KR102357799B1 - 유기 금속 착체, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 새로운 골격을 갖는 신규 물질로서, 발광 효율이 좋고 또한 발광 스펙트럼의 반치폭이 좁아짐으로써 색 순도를 향상시킨 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다.
일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
(식 중, R1∼R4 중 적어도 하나는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 그 이외는 각각 수소, 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타낸다. 또한, R1∼R4 모두가 탄소수 1의 알킬기인 경우를 제외한다. 또한, R5∼R9는 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼6의 알킬기를 나타낸다.)
일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
(식 중, R1∼R4 중 적어도 하나는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 그 이외는 각각 수소, 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타낸다. 또한, R1∼R4 모두가 탄소수 1의 알킬기인 경우를 제외한다. 또한, R5∼R9는 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼6의 알킬기를 나타낸다.)
Description
본 발명의 일형태는 유기 금속 착체에 관한 것이다. 특히, 삼중항 여기 상태를 발광으로 변환할 수 있는 유기 금속 착체에 관한 것이다. 또한, 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, 다양한 반응(광화학 반응)을 일으키는 경우나 발광(luminescence)을 일으키는 경우가 있으며, 다양한 응용이 행해지고 있다.
광화학 반응의 일례로서 일중항 산소의 불포화 유기 분자와의 반응(산소 부가)이 있다. 산소 분자는 기저 상태가 삼중항 상태이기 때문에, 일중항 상태의 산소(일중항 산소)는 직접적인 광여기로는 생성되지 않는다. 그러나, 다른 삼중항 여기 분자의 존재 하에서는 일중항 산소가 생성되고, 산소 부가 반응에 이르게 된다. 이때, 삼중항 여기 분자를 형성할 수 있는 화합물은 광증감제라고 불린다.
이처럼, 일중항 산소를 형성하기 위해서는 삼중항 여기 분자를 광여기에 의해 생성할 수 있는 광증감제가 필요하다. 그러나, 통상의 유기 화합물은 기저 상태가 일중항 상태이기 때문에, 삼중항 여기 상태로의 광여기는 금제 천이가 되어 삼중항 여기 분자는 생성하기 어렵다. 따라서, 이러한 광증감제로서는 일중항 여기 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 항간 교차를 일으키기 쉬운 화합물(또는, 직접 삼중항 여기 상태로 광여기되는 금제 천이를 허용하는 화합물)이 요구된다. 다시 말해서, 그러한 화합물은 광증감제로서 이용 가능하며, 유익하다고 할 수 있다.
또한, 그러한 화합물은 종종 인광을 방출하는 일이 있다. 인광이란 다중도가 다른 에너지 간 천이에 의해 생기는 발광을 말하며, 통상의 유기 화합물에서는 삼중항 여기 상태로부터 일중항 기저 상태로 돌아갈 때에 생기는 발광을 가리킨다(이에 대하여, 일중항 여기 상태로부터 일중항 기저 상태로 돌아갈 때의 발광은 형광이라고 불림). 인광을 방출할 수 있는 화합물, 즉 삼중항 여기 상태를 발광으로 변환 가능한 화합물(이하, 인광성 화합물이라고 칭함)의 응용 분야로서는, 유기 화합물을 발광 물질로 하는 발광 소자를 들 수 있다.
이 발광 소자의 구성은, 전극 간에 발광 물질인 유기 화합물을 포함하는 발광층을 제공한 것뿐인 단순한 구조이고, 박형 경량·고속 응답성·직류 저전압 구동 등의 특성으로, 차세대 플랫 패널 디스플레이 소자로서 주목되고 있다. 또한, 이 발광 소자를 이용한 디스플레이는 대조 및 화질이 뛰어나고 시야각이 넓다는 특징을 가지고 있다.
유기 화합물을 발광 물질로 하는 발광 소자의 발광 기구는 캐리어 주입형이다. 즉, 전극 간에 발광층을 끼우고 전압을 인가함으로써, 전극으로부터 주입된 전자 및 홀이 재결합하여 발광 물질이 여기 상태가 되고, 그 여기 상태가 기저 상태로 돌아올 때에 발광한다. 그리고, 여기 상태의 종류로서는 앞서 설명한 광여기의 경우와 마찬가지로 경우와 마찬가지로 일중항 여기 상태(S*)와 삼중항 여기 상태(T*)가 가능하다. 또한, 발광 소자에서의 그 통계적인 생성 비율은 S*：T*＝1：3이라고 생각된다.
일중항 여기 상태를 발광으로 변환하는 화합물(이하, 형광성 화합물이라고 칭함)은 실온에서 삼중항 여기 상태로부터의 발광(인광)은 관측되지 않고, 일중항 여기 상태로부터의 발광(형광)만이 관측된다. 따라서, 형광성 화합물을 이용한 발광 소자의 내부 양자 효율(주입한 캐리어에 대하여 발생하는 포톤의 비율)의 이론적 한계는, S*：T*＝1：3임을 근거로 25%로 되어 있다.
한편, 상술한 인광성 화합물을 이용하면 내부 양자 효율은 75∼100%까지 이론상은 가능하다. 즉, 형광성 화합물에 비해 3∼4배의 발광 효율이 가능해진다. 이러한 이유로 고효율의 발광 소자를 실현하기 위해서, 인광성 화합물을 이용한 발광 소자의 개발이 최근 왕성하게 행해지고 있다. 특히, 인광성 화합물로서는 그 인광 양자 효율이 높다는 이유로, 이리듐 등을 중심 금속으로 하는 유기 금속 착체가 주목되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1, 특허문헌 2, 특허문헌 3 참조).
상술한 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에서 보고된 바와 같이, 다양한 발광색을 나타내는 인광 재료의 개발이 진행되고 있지만, 색 순도가 좋은 적색 재료의 보고가 적은 것이 현상(現狀)이다.
여기서, 본 발명의 일형태에서는 새로운 골격을 갖는 신규 물질로서, 발광 효율이 좋으며, 또한 발광 스펙트럼의 반치폭이 좁아짐으로써 색 순도를 향상시킨 유기 금속 착체를 제공한다. 또한, 승화성이 뛰어난 새로운 유기 금속 착체를 제공한다. 또한, 승화 정제 수율이 높은 새로운 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한, 발광 효율이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공한다.
본 발명의 일형태는 배위 원자의 질소를 포함하여 질소를 2 이상 포함하는 6원환의 복소 방향환과 β-디케톤을 배위자로 하는 유기 금속 착체이다. 따라서, 본 발명의 구성은, 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G1)]
단, 식 중, R1∼R4 중 적어도 하나는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 그 이외는 각각 수소, 또는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타낸다. 또한, R1∼R4 모두가 탄소수 1의 알킬기인 경우를 제외한다. 또한, R5∼R9는 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼6의 알킬기를 나타낸다.
또한, 본 발명의 다른 일형태는 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G2)]
단, 식 중, R1 및 R3 중 어느 한쪽은 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 다른 한쪽은 수소, 또는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타낸다. 또한, R5∼R9는 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼6의 알킬기를 나타낸다.
상기 일반식(G1) 및 (G2)에서 이리듐과 결합하고 있는 벤젠환에 2개의 메틸기가 치환하고 있는 것으로 인해, 이리듐과 결합하고 있는 벤젠환에서 2면각을 크게 할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 2면각을 크게 함으로써 유기 금속 착체의 발광 스펙트럼의 제 2 피크의 감소가 이론적으로 가능해지고, 반치폭을 좁게 할 수 있다. 또한, 상기 일반식(G1)에서 β-디케톤의 카보닐 탄소에 결합하는 옆의 탄소가 제 2급 탄소 원자를 포함하는 구조라면, 승화 정제 시에 이용하는 석영관에 얻어진 유기 금속 착체가 밀착하기 어려워지기 때문에, 승화 정제의 수율이 좋아진다는 특징이 있다. 따라서, 보다 바람직한 형태는 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 금속 착체이다.
또한, 본 발명의 다른 일형태는 하기 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[구조식(100)]
또한, 본 발명의 다른 일형태는 하기 구조식(101)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[구조식(101)]
또한, 본 발명의 다른 일형태는 하기 구조식(102)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[구조식(102)]
또한, 본 발명의 다른 일형태는 하기 구조식(103)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[구조식(103)]
또한, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체는 인광을 발광할 수 있다. 즉, 삼중항 여기 상태로부터의 발광을 얻고, 또한 강도가 높은 인광 발광을 나타내는 것이 가능하기 때문에, 발광 소자에 적용함으로써 고효율화가 가능해지고, 매우 효율적이다. 따라서 본 발명의 일형태는 상술한 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체를 이용한 발광 소자도 포함하는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 일형태는 발광 소자를 포함하는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 포함하는 전자 기기 및 조명 장치도 범주에 포함하는 것이다. 따라서, 본 명세서 중에서 발광 장치란 화상 표시 디바이스, 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한, 발광 장치에 커넥터, 예를 들어 FPC(Flexible Printed Circuit)또는 TCP(Tape Carrier Package)가 부착된 모듈, TCP의 끝부분에 프린트 배선판이 제공된 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 일형태는 새로운 골격을 갖는 신규 물질로서, 발광 효율이 좋고, 또한 발광 스펙트럼의 반치폭이 좁아짐으로써 색 순도를 향상시킨 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한, 승화성이 뛰어난 새로운 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한, 승화 정제 수율이 높은 새로운 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한, 새로운 유기 금속 착체를 이용함으로써 발광 효율이 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 대하여 설명하는 도면이다.
도 2는 발광 소자의 구조에 대하여 설명하는 도면이다.
도 3은 발광 소자의 구조에 대하여 설명하는 도면이다.
도 4는 발광 장치에 대하여 설명하는 도면이다.
도 5는 발광 장치에 대하여 설명하는 도면이다.
도 6은 전자 기기에 대하여 설명하는 도면이다.
도 7은 전자 기기에 대하여 설명하는 도면이다.
도 8은 조명 기구에 대하여 설명하는 도면이다.
도 9는 구조식(100)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 10은 구조식(100)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 11은 구조식(100)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 구조식(101)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 13은 구조식(101)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 14는 구조식(101)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 15는 구조식(102)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 16은 구조식(102)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 17은 구조식(102)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 18은 구조식(103)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 19는 구조식(103)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 20은 구조식(103)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 21은 발광 소자에 대하여 설명하는 도면이다.
도 22는 발광 소자 1의 전류 밀도-휘도 특성을 나타내는 도면이다.
도 23은 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 나타내는 도면이다.
도 24는 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 나타내는 도면이다.
도 25는 발광 소자 1의 전압-전류 특성을 나타내는 도면이다.
도 26은 발광 소자 1과 비교 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 27은 발광 소자 1의 신뢰성을 나타내는 도면이다.
도 28은 구조식(113)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 29는 구조식(113)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 30은 구조식(113)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 31은 구조식(114)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 32는 구조식(114)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 33은 구조식(114)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 34는 구조식(116)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 35는 구조식(116)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 36은 구조식(117)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 37은 구조식(117)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 38은 구조식(118)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 39는 구조식(118)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 40은 구조식(118)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 41은 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 휘도-전류 효율 특성을 나타내는 도면이다.
도 42는 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 전압-휘도 특성을 나타내는 도면이다.
도 43은 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 전압-전류 특성을 나타내는 도면이다.
도 44는 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 45는 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 신뢰성을 나타내는 도면이다.
도 46은 [Ir(ppr)2(acac)](약칭)과 [Ir(dmppr)2(acac)](약칭)의 인광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 47은 [Ir(ppr)2(acac)](약칭)과 [Ir(dmppr)2(acac)](약칭)의 벤젠환의 2면각에서의 비교 결과를 나타내는 도면이다.
도 2는 발광 소자의 구조에 대하여 설명하는 도면이다.
도 3은 발광 소자의 구조에 대하여 설명하는 도면이다.
도 4는 발광 장치에 대하여 설명하는 도면이다.
도 5는 발광 장치에 대하여 설명하는 도면이다.
도 6은 전자 기기에 대하여 설명하는 도면이다.
도 7은 전자 기기에 대하여 설명하는 도면이다.
도 8은 조명 기구에 대하여 설명하는 도면이다.
도 9는 구조식(100)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 10은 구조식(100)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 11은 구조식(100)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 구조식(101)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 13은 구조식(101)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 14는 구조식(101)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 15는 구조식(102)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 16은 구조식(102)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 17은 구조식(102)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 18은 구조식(103)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 19는 구조식(103)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 20은 구조식(103)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 21은 발광 소자에 대하여 설명하는 도면이다.
도 22는 발광 소자 1의 전류 밀도-휘도 특성을 나타내는 도면이다.
도 23은 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 나타내는 도면이다.
도 24는 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 나타내는 도면이다.
도 25는 발광 소자 1의 전압-전류 특성을 나타내는 도면이다.
도 26은 발광 소자 1과 비교 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 27은 발광 소자 1의 신뢰성을 나타내는 도면이다.
도 28은 구조식(113)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 29는 구조식(113)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 30은 구조식(113)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 31은 구조식(114)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 32는 구조식(114)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 33은 구조식(114)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 34는 구조식(116)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 35는 구조식(116)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 36은 구조식(117)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 37은 구조식(117)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 38은 구조식(118)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 39는 구조식(118)으로 나타낸 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 40은 구조식(118)으로 나타낸 유기 금속 착체의 LC-MS 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 41은 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 휘도-전류 효율 특성을 나타내는 도면이다.
도 42는 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 전압-휘도 특성을 나타내는 도면이다.
도 43은 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 전압-전류 특성을 나타내는 도면이다.
도 44는 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 45는 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 신뢰성을 나타내는 도면이다.
도 46은 [Ir(ppr)2(acac)](약칭)과 [Ir(dmppr)2(acac)](약칭)의 인광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 47은 [Ir(ppr)2(acac)](약칭)과 [Ir(dmppr)2(acac)](약칭)의 벤젠환의 2면각에서의 비교 결과를 나타내는 도면이다.
이하에서는, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 이용하여 상세히 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 벗어나지 않고, 그 형태 및 세부 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태 및 실시예의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체에 대하여 설명한다.
본 발명의 일형태인 유기 금속 착체는 배위 원자의 질소를 포함하고, 질소를 2 이상 포함하는 6원환의 복소 방향환과 β-디케톤을 배위자로 하는 유기 금속 착체이다. 또한, 본 실시형태에서 기재하는 배위 원자의 질소를 포함하고 질소를 2 이상 포함하는 6원환의 복소 방향환과 β-디케톤을 배위자로 하는 유기 금속 착체의 일형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 갖는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G1)]
일반식(G1)에서 R1∼R4 중 적어도 하나는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 그 이외는 각각 수소, 또는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타낸다. 또한, R1∼R4 모두가 탄소수 1의 알킬기인 경우를 제외한다. 또한, R5∼R9는 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼6의 알킬기를 나타낸다.
또한, R1∼R4에서의 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기의 구체예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등을 들 수 있다.
본 발명의 일형태인 유기 금속 착체는 배위 원자의 질소를 포함하고 질소를 2 이상 포함하는 6원환의 복소 방향환과 β-디케톤을 배위자로 하는 유기 금속 착체이다. 또한, 본 실시형태에서 설명하는 배위 원자의 질소를 포함하고 질소를 2 이상 포함하는 6원환의 복소 방향환과 β-디케톤을 배위자로 하는 유기 금속 착체의 일형태는 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 갖는 유기 금속 착체이다.
[일반식(G2)]
일반식(G2)에서 R1 및 R3 중 어느 한쪽은 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 다른 한쪽은 수소, 또는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알칼기를 나타낸다. 또한, R5∼R9은, 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼6의 알칼기를 나타낸다.
또한, R1및 R3에서의 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기의 구체예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체는 치환 또는 무치환인, 배위 원자의 질소를 포함하고 질소를 2 이상 포함하는 6원환의 복소 방향환과 결합하고, 또한 금속 이리듐에 결합하는 페닐기는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼6의 2개의 알킬기가 이리듐과 결합한 페닐기에 대하여 2위치와 4위치치에서 치환하고 있는 구조로 함으로써, 얻어지는 발광 스펙트럼의 반치폭이 좁아지기 때문에 색 순도를 향상시킬 수 있다는 이점을 가지고 있다. 또한, 배위자가 β-디케톤 구조를 가짐으로써, 유기 금속 착체의 유기 용매로의 용해성이 높아지고 정제가 용이해지기 때문에 바람직하다. 또한, β-디케톤 구조를 가짐으로써, 발광 효율이 높은 유기 금속 착체를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, β-디케톤 구조를 가짐으로써 승화성이 높아지고 증착 성능이 뛰어나다는 이점이 있다.
다음으로, 상술한 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체의 구체적인 구조식을 나타낸다(하기 구조식(100)∼구조식(118)). 단, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
[구조식(100)∼구조식(107)]
[구조식(108)∼구조식(115)]
[구조식(116∼118)]
또한, 상기 구조식(100)∼구조식(118)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 인광을 발광할 수 있는 신규 물질이다. 또한, 이들 물질은 배위자의 종류에 따라서는 기하 이성체와 입체 이성체가 존재할 수 있는데, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체에는 이들 이성체도 모두 포함된다.
다음으로, 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 금속 착체의 합성 방법의 일례에 대하여 설명한다.
《일반식(G1)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체의 합성 방법 》
하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체의 합성 방법의 일례에 대하여 설명한다.
[일반식(G1)]
또한, 일반식(G1)에서 R1∼R4 중 적어도 하나는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 그 이외는 각각 수소, 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타낸다. 또한, R1∼R4 모두가 탄소수 1의 알킬기인 경우를 제외한다. 또한, R5∼R9는 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼6의 알칼기를 나타낸다.
아래에, 일반식(G1)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체의 합성 스킴(A)을 나타낸다.
[합성 스킴(A)]
또한, 합성 스킴(A)에서 R1∼R4 중 적어도 하나는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 그 이외는 각각 수소, 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타낸다. 또한, R1∼R4 모두가 탄소수 1의 알킬기인 경우를 제외한다. 또한, R5∼R9는 각각 독립적으로 수소, 또는 치환 또는 무치환된 탄소수 1∼6의 알칼기를 나타낸다.
