KR20070043825A - 페난트롤린 유도체 및 이를 이용하는 발광소자 및 발광장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

전자주입층으로 이용될 수 있는 새로운 물질을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 또한 전극재료 선택에 있어서 선택을 넓힐 수 있게 하는 발광소자를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 본 발명의 양상은 일반식(2)으로 표현되는 전자주입재료이다. 일반식(2)에서, 상기 R6은 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알킬 그룹, 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알케닐 그룹, 및 6 ~ 10개의 탄소원자를 갖는 아릴 그룹으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 여기서, 알케닐 그룹 및 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있다.
Figure 112007011329658-PCT00017
페난트롤린 유도체, 발광소자, 발광장치, 전자주입재료

Description

페난트롤린 유도체 및 이를 이용하는 발광소자 및 발광장치{Phenanthroline derivative and light emitting element and light emitting device using the same}
본 발명은 전자주입재료에 이용될 수 있는 페난트롤린 유도체 (phenanthroline derivative)와 관련되고, 상기의 페난트롤린 유도체를 이용하는 발광소자 및 상기의 페난트롤린 유도체를 이용하는 발광장치에 관련된다.
오늘날, 표시(diaplay) 등에 이용되는 많은 발광소자들은 발광재료를 포함하는 층이 전극들의 쌍 사이에 삽입되는 구조를 갖는다. 그러한 발광소자의 경우에, 하나의 전극으로부터 주입된 전자 및 다른 전극으로부터 주입된 정공의 재결합으로 형성되는 여기자(exciton)가 바닥상태로 돌아갈 때, 빛이 방출된다.
발광소자의 분야에서, 높은 발광효율과 같은 유리한 특성들을 갖는 발광소자를 얻기 위해서 다양한 연구들이 행하여져 왔다.
예를 들면, 특허 참조 1에서, 페난트롤린 유도체를 갖는 유기 전자발광소자(organic electroluminescent element)가 발표되었다. 특허 문서 1에 기술된 소 자에서, 페난트롤린 유도체는 전자수송층으로 이용된다. 그러나, 특허 문서 1에 기술된 소자의 경우에, 마그네슘(Mg)-은(Ag) 합금이 실시예들에서의 전극으로 이용될 때 유리한 특성들이 얻어질 수 있는 반면에, 알루미늄으로 구성된 전극이 이용될 때는 전자들이 전자수송층으로 잘 주입되지 않아 구동 전압을 더 크게 할 가능성이 있다.
(특허 참조 1) 일본특허공개공보 No. 5-331459
전자주입재료로 이용되는 새로운 물질을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 또한 전극재료에 있어서 선택을 넓힐 수 있는 발광소자를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 하나의 양상은 일반식(1)으로 표현되는 페난트롤린 유도체이다.
Figure 112007011329658-PCT00001
일반식(1)에서, R1 ~ R5 각각은, 수소원자, 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알킬 그룹(alkyl group) 및 할로겐 그룹(halogen group)으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 양상은 일반식(2)으로 표현되는 전자주입재료이다.
Figure 112007011329658-PCT00002
일반식(2)에서, 상기 R6은 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알킬 그룹, 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알케닐 그룹(alkenyl group), 및 6 ~ 10개의 탄소원자를 갖는 아릴 그룹(aryl group)으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 여기서, 알케닐 그룹 및 아릴 그룹은 치환기(sunstituent)를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 일반식(3)에 의해 표현되는 페난트롤린 유도체 및 알칼리 금속 및 알칼리 토금속으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 층을 갖는 발광소자이다.
Figure 112007011329658-PCT00003
일반식(3)에서, 상기 R7은 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알킬 그룹, 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알케닐 그룹, 및 6 ~ 10개의 탄소원자를 갖는 아릴 그룹으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 여기서, 알케닐 그룹 및 아릴 그룹은 치환기를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 전극들의 쌍 사이에 일반식(3)에 의해 표현되는 페난트롤린 유도체 및 알칼리 금속 및 알칼리 토금속으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 갖는 층을 갖는 발광소자이다.
본 발명에 따르면, 전자주입재료로 이용되는 새로운 물질이 얻어질 수 있고 따라서 재료 선택이 넓어진다. 본 발명에 따르면, 전자들을 주입할 수 있는 전자주입재료는 알칼리금속 및 알칼리토금속과의 결합에서 새로운 물질을 이용함으로써 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 음극으로 기능하는 전극은 높은 일함수(work function)를 갖는 물질의 이용으로 형성될 수 있고, 따라서 전극재료에 있어서 선택을 넓힐 수 있는 발광소자가 얻어질 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 낮은 전력 소비로 구동되는 발광장치가 얻어질 수 있다.
도 1 은 본 발명의 발광소자의 구조를 도시한 도면.
도 2 는 본 발명의 발광소자를 제조하는 방법을 도시한 도면.
도 3 은 본 발명이 적용되는 발광장치를 도시한 도면.
도 4 는 본 발명이 적용되는 발광장치에 포함되는 회로를 도시한 도면.
도 5 는 본 발명이 적용되는 발광장치의 상면도.
도 6 은 본 발명이 적용되는 발광장치의 프레임마다의 동작을 도시한 도면.
도 7a ~ 7c 는 본 발명이 적용되는 발광장치들의 단면도.
도 8a ~ 8c 는 본 발명이 적용되는 전자기기들의 도면.
도 9 는 본 발명의 발광소자의 전압-휘도 특성을 도시한 도면.
도 10 은 본 발명의 발광소자의 휘도-전류효율 특성을 도시한 도면.
도 11 은 본 발명의 발광소자의 전압-휘도 특성을 도시한 도면
도 12 는 본 발명의 발광소자의 휘도-전류효율 특성을 도시한 도면.
본 발명의 실시예들이 아래에 기술될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 서로 다른 형태들로 구체화될 수 있고, 변화들 및 변형들이 본 발명의 범위에 어긋나지 않는다면 다양한 변화 및 변형들이 당업자에게 자명할 것이라는 것은 쉽게 이해될 것이다.
(실시형태 1)
본 발명의 페난트롤린 유도체의 양상은 구조식 (4) ~ (7)으로 표현된다.
Figure 112007011329658-PCT00004
Figure 112007011329658-PCT00005
Figure 112007011329658-PCT00006
Figure 112007011329658-PCT00007
구조식 (4) ~ (7)로 표시되는 페난트롤린 유도체는 다음 합성방법(a-1)에 따라 합성될 수 있다.
Figure 112007011329658-PCT00008
합성방법(a-1)에서, R8 및 R10 각각은 수소원자, 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알킬 그룹, 및 할로겐 그룹으로 구성된 그룹으로부터 선택된다.
본 발명에서의 페난트롤린 유도체는 전자주입층을 형성하기 위한 전자주입재료로서 이용될 수 있다. 또한 본 발명은 전자주입층을 형성하기 위해 이용되는 재 료에 대한 선택을 넓힌다.
(실시형태 2)
본 발명의 발광소자의 실시예는 도 1을 참조하여 기술된다.
도 1은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 사이에 발광층(113)을 갖는 발광소자를 도시한 도면이다.
이러한 발광소자에서, 제 1 전극(101)으로부터 방출되는 정공 및 제 2 전극(102)으로부터 방출되는 전자는 발광층(113)에서 재결합되어 발광물질을 여기상태로 가져간다. 다음, 발광물질이 여기상태에서 바닥상태로 되돌아갈 때 빛이 방출된다. 본 실시예의 발광소자에서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)이 각각 양극(anode) 및 음극(cathode)으로 기능한다는 점, 및 발광물질은 양호한 발광효율을 가지고 희망하는 발광파장의 발광을 얻을 수 있는 물질인 것이 주의된다.
