KR102025266B1 - 유기 금속 착체, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

유기 금속 착체, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인광을 발광할 수 있는 유기 금속 착체, 또는, 발광 효율이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
아릴 트리아진 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 착체이고,　하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 금속 착체이다.
Figure 112013106716302-pct00048

(단,　식(式) 중, R1은 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는　수소,　탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, Ar1은　탄소수6∼탄소수10의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다.)

Description

유기 금속 착체, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{ORGANOMETALLIC COMPLEX, LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 유기 금속 착체에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 일 형태는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 유기 금속 착체에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 일 형태는 유기 금속 착체를 이용한 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
유기 화합물은 빛을 흡수함으로써 여기 상태가 된다. 그리고, 이 여기 상태를 경유함으로써, 일부 경우에서 여러 가지 반응(광화학 반응)을 일으키거나 발광(루미네선스)을 일으킬 수 있다. 그러므로, 이러한 유기 화합물은 넓은 응용 범위를 가진다.
광화학 반응의 일례로서, 일중항 산소의 불포화 유기 분자와의 반응(산소 부가)이 알려져 있다(예를 들어, 비특허문헌 1 참조). 산소 분자는 기저 상태가 삼중항 상태이기 때문에, 일중항 상태의 산소(일중항 산소)는 직접적인 광 여기에 의해서는 생성되지 않는다. 그러나, 다른 삼중항 여기 분자의 존재하에서는 일중항 산소가 생성되어 산소 부가 반응을 일으킬 수 있다. 이 때, 삼중항 여기 분자를 형성할 수 있는 화합물은 광증감제라 불린다.
이와 같이, 일중항 산소를 생성하기 위해서는, 삼중항 여기 분자를 광 여기에 의해 형성할 수 있는 광증감제가 필요하다. 그러나, 통상의 유기 화합물은 기저 상태가 일중항 상태이기 때문에, 삼중항 여기 상태로의 광 여기는 금지천이(forbidden transition)가 되어 삼중항 여기 분자는 형성되기 어렵다. 따라서, 일중항 여기 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 항간 교차를 일으키기 쉬운 화합물(혹은, 직접 삼중항 여기 상태로 광 여기되는 금지천이를 허용하는 화합물)이 이와 같은 광증감제로서 요구되고 있다. 다시 말해, 이러한 화합물은 광증감제로서 이용될 수 있어 유익하다.
또한, 이러한 화합물은 종종 인광을 방출한다. 인광은 다중도가 다른 에너지 간의 천이에 의해 발생하는 발광으로서, 통상의 유기 화합물에서는 삼중항 여기 상태부터 일중항 기저 상태로 되돌아올 때에 발생하는 발광을 가리킨다(이에 반해, 일중항 여기 상태에서 일중항 기저 상태로 되돌아올 때의 발광은 형광이라 불린다). 인광을 방출할 수 있는 화합물, 즉 삼중항 여기 상태를 발광으로 변환할 수 있는 화합물(이하, 인광성 화합물이라 칭함)의 응용 분야로서는 유기 화합물을 발광 물질로 하는 발광 소자를 들 수 있다.
이 발광 소자의 구성은 단지 전극 간에 발광 물질인 유기 화합물을 포함하는 발광층을 형성한 단순한 구조이다. 이 발광 소자는 박형 경량·고속 응답성·직류 저전압 구동 등의 특성으로 인해, 차세대의 플랫 패널 디스플레이 소자로서 주목을 받고 있다. 또한, 이 발광 소자를 이용한 디스플레이는 콘트라스트나 화질이 뛰어나고, 시야각이 넓다.
유기 화합물을 발광 물질로 하는 발광 소자의 발광 기구는 캐리어 주입형이다. 즉, 전극 간에 발광층을 끼우고 전압을 인가함으로써, 전극으로부터 주입된 전자 및 홀(hole)이 재결합하여 발광 물질이 여기 상태가 되고, 그 여기 상태가 기저 상태로 되돌아올 때에 발광한다. 그리고, 여기 상태의 종류로는 앞서 설명한 광 여기의 경우와 마찬가지로, 일중항 여기 상태(S*)와 삼중항 여기 상태(T*)가 가능하다. 또한, 발광 소자에서 그 통계적인 생성 비율은 S*:T*=1:3으로 여겨지고 있다.
실온에서, 일중항 여기 상태를 발광으로 변환하는 화합물(이하, 형광성 화합물이라 칭함)은 삼중항 여기 상태로부터의 발광(인광)은 관측되지 않고, 일중항 여기 상태로부터의 발광(형광)만이 관측된다. 따라서, 형광성 화합물을 이용한 발광 소자에서 내부 양자 효율(주입된 캐리어의 개수에 대하여 발생하는 포톤(photon)의 의 개수 비율)의 이론적 한계는 S*:T*=1:3인 것을 근거로 25％로 보고 있다.
한편, 위에서 설명한 인광성 화합물을 이용한 발광 소자의 경우에는, 그것의 내부 양자 효율이 이론상으로는 75∼100％까지 가능해진다. 즉, 발광 효율이 형광성 화합물을 이용하는 발광 소자의 발광 효율에 비해 3∼4배까지 가능해진다. 그러므로, 고효율의 발광 소자를 실현하기 위해 인광성 화합물을 이용한 발광 소자의 개발이 최근 활발히 이루어지고 있다(예를 들어, 비특허문헌 2 참조). 특히, 인광성 화합물로서는 높은 인광 양자 수율로 인해, 이리듐 등을 중심 금속으로 하는 유기 금속 착체가 주목을 받고 있다.
이노우에 하루오(Inoue Haruo), 외 3명, 기초 화학 코스 광화학 I(마루젠 주식회사(Maruzen Co., Ltd.)), 106-110 Zhang, Guo-Lin, 외 5명, Gaodeng Xuexiao Huaxue Xuebao(2004), vol. 25, No.3, 397-400
본 발명의 일 형태의 목적은 인광을 발광할 수 있는 유기 금속 착체를 새로이 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 일 형태의 또 다른 목적은 발광 효율이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공하는 것이다. 더욱이, 본 발명의 일 형태의 또 다른 목적은 소비 전력이 낮은 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태는 아릴 트리아진 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 착체이다. 따라서, 본 발명의 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G1)]
Figure 112013106716302-pct00001
단, 식 중, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 및 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, Ar1은 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G2)]
Figure 112013106716302-pct00002
단, 식 중, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, R3∼R6는 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타낸다. 또한, M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다.
또한, 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 갖는 유기 금속 착체는 인광 발광할 수 있기 때문에, 발광 소자의 발광층에 유리하게 적용될 수 있음을 주목하라. 따라서 본 발명의 바람직한 일 형태는 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 갖는 인광성의 유기 금속 착체이다. 특히, 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 갖고, 이 구조에서 최저 삼중항 여기 상태가 형성되는 유기 금속 착체는 효율적으로 인광을 방출할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G3)]
Figure 112013106716302-pct00003
단, 식 중, L은 모노 음이온성의 배위자를 나타낸다. 또한, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, Ar1은 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다. 또한, M이 제 9 족 원소일 때는 n=2이고, M이 제 10 족 원소일 때는 n=1이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G4)]
Figure 112013106716302-pct00004
단, 식 중, L은 모노 음이온성의 배위자를 나타낸다. 또한, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, R3∼R6는 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타낸다. M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다. 또한, M이 제 9 족 원소일 때는 n=2이고, M이 제 10 족 원소일 때는 n=1이다.
또한, 일반식(G3) 또는 일반식(G4)에 나타낸 유기 금속 착체에서, 모노 음이온성의 배위자는 베타 디케톤 구조를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 카르복실기를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 페놀성 수산기를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 및 2개의 배위 원소가 모두 질소인 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 특히, 베타 디케톤 구조를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자가 바람직하다.
또한, 모노 음이온성의 배위자로서는 하기 일반식(L1) 내지 일반식(L7) 중 어느 하나로 나타나는 배위자인 것이 바람직함을 주목하라.
[일반식(L1)∼일반식(L7)]
Figure 112013106716302-pct00005
일반식(L1)∼일반식(L7)에서, R11∼R48은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 할로겐기, 비닐기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알콕시기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬티오기를 나타낸다. 또한, A1∼A3는 각각 독립적으로, 질소, 수소와 결합하는 sp2 혼성 탄소, 또는 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 할로겐기, 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기, 및 페닐기 중 어느 하나와 결합하는 sp2 혼성 탄소를 나타낸다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G5)]
Figure 112013106716302-pct00006
단, 식 중, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, Ar1은 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴렌기를 나타낸다. M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다. 또한, M이 제 9 족 원소일 때는 n=3이고, M이 제 10 족 원소일 때는 n=2이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G6)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G6)]
Figure 112013106716302-pct00007
단, 식 중, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, R3∼R6는 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타낸다. M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다. 또한, M이 제 9 족 원소일 때는 n=3이고, M이 제 10 족 원소일 때는 n=2이다.
또한, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체는, 인광을 발광할 수 있는, 즉 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하고, 또한 발광을 나타낼 수 있기 때문에, 발광 소자에 적용할 때 고효율화가 가능해지므로 매우 유효하다. 따라서 본 발명은 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체를 이용한 발광 소자도 포함한다.
또한, 본 발명의 일 형태는 발광 소자를 갖는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 갖는 전자 기기 및 조명 장치도 범주에 포함시키는 것이다. 따라서, 본 명세서 안에서 발광 장치는 화상 표시 디바이스, 발광 디바이스, 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한, 발광 장치는 그것의 카테고리에 FPC(Flexible printed circuit), TAB(Tape Automated Bonding) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)와 같은 커넥터가 설치된 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 형태에 따르면, 인광을 발광할 수 있는 새로운 유기 금속 착체가 제공될 수 있다. 또한, 새로운 유기 금속 착체를 이용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다. 또한, 소비 전력이 낮은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 발광 소자의 구조에 대해 설명하는 도면.
도 2는 발광 소자의 구조에 대해 설명하는 도면.
도 3(A) 및 도 3(B)는 발광 소자의 구조에 대해 설명하는 도면.
도 4는 발광 장치에 대해 설명하는 도면.
도 5(A) 및 도 5(B)는 발광 장치에 대해 설명하는 도면.
도 6(A) 내지 도 6(D)는 전자 기기에 대해 설명하는 도면.
도 7은 조명 기구에 대해 설명하는 도면.
도 8은 구조식(100)에 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트.
도 9는 구조식(100)에 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 10은 발광 소자에 대해 설명하는 도면.
도 11은 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 나타내는 도면.
도 12는 발광 소자의 전압-휘도 특성을 나타내는 도면.
도 13은 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어나지 않고 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있음을 주목하라. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정해 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체에 대해 설명한다.
본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체는 아릴 트리아진 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 착체이다. 또한, 본 실시형태에서 설명하는 아릴 트리아진 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 착체의 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 금속 착체임을 주목하라.
[일반식(G1)]
Figure 112013106716302-pct00008
일반식(G1)에서, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, Ar1은 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴렌기를 나타낸다. M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다.
여기서, Ar1의 구체예로서는, 페닐렌기, 탄소수1∼탄소수4의 알킬기로 1 이상 치환된 페닐렌기, 탄소수1∼탄소수4의 알콕시기로 1 이상 치환된 페닐렌기, 탄소수1∼탄소수4의 알킬티오기로 1 이상 치환된 페닐렌기, 탄소수6∼탄소수10의 아릴기로 1 이상 치환된 페닐렌기, 할로겐기로 1 이상 치환된 페닐렌기, 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기로 1 이상 치환된 페닐렌기, 치환 또는 무치환의 나프탈렌-디일기를 들 수 있다.