상기 합성 스킴(A)에 나타낸 바와 같이, 할로겐 가교 구조를 포함하는 유기 금속 착체의 일종인 복핵 착체(P)와, β-디케톤 유도체를 무용매, 또는 알콜계 용매(글리세롤, 에틸렌 글리콜, 2-메톡시 에탄올, 2-에톡시에탄올 등) 단독, 또는 알콜계 용매 1종류 이상과 물과의 혼합 용매를 이용하여, 불활성 가스 분위기에서 반응시킴으로써, β-디케톤 유도체의 프로톤이 이탈하여 모노 음이온의 β-디케톤 유도체가 중심 금속 이리듐에 배치되고, 일반식(G1)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체가 얻어진다.
또한, 가열 수단으로서 특별히 한정은 없고, 오일 배스(Oil bath), 샌드 배스(Sand bath), 또는 알루미늄 블록(Aluminum block)을 이용해도 좋다. 또한, 마이크로파를 가열 수단으로서 이용하는 것도 가능하다.
이상, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체의 합성 방법의 일례에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다른 어떤 합성 방법에 의해 합성되어도 좋다.
또한, 상술한 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체는 인광을 발광하는 것이 가능하기 때문에, 발광 재료와 발광 소자의 발광 물질로서 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일형태인 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 나타내는 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일형태로서 실시형태 1에서 나타낸 유기 금속 착체를 발광층에 이용한 발광 소자에 대하여 도 1을 이용하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 소자는 도 1에 나타낸 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(양극)(101)과 제 2 전극(음극)(103))사이에 발광층(113)을 포함하는 EL층(102)이 개재되어 있으며, EL층(102)은 발광층(113) 외에 정공(또는 홀) 주입층(111), 정공(또는 홀) 수송층(112), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 전하 발생층(E)(116) 등을 포함하여 형성된다.
이러한 발광 소자에 대하여 전압을 인가함으로써, 제 1 전극(101)측으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(103)측으로부터 주입된 전자가 발광층(113)에서 재결합하고, 유기 금속 착체를 여기 상태로 한다. 그리고, 여기 상태의 유기 금속 착체가 기저 상태로 돌아갈 때에 발광한다. 이처럼, 본 발명의 일형태에서 유기 금속 착체는 발광 소자에서 발광 물질로서 기능한다.
또한, EL층(102)에서의 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)으로부터 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)으로부터 전자 수송층(114)을 통해 발광층(113)에 주입된다.
아래에 본 실시형태에 나타내는 발광 소자를 제작함에 있어서의 구체예에 대하여 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 산화 인듐-산화 주석(ITO：Indium Tin Oxide), 규소 또는 산화 규소를 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연(Indium Zinc Oxide), 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), 티탄(Ti) 외, 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 희토류 금속 및 이들을 포함하는 합금, 기타 그래핀 등을 이용할 수 있다. 또한, 제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(103)은 예를 들어 스퍼터링법 또는 증착법(진공 증착법을 포함) 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(카바졸-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-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭：PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭：PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭：PCzPCN1) 등을 들 수 있다. 그 밖에, 4,4'-디(N-카바졸일)비페닐(약칭：CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸일)페닐]벤젠(약칭：TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라세닐)페닐]-9H-카바졸(약칭：CzPA) 등의 카바졸 유도체, 등을 이용할 수 있다. 여기에 서술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 단, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이라면 이들 이외의 것을 이용해도 좋다.
또한, 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 이용할 수도 있다.
또한, 정공 주입층(111) 및 전하 발생층(E)(116)에 이용되는 억셉터성 물질로서는, 천이 금속 산화물이나 원소 주기표에서의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는 산화 몰리브덴이 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 화합물 외에, CBP, 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트리페닐아민(약칭：TCTA) 등의 카바졸 유도체나, 비스[2-(2-하이드록시페닐)피리디나토]아연(약칭：Znpp2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조옥사졸라토]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)에서 상술한 유기 금속 착체(게스트 재료)와 호스트 재료를 포함하여 형성함으로써, 발광층(113)으로부터는 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-비페닐일)-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-비페닐일)-1,2,4-트리아졸(약칭：TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐일)-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 방화족 화합물도 이용 가능하다. 또한, 폴리(2,5-피리딘디일)(약칭：PPy), 폴리[(9,9-디헥실플루오렌-2,7-디일)-co-(피리딘-3,5-디일)](약칭：PF-Py), 폴리[(9,9-디옥틸플루오렌-2,7-디일)-co-(2,2'-비피리딘-6,6'-디일)](약칭：PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 이용할 수도 있다. 여기에 서술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공보다 전자 수송성이 높은 물질이라면 상기 이외의 물질을 전자 수송층(114)으로서 사용해도 좋다.
또한, 전자 수송층(114)은 단층인 것뿐만 아니라 상기 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층된 것도 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 산화 물(LiOX) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 또는 이들의 화합물을 이용할 수 있다. 또한, 불화 에르븀(ERF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 이용할 수 있다. 또한, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질을 이용할 수도 있다.
또는, 전자 주입층(115)에 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합한 복합 재료를 이용해도 좋다. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의해 유기 화합물에 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 뛰어나다. 이 경우, 유기 화합물로서는 발생한 전자의 수송이 뛰어난 재료인 것이 바람직하며, 구체적으로는 예를 들어 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질(금속 착체나 복소 방화족 화합물 등)을 이용할 수 있다. 전자 공여체로서는 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속이나 희토류 금속이 바람직하며, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 에르븀, 이테르븀 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토류 금속 산화물이 바람직하며, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 산화 마그네슘과 같은 루이스 염기를 이용할 수도 있다. 또한, 테트라티아풀발렌(약칭：TTF) 등의 유기 화합물을 이용할 수도 있다.
또한, 상술한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 전하 발생층(E)(116)은 각각 증착법(진공 증착법을 포함), 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
상술한 발광 소자는 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103)과의 사이에서 발생한 전위차에 의해 전류가 흐르고, EL층(102)에서 정공과 전자가 재결합함으로써 발광한다. 그리고, 이 발광은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 지나 외부로 취출된다. 따라서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 어느 한쪽, 또는 양쪽이 투광성을 갖는 전극이 된다.
이상으로 설명한 발광 소자는 유기 금속 착체에 기초하여 인광 발광을 얻을 수 있기 때문에, 형광성 화합물을 이용한 발광 소자에 비해 고효율의 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 나타낸 발광 소자는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체를 적용하여 제작되는 발광 소자의 일례이다. 또한, 상기 발광 소자를 구비한 발광 장치의 구성으로서는 패시브 매트릭스형의 발광 장치나 액티브 매트릭스형의 발광 장치 외에, 다른 실시형태에서 설명하는 상기와는 다른 구조를 갖는 발광 소자를 구비한 마이크로캐비티 구조의 발광 장치 등을 제작할 수 있고, 이들은 모두 본 발명에 포함되는 것으로 한다.
또한, 액티브 매트릭스형의 발광 장치의 경우에, 트랜지스터(TFT)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 스태거형이나 역 스태거형 TFT를 적절히 이용할 수 있다. 또한, TFT 기판에 형성되는 구동용 회로에 대해서도, N형 및 P형 TFT로 형성된 것도 좋고, N형 TFT 또는 P형 TFT 중 어느 한쪽으로만 형성된 것도 좋다. 또한, TFT에 이용되는 반도체의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막을 이용할 수 있다. 또한, 반도체 재료로서는 IV족(규소, 갈륨 등) 반도체, 화합물 반도체(산화물 반도체를 포함함) 외에, 유기 반도체 등을 이용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 구성은 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 이용할 수 있는 것으로 한다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일형태로서 유기 금속 착체에 더하여 다른 2종류 이상의 유기 화합물을 발광층에 이용한 발광 소자에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 소자는 도 2에 나타낸 바와 같이 한 쌍의 전극(양극(201) 및 음극(202)) 사이에 EL층(203)을 포함하는 구조이다. 또한, EL층(203)에는 적어도 발광층(204)을 포함하고, 그 외 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층(E) 등이 포함되어 있어도 좋다. 또한, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층(E)에는 실시형태 2에 나타낸 물질을 이용할 수 있다.
본 실시형태에 나타내는 발광층(204)에는 실시형태 1에 나타낸 유기 금속 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)에서의 게스트 재료이다. 또한, 제 1 유기 화합물(206), 및 제 2 유기 화합물(207) 중 발광층(204)에 포함되는 비율이 많은 쪽을 발광층(204)에서의 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 소광을 억제하여, 발광 소자의 발광 효율을 높일 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 바람직하다. 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 소광(quench)하게 되어 발광 효율의 저하를 초래하기 때문이다.
여기서, 호스트 재료로부터 게스트 재료로의 에너지 이동 효율을 높이기 위하여, 분자 간의 에너지 이동 메커니즘으로서 알려진 펠스터 메커니즘(쌍극자-쌍극자 상호 작용) 및 덱스터 메커니즘(전자 교환 상호 작용)을 고려한 후에, 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 흡수대에서의 스펙트럼)과의 중첩이 커지는 것이 바람직하다. 그러나 통상 호스트 재료의 형광 스펙트럼을 게스트 재료의 가장 장파장(저에너지)측의 흡수대에서의 흡수 스펙트럼과 중첩시키는 것은 어렵다. 왜냐하면, 그렇게 하게 되면 호스트 재료의 인광 스펙트럼은 형광 스펙트럼보다 장파장(저에너지)측에 위치하기 때문에, 호스트 재료의 T1 준위가 인광성 화합물의 T1 준위를 하회하게 되어, 상술한 ?치 문제가 발생하기 때문이다. 한편, ?치 문제를 회피하기 위해, 호스트 재료의 T1 준위가 인광성 화합물의 T1 준위를 상회하도록 설계하면, 이번에는 호스트 재료의 형광 스펙트럼이 단파장(고에너지)측으로 전환되기 때문에, 그 형광 스펙트럼은 게스트 재료의 가장 장파장(저에너지)측의 흡수대에서의 흡수 스펙트럼과 중첩되지 않게 된다. 따라서, 호스트 재료의 형광 스펙트럼을 게스트 재료의 가장 장파장(저에너지)측의 흡수대에서의 흡수 스펙트럼과 중첩시키고, 호스트 재료의 일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 최대한으로 높이는 것은 통상적으로 어렵다.
그러므로 본 실시형태에서는 제 1 유기 화합물(206) 및 제 2 유기 화합물(207)은 여기 착체(excited complex라고도 함)를 형성하는 조합인 것이 바람직하다. 이 경우, 발광층(204)에서의 캐리어(전자 및 홀)의 재결합 시에 제 1 유기 화합물(206)과 제 2 유기 화합물(207)은 여기 착체를 형성한다. 이로 인해 발광층(204)에서 제 1 유기 화합물(206)의 형광 스펙트럼 및 제 2 유기 화합물(207)의 형광 스펙트럼은 보다 장파장측에 위치하는 여기 착체의 발광 스펙트럼으로 변환된다. 그리고, 여기 착체의 발광 스펙트럼과 게스트 재료의 흡수 스펙트럼과의 중첩이 커지도록, 제 1 유기 화합물(206)과 제 2 유기 화합물(207)을 선택하면, 일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 최대한으로 높일 수 있다. 또한, 삼중항 여기 상태에 관해서도 호스트 재료가 아닌 여기 착체로부터의 에너지 이동이 발생한다고 생각된다.
인광성 화합물(205)로서는 실시형태 1에서 나타낸 유기 금속 착체를 이용한다. 또한, 제 1 유기 화합물(206) 및 제 2 유기 화합물(207)로서는 여기 착체를 생성하는 조합이면 좋지만, 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 트랩성 화합물)과 홀을 받기 쉬운 화합물(정공 트랩성 화합물)을 조합하는 것이 바람직하다.
전자를 받기 쉬운 화합물로서는 예를 들어, 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f,ｈ]퀴녹살린(약칭：2mDBTPDBq-II), 2-[4-(3,6-디페닐-9H-카바졸-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 받기 쉬운 화합물로서는 예를 들어, 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭：PCBA1BP), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭：PCzPCN1), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭：1'-TNATA), 2,7-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스피로-9,9'-비플루오렌(약칭：DPA2SF), N,N'-비스(9-페닐카바졸-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-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트리아민(약칭：PCA3B), 2-[N-(9-페닐카바졸-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-(카바졸-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-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭：PCzPCA1), 3-[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭：PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(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-페닐카바졸(약칭：PCzTPN2), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭：PCzPCA2)을 들 수 있다.
상술한 제 1 유기 화합물(206) 및 제 2 유기 화합물(207)은 이에 한정되지 않고, 여기 착체를 형성할 수 있는 조합으로서, 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 받기 쉬운 화합물과 홀을 받기 쉬운 화합물로 제 1 유기 화합물(206)과 제 2 유기 화합물(207)을 구성하는 경우, 그 혼합비에 의해 캐리어 밸런스를 제어할 수 있다. 구체적으로는 제 1 유기 화합물：제 2 유기 화합물＝1：9∼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 있기 때문에, 외부 양자 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일형태에 포함되는 다른 구성으로서 인광성 화합물(205)(게스트 재료) 외의 2 종류의 유기 화합물(제 1 유기 화합물(206) 및 제 2 유기 화합물(207))로서 정공 트랩성 호스트 분자, 및 전자 트랩성 호스트 분자를 이용하여 발광층(204)을 형성하고, 2 종류의 호스트 분자 내에 존재하는 게스트 분자에 정공과 전자를 이끌어 게스트 분자를 여기 상태로 하는 현상(즉, Guest coupled with complementary hosts: GCCH)이 얻어지도록 발광층(204)을 형성하는 구성도 가능하다.
이때, 정공 트랩성 호스트 분자, 및 전자 트랩성 호스트 분자로서는 각각 상술한 홀을 받기 쉬운 화합물, 및 전자를 받기 쉬운 화합물을 이용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 나타낸 발광 소자는 발광 소자의 구조의 일례이고, 본 발명의 일형태인 발광 장치에는 다른 실시형태에 나타내는 다른 구조의 발광 소자를 적용할 수도 있다. 또한, 상기 발광 소자를 구비한 발광 장치의 구성으로서는 패시브 매트릭스형의 발광 장치와 액티브 매트릭스형의 발광 장치의 외에 다른 실시형태에서 설명하는 상기와는 다른 구조를 포함하는 발광 소자를 구비한 마이크로캐비티 구조의 발광 장치 등을 제작할 수 있으며, 이들은 모두 본 발명에 포함되는 것으로 한다.
또한, 액티브 매트릭스형의 발광 장치의 경우에, TFT의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 스태거형과 역 스태거형의 TFT를 적절히 이용할 수 있다. 또한, TFT 기판에 형성되는 구동용 회로에 대해서도, N형 및 P형 TFT로 형성된 것도 좋고, N형 TFT 또는 P형 TFT 중 어느 한쪽으로만 형성된 것도 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 나타내는 구성은 다른 실시형태에 나타내는 구성과 적절히 조합하여 이용할 수 있는 것으로 한다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일형태로서 전하 발생층을 개재하고 EL층을 복수 갖는 구조의 발광 소자(이하, 탠덤형 발광 소자라고 함)에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 소자는 도 3(A)에 나타낸 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(301) 및 제 2 전극(304)) 간에 복수의 EL층(제 1 EL층(302(1)), 제 2 EL층(302(2)))을 갖는 탠덤형 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 2와 같은 구성을 이용할 수 있다. 또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(302(1)), 제 2 EL층(302(2)))은 실시형태 2 또는 실시형태 3에 나타낸 EL층과 같은 구성이어도 좋지만, 어느 한쪽이 같은 구성이어도 좋다. 즉, 제 1 EL층(302(1))과 제 2 EL층(302(2))은 같은 구성이어도 다른 구성이어도 좋으며, 그 구성은 실시형태 2 또는 실시형태 3과 같은 것을 적용할 수 있다.
또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(302(1)), 제 2 EL층(302(2)))의 사이에는 전하 발생층(I)(305)이 제공되어 있다. 전하 발생층(I)(305)은 제 1 전극(301)과 제 2 전극(304)에 전압을 인가했을 때, 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))에 전자가 주입되고, 제 2 EL층(302(2))에 정공이 주입된다.
또한, 전하 발생층(I)(305)은 빛의 추출 효율의 점에서, 가시광에 대하여 투광성을 갖는(구체적으로는 전하 발생층(I)(305)에 대하여 가시광의 투과율이 40% 이상) 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(I)(305)은 제 1 전극(301)과 제 2 전극(304)보다 낮은 도전율을 갖는 경우에도 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 경우, 정공 수송성이 높은 유기 화합물로서는 예를 들어, NPB와 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 기재한 물질은, 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 단, 전자보다 정공의 수송성이 높은 유기 화합물이라면, 상기 이외의 물질을 이용해도 상관없다.
또한, 전자 수용체로서는 7,7,8,8-테트라 시아노-2,3,5,6-테트라 플루오로퀴노디메탄(약칭：F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또, 천이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한 원소 주기표의 제 4 족 내지 제 8 족에 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, 흡수성이 낮으며, 다루기 쉽기 때문에 바람직하다.
한편, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체가 첨가된 구성으로 하는 경우에, 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 외에, Zn(BOX)2, Zn(BTZ)2 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 포함하는 금속 착체 등도 이용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도 PBD, OXD-7, TAZ, Bphen, BCP 등도 이용할 수 있다. 여기에 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 포함하는 물질이다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 유기 화합물이라면, 상기 이외의 물질을 이용해도 상관없다.
또한, 전자 공여체로서는 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속 또는 희토류 금속 또는 원소 주기표의 제 2, 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), 산화 리튬, 탄산 세슘 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 테트라티아나프타센과 같은 유기 화합물을 전자 공여체로서 이용해도 좋다.