여기서, 발광층(113)은 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 발광층(113)은 발광물질보다 더 큰 에너지 갭(energy gap)을 갖는 물질로 구성된 층에서 분산되도록 발광물질이 포함된 층인 것이 바람직하다. 이것은 발광물질 자체의 농도 때문에 발광물질로부터의 소광(消光, quenching of luminescence)을 막을 수 있게 한다. 에너지 갭은 LUMO 갭 및 HOMO 갭 사이의 에너지 갭을 나타낸다는 것이 주의된다.
발광물질이 특별히 한정되지 않는다. 이에 대해 발광효율에서 우수하고 및 희망하는 발광파장의 발광을 얻을 수 있는 물질이 이용될 수 있다. 예를 들면, 적색계의 발광이 얻어지도록 희망될 때, 600nm부터 680nm까지의 발광 스펙트럼 피크 를 갖는 발광을 얻는 4 - 디시아노메틸렌 - 2 - 이소프로필 - 6 - [2 - (1, 1, 7, 7 - 테트라메틸 - 9 - 주로리딜) - 에테닐] - 4H - 피란 (약어: DCJTI), 4 - 디시아노메틸렌 - 2 - 메틸 - 6 - [2 - (1, 1, 7, 7 - 테트라메틸 - 9 - 주로리딜) - 에테닐] - 4H - 피란 (약어: DCJT), 4 - 디시아노메틸렌 - 2 - 테트 - 부틸 - 6 - [2 - (1, 1, 7, 7 - 테트라메틸 - 9 - 주로리딜) - 에테닐] - 4H - 피란 (약어: DCJTB), 페리플란틴(periflanthene) 또는 2, 5 - 디시아노 - 1, 4 - 비스 - [2 - (10 - 메톡시 - 1, 1, 7, 7 - 테트라메틸-9 - 주도리딜) - 에테닐] - 벤젠과 같은 물질이 이용될 수 있다. 녹색계의 발광이 얻어지도록 희망될 때, 500nm에서 550nm까지의 발광 스펙트럼 피크를 갖는 발광을 얻는 N, N' - 디메틸퀴나크리돈 (약어: DMQd), 쿠마린 6, 쿠마린 545T, 또는 트리 (8 - 퀴놀리노라토) 알루미늄 (약어: Alq3),과 같은 물질이 이용될 수 있다. 청색계의 발광이 얻어지도록 희망될 때, 420nm에서 500nm까지의 발광 스펙트럼 피크를 갖는 발광을 얻는 9, 10 - 디 (2 - 나프틸) - 2 - 테트 - 부틸안트라센 (약어: t-BuDNA), 9, 9' - 비안트릴, 9, 10 - 디페닐안트라센 (약어: DPA), 9, 10 - 디 (2 - 나프틸) 안트라센 (약어: DNA), 비스 (2 - 메틸 - 8 - 퀴놀리노라토) - 4 - 페닐페놀라토 - 갈륨 (약어: BGaq), 또는 비스 (2 - 메틸 - 8 - 퀴놀리노라토) - 4 - 페닐페놀라토 - 알루미늄 (약어: BAIq)과 같은 물질이 이용될 수 있다.
발광물질을 분산시키기 위하여 이용되는 재료는 특별히 한정되지 않는다. 9, 10 - 디 (2 - 나프틸) - 2 - 테트 - 부틸안트라센 (약어: t-BuDNA)과 같은 안트라 센(anthracene) 유도체 및 4, 4' - 비스 (N - 카바졸릴) - 비페닐 (약어: CBP)와 같은 카르바졸(carbazole) 유도체, 비스 [2 - (2' - 히드록시페닐) - 피리디나토] zinc (약어: Znpp2) 및 비스 [2 - (2' - 히드록시페닐) - 벤족사졸라톨] 아연 (약어: ZnBOX)과 같은 금속 합성물(metal complexes)이 이용될 수 있다.
제 1 전극(101)이 특별히 제한되어 있지 않더라도, 본 발명의 실시예에서 제 1 전극(101)이 양극으로 기능할 때, 더 큰 일함수를 갖는 재료를 이용하여 제 1 전극(101)이 형성되는 것이 바람직하다. 특별히, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide : ITO)이외에도, 실리콘 산화물을 포함하는 인듐 주석 산화물, 2 내지 20%의 아연 산화물을 포함하는 인듐 산화물, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 등이 이용될 수 있다. 제 1 전극(101)은 예를 들면, 스퍼터링(sputtering) 또는 증착(evaporation)에 의해 형성될 수 있다.
또한, 제 2 전극(102)이 특별히 제한되어 있지 않더라도, 본 발명의 실시예에서 제 2 전극(102)이 음극으로 기능할 때, 더 작은 일함수를 갖는 재료를 이용하여 제 2 전극(102)이 형성되는 것이 바람직하다. 특별히, 알루미늄 등을 이용하는 것이 바람직하고, 리튬(Li) 또는 마그네슘(Mg)과 같은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 알루미늄에 포함되는 것이 바람직하다. 제 2 전극(102)은 예를 들면, 스퍼터링 또는 증착에 의해 형성될 수 있다.
더욱이, 방출된 빛을 외부로 추출하기 위해서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전 극(102)의 어느 하나 또는 모두는 인듐 주석 산화물 같은 재료로 구성된 전극 또는 수~수십nm의 두께가 되어 가시광선이 투과될 수 있도록 형성된 전극인 것이 바람직하다.
또한 정공수송층(112)은 도 1에서 도시된 바와 같이, 제 1 전극(101) 및 발광층(113) 사이에 제공될 수 있다. 여기서, 정공수송층은 제 1 전극(101)으로 부터 주입되는 정공을 발광층(113)으로 수송하는 기능을 갖는 층이다. 이러한 방법으로 제 1 전극(101)을 발광층(113)으로부터 떨어져 있도록 하는 정공수송층(112)을 제공함으로써, 금속으로 인한 소광이 예방될 수 있다.
정공수송층(112)은 특별히 제한되지 않는다, 예를 들면, 4, 4' - 비스 [N - (I -나프틸) - N - 페닐 - 아미노] - 비페닐 (약어: α-NPD), 4, 4' - 비스 [N - (3 - 메틸페닐) - N - 페닐 - 아미노] - 비페닐 (약어: TPD), 4, 4', 4" - 트리 (N, N - 디페닐 - 아미노) - 트리페닐아민 (약어: TDATA), 또는 4, 4', 4" - 트리 [N - (3 - 메틸페닐) - N - 페닐 - 아미노] - 트리페닐아민 (약어: MTDATA)과 같은 방향족 아민 화합물(즉, 벤젠 고리-질소의 결합을 포함하는 화합물)을 이용하여 형성된 층을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 정공수송층(112)은 위에서 언급된 재료를 각각 포함하는 두 개 이상의 층을 결합하여 형성된 다층 구조를 갖는 층일 수도 있다.
더욱이, 전자수송층(114)은 도 1에서 도시된 바와 같이, 제 2 전극(102) 및 발광층(113) 사이에 제공될 수 있다. 여기서, 전자수송층은 제 2 전극(102)으로 부터 주입되는 전자를 발광층(113)으로 수송하는 기능을 갖는 층이다. 이러한 방법으 로 제 2 전극(102)을 발광층(113)으로부터 떨어져 있도록 하는 전자수송층(114)을 제공함으로써, 금속으로 인한 소광이 예방될 수 있다.
전자수송층(114)은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 트리 (8 - 퀴놀리노라토) 알루미늄 (약어: Alq3), 트리 (4 - 메틸 - 8 - 퀴놀리노라토) 알루미늄 (약어: Almq3), 비스 (10 - 히드록시벤조 [h] 퀴놀리나토) 베릴륨 (약어: BeBq2), 또는 비스 (2 - 메틸 - 8 - 퀴놀리노라토) - 4 - 페닐페놀라토 - 알루미늄 (약어: BAIq)과 같은 퀴놀린(quinoline) 골격 또는 벤조퀴놀린(benzoquinoline) 골격을 포함하는 금속 화합물을 이용하여 형성된 층을 이용하는 것이 가능하다.