또한, R1과 R2에서 탄소수1∼탄소수4의 알킬기의 구체예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등을 들 수 있다. 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소의 구체예로서는, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 사이클로헵틸기를 들 수 있다. 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소의 구체예로서는, 노보닐기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 피나닐기를 들 수 있다. 탄소수6∼탄소수10의 아릴기의 구체예로서는, 페닐기, 탄소수1∼탄소수4의 알킬기로 1 이상 치환된 페닐기, 탄소수1∼탄소수4의 알콕시기로 1 이상 치환된 페닐기, 탄소수1∼탄소수4의 알킬티오기로 1 이상 치환된 페닐기, 탄소수6∼탄소수10의 아릴기로 1 이상 치환된 페닐기, 할로겐기로 1 이상 치환된 페닐기, 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기로 1 이상 치환된 페닐기, 나프탈렌-일기 등을 들 수 있다. 또한, M의 구체예로서, 중원자 효과의 관점에서, 제 9 족 원소로서는 Ir(이리듐)이 바람직하고, 제 10 족 원소로서는 Pt(백금)가 바람직하다.
또한, 상기 Ar1이 치환 또는 무치환의 페닐렌기이면, 합성이 용이해지기 때문에, 더욱 바람직함을 주목하라. 따라서, 본 발명의 또 다른 형태는 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G2)]
Figure 112013106716302-pct00009
일반식(G2)에서, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, R3∼R6는 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타낸다. M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다.
여기서, R1, R2, M의 구체예로서는, 일반식(G1)과 마찬가지의 것을 들 수 있다. 또한, R3∼R6의 구체예로서는, 각각 독립적으로, 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 이소프로폭시기, 부톡시기, sec-부톡시기, 이소부톡시기, tert-부톡시기, 메틸술피닐기, 에틸술피닐기, 프로필술피닐기, 이소프로필술피닐기, 부틸술피닐기, 이소부틸술피닐기, sec-부틸술피닐기, tert-부틸술피닐기, 플루오로기, 플루오로메틸기, 디플루오로메틸기, 트리플루오로메틸기, 클로로메틸기, 디클로로메틸기, 트리클로로메틸기, 브로모메틸기, 2,2,2-트리플루오로에틸기, 3,3,3-트리플루오로프로필기, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필기, 페닐기, 탄소수1∼탄소수4의 알킬기로 1 이상 치환된 페닐기, 탄소수1∼탄소수4의 알콕시기로 1 이상 치환된 페닐기, 탄소수1∼탄소수4의 알킬티오기로 1 이상 치환된 페닐기, 탄소수6∼탄소수10의 아릴기로 1 이상 치환된 페닐기, 할로겐기로 1 이상 치환된 페닐기, 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기로 1 이상 치환된 페닐기, 치환 또는 무치환의 나프탈렌-일기 등을 들 수 있다.
또한, 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 갖는 유기 금속 착체는 인광 발광할 수 있기 때문에, 발광 소자의 발광층에 유리하게 적용될 수 있음을 주목하라. 따라서 본 발명의 바람직한 일 형태는 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 갖는 인광성의 유기 금속 착체이다.
특히, 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 갖고, 이 구조에서 최저 삼중항 여기 상태가 형성되는 유기 금속 착체는 효율적으로 인광을 방출할 수 있기 때문에 바람직하다. 이와 같은 형태를 실현하기 위해서는, 예를 들어, 이 구조의 최저 삼중항 여기 에너지가 이 유기 금속 착체를 구성하는 다른 골격(다른 배위자)의 최저 삼중항 여기 에너지와 같아지거나, 또는 그보다 낮아지도록, 다른 골격(다른 배위자)을 선택하면 좋다. 이와 같이 구성함으로써, 이 구조 이외의 골격(배위자)이 어떠한 것일지라도, 최종적으로는 이 구조에서 최저 삼중항 여기 상태가 형성되기 때문에, 이 구조에 유래하는 인광 발광을 얻을 수 있다. 따라서, 고효율의 인광 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 이 구조를 측쇄(側鎖)로서 갖는 비닐 폴리머 등이 그 대표예이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 하기 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G3)]
Figure 112013106716302-pct00010
일반식(G3)에서 L은 모노 음이온성의 배위자를 나타낸다. 또한, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, Ar1은 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴렌기를 나타낸다. M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다. 또한, M이 제 9 족 원소일 때는 n=2이고, M이 제 10 족 원소일 때는 n=1이다. Ar1, R1, R2 및 M의 구체예는 일반식(G1)과 마찬가지이다.
여기서, 모노 음이온성의 배위자인 L의 구체예로서는, 베타 디케톤 구조를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 카르복실기를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 페놀성 수산기를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 또는 2개의 배위 원소가 모두 질소인 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자인 것이 바람직하다. 특히, 베타 디케톤 구조를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자가 바람직하다. 베타 디케톤 구조를 가짐으로써, 유기 금속 착체의 유기 용매로의 용해성이 높아지고, 정제가 용이해져서 바람직하다. 또한, 베타 디케톤 구조를 가짐으로써, 발광 효율이 높은 유기 금속 착체를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 베타 디케톤 구조를 가짐으로써 승화성이 높아지고, 증착 성능이 뛰어나다는 이점이 있다.
또한, 모노 음이온성의 배위자인 L의 구체예로서는, 하기 일반식(L1) 내지 일반식(L7) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
[일반식(L1)∼일반식(L7)]
Figure 112013106716302-pct00011
일반식(L1)∼일반식(L7)에서, R11∼R48은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 할로겐기, 비닐기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알콕시기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬티오기를 나타낸다. 또한, A1∼A3는 각각 독립적으로, 질소, 수소와 결합하는 sp2 혼성 탄소, 또는 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 할로겐기, 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기, 또는 페닐기 중 어느 하나와 결합하는 sp2 혼성 탄소를 나타낸다.
또한, 상기 일반식(G3)에서, Ar1이 페닐렌기이면, 합성이 용이해지기 때문에, 바람직함을 주목하라. 따라서, 본 발명의 일 형태는 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G4)]
Figure 112013106716302-pct00012
일반식(G4)에서, L은 모노 음이온성의 배위자를 나타낸다. 또한, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, R3∼R6는 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타낸다. M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다. 또한, M이 제 9 족 원소일 때는 n=2이고, M이 제 10 족 원소일 때는 n=1이다. R1∼R6, 및 M의 구체예는 일반식(G2)과 마찬가지이고, L의 구체예는 일반식(G3)과 마찬가지이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G5)]
Figure 112013106716302-pct00013
일반식(G5)에서, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, Ar1은 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴렌기를 나타낸다. M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다. 또한, M이 제 9 족 원소일 때는 n=3이고, M이 제 10 족 원소일 때는 n=2이다. 또한, Ar1, R1, R2, 및 M의 구체예는 일반식(G1)과 마찬가지이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G6)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G6)]
Figure 112013106716302-pct00014
일반식(G6)에서, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 및 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, R3∼R6는 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알콕시기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타낸다. 또한, M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다. 또한, M이 제 9 족 원소일 때는 n=3이고, M이 제 10 족 원소일 때는 n=2이다. R1∼R6, 및 M의 구체예는 일반식(G2)과 마찬가지이다.
이어서, 위에서 설명한 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체의 구체적인 구조식을 나타낸다(하기 구조식(100)∼하기 구조식(142)). 단, 본 발명은 이들 구조식에 의해 나타내어진 유기 금속 착체에 한정되지 않음을 주목하라.
[하기 구조식(100)∼하기 구조식(142)]
Figure 112013106716302-pct00015
Figure 112013106716302-pct00016
Figure 112013106716302-pct00017
Figure 112013106716302-pct00018
Figure 112013106716302-pct00019
Figure 112013106716302-pct00020
Figure 112013106716302-pct00021
Figure 112013106716302-pct00022
또한, 상기 구조식(100)∼구조식(142)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 인광을 발광할 수 있는 신규 물질이다. 또한, 이들 물질은 배위자의 종류에 따라서는 기하 이성체와 입체 이성체가 존재할 수 있다는 점을 주목하라. 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체에는 이들의 이성체도 모두 포함된다.
이어서, 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 금속 착체의 합성 방법의 일례에 대해 설명한다.
≪일반식(G0)으로 나타내어지는 아릴 트리아진 유도체의 합성법≫
하기 일반식(G0)으로 나타내어지는 아릴 트리아진 유도체의 합성 방법의 일례에 대해 설명한다.
[일반식(G0)]
Figure 112013106716302-pct00023
또한, 일반식(G0)에서, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타냄을 주목하라.
이하에, 일반식(G0)으로 나타내어지는 아릴 트리아진 유도체의 합성 스킴(a)을 나타낸다.
[합성 스킴(a)]
Figure 112013106716302-pct00024
또한, 합성 스킴(a)에서는 아릴기의 N-아실이미드산 염화물 또는 그 등가체(A1)에, 아미딘(A2)을 더하여 가열함으로써, 아릴 트리아진 유도체(G0)가 얻어짐을 주목하라. 또한, 아릴아미딘과 N-아실이미드산 염화물 또는 그 등가체를 반응시켜도 좋다. 아릴 트리아진 유도체(G0)의 합성법에는 복수의 공지의 합성법이 존재하기 때문에, 어느 방법을 이용해도 좋음을 주목하라.
이어서, 하기 일반식(G0')으로 나타내어지고, 일반식(G0)으로 나타내어지는 아릴 트리아진 유도체의 일례인 2,4-디아릴-1,3,5-트리아진 유도체의 합성 방법이 설명된다. 이 2,4-디아릴-1,3,5-트리아진 유도체에서, 일반식(G0)에서의 R1은 아릴기이고, 일반식(G0)에서의 R2는 수소이다.
[일반식(G0')]
Figure 112013106716302-pct00025
이하에, 일반식(G0')으로 나타내어지는 2,4-디아릴-1,3,5-트리아진 유도체의 합성 스킴(a')을 나타낸다.
[합성 스킴(a')]
Figure 112013106716302-pct00026
또한, 합성 스킴(a')에서는 2당량의 아미딘(A1')에 1당량의 포름산 에틸, 또는 Gold 시약(별명:(디메틸아미노메틸렌아미노메틸렌)디메틸암모늄 염화물, Sigma-Aldrich Inc. 제)(A2')을 더하여 가열함으로써, 2,4-디아릴-1,3,5-트리아진 유도체(G0')가 얻어짐을 주목하라. 또한, 합성 스킴(a')에서, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타낸다. 또한, 2,4-디아릴-1,3,5-트리아진 유도체(G0')의 합성법에는 복수의 공지의 합성법이 존재하기 때문에, 어느 방법을 이용해도 좋음을 주목하라.
위에서 설명한 화합물(A1), 화합물(A2), 화합물(A1'), 화합물(A2')은 다양한 종류가 시판되고 있거나, 또는 합성할 수 있기 때문에, 일반식(G0)으로 나타내어지는 아릴 트리아진 유도체는 수많은 종류를 합성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체는 그 배위자의 바리에이션(variation)이 풍부하다는 특징이 있다.
《일반식(G3)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체의 합성 방법》
이어서, 하기 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법에 대해 설명한다. 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 일반식(G0)으로 나타내어지는 아릴 트리아진 유도체를 이용하여 형성되고, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체의 일례이다.
[일반식(G3)]
Figure 112013106716302-pct00027
일반식(G3)에서, L은 모노 음이온성의 배위자를 나타낸다. 또한, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, Ar1은 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴렌기를 나타낸다. M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다. 또한, M이 제 9 족 원소일 때는 n=2이고, M이 제 10 족 원소일 때는 n=1이다. Ar1, R1, R2, 및 M의 구체예는 일반식(G1)과 마찬가지이다.