또한, 상술한 재료를 이용하여 전하 발생층(I)(305)을 형성함으로써, EL층이 적층된 경우의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는 EL층을 2층 갖는 발광 소자에 대하여 설명했지만, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, n층(단, n은 3 이상)의 EL층((302(1))∼(302(n)))을 적층한 발광 소자에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이 한 쌍의 전극 간에 복수의 EL층을 포함하는 경우, EL층과 EL층 간에 각각 전하 발생층(I)((305(1))∼(305(n-1)))을 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채 고휘도 영역에서의 발광이 가능하다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있기 때문에 장수명 소자를 실현할 수 있다. 또한, 조명을 응용례로 할 경우는 전극 재료의 저항에 의한 전압 강하를 작게 할 수 있기 때문에, 대면적에서의 균일 발광이 가능해진다. 또한, 저전압 구동이 가능하고 소비 전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한, 각각의 EL층의 발광색을 다른 것으로 함으로써, 발광 소자 전체적으로 원하는 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 얻는 것도 가능하다. 또한, 보색이란 혼합하면 무채색이 되는 색의 관계를 말한다. 즉, 보색의 관계에 있는 색의 빛과 발광하는 물질로부터 얻어진 빛을 혼합하면 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 3개의 EL층을 갖는 발광 소자의 경우에도 마찬가지이며, 예를 들어, 제 1 EL층의 발광색이 적색이고, 제 2 EL층의 발광색이 녹색이고, 제 3 EL층의 발광색이 청색인 경우 발광 소자 전체적으로는 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일형태인 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 장치는 한 쌍의 전극 간에서의 빛의 공진 효과를 이용한 미소광 공진기(마이크로캐비티) 구조를 갖고 있고, 도 4에 나타낸 바와 같이 한 쌍의 전극(반사 전극(401)및 반투과·반반사 전극(402)) 간에 적어도 EL층(405)을 갖는 구조인 발광 소자를 복수 포함하고 있다. 또한, EL층(405)은 적어도 발광 영역이 되는 발광층(404)(404R, 404G, 404B)을 포함하고, 그 외, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층(E) 등이 포함되어 있어도 좋다. 또한, 발광층(404)에는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체가 포함되어 있다.
본 실시형태에서는 도 4에 나타낸 바와 같이 구조가 다른 발광 소자(제 1 발광 소자(R)(410R), 제 2 발광 소자(G)(410G), 제 3 발광 소자(B)(410B))를 포함하고 구성되는 발광 장치에 대하여 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. 또한, 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. 또한, 제 3 발광 소자(B)(410B)는 반사 전극(401) 위에 EL층(405)과 반 투과· 반 반사 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 공통이다. 또한, 제 1 발광층(B)(404B)에서는 420nm 이상 480nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 빛(λB)을 발광시키고, 제 2 발광층(G)(404G)에서는 500nm 이상 550nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 빛(λG)을 발광시키고, 제 3 발광층(R)(404R)에서는 600nm 이상 760nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 빛(λR)을 발광시킨다. 이로 인해 어느 발광 소자(제 1 발광 소자(R)(410R), 제 2 발광 소자(G)(410G), 제 3 발광 소자(B)(410B))라도 제 1 발광층(B)(404B), 제 2 발광층(G)(404G), 및 제 3 발광층(R)(404R)로부터의 발광이 서로 중첩된, 즉 가시광 영역에 걸친 광범위한 빛을 발광시킬 수 있다. 또한, 상기에서 피크를 갖는 빛의 파장은 λB＜λG＜λR의 관계에 있는 것으로 한다.
본 실시형태에 나타내는 각 발광 소자는 각각 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402)의 사이에 EL층(405)을 개재하여 이루어지는 구조를 가지고 있고, EL층(405)에 포함되는 각 발광층으로부터 모든 방향으로 방출되는 발광은 미소광 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, 그 저항율이 1×10-2Ωcm 이하의 막인 것으로 한다. 또한, 반투과·반반사 전극(402)은 반사성을 갖는 도전성 재료와 광 투과성을 갖는 도전성 재료에 의해 형성되고, 그 막에 대한 가시광의 반사율이 20%∼80%, 바람직하게는 40%∼70%이고, 그 저항율이 1×10-2Ωcm 이하의 막인 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에서는 각 발광 소자에서 제 1 발광 소자(R)(410R)와 제 2 발광 소자 (G)(410G)에 각각 제공된 투명 도전층(제 1 투명 도전층(403a), 제 2 투명 도전층(403B))의 두께를 변경함으로써, 발광 소자마다 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402) 사이의 광학 거리를 변경하고 있다. 즉, 각 발광 소자의 각 발광층으로부터 발광하는 광범위한 빛은 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402) 사이에서 공진하는 파장의 빛을 강화하고, 공진하지 않는 파장의 빛을 감쇠시킬 수 있기 때문에, 소자마다 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402) 사이의 광학 거리를 변경함으로써 다른 파장의 빛을 추출할 수 있다.
또한, 광학 거리(광로 길이라고도 함)이란 실제의 거리에 굴절률을 곱한 것이고, 본 실시형태에서는 실제 막 두께에 n(굴절률)을 곱한 것을 나타낸다. 즉 「광학 거리＝실제 막 두께×n」이다.
또한, 제 1 발광 소자(R)(410R)에서는 반사 전극(401)으로부터 반투과·반반사 전극(402)까지의 총 두께를 mλR/2(단, m은 자연수), 제 2 발광 소자(G)(410G)에서는 반사 전극(401)으로부터 반투과·반반사 전극(402)까지의 총 두께를 mλG/2(단, m은 자연수), 제 3 발광 소자(B)(410B)에서는 반사 전극(401)에서 반투과·반반사 전극(402)까지의 총 두께를 mλB/2(단, m은 자연수)로 하고 있다.
이상으로부터, 제 1 발광 소자(R)(410R)로부터는 주로 EL층(405)에 포함되는 제 3 발광층(R)(404R)에서 발광한 빛(λR)이 추출되고, 제 2 발광 소자(G)(410G)로부터는 주로 EL층(405)에 포함되는 제 2 발광층(G)(404G)에서 발광한 빛(λG)이 추출되고, 제 3 발광 소자(B)(410B)로부터는 주로 EL층(405)에 포함되는 제 1 발광층(B)(404B)에서 발광한 빛(λB)이 추출된다. 또한, 각 발광 소자에서 추출된 빛은 반투과·반반사 전극(402)측으로부터 각각 사출된다.
또한, 상기 구성에서 반사 전극(401)으로부터 반투과·반반사 전극(402)까지의 총 두께는 엄밀하게는 반사 전극(401)에서의 반사 영역부터 반투과·반반사 전극(402)에서의 반사 영역까지의 총 두께라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402)에서의 반사 영역의 위치를 엄밀히 결정하는 것은 어렵기 때문에, 반사 전극(401)과 반투과·반반사 전극(402)의 임의의 위치를 반사 영역이라고 가정함으로써 충분히 상술한 효과를 얻을 수 있는 것으로 한다.
다음으로, 제 1 발광 소자(R)(410R)에서 반사 전극(401)으로부터 제 3 발광층(R)(404R)까지의 광학 거리를 원하는 막 두께((2m'＋1)λR/4(단, m'는 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 돌아온 빛(제 1 반사광)은 제 3 발광층(R)(404R)으로부터 반투과·반반사 전극(402)에 직접 입사된 빛(제 1 입사광)과 간섭을 일으키기 때문에, 반사 전극(401)으로부터 제 3 발광층(R)(404R)까지의 광학 거리를 원하는 값((2m'＋1)λR/4(단, m'는 자연수))으로 조절하여 제공함으로써 제 1 반사광과 제 1 입사광의 상위를 맞추고, 제 3 발광층(R)(404R)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 반사 전극(401)과 제 3 발광층(R)(404R)과의 광학 거리란, 엄밀하게는 반사 전극(401)에서의 반사 영역과 제 3 발광층(R)(404R)에서의 발광 영역의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(401)에서의 반사 영역과 제 3 발광층(R)(404R)에서의 발광 영역의 위치를 엄밀히 결정하는 것은 어렵기 때문에, 반사 전극(401)의 임의의 위치를 반사 영역, 제 3 발광층(R)(404R)의 임의의 위치를 발광 영역이라고 가정함으로써 충분히 상술한 효과를 얻을 수 있는 것으로 한다.
다음으로, 제 2 발광 소자(G)(410G)에서 반사 전극(401)으로부터 제 2 발광층(G)(404G)까지의 광학 거리를 원하는 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 돌아온 빛(제 2 반사광)은 제 2 발광층(G)(404G)으로부터 반투과·반반사 전극(402)에 직접 입사된 빛(제 2 입사광)과 간섭을 일으키기 때문에, 반사 전극(401)으로부터 제 2 발광층(G)(404G)까지의 광학 거리를 원하는 값((2m''＋1)λG/4(단, m''은 자연수))으로 조절하여 제공함으로써 제 2 반사광과 제 2 입사광의 상위를 맞추고, 제 2 발광층(G)(404G)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
또한, 반사 전극(401)과 제 2 발광층(G)(404G)과의 광학 거리란, 엄밀하게는 반사 전극(401)에서의 반사 영역과 제 2 발광층(G)(404G)에서의 발광 영역의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(401)에서의 반사 영역과 제 2 발광층(G)(404G)에서의 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 영역이라고 가정함으로써 충분히 상술한 효과를 얻을 수 있는 것으로 한다.
다음으로, 제 3 발광 소자(B)(410B)에서 반사 전극(401)으로부터 제 1 발광층(B)(404B)까지의 광학 거리를 원하는 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 돌아온 빛(제 3 반사광)은 제 1 발광층(B)(404B)으로부터 반투과·반반사 전극(402)에 직접 입사된 빛(제 3 입사광)과 간섭을 일으키기 때문에, 반사 전극(401)으로부터 제 1 발광층(B)(404B)까지의 광학 거리를 원하는 값((2m'''＋1)λB/4(단, m'''은 자연수))으로 조절하여 제공함으로써 제 3 반사광과 제 3 입사광의 상위를 맞추고, 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 거리란 엄밀하게는 반사 전극(401)에서의 반사 영역과 제 1 발광층(B)(404B)에서의 발광 영역과의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(401)에서의 반사 영역과 제 1 발광층(B)(404B)에서의 발광 영역의 위치를 엄밀히 결정하는 것은 어렵기 때문에, 반사 전극(401)의 임의의 위치를 반사 영역, 제 1 발광층(B)(404B)의 임의의 위치를 발광 영역이라고 가정함으로써 충분히 상술한 효과를 얻을 수 있는 것으로 한다.
또한, 상기 구성에서 어느 발광 소자도 EL층에 복수의 발광층을 갖는 구조를 포함하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 실시형태 4에서 설명한 탠덤형 발광 소자의 구성과 조합하여, 하나의 발광 소자에 전하 발생층을 개재하고 복수의 EL층을 제공하고, 각각의 EL층에 단수 또는 복수의 발광층을 형성하는 구성으로 해도 좋다.
본 실시형태에서 나타낸 발광 장치는 마이크로캐비티 구조를 가지고 있으며, 같은 EL층을 가지고 있어도 발광 소자마다 다른 파장의 빛을 추출할 수 있기 때문에, RGB를 구분하여 도포할 필요가 없다. 따라서, 고정세화를 실현하는 것이 용이하다는 등의 이유로 풀컬러화를 실현하는 데 유리하다. 또한, 특정 파장의 정면 방향의 발광 강도를 강화하는 것이 가능해지기 때문에, 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 이 구성은 3색 이상의 화소를 이용한 컬러 디스플레이(화상 표시 장치)에 적용하는 경우에 특히 유용하지만, 조명 등의 용도로 이용해도 좋다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체를 발광층에 이용한 발광 소자를 포함하는 발광 장치에 대하여 설명한다.
또한, 상기 발광 장치는 패시브 매트릭스형의 발광 장치라도, 액티브 매트릭스형의 발광 장치라도 좋다. 또한, 본 실시형태에 나타내는 발광 장치에는 다른 실시형태에서 설명한 발광 소자를 적용할 수 있다.
본 실시형태에서는 액티브 매트릭스형의 발광 장치에 대하여 도 5를 이용하여 설명한다.
또한, 도 5(A)는 발광 장치를 나타내는 상면도이고, 도 5(B)는 도 5(A)를 쇄선 A-A'로 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)(504a 및 504b)를 포함한다. 화소부(502), 구동 회로부(503), 및 구동 회로부(504)는 실재(505)에 의해 소자 기판(501)과 밀봉 기판(506) 의 사이에 밀봉되어 있다.
또한, 소자 기판(501) 위에는 구동 회로부(503), 및 구동 회로부(504)에 외부로부터의 신호(예를 들어, 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호 등)와 전위를 전달하는 외부 입력 단자를 접속하기 위한 리드 배선(507)이 제공된다. 여기에서는 외부 입력 단자로서 FPC(플렉서블 프린트 서킷)(508)를 제공하는 예를 나타내고 있다. 또한, 여기에는 FPC밖에 도시되어 있지 않지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서의 발광 장치에는 발광 장치 본체뿐만 아니라, 그것에 FPC 또는 PWB가 장착되어 있는 상태도 포함하는 것으로 한다.
다음으로, 단면 구조에 대하여 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 조합한 CMOS 회로가 형성되는 예를 나타낸다. 또한, 구동 회로부를 형성하는 회로는 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로 또는 NMOS 회로로 형성해도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내고 있지만, 반드시 그럴 필요는 없고, 기판 위가 아닌 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(양극)(513)을 포함하는 복수의 화소에 의해 형성된다. 또한, 제 1 전극(양극)(513)의 엣지부를 덮도록 절연물(514)이 형성되어 있다. 여기에서는 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 이용함으로써 형성한다.
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, 절연체(514)의 재료로서 네거티브형의 감광성 수지, 혹은 포지티브형의 감광성 수지 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 유기 화합물에 한정되지 않고 무기 화합물, 예를 들어, 산화 규소, 산질화 규소 등의 양쪽 모두를 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 제공되어 있으며, 발광층에는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체가 포함되어 있다. 또한, EL층(515)에는 발광층 외에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등을 적절히 제공할 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 이용되는 재료로서는 실시형태 2에 나타낸 재료를 이용할 수 있다. 또한, 여기에서는 도시하지 않았지만, 제 2 전극(음극)(516)은 외부 입력 단자인 FPC(508)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 5(B)에 나타낸 단면도에서는 발광 소자(517)를 하나만 도시하고 있지만, 화소부(502)에서 복수의 발광 소자가 매트릭스 형상으로 배치되어 있는 것으로 한다. 화소부(502)에는 3종류(R, G, B)의 발광이 얻어지는 발광 소자를 각각 선택적으로 형성하고, 풀컬러 표시 가능한 발광 장치를 형성할 수 있다. 또한, 컬러 필터와 조합함으로써 풀컬러 표시 가능한 발광 장치로 해도 좋다.
또한, 실재(505)로 밀봉 기판(506)을 소자 기판(501)과 맞붙임으로써, 소자 기판(501), 밀봉 기판(506), 및 실재(505)로 둘러싸인 공간(518)에 발광 소자(517)가 구비된 구조로 되어 있다. 또한, 공간(518)에는 불활성 기체(질소와 아르곤 등)가 충진되는 경우 외에, 실재(505)로 충진되는 구성도 포함하는 것으로 한다.
또한, 실재(505)에는 에폭시계 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분과 산소를 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(506)에 이용하는 재료로서 유리 기판과 석영 기판 외에 FRP(Fiber-Reinforced Plastic), PVF(Poly Vinyl Fluoride), 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱 기판을 이용할 수 있다.
이상에 기재한 바와 같이, 액티브 매트릭스형의 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 구성은, 다른 실시형태에 나타낸 구성을 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체를 적용하여 제작된 발광 장치를 이용하여 완성된 다양한 전자 기기의 일례에 대하여 도 6, 도 7을 이용하여 설명한다.
발광 장치를 적용한 전자 기기로서 예를 들어, 텔레비전 장치(TV, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치 라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파칭코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체예를 도 6에 나타낸다.
도 6(A)은 텔레비전 장치의 일례를 나타낸다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 포함되어 있다. 표시부(7103)에 의해 영상을 표시하는 것이 가능하고, 발광 장치를 표시부(7103)에 이용할 수 있다. 또한, 여기에서는 스탠드(7105)에 의해 하우징(7101)을 지지하는 구성을 나타내고 있다.
텔레비전 장치(7100)의 조작은 하우징(7101)이 구비하는 조작 스위치나 별체의 리모콘 조작기(7110)에 의해 행할 수 있다. 리모콘 조작기(7110)가 구비하는 조작키(7109)에 의해 채널 및 음량의 조작을 행할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모콘 조작기(7110)에 이 리모콘 조작기(7110)로부터 출력하는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 제공하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(7100)는 수신기나 모뎀 등을 구비한 구성으로 하는 수신기에 의해 일반 텔레비전 방송의 수신을 할 수 있으며, 또한 모뎀을 통해 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속함으로써, 일방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자로부터 수신자 간, 또는 수신자끼리 등)의 정보 통신도 가능하다.
도 6(B)은 컴퓨터이고, 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터는 발광 장치를 그 표시부(7203)에 이용함으로써 제작된다.
도 6(C)은 휴대형 유기기고, 하우징(7301)과 하우징(7302)의 2개의 하우징으로 구성되어 있으며 연결부(7303)에 의해 개폐 가능하도록 연결되어 있다. 하우징(7301)에는 표시부(7304)가 포함되고, 하우징(7302)에는 표시부(7305)가 포함되어 있다. 또한, 도 6(C)에 나타낸 휴대형 유기기는 그 외 스피커부(7306), 기록 매체 삽입부(7307), LED 램프(7308), 입력 수단(조작 키(7309), 접속 단자(7310), 센서(7311)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 빛, 액, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(7312) 등을 구비하고 있다. 물론, 휴대형 유기기의 구성은 상술한 것에 한정되지 않고, 적어도 표시부(7304) 및 표시부(7305)의 양쪽, 또는 한쪽에 발광 장치를 이용하고 있으면 좋고, 기타 부속 설비가 적절히 제공된 구성으로 하는 것도 가능하다. 도 6(C)에 나타낸 휴대형 유기기는 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능이나 다른 휴대형 유기기와 무선 통신하여 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 또한, 도 6(C)에 나타낸 휴대형 유기기가 갖는 기능은 이에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다.
