KR102198635B1 - 유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 발광 소자의 발광 특성, 발광 효율, 및 신뢰성의 향상을 달성하는 것이 가능한 신규 유기 화합물을 제공한다. 또한, 상기 유기 화합물을 갖는 발광 소자를 제공한다. 또한, 상기 발광 소자를 사용한 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공한다.
한 쌍의 전극간에 적어도 정공 수송층과 발광층을 갖고, 상기 정공 수송층 및 상기 발광층 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 일반식(G0)으로 나타내어지는 골격을 포함하는 유기 화합물을 갖는 발광 소자이다.
[일반식(G0)]
Figure 112013028768593-pat00042

Description

유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{ORGANIC COMPOUND, LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명은 유기 화합물, 및 그것을 사용한 발광 소자에 관한 것이다. 또한, 상기 발광 소자를 사용한 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
근년에 들어, 일렉트로 루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용한 발광 소자의 연구 개발이 활발히 행해지고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은, 한 쌍의 전극간에 발광성 물질을 포함한 층을 끼운 것이다. 이 소자에 전압을 인가함으로써 발광성 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이와 같은 발광 소자는 자발광(自發光)형이기 때문에, 액정 디스플레이와 비교하여 화소의 시인성(視認性)이 높고, 백 라이트가 불필요하다 등의 이점을 가짐으로써 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합하다고 생각된다. 또한, 이와 같은 발광 소자는 박형 경량으로 제작할 수 있다는 큰 이점도 갖는다. 또한 상당히 응답 속도가 빠른 것도 특징의 하나이다.
그리고 이와 같은 발광 소자는 막 모양으로 형성하는 것이 가능하기 때문에, 면 형상의 발광을 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 면 형상의 발광을 이용한 대면적의 소자를 형성할 수 있다. 이는 백열 전구나 LED로 대표되는 점 광원들 또는 형광등으로 대표되는 선 광원들에서 얻기 힘든 특성이므로 조명 등에 응용될 수 있는 면 광원으로서의 이용 가치도 높다.
일렉트로 루미네센스를 이용한 발광 소자는, 발광성의 물질이 유기 화합물인지, 무기 화합물인지에 따라 대별할 수 있지만, 발광성의 물질에 유기 화합물을 사용하는 경우, 발광 소자에 전압을 인가함으로써, 한 쌍의 전극으로부터 전자 및 정공(홀)이 각각 발광성의 유기 화합물을 포함하는 층에 주입되어, 전류가 흐른다. 그리고, 그들 캐리어(전자 및 정공(홀))이 주입됨으로써, 발광성의 유기 화합물이 여기 상태를 형성하고, 그 여기 상태가 기저 상태로 되돌아올(전자와 정공이 재결합될) 때에 발광한다. 또한, 유기 화합물을 형성하는 여기 상태의 종류로서는, 1중항 여기 상태와 3중항 여기 상태가 가능하고, 1중항 여기 상태로부터의 발광을 형광, 3중항 여기 상태로부터의 발광을 인광(燐光)이라고 부른다.
이와 같은 발광 소자에 관해서는, 그 소자 특성을 향상시키는 데에 발광 소자에 사용하는 물질에 의존한 문제가 많고, 이들을 극복하기 위하여 소자 구조의 개량이나 물질 개발 등이 행해지고 있다. 예를 들어, 치환 또는 무치환의 페닐기를 포함하는 안트라센 골격과, 카바졸 골격을 갖고, 캐리어 수송성이 우수한 화합물을 사용한 발광 소자가 기재되어 있다(특허문헌 1 참조).
일본국 특개2009-167175호 공보
특허문헌 1에 있어서 보고된 바와 같이, 발광 소자에 사용하는 재료의 개발은 진행되고 있지만, 발광 특성, 발광 효율, 신뢰성 등과 같은 다양한 면에서 개선의 여지가 남겨져 있고, 보다 우수한 발광 소자의 개발이 요구되고 있다.
상기 과제를 감안하여, 본 발명의 일 형태는, 발광 소자의 발광 특성, 발광 효율, 및 신뢰성의 향상을 달성하는 것이 가능한 신규 유기 화합물을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또한, 상기 유기 화합물을 갖는 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또한, 상기 발광 소자를 사용한 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
한 쌍의 전극간에 적어도 정공 수송층과 발광층을 갖고, 정공 수송층 및 발광층 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 일반식(G0)으로 나타내어지는 골격을 포함하는 유기 화합물을 갖는 발광 소자이다. 또한, 일반식(G0)으로 나타내어지는 골격을 포함하는 유기 화합물은 본 발명의 일 형태이다.
[일반식(G0)]
Figure 112013028768593-pat00001
일반식(G0) 중에 있어서 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐기, 비페닐기, 또는 3개 내지 6개의 벤젠 환이 메타 위치(meta-position)에서 연결된 기 중 어느 하나를 나타내고, Ar1은 치환기를 갖고, 치환기가 카바졸 골격을 포함하고, Ar2는 무치환이다.
EL층에 있어서, 정공 수송층을 제공하고, 상기 정공 수송층의 재료나 두께를 조정함으로써, 발광층에 수송되는 정공의 밸런스를 조정할 수 있다. 결과적으로, 발광층에 수송되는 전자와 정공의 밸런스(소위 캐리어 밸런스)가 조정되고, 발광 소자의 발광 효율이 높아진다. 또한, 본 발명의 일 형태인 일반식(G0)으로 나타내어지는 골격을 포함하는 유기 화합물은 정공 수송성이 높은 재료이기 때문에 정공 수송층 및 발광층 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 사용할 수 있다.
또한, 상기에 있어서 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐기 또는 비페닐기이면 바람직하다. 또한, 상기 치환기가 치환 또는 무치환의 N-카바졸릴기이면 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[일반식(G1)]
Figure 112013028768593-pat00002
일반식(G1) 중에 있어서, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 페닐기, 비페닐기, 또는 3개 내지 6개의 벤젠 환이 메타 위치에서 연결된 기 중 어느 하나를 나타내고, Ar2는 무치환이다. 또한, R1 내지 R8은, 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 12인 알킬기, 치환 또는 무치환의 페닐기, 치환 또는 무치환의 비페닐기 중 어느 하나를 나타낸다.
상기 구성에 있어서 Ar2가 페닐기 또는 비페닐기이고, Ar3이 페닐렌기 또는 비페닐디일기이면 바람직하다. 또한, Ar3이 메타페닐렌기 또는 비페닐-3,3'-디일기이면 더 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는, 하기 구조식(G2-1), 구조식(G2-2), 및 구조식(G3)으로 나타내어지는 구조의 유기 화합물이다.
[구조식(G2-1)]
Figure 112013028768593-pat00003
[구조식(G2-2)]
Figure 112013028768593-pat00004
[구조식(G3)]
Figure 112013028768593-pat00005
또한, 본 발명의 일 형태는 발광 소자를 갖는 발광 장치, 발광 장치를 갖는 전자 기기 및 조명 장치도 범주에 포함하는 것이다. 따라서, 본 명세서 중에서의 발광 장치란, 화상 표시 디바이스, 또는 광원(조명 장치도 포함함)을 가리킨다. 또한, 발광 장치에 커넥터, 예를 들어 FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 모듈, 또는 발광 소자에 COG(Chip on Glass) 방식으로 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함되는 것으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하여 발광 소자의 발광 효율, 및 신뢰성의 향상을 달성할 수 있는 신규 유기 화합물을 제공할 수 있다. 또한, 상기 유기 화합물을 갖는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자를 사용한 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 설명하는 도면.
도 2(A) 및 도 2(B)는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 설명하는 도면.
도 3(A) 및 도 3(B)는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 설명하는 도면.
도 5(A) 및 도 5(B)는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 설명하는 도면.
도 6(A) 내지 도 6(D)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 설명하는 도면.
도 7(A) 내지 도 7(D)는 본 발명의 일 형태의 휴대형 단말을 설명하는 도면.
도 8(A) 내지 도 8(C)는 본 발명의 일 형태의 조명 장치를 설명하는 도면.
도 9(A) 및 도 9(B)는 CzFLP(약칭)의 1H NMR 차트도.
도 10(A) 및 도 10(B)는 mCzFLP(약칭)의 1H NMR 차트도.
도 11(A) 및 도 11(B)는 CzFLP-II(약칭)의 1H NMR 차트도.
도 12는 실시예 2 및 실시예 3의 각 발광 소자를 설명하는 도면.
도 13은 실시예 2의 각 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 도면.
도 14는 실시예 2의 각 발광 소자의 전압-휘도 특성을 도시한 도면.
도 15는 실시예 2의 각 발광 소자의 휘도-외부 양자 효율을 도시한 도면.
도 16은 실시예 3의 각 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 도면.
도 17은 실시예 3의 각 발광 소자의 전압-휘도 특성을 도시한 도면.
도 18은 실시예 3의 각 발광 소자의 휘도-외부 양자 효율을 도시한 도면.
도 19는 발광 소자 5의 신뢰성 시험의 결과를 도시한 도면.
도 20은 실시예 4의 각 발광 소자를 설명하는 도면.
도 21은 실시예 4의 각 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 도면.
도 22는 실시예 4의 각 발광 소자의 전압-휘도 특성을 도시한 도면.
도 23은 실시예 4의 각 발광 소자의 휘도-외부 양자 효율을 도시한 도면.
도 24는 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 7의 신뢰성 시험의 결과를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 일탈하지 않고 그 형태 및 상세를 다양하게 변경할 수 있음은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 한 쌍의 전극간에 EL층을 갖고, 상기 EL층은 적어도 정공 수송층과 발광층을 갖는 구성에 대하여 도 1을 사용하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 소자는 도 1에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(101)과 제 2 전극(103))간에 정공 수송층(112)과 발광층(113)을 갖는 EL층(102)이 끼워져 있고, EL층(102)은 정공 수송층(112)과 발광층(113) 외에, 정공 주입층(111), 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, 정공 수송층(112) 및 발광층(113) 중 한쪽 또는 양쪽에 일반식(G0)으로 나타내어지는 골격을 포함하는 유기 화합물을 가지면 좋다.
[일반식(G0)]
Figure 112013028768593-pat00006
일반식(G0)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐기, 비페닐기, 또는 3개 내지 6개의 벤젠 환이 메타 위치에서 연결된 기 중 어느 하나를 나타내고, Ar1은 치환기를 갖고, 치환기가 카바졸 골격을 포함하고, Ar2는 무치환이다. Ar1을 상술한 바와 같은 구성으로 함으로써, 3중항 여기 에너지 준위가 높고, 내열성에도 우수한 정공 수송 재료를 얻을 수 있다. 한편으로, Ar2를 무치환으로 함으로써 소자의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 일반식(G0)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐기 또는 비페닐기이면, 3중항 여기 에너지 준위의 관점에서 바람직하다. 또한, 상기 치환기가 치환 또는 무치환의 N-카바졸릴기이면 더 바람직하다.
또한, EL층(102)에 있어서의 정공 주입층(111)은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 층이며, 억셉터성 물질에 의하여 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 추출됨으로써 정공(홀)이 발생된다. 따라서, 정공 주입층(111)으로부터 정공 수송층(112)을 통하여 발광층(113)으로 정공이 주입된다.
또한, 전하 발생층(116)은, 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 층이다. 억셉터성 물질에 의하여 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 추출되므로, 추출된 전자가, 전자 주입성을 갖는 전자 주입층(115)으로부터 전자 수송층(114)을 통하여 발광층(113)으로 주입된다.
이하에 본 실시형태에 나타낸 발광 소자를 제조함에 있어서의 구체적인 예에 대하여 설명한다.
기판(100)은 발광 소자의 지지대로서 사용된다. 기판(100)으로서는 예를 들어 유리, 석영, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또한, 가요성 기판을 사용하여도 좋다. 가요성 기판이란 구부릴 수 있는(플렉시블) 기판을 가리키고, 예를 들어 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르술폰으로 이루어지는 플라스틱 기판 등을 들 수 있다. 또한, 필름(폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리불화비닐, 폴리염화 비닐 등으로 이루어짐), 무기 증착 필름 등을 사용할 수도 있다. 또한, 발광 소자의 제작 공정에서 지지체로서 기능하는 것이라면, 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 산화 인듐-산화 주석(ITO：Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti) 외에, 원소 주기율표의 제 1 족 또는 제 2 족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토금속, 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 포함하는 합금, 그 외에, 그라펜 등을 사용할 수 있다. 또한, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103)은, 예를 들어 스퍼터링법이나 증착법(진공 증착법을 포함함) 등에 의하여 형성할 수 있다.