하기 합성 스킴(b)에 나타낸 것과 같이, 일반식(G0)으로 나타내어지는 아릴 트리아진 유도체와, 할로겐을 포함하는 제 9 족 또는 제 10 족의 금속 화합물(예를 들면, 염화로듐 수화물, 염화팔라듐, 염화이리듐, 브롬화이리듐, 요오드화이리듐, 테트라클로로백금산 칼륨 등)을 무용매, 또는 알코올계 용매(예를 들면, 글리세롤, 에틸렌 글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올 등) 단독, 또는 알코올계 용매 1종류 이상과 물과의 혼합 용매를 이용하고, 불활성 가스 분위기에서 가열함으로써, 할로겐으로 가교된 구조를 갖는 유기 금속 착체의 1종이고, 신규 물질인 복핵 착체(B)가 얻어질 수 있다.
가열 수단으로서 특별히 한정은 없고, 오일 배스(oil bath), 샌드 배스(sand bath), 또는 알루미늄 블록을 이용해도 좋다. 또한, 마이크로파를 가열 수단으로서 이용할 수도 있다. 합성 스킴(b)에서, M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타냄을 주목하라. 또한, M이 제 9 족 원소일 때는 n=2이고, M이 제 10 족 원소일 때는 n=1이다.
[합성 스킴(b)]
Figure 112013106716302-pct00028
합성 스킴(b)에서, X는 할로겐을 나타내고, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 및 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴렌기를 나타낸다.
또한, 하기 합성 스킴(c)에 나타낸 것과 같이, 위에서 설명한 합성 스킴(b)에서 얻어지는 복핵 착체(B)와, 모노 음이온성의 배위자의 원료 HL을 불활성 가스 분위기에서 반응시킴으로써, HL의 프로톤이 탈리하고 L이 중심 금속(M)에 배위한다. 따라서, 일반식(G3)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체가 얻어질 수 있다.
가열 수단으로서 특별히 한정은 없고, 오일 배스, 샌드 배스, 또는 알루미늄 블록이 이용될 수 있다. 또한, 마이크로파를 가열 수단으로서 이용할 수도 있다. 합성 스킴(c)에서, M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타냄을 주목하라. 또한, M이 제 9 족 원소일 때는 n=2이고, M이 제 10 족 원소일 때는 n=1이다.
[합성 스킴(c)]
Figure 112013106716302-pct00029
합성 스킴(c)에서, L은 모노 음이온성의 배위자를 나타내고, X는 할로겐을 나타내고, R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴렌기를 나타낸다.
또한, 일반식(G3) 중에서 모노 음이온성의 배위자(L)는 베타 디케톤 구조를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 카르복실기를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 페놀성 수산기를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 또는 2개의 배위 원소가 모두 질소인 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자 중 임의의 하나인 것이 바람직함을 주목하라. 특히, 베타 디케톤 구조를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자가 바람직하다. 베타 디케톤 구조를 가짐으로써, 유기 금속 착체의 유기 용매로의 용해성이 높아지고, 정제가 용이해져서 바람직하다. 또한, 베타 디케톤 구조를 가짐으로써, 발광 효율이 높은 유기 금속 착체를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 베타 디케톤 구조를 가짐으로써 승화성이 높아지고, 증착 성능이 뛰어나다는 이점이 있다.
또한, 모노 음이온성의 배위자는 일반식(L1) 내지 일반식(L7) 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이들의 배위자는 배위 능력이 높고, 또한, 염가에 입수할 수 있기 때문에 유효하다.
[일반식(L1)∼일반식(L7)]
Figure 112013106716302-pct00030
일반식(L1)∼일반식(L7)에서 R11∼R48은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 할로겐기, 비닐기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알콕시기, 또는 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬티오기를 나타낸다. 또한, A1∼A3는 각각 독립적으로, 질소, 수소와 결합하는 sp2 혼성 탄소, 또는 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 할로겐기, 탄소수1∼탄소수4의 할로알킬기, 또는 페닐기 중 어느 하나와 결합하는 sp2 혼성 탄소를 나타낸다.
《일반식(G5)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체의 합성 방법》
이어서, 하기 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법이 설명된다. 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 일반식(G0)으로 나타내어지는 아릴 트리아진 유도체를 이용하여 형성되고, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체의 일례이다.
[일반식(G5)]
Figure 112013106716302-pct00031
일반식(G5)에서 R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, Ar1은 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴렌기를 나타낸다. M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타낸다. 또한, M이 제 9 족 원소일 때는 n=3이고, M이 제 10 족 원소일 때는 n=2이다. Ar1, R1, R2, 및 M의 구체예는 일반식(G1)과 마찬가지이다.
하기 합성 스킴(d)에 나타낸 것과 같이, 일반식(G0)으로 나타내어지는 아릴 트리아진 유도체와, 할로겐을 포함하는 제 9 족 또는 제 10 족의 금속 화합물(예를 들면, 염화로듐 수화물, 염화팔라듐, 염화이리듐, 브롬화이리듐, 요오드화이리듐, 테트라클로로백금산 칼륨 등), 또는 제 9 족 또는 제 10 족의 유기 금속 착체 화합물(예를 들면, 아세틸아세토나토 착체, 디에틸황화물 착체 등)을 혼합한 후, 가열함으로써, 일반식(G5)으로 나타내어지는 구조를 갖는 유기 금속 착체를 얻을 수 있다.
또한, 이 가열 프로세스는 일반식(G0)으로 나타내어지는 아릴 트리아진 유도체와, 할로겐을 포함하는 제 9 족 또는 제 10 족의 금속 화합물, 또는 제 9 족 또는 제 10 족의 유기 금속 착체 화합물을 알코올계 용매(예를 들면, 글리세롤, 에틸렌 글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올 등)에 용해한 후에 행해도 좋다. 가열 수단으로서 특별히 한정은 없고, 오일 배스, 샌드 배스, 또는 알루미늄 블록을 이용해도 좋다. 또한, 마이크로파를 가열 수단으로서 이용할 수도 있다. 또한, 합성 스킴(d)에서, M은 제 9 족 원소 또는 제 10 족 원소를 나타냄을 주목하라. 또한, M이 제 9 족 원소일 때는 n=3이고, M이 제 10 족 원소일 때는 n=2이다.
[합성 스킴(d)]
Figure 112013106716302-pct00032
합성 스킴(d)에서 R1은 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기, 치환 또는 무치환의 탄소수5∼탄소수7의 단환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수7∼탄소수10의 다환식 포화 탄화수소, 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴기를 나타내고, R2는 수소, 치환 또는 무치환의 탄소수1∼탄소수4의 알킬기를 나타내고, Ar은 치환 또는 무치환의 탄소수6∼탄소수10의 아릴렌기를 나타낸다.
이상, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체의 합성 방법의 일례에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되지는 않고, 다른 어떤 합성 방법에 의해 합성되어도 좋다.
위에서 설명한 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체는 인광을 발광할 수 있기 때문에, 발광 재료나 발광 소자의 발광 물질로서 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체를 이용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 실현할 수 있다. 또한, 소비 전력이 낮은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 실현할 수 있다.
본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합시켜 이용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태로서 실시형태 1에서 설명된 아릴 트리아진 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 착체를 이용한 발광 소자가 설명된다. 특히, 발광층에 관해 상기 유기 금속 착체가 이용된 발광 소자에 대하여 도 1을 이용해 설명한다.
본 실시형태에 나타낸 발광 소자는 도 1에 도시한 것과 같이 한쌍의 전극(제 1 전극(양극)(101)과 제 2 전극(음극)(103)) 사이에 발광층(113)을 포함하는 EL층(102)이 끼워져 있고, EL층(102)은 발광층(113)의 외에, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 전하 발생층(E)(116) 등을 포함한다.
이와 같은 발광 소자에 대해 전압을 인가함으로써, 제 1 전극(101) 측에서 주입된 정공과 제 2 전극(103) 측에서 주입된 전자가 발광층(113)에서 재결합하고, 유기 금속 착체를 여기 상태로 한다. 그리고, 여기 상태의 유기 금속 착체가 기저 상태로 되돌아올 때에 발광한다. 이와 같이, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체는 발광 소자에서 발광 물질로서 기능한다.
또한, EL층(102)에서 정공 주입층(111)은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 층이고, 억셉터성 물질에 의해 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 추출됨으로써 정공(홀)이 발생한다. 따라서, 정공 주입층(111)에서 정공 수송층(112)을 통해 발광층(113)에 정공이 주입된다.
또한, 전하 발생층(E)(116)은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 층이다. 억셉터성 물질에 의해 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 추출되기 때문에, 추출된 전자가 전자 주입성을 갖는 전자 주입층(115)에서 전자 수송층(114)을 통해 발광층(113)에 주입된다.
이하에 본 실시형태에서 설명된 발광 소자를 제작한 구체예에 대해 설명한다.
제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(103)에는, 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 산화인듐-산화주석(ITO : Indium Tin Oxide), 규소 또는 산화규소를 함유한 산화인듐-산화주석, 산화인듐-산화아연(Indium Zinc Oxide), 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), 티탄(Ti)이 이용될 수 있다. 또한, 원소 주기표의 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 토류 금속, 마그네슘(Mg), 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희(希)토류 금속 및 이들을 포함하는 합금, 그 외 그래핀 등을 이용할 수 있다. 또한, 제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(103)은 예를 들어 스퍼터링법이나 증착법(진공 증착법을 포함함) 등에 의해 형성할 수 있다.
정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 전하 발생층(E)(116)에 이용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들어, 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) 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 유도체, 등을 이용할 수 있다. 여기에 설명한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 단, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면, 이들 이외의 것을 이용해도 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) 또는 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭:Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 이용할 수도 있다.
또한, 정공 주입층(111) 및 전하 발생층(E)(116)에 이용하는 억셉터성 물질로서는, 천이 금속 화합물이나 원소 주기표에서 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화몰리브덴이 특히 바람직하다.
발광층(113)은 실시형태 1에서 나타낸 유기 금속 착체를 발광 물질이 되는 게스트 재료로서 포함하고, 이 유기 금속 착체보다 삼중항 여기 에너지가 큰 물질을 호스트 재료로서 이용하여 형성되는 층이다.
또한, 상기 유기 금속 착체를 분산 상태로 하기 위해 이용하는 물질(즉 호스트 재료)로서는, 예를 들어, 2,3-비스(4-디페닐아미노페닐)퀴녹살린(약칭:TPAQn), NPB와 같은 아릴아민 골격을 갖는 화합물의 외, CBP, 4,4',4''-트리스(카르바졸-9-일)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 이용할 수도 있다.
또한, 발광층(113)이 위에서 설명한 유기 금속 착체(게스트 재료)와 호스트 재료를 포함하는 경우, 발광층(113)으로부터 발광 효율이 높은 인광 발광을 얻을 수 있다.
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 이용할 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-메틸벤조옥사졸-2-일)스틸벤(약칭:BzOs) 등의 복소 방향족 화합물도 이용할 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)와 같은 고분자 화합물을 이용할 수도 있다. 여기에 서술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면, 상기 이외의 물질이 전자 수송층으로서 이용될 수 있음을 주목하라.
또한, 전자 수송층(114)은 단층의 것뿐만 아니라, 상기 물질 중 임의의 것으로 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 토류 금속, 또는 그들의 화합물을 이용할 수 있다. 또한, 불화에르븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 산화물을 이용할 수 있다. 또한, 위에서 설명한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질을 이용할 수도 있다.
또는, 전자 주입층(115)에, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어진 복합 재료를 이용해도 좋다. 이와 같은 복합 재료는 전자 공여체에 의해 유기 화합물에 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 뛰어나다. 이 경우, 유기 화합물로서는, 발생된 전자의 수송이 뛰어난 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 위에서 설명한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질(금속 착체나 복소 방향족 화합물 등)을 이용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대해 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속이나 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 에르븀, 이테르븀 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토류 금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 산화마그네슘과 같은 루이스 염기를 이용할 수도 있다. 또한, 테트라티아풀발렌(약칭:TTF) 등의 유기 화합물을 이용할 수도 있다.
