KR20000052560A - 전계발광 재료, 전계발광 소자 및 색전환 필터 - Google Patents

전계발광 재료, 전계발광 소자 및 색전환 필터 Download PDF

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다께또시 야마다
가즈아끼 나까무라
노리꼬 우에다
야스시 오꾸보
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Abstract

전계발광 재료, 및 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장과 상이한 최대 발광 파장의 빛을 내는 형광 물질을 포함하는 전계발광 소자가 개시되어 있다. 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 400 내지 700 nm인 빛을 내는 형광 물질을 포함하는 색전환 필터도 또한 개시되어 있다.

Description

전계발광 재료, 전계발광 소자 및 색전환 필터{Electroluminescent Material, Electroluminescent Element and Color Conversion Filter}
본 발명은 전계발광 소자, 구체적으로는 발광형 멀티컬러 또는 풀컬러 디스플레이 또는 표시판과 같은 개인용 또는 산업용 디스플레이 장치, 및 컬러화상 형성 방법, 및 색필터 (색전환 필터)에 관한 것이다.
전자 디스플레이 장치에는 발광형 및 수광형이 포함된다. 발광형의 예로는 CRT (음극선관), PDP (플라스마 디스플레이), ELD (전계발광 디스플레이), VFD (형광 표시관) 및 LED (발광 다이오드)를 들 수 있다.
이들 중, LED를 하기에 설명한다.
LED는 소정의 전기장에서 빛을 내는 발광 재료를 포함하는 발광 소자이거나 또는 여러 이러한 발광 소자의 조합이다. 이 발광 소자는 재료에 따라 유기 소자 및 무기 소자로 분류되고, 발광 메카니즘에 따라 캐리어 주입형 및 가속 전자형으로 분류된다. 캐리어 주입형 소자에서는 전자 및 정공의 재결합이 이용되고, 가속 전자형 소자에서는 가속 전자의 충돌 에너지가 이용된다. 일반적으로, 무기 재료는 유기 재료보다 수명이 더 길고, 더 안정하다. 그러나, 무기 재료의 단점은 선택폭이 좁고, 분자 설계에 한계가 있다는 것이다. 재결합형의 장점은 구동 전압이 전자 가속형의 경우 보다 더 낮다는 것이다. 따라서, 최근에는 캐리어 주입형 LED가 광범위하게 개발되고 있다.
LED에는 다음의 세가지 유형이 포함된다.
[1] GaN 및 GaInN과 같은 무기 화합물을 포함하는 무기 LED: 그의 발광 메카니즘은 재결합형이다. 이것은 또한 간단히 LED (발광 다이오드)로도 불리운다.
[2] 트리아릴아민 유도체 및 스틸벤 유도체와 같은 유기 화합물을 포함하는 유기 LED: 그의 발광 메카니즘은 재결합형이다. 이것은 유기 EL (전계발광 또는 OLED)로 불리운다.
[3] ZnS:Mn 및 ZnS:Tb와 같은 무기 재료를 포함하는 무기 EL: 발광 메카니즘은 가속 전자형이다. 이것은 간단히 전계발광 소자로도 불리우며, 이는 이러한 유형의 소자가 역사적으로 오래되었기 때문이다.
본 발명의 "전계발광 재료"에는 상술한 [1] 및 [2]가 포함된다. 따라서, [3]은 본 발명의 주제가 아니다.
최근에 특히 주목받고 있는 캐리어 주입형 유기 전계발광 소자 분야에서는, 박층의 유기 화합물을 이용하게 된 이후로 발광 강도가 높은 전계발광 소자를 얻을 수 있게 되었다. 예를 들어, 미국 특허 제3,530,325호에는 단결정의 안트라센을 발광 물질로 사용하는 전계발광 재료가 개시되어 있고, 일본 특허 출원 공개 제84-194393호에는 정공 주입층 및 유기 발광층을 조합한 것이 개시되어 있고, 일본 특허 출원 공개 제88-295695호에는 정공 주입층 및 유기 전자 주입층을 조합한 것이 개시되어 있고, 문헌 [Jpn. Journal of Applied Physics, Vol. 127, No. 2, p.p. 269-271]에는 정공 수송층 및 전자 수송층을 조합한 것이 개시되어 있다. 발광 강도는 이러한 수단에 의해 개선된다.
또한, 전계발광 재료로부터 나오는 빛을 흡수하여 형광을 내는 형광 물질이 알려져 있다. 전계발광 재료에 의해 다양한 색상의 빛을 내는 이러한 형광 물질을 사용하는 방법은 CRT, PDP, VFD 등에 응용된다. 그러나, 이 경우에 전계발광 재료로부터 나오는 빛은 전자선 또는 원자외선과 같은 고에너지선 (즉, 단파장 발광)이어야 한다는 문제점이 있다. 상술한 형광 물질은 사실상 무기 형광 물질이다. 안정성에 있어서 우수하고, 수명이 긴 수많은 무기 형광 물질이 알려져 있다. 그러나, 근자외선 내지 가시광, 구체적으로는 적색광 영역에서 여기 파장을 나타내는 장파장 여기형 무기 형광 물질은 발견되지 않았다.
전계발광 재료로부터 나올 수 있는 근자외선의 파장 피크 범위는 대략 350 nm 내지 400 nm인 것으로 여겨지고, 이러한 근자외선으로 여기될 수 있는 형광 물질로서의 유기 형광 염료의 용도는 일본 특허 출원 공개 제91-152897호, 동 제97-245511호 및 동 제93-258860호에 개시되어 있다.
그러나, 유기 형광 염료는 일반적으로 주변 조건, 예를 들어 파장의 변화에 의해 영향받거나, 또는 용매 또는 수지와 같은 매질의 종류에 따라 켄칭 (quenching)되는 경향이 있는 것으로 알려져 있다.
상기 문헌들에 개시되어 있는 방법에서, 형광 염료는 전계발광 재료로부터 나오는 청색광 또는 청록색광 영역의 빛을 흡수하여 빛을 적색광으로 전환한다. 녹색광 영역의 빛을 내는 형광 전환층은 스토크 쉬프트 (Stokes shift) (흡광 파장 및 발광 파장간의 차)가 작고, 전계발광 재료로부터 나온 빛의 일부가 이 형광 전환층을 통해 투과될 수 있고, 발광 재료로부터의 빛이 비교적 고효율로 전환될 수 있는 것을 특징으로 한다. 그러나, 형광을 적색광 영역의 빛으로 전환하는데는 큰 스토크 쉬프트가 요구되므로 전환 효율이 크게 낮아지고 발광 재료로부터의 빛이 거의 사용될 수 없다는 문제점이 야기된다. 예시적으로는, 여기 파장이 상이한 몇몇 형광 염료를 병용해야 하고, 복수개의 형광 염료, 예컨대 청색광에 대해 황색광을 내는 형광 염료 및 황색광에 대해 적색광을 내는 형광 염료의 광 대 광 전환 (즉, 광발광)을 이용해야 한다.
따라서, 이러한 소자가 디스플레이하는 색상의 시각적인 인식성 및 색상 강도가 저하되는 문제점이 있으며, 이는 청색, 녹색 및 적색 발광 사이의 강도 균형이 부적합하고 상술한 켄칭 및 탈색이 일어나기 때문이다.
본 발명자들은 고휘도의 빛을 낼 수 있고 저장 능력이 높은 전계발광 소자를 수득할 수 있으며, 이러한 전계발광 소자를 사용하여 고휘도의 색필터를 제공할 수 있게 되었다.
본 발명의 목적은 고휘도의 빛을 낼 수 있고 저장 능력이 높은 전계발광 소자를 수득하고, 이러한 전계발광 소자를 사용하여 고휘도의 색필터를 제공하는 것이다.
도 1은 전계발광 소자의 구조를 나타내는 단면도를 예시한다.
본 발명의 상술한 목적은 다음의 구성요소에 의해 성취될 수 있다.
(1) 하기 화학식 111로 표시되는 전계발광 재료.
식 중, Ar은 아릴기이고; A는 탄소 원자, 질소 원자, 황 원자 또는 산소 원자이고; X는 A 및 N과 함께 5원 또는 6원의 질소 함유 방향족 헤테로시클릭 고리를 형성하는데 필요한 원자들의 군이고; Y는 5원 또는 6원의 방향족 탄화수소 또는 방향족 헤테로시클릭 고리를 형성하는데 필요한 원자들의 군이고; 상기 식의 C-N, C-A 또는 C-C 결합은 단일 또는 이중 결합이고; R은 수소 원자, 치환체 또는 Ar이되, 단로 표시되는 질소 함유 방향족 헤테로시클릭 고리 및로 표시되는 방향족 탄화수소 고리 또는 방향족 헤테로시클릭 고리는 각각 탄화수소 고리 또는 헤테로시클릭 고리와 축합될 수 있다.
(2) 하기 화학식 1a로 표시되는 전계발광 재료.
식 중, Ar11, Ar12및 Ar13은 각각 아릴기 또는 방향족 헤테로시클릭기이고, 화학식 1a로 표시된 화합물의 분자내에는 2개 이상의 내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 결합을 지닌 비아릴기가 존재한다.
(3) 하기 화학식 1b로 표시되는 전계발광 재료.
식 중, Ar21, Ar22및 Ar23은 각각 내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 C2회전 대칭을 나타내는 결합을 지닌 아릴기 또는 방향족 헤테로시클릭기이다.
(4) 하기 화학식 1c로 표시되는 전계발광 재료.
식 중, Ar31, Ar32및 Ar33은 각각 아릴기 또는 방향족 헤테로시클릭기이되, 단 Ar31, Ar32및 Ar33중 2개 이상은 각각 1,1'-비나프틸 잔기를 지닌 아릴기이다.
(5) 하기 화학식 2a로 표시되는 전계발광 재료.
식 중, Ar41및 Ar42는 각각 독립적으로 아릴기 또는 방향족 헤테로시클릭기이고; L11, L12및 L13은 각각 방향족 헤테로시클릭 고리를 형성하는데 필요한 원자들의 군이되, 단 L11, L12및 L13중 1개 이상은 =N-, -N(R41)-, -S- 또는 -O-이고; R41은 수소 원자 또는 치환체이되, 단 Ar41, Ar42및 R41중 1개 이상은 내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 결합축이 존재하는 비아릴기이거나 또는 이러한 비아릴기를 지닌 기이고, 인접 치환체들은 서로 축합되어 포화 또는 불포화 고리를 형성할 수 있다.
(6) 하기 화학식 3a로 표시되는 전계발광 재료.
식 중, Ar51은 아릴기 또는 방향족 헤테로시클릭기이고; n은 0 내지 6의 정수이고, Ar51로 표시되는 복수개의 기들은 n이 2 이상일 때 동일하거나 또는 상이할 수 있고; L21, L22, L23, L24, L25및 L26은 6원의 질소 함유 방향족 헤테로시클릭기를 형성하는데 필요한 원자들의 군이되, 단 L21, L22, L23, L24, L25및 L26중 1개 이상은 =N- 또는 -N(R51)-이고; R51은 수소 원자 또는 치환체이되, 단 Ar51및 R51중 1개 이상은 내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 결합축이 존재하는 비아릴기이거나 또는 이러한 비아릴기를 지닌 기이고, 인접 치환체들은 서로 축합되어 포화 또는 불포화 고리를 형성할 수 있다.
(7) 하기 화학식 4a로 표시되는 전계발광 재료.
식 중, Ar61및 Ar62는 각각 아릴기 또는 방향족 헤테로시클릭기이고; R61및 R62는 각각 수소 원자 또는 치환체이되, 단 Ar61, Ar62, R61및 R62중 1개 이상은 내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 결합축이 존재하는 비아릴기이거나 또는 이러한 비아릴기를 지닌 기이고, 인접 치환체들은 서로 축합되어 포화 또는 불포화 고리를 형성할 수 있다.
(8) 하기 화학식 5a로 표시되는 전계발광 재료.
식 중, M은 1가 내지 4가의 이온화 상태 (즉, 1가 내지 4가 이온을 제공함)를 취할 수 있는 금속 원자이고; n'는 1 내지 4의 자연수이고; L71 -은 M과 이온 결합을 형성하고 M에 배위할 수 있는 부분을 가질 수 있는 1가 음이온이고; m은 n'와 동일하거나 또는 그보다 작은 자연수이고; R71 -은 M과 이온 결합을 형성할 수 있는 1가 음이온이되, 단 L71 -및 R71 -중 1개 이상은 내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 결합축이 존재하는 비아릴기의 잔기를 지닌 기이다.
(9) 하기 화학식 6a 또는 6b로 표시되는 전계발광 재료.
식 중, Z1및 Z2는 각각 독립적으로 발광 화합물의 1가 잔기이고; Z3은 발광 화합물의 k가 잔기이고; k는 1 내지 8의 자연수이고, x는 1 내지 3의 자연수이고; y는 0 내지 3의 정수이되, 단 Z1로 표시되는 복수개의 기들은 x가 2 이상일 때 동일하거나 또는 상이할 수 있고, Z2로 표시되는 복수개의 기들은 y가 2 이상일 때 동일하거나 또는 상이할 수 있고, Z1및 Z2로 표시되는 기들은 x 및 y 모두가 각각 1 이상일 때 동일하거나 또는 상이할 수 있고; R81및 R82는 각각 독립적으로 치환체이고, n은 0 내지 4의 정수이고, m은 0 내지 4의 정수이되, 단 R81로 표시되는 복수개의 기들은 n이 2 이상일 때 동일하거나 또는 상이할 수 있고 서로 축합되어 고리를 형성할 수 있고, R82로 표시되는 복수개의 기들은 m이 2 이상일 때 동일하거나 또는 상이할 수 있고 서로 축합되어 고리를 형성할 수 있고, R81및 R82는 n 및 m 모두가 1 이상일 때 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 각각의 Z1, Z2, R81및 R82의 치환체는 나프탈렌 고리와 함께 축합 고리를 형성할 수 있다.
(10) 하기 화학식 7a로 나타내질 수 있는 4-할로-1,1'-비나프틸 유도체를 원료로 사용하여 제조되고 재료중의 분자내에 하기 화학식 7b로 표시되는 1가의 비아릴기를 지닌 전계발광 재료.
식 중, X91은 할로겐 원자이고; R91및 R92는 각각 치환체이고; n은 0 내지 4의 정수이고; m은 0 내지 4의 정수이되, 단 n이 2 이상일 때 복수개의 R91은 동일하거나 또는 상이하고 서로 축합될 수 있으며, m이 2 이상일 때 복수개의 R92는 동일하거나 또는 상이하고 서로 축합될 수 있고, n 및 m 모두가 1 이상일 때 R91및 R92는 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
(11) 전계발광 재료, 및 전계발광 재료로부터 나오는 빛을 흡수하고 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 파장과는 상이한 최대 발광 파장에서 형광을 내는 무기 형광 물질을 포함하는 전계발광 소자.
(12) 무기 형광 물질이 졸-겔 방법으로 제조된 무기 형광 물질인, (11)에 기재된 전계발광 소자.
(13) 무기 형광 물질이 최대 발광 파장 400 nm 내지 700 nm의 빛을 내는, (11) 또는 (12)에 기재된 전계발광 소자.
