KR102526598B1 - 유기 금속 착체, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 색 순도가 높은 발광을 나타내는 유기 금속 착체를 제공한다.
일반식(G1)으로 표기되는 유기 금속 착체를 제공한다.
또한, 일반식(G1)에서 L은 1가 음이온성 리간드를 나타낸다. R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1~10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R2~R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기를 나타내고, R5는 모노 치환, 다이 치환, 트라이 치환, 테트라 치환, 또는 비치환임을 나타내고, X는 O, S, 또는 Se를 나타내고, M은 9족 또는 10족에 속하는 금속을 나타낸다. 또한, M이 9족에 속하는 금속을 나타낼 때 m은 3이고 n은 1, 2, 또는 3이고, M이 10족에 속하는 금속을 나타낼 때 m은 2이고 n은 1 또는 2이다.
Figure 112015094377965-pat00040

Description

유기 금속 착체, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{ORGANOMETALLIC COMPLEX, LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 특히 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 이들의 구동 방법 또는 이들의 제작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 특히 유기 금속 착체에 관한 것이다. 특히, 삼중항 들뜬 상태를 발광으로 바꿀 수 있는 유기 금속 착체에 관한 것이다. 또한, 상기 유기 금속 착체를 사용한 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
근년에 들어, 발광성의 유기 화합물이나 무기 화합물을 발광 재료로서 사용한 발광 소자의 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히 EL(electroluminescence) 소자라고 불리는 발광 소자는 전극들 사이에 발광 재료를 포함하는 발광층을 제공한 단순한 구조이며, 박형화와 경량화가 가능하고, 입력 신호에 대한 고속 응답이 가능하고, 또한 직류 저전압 구동이 가능한 등의 특성을 가지기 때문에 차세대 평판 디스플레이 소자로서 주목을 받고 있다. 또한, 이와 같은 발광 소자를 사용한 디스플레이에는, 콘트라스트나 화질이 우수하고 시야각이 넓다는 특징도 있다. 또한, 이와 같은 발광 소자는 면광원이기 때문에 액정 디스플레이의 백 라이트나 조명 등의 광원으로서의 응용도 검토되고 있다.
발광 물질이 발광성 유기 화합물인 경우, 발광 소자의 발광 기구는 캐리어 주입형이다. 즉, 전극들 사이에 발광층을 끼우고 전압을 인가하면 전극으로부터 주입된 전자 및 정공이 재결합함으로써 발광 물질이 들뜬 상태가 되고, 그 들뜬 상태가 바닥 상태로 되돌아갈 때에 발광한다. 그리고, 들뜬 상태의 종류로서는 단일항 들뜬 상태(S*)와 삼중항 들뜬 상태(T*)가 가능하다. 또한, 발광 소자에서의 이들의 통계적인 생성 비율은 S*:T*=1:3인 것으로 생각되고 있다.
발광성 유기 화합물은 일반적으로 바닥 상태가 단일항 상태이다. 따라서, 단일항 들뜬 상태(S*)로부터의 발광은, 같은 다중도 간에서의 전자 전이(electron transition)이기 때문에 형광이라고 불린다. 한편, 삼중항 들뜬 상태(T*)로부터의 발광은, 다른 다중도 간에서의 전자 전이이기 때문에 인광이라고 불린다. 여기서, 형광을 발하는 화합물(이하, 형광성 화합물이라고 함)에서는 일반적으로 실온에서 인광이 관측되지 않고 형광만이 관측된다. 따라서, 형광성 화합물을 사용한 발광 소자에서의 내부 양자 효율(주입된 캐리어에 대하여 발생하는 광자의 비율)의 이론적인 한계는, S*:T*=1:3인 것을 근거로 25%로 생각되고 있다.
한편, 인광성 화합물을 사용하면, 이론상 내부 양자 효율을 100%까지 높일 수 있다. 즉, 형광성 화합물과 비교하여 4배 큰 발광 효율이 가능해진다. 이러한 이유로, 고효율의 발광 소자를 구현하기 위하여, 인광성 화합물을 사용한 발광 소자의 개발이 최근에 활발히 진행되고 있다. 특히 인광성 화합물로서는 그 인광 양자 수율이 높은 것을 이유로, 이리듐 등을 중심 금속으로 하는 유기 금속 착체가 주목을 받고 있고, 예를 들어 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는 이리듐을 중심 금속으로 하는 유기 금속 착체가 인광 재료로서 개시(開示)되어 있다.
고효율의 발광 소자를 사용하는 이점으로서, 상기 발광 소자를 사용한 전자 기기의 소비 전력을 저감할 수 있다는 점 등을 들 수 있다. 에너지 문제가 관심사로 부각되고 있는 요즈음, 소비 전력은 소비자의 구매 동향을 좌우하는 큰 요인이 되어가고 있어 매우 중요한 요소이다.
국제 공개 제00/70655호 일본국 특개2013-53158호
인광 발광이 가능한 화합물을 사용하면 발광 소자의 소비 전력을 억제할 수 있지만, 발광 물질에는 저소비 전력뿐만 아니라, 발광 소자의 장기 사용에 견디는 높은 신뢰성과 긴 수명, 발색이 좋은 표시에 필요한 높은 색 순도 등의 성능도 필요하다. 그러므로, 인광성 재료로서도 이와 같은 성능을 가지는 재료가 요구되고 있다.
이와 같은 사정을 감안하여 본 발명의 일 형태는 인광 발광이 가능한 신규 물질을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는, 발광 효율이 높은 신규 물질을 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 발광의 색 순도가 높은 신규 물질을 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 녹색의 인광 발광이 가능한 신규 물질을 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 신규 물질을 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 상기 신규 물질을 사용한 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
또는, 발광 효율이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 신뢰성이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 소비 전력이 낮은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는, 신규의 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
또한, 상술한 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 모든 과제를 해결할 필요는 없다. 또한, 상술한 것 외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 상술한 것 외의 과제가 추출될 수 있다.
본 발명의 일 형태는 9족 또는 10족에 속하는 금속과, 리간드를 가지고, 리간드는 벤조퓨로[2,3-b]피리딘 골격 또는 벤조티에노[2,3-b]피리딘 골격과, 피리미딘 고리를 가지고, 벤조퓨로[2,3-b]피리딘 골격 또는 벤조티에노[2,3-b]피리딘 골격의 2위치의 탄소는 금속에 결합되고, 피리미딘 고리의 3위치의 질소는 금속에 결합되고, 벤조퓨로[2,3-b]피리딘 골격 또는 벤조티에노[2,3-b]피리딘 골격의 3위치의 탄소는 피리미딘 고리의 4위치의 탄소에 결합되고, 피리미딘 고리의 6위치의 탄소는 알킬기 또는 아릴기에 결합되는 것을 특징으로 하는 유기 금속 착체이다.
본 발명의 일 형태에서 알킬기는 치환 또는 비치환된 탄소수 4~10의 알킬기이어도 좋다. 또한, 알킬기는 분기된 탄소쇄를 가져도 좋다. 또한, 금속이 이리듐이어도 좋다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체는 제 2 리간드를 더 가지고, 상기 제 2 리간드는 베타-다이케톤 구조를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 카복실기를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 페놀성 수산기를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 또는 2개의 리간드 원소가 모두 질소인 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드이어도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체를 발광 소자의 EL층에 사용하여도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서 EL층은 인광을 발광하여도 좋다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G1)으로 표기되는 유기 금속 착체이다.
Figure 112015094377965-pat00001
또한, 일반식(G1)에서 L은 1가 음이온성 리간드를 나타낸다. R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1~10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R2~R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기를 나타내고, R5는 모노 치환, 다이 치환, 트라이 치환, 테트라 치환, 또는 비치환임을 나타내고, X는 O, S, 또는 Se를 나타내고, M은 9족 또는 10족에 속하는 금속을 나타낸다. 또한, M이 9족에 속하는 금속을 나타낼 때 m은 3이고 n은 1, 2, 또는 3이고, M이 10족에 속하는 금속을 나타낼 때 m은 2이고 n은 1 또는 2이다.
또한, 본 발명의 일 형태에서 R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 4~10의 알킬기를 나타내어도 좋다. 또한, L은 베타-다이케톤 구조를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 카복실기를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 페놀성 수산기를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 또는 2개의 리간드 원소가 모두 질소인 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드이어도 좋다. 또한, L이 일반식(L1)~(L7) 중 어느 하나로 표기되어도 좋다.
Figure 112015094377965-pat00002
식에서 R71∼R109는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 할로젠기, 바이닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬싸이오기를 나타낸다. 또한, A1~A3은 각각 독립적으로 질소, 수소에 결합된 sp2 탄소, 또는 치환기 R에 결합된 sp2 탄소를 나타내고, 치환기 R은 탄소수 1~6의 알킬기, 할로젠기, 탄소수 1~6의 할로알킬기, 또는 페닐기를 나타낸다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G2)으로 표기되는 유기 금속 착체이다.
Figure 112015094377965-pat00003
일반식(G2)에서 R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1~10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R2~R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기를 나타내고, R5는 모노 치환, 다이 치환, 트라이 치환, 테트라 치환, 또는 비치환임을 나타내고, X는 O, S, 또는 Se를 나타내고, n은 1~3을 나타낸다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 구조식(100)으로 표기되는 유기 금속 착체이다.
Figure 112015094377965-pat00004
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 구조식(110)으로 표기되는 유기 금속 착체이다.
Figure 112015094377965-pat00005
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체가 EL층에 포함되는 발광 소자를 본 발명의 다른 일 형태로 하여도 좋다. 또한, 상기 EL층은 인광 발광이 가능한 것을 특징으로 하여도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자와 드라이버를 가지는 디스플레이 모듈을 본 발명의 다른 일 형태로 하여도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자와 조작 스위치를 가지는 조명 장치를 본 발명의 다른 일 형태로 하여도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자와 조작 스위치를 가지는 발광 장치를 본 발명의 다른 일 형태로 하여도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 표시부에 가지고, 드라이버 및 조작 스위치를 더 가지는 표시 장치를 본 발명의 다른 일 형태로 하여도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자와 전원 스위치를 가지는 전자 기기를 본 발명의 다른 일 형태로 하여도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체는 인광 발광이 가능하다. 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체는 중심 금속에 결합된 피리딘 고리가 축환되어 있기 때문에 내열성이 높고 신뢰성이 높다. 한편, 상기 축환 때문에 공액 구조가 확장되므로, 발광 파장이 장파장화된다. 여기서 상기 피리딘 고리에 있어서 금속에 결합된 탄소 원자에 인접한 원자에 HOMO가 분포되지만, 상기 탄소 원자에 인접한 원자는 전자 흡인성을 가지는 질소이기 때문에, HOMO가 안정화되어 삼중항 발광의 에너지가 상승된다. 특히, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체는 발광 효율이 높은 피리미딘 골격을 가지는데, 피리미딘 골격에서 유래하는 황색의 발광 파장은 상기 HOMO의 안정화에 의하여 단파장화된다. 그러므로, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체는 색 순도가 높은 녹색 발광을 나타낸다.
본 발명의 일 형태에 의하여 인광 발광이 가능한 신규 물질을 제공할 수 있다. 또는, 발광 효율이 높은 신규 물질을 제공할 수 있다. 또는, 발광의 색 순도가 높은 신규 물질을 제공할 수 있다. 또는, 녹색의 인광 발광이 가능한 신규 물질을 제공할 수 있다. 또는, 상기 신규 물질을 사용한 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다.
또는, 발광 효율이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다. 또는, 신뢰성이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다. 또는, 소비 전력이 낮은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다. 또는, 신규 물질을 제공할 수 있다. 또는, 신규의 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상술한 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 반드시 상술한 모든 효과를 가질 필요는 없다. 또한, 상술한 것 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 상술한 것 외의 효과가 추출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 2는 패시브 매트릭스형 발광 장치를 도시한 도면.
도 3은 패시브 매트릭스형 발광 장치를 도시한 도면.
도 4는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 도시한 도면.
도 5는 전자 기기에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 6은 조명 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 7은 조명 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 8은 [Ir(iBubfpypm)2(divm)]의 NMR 차트.
도 9는 [Ir(iBubfpypm)2(divm)]의 NMR 차트.
도 10은 [Ir(iBubfpypm)2(divm)]의 자외-가시선 흡수 스펙트럼(UV) 및 발광 스펙트럼(PL).
도 11은 [Ir(iBubtpypm)2(acac)]의 NMR 차트.
도 12는 [Ir(iBubtpypm)2(acac)]의 NMR 차트.
도 13은 [Ir(iBubtpypm)2(acac)]의 자외-가시선 흡수 스펙트럼(UV) 및 발광 스펙트럼(PL).
도 14는 [Ir(iPrppm)2(acac)]의 HOMO의 분포를 설명하기 위한 도면.
도 15는 조명 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 16은 터치 패널의 일례를 도시한 도면.
도 17은 터치 패널의 일례를 도시한 도면.
도 18은 터치 패널의 일례를 도시한 도면.
도 19는 터치 센서의 블록 다이어그램 및 타이밍 차트.
도 20은 터치 센서의 회로도.
이하에서 본 발명의 일 형태의 실시형태에 대하여 설명한다. 다만, 본 발명은 많은 다른 형태로 실시될 수 있으며, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한, '막'이라는 용어와 '층'이라는 용어는 경우 또는 상황에 따라 서로 바뀔 수 있다. 예를 들어, '도전층'이라는 용어를 '도전막'이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다. 또는 예를 들어 '절연막'이라는 용어를 '절연층'이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 사용되는 유기 금속 착체에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태는 일반식(G1)으로 표기되는 유기 금속 착체이다.
Figure 112015094377965-pat00006
또한, 일반식(G1)에서 L은 1가 음이온성 리간드를 나타낸다. R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1~10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R2~R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기를 나타내고, R5는 모노 치환, 다이 치환, 트라이 치환, 테트라 치환, 또는 비치환임을 나타내고, X는 O, S, 또는 Se를 나타내고, M은 9족 또는 10족에 속하는 금속을 나타낸다. 또한, M이 9족에 속하는 금속을 나타낼 때 m은 3이고 n은 1, 2, 또는 3이고, M이 10족에 속하는 금속을 나타낼 때 m은 2이고 n은 1 또는 2이다.
본 실시형태에서는 먼저, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체의 리간드에 대하여 설명한다.
<<일반식(G0)으로 표기되는 피리미딘 유도체의 합성 방법>>
아래의 일반식(G0)으로 표기되는 피리미딘 유도체는 일반식(G1)으로 표기되는 유기 금속 착체의 리간드로서 사용된다. 일반식(G0)으로 표기되는 피리미딘 유도체는 아래와 같은 합성 스킴(A) 또는 (A')으로 합성될 수 있다. 또한, 합성 스킴(A)에서 Q는 할로젠을 나타내고, R31은 단결합, 메틸렌기, 에틸리덴기, 프로필리덴기, 또는 아이소프로필리덴기 등을 나타내고, R32~R35는 각각 수소 원자 또는 탄소수 1~3의 알킬기를 나타내고, R33과 R35는 탄소쇄를 통하여 서로 결합되어 고리를 형성하고 있어도 좋다.
Figure 112015094377965-pat00007
일반식(G0)에서 R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1~10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R2~R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기를 나타내고, R5는 모노 치환, 다이 치환, 트라이 치환, 테트라 치환, 또는 비치환임을 나타내고, X는 O, S, 또는 Se를 나타낸다.