또한 비스 [2 - (2' - 히드록시페닐) - 벤족사졸라톨] 아연 (약어: ZnBOX) 또는 비스 [2 - (2' - 히드록시페닐) - 벤조티아졸라토] 아연 (약어: Zn(BTZ)2)과 같은 옥사졸 리간드 또는 티아졸-베이스 리간드를 포함하는 금속 화합물을 이용하여 형성된 층이 이용될 수 있다. 또한 2 - (4 - 비페닐릴) - 5 - (4 - 테트 - 부틸페닐) - 1, 3, 4 - 옥사디아졸 (약어: PBD), 1, 3 - 비스 [5 - (p - 테트 - 부틸페닐) - 1, 3, 4 - 옥사디아졸 - 2 - 일] 벤젠 (약어: OXD-7), 3 - (4 - 테트 - 부틸페닐) - 4 -페닐 - 5 - (4 - 비페닐릴) - 1, 2, 4 - 트리아졸 (약어: TAZ), 3 - (4 - 테트 - 부틸페닐) - 4 - (4 - 에틸페닐) - 5 - (4 - 비페닐릴) - 1, 2, 4 - 트리아졸 (약어: p-EtTAZ), 바소페난트롤린 (약어: BPhen), 바소쿠프로인 (약어: BCP) 또는 등등을 이용하여 형성된 층이 이용될 수 있다. 위에서 기술된 바와 같이 전자의 이동도(mobility)가 정공의 이동도보다 큰 물질을 이용하여 전자수송층(114)을 형성 하는 것이 바람직하다. 또한 10-6㎠/V 또는 그 이상의 전자 이동도를 갖는 물질을 이용하여 전자수송층(114)을 형성하는 것이 바람직하다. 또한 전자수송층(114)은 위에서 언급된 물질을 각각 포함하는 두 개 또는 그 이상의 층을 결합하여 형성된 다층구조를 갖는 층일 수 있다.
또한 정공주입층은 도 1에서 도시된 바와 같이 제 1 전극(101) 및 정공수송층(112) 사이에 제공된다. 여기서, 정공주입층은 양극으로 기능하는 전극으로부터정공수송층(112)으로 정공주입을 도와주는 기능을 갖는 층이다.
정공주입층(111)은 특별히 제한되지 않는다. 또한 예를 들면, 몰리브덴 산화물(MoOx), 바나듐 산화물(VOx), 루테늄 산화물(RuOx), 텅스텐 산화물(WOx), 망간 산화물(MnOx)과 같은 금속 산화물의 이용으로 형성된 층을 이용하는 것이 가능하다. 또한 정공주입층(111)은 프탈록시아닌(H2Pc), 구리프탈록시아닌(CuPc)과 같은 프탈록시아닌 화합물, 4, 4' - 비스 [N - {4 - (N, N - 디 - m - 톨릴아미노) 페닐} - N - 페닐아미노] 비페닐 (약어: DNTPD)과 같은 방향족 아민 화합물, 또는 폴리(에틸렌디옥시티노펜)/폴리(스티렌 설포네이트)수용액(PEDOT/PSS)과 같은 폴리머의 이용으로 형성될 수 있다.
또한 전자주입층(115)은 도 1에서 도시된 바와 같이 제 2 전극(102) 및 전자수송층(114) 사이에 제공될 수 있다. 여기서, 전자주입층은 음극으로서 기능하는 전극으로부터 전자수송층(114)으로 전자주입을 도와주는 기능을 갖는 층이다. 발광층으로 전자의 주입이, 어떠한 전자 수송층도 특별히 제공되지 않는 때에, 전자주 입층을 음극으로 기능하는 전극 및 발광층 사이에 제공함으로써 도움받을 수 있다는 점이 주의된다.
전자주입층(115)은 본 발명의 페난트롤린 유도체를 포함하는 층이다. 전자주입층(115)이 특별히 제한되지 않더라도, 전자주입층(115)은 다음의 일반식(8)에 의해 표현되는 페난트롤린 유도체 및 리튬과 같은 알칼리 금속 및 마그네슘과 같은 알칼리 토금속 중의 하나를 포함하는 층인 것이 바람직하다. 또한 일반식(8)에 의해 표현되는 페난트롤린 유도체 중에서 다음의 구조식(4)~(7), (9) 및 (10)중 하나에 의해 표현되는 페난트롤린 유도체인 것이 바람직하다. 위에서 기술된 바와 같이, 전자주입층(115)을 형성하기 위한 전자주입재료로 일반식(8)에 의해 표현되는 페난트롤린 유도체를 이용함으로써, 제 2 전극(102)이 더 큰 일함수를 갖는 물질의 이용으로 형성될 때도, 잘 구동되는 발광소자가 얻어질 수 있다. 그 때문에 예를 들면, 또한 전극재료로서 인듐 주석 산화물을 이용하는 것이 더 쉬울 수도 있고, 따라서 전극재료에 대한 선택이 넓어진다. 또한 전자주입층(115)을 형성하기 위한 전자주입재료로서 일반식(8)에 의해 표현되는 페난트롤린 유도체를 이용함으로써, 제 2 전극(102)이 마그네슘을 함유하는 은 또는 리튬을 함유하는 알루미늄과 같은 고가의 재료가 아닌 알루미늄과 같은 저가의 재료를 이용하여 형성될 때에도, 잘 구동되는 발광소자가 얻어질 수 있다.
Figure 112007011329658-PCT00009
일반식(8)에서, R9는 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알킬 그룹, 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알케닐 그룹, 및 6 ~ 10개의 탄소원자를 갖는 아릴 그룹으로 구성된 그룹으로부터 선택되고, 여기서 알케닐 그룹 및 아릴 그룹은 치환기(substituent)를 가질 수 있다.
Figure 112007011329658-PCT00010
상기 기술된 본 발명의 발광소자로, 정공주입층(111), 정공수송층(112), 발광층(113), 전자수송층(114), 및 전자주입층(115) 각각은 증착, 잉크젯(inkjet), 및 코팅(coating) 방법 중 하나를 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)은 스퍼터링 및 증착 방법 중 하나를 이용하여 형성될 수 있다.
상기 기술된 본 발명의 발광소자는 효율적으로 전자주입을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 발광소자는 낮은 구동 전압에서 구동된다. 또한 본 발명의 발광소자는 전극 재료의 선택에 있어서 넓은 범위를 갖기 때문에, 저가의 재료를 이용하여 전극이 형성될 수 있다. 따라서 본 발명의 발광소자는 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.
(실시형태 3)
도 2에서 기술된 바와 같이, 본 발명의 발광소자는 전자주입을 효율적으로 수행할 수 있고 낮은 구동전압에서 구동된다. 따라서, 본 발명의 발광소자를 화소부 등에 적용함으로써 저전력소비로 구동되는 발광장치가 얻어질 수 있다. 또한, 본 발명의 발광소자는 저렴한 비용으로 제조될 수 있기 때문에, 본 발명의 발광소자를 화소부 등에 적용함으로써 저가의 발광장치가 제조될 수 있다.
이 실시형태에서, 표시기능을 갖는 발광장치의 회로구성 및 구동방법은 도 3 ~ 6을 참고하여 기술될 것이다.
도 3은 본 발명이 적용되는 발광장치의 개략적인 상면도이다. 도 3에서, 화소부(6511), 소스신호선구동회로(6512), 기록용게이트신호선구동회로(6513), 및 소거용게이트신호선구동회로(6514)가 기판(6500)위에 제공된다. 소스신호선구동회로(6512), 기록용게이트신호선구동회로(6513), 및 소거용게이트신호선구동회로(6514) 각각은 배선들을 통해 외부입력단인 FPC(플렉서블 프린트 서킷 Flexible Printed Circuit)(6503)에 접속된다. 더욱이, 소스신호선구동회로(6512), 기록용게이트신호선구동회로(6513), 및 소거용게이트신호선구동회로(6514) 각각은 FPC(6503)으로부터 비디오 신호, 클락 신호, 스타트 신호, 및 리셋 신호와 같은 신호들을 수신한다. 또한 프린트배선기판(PBW)(6504)은 FPC(6503)에 부착된다. 위에서 기술된 바와 같이 화소부(6511)가 제공되는 같은 기판위에 구동회로부를 제공하는 것이 항상 필요한 것은 아니라는 점이 주의된다. 예를 들면, 배선 패턴이 형성된 FPC 위에 IC칩을 가진 TCP를 이용함으로써 구동회로부가 기판 외부에 제공될 수 있다.