도 6(D)은 휴대 전화기의 일례를 나타낸다. 휴대 전화기(7400)는 하우징(7401)에 포함된 표시부(7402) 외에, 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크(7406) 등을 구비하고 있다. 또한, 휴대 전화기(7400)는 발광 장치를 표시부(7402)에 이용함으로써 제작된다.
도 6(D)에 나타낸 휴대 전화기(7400)는 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 정보를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 걸거나 혹은 메일을 작성하는 등의 조작은 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 행할 수 있다.
표시부(7402)의 화면은 주로 3개의 모드가 있다. 첫 번째는 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이고, 두 번째는 문자 등의 정보의 입력을 주로 하는 입력 모드이다. 세 번째는 표시 모드와 입력 모드의 2개의 모드가 혼합된 표시＋입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 혹은 메일을 작성하는 경우는 표시부(7402)를 문자의 입력을 주로 하는 문자 입력 모드로 하고, 화면에 표시한 문자의 입력 조작을 행하면 좋다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시하게 하는 것이 바람직하다.
또한, 휴대 전화기(7400) 내부에 자이로스코프, 가속도 센서 등의 기울기를 검출하는 센서를 갖는 검출 장치를 제공함으로써 휴대 전화기(7400)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여, 표시부(7402)의 화면 표시를 자동적으로 전환하도록 할 수 있다.
또한, 화면 모드의 전환은 표시부(7402)를 터치하는 것, 또는 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)의 조작에 의해 행해진다. 또한, 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환하도록 하는 것도 가능하다. 예를 들어, 표시부에 표시하는 화상 신호가 동영상 데이터라면 표시 모드, 텍스트 데이터라면 입력 모드로 전환한다.
또한, 입력 모드에서 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 감지하고, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면의 모드를 입력 모드에서 표시 모드로 전환하도록 제어해도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능하게 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)에 손바닥이나 손가락으로 터치하고, 장문, 지문 등을 촬상함으로써 본인 인증을 할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발광하는 백라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 이용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상하는 것도 가능하다.
도 7(A) 및 도 7(B)은 반으로 접을 수 있는 태블릿형 단말이다. 도 7(A)은 펼친 상태이고, 태블릿형 단말은 하우징(9630), 표시부(9631a), 표시부(9631b), 표시 모드 전환 스위치(9034), 전원 스위치(9035), 절전 모드 전환 스위치(9036), 물림쇠(9033), 조작 스위치(9038)를 포함한다. 또한, 이 태블릿 단말은 발광 장치를 표시부(9631a), 표시부(9631b)의 한쪽 또는 양쪽 모두에 이용함으로써 제작된다.
표시부(9631a)는, 일부를 터치 패널 영역(9632a)으로 할 수 있고, 표시된 조작 키(9637)에 터치함으로써 데이터 입력을 할 수 있다. 또한, 표시부(9631a)에서 는 일례로서 절반의 영역이 표시 기능만을 갖는 구성, 다른 절반의 영역이 터치 패널의 기능을 갖는 구성을 나타내고 있지만 이 구성에 한정되지 않는다. 표시부(9631a)의 모든 영역이 터치 패널의 기능을 갖는 구성으로 해도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a)의 전면을 키보드 버튼을 표시하는 터치 패널로 하고, 표시부(9631b)를 표시 화면으로서 이용할 수 있다.
또한, 표시부(9631b)에서도 표시부(9631a)와 마찬가지로, 표시부(9631b)의 일부를 터치 패널 영역(9632b)으로 할 수 있다. 또한, 터치 패널의 키보드 표시 전환 버튼(9639)이 표시되어 있는 위치에 손가락이나 스타일러스 등으로 터치함으로써 표시부(9631b)에 키보드 버튼 표시하는 것이 가능하다.
또한, 터치 패널 영역(9632a)과 터치 패널 영역(9632b)에 대하여 동시에 터치 입력하는 것도 가능하다.
또한, 표시 모드 전환 스위치(9034)는 세로 표시 또는 가로 표시 등의 표시의 방향을 전환, 흑백 표시와 컬러 표시의 전환 등을 선택할 수 있다. 절전 모드 전환 스위치(9036)는 태블릿형 단말에 내장되어 있는 광 센서에 의해 검출되는 사용 시의 외광의 광량에 따라 표시의 휘도를 최적의 것으로 할 수 있다. 태블릿형 단말은 광 센서뿐만 아니라, 자이로스코프, 가속도 센서 등의 기울기를 검출하는 센서 등의 다른 검출 장치를 내장해도 좋다.
또한, 도 7(A)에서는 표시부(9631b)와 표시부(9631a)의 표시 면적이 같은 예를 나타내고 있지만 특별히 한정되지 않고, 한쪽의 사이즈와 다른 한쪽의 사이즈가 달라도 좋고, 표시의 사양이 달라도 좋다. 예를 들어 한쪽이 다른 한쪽보다 고정제한 표시를 수행할 수 있는 표시 패널로 해도 좋다.
도 7(B)은 접은 상태이고, 태블릿형 단말은 하우징(9630), 태양 전지(9633), 충방전 제어 회로(9634), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 갖는다. 또한, 도 7(B)에서는 충방전 제어 회로(9634)의 일례로서 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 갖는 구성에 대하여 나타내고 있다.
또한, 태블릿형 단말은 반으로 접을 수 있기 때문에, 미사용 시에 하우징(9630)을 닫은 상태로 할 수 있다. 따라서, 표시부(9631a), 표시부(9631b)를 보호할 수 있기 때문에, 내구성이 뛰어나고, 장기 사용의 관점에서도 신뢰성이 뛰어난 태블릿형 단말을 제공할 수 있다.
또한, 이외에도 도 7(A) 및 도 7(B)에 나타낸 태블릿형 단말은 다양한 정보(정지 화면, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시하는 기능, 캘린더, 날짜 또는 시각 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시한 정보를 터치 입력 조작 또는 편집하는 터치 입력 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의해 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수 있다.
태블릿형 단말의 표면에 장착된 태양 전지(9633)에 의해, 전력을 터치 패널, 표시부, 또는 영상 신호 처리부 등에 공급할 수 있다. 또한, 태양 전지(9633)는 하우징(9630)의 일면 또는 이면에 제공하여 전력을 공급하는 배터리(9635)를 충전하는 구성으로 하는 것이 가능하기 때문에 적합하다. 또한 배터리(9635)로서는 리튬 이온 전지를 이용하면 소형화를 도모할 수 있는 등의 이점이 있다.
또한, 도 7(B)에 나타낸 충방전 제어 회로(9634)의 구성, 및 동작에 대하여 도 7(C)에 블록도를 제시하여 설명한다. 도 7(C)에는 태양 전지(9633), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치 SW1 내지 SW3, 표시부(9631)에 대하여 나타내고 있으며, 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치 SW1 내지 SW3이 도 7(B)에 나타낸 충방전 제어 회로(9634)에 대응하는 개소가 된다.
먼저, 외광을 얻어 태양 전지(9633)에 의해 발전이 되는 경우의 동작의 예에 대하여 설명한다. 태양 전지(9633)에 의해 발전한 전력은 배터리(9635)를 충전하기 위한 전압이 되도록 DCDC 컨버터(9636)에 의해 승압 또는 강압이 이루어진다. 그리고, 표시부(9631)의 동작에 태양 전지(9633)로부터의 전력이 이용될 때에는 스위치 SW1을 ON으로 하고, 컨버터(9638)에 의해 표시부(9631)에 필요한 전압으로 승압 또는 강압을 하게 된다. 또한, 표시부(9631)에서의 표시를 하지 않을 때에는 스위치 SW1을 OFF로 하고, 스위치 SW2를 ON으로 하여 배터리(9635)의 충전을 행하는 구성으로 하면 좋다.
또한 태양 전지(9633)에 대해서는 발전 수단의 일례로서 제시했지만, 특별히 한정되지 않고, 압전 소자 (피에조 소자)와 열전 변환 소자 (펠티에 소자) 등의 다른 발전 수단에 의한 배터리(9635)의 충전을 행하는 구성이어도 좋다. 예를 들어, 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전하는 무접점 전력 전송 모듈이나, 또는 다른 충전 수단을 조합하여 행하는 구성으로 해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 표시부를 구비하고 있다면, 도 7에 나타낸 전자 기기에 특별히 한정되지 않는다는 것은 말할 것도 없다.
이상에 기재한 바와 같이, 본 발명의 일형태인 발광 장치를 적용하여 전자 기기를 얻을 수 있다. 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓고, 다양한 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 구성은, 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
(실시형태 8)
본 실시형태에서는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체를 포함하는 발광 장치를 적용한 조명 장치의 일례에 대하여 도 8을 이용하여 설명한다.
도 8은 발광 장치를 실내의 조명 장치(8001)로서 이용한 예시이다. 또한, 발광 장치는 대면적화도 가능하기 때문에, 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 그 외 곡면을 갖는 하우징을 이용함으로써 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8002)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에서 나타낸 발광 장치에 포함되는 발광 소자는 박막 형상이고, 하우징 디자인의 자유도가 높다. 따라서, 다양한 방식으로 정교하게 디자인된 조명 장치를 형성할 수 있다. 또한, 실내의 벽면에 대형 조명 장치(8003)를 구비해도 좋다.
또한, 발광 장치를 테이블의 표면에 이용함으로써 테이블로서의 기능을 구비한 조명 장치(8004)로 할 수 있다. 또한, 그 외의 가구의 일부에 발광 장치를 이용함으로써 가구로서의 기능을 구비한 조명 장치로 할 수 있다.
이상에 기재한 바와 같이, 발광 장치를 적용한 다양한 조명 장치를 얻을 수 있다. 또한, 이들 조명 장치는 본 발명의 일형태에 포함되는 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 구성은, 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
[실시예 1]
≪합성예 1≫
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(100)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체, 비스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,8-디메틸-4,6-노난디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-dmp)2(divm)])의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]의 구조를 아래에 나타낸다.
[구조식(100)]
＜단계 1：2,8-디메틸-4,6-노난디온(약칭：Hdivm)의 합성＞
먼저, N,N-디메틸포름아미드(약칭：DMF) 25mL, 칼륨-T-부톡시드(약칭：T-BuOK) 5.59g을 삼구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하고, 50℃로 가열했다. 이 용액에, 이소길초산 메틸 3.5g, 2.5mL의 DMF에 녹인 4-메틸-2-펜타논 2.0g을 더하고, 50℃에서 6시간 교반했다. 얻어진 용액을 실온까지 식히고, 20% 황산 6.8mL, 물 25mL로 흡인 여과를 행하고, 여과물을 톨루엔으로 세정했다. 여과액으로부터 톨루엔으로 유기층을 추출하고, 추출액의 용매를 증류하여 제거했다. 얻어진 잔사를 감압 증류로 정제하고, 목적물인 Hdivm을 1.5g 얻었다(황색 유상물). 단계 1의 합성 스킴을 하기 (A-1)에 나타낸다.
[합성 스킴(A-1)]
＜단계 2：비스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,8-디메틸-4,6-노난디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-dmp)2(divm)])의 합성＞
다음으로, 상기 단계 1에서 얻은 Hdivm 0.23g, 디-μ-클로로-테트라키스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}디이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-dmp)2Cl]2) 1.2g, 탄산 나트륨 0.51g, 2-에톡시에탄올 30mL를 환류관을 부착한 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45 GHz, 120 W)를 1시간 조사함으로써 가열했다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 메탄올로 흡인 여과했다. 얻어진 고체를 디클로로메탄에 녹이고, 셀라이트, 알루미나, 셀라이트의 순으로 적층한 여과 보조제를 통해 여과했다. 여과액의 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 고체를 디클로로메탄과 메탄올로 재결정함으로써, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]를 암적색 분말로서 얻었다(수율 66%). 또한, 마이크로파의 조사는 마이크로파 합성 장치(CEM사(CEM Corporation)제, Discover)를 이용한다.
얻어진 암적색 분말 0.5g을 트레인 서블리메이션(Train Sublimation)법에 의해 승화 정제했다. 승화 정제 조건은 압력 2.9Pa, 아르곤 가스를 유량 5.0mL/min로 흘려보내면서, 260℃에서 고체를 가열했다. 승화 정제 후, 목적물인 암적색 고체를 수율 85%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 하기 (A-2)에 나타낸다.
[합성 스킴(A-2)]
또한, 상기 단계 2에서 얻어진 암적색 분말의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 9에 나타낸다. 이것으로부터, 본 합성예 1에서 상술한 구조식(100)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3)：0.45(d, 6H), 0.69(d, 6H),1.41(s, 6H), 1.79-1.84(t, 2H), 1.94(s, 6H), 1.98(d, 4H), 2.13(s, 12H), 2.35(s, 12H), 5.18(s, 1H), 6.47(s, 2H), 6.89(s, 2H), 7.07(d, 4H), 7.12(s, 2H), 7.16-7.19(t, 2H), 7.27(s, 1H), 7.44(s, 3H), 8.36(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]의 디클로로메탄 용액의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이하, 「흡수 스펙트럼」으로 약기) 및 발광 스펙트럼을 측정했다. 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계((주)일본 분광(Japan Spectroscopy Corporation)제, V550형)를 이용하고, 디클로로메탄 용액(0.057mmol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정을 행하였다. 또한, 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계((주)하마마츠 포토닉스(Hamamatsu Photonics K.K.)제, FS920)를 이용하고, 탈기한 디클로로메탄 용액(0.057mmol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정을 행하였다. 얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 10에 나타낸다. 횡축은 파장, 종축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한, 도 10에서 2줄의 실선이 도시되어 있는데, 얇은 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 10에 나타낸 흡수 스펙트럼은 디클로로메탄 용액(0.057mmol/L)을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼으로부터 디클로로메탄만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼을 뺀 결과를 나타낸다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]는 611nm에 발광 피크를 가지고 있으며, 디클로로메탄 용액으로부터는 적등색의 발광이 관측되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻어진 [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]을 액체 크로마토그래피 질량 분석(Liquid Chromatography Mass Spectrometry(약칭：LC/MS 분석))에 의해 질량(MS) 분석했다.
LC/MS 분석은 LC(액체 크로마토그래피) 분리를 워터스사(Waters Corporation)제, Acquity UPLC에 의해, MS 분석(질량 분석)을 워터스사제의 Xevo G2 Tof MS에 의해 행하였다. LC 분리에서 이용한 칼럼은 Acquity UPLC BEHC8(2.1×100mm, 1.7μm), 칼럼 온도는 40℃로 했다. 이동상은 이동상 A를 아세토니트릴, 이동상 B를 0.1% 포름산 수용액으로 했다. 또한, 샘플은 임의의 농도의 [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]를 톨루엔에 용해하고, 아세토니트릴로 희석하여 조정하고, 주입량은 5.0μL로 했다.
MS 분석에서는, 일렉트로 스프레이 이온화법(ElectroSpray Ionization(약칭：ESI))에 의한 이온화를 행하였다. 이때의 캐필러리 전압은 3.0kV, 샘플콘 전압은 30으로 하고, 검출은 포지티브 모드에서 행하였다. 이상의 조건으로 이온화된 m/z＝1159.55의 성분을 충돌실(collision cell) 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온에 해리시켰다. 아르곤을 충돌시킬 때의 에너지(collision energy)는 50eV로 했다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z＝100∼1300로 했다. 도 11에 해리시킨 프로덕트 이온을 비행 시간(TOF)형 MS로 검출한 결과를 나타낸다.
도 11의 결과로부터, [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]는 주로 m/z＝975 부근에 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 11에 나타낸 결과는 [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]에서 유래하는 특징적인 결과를 도시하고 있기 때문에, 혼합물 중에 포함되는 [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]을 동정(同定)하는데 있어서의 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, m/z＝975 부근의 프로덕트 이온은, [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]에서의 Hdivm이 이탈한 상태의 양이온으로 추정되며, [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]이 Hdivm을 포함하고 있는 것을 시사하는 것이다.
[실시예 2]
≪합성예 2≫
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(101)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체, 비스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(3,5-헵탄디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)])의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, [Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)]의 구조를 아래에 나타낸다.
[구조식(101), Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)]
＜단계 1：비스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(3,5-헵탄디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)])의 합성＞
먼저, 디-μ-클로로-테트라키스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}디이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-dmp)2Cl]2) 1.2g, 3,5-헵탄디온(약칭：Hdprm) 0.23g, 탄산 나트륨 0.51g, 2-에톡시에탄올 30mL를 환류관을 부착한 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45 GHz, 120 W)를 1시간 조사함으로써 가열했다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 메탄올로 흡인 여과했다. 얻어진 고체를 디클로로메탄에 녹이고, 셀라이트, 알루미나, 셀라이트의 순으로 적층한 여과 보조제를 통해 여과했다. 여과액의 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 고체를 디클로로메탄과 메탄올로 재결정함으로써, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)]를 얻었다(암적색 분말, 수율 58%). 또한, 마이크로파의 조사는 마이크로파 합성 장치(CEM사제, Discover)를 이용했다.
얻어진 암적색 분말 0.53g을 트레인 서블리메이션법에 의해 승화 정제했다. 승화 정제 조건은 압력 2.8Pa, 아르곤 가스를 유량 5.00mL/min로 흘려보내면서, 270℃에서 고체를 가열했다. 승화 정제 후, 목적물인 암적색 고체를 수율 83%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 (B-1)에 나타낸다.
