및 R2는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고,
    R3 내지 R10은 각각 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기를 나타내고,
    L은 모노음이온성의 배위자를 나타낸다.
  5. 제1항에 기재된 발광 소자를 포함하는, 발광 장치.
  6. 제1항에 기재된 발광 소자를 포함하는, 전자 기기.
  7. 제1항에 기재된 발광 소자를 포함하는, 조명 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 화학식 2 및 3, 및 구조식(100)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것으로 표시되는, 인광성 이리듐 금속 착체.
    화학식 2
    Figure 112019013541008-pat00050

    화학식 3
    Figure 112019013541008-pat00051

    구조식(100)
    Figure 112019013541008-pat00056

    상기 화학식 2 및 3에서,
    Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고,
    R1 및 R2는 각각 수소 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고,
    R3 내지 R10은 각각 수소, 탄소수 1 내지 4의 알킬기, 또는 치환 또는 무치환 페닐기를 나타내고,
    L은 모노음이온성의 배위자를 나타낸다.
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