예를 들어, 아래의 합성 스킴(A)에 나타낸 바와 같이 보론산, 보론산 에스터, 또는 고리형 트라이올붕산염(cyclic-triolborate salt)(A1)과 할로젠화 피리미딘 화합물(A2)을 커플링시킴으로써 일반식(G0)으로 표기되는 피리미딘 유도체가 얻어진다. 고리형 트라이올붕산염으로서는 리튬염 외에 포타슘염, 소듐염을 사용하여도 좋다.
Figure 112015094377965-pat00008
또는, 아래의 합성 스킴(A')에 나타낸 바와 같이 1,3-다이케톤 유도체(A1')와 다이아민(A2')을 반응시킴으로써 일반식(G0)으로 표기되는 피리미딘 유도체가 얻어진다.
Figure 112015094377965-pat00009
상술한 화합물(A1), (A2), (A1'), (A2')은 다양한 종류가 시판되고 있거나 또는 합성 가능하기 때문에, 수많은 종류의 일반식(G0)으로 표기되는 피리미딘 유도체를 합성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체는 그 리간드의 베리에이션이 풍부하다는 특징을 가진다.
<<일반식(G1)으로 표기되는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체의 합성 방법 1>>
다음에, 일반식(G0)으로 표기되는 피리미딘 유도체를 사용한, 일반식(G1)으로 표기되는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체의 합성 방법에 대하여 설명한다. 우선, 일반식(G1)으로 표기되는 유기 금속 착체 중 m-n=1이 되는 아래의 일반식(G1-1)으로 표기되는 유기 금속 착체의 합성 방법에 대하여 설명한다.
Figure 112015094377965-pat00010
먼저, 아래의 합성 스킴(B-1)에 나타낸 바와 같이, 일반식(G0)으로 표기되는 피리미딘 유도체와, 할로젠을 포함하는 금속 화합물(염화 팔라듐, 염화 이리듐, 브로민화 이리듐, 아이오딘화 이리듐, 테트라클로로 백금산 포타슘 등)을 무용매, 알코올계 용매(글라이세롤, 에틸렌글라이콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올 등) 단독, 또는 알코올계 용매 1종류 이상과 물의 혼합 용매를 사용하여, 불활성 가스 분위기에서 가열함으로써, 할로젠으로 가교된 구조를 가지는 유기 금속 착체의 일종이며 신규 물질인 복핵(複核) 착체(P)를 얻을 수 있다. 가열 수단은 특별히 한정되지 않고, 오일 배스(oil bath), 샌드 배스(sand bath), 또는 알루미늄 블록(aluminum block)을 이용하여도 좋다. 또한, 마이크로파를 가열 수단으로서 사용할 수도 있다.
Figure 112015094377965-pat00011
합성 스킴(B-1)에서 Q는 할로젠을 나타내고, R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1~10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R2~R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기를 나타내고, R5는 모노 치환, 다이 치환, 트라이 치환, 테트라 치환, 또는 비치환임을 나타내고, X는 O, S, 또는 Se를 나타내고, M은 9족 또는 10족에 속하는 금속을 나타낸다. 또한, M이 9족에 속하는 금속을 나타낼 때 n은 2이고, M이 10족에 속하는 금속을 나타낼 때 n은 1이다.
또한, 아래의 합성 스킴(B-2)에 나타낸 바와 같이, 상기 합성 스킴(B-1)에 의하여 얻어지는 복핵 착체(P)와, 1가 음이온성 리간드의 원료 HL을 불활성 가스 분위기에서 반응시키면, HL의 프로톤(proton)이 이탈되어 L이 금속 M에 배위됨으로써, 일반식(G1-1)으로 표기되는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체가 얻어진다. 가열 수단은 특별히 한정되지 않고, 오일 배스, 샌드 배스, 또는 알루미늄 블록을 이용하여도 좋다. 또한, 마이크로파를 가열 수단으로서 사용할 수도 있다. 또한, 합성 스킴(B-2)에서 M은 9족 또는 10족에 속하는 금속을 나타낸다. 또한, M이 9족에 속하는 금속을 나타낼 때 n은 2이고, M이 10족에 속하는 금속을 나타낼 때 n은 1이다.
Figure 112015094377965-pat00012
합성 스킴(B-2)에서 L은 1가 음이온성 리간드를 나타내고, Q는 할로젠을 나타내고, R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1~10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R2~R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기를 나타내고, R5는 모노 치환, 다이 치환, 트라이 치환, 테트라 치환, 또는 비치환임을 나타내고, X는 O, S, 또는 Se를 나타낸다.
본 발명의 일 형태에서 피리미딘 유도체를 리간드로 하는 오쏘 금속 착체를 얻기 위해서는 피리미딘 고리의 6위치(즉 R1)에 치환기를 도입하는 것이 바람직하다. 특히 R1로서 치환 또는 비치환된 탄소수 4~10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써 R1로서 수소나 탄소수 1~3의 알킬기를 사용하는 경우에 비하여, 합성 스킴(B-1)에서 생성된 할로젠으로 가교된 복핵 금속 착체가 합성 스킴(B-2)으로 표기되는 반응 중에 분해되는 것이 억제되어, 수율을 비약적으로 높일 수 있다. 또한, 이에 의하여 용해성이 높아져 용액을 사용한 정제가 용이해지기 때문에 재료의 순도를 높일 수 있다. 그러므로 오쏘 금속 착체를 발광 소자의 도펀트로서 사용하면 특성이 안정화되어 신뢰성이 높아진다. 또한, 이에 의하여 오쏘 금속 착체를 발광 소자의 도펀트로서 사용하면 분산성이 향상되기 때문에 소광이 방지되어 발광 효율이 높아진다.
또한, 일반식(G1-1)에서 1가 음이온성 리간드인 L은 베타-다이케톤 구조를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 카복실기를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 페놀성 수산기를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 또는 2개의 리간드 원소가 모두 질소인 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드인 것이 바람직하다. 특히, 베타-다이케톤 구조를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드의 경우, 베타-다이케톤 구조를 가지기 때문에 유기 금속 착체의 유기 용매에 대한 용해성이 높아져, 정제가 용이해지므로 바람직하다. 또한, 베타-다이케톤 구조를 가짐으로써 발광 효율이 높은 유기 금속 착체를 얻을 수 있으므로 바람직하다. 또한, 베타-다이케톤 구조에 의하여 승화성이 높아지기 때문에 증착 성능이 우수하다는 이점이 있다.
또한, 1가 음이온성 리간드는 일반식(L1)~(L7) 중 어느 하나로 표기되는 것이 바람직하다. 이와 같은 리간드는, 배위 능력이 높고 싸게 입수할 수 있기 때문에 유효하다.
Figure 112015094377965-pat00013
<<일반식(G1)으로 표기되는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체의 합성 방법 2>>
다음에, 일반식(G1)으로 표기되는 유기 금속 착체 중 m-n=0이 되는 아래의 일반식(G1-2)으로 표기되는 유기 금속 착체의 합성 방법에 대하여 설명한다.
Figure 112015094377965-pat00014
아래의 합성 스킴(C)에 나타낸 바와 같이, 일반식(G0)으로 표기되는 피리미딘 유도체와, 할로젠을 포함하는 9족 또는 10족의 금속 화합물(염화 로듐 수화물, 염화 팔라듐, 염화 이리듐 수화물, 헥사클로로이리듐산 암모늄, 테트라클로로 백금산 포타슘 등), 또는 9족 또는 10족의 유기 금속 착체 화합물(아세틸아세토네이트 착체, 다이에틸설파이드 착체 등)을 혼합한 후, 가열함으로써 일반식(G1-2)으로 표기되는 구조를 가지는 유기 금속 착체를 얻을 수 있다. 또한, 이 가열 공정은 일반식(G0)으로 표기되는 피리미딘 유도체와, 할로젠을 포함하는 9족 또는 10족의 금속 화합물, 또는 9족 또는 10족의 유기 금속 착체 화합물을 알코올계 용매(글라이세롤, 에틸렌 글라이콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올 등)에 용해한 후에 수행하여도 좋다. 또한, 합성 스킴(C)에서 M은 9족 또는 10족에 속하는 금속을 나타낸다. 또한, M이 9족에 속하는 금속을 나타낼 때 n은 3이고, M이 10족에 속하는 금속을 나타낼 때 n은 2이다.
Figure 112015094377965-pat00015
합성 스킴(C)에서 R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1~10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R2~R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기를 나타내고, R5는 모노 치환, 다이 치환, 트라이 치환, 테트라 치환, 또는 비치환임을 나타내고, X는 O, S, 또는 Se를 나타낸다.
본 발명의 일 형태에서 피리미딘 유도체를 리간드로 하는 오쏘 금속 착체를 얻기 위해서는 피리미딘 고리의 6위치(즉 R1)에 치환기를 도입하는 것이 바람직하다. 특히 R1로서 치환 또는 비치환된 탄소수 4~10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써 R1로서 수소를 사용하는 경우에 비하여 합성 스킴(C)에서의 수율을 높일 수 있다.
또한, 일반식(G0), (G1), (G1-1), 및 (G1-2)에서, R1에서의 치환 또는 비치환된 탄소수 1~10의 알킬기, 및 R2~R5에서의 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기의 구체적인 예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, sec-뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 아이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 아이소헥실기, sec-헥실기, tert-헥실기, 네오헥실기, 3-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 2-에틸뷰틸기, 1,2-다이메틸뷰틸기, 2,3-다이메틸뷰틸기, 옥틸기, 아이소옥틸기, sec-옥틸기, tert-옥틸기, 논일기, 아이소논일기, sec-논일기, tert-논일기, 데칸일기, 아이소데칸일기, sec-데칸일기, tert-데칸일기, 운데칸일기, 아이소운데칸일기 등을 들 수 있고, 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기의 구체적인 예로서는 페닐기, 톨릴기, 자일릴기, 바이페닐기, 인덴일기, 나프틸기, 플루오렌일기 등을 들 수 있다.
다음에, 상술한 유기 금속 착체의 대표적인 예를 화학식(100)~(111), (200), (300), 및 (400)~(403)으로 나타낸다. 또한, 본 실시형태에서 설명하는 화합물은 아래의 예에 한정되지 않는다.
Figure 112015094377965-pat00016
Figure 112015094377965-pat00017
Figure 112015094377965-pat00018
상술한 바와 같은 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체는 녹색의 파장 대역에 반치폭이 작은 예리한 피크를 가지는 광을 발한다. 따라서, 연색성이 높은 발광 소자를 구현할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 발광 소자는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체를 포함하기 때문에 발광 효율이 높은 발광 소자를 구현할 수 있다. 또한, 소비 전력이 낮은 발광 소자를 구현할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 발광 소자를 구현할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 본 발명의 일 형태에 대하여 기재하였다. 또는, 다른 실시형태에서 본 발명의 일 형태에 대하여 기재한다. 다만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다. 즉, 본 실시형태 및 다른 실시형태에는 다양한 발명의 형태가 기재되어 있지만 본 발명의 일 형태는 특정의 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 일 형태를 발광 소자에 적용하는 경우의 예를 기재하였지만 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라 본 발명의 일 형태를 발광 소자 이외의 기기 등에 적용하여도 좋다. 또는, 경우 또는 상황에 따라 본 발명의 일 형태를 발광 소자에 적용하지 않아도 된다. 본 발명의 일 형태에서 9족 또는 10족에 속하는 금속을 사용하는 경우의 예를 기재하였지만 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라 본 발명의 일 형태에서 9족 또는 10족에 속하는 금속 이외의 금속을 사용하여도 좋다. 또는, 경우 또는 상황에 따라 본 발명의 일 형태에서 9족 또는 10족에 속하는 금속을 사용하지 않아도 된다. 본 발명의 일 형태에서 본 발명의 일 형태를 삼중항 준위(삼중항 들뜬 상태와 단일항 바닥 상태의 에너지 차이)를 발광에 이용하는 발광 소자에 사용하는 경우의 예를 기재하였지만 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라 본 발명의 일 형태는 삼중항 준위를 발광에 이용하는 발광 소자 이외의 발광 소자를 사용하여도 좋다. 또는, 경우 또는 상황에 따라 본 발명의 일 형태에서 삼중항 준위를 이용하지 않아도 된다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체에서의, 분자 구조에 기인하는 발광 파장의 단파장화에 대하여 설명한다.
금속이 결합되어 있는 벤젠 고리를 축환하면 내열성을 향상시킬 수 있지만 축환에 의하여 공액 구조가 확장되어 발광 파장이 장파장화되는 경우가 많다. 그래서 금속이 결합된 벤젠 고리에 관하여, 후술하는 바와 같이 분자 궤도 계산을 한 바, 금속에 결합되어 있는 탄소 원자와 이와 인접한 원자에 HOMO가 분포되는 것을 알았다. 이 HOMO를 더 안정화시킬 수 있으면 축환 구조에 의한 내열성을 유지하면서 발광 파장의 단파장화를 구현할 수 있을 것으로 생각된다.
즉, 금속에 결합되어 있는 탄소 원자의 인접 원자를 전자 구인성의 질소 원자로 하면, HOMO가 안정화되어 삼중항 발광의 에너지가 상승될 것으로 생각된다. 그러므로, 금속에 결합된 탄소 원자의 인접 원자가 HOMO를 안정화시키는 전자 구인성의 질소 원자인 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체를, 발광 효율이 높은 피리미딘 골격과 조합함으로써 피리미딘 골격에서 유래하는 황색의 발광 파장이 단파장화된다. 즉, 디스플레이에 요구되는 색 순도가 높은 녹색 발광을 위한 발광 재료의 기본 골격으로서 우수하다는 것을 알 수 있다.
여기서 계산으로 구한 HOMO의 분자 궤도의 분포에 대하여 설명한다. 또한, 사용하는 유기 금속 착체는 구조식(001)으로 표기되는 유기 금속 착체인 비스[2-(6-아이소프로필-4-피리미딘일-κN3)페닐-κC](2,4-펜탄다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrppm)2(acac)])으로 하였다.
Figure 112015094377965-pat00019
<<계산의 예>>
유기 금속 착체 [Ir(iPrppm)2(acac)](약칭)의 단일항 바닥 상태(S0)에서의 가장 안정된 구조를 밀도 범함수법(DFT)으로 계산하였다. DFT의 총 에너지는 퍼텐셜 에너지, 전자들간의 정전 에너지, 전자의 운동 에너지, 및 복잡한 전자들간의 상호 작용을 모두 포함하는 교환 상관 에너지의 합으로 표현된다. DFT에서는 전자 밀도로 표현된 하나의 전자 퍼텐셜의 범함수(함수의 함수를 의미함)에 의하여 교환 상관 상호 작용을 근사하기 때문에 계산이 고속이다. 이 때, 혼합 범함수인 B3PW91을 이용하여 교환과 상관 에너지에 관련된 각 파라미터의 가중을 규정하였다.
또한, 기저 함수로서 H, C, N원자에는 6-311G(각각의 원자가 궤도에 3개의 단축 함수를 이용한 triple split valence 기저계의 기저 함수)를, Ir 원자에는 LanL2DZ를 이용하였다. 상술한 기저 함수에 의하여, 예를 들어 수소 원자이면 1s~3s의 궤도가 고려되고, 탄소 원자이면 1s~4s, 2p~4p의 궤도가 고려된다. 또한, 계산 정밀도의 향상을 위하여, 분극 기저계로서, 수소 원자에는 p함수를, 수소 원자 이외에는 d함수를 가하였다. 또한, 양자 화학 계산 프로그램으로서는 Gaussian 09를 이용하였다. 계산은 하이 퍼포먼스 컴퓨터(SGI사(SGI Japan, Ltd.) 제조, ICE X)를 이용하여 수행하였다.
상술한 계산 방법으로 얻어진 유기 금속 착체 [Ir(iPrppm)2(acac)](약칭)의 HOMO의 분포의 결과를 도 14에 나타내었다.