(14) 무기 형광 무질 중 적어도 하나가 최대 형광 파장 600 nm 내지 700 nm의 빛을 내는, (11) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 전계발광 소자.
(15) 전계발광 재료, 및 전계발광 재료로부터 나오는 빛을 흡수하고 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 파장과는 상이한 최대 파장에서 형광을 내는 희토류 금속 착체 형광 물질을 포함하는 전계발광 소자.
(16) 희토류 금속 착체 형광 물질로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장의 범위가 400 nm 내지 700 nm인, (15)에 기재된 전계발광 소자.
(17) 희토류 금속 착체 형광 물질로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장의 범위가 600 nm 내지 700 nm인, (15) 또는 (16)에 기재된 전계발광 소자.
(18) 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장이 430 nm 이하인, (11) 내지 (17) 중 어느 하나에 기재된 전계발광 소자.
(19) 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장의 범위가 400 nm 내지 430 nm인, (18)에 기재된 전계발광 소자.
(20) 전계발광 재료가 유기 LED 재료인, (11) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 전계발광 소자.
(21) 전계발광 재료가 무기 LED 재료인, (11) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 전계발광 소자.
(22) 전계발광 재료가 (1) 내지 (9)에 기재된 화학식 111, 화학식 1a, 1b, 1c, 2a, 3a, 4a, 5a, 6a 또는 6b로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물이거나 또는 (10)에 기재된 화합물인, (11) 내지 (21) 중 어느 하나에 기재된 전계발광 소자.
(23) 기판과, 기판상에 구비된 1종 이상의 전계발광 재료를 함유하는 층 및 색전환 층을 포함하며, 이 때 색전환 층은 전계발광 재료로부터 나오는 빛을 흡수하고 최대 발광 파장이 400 nm 내지 500 nm인 빛을 내는 무기 형광 물질, 최대 발광 파장이 501 nm 내지 600 nm인 빛을 내는 무기 형광 물질, 및 최대 발광 파장이 601 nm 내지 700 nm인 빛을 내는 무기 형광 물질을 함유하는 것인 전계발광 소자.
(24) 기판과, 기판상에 구비된 전계발광 재료를 함유하는 층 및 색전환 층을 포함하며, 이 때 색전환 층은 전계발광 재료로부터 나오는 빛을 흡수하고 최대 발광 파장이 400 nm 내지 500 nm인 빛을 내는 희토류 금속 착체 형광 물질, 최대 발광 파장이 501 nm 내지 600 nm인 빛을 내는 희토류 금속 착체 형광 물질, 및 최대 발광 파장이 601 nm 내지 700 nm인 빛을 내는 희토류 금속 착체 형광 물질을 함유하는 것인 전계발광 소자.
(25) 전계발광 재료로부터 나오는 빛을 흡수하고 최대 발광 파장이 400 nm 내지 700 nm인 빛을 내는 1종 이상의 무기 형광 물질을 함유하는 색전환 필터.
(26) 전계발광 재료로부터 나오는 빛을 흡수하고 최대 발광 파장이 400 nm 내지 500 nm인 빛을 내는 무기 형광 물질, 최대 발광 파장이 501 nm 내지 600 nm인 빛을 내는 무기 형광 물질, 및 최대 발광 파장이 601 nm 내지 700 nm인 빛을 내는 무기 형광 물질을 함유하는 색전환 필터.
(27) 무기 형광 물질 중 적어도 하나가 졸-겔 방법에 의해 제조된 것인, (24) 또는 (25)에 기재된 색전환 필터.
(28) 전계발광 재료로부터 나오는 빛을 흡수하고 최대 발광 파장이 400 nm 내지 700 nm인 빛을 내는 1종 이상의 희토류 금속 착체 형광 물질을 함유하는 색전환 필터.
(29) 전계발광 재료로부터 나오는 빛을 흡수하고 최대 발광 파장이 400 nm 내지 500 nm인 빛을 내는 희토류 금속 착체 형광 물질, 최대 발광 파장이 501 nm 내지 600 nm인 빛을 내는 희토류 금속 착체 형광 물질, 및 최대 발광 파장이 601 nm 내지 700 nm인 빛을 내는 희토류 금속 착체 형광 물질을 함유하는 색전환 필터.
(30) 졸-겔 방법에 의해 제조된 무기 형광 물질을 사용하여 적색광보다 더 짧은 파장 영역의 빛을 적색광으로 전환시키는 것을 포함하는 색전환 방법.
(31) 희토류 금속 형광 물질을 사용하여 적색광보다 더 짧은 파장 영역의 빛을 적색광으로 전환시키는 것을 포함하는 색전환 방법.
(32) 희토류 금속 착체의 최대 흡수 파장이 340 nm 이상인, (31)에 기재된 색전환 방법.
(33) 하기 화학식 10으로 표시되는 1종 이상의 음이온성 리간드를 함유하고 희토류 금속 착체 형광 물질.
식 중, R101은 수소 원자 또는 치환체이고; Y101은 산소 원자, 황 원자 또는 -N(R102) (여기서, R102는 수소 원자 또는 치환체임)이고; Z101은 탄소-탄소 이중 결합과 함께 4원 내지 8원 고리를 형성하는데 필요한 원자들의 군이다.
본 발명에서, 전계발광 재료는 전기장을 인가하여 빛을 내는 재료이다. 구체적으로는, 전계발광 재료는 애노드로부터 주입된 정공 및 캐쏘드로부터 주입된 전자가 재결합될 때 빛을 내는 재료이고, 가속 전자의 충돌 에너지에 의해 빛을 내는 재료 (소위, 무기 전계발광재료)와는 상이하다. 따라서, 본 발명과 관련된 전계발광 재료에는 상술한 [1] 및 [2]의 재료가 포함되고, 상술한 [3]의 재료는 포함되지 않는다.
전기장에 의한 발광은 발광층을 통해 서로 마주보도록 발광층의 양측에 배치된 한 쌍의 전극을 통해 전류가 발광층에 함유된 전계발광 재료에 인가될 때 일어나는 전계발광 재료의 발광이다. 이러한 발광은 다음의 메카니즘에 의해 일어나는 것으로 여겨진다: 전계발광 재료의 에너지 준위가 발광층내의 전극들 중 하나로부터 주입된 전자와 전극들 중 다른 하나로부터 주입된 정공의 재결합에 의해 여기되고, 이 에너지는 여기된 전계발광 재료의 에너지 준위가 바닥 상태로 복귀될 때 빛의 형태로 나온다.
전기장에 의해 발광할 수 있는 재료라면 어떠한 제한도 없이 본 발명에 사용될 수 있으며, 예를 들어 무기 전계발광 재료 또는 질화갈륨 (GaN)과 같은 무기 LED 및 유기 전계발광 재료 또는 유기 LED 모두가 사용될 수 있다. 유기 LED는 발광 효율 면에서 바람직하다.
본 발명에서, 전계발광 재료는 바람직하게는 전기장에 의해 최대 발광 파장이 340 nm 이상, 더욱 바람직하게는 400 nm 내지 430 nm인 빛을 내는 것이다.
구체적으로, CIE 색도 좌표는 문헌 ["Relationship of Color Name of Color stimulus (color of light) and Chromaticity Coordinates" of "Shikisaikagaku Handbook" (Handbook of Color Science), 제4판 (edited by Nihon Shikisai Gakkai), 제105면]의 도 4.16에 나타낸 바와 같이, 자청색, 청자색 및 자색에 상응하는 바람직한 영역이다.
본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 전계발광 재료는 하기에 구체적으로 설명된다.
본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 전계발광 재료에는 상기 화학식 111, 화학식 1a, 2a, 3a, 4a, 5a, 6a 또는 6b로 표시되는 화합물이 포함된다.
화학식 111, 화학식 1a, 2a, 3a 및 4a에서, Ar, Ar11, Ar12, Ar13, Ar41, Ar42, Ar51, Ar61또는 Ar62로 표시되는 아릴기는 그의 π-전자의 갯수가 4n+2 (여기서, n은 자연수임)인 한, 어떠한 제한도 없는 임의의 것일 수 있고, 단일 고리 또는 축합 고리일 수 있다. 아릴기는 알킬기, 시클로알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로시클릭기, 아미노기, 할로겐 원자, 히드록실기, 메르캅토기, 카르복실기, 아실아미노기, 술폰아미도기, 포스폰아미도기, 카르바모일기, 에스테르기, 알콕실기, 아릴옥실기, 니트로기, 시아노기 및 실릴기와 같은 치환체로 치환될 수 있다. 복수개의 치환체가 아릴기의 인근 위치에서 치환될 때, 치환체들은 서로 축합되어 탄화수소 고리 또는 헤테로시클릭 고리를 형성할 수 있고, 스피로 구조의 잔기도 함유될 수 있다.
화학식 111, 화학식 1a, 2a, 3a 및 4a에서, Ar, Ar11, Ar12, Ar13, Ar41, Ar42, Ar51, Ar61, 또는 Ar62로 표시되는 방향족 헤테로시클릭기는 하나의 수소 원자를 π전자의 갯수가 4n+2 (여기서, n은 자연수임)인 단일 또는 축합 고리 헤테로시클릭 화합물의 최적 위치에서 제거하여 형성된 잔기이다. 이러한 헤테로시클릭 화합물의 예에는 푸란, 티오펜, 피롤, 이미다졸, 피라졸, 1,2,4-트리아졸, 1,2,3-트리아졸, 옥사졸, 티아졸, 이소옥사졸, 이소티아졸, 푸라잔, 피리딘, 피라진, 피리미딘, 피리다진 및 1,3,5-트리아진이 포함되며, 이들 헤테로시클릭 고리는 각각 축합 고리를 형성할 수도 있다.
화학식 2a, 3a, 4a, 5a, 6a 및 6b에서, R41, R51, R61, R71, R81, R82, R91, R92, R101및 R102로 표시되는 치환체는 어떠한 제한도 없이 치환될 수 있는 기일 수 있다. 치환체의 전형적인 예에는 알킬기, 시클로알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 헤테로시클릭기, 아미노기, 할로겐 원자, 히드록실기, 메르캅토기, 카르복실기, 아실아미노기, 술폰아미도기, 포스폰아미도기, 카르바모일기, 에스테르기, 알콕실기, 아릴옥실기, 니트로기, 시아노기 및 실릴기가 포함된다.
복수개의 치환체가 아릴기의 인접 위치에서 치환될 때, 치환체는 서로 축합되어 탄화수소 고리 또는 헤테로시클릭 고리를 형성할 수 있고, 스피로 구조의 잔기도 함유될 수 있다.
화학식 111에서,로 표시되는 질소 함유 헤테로시클릭기로는 바람직하게는 5원 또는 6원의 6π형 방향족 헤테로시클릭 고리, 예컨대, 2-피리딜기, 2-피리미딜기, 6-피리미딜기, 2-피라지닐기, 3-피리다지닐기, 2-옥사졸릴기, 2-티아졸릴기, 3-이소옥사졸릴기, 3-이소티아졸릴기, 3-푸라자닐기, 3-피라졸릴기, 2-이미다졸릴기, 4-이미다졸릴기, 2-피롤로기, 2-옥사디아졸릴기, 2-티아디아졸릴기, 2-(1,2,4-트리아질)기, 2-(1,3,5-트리아질)기 및 3-(1,2,4-트리아질)기가 있다. 질소 함유 헤테로시클릭기는 R41과 관련되어 기재된 치환체들과 같은 치환체로 치환될 수 있다. 질소 함유 헤테로시클릭기는 축합 고리, 예컨대 2-퀴놀릴 또는 3-피라졸릴 고리를 축합하여 형성된 6-(1H-피라졸로[5,1-c][1,2,4]트리아졸릴)기를 형성할 수 있으며, 이는 헤테로시클릭 고리와 함께 2-피리딜기 및 탄화수소 고리의 축합 생성물이다.
화학식 111에서,로 표시되는 방향족 탄화수소 고리는 1개의 수소 원자를 4n-2π형 방향족 탄화수소 화합물의 임의의 위치로부터 제거하여 형성된 기이다. 방향족 탄화수소기의 구체적인 예에는 페닐기, 1-나프틸 페닐기, 2-나프틸 페닐기, 9-안톨릴기, 1-안톨릴기, 9-페난톨릴기, 2-트리페닐레닐기 및 3-페리레닐기가 포함된다. 탄화수소기는 R41과 관련되어 기재된 치환체들과 같은 치환체로 치환될 수 있다. 탄화수소기는 각각 탄화수소 고리와 9-페난톨릴기의 축합 및 페닐기와 헤테로시클릭기의 축합에 의해 형성된 9-피레닐기 및 8-퀴놀릴기와 같은 축합 고리를 형성할 수 있다.
화학식 111에서,로 표시되는 방향족 헤테로시클릭기는 기가 4n+2π형 기이고 질소 함유 방향족 헤테로시클릭기와 결합된 탄소 원자에 인접한 원자가 탄소 원자인 한, 어떠한 제한도 없는 방향족 헤테로시클릭기일 수 있다. 방향족 헤테로시클릭기의 구체적인 예에는 3-피리딜기, 5-피리미딜기, 4-피리다질기, 5-피리다질기, 4-이소옥사졸릴기, 4-이소티아졸릴기, 4-피라졸릴기, 3-피롤로기, 3-푸릴기 및 3-에티닐기가 포함된다. 방향족 헤테로시클릭기는 R41과 관련되어 기재된 치환체들과 같은 치환체로 치환될 수 있으며, 축합 고리를 형성할 수 있다.
화학식 1a, 2a, 3a, 4a, 5a, 6a 및 6b에서, "내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 결합축"은 통상의 온도 및 압력하에 입체 장애에 의해 360도 자유 회전할 수가 없는 결합축, 예컨대 하기 화학식의 1,1'-비나프틸에서 나프탈렌 핵과 나프탈렌 핵을 연결하는 결합축이다. 실제로, CPK-모델에서 회전할 수 없는 결합축은 "내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 결합축"이다.
내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 결합축을 지닌 화합물에는 이성체가 있다. 이러한 이성체는 아트로프 이성체 또는 내부 회전 광학 이성체로 불리운다 (Kagaku Daijiten vol. 6, p. 588 참조). 바꾸어 말하면, 내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 축을 지닌 화합물 또는 치환체는 아트로프 이성체 또는 내부 회전 광학 이성체를 지닌 화합물 또는 치환체로서 정의될 수 있다.
내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 축을 지닌 비아릴기를 함유한 치환체의 기본적인 골격 구조의 예를 하기에 나타내지만, 본 발명은 이 예에 제한되지 않는다. 치환체는 하기에 나타낸 화합물로부터 1개의 수소 원자를 제거하여 형성된다. 기본 골격 구조는 R41과 관련되어 기재된 치환체들과 같은 치환체로 치환될 수 있으며, 축합 고리를 형성할 수 있다.