정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 전하 발생층(116)에 사용되는 정공 수송성이 높은 물질로서는, π 과잉형 복소 방향족 화합물(예를 들어 카바졸 유도체나 인돌 유도체)이나 방향족 아민 화합물이 바람직하고, 예를 들어, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭： NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민(약칭：TPD), 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-디페닐-4"-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-디(1-나프틸)-4"-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-디메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스피로-9,9'-비플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-디(N-카바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-디페닐페닐)-9-페닐-카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트리일)트리(디벤조티오펜)(약칭： DBT3P-II), 2,8-디페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]디벤조티오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐디벤조티오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 티오펜 골격을 갖는 화합물이나, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트리일)트리(디벤조퓨란)(약칭： DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}디벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 갖는 화합물을 들 수 있다. 상술한 것들 중에서도 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나 카바졸 골격을 갖는 화합물은, 신뢰성이 양호하고, 또 정공 수송성이 높고, 구동 전압의 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다.
또한, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 전하 발생층(116)에 사용할 수 있는 재료로서는, 폴리(N-비닐카바졸)(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), 정공 수송층(112), 및 전하 발생층(116)은, 상기 정공 수송성이 높은 물질과, 억셉터성을 갖는 물질의 혼합층을 사용하여도 좋다. 이 경우, 캐리어 주입성이 양호해져 바람직하다. 사용되는 억셉터 물질로서는, 천이 금속 산화물이나 원소 주기율표에 있어서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 몰리브덴이 특히 바람직하다.
정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 전하 발생층(116)은 나중에 기재하는 본 발명의 일 형태인 유기 화합물을 사용할 수 있다.
발광층(113)은 예를 들어, 전자 수송성 재료를 호스트 재료로서 포함하고, 정공 수송성 재료를 어시스트 재료로서 포함하고, 3중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 재료를 게스트 재료로서 포함하여 형성되는 층이면 바람직하다.
상기 전자 수송성 재료로서는, 질소 함유 복소 방향족 화합물과 같은 π 부족형 복소 방향족 화합물이 바람직하고, 예를 들어 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트리일)-트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: TPBI), 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 갖는 복소 복소환 화합물(옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 트리아졸 유도체 등)이나, 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭： 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(디벤조티오펜-4-일)비페닐-3-일]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)비페닐-3-일]디벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-디벤조티에닐)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II) 등의 다이아진 골격을 갖는 복소환 화합물(피라진 유도체, 피리미딘 유도체, 피리다진 유도체, 퀴녹살린 유도체, 디벤조퀴녹살린 유도체 등)이나, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트리[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 복소환 화합물(피리딘 유도체, 퀴놀린 유도체, 디벤조퀴놀린 유도체 등)을 들 수 있다. 상술한 것들 중에서도 다이아진 골격을 갖는 복소환 화합물이나 피리딘 골격을 갖는 복소환 화합물은 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히, 다이아진(피리미딘이나 피라진) 골격을 갖는 복소환 화합물은 전자 수송성이 높고, 구동 전압의 저감에도 기여한다.
상기 정공 수송성 재료로서는, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 전하 발생층(116)에 사용할 수 있는 정공 수송성이 높은 물질을 사용하면 좋다. 또한, 나중에 기재하는 본 발명의 일 형태인 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 이들의 전자 수송성 재료 및 정공 수송성 재료는, 청색의 영역에 흡수 스펙트럼을 가지지 않는 것이 바람직하다. 구체적으로는 흡수 스펙트럼의 흡수단이 440nm 이하인 것이 바람직하다.
한편, 3중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 재료로서는, 예를 들어, 인광성 재료나 열 활성화 지연 형광을 나타내는 열 활성화 지연 형광(TADF) 재료를 들 수 있다.
또한, 상기 인광성 재료로서 예를 들어 440nm 내지 520nm에 발광 피크를 갖는 인광성 재료로서는, 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-디메틸페닐)-4H-1,2,4-트리아졸-3-일-κN2]페닐-Κc}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-dmp)3), 트리스(5-메틸-3,4-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸라토)이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz)3), 트리스[4-(3-비페닐)-5-이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트리아졸라토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrptz-3b)3)과 같은 4H-트리아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트리아졸라토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트리아졸라토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3)과 같은 1H-트리아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, fac-트리스[1-(2,6-다이이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrpmi)3), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디나토]이리듐(III)(약칭: Ir(dmpimpt-Me)3)과 같은 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭：FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트리플루오로메틸)페닐]피리디나토-N,C2']이리듐(Ⅲ)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(Ⅲ)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac)와 같은 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체를 들 수 있다. 상술한 것들 중에서도 4H-트리아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율도 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 예를 들어 520nm 내지 600nm에 발광 피크를 갖는 인광성 재료로서는, 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)3), 트리스(4-t-부틸-6-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)3), (아세틸아세토나토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭： Ir(mppm)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스(6-tert-부틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토나토)비스[4-(2-노르보르닐)-6-페닐피리미디나토]이리듐(III)(endo-, exo-혼합물)(약칭： Ir(nbppm)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)](약칭: Ir(mpmppm)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스(4, 6-디페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac))과 같은 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, (아세틸아세토네이트)비스(3,5-디메틸-2-페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-Me)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(5-이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-iPr)2(acac))과 같은 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭： Ir(bzq)2(acac)), 트리스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)(약칭： Ir(bzq)3), 트리스(2-페닐퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(pq)3), 비스(2-페닐퀴놀리나토-N, C2')이리듐(Ⅲ) 아세틸아세토네이트(약칭: Ir(pq)2(acac))와 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 트리스(아세틸아세토나토)(모노페난트롤린)테르븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen))과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 상술한 것들 중에서도 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율도 매우 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 예를 들어 600nm 내지 700nm에 발광 피크를 갖는 인광성 재료로서는, 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디나토](디이소부티릴메타나토)이리듐(III)](약칭: Ir(5mdppm)2(dibm)), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디나토](디피발로일메타나토)이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dpm)), 비스[4,6-디(나프탈렌-1-일)피리미디나토](디피발로일메타나토)이리듐(III)(약칭: Ir(d1npm)2(dpm))과 같은 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, (아세틸아세토나토)비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)(디피발로일메타나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(dpm)), (아세틸아세토나토)비스[2,3-비스(4-플루오르페닐)퀴노키사리나토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac))과 같은 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스(1-페닐이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)3), 비스(1-페닐이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac))와 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체 외에 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP)과 같은 백금 착체나, 트리스(1,3-디페닐-1,3-프로판디오나토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트리플루오로아세토나토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen))과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 상술한 것들 중에서도 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율도 매우 우수하기 때문에 특히 바람직하다. 또한, 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 좋은 적색 발광이 얻어진다.
또한, 정공 수송층(112) 및 발광층(113) 중 한쪽 또는 양쪽에 일반식(G0)으로 나타내어지는 골격을 포함하는 유기 화합물을 사용하면 바람직하다. 또한, 일반식(G0)으로 나타내어지는 골격을 포함하는 유기 화합물은 본 발명의 일 형태이다. 본 발명의 일 형태인 유기 화합물은 정공 수송성이 양호한 재료이다.
[일반식(G0)]
Figure 112013028768593-pat00007
일반식(G0)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐기, 비페닐기, 또는 3개 내지 6개의 벤젠 환이 메타 위치에서 연결된 기 중 어느 하나를 나타내고, Ar1은 치환기를 갖고, 치환기가 카바졸 골격을 포함하고, Ar2는 무치환이다. Ar1을 상술한 바와 같은 구성으로 함으로써, 3중항 여기 에너지 준위가 높고, 내열성에도 우수한 정공 수송 재료를 얻을 수 있다. 한편으로, Ar2를 무치환으로 함으로써 소자의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 상술한 일반식(G0)으로 나타내어지는 골격을 포함하는 유기 화합물로서, 구체적으로는 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조가 보다 바람직하다. 또한, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물은 본 발명의 일 형태이다.
[일반식(G1)]
Figure 112013028768593-pat00008
일반식(G1) 중에 있어서, Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 페닐기, 비페닐기, 또는 3개 내지 6개의 벤젠 환이 메타 위치에서 연결된 기 중 어느 하나를 나타내고, Ar2는 무치환이다. 또한, R1 내지 R8은, 각각 독립적으로, 수소, 또는 탄소수 1 내지 12인 알킬기, 치환 또는 무치환의 페닐기, 치환 또는 무치환의 비페닐기 중 어느 하나를 나타낸다.
또한, 일반식(G1)에 있어서 Ar2가 페닐기 또는 비페닐기이고, Ar3이 페닐렌기 또는 비페닐디일기이면 3중항 여기 에너지 준위의 관점에서 더 바람직하다. 또한, Ar3이 메타페닐렌기 또는 비페닐-3-3´-디일기이면 더 바람직하다. 이와 같은 구성의 경우, 3중항 여기 에너지 준위의 관점에서 유리하지만, 그뿐만 아니라 분자가 벌키 골격이 되어 막질이 안정되므로 소자의 장수명화로 이어진다.
또한, 상술한 일반식(G0)으로 나타내어지는 골격을 포함하는 유기 화합물 및 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물로서, 구체적으로는 구조식(G2-1), 구조식(G2-2), 구조식(G3)으로 나타내어지는 구조가, 더 바람직하다. 또한, 구조식(G2-1), 구조식(G2-2), 구조식(G3)으로 나타내어지는 유기 화합물은 본 발명의 일 형태이다.
[구조식(G2-1)]
Figure 112013028768593-pat00009
[구조식(G2-2)]
Figure 112013028768593-pat00010
[구조식(G3)]
Figure 112013028768593-pat00011
또한, 일반식(G0) 중에 있어서의 Ar1의 구체적인 구조로서는, 예를 들어, 구조식(Ar-1) 내지 구조식(Ar-11)으로 나타내어지는 치환기를 들 수 있다.
[구조식(Ar-1) 내지 구조식(Ar-11)]
Figure 112013028768593-pat00012
구조식(Ar-1) 내지 구조식(Ar-11)으로 나타내어지는 바와 같이, 페닐기, 비페닐기, 또는 3개 내지 6개의 벤젠 환이 메타 위치에서 연결된 기 중 어느 하나에 치환기로서 하나 또는 복수의 카바졸릴이기가 결합되어 있다. 이 카바졸릴이기는 하나인 경우, T1 준위를 높게 유지할 수 있어 바람직하다(예를 들어, 상기 구조식(Ar-1) 및 구조식(Ar-2) 등). 또한, 카바졸릴이기가 복수인 경우, 더 입체적인 구조가 되고, 열물성도 향상되어 바람직하다(예를 들어, 상기 구조식(Ar-6), 구조식(Ar-7) 및 구조식(Ar-9)). 또한, 이들 카바졸릴이기의 3위치에 페닐기 등의 아릴기가 결합되면 캐리어 수송성이 향상되어 바람직하다. 또한, 열물성도 향상되어 바람직하다(예를 들어, 상기 구조식(Ar-3), 구조식(Ar-4), 구조식(Ar-5) 및 구조식(Ar-10)). 또한, 상기 카바졸릴이기는 벤젠 골격에 대하여 메타 위치에서 연결된 경우, 어모퍼스성이 향상되어 바람직하다(예를 들어, 상기 구조식(Ar-2), 구조식(Ar-4), 구조식(Ar-6), 구조식(Ar-7), 구조식(Ar-9), 구조식(Ar-10) 및 구조식(Ar-11)).
또한, 일반식(G1) 중에 있어서의 Ar3의 구체적인 구조로서는, 예를 들어, 구조식(Ar-21) 내지 구조식(Ar-28)으로 나타내어지는 치환기를 들 수 있다.
[구조식(Ar-21) 내지 구조식(Ar-28)]
Figure 112013028768593-pat00013
이 때, 벤젠 환이 많으면 열물성이 향상되어 바람직하다. 복수개의 벤젠 환을 연결시키는 경우, 메타 위치에서 연결시키면 어모퍼스성이 향상되고 T1 준위도 저하되기 어려워 바람직하다(예를 들어, 구조식(Ar-23) 내지 구조식(Ar-28)).