도 14에 나타낸 바와 같이, HOMO는 금속에 결합되어 있는 탄소 원자와 이와 인접한 원자에 분포되어 있다. 따라서, 금속에 결합되어 있는 탄소 원자의 인접 원자를 전자 구인성의 질소 원자로 하는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체는 HOMO가 비교적 안정적이다. 그러므로, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체는 삼중항 발광의 에너지가 상승되기 때문에 피리미딘 골격에서 유래하는 황색의 발광 파장이 단파장화되어, 색 순도가 높은 녹색을 발광하는 유기 금속 착체가 된다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태로서, 실시형태 1에서 설명한 유기 금속 착체를 발광층에 사용한 발광 소자에 대하여 도 1의 (A)를 사용하여 설명한다.
도 1의 (A)는 제 1 전극(101)과 제 2 전극(103) 사이에 EL층(102)을 가지는 발광 소자를 도시한 것이다. EL층(102)은 발광층(113)을 포함한다. 발광층(113)은 실시형태 1에서 설명한 유기 금속 착체를 포함한다.
이와 같은 발광 소자에 전압을 인가함으로써, 제 1 전극(101) 측으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(103) 측으로부터 주입된 전자가, 발광층(113)에서 재결합하여 유기 금속 착체를 들뜬 상태로 한다. 그리고, 들뜬 상태의 유기 금속 착체가 바닥 상태로 되돌아갈 때에 발광한다. 이와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체는 발광 소자에서의 발광 물질로서 기능한다. 또한, 본 실시형태에 기재된 발광 소자에 있어서, 제 1 전극(101)은 양극으로서 기능하고, 제 2 전극(103)은 음극으로서 기능한다.
양극으로서 기능하는 제 1 전극(101)에는 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 전기 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 산화 인듐-산화 주석(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연(Indium Zinc Oxide), 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함하는 산화 인듐 등을 들 수 있다. 이 외에, 금, 백금, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 타이타늄 등을 사용할 수 있다.
다만, EL층(102)에 있어서 제 1 전극(101)과 접촉하여 형성되는 층이, 후술하는 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터)를 혼합하여 이루어진 복합 재료로 형성되는 경우, 제 1 전극(101)에 사용하는 물질로서는 일함수의 대소에 상관없이 다양한 금속, 합금, 전기 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄, 은, 알루미늄을 포함하는 합금(예를 들어 Al-Si) 등도 사용할 수 있다.
제 1 전극(101)은, 예를 들어 스퍼터링법이나 증착법(진공 증착법을 포함함) 등에 의하여 형성할 수 있다.
제 1 전극(101) 위에 형성되는 EL층(102)은 적어도 발광층(113)을 가지고, 또한 실시형태 1에 기재된 유기 금속 착체를 포함하여 형성된다. EL층(102)의 일부에는 다양한 물질을 사용할 수도 있고, 저분자계 화합물 및 고분자계 화합물의 어느 것을 사용할 수도 있다. 또한, EL층(102)을 형성하는 물질은 유기 화합물만으로 이루어져도 좋고, 무기 화합물을 일부에 포함하여도 좋다.
EL층(102)은 발광층(113) 이외에, 도 1의 (A)에 도시된 바와 같이 정공 주입성이 높은 물질을 포함하여 이루어진 정공 주입층(111), 정공 수송성이 높은 물질을 포함하여 이루어진 정공 수송층(112), 전자 수송성이 높은 물질을 포함하여 이루어진 전자 수송층(114), 전자 주입성이 높은 물질을 포함하여 이루어진 전자 주입층(115) 등을 적절히 조합하여 적층함으로써 형성된다.
정공 주입층(111)은 정공 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 정공 주입성이 높은 물질로는 몰리브데넘 산화물, 타이타늄 산화물, 바나듐 산화물, 레늄 산화물, 루테늄 산화물, 크로뮴 산화물, 지르코늄 산화물, 하프늄 산화물, 탄탈럼 산화물, 은 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한, 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc), 구리(II)프탈로사이아닌(약칭: CuPc) 등의 프탈로사이아닌계 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 저분자의 유기 화합물인 4,4',4"-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)바이페닐(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B), 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) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다.
또한, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 들 수 있다. 또한, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리(스타이렌설폰산)(PAni/PSS) 등의 산을 첨가한 고분자 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 정공 주입층(111)에 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터)를 혼합하여 이루어진 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이와 같은 복합 재료는 전자 수용체에 의하여 유기 화합물에 정공이 발생되기 때문에, 정공 주입성 및 정공 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는 발생된 정공의 수송 특성이 우수한 재료(정공 수송성이 높은 물질)를 사용하는 것이 바람직하다.
복합 재료에 사용하는 유기 화합물로서는 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화 수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 복합 재료에 사용하는 유기 화합물은 정공 수송성이 높은 유기 화합물인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다. 이하에서는, 복합 재료에 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 열거한다.
복합 재료에 사용할 수 있는 유기 화합물로서는, 예를 들어 TDATA, MTDATA, DPAB, DNTPD, DPA3B, PCzPCA1, PCzPCA2, PCzPCN1, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP) 등의 방향족 아민 화합물이나, 4,4'-다이(N-카바졸일)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸일)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(N-카바졸일)]페닐-10-페닐안트라센(약칭: CzPA), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸일)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등의 카바졸 유도체를 들 수 있다.
또한, 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸 안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]-2-tert-뷰틸안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센 등의 방향족 탄화 수소 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌, 펜타센, 코로넨, 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등의 방향족 탄화 수소 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 전자 수용체로서는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등의 유기 화합물이나, 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한, 원소 주기율표 4족~8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 이 중에서도, 특히 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉬우므로 바람직하다.
또한, 상술한 PVK, PVTPA, PTPDMA, Poly-TPD 등의 고분자 화합물과, 상술한 전자 수용체를 사용하여 복합 재료를 형성하여, 정공 주입층(111)에 사용하여도 좋다.
정공 수송층(112)은 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 정공 수송성이 높은 물질로서는, NPB, TPD, BPAFLP, 4,4'-비스[N-(9,9-다이메틸플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DFLDPBi), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물을 들 수 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다. 또한, 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층은 단층 구조에 한정되지 않고 상기 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층된 구조로 하여도 좋다.
또한, 정공 수송층(112)에는 CBP, CzPA, PCzPA와 같은 카바졸 유도체나 t-BuDNA, DNA, DPAnth와 같은 안트라센 유도체를 사용하여도 좋다.
또한, 정공 수송층(112)에는 PVK, PVTPA, PTPDMA, Poly-TPD 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
발광층(113)은 실시형태 1에서 설명한 유기 금속 착체를 포함하는 층이다. 발광층(113)은 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체로 이루어지는 박막으로 형성되어도 좋고, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체보다 큰 삼중항 들뜸 에너지를 가지는 물질을 호스트로서 사용하고, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체를 게스트로서 분산시킨 박막으로 형성되어도 좋다. 이로써, 유기 금속 착체로부터의 발광이 농도에 기인하여 소광되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 삼중항 들뜸 에너지란, 바닥 상태와 삼중항 들뜬 상태의 에너지 차이이다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송성이 높은 물질로서는 Alq3, 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(약칭: BeBq2), BAlq, Zn(BOX)2, 비스[2-(2-벤조싸이아졸일)페놀레이토]아연(II)(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 금속 착체를 들 수 있다. 또한, 2-(4-바이페닐일)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-바이페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-뷰틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐일)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 헤테로 방향족 화합물도 사용할 수 있다. 또한, 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy)와 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질이다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면, 상기 이외의 물질을 전자 수송층에 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수송층은 단층 구조에 한정되지 않고 상기 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층된 구조로 하여도 좋다.
전자 주입층(115)은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입층(115)에는 리튬, 세슘, 칼슘, 플루오린화 리튬, 플루오린화 세슘, 플루오린화 칼슘, 또는 리튬 산화물 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 플루오린화 어븀과 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 이루어진 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이와 같은 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생되기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는 발생된 전자의 수송 특성이 우수한 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 예를 들어, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질(금속 착체나 헤테로 방향족 화합물 등)을 사용할 수 있다. 전자 공여체는, 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이나 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 이터븀 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, 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)은 각각, 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
음극으로서 기능하는 제 2 전극(103)은 일함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 즉 리튬이나 세슘 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 등의 알칼리 토금속, 및 이들을 포함하는 합금(예를 들어, Mg-Ag, Al-Li), 유로퓸, 이터븀 등의 희토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금 외에, 알루미늄이나 은 등을 사용할 수 있다.
다만, EL층(102)에 있어서 제 2 전극(103)과 접촉하여 형성되는 층에 상술한 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어진 복합 재료를 사용하는 경우, 일함수의 대소에 관계없이 Al, Ag, ITO, 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 산화 인듐-산화 주석 등 다양한 도전성 재료를 사용할 수 있다.
또한, 제 2 전극(103)의 형성에는 진공 증착법이나 스퍼터링법을 이용할 수 있다. 또한, 은 페이스트 등을 사용하는 경우, 도포법이나 잉크젯법 등을 이용할 수 있다.
상술한 발광 소자는, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(103) 사이에 생긴 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 양쪽 모두를 통하여 외부로 추출된다. 따라서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두가 가시광에 대한 투광성을 가지는 전극이 된다.
본 실시형태에서 설명한 발광 소자를 사용하여, 패시브 매트릭스형 발광 장치나, 트랜지스터에 의하여 발광 소자의 구동이 제어되는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 제작할 수 있다.
또한, 액티브 매트릭스형 발광 장치를 제작하는 경우의 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 스태거형이나 역스태거형의 트랜지스터를 적절히 사용할 수 있다. 또한, 기판에 형성되는 구동용 회로에 관해서도 n형 및 p형의 트랜지스터로 이루어지는 것이어도 좋고, n형 트랜지스터만 또는 p형 트랜지스터만으로 이루어지는 것이어도 좋다. 또한, 트랜지스터에 사용되는 반도체막의 결정성도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막 등을 사용할 수 있다. 또한, 반도체막의 재료로서는 실리콘 등의 원소의 단체 외에 산화물 반도체 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서의 발광층(113)에 사용한 유기 금속 착체는 녹색의 파장 대역에 반치폭이 작은 예리한 피크를 가지는 광을 발한다. 따라서, 연색성이 높은 발광 소자를 구현할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 발광 소자는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체를 포함하기 때문에 발광 효율이 높은 발광 소자를 구현할 수 있다. 또한, 소비 전력이 낮은 발광 소자를 구현할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 발광 소자를 구현할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시형태 4)
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는, 복수의 발광층을 가지는 것이어도 좋다. 복수의 발광층을 제공하고, 각 발광층을 발광시킴으로써, 복수의 발광이 혼합된 발광을 얻을 수 있다. 따라서, 예를 들어, 백색의 광을 얻을 수 있다. 본 실시형태에서는, 복수의 발광층을 가지는 발광 소자의 형태에 대하여 도 1의 (B)를 사용하여 설명한다.
도 1의 (B)는 제 1 전극(101)과 제 2 전극(103) 사이에 EL층(102)을 가지는 발광 소자를 도시한 것이다. EL층(102)은 제 1 발광층(213)과 제 2 발광층(215)을 포함하기 때문에, 도 1의 (B)에 도시된 발광 소자에 의하여 제 1 발광층(213)에서의 발광과 제 2 발광층(215)에서의 발광이 혼합된 발광을 얻을 수 있다. 제 1 발광층(213)과 제 2 발광층(215) 사이에는, 분리층(214)을 가지는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는 제 1 발광층(213)에 청색의 발광을 나타내는 유기 화합물이 포함되고, 제 2 발광층(215)에 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체가 포함되는 발광 소자를 설명하지만 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다.
제 1 발광층(213)에 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체를 사용하고 제 2 발광층(215)에 다른 발광 물질을 적용하여도 좋다.
EL층(102)은 발광층을 3층 이상 가져도 좋다.
제 1 전극(101)의 전위가 제 2 전극(103)의 전위보다 높게 되도록 전압을 인가하면, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(103) 사이에 전류가 흘러, 제 1 발광층(213), 제 2 발광층(215), 또는 분리층(214)에서 정공과 전자가 재결합한다. 발생된 들뜸 에너지는, 제 1 발광층(213)과 제 2 발광층(215) 양쪽에 분배되어, 제 1 발광층(213)에 포함된 제 1 발광 물질과 제 2 발광층(215)에 포함된 제 2 발광 물질이 들뜬 상태가 된다. 그리고, 들뜬 상태가 된 제 1 발광 물질과 제 2 발광 물질이 각각 바닥 상태로 되돌아갈 때 발광한다.
제 1 발광층(213)에는, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP), DPVBi, 4,4'-비스[2-(N-에틸카바졸-3-일)바이닐]바이페닐(약칭: BCzVBi), BAlq, 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)갈륨클로라이드(Gamq2Cl) 등의 형광성 화합물이나, 비스{2-[3,5-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2 '}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: [Ir(CF3ppy)2(pic)]), 비스[2-(4,6-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [FIr(acac)]), 비스[2-(4,6-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스[2-(4,6-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라(1-피라졸일)보레이트(약칭: FIr6) 등의 인광성 화합물로 대표되는 제 1 발광 물질이 포함되고, 450nm~510nm에 발광 스펙트럼의 피크를 가지는 발광(즉, 청색~청록색)이 얻어진다.
또한, 제 1 발광층(213)의 구성은, 제 1 발광 물질이 형광성 화합물인 경우, 제 1 발광 물질보다 큰 단일항 들뜸 에너지를 가지는 물질을 제 1 호스트 재료로서 사용하고 제 1 발광 물질을 게스트 재료로서 분산시킨 층인 것이 바람직하다. 또한, 제 1 발광 물질이 인광성 화합물인 경우, 제 1 발광 물질보다 큰 삼중항 들뜸 에너지를 가지는 물질을 제 1 호스트 재료로서 사용하고 제 1 발광 물질을 게스트 재료로서 분산시킨 층인 것이 바람직하다. 제 1 호스트 재료로서는, 상술한 NPB, CBP, TCTA 등 외에, DNA, t-BuDNA 등을 사용할 수 있다. 또한, 단일항 들뜸 에너지란, 바닥 상태와 단일항 들뜬 상태의 에너지 차이이다.
제 2 발광층(215)은 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체를 포함하고, 녹색의 발광이 얻어진다. 제 2 발광층(215)의 구성은 실시형태 3에서 설명한 발광층(113)과 같은 구성으로 하면 좋다.
또한, 분리층(214)은 구체적으로는 상술한 TPAQn, NPB, CBP, TCTA, Znpp2, ZnBOX 등을 사용하여 형성될 수 있다. 이와 같이 분리층(214)을 제공함으로써, 제 1 발광층(213) 및 제 2 발광층(215) 중 어느 한쪽만의 발광 강도가 강해지는 불량을 방지할 수 있다. 다만, 분리층(214)은 반드시 필요한 것은 아니며, 제 1 발광층(213)의 발광 강도와 제 2 발광층(215)의 발광 강도의 비율을 조절하기 위하여 적절히 제공하면 좋다.
또한, EL층(102)에는 발광층 이외에 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)을 제공하였지만, 이들 층의 구성에 관해서도 실시형태 3에 기재된 각 층의 구성을 적용하면 좋다. 다만, 이들 층은 반드시 필요한 것은 아니며, 소자의 특성에 따라 적절히 제공하면 좋다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태로서 발광 소자에 복수의 EL층이 포함되는 구조(이하, 적층형 소자라고 함)에 대하여 도 1의 (C)를 사용하여 설명한다. 이 발광 소자는, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(103) 사이에, 복수의 EL층(도 1의 (C)에서는 제 1 EL층(700), 제 2 EL층(701))을 가지는 적층형 발광 소자이다. 또한, 본 실시형태에서는, EL층이 2층인 경우에 대하여 설명하지만, 3층 이상으로 하여도 좋다.