상기 식에서, R101내지 R137로 표시되는 치환체들은 타프트 (Taft)의 입체 매개변수가 -1.00 이하인 것들이며, 브롬 원자, 요오드 원자, 직쇄 알킬기, 예컨대 메틸, 에틸 또는 프로필, 분지쇄 알킬기, 예컨대 이소프로필 또는 t-부틸, 환식 알킬,예컨대 시클로펜틸 또는 시클로부틸, 방향족 탄화수소기, 예컨대 페닐 또는 나프틸, 헤테로시클릭기, 예컨대 피리딜기, 이미다졸릴기 또는 푸릴기, 니트로기 및 메르캅토기가 포함된다. 타프트의 입체 매개변수는 문헌 [S.H. Unger, Phys. Org. Chem. 12, 91 (1976)] 및 ["Yakubutsu no Kozokassei-sokan" (Kagaku no Ryioki Zokan No. 122, published by Nankodo), pages 124-126]을 참조.
화학식 1c에서, 1,1'-비나프틸 잔기를 지닌 아릴기 (A21, A22또는 A23으로 표시됨)로는 (1) 비나프틸기, 즉 수소가 1,1'-비나프틸의 임의의 위치로부터 제거된 기, (2) 1개의 수소 원자가 제거되고, 제거된 임의의 m 수소 원자 대신에 치환체(들)로 치환된 1,1'-비나프틸기 및 (3) 상술한 1,1'-비나프틸기로 치환된 아릴기가 있다. 그 예에는 다음과 같은 화합물이 포함된다.
화학식 5a에서, M으로 표시되는 금속 원소는 어떠한 제한도 없이 1가 내지 4가의 이온 구조를 취할 수 있는 원소일 수 있다. 금속 원소로는 바람직하게는 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Hg, Pd, Cu, B, Al, Ga, In, Tl, Si 및 Ga, 더욱 바람직하게는 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cu, B, Al, Ga 및 In, 가장 바람직하게는 Be, Al, Zn 및 Ga가 있다.
화학식 5a에서, M과 함께 이온 결합을 형성하고 M에 배위할 수 있는 부분을 지닌, L71 -로 표시되는 1가 음이온은 산성 조건하에서 산소 원자, 황 원자 또는 질소 원자에 양성자가 부가되는 상태를 취할 수 있는 것이며, 바꾸어 말하면 -OH, -NH 또는 -SH와 같은 분리될 수 없는 기를 지닌 화합물로부터 하나의 양성자를 제거하여 형성된 상태를 취할 수 있는 것이고, 상기 음이온은 또한 산소 원자, 황 원자 또는 질소 원자로부터 2개 또는 3개의 원자 만큼 떨어진 위치에서 질소 원자 및 칼코겐 원자 (O, S, Se, Te)와 같은 금속에 배위할 수 있는 원자를 함유한다. 이러한 음이온의 예에는 8-히드록시퀴놀린의 히드록실기로부터 양성자를 제거하여 형성된 산소 음이온 및 1H-2-(1-피라졸릴)이미다졸의 위치-1에서의 NH로부터 양성자를 제거하여 형성된 질소 음이온이 포함된다.
화학식 5a에서, R71 -로 표시되는 M과의 이온 결합을 형성할 수 있는 1가 음이온은 pH 8 이하의 염기성 조건하에 음이온을 형성할 수 있는 것이며, 예컨대 4-히드록시-1,1'-비페닐, 2-메르캅토나프탈렌 또는 1H-피라졸로[5,1-c][1,2,4]트리아졸로부터 양성자를 제거하여 형성된 음이온일 수 있다.
화학식 6a에서, Z1또는 Z2로 표시되는 1가 발광 화합물 잔기는 통상의 온도에서 발광하는 화합물의 임의의 위치로부터 수소 원자 또는 치환체를 제거하여 형성된 것이다. 화학식 6b에서, Z3으로 표시되는 k-가 발광 화합물 잔기는 통상의 온도에서 발광하는 화합물의 임의의 위치로부터 수소 또는 k개 치환체의 k개 원자를 제거하여 형성된 것이다. 통상의 온도하에서 발광 화합물의 발광은 형광 또는 인광일 수 있다.
발광 화합물 잔기를 형성할 수 있는 발광 화합물에는 가시 영역에서 흡수띠를 갖는 형광 염료, 예컨대 레이저 염료, 자외선 영역에서 흡수띠를 갖는 형광 화합물, 예컨대 형광 증백제, 및 인광 물질, 예컨대 포르피린 및 비아세틸의 백금 착체와 같은 인광 물질이 포함된다. 구체적으로는, 문헌 [Kunio Yagi, Zenich Yoshida, Riichi Oota, "Keikou - Riron·Sokutei·Ouyou" (Fluorescence - Theory·Determination·Application-), p.p. 99-122, Nankodo]에 기재된 유기 형광 물질, 같은 문헌 제251-270면에 기재된 형광 증백제, 및 같은 문헌 제274-287면에 기재된 형광 염료. 축합된 방향족 탄화수소 환식 화합물, 예컨대 트리페닐렌 및 페릴렌, 선형 공액 다환 탄화수소 화합물, 예컨대 p-터페닐 및 p-퀴터페닐, 축합된 방향족 헤테로시클릭 화합물, 예컨대 아크리딘, 퀴놀린, 카르바졸, 카르바존, 플루오렌, 크산티온, 아록사진, 아크리돈, 푸라본, 쿠마린, 나프토이미다졸, 벤족사졸 및 디벤조페나진, 방향족 헤테로시클릭 화합물, 예컨대 티아졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 티아디아졸 및 트리아졸, 공액 지방족 화합물, 예컨대 아미노클로로말레산 아미드, 메틸아미노시트라콘산 메틸이미드, 데카펜타엔 카르복실산 및 데카펜타엔 디카르복실산, 형광 염료, 예컨대 아크리딘 오렌지 (Acrydine Orange) NO, 메틸렌 블루 (Methylene Blue), 플루오레세인 (Fluorescein), 에오신 (Eosine), 로다민 (Rhodamine) 및 벤조플라빈 (Benzoflabine), 감광 염료 화합물, 예컨대 옥사카르보시아닌, 카르보시아닌, 티아카르보시아닌 및 2-(아닐리노폴리에티닐)-벤조티아졸, 천연 염료 화합물, 예컨대 포르필린, 클로로필 및 리보플라빈, 및 형광 증백제, 예컨대 디아미노스틸벤형, 디스티릴벤젠형, 벤지딘형, 디아미노카르바졸형, 트리아졸형, 이미다졸형, 옥사졸형, 이미다졸론형, 디히드로피리딘형, 쿠마린형, 카르보스티릴형, 디아미노디벤조티오펜 옥시드형, 디아미노플루오렌형, 옥사시아닌형, 아미노나프탈이미드형, 피라졸린형 및 옥사졸형이 특히 바람직하다. 이들 화합물들은 각각 치환체를 지닐 수 있고 축합 고리를 형성할 수 있다.
본 발명의 전계발광 재료의 구체적인 예들이 다음에 나타내지지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 전계발광 소자는 기판과, 기판상에 구비된 상술한 전계발광 재료, 및 전계발광 재료부터 나오는 빛을 흡수하고 형광을 내는 무기 형광 물질 또는 희토류 금속 착체 형광 물질, 및 전계발광 재료를 함유하는 층을 통해 서로 마주보도록 배치되어 있는 한 쌍의 전극을 포함하는 소자이다. 전계발광 재료 및 무기 형광 물질 또는 희토류 금속 착체 형광 물질은 다른 층에 따로따로 함유되어 있으며, 동일한 층에 함유되어 있지 않다. 본 발명에 사용되는 전계발광 재료는 발광 재료, 정공 주입 재료 또는 전자 주입 재료일 수 있으며, 발광 재료가 바람직하다. 발광 재료는 정공 주입 및 전자 주입을 합친 용량을 가질 수 있다. 본 발명에 사용되는 전계발광 재료가 발광 재료로 사용되는 경우, 도핑 물질 (또한, 도판트 또는 게스트로도 칭함)은 임의로는 주성분으로 사용되는 전계발광 재료용으로 사용될 수 있다. 다음에서, 전계발광 재료는 발광층, 정공 주입층 및 전자 주입층 중 어느 하나에 존재하고, 무기 및(또는) 희토류 금속 착체 형광 물질은 색전환층에 존재한다. 본 발명의 전계발광 소자에 전자 주입층 또는 정공 주입층은 필요에 따라 제공될 수 있다.
본 발명에 사용되는 전계발광 소자에 사용되는 기판은 이들이 투명체, 예컨대 유리 및 플라스틱 수지인 한, 특별히 제한되지는 않는다. 본 발명에 따른 전계발광 소자의 기판으로 사용될 수 있는 재료는 재료가 투명한 한 어떠한 제한도 없이 사용될 수 있지만, 그의 전형적인 예에는 유리, 석영 및 임의로는 투명 플라스틱 필름이 포함된다. 투명 플라스틱 필름의 예에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN), 폴리에테르술폰 (PES), 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리황화페닐렌, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리카르보네이트 (PC), 셀룰로오스 트리아세테이트 (TAC) 및 셀룰로오스 아세테이트-프로피오네이트가 포함된다.
전계발광 소자에서, 본 발명에 따른 전계발광 재료는 바람직하게는 발광층에 함유된다. 일반적으로 공지된 발광 재료가 사용될 수 있다. 그 예로는 문헌 ["Yuki-EL-Soshi to Kogyoka-saizensen" (1998년 N.T.S. Co. Ltd에서 출간함, 이하 참고문헌 A로 표시됨), 제1절, 제3장, 제35-51면]에 기재된 저분자형 발광 재료, 참고문헌 A의 제1절, 제4장, 제55-79면에 기재된 염료 도핑 재료 및 참고문헌 A의 제1절, 제5장, 제81-100면에 기재된 고분자형 재료를 들 수 있다.
전계발광 소자는 일반적으로 2개의 전극 사이에 끼워진 단일 또는 복수개의 층으로 이루어진다. 구성하고 있는 층에는 발광층 외에 전하 주입층으로도 불리우는 정공 주입층, 전하 수송층 또는 정공 수송층, 및 전자 수송층으로도 불리우는 전자 주입층이 포함된다.
정공 주입층 및 전자 주입층은 각각 다층 구조일 수 있으며, 예를 들어 애노드/제1 정공 주입층/제2 정공 주입층 (정공 수송층)/발광층/제2 전자 주입층 (전자 수송층), 제1 전자 주입층/캐쏘드의 층 구조를 취할 수 있다.
본 발명의 전계발광 소자의 층 구조의 예들은 다음에 나타낸다. 다음에서, 정공 주입층 및 전자 주입층 각각은 복수개의 적층된 정공 주입층 및(또는) 복수개의 적층된 전자 주입층과 관련된 설명이 생략되어 있긴 하지만, 상술한 바와 같은 복수개 화합물의 적층된 층으로 이루어진 층일 수 있다.
(i) 기판/색전환층/기판/애노드/발광층/캐쏘드.
(ii) 기판/색전환층/기판/애노드/정공 주입층/발광층/캐쏘드.
(iii) 기판/색전환층/기판/애노드/발광층/전자 주입층/캐쏘드.
(iv) 기판/색전환층/기판/애노드/정공 주입층/발광층/전자 주입층/캐쏘드.
(v) 기판/애노드/발광층/캐쏘드/색전환층/기판.
(vi) 기판/애노드/정공 주입층/발광층/캐쏘드/색전환층/기판.
(vii) 기판/애노드/발광층/전자 주입층/캐쏘드/색전환층/기판.
(viii) 기판/애노드/정공 주입층/발광층/전자 주입층/캐쏘드/색전환층/기판.
상술한 구조에서, 색전환층과 접촉하는 기판 및 애노드와 접촉하는 기판은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 소자의 바깥 면은 기판으로 덮혀있을 수 있다.
완충층 (전극 계면층)은 애노드와 발광층 또는 정공 주입층 사이, 및 캐쏘드와 발광층 또는 전자 주입층 사이에 배치될 수 있다.
완충층은 구동 전압을 저하시키거나 또는 발광 효율을 높이기 위해 전극과 유기 화합물층 사이에 제공될 수 있으며, 이는 문헌 A의 제2권, 제2절, 제123-166면에 기재되어 있다. 완충층에는 애노드 완충층 및 캐쏘드 완충층이 포함된다.
애노드 완충층의 예에는 전형적으로 구리 프탈로시아닌을 포함하는 프탈로시아닌 완충층, 전형적으로 산화바나듐을 포함하는 산화물 완충층, 및 폴리아닐린 (에메랄딘) 및 폴리티오펜과 같은 전기전도성 중합체를 포함하는 중합체 완충층이 포함된다.
캐쏘드 완충층의 예에는 전형적으로 금속 스트론튬 및 알루미늄을 포함하는 금속 캐쏘드 완충층, 전형적으로 플루오르화리튬을 포함하는 알칼리 금속 화합물 완충층, 전형적으로 플루오르화마그네슘을 포함하는 알칼리 토금속 화합물 완충층, 및 전형적으로 산화알루미늄을 포함하는 산화물 완충층이 포함된다.
완충층은 바람직하게는 초박층이고, 그의 두께는 바람직하게는 재료에 따라 0.1 내지 100 nm이다.
발광층, 정공 주입층, 전자 주입층 및 완충층은 증착 방법, 스핀-코트 방법, 캐스팅 방법 및 LB 방법과 같은 공지된 방법으로 박층으로서 제조될 수 있다. 이러한 층은 바람직하게는 분자 퇴적층이다. 분자 퇴적층은 화합물의 기상 상태로부터 침착시켜 형성된 박층이거나, 또는 화합물의 용융물 또는 액상물로부터 응고에 의해 형성된 층이다. 분자 퇴적층은 LB 방법에 의해 형성된 박층 (분자 누적층)과는 응집 구조와 고차원 구조의 차이, 및 구조적 차이에 기인한 기능 차이에 의해 구별될 수 있다.
또한, 발광층은 일본 특허 출원 공개 제82-51781호에 기재된, 발광 재료를 수지와 같은 결합제와 함께 용매에 용해하고, 이어서 수득된 용액을 스핀-코트 방법과 같은 방법으로 박층으로 형성하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 층의 두께는 어떠한 제한도 없이 필요에 따라 임의로는 선택될 수 있지만, 바람직하게는 5 nm 내지 5 ㎛이다.
전계발광 소자의 애노드의 경우, 전극 재료로 바람직하게는 각각 4 eV 이상의 높은 처리 계수를 지닌 금속, 합금 및 전기전도성 화합물, 및 이들의 혼합물이 사용된다. 이러한 전극 재료의 구체적인 예로는 Au와 같은 금속, 및 CuI, 산화인듐 (ITO), SnO2, ZnO 및 Zn-도핑 산화인듐 (IZO)과 같은 투명 전기전도성 재료가 포함된다. 애노드는 이러한 전극 재료를 증착시키거나 또는 스패터링 (spattering)시켜 박층을 형성하고, 이러한 층을 포토리소그래피 방법에 의해 원하는 형태로 형성함으로써 제조될 수 있다. 요구되는 패턴 정밀도는 그다지 높지 않으며 (100 mm 이상), 패턴은 원하는 형태를 갖는 원판을 통해 증착 또는 스패터링에 의해 형성될 수 있다.