[합성 스킴(B-1)]
또한, 상기 단계 1에서 얻어진 암적색 분말의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 12에 나타낸다. 이것으로부터, 합성예 2에서 상술한 구조식(101)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)]가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3)：0.80-0.83(t, 6H), 1.46(s, 6H), 1.93(s, 6H), 1.97-2.02(dm, 4H), 2.11(s, 12H), 2.34(s, 12H), 5.18(s, 1H), 6.47(s, 2H), 6.82(s, 2H), 7.05-7.07(d, 4H), 7.11(s, 2H), 7.15-7.18(t, 2H), 7.41(s, 4H), 8.31(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)]의 디클로로메탄 용액의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이하, 「흡수 스펙트럼」으로 약기) 및 발광 스펙트럼을 측정했다. 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계((주)일본 분광제, V550형)를 이용하고, 디클로로메탄 용액(0.061mmol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정을 행하였다. 또한, 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계((주)하마마츠 포토닉스제, FS920)를 이용하고, 탈기한 디클로로메탄 용액(0.061mmol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정을 행하였다. 얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 13에 나타낸다. 횡축은 파장, 종축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한, 도 13에서 2줄의 실선이 도시되어 있는데, 얇은 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 13에 나타낸 흡수 스펙트럼은 디클로로메탄 용액(0.061mmol/L)을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼으로부터, 디클로로메탄만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼을 뺀 결과를 나타낸다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)]은 611nm에 발광 피크를 가지고 있으며, 디클로로메탄 용액으로부터는 적색의 발광이 관측되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻어진 [Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)]을 액체 크로마토그래피 질량 분석(Liquid Chromatography Mass Spectrometry(약칭：LC/MS 분석))에 의해 질량(MS) 분석했다.
LC/MS 분석은 LC(액체 크로마토그래피) 분리를 워터스사제의 Acquity UPLC에 의해, MS 분석(질량 분석)을 워터스사제의 Xevo G2 Tof MS에 의해 행하였다. LC 분리에 이용한 칼럼은 Acquity UPLC BEHC8(2.1×100mm, 1.7μm), 칼럼 온도는 40℃로 했다. 이동상은 이동상 A를 아세토니트릴, 이동상 B를 0.1% 포름산 수용액으로 했다. 또한, 샘플은 임의의 농도의 [Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)]을 톨루엔에 용해하고, 아세토니트릴로 희석하여 조정하고, 주입량은 5.0μL로 했다.
MS 분석에서는 일렉트로 스프레이 이온화법(ElectroSpray Ionization(약칭：ESI))에 의한 이온화를 행하였다. 이때의 캐필러리 전압은 3.0kV, 샘플콘 전압은 30으로 하고, 검출은 포지티브 모드에서 행하였다. 이상의 조건으로 이온화된 m/z＝1103.48의 성분을 충돌실(collision cell) 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온에 해리시켰다. 아르곤을 충돌시킬 때의 에너지(collision energy)는 50eV로 했다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z＝100∼1300으로 했다. 도 14에, 해리시킨 프로덕트 이온을 비행 시간(TOF)형 MS로 검출한 결과를 나타낸다.
도 14의 결과로부터, [Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)]은 주로 m/z＝975 부근에 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 14에 나타낸 결과는 [Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)]에서 유래하는 특징적인 결과를 도시하고 있기 때문에, 혼합물 중에 포함되는 [Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)]를 동정하는데 있어서의 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, m/z＝975 부근의 프로덕트 이온은 [Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)]에서의 Hdprm이 이탈한 상태의 양이온으로 추정되며, [Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)]이 Hdprm을 포함하고 있는 것을 시사하는 것이다.
[실시예 3]
≪합성예 3≫
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(102)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체, 비스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(6-메틸-2,4-헵탄디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdpprdmp)2(ivac)])의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, [Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)]의 구조를 아래에 나타낸다.
[(구조식(102), Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)]
＜단계 1：비스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(6-메틸-2,4-헵탄디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)])의 합성＞
먼저, 디-μ-클로로-테트라키스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}디이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-dmp)2Cl]2) 1.2g, 6-메틸-2,4-헵탄디온(약칭：Hivac) 0.46g, 탄산 나트륨1.16g, 2-에톡시에탄올 30mL를 환류관을 부착한 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45 GHz, 120 W)를 1시간 조사함으로써 가열했다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 메탄올로 흡인 여과했다. 얻어진 고체를 디클로로메탄에 녹이고, 셀라이트, 알루미나, 셀라이트의 순으로 적층한 여과 보조제를 통해 여과했다. 여과액의 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 초산 에틸：헥산＝1：5를 전개 용매로 한 플래시 칼럼 크로마토그래피로 정제했다. 용액의 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 고체를 디클로로메탄과 메탄올로 재결정함으로써, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)]를 얻었다(암적색 분말, 수율 46%). 또한, 마이크로파의 조사는 마이크로파 합성 장치(CEM사제, Discover)를 이용한다.
얻어진 암적색 분말 0.41g을 트레인 서블리메이션법에 의해 승화 정제했다. 승화 정제 조건은 압력 2.8Pa, 아르곤 가스를 유량 5.00mL/min로 흘려보내면서, 260℃에서 고체를 가열했다. 승화 정제 후, 목적물인 암적색 고체를 수율 76%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 (C-1)에 나타낸다.
[합성 스킴(C-1)]
또한, 상기 단계 1에서 얻어진 암적색 분말의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 15에 나타낸다. 이것으로부터, 본 합성예 3에서 상술한 구조식(102)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)]가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3)：0.43-0.45(d, 3H), 0.65-0.67(d, 3H), 1.41(s, 3H), 1.47(s, 3H), 1.77(s, 4H), 1.92-1.94(d, 8H), 2.11-2.13(d, 14H), 2.34(s, 10H), 5.16(s, 1H), 6.45(s, 1H), 6.48(s, 1H), 6.80(s, 1H), 6.88(s, 1H), 7.05-7.07(m, 5H), 7.11(s, 2H), 7.15-7.19(m, 2H), 7.40(s, 3H), 8.31(s, 1H), 8.39(s, 1H).
다음으로, [Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)]의 디클로로메탄 용액의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이하, 「흡수 스펙트럼」으로 약기) 및 발광 스펙트럼을 측정했다. 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계((주)일본 분광제, V550형)를 이용하고, 디클로로메탄 용액(0.061mmol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정을 행하였다. 또한, 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계((주)하마마츠 포토닉스제, FS920)를 이용하고, 탈기한 디클로로메탄 용액(0.061mmol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정을 행하였다. 얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 16에 나타낸다. 횡축은 파장, 종축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한, 도 16에서 2줄의 실선이 도시되어 있는데, 얇은 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 16에 나타낸 흡수 스펙트럼은 디클로로메탄 용액(0.061mmol/L)을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼으로부터, 디클로로메탄만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼을 뺀 결과를 나타낸다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)]는 610nm에 발광 피크를 가지고 있으며, 디클로로메탄 용액으로부터는 적색의 발광이 관측되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻어진 [Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)]을 액체 크로마토그래피 질량 분석(Liquid Chromatography Mass Spectrometry(약칭：LC/MS 분석))에 의해 질량(MS) 분석했다.
LC/MS 분석은 LC(액체 크로마토그래피) 분리를 워터스사제의 Acquity UPLC에 의해, MS 분석(질량 분석)을 워터스사제의 Xevo G2 Tof MS에 의해 행하였다. LC 분리에 이용한 칼럼은 Acquity UPLC BEHC8(2.1×100mm, 1.7μm), 칼럼 온도는 40℃로 했다. 이동상은 이동상 A를 아세토니트릴, 이동상 B를 0.1% 포름산 수용액으로 했다. 또한, 샘플은 임의의 농도의 [Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)]을 클로로포름에 용해하고, 아세토니트릴로 희석하여 조정하고, 주입량은 5.0μL로 했다.
MS 분석에서는, 일렉트로 스프레이 이온화법(ElectroSpray Ionization(약칭：ESI))에 의한 이온화를 행하였다. 이때의 캐필러리 전압은 3.0kV, 샘플콘 전압은 30으로 하고, 검출은 포지티브 모드에서 행하였다. 이상의 조건으로 이온화된 m/z＝1117.50의 성분을 충돌실(collision cell) 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온에 해리시켰다. 아르곤을 충돌시킬 때의 에너지(collision energy)는 50eV로 했다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z＝100∼1300으로 했다. 도 17에 해리시킨 프로덕트 이온을 비행 시간(TOF)형 MS로 검출한 결과를 나타낸다.
도 17의 결과로부터, [Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)]은 주로 m/z＝975 부근에 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 17에 나타낸 결과는 [Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)]에서 유래하는 특징적인 결과를 도시하고 있기 때문에, 혼합물 중에 포함되는 [Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)]를 동정하는데 있어서의 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, m/z＝975 부근의 프로덕트 이온은 [Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)]에서의 Hivac가 이탈한 상태의 양이온으로 추정되며, [Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)]가 Hivac를 포함하고 있는 것을 시사하는 것이다.
[실시예 4]
≪합성예 4≫
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(103)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체, 비스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(3,7-디메틸-4,6-노난디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)])의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, [Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)]의 구조를 아래에 나타낸다.
[구조식(103), Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)]
＜단계 1：3,7-디메틸-4,6-노난디온(약칭：Hdmbm)의 합성＞
먼저, DMF 27.5mL, 칼륨-T-부톡시드 5.61g을 삼구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하고, 50℃로 가열했다. 이 용액에, 시린지(syringe)를 이용하여 DL-2-메틸-낙산 에틸 3.5g, 2.5mL의 DMF에 녹인 3-메틸-2-펜타논 2.0g을 더하고, 50℃에서 6시간 교반했다. 얻어진 용액을 실온까지 식히고, 20% 황산, 물로 흡인 여과를 행하고, 여과물을 톨루엔으로 세정했다. 여과액과 톨루엔을 섞은 혼합 용액으로부터 톨루엔으로 유기층을 추출하고, 얻어진 유기층을 물, 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘을 더하여 건조하고, 자연 여과했다. 여과액의 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 감압 증류로 정제하고, 목적물인 Hdmbm을 1.3g 얻었다(황색 유상물). 단계 1의 합성 스킴을 하기 (D-1)에 나타낸다.
[합성 스킴(D-1)]
＜단계 2：비스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(3,7-디메틸-4,6-노난디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)])의 합성＞
다음으로, 디-μ-클로로-테트라키스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}디이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-dmp)2Cl]2) 1.0g, Hdmbm 0.50g, 탄산 나트륨 0.96g, 2-에톡시에탄올 20mL를 환류관을 부착한 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45 GHz, 120 W)를 1시간 조사함으로써 가열했다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 메탄올로 흡인 여과했다. 얻어진 고체를 디클로로메탄에 녹이고, 셀라이트, 알루미나, 셀라이트의 순으로 적층한 여과 보조제를 통해 여과했다. 여과액의 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 고체를 디클로로메탄과 메탄올의 혼합 용액으로 재결정함으로써, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)]를 얻었다(암적색 분말, 수율 83%). 또한, 마이크로파의 조사는 마이크로파 합성 장치(CEM사제, Discover)를 이용한다.
얻어진 암적색 분말 0.5g을 트레인 서블리메이션법에 의해 승화 정제했다. 승화 정제 조건은 압력 2.6Pa, 아르곤 가스를 유량 5.00mL/min로 흘려보내면서, 280℃에서 고체를 가열했다. 승화 정제 후, 목적물인 암적색 고체를 수율 67%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 하기 (D-2)에 나타낸다.
[합성 스킴(D-2)]
또한, 상기 단계 2에서 얻어진 암적색 분말의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 18에 나타낸다. 이것으로부터, 본 합성예 4에서 상술한 구조식(103)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)]가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3)：0.42-0.46(dt, 3H), 0.50-0.54(dt, 3H), 0.76-0.79(dt, 6H), 1.09-1.16(m, 2H), 1.29-1.42(dm, 2H), 1,44-1.45(m, 6H), 1.94(s, 6H), 2.00-2.04(td, 2H), 2.09(s, 12H), 2.34(s, 12H), 5.15-5.17(t, 1H), 6.47(s, 2H), 6.81(s, 2H), 7.04-47.05(d, 4H), 7.11(s, 2H), 7.14-7.17(t, 2H), 7.39(s, 4H), 8.22-8.23(d, 1H), 8.25-8.27(d, 1H).
다음으로, [Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)]의 디클로로메탄 용액의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이하, 「흡수 스펙트럼」으로 약기) 및 발광 스펙트럼을 측정했다. 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계((주)일본 분광제, V550형)를 이용하고, 디클로로메탄 용액(0.054mmol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정을 행하였다. 또한, 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계((주)하마마츠 포토닉스제, FS920)를 이용하고, 탈기한 디클로로메탄 용액(0.054mmol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정을 행하였다.
얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 19에 나타낸다. 횡축은 파장, 종축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한, 도 19에서 2줄의 실선이 도시되어 있는데, 얇은 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 19에 나타낸 흡수 스펙트럼은 디클로로메탄 용액(0.054mmol/L)을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼으로부터, 디클로로메탄만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼을 뺀 결과를 나타낸다.
도 19에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)]은 611nm에 발광 피크를 가지고 있으며, 디클로로메탄 용액으로부터는 적색의 발광이 관측되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻어진 [Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)]을 액체 크로마토그래피 질량 분석(Liquid Chromatography Mass Spectrometry(약칭：LC/MS 분석))에 의해 질량(MS) 분석했다.
LC/MS 분석은 LC(액체 크로마토그래피) 분리를 워터스사제의 Acquity UPLC에 의해, MS 분석(질량 분석)을 워터스사제의 Xevo G2 Tof MS에 의해 행하였다. LC 분리에 이용한 칼럼은 Acquity UPLC BEHC8(2.1×100mm, 1.7μm), 칼럼 온도는 40℃로 했다. 이동상은 이동상 A를 아세토니트릴, 이동상 B를 0.1% 포름산 수용액으로 했다. 또한, 샘플은 임의의 농도의 [Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)]을 클로로포름에 용해하고, 아세토니트릴로 희석하여 조정하고, 주입량은 5.0μL로 했다.
MS 분석에서는, 일렉트로 스프레이 이온화법(ElectroSpray Ionization(약칭：ESI))에 의한 이온화를 행하였다. 이때의 캐필러리 전압은 3.0kV, 샘플콘 전압은 30으로 하고, 검출은 포지티브 모드에서 행하였다. 이상의 조건으로 이온화된 m/z＝1159.55의 성분을 충돌실(collision cell) 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온에 해리시켰다. 아르곤을 충돌시킬 때의 에너지(collision energy)는 50eV로 했다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z＝100∼1300으로 했다. 도 20에 해리시킨 프로덕트 이온을 비행 시간(TOF)형 MS로 검출한 결과를 나타낸다.
도 20의 결과로부터, [Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)]은 주로 m/z＝975 부근에 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 20에 나타낸 결과는 [Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)]에서 유래하는 특징적인 결과를 도시하고 있기 때문에, 혼합물 중에 포함되는 [Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)]를 동정하는데 있어서의 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, m/z＝975 부근의 프로덕트 이온은 [Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)]에서의 Hdmbm이 이탈한 상태의 양이온으로 추정되며, [Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)]이 Hdmbm을 포함하고 있는 것을 시사하는 것이다.
[실시예 5]
본 실시예에서는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)](구조식(100))를 발광층에 이용한 발광 소자 1에 대하여 도 21을 이용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서 이용하는 재료의 화학식을 아래에 나타낸다.
[화학식]
≪발광 소자 1의 제작≫
먼저, 유리제 기판(1100) 위에 산화 규소를 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의해 성막하고, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(1101)을 형성했다. 또, 그 막 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 했다.
다음으로, 기판(1100) 위에 발광 소자 1을 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃로 1시간 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 행하였다.
그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치를 기판에 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃로 30분간 진공 소성을 행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방랭했다.
다음으로, 제 1 전극(1101)이 형성된 면이 아래로 가도록, 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정했다. 본 실시예에서는 진공 증착법에 의해, EL층(1102)을 구성하는 정공 주입층(1111), 정공 수송층(1112), 발광층(1113), 전자 수송층(1114), 전자 주입층(1115)이 순차로 형성되는 경우에 대하여 설명한다.
진공 장치 내를 10-4Pa로 감압한 후, 1,3,5-트리(디벤조티오펜-4-일)벤젠(약칭：DBT3P-II)과 산화 몰리브덴(VI)을 DBT3P-II：산화 몰리브덴＝4：2(질량비)가 되도록 공증착함으로써 제 1 전극(1101) 위에 정공 주입층(1111)을 형성했다. 막 두께는 20nm로 했다. 또한, 공증착이란 다른 복수의 물질을 각각 다른 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법이다.
다음으로, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭：BPAFLP)을 20nm 증착함으로써 정공 수송층(1112)을 형성했다.
다음으로, 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성했다. 2-[3'-(디벤조티오펜-4-일)비페닐-3-일]디벤조 [f,h]퀴녹살린(약칭：2mDBTBPDBq-II), N-(1,1'-비페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭：PCBBiF), 비스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,8-디메틸-4,6-노난디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-dmp)2(divm)])을 2mDBTBPDBq-II：PCBBiF：[Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]＝0.8：0.2：0.05(질량비)가 되도록 공증착했다. 또한, 막 두께는 40nm의 막 두께로 했다.
다음으로, 발광층(1113) 위에 2mDBTBPDBq-II를 20nm 증착한 후, 바소페난트롤린(약칭：Bphen)을 20nm 증착함으로써, 전자 수송층(1114)을 형성했다. 또한 전자 수송층(1114) 위에 불화 리튬을 1nm 증착함으로써, 전자 주입층(1115)을 형성했다.
마지막으로, 전자 주입층(1115) 위에 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 증착하고, 음극이 되는 제 2 전극(1103)을 형성하고, 발광 소자 1을 얻었다. 또한, 상술한 증착 과정에서 증착은 모두 저항 가열법을 이용한다.
이상으로 얻어진 발광 소자 1의 소자 구조를 표 1에 나타낸다.
또한, 제작한 발광 소자 1은 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글러브 박스 내에서 밀봉했다(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 80℃에서 1시간 열처리).