화소부(6511)에서, 열방향으로 확장하는 복수의 소스신호선들이 행방향으로 배열되고, 전류공급선은 행방향으로 배열되고, 및 행방향으로 확장하는 복수의 게이트신호선들은 열방향으로 배열된다. 또한, 화소부(6511)에서, 발광소자를 각각 포함하는 복수의 회로들이 배열된다.
도 4는 하나의 화소를 동작하기 위한 회로를 도시하는 도면이다. 도 4에서 도시된 회로는 제 1 트랜지스터(901), 제 2 트랜지스터(902), 및 발광소자(903)를 포함한다.
제 1 트랜지스터(901) 및 제 2 트랜지스터(902) 각각은 게이트 전극, 드레인 영역 및 소스 영역을 포함하는 세 개의 단자를 갖는 소자이고 드레인 영역 및 소스 영역 사이에 채널 영역을 포함한다. 여기서 소스 영역 및 드레인 영역은 트랜지스터의 구조 또는 동작상태들에 따라 서로 스위칭되기 때문에, 어느 것이 드레인 영역 또는 소스 영역인지를 식별하는 것은 어렵다. 결과적으로 소스 영역 및 드레인 영역으로 기능하는 영역들은 이 실시형태에서 트랜지스터의 제 1 및 제 2 전극이라 한다.
게이트신호선(911) 및 기록게이트신호선구동회로(913)가 스위치(918)에 의해 전기적으로 접속되거나 또는 비접속되도록 제공되고, 게이트신호선(911) 및 소거게이트신호선구동회로(914)가 스위치(919)에 의해 전기적으로 접속되거나 또는 비접속되도록 제공되고, 및 소스신호선(912)이 소스신호선구동회로(915) 및 전원(916)중의 하나에 스위치(920)에 의해 전기적으로 접속되도록 제공된다. 더욱이, 제 1 트랜지스터(901)는 게이트신호선(911)에 전기적으로 접속된 게이트, 소스신호선(912)에 전기적으로 접속된 제 1 전극, 및 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 전기적으로 접속된 제 2 전극을 갖는다. 제 2 트랜지스터(902)는 전류공급선(917)에 전기적으로 접속된 제 1 전극, 및 발광소자(903)에 포함된 하나의 전극에 전기적으로 접속된 제 2 전극을 갖는다. 스위치(918)는 기록게이트신호선구동회로(913)에 포함될 수 있고, 스위치(919)는 소거게이트신호선구동회로(914)에 포함될 수 있고, 및 스위치(920)는 소스신호선구동회로(915)에 포함될 수 있다는 것이 주의된다.
또한, 트랜지스터의 구성, 발광소자 등은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 도 5의 상면도에서 도시된 구성이 채용될 수 있다. 도 5에서, 제 1 트랜지스터(1001)는 소스신호선(1004)에 접속된 제 1 전극, 및 제 2 트랜지스터(1002)의 게이트 전극에 접속된 제 2 전극을 갖는다. 또한, 제 2 트랜지스터(1002)는 전류공급선(1005)에 접속된 제 1 전극, 및 발광소자의 전극(1006)에 접속된 제 2 전극을 갖는다. 게이트신호선(1003)의 일부는 제 1 트랜지스터(1001)의 게이트 전극으로서 기능한다.
다음, 구동 방법이 기술된다. 도 6은 시간에 따른 프레임당 동작을 도시한 도면이다. 도 6에서, 수평방향은 시간경과를 나타내고, 수직방향은 게이트신호선들의 순서번호(ordinal number)를 나타낸다.
본 발명의 발광장치가 영상를 표시하는데에 이용될 때, 표시기간 동안에 화면에 재기록 동작 및 영상 표시 동작이 반복된다. 비록 재기록의 수가 특별히 제한 되지는 않지만, 시청자가 화면의 깜박임(flickers)을 인식하지 않도록, 재기록의 수가 대략 초당 60번인 것이 바람직하다. 여기서, 재기록 동작 및 표시 동작이 화면(하나의 프레임)에 대하여 수행되는 기간은 하나의 프레임 기간이라 한다.
도 6에서 도시된 바와 같이, 하나의 프레임은 기록 기간들(501a, 502a, 503a,및 504a) 및 보유기간들(retention periods)(501b, 502b, 503b, 및 504b)을 각각 포함하는 네 개의 서브프레임(501, 502, 503,및 504)으로 나누어진다. 보유기간에, 발광을 위한 신호가 주어지는 발광소자가 발광상태가 된다. 각각의 서브프레임에 대한 보유기간의 길이의 비는 서브프레임(501) : 서브프레임(502) : 서브프레임(503) : 서브프레임(504) = 23 : 22 : 21 : 20 = 8 : 4 : 2: 1이다. 이는 4-비트 계조(4-bit gradation)를 가능하게 한다. 그러나, 비트들의 수 또는 계조들의 수는 여기에 기재된 것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 여덟 개의 서브프레임들은 8-비트 계조를 수행하도록 제공될 것이다.
하나의 프레임에서의 동작이 기술될 것이다. 먼저, 서브프레임(501)에서, 기록 동작이 제 1 행에서 마지막 행까지 각각에 대해 순차적으로 수행된다. 따라서, 기록기간(501a)의 시작시간은 행에 따라 다르다. 기록기간(501a)이 종료될 때, 행은 순차적으로 보유기간(501b)으로 이행한다. 보유기간(501b)에서, 발광을 위한 신호가 주어져 발광소자가 발광상태가 된다. 더욱이, 보유기간(501b)이 종료될 때, 행들은 순차적으로 다음 서브프레임(502)으로 이행하고, 기록 동작이 서브프레임(501)의 경우에서 처럼 제 1 행에서 마지막 행까지 각각에 대해 순차적으로 수행 된다. 위에서 기술된 동작은 반복되어 서브프레임(504)의 보유기간(504b)이 종료된다. 서브프레임(504)에서 동작이 종료될 때, 행은 다음 프레임으로 이행한다. 이와 같이, 각각의 서브-프레임에서의 빛이 방출되는 총시간은 하나의 프레임에서의 각각의 발광소자에 대한 발광시간이다. 하나의 화소에서 다양한 조합들을 갖도록 하기 위해 각각의 발광소자에 대한 이러한 발광 시간을 변화시킴으로써, 명도 및 색도에서의 다양한 서로 다른 표시색들이 만들어질 수 있다.
서브프레임(504)에서, 마지막 행에 대한 기록이 종료되기 전에, 기록이 이미 종료되어 보유기간으로 이행한 행의 보유기간의 강제적인 종료가 요구될 때, 보유기간(504b)후에 소거기간(504c)이 제공되고 행이 강제적으로 비발광상태에 있도록 제어되는 것이 바람직하다. 더욱이, 강제적으로 비발광상태에 있는 행은, 일정기간 동안 비발광상태를 유지한다(이 기간은 비발광기간(504d)이라 한다). 다음, 마지막 행의 기록기간(504a)이 종료된 즉시, 행들은 순차적으로 다음 기록 기간(또는 다음 프레임)으로 이행된다. 이는 서브프레임(504)의 기록기간(504a)이 다음 서브프레임의 기록기간과 겹치는 것을 방지한다.