빛이 애노드를 통해 나올 때, 애노드의 투명도는 10% 이상인 것이 바람직하며, 애노드의 시트 저항은 바람직하게는 단위 면적 당 103오옴 이하이다. 애노드의 두께는 임의로 선택될 수 있지만, 대략 10 nm 내지 1 ㎛, 더욱 바람직하게는 10 내지 200 nm의 범위가 바람직하다.
다른 한편, 캐쏘드의 경우, 각각 낮은 처리 계수 (4 eV 이하)의 금속 (또한, 전자 주입 금속으로도 칭함), 합금 및 전기전도성 화합물, 및 이들의 혼합물이 전극 재료로 사용된다. 이러한 전극 재료의 구체적인 예에는 나트륨, 칼륨, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘, 리튬, 마그네슘/구리 혼합물, 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄 (Al2O3) 혼합물, 인듐, 리튬/알루미늄 혼합물 및 희토류 금속이 포함된다.
이들 중, 처리 계수면에서 전자 주입 금속 보다 더 높은 금속 및 전자 주입 금속의 혼합물, 예컨대 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄 (Al2O3) 혼합물 및 리튬/알루미늄 혼합물이 전자 주입능 및 내산화성의 관점에서 적합하다.
그러나, 처리 계수의 제한은 캐쏘드 완충층이 캐쏘드 표면상에 도포될 때 면하게 된다. 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제99-224783호에 기재된 바와 같이, ITO, SnO2, In2O3및 ZnO:Al과 같은 높은 처리 계수를 갖는 재료는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 플루오르화물이 캐쏘드 완충층 (상기 공개 문헌에 전자 주입층으로서 기재됨)으로 사용될 때 일반적으로 사용되는 캐쏘드로 사용될 수 있다. 또한, 플루오르화리튬이 캐쏘드 완충층 (두께: 0.5 내지 1 ㎛)으로 사용될 때 알루미늄이 캐쏘드 재료로 사용될 수 있다는 것은 공개문헌 (A)의 제145면, 제15-28행에 기재된 바대로 알려져 있다. 이러한 캐쏘드 재료가 사용될 때, 원소 주기율표의 "금속"으로 정의된 원소, 예컨대 은, 구리, 백금 및 금도 상술한 금속 산화물 및 알루미늄 외에 추가로 사용될 수 있다.
캐쏘드는 이러한 재료를 증착 또는 스패터링 방법과 같은 방법에 의해 박층으로 만듦으로써 제조될 수 있다.
또한, 캐쏘드는 일본 특허 출원 공개 제99-8074호에 기재된 플레이팅 방법으로 형성될 수 있다.
캐쏘드의 시트 저항은 바람직하게는 단위 면적 당 103오옴 이하이고, 캐쏘드의 두께는 바람직하게는 10 nm 내지 1 ㎛, 더욱 바람직하게는 50 내지 2,000 nm이다.
발광층과 색전환층 사이에 배치된 전극이 빛을 투과하도록 투명하거나 또는 반투명한 것이 발광 효율을 높이는데 바람직하다. 본 명세서에서는, 투명 또는 반투명한 전극이란 400 내지 700 nm의 전체 가시 영역의 투과율이 20% 이상, 바람직하게는 50% 이상인 것을 의미한다.
본 발명에서, 정공 주입층은 필요에 따라 제공될 수 있다. 정공 주입층의 기능은 애노드로부터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것이다. 애노드와 발광층 사이의 정공 주입층의 존재함으로써 낮은 전기장에서도 많은 정공이 주입될 수 있다. 또한, 소자의 발광능은 발광 효율을 높임으로써 우수하게 되며, 이는 캐쏘드 또는 전자 주입층으로부터 발광층으로 주입된 전자가 발광층과 정공 주입층 사이의 계면에 존재하는 전자에 대한 장벽에 의해 발광층내의 계면에 축적되기 때문이다.
정공 주입층에 사용되는 재료 (이하, 정공 주입 재료로 칭함)는 임의로는 어떠한 제한도 없이 공지된 재료로부터 선택될 수 있다.
정공 주입 재료는 이것이 정공 주입능 또는 전자 차단벽 형성능을 갖는 한, 유기 물질 또는 무기 물질일 수 있다.
다양한 유형의 유기 화합물, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제88-295695호, 동 제90-191694호, 동 제91-792호, 동 제93-234681호, 동 제93-239455호, 동 제93-299174호, 동 제95-126225호, 동 제95-126226호, 동 제96-100172호, 및 EP 제0650955 A1호에 기재된 유기 화합물들은 정공 주입 재료로 사용될 수 있다. 이들의 예로는 프탈로시아닌 유도체, 테트라아릴벤지딘 화합물, 방향족 3급 아민, 히드라존 유도체, 카르바졸 유도체, 트리아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 아미노기를 지닌 옥사디아졸 유도체 및 폴리티오펜을 들 수 있다. 이들 화합물은 2종 이상 조합되어 사용될 수 있다. 화합물이 조합되어 사용될 때, 이들은 개별적인 층 또는 함께 혼합된 층으로 형성될 수 있다.
정공 주입층이 적층에 의해 형성될 때 (정공 주입 및 정공 수송의 경우에 개별적으로 배치됨), 바람직한 조합은 이들 재료들로부터 선택될 수 있다. 이러한 경우, 화합물을 ITO와 같은 애노드로부터 작은 이온화 포텐샬의 순서로 적층하는 것이 바람직하다. 고도의 박막 형성능을 갖는 화합물은 바람직하게는 일본 특허 출원 공개 제92-308688호에 기재된 스타버스트 화합물로 사용된다.
방향족 3급 아민 화합물의 전형적인 예로는 N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노페닐, N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민 (TPD), 2,2'-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)프로판, 1,1'-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)시클로헥산, N,N,N',N'-테트라-p-톨릴-4,4'-디아미노비페닐, 1,1'-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)-4-페닐시클로헥산, 비스(4-디메틸아미노-2-메틸페닐)페닐메탄, 비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)페닐메탄, N,N'-디페닐-N,N'-디(4-메톡시페닐)-4,4'-디아미노비페닐, N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-비스(디페닐아미노)퀴터페닐, N,N,N-트리(p-톨릴)아민, 4-(디-p-톨릴아미노)-4'-[4-(디-p-톨릴아미노)스티릴]스틸벤, 4-N,N-디페닐아미노-(2-디페닐비닐)벤젠, N-페닐카르바졸, 분자내에 2개의 축합 방향족 고리를 갖는, 미국 특허 제5,061,569호에 기재된 화합물, 예컨대 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐 (NPD), 및 3개의 트리페닐아민 단위가 스타버스트으로 결합되어 있는, 일본 특허 공개 제92-308688호에 기재된 화합물, 예컨대 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민 (MTDATA)를 들 수 있다.
무기 정공 주입 재료로서, p-Si 및 p-SiC가 사용될 수 있다.
정공 주입층은 진공 증착 방법, 스핀 코트 방법, 캐스팅 방법 및 LB 방법과 같은 공지된 방법에 의해 정공 주입 재료를 박층으로 제조함으로써 형성될 수 있다. 정공 주입층의 두께는 특별한 제한은 없지만, 바람직하게는 대략 5 nm 내지 5 ㎛이다.
필요에 따라 제공되는 전자 주입층은 캐쏘드로 주입된 전자를 발광층으로 수송하는 기능을 갖는 층이다. 전자 주입층의 재료는 임의로는 공지된 화합물로부터 선택될 수 있다.
전자 주입층의 기능은 캐쏘드로부터의 전자를 용이하게 주입하고, 전자를 수송하고, 정공을 방지하는 것이며, 비교적 낮은 전자 수송능을 갖는 화합물이 발광층에 사용될 때 제공된다.
전자 주입층은 전자 주입능을 갖는 층 및 전자 수송능을 갖는 층으로 분리될 수 있다.
전자 주입층의 재료 (이하, 전자 주입 재료로 칭함)의 예에는 니트로 치환 플루오렌 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 이산화티오피란 유도체, 헤테로시클릭 테트라크록실산 무수물, 예컨대 나프탈렌페릴렌, 카르보디이미드, 플루올레닐리덴메탄 유도체, 안트라퀴노디메탄 및 안토론 유도체, 및 옥사디아졸 유도체가 포함된다. 본 발명자들은 일본 특허 출원 공개 제84-194393호에 기재된 일련의 전자 수송 화합물은 발광층을 제조하기 위한 재료로서 기재되었지만, 전자 주입 재료로 사용될 수 있다는 것을 밝혀내었다. 또한, 상기 옥사디아졸 유도체의 옥사디아졸 고리내의 산소 원자를 황 원자로 치환하여 형성되는 티아디아졸 유도체, 아릴아미노- 또는 알킬아미노-치환 트리아졸 유도체, 및 전자 끄는 기로서 공지된 퀴녹살린 고리를 지닌 퀴녹살린 유도체도 전자 주입 재료로 사용될 수 있다.
8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착체, 예컨대 알루미늄 트리스-(8-퀴놀리놀) (Alq), 알루미늄 트리스-(5,7-디클로로-8-퀴놀리놀), 알루미늄 트리스-(5,7-디브로모-8-퀴놀리놀), 알루미늄 트리스-(2-메틸-8-퀴놀리놀), 알루미늄 트리스-(5-메틸-8-퀴놀리놀), 징크 비스-(8-퀴놀리놀) (Znq), 및 상기 착체들의 중심 금속을 In, Mg, Cu, Ca, Sn, Ga 또는 Pb와 같은 또다른 금속 원자로 대체하여 형성된 금속 착체가 전자 주입 재료로 사용될 수 있다. 또한, 상기 참고문헌 A의 제38-48면에 기재된 금속 착체형 재료, 금속이 없는 프탈로시아닌 및 금속 함유 프탈로시아닌, 및 각 화합물의 말단이 알킬기 또는 술폰산기와 같은 치환체로 대체된 이들의 유도체도 또한 바람직하게는 전자 주입 재료로 사용된다. 무기 반도체, 예컨대 n-Si 및 n-SiC도 또한 전자 주입 재료로 사용될 수 있다.
전자 주입층은 전자 주입 재료를 공지된 방법, 예컨대 진공 증착 방법, 스핀 코트 방법, 캐스팅 방법 및 LB 방법에 의해 박층으로 제조함으로써 형성될 수 있다. 정공 주입층의 두께는 특별한 제한은 없지만, 바람직하게는 5 nm 내지 5 ㎛이다.
전자 주입층은 1종 이상의 전자 주입 재료를 함유하는 단일 층 구조이거나, 또는 동일하거나 또는 상이한 조성의 복수개의 층으로 이루어진 다층 구조일 수 있다.
다음으로, 본 발명과 관련된 무기 형광 물질 및 희토류 금속 착체 형광 물질을 하기에 설명한다.
본 발명에서, 전계발광 재료로부터 나오는 빛을 흡수할 수 있고 최대 발광 파장이 전계발광 재료로부터 나오는 빛과는 상이한 빛을 낼 수 있는 물질이 무기 형광 물질 및 희토류 금속 착체 형광 물질로 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 형광 물질로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장과 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장 사이의 차이는 10 nm 이상이다.
본 발명에 따른 전계발광 소자에 함유되는 무기 형광 물질 또는 희토류 금속 형광 물질은 바람직하게는 최대 발광 파장의 범위가 400 nm 내지 700 nm인 형광을 내는 것이다.
본 발명에 따른 전계발광 소자에 함유되는 무기 형광 물질 또는 희토류 금속 형광 물질은 바람직하게는 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장 보다 180 nm 이상 더 큰 최대 발광 파장의 빛을 낼 수 있는 물질 하나 이상을 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 전계발광 소자의 색전환층은 전계발광 재료로부터 나오는 빛을 흡수할 때, 최대 발광 파장이 400 nm 내지 500 nm인 1종 이상의 무기 형광 물질 또는 희토류 금속 형광 물질, 최대 발광 파장이 501 nm 내지 600 nm인 1종 이상의 상기 물질 및 최대 발광 파장이 601 nm 내지 700 nm인 상기 물질을 함유하는 것이 풀컬러 표시에 바람직하다.
색전환 층은 용도에 따라 다양한 형태를 취할 수 있다.
예를 들어, 무광백색 발광 디스플레이가 제조될 때, 청색 발광 형광 물질과 황색 발광 형광 물질의 혼합물, 또는 청색, 녹색 및 적색 발광 형광 물질의 혼합물을 취한다. 이러한 경우, 형광 물질들은 어떠한 패턴도 없이 균일하게 도포될 수 있다.
색필터와 같은 다색 전환 필터가 액정 디스플레이에 요구될 때, 요구되는 색상의 빛을 내는 형광 물질은 줄무늬, 점무늬 또는 모자이크 무늬 형태로 패턴화된다. 패턴화는 액정 디스플레이의 일반적인 색필터를 제조하는데 통상 사용되는 방법으로 수행될 수 있다. 구체적으로는, 안료 분산 방법, 인쇄 방법 및 잉크-젯 방법과 같은 방법이 사용될 수 있다.
본 발명에 사용되는 무기 형광 물질 또는 희토류 금속 형광 물질에 대한 제한은 없지만, 모결정으로서 Y2O2S, Zn2SiO4및 Ca5(PO4)3Cl과 같은 금속 산화물 또는 ZnS, SrS 및 CaS와 같은 황화물, 및 활성체 또는 공활성체로서 Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm 및 Yb와 같은 희토류 금속 이온 또는 Ag, Al, Mn 및 Sb와 같은 금속 이온으로 이루어진 물질이 바람직하다.
모결정으로서 바람직한 금속 산화물, 예를 들어 각각 알칼리 토금속으로 치환된 산화알루미늄, 산화규소, 인산염 및 할로포스페이트, 예컨대 (X)3Al16O27, (X)4Al14O25, (X)3Al2Si2O8, (X)4Si2O8, (X)2Si2O4, (X)2P2O7, (X)2P2O5, (X)5(PO4)3Cl 및 (X)2Si3O8-2(X)Cl2는 전형적인 모결정으로서 언급되며, 이 때 X는 알칼리 토금속이고, 알칼리 토금속은 단일 금속 조성물 또는 금속의 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 화합물 외의 바람직한 모결정에는 산화아연 또는 황화아연, 이트륨, 가돌리늄 및 란탄의 산화물, 또는 산소 원자의 일부가 황 원자로 대체된 것, 희토류 금속의 황화물, 및 임의의 금속 원소가 조합된 이러한 희토류 금속의 산화물 또는 황화물이 포함된다.
모결정의 바람직한 예는 다음과 같다:
상기 모결정의 원소 중 일부인 활성체 및 공활성체는 각각 원소 주기율표의 동족 원소로 대체될 수 있으며, 빛의 자외선 또는 자색광을 흡수하여 가시광선을 낼 수 있는 한, 상기 원소의 조성물에는 어떠한 제한도 없다.
본 발명에서, La, Eu, Tb, Ce, Yb 및 Pr과 같은 란탄계 원소의 이온 및 Ag, Mn, Cu, In 및 Al과 같은 금속의 이온이 무기 형광 물질의 활성체 또는 공활성체로서 바람직하다. 활성체 또는 공활성체의 도핑량은 바람직하게는 모결정의 0.001 내지 100 몰%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 50 몰%이다.