또한, 위에서 설명한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 전하 발생층(E)(116)은 각각, 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있음을 주목하라.
위에서 설명한 발광 소자에서는 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103)과의 사이에 발생한 전위차에 의해 전류가 흐르고, EL층(102)에서 정공과 전자가 재결합함으로써 발광한다. 따라서, 이 발광은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 통하여 외부에 취출된다. 따라서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 어느 한쪽, 또는 양쪽이 투광성을 갖는 전극이 된다.
이상에 의해 설명한 발광 소자는, 유기 금속 착체에 기초하는 인광 발광을 할 수 있고, 따라서 형광성 화합물을 이용한 발광 소자에 비해, 고효율을 가질 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 나타낸 발광 소자는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체를 사용하여 제작되는 발광 소자의 일례임을 주목하라. 또한, 상기 발광 소자를 갖춘 발광 장치로서는, 패시브(passive) 매트릭스형의 발광 장치와 액티브(active) 매트릭스형의 발광 장치가 제작될 수 있다. 또한, 다른 실시형태에서 설명된 바와 같은 상기 발광 소자들과는 상이한 발광 소자인 발광 소자를 갖춘 마이크로캐비티(microcavity) 구조의 발광 장치 등을 제작할 수 있다. 이들은 모두 본 발명에 포함되는 것으로 한다.
또한, 액티브 매트릭스 형의 발광 장치의 경우에서, TFT의 구조는 특별히 한정되지 않음을 주목하라. 예를 들어, 스태거(stagger)형이나 역스태거형의 TFT를 적절히 이용할 수 있다. 또한, TFT 기판에 형성되는 구동용 회로에 대해서도, N형 및 P형의 TFT로 이루어진 것이어도 좋고, N형의 TFT 또는 P형의 TFT중 어느 한쪽만으로 이루어진 것이어도 좋다. 또한, TFT에 이용되는 반도체막의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막, 그 외, 산화물 반도체막 등을 이용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합시켜 이용할 수 있음을 주목하라.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태로서, 인광성 유기 금속 이리듐 착체에 더하여, 다른 2종류 이상의 유기 화합물을 발광층으로 이용한 발광 소자에 대해 설명한다.
본 실시형태에 나타낸 발광 소자는 도 2에 도시한 것과 같이 한쌍의 전극(양극(201) 및 음극(202)) 사이에 EL층(203)을 갖는 구조이다. 또한, EL층(203)에는 적어도 발광층(204)을 갖고, 그 외, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층(E) 등이 포함되어 있어도 좋음을 주목하라. 또한, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층(E)에는 실시형태 1에 나타낸 물질을 이용할 수 있음을 주목하라.
본 실시형태에 나타낸 발광층(204)에는 실시형태 1에 나타낸 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 이용한 인광성 화합물(205), 제 1 유기 화합물(206), 및 제 2 유기 화합물(207)이 포함되어 있다. 또한, 인광성 화합물(205)은 발광층(204)에서 게스트 재료임을 주목하라. 또한, 제 1 유기 화합물(206), 및 제 2 유기 화합물(207) 중 발광층(204)에 포함되는 비율이 많은 쪽을 발광층(204)에서 호스트 재료로 한다.
발광층(204)에서 상기 게스트 재료를 호스트 재료에 분산시킨 구성으로 함으로써, 발광층의 결정화를 억제할 수 있다. 또한, 게스트 재료의 농도가 높은 것에 의한 농도 퀀칭(quench)을 억제할 수 있어, 발광 소자의 발광 효율을 높게 할 수 있다.
또한, 제 1 유기 화합물(206) 및 제 2 유기 화합물(207)의 각각의 삼중항 여기 에너지의 준위(T1 준위)는 인광성 화합물(205)의 T1 준위보다 높은 것이 바람직함을 주목하라. 이는 제 1 유기 화합물(206)(또는 제 2 유기 화합물(207))의 T1 준위가 인광성 화합물(205)의 T1 준위보다 낮으면, 발광에 기여하는 인광성 화합물(205)의 삼중항 여기 에너지를 제 1 유기 화합물(206)(또는 제 2 유기 화합물(207))이 퀀칭하게 되고, 발광 효율의 저하를 초래하기 때문이다.
여기서, 호스트 재료로부터 게스트 재료로의 에너지 이동 효율을 높이기 위해, 분자 간의 에너지 이동 기구로서 알려져 있는 푀르스터 기구(쌍극자-쌍극자 상호 작용) 및 덱스터(Dexter) 기구(전자 교환 상호 작용)가 고려된다. 이들 기구에 따르면, 호스트 재료의 발광 스펙트럼(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 형광 스펙트럼, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 인광 스펙트럼)과 게스트 재료의 흡수 스펙트럼(보다 상세하게는, 가장 장파장(저에너지) 측의 흡수대에서 스펙트럼)과의 중첩이 커지는 것이 바람직하다. 그러나 통상, 호스트 재료의 형광 스펙트럼을, 게스트 재료의 가장 장파장(저에너지) 측의 흡수대에서 흡수 스펙트럼과 중첩시키는 것은 어렵다. 왜냐하면, 그렇게 되면, 호스트 재료의 인광 스펙트럼은 형광 스펙트럼보다 장파장(저에너지) 측에 위치하기 때문에, 호스트 재료의 T1 준위가 인광성 화합물의 T1 준위를 밑돌게 되어, 위에서 설명한 퀀칭의 문제가 발생하게 되기 때문이고, 한편 퀀칭의 문제를 회피하기 위해, 호스트 재료의 T1 준위가 인광성 화합물의 T1 준위를 상회하도록 설계하면, 이번에는 호스트 재료의 형광 스펙트럼이 단파장(고에너지) 측으로 이동하기 때문에, 그 형광 스펙트럼은 게스트 재료의 가장 긴 파장(가장 낮은 에너지) 측의 흡수대에서의 흡수 스펙트럼과 중첩되지 않게 된다. 이러한 이유로, 호스트 재료의 형광 스펙트럼을 게스트 재료의 가장 긴 파장(가장 낮은 에너지) 측의 흡수대에서의 흡수 스펙트럼과 중첩시켜 호스트 재료의 일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 최대한 높이는 것은 통상 어렵다.
따라서 본 실시형태에서는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물은 여기 착체(excited complex 라고도 칭함)를 형성하는 조합인 것이 바람직하다. 이 경우, 발광층(204)에서 캐리어(전자 및 홀)를 재결합할 때 제 1 유기 화합물(206)과 제 2 유기 화합물(207)은 여기 착체를 형성한다. 따라서, 발광층(204)에서, 제 1 유기 화합물(206)의 형광 스펙트럼 및 제 2 유기 화합물(207)의 형광 스펙트럼은 보다 장파장 측에 위치하는 여기 착체의 발광 스펙트럼으로 변환된다. 그리고, 여기 착체의 발광 스펙트럼과 게스트 재료의 흡수 스펙트럼과의 중첩이 커지도록, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 선택하면, 일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 최대한으로 높일 수 있다. 또한, 삼중항 여기 상태의 경우에서도, 호스트 재료가 아니라 여기 착체로부터의 에너지 이동이 발생할 것으로 생각됨을 주목하라.
인광성 화합물(205)로서는 실시형태 1에서 나타낸 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 이용한다. 또한, 제 1 유기 화합물(206) 및 제 2 유기 화합물(207)로서는 여기 착체를 발생하는 조합이면 좋지만, 전자를 수용하기 쉬운 화합물(전자 트랩성 화합물)과, 홀을 수용하기 쉬운 화합물(정공 트랩성 화합물)을 조합시키는 것이 바람직하다.
전자를 수용하기 쉬운 화합물로서는 예를 들어, 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭:2mDBTPDBq-II), 2-[4-(3,6-디페닐-9H-카르바졸-9-일)페닐]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭:2CzPDBq-III), 7-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭:7mDBTPDBq-II), 및, 6-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭:6mDBTPDBq-II)을 들 수 있다.
홀을 수용하기 쉬운 화합물로서는 예를 들어, 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민(약칭:PCBAlBP), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카르바졸-3-일)아미노]-9-페닐카르바졸(약칭:PCzPCNl), 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), 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'-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(약칭: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.
위에서 설명한 제 1 유기 화합물(206) 및 제 2 유기 화합물(207)에 관해, 본 발명은 위 예들에 한정되지 않는다. 여기 착체를 형성할 수 있는 조합이면, 여기 착체의 발광 스펙트럼이 인광성 화합물(205)의 흡수 스펙트럼과 중첩되고, 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크가 인광성 화합물(205)의 흡수 스펙트럼의 피크보다 장파장이면 좋다.
또한, 전자를 수용하기 쉬운 화합물과 홀을 수용하기 쉬운 화합물에서 제 1 유기 화합물(206)과 제 2 유기 화합물(207)을 구성하는 경우, 그 혼합비에 의해 캐리어 밸런스를 제어할 수 있음을 주목하라. 구체적으로는, 제 1 유기 화합물 : 제 2 유기 화합물=1:9∼9:1의 범위가 바람직하다.
본 실시형태에서 나타낸 발광 소자는 여기 착체의 발광 스펙트럼과 인광성 화합물의 흡수 스펙트럼과의 중첩을 이용한 에너지 이동에 의해, 에너지 이동 효율을 높일 수 있으므로, 외부 양자 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 포함되는 다른 구성으로서, 인광성 화합물(205)(게스트 재료)의 외의 2종류의 유기 화합물로서, 정공 트랩성의 호스트 분자, 및 전자 트랩성의 호스트 분자를 이용하여 발광층(204)을 형성하고, 2종류의 호스트 분자 중에 존재하는 게스트 분자에 정공과 전자를 도입하여 게스트 분자를 여기 상태로 하는 현상(즉, Guest Coupled with Complementary Hosts : GCCH)을 얻을 수 있도록 발광층(204)을 형성하는 구성도 가능함을 주목하라.
이 때, 정공 트랩성의 호스트 분자, 및 전자 트랩성의 호스트 분자로서는, 각각, 위에서 설명한 정공을 수용하기 쉬운 화합물, 및 전자를 수용하기 쉬운 화합물로부터 선택될 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 나타낸 발광 소자는 발광 소자의 구조의 일례이지만, 본 발명의 일 형태인 발광 장치에는 다른 실시형태에서 나타낸 다른 구조의 발광 소자를 적용할 수 있음을 주목하라. 또한, 상기 발광 소자를 갖춘 발광 장치로서는, 패시브 매트릭스형의 발광 장치나 액티브 매트릭스형의 발광 장치가 제작될 수 있다. 또한 구조가 다른 실시형태에서 설명된 것처럼 바뀐, 위 발광 소자를 갖춘 마이크로캐비티 구조의 발광 장치를 제작할 수 있다. 위 발광 장치들 각각은 본 발명에 포함되는 것으로 한다.
또한, 액티브 매트릭스형의 발광 장치의 경우에서, TFT의 구조는 특별히 한정되지 않음을 주목하라. 예를 들어, 스태거형이나 역스태거형의 TFT를 적절히 이용할 수 있다. 또한, TFT 기판에 형성되는 구동용 회로에 대해서도, N형 및 P형의 TFT로 이루어진 것이어도 좋고, N형의 TFT 또는 P형의 TFT 중 어느 한쪽만으로 이루어지는 것이어도 좋다. 또한, TFT에 이용되는 반도체막의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막, 그 외, 산화물 반도체막 등을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합시켜 이용할 수 있음을 주목하라.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태로서, 전하 발생층을 사이에 끼우고 복수의 EL층을 갖는 구조의 발광 소자(이하, 텐덤(tandem)형 발광 소자라고 함)에 대해 설명한다.