비록 서브프레임(501 ~ 504)은 본 실시예에서 최장시간부터 최단시간까지의 보유기간의 순서로 구성될지라도, 본 실시형태에 따른 구성이 항상 필요한 것은 아니다. 예를 들면, 서브프레임(501 ~ 504)은 최단시간부터 최장시간까지의 보유기간의 순서로 구성될 수 있고 또는 임의의 순서로 구성될 수 있다, 또는 서브프레임은 복수의 프레임들로 나누어질 수 있다. 즉 게이트신호선들을 스캐닝(scannning)하는 것이 같은 영상 신호를 갖는 동안 여러 번 수행될 수 있다.
이제, 도 4에서 도시된 기록기간 및 소거기간에서의 회로의 동작이 기술될 것이다.
먼저, 기록기간에서의 동작이 기술될 것이다. 기록기간에서, n번째(n은 자연수) 게이트신호선(911)은 스위치(918)를 통해 기록게이트신호선구동회로(913)에 전기적으로 접속되고, 및 소거게이트신호선구동회로(914)에는 접속되지 않는다. 또한 소스신호선(912)이 스위치(920)를 통해 소스신호선구동회로(915)에 전기적으로 접속된다. 이 경우, n번째(n은 자연수) 게이트신호선(911)에 접속된 제 1 트랜지스터(901)의 게이트에 대한 신호가 입력되어, 제 1 트랜지스터(901)가 턴온(turn-on)된다. 그리고나서, 이 때, 영상 신호들이 처음부터 마지막 소스신호선(912)에 동시에 입력된다. 각각의 소스신호선(912)으로부터 입력된 영상 신호들은 서로 독립적인 것이 주의된다. 각각의 소스신호선(912)으로부터 입력된 영상 신호들은 소스신호선(912)에 접속된 제 1 트랜지스터(901)를 통해 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 입력된다. 이 때, 전류공급선(917)으로부터 발광소자(903)까지 공급되는 전류값은 제 2 트랜지스터(902)에 입력된 신호에 따라 결정된다. 다음 전류값에 따라, 발광소자(903)가 빛을 방출하는지의 여부가 결정된다. 예를 들면, 제 2 트랜지스터(902)가 p-채널 트랜지스터일 때, 발광소자(903)는 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극으로 로우 레벨(low level)의 신호를 입력함으로써 빛을 방출하게된다. 다른 한편으로, 제 2 트랜지스터(902)가 n-채널 트랜지스터일 때는, 발광소자(903)는 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극으로 하이 레벨(high level)의 신호를 입력함으로써 빛을 방출하게된다.
다음, 소거기간에서의 동작이 기술될 것이다. 소거기간에서, n번째(n은 자연수) 게이트신호선(911)은 스위치(919)를 통해 소거게이트신호선구동회로(914)에 전기적으로 접속된다. 또한 소스신호선(912)은 스위치(920)를 통해 전원(916)에 전기적으로 접속된다. 이 경우, n번째(n은 자연수) 게이트신호선(911)에 접속된 제 1 트랜지스터(901)의 게이트에 대한 신호가 입력되어, 제 1 트랜지스터(901)가 턴온된다. 그리고나서, 이 때, 소거를 위한 신호들이 처음부터 마지막 소스신호선(912)에 대한 동시에 입력된다. 각각의 소스신호선(912)으로부터 입력된 소거신호는 소스신호선(912)에 접속된 제 1 트랜지스터(901)를 통해 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극에 입력된다. 이 때, 전류공급선(917)부터 발광소자(903)까지 전류공급은 제 2 트랜지스터(902)에 입력된 신호에 따라 중단된다. 다음 발광소자(903)는 강제적으로 비발광상태가 된다. 예를 들면, 제 2 트랜지스터(902)가 p-채널 트랜지스터일 때, 발광소자(903)는 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극으로 하이 레벨의 신호를 입력함으로써 빛을 방출하지 않게된다. 다른 한편으로, 제 2 트랜지스터(902)가 n-채널 트랜지스터일 때, 발광소자(903)는 제 2 트랜지스터(902)의 게이트 전극으로 로우 레벨의 신호를 입력함으로써 빛을 방출하지 않게된다.
n번째(n은 자연수)행에 대하여, 소거를 위한 신호들이 소거기간 동안 위에서 기술된 동작에 의해 입력되는 것이 주의된다. 그러나 위에서 언급된 바와 같이, n번째 행이 소거기간에 있는 반면에, 다른 행(m번째(m은 자연수)행이라 한다.)은 기록기간에 있을 수 있다. 그러한 경우에 같은 소스신호선을 이용하여 n번째 행에 소거를 위한 신호를 입력하고 m번째 행에 기록을 위한 신호를 입력하는 것이 필요 하다. 따라서, 아래 기술된 동작이 바람직하다.
n번째 발광소자(903)가 위에서 기술된 소거기간의 동작에 의해 빛을 방출하지 않게 된 후 즉시, 게이트신호선(911) 및 소거게이트신호선구동회로(914)는 서로 접속되지 않게 되고, 스위치(920)는 스위치되어 소스신호선(912) 및 소스신호선구동회로(915)를 접속한다. 다음, 소스신호선(912)을 소스신호선구동회로(915)에 접속하는 것에 덧붙여, 게이트신호선(911)이 기록게이트신호선구동회로(913)에 접속된다. 다음, 기록게이트신호선구동회로(913)로부터 m번째 게이트신호선(911)에 선택적으로 신호가 입력되고, 제 1 트랜지스터(901)가 턴온된다. 또한 소스신호선구동회로(915)로부터 처음부터 마지막까지의 소스신호선(912)에 기록을 위한 신호들이 입력된다. 이러한 신호는 n 번째 발광소자(903)를 발광 또는 비발광 상태에 있게 한다.
m번째 행에 대한 기록기간이 위에서 기술된 바와 같이 종료된 후 즉시, n+1번째 행에 대한 소거기간이 시작된다. 이러한 목적을 위해, 게이트신호선(911) 및 기록게이트신호선구동회로(913)가 서로 접속되지 않게 되고, 스위치(920)는 스위치되어 소스신호선(912) 및 전원(916)을 접속한다. 또한, 기록게이트신호선구동회로(913)에 접속되지않은 게이트신호선(911)은 소거게이트신호선구동회로(914)에 접속된다. 다음, 소거게이트신호선구동회로(914)로부터 n+1번째 게이트신호선(911)에 신호가 선택적으로 입력되고, 제 1 트랜지스터(901)가 턴온된다, 또한 전원(916)으로부터 소거신호가 입력된다. n+1번째 행에 대한 소거기간이 종료된 후 즉시, m+1번째 행에 대한 기록기간이 시작된다. 다음, 소거기간 및 기록기간이 마지막 행에 대한 소거기간이 종료될 때까지 같은 방법으로 반복될 수 있다.
비록 m번째 행에 대한 기록기간이 n번째 행에 대한 소거기간 및 n+1번째 행에 대한 소거기간 사이에 제공되는 예가 본 실시형태에서 서술되었지만, 본 발명은 이것에 제한되지 않는다. m번째 행에 대한 기록기간은 n-1번째 행에 대한 소거기간 및 n번째 행에 대한 소거기간 사이에 제공될 수 있다.
또한, 이 실시형태에서, 소거게이트신호선구동회로(914) 및 한 게이트신호선(911)이 서로 접속되지 않고 기록게이트신호선구동회로(913) 및 다른 게이트신호선(911)이 서로 접속되게 하는 동작은, 서브프레임(504)에서 비발광기간(504d)이 제공됨에 따라 반복된다. 이러한 타입의 동작은 비발광기간이 특별히 제공되지 않는 서브-프레임에서 수행될 수 있다.
(실시형태 4)
본 발명의 발광소자를 포함하는 발광장치의 단면도의 예가 도 7a ~ 7c를 참조하여 기재된다.