활성체 및 공활성체는 모결정을 구성하는 이온의 일부를 란탄계 이온과 같은 이온으로 대체하여 결정내에 도핑된다. 형광 물질의 결정 정확한 조성은 다음과 같이 설명되어질 수 있다. 그러나, 다음의 화학식 중의 x 및 y의 값은 특별한 주해가 첨부된 경우를 제외하고는 설명되지 않는데, 이는 활성체의 양이 물질의 형광 특성에 전혀 영향을 미치지 않기 때문이다. 예를 들어, Sr4-xAl14O25:Eu2+ x는 Sr4Al14O25:Eu2+로 기재된다.
모결정 및 활성체로 이루어진 전형적인 무기 형광 물질의 예들이 하기에 설명되지만, 본 발명에 사용될 수 있는 형광 물질은 하기 예들에 제한되지는 않는다: (BazMg1-z)3-x-zAl16O27:Eu2+ x, Mn2+ y, Sr4-xAl14O25:Eu2+ x, (Sr1-zBaz)1-xAl2Si2O8:Eu2+ x, Ba2-xSiO4:Eu2+ x, Sr2-xSiO4:Eu2+ x, Mg2-xSiO4:Eu2+ x, (BaSr)1-xSiO4:Eu2+ x, Y2-x-ySiO5:Ce3+ x, Tb3+ y, Sr2-xP2O5:Eu2+ x, Sr2-xP2O7:Eu2+ x, (BayCa2Mg1-y-z)5-x(PO4)3ClEu2+ x및 Sr2-xSi3O8-2Srl2:Eu 2+ x(식 중, x, y 및 z는 각각 임의의 수임).
본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 무기 형광 물질은 다음과 같다. 그러나, 본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 무기 형광 물질은 이들 화합물에 제한되지는 않는다.
[청색 발광 무기 형광 화합물]
[녹색 발광 무기 형광 화합물]
[적색 발광 무기 형광 화합물]
본 발명에서, 제조 과정에서 기계적 분쇄 공정 없이 침착 (buildup) 방법에 의해 제조되는 무기 형광 물질은 바람직하게는 고휘도의 빛을 내는데 사용된다. 졸-겔 방법과 같은 액상 방법으로 제조된 물질이 특히 바람직하다.
졸-겔 합성 방법은 합성이 기본적으로 용액으로부터 출발하는 방법이고, 문헌 [Sumio Sakka "Application of Sol-Gel Method" 1997, Agnes Shofuusha]에 상세히 기재된 바와 같이, 재료는 그의 융점 미만의 온도에서 졸 및 겔 상태를 통해 합성된다. 본 발명의 졸-겔 방법은 액상중의 반응이 한 단계 이상에서 수행되는 방법이다. 이러한 방법은 통상의 무기 형광 물질을 제조하는데 적용되는 용융 상태에서의 반응에 의해 수행되는 방법으로부터 수립될 수 있다. 졸-겔 방법에 의한 제조 방법은 모결정, 활성체 또는 공활성체로 사용되는 원소 (금속)를 예를 들어,테트라메톡시실란 Si(OCH3)4및 유로퓸-2,4-펜탄디오네이트 Eu3+(CH3COCH=C(OCH3)3)과 같은 금속 알콕시드, 금속 착체, 원소 금속을 상기 금속 알콕시드 또는 금속 착체의 유기 용매 용액에 첨가하여 제조된 이중 알콕시드 (예컨대, Al(OBu)3의 2-부탄올 용액에 금속 마그네슘을 첨가하여 제조된 Mg[Al(OBu)3]2), 금속 할로겐화물, 금속 또는 원소 금속의 유기산 염 형태로 필요량 혼합하여 열적으로 또는 화학적으로 중합 또는 축합시키는 방법이다. 생성물은 필요에 따라 베이킹 처리 또는 환원 처리될 수 있다.
본 발명에 사용되는 금속 알콕시드, 금속 할로겐화물 및 금속 염중의 금속으로는 원소 주기율표에서 "금속"으로 정의되는 모든 원소, 모든 "전이 금속" 원소, 모든 악티늄계 원소 및 통상 "비금속"으로 정의되는 붕소, 탄소 및 규소가 포함된다.
무기 형광 물질은 표면 특성을 개선하기 위해 처리될 수 있다. 이러한 처리 방법에는 실란 커플링제에 의한 화학적 처리, 미크론 이하의 크기를 갖는 미립자의 첨가에 의한 물리적 처리, 및 이들을 조합한 처리가 포함된다.
니혼 유니카사 (Nihon Unicar Co., Ltd.)에 의해 출간된 문헌 ["Catalogue of NUC silicone silane coupling agent", August 2nd 1997]에 기재된 모든 화합물은 본 발명에서 실란 커플링제로서 사용가능하다. 이러한 화합물의 구체적인 예에는 β-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리알콕시실란, 글리시딜옥시에틸트리에톡시실란, γ-아크릴로일옥시-n-프로필-트리-n-프로필옥시실란, γ-메타크릴로일옥시-n-프로필-n-프로필옥시실란, 디-(γ-아크릴로일옥시-n-프로필)-디-n-프로필옥시실란, 아크릴로일옥시디메톡시에틸실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸디메톡시실란, γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-페닐-γ-아미노프로필트리메톡시실란 및 γ-메르캅토프로필트리메톡시실란이 포함된다.
본 발명에 사용될 수 있는 미립자로는 바람직하게는 실리카, 티타니아, 지르코니아 및 산화아연과 같은 무기 미립자를 들 수 있다.
형광 물질이 졸-겔 방법에 의해 제조될 때, 형광 물질의 전구 용액 또는 형광 물질의 주요 입자를 함유하는 용액을 인쇄 방법 또는 잉크-젯 방법으로 투명 기판상에 패턴화한 후, 이 패턴을 베이킹 또는 환원과 같은 결정화 처리 또는 높은 휘도의 발광능을 위한 처리로 처리하는 방법이 사용될 수 있다.
본 발명에 사용될 수 있는 희토류 금속 착체 형광 물질에는 Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm 또는 Yb를 함유하는 물질이 포함된다. 착체를 이루는 유기 리간드는 방향족 또는 비방향족일 수 있고, 방향족 유기 리간드의 흡수 영역은 250 nm 이상인 것이 바람직하다. 하기 화학식 1 또는 화학식 10으로 표시되는 화합물이 더욱 바람직하다.
Xa-(La)-(Lb)n-(Lc)-Ya
상기 식에서, La, Lb 및 Lc는 각각 독립적으로 2개 이상의 결합손을 지닌 원자이고, n은 0 또는 1이고, Xa는 La와 인접한 위치에서 배위할 수 있는 원자를 지닌 치환체이고, Ya는 Lc와 인접한 위치에서 배위할 수 있는 원자를 지닌 치환체이다. Xa 및 La의 임의의 부분 또는 Ya 및 Lc의 임의의 부분은 각각 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 또한, 방향족 탄화수소 고리 및 방향족 헤테로시클릭 고리 중 적어도 하나는 착체 분자내에 존재하되, 단 방향족 탄화수소 고리 및 방향족 헤테로시클릭 고리는 Xa-(La)-(Lb)n-(Lc)-Ya가 β-디케톤 유도체, β-케토에스테르 유도체, β-케토아미드 유도체, 상술한 케톤의 산소 원자가 임의의 갯수의 황 원자 또는 -N(R1)-기로 대체된 크라운 에테르, 아조-크라운 에테르, 티아-크라운 에테르, 또는 산소 원자가 임의의 갯수의 황 원자 또는 -N(R1)-기로 대체된 크라운 에테르를 나타낼 때, 부재할 수도 있다.
상기 화학식 1에서, Xa 또는 Ya로 표시되는 배위할 수 있는 원자는 바람직하게는 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 셀레늄 원자 또는 텔루르 원자이고, 산소 원자, 질소 원자 및 황 원자가 특히 바람직하다.
화학식 1에서 La, Lb 또는 Lc로 표시되는 2개 이상의 결합손을 지닌 원자는 제한은 없지만, 바람직하게는 탄소 원자, 산소 원자, 질소 원자, 규소 원자 및 티탄 원자이다. 이들 중 탄소 원자가 바람직하다.
화학식 1로 표시되는 유기 리간드의 구체적인 예를 다음에 나타낸다. 그러나, 본 발명에 사용될 수 잇는 유기 리간드는 다음 화합물들에 제한되는 것은 아니다.
화학식 10에서 R101로 표시되는 기들 중, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기 및 헤테로시클릭기가 바람직하며, 불소 원자로 치환된 알킬기, 불소 원자로 치환된 시클로알킬기, 아릴기 및 방향족 헤테로시클릭기가 특히 바람직하다.
화학식 10에서 Y101로 표시되는 치환체 중에서 산소 원자가 바람직하다.
화학식 10에서, 벤젠 고리, 피리딘 고리, 티오펜 고리 및 푸란 고리가 Z101및 이중 결합 탄소 원자에 의해 형성된 4원 내지 8원 고리들 중 바람직하다.
음이온성 리간드를 지닌 희토류 금속 착체 형광 물질의 구체적인 예가 다음에 나타내나, 본 발명은 이들에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서, 색전환 필터는 광원으로부터 나오는 빛의 색상을 필요한 색상으로 변화시키기 위한 파장 전환 소자이며, 이것은 기본적으로 광원으로부터의 빛의 파장을 그보다 10 nm 이상 더 긴 파장으로 전환할 수 있는 파장 전환 소자이다. 이러한 색필터는 구체적으로는 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제91-152897호, 동 제97-245511호 및 동 제99-297477호에 기재된 색상 디스플레이용 필터 (각각 광원으로부터의 청색광을 녹색광 또는 적색광으로 전환시키는 소자들의 스트립으로 이루어진, 청색광, 녹색광 및 적색광을 낼 수 있는 색전환 필터), 액정 디스플레이의 조명 또는 후광용 백색 발광 필터 (400 nm 내지 700 nm의 광범위한 가시광선을 내기 위한 색전환 필터), 네온 사인의 부분 조명 또는 차량의 계기판용 필터 (필요한 부분에서 필요한 색을 표시하기 위한 색전환 필터)로서 사용된다.
<실시예>
본 발명은 하기 실시예들에 따라 상세히 설명된다. 그러나, 본 발명의 실시양태는 이들 실시예에 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1-1>
전계발광 소자 UV-1의 제조
ITO의 150 nm 층이 상단에 형성되어 있는 유리판 (NH 테크노글래스사 (NH Technoglass Co. Ltd.)에 의해 제조된 NA-45)으로 이루어진 기판상에 패턴을 형성하여 애노드를 제조하였다. 이어서, 투명한 ITO 전극을 지닌 제조된 투명 기판을 이소프로필 알콜로 초음파 세척하고, 건조 질소 기체로 건조하였다. 이어서, 기판을 5 분 동안 UV 및 오존으로 세정하였다. 이렇게 얻어진 투명 기판을 시판되는 통상의 진공 증착 기기의 기판 홀더상에 고정시켰다. 또한, N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민 (TPD) 200 mg, p-쿼터페닐 (PQP) 200 mg 및 트리스(8-히드록시퀴놀리네이트)-알루미늄 (Alq3) 200 mg을 각각 상이한 몰리브덴제 저항 가열 보트에 놓고, 보트를 진공 증착 기기에 설치하였다. 이어서, 진공 탱크내의 압력을 4 x 10-4Pa로 감압하였다. TPD를 지닌 가열 보트를, 전류를 인가함으로써 220 ℃로 가열하여 투명한 기판상의 TDP를 0.1 내지 0.3 nm/초의 속도로 증착시켰다. 이어서, 두께 60 nm의 정공 주입층을 제공하였다. 이어서, PQP를 지닌 가열 보트를, 전류를 인가함으로써 220 ℃로 가열하여 정공 주입층상의 PQP를 0.1 내지 0.3 nm/초의 속도로 증착시켰다. 이어서, 두께 40 nm의 발광층을 제조하였다. 또한, Alq3을 지닌 가열 보트를, 전류를 인가함으로써 250 ℃로 가열하여 발광층상의 Alq3을 0.1 nm/초의 속도로 증착시켰다. 이어서, 두께 20 nm의 전자 주입층을 제조하였다. 증착시 기판의 온도는 실온이었다. 이어서, 진공 탱크를 개방하고, 직사각형 구멍이 있는 스테인레스강 원판을 전자 주입층에 부착하였다. 다른 한편, 마그네슘 3 g을 몰리브덴제 가열 보트에 놓고, 은 0.5 g을 텅스텐으로 제조된 증착용 바스켓에 놓고, 이들을 증착 기기에 설치하였다. 진공 탱크내의 압력을 2 x 10-4Pa로 감압하고, 마그네슘을 지닌 보트에 전류를 인가함으로써 마그네슘을 1.5 내지 2.0 nm/초의 속도로 증착시켰다. 동시에, 은을 지닌 바스켓을 가열하여 은을 0.1 nm/초의 속도로 증착시켰다. 이어서, 마그네슘과 은의 혼합물로 이루어진 마주보는 전극을 지닌 전계발광 소자 UV-1을 제조하였다.
이 소자는 ITO 전극을 애노드로서, 그와 마주보는 전극을 캐쏘드로서 설정하고, 10 V의 직류를 인가하였다. 최대 발광 파장이 380 nm인 빛이 나왔다.
<실시예 1-2>
비교용 전계발광 소자 B-1의 제조
비교용 전계발광 소자 B-1은 발광 화합물 p-쿼터페닐 (PQP)을 4,4'-비스(2,2'-디페닐비닐)비페닐 (DPVBi)로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1-1의 전계발광 소자에서와 동일한 방식으로 제조하였다. ITO 전극을 애노드로서, 그와 마주보는 전극을 캐쏘드로서 설정하고, 10 V의 직류를 인가하였다. 최대 발광 파장이 475 nm인 청색광이 나왔다.
<실시예 2-1>
예시된 화합물 GL-10 (Ba2SiO4:Eu2+)의 합성
알칼리 용액은 에탄올 150 ㎖ 및 물 150 ㎖를 암모니아 0.016 몰을 함유하는 암모니아수에 첨가하여 제조하였다. 이어서, 용해제로서의 에탄올 150 ㎖, 테트라에톡시실란 8.33 g (0.04 몰) 및 유로퓸 (III) 아세틸아세토네이트 착체 이수화물 0.079 g (0.2 mmol)으로 이루어진 용액을 졸 액상물을 형성하도록 실온에서 교반하면서 1 ㎖/분의 속도로 알칼리 용액에 적가하였다. 이렇게 수득한 졸 액상물을 증착기에서 약 15 배 (약 30 ㎖) 농축하고, 0.3 몰/ℓ 질산바륨 수용액 295 ㎖를 졸 액상물을 겔화시키기 위해 첨가하였다.
이렇게 수득한 팽윤된 겔을 밀폐된 용기에서 60 ℃에서 하룻 밤 숙성시켰다. 이어서, 겔을 에탄올 약 300 ㎖중에 교반에 의해 분산시키고, 여과지 어드밴텍 (Advantec) 5A를 사용한 진공 여과에 의해 분리하였다. 분리된 물질을 실온에서 건조하였다. 건조된 겔을 5% 수소-질소 분위기하에 1000 ℃에서 2 시간 동안 가열처리하였다. 이어서, 태양광하에 연록색광을 내는 무기 형광 물질 GL-10 (Ba2SiO4:Eu2+ 0.005) 2.7 g을 수득하였다.