본 실시형태에 있어서 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103)에는 실시형태 3에 기재된 구성을 적용하면 좋다.
본 실시형태에서 복수의 EL층들 모두가 실시형태 3에 기재된 EL층과 같은 구성이어도 좋고, 일부가 같은 구성이어도 좋다. 즉, 제 1 EL층(700)과 제 2 EL층(701)은, 같은 구성이어도 좋고 다른 구성이어도 좋으며, 그 구성으로서 실시형태 3과 같은 것을 적용할 수도 있다.
또한, 도 1의 (C)에서 제 1 EL층(700)과 제 2 EL층(701) 사이에는 전하 발생층(305)이 제공되어 있다. 전하 발생층(305)은 제 1 전극(101)과 제 2 전극(103)에 전압이 인가되었을 때에 한쪽 EL층에 전자를 주입하고 다른 쪽 EL층에 정공을 주입하는 기능을 가진다. 본 실시형태의 경우, 제 1 전극(101)의 전위가 제 2 전극(103)보다 높게 되도록 전압을 인가하면 전하 발생층(305)으로부터 제 1 EL층(700)에 전자가 주입되고, 제 2 EL층(701)에 정공이 주입된다.
또한, 광의 추출 효율의 관점에서, 전하 발생층(305)은 가시광에 대한 투광성을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(305)은, 제 1 전극(101)이나 제 2 전극(103)보다 도전율이 낮아도 기능한다.
전하 발생층(305)은, 정공 수송성이 높은 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터)를 포함하는 구성이어도 좋고, 전자 수송성이 높은 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 포함하는 구성이어도 좋다. 또한, 이들 양쪽의 구성이 적층되어 있어도 좋다.
정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체가 첨가된 구성으로 하는 경우, 정공 수송성이 높은 유기 화합물로서 예를 들어, NPB이나 TPD, TDATA, MTDATA, 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 유기 화합물이면, 상술한 것 외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수용체로서는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한, 원소 주기율표 4족~8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 이 중에서도, 특히 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉬우므로 바람직하다.
한편, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체가 첨가된 구성으로 하는 경우, 전자 수송성이 높은 유기 화합물로서 예를 들어, Alq, Almq3, BeBq2, BAlq 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 이 외에 Zn(BOX)2, Zn(BTZ)2 등의 옥사졸계, 싸이아졸계 리간드를 가지는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도, PBD나 OXD-7, TAZ, BPhen, BCP 등도 사용할 수 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질이다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 유기 화합물이면, 상술한 것 외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 공여체로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 원소 주기율표의 13족에 속하는 금속, 또는 그 산화물 또는 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 이터븀, 인듐, 산화 리튬, 탄산 세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 테트라싸이아나프타센과 같은 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
또한, 상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(305)을 형성함으로써, EL층이 적층된 경우에 있어서의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는, 2개의 EL층을 가지는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 EL층을 적층한 발광 소자에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 전하 발생층을 끼우도록 복수의 EL층을 배치함으로써, 낮은 전류 밀도를 유지하면서 고휘도 영역에서의 발광이 가능해진다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있기 때문에 장수명의 소자를 구현할 수 있다. 또한, 예를 들어 조명으로 응용한 경우에는, 전극 재료의 저항에 의한 전압 강하를 작게 할 수 있으므로, 대면적에서의 균일한 발광이 가능해진다. 또한, 저전압 구동이 가능하고 소비 전력이 낮은 발광 장치를 구현할 수 있다.
또한, 각 EL층의 발광색을 다르게 함으로써, 발광 소자 전체로 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 EL층을 가지는 발광 소자에 있어서, 제 1 EL층의 발광색과 제 2 EL층의 발광색을 보색의 관계가 되도록 함으로써, 발광 소자 전체로 백색 발광하는 발광 소자를 얻는 것도 가능하다. 또한, 보색이란, 혼합되면 무채색이 되는 색들간의 관계를 말한다. 즉, 보색의 관계에 있는 색의 광과 발광하는 물질로부터 얻어진 광을 혼합시키면 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 3개의 EL층을 가지는 발광 소자의 경우에도 마찬가지이며, 예를 들어 제 1 EL층의 발광색이 적색이고 제 2 EL층의 발광색이 녹색이고 제 3 EL층의 발광색이 청색인 경우, 발광 소자 전체로는 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 사용한 패시브 매트릭스형 발광 장치, 및 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 설명한다.
도 2 및 도 3은 패시브 매트릭스형 발광 장치의 예를 도시한 것이다.
패시브 매트릭스형(단순 매트릭스형이라고도 함) 발광 장치는 스트라이프 형상(띠 형상)으로 나란히 배치된 복수의 양극과, 스트라이프 형상으로 나란히 배치된 복수의 음극이 서로 직교하도록 제공되어 있고, 그 교차부에 발광층이 끼워진 구조이다. 따라서, 선택된(전압이 인가된) 양극과 선택된 음극의 교점에 있는 화소가 점등하게 된다.
도 2의 (A)~(C)는 밀봉 전의 화소부의 상면도이고, 도 2의 (A)~(C)를 일점 쇄선 A-A'를 따라 절단한 단면도가 도 2의 (D)이다.
기판(401) 위에는, 하지 절연층으로서 절연층(402)을 형성한다. 또한, 하지 절연층이 필요하지 않으면 특별히 형성하지 않아도 된다. 절연층(402) 위에는, 복수의 제 1 전극(403)이 같은 간격을 두고 스트라이프 형상으로 배치되어 있다(도 2의 (A) 참조).
또한, 제 1 전극(403) 위에는, 각 화소에 대응하는 개구를 가지는 격벽(404)이 제공되고, 개구를 가지는 격벽(404)은 절연 재료(감광성 또는 비감광성의 유기 재료(폴리이미드, 아크릴, 폴리아마이드, 폴리이미드아마이드, 레지스트, 또는 벤조사이클로뷰텐, 또는 SOG막(예를 들어, 알킬기를 포함하는 SiOx막))로 구성되어 있다. 또한, 각 화소에 대응하는 개구(405)가 발광 영역이 된다(도 2의 (B) 참조).
개구를 가지는 격벽(404) 위에, 제 1 전극(403)과 교차하는 서로 평행한 복수의 역 테이퍼 형상의 격벽(406)이 제공된다(도 2의 (C) 참조). 역 테이퍼 형상의 격벽(406)은 포토리소그래피법으로, 미노광 부분이 패턴으로서 남는 포지티브형 감광성 수지를 사용하여, 패턴 하부가 더 많이 에칭되도록 노광량 또는 현상 시간을 조절함으로써 형성한다.
도 2의 (C)에 도시된 바와 같이 역 테이퍼 형상의 격벽(406)을 형성한 후, 도 2의 (D)에 도시된 바와 같이 EL층(407) 및 제 2 전극(408)을 순차적으로 형성한다. 개구를 가지는 격벽(404) 및 역 테이퍼 형상의 격벽(406)을 합친 높이는, EL층(407) 및 제 2 전극(408)의 막 두께보다 크게 되도록 설정되기 때문에, 도 2의 (D)에 도시된 바와 같이 복수의 영역으로 분리된 EL층(407)과, 제 2 전극(408)이 형성된다. 또한, 복수로 분리된 영역은, 각각 전기적으로 독립되어 있다.
제 2 전극(408)은, 제 1 전극(403)과 교차하는 방향으로 연장되는 서로 평행한 스트라이프 형상의 전극이다. 또한, 역 테이퍼 형상의 격벽(406) 위에도 EL층(407)의 일부 및 제 2 전극(408)을 형성하는 도전층의 일부가 형성되지만, EL층(407) 및 제 2 전극(408)과는 분단되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서 제 1 전극(403) 및 제 2 전극(408)은, 한쪽이 양극이고 다른 쪽이 음극이면 어느 쪽이 어느 쪽이라도 좋다. 또한, EL층(407)을 구성하는 적층 구조에 대해서는, 전극의 극성에 따라 적절히 조정하면 좋다.
또한, 필요하면 기판(401)에 밀봉 캔(can)이나 유리 기판 등의 밀봉재를 실재(sealant) 등의 접착제로 부착함으로써 밀봉하고, 발광 소자가 밀폐된 공간에 배치되도록 하여도 좋다. 이로써 발광 소자의 열화를 방지할 수 있다. 또한, 밀폐된 공간에는 충전재나, 건조된 불활성 가스를 충전하여도 좋다. 또한, 수분 등으로 인한 발광 소자의 열화를 방지하기 위하여, 기판과 밀봉재 사이에 건조제 등을 봉입하여도 좋다. 건조제에 의하여 미량의 수분이 제거되어, 건조가 충분히 이루어진다. 또한, 건조제로서는 산화 칼슘이나 산화 바륨 등과 같은 알칼리 토금속의 산화물 등, 화학 흡착에 의하여 수분을 흡착하는 물질을 사용할 수 있다. 건조제로서는 이 외에 제올라이트나 실리카 젤 등의 물리 흡착에 의하여 수분을 흡착하는 물질을 사용하여도 좋다.
다음에, 도 2의 (A)~(D)에 도시된 패시브 매트릭스형 발광 장치에 FPC(flexible printed circuit) 등을 실장한 경우의 상면도를 도 3에 도시하였다.
도 3에 있어서, 화상 표시를 수행하는 화소부에서는 주사선들과 데이터선들이 서로 직교하도록 교차한다.
여기서, 도 2에서의 제 1 전극(403)이 도 3에서의 주사선(503)에 상당하고, 도 2에서의 제 2 전극(408)이, 도 3의 데이터선(508)에 상당하고, 역 테이퍼 형상의 격벽(406)이 격벽(506)에 상당한다. 데이터선(508)과 주사선(503) 사이에는, 도 2의 EL층(407)이 끼워져 있고, 영역(505)으로 나타낸 교차부가 화소 1개분에 상당한다.
또한, 주사선(503)은 그 단부에서 접속 배선(509)과 전기적으로 접속되고, 접속 배선(509)이 입력 단자(510)를 통하여 FPC(511b)에 접속된다. 또한, 데이터선(508)은 입력 단자(512)를 통하여 FPC(511a)에 접속된다.
또한, 필요하면 사출면에 편광판, 원편광판(타원 편광판을 포함함), 위상차판(λ/4판, λ/2판), 컬러 필터 등의 광학 필름을 적절히 제공하여도 좋다. 또한, 편광판 또는 원편광판에 반사 방지막을 제공하여도 좋다. 예를 들어, 표면의 요철에 의하여 반사광을 확산시켜 반사를 저감할 수 있게 하는 안티글레어 처리를 수행할 수 있다.
또한, 도 3에는, 구동 회로를 기판(501) 위에 제공하지 않는 경우의 예를 도시하였지만, 기판(501) 위에 구동 회로를 가지는 IC칩을 실장하여도 좋다.
또한, IC칩을 실장하는 경우에는 화소부 주변(외측)의 영역에, 각 신호를 화소부로 전송하는 구동 회로가 형성된 데이터선 측 IC, 주사선 측 IC를 COG 방식에 의하여 각각 실장한다. COG 방식 이외의 실장 기술로서 TCP나 와이어 본딩 방식을 사용하여 실장하여도 좋다. TCP는 TAB 테이프에 IC를 실장한 것이며, TAB 테이프를 소자 형성 기판 위의 배선에 접속하여 IC를 실장한다. 데이터선 측 IC, 및 주사선 측 IC는, 실리콘 기판을 사용한 것이어도 좋고, 유리 기판, 석영 기판, 또는 플라스틱 기판 위에 FET로 구동 회로를 형성한 것이어도 좋다.
다음에, 액티브 매트릭스형 발광 장치의 예에 대하여, 도 4를 사용하여 설명한다. 또한, 도 4의 (A)는 발광 장치의 상면도이고, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)를 일점 쇄선 A-A'를 따라 절단한 단면도이다. 본 실시형태에 따른 액티브 매트릭스형 발광 장치는, 소자 기판(601) 위에 제공된 화소부(602)와, 구동 회로부(소스 측 구동 회로)(603)와, 구동 회로부(게이트 측 구동 회로)(604)를 가진다. 화소부(602), 구동 회로부(603), 및 구동 회로부(604)는 실재(605)에 의하여 소자 기판(601)과 밀봉 기판(606) 사이에 밀봉되어 있다.
또한, 소자 기판(601) 위에는, 구동 회로부(603), 및 구동 회로부(604)에 외부로부터의 신호(예를 들어, 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호 등)나 전위를 전달하는 외부 입력 단자를 접속하기 위한 리드 배선(607)이 제공된다. 여기서는, 외부 입력 단자로서 FPC(608)를 제공하는 예를 나타내었다. 또한, 여기서는 FPC만이 도시되어 있지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 장착되어 있어도 좋다. 본 명세서에서 발광 장치는, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 이에 FPC 또는 PWB가 장착된 상태도 그 범주에 포함한다.
다음에, 단면 구조에 대하여 도 4의 (B)를 사용하여 설명한다. 소자 기판(601) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 소스 측 구동 회로인 구동 회로부(603)와 화소부(602)가 도시되어 있다.
구동 회로부(603)로서 n채널형 FET(609)와 p채널형 FET(610)를 조합한 CMOS 회로가 형성되는 경우의 예를 나타내었다. 또한, 구동 회로부는 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로로 형성하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형의 경우를 설명하지만, 반드시 그렇게 할 필요는 없으며 기판 위가 아니라 외부에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(602)는 스위칭용 FET(611), 전류 제어용 FET(612), 및 전류 제어용 FET(612)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)에 전기적으로 접속된 양극(613)을 포함하는 복수의 화소로 형성된다. 또한, 양극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 여기서는, 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용하여 형성한다.
또한, 위에 적층되는 막의 피복성을 양호하게 하기 위하여, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 곡면이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용하는 경우, 절연물(614)의 상단부에 곡률 반경(0.2㎛ 이상 3㎛ 이하)을 가지는 곡면을 가지게 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(614)의 재료로서는 네거티브형 감광성 수지 또는 포지티브형 감광성 수지 등의 유기 화합물이나, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘 등의 무기 화합물을 사용할 수 있다.
양극(613) 위에는, EL층(615) 및 음극(616)이 적층되어 있다. 또한, 양극(613)을 ITO막으로 하고, 양극(613)과 접속되는 전류 제어용 FET(612)의 배선으로서 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막의 적층막, 또는 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화 타이타늄막의 적층막을 사용하면, 배선의 저항도 낮아지고, ITO막과의 양호한 오믹 콘택트(ohmic contact)가 얻어진다. 또한, 여기서는 도시하지 않았지만, 음극(616)은 외부 입력 단자인 FPC(608)에 전기적으로 접속되어 있다.
이 때, EL층(615)에는 적어도 발광층을 제공하고, 발광층 이외에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 또는 전자 주입층을 적절히 제공하는 구성으로 한다. 양극(613), EL층(615), 및 음극(616)의 적층 구조로 발광 소자(617)가 형성된다.
또한, 도 4의 (B)에 도시된 단면도에서는 발광 소자(617)를 하나만 도시하였지만, 화소부(602)에는 복수의 발광 소자가 매트릭스 형태로 배치된다. 화소부(602)에 3종류(R, G, B)의 발광이 얻어지는 발광 소자를 각각 선택적으로 형성함으로써 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치를 형성할 수 있다. 또한, 컬러 필터와 조합함으로써 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치로 하여도 좋다.