또한, 일반식(G1) 중에 있어서의 R1 내지 R8의 구체적인 구조로서는, 예를 들어 구조식(R-1) 내지 구조식(R-8)으로 나타내어지는 치환기를 들 수 있다.
[구조식(R-1) 내지 구조식(R-8)]
Figure 112013028768593-pat00014
또한, 상술한 일반식(G0) 및 (G1)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 화합물의 구체적인 예로서는, 구조식(100) 내지 구조식(118)으로 나타내어지는 유기 화합물을 들 수 있다.
[구조식(100) 내지 구조식(109)]
Figure 112013028768593-pat00015
[구조식(110) 내지 구조식(118)]
Figure 112013028768593-pat00016
또한, 본 발명의 일 형태인 유기 화합물의 합성 방법으로서는 다양한 반응을 적용할 수 있다. 예를 들어, 이하에 나타내는 합성 반응을 행함으로써, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물을 합성할 수 있다. 또한, 유기 화합물의 합성 방법은 이하의 합성 방법에 한정되지 않는다.
≪일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법≫
합성 스킴(A-1)으로 나타내어지는 바와 같이, 할로겐화 플루오렌 화합물(a1)과 카바졸 화합물(a2)을 커플링시킴으로써, 상기 일반식 (G1)으로 나타내어지는 플루오렌 화합물을 얻을 수 있다.
[합성 스킴(A-1)]
Figure 112013028768593-pat00017
합성 스킴(A-1) 중에서 Ar2 및 Ar3은 각각 독립적으로 페닐기, 비페닐기, 또는 3개 내지 6개의 벤젠 환이 메타 위치에서 연결된 기 중 어느 하나를 나타내고, Ar2는 무치환이다. 또한, R1 내지 R8은, 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 12인 알킬기, 치환 또는 무치환의 페닐기, 치환 또는 무치환의 비페닐기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, X1은 할로겐을 나타내고, 반응성의 높이에 따라 요오드, 브롬, 염소의 순서로 바람직하다.
또한, 합성 스킴(A-1)에 있어서, 할로겐기를 갖는 아릴 화합물과, 카바졸의 9위치와의 커플링 반응은 다양한 반응 조건이 있지만, 그 일례로서, 염기 존재 하에서 금속 촉매를 사용한 합성 방법을 적용할 수 있다.
구체적으로는, 부흐발트·하트윅(Buchwald-Hartwig) 반응이나 울만 반응을 사용할 수 있다.
이상으로, 본 발명의 일 형태인 유기 화합물을 합성할 수 있다.
또한, 상술한 유기 화합물은 정공 수송성이 높은 재료이며, 발광층(113)에 있어서 어시스트 재료로서 사용할 수 있다. 발광층(113)을 상술한 유기 화합물(어시스트 재료)과, 전자 수송성이 높은 재료(호스트 재료)와, 3중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 재료(게스트 재료)를 포함하여 형성함으로써, 발광 효율이 높은 인광 발광을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태인 유기 화합물은 높은 T1 준위를 갖고 있기 때문에, 높은 1중항 여기 에너지의 준위(S1 준위)도 갖는다. 따라서, 본 발명의 일 형태인 유기 화합물은 가시역의 형광 발광 재료의 어시스트 재료로서도 사용할 수 있다.
전자 수송층(114)는 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송층(114)에는 상술한 전자 수송성 재료 외에, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: 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), 바소쿠프로인(약칭: BCP), 4,4'-비스(5-메틸벤조옥사졸―2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 복소 방향족 화합물도 사용할 수 있다. 또한, 폴리(2,5-피리딘-디일)(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. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이면 상술한 물질 외의 물질을 전자 수송층(114)으로서 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수송층(114)은, 단층뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어지는 층이 2층 이상 적층된 것으로 하여도 좋다.
전자 주입층(115)은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입층(115)에는 불화 리튬(LiF), 불화 세슘(CsF), 불화 칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 플루오르화에르븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질을 사용할 수도 있다.
또는, 전자 주입층(115)에 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어지는 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이와 같은 복합 재료는, 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는, 발생한 전자의 수송에 우수한 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 예를 들어, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질(금속 착체나 복소 방향족 화합물 등)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이나 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 에르븀, 이테르븀 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 산화 마그네슘과 같은 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한, 테트라티아풀바렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 전하 발생층(116)은 각각, 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
상술한 발광 소자는, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(103) 사이에 발생한 전위차에 의하여 전류가 흘러 EL층(102)에서 정공과 전자가 재결합함으로써 발광한다. 그리고 이 발광은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 거쳐 외부로 추출된다. 따라서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 투광성을 갖는 전극이 된다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 구성은 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있는 것으로 한다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 유기 화합물과, 3중항 여기 에너지를 발광으로 바꾸는 발광성 재료와, 전자 수송성 재료를 발광층에 사용한 발광 소자에 대하여 도 2(A) 및 도 2(B)를 사용하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 소자는, 도 2(A) 및 도 2(B)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(201) 및 제 2 전극(203)) 사이에 EL층(210)을 갖는 구조이다. 또한, EL층(210)에는, 적어도 정공 수송층(211)과 발광층(212)을 갖고, 그 외, 정공 주입층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등이 포함되어 있어도 좋다. 또한, 정공 주입층, 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(203)을 음극으로서 사용한다.
본 실시형태에 나타내는 정공 수송층(211) 및 발광층(212) 중 한쪽 또는 양쪽에 본 발명의 일 형태인 유기 화합물이 포함되는 구성이다.
발광층(212)은 제 1 유기 화합물(213)과, 제 2 유기 화합물(214)과, 제 3 유기 화합물(215)이 포함되고, 본 실시형태에 있어서는 제 1 유기 화합물(213)을 호스트 재료로서 사용하고, 제 2 유기 화합물(214)을 어시스트 재료로서 사용하고, 제 3 유기 화합물(215)을 게스트 재료로서 사용한다. 본 발명의 일 형태인 유기 화합물은 정공 수송성이 높은 물질이기 때문에, 어시스트 재료로서 사용하는 제 2 유기 화합물(214)에 적용할 수 있다.
발광층(212)에 있어서, 상기 게스트 재료를 호스트 재료로 분산시킨 구성으로 함으로써, 발광층의 결정화를 억제할 수 있다. 또한 게스트 재료의 농도가 높음에 기인하는 농도 소광을 억제하여 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다.
또한, 제 1 유기 화합물(213)(호스트 재료) 및 제 2 유기 화합물(214)(어시스트 재료) 각각의 3중항 여기 에너지의 준위(T1 준위)는 제 3 유기 화합물(215)(게스트 재료)의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 제 1 유기 화합물(213)(또는 제 2 유기 화합물(214))의 T1 준위가 제 3 유기 화합물(215)의 T1 준위보다 낮으면, 발광에 기여하는 제 3 유기 화합물(215)의 3중항 여기 에너지를 제 1 유기 화합물(213)(또는 제 2 유기 화합물(214))이 소광(퀀칭; quenching)되어, 발광 효율의 저하를 초래하기 때문이다.
여기서, 호스트 재료로부터 게스트 재료로의 에너지 이동 효율을 높이기 위하여, 분자간의 이동 기구로서 알려져 있는 푀르스터 기구(Forster mechanism)(쌍극자-쌍극자 상호 작용) 및 덱스터 기구(Dexter mechanism)(전자 교환 상호 작용)를 고려함으로써, 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 보통의 인광성의 게스트 재료의 경우, 호스트 재료의 형광 스펙트럼을, 게스트 재료의 가장 장파장(저에너지) 측의 흡수대에 있어서의 흡수 스펙트럼과 중첩하는 것은 곤란하다. 왜냐하면, 그렇게 되면 호스트 재료의 인광 스펙트럼은 형광 스펙트럼보다 장파장(저에너지) 측에 위치하기 때문에 호스트 재료의 T1 준위가 인광성 화합물의 T1 준위를 밑돌게 되어 상술한 퀀칭의 문제가 발생하기 때문이다. 한편, 퀀칭의 문제를 회피하기 위하여 호스트 재료의 T1 준위가 인광성 화합물의 T1 준위를 웃돌도록 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 중첩시켜 호스트 재료의 1중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 최대한 높이는 것은 일반적으로 어렵다.
그래서, 본 실시형태에서는 제 1 유기 화합물(213) 및 제 2 유기 화합물(214)은 여기 착체(엑시플렉스(exciplex)라고도 함)를 형성하는 조합인 것이 바람직하다. 따라서, 발광층(212)에서, 제 1 유기 화합물(213)의 형광 스펙트럼 및 제 2 유기 화합물(214)의 형광 스펙트럼은 보다 장파장 측에 위치하는 여기 착체의 발광 스펙트럼으로 변환된다. 그리고, 여기 착체의 발광 스펙트럼과 게스트 재료(제 3 유기 화합물(215))의 흡수 스펙트럼과의 중첩이 커지도록, 제 1 유기 화합물(213)과 제 2 유기 화합물(214)을 선택하면, 1중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 최대한으로 높일 수 있다(도 2(B) 참조).
또한, 3중항 여기 상태의 경우에도 호스트 재료가 아니라 여기 착체로부터의 에너지 이동이 발생할 것으로 생각된다.
제 1 유기 화합물(213)로서는, 실시형태 1에 나타내는 전자 수송성 재료를 사용하면 좋다. 또한, 제 2 유기 화합물(214)로서는, 실시형태 1에 나타내는 정공 수송성 재료, 또는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용하면 좋다. 또한, 제 3 유기 화합물(215)로서는, 실시형태 1에 나타내는 인광성 재료를 사용하면 좋다.
상술한 제 1 유기 화합물(213), 및 제 2 유기 화합물(214)은 여기 착체를 형성할 수 있는 조합의 일례이고, 여기 착체의 발광 스펙트럼이 제 3 유기 화합물(215)의 흡수 스펙트럼과 중첩되고, 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크가 제 3 유기 화합물(215)의 흡수 스펙트럼의 피크보다 장파장이면 좋다.
또한, 전자 수송성 재료와 정공 수송성 재료로 제 1 유기 화합물(213)과 제 2 유기 화합물(214)을 구성하기 때문에, 그 혼합 비율에 의하여 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 스펙트럼과의 중첩을 이용한 에너지 이동에 의하여 에너지 이동 효율을 높일 수 있으므로 외부 양자 효율이 높은 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 매트릭스형의 발광 장치나 액티브 매트릭스형의 발광 장치 외에도, 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 장치의 경우에서 TFT의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 스태거형이나 역 스태거형의 TFT를 적절히 사용할 수 있다. 또한 TFT 기판에 형성되는 구동용 회로에 대해서도, N형 및 P형의 TFT로 이루어진 것도 좋고, Ｎ형의 TFT 또는 P형의 TFT의 어느 한쪽으로 이루어진 것도 좋다. 또한, TFT에 사용되는 반도체막의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막, 그 외, 산화물 반도체막 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타내어진 구성은 다른 실시형태에 나타내어지는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있는 것으로 한다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태로서, 전하 발생층을 개재(介在)하여 발광층을 복수로 갖는 구조의 발광 소자(이하, 탠덤(tandem)형 발광 소자라고 함)에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 소자는 도 3(A)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(301) 및 제 2 전극(303)) 사이에 복수의 발광층(제 1 발광층(311), 제 2 발광층(312))을 갖는 탠덤형 발광 소자이다.
본 실시형태에서, 제 1 전극(301)은 양극으로서 기능하는 전극이고, 제 2 전극(303)은 음극으로서 기능하는 전극이다. 또한, 제 1 전극(301) 및 제 2 전극(303)은 실시형태 2와 같은 구성을 사용할 수 있다. 또한, 복수의 발광층(제 1 발광층(311), 제 2 발광층(312))은 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 나타낸 발광층과 같은 구성이어도 좋지만, 어느 하나가 같은 구성이어도 좋다. 즉, 제 1 발광층(311)과 제 2 발광층(312)은 같은 구성이든 다른 구성이든 어느 쪽이라도 좋고, 이들의 구성은 실시형태 1 또는 실시형태 2에 나타낸 것과 같은 것을 적용할 수 있다.