GL-10의 조성을 XRD 스펙트럼으로 분석하였다. 주성분이 Ba2SiO4이고 부성분으로서 BaSiO4및 Ba3SiO5를 약간 함유한 것으로 밝혀졌다.
GL-10은 평균 직경이 10.5 ㎛이고, 405 nm의 빛으로 여기될 때 최대 발광 파장이 500 nm인 녹색 발광 형광 물질인 것으로 밝혀졌다.
최대 발광 파장이 610 nm (여기 광: 375 nm)인 빛을 내는 적색 발광 미립 무기 형광 물질 RL-5 (평균 직경: 약 0.85 ㎛), 및 최대 발광 파장이 432 nm (여기 광: 375 nm)인 빛을 내는 청색 발광 미립 무기 형광 물질 BL-3 (평균 직경: 약 0.90 ㎛)을 GL-10에서와 동일한 방식으로 제조하였다.
<실시예 2-2>
미립 무기 형광 물질의 표면 특성 개선
평균 직경 5 nm의 에어로겔 0.16 g에 에탄올 15 g 및 γ-글리시독시프로필트리에톡시실란 0.22 g을 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 개방 용기에서 1 시간 동안 교반하였다. 상기 혼합물 및 무기 형광 물질 BL-10 20 g을 막자사발에 넣어 충분히 분쇄하였다. 분쇄된 혼합물을 오븐에서 70 ℃에서 2 시간 동안 가열하고, 오븐에서 추가로 2 시간 동안 120 ℃에서 가열하였다. 이로써, GL-10의 표면 특성이 개선되었다.
RL-5 및 BL-3의 표면 특성도 또한 유사한 방식으로 개선시켰다.
<실시예 2-3>
비교용 무기 형광 물질의 표면 특성 개선
비교용 형광 물질 KX-605 (Zn2SiO4:Mn2+, 가세이-오프토닉스사 (Kasei-Optonics, Co., Ltd.) 제조)의 표면 특성은 무기 형광 물질 RL-5를 KX-605로 대체한 것을 제외하고는 실시예 2-2에 기재된 동일한 방식으로 개선하였다. KX-605는 평균 입도가 7 ㎛이고 343 nm의 빛으로 여기될 때 최대 발광 파장이 570 nm인 빛을 내는 형광 물질이었다.
<실시예 3-1>
무기 형광 물질을 사용한 색전환 필터의 제조
표면 특성이 개선된, 상기 수득한 적색 발광 무기 형광 물질 RL-5 10 g에 톨루엔/메탄올 1:1 혼합물 300 g에 용해된 부티랄 수지 BX-1 30 g을 첨가하여 교반하고, 이 혼합물을 습윤 두께 200 ㎛의 층을 형성하도록 유리판상에 도포하였다. 도포된 유리판을 건조용 오븐에서 4 시간 동안 100 ℃에서 가열하였다. 이로써, 본 발명에 따른 색전환 필터 F-1을 제조하였다.
색전환 필터 F-2 및 F-3은 각각 녹색 발광 무기 형광 물질 GL-10 및 청색 발광 무기 물질 BL-3으로 도포하여 색전환 필터 F-1에서와 유사한 방식으로 제조하였다.
또한, 비교용 무기 형광 물질 KX-605로 도포한 비교용 색전환 필터 F-4를 동일한 방식으로 제조하였다.
본 발명에 따른 색전환 필터 F-1, F-2 및 F-3은 거의 무색이고 투명하였다. 반대로, 비교용 색전환 필터 F-4는 탁한 백색이었고, 빛의 투과가 거의 없었다.
F-1, F-2, F-3 및 F-4의 가시광 투과율은 각각 54%, 57%, 57% 및 4%이었다.
<실시예 3-2>
희토류 금속 착체 형광 물질을 사용한 색전환 필터의 제조
톨루엔/에탄올 1/1 비의 혼합물 300 g에 용해된 부티랄 수지 BX-1 30 g에, 본 발명에 따른 희토류 금속 착체 형광 물질 RE-17 3 g을 용해시켰다. 용액을 습윤 두께 150 ㎛의 80 ㎛ 폴리에테르술폰 (PES) 필름상에 도포하고 건조하여 본 발명에 따른 적색 발광 색전환 필터 F-5를 제조하였다.
다른 한편, 본 발명에 따른 녹색 발광 색전환 필터 F-6은 RE-23을 RE-17 대신에 사용한 것을 제외하고는 F-5에서와 동일한 방식으로 제조하였다.
또한, 본 발명에 따른 녹색 발광 색전환 필터 F-7은 RE-1을 RE-17 대신에 사용한 것을 제외하고는 F-5에서와 동일한 방식으로 제조하였다.
<실시예 3-3>
형광 염료를 사용한 색전환 필터의 제조
청색광에 의해 여기될 때 녹색광을 내는 비교용 색전환 필터 F-8은 RE-17을 형광 안료 솔벤트 옐로우 116 0.5 g 및 코우말린 (Coumalin) 6 2.0 g으로 대체한 것을 제외하고는 실시예 3-2에서와 동일한 방식으로 제조하였다.
청색광에 의해 여기될 때 적색광을 내는 비교용 색전환 필터 F-9는 RE-17을 형광 안료 솔벤트 옐로우 116 및 베이직 바이올렛 (Basic Violet) 110 0.5 g 및 로다민 (Rhodamine) 6G 0.5 g으로 대체한 것을 제외하고는 실시예 3-2에서와 동일한 방식으로 제조하였다.
실시예 3-3에서 제조된 색전환 필터 F-1을 실시예 1-1에서 제조된 전계발광 소자 UV-1상에 놓고, 12 V의 직류를 건조 질소 기체 분위기하에 전계발광 소자에 인가하였다. 적색광이 색전환 필터로부터 나왔다. 색전환 필터로부터 나온 빛의 휘도는 26 cd/㎡이었고, 빛의 CIE 색상 좌표에서의 좌표점은 x=0.64 및 y=0.29이었다.
<실시예 4-1>
발광 효율 및 전계발광 소자의 수명 평가
색전환 필터의 형광층 표면이 전계발광 소자의 발광면과 마주보도록 본 발명의 상술한 색전환 필터 및 비교용 색전환 필터를 전계발광 소자 UV-1 또는 비교용 전계발광 소자 B-1상에 위치시키고, 12 V의 직류를 소자에 연속 인가하여 23 ℃에서 건조 질소 기체하에 연속 발광시켰다. 연속 발광의 시작 무렵의 발광 효율 (lm/W) 및 휘도가 50%로 감소하는 동안의 시간 (즉, 반감기)을 측정하였다. 발광 효율은 7번 샘플이 100일 때의 효율을 상대 기준값으로 하여 기재하고, 휘도의 반감기는 7번 샘플이 100일 때의 반감기를 기준으로 상대값으로 기재하였다. 실험 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
표 1의 결과로부터 본 발명의 색전환 필터를 지닌 전계발광 소자 (1번 샘플 및 2번 샘플)는 비교용 3번 샘플에 비해 발광 효율이 더 높고 수명이 더 긴 것으로 밝혀졌다. 본 발명에 따른 각각의 샘플로부터 나온 빛의 색조는 비교용 샘플로부터 나오는 빛의 색조 보다 더 양호하였다.
녹색광을 내는 본 발명의 색전환 필터를 갖는 전계발광 소자 (4번 샘플 및 6번 샘플)는 비교용 5번 샘플에 비해 발광 효율이 상당히 더 높았다. 또한, 본 발명에 따른 샘플이 청색 발광 전계발광 소자 및 색전환 필터로 이루어진 비교용 7번 샘플에 비해 발광 효율이 더 높고 수명이 더 긴 것으로 밝혀졌다. 본 발명에 따른 샘플로부터 나온 빛의 색조는 비교용 샘플로부터 나온 빛의 색조보다 더 양호하였다. 또한, 본 발명에 따른 8번 샘플 및 9번 샘플은 발광 효율 및 작업 안정성이 가장 높은 것으로 확인되었다.
<실시예 5-1>
LED 소자의 평가
본 발명에 따른 색전환 필터 F-1 또는 F-5를 각각 형광 물질층이 LDE 소자 근처에 위치하도록 자외선을 내는 LED 소자 (니찌아 가가꾸사 (Nichia Kagaku Co., Ltd.)에 의해 제조된 UV LED 램프)상에 위치시키고, 전압을 인가하여 발광시켰다. 유사하게, 본 발명에 따른 색전환 필터 F-2 및 F-6을 각각 LED 소자상에 위치시키고 전압을 인가하였다. 휘도가 높고 색조가 양호한 녹색광이 나왔다. 본 발명에 따른 색전환 필터 F-3 및 F-7을 각각 LED 소자상에 위치시키고 전압을 인가하였다. 휘도가 높고 색조가 양호한 청색광이 나왔다.
<실시예 6-1>
본 발명에 따른 화합물 N-7을 사용한 전계발광 소자 S-N7의 제조
발광 물질 p-쿼터페닐 (PQP)을 본 발명에 따른 화합물 N-7로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1-1에서와 동일한 방식으로 전계발광 소자 S-N7을 제조하였다.
소자를 ITO 전극이 애노드이고, 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극이 캐쏘드이도록 설정하고, 10 V의 직류를 전극을 통해 인가하였다. 자외선이 나왔다.
<실시예 6-2>
본 발명에 따른 화합물 A-3을 사용한 전계발광 소자 S-A3의 제조
발광 물질 p-쿼터페닐 (PQP)을 본 발명에 따른 화합물 A-3으로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1-1에서와 동일한 방식으로 전계발광 소자 S-A3을 제조하였다. 소자를 ITO 전극이 애노드이고, 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극이 캐쏘드이도록 설정하고, 10 V의 직류를 전극을 통해 인가하였다. 엷은 자색광이 나왔다.
<실시예 6-3>
본 발명에 따른 화합물 B-1을 사용한 전계발광 소자 S-B1의 제조
발광 물질 p-쿼터페닐 (PQP)을 본 발명에 따른 화합물 B-1로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1-1에서와 동일한 방식으로 전계발광 소자 S-B1을 제조하였다.
소자를 ITO 전극이 애노드이고, 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극이 캐쏘드이도록 설정하고, 10 V의 직류를 전극을 통해 인가하였다. 자색광이 나왔다.
<실시예 6-4>
본 발명에 따른 화합물 D-3을 사용한 전계발광 소자 S-D5의 제조
발광 물질 p-쿼터페닐 (PQP)을 본 발명에 따른 화합물 D-5로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1-1에서와 동일한 방식으로 전계발광 소자 S-D5를 제조하였다.
소자를 ITO 전극이 애노드이고, 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극이 캐쏘드이도록 설정하고, 10 V의 직류를 전극을 통해 인가하였다. 자색광이 나왔다.
<실시예 6-5>
본 발명에 따른 화합물 F-1을 사용한 전계발광 소자 S-F1의 제조
발광 물질 p-쿼터페닐 (PQP)을 본 발명에 따른 화합물 F-1로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1-1에서와 동일한 방식으로 전계발광 소자 S-F1를 제조하였다.
소자를 ITO 전극이 애노드이고, 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극이 캐쏘드이도록 설정하고, 10 V의 직류를 전극을 통해 인가하였다. 자색광이 나왔다.
<실시예 7-1>
근자외선 또는 자외선 발광 화합물의 평가
본 발명에 따른 색전환 필터 F-2를 색전환 필터의 형광 물질층이 전계발광 소자의 발광면과 마주보도록 각각의 근자외선 또는 자색광을 내는 전계발광 소자 6-1 내지 6-5 및 전계발광 소자 UV-1상에 위치시켰다. 소자를 각각 건조 질소 분위기하에 23 ℃에서 15 V의 직류를 인가하여 빛을 연속 발광하였다.
발광 시작 무렵의 휘도 (cd/㎡) 및 빛의 50%로 감소하는 동안의 시간을 측정하였다. 빛의 휘도는 701번 샘플이 100일 때의 휘도를 상대값으로 하여 기재하고, 휘도의 50% 감소 동안의 시간은 701번 샘플의 반감기가 100일 때의 상대값으로 기재하였다. 실험 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
표 2에 표시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화합물 N-7, A-3, B-1, D-5 및 F-1를 사용한 전계발광 소자 S-N7, S-A3, S-B1, S-D5 및 S-F1은 각각 동일한 색전환 필터를 사용할 때, 통상의 발광 재료 UV-1을 사용한 전계발광 소자에 비해 휘도가 상당히 높고 수명이 개선된 빛을 냈다.
본 발명에 따른 화합물을 사용하여 가시 영역내의 빛을 내는 전계발광 소자를 제조하였다.
<실시예 8-1>
본 발명에 따른 화합물 C-8을 사용한 전계발광 소자 S-C8의 제조
발광 물질 p-쿼터페닐 (PQP)을 본 발명에 따른 화합물 C-8로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1-1에서와 동일한 방식으로 전계발광 소자 S-A3를 제조하였다.
소자를 ITO 전극이 애노드이고, 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극이 캐쏘드이도록 설정하고, 10 V의 직류를 전극을 통해 인가하였다. 청록색광이 나왔다.
<실시예 8-2>
본 발명에 따른 화합물 E-1을 사용한 전계발광 소자 S-E1의 제조
발광 물질 p-쿼터페닐 (PQP)을 본 발명에 따른 화합물 E-1로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1-1에서와 동일한 방식으로 전계발광 소자 S-E1을 제조하였다.
소자를 ITO 전극이 애노드이고, 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극이 캐쏘드이도록 설정하고, 10 V의 직류를 전극을 통해 인가하였다. 녹색광이 나왔다.
<실시예 8-3>
본 발명에 따른 화합물 F-7을 사용한 전계발광 소자 S-F7의 제조
발광 물질 p-쿼터페닐 (PQP)을 본 발명에 따른 화합물 F-7로 대체한 것을 제외하고는 실시예 1-1에서와 동일한 방식으로 전계발광 소자 S-F7을 제조하였다.
소자를 ITO 전극이 애노드이고, 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극이 캐쏘드이도록 설정하고, 10 V의 직류를 전극을 통해 인가하였다. 청색광이 나왔다.
(본 발명에 따른 화합물의 특징의 그와 유사한 공지된 화합물의 특징과의 비교)
<실시예 9-1>
비교용 전계발광 소자 CF-1의 제조
도 1에 나타낸 구조를 갖는 전계발광 소자를 실시예 1-1에서와 동일한 방식으로 제조하였다.
비교용 전계발광 소자 CF-1은 두께 70 nm의 NPB층을 제1층 또는 정공 수송층에 적층하고, 두께 50 nm의 Zn(BOX)층을 제2층 또는 발광층에 적층하고, 두께 30 nm의 OXD-7층을 제3층 또는 전자 수송층에 적층한 것을 제외하고는 전계발광 소자 UV-1에서와 동일한 방식으로 제조하였다.