또한, 실재(605)로 밀봉 기판(606)을 소자 기판(601)과 접합함으로써, 소자 기판(601), 밀봉 기판(606), 및 실재(605)로 둘러싸인 공간(618)에 발광 소자(617)가 제공된 구조가 된다. 또한, 공간(618)은, 불활성 가스(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 이외에, 실재(605)로 충전될 수도 있다.
또한, 실재(605)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(606)으로서 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(fiber reinforced plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 액티브 매트릭스형 발광 장치를 얻을 수 있다.
예를 들어, 본 명세서 등에서 다양한 기판을 사용하여 트랜지스터 또는 발광 소자를 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특정한 것에 한정되지 않는다. 기판의 일례로서는 반도체 기판(예를 들어 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스 강 기판, 스테인리스 강 포일을 가지는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 가지는 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유 형태의 재료를 포함하는 종이, 또는 기재(基材) 필름 등이 있다. 유리 기판의 일례로서는, 바륨붕규산 유리, 알루미노붕규산 유리, 또는 소다 석회 유리 등이 있다. 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 예로서는, 이하와 같은 것을 들 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱이 있다. 또는, 일례로서는, 아크릴 등의 합성 수지 등을 들 수 있다. 또는, 일례로서는, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화바이닐, 또는 폴리염화바이닐 등을 들 수 있다. 또는, 일례로서는, 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등이 있다. 특히, 반도체 기판, 단결정 기판, 또는 SOI 기판 등을 사용하여 트랜지스터를 제작함으로써 특성, 크기, 또는 형상 등의 편차가 적고, 전류 공급 능력이 높고, 크기가 작은 트랜지스터를 제작할 수 있다. 이와 같은 트랜지스터로 회로를 구성하면, 회로의 저소비 전력화 또는 회로의 고집적화를 도모할 수 있다.
또한, 기판으로서 가요성 기판을 사용하여, 가요성 기판 위에 트랜지스터 또는 발광 소자를 직접 형성하여도 좋다. 또는, 기판과 트랜지스터 사이나, 기판과 발광 소자 사이에 박리층을 제공하여도 좋다. 박리층은 그 위에 반도체 장치의 일부 또는 전체를 형성한 후에 기판으로부터 분리하여 다른 기판으로 전재(轉載)하는 데 사용할 수 있다. 이 때, 트랜지스터 또는 발광 소자는 내열성이 떨어지는 기판이나 가요성 기판에도 전재될 수 있다. 또한, 상기 박리층에는 예를 들어, 텅스텐막과 산화 실리콘막 등의 무기막을 적층한 구조나, 기판 위에 폴리이미드 등의 유기 수지막이 형성된 구성 등을 적용할 수 있다.
즉, 어떤 기판을 사용하여 트랜지스터 또는 발광 소자를 형성한 후에 다른 기판에 트랜지스터 또는 발광 소자를 전치함으로써 다른 기판 위에 트랜지스터 또는 발광 소자를 배치하여도 좋다. 트랜지스터 또는 발광 소자가 전치되는 기판의 일례로서는, 트랜지스터 또는 발광 소자를 형성할 수 있는 상술한 기판에 더하여, 종이 기판, 셀로판 기판, 아라미드 필름 기판, 폴리이미드 필름 기판, 석재 기판, 목재 기판, 직물 기판(천연 섬유((명주(silk), 솜(cotton), 삼(hemp)), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터), 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등을 들 수 있다. 이와 같은 기판을 사용함으로써, 특성이 좋은 트랜지스터의 형성, 소비 전력이 작은 트랜지스터의 형성, 파괴되기 어려운 장치의 제작, 내열성의 부여, 경량화, 또는 박형화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 본 발명을 적용한 일 형태인 발광 장치를 사용하여 완성시킨 다양한 전자 기기 및 조명 기구의 일례에 대하여 도 5~도 7을 사용하여 설명한다.
발광 장치를 적용한 전자 기기로서 예를 들어, 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 가요성을 가지는 기판 위에 제작함으로써, 곡면을 가지는 발광부를 포함하는 전자 기기, 조명 장치를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자가 가지는 한 쌍의 전극을 가시광에 대한 투광성을 가지는 재료로 형성함으로써, 시스루(see-through) 발광부를 가지는 전자 기기, 조명 장치를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태를 적용한 발광 장치는 자동차의 조명에도 적용할 수 있고, 예를 들어 계기판, 앞유리 위, 천장 등에 조명을 설치할 수도 있다.
이들 전자 기기 및 조명 기구의 구체적인 예를 도 5~도 7에 도시하였다.
도 5의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 도시한 것이다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 제공되어 있다. 표시부(7103)에 영상을 표시할 수 있고, 표시부(7103)에 발광 장치를 사용할 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(7105)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 도시하였다.
텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)이 가지는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(7110)로 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)가 가지는 조작 키(7109)로 채널이나 음량의 조작을 할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(7110)에, 상기 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 제공하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(7100)는 수신기나 모뎀 등을 가지는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선 통신 네트워크에 접속함으로써 단방향(송신자로부터 수신자로) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간 또는 수신자들간)의 정보 통신도 가능하다.
도 5의 (B)에 도시된 컴퓨터는 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 사용하여 제작된다.
도 5의 (C)에 도시된 휴대용 게임기는 하우징(7301)과 하우징(7302)의 2개의 하우징으로 구성되어 있고, 연결부(7303)에 의하여 개폐 가능하게 연결되어 있다. 하우징(7301)에는 표시부(7304)가 제공되고, 하우징(7302)에는 표시부(7305)가 제공되어 있다. 또한, 도 5의 (C)에 도시된 휴대용 게임기는 이 외에 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, 광, 액체, 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 구비한다. 물론, 휴대용 게임기의 구성은 상술한 것에 한정되지 않고, 적어도 표시부(7304) 및 표시부(7305)의 양쪽, 또는 한쪽에 발광 장치가 사용되면 좋고, 기타 부속 설비가 적절히 제공된 구성으로 할 수 있다. 도 5의 (C)에 도시된 휴대용 게임기는 기록 매체에 기록된 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능이나, 다른 휴대용 게임기와 무선 통신에 의하여 정보를 공유하는 기능을 가진다. 이 때, 도 5의 (C)에 도시된 휴대용 게임기가 가지는 기능은 이에 한정되지 않고 다양한 기능을 가질 수 있다.
도 5의 (D)는, 휴대 전화기의 일례를 도시한 것이다. 휴대 전화기(7400)는 하우징(7401)에 제공된 표시부(7402) 이외에, 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등을 가진다. 또한, 휴대 전화기(7400)는 발광 장치를 표시부(7402)에 사용하여 제작된다.
도 5의 (D)에 도시된 휴대 전화기(7400)는 표시부(7402)를 손가락 등으로 접촉함으로써 정보를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하는 등의 조작은 표시부(7402)를 손가락 등으로 접촉함으로써 행할 수 있다.
표시부(7402)의 화면에는 주로 세 가지 모드가 있다. 제 1 모드는 주로 화상의 표시를 하는 표시 모드이고 제 2 모드는 주로 문자 등의 정보의 입력을 하는 입력 모드이다. 제 3 모드는 표시 모드와 입력 모드의 두 가지 모드가 혼합된 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하는 경우에는, 표시부(7402)를 주로 문자의 입력을 하는 입력 모드로 하고, 화면에 표시된 문자의 입력 조작을 하면 좋다. 이 경우, 키보드 또는 번호 버튼을 표시부(7402)의 화면의 대부분에 표시하는 것이 바람직하다.
또한, 휴대 전화기(7400) 내부에, 자이로(gyroscope)나 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 가지는 검출 장치를 제공함으로써, 휴대 전화기(7400)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여 표시부(7402)의 화면 표시를 자동적으로 전환하도록 할 수 있다.
또한, 화면 모드는 표시부(7402)를 접촉하거나 또는 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)을 조작함으로써 전환할 수 있다. 또한, 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환되도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시되는 화상 신호가 동영상 데이터라면 표시 모드로, 텍스트 데이터라면 입력 모드로 전환한다.
또한, 입력 모드에 있어서 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하여, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)에 손바닥이나 손가락으로 접촉함으로써 장문(掌紋), 지문 등을 촬상하여, 본인 인증을 할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발광하는 백 라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 적용함으로써 전자 기기의 표시부의 발광 효율을 높게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태를 적용함으로써 신뢰성이 높은 전자 기기를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태를 적용함으로써 소비 전력이 낮은 전자 기기를 제작할 수 있다.
또한, 도 5의 (E)에 도시된 탁상 조명 기구는 조명부(7501), 갓(7502), 가변(可變) 암(7503), 지주(7504), 받침대(7505), 전원(7506)을 포함한다. 또한, 탁상 조명 기구는, 발광 장치를 조명부(7501)에 사용하여 제작된다. 또한, 조명 기구에는 천장 고정형 조명 기구 또는 벽걸이형 조명 기구 등도 포함된다.
도 6의 (A)는 발광 장치를 실내의 조명 장치(801)로서 사용하는 경우의 예이다. 발광 장치는 대면적화도 가능하기 때문에, 대면적의 조명 장치로서 사용할 수 있다. 그 외에, 롤형 조명 장치(802)로서 사용할 수도 있다. 또한, 도 6의 (A)에 도시된 바와 같이, 실내의 조명 장치(801)가 설치된 방에서, 도 5의 (E)에서 설명한 탁상 조명 기구(803)를 병용하여도 좋다.
도 6의 (B)는 다른 조명 장치의 예를 도시한 것이다. 도 6의 (B)에 도시된 탁상 조명 장치는 조명부(9501), 지주(9503), 받침대(9505) 등을 포함한다. 조명부(9501)는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체를 포함한다. 이와 같이, 가요성을 가지는 기판 위에 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 제작함으로써, 곡면을 가지는 조명 장치, 또는 플렉시블하게 휘는 조명부를 가지는 조명 장치로 할 수 있다. 이와 같이, 휘는 발광 장치를 조명 장치로서 사용함으로써, 조명 장치의 디자인의 자유도가 향상될 뿐 아니라, 예를 들어 자동차의 천장, 계기판 등 곡면을 가지는 장소에도 조명 장치를 설치할 수 있게 된다.
도 7은 다른 조명 장치의 예를 도시한 것이다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태를 적용하여 곡면을 가지는 조명 장치를 제작할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체는 황색~주황색의 발광을 나타내기 때문에 황색의 조명 장치나 주황색의 조명 장치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 터널 내의 조명 장치(9900)에 본 발명의 일 형태를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태를 적용함으로써 발광 효율 및 에너지 효율이 높은 조명 장치를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 황색~주황색의 발광은 시감도가 높기 때문에 사고의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태를 적용한 조명 장치는 면광원이기 때문에 지향성이 지나치게 강해지는 것을 억제할 수 있어 사고의 요인을 줄일 수 있다.
또한, 상술한 황색의 조명 장치를 옐로 룸(yellow room) 등에 적용할 수도 있다. 본 발명의 일 형태를 적용한 조명 장치를 옐로 룸의 조명에 사용하면 그늘이 지기 어렵고 양호한 작업 환경을 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 적용함으로써 발광 효율이 높은 조명 장치를 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태를 적용함으로써 신뢰성이 높은 조명 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태를 적용함으로써 소비 전력이 낮은 조명 장치를 제작할 수 있다.
상술한 바와 같이 발광 장치를 적용하여 전자 기기나 조명 기구를 얻을 수 있다. 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓어, 모든 분야의 전자 기기에 적용 가능하다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시형태 8)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 적용하여 제작되는 조명 장치의 구성에 대하여 도 15를 참조하여 설명한다.
도 15의 (A)~(D)에는 조명 장치의 단면도의 일례를 도시하였다. 또한, 도 15의 (A) 및 (B)는 기판 측으로 광을 추출하는 배면 발광형(bottom emission) 조명 장치이고, 도 15의 (C) 및 (D)는 밀봉 기판 측으로 광을 추출하는 전면 발광형(top emission) 조명 장치이다.
도 15의 (A)에 도시된 조명 장치(4000)는 기판(4001) 위에 발광 소자(4002)를 가진다. 또한, 기판(4001) 외측에, 요철을 가지는 기판(4003)을 가진다. 발광 소자(4002)는 제 1 전극(4004), EL층(4005), 및 제 2 전극(4006)을 가진다.
제 1 전극(4004)은 전극(4007)에 전기적으로 접속되고, 제 2 전극(4006)은 전극(4008)에 전기적으로 접속된다. 또한, 제 1 전극(4004)에 전기적으로 접속되는 보조 배선(4009)을 제공하여도 좋다. 또한, 보조 배선(4009) 위에는 절연층(4010)이 형성된다.
또한, 기판(4001)과 밀봉 기판(4011)은 실재(4012)로 접착된다. 또한, 밀봉 기판(4011)과 발광 소자(4002) 사이에는 건조제(4013)가 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 기판(4003)은 도 15의 (A)에 도시된 바와 같이 요철을 가지기 때문에 발광 소자(4002)에서 발생된 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판(4003) 대신에, 도 15의 (B)에 도시된 조명 장치(4100)와 같이 기판(4001) 외측에 확산판(4015)을 제공하여도 좋다.
도 15의 (C)에 도시된 조명 장치(4200)는 기판(4201) 위에 발광 소자(4202)를 가진다. 발광 소자(4202)는 제 1 전극(4204), EL층(4205), 및 제 2 전극(4206)을 가진다.
제 1 전극(4204)은 전극(4207)에 전기적으로 접속되고, 제 2 전극(4206)은 전극(4208)에 전기적으로 접속된다. 또한, 제 2 전극(4206)에 전기적으로 접속되는 보조 배선(4209)을 제공하여도 좋다. 또한, 보조 배선(4209) 아래에 절연층(4210)을 제공하여도 좋다.
기판(4201)과, 요철을 가지는 밀봉 기판(4211)은 실재(4212)로 접착된다. 또한, 밀봉 기판(4211)과 발광 소자(4202) 사이에 배리어막(4213) 및 평탄화막(4214)을 제공하여도 좋다. 또한, 밀봉 기판(4211)은 도 15의 (C)에 도시된 바와 같이 요철을 가지기 때문에 발광 소자(4202)에서 발생된 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 밀봉 기판(4211) 대신에, 도 15의 (D)에 도시된 조명 장치(4300)와 같이, 발광 소자(4202) 위에 확산판(4215)을 제공하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에서의 EL층(4005, 4205)에 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체를 적용할 수 있다. 이 경우 소비 전력이 낮은 조명 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시형태 9)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 또는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 가지는 터치 패널에 대하여 도 16~도 20을 사용하여 설명한다.
도 16의 (A) 및 (B)는 터치 패널(2000)의 사시도이다. 또한, 도 16의 (A) 및 (B)에는 명료화를 위하여 터치 패널(2000)의 대표적인 구성 요소를 도시하였다.
터치 패널(2000)은 표시부(2501) 및 터치 센서(2595)를 가진다(도 16의 (B) 참조). 또한, 터치 패널(2000)은 기판(2510), 기판(2570), 및 기판(2590)을 가진다. 또한, 기판(2510), 기판(2570), 및 기판(2590)은 모두 가요성을 가진다.
표시부(2501)는 기판(2510) 위에 복수의 화소, 및 상기 화소에 신호를 공급할 수 있는 복수의 배선(2511)을 가진다. 복수의 배선(2511)은 기판(2510)의 외주부까지 리드되고, 그 일부가 단자(2519)를 구성한다. 단자(2519)는 FPC(2509(1))에 전기적으로 접속된다.