본 실시형태에 나타낸 발광 소자는 도 3(A)에 도시한 것과 같이 한쌍의 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 텐덤형 발광 소자이다.
본 실시형태에서, 제 1 전극(301)은 양극으로서 기능하는 전극이고, 제 2 전극(304)은 음극으로서 기능하는 전극이다. 또한, 제 1 전극(301) 및 제 2 전극(304)은 실시형태 1과 마찬가지의 구성을 이용할 수 있음을 주목하라. 또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(302(1)), 제 2 EL층(302(2))은 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 나타낸 EL층과 마찬가지의 구성이어도 좋지만, EL층 중 어느 것이든 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 설명된 것들과 마찬가지의 구성을 가질 수 있다. 즉, 제 1 EL층(302)(1)과 제 2 EL층(302)(2)은 같은 구성이어도 다른 구성이어도 좋고, 실시형태 1 또는 실시형태 2에 설명된 것들과 마찬가지인 것일 수 있다.
또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(302)(1), 제 2 EL층(302)(2))의 사이에는, 전하 발생층(I)(305)이 형성되어 있다. 전하 발생층(I)(305)은 제 1 전극(301)과 제 2 전극(304)에 전압을 인가했을 때에, 한쪽의 EL층에 전자를 주입하고, 다른 한쪽의 EL층에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 본 실시형태의 경우에는, 제 1 전극(301)에 제 2 전극(304)보다 전위가 높아지도록 전압을 인가하면, 전하 발생층(I)(305)으로부터 제 1 EL층(302)(1)으로 전자가 주입되고, 제 2 EL층(302)(2)으로 정공이 주입된다.
또한, 전하 발생층(I)(305)은 빛의 취출 효율의 점에서, 가시광에 대해 투광성을 갖는(구체적으로는, 전하 발생층(I)(305)에 대한 가시광의 투과율이 40% 이상) 것이 바람직함을 주목하라. 또한, 전하 발생층(I)(305)은 제 1 전극(301)이나 제 2 전극(304)보다 낮은 도전율이어도 기능한다.
전하 발생층(I)(305)은 정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성이어도, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성이어도 좋다. 또한, 이들 양쪽의 구성이 적층되어 있어도 좋다.
정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체가 첨가된 구성으로 하는 경우에서, 정공 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 예를 들어, NPB나 TPD, TDATA, MTDATA, 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:BSPB) 등의 방향족 아민 화합물 등을 이용할 수 있다. 여기에 서술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 단, 전자보다 정공의 수송성이 높은 유기 화합물이면, 상기 이외의 물질을 이용해도 상관없다.
또한, 전자 수용체로서는 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄(약칭:F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 천이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한 원소 주기표에서 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화바나듐, 산화니오븀, 산화탄탈, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간, 산화레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 이 중에서도 특히, 산화몰리브덴은 대기 중에서도 안정적이고, 흡습성이 낮고, 다루기 쉽기 때문에 바람직하다.
한편, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체가 첨가된 구성으로 하는 경우에서, 전자 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 예를 들어, Alq, Almq3, BeBq2, BAlq 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 이용할 수 있다. 또한, 이 외, Zn(BOX)2 또는 Zn(BTZ)2 등의 옥사졸계 배위자 또는 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착제 등도 이용할 수 있다. 또한, 금속 착체 대신, PBD나 OXD-7, TAZ, Bphen, BCP 등도 이용할 수 있다. 여기에 서술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 유기 화합물이면, 상기 이외의 물질을 이용해도 상관없음을 주목하라.
또한, 전자 공여체로서는, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속 또는 희토류 금속 또는 원소 주기표에서 제 2 족, 제 13 족에 속하는 금속 및 그 산화물, 탄산염을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이테르븀(Yb), 인듐(In), 산화리튬, 탄산 세슘 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 테트라티아나프타센과 같은 유기 화합물을 전자 공여체로서 이용해도 좋다.
또한, 위에서 설명한 재료를 이용하여 전하 발생층(I)(305)을 형성함으로써, EL층이 적층되었을 경우에 구동 전압의 상승을 억제할 수 있음을 주목하라.
본 실시형태에서는 EL층을 2층 갖는 발광 소자에 대해 설명했지만, 도 3(B)에 도시한 것과 같이, n층(단, n은 3 이상)의 EL층을 적층한 발광 소자에 대해서도, 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 관한 발광 소자와 같이, 한쌍의 전극 간에 복수의 EL층을 갖는 경우, EL층과 EL층과의 사이에 전하 발생층(I)을 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채, 고휘도 영역에서의 발광을 할 수 있다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있기 때문에, 장수명 소자를 실현할 수 있다. 또한, 조명을 응용예로 한 경우는 전극 재료의 저항에 의한 전압 강하를 작게 할 수 있기 때문에, 대면적에서의 균일 발광을 할 수 있게 된다. 또한, 저전압 구동을 할 수 있고 소비 전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한, 각각의 EL층의 발광색을 달리함으로써, 발광 소자 전체적으로, 소망의 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 EL층을 갖는 발광 소자에서, 제 1 EL층의 발광색과 제 2 EL층의 발광색을 보색의 관계가 되도록 함으로써, 발광 소자 전체적으로 백색 발광하는 발광 소자를 얻을 수도 있다. 또한, 보색은 혼합되면 무채색이 되는 색 끼리의 관계를 말한다. 즉, 보색의 관계에 있는 색을 발광하는 물질로부터 얻어진 빛과 혼합하면, 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 3개의 EL층을 갖는 발광 소자의 경우에서도 마찬가지로 적용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 EL층의 발광색이 적색이고, 제 2 EL층의 발광색이 녹색이고, 제 3 EL층의 발광색이 청색인 경우, 발광 소자 전체적으로는, 백색 발광을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성 중 임의의 것과 적절히 조합시켜 이용할 수 있음을 주목하라.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 인광 발광에 기초하는 발광 장치로서, 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 이용한 발광 장치에 대해 설명한다.
본 실시형태에 나타낸 발광 장치는 한쌍의 전극 사이에서의 빛의 공진 효과를 이용한 미소(微小) 광 공진기(마이크로캐비티) 구조를 가진다. 도 4에 도시한 것과 같이, 이 발광 장치는 한쌍의 전극(반사 전극(401) 및 반투과·반반사 전극(402)) 사이에 적어도 EL층(405)을 갖는 구조인 발광 소자를 복수 가지고 있다. 또한, EL층(405)은 적어도 발광 영역이 되는 발광층(404)을 갖고, 그 외, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층(E) 등을 포함할 수 있다. 발광층(404)에는 본 발명의 일 형태인 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 포함되어 있음을 주목하라.
본 실시형태에서는 도 4에 도시한 것과 같이 구조가 다른 발광 소자(제 1 발광 소자(R)(410R), 제 2 발광 소자(G)(410G), 제 3 발광 소자(B)(410B))를 갖고 구성되는 발광 장치에 대해 설명한다.
제 1 발광 소자(R)(410R)는 반사 전극(401) 위에 제 1 투명 도전층(403a)과, 제 1 발광층(B)(404B), 제 2 발광층(G)(404G), 제 3 발광층(R)(404R)을 일부에 포함하는 EL층(405)과, 반투과·반반사 전극(402)이 순차 적층된 구조를 갖는다. 제 2 발광 소자(G)(410G)는 반사 전극(401) 위에 제 2 투명 도전층(403b)과, EL층(405)과, 반투과·반반사 전극(402)이 순차 적층된 구조를 갖는다. 제 3 발광 소자(B)(410B)는 반사 전극(401) 위에 EL층(405)과, 반투과·반반사 전극(402)이 순차 적층된 구조를 갖는다.
또한, 상기 발광 소자(제 1 발광 소자(R)(410R), 제 2 발광 소자(G)(410G), 제 3 발광 소자(B)(410B))에서, 반사 전극(401), EL층(405), 반투과·반반사 전극(402)은 공통이라는 점을 주목하라. 제 1 발광층(B)(404B)에서는 420㎚ 이상 480㎚ 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 빛(λB)을 발광시킨다. 제 2 발광층(G)(404G)에서는 500㎚ 이상 550㎚ 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 빛(λG)을 발광시킨다. 제 3 발광층(R)(404R)에서는 600㎚ 이상 760㎚ 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 빛(λR)을 발광시킨다. 이에 의해, 모든 발광 소자(제 1 발광 소자(R)(410R), 제 2 발광 소자(G)(410G), 제 3 발광 소자(B)(410B))에서도, 제 1 발광층(B)(404B), 제 2 발광층(G)(404G), 및 제 3 발광층(R)(404R)으로부터의 발광이 서로 중첩된, 즉 가시광 영역에 걸친 넓은 발광 스펙트럼을 발광시킬 수 있다. 또한, 상기 파장들은 λB<λG<λR인 관계를 충족시킨다는 점을 주목하라.
본 실시형태에 나타낸 각 발광 소자는 각각 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402)과의 사이에 EL층(405)을 끼우고 이루어진 구조를 가진다. EL층(405)에 포함되는 각 발광층으로부터 모든 방향으로 사출되는 발광은 미소 광 공진기(마이크로캐비티)로서의 기능을 갖는 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402)에 의해 공진된다. 또한, 반사 전극(401)은 반사성을 갖는 도전성 재료에 의해 형성되고, 그 막에 대한 가시광의 반사율이 40％∼100％, 바람직하게는 70％∼100％이고, 또한 그 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막으로 함을 주목하라. 또한, 반투과·반반사 전극(402)은 반사성을 갖는 도전성 재료와 빛 투과성을 갖는 도전성 재료에 의해 형성되고, 그 막에 대한 가시광의 반사율이 20％∼80％, 바람직하게는 40％∼70％이고, 또한 그 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막으로 한다.
또한, 본 실시형태에서는 각 발광 소자에서, 제 1 발광 소자(R)(410R)와 제 2 발광 소자(G)(410G)에 각각 형성된 투명 도전층(제 1 투명 도전층(403a), 제 2 투명 도전층(403b))의 두께를 바꿈으로써, 발광 소자마다 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402)의 사이의 광학 거리를 바꾸고 있다. 즉, 각 발광 소자의 각 발광층으로부터 발광하는 넓은 발광 스펙트럼은 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402)과의 사이에서, 공진하는 파장의 빛을 강화하고, 공진하지 않는 파장의 빛을 감쇠시킬 수 있다. 따라서, 소자마다 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402)의 사이의 광학 거리를 바꿈으로써, 다른 파장의 빛을 취출할 수 있다.
또한, 제 1 발광 소자(R)(410R)에서는 반사 전극(401)부터 반투과·반반사 전극(402)까지의 총 두께를 mλR/2(단, m은 자연수), 제 2 발광 소자(G)(410G)에서는 반사 전극(401)부터 반투과·반반사 전극(402)까지의 총 두께를 mλG/2(단, m은 자연수), 제 3 발광 소자(B)(410B)에서는 반사 전극(401)부터 반투과·반반사 전극(402)까지의 총 두께를 mλB/2(단, m은 자연수)로 하고 있음을 주목하라.
이상에 의해, 제 1 발광 소자(R)(410R)로부터는 주로 EL층(405)에 포함되는 제 3 발광층(R)(404R)에서 발광된 빛(λR)이 취출되고, 제 2 발광 소자(G)(410G)로부터는 주로 EL층(405)에 포함되는 제 2 발광층(G)(404G)에서 발광된 빛(λG)이 취출되고, 제 3 발광 소자(B)(410B)로부터는 주로 EL층(405)에 포함되는 제 1 발광층(B)(404B)에서 발광된 빛(λB)이 취출된다. 또한, 각 발광 소자에서 취출되는 빛은 반투과·반반사 전극(402)측에서 각각 사출됨을 주목하라.