또한, 제 1 발광층(311) 및 제 2 발광층(312)의 어느 한쪽 또는 양쪽에 있어서, 정공 수송층(도시하지 않았음)을 제 1 전극(301) 측에 제공하는 구성으로 한다.
또한, 복수의 발광층(제 1 발광층(311), 제 2 발광층(312)) 사이에는, 전하 발생층(313)이 제공되어 있다. 전하 발생층(313)은, 제 1 전극(301)과 제 2 전극(303)에 전압을 인가하였을 때에, 한쪽의 발광층에 전자를 주입하고, 다른 쪽의 발광층에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 본 실시형태의 경우에는, 제 1 전극(301)에 제 2 전극(303)보다 전위가 높아지도록 전압을 인가하면, 전하 발생층(313)으로부터 제 1 발광층(311)에 전자가 주입되고, 제 2 발광층(312)에 정공이 주입된다.
또한, 전하 발생층(313)은 광의 추출 효율의 관점에서 가시광에 대하여 투광성을 갖는(구체적으로는, 전하 발생층(313)에 대한 가시광의 투과율이 40% 이상) 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(313)은 제 1 전극(301)이나 제 2 전극(303)보다 낮은 도전율이라도 기능한다.
전하 발생층(313)은 정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성이어도 좋고, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성이어도 좋다. 또한 이들 양쪽의 구성이 적층 되어 있어도 좋다.
정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체가 첨가된 구성으로 하는 경우에 있어서, 정공 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 예를 들어, NPB이나 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. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이라면 상기 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수용체로서는 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오르퀴노디메탄(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 천이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한, 원소 주기율표의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 니오브, 산화 탄탈, 산화 크롬, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 산화 망간, 산화 레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그 중에서도, 특히 산화 몰리브덴은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
한편, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체가 첨가된 구성으로 하는 경우에 있어서, 전자 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 예를 들어, Alq, Almq3, BeBq2, BAlq 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조 퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 이 외에 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. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6㎠/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 정공보다 전자의 수송성이 높은 유기 화합물이라면 상기 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 공여체로서는, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 또는 희토류 금속 또는 원소 주기율표에 있어서의 13족에 속하는 금속 및 그 산화물, 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이테르븀(Yb), 인듐(In), 산화 리튬, 탄산 세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 테트라티아나프타센과 같은 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
또한, 상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(313)을 형성함으로써, 발광층이 적층된 경우에 있어서의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
도 3(A)에 있어서는 발광층을 2층 갖는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 도 3(B)에 도시된 바와 같이, n층(단, n은 3 이상)의 발광층을 적층한 발광 소자에 대해서도, 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극간에 복수의 발광층을 갖는 경우, 발광층과 발광층 사이에 전하 발생층(313)을 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 영역에서 발광할 수 있다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있으므로 장수명의 소자를 실현할 수 있다. 또한, 조명을 응용예로 한 경우는, 전극 재료의 저항에 의한 전압 강하를 작게 할 수 있으므로, 대면적에서의 균일 발광이 가능하게 된다. 또한, 저전압 구동이 가능하여 소비전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한, 각 발광층의 발광색을 서로 다른 것으로 함으로써, 발광 소자 전체로서 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어 2개의 발광층을 갖는 발광 소자에 있어서, 제 1 발광층의 발광색과 제 2 발광층의 발광색을 보색(補色) 관계가 되도록 함으로써, 발광 소자 전체로서 백색 발광하는 발광 소자를 얻을 수도 있다. "보색"이란 그들이 혼합되는 경우 무채색이 되는 색들 사이의 관계를 가리킨다. 즉, 보색의 관계에 있는 색을 발광하는 물질로부터 얻어진 광과 혼합하면, 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 3개의 발광층을 갖는 발광 소자의 경우도 마찬가지이며, 예를 들어, 제 1 발광층의 발광색이 적색이고, 제 2 발광층의 발광색이 녹색이며, 제 3 발광층의 발광색이 청색인 경우, 발광 소자 전체로서는 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은, 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 장치는, 한 쌍의 전극간에서의 광의 공진 효과를 이용한 미소 광 공진기(마이크로 캐비티) 구조를 갖고 있고, 도 4에 도시된 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, 복수로 갖고 있다. 또한, EL층(455)을 적어도 정공 수송층(도시되지 않음)과, 발광층(제 1 발광층(454B), 제 2 발광층(454G), 제 3 발광층(454R))을 갖고, 그 외에 정공 주입층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발광층 등이 포함되어도 좋다.
제 1 발광 소자(450R)는 반사 전극(451) 위에 제 1 투명 도전층(453a)과, 제 1 발광층(454B), 제 2 발광층(454G), 제 3 발광층(454R)을 일부에 포함하는 EL층(455)과, 반투과·반반사 전극(452)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 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 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 또한, 제 3 발광 소자(450B)는 반사 전극(451) 위에 EL층(455)과, 반투과·반반사 전극(452)이 순차 적층된 구조를 갖는다.
또한, 상기 발광 소자(제 1 발광 소자(450R), 제 2 발광 소자(450G) 및 제 3 발광 소자(450B))에서, 반사 전극(451), EL층(455), 반투과·반반사 전극(452)은 공통이다. 또한, 제 1 발광층(454B)에서는 420nm 이상 480nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 광(λB)을 발광시키고, 제 2 발광층(454G)에서는 500nm 이상 550nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 광(λG)을 발광시키고, 제 3 발광층(454R)은 600nm 이상 760nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 광(λR)을 발광시킨다. 따라서, 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, 상기에 있어서 파장 길이는 λB<λG<λR라는 관계에 있는 것으로 한다.
본 실시형태에서 나타내는 각 발광 소자는 각각 반사 전극(451)과 반투과·반반사 전극(452)의 사이에 EL층(455)을 끼워 이루어지는 구조를 갖고, EL층(455)에 포함되는 각 발광층으로부터 모든 방향으로 사출되는 발광은 미소 광공진기(마이크로 캐비티)로서의 기능을 갖는 반사 전극(451)과 반투과·반반사 전극(452)에 의하여 공진된다. 또한, 반사 전극(451)은, 반사성을 갖는 도전성 재료에 의하여 형성되고, 그 막에 대한 가시광의 반사율이 40% 내지 100%, 바람직하게는 70% 내지 100%이며, 또 그 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막인 것으로 한다. 또한, 반투과·반반사 전극(452)은, 반사성을 갖는 도전성 재료와 광 투과성을 갖는 도전성 재료에 의하여 형성되고, 그 막에 대한 가시광의 반사율이 20% 내지 80%, 바람직하게는 40% 내지 70%이며, 또 그 저항률이 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 제공된 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)과의 사이에서, 공진하는 파장의 광을 강화하고, 공진하지 않는 파장의 광을 감쇠시킬 수 있기 때문에, 소자마다 반사 전극(451)과 반투과·반반사 전극(452)의 사이의 광학적 거리를 바꿈으로써, 상이한 파장의 광을 추출할 수 있다.
또한, 광학 거리(광로 길이라고도 함)란, 실제의 거리에 굴절률을 곱한 것이며, 본 실시형태에 있어서는, 실제 막 두께에 n(굴절률)을 곱한 것을 나타내고 있다. 즉, "광학적 거리＝실제 막 두께× n"이다.
또한, 제 1 발광 소자(450R)에서는 반사 전극(451)으로부터 반투과·반반사 전극(452)까지의 광학적 거리를 ｌλR/2(다만, m은 1 이상의 자연수), 제 2 발광 소자(450G)에서는 반사 전극(451)으로부터 반투과·반반사 전극(452)까지의 광학적 거리를 nλG/2(다만, ｌ은 1 이상의 자연수), 제 3 발광 소자(450B)에서는 반사 전극(451)으로부터 반투과·반반사 전극(452)까지의 광학적 거리를 nλB/2(다만, n은 1 이상의 자연수)로 한다.
상술한 바와 같이, 제 1 발광 소자(450R)로부터는 주로 EL층(455)에 포함된 제 3 발광층(454R)에서 발광한 광(λR)이 추출되고, 제 2 발광 소자(450G)로부터는 주로 EL층(455)에 포함된 제 2 발광층(454G)에서 발광한 광(λG)이 추출되고, 제 3 발광 소자(450B)로부터는 주로 EL층(455)에 포함된 제 1 발광층(454B)에서 발광한 광(λB)이 추출된다. 또한, 각 발광 소자로부터 추출된 광은 반투과·반반사 전극(452)측으로부터 각각 사출된다.
또한, 상기 구성에서 반사 전극(451)으로부터 반투과·반반사 전극(452)까지의 광학적 거리는, 엄밀하게는 반사 전극(451)에서의 반사 영역으로부터 반투과·반반사 전극(452)에서의 반사 영역까지의 거리이다. 그러나, 반사 전극(451)이나 반투과·반반사 전극(452)에서의 반사 영역의 위치를 엄밀하게 결정하는 것이 어렵고, 반사 전극(451)과 반투과·반반사 전극(452)의 임의의 위치를 반사 영역으로 가정함으로써 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있다.
다음에, 제 1 발광 소자(450R)에서 제 3 발광층(454R)으로부터의 발광 중 반사 전극(451)에 의하여 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(다만, nR은 1 이상의 자연수)로 조절한다. 광학적 거리를 조절함으로써, 제 1 반사광과 제 1 입사광의 위상을 맞추어 제 3 발광층(454R)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 반사 전극(451)과 제 3 발광층(454R)과의 광학적 거리는, 엄밀하게는 반사 전극(451)에서의 반사 영역과 제 3 발광층(454R)에서의 발광 영역과의 광학적 거리라고 말할 수 있다. 그러나, 반사 전극(451)에서의 반사 영역이나 제 3 발광층(454R)에서의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하기 어렵고, 반사 전극(451)과 제 3 발광층(454R)의 임의의 위치를 각각 반사 영역, 발광 영역으로 가정함으로써 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있다.
다음에, 제 2 발광 소자(450G)에서 제 2 발광층(454G)으로부터의 발광 중 반사 전극(451)에 의하여 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(다만, nG은 1 이상의 자연수)로 조절한다. 광학적 거리를 조절함으로써, 제 2 반사광과 제 2 입사광의 위상을 맞추어 제 2 발광층(454G)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 반사 전극(451)과 제 2 발광층(454G)과의 광학적 거리는, 엄밀하게는 반사 전극(451)에서의 반사 영역과 제 2 발광층(454G)에서의 발광 영역과의 광학적 거리라고 말할 수 있다. 그러나, 반사 전극(451)에서의 반사 영역이나 제 2 발광층(454G)에서의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하기 어렵고, 반사 전극(451)과 제 2 발광층(454G)의 임의의 위치를 각각 반사 영역, 발광 영역으로 가정함으로써 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있다.
다음에, 제 3 발광 소자(450B)에서 제 1 발광층(454B)으로부터의 발광 중 반사 전극(451)에 의하여 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(다만, nB은 1 이상의 자연수)로 조절한다. 광학적 거리를 조절함으로써, 제 3 반사광과 제 3 입사광의 위상을 맞추어 제 1 발광층(454B)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 반사 전극(451)과 제 1 발광층(454B)과의 광학적 거리는, 엄밀하게는 반사 전극(451)에서의 반사 영역과 제 1 발광층(454B)에서의 발광 영역과의 광학적 거리라고 말할 수 있다. 그러나, 반사 전극(451)에서의 반사 영역이나 제 1 발광층(454B)에서의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하기 어렵기 때문에 반사 전극(451)과 제 1 발광층(454B)의 임의의 위치를 각각 반사 영역, 발광 영역으로 가정함으로써 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있는 것으로 한다.
또한, 상기 구성에 있어서, 어느 발광 소자도 하나의 EL층을 갖는 구조를 가지고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 실시형태 3에서 설명한 탠덤형(적층형) 발광 소자의 구성과 조합하여, 하나의 발광 소자에 전하 발생층을 끼우고 복수의 발광층을 형성하는 구성으로 하여도 좋다.