기판(2590)은 터치 센서(2595), 및 터치 센서(2595)와 전기적으로 접속되는 복수의 배선(2598)을 가진다. 복수의 배선(2598)은 기판(2590)의 외주부까지 리드되고, 그 일부가 단자(2599)를 구성한다. 그리고, 단자(2599)는 FPC(2509(2))에 전기적으로 접속된다. 또한, 도 16의 (B)에서는 명료화를 위하여 기판(2590)의 이면 측(기판(2510)과 대향하는 면 측)에 제공되는 터치 센서(2595)의 전극이나 배선 등을 실선으로 나타내었다.
터치 센서(2595)로서 예를 들어 정전 용량 방식의 터치 센서를 적용할 수 있다. 정전 용량 방식에는 표면형 정전 용량 방식이나 투영형 정전 용량 방식 등이 있다.
투영형 정전 용량 방식에는 주로 구동 방식에 따라 자기 용량 방식, 상호 용량 방식 등이 있다. 상호 용량 방식을 사용하면 다점 동시 검출이 가능해지기 때문에 바람직하다.
먼저 투영형 정전 용량 방식의 터치 센서를 적용하는 경우에 대하여 도 16의 (B)를 사용하여 설명한다. 또한, 투영형 정전 용량 방식의 경우, 손가락 등 검지 대상의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있는 다양한 센서를 적용할 수 있다.
투영형 정전 용량 방식의 터치 센서(2595)는 전극(2591)과 전극(2592)을 가진다. 전극(2591)과 전극(2592)은 복수의 배선(2598) 중 각각 다른 배선에 전기적으로 접속된다. 또한, 전극(2592)은 도 16의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이 한 방향으로 연속적으로 배치된 복수의 사변형이 모서리 부분에서 배선(2594)에 의하여 한 방향으로 접속되는 형상을 가진다. 전극(2591)도 마찬가지로 복수의 사변형이 모서리 부분에서 접속되는 형상을 가지지만, 접속되는 방향은 전극(2592)이 접속되는 방향과 교차되는 방향이다. 또한, 전극(2591)이 접속되는 방향과 전극(2592)이 접속되는 방향은 반드시 직교하는 관계에 있을 필요는 없고 0°보다 크고 90° 미만의 각도를 이루어도 좋다.
또한, 배선(2594)의 전극(2592)과의 교차부의 면적은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 이로써 전극이 제공되지 않는 영역의 면적을 줄일 수 있어 투과율의 편차를 저감할 수 있다. 그 결과 터치 센서(2595)를 투과하는 광의 휘도의 편차를 저감할 수 있다.
또한, 전극(2591) 및 전극(2592)의 형상은 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 할 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극(2591)을 가능한 한 틈이 생기지 않도록 배치하고, 절연층을 개재(介在)하여 복수의 전극(2592)을 제공하는 구성으로 하여도 좋다. 이 때 인접한 2개의 전극(2592) 사이에 이들과는 전기적으로 절연된 더미 전극을 제공하면 투과율이 다른 영역의 면적을 줄일 수 있으므로 바람직하다.
다음에, 도 17을 사용하여 터치 패널(2000)의 자세한 사항에 대하여 설명한다. 도 17은 도 16의 (A)를 일점 쇄선 X1-X2를 따라 절단한 단면도에 상당한다.
터치 센서(2595)는 기판(2590) 위에 스태거(staggered) 형태로 배치된 전극(2591) 및 전극(2592), 전극(2591) 및 전극(2592)을 덮는 절연층(2593), 및 인접한 전극(2591)을 전기적으로 접속하는 배선(2594)을 가진다.
또한, 배선(2594) 아래에는 접착층(2597)이 제공된다. 접착층(2597)은, 터치 센서(2595)가 표시부(2501)와 중첩되도록 기판(2590)과 기판(2570)을 접합한다.
전극(2591) 및 전극(2592)은 투광성을 가지는 도전성 재료로 형성한다. 투광성을 가지는 도전성 재료로서는 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨이 첨가된 산화 아연 등 도전성 산화물을 사용할 수 있다. 또한, 그래핀을 포함하는 막을 사용할 수도 있다. 그래핀을 포함하는 막은, 예를 들어 막 형상으로 형성된 산화 그래핀을 포함하는 막을 환원하여 형성할 수 있다. 환원 방법으로서는, 열을 가하는 방법 등을 들 수 있다.
예를 들어, 투광성을 가지는 도전성 재료를 기판(2590) 위에 스퍼터링법으로 성막한 후, 포토리소그래피법 등 다양한 패터닝 기술에 의하여 불필요한 부분을 제거함으로써 전극(2591) 및 전극(2592)을 형성할 수 있다.
또한, 절연층(2593)의 재료로서는 예를 들어, 아크릴, 에폭시 등의 수지, 실록산 결합을 가지는 수지 외에, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 산화 알루미늄 등의 무기 절연 재료를 사용할 수도 있다.
또한, 절연층(2593)에 형성된 개구에 배선(2594)을 형성함으로써 인접한 전극(2591)들을 전기적으로 접속한다. 투광성을 가지는 도전성 재료는 터치 패널의 개구율을 높일 수 있기 때문에 배선(2594)에 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 전극(2591) 및 전극(2592)보다 도전성이 높은 재료는 전기 저항을 저감할 수 있기 때문에 배선(2594)에 바람직하게 사용할 수 있다.
한 쌍의 전극(2591)은 배선(2594)에 의하여 전기적으로 접속된다. 또한, 한 쌍의 전극(2591) 사이에는 전극(2592)이 제공된다.
또한, 배선(2598)은 전극(2591) 또는 전극(2592)에 전기적으로 접속된다. 또한, 배선(2598)의 일부는 단자로서 기능한다. 배선(2598)에는 예를 들어, 알루미늄, 금, 백금, 은, 니켈, 타이타늄, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 또는 팔라듐 등의 금속 재료나, 상기 금속 재료를 포함하는 합금 재료를 사용할 수 있다.
또한, 단자(2599)에 의하여 배선(2598)과 FPC(2509(2))가 전기적으로 접속된다. 또한, 단자(2599)에는 다양한 이방성 도전 필름(ACF: anisotropic conductive film)이나, 이방성 도전 페이스트(ACP: anisotropic conductive paste) 등을 사용할 수 있다.
또한, 접착층(2597)은 투광성을 가진다. 예를 들어, 접착층(2597)에는 열 경화성 수지나 자외선 경화 수지를 사용할 수 있고, 구체적으로는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 또는 실록산계 수지를 사용할 수 있다.
표시부(2501)는 매트릭스 형태로 배치된 복수의 화소를 가진다. 상기 화소는 표시 소자와, 표시 소자를 구동시키는 화소 회로를 가진다.
기판(2510) 및 기판(2570)에는 예를 들어, 수증기의 투과율이 10-5g/(m2·day) 이하, 바람직하게는 10-6g/(m2·day) 이하이고 가요성을 가지는 재료를 바람직하게 사용할 수 있다. 또는, 기판(2510)과 기판(2570)에 열팽창률이 거의 같은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 선팽창률이 1×10-3/K 이하, 바람직하게는 5×10-5/K 이하, 더 바람직하게는 1×10-5/K 이하인 재료를 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 밀봉층(2560)은 공기보다 큰 굴절률을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 도 17에 도시된 바와 같이 밀봉층(2560) 측으로 광을 추출하는 경우, 밀봉층(2560)이 접합층을 겸할 수 있다.
또한, 표시부(2501)는 화소(2502R)를 가진다. 또한, 화소(2502R)는 발광 모듈(2580R)을 가진다.
화소(2502R)는 발광 소자(2550R)와, 발광 소자(2550R)에 전력을 공급할 수 있는 트랜지스터(2502t)를 가진다. 또한, 트랜지스터(2502t)는 화소 회로의 일부로서 기능한다. 또한, 발광 모듈(2580R)은 발광 소자(2550R)와 착색층(2567R)을 가진다.
발광 소자(2550R)는 하부 전극, 상부 전극, 및 하부 전극과 상부 전극 사이의 EL층을 가진다.
또한, 광을 추출하는 측에 밀봉층(2560)이 제공되는 경우, 밀봉층(2560)은 발광 소자(2550R)와 착색층(2567R)과 접촉된다.
착색층(2567R)은 발광 소자(2550R)와 중첩되는 위치에 있다. 따라서, 발광 소자(2550R)가 발하는 광의 일부는 착색층(2567R)을 투과하여, 도면에 나타낸 화살표 방향으로 발광 모듈(2580R) 외부로 사출된다.
또한, 표시부(2501)에는 광을 사출하는 쪽에 차광층(2567BM)이 제공된다. 차광층(2567BM)은 착색층(2567R)을 둘러싸도록 제공된다.
또한, 표시부(2501)는 화소와 중첩되는 위치에 반사 방지층(2567p)을 가진다. 반사 방지층(2567p)으로서 예를 들어 원편광판을 사용할 수 있다.
표시부(2501)에는 절연층(2521)이 제공된다. 절연층(2521)은 트랜지스터(2502t)를 덮는다. 또한, 절연층(2521)은 화소 회로에 기인하는 요철을 평탄화하기 위한 기능을 가진다. 또한, 절연층(2521)에 불순물의 확산을 억제할 수 있는 기능을 부여하여도 좋다. 이로써 불순물의 확산으로 인한 트랜지스터(2502t) 등의 신뢰성의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 발광 소자(2550R)는 절연층(2521) 상방에 형성된다. 또한, 발광 소자(2550R)가 가지는 하부 전극에는 하부 전극의 단부와 중첩되는 격벽(2528)이 제공된다. 또한, 기판(2510)과 기판(2570) 사이의 간격을 제어하는 스페이서를 격벽(2528) 위에 형성하여도 좋다.
주사선 구동 회로(2503g(1))는 트랜지스터(2503t) 및 용량 소자(2503c)를 가진다. 또한, 구동 회로를 화소 회로와 동일한 공정으로 동일한 기판 위에 형성할 수 있다.
또한, 기판(2510) 위에는 신호를 공급할 수 있는 배선(2511)이 제공된다. 또한, 배선(2511) 위에는 단자(2519)가 제공된다. 또한, 단자(2519)에는 FPC(2509(1))가 전기적으로 접속된다. 또한, FPC(2509(1))는 화소 신호 및 동기 신호 등의 신호를 공급하는 기능을 가진다. 또한, FPC(2509(1))에 프린트 배선 기판(PWB, printed wiring board)이 장착되어 있어도 좋다.
또한, 표시부(2501)에는 다양한 구조의 트랜지스터를 적용할 수 있다. 또한, 도 17의 (A)에는 보텀 게이트형 트랜지스터를 적용하는 경우를 예시하였다. 도 17의 (A)에 도시된 트랜지스터(2502t) 및 트랜지스터(2503t)에서는 산화물 반도체를 포함하는 반도체층을 채널 영역으로서 사용할 수 있다. 또는, 트랜지스터(2502t) 및 트랜지스터(2503t)에서 비정질 실리콘을 포함하는 반도체층을 채널 영역으로서 사용할 수 있다. 또는, 트랜지스터(2502t) 및 트랜지스터(2503t)에서 레이저 어닐링 등의 처리에 의하여 결정화시킨 다결정 실리콘을 포함하는 반도체층을 채널 영역으로서 사용할 수 있다.
또한, 톱 게이트형 트랜지스터를 적용하는 경우의 표시부(2501)의 구성을 도 17의 (B)에 도시하였다.
톱 게이트형 트랜지스터의 경우, 보텀 게이트형 트랜지스터에 사용할 수 있는 반도체층과 같은 구성의 반도체층 외에, 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘 기판 등으로부터 전치된 단결정 실리콘막 등을 포함하는 반도체층을 채널 영역으로서 사용하여도 좋다.
다음에, 도 17에 도시된 구성과 다른 구성의 터치 패널에 대하여 도 18을 사용하여 설명한다.
도 18은 터치 패널(2001)의 단면도이다. 도 18에 도시된 터치 패널(2001)은 표시부(2501)에 대한 터치 센서(2595)의 상대적인 위치가 도 17에 도시된 터치 패널(2000)과 다르다. 여기서는 상이한 구성에 대하여 자세히 설명하고, 같은 구성을 사용할 수 있는 부분에 대해서는 터치 패널(2000)의 설명을 원용한다.
착색층(2567R)은 발광 소자(2550R)와 중첩되는 위치에 있다. 또한, 도 18의 (A)에 도시된 발광 소자(2550R)는 트랜지스터(2502t)가 제공되는 측으로 광을 사출한다. 따라서, 발광 소자(2550R)가 발하는 광의 일부는 착색층(2567R)을 투과하여, 도면에 나타낸 화살표 방향으로 발광 모듈(2580R) 외부로 사출된다.
표시부(2501)에는 광을 사출하는 쪽에 차광층(2567BM)이 제공된다. 차광층(2567BM)은 착색층(2567R)을 둘러싸도록 제공된다.
터치 센서(2595)는 표시부(2501)의 기판(2510) 측에 제공된다(도 18의 (A) 참조).
접착층(2597)은 기판(2510)과 기판(2590) 사이에 있으며 표시부(2501)와 터치 센서(2595)를 접합한다.
또한, 표시부(2501)에는 다양한 구조의 트랜지스터를 적용할 수 있다. 또한, 도 18의 (A)에는 보텀 게이트형 트랜지스터를 적용하는 경우를 예시하였다. 또한, 도 18의 (B)에는 톱 게이트형 트랜지스터를 적용하는 경우를 예시하였다.
다음에, 터치 패널의 구동 방법의 일례에 대하여 도 19를 사용하여 설명한다.
도 19의 (A)는 상호 용량 방식 터치 센서의 구성을 도시한 블록 다이어그램이다. 도 19의 (A)에는 펄스 전압 출력 회로(2601), 전류 검출 회로(2602)를 도시하였다. 또한, 도 19의 (A)에서는 펄스 전압이 인가되는 전극(2621)을 X1-X6으로 하고, 전류의 변화를 검지하는 전극(2622)을 Y1-Y6으로 하며 각각 6개의 배선으로 예시하였다. 또한, 도 19의 (A)에는 전극(2621)과 전극(2622)이 중첩되어 형성되는 용량 소자(2603)를 도시하였다. 또한, 전극(2621)과 전극(2622)의 기능을 서로 바꿔도 좋다.
펄스 전압 출력 회로(2601)는 X1~X6의 배선에 순차적으로 펄스를 인가하기 위한 회로이다. X1~X6의 배선에 펄스 전압이 인가됨으로써 용량 소자(2603)를 형성하는 전극(2621)과 전극(2622) 사이에 전계가 발생된다. 이들 전극간에 발생되는 전계가 차폐되는 것 등으로 인하여 용량 소자(2603)의 상호 용량이 변화되는 것을 이용하여, 피검지체의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있다.
전류 검출 회로(2602)는 용량 소자(2603)에서의 상호 용량의 변화에 따른 Y1~Y6의 배선에서의 전류 변화를 검출하기 위한 회로이다. Y1~Y6의 배선에서는, 피검지체의 근접 또는 접촉이 없으면 검출되는 전류값에 변화는 없지만, 검출되는 피검지체의 근접 또는 접촉에 의하여 상호 용량이 감소될 때에는, 전류값의 감소를 검출한다. 또한, 전류는 적분 회로 등을 사용하여 검출하면 좋다.
다음에, 도 19의 (B)에 도 19의 (A)에 도시된 상호 용량 방식 터치 센서에서의 입출력 파형의 타이밍 차트를 나타내었다. 도 19의 (B)에서는, 하나의 프레임 기간에 각 행렬에서의 피검지체의 검출을 행하는 것으로 한다. 또한, 도 19의 (B)에는 두 가지 경우(피검지체가 검출되지 않는 경우(비(非)터치)와 피검지체가 검출되는 경우(터치))에 대하여 나타내었다. 또한, Y1~Y6의 배선에 대해서는 검출되는 전류값에 대응하는 전압값의 파형을 나타내고 있다.