또한, 상기 구성에서, 반사 전극(401)부터 반투과·반반사 전극(402)까지의 총 두께는 엄밀하게는 반사 전극(401)의 반사 영역부터 반투과·반반사 전극(402)의 반사 영역까지의 총 두께라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(401)이나 반투과·반반사 전극(402)의 반사 영역의 위치를 엄밀하게 결정하는 것은 어렵기 때문에, 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402)의 임의의 위치를 반사 영역으로 가정함으로써 충분히 위에서 설명한 효과를 얻을 수 있는 것으로 한다.
이어서, 제 1 발광 소자(R)(410R)에서, 반사 전극(401)으로부터 제 3 발광층(R)(404R)으로의 광학 거리를 소망의 막 두께((2m'+1)λR/4 (단, m'은 자연수))로 조절함으로써, 제 3 발광층(R)(404R)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다. 제 3 발광층(R)(404R)으로부터의 발광 중, 반사 전극(401)에 의해 반사되어 되돌아온 빛(제 1 반사광)은 제 3 발광층(R)(404R)으로부터 반투과·반반사 전극(402)으로 직접 입사되는 빛(제 1 입사광)과 간섭을 일으킨다. 따라서, 반사 전극(401)으로부터 제 3 발광층(R)(404R)으로의 광학 거리를 소망의 값((2m'+1)λR/4 (단, m'은 자연수))으로 조절하여 형성함으로써, 제 1 반사광과 제 1 입사광과의 위상을 서로 맞추어 제 3 발광층(R)(404R)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 반사 전극(401)과 제 3 발광층(R)(404R)과의 광학 거리는 엄밀하게는 반사 전극(401)에서 반사 영역과 제 3 발광층(R)(404R)의 발광 영역과의 광학 거리라고 할 수 있음을 주목하라. 그러나, 반사 전극(401)의 반사 영역이나 제 3 발광층(R)(404R)의 발광 영역의 위치를 엄밀히 결정하는 것은 어렵기 때문에, 제 3 발광층(R)(404R)의 임의의 위치를 발광 영역으로 가정함으로써 충분히 위에서 설명한 효과를 얻을 수 있는 것으로 한다.
이어서, 제 2 발광 소자(G)(410G)에서, 반사 전극(401)으로부터 제 2 발광층(G)(404G)으로의 광학 거리를 소망의 막 두께((2m''+1)λG/4 (단, m''은 자연수))로 조절함으로써, 제 2 발광층(G)(404G)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다. 제 2 발광층(G)(404G)으로부터의 발광 중, 반사 전극(401)에 의해 반사되어 되돌아온 빛(제 2 반사광)은 제 2 발광층(G)(404G)으로부터 반투과·반반사 전극(402)으로 직접 입사되는 빛(제 2 입사광)과 간섭을 일으킨다. 따라서, 반사 전극(401)으로부터 제 2 발광층(G)(404G)으로의 광학 거리를 소망의 값((2m''+1)λG/4 (단, m''은 자연수))으로 조절하여 형성함으로써, 제 2 반사광과 제 2 입사광과의 위상을 서로 맞출 수 있고, 제 2 발광층(G)(404G)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
반사 전극(401)과 제 2 발광층(G)(404G)과의 광학 거리는 엄밀하게는 반사 전극(401)의 반사 영역과 제 2 발광층(G)(404G)의 발광 영역과의 광학 거리라고 할 수 있음을 주목하라. 그러나, 반사 전극(401)의 반사 영역이나 제 2 발광층(G)(404G)의 발광 영역의 위치를 엄밀히 결정하는 것은 어렵기 때문에, 반사 전극(401)의 임의의 위치를 반사 영역, 제 2 발광층(G)(404G)의 임의의 위치를 발광 영역으로 가정함으로써 충분히 위에서 설명한 효과를 얻을 수 있는 것으로 한다.
이어서, 제 3 발광 소자(B)(410B)에서, 반사 전극(401)으로부터 제 1 발광층(B)(404B)으로의 광학 거리를 소망의 막 두께((2m'''+1)λB/4 (단, m'''은 자연수))로 조절함으로써, 제 1 발광층(B)(404B)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다. 제 1 발광층(B)(404B)으로부터의 발광 중, 반사 전극(401)에 의해 반사되어 되돌아온 빛(제 3 반사광)은 제 1 발광층(B)(404B)으로부터 반투과·반반사 전극(402)에 직접 입사되는 빛(제 3 입사광)과 간섭을 일으킨다. 따라서, 반사 전극(401)으로부터 제 1 발광층(B)(404B)으로의 광학 거리를 소망의 값((2m'''+1)λB/4(단, m'''은 자연수))으로 조절하여 형성함으로써, 제 3 반사광과 제 3 입사광과의 위상을 서로 맞출 수 있고, 제 1 발광층(B)(404B)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 제 3 발광 소자에서, 반사 전극(401)과 제 1 발광층(B)(404B)과의 광학 거리는 엄밀하게는 반사 전극(401)의 반사 영역과 제 1 발광층(B)(404B)의 발광 영역과의 광학 거리라고 할 수 있음을 주목하라. 그러나, 반사 전극(401)의 반사 영역이나 제 1 발광층(B)(404B)의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하는 것은 어렵기 때문에, 반사 전극(401)의 임의의 위치를 반사 영역, 제 1 발광층(B)(404B)의 임의의 위치를 발광 영역으로 가정함으로써 충분히 위에서 설명한 효과를 얻을 수 있는 것으로 한다.
또한, 상기 구성에서, 모든 발광 소자가 EL층에 복수의 발광층을 갖는 구조를 가지고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 실시형태 4에서 설명한 텐덤형 발광 소자의 구성과 조합시켜, 하나의 발광 소자에 전하 발생층을 끼우고 복수의 EL층을 형성하고, 각각의 EL층에 단수 또는 복수의 발광층을 형성하는 구성으로 해도 좋음을 주목하라.
본 실시형태에서 나타낸 발광 장치는 마이크로캐비티 구조를 가지고 있고, 같은 EL층을 가지고 있어도 발광 소자마다 다른 파장의 빛을 취출할 수 있기 때문에 RGB를 구분하여 도포할 필요가 없다. 따라서, 고정세(高精細)화를 실현하는 것이 용이하다는 등의 이유로부터 풀 컬러(full color)화를 실현하는데 있어서 유리하다. 또한, 특정 파장의 정면 방향의 발광 강도를 강화할 수 있기 때문에, 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 이 구성은 3색 이상의 화소를 이용한 컬러 디스플레이(화상 표시 장치)에 적용하는 경우에, 특히 유용하지만, 조명 등의 용도에 이용해도 좋다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체를 발광층에 이용한 발광 소자를 갖는 발광 장치에 대해 설명한다.
또한, 상기 발광 장치는 패시브 매트릭스형의 발광 장치여도 액티브 매트릭스형의 발광 장치여도 좋다. 또한, 본 실시형태에서 설명된 발광 장치에는 다른 실시형태에서 설명한 발광 소자를 적용할 수 있음을 주목하라.
본 실시형태에서는 액티브 매트릭스형의 발광 장치에 대해 도 5(A) 및 도 5(B)를 이용하여 설명한다.
또한, 도 5(A)는 발광 장치를 나타내는 상면도이고, 도 5(B)는 도 5(A)를 쇄선(A-A')으로 절단한 단면도임을 주목하라. 본 실시형태에 관한 액티브 매트릭스형의 발광 장치는 소자 기판(501) 위에 형성된 화소부(502)와, 구동 회로부(소스선 구동 회로)(503)와, 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(504)를 갖는다. 화소부(502), 구동 회로부(503), 및 구동 회로부(504)는 실링재(505)에 의해, 소자 기판(501)과 밀봉 기판(506)과의 사이에 밀봉되어 있다.
또한, 소자 기판(501) 위에는 리드 배선(507)이 제공된다. 이 리드 배선(507)은 구동 회로부(503), 및 구동 회로부(504)로 외부로부터의 신호(예를 들어, 비디오 신호, 클록(clock) 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호 등)나 전위를 전달하는 외부 입력 단자를 접속하기 위해 제공된다. 여기에서는, 외부 입력 단자로서 FPC(플렉시블 프린트 회로)(508)를 형성하는 예를 나타내고 있다. 비록, 여기에서는 FPC(508)밖에 도시되어 있지 않지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 설치되어 있어도 좋다. 본 명세서에서 발광 장치에는, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 그것에 FPC 또는 PWB가 설치된 상태도 포함하는 것으로 한다.
이어서, 단면 구조에 대해 도 5(B)를 이용하여 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)을 조합시킨 CMOS 회로가 형성되는 예를 나타내고 있다. 또한, 구동 회로부는 TFT로 형성되는 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로 또는 NMOS 회로로 형성해도 좋음을 주목하라. 비록, 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타냈지만, 그 구동 회로는 반드시 기판 위에 형성될 필요는 없고, 기판 위가 아니라 외부에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(502)는 스위칭용 TFT(511), 전류 제어용 TFT(512), 및 전류 제어용 TFT(512)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)에 전기적으로 접속된 제 1 전극(양극)(513)을 포함하는 복수의 화소에 의해 형성된다. 또한, 제 1 전극(양극)(513)의 단부를 덮고 절연물(514)이 형성됨을 주목하라. 여기에서는, 포지티브형의 감광성 아크릴 수지를 이용함으로써 절연물(514)이 형성된다.
또한, 상층에 적층 형성되는 막의 피복성을 양호한 것으로 하기 위해, 절연물(514)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 절연물(514)의 재료로서 포지티브형의 감광성 아크릴 수지를 이용했을 경우, 절연물(514)의 상단부에 곡률 반경(0.2㎛∼3㎛)을 갖는 곡면을 갖게 하는 것이 바람직하다. 절연물(514)로서, 감광성의 빛에 의해 부식액(etchant)에 불용해성이 되는 네거티브형, 또는 빛에 의해 부식액에 용해성이 되는 포지티브형 모두를 사용할 수 있음을 주목하라. 유기 화합물에 한정되지 않고 무기 화합물, 예를 들어, 산화실리콘, 산질화실리콘 등, 양쪽을 사용할 수 있다.
제 1 전극(양극)(513) 위에는 EL층(515) 및 제 2 전극(음극)(516)이 적층 형성되어 있다. EL층(515)은 적어도 발광층이 형성되어 있고, 발광층에는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체가 포함되어 있다. 또한, EL층(515)에는 발광층의 외에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등을 적절히 형성할 수 있다.
또한, 제 1 전극(양극)(513), EL층(515) 및 제 2 전극(음극)(516)과의 적층 구조로 발광 소자(517)가 형성되어 있다. 제 1 전극(양극)(513), EL층(515) 및 제 2 전극(음극)(516)에 이용하는 재료로서는, 실시형태 1에 나타낸 재료를 이용할 수 있다. 또한, 여기에서는 도시하지 않지만, 제 2 전극(음극)(516)은 외부 입력 단자인 FPC(508)에 전기적으로 접속되어 있다.
비록, 도 5(B)에 도시한 단면도에서는 발광 소자(517)를 1개만 도시하고 있지만, 화소부(502)에서, 복수의 발광 소자가 매트릭스 모양으로 배치되어 있는 것으로 한다. 화소부(502)에는 3종류(R,G,B)의 발광을 얻을 수 있는 발광 소자를 각각 선택적으로 형성하여, 풀 컬러 표시를 할 수 있는 발광 장치가 제작될 수 있다. 또한, 컬러 필터와 조합시킴으로써 풀 컬러 표시를 할 수 있는 발광 장치로 해도 좋다.