본 실시형태에 나타낸 발광 장치는 마이크로 캐비티 구조를 갖고, 같은 구성의 EL층을 갖고 있어도 발광 소자마다 다른 파장의 광을 추출할 수 있기 때문에 RGB로 나누어 도포할 필요가 없어진다. 따라서, 고정세화를 실현하는 것이 용이한 등의 이유로 풀 컬러화를 실현함에 있어서 유리하다. 또한, 특정 파장의 정면 방향의 발광 강도를 강하게 할 수 있으므로 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 이 구성은 3색 이상의 화소를 사용한 컬러 디스플레이(화상 표시 장치)에 적용하는 경우에 특히 유용하지만, 조명 등의 용도에 사용하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 구성은, 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 갖는 발광 장치에 대하여 설명한다.
또한, 상기 발광 장치는, 패시브 매트릭스형의 발광 장치라도 액티브 매트릭스형의 발광 장치라도 좋다. 또한, 본 실시형태에 나타낸 발광 장치에는 다른 실시형태에서 설명한 발광 소자를 적용할 수 있다.
본 실시형태에서는, 액티브 매트릭스형의 발광 장치에 대하여 도 5(A) 및 도 5(B)를 사용하여 설명한다.
또한, 도 5(A)는 발광 장치를 도시한 상면도이며, 도 5(B)는 도 5(A)를 쇄선 A-A´에서 절단한 단면도이다. 본 실시형태에 따른 액티브 매트릭스형의 발광 장치는 소자 기판(501) 위에 제공된 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 실재(505)에 의하여, 소자 기판(501)과 밀봉 기판(506) 사이에 밀봉되어 있다.
또한, 소자 기판(501) 위에는, 구동 회로부(503), 및 구동 회로부(504)로 외부로부터의 신호(예를 들어, 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호 등)나 전위를 전달하는 외부 입력 단자를 접속하기 위한 리드 배선(lead wire)(507)이 제공된다. 여기서는, 외부 입력 단자로서 FPC(플렉시블 프린트 서킷)(508)를 제공하는 예를 나타내고 있다. 또한, 여기서는 FPC만이 도시되었지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 부착되어도 좋다. 본 명세서에 따른 발광 장치에는 발광 장치 본체뿐만 아니라 FPC 또는 PWB가 이에 부착되는 상태를 포함한다.
다음, 단면 구조에 대하여 도 5(B)를 사용하여 설명한다. 소자 기판(501) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있는데 여기서는 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 나타내었다. 또한, 구동 회로부를 형성하는 회로는, 다양한 CMOS회로, PMOS회로 또는 NMOS회로로 형성하여도 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 의하여 형성된다. 또한, 제 1 전극(513)의 단부를 덮어 절연물(514)이 형성되어 있다. 여기서는, 포지티브형 감광성 아크릴수지를 사용함으로써 형성한다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 제 1 전극(513)을 양극으로서 사용한다.
또한, 상층에 적층 형성되는 막의 피복성을 양호하게 하기 위하여 절연물(514)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 절연물(514)의 재료로서 포지티브형의 감광성 아크릴 수지를 사용한 경우, 절연물(514)의 상단부에 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 갖는 곡면을 갖게 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(514)로서 네거티브형의 감광성 수지 및 포지티브형의 감광성 수지 모두를 사용할 수 있고, 유기 화합물에 한정되지 않고 무기 화합물, 예를 들어 산화실리콘, 산질화 실리콘 등, 양쪽 모두를 사용할 수 있다.
제 1 전극(513) 위에는, EL층(515) 및 제 2 전극(516)이 적층 형성되어 있다. EL층(515)은 적어도 정공 수송층, 및 발광층이 제공되어 있다. 정공 수송층 및 발광층은 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 나타낸 구성을 적용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 제 2 전극(516)으로서 사용한다.
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 2에 나타내는 재료를 사용할 수 있다. 또한, 여기서는 도시하지 않지만, 제 2 전극(516)은 외부 입력 단자인 FPC(508)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 5(B)에 도시된 단면도에서는 발광 소자(517)를 1개만 도시하였지만, 화소부(502)에서 복수의 발광 소자가 매트릭스형으로 배치되고 있는 것으로 한다. 화소부(502)에는 3종류(R, G, B)의 발광을 얻을 수 있는 발광 소자를 각각 선택적으로 형성하여 풀 컬러 표시 가능한 발광 장치를 형성할 수 있다. 또한, 컬러 필터와 조합함으로써 풀 컬러 표시 가능한 발광 장치로 하여도 좋다.
또한, 실재(505)로 밀봉 기판(506)을 소자 기판(501)과 접착시킴으로써 소자 기판(501), 밀봉 기판(506) 및 실재(505)로 둘러싸인 공간(518)에 발광 소자(517)를 구비한 구조가 되어 있다. 또한, 공간(518)에는 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우뿐만 아니라, 실재(505)로 충전되는 구성도 포함하는 것으로 한다.
또한, 실재(505)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 수분 또는 산소의 침투가 가능한 거의 없도록 하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(506)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 외에도, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(polyvinyl fluoride), 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 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 대하여 설명한다. 전자 기기로서는, 비디오 카메라, 디지털 카메라 등의 카메라, 고글형 디스플레이, 내비게이션 시스템, 음향 재생 장치(카오디오, 오디오 콤포넌트 등), 컴퓨터, 게임기기, 휴대 정보 단말(모바일 컴퓨터, 휴대 전화, 스마트폰, 휴대형 게임기, 전자 서적, 또는 태블릿형 단말 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 구체적인 예에 대하여, 도 6(A) 내지 도 7(D)를 사용하여 설명한다.
도 6(A)는, 본 발명의 일 형태에 따른 텔레비전 장치이며, 하우징(611), 지지대(612), 표시부(613), 스피커부(614), 비디오 입력 단자(615) 등을 포함한다. 이 텔레비전 장치에서, 표시부(613)에는 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 구동 전압이 낮고, 높은 전류 효율을 얻을 수 있기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써 소비 전력이 저감된 텔레비전 장치를 얻을 수 있다.
도 6(B)는, 본 발명의 일 형태에 따른 컴퓨터이며, 본체(621), 하우징(622), 표시부(623), 키 보드(624), 외부 접속 포트(625), 포인팅 디바이스(626) 등을 포함한다. 이 컴퓨터에서, 표시부(623)에는 본 발명의 발광 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 구동 전압이 낮고, 높은 전류 효율을 얻을 수 있기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써, 소비 전력이 저감된 컴퓨터를 얻을 수 있다.
도 6(C)는, 본 발명의 일 형태에 따른 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 전화에서, 표시부(633)에는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 구동 전압이 낮고, 높은 전류 효율을 얻을 수 있기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써, 소비 전력이 저감된 휴대 전화를 얻을 수 있다.
도 6(D)는 본 발명의 일 형태에 따른 카메라이며, 본체(641), 표시부(642), 하우징(643), 외부 접속 포트(644), 리모컨 수신부(645), 수상부(646), 배터리(647), 음성 입력부(648), 조작 키(649), 접안부(650) 등을 포함한다. 이 카메라에서, 표시부(642)에는 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 구동 전압이 낮고, 높은 전류 효율을 얻을 수 있기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써, 소비 전력이 저감된 카메라를 얻을 수 있다.
도 7(A) 내지 도 7(D)는 본 발명의 일 형태에 따른 휴대형 단말의 일례이며, 도 7(A), 도 7(B), 및 도 7(C)는 휴대형 단말(5000)을 도시한 것이고, 도 7(D)는 휴대형 단말(6000)을 도시한 것이다.
도 7(A), 도 7(B), 및 도 7(C)에 도시한 휴대형 단말(5000)에 있어서, 도 7(A)는 정면도, 도 7(B)는 측면도, 도 7(C)는 배면도를 각각 도시한 것이다. 또한, 도 7(D)에 도시한 휴대형 단말(6000)에 있어서는 정면도를 도시하였다.
휴대형 단말(5000)은, 하우징(5001), 표시부(5003), 전원 버튼(5005), 앞면 카메라(5007), 뒷면 카메라(5009), 제 1 외부 접속 단자(5011), 및 제 2 외부 접속 단자(5013) 등에 의하여 구성되어 있다.
또한, 표시부(5003)는, 하우징(5001)에 내장되어 있고, 터치 패널로서도 사용할 수 있다. 예를 들어, 표시부(5003) 위에 아이콘(5015) 등을 표시시키고, 메일이나, 스케줄 관리와 같은 작업을 행할 수 있다. 또한, 하우징(5001)에는, 정면 측에 앞면 카메라(5007)가 내장되어 있어, 사용자 측의 영상을 촬영할 수 있다. 또한, 하우징(5001)에는, 배면 측에 뒷면 카메라(5009)가 내장되어 있어, 사용자와 반대 측의 영상을 촬영할 수 있다. 또한, 하우징(5001)에는, 제 1 외부 접속 단자(5011), 및 제 2 외부 접속 단자(5013)를 구비하고, 예를 들어, 제 1 외부 접속 단자(5011)에 의하여, 이어폰 등에 음성을 출력하고, 제 2 외부 접속 단자(5013)에 의하여 데이터의 이동 등을 행할 수 있다.
다음에, 도 7(D)에 도시된 휴대형 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) 등으로 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 들어, 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 키 보드(6021)(제 2 표시부(6009)에 표시된 키보드 화상)를 사용하여, 화상의 선택, 또는 문자의 입력 등을 행할 수 있다. 물론, 제 1 표시부(6007)가 터치 패널이며, 제 2 표시부(6009)가 표시용 패널로 한 구성이나, 제 1 표시부(6007), 및 제 2 표시부(6009) 모두 터치 패널로 한 구성으로 하여도 좋다.
또한, 제 1 하우징(6001)과, 제 2 하우징(6003)은, 힌지부(6005)에 의하여 접속되어 있고, 제 1 하우징(6001)과, 제 2 하우징(6003)을 개폐할 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 휴대형 단말(6000)을 휴대할 때 제 1 하우징(6001)에 내장된 제 1 표시부(6007)와, 제 2 하우징(6003)에 내장된 제 2 표시부(6009)를 닫힘으로써 제 1 표시부(6007) 및 제 2 표시부(6009)의 표면(예를 들어, 플라스틱 기판 등)을 보호할 수 있어 적합하다.
또한, 제 1 하우징(6001)과 제 2 하우징(6003)은, 힌지부(6005)에 의하여, 분리할 수 있는 구성으로 하여도 좋다(소위 컨버터블형). 이와 같은 구성으로 함으로써, 예를 들어, 제 1 하우징(6001)을 세로 방향으로 하고, 제 2 하우징(6003)을 가로 방향으로 하여 사용하는 것과 같이, 사용 범위가 넓어지기 때문에 적합하다.
또한, 제 1 카메라(6013), 및 제 2 카메라(6015)에 의하여, 3D 화상의 촬영을 행할 수도 있다.
또한, 휴대형 단말(5000), 및 휴대형 단말(6000)은, 무선으로 정보를 송수신할 수 있는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어, 무선으로 인터넷 등에 접속하여, 원하는 정보를 구입하고, 다운로드하는 구성으로 할 수도 있다.
또한, 휴대형 단말(5000) 및 휴대형 단말(6000)은 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시하는 기능, 달력, 날짜 또는 시각 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시된 정보를 터치 입력에 의하여 조작하거나 또는 편집하는 터치 입력 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한, 외광의 광량에 따라 표시의 휘도를 최적으로 할 수 있는 광 센서나, 자이로스코프, 가속도 센서의 기울기를 검출하는 센서 등과 같은 검출 장치를 내장시켜도 좋다.
상기 휴대형 단말(5000)의 표시부(5003), 휴대형 단말(6000)의 제 1 표시부(6007), 또는/및 제 2 표시부(6009)에 있어서, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 구동 전압이 낮고, 높은 전류 효율이 얻어지기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써, 소비 전력이 저감된 태블릿형 단말을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓고, 이 발광 장치를 다양한 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 사용함으로써 소비 전력이 저감된 전자 기기를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태의 발광 장치는, 조명 장치로서 사용할 수도 있다. 조명 장치의 구체적인 예에 대하여, 도 8(A) 내지 도 8(C)을 사용하여 설명한다.