도 7a ~ 7c 각각에 따르면, 점선으로 둘러싸인 부분은 본 발명의 발광소자(12)를 구동하기 위해 제공되는 트랜지스터(11)이다. 발광소자(12)는 본 발명의 발광소자이고, 여기서는 제 1 전극(13) 및 제 2 전극(14) 사이에 발광층(15)을 갖는다. 발광층(15)에서, 본 발명의 페난트롤린 유도체를 포함하는 층이 제공된다. 제 1 전극(13) 및 트랜지스터(11)의 드레인이 제 1 층간절연막(16)(16a ~16c)을 관통하는 배선(17)을 통해 전기적으로 접속된다. 또한 발광소자(12)가 파티션 층(partition layer)(18)에 의해 인접하여 제공된 발광소자와 분리된다. 본 발명의 이러한 구조를 갖는 발광장치는 기판(10)위에 제공된다.
도 7a ~ 7c에서 도시된 트랜지스터(11)는 반도체층을 중심으로 하여 기판의 반대편으로 게이트 전극이 제공되는 탑-게이트 TFT(top-gate TFT)이다. 그러나 트랜지스터(11)의 구조는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 바텀-게이트 TFT(bottom-gate TFT)가 이용될 수 있다. 바텀-게이트 TFT의 경우, 채널을 형성하는 반도체층위에 보호막이 형성되는 TFT(채널-보호 TFT : a channel- protection TFT)가 이용될 수 있거나, 또는 채널을 형성하는 반도체층의 부분이 오목한 TFT(채널-에치 TFT : channel-etch TFT)가 이용될 수 있다.
또한, 트랜지스터(11)를 형성하는 반도체층은 결정질(crystalline) 또는 비정질(armorphous) 중의 하나일 수 있거나, 또는 선택적으로는, 반정질(semi armorphous)일 수 있다.
다음은 반정질 반도체를 기술할 것이다. 반정질 반도체는 비정질 및 결정질(단결정 또는 다결정과 같은)구조들 사이의 중간 구조를 갖는 반도체이고, 자유에너지(free energy)의 관점에서 안정한 제 3 상태를 갖는다, 이는 단거리질서(short range order) 및 격자왜곡(lattice distortion)을 갖는 결정질 영역을 포함한다. 또한 0.5 ~ 20nm 인 결정입자(crystal grain)는 반정질 반도체의 막에 있는 적어도 어떤 영역에 포함된다. 반정질 반도체의 스펙트럼(raman spectrum)은 520㎝-1 보다 더 낮은 파수(wave number)측으로 편이(shift)를 갖는다. X레이 회절에서, 실리콘 결정격자에 의한 (110) 및 (220)의 회절 피크들이 관측된다. 수소 또는 할로겐이 기결함수(dangling bond)를 종단하도록(terminate) 반정질 반도체층에서 1 원자% 또는 그 이상 포함된다. 따라서, 반정질 반도체는 마이크로-결정질 반도체라 한다. 실리사이드 기체(silicide gas)가 글로우 방전(glow discharge)에 의해 분해되어(플라즈마 CVD : plazma CVD) 반정질 반도체를 형성한다. 실리사이드 기체(silicide gas)로서 SiH4외에도 Si2H6, SiH2Cl2, SiHCl3, SiCl4, 또는 SiF4 와 같은 기체가 이용될 수 있다. 이러한 실리사이드 기체는 H2 또는 H2와 He, Ar, Kr, 및 Ne에서 선택된 희소 기체 원소 중의 하나 또는 복수의 종류로 희석될 수 있다, 여기서 희석률은 2:1 ~ 1000:1의 범위에 있다. 글로우 방전 동안 압력은 대략 0.1Pa ~ 133Pa 의 범위에 있고, 전원주파수는 1 MHz ~ 120 MHz, 바람직하게는, 13 MHz ~ 60 MHz이다. 기판 가열 온도는 300℃ 또는 그 이하, 바람직하게는, 100℃ ~ 250℃ 이다. 막의 불순물 원소로서 산소, 질소 또는 탄소와 같은 대기 성분의 불순물은 1×1020/㎤ 또는 그 이하의 농도로 조절하는 것이 바람직하다. 막의 불순물 원소로서, 특히, 산소 농도는 5×1019/㎤ 또는 그 이하, 바람직하게는, 1×1019/㎤ 또는 그 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 반도체층에 대한 결정질 반도체의 특별한 예들은 단결정 또는 다결정의 실리콘 및 실리콘-게르마늄을 포함한다, 여기서는 레이저 결정화(laser crystallization)에 의해 형성될 수 있거나 또는 니켈 같은 원소를 이용한 고체-상 태 성장법(solid-phase growth)으로 결정화에 의해 형성될 수 있다.
반도체층을 형성하기 위해 비정질 재료, 예를 들면 비정질 실리콘을 이용하는 경우, 발광장치는 트랜지스터(11) 및 다른 트랜지스터(발광소자를 구동하기 위한 회로를 형성하는 트랜지스터)가 모두 n-채널 트랜지스터들인 회로를 갖는 것이 바람직하다. 그 경우외에, 발광장치는 n-채널 트랜지스터 및 p-채널 트랜지스터 중의 하나를 포함하는 회로를 가지거나 또는 n-채널 트랜지스터 및 p-채널 트랜지스터 모두를 포함하는 회로를 가질 수 있다.
또, 제 1 층간절연막(16)이 도 7a ~ 도 7c에서 도시된 바와 같이 다층일 수도 있고 또는 단층일 수도 있다. 제 1 층간절연막(16a)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 무기물질을 포함한다. 제 1 층간절연막(16b)은 아크릴, 실록산 또는 코팅 침착에 이용될 수 있는 실리콘 산화물과 같은 자기평탄성(self-flatness)을 갖는 물질을 포함한다. 또한 제 1 층간절연막(16c)은 아르곤(Ar)을 포함하는 실리콘 질화물 막을 갖는다. 상기의 각각의 층에 포함된 물질들은 특별히 제한되지 않고, 따라서 언급된 물질들 이외의 물질들도 여기서 이용될 수 있다. 또한, 이러한 물질 이외의 물질을 포함하는 층도 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 무기물질 및 유기물질 둘 다, 또는 무기물질 및 유기물질 중의 하나가 제 1 층간절연막(16)을 형성하는데 이용될 수 있다.
파티션층(18)에 대해, 에지 부분은 곡률 반경에 있어서 계속적으로 변하는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 또한 아크릴(acrylic), 실록산(siloxane), 레지스트(resist), 또는 실리콘 산화물과 같은 물질이 파티션층(18)을 형성하는데 이용된 다. 무기물질 및 유기물질 둘 다 또는 하나가 파티션층(18)을 형성하는 데에 이용될 수 있다.
도 7a 및 도 7c 각각에서, 제 1 층간절연막(16)만이 트랜지스터(11) 및 발광소자(12)사이에 제공된다. 그러나 도 7b에서 도시된 바와 같이, 제 2 층간절연막(19)(19a 및 19b)이 제 1 층간절연막(16)(16a 및 16b)에 더하여 제공될 것이다. 도 7b에 도시된 발광장치에서, 제 1 전극(13)은 제 2 층간절연막(19)을 통하여 배선(17)에 접속된다.
제 2 층간절연막(19)은 제 1 층간절연막(16)과 같은 방법으로 다층 또는 단층일 것이다. 제 2 층간절연막(19a)은 아크릴, 실록산(실리콘(Si) 및 산소(O) 사이의 결합에 의해 형성된 프레임워크(framework) 구조를 갖고 치환기로서 알킬 그룹와 같은 유기 그룹을 포함하는 화합물), 코팅 침착(coating deposition)에 이용될 수 있는 실리콘 산화물과 같은 자기평탄성을 갖는 물질을 포함한다. 또한 제 2 층간절연막(19b)은 아르곤(Ar)을 포함하는 실리콘 질화물 막을 갖는다. 상기 각각의 층에 포함된 물질들은 특별히 제한되지 않고, 따라서 언급된 다른 물질들 이외의 물질들도 여기서 이용될 수 있다. 또한, 이러한 물질 이외의 물질을 포함하는 층도 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 무기물질 및 유기물질 둘 다, 또는 무기물질 및 유기물질 중의 하나가 제 2 층간절연막(19)을 형성하는데 이용될 수 있다.