또한, 실링재(505)로 밀봉 기판(506)을 소자 기판(501)과 서로 붙임으로써, 소자 기판(501), 밀봉 기판(506), 및 실링재(505)로 둘러싸인 공간(518)에 발광 소자(517)가 갖추어진 구조로 되어 있다. 또한, 공간(518)은 불활성 기체(질소나 아르곤 등)로 충진되거나, 실링재(505)로 충진될 수 있다.
또한, 실링재(505)로는 에폭시계 수지가 바람직하게 이용된다. 또한, 이 재료들은 가능한 한 수분이나 산소를 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하다. 밀봉 기판(506)에 이용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(Polyvinyl Fluoride), 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱 기판을 이용할 수 있다.
이상에 의해, 액티브 매트릭스형의 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성들 중 임의의 것과 적절히 조합시켜 이용할 수 있음을 주목하라.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 발광 장치를 이용하여 완성시킨 다양한 전자 기기의 예들을 도 6(A) 내지 도 6(D)를 참조하여 설명한다. 이 발광 장치에는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체가 적용된다.
발광 장치를 적용한 전자 기기로서, 예를 들면, 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기 라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라와 디지털 비디오 카메라와 같은 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 및 파칭코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체예는 도 6(A) 내지 도 6(D)에 도시되어 있다.
도 6(A)은 텔레비전 장치의 일례를 도시하고 있다. 텔레비전 장치(7100)는 케이스(7101)에 표시부(7103)가 내장되어 있다. 표시부(7103)에 영상이 표시될 수 있고, 발광 장치를 표시부(7103)에 이용할 수 있다. 또한, 여기에서는, 스탠드(7105)에 의해 케이스(7101)가 지지된다.
텔레비전 장치(7100)의 조작은 케이스(7101)가 갖추는 조작 스위치나, 별체의 리모콘 조작기(7110)에 의해 행할 수 있다. 리모콘 조작기(7110)가 갖추는 조작키(7109)에 의해 채널이나 음량의 조작을 행할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모콘 조작기(7110)에, 이 리모콘 조작기(7110)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 형성하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(7100)는 수신기나 모뎀 등을 갖추고 있음을 주목하라. 수신기에 의해 일반적인 텔레비전 방송이 수신될 수 있다. 또한 모뎀을 통해 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속함으로써, 한방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 간, 또는 수신자 간 끼리 등)의 정보 통신을 행할 수도 있다.
도 6(B)은 본체(7201), 케이스(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 가지는 컴퓨터를 예시한다. 이러한 컴퓨터는 발광 장치를 그 표시부(7203)에 이용함으로써 제작됨을 주목하라.
도 6(C)은 휴대형 오락기이고, 케이스(7301)와 케이스(7302)의 2개의 케이스로 구성되어 있고, 이러한 2개의 케이스는 연결부(7303)에 의해, 휴대형 오락기가 개폐할 수 있게 연결되어 있다. 케이스(7301)에는 표시부(7304)가 내장되고, 케이스(7302)에는 표시부(7305)가 내장되어 있다. 또한, 도 6(C)에 도시한 휴대형 오락기는 그 밖에도 스피커부(7306), 기록 매체 삽입부(7307), LED 램프(7308), 입력 수단(조작키(7309), 접속 단자(7310), 센서(7311)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각(角)속도, 회전수, 거리, 빛, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경도(傾度), 진동, 냄새 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(7312)) 등을 갖추고 있다. 물론, 휴대형 오락기의 구성은 위에서 설명한 것에 한정되지 않고, 적어도 표시부(7304) 및 표시부(7305) 양쪽, 또는 한쪽에 발광 장치를 이용하면 좋고, 그 외 부속 설비가 적절히 형성된 구성으로 할 수 있다. 도 6(C)에 도시한 휴대형 오락기는 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능이나, 다른 휴대형 오락기와 무선 통신을 행하여 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 또한, 도 6(C)에 도시한 휴대형 오락기가 갖는 기능은 이것에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다.
도 6(D)은 휴대 전화기의 일례를 도시하고 있다. 휴대 전화기(7400)는 케이스(7401)에 내장된 표시부(7402)의 외에도, 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크(7406) 등을 갖추고 있다. 또한, 휴대 전화기(7400)는 발광 장치를 표시부(7402)에 이용함으로써 제작됨을 주목하라.
도 6(D)에 도시한 휴대 전화기(7400)는 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써, 휴대 전화기(7400)에 정보를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 걸거나, 또는 메일을 작성하는 등의 조작은 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 행할 수 있다.
표시부(7402)의 화면은 주로 3개의 모드가 있다. 첫번째는 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이다. 두번째는 문자 등의 정보의 입력을 주로 하는 입력 모드이다. 세번째는 표시 모드와 입력 모드 2개의 모드가 결합된 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나, 또는 메일을 작성하는 경우는 표시부(7402)를 문자의 입력을 주로 하는 문자 입력 모드로 하고, 화면에 표시시킨 문자의 입력 조작을 행하면 좋다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시시키는 것이 바람직하다.
또한, 휴대 전화기(7400) 내부에, 자이로스코프, 가속도 센서 등의 경사를 검출하는 센서를 갖는 검출 장치를 형성함으로써, 휴대 전화기(7400)의 방향(휴대 전화기가 랜드스케이프 모드 또는 포트레이트 모드에 관해 수평으로 또는 수직으로 놓여있는지)을 판단하고, 표시부(7402)의 화면 표시를 자동적으로 전환하도록 할 수 있다.
또한, 화면 모드는 표시부(7402)를 터치하는 것, 또는 케이스(7401)의 조작 버튼(7403)의 조작에 의해 전환된다. 또한, 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 화면 모드가 전환하도록 할 수 있다. 예를 들어, 표시부에 표시하는 화상 신호가 동영상 데이터 신호이면 표시 모드로 전환된다. 신호가 텍스트 데이터의 신호이면, 화면 모드가 입력 모드로 전환한다.
또한, 입력 모드에서, 표시부(7402)의 광센서로 검출되는 신호를 검지하고, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 동안 없는 경우에는, 화면 모드를 입력 모드에서 표시 모드로 전환하도록 제어해도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 표시부(7402)에 손바닥이나 손가락으로 터치하고, 손금, 지문 등을 촬상함으로써, 본인 인증을 행할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발광하는 백라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱(sensing)용 광원을 이용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
이상에 의해, 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 적용하여 전자 기기를 얻을 수 있다. 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓고, 다양한 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성 중 임의의 것과 적절히 조합시켜 이용할 수 있음을 주목하라.
(실시형태 8)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체를 포함하는 발광 장치를 적용한 조명 장치의 일례에 대해, 도 7을 이용하여 설명한다.
도 7은 발광 장치를 실내의 조명 장치(8001)로서 이용한 예이다. 또한, 발광 장치는 대면적화도 할 수 있기 때문에, 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 그 외, 곡면을 갖는 케이스를 이용함으로써, 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8002)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에서 나타낸 발광 장치에 포함되는 발광 소자는 박막 모양이고, 케이스의 디자인의 자유도가 높다. 따라서, 다양하게 디자인한 조명 장치를 형성할 수 있다. 또한, 실내의 벽면에 대형의 조명 장치(8003)를 갖추어도 좋다.
또한, 발광 장치를 테이블의 표면에 이용함으로써 테이블로서의 기능을 갖춘 조명 장치(8004)로 할 수 있다. 또한, 그 외의 가구의 일부에 발광 장치를 이용함으로써, 가구로서의 기능을 갖춘 조명 장치로 할 수 있다.
이상과 같이, 발광 장치를 적용한 다양한 조명 장치가 얻어질 수 있다. 또한, 이들 조명 장치는 본 발명의 일 형태에 포함되는 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성 중 임의의 것과 적절히 조합시켜 이용할 수 있음을 주목하라.
≪합성예 1≫
본 실시형태에서는 실시형태 1의 구조식(100)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체, (아세틸아세토나토)비스(2,4-디페닐-1,3,5-트리아지나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(dptzn)2(acac)])의 합성 방법에 대해 설명한다. 또한, [Ir(dptzn)2(acac)](약칭)의 구조를 이하에 나타낸다.
[Ir(dptzn)2(acac)]
Figure 112013106716302-pct00033
<스텝 1;2,4-디페닐-1,3,5-트리아진(약칭:Hdptzn)의 합성＞
우선, 벤즈아미딘 염산염 9.63g과 Gold 시약(별명:(디메틸아미노메틸렌아미노메틸렌)디메틸암모늄클로라이드, Aldrich사제) 10.19g을 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환했다. 이 반응 용기를 120℃에서 3시간 가열하고, 반응시켰다. 이 반응 용액에 물을 더하고, 여과했다. 얻어진 잔여물을 메탄올로 세정하고, 목적의 트리아진 유도체 Hdptzn(약칭)을 얻었다(백색 분말, 수율 30％). 스텝 1의 합성 스킴을 하기 합성 스킴(a-1)에 나타낸다.
[합성 스킴(a-1)]
Figure 112013106716302-pct00034
<스텝 2;디-μ-클로로-비스[비스(2,4-디페닐-1,3,5-트리아지나토)이리듐(III)](약칭:[Ir(dptzn)2Cl]2)의 합성＞
이어서, 2-에톡시에탄올 15mL와 물 5mL, 상기 스텝 1에서 얻은 Hdptzn(약칭) 2.51g, 염화이리듐 수화물(IrCl3·H2O) 1.18g을, 환류관을 갖춘 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 안을 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 30분간 조사하고, 반응시켰다. 반응 용액을 여과하고, 얻어진 잔여물을 에탄올로 세정하고, 복핵 착체[Ir(dptzn)2Cl]2(약칭)를 얻었다(갈색 분말, 수율 44％). 스텝 2의 합성 스킴을 하기(b-1)에 나타낸다.
[합성 스킴(b-1)]
Figure 112013106716302-pct00035
<스텝 3;(아세틸아세토나토)비스(2,4-디페닐-1,3,5-트리아지나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(dptzn)2(acac)])의 합성＞
또한, 2-에톡시에탄올 20mL, 상기 스텝 2에서 얻은 복핵 착체[Ir(dptzn)2Cl]2(약칭) 1.21g, 아세틸아세톤 0.27mL, 탄산 나트륨 0.92g을, 환류관을 갖춘 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 안을 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 30분간 조사하고, 반응시켰다. 반응 용액에 디클로로메탄을 가열하여 여과를 행하였다. 여과액의 용매를 증류한 후, 얻어진 잔사를, 헥산과 디클로로메탄의 혼합 용매(체적비 1:25)를 전개 용매로 하는 플래시 칼럼 크로마토그래피(실리카 겔)로 정제하고, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체[Ir(dptzn)2(acac)](약칭)를 오렌지색 분말로서 얻었다(수율 10％). 스텝 3의 합성 스킴을 하기(c-1)에 나타낸다.
[합성 스킴(c-1)]
Figure 112013106716302-pct00036
또한, 상기 스텝 3에서 얻어진 오렌지색 분말의 핵 자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 8에 도시한다. 이 결과로부터, 본 합성예 1에서, 위에서 설명한 구조식(100)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체[Ir(dptzn)2(acac)](약칭)가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR. δ(CDCl3):1.85(s,6H), 5.31(s,1H), 6.56(dd,2H), 6.88-6.99(m,4H), 7.58-7.68(m,6H), 8.23(dd,2H), 8.72(dd,4H), 9.13(s,2H).
이어서, [Ir(dptzn)2(acac)](약칭)의 디클로로메탄 용액의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 「흡수 스펙트럼」이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정했다. 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계((주) 일본 분광(Japan Spectroscopy Corporation) 제 V550형)를 이용하고, 디클로로메탄 용액(0.120㎜ol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정을 행하였다. 또한, 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계((주)하마마츠 포토닉스(Hamamatsu Photonics Corporation)사제 FS920)를 이용하고, 탈기된 디클로로메탄 용액(0.120㎜ol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정을 행하였다.
얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 9에 도시하고, 이 도 9에서 가로축은 파장, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 도 9에는 2개의 실선이 도시되어 있는데, 가는 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고, 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 또한, 도 9에 도시한 흡수 스펙트럼은 디클로로메탄 용액(0.120㎜ol/L)을 석영 셀에 넣고 측정된 흡수 스펙트럼으로부터, 디클로로메탄만을 석영 셀에 넣고 측정된 흡수 스펙트럼을 뺀 결과를 나타내고 있음을 주목하라.
도 9에 도시한 대로, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체[Ir(dptzn)2(acac)](약칭)는 605㎚에 발광 피크를 가지고 있고, 디클로로메탄 용액에서는 오렌지색의 발광이 관측되었다.
본 실시예에서는 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(dptzn)2(acac)](구조식(100))를 발광층에 이용한 발광 소자에 대해 도 10을 이용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서 이용하는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[구조식(100)]
Figure 112013106716302-pct00037
≪발광 소자의 제작≫
우선, 유리 제(製)의 기판(1100) 위에 산화규소를 포함하는 이리듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의해 성막하고, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(1101)을 형성했다. 또한, 그 막 두께는 110㎚로 하고, 전극 면적은 2㎜×2㎜로 했다.
이어서, 기판(1100) 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 행하였다.
그 후, 대략 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분간의 진공 소성을 행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방랭하였다.
이어서, 제 1 전극(1101)이 형성된 기판(1100)의 면이 아래쪽을 향하도록, 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 형성된 홀더에 고정했다. 본 실시예에서는 진공 증착법에 의해, EL층(1102)을 구성하는 정공 주입층(1111), 정공 수송층(1112), 발광층(1113), 전자 수송층(1114), 및 전자 주입층(1115)이 차례로 형성되는 경우에 대해 설명한다.
진공 장치 내를 10-4Pa로 감압한 후, 1,3,5-트리(디벤조티오펜-4-일)벤젠(약칭:DBT3P-II)과 산화몰리브덴(VI)을, DBT3P-II(약칭):산화몰리브덴=4:2(질량비)가 되도록 공(共)증착함으로써, 제 1 전극(1101) 위에 정공 주입층(1111)을 형성했다. 정공 주입층(1111)의 막 두께는 40㎚로 했다. 또한, 공증착은 다른 복수의 물질을 각각 다른 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법임을 주목하라.
이어서, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭:BPAFLP)을 20㎚ 증착함으로써, 정공 수송층(1112)을 형성했다.
이어서, 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성했다. 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭:2mDBTPDBq-II), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB), (아세틸아세토나토)비스(2,4-디페닐-1,3,5-트리아지나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(dptzn)2(acac)])을, 2mDBTPDBq-II(약칭):NPB(약칭):[Ir(dptzn)2(acac)](약칭)=0.8:0.2:0.01(질량비)가 되도록 공증착하고, 발광층(1113)을 형성했다. 발광층(1113)의 막 두께는 40㎚로 했다.
이어서, 발광층(1113) 위에 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭:2mDBTPDBq-II)을 10㎚ 증착한 후, 또한, 바소페난트롤린(약칭:Bphen)을 20㎚ 증착함으로써, 전자 수송층(1114)을 형성했다. 또한 전자 수송층(1114) 위에, 불화리튬을 1㎚ 증착함으로써, 전자 주입층(1115)을 형성했다.
마지막으로, 전자 주입층(1115) 위에 알루미늄을 200㎚의 막 두께가 되도록 증착하고, 음극이 되는 제 2 전극(1103)을 형성하고, 발광 소자를 얻었다. 또한, 위에서 설명한 증착 과정에서, 증착은 모두 저항 가열법을 이용해서 행해졌음을 주목하라.
이상에 의해 얻어진 발광 소자의 소자 구조를 표 1에 나타낸다.
Figure 112013106716302-pct00038
또한, 제작된 발광 소자는 질소 분위기의 글러브 박스(glove box) 내에서, 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉했다.
≪발광 소자의 동작 특성≫
제작된 발광 소자의 동작 특성에 대해 측정했다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
도 11은 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 도시한다. 도 11에서, 세로축은 전류 효율(cd/A), 가로축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 도 12는 발광 소자의 전압-휘도 특성을 도시한다. 도 12에서, 세로축에 휘도(cd/m2), 가로축에 전압(V)을 도시한다. 이하의 표 2는 약 1000cd/m2 의 휘도에서의 발광 소자의 주된 초기 특성값을 나타낸다.
Figure 112013106716302-pct00039
상기 결과로부터, 본 실시예에서 제작된 발광 소자는 높은 외부 양자 효율을 가지고, 이는 높은 발광 효율을 의미한다. 또한, 색 순도에 관해서는, 색 순도가 좋은 오렌지색 발광을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 13은 발광 소자에 25mA/cm2의 전류 밀도를 가진 전류가 흐를 때의 발광 스펙트럼을 도시한다. 도 13에 도시한 대로, 발광 소자의 발광 스펙트럼은 583㎚에 피크를 가져서, 발광 스펙트럼이 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(dptzn)2(acac)](약칭)의 발광에 유래하고 있는 것이 시사된다.
본 출원은 전문이 참조로서 본 명세서에 통합되고, 2011년 4월 29일 일본 특허청에 출원된, 일련 번호가 2011-102554인 일본 특허 출원에 기초한다.
101 : 제 1 전극
102 : EL층
103 : 제 2 전극
111 : 정공 주입층
112 : 정공 수송층
113 : 발광층
114 : 전자 수송층
115 : 전자 주입층
116 : 전하 발생층
201 : 양극
202 : 음극
203 : EL층
204 : 발광층
205 : 인광성 화합물
206 : 제 1 유기 화합물
207 : 제 2 유기 화합물
301 : 제 1 전극
302(1) : 제 1 EL층
302(2) : 제 2 EL층
304 : 제 2 전극
305 : 전하 발생층(I)
401 : 반사 전극
402 : 반투과·반반사 전극
403a : 제 1 투명 도전층
403b : 제 2 투명 도전층
404B : 제 1 발광층(B)
404G : 제 2 발광층(G)
404R : 제 3 발광층(R)
405 : EL층
410R : 제 1 발광 소자(R)
410G : 제 2 발광 소자(G)
410B : 제 3 발광 소자(B)
501 : 소자 기판
502 : 화소부
503 : 구동 회로부(소스선 구동 회로)
504 : 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
505 : 실링재
506 : 밀봉 기판
507 : 배선
508 : FPC(플렉시블 프린트 회로)
509 : n채널형 TFT
510 : p채널형 TFT
511 : 스위칭용 TFT
512 : 전류 제어용 TFT
513 : 제 1 전극(양극)
514 : 절연물
515 : EL층
516 : 제 2 전극(음극)
517 : 발광 소자
518 : 공간
1100 : 기판
1101 : 제 1 전극
1102 : EL층
1103 : 제 2 전극
1111 : 정공 주입층
1112 : 정공 수송층
1113 : 발광층
1114 : 전자 수송층
1115 : 전자 주입층
7100 : 텔레비전 장치
7101 : 케이스
7103 : 표시부
7105 : 스탠드
7107 : 표시부
7109 : 조작키
7110 : 리모콘 조작기
7201 : 본체
7202 : 케이스
7203 : 표시부
7204 : 키보드
7205 : 외부 접속 포트
7206 : 포인팅 디바이스
7301 : 케이스
7302 : 케이스
7303 : 연결부
7304 : 표시부
7305 : 표시부
7306 : 스피커부
7307 : 기록 매체 삽입부
7308 : LED 램프
7309 : 조작키
7310 : 접속 단자
7311 : 센서
7312 : 마이크로폰
7400 : 휴대 전화기
7401 : 케이스
7402 : 표시부
7403 : 조작 버튼
7404 : 외부 접속 포트
7405 : 스피커
7406 : 마이크
8001 : 조명 장치
8002 : 조명 장치
8003 : 조명 장치
8004 : 조명 장치

Claims (18)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 식(G3)으로 나타내어지는 유기 금속 착체로서,
    Figure 112019029764811-pct00081

    상기 식에서, L은 베타 디케톤 구조를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 카르복실기를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 페놀성 수산기를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 및 2개의 배위 원소가 모두 질소인 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자 중 어느 하나를 나타내고,
    R1은 무치환의 페닐기 및 나프탈렌-일기 중 하나를 나타내고,
    R2는 수소를 나타내고,
    Ar1은 무치환의 페닐렌기를 나타내고,
    M은 이리듐(Ir)을 나타내고,
    n=2인, 유기 금속 착체.
  4. 식(G4)으로 나타내어지는 유기 금속 착체로서,
    Figure 112019029764811-pct00082

    상기 식에서, L은 베타 디케톤 구조를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 카르복실기를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 페놀성 수산기를 갖는 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 및 2개의 배위 원소가 모두 질소인 모노 음이온성의 2좌 킬레이트 배위자 중 어느 하나를 나타내고,
    R1은 무치환의 페닐기를 나타내고,
    R2는 수소를 나타내고,
    R3∼R6는 각각 독립적으로 수소를 나타내고,
    M은 이리듐(Ir)을 나타내고,
    n=2인, 유기 금속 착체.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 모노 음이온성의 배위자는 아래의 일반식(L1) 내지 일반식(L7) 중 어느 하나로 나타내어지고,
    Figure 112019029764811-pct00083

    상기 식에서, R11∼R48은 각각 독립적으로, 수소, 탄소수1∼4의 알킬기, 할로겐기, 비닐기, 및 탄소수1∼4의 할로알킬기 중 어느 하나를 나타내고,
    A1∼A3는 각각 독립적으로, 질소, 수소와 결합하는 sp2 혼성 탄소, 및 탄소수1∼4의 알킬기, 할로겐기, 및 탄소수1∼4의 할로알킬기 중 어느 하나와 결합하는 sp2 혼성 탄소 중 어느 하나를 나타내는, 유기 금속 착체.
  6. 식(G5)으로 나타내어지는 유기 금속 착체로서,
    Figure 112019029764811-pct00084

    상기 식에서, R1은 무치환의 페닐기, 탄소수1∼4의 알킬기로 1 이상 치환된 페닐기, 및 나프탈렌-일기 중 하나를 나타내고,
    R2는 수소를 나타내고,
    Ar1은 무치환의 페닐렌기를 나타내고,
    M은 이리듐(Ir)을 나타내고,
    n=3인, 유기 금속 착체.
  7. 식(G6)으로 나타내어지는 유기 금속 착체로서,
    Figure 112019029764811-pct00085

    상기 식에서, R1은 무치환의 페닐기를 나타내고,
    R2는 수소를 나타내고,
    R3∼R6는 각각 독립적으로 수소를 나타내고,
    M은 이리듐(Ir)을 나타내고,
    n=3인, 유기 금속 착체.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 식(100)으로 나타내어지는 유기 금속 착체.
    Figure 112017038491737-pct00069
  14. 삭제
  15. 발광 소자로서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위에 있고, 제 3 항, 제 4 항, 제 6 항, 제 7 항, 및 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 유기 금속 착체를 포함하는 제 1 발광층; 및
    상기 제 1 발광층 위의 제 2 전극을 포함하는, 발광 소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 제 2 발광층을 더 포함하고,
    상기 제 2 발광층은 상기 제 1 발광층의 발광색과 다른 발광색을 가지는, 발광 소자.
  17. 발광 장치로서,
    제 15 항에 따른 발광 소자;
    스위칭용 TFT; 및
    전류 제어용 TFT를 포함하는, 발광 장치.
  18. 제 17 항에 따른 발광 장치를 포함하는 전자 기기로서,
    상기 전자 기기는 텔레비전 장치, 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기, 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 및 게임기 중 어느 하나인, 전자 기기.
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