도 8(A)는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 백 라이트로서 사용한 액정 표시 장치의 일례이다. 도 8(A)에 도시한 액정 표시 장치는 하우징(701), 액정 패널(702), 백 라이트(703), 하우징(704)을 갖고, 액정 패널(702)에는 드러이버 IC(705)에 접속되어 있다. 또한, 백 라이트(703)에는 본 발명의 일 형태인 발광 장치가 사용되고 단자(706)에 의하여 전류가 공급된다. 이와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 액정 표시 장치의 백 라이트로서 사용함으로써, 저소비 전력의 백 라이트가 얻어진다. 또한, 본 발명의 일 형태의 발광 장치는, 면 발광의 조명 장치이며 대면적화할 수도 있기 때문에, 백 라이트의 대면적화도 할 수 있다. 따라서, 저소비 전력이며, 대면적화된 액정표시장치를 얻을 수 있다.
도 8(B)는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 조명 장치인 전기 스탠드로서 사용한 예이다. 도 8(B)에 도시된 전기 스탠드는 하우징(801) 및 광원(802)을 가지며, 광원(802)으로서 본 발명의 일 형태의 발광 장치가 사용된다. 구동 전압이 낮고, 높은 전류 효율을 얻을 수 있기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써 저소비 전력인 전기 스탠드를 얻을 수 있다.
도 8(C)는, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를, 실내의 조명 장치(901)로서 사용한 예이다. 본 발명의 일 형태인 발광 장치는 대면적화할 수도 있기 때문에, 대면적인 조명 장치로서 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 구동 전압이 낮고, 높은 전류 효율을 얻을 수 있기 때문에, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써 저소비 전력인 조명 장치를 얻을 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를, 실내의 조명 장치(901)로서 사용한 방에, 도 6(A)에서 설명한 바와 같은, 본 발명의 일 형태의 텔레비전 장치(902)를 설치하여 공공 방송이나 영화를 감상할 수 있다.
또한, 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 실시형태 1에서 구조식(100), 구조식(101), 및 구조식(110)으로 나타내어지는 유기 화합물을 제작하는 합성법의 일례에 대하여, 이하에서 설명하기로 한다.
<구조식(100)으로 나타내어지는 9-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]9H-카바졸(약칭: CzFLP)의 합성법>
우선, 하기 구조식(100)으로 나타내어지는 CzFLP(약칭)의 합성법의 일례에 대하여 설명한다.
[구조식(100)]
Figure 112013028768593-pat00018
50mL 3구 플라스크에, 9-(4-브로모페닐)-9-페닐-9H-플루오렌을 2.0g(5.0mmol), 카바졸을 0.8g(5.0mmol), 나트륨 tert-부톡시드(tBuONa)를 0.7g(7.0mmol), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0)(Pd(dba)2)을 28mg(50μmol) 첨가하고, 플라스크 내의 분위기를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 탈수 크실렌 20mL를 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하에서 교반하면서 탈기한 후, 트리(tert-부틸)포스파인(10wt% 헥산 용액) 0.2mL(0.1mmol)를 첨가하였다. 이 혼합물을, 질소 분위기하, 110℃에서 5.5시간 가열 교반하여 반응시켰다.
반응 후, 이 반응 혼합액에 톨루엔 400mL를 첨가하고, 이 현탁액을 플로리실, 알루미나, 셀라이트를 통과시켜 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매는 톨루엔과 헥산의 혼합물)로 정제한 후에 재결정한 결과, 목적물인 백색 분말을 수량 4.4g, 수율 91%로 얻었다. 상기 합성법의 반응식을 하기 합성 스킴(B-1)에 나타낸다.
[합성 스킴 (B-1)]
Figure 112013028768593-pat00019
실리카겔 박층 크로마토그래피(TLC)에서의 Rf값(전개 용매 초산 에틸:헥산=1:10)은, 목적물은 0.28, 9-(4-브로모페닐)-9-페닐-9H-플루오렌은 0.38, 카바졸은 0.10이었다.
상기 합성 스킴(B-1)으로 얻어진 화합물을 핵자기 공명법(1H NMR)에 의하여 측정하였다. 이하에 측정 데이터를 나타낸다.
1H NMR(CDCl3, 300MHz)：δ(ppm)= 7.23-7.44(m, 19H), 7.51(d, J=6.9Hz, 2H), 7.81(d, J=7.8Hz, 2H), 8.13(d, J=7.8Hz, 2H).
또한, 1H NMR 차트를 도 9(A) 및 도 9(B)에 도시하였다. 또한, 도 9(B)는 도 9(A)를 확대한 차트이다. 측정 결과로부터, 목적물인 CzFLP(약칭)이 얻어진 것을 확인하였다.
<구조식(101)으로 나타내어지는 9-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]9H-카바졸(약칭: mCzFLP)의 합성법>
다음에, 하기 구조식(101)으로 나타내어지는 mCzFLP(약칭)의 합성법의 일례에 대하여 설명한다.
[구조식(101)]
Figure 112013028768593-pat00020
9-(3-브로모페닐)-9-페닐플루오렌 4.9g(12.4mmol), 카바졸 2.1g(12.4mmol)과 나트륨-tert-부톡사이드(tBuONa) 3.6g(37.2mmol)을 100mL 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 크실렌 31.0mL, 트리(tert-부틸)포스파인((tBu)3P)의 10% 헥산 용액 0.2mL, 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 48.1mg(0.1mmol)을 첨가하고, 140℃로 하여 3.5시간 교반하였다. 교반한 후, 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0))(Pd(dba)2) 47.7mg(0.1mmol)과 트리(tert-부틸)포스파인의 10% 헥산 용액 0.6mL를 첨가하여 1.5시간 교반하였다.
교반한 후, 초산 에틸을 70mL, 톨루엔을 150mL 첨가한 후에 가열하고, 플로리실, 셀라이트, 알루미나를 통하여 흡인 여과하여, 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 얻은 고체를, 실리카겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매는 헥산:톨루엔=7:3)에 의하여 정제하여, 목적의 백색 고체를 얻었다. 얻어진 백색 고체를 톨루엔과 헥산의 혼합 용매에 의하여 재결정하여 목적의 백색 고체 2.7g을 수율 46%로 얻었다.
얻어진 백색 고체 1.5g을 트레인 서블리메이션법으로 승화 정제하였다. 승화 정제 조건은, 압력 2.7Pa, 아르곤 가스를 유량 5.0mL/min로 흘리면서, 186℃로 고체를 가열하였다. 승화 정제 후, 목적물인 백색 고체를 1.4g, 수율 93%로 얻었다. 또한, 상기 합성법의 반응식을 합성 스킴 (C-1)에 나타낸다.
[합성 스킴 (C-1)]
Figure 112013028768593-pat00021
상기 합성 스킴 (C-1)으로 얻어진 화합물을 핵자기 공명법(1H NMR)에 의하여 측정하였다. 이하에 측정 데이터를 나타낸다.
1H NMR(CDCl3, 500MHz)：δ= 7.19-7.49(m, 21H), 7.77(d, J=7.5Hz, 2H), 8.10(d, J=7.0Hz, 2H).
또한, 1H NMR 차트를 도 10(A) 및 도 10(B)에 도시하였다. 또한, 도 10(B)는, 도 10(A)를 확대하여 도시한 차트이다. 측정 결과로부터, 목적물인 mCzFLP(약칭)이 얻어진 것을 확인하였다.
<구조식(110)으로 나타내어지는 3-페닐-9-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]9H-카바졸(약칭: CzFLP-II)의 합성법>
다음에, 하기 구조식(110)으로 나타내어지는 CzFLP-II(약칭)의 합성법의 일례에 대하여 설명한다.
[구조식(110)]
Figure 112013028768593-pat00022
50mL 3구 플라스크에, 9-(4-브로모페닐)-9-페닐-9H-플루오렌을 2.0g(5.0mmol), 3-페닐-9H-카바졸을 1.2g(5.0mmol), 나트륨 tert-부톡시드(tBuONa) 0.7g(7.0mmol), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0)(Pd(dba)2)을 28mg(50μmol) 첨가하고 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 탈수 크실렌 20mL를 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하에서 교반하면서 탈기한 후, 트리(tert-부틸)포스파인((tBu)3P)(10wt% 헥산 용액) 0.2mL(0.1mmol)를 첨가하였다. 이 혼합물을, 질소 분위기하, 110℃에서 5.5시간 가열 교반하여 반응시켰다.
반응 후, 이 반응 혼합액에 톨루엔 200mL를 첨가하고, 이 현탁액을 플로리실, 알루미나, 셀라이트를 통과시켜 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매는 톨루엔과 헥산의 혼합물)로 정제한 후에 재결정한 결과, 목적물인 백색 분말을 수량 4.4g, 수율 91%로 얻었다. 상기 합성법의 반응식을 하기 합성 스킴(D-1)에 나타낸다.
[합성 스킴 (D-1)]
Figure 112013028768593-pat00023
실리카겔 박층 크로마토그래피(TLC)에서의 Rf값(전개 용매 초산 에틸:헥산=1:10)은, 목적물은 0.33, 9-(4-브로모페닐)-9-페닐-9H-플루오렌은 0.58, 3-페닐-9H-카바졸은 0.11이었다.
상기 합성 스킴(D-1)으로 얻어진 화합물을 핵자기 공명법(1H NMR)에 의하여 측정하였다. 이하에 측정 데이터를 나타낸다.
1H NMR(CDCl3, 300MHz)：δ(ppm)= 7.22-7.52(m, 22H), 7.61(dd, J=9.0Hz, 2.1Hz, 1H), 7.69(d, J=8.4Hz, 2H), 7.81(d, J=7.2Hz, 2H), 8.15(d, J=7.8Hz, 1H), 8.32(d, J=2.1Hz, 1H).
또한, 1H NMR 차트를 도 11(A) 및 도 11(B)에 도시하였다. 또한, 도 11(B)는 도 11(A)를 확대하여 나타낸 차트이다. 측정 결과로부터, 목적물인 CzFLP-II(약칭)가 얻어진 것을 확인하였다.
또한, CzFLP-II(약칭)의 유리 전이 온도에 대하여, 시차 주사 열량 분석 장치(DSC, Perkin Elmer Co., Ltd.제작, (Pyris 1 DSC))를 사용하여 측정하였다. 측정 결과에 따르면, CzFLP-II(약칭)의 유리 전이 온도는 131℃이었다. 이와 같이, CzFLP-II(약칭)는, 높은 유리 전이 온도를 나타내어, 양호한 내열성을 갖는 것으로 나타났다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자(발광 소자 1 및 발광 소자 2), 및 비교용 발광 소자(비교 발광 소자 3))에 대하여 도 12를 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[화학식]
Figure 112013028768593-pat00024
[화학식]
Figure 112013028768593-pat00025
이하에, 본 실시예의 발광 소자 1, 발광 소자 2, 및 비교 발광 소자 3의 제작 방법을 나타낸다.
(발광 소자 1)
우선, 기판(1100) 위에 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석 화합물(ITO-SiO2, 이하 ITSO라고 약기함)을 스퍼터링법으로 성막하여 제 1 전극(1101)을 형성하였다. 또한, 사용한 타깃의 조성은 In2O3：SnO2：SiO2 ＝ 85：10：5[wt％]로 하였다. 또한, 제 1 전극(1101)의 막 두께를 110nm로 하고, 전극 면적을 2mm×2mm로 하였다. 여기서, 제 1 전극(1101)은 발광 소자의 양극으로서 기능하는 전극이다.
다음에, 기판(1100) 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전(前) 처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 소성(燒成)을 행한 후, UV 오존 처리를 370초 행하였다.
그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분간 진공 소성을 행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방랭(放冷)시켰다.
다음에, 제 1 전극(1101)이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록 제 1 전극(1101)이 형성된 유리 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 10-4Pa 정도까지 감압한 후, 제 1 전극(1101) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트리일)트리(디벤조티오펜)(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브덴을 공증착함으로써 정공 주입층(1111)을 형성하였다. 그 막 두께를 40nm로 하고, DBT3P-II(약칭)와 산화 몰리브덴의 비율은 중량 비율로 2:1(=DBT3P-II: 산화 몰리브덴)가 되도록 조절하였다. 또한, 공증착법이란 하나의 처리실 내에서 복수의 증발원으로부터 동시에 증착하는 증착법이다.
다음에, 정공 주입층(1111) 위에 실시예 1에서 합성된 9-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]9H-카바졸(약칭: mCzFLP)을 증착함으로써 정공 수송층(1112)을 형성하였다. 그 막 두께는 20nm로 하였다.