발광소자(12)에서, 제 1 전극(13) 및 제 2 전극(14) 모두 투광성(light-transmitting) 물질을 이용하여 형성되는 경우, 도 7a에서 큰 화살표로 표시된 제 1 전극(13) 및 제 2 전극(14) 모두에서 발광이 얻어진다. 제 2 전극(14)만이 투광 성 물질을 이용하여 형성되는 경우, 도 7b에서 큰 화살표로 표시된 제 2 전극(14)에서만 발광이 취출될 수 있다. 이 경우, 제 1 전극(13)은 반사율이 높은 재료를 포함하거나, 반사율이 높은 재료로 구성되는 막(반사막)이 제 1 전극(13)아래에 제공되는 것이 바람직하다. 제 1 전극(13)이 투광성 물질을 이용하여 형성되는 경우에만, 도 7c에서 큰 화살표로 표시된 제 1 전극(13)에서만 발광이 취출될 수 있다. 이 경우, 제 2 전극(14)는 반사율이 높은 재료를 포함하거나 반사막이 제 2 전극(14)위에 제공되는 것이 바람직하다.
또한, 발광소자(12)의 경우에, 제 2 전극(14)이 음극으로 기능하고, 제 1 전극(13)이 양극으로 기능하거나, 또는 선택적으로는, 제 2 전극(14)이 양극으로 기능하고, 제 1 전극(13)이 음극으로 기능할 수 있다. 그러나 트랜지스터(11)는 전자의 경우에는 p-채널 트랜지스터이고, 트랜지스터(11)는 후자의 경우에는 n-채널 트랜지스터이다.
위에서 기술된 바와 같이, 이 실시형태에서, 발광소자의 구동이 트랜지스터에 의하여 제어되는 액티브형 발광장치(active light-emitting device)가 기술되었다. 그러나, 액티브형 발광장치 외에도, 트랜지스터와 같은 구동을 위한 소자를 특별히 제공하지 않고도 발광소자가 구동되는 패시브형 발광장치(passive light-emitting device)가 이용될 수도 있다. 또한 패시브형 발광장치는 낮은 구동 전압에서 동작하는 본 발명의 발광소자를 포함함으로써 낮은 전력 소비로 구동될 수 있다.
(실시형태 5)
본 발명의 발광장치를 설치함으로써, 낮은 구동 전압에서 동작할 수 있는 전자기기가 얻어질 수 있다.
도 8a ~ 8c는 본 발명이 적용된 발광장치가 설치된 전자기기의 예들을 도시한다.
도 8a는 본 발명에 따라 제조된 개인용 랩탑 컴퓨터를 도시한다. 이는 본체(5521), 프레임 바디(5522), 표시부(5523) 및 키보드(5524)를 포함한다. 개인 컴퓨터는 본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치를 표시부(5523)에 통합함으로써 완성될 수 있다.
도 8b는 본 발명에 따라 제조된 핸드폰을 도시한다. 이는 본체(5552), 표시부(5551), 음성출력부(5554) ,음성입력부(5555), 조작키들(5556 및 5557), 및 안테나(5553)를 포함한다. 핸드폰은 본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치를 표시부(5551)에 통합함으로써 완성될 수 있다.
도 8c는 본 발명에 따라 제조된 텔레비젼을 도시한다. 이는 표시부(5531), 프레임 바디(5532), 및 스피커(5533)를 포함한다. 텔레비젼은 본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치를 표시부(5531)에 통합함으로써 완성될 수 있다.
위에서 기술된 것 처럼, 본 발명의 발광장치는 다양한 전자기기들의 화소부로 이용하는 데 적합하다.
또한, 위에서 기술된 전자기기 외에도, 본 발명의 발광소자를 갖는 발광장치는 네비게이션 시스템과 같은 장치 및 조명기기에도 설치될 수 있다.
(실시예 1)
(합성예 1)
여기에 구조식(9)에 의해 표현되는 5, 6 - 디히드록시 - 4, 7 - 디메틸 - 디벤조 [b, j] - 1, 10 - 페난트롤린 화합물의 합성 방법이 있다.
p-톨루엔술폰산 모노하이드레이트(p-toluenesulfonic acid monohydrate)의 촉매 양(약 5 mol%)이 2' - 아미노아세토페논 (24.6 g, 182 mmol) 및 1, 2 - 시클로헥사디온 (10.2 g, 91 mmol)의 에틸렌글리콜 모노에틸 에테르(100mL) 용액에 첨가되었고, 48시간 동안 가열에 의해 환류(reflux)가 수행된다. (합성방법 b-1), 반응용액은 실온까지 냉각되고, 침전된 고체가 여과된다. 여과물은 테트라히드로프란(tetrahydrofran)으로 재결정되어 38%의 수율로 화합물이 얻어진다. 얻어진 화합물을 NMR에 의해 측정함으로써 얻어진 화합물이 5, 6 - 디히드록시 - 4, 7 - 디메틸 - 디벤조 [b, j] - 1, 10 - 페난트롤린이라는 것을 확인할 수 있었다.
여기에 얻어진 화합물의 NMR 데이터가 있다.
1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ8.43 (d, 2H, J = 8.4 Hz), 7.97 (d, 2H, J = 8.0 Hz), 7.66 (dd, 2H, J = 8.4, 15 Hz), 7.53 (dd, 2H, J = 8.0, 15 Hz), 3.19 (s, 4H), 2.67 (s, 6H)
또한 얻어진 화합물은 증착에 의해 침착되었고(deposit), 광전자 분광기(Riken Keiki Co., Ltd.의 AC-2)에 의한 측정을 수행하여 박막 화합물의 이온화 퍼텐셜(ionization potential)이 -5.26eV임을 알게되었다. 또한 박막 화합물의 흡수 스펙트럼은 자외선-가시광선 분광도계(JASCO Corporation의 V-550)에 의해 측정하고, 흡수 스펙트럼의 더 긴 파장측의 흡수단의 파장을 에너지 갭 3.09eV로 하였더니 화합물의 LUMO레벨이 -2.17eV가 되도록 한다.
Figure 112007011329658-PCT00011
(합성예 2)
여기에 구조식(10)에 의해 표현되는 5, 6 - 디히드록시 - 4, 7 - 디페닐 - 디벤조 [b, j] - 1, 10 - 페난트롤린 화합물의 합성 방법이 있다.
2' - 아미노벤조페논 (19.3 g, 98 mmol) 및 1, 2 - 시클로헥사디온 (5.0 g, 45 mmol)의 에틸렌글리콜 모노에틸 에테르 (100 mL) 용액에 p-톨루엔술폰산 모노하이드레이트(890 mg, 4.7 mmol)가 첨가되었고, 24시간 동안 가열에 의해 환류(reflux)가 수행된다. 반응용액은 실온까지 냉각되고, 및 여과에 의해 침전된 결정이 얻어진다(합성방법 c-1). 이렇게 얻어진 결정은 클로로포름으로 재결정되어 52%의 수율로 화합물이 얻어진다. 얻어진 화합물을 NMR에 의해 측정함으로써 얻어진 화합물이 5, 6 - 디히드록시 - 4, 7 - 디페닐 - 디벤조 [b, j] - 1, 10 - 페난트롤린이라는 것을 확인할 수 있었다.
여기에 얻어진 화합물의 NMR 데이터가 있다.