X1~X6의 배선에는 순차적으로 펄스 전압이 인가되어, 이 펄스 전압에 따라 Y1~Y6의 배선에서 파형이 변화된다. 피검지체의 근접 또는 접촉이 없는 경우에는 X1~X6의 배선의 전압의 변화에 따라 Y1~Y6의 배선의 파형이 한결같이 변화한다. 한편, 피검지체가 근접 또는 접촉되는 개소에서는 전류값이 감소되기 때문에 이에 대응하는 전압값의 파형도 변화된다. 이와 같이, 상호 용량의 변화를 검출함으로써 피검지체의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있다.
또한, 도 19의 (A)에는 터치 센서로서 배선의 교차부에 용량 소자(2603)만을 제공하는 패시브형 터치 센서의 구성을 도시하였지만 트랜지스터와 용량 소자를 가지는 액티브형 터치 센서로 하여도 좋다. 도 20에 액티브형 터치 센서에 포함되는 하나의 센서 회로의 예를 도시하였다.
도 20에 도시된 센서 회로는 용량 소자(2603), 트랜지스터(2611), 트랜지스터(2612), 및 트랜지스터(2613)를 가진다.
트랜지스터(2613)의 게이트에는 신호(G2)가 공급되고, 소스 및 드레인 중 한쪽에는 전압(VRES)이 공급되고, 다른 쪽은 용량 소자(2603)의 한쪽 전극 및 트랜지스터(2611)의 게이트에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(2611)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 트랜지스터(2612)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽에는 전압(VSS)이 인가된다. 트랜지스터(2612)의 게이트에는 신호(G1)가 공급되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(ML)에 전기적으로 접속된다. 용량 소자(2603)의 다른 쪽 전극에는 전압(VSS)이 인가된다.
다음에, 도 20에 도시된 센서 회로의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 신호(G2)로서 트랜지스터(2613)를 온 상태로 하는 전위가 공급되어, 트랜지스터(2611)의 게이트가 접속되는 노드(n)에 전압(VRES)에 대응하는 전위가 공급된다. 그리고, 신호(G2)로서 트랜지스터(2613)를 오프 상태로 하는 전위가 공급되어, 노드(n)의 전위가 유지된다. 이어서 손가락 등 피검지체의 근접 또는 접촉으로 용량 소자(2603)의 상호 용량이 변화됨에 따라 노드(n)의 전위가 VRES에서 변화된다.
판독 동작 시에는 신호(G1)로서 트랜지스터(2612)를 온 상태로 하는 전위를 공급한다. 노드(n)의 전위에 따라 트랜지스터(2611)에 흐르는 전류, 즉 배선(ML)을 흐르는 전류가 변화된다. 이 전류를 검출함으로써 피검지체의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있다.
트랜지스터(2611), 트랜지스터(2612), 및 트랜지스터(2613)에는 채널 영역이 형성되는 반도체층으로서 산화물 반도체층을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 트랜지스터(2613)에 이와 같은 트랜지스터를 적용함으로써, 노드(n)의 전위가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있게 되어 노드(n)에 VRES를 다시 공급하는 동작(리프레시 동작)의 빈도를 줄일 수 있다.
본 실시형태는, 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재된 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시될 수 있다.
(실시예 1)
<<합성예 1>>
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체의 합성예로서 실시형태 1의 구조식(100)으로 표기되는 비스[3-(6-아이소뷰틸-4-피리미딘일-κN3)[1]벤조퓨로[2,3-b]피리딘-2-일-κC](2,8-다이메틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(iBubfpypm)2(divm)])의 합성예를 설명한다.
Figure 112015094377965-pat00020
<단계 1; 5-클로로-3-(2-메톡시페닐)피리딘-2-아민의 합성>
먼저, 5-클로로-3-요오도피리딘-2-아민 4.86g과, 2-메톡시페닐보론산 8.19g과, 탄산 포타슘 13.2g과, 톨루엔 200mL와, 물 100mL를 환류관이 부착된 1L의 삼구 플라스크에 넣고 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 감압하에서 교반하여 탈기시킨 후, 삼구 플라스크에 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0)(약칭: Pd(PPh3)4) 1.11g을 가하고 2시간 30분 동안 환류하였다. 다음에, 삼구 플라스크에 Pd(PPh3)4 0.55g을 가하고 9시간 동안 환류하여 반응시켰다. 반응 후의 용액에 물을 가하고 아세트산 에틸로 유기층을 추출하였다. 얻어진 추출액을 포화 식염수로 세정하고 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 건조 후의 용액을 여과하였다. 이 용액의 용매를 증발시켜 제거한 후, 얻어진 잔여물을 헥산:아세트산 에틸=2:1을 전개 용매로 한 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피로 정제하여, 목적하는 피리딘 유도체인 5-클로로-3-(2-메톡시페닐)피리딘-2-아민을 얻었다(황백색 분말, 수율 86%). 단계 1의 합성 스킴은 아래 (E1-1)와 같다.
Figure 112015094377965-pat00021
<단계 2; 3-클로로[1]벤조퓨로[2,3-b]피리딘의 합성>
다음에, 상기 단계 1로 얻은 5-클로로-3-(2-메톡시페닐)피리딘-2-아민 3.88g과 dryTHF 20mL와, 빙초산 40mL를 200mL의 삼구 플라스크에 넣고 삼구 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 삼구 플라스크 내의 혼합물을 -10℃로 냉각한 후, 아질산tert-뷰틸 6.0mL를 10분의 시간을 들여 적하하였다. -10℃에서 1시간 동안 교반한 후, 0℃에서 20시간 동안 더 교반하였다. 얻어진 반응 용액에 물 100mL를 가하고 석출된 고체를 흡인 여과하였다. 얻어진 고체를 다이클로로메테인을 전개 용매로 한 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피로 정제하여, 목적하는 피리딘 유도체인 3-클로로[1]벤조퓨로[2,3-b]피리딘을 얻었다(백색 분말, 수율 59%). 단계 2의 합성 스킴은 아래 (E1-2)와 같다.
Figure 112015094377965-pat00022
<단계 3; 3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤란-2-일)[1]벤조퓨로[2,3-b]피리딘의 합성>
다음에, 비스(피나콜레이토)다이보론 3.31g과, 아세트산 포타슘 1.49g과, dry아세토나이트릴 17mL와, 트라이사이클로헥실포스핀 용액(0.6M 톨루엔 용액) 1.4mL(약칭: PCy3)와, 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0)(약칭: Pd2(dba)3) 0.37g을 200mL의 삼구 플라스크에 넣고 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 이것에 상기 단계 2로 얻은 3-클로로[1]벤조퓨로[2,3-b]피리딘 2.14g을 65mL의 dry아세토나이트릴에 용해시킨 용액을 가하고 86℃에서 2시간 동안 교반하였다. 여기서 PCy3 0.7mL와, Pd2(dba)3 0.18g을 가하고 86℃에서 8시간 동안 교반하였다. 그리고, PCy3 0.7mL와, Pd2(dba)3 0.18g을 가하고 86℃에서 4시간 동안 교반한 후, PCy3 0.7mL와, Pd2(dba)3 0.18g을 가하고 86℃에서 7시간 동안 교반하였다. 다음에, 반응 용액에 물을 가하고 유기층을 톨루엔으로 추출하였다. 얻어진 추출액을 포화 식염수로 세정하고 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 건조 후의 용액을 여과하였다. 이 용액의 용매를 증발시켜 제거한 후, 얻어진 잔여물을 헥산:아세트산 에틸=5:1을 전개 용매로 한 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피로 정제하여, 목적하는 피리딘 유도체인 3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤란-2-일)[1]벤조퓨로[2,3-b]피리딘을 얻었다(백색 분말, 수율 46%). 단계 3의 합성 스킴은 아래 (E1-3)와 같다.
Figure 112015094377965-pat00023
<단계 4; 4-아이소뷰틸-6-([1]벤조퓨로[2,3-b]피리딘-3-일)피리미딘(약칭: HiBubfpypm)의 합성>
다음에, 상기 단계 3으로 얻은 3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤란-2-일)[1]벤조퓨로[2,3-b]피리딘 2.18g과, 4-아이소뷰틸-6-클로로피리미딘 1.05g과, 1M 아세트산 포타슘 수용액 10mL와, 1M 탄산 소듐 수용액 10mL와, 아세토나이트릴 30mL를 환류관이 부착된 가지형 플라스크에 넣고 플라스크 내를 아르곤으로 치환하였다. 감압하에서 교반하여 탈기시킨 후, 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0)(약칭: Pd(PPh3)4) 1.11g을 가하고 마이크로파(2.45GHz 100W)를 2시간 동안 조사하여 반응시켰다. 반응 용액에 물을 가하고 유기층을 다이클로로메테인으로 추출하였다. 얻어진 추출액을 포화 식염수로 세정하고 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 건조 후의 용액을 여과하였다. 이 용액의 용매를 증발시켜 제거한 후, 얻어진 잔여물을 다이클로로메테인:아세트산 에틸=10:1을 전개 용매로 한 플래시 칼럼 크로마토그래피로 정제하여, 목적하는 피리미딘 유도체인 HiBubfpypm(약칭)을 얻었다(황백색 분말, 수율 77%). 또한, 마이크로파의 조사에는 마이크로파 합성 장치(CEM사 제조, Discover)를 사용하였다. 단계 4의 합성 스킴은 아래 (E1-4)와 같다.
Figure 112015094377965-pat00024
<단계 5; 다이-μ-클로로-테트라키스[3-(6-아이소뷰틸-4-피리미딘일-κN3)[1]벤조퓨로[2,3-b]피리딘-2-일-κC]다이이리듐(III)(약칭: [Ir(iBubfpypm)2Cl]2)의 합성>
다음에, 2-에톡시에탄올 15mL와, 물 5mL와, 상기 단계 4로 얻은 HiBubfpypm(약칭) 0.70g과, 염화 이리듐 수화물(IrCl3·H2O)(Sigma-Aldrich사 제조) 0.30g을 환류관이 부착된 가지형 플라스크에 넣고 플라스크 내를 아르곤으로 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 1시간 동안 조사하여 반응시켰다. 용매를 증발시켜 제거한 후, 얻어진 잔여물을 메탄올을 이용하여 흡인 여과하고 세정하여, 복핵 착체인 [Ir(iBubfpypm)2Cl]2(약칭)를 얻었다(황갈색 분말, 수율 73%). 또한, 단계 5의 합성 스킴은 아래 (E1-5)와 같다.
Figure 112015094377965-pat00025
<단계 6; 비스[3-(6-아이소뷰틸-4-피리미딘일-κN3)[1]벤조퓨로[2,3-b]피리딘-2-일-κC](2,8-다이메틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(iBubfpypm)2(divm)])의 합성>
또한, 2-에톡시에탄올 20mL와, 상기 단계 5로 얻은 복핵 착체 [Ir(iBubfpypm)2Cl]2(약칭) 0.60g과, 2,8-다이메틸-4,6-노네인다이온(약칭: Hdivm) 0.20g과, 탄산 소듐 0.38g을 환류관이 부착된 가지형 플라스크에 넣고 플라스크 내를 아르곤으로 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 120W)를 60분 동안 조사하였다. 여기서 Hdivm 0.20g을 더 가하고 마이크로파(2.45GHz 120W)를 60분 동안 다시 조사하여 가열하였다. 용매를 증발시켜 제거하고, 얻어진 잔여물을 다이클로로메테인에 용해시키고 물과 포화 식염수로 세정하였다. 얻어진 용액을 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 건조 후의 용액을 여과하였다. 이 용액의 용매를 증발시켜 제거한 후, 얻어진 잔여물을 다이클로로메테인:아세트산 에틸=9:1을 전개 용매로 한 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피로 정제하여, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체인 [Ir(iBubfpypm)2(divm)](약칭)을 얻었다(황색 분말, 수율 6%). 단계 6의 합성 스킴은 아래 (E1-6)와 같다.
Figure 112015094377965-pat00026
또한, 상기 단계 6으로 얻은 황색 분말의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과는 아래와 같다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 8의 (A)에 나타내었다. 또한, 도 8의 (A)의 0ppm~3ppm의 영역을 확대한 NMR 차트를 도 8의 (B)에, 3ppm~6ppm의 영역을 확대한 NMR 차트를 도 9의 (A)에, 6ppm~9ppm의 영역을 확대한 NMR 차트를 도 9의 (B)에 나타내었다. 이들 결과로부터 본 합성예 1에서 상기 구조식(100)으로 표기되는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체 [Ir(iBubfpypm)2(divm)](약칭)가 얻어진 것을 알았다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2):0.54(t,6H),0.64(t,6H),1.04-1.16(m,12H),1.56-1.68(m,3H),1.85-1.96(m,3H),2.27-2.37(m,2H),2.83-2.95(m,4H),5.30(s,1H),6.03(d,1H),6.70(t,1H),7.21(t,1H),7.30(t,1H),7.39-7.42(m,3H),7.82(s,1H),7.63(d,1H),7.92(s,1H),8.52(s,1H),8.84(d,2H),8.92(s,1H).
다음에, [Ir(iBubfpypm)2(divm)](약칭)를 자외-가시선 흡수 스펙트럼법(UV)으로 해석하였다. UV 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계((주)일본 분광 제조 V550형)에 의하여, 다이클로로메테인 용액(9.7μmol/L)을 사용하여 실온에서 측정하였다.
또한, [Ir(iBubfpypm)2(divm)](약칭)의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 발광 스펙트럼은 절대 PL 양자 수율 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K. 제조 C11347-01)에 의하여 글로브 박스(Bright Co., Ltd. 제조 LABstarM13(1250/780))에서 질소 분위기하에서 다이클로로메테인 탈산소 용액(9.7μmol/L)을 석영 셀에 넣고 밀전(密栓)하고, 실온에서 측정하였다. 측정 결과를 도 10에 나타내었다. 가로축은 파장을, 세로축은 몰 흡광 계수 및 발광 강도를 나타낸다.
도 10에 나타낸 바와 같이 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체 [Ir(iBubfpypm)2(divm)](약칭)는 512nm에 발광 피크를 가지고, 다이클로로메테인 용액으로부터는 녹색의 발광이 관측되었다.
(실시예 2)
<<합성예 2>>
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체의 합성예로서 실시형태 1의 구조식(110)으로 표기되는 비스[3-(6-아이소뷰틸-4-피리미딘일-κN3)[1]벤조티에노[2,3-b]피리딘-2-일-κC](2,4-펜탄다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(iBubtpypm)2(acac)])의 합성예를 구체적으로 설명한다.