다음에, 정공 수송층(1112) 위에 4,6-비스[3-(4-디벤조티에닐)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II)과 9-페닐-9H-3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)카바졸(약칭: PCCP)과 (아세틸아세토나토)비스(6-tert-부틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac))을 공증착하고, 발광층(1113)을 형성하였다. 여기서, 4,6mDBTP2Pm-II(약칭), PCCP(약칭) 및 Ir(tBuppm)2(acac)(약칭)의 중량 비율은 0.8: 0.2: 0.05(=4,6mDBTP2Pm-II:PCCP:Ir(tBuppm)2(acac))가 되도록 조절하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 40nm로 하였다.
다음에, 발광층(1113) 위에 4,6mDBTP2Pm-II(약칭)를 막 두께 10 nm가 되도록 성막하여, 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.
다음에, 제 2 전자 수송층(1114b) 위에, 불화 리튬(LiF)을 1 nm의 막 두께로 증착하여, 전자 주입층(1115)을 형성하였다.
마지막에, 음극으로서 기능하는 제 2 전극(1103)으로서 알루미늄(Al)을 200nm의 막 두께가 되도록 증착함으로써 본 실시예의 발광 소자 1을 제작하였다.
이 때, 상술한 증착 과정에 있어서, 증착은 모두 저항 가열법으로 행하였다.
(발광 소자 2)
발광 소자 2는 발광 소자 1과 비교하면 정공 수송층(1112)의 구성이 상이하고, 그 이외의 구성은 같다. 상이한 구성만 이하에 기재한다.
정공 주입층(1111) 위에 실시예 1에서 합성된 9-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]9H-카바졸(약칭: CzFLP)을 증착함으로써 정공 수송층(1112)을 형성하였다. 그 막 두께는 20nm로 하였다.
(비교 발광 소자 3)
비교 발광 소자 3은 발광 소자 1과 비교하면 정공 수송층(1112)의 구성이 상이하고, 그 이외의 구성은 같다. 상이한 구성만 이하에 기재한다.
정공 주입층(1111) 위에 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭: BPAFLP)을 증착함으로써 정공 수송층(1112)을 형성하였다. 그 막 두께는 20nm로 하였다.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 발광 소자 1, 발광 소자 2, 및 비교 발광 소자 3의 소자 구조를 표 1에 나타낸다.
Figure 112013028768593-pat00026
발광 소자 1, 발광 소자 2, 및 비교 발광 소자 3을 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 각 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판에 의하여 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉시에 80℃로 1시간의 가열 처리)을 행하였다. 그 후, 이들의 발광 소자의 동작 특성에 대하여 측정을 행하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 1, 발광 소자 2, 및 비교 발광 소자 3의 휘도-전류 효율 특성을 도 13에 도시하였다. 도 13에서 가로 축은 휘도(cd/m2)를 나타내고, 세로 축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다. 또한, 발광 소자 1, 발광 소자 2, 및 비교 발광 소자 3의 전압-휘도 특성을 도 14에 도시하였다. 도 14에서, 가로 축은 전압(V)을, 세로 축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광 소자 1, 발광 소자 2, 및 비교 발광 소자 3의 휘도-외부 양자 효율을 도 15에 도시하였다. 도 15에 있어서, 가로 축은 휘도(cd/m2)을, 세로 축은 외부 양자 효율(%)을 나타낸다.
또한, 각 발광 소자에서의 휘도 1000cd/m2 부근일 때의 전압(V), 전류 밀도(mA/cm2), CIE색도 좌표(x, y), 전류 효율(cd/A), 외부 양자 효율(%)을 표 2에 나타낸다.
Figure 112013028768593-pat00027
표 2에 나타낸 바와 같이, 휘도 859cd/m2의 발광 소자 1의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.43, 0.56)이었다. 또한, 휘도 831cd/m2의 발광 소자 2의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.44, 0.55)이었다. 또한, 휘도 1277cd/m2의 비교 발광 소자 3의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.43, 0.56)이었다.
또한, 휘도 859cd/m2의 발광 소자 1의 전류 효율은 89cd/A이고, 외부 양자 효율은 24%이었다. 또한, 휘도 831cd/m2의 발광 소자 2의 전류 효율은 90cd/A이고, 외부 양자 효율은 25%이었다. 또한, 휘도 1277cd/m2의 비교 발광 소자 3의 전류 효율은 79cd/A이고, 외부 양자 효율은 22%이었다.
따라서, 본 발명의 일 형태인 발광 소자 1 및 발광 소자 2는, 비교 발광 소자 3과 비교하면, 전류 효율을 10cd/A 내지 11cd/A 높게 할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자 1 및 발광 소자 2는, 비교 발광 소자 3과 비교하면, 외부 양자 효율을 2% 내지 3% 높게 할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 도 13 및 도 15에 도시된 바와 같이, 고휘도 영역에 있어서 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 비교 발광 소자 3과 비교하면 발광 효율, 및 외부 양자 효율이 높아지는 것이 확인되었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는, 정공 수송층에 본 발명의 일 형태인 유기 화합물을 사용함으로써 발광 효율 및 외부 양자 효율을 높일 수 있었다. 따라서, 본 발명의 일 형태인 유기 화합물은 발광 소자의 정공 수송층에 사용하는 재료로서 유효한 재료이다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자(발광 소자 4, 발광 소자 5)에 대하여 도 12를 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[화학식]
Figure 112013028768593-pat00028
[화학식]
Figure 112013028768593-pat00029
이하에, 본 실시예의 발광 소자 4 및 발광 소자 5의 제조 방법을 나타낸다.
(발광 소자 4)
우선, 기판(1100) 위에 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석 화합물(ITO-SiO2, 이하 ITSO라고 약기함)을 스퍼터링법으로 성막하여 제 1 전극(1101)을 형성하였다. 또한, 사용한 타깃의 조성은 In2O3:SnO2:SiO2＝ 85:10:5[wt％]로 하였다. 또한, 제 1 전극(1101)의 막 두께를 110nm로 하고, 전극 면적을 2mm×2mm로 하였다. 여기서, 제 1 전극(1101)은 발광 소자의 양극으로서 기능하는 전극이다.
다음에, 기판(1100) 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전 처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 소성을 행한 후, UV 오존 처리를 370초 행하였다.
그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분간 진공 소성을 행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방랭시켰다.
다음에, 제 1 전극(1101)이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록, 제 1 전극(1101)이 형성된 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 10-4Pa 정도까지 감압한 후, 제 1 전극(1101) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 4,4'-디(N-카바졸릴)비페닐(약칭: CBP)과 산화 몰리브덴을 공증착함으로써 정공 주입층(1111)을 형성하였다. 그 막 두께는 50nm로 하고, CBP(약칭)와 산화 몰리브덴의 비율은 중량 비율로 2:1(=CBP: 산화 몰리브덴)가 되도록 조절하였다.
다음에, 정공 주입층(1111) 위에, 실시예 1에서 합성한 CzFLP(약칭)를 증착함으로써 정공 수송층(1112)을 형성하였다. 그 막 두께는 10nm로 하였다.
다음에, 정공 수송층(1112) 위에 9-[4-(10-페닐-9-안트라세닐)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 및 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 공증착하여, 발광층(1113)을 형성하였다. 여기서, CzPA(약칭) 및 1,6mMemFLPAPrn(약칭)의 중량 비율은 1:0.04(=CzPA: 1,6mMemFLPAPrn)가 되도록 조절하였다. 또한, 발광층(1113)의 막 두께는 30nm로 하였다.
또한, 1,6mMemFLPAPrn(약칭)은 형광성 화합물이고, 발광층(1113)에 있어서 게스트 재료로서 사용한다.
다음에, 발광층(1113) 위에, CzPA(약칭)를 막 두께 10nm가 되도록 성막하여, 제 1 전자 수송층(1114a)을 형성하였다.
다음에, 제 1 전자 수송층(1114a) 위에 BPhen(약칭)을 막 두께 15 nm가 되도록 성막하여, 제 2 전자 수송층(1114b)을 형성하였다.
다음에, 제 2 전자 수송층(1114b) 위에, 불화 리튬(LiF)을 1 nm의 막 두께로 증착하여, 전자 주입층(1115)을 형성하였다.
마지막에, 음극으로서 기능하는 제 2 전극(1103)으로서, 알루미늄(Al)을 200nm의 막 두께가 되도록 증착함으로써, 본 실시예의 발광 소자 4를 제작하였다.
이 때, 상술한 증착 과정에 있어서, 증착은 모두 저항 가열법으로 행하였다.
(발광 소자 5)
발광 소자 5는 발광 소자 4와 비교하면 정공 수송층(1112)의 구성이 상이하고, 그 이외의 구성은 같다. 상이한 구성만 이하에 기재한다.
다음에, 정공 주입층(1111) 위에, 실시예 1에서 mCzFLP(약칭)를 증착함으로써 정공 수송층(1112)을 형성하였다. 그 막 두께는 10nm로 하였다.
상술한 바와 같이 얻어진 발광 소자 4 및 발광 소자 5의 소자 구조를 표 3에 나타낸다.
Figure 112013028768593-pat00030
발광 소자 4 및 발광 소자 5를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 각 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판에 의하여 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉시에 80℃로 1시간의 가열 처리)을 행하였다. 그 후, 이들의 발광 소자의 동작 특성에 대하여 측정을 행하였다. 이 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 4 및 발광 소자 5의 휘도-전류 효율 특성을 도 16에 도시하였다. 도 16에 있어서, 가로 축은 휘도(cd/m2)를 나타내고, 세로 축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다. 또한, 발광 소자 4 및 발광 소자 5의 전압-휘도 특성을 도 17에 도시하였다. 도 17에서 가로 축은 전압(V)을 나타내고, 세로 축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광 소자 4 및 발광 소자 5의 휘도-외부 양자 효율을 도 18에 도시하였다. 도 18에 있어서, 가로 축은 휘도(cd/m2)을 나타내고, 세로 축은 외부 양자 효율(%)을 나타낸다.
또한, 각 발광 소자에서 휘도가 1000cd/m2 부근일 때의 전압(V), 전류 밀도(mA/cm2), CIE 색도 좌표(x, y), 전류 효율(cd/A), 외부 양자 효율(%)을 표 4에 나타낸다.
Figure 112013028768593-pat00031
표 4에 나타낸 바와 같이, 휘도 1087cd/m2의 발광 소자 4의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.14, 0.17)이었다. 또한, 휘도 1064cd/m2의 발광 소자 5의 CIE 색도 좌표는 (x,y)=(0.14,0.17)이었다.
또한, 휘도 1087cd/m2의 발광 소자 4의 전류 효율은 10cd/A이고, 외부 양자 효율은 8%이었다. 또한, 휘도 1064cd/m2의 발광 소자 5의 전류 효율은 11cd/A이고, 외부 양자 효율은 9%이었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자 4 및 발광 소자 5는 전류 효율, 및 외부 양자 효율이 높은 소자 구성인 것이 확인되었다.
다음에, 발광 소자 5에 대하여, 신뢰성 시험의 평가를 행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 19에 도시하였다.
도 19에 있어서, 신뢰성 시험의 측정 방법은, 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고, 전류 밀도를 일정 조건으로 발광 소자 5를 구동하였다. 가로 축은 소자의 구동 시간(h)을 나타내고, 세로 축은 초기 휘도를 100%로 한 경우의 정규화 휘도(%)를 나타낸다. 도 19에서 발광 소자 5의 정규화 휘도가 50%를 밑도는 구동 시간은 54시간이었다.
이와 같이 도 19로부터, 본 발명의 일 형태인 발광 소자 5는 수명이 긴 발광 소자인 것을 알 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는, 정공 수송층에 본 발명의 일 형태인 유기 화합물을 사용함으로써 발광 효율 및 외부 양자 효율을 높일 수 있었다. 따라서, 본 발명의 일 형태인 유기 화합물은 발광 소자의 정공 수송층에 사용하는 재료로서 유효한 재료이다. 또한, 게스트 재료로서 형광성 화합물을 사용한 발광층의 정공 수송층에 있어서도 본 발명의 일 형태인 유기 화합물은 유효한 재료인 것으로 나타났다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자(발광 소자 6), 및 비교용 발광 소자(비교 발광 소자 7)에 대하여 도 20을 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[화학식]
Figure 112013028768593-pat00032
[화학식]
Figure 112013028768593-pat00033
이하에 본 실시예의 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 7의 제작 방법을 나타낸다.