≪발광 소자 1의 동작 특성≫
제작한 발광 소자 1의 동작 특성에 대하여 측정했다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
먼저, 발광 소자 1의 전류 밀도-휘도 특성을 도 22에 나타낸다. 또한, 도 22에서 종축은 휘도(cd/m2), 횡축은 전류 밀도(mA/cm2)를 나타낸다. 또한, 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 도 23에 나타낸다. 또한, 도 23에서 종축은 휘도(cd/m2), 횡축은 전압(V)을 나타낸다. 또한, 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 도 24에 나타낸다. 또한, 도 24에서 종축은 전류 효율(cd/A), 횡축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광 소자 1의 전압-전류 특성을 도 25에 나타낸다. 또한, 도 25에서 종축은 전류(mA), 횡축은 전압(V)을 나타낸다.
도 24에 의해 본 발명의 일형태인 발광 소자 1은 고효율의 소자라는 것을 알 수 있다. 또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 1의 주된 초기 특성값을 이하의 표 2에 나타낸다.
상기 결과로부터, 본 실시예에서 제작한 발광 소자 1은 고휘도이고, 양호한 전류 효율을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 색 순도에 관해서는 순도가 좋은 적색 발광을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 1에 25mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘려보냈을 때의 발광 스펙트럼을 도 26에 나타낸다. 도 26에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1의 발광 스펙트럼은 619nm 부근에 피크를 가지고 있으며, 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]의 발광에서 유래한 것을 시사한다. 또한, 도 26에는 발광 소자 1의 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)] 대신에 유기 금속 착체 [Ir(tppr)2(dpm)]을 이용하여 비교 발광 소자를 제작하고, 비교 발광 소자의 발광 스펙트럼에 대해서도 비교예로서 나타냈다. 그 결과, 발광 소자 1의 발광 스펙트럼은 비교 발광 소자의 것보다 반치폭이 좁아지는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)]의 구조에서 이리듐과 결합한 페닐기에 대하여 4위치와 6위치가 메틸기에서 치환된 구조를 갖는 것에 의한 효과인 것으로 보인다. 따라서, 발광 소자 1은 발광 효율이 좋고, 색 순도가 좋은 발광 소자라고 할 수 있다.
또한, 발광 소자 1에 대한 신뢰성 시험을 행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 27에 나타낸다. 도 27에서 종축은 초기 휘도를 100%로 했을 때의 정규화 휘도(%)를 나타내고 횡축은 소자의 구동 시간(H)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험은 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고, 전류 밀도가 일정한 조건에서 발광 소자 1을 구동시켰다. 그 결과, 발광 소자 1의 100시간 후의 휘도는 초기 휘도의 약 87%를 유지하고 있었다.
따라서, 어느 조건에서 행한 신뢰성 시험에서도, 발광 소자 1은 높은 신뢰성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체를 발광 소자에 이용함으로써, 장수명의 발광 소자를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
[실시예 6]
본 실시예에서는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체의 구체예로서, 실시예 1에서 설명한 [Ir(dmdppr-dmp)2(divm)](구조식(100)), 실시예 2에서 설명한 [Ir(dmdppr-dmp)2(dprm)](구조식(101)), 실시예 3에서 설명한 [Ir(dmdppr-dmp)2(ivac)](구조식(102)), 실시예 4에서 설명한 [Ir(dmdppr-dmp)2(dmbm)](구조식(103)), 실시예 8에서 설명한 [Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)](약칭)(구조식(113)), 실시예 12에서 설명한 [Ir(dmdppr-P)2(divm)](약칭)(구조식(118))의 각각에 대하여 행한 승화 정제 수율의 측정에 대하여 설명한다. 또한, 비교예로서 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)](하기 구조식(001))의 승화 정제 수율에 대해서도 측정을 행하였다.
고진공 차동형 시차열 천칭(Bruker AXS 주식회사(Bruker AXS K.K.)제, TG-DTA 2410SA)를 이용한 중량 감소율, 다파장 검출기(210∼500nm)에 의해 검출된 워터스사제의 Acquity UPLC에서의 순도 측정 결과, 및 승화 정제 수율의 측정 결과를 하기의 표 3에 나타낸다.
표 3에서의 고진공 중량 감소(%)로서는 진공도 10-4Pa에서 승온 속도를 10℃/min로 설정하고, 승온했을 때의 중량 감소율을 나타냈다. 또한, 승화 정제 수율로서는 승화 정제 시에서의 수율이 25% 미만의 것을 ×, 25% 이상 50% 미만의 것을 △, 50% 이상 75% 미만의 것을 ○, 75% 이상의 것을 ◎로 나타낸다.
또한, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체(구조식(100)∼구조식(103), 구조식(113), 구조식(118)) 및 비교예의 유기 금속 착체([Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)]) 모두 승화 정제에서 두드러지는 순도의 저하는 보이지 않았다. 그러나, 표 3에 의하면, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체(구조식(100)∼구조식(103), 구조식(113), 구조식(118))는 비교예의 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)]보다 승화 정제의 수율이 높은 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체는 승화성이 뛰어날 뿐만 아니라, 승화 정제에서의 수율을 높이는데 있어서 효율적인 구조를 가지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체가 승화 정제 시에서 비교예의 유기 금속 착체보다 승화물의 회수관으로부터 추출하기 쉬운 성질을 가지고 있는 것은 작업 시간의 단축으로 연결되어 매우 효율적이다.
≪참고예≫
아래에, 본 실시예에서의 비교예로서 이용한 유기 금속 착체, 비스{4,6-디메틸-2-[5-(2,6-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,2',6,6'-테트라메틸-3,5-헵탄디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)])(구조식(001))의 승화 정제예를 구체적으로 예시한다.
[구조식(001), Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)]
＜단계 ：[Ir(dmdppm)2(dpm)]의 승화 정제＞
원하는 합성 방법에 의해 얻어진 유기 금속 착체 [Ir(dmdppm)2(dpm)]인 주홍색 분말 0.24g을 트레인 서블리메이션법에 의해 승화 정제했다. 승화 정제 조건은 압력 2.6Pa, 아르곤 가스를 유량 5.00mL/min로 흘려보내면서, 260℃에서 고체를 가열했다. 승화 정제 후, 목적물인 적색 고체를 수율 46%로 얻었다.
[실시예 7]
본 실시예에서는 계산에 의해 구한 인광 스펙트럼에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서 이용하는 유기 금속 착체의 화학식을 아래에 나타낸다.
[화학식 Ir(ppr)2(acac), [Ir(dmppr)2(acac)]]
≪계산예≫
[Ir(ppr)2(acac)]와 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체의 유사 모델 구조인 [Ir(dmppr)2(acac)]의 일중항 기저 상태(S0)와 최저 여기 삼중항 상태(T1)에서의 가장 안정된 구조를 밀도 범함수법(DFT)을 이용하여 계산했다. 또한, 각각의 가장 안정된 구조에서 진동 해석을 행하고, S0와 T1의 진동 상태 간의 천이 확률을 구하고, 인광 스펙트럼을 계산했다. DFT의 전 에너지는 포텐셜 에너지, 전자 간 정전 에너지, 전자의 운동 에너지와 복잡한 전자 간의 상호 작용을 모두 포함하는 교환 상관 에너지의 합으로 나타내어진다. DFT에서는 교환 상관 상호 작용을 전자 밀도로 나타낸 일전자 포텐셜의 범함수(함수의 함수를 의미함)에 근사하기 때문에, 계산은 고속이다. 여기에서는, 혼합 범함수인 B3PW91을 이용하여, 교환과 상관 에너지에 관련된 각 파라미터의 무게를 규정했다.
또한, 기저 함수로서, H, C, N, O 원자에는 6-311G(각각의 원자가 궤도에 3개의 단축 함수를 이용한 Triple Split Valence 기저계의 기저 함수)를, Ir 원자에는 LanL2DZ를 이용했다. 상술한 기저 함수에 의해, 예를 들어, 수소 원자라면, 1S∼3S의 궤도가 고려되고, 또한, 탄소 원자라면 1s∼4s, 2p∼4p의 궤도가 고려되게 된다. 또한, 계산 정도 향상을 위해, 분극 기저계로서 수소 원자에는 p 함수를, 수소 원자 이외에는 d 함수를 더했다. 또한, 양자 화학 계산 프로그램으로서는 Gaussian 09을 사용했다. 계산은 하이 퍼포먼스 컴퓨터(SGI사(SGI Japan, Ltd.)제, Altix 4700)를 이용하여 행하였다.
또한, 상기 계산 방법에 의해 얻어진 [Ir(ppr)2(acac)]와 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체의 유사 모델로서[Ir(dmppr)2(acac)]의 인광 스펙트럼의 결과를 도 46에 나타낸다. 이 계산에서는 반치폭을 135cm-1로 하고, Frank-Condon 인자를 고려하였다.
도 46에 나타낸 바와 같이, 2개의 인광 스펙트럼을 비교하면, [Ir(ppr)2(acac)]에서는 640nm 부근의 제 2 피크의 강도가 큰 것에 대해, [Ir(dmppr)2(acac)]에서는 690nm 부근의 제 2 피크의 강도가 작다. 이들 제 2 피크는 배위자 중의 C-C 결합 및 C-N 결합의 신축 진동에 유래한다. [Ir(dmppr)2(acac)]에서는, 이들 신축 진동이 기여하는 진동 상태 간의 천이 확률이 작다. 결과적으로, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체의 유사 모델 구조인 [Ir(dmppr)2(acac)]은 [Ir(ppr)2(acac)]보다 협선화하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 계산 방법에 의해 얻어진 [Ir(ppr)2(acac)]와 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체의 유사 모델 구조인 [Ir(dmppr)2(acac)]의 벤젠환의 2면각을 비교한 결과를 표 4에, 비교한 벤젠환의 2면각의 위치를 도 47에 나타낸다. 여기서 2면각이란, 도 47에서 연속하는 원자 1∼4의 면 123과 면 234와의 축 23을 중심으로 한 각도이다. 또한, [Ir(ppr)2(acac)], [Ir(dmppr)2(acac)] 모두 각각의 분자 내에 벤젠환이 2개 있기 때문에, 착체의 대칭성에 따라서는 각각 다른 값이 되는 경우가 있지만, 이번 S0와 T1에서의 구조는 C2 대칭이기 때문에, 2면각은 같은 값이 구해졌다.
표 4에 나타낸 바와 같이, [Ir(ppr)2(acac)]에서는, S0과 T1에서의 2면각의 값이 작으므로, 벤젠환의 평면성이 높고, 배위자 중의 C-C 결합 및 C-N 결합의 신축 진동이 기여하는 진동 상태 간의 천이 확률이 크다고 생각된다. 한편, [Ir(dmppr)2(acac)]에서는, S0과 T1에서의 2면각의 값이 크므로, 벤젠환의 평면성이 낮고, 배위자 중의 C-C 결합 및 C-N 결합의 신축 진동이 기여하는 진동 상태 간의 천이 확률이 작다고 생각된다. 이는 페닐기로 치환한 2개의 메틸기의 효과인 것으로 생각된다. 즉, 2개의 알킬기가 이리듐과 결합한 페닐기에 대하여 4위치와 6위치로 치환하는 것이 인광 스펙트럼의 반치폭을 좁게 하고, 발광의 색 순도를 좋게 하는 것을 발견했다.
[실시예 8]
≪합성예 5≫
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(113)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체, 비스{4,6-디메틸-2-[5-(2,5-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,8-디메틸-4,6-노난디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)])의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, [Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)]의 구조를 아래에 나타낸다.
[구조식(113)]
＜단계 1：5-(2,5-디메틸페닐)-2,3-비스(3,5-디메틸페닐)피라진(약칭：Hdmdppr-25dmp)의 합성＞
먼저, 5,6-비스(3,5-디메틸페닐)-2-피라질 트리플레이트 1.22g, 2,5-디메틸페닐보론산 0.51g, 인산 삼칼륨 2.12g, 톨루엔 20mL, 물 2mL를 200mL의 삼구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환했다. 플라스크 내를 감압 하에서 교반함으로써 탈기한 후, 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(약칭：Pd2(dba)3) 0.026g, 트리스(2,6-디메톡시페닐)포스핀 0.053g을 더하고, 4시간 환류했다. 반응 용액에 물을 더하고, 톨루엔으로 유기층을 추출했다. 얻어진 추출액을 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘으로 건조했다. 건조한 후의 용액을 여과했다. 이 여과액을 농축하고, 얻어진 잔사를 톨루엔을 전개 용매로 하는 실리카겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하고, 목적인 파라진 유도체 Hdmdppr-25dmp를 얻었다(무색 오일, 수율 97%). 단계 1의 합성 스킴을 하기 (E-1)에 나타낸다.
[합성 스킴(E-1)]
＜단계 2：디-μ-클로로-테트라키스{4,6-디메틸-2-[5-(2,5-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}디이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-25dmp)2Cl]2)의 합성＞
다음으로, 2-에톡시에탄올 15mL와 물 5mL, 상기 단계 1에서 얻은 Hdmdppr-25dmp 1.04g, 염화 이리듐 수화물(IrCl3·H2O) 0.36g을 환류관을 부착한 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45 GHz, 100 W)를 1시간 조사하고, 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거한 후, 얻어진 잔사를 메탄올로 흡인 여과하고, 복핵 착체 [Ir(dmdppr-25dmp)2Cl]2를 얻었다(적갈색 분말, 수율 80%). 단계 2의 합성 스킴을 하기 (E-2)에 나타낸다.
[합성 스킴(E-2)]
＜단계 3：비스{4,6-디메틸-2-[5-(2,5-디메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,8-디메틸-4,6-노난디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)])의 합성＞
또한, 2-에톡시에탄올 30mL, 상기 단계 2에서 얻은 복핵 착체 [Ir(dmdppr-2,5dmp)2Cl]2 0.97g, 2,8-디메틸-4,6-노난디온(약칭：Hdivm) 0.28g, 탄산 나트륨 0.51g을 환류관을 부착한 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45 GHz, 120 W)를 1시간 조사함으로써 가열했다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 메탄올로 흡인 여과했다. 얻어진 고체를 물, 메탄올로 세정했다. 얻어진 고체를 디클로로메탄：헥산＝1：1을 전개 용매로 하는 플래시 칼럼 크로마토그래피에 의해 정제한 후, 디클로로메탄과 메탄올의 혼합 용액으로 재결정함으로써, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)]을 적색 분말로서 얻었다(수율 44%). 얻어진 적색 분말 0.48g을 트레인 서블리메이션법에 의해 승화 정제했다. 승화 정제 조건은 압력 2.7Pa, 아르곤 가스를 유량 5.00mL/min로 흘려보내면서, 245℃에서 고체를 가열했다. 승화 정제 후, 목적물인 적색 고체를 수율 71%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 하기 (E-3)에 나타낸다.
[합성 스킴(E-3)]
또한, 상기 단계 3에서 얻어진 적색 분말의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 28에 나타낸다. 이것으로부터, 본 합성예 5에서 상술한 구조식(113)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)]가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3)：0.38(s, 6H), 0.67(s, 6H), 1.41(s, 6H), 1.76-1.80(m, 2H), 1.87-1.91(m, 2H), 1.95(s, 6H), 2.00-2.04(m, 2H), 2.34-2.39(m, 24H), 5.13(s, 1H), 6.47(s, 2H), 6.86(s, 2H), 7.10(d, 2H), 7.14-7.15(m, 4H), 7.22(s, 2H), 7.45(s, 2H), 8.55(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)]의 자외 가시선 흡수 스펙트럼법(UV)에 의한 해석을 행하였다. UV 스펙트럼의 측정은 자외 가시 분광 광도계((주)일본 분광제, V550형)를 이용하고, 디클로로메탄 용액(0.089mmol/L)을 이용하여 실온에서 측정을 행하였다. 또한, [Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)]의 발광 스펙트럼을 측정했다. 발광 스펙트럼의 측정은 형광 광도계((주)하마마츠 포토닉스제, FS920)를 이용하고, 탈기한 디클로로메탄 용액(0.089mmol/L)을 이용하여 실온에서 측정을 행하였다. 측정 결과를 도 29에 나타낸다. 횡축은 파장, 종축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 29에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)]은 619nm에 발광 피크를 가지고 있으며, 디클로로메탄 용액으로부터는 적색의 발광이 관측되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻어진 [Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)]을 액체 크로마토그래피 질량 분석(Liquid Chromatography Mass Spectrometry, 약칭：LC/MS 분석)에 의해 분석했다.
LC/MS 분석은 LC(액체 크로마토그래피) 분리를 워터스사제의 Acquity UPLC에 의해, MS 분석(질량 분석)을 워터스사제의 Xevo G2 Tof MS에 의해 행하였다. LC 분리에 이용한 칼럼은 Acquity UPLC BEHC8(2.1×100mm, 1.7μm), 칼럼 온도는 40℃로 했다. 이동상은 이동상 A를 아세토니트릴, 이동상 B를 0.1% 포름산 수용액으로 했다. 또한, 샘플은 임의의 농도의 [Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)]을 클로로포름에 용해하고, 아세토니트릴로 희석하여 조정하고, 주입량은 5.0μL로 했다.
LC 분리에는 이동상의 조성을 변화시키는 경사법(gradient method)을 이용하고, 측정 개시 후 0분부터 1분까지의 이동상 A와 이동상 B와의 비가 이동상 A：이동상 B＝90：10, 그 후 조성을 변화시켜, 5분에서의 이동상 A와 이동상 B와의 비가 이동상 A：이동상 B＝95：5가 되도록 했다. 조성 변화는 연속적으로(linearly) 변화시켰다.
MS 분석에서는, 일렉트로 스프레이 이온화법(ElectroSpray Ionization, 약칭：ESI)에 의한 이온화를 행하고, 캐필러리 전압은 3.0kV, 샘플콘 전압은 30V, 검출은 포지티브 모드에서 행하였다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z＝100∼1500로 했다.
이상의 조건으로 분리, 이온화된 m/z＝1159.54의 성분을 충돌실(collision cell) 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온에 해리시켰다. 아르곤을 충돌시킬 때의 에너지(collision energy)는 50eV로 했다. 해리시킨 프로덕트 이온을 비행 시간(TOF)형 MS로 검출한 결과를 도 30에 나타낸다.