Figure 112015094377965-pat00027
<단계 1; 5-클로로-3-(2-메틸싸이오페닐)피리딘-2-아민의 합성>
먼저, 5-클로로-3-요오도피리딘-2-아민 4.99g과, 2-메틸싸이오페닐보론산 5.00g과, 탄산 포타슘 8.32g과, 톨루엔 200mL와, 물 100mL를 환류관이 부착된 1L의 삼구 플라스크에 넣고 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 감압하에서 교반하여 탈기시킨 후, 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0)(약칭: Pd(PPh3)4) 1.10g을 가하고 2시간 동안 환류하였다. 여기서, Pd(PPh3)4 0.55g을 가하고 8시간반 동안 환류하였다. 그리고, Pd(PPh3)4 0.55g을 더 가하고 8시간 동안 환류한 후에 2-메틸싸이오페닐보론산 4.96g과, 탄산 포타슘 4.11g과, Pd(PPh3)4 0.55g을 가하고 8시간 동안 환류하여 반응시켰다. 반응 용액에 물을 가하고 아세트산 에틸로 유기층을 추출하였다. 얻어진 추출액을 포화 식염수로 세정하고 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 건조 후의 용액을 여과하였다. 이 용액의 용매를 증발시켜 제거한 후, 얻어진 잔여물을 헥산:아세트산 에틸=2:1을 전개 용매로 한 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피로 정제하여, 목적하는 피리딘 유도체인 5-클로로-3-(2-메틸싸이오페닐)피리딘-2-아민을 얻었다(황백색 분말, 수율 81%). 단계 1의 합성 스킴은 아래 (E2-1)와 같다.
Figure 112015094377965-pat00028
<단계 2; 3-클로로[1]벤조티에노[2,3-b]피리딘의 합성>
다음에, 상기 단계 1로 얻은 5-클로로-3-(2-메틸싸이오페닐)피리딘-2-아민 3.98g과 dryTHF 20mL와, 빙초산 40mL를 300mL의 삼구 플라스크에 넣고 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 플라스크 내를 -10℃로 냉각한 후, 아질산tert-뷰틸 5.7mL를 10분의 시간을 들여 적하하였다. -10℃에서 1시간 동안 교반한 후, 0℃에서 19시간 동안 더 교반하였다. 얻어진 반응 용액에 물 100mL를 가하고 석출된 고체를 흡인 여과하였다. 얻어진 고체를 다이클로로메테인을 전개 용매로 한 플래시 칼럼 크로마토그래피로 정제하여, 목적하는 피리딘 유도체인 3-클로로[1]벤조티에노[2,3-b]피리딘을 얻었다(백색 분말, 수율 49%). 단계 2의 합성 스킴은 아래 (E2-2)와 같다.
Figure 112015094377965-pat00029
<단계 3; 3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤란-2-일)[1]벤조티에노[2,3-b]피리딘의 합성>
다음에, 비스(피나콜레이토)다이보론 2.52g과, 아세트산 포타슘 1.20g과, dry아세토나이트릴 13mL와, 트라이사이클로헥실포스핀 용액(0.6M 톨루엔 용액) 1.0mL(약칭: PCy3)와, 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0)(약칭: Pd2(dba)3) 0.28g을 200mL의 삼구 플라스크에 넣고 플라스크 내를 질소로 치환하였다. 이것에 상기 단계 2로 얻은 3-클로로[1]벤조티에노[2,3-b]피리딘 1.70g을 51mL의 dry아세토나이트릴에 용해시킨 용액을 가하고 86℃에서 6시간 동안 교반하였다. 여기서 PCy3 0.5mL와, Pd2(dba)3 0.14g을 가하고 86℃에서 7시간반 동안 교반하였다. 그리고, PCy3 0.5mL와, Pd2(dba)3 0.14g을 가하고 86℃에서 7시간반 동안 교반하였다. 반응 용액에 물을 가하고 유기층을 아세트산 에틸로 추출하였다. 얻어진 추출액을 포화 식염수로 세정하고 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 건조 후의 용액을 여과하였다. 이 용액의 용매를 증발시켜 제거한 후, 얻어진 잔여물을 헥산:아세트산 에틸=5:1을 전개 용매로 한 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 프랙션을 농축하여 얻어진 고체를 톨루엔:아세트산 에틸=10:1을 전개 용매로 한 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피로 정제하여, 목적하는 피리딘 유도체인 3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤란-2-일)[1]벤조티에노[2,3-b]피리딘을 얻었다(백색 분말, 수율 58%). 단계 3의 합성 스킴은 아래 (E2-3)와 같다.
Figure 112015094377965-pat00030
<단계 4; 4-아이소뷰틸-6-([1]벤조티에노[2,3-b]피리딘-3-일)피리미딘(약칭: HiBubtpypm)의 합성>
다음에, 상기 단계 3으로 얻은 3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤란-2-일)[1]벤조티에노[2,3-b]피리딘 2.76g과, 4-아이소뷰틸-6-클로로피리미딘 1.27g과, 1M 아세트산 포타슘 수용액 12mL와, 1M 탄산 소듐 수용액 12mL와, 아세토나이트릴 32mL를 환류관이 부착된 가지형 플라스크에 넣고 플라스크 내를 아르곤으로 치환하였다. 감압하에서 교반하여 탈기시킨 후, 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0)(약칭: Pd(PPh3)4) 0.48g을 가하고 마이크로파(2.45GHz 100W)를 1시간반 동안 조사하여 반응시켰다. 반응 용액에 물을 가하고 유기층을 아세트산 에틸로 추출하였다. 얻어진 추출액을 포화 식염수로 세정하고 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 건조 후의 용액을 여과하였다. 이 용액의 용매를 증발시켜 제거한 후, 얻어진 잔여물을 다이클로로메테인:아세트산 에틸=6:1을 전개 용매로 한 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피로 정제하여, 목적하는 피리미딘 유도체인 HiBubtpypm(약칭)을 얻었다(백색 분말, 수율 70%). 또한, 마이크로파의 조사에는 마이크로파 합성 장치(CEM사 제조, Discover)를 사용하였다. 단계 4의 합성 스킴은 아래 (E2-4)와 같다.
Figure 112015094377965-pat00031
<단계 5; 다이-μ-클로로-테트라키스[3-(6-아이소뷰틸-4-피리미딘일-κN3)[1]벤조티에노[2,3-b]피리딘-2-일-κC]다이이리듐(III)(약칭: [Ir(iBubtpypm)2Cl]2)의 합성>
다음에, 2-에톡시에탄올 15mL와, 물 5mL와, 상기 단계 4로 얻은 HiBubtpypm(약칭) 0.81g과, 염화 이리듐 수화물(IrCl3·H2O)(Sigma-Aldrich사 제조) 0.36g을 환류관이 부착된 가지형 플라스크에 넣고 플라스크 내를 아르곤으로 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 1시간 동안 조사하여 반응시켰다. 얻어진 혼합물을 메탄올을 이용하여 흡인 여과하고 세정하여, 복핵 착체인 [Ir(iBubtpypm)2Cl]2(약칭)를 얻었다(주황갈색 분말, 수율 72%). 또한, 단계 5의 합성 스킴은 아래 (E2-5)와 같다.
Figure 112015094377965-pat00032
<단계 6; 비스[3-(6-아이소뷰틸-4-피리미딘일-κN3)[1]벤조티에노[2,3-b]피리딘-2-일-κC](2,4-펜탄다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(iBubtpypm)2(acac)])의 합성>
또한, 2-에톡시에탄올 20mL와, 상기 단계 5로 얻은 복핵 착체 [Ir(iBubtpypm)2Cl]2(약칭) 0.71g과, 2,4-펜탄다이온(약칭: Hacac) 0.13g과, 탄산 소듐 0.46g을 환류관이 부착된 가지형 플라스크에 넣고 플라스크 내를 아르곤으로 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 60분 동안 조사하였다. 여기서 Hacac 0.13g을 더 가하고 마이크로파(2.45GHz 100W)를 60분 동안 다시 조사하여 가열하였다. 얻어진 혼합물을 다이클로로메테인을 이용하여 흡인 여과하고, 얻어진 여과액을 농축하였다. 얻어진 고체를 다이클로로메테인:아세트산 에틸=4:1을 전개 용매로 한 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 프랙션을 농축하여 얻어진 고체를 다이클로로메테인:헥산=1:1을 전개 용매로 한 플래시 칼럼 크로마토그래피(아미노 수식 실리카 젤)로 정제하여, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체인 [Ir(iBubtpypm)2(acac)](약칭)를 얻었다(황색 분말, 수율 0.4%). 단계 6의 합성 스킴은 아래 (E2-6)와 같다.
Figure 112015094377965-pat00033
또한, 상기 단계 6으로 얻은 황색 분말의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과는 아래와 같다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 11의 (A)에 나타내었다. 또한, 도 11의 (A)의 0ppm~3ppm의 영역을 확대한 NMR 차트를 도 11의 (B)에, 3ppm~6ppm의 영역을 확대한 NMR 차트를 도 12의 (A)에, 6ppm~9ppm의 영역을 확대한 NMR 차트를 도 12의 (B)에 나타내었다. 이들 결과로부터 본 합성예 2에서 상기 구조식(110)으로 표기되는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체 [Ir(iBubtpypm)2(acac)](약칭)가 얻어진 것을 알았다.
Figure 112015094377965-pat00034
다음에, [Ir(iBubtpypm)2(acac)](약칭)를 자외-가시선 흡수 스펙트럼법(UV)으로 해석하였다. UV 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계((주)일본 분광 제조 V550형)에 의하여, 다이클로로메테인 용액(0.010mmol/L)을 사용하여 실온에서 측정하였다. 또한, [Ir(iBubtpypm)2(acac)](약칭)의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 발광 스펙트럼은 절대 PL 양자 수율 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K. 제조 C11347-01)에 의하여 글로브 박스(Bright Co., Ltd. 제조 LABstarM13(1250/780))에서 질소 분위기하에서 다이클로로메테인 탈산소 용액(0.010mmol/L)을 석영 셀에 넣고 밀전하고, 실온에서 측정하였다. 측정 결과를 도 13에 나타내었다. 가로축은 파장을, 세로축은 몰 흡광 계수 및 발광 강도를 나타낸다.
도 13에 나타낸 바와 같이 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체 [Ir(iBubtpypm)2(acac)](약칭)는 519nm에 발광 피크를 가지고, 다이클로로메테인 용액으로부터는 녹색의 발광이 관측되었다.
101: 제 1 전극
102: EL층
103: 제 2 전극
111: 정공 주입층
112: 정공 수송층
113: 발광층
114: 전자 수송층
115: 전자 주입층
213: 제 1 발광층
214: 분리층
215: 제 2 발광층
305: 전하 발생층
401: 기판
402: 절연층
403: 제 1 전극
404: 격벽
405: 개구
406: 격벽
407: EL층
408: 제 2 전극
501: 기판
503: 주사선
505: 영역
506: 격벽
508: 데이터선
509: 접속 배선
510: 입력 단자
512: 입력 단자
601: 소자 기판
602: 화소부
603: 구동 회로부
604: 구동 회로부
605: 실재
606: 밀봉 기판
607: 배선
608: FPC
609: n채널형 FET
610: p채널형 FET
611: 스위칭용 FET
612: 전류 제어용 FET
613: 양극
614: 절연물
615: EL층
616: 음극
617: 발광 소자
618: 공간
700: 제 1 EL층
701: 제 2 EL층
801: 조명 장치
802: 조명 장치
803: 탁상 조명 기구
511a: FPC
511b: FPC
1100: 기판
1101: 제 1 전극
1103: 제 2 전극
7100: 텔레비전 장치
7101: 하우징
7103: 표시부
7105: 스탠드
7107: 표시부
7109: 조작 키
7110: 리모트 컨트롤러
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: 마이크로폰
7501: 조명부
7502: 갓
7503: 가변 암
7504: 지주
7505: 받침대
7506: 전원
9501: 조명부
9503: 지주
9505: 받침대
9900: 조명 장치

Claims (31)

  1. 유기 금속 착체에 있어서,
    9족 또는 10족에 속하는 금속; 및
    리간드를 포함하고,
    상기 리간드는 벤조퓨로[2,3-b]피리딘 골격 또는 벤조티에노[2,3-b]피리딘 골격과, 피리미딘 고리를 포함하고,
    상기 벤조퓨로[2,3-b]피리딘 골격 또는 상기 벤조티에노[2,3-b]피리딘 골격의 2위치의 탄소는 상기 금속에 결합되고,
    상기 피리미딘 고리의 3위치의 질소는 상기 금속에 결합되고,
    상기 벤조퓨로[2,3-b]피리딘 골격 또는 상기 벤조티에노[2,3-b]피리딘 골격의 3위치의 탄소는 상기 피리미딘 고리의 4위치의 탄소에 결합되고,
    상기 피리미딘 고리의 6위치의 탄소는 치환 또는 비치환된 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 아릴기에 결합되는, 유기 금속 착체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 치환 또는 비치환된 알킬기는 탄소수가 4~10인, 유기 금속 착체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 치환 또는 비치환된 알킬기는 분기된 탄소쇄를 가지는, 유기 금속 착체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속은 이리듐인, 유기 금속 착체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    베타-다이케톤 구조를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 카복실기를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 페놀성 수산기를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 또는 2개의 리간드 원소가 모두 질소인 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드를 더 포함하는, 유기 금속 착체.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 일반식(G1)으로 표기되는 유기 금속 착체에 있어서,
    Figure 112015094377965-pat00035

    L은 1가 음이온성 리간드를 나타내고,
    R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1~10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고,
    R2~R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기를 나타내고,
    R5의 수는 0~4이고,
    X는 O, S, 또는 Se를 나타내고,
    M은 9족 또는 10족에 속하는 금속을 나타내고,
    M이 9족에 속하는 금속을 나타낼 때 m은 3이고 n은 1~3 중 어느 하나이고,
    M이 10족에 속하는 금속을 나타낼 때 m은 2이고 n은 1 또는 2인, 유기 금속 착체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 4~10의 알킬기를 나타내는, 유기 금속 착체.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 R1은 분기된 탄소쇄를 가지는 알킬기를 나타내는, 유기 금속 착체.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 L은 베타-다이케톤 구조를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 카복실기를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 페놀성 수산기를 가지는 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드, 또는 2개의 리간드 원소가 모두 질소인 1가 음이온성 2자리 킬레이트 리간드를 나타내는, 유기 금속 착체.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 L은 일반식(L1)~(L7) 중 어느 하나로 표기되고,
    Figure 112015094377965-pat00036

    R71∼R109는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 할로젠기, 바이닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬싸이오기를 나타내고,
    A1~A3은 각각 독립적으로 질소, 수소에 결합된 sp2 탄소, 또는 치환기 R에 결합된 sp2 탄소를 나타내고,
    상기 치환기 R은 탄소수 1~6의 알킬기, 할로젠기, 탄소수 1~6의 할로알킬기, 또는 페닐기를 나타내는, 유기 금속 착체.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 일반식(G2)으로 표기되는 유기 금속 착체에 있어서,
    Figure 112022103273846-pat00037

    R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1~10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고,
    R2~R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 페닐기를 나타내고,
    R5의 수는 0~4이고,
    X는 O, S, 또는 Se를 나타내고,
    n은 1~3 중 어느 하나인, 유기 금속 착체.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 유기 금속 착체는 구조식(100)으로 표기되는, 유기 금속 착체.
    Figure 112015094377965-pat00038
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 유기 금속 착체는 구조식(110)으로 표기되는, 유기 금속 착체.
    Figure 112015094377965-pat00039
  26. 발광 소자에 있어서,
    제 1 항, 제 12 항, 및 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 유기 금속 착체를 EL층에 포함하는, 발광 소자.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 EL층은 인광을 발광하는, 발광 소자.
  28. 표시 장치에 있어서,
    제 26 항에 따른 발광 소자; 및
    드라이버를 포함하는, 표시 장치.
  29. 조명 장치에 있어서,
    제 26 항에 따른 발광 소자; 및
    조작 스위치를 포함하는, 조명 장치.
  30. 발광 장치에 있어서,
    제 26 항에 따른 발광 소자; 및
    조작 스위치를 포함하는, 발광 장치.
  31. 전자 기기에 있어서,
    제 26 항에 따른 발광 소자; 및
    전원 스위치를 포함하는, 전자 기기.
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