ITO 전극이 애노드이고, 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극이 캐쏘드이도록 소자를 설정하고, 10 V의 직류를 전극을 통해 인가하였다. 청색광이 나왔다.
<실시예 9-2>
정공 수송 재료로서의 트리아릴아민형 화합물의 특징 비교
전계발광 소자 9201번 내지 9214번은 제1층 NPB중의 정공 수송 재료를 하기 표 3에 나타낸 각각의 화합물로 대체한 것을 제외하고는 실시예 9-1에서 제조된 전계발광 소자 CF-1에서와 동일한 방식으로 제조하였다.
각각 건조 질소 분위기하에 23 ℃에서 애노드로서의 ITO 전극, 및 캐쏘드로서의 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극을 통해 15 V의 직류를 인가하여 소자들을 연속 발광시켰다. 발광 시작 무렵의 휘도 (cd/㎡) 및 빛의 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간을 측정하였다. 빛의 휘도는 9201번 샘플의 휘도가 100일 때의 상대값으로 기재하고, 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간은 9201번 샘플의 반감기가 100일 때의 상대값으로 기재하였다. 실험 결과를 하기 표 3에 나타낸다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 각각 본 발명에 따른 트리아릴아민 화합물을 정공 수송 재료로서 사용한 9207번 내지 9214번 샘플은 모두 발광 휘도가 높고 수명이 길었다.
예를 들어, 3개의 결합축을 지닌 본 발명에 따른 화합물 A-3을 사용한 샘플은 N,N,N-트리-p-터페닐아민을 사용한 9201번 샘플에 비해 휘도가 2배 더 높고 수명이 2배 이상 긴 것으로 나타났다.
또한, 분자내에 3개의 트리아민 잔기 및 3개의 C2대칭 축을 지닌 본 발명에 따른 화합물 A-13을 사용한 9209번 샘플은 각각 화합물 QA-2 및 QA-3을 사용한 9202번 및 9203번 샘플에 비해 휘도가 더 높고 수명이 더 긴 것으로 밝혀졌다.
유사하게, 정공 수송층에 본 발명에 따른 화합물 A-6, A-18, A-19 및 F-1을 사용한 전계발광 소자는 벤지딘 (나프티딘) 유도체인 비교용 화합물 QA-1 및 QA-6에 비해 각각 휘도가 더 높고 발광 수명이 더 길었다.
달리 말하면, 2개 이상의 아트로프 결합축을 함유한 비아릴기를 갖는 본 발명의 트리아릴아민 화합물이 정공 수송 재료로 사용되는 전계발광 소자는 일반적으로, 아트로프 결합축이 존재하는 비아릴기를 갖지 않거나 단지 1개만 갖는 화합물에 비해 정공 수송능이 더 높고 수명이 더 긴 것으로 나타났다.
<실시예 9-3>
정공 수송-발광 재료로서의 트리아릴아민 화합물의 특징 비교
제1층 (정공 수송-발광 층) 및 제3층 (전자 수송층)을 지닌 유기 EL 9300번 내지 9312번을 제2층을 생략한 것을 제외하고는 실시예 9-1 및 9-2의 전계발광 소자에서와 동일한 방식으로 하기와 같이 제조하였다. 단면도는 다음과 같다:
각각 애노드로서의 ITO 전극, 및 은 및 마그네슘으로 이루어진 캐쏘드로서의 마주보는 전극을 통해 건조 질소 분위기하에 23 ℃에서 15 V의 직류를 인가하여 소자들을 연속 발광시켰다. 발광 시작 무렵의 휘도 (cd/㎡) 및 빛의 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간을 측정하였다. 발광 휘도는 9301번 샘플의 휘도가 100일 때의 상대값으로 기재하고, 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간은 9301번 샘플의 반감기가 100일 때의 상대값으로 기재하였다. 실험 결과를 하기 표 4에 나타낸다.
표 4에 나타낸 바와 같이, 비교용 트리아릴아민 화합물인 NPB 및 QA-1 내지 QA-7은 정공 수송 재료 및 발광 재료로서 모두 사용가능한 것으로 이해된다. 그러나, 이들을 사용한 모든 소자들은 휘도가 낮고 수명이 짧았다.
반대로, 본 발명에 따른 아트로프 결합축이 존재하는 2개 이상의 비아릴기를 함유하는 화합물을 사용한 전계발광 소자에 의해 높은 휘도 및 긴 수명을 얻을 수 있었다.
<실시예 9-4>
전자 수송 재료로서의 5원 헤테로시클릭 화합물의 특징 비교
전계발광 소자 9401번 내지 9411번을, 제3층 OXD-7중의 전자 수송 재료를 단지 하기 표 5에 나타낸 화합물로 대체한 것을 제외하고는 전계발광 소자 CF-1에서와 동일한 방식으로 제조하였다.
각각 애노드로서의 ITO 전극, 및 캐쏘드로서의 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극을 통해 건조 질소 분위기하에 23 ℃에서 15 V의 직류를 인가하여 소자들을 연속 발광시켰다. 발광 시작 무렵의 휘도 (cd/㎡) 및 빛의 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간을 측정하였다. 빛의 휘도는 9401번 샘플의 휘도가 100일 때의 상대값으로 기재하고, 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간은 9401번 샘플의 반감기가 100일 때의 상대값으로 기재하였다. 실험 결과를 하기 표 5에 나타낸다.
표 5에 나타낸 바와 같이, 휘도는 통상의 전자 수송 재료를 사용한 9200번, 9401번 및 9402번 샘플에 비해, 각각 5원 헤테로시클릭 화합물을 전계발광 소자의 전자 수송 재료로 사용한 9403번 내지 9411번 샘플에서 상승한 것으로 밝혀졌다. 또한, 소자의 수명도 상당히 개선되었다. 이러한 효과는 각각 아트로프 결합축이 존재하는 1개의 비아릴기를 함유하는 본 발명에 따른 5원 헤테로시클릭 화합물 B-1, B-3, B-7, B-9 및 B-10에 의해 충분히 실현되었다. 그러나, 이러한 효과는 2개의 아트로프 결합축이 존재하는 비아릴기를 함유하는 본 발명에 따른 5원 헤테로시클릭 화합물 B-2, B-8, B-6 및 F-3을 사용할 때, 더 향상되는 것으로 관찰되었다.
<실시예 9-5>
전자 수송-발광 재료로서의 5원 헤테로시클릭 화합물의 특징 비교
제1층 (정공 수송층) 및 제3층 (전자 수송-발광 층)을 지닌 유기 EL 9500번 내지 9511번을 제2층을 생략한 것을 제외하고는 실시예 9-4의 전계발광 소자에서와 동일한 방식으로 하기와 같이 제조하였다.
각각 애노드로서의 ITO 전극, 및 은 및 마그네슘으로 이루어진 캐쏘드로서의 마주보는 전극을 통해 건조 질소 분위기하에 23 ℃에서 15 V의 직류를 인가하여 소자들을 연속 발광시켰다. 발광 시작 무렵의 휘도 (cd/㎡) 및 빛의 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간을 측정하였다. 빛의 휘도는 9501번 샘플의 휘도가 100일 때의 상대값으로 기재하고, 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간은 9501번 샘플의 반감기가 100일 때의 상대값으로 기재하였다. 실험 결과를 하기 표 6에 나타낸다.
표 6에 나타낸 바와 같이, 휘도는 본 발명에 따른 각각의 5원 헤테로시클릭 화합물을 전계발광 소자의 전자 수송-발광 재료로 사용한 9503번 내지 9511번 샘플이 통상의 전저 수송 재료를 사용한 9500번, 9501번 및 9502번 샘플에 비해 상당히 상승한 것으로 밝혀졌다. 또한, 소자의 수명도 상당히 개선되었다. 이러한 효과는 각각 아트로프 결합축이 존재하는 1개의 비아릴기를 함유하는 본 발명에 따른 5원 헤테로시클릭 화합물 B-1, B-3, B-7, B-9 및 B-10에 의해 충분히 실현되었다. 그러나, 이러한 효과는 2개의 아트로프 결합축이 존재하는 비아릴기를 함유하는 본 발명에 따른 5원 헤테로시클릭 화합물 B-2, B-8, B-6 및 F-3을 사용할 때, 더 향상되는 것으로 관찰되었다.
<실시예 9-6>
전자 수송 재료로서의 6원 헤테로시클릭 화합물의 특징 평가
제3층에 함유된 전자 수송 재료 OXD를 단지 하기 표 7에 나타낸 화합물로 대체한 것을 제외하고는 전계발광 소자 9601번 내지 9605번을 실시예 9-1에서 제조한 전계발광 소자 CF-1에서와 동일한 방식으로 하기와 같이 제조하였다.
각각 애노드로서의 ITO 전극, 및 캐쏘드로서의 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극을 통해 건조 질소 분위기하에 23 ℃에서 15 V의 직류를 인가하여 소자들을 연속 발광시켰다. 발광 시작 무렵의 휘도 (cd/㎡) 및 빛의 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간을 측정하였다. 빛의 휘도는 9601번 샘플의 휘도가 100일 때의 상대값으로 기재하고, 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간은 9601번 샘플의 반감기가 100일 때의 상대값으로 기재하였다. 실험 결과를 하기 표 7에 나타낸다.
표 7에 나타낸 바와 같이, 휘도는 통상의 전자 수송 재료를 사용한 9601번 샘플에 비해, 본 발명에 따른 각각의 6원 헤테로시클릭 화합물을 전계발광 소자의 전자 수송 재료로 사용한 9602번 내지 9605번 샘플에서 상당히 상승한 것으로 관찰되었다. 또한, 소자의 발광 수명도 상당히 개선된 것으로 이해된다.
<실시예 9-7>
전자 수송-발광 재료로서의 6원 헤테로시클릭 화합물의 특징 평가
유기 EL 샘플 9701번 내지 9705번을 실시예 9-6에서 제조한 전계발광 소자 9601번 내지 9605번의 제2층 (발광층)을 제거하여 제조하였다.
각각 애노드로서의 ITO 전극, 및 캐쏘드로서의 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극을 통해 건조 질소 분위기하에 23 ℃에서 15 V의 직류를 인가하여 소자들을 연속 발광시켰다. 발광 시작 무렵의 휘도 (cd/㎡) 및 빛의 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간을 측정하였다. 빛의 휘도는 9701번 샘플의 휘도가 100일 때의 상대값으로 기재하고, 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간은 9701번 샘플의 반감기가 100일 때의 상대값으로 기재하였다. 실험 결과를 하기 표 8에 나타낸다.
표 8에 나타낸 바와 같이, 휘도는 통상의 전자 수송 재료를 사용한 9701번 샘플에 비해, 본 발명에 따른 각각의 6원 헤테로시클릭 화합물을 전계발광 소자의 전자 수송-발광 재료로 사용한 9702번 내지 9705번 샘플에서 상당히 상승한 것으로 관찰되었다. 또한, 본 발명의 소자의 발광 수명도 상당히 개선된 것으로 밝혀졌다.
<실시예 9-8>
6원 헤테로시클릭 화합물의 또다른 용도의 예
본 발명에 따른 화합물 C-9가 Alq3과 같은 발광 물질과 함께 형광 도판트로 사용될 때, 통상 사용되는 퀴나크리돈 또는 N,N'-디메틸퀴나크리돈에 비해 높은 휘도 및 긴 수명이 얻어질 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 따른 화합물 C-6은 황록색 발광 물질로 사용가능하다.
<실시예 9-9>
발광 물질로서의 스틸벤 화합물의 특징 비교
제2층중의 발광 물질 Zn(BOX)를 단지 하기 표 9에 나타내는 화합물로 대체한 것을 제외하고는 전계발광 소자 9901번 내지 9908번을 실시예 9-1에서 제조한 전계발광 소자 CF-1에서와 동일한 방식으로 제조하였다.
각각 애노드로서의 ITO 전극, 및 캐쏘드로서의 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극을 통해 건조 질소 분위기하에 23 ℃에서 15 V의 직류를 인가하여 소자들을 연속 발광시켰다. 발광 시작 무렵의 휘도 (cd/㎡) 및 빛의 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간을 측정하였다. 빛의 휘도는 9901번 샘플의 휘도가 100일 때의 상대값으로 기재하고, 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간은 9901번 샘플의 반감기가 100일 때의 상대값으로 기재하였다. 실험 결과를 하기 표 9에 나타낸다.
표 9에 나타낸 바와 같이, 휘도는 통상의 전자 수송 재료를 사용한 9701번 샘플에 비해, 본 발명에 따른 각각의 5원 스틸벤 화합물을 전계발광 소자의 전자 수송 및 발광 재료로 사용한 9902번 내지 9908번 샘플에서 상당히 상승한 것으로 밝혀졌다. 또한, 본 발명의 소자의 발광 수명도 상당히 개선된 것으로 이해된다. 이러한 효과는 각각 아트로프 결합축이 존재하는 1개의 비아릴기를 함유하는 본 발명에 따른 스틸벤 화합물 D-1, D-5, D-8, D-11 및 D-12에 의해 충분히 실현되었다. 그러나, 이러한 효과는 2개의 아트로프 결합축이 존재하는 비아릴기를 함유하는 본 발명에 따른 스틸벤 화합물 D-2 및 D-4를 사용할 때, 더 향상되는 것으로 관찰되었다.
<실시예 9-10>
전자 수송-발광 재료로서의 금속 착체 화합물의 특징 비교
발광 물질 Zn(BOX)2를 하기 표 10에 나타내는 화합물로 대체하고 전자 수송층 또는 제3층을 제거한 것을 제외하고는 정공 수송층 또는 제1층 및 전자 수송-발광층 또는 제2층을 지닌 전계발광 소자 91001번 내지 91008번을 전계발광 소자 CF-1에서와 동일한 방식으로 제조하였다.
각각 애노드로서의 ITO 전극, 및 캐쏘드로서의 은 및 마그네슘으로 이루어진 마주보는 전극을 통해 건조 질소 분위기하에 23 ℃에서 15 V의 직류를 인가하여 소자들을 연속 발광시켰다. 발광 시작 무렵의 휘도 (cd/㎡) 및 빛의 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간을 측정하였다. 빛의 휘도는 91001번 샘플의 휘도가 100일 때의 상대값으로 기재하고, 휘도가 50% 감소하는 동안의 시간은 91001번 샘플의 반감기가 100일 때의 상대값으로 기재하였다. 실험 결과를 하기 표 10에 나타낸다.
표 10에 나타낸 바와 같이, 휘도 효율은 통상의 재료를 사용한 91001번 및 91002번 샘플에 비해, 본 발명에 따른 각각의 금속 착체 화합물을 전계발광 소자의 전자 수송-발광 재료로 사용한 91003번 내지 91007번 샘플에서 상당히 상승한 것으로 관찰되었다. 또한, 본 발명의 소자의 발광 수명도 상당히 개선된 것으로 이해된다. 이러한 효과는 각각 아트로프 결합축이 존재하는 1개의 비아릴기를 함유하는 본 발명에 따른 금속 착체 화합물 D-1, D-5, D-8, D-11 및 D-12에 의해 충분히 실현되었다. 그러나, 이러한 효과는 2개의 아트로프 결합축이 존재하는 비아릴기를 함유하는 본 발명에 따른 스틸벤 화합물 D-2 및 D-4를 사용할 때, 더 향상되는 것으로 관찰되었다. 이러한 비교를 발광 효율에 대해서도 행하였으며, 휘도를 기준으로한 평가는 상이하며, 이는 각각의 소자로부터 나오는 빛의 파장이 상당이 상이하기 때문이다. 소자의 수명은 상당히 개선되었다.