도 30의 결과로부터, 구조식(113)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체, [Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)]은 주로 m/z＝975.40 부근에 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 30에 나타낸 결과는 [Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)]에서 유래하는 특징적인 결과를 도시하고 있기 때문에, 혼합물 중에 포함되는 [Ir(dmdppr-25dmp)2(divm)]을 동정하는데 있어서의 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, m/z＝975.40 부근의 프로덕트 이온은 구조식(113)의 화합물에서 2,8-디메틸-4,6-노난디온과 프로톤이 이탈한 상태의 양이온으로 추정되며, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체의 특징의 하나이다.
[실시예 9]
≪합성예 6≫
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(114)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체, 비스{4,6-디메틸-2-[5-(2-메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,8-디메틸-4,6-노난디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdpprmp)2(divm)])의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, [Ir(dmdppr-mp)2(divm)]의 구조를 아래에 나타낸다.
[구조식(114)]
＜단계 1： 5-클로로-2,3-비스(3,5-디메틸페닐)피라진의 합성＞
먼저, 5,6-비스(4, 5-디메틸페닐)피라진-2-올 3.79g을 100mL의 삼구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환했다. 여기에 염화 포스포릴 5.6mL를 더하고, 2시간 환류했다. 그 후, 얻어진 반응 용액을 포화 탄산 수소 나트륨 수용액에 넣고, 디클로로메탄으로 유기층을 추출했다. 얻어진 추출액을 포화 탄산 수소 나트륨 수용액, 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘으로 건조했다. 건조한 후의 용액을 여과했다. 이 여과액을 농축하고, 얻어진 잔사를 디클로로메탄：헥산＝1：1을 전개 용매로 하는 플래시 칼럼 크로마토그래피로 정제하고, 목적인 파라진 유도체를 얻었다(백색 분말, 수율 62%). 단계 1의 합성 스킴을 하기 (F-1)에 나타낸다.
[합성 스킴(F-1)]
＜단계 2： 5-(2-메틸페닐)-2,3-비스(3,5-디메틸페닐)피라진(약칭：Hdmdppr-mp)의 합성＞
다음으로, 상기 단계 1에서 얻은 5-클로로-2,3-비스(3,5-디메틸페닐)피라진 1.19g, 2-메틸페닐보론산 1.02g, 탄산 나트륨 0.78g, 비스(트리페닐포스핀)팔라듐(II)다이클로라이드(약칭：Pd(PPh3)2Cl2) 0.031g, 물 15mL, DMF 15mL를 환류관을 부착한 가지형 플라스크에 넣고, 내부를 아르곤 치환했다. 이 반응 용기에 마이크로파(2.45 GHz, 100W)를 2시간 조사했다. 여기서 나아가, 2-메틸페닐보론산 0.50g, 탄산 나트륨 0.39g, [Pd(PPh3)2Cl2] 0.031g을 더하고, 반응 용기에 마이크로파(2.45 GHz, 100W)를 2시간 조사함으로써 반응시켰다. 그 후, 이 용액에 물을 더하고, 디클로로메탄으로 유기층을 추출했다. 얻어진 유기층을 물, 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘으로 건조했다. 건조한 후의 용액을 여과했다. 이 용액의 용매를 증류하여 제거한 후, 얻어진 잔사를 톨루엔을 전개 용매로 하는 플래시 칼럼 크로마토그래피로 정제하고, 목적인 파라진 유도체 Hdmdppr-mp를 얻었다(황백색 분말, 수율 78%). 또한, 마이크로파의 조사는 마이크로파 합성 장치(CEM사제, Discover)를 이용한다. 단계 2의 합성 스킴을 하기 (F-2)에 나타낸다.
[합성 스킴(F-2)]
＜단계 3： 디-μ-클로로-테트라키스{4,6-디메틸-2-[5-(2-메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}디이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-mp)2Cl]2)의 합성＞
다음으로, 2-에톡시에탄올 15mL와 물 5mL, 상기 단계 2에서 얻은 Hdmdppr-mp 1.01g, 염화 이리듐 수화물(IrCl3·H2O) 0.36g을 환류관을 부착한 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45 GHz, 100 W)를 1시간 조사하고, 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거한 후, 얻어진 잔사를 헥산으로 흡인 여과하고, 복핵 착체 [Ir(dmdppr-mp)2Cl]2를 얻었다(적갈색 분말, 수율 67%). 또한, 단계 3의 합성 스킴을 하기 (F-3)에 나타낸다.
[합성 스킴(F-3)]
＜단계 4： 비스{4,6-디메틸-2-[5-(2-메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,8-디메틸-4,6-노난디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-mp)2(divm)]의 합성＞
또한, 2-에톡시에탄올 20mL, 상기 단계 3에서 얻은 복핵 착체 [Ir(dmdppr-mp)2Cl]2 0.78g, 2,8-디메틸-4,6-노난디온(약칭：Hdivm) 0.22g, 탄산 나트륨 0.42g을 환류관을 부착한 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45 GHz, 120 W)를 1시간 조사했다. 여기서 나아가, Hdivm 0.22g을 더하고, 반응 용기에 마이크로파(2.45 GHz, 120 W)를 1시간 조사함으로써 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 디클로로메탄에 녹이고, 물, 포화 식염수로 세정했다. 얻어진 유기층을 황산 마그네슘으로 건조했다. 건조한 후의 용액을 여과했다. 이 용액의 용매를 증류하여 제거한 후, 얻어진 잔사를 디클로로메탄에 용해시키고, 셀라이트, 알루미나, 셀라이트의 순으로 적층한 여과 보조제를 통해 여과했다. 얻어진 용액의 용매를 증류하여 제거한 후, 얻어진 고체를 디클로로메탄과 메탄올의 혼합 용액으로 재결정함으로써, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-mp)2(divm)]을 암적색 분말로서 얻었다(수율 48%). 얻어진 암적색 분말 0.42g을 트레인 서블리메이션법에 의해 승화 정제했다. 승화 정제 조건은 압력 2.6Pa, 아르곤 가스를 유량 5.00mL/min로 흘려보내면서, 255℃에서 고체를 가열했다. 승화 정제 후, 목적물인 암적색 고체를 수율 53%로 얻었다. 단계 4의 합성 스킴을 하기 (F-4)에 나타낸다.
[합성 스킴(F-4)]
또한, 상기 단계 4에서 얻어진 암적색 분말의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 31에 나타낸다. 이것으로부터, 본 합성예 6에서 상술한 구조식(114)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-mp)2(divm)]가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2)：0.43(s, 6H), 0.70(s, 6H), 1.39(s, 6H), 1.84-1.91(m, 4H), 1.94(s, 6H), 1.99-2.04(m, 2H), 2.39-2.43(m, 18H), 5.22(s, 1H), 6.46(s, 2H), 6.83(s, 2H), 7.20(s, 2H), 7.25-7.36(m, 8H), 7.40(d, 2H), 8.56(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-mp)2(divm)]의 자외 가시선 흡수 스펙트럼법(UV)에 의한 해석을 행하였다. UV 스펙트럼의 측정은 자외 가시 분광 광도계((주)일본 분광제, V550형)를 이용하고, 디클로로메탄 용액(0.056mmol/L)을 이용하여 실온에서 측정을 행하였다. 또한, [Ir(dmdppr-mp)2(divm)]의 발광 스펙트럼을 측정했다. 발광 스펙트럼의 측정은 형광 광도계((주)하마마츠 포토닉스제, FS920)를 이용하고, 탈기한 디클로로메탄 용액(0.056mmol/L)을 이용하여 실온에서 측정을 행하였다. 측정 결과를 도 32에 나타낸다. 횡축은 파장, 종축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 32에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-mp)2(divm)]은 618nm에 발광 피크를 가지고 있으며, 디클로로메탄 용액으로부터는 적색의 발광이 관측되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻어진 [Ir(dmdppr-mp)2(divm)]을 액체 크로마토그래피 질량 분석(Liquid Chromatography Mass Spectrometry, 약칭：LC/MS 분석)에 의해 분석했다.
LC/MS 분석은 LC(액체 크로마토그래피) 분리를 워터스사제의 Acquity UPLC에 의해, MS 분석(질량 분석)을 워터스사제의 Xevo G2 Tof MS에 의해 행하였다. LC 분리에 이용한 칼럼은 Acquity UPLC BEHC8(2.1×100mm, 1.7μm), 칼럼 온도는 40℃로 했다. 이동상은 이동상 A를 아세토니트릴, 이동상 B를 0.1% 포름산 수용액으로 했다. 또한, 샘플은 임의의 농도의 [Ir(dmdppr-mp)2(divm)]을 클로로포름에 용해하고, 아세토니트릴로 희석하여 조정하고, 주입량은 5.0μL로 했다.
LC 분리에는 이동상의 조성을 변화시키는 경사법을 이용하고, 측정 개시 후 0분부터 1분까지의 이동상 A와 이동상 B와의 비가 이동상 A：이동상 B＝90：10, 그 후 조성을 변화시켜, 5분에서의 이동상 A와 이동상 B와의 비가 이동상 A：이동상 B＝95：5가 되도록 했다. 조성 변화는 연속적으로 변화시켰다.
MS 분석에서는, 일렉트로 스프레이 이온화법(ElectroSpray Ionization, 약칭：ESI)에 의한 이온화를 행하고, 캐필러리 전압은 3.0kV, 샘플콘 전압은 30V, 검출은 포지티브 모드에서 행하였다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z＝100∼1300으로 했다.
이상의 조건으로 분리, 이온화된 m/z＝1131.51의 성분을 충돌실(collision cell) 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온에 해리시켰다. 아르곤을 충돌시킬 때의 에너지(collision energy)는 50eV로 했다. 해리시킨 프로덕트 이온을 비행 시간(TOF)형 MS로 검출한 결과를 도 33에 나타낸다.
도 33의 결과로부터, 구조식(114)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체, [Ir(dmdppr-mp)2(divm)]은 주로 m/z＝947.37 부근에 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 33에 나타낸 결과는 [Ir(dmdppr-mp)2(divm)]에서 유래하는 특징적인 결과를 도시하고 있기 때문에, 혼합물 중에 포함되는 [Ir(dmdppr-mp)2(divm)]을 동정하는데 있어서의 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, m/z＝947.37 부근의 프로덕트 이온은 구조식(114)의 화합물에서의 2,8-디메틸-4,6-노난디온과 프로톤이 이탈한 상태의 양이온으로 추정되며, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체의 특징의 하나이다.
[실시예 10]
≪합성예7≫
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(116)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체, 비스{4,6-디메틸-2-[5-(2-메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(3,5-헵탄디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-mp)2(dprm)])의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, [Ir(dmdppr-mp)2(dprm)]의 구조를 아래에 나타낸다.
[구조식(116)]
＜비스{4,6-디메틸-2-[5-(2-메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(3,5-헵탄디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-mp)2(dprm)]의 합성＞
먼저, 2-에톡시에탄올 30mL, 복핵 착체 디-μ-클로로-테트라키스{4,6-디메틸-2-[5-(2-메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}디이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-mp)2Cl]2) 0.64g, 3,5-헵탄디온(약칭：Hdprm) 0.13g, 탄산 나트륨 0.35g을 환류관을 부착한 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45 GHz, 120 W)를 1시간 조사했다. 여기서 나아가, Hdprm 0.13g을 더하고, 마이크로파(2.45 GHz, 120 W)를 1시간 조사함으로써 가열했다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 메탄올로 흡인 여과했다. 얻어진 고체를 물, 메탄올로 세정했다. 얻어진 고체를 디클로로메탄에 녹이고, 셀라이트, 알루미나, 셀라이트의 순으로 적층한 여과 보조제를 통해 여과한 후, 디클로로메탄과 메탄올의 혼합 용액으로 재결정함으로써, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-mp)2(dprm)]을 암적색 분말로서 얻었다(수율 60%). 합성 스킴을 하기 (G)에 나타낸다.
[합성 스킴(G)]
또한, 상기에서 얻어진 암적색 분말의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 34에 나타낸다. 이것으로부터, 본 합성예 7에서 상술한 구조식(116)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-mp)2(dprm)]가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2)：0.81-0.84(m, 6H), 1.43(s, 6H), 1.94(s, 6H), 2.02-2.10(m, 4H), 2.39(s, 12H), 2.42(s, 6H), 5.25(s, 1H), 6.46(s, 2H), 6.80(s, 2H), 7.19(s, 2H), 7.26-7.36(m, 8H), 7.43(d, 2H), 8.54(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-mp)2(dprm)]의 자외 가시선 흡수 스펙트럼법(UV)에 의한 해석을 행하였다. UV 스펙트럼의 측정은 자외 가시 분광 광도계((주)일본 분광제, V550형)를 이용하고, 디클로로메탄 용액(0.059mmol/L)을 이용하여 실온에서 측정을 행하였다. 또한, [Ir(dmdppr-mp)2(dprm)]의 발광 스펙트럼을 측정했다. 발광 스펙트럼의 측정은 형광 광도계((주)하마마츠 포토닉스제, FS920)를 이용하고, 탈기한 디클로로메탄 용액(0.059mmol/L)을 이용하여 실온에서 측정을 행하였다. 측정 결과를 도 35에 나타낸다. 횡축은 파장, 종축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 35에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-mp)2(dprm)]은 622nm에 발광 피크를 가지고 있으며, 디클로로메탄 용액으로부터는 적색의 발광이 관측되었다.
[실시예 11]
≪합성예8≫
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(117)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체, 비스{4,6-디메틸-2-[5-(2-메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(6-메틸-2,4-헵탄디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-mp)2(ivac)])의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, [Ir(dmdppr-mp)2(ivac)]의 구조를 아래에 나타낸다.
[구조식(117)]
＜비스{4,6-디메틸-2-[5-(2-메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(6-메틸-2,4-헵탄디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-mp)2(ivac)]의 합성＞
먼저, 2-에톡시에탄올 30mL, 복핵 착체 디-μ-클로로-테트라키스{4,6-디메틸-2-[5-(2-메틸페닐)-3-(3,5-디메틸페닐)-2-피라지닐-κN]페닐-κC}디이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-mp)2Cl]2 0.88g, 6-메틸-2,4-헵탄디온(약칭：Hivac) 0.20g, 탄산 나트륨 0.48g을 환류관을 부착한 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45 GHz, 120 W)를 1시간 조사했다. 여기서 나아가, Hivac 0.20g을 더하고, 마이크로파(2.45 GHz, 120 W)를 1시간 조사함으로써 가열했다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 메탄올로 흡인 여과했다. 얻어진 고체를 물, 메탄올로 세정했다. 얻어진 고체를 디클로로메탄에 녹이고, 셀라이트, 알루미나, 셀라이트의 순으로 적층한 여과 보조제를 통해 여과한 후, 얻어진 고체를 디클로로메탄과 메탄올의 혼합 용액으로 재결정함으로써, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-mp)2(ivac)]를 암적색 분말로서 얻었다(수율 53%). 합성 스킴을 하기 (H)에 나타낸다.
[합성 스킴(H)]
또한, 상기에서 얻어진 암적색 분말의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 36에 나타낸다. 이것으로부터, 본 합성예8에서, 상술한 구조식(117)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-mp)2(ivac)]가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2)：0.43(s, 3H), 0.71(s, 3H), 1.40(s, 6H), 1.84(s, 3H), 1.87-1.91(m, 2H), 1.93(s, 6H), 1.99-2.04(m, 1H), 2.40(s, 12H), 2.44(d, 6H), 5.24(s, 1H), 6.46(s, 2H), 6.81(d, 2H), 7.19(s, 2H), 7.26-7.35(m, 6H), 7.41(d, 2H), 7.45(s, 2H), 8.57(d, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-mp)2(ivac)]의 자외 가시선 흡수 스펙트럼법(UV)에 의한 해석을 행하였다. UV 스펙트럼의 측정은 자외 가시 분광 광도계((주)일본 분광제, V550형)를 이용하고, 디클로로메탄 용액(0.095mmol/L)을 이용하여 실온에서 측정을 행하였다. 또한, [Ir(dmdppr-mp)2(ivac)]의 발광 스펙트럼을 측정했다. 발광 스펙트럼의 측정은 형광 광도계((주)하마마츠 포토닉스제, FS920)를 이용하고, 탈기한 디클로로메탄 용액(0.095mmol/L)을 이용하여 실온에서 측정을 행하였다. 측정 결과를 도 37에 나타낸다. 횡축은 파장, 종축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 37에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-mp)2(ivac)]는 623nm에 발광 피크를 가지고 있으며, 디클로로메탄 용액으로부터는 적색의 발광이 관측되었다.
[실시예 12]
≪합성예9≫
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(118)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체, 비스{4,6-디메틸-2-[3-(3,5-디메틸페닐)-5-페닐-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,8-디메틸-4,6-노난디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-P)2(divm)])의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, [Ir(dmdppr-P)2(divm)]의 구조를 아래에 나타낸다.
[구조식(117)]
＜단계 1：2,3-비스(3,5-디메틸페닐)-5-페닐피라진(약칭：Hdmdppr-P)의 합성＞
먼저, 5-클로로-2,3-비스(3,5-디메틸페닐)피라진 1.31g, 페닐보론산 0.98g, 탄산 나트륨 0.85g, 비스(트리페닐포스핀)팔라듐(II)다이클로라이드(약칭：Pd(PPh3)2Cl2) 0.034g, 물 15mL, DMF 15mL를 환류관을 부착한 가지형 플라스크에 넣고, 내부를 아르곤 치환했다. 이 반응 용기에 마이크로파(2.45 GHz, 100W)를 1시간 조사했다. 여기서 나아가, 페닐보론산 0.49g, 탄산 나트륨 0.42g, [Pd(PPh3)2Cl2] 0.034g을 더하고, 반응 용기에 마이크로파(2.45 GHz, 100W)를 1시간 조사함으로써 반응시켰다. 그 후, 이 용액에 물을 더하고, 디클로로메탄으로 유기층을 추출했다. 얻어진 유기층을 물, 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘으로 건조했다. 건조한 후의 용액을 여과했다. 이 용액의 용매를 증류하여 제거한 후, 얻어진 잔사를 톨루엔에 용해시키고, 셀라이트, 알루미나, 셀라이트의 순으로 적층한 여과 보조제를 통해 여과하고, 목적인 파라진 유도체 Hdmdppr-P를 얻었다(황백색 분말, 수율 74%). 또한, 마이크로파의 조사는 마이크로파 합성 장치(CEM사제, Discover)를 이용했다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 (I-1)에 나타낸다.