(발광 소자 6)
우선, 기판(1100) 위에 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석 화합물(ITO-SiO2, 이하 ITSO라고 약기함)을 스퍼터링법으로 성막하여 제 1 전극(1101)을 형성하였다. 또한, 사용한 타깃의 조성은 In2O3:SnO2:SiO2＝ 85:10:5[wt％]로 하였다. 또한, 제 1 전극(1101)의 막 두께를 110nm로 하고, 전극 면적을 2mm×2mm로 하였다. 여기서, 제 1 전극(1101)은 발광 소자의 양극으로서 기능하는 전극이다.
다음에, 기판(1100) 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전 처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 소성을 행한 후, UV 오존 처리를 370초 행하였다.
그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분간 진공 소성을 행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방랭시켰다.
다음에, 제 1 전극(1101)이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록 제 1 전극(1101)이 형성된 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고 10-4Pa 정도까지 감압한 후, 제 1 전극(1101) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 CBP(약칭)와 산화 몰리브덴을 공증착함으로써, 정공 주입층(1111)을 형성하였다. 그 막 두께는 60nm로 하고, CBP(약칭)와 산화 몰리브덴의 비율은 중량 비율로 2:1(=CBP:산화 몰리브덴)가 되도록 조절하였다.
다음에, 정공 주입층(1111) 위에, 실시예 1에서 합성한 mCzFLP(약칭)를 증착함으로써 정공 수송층(1112)을 형성하였다. 그 막 두께는 10nm로 하였다.
다음에, 정공 수송층(1112) 위에 mCzFLP(약칭)와 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트리아졸라토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3)을 공증착하여, 제 1 발광층(1113a)을 형성하였다. 여기서, mCzFLP(약칭) 및 Ir(Mptz1-mp)3(약칭)의 중량 비율은 1:0.08(=mCzFLP: Ir(Mptz1-mp)3)가 되도록 조절하였다. 또한, 제 1 발광층(1113a)의 막 두께는 30nm로 하였다.
다음에, 제 1 발광층(1113a) 위에 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II)과 Ir(Mptz1-mp)3(약칭)을 공증착하여, 제 2 발광층(1113b)을 형성하였다. 여기서, mDBTBIm-II(약칭) 및 Ir(Mptz1-mp)3(약칭)의 중량 비율은 1:0.08(=mDBTBIm-II: Ir(Mptz1-mp)3)가 되도록 조절하였다. 또한, 제 2 발광층(1113b)의 막 두께는 10nm로 하였다.
다음에, 제 2 발광층(1113b) 위에 BPhen(약칭)을 막 두께 15 nm가 되도록 성막하여, 전자 수송층(1114)을 형성하였다.
다음에, 전자 수송층(1114) 위에 불화 리튬(LiF)을 1nm의 막 두께로 증착하여 전자 주입층(1115)을 형성하였다.
마지막에, 음극으로서 기능하는 제 2 전극(1103)으로서, 알루미늄(Al)을 200nm의 막 두께가 되도록 증착함으로써, 본 실시예의 발광 소자 6을 제작하였다.
이 때, 상술한 증착 과정에 있어서, 증착은 모두 저항 가열법으로 행하였다.
(비교 발광 소자 7)
비교 발광 소자 7은 발광 소자 6과 비교하면 정공 수송층(1112), 및 제 1 발광층(1113a)의 구성이 상이하고, 그 이외의 구성은 같다. 상이한 구성만 이하에 기재한다.
정공 주입층(1111) 위에, 9,9'-(9H-플루오렌-9,9-디일디-4,1-페닐렌)비스(9H-카바졸)(약칭: Cz2FLP)을 증착함으로써, 정공 수송층(1112)을 형성하였다. 그 막 두께는 10nm로 하였다.
정공 수송층(1112) 위에, Cz2FLP(약칭)와 Ir(Mptz1-mp)3(약칭)을 공증착하고, 제 1 발광층(1113a)을 형성하였다. 여기서, Cz2FLP(약칭) 및 Ir(Mptz1-mp)3(약칭)의 중량 비율은 1:0.15(=Cz2FLP: Ir(Mptz1-mp)3)가 되도록 조절하였다. 또한, 제 1 발광층(1113a)의 막 두께는 30nm로 하였다.
이상으로 얻어진 발광 소자 6, 및 비교 발광 소자 7의 소자 구조를 표 5에 나타낸다.
Figure 112013028768593-pat00034
발광 소자 6, 및 비교 발광 소자 7을 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 각 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판에 의하여 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉시에 80℃로 1시간의 가열 처리)을 행하였다. 그 후, 이들의 발광 소자의 동작 특성에 대하여 측정을 행하였다. 이 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
발광 소자 6 및 비교 발광 소자 7의 휘도-전류 효율 특성을 도 21에 도시하였다. 도 21에 있어서, 가로 축은 휘도(cd/m2)를 나타내고, 세로 축은 전류 효율(cd/A)을 나타낸다. 또한, 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 7의 전압-휘도 특성을 도 22에 도시하였다. 도 22에서 가로 축은 전압(V)을 나타내고, 세로 축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 7의 휘도-외부 양자 효율을 도 23에 도시하였다. 도 23에 있어서, 가로 축은 휘도(cd/m2)을 나타내고, 세로 축은 외부 양자 효율(%)을 나타낸다.
또한, 각 발광 소자에 있어서의 휘도 500cd/m2 부근일 때의 전압(V), 전류 밀도(mA/cm2), CIE 색도 좌표(x, y), 전류 효율(cd/A), 외부 양자 효율(%)을 표 6에 나타낸다.
Figure 112013028768593-pat00035
표 6에 나타낸 바와 같이, 휘도 463cd/m2의 발광 소자 6의 CIE 색도 좌표는 (x, y)=(0.17, 0.27)이었다. 또한, 휘도 681cd/m2의 비교 발광 소자 7의 CIE 색도 좌표는 (x,y)=(0.18,0.32)이었다.
또한, 휘도 463cd/m2의 발광 소자 6의 전류 효율은 30cd/A이고, 외부 양자 효율은 17%이었다. 또한, 휘도 681cd/m2의 비교 발광 소자 7의 전류 효율은 29cd/A이고, 외부 양자 효율은 15%이었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 7은 전류 효율, 및 외부 양자 효율이 동등한 소자인 것이 확인되었다. 또한, 발광 소자 6은 비교 발광 소자 7과 비교하여 도펀트에서 유래한 발광이 확인되어, 색 순도가 높은 발광 소자인 것이 확인되었다.
다음에, 상기 발광 소자 6, 및 비교 발광 소자 7에 대하여, 신뢰성 시험의 평가를 행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 24에 도시하였다.
도 24에 있어서, 신뢰성 시험의 측정 방법은 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하여, 전류 밀도를 일정 조건으로 각 발광 소자를 구동하였다. 가로 축은 소자의 구동 시간(h)을 나타내고, 세로 축은 초기 휘도를 100%로 한 경우의 정규화 휘도(%)를 나타낸다. 도 24에서 발광 소자 6의 정규화 휘도가 50%를 밑도는 구동 시간은 178시간이고, 비교 발광 소자 7의 정규화 휘도가 50%를 밑도는 구동 시간은 56시간이었다.
이와 같이 도 24에 의하여, 본 발명의 일 형태인 발광 소자 6은 비교 발광 소자 7과 비교하여 수명이 긴 발광 소자인 것이 확인되었다. 이것은, 본 발명의 일 형태인 발광 소자 6은 비교 발광 소자 7과 비교하여 비교적 높은 T1 준위를 갖는 것에 기인한다고 볼 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는, 정공 수송층 및 발광층에 본 발명의 일 형태인 유기 화합물을 사용함으로써 높은 신뢰성을 갖는 발광 소자로 할 수 있었다. 따라서, 본 발명의 일 형태인 유기 화합물은 발광 소자의 정공 수송층 및 발광층에 사용하는 재료로서 유효한 재료이다.
100: 기판
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: 제 1 전극
203: 제 3 전극
210: EL층
211: 정공 수송층
212: 발광층
213: 제 1 유기 화합물
214: 제 2 유기 화합물
215: 제 3 유기 화합물
301: 제 1 전극
303: 제 2 전극
311: 제 1 발광층
312: 제 2 발광층
313: 전하 발생층
450R: 제 1 발광 소자
450G: 제 2 발광 소자
450B: 제 3 발광 소자
451: 반사 전극
452: 반투과·반반사 전극
453a: 제 1 투명 도전층
453b: 제 2 투명 도전층
454B: 제 1 발광층
454G: 제 2 발광층
454R: 제 3 발광층
455: EL층
501: 소자 기판
502: 화소부
503: 구동 회로부
504: 구동 회로부
505: 실재
506: 밀봉 기판
507: 배선
508: FPC
509: n채널형 TFT
510: p채널형 TFT
511: 스위칭용 TFT
512: 전류 제어용 TFT
513: 제 1 전극
514: 절연물
515: EL층
516: 제 2 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: 리모컨 수신부
646: 수상부
647: 배터리
648: 음성 입력부
649: 조작 키
650: 접안부
701: 하우징
702: 액정 패널
703: 백 라이트
704: 하우징
705: 드라이버 IC
706: 단자
801: 하우징
802: 광원
901: 조명 장치
902: 텔레비전 장치
1100: 기판
1101: 제 1 전극
1103: 제 2 전극
1111: 정공 주입층
1112: 정공 수송층
1113: 발광층
1113a: 제 1 발광층
1113b: 제 2 발광층
1114: 전자 수송층
1114a: 제 1 전자 수송층
1114b: 제 2 전자 수송층
1115: 전자 주입층
5000: 휴대형 단말
5001: 하우징
5003: 표시부
5005: 전원 버튼
5007: 앞면 카메라
5009: 뒷면 카메라
5011: 외부 접속 단자
5013: 외부 접속 단자
5015: 아이콘
6000: 휴대형 단말
6001: 제 1 하우징
6003: 제 2 하우징
6005: 힌지부
6007: 제 1 표시부
6009: 제 2 표시부
6011: 전원 버튼
6013: 카메라
6015: 카메라
6017: 텍스트 아이콘
6019: 아이콘
6021: 키 보드

Claims (13)

  1. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극간에 정공 수송층과 발광층을 포함하고,
    적어도 상기 정공 수송층 및 상기 발광층 중 어느 한쪽은 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
    일반식(G1)
    Figure 112020033756561-pat00067

    상기 일반식(G1) 중에 있어서,
    Ar3는 페닐렌기 또는 비페닐기이고,
    R1 내지 R8은, 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 12인 알킬기, 치환 또는 무치환의 페닐기 및 치환 또는 무치환의 비페닐기 중 어느 하나이고,
    Ar2는 무치환의 페닐기 또는 무치환의 비페닐기이다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 발광 장치에 있어서,
    제 1 항에 따른 발광 소자를 포함하는, 발광 장치.
  5. 전자 기기에 있어서,
    제 4 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 전자 기기.
  6. 조명 장치에 있어서,
    제 4 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 조명 장치.
  7. 삭제
  8. 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물.
    Figure 112020033756561-pat00068

    상기 일반식(G1) 중에 있어서,
    Ar2는 무치환의 페닐기 및 무치환의 비페닐기 중 하나이고,
    Ar3은 페닐렌기 및 비페닐디일기 중 하나이고,
    R1 내지 R8은, 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 12인 알킬기, 치환 또는 무치환의 페닐기, 치환 또는 무치환의 비페닐기 중 어느 하나이다.
  9. 제 8 항에 있어서,
    Ar2는 페닐기 또는 비페닐기이고,
    Ar3은 페닐렌기 또는 비페닐디일기인, 유기 화합물.
  10. 제 9 항에 있어서,
    Ar3은 메타페닐렌기 또는 비페닐-3,3'-디일기인, 유기 화합물.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 구조식(G2-1)으로 나타내어지는, 유기 화합물:
    구조식(G2-1)
    Figure 112020033756561-pat00069
    .
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 구조식(G2-2)으로 나타내어지는, 유기 화합물:
    구조식(G2-2)
    Figure 112020033756561-pat00070
    .
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 구조식(G3)으로 나타내어지는, 유기 화합물:
    구조식(G3)
    Figure 112020033756561-pat00071
    .
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