<본 발명에 따른 화합물의 예시적 합성 방법>
화학식 111로 표시되는 2-아릴페닐피리딘 유도체를 문헌 [Shuichi Oi, Susumu Fukita and Yoshio Inoue, Chem. Comumn., 1998, 1439-2440]에 기재된 방법으로 합성할 수 있었다.
각각 본 발명에 따른 비나프틸기를 지닌 여러 화합물들을 전형적으로 하기 반응식 2 내지 반응식 5에 나타낸 과정에 의해 합성할 수 있었다.
하기 반응식 4의 과정에 의한 본 발명에 따른 트리아릴아민 A-18의 합성을 합성의 한 예로서 다음에 나타낸다.
<합성예 1>
4-브로모-1,1'-비나프틸의 합성 (화합물 XX)
2000 ㎖의 4구 플라스크에서, 1,1'-비나프틸 50 g (197 mmol)을 염화메틸렌 600 ㎖에 용해시켰다. 얼음조에서, 염화메틸렌으로 10 배 희석한 브롬의 용액 3.4 ㎖ (65.6 몰, 1/3 당량)를 상기 용액에 적가하였다. 브롬 용액을 적가한 후, 용액을 샘플링하여 고속 액체 크로마토그래피에 의해 반응 속도를 확인하면서 브롬 용액 1/3 당량을 각각 2회에 걸쳐 추가로 첨가하였다. 용액을 하루 종일 교반한 후, 용매를 감압 증류에 의해 제거하였다. 이렇게 수득한 원료를 아세토니트릴을 사용하여 재결정하고, 2회 현탁 세척하였다. 그 결과, 4-브로모-1,1'-비나프틸 43.9 g (67.0%)를 얻었다.
<합성예 2>
500 ㎖의 3구 플라스크에, 4-브로모-1.1'-비나프틸 10 g (30.0 mmol), N,N'-디페닐벤젠 5.05 g (15.0 mmol), 구리 분말 0.48 g (7.50 mmol), 탄산칼륨 4.73 g (34.2 mmol) 및 니트로벤젠 25 ㎖를 넣고 200 ℃에서 30 시간 동안 교반하였다. 반응 후, 용액을 여과하여 무기 물질을 제거하였다. 여액을 물로 세척하고, 황산마그네슘으로 건조하였다. 용매를 증류에 의해 건조된 용액으로부터 제거하였다. 이어서, 생성물을 정제하고, 톨루엔-헥산 혼합물 용매를 사용하여 실리카겔 크로마토그래피로 분리하였다. 그 결과, 5.40 g (65.0 mmol, 43%)을 얻었다.
본 발명의 제1 효과는 본 발명에 따른 유기 리간드에 배위된 희토류 금속 착체 또는 미립 무기 형광 물질을 사용하여 색전환 필터를 수득할 수 있는 것이다. 본 발명의 제2 효과는 본 발명에 따른 색전환 필터 및 기존 근자외선 발광 유기 전계발광 소자의 조합물을 사용하여 빛의 파장을 가시 파장으로 전환시킬 수 있는 것을 확인할 수 있는 것이다. 본 발명의 제3효과는 본 발명의 색전환 필터와 본 발명의 화합물을 사용한 유기 전계발광 소자와의 조합물을 사용하여 적합한 빛을 발하고, 이러한 조합물로부터 나오는 빛의 수명이 길다는 것을 확인할 수 있는 것이다. 본 발명의 제4 효과는 높은 휘도 및 긴 수명 모두가 내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 결합기를 지닌 본 발명의 화합물을 사용한 유기 전계발광 소자에 의해 확인할 수 있다는 것이다.

Claims (39)

  1. 하기 화학식 111로 표시되는 전계발광 재료.
    <화학식 111>
    식 중, Ar은 아릴기이고; A는 탄소 원자, 질소 원자, 황 원자 또는 산소 원자이고; X는 A 및 N과 함께 5원 또는 6원의 질소 함유 방향족 헤테로시클릭 고리를 형성하는데 필요한 원자들의 군이고; Y는 5원 또는 6원의 방향족 탄화수소 또는 방향족 헤테로시클릭 고리를 형성하는데 필요한 원자들의 군이되, 단 상기 식 중의 C-N, C-A 또는 C-C 결합은 단일 결합 또는 이중 결합이고, R은 수소 원자, 치환체 또는 Ar이다.
  2. 하기 화학식 1a로 표시되는 전계발광 재료.
    <화학식 1a>
    식 중, Ar11, Ar12및 Ar13은 각각 아릴기 또는 방향족 헤테로시클릭기이고; 화학식 1a로 표시된 화합물내에는 2개 이상의 내부 회전 이성질성을 제공하는 결합을 지닌 비아릴기가 존재한다.
  3. 하기 화학식 1b로 표시되는 전계발광 소자.
    <화학식 1b>
    식 중, Ar21, Ar22및 Ar23은 각각 내부 회전 이성질성을 제공하는 C2회전 대칭 결합을 지닌 아릴기 또는 방향족 헤테로시클릭기이다.
  4. 하기 화학식 1c로 표시되는 전계발광 재료.
    <화학식 1c>
    식 중, Ar31, Ar32및 Ar33은 각각 아릴기 또는 방향족 헤테로시클릭기이되, 단 Ar31, Ar32및 Ar33중 2개 이상은 각각 1,1'-비나프틸 잔기를 지닌 아릴기이다.
  5. 하기 화학식 2a로 표시되는 전계발광 재료.
    <화학식 2a>
    식 중, Ar41및 Ar42는 각각 독립적으로 아릴기 또는 방향족 헤테로시클릭기이고; L11, L12및 L13은 각각 방향족 헤테로시클릭 고리를 형성하는데 필요한 원자들의 군이되, 단 L11, L12및 L13중 1개 이상은 =N-, -N(R41)-, -S- 또는 -O-이고; R41은 수소 원자 또는 치환체이되, 단 Ar41, Ar42및 R41중 1개 이상은 내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 결합을 지닌 비아릴기이거나 또는 이러한 비아릴기를 지닌 기이다.
  6. 하기 화학식 3a로 표시되는 전계발광 재료.
    <화학식 3a>
    식 중, Ar51은 아릴기 또는 방향족 헤테로시클릭기이고; n은 0 내지 6의 정수이고; L21, L22, L23, L24, L25및 L26은 6원의 질소 함유 방향족 헤테로시클릭기를 형성하는데 필요한 원자들의 군이되, L21, L22, L23, L24, L25및 L26중 1개 이상은 =N- 또는 -N(R51)-이고; R51은 수소 원자 또는 치환체이되, 단 Ar51및 R51중 1개 이상은 내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 결합을 지닌 비아릴기이거나 또는 이러한 비아릴기를 함유한 기이다.
  7. 하기 화학식 4a으로 표시되는 전계발광 재료.
    <화학식 4a>
    식 중, Ar61및 Ar62는 각각 아릴기 또는 방향족 헤테로시클릭기이고; R61및 R62는 각각 수소 원자 또는 치환체이되, 단 Ar61, Ar62, R61및 R62중 1개 이상은 내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 결합을 지닌 비아릴기이거나 또는 이러한 비아릴기를 함유한 기이다.
  8. 하기 화학식 5a로 표시되는 전계발광 재료.
    <화학식 5a>
    식 중, M은 1가 내지 4가의 이온화 상태 (즉, 1가 내지 4가 이온을 제공함)를 취할 수 있는 금속 원자이고; n'는 1 내지 4의 자연수이고; L71 -은 M과 이온 결합을 형성할 수 있고 M에 배위할 수 있는 부위를 지닌 1가 음이온이고; m은 n'와 동일하거나 또는 그보다 작은 자연수이고; R71 -은 M과 이온 결합을 형성할 수 있는 1가 음이온이되, 단 L71 -및 R71 -중 1개 이상은 내부 회전 이성질성을 제공할 수 있는 결합을 지닌 비아릴기의 잔기를 함유한 기이다.
  9. 하기 화학식 6a 및 6b로 표시되는 전계발광 재료.
    <화학식 6a>
    <화학식 6b>
    식 중, Z1및 Z2는 각각 독립적으로 발광 화합물의 1가 잔기이고; Z3은 발광 화합물의 k가 잔기이고; k는 1 내지 8의 자연수이고, x는 1 내지 3의 자연수이고; y는 0 내지 3의 정수이고; R81및 R82는 각각 독립적으로 치환체이고; n은 0 내지 4의 정수이고; m은 0 내지 4의 정수이다.
  10. 하기 화학식 7a로 표시되는 4-할로-1,1'-비나프틸 유도체를 원료로 사용하여 제조되고, 재료의 분자내에 하기 화학식 7b로 표시되는 1가의 비아릴기를 함유하는 화합물인 전계발광 재료.
    <화학식 7a>
    <화학식 7b>
    식 중, X91은 할로겐 원자이고; R91및 R92는 각각 치환체이고, n은 0 내지 4의 정수이고; m은 0 내지 4의 정수이다.
  11. 전계발광 재료, 및 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장과 상이한 빛을 낼 수 있는 무기 형광 물질을 포함하는 전계발광 소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 무기 형광 물질이 졸-겔 방법으로 제조된 무기 형광 물질인 전계발광 소자.
  13. 제11항에 있어서, 상기 무기 형광 물질로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장의 범위가 400 nm 내지 700 nm인 전계발광 소자.
  14. 제11항에 있어서, 상기 무기 형광 물질로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장의 범위가 600 nm 내지 700 nm인 전계발광 소자.
  15. 제11항에 있어서, 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장이 430 nm 이하인 전계발광 소자.
  16. 제11항에 있어서, 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장의 범위가 400 nm 내지 430 nm인 전계발광 소자.
  17. 제11항에 있어서, 상기 전계발광 재료가 유기 LED (발광 다이오드) 재료인 전계발광 소자.
  18. 제11항에 있어서, 전계발광 재료가 무기 LED 재료인 전계발광 소자.
  19. 제11항에 있어서, 상기 전계발광 재료가 각각 제1 내지 9항 기재의 화학식 111, 화학식 1a, 1b, 1c, 2a, 3a, 4a, 5a, 6a 및 6b로 표시되는 화합물들로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 및 제10항 기재의 화합물인 것인 전계발광 소자.
  20. 전계발광 재료, 및 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장과 상이한 빛을 낼 수 있는 희토류 금속 착체 형광 물질을 포함하는 전계발광 소자.
  21. 제20항에 있어서, 희토류 금속 착체 형광 물질로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장의 범위가 400 nm 내지 700 nm인 전계발광 소자.
  22. 제20항에 있어서, 희토류 금속 착체 형광 물질로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장의 범위가 600 nm 내지 700 nm인 전계발광 소자.
  23. 제20항에 있어서, 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장이 430 nm 이하인 전계발광 소자.
  24. 제20항에 있어서, 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 최대 발광 파장의 범위가 400 nm 내지 430 nm인 전계발광 소자.
  25. 제20항에 있어서, 상기 전계발광 재료가 유기 LED 재료인 전계발광 소자.
  26. 제20항에 있어서, 상기 전계발광 재료가 무기 LED 재료인 전계발광 소자.
  27. 제20항에 있어서, 상기 전계발광 재료가 각각 제1 내지 9항 기재의 화학식 111, 화학식 1a, 1b, 1c, 2a, 3a, 4a, 5a, 6a 및 6b로 표시되는 화합물들로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물 및 제10항 기재의 화합물인 것인 전계발광 소자.
  28. 기판과, 기판상에 구비된 1종 이상의 전계발광 재료를 함유하는 층 및 색전환 층을 포함하며, 이 때 색전환 층은 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 400 내지 500 nm인 빛을 낼 수 있는 무기 형광 물질, 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 501 내지 600 nm인 빛을 낼 수 있는 무기 형광 물질, 및 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 601 내지 700 nm인 빛을 낼 수 있는 무기 형광 물질을 함유하는 것인 전계발광 소자.
  29. 기판과, 기판상에 구비된 전계발광 재료를 함유하는 층 및 색전환 층을 포함하며, 이 때 색전환 층은 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 400 내지 500 nm인 빛을 낼 수 있는 희토류 금속 착체 형광 물질, 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 501 내지 600 nm인 빛을 낼 수 있는 희토류 금속 착체 형광 물질, 및 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 601 내지 700 nm인 빛을 낼 수 있는 희토류 금속 착체 형광 물질을 함유하는 것인 전계발광 소자.
  30. 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 400 내지 700 nm인 빛을 낼 수 있는 1종 이상의 무기 형광 물질을 포함하는 색전환 필터.
  31. 제30항에 있어서, 상기 무기 형광 물질이 졸-겔 방법에 의해 제조된 무기 형광 물질인 것인 색전환 필터.
  32. 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 400 내지 500 nm인 빛을 낼 수 있는 무기 형광 물질, 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 501 내지 600 nm인 빛을 낼 수 있는 무기 형광 물질, 및 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 601 내지 700 nm인 빛을 낼 수 있는 무기 형광 물질을 포함하는 색전환 필터.
  33. 제32항에 있어서, 무기 형광 물질 중 하나 이상이 졸-겔 방법에 의해 제조된 무기 형광 물질인 것인 색전환 필터.
  34. 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 400 내지 700 nm인 빛을 낼 수 있는 희토류 금속 착체 형광 물질을 포함하는 색전환 필터.
  35. 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 400 내지 500 nm인 빛을 낼 수 있는 희토류 금속 착체 형광 물질, 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 501 내지 600 nm인 빛을 낼 수 있는 희토류 금속 착체 형광 물질, 및 전계발광 재료로부터 나오는 빛의 흡수시 최대 발광 파장이 601 내지 700 nm인 빛을 낼 수 있는 희토류 금속 착체 형광 물질을 포함하는 색전환 필터.
  36. 졸-겔 방법에 의해 제조된 무기 형광 물질을 사용하여 적색광보다 더 짧은 파장 영역의 빛을 적색광으로 전환시키는 것을 포함하는 색전환 방법.
  37. 희토류 금속 형광 물질을 사용하여 적색광보다 더 짧은 파장 영역의 빛을 적색광으로 전환시키는 것을 포함하는 색전환 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 희토류 금속 착체의 최대 흡수 파장이 340 nm 이상인 색전환 방법.
  39. 하기 화학식 10으로 표시되는, 1종 이상의 음이온성 리간드를 함유하는 희토류 금속 착체 형광 물질.
    <화학식 10>
    식 중, R101은 수소 원자 또는 치환체이고; Y101은 산소 원자, 황 원자 또는 -N(R102) (여기서, R102는 수소 원자 또는 치환체임)이고; Z101은 4원 내지 8원 고리를 형성하는데 필요한 원자들의 군이다.
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