[합성 스킴(I-1)]
＜단계 2：디-μ-클로로-테트라키스{4,6-디메틸-2-[3-(3,5-디메틸페닐)-5-페닐-2-피라지닐-κN]페닐-κC}디이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-P)2Cl]2)의 합성＞
다음으로, 2-에톡시에탄올 15mL와 물 5mL, 상기 단계 1에서 얻은 Hdmdppr-P 1.06g, 염화 이리듐 수화물(IrCl3·H2O) 0.42g을 환류관을 부착한 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45 GHz, 100 W)를 1시간 조사하고, 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거한 후, 얻어진 잔사를 메탄올로 흡인 여과하고, 복핵 착체 [Ir(dmdppr-P)2Cl]2를 얻었다(적갈색 분말, 수율 74%). 또한, 단계 2의 합성 스킴을 하기 (I-2)에 나타낸다.
[합성 스킴(I-2)]
＜단계 3：비스{4,6-디메틸-2-[3-(3,5-디메틸페닐)-5-페닐-2-피라지닐-κN]페닐-κC}(2,8-디메틸-4,6-노난디오나토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭：[Ir(dmdppr-P)2(divm)]의 합성＞
또한, 2-에톡시에탄올 20mL, 상기 단계 2에서 얻은 복핵 착체 [Ir(dmdppr-P)2Cl]2 1.03g, 2,8-디메틸-4,6-노난디온(약칭：Hdivm) 0.28g, 탄산 나트륨 0.55g을 환류관을 부착한 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환했다. 그 후, 마이크로파(2.45 GHz, 120 W)를 1시간 조사했다. 여기서 나아가, Hdivm 0.28g을 더하고, 반응 용기에 마이크로파(2.45 GHz, 120 W)를 1시간 조사함으로써 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 메탄올로 흡인 여과했다. 얻어진 고체를 물, 메탄올로 세정했다. 얻어진 고체를 디클로로메탄에 용해시키고, 셀라이트, 알루미나, 셀라이트의 순으로 적층한 여과 보조제를 통해 여과했다. 얻어진 용액의 용매를 증류하여 제거한 후, 얻어진 고체를 디클로로메탄과 메탄올의 혼합 용액으로 재결정함으로써, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-P)2(divm)]을 암적색 분말로서 얻었다(수율 74%). 얻어진 암적색 분말 0.85g을 트레인 서블리메이션법에 의해 승화 정제했다. 승화 정제 조건은 압력 2.5Pa, 아르곤 가스를 유량 5.00mL/min로 흘려보내면서, 275℃에서 고체를 가열했다. 승화 정제 후, 목적물인 암적색 고체를 수율 88%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 하기 (I-3)에 나타낸다.
[합성 스킴(I-3)]
또한, 상기 단계 3에서 얻어진 암적색 분말의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 38에 나타낸다. 이것으로부터, 본 합성예9에서 상술한 구조식(118)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-P)2(divm)]가 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2)：0.44(s, 6H), 0.72(s, 6H), 1.40(s, 6H), 1.81-1.92(m, 4H), 1.95(s, 6H), 2.05-2.09(m, 2H), 2.43(s, 12H), 5.17(s, 1H), 6.47(s, 2H), 6.79(s, 2H), 7.24(s, 2H), 7.38(s, 2H), 7.42-7.49(m, 6H), 8.00(d, 4H), 8.84(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-P)2(divm)]의 자외 가시선 흡수 스펙트럼법(UV)에 의한 해석을 행하였다. UV 스펙트럼의 측정은 자외 가시 분광 광도계((주)일본 분광제, V550형)를 이용하고, 디클로로메탄 용액(0.057mmol/L)을 이용하여 실온에서 측정을 행하였다. 또한, [Ir(dmdppr-P)2(divm)]의 발광 스펙트럼을 측정했다. 발광 스펙트럼의 측정은 형광 광도계((주)하마마츠 포토닉스제, FS920)를 이용하고, 탈기한 디클로로메탄 용액(0.057mmol/L)을 이용하여 실온에서 측정을 행하였다. 측정 결과를 도 39에 나타낸다. 횡축은 파장, 종축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 39에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-P)2(divm)]은 635nm에 발광 피크를 가지고 있으며, 디클로로메탄 용액으로부터는 적색의 발광이 관측되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻어진 [Ir(dmdppr-P)2(divm)]을 액체 크로마토그래피 질량 분석(Liquid Chromatography Mass Spectrometry, 약칭：LC/MS 분석)에 의해 분석했다.
LC/MS 분석은 LC(액체 크로마토그래피) 분리를 워터스사제의 Acquity UPLC에 의해, MS 분석(질량 분석)을 워터스사제의 Xevo G2 Tof MS에 의해 행하였다. LC 분리에 이용한 칼럼은 Acquity UPLC BEHC8(2.1×100mm, 1.7μm), 칼럼 온도는 40℃로 했다. 이동상은 이동상 A를 아세토니트릴, 이동상 B를 0.1% 포름산 수용액으로 했다. 또한, 샘플은 임의의 농도의 [Ir(dmdppr-P)2(divm)]을 클로로포름에 용해하고, 아세토니트릴로 희석하여 조정하고, 주입량은 5.0μL로 했다.
LC 분리에는 이동상의 조성을 변화시키는 경사법을 이용하고, 측정 개시 후 0분부터 1분까지의 이동상 A와 이동상 B와의 비가 이동상 A：이동상 B＝90：10, 그 후 조성을 변화시켜, 5분에서의 이동상 A와 이동상 B와의 비가 이동상 A：이동상 B＝95：5가 되도록 했다. 조성 변화는 연속적으로 변화시켰다.
MS 분석에서는, 일렉트로 스프레이 이온화법(ElectroSpray Ionization, 약칭：ESI)에 의한 이온화를 행하고, 캐필러리 전압은 3.0kV, 샘플콘 전압은 30V, 검출은 포지티브 모드에서 행하였다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z＝100∼1300으로 했다.
이상의 조건으로 분리, 이온화된 m/z＝1103.49의 성분을 충돌실(collision cell) 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온에 해리시켰다. 아르곤에 충돌시킬 때의 에너지(collision energy)는 30eV로 했다. 해리시킨 프로덕트 이온을 비행 시간(TOF)형 MS로 검출한 결과를 도 40에 나타낸다.
도 40의 결과로부터, 구조식(118)으로 나타내어지는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체, [Ir(dmdppr-P)2(divm)]은 주로 m/z＝919.34 부근에 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알 수 있었다. 또한, 도 40에 나타낸 결과는 [Ir(dmdppr-P)2(divm)]에서 유래하는 특징적인 결과를 도시하고 있기 때문에, 혼합물 중에 포함되는 [Ir(dmdppr-P)2(divm)]을 동정하는데 있어서의 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, m/z＝919.34 부근의 프로덕트 이온은 구조식(118)의 화합물에서 2,8-디메틸-4,6-노난디온과 프로톤이 이탈한 상태의 양이온으로 추정되며, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체의 특징의 하나이다.
[실시예 13]
본 실시예에서는 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체 [Ir(dmdppr-mp)2(dprm)](구조식(116))을 발광층에 이용한 발광 소자 2, [Ir(dmdppr-P)2(divm)](구조식(117))을 발광층에 이용한 발광 소자 3, [Ir(dmdpprmp)2(divm)](구조식(114))을 발광층에 이용한 발광 소자 4를 각각 제작하고, 얻어진 소자 특성에 대하여 나타낸다. 또한, 설명에는 실시예 5와 마찬가지로 도 21을 이용한다. 또한, 본 실시예에서 이용하는 재료의 화학식을 아래에 나타낸다.
[화학식]
≪발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 제작≫
먼저, 유리제 기판(1100) 위에 산화 규소를 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의해 성막하고, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(1101)을 형성했다. 또, 그 막 두께는 110nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 했다.
다음으로, 기판(1100) 위에 발광 소자 2 내지 발광 소자 4를 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 행하였다.
그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치를 기판에 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃로 30분간 진공 소성을 행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방랭했다.
다음으로, 제 1 전극(1101)이 형성된 면이 아래로 가도록 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정했다. 본 실시예에서는 진공 증착법에 의해, EL층(1102)을 구성하는 정공 주입층(1111), 정공 수송층(1112), 발광층(1113), 전자 수송층(1114), 전자 주입층(1115)이 순차로 형성되는 경우에 대하여 설명한다.
진공 장치 내를 10-4Pa로 감압한 후, 1,3,5-트리(디벤조티오펜-4-일)벤젠(약칭：DBT3P-II)과 산화 몰리브덴(VI)을 DBT3P-II：산화 몰리브덴＝4：2(질량비)기 되도록 공증착함으로써 제 1 전극(1101) 위에 정공 주입층(1111)을 형성했다. 막 두께는 20nm로 했다. 또한, 공증착이란 다른 복수의 물질을 각각 다른 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법이다.
다음으로, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭：BPAFLP)을 20nm 증착함으로써 정공 수송층(1112)을 형성했다.
다음으로, 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성했다.
발광 소자 2의 경우는 2-[3'-(디벤조티오펜-4-일)비페닐-3-일]디벤조 [f,h]퀴녹살린(약칭：2mDBTBPDBq-II), N-(1,1'-비페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭：PCBBiF), [Ir(dmdppr-mp)2(dprm)]을, 2mDBTBPDBq-II：PCBBiF：[Ir(dmdppr-mp)2(dprm)]＝0.8：0.2：0.05(질량비)가 되도록 공증착했다.
발광 소자 3의 경우는 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, [Ir(dmdppr-P)2(divm)]을 2mDBTBPDBq-II：PCBBiF：[Ir(dmdppr-P)2(divm)]＝0.8：0.2：0.05(질량비)가 되도록 공증착했다.
발광 소자 4의 경우는 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, [Ir(dmdppr-mp)2(divm)]을 2mDBTBPDBq-II：PCBBiF：[Ir(dmdppr-mp)2(divm)]＝0.8：0.2：0.05(질량비)가 되도록 공증착했다.
또한, 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 어느 경우도 막 두께를 40nm의 막 두께로 했다.
다음으로, 발광층(1113) 위에 2mDBTBPDBq-II를 20nm 증착한 후, 바소페난트롤린(약칭：Bphen)을 10nm 증착함으로써, 전자 수송층(1114)을 형성했다. 또한, 전자 수송층(1114) 위에 불화 리튬을 1nm 증착함으로써, 전자 주입층(1115)을 형성했다.
마지막으로, 전자 주입층(1115) 위에 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 증착하고, 음극이 되는 제 2 전극(1103)을 형성하여, 발광 소자 2 내지 발광 소자 4를 얻었다. 또한, 상술한 증착 과정에서 증착은 모두 저항 가열법을 이용한다.
이상으로 얻어진 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 소자 구조를 표 5에 나타낸다.
또한, 제작한 발광 소자 2 내지 발광 소자 4는 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글러브 박스 내에서 밀봉했다(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 80℃로 1시간 열처리).
≪발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 동작 특성≫
제작한 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 동작 특성에 대하여 측정했다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
먼저, 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 휘도-전류 효율 특성을 도 41에 나타낸다. 또한, 도 41에서 종축은 전류 효율(cd/A), 횡축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 전압-휘도 특성을 도 42에 나타낸다. 또한, 도 42에서 종축은 휘도(cd/m2), 횡축은 전압(V)을 나타낸다. 또한, 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 전압-전류 특성을 도 43에 나타낸다. 또한, 도 43에서 종축은 전류(mA), 횡축은 전압(V)을 나타낸다.
도 41에 의해 본 발명의 일형태인 발광 소자 2 내지 발광 소자 4는 모두 고효율의 소자라는 것을 알 수 있었다. 또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 주된 초기 특성값을 이하의 표 6에 나타낸다.
상기 결과로부터, 본 실시예에서 제작한 발광 소자 2 내지 발광 소자 4는 고휘도이고, 양호한 전류 효율을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 색 순도에 관해서는 순도가 좋은 적색 발광을 나타내는 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 2 내지 발광 소자 4에 25mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘려보냈을 때의 발광 스펙트럼을 도 44에 나타낸다. 도 44에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 발광 스펙트럼은 622nm부터 632nm 부근에 피크를 가지고 있으며, 본 실시예에서 이용한 유기 금속 착체의 발광에서 유래한 것을 시사한다. 또한, 이들 발광 스펙트럼은 모두 반치폭이 좁아지는 모양을 확인할 수 있었다. 이는 본 실시예에서 이용한 유기 금속 착체의 구조에서 이리듐과 결합한 페닐기에 대하여 4위치와 6위치가 메틸기로 치환된 구조를 가지는 것에 의한 효과인 것으로 보인다. 따라서, 발광 소자 2 내지 발광 소자 4는 발광 효율이 좋고, 색 순도가 좋은 발광 소자라고 할 수 있다.
또한, 발광 소자 2 내지 발광 소자 4에 대해서 신뢰성 시험을 행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 45에 나타낸다. 도 45에서 종축은 초기 휘도를 100%로 했을 때의 정규화 휘도(%)를 나타내고, 횡축은 소자의 구동 시간(H)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험은 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고, 전류 밀도가 일정한 조건에서 발광 소자 2 내지 발광 소자 4를 구동시켰다. 그 결과, 발광 소자 2 내지 발광 소자 4의 100시간 후의 휘도는 초기 휘도의 74% 내지 86% 정도를 유지하고 있었다.
따라서, 어느 조건에서 행한 신뢰성 시험에서도, 발광 소자 2 내지 발광 소자 4는 높은 신뢰성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 일형태인 유기 금속 착체를 발광 소자에 이용함으로써, 장수명의 발광 소자를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
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
302(n-1) : 제 (n-1) EL층
302(n) : 제 (n) EL층
304 : 제 2 전극
305 : 전하 발생층(I)
305(1) : 제 1 전하 발생층(I)
305(2) : 제 2 전하 발생층(I)
305(n-2) : 제 (n-2) 전하 발생층(I)
305(n-1) : 제 (n-1) 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)
504a, 504b : 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
505 : 실재
506 : 밀봉 기판
507 : 배선
508 : FPC(플렉서블 프린트 서킷)
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 : 하우징
7103 : 표시부
7105 : 스탠드
7107 : 표시부
7109 : 조작 키
7110 : 리모콘 조작기
7201 : 본체
7202 : 하우징
7203 : 표시부
7204 : 키보드
7205 : 외부 접속 포트
7206 : 포인팅 디바이스
7301 : 하우징
7302 : 하우징
7303 : 연결부
7304 : 표시부
7305 : 표시부
7306 : 스피커부
7307 : 기록 매체 삽입부
7308 : LED 램프
7309 : 조작 키
7310 : 접속 단자
7311 : 센서
7312 : 마이크로폰
7400 : 휴대 전화기
7401 : 하우징
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
9033 : 물림쇠
9034 : 표시 모드 전환 스위치
9035 : 전원 스위치
9036 : 절전 모드 전환 스위치
9038 : 조작 스위치
9630 : 하우징
9631 : 표시부
9631a : 표시부
9631b : 표시부
9632a : 터치 패널 영역
9632b : 터치 패널 영역
9633 : 태양 전지
9634 : 충방전 제어 회로
9635 : 배터리
9636 : DCDC 컨버터
9637 : 조작 키
9638 : 컨버터
9639 : 버튼
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
302(n-1) : 제 (n-1) EL층
302(n) : 제 (n) EL층
304 : 제 2 전극
305 : 전하 발생층(I)
305(1) : 제 1 전하 발생층(I)
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305(n-2) : 제 (n-2) 전하 발생층(I)
305(n-1) : 제 (n-1) 전하 발생층(I)
401 : 반사 전극
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403a : 제 1 투명 도전층
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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)
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506 : 밀봉 기판
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513 : 제 1 전극(양극)
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1100 : 기판
1101 : 제 1 전극
1102 : EL층
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8001 : 조명 장치
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9632b : 터치 패널 영역
9633 : 태양 전지
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9635 : 배터리
9636 : DCDC 컨버터
9637 : 조작 키
9638 : 컨버터
9639 : 버튼
Claims (6)
- 발광 소자로서,
한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지고,
상기 발광층은 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체, 제 1 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물을 가지고,
상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물은 여기 착체를 형성하는, 발광 소자.
(단, 일반식(G1) 중, R1∼R4 중 적어도 하나는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 그 이외는 각각 독립적으로 수소, 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타낸다. 또한, R1∼R4 모두가 탄소수 1의 알킬기인 경우를 제외한다. 또한, R5∼R9는 각각 독립적으로 수소, 또는 무치환된 탄소수 1∼6의 알킬기를 나타낸다.) - 발광 소자로서,
한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지고,
상기 발광층은 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체, 제 1 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물을 가지고,
상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물은 여기 착체를 형성하는, 발광 소자.
(단, 일반식(G2) 중, R1 및 R3 중 어느 한쪽은 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타내고, 다른 한쪽은 수소, 또는 무치환된 탄소수 1∼4의 알킬기를 나타낸다. 또한, R5∼R9는 각각 독립적으로 수소, 또는 무치환된 탄소수 1∼6의 알킬기를 나타낸다.) - 발광 소자로서,
한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지고,
상기 발광층은 구조식(100), (101), (102), (103), (113), (114), (116), (117), (118) 중 어느 하나로 나타내어지는 유기 금속 착체, 제 1 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물을 가지고,
상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물은 여기 착체를 형성하는, 발광 소자.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자를 가지는, 발광 장치.
- 제 4 항에 기재된 발광 장치를 가지는, 전자기기.
- 제 4 항에 기재된 발광 장치를 가지는, 조명 장치.
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