1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.53 (d, 2H, J = 8.4 Hz), 7.70 (ddd, 2H, J = 2.0, 6.3, 10.5 Hz), 7.38-7.56 (m, 10H), 7.31 (dd, 4H, J = 2.0, 8.4 Hz), 2.84 (s, 4H)
또한 얻어진 화합물은 증착에 의해 침착되었고, 광전자 분광기(Riken Keiki Co., Ltd.의 AC-2)에 의한 측정을 수행하여 박막 화합물의 이온화 퍼텐셜이 -5.32eV임을 알게되었다. 또한 박막 화합물의 흡수 스펙트럼은 자외선-가시광선 분광도계(JASCO Corporation의 V-550)에 의해 측정하고, 흡수 스펙트럼의 더 긴 파장측의 흡수단의 파장을 에너지 갭 3.22eV로 하였더니 화합물의 LUMO레벨이 -2.10eV가 됨을 알았다.
Figure 112007011329658-PCT00012
(합성예 3)
여기에 구조식(4)에 의해 표현되는 5, 6 - 디히드록시 - 4, 7 - 디 [2 - (3 - 플루오르) 페닐에테닐] - 디벤조 [b, j] - 1, 10 - 페난트롤린 화합물의 합성 방법이 있다.
구조식(9)에 의해 표현되는 화합물인 5, 6 - 디히드록시 - 4, 7 - 디메틸 - 디벤조 [b, j] - 1, 10 - 페난트롤린 (7.7 g, 25 mmol), 및 3 - 플루오르벤즈알데히드 (9.2 g, 74 mmol)의 무수 아세트산(acetic anhydride) (약 50 mL) 용액은 36시간 동안 가열에 의한 환류(reflux)에서 얻어진다(합성방법 d-1). 반응용액을 10 % 수산화나트륨(sodium hydroxide) 수용액으로 염기성(base)으로 하고, 그 다음, 아세트산에틸(ethyl acetate)로 추출이 수행된다. 유기층을 황산 마그네슘(magnesium sulfate)으로 건조, 여과, 및 농축하고, 또한 잔류물을 알루미나 크로마토그래피(alumina chromatography)에 의해(전개용매 developing solvent: 염화메틸렌 methylene chloride) 두 번 정제하여 화합물을 얻는다. 그 다음, 얻어진 화합물은 분취액체크로마토그래피(liquid preparative chromatography)(Japan Analytical Industry Co., Ltd.의 리사이클링 분취 HPLC, LC-908W-C60)로(전개용매: 클로로포름 chloroform) 더 정제되고, 그 다음 헥산/아세트산 에틸 혼합용액으로 재결정을 수행하여 15%의 수율로 화합물을 얻는다. 이렇게 얻어진 화합물을 NMR에 의해 측정함으로써 얻어진 화합물이 5, 6 - 디히드록시 - 4, 7 - 디 [2 - (3 - 플루오르) 페닐에테닐] - 디벤조 [b, j] - 1, 10 - 페난트롤린이라는 것을 확인할 수 있었다.
여기에 얻어진 화합물의 NMR 데이터가 있다.
1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.49 (d, 2H, J = 8.7 Hz), 6.80 (d, 2H, J = 8.4 Hz), 7.26-7.80 (m, 12H), 7.07 (dd, 2H, J = 7.2, 17.0 Hz), 6.83 (d, 2H, J = 17.0 Hz), 3.28 (s, 4H)
Figure 112007011329658-PCT00013
(실시예 2)
구조식(9)에 의해 표현되는 화합물을 이용하여 제조된 발광소자가 도 2를 참조하여 기술될 것이다.
실리콘을 함유하는 인듐 주석 산화물(indume tin oxide)은 스퍼터링에 의해 기판(701)에 침착되어 제 1 전극(702)을 형성한다. 여기서 제 1 전극(702)의 막두께가 110nm이 되도록 만들어지고, 유리로 구성된 기판이 기판(701)으로 이용된다.
다음, 4, 4' - 비스 [N - {4 - (N, N - 디 - m - 톨릴아미노) 페닐} - N - 페닐아미노] 비페닐 (약어: DNTPD)는 진공증착법(vacuum vaporation)에 의해 제 1 전극(702)에 침착되어 DNTPD로 구성된 제 1 층(703)을 형성한다. 여기서, 제 1 층(703)의 막 두께는 50nm가 된다.
다음, 4, 4' - 비스 [N - (I - 나프틸) - N - 페닐 - 아미노] - 비페닐 (약 어: α-NPD)가 진공증착법에 의해 제 1 층(703)에 침착되어 α-NPD로 구성된 제 2 층(704)을 형성한다. 여기서, 제 2 층(704)의 막 두께는 10nm가 된다.
다음, 트리 (8 - 퀴놀리노라토) 알루미늄 (약어: AIq3) 및 쿠마린 6가 동시증착법(co-evaporation)에 의해 제 2 층(704)에 침착되어 AIq3 및 쿠마린 6를 포함하는 제 3 층(705)을 형성한다. 여기서, AIq3 대 쿠마린 6의 중량비는 1:0.003으로 제어된다. 이는 쿠마린 6을 AIq3에 분산되게 한다. 또한 제 3 층(705)의 막 두께는 37.5nm가 된다. 동시증착법은 복수의 증착 소스들로부터 증착이 동시에 수행되는 증착 방법이다.
다음, AIq3는 진공증착법에 의해 제 3 층(705)에 침착되어 AIq3로 구성된 제 4 층(706)을 형성한다. 여기서, 제 4 층(706)의 막 두께는 20nm가 된다.
다음, 구조식(9)에 의해 표현되는 화합물 및 리튬이 동시증착법에 의해 제 4 층(706)에 침착되어 구조식(9)에 의해 표현되는 화합물 및 리튬을 포함하는 제 5 층(707)을 형성한다. 여기서, 구조식(9)에 의해 표현되는 화합물 대 리튬의 중량비는 1:0.01으로 제어된다. 이는 리튬을 구조식(9)에 의해 표현되는 화합물에 분산되게 한다. 또한 제 5 층(707)의 막 두께는 20nm가 된다.
다음, 알루미늄이 진공증착법에 의해 제 5 층(707)에 침착되어 제 2 전극(708)을 형성한다. 여기서, 제 2 전극(708)의 막 두께는 100nm가 된다.
상기의 방법에 따라 제조된 발광소자에서, 전압이 제 1 전극(702) 및 제 2 전극(708)에 인가되어 전류가 흐르게 되고, 쿠마린 6은 빛을 방출한다. 이 경우, 제 1 전극(702)은 양극으로 기능하고, 제 2 전극(708)은 음극으로 기능한다. 또한, 제 1 층(703), 제 2 층(704), 제 3 층(705), 제 4 층(706), 및 제 5 층(707)은 각각 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 및 전자주입층으로 기능한다.
도 9 및 10은 본 발명의 발광소자의 각각 전압-휘도 특성들 및 휘도-전류효율 특성들을 각각 나타낸다. 도 9에서 수평축은 전압을 나타내고, 수직축은 휘도(luminance)를 나타낸다. 도 10에서 수평축은 휘도를 나타내고, 수직축은 전류효율(current efficiency)을 나타낸다. 도 10에서, 본 발명의 발광소자는 1000cd/㎡의 휘도에서 약 11cd/A의 전류효율을 제공하고, 따라서 전류효율에서 뛰어난 발광 소자임을 알 수 있다. 또한, 발광소자는 (x,y) = (0.29, 0.63)의 휘도의 CIE색도좌표(CIE chromaticity coordinate)를 보여준다.
위에서 기술한 결과에서 볼 수 있듯이, 쿠마린 6으로부터 유도되는 발광은 본 발명의 발광소자로부터 잘 얻어질 수 있고, 발광소자는 전류효율에서 탁월하다. 이는 구조식(9)에 의해 표현되는 화합물 및 리튬(Li)을 포함하는 층이 전자주입층으로서 잘 기능하기 때문으로 믿어진다.
(실시예 3)
구조식(10)에 의해 표현된 화합물을 이용하여 제조된 발광소자가 기술될 것이다. 본 실시예의 발광소자가 (실시예 2)에서의 발광소자로서 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 5 개의 층들을 갖는 같은 구조를 갖기 때문에, 도 2가 설명을 위해 이용됨이 주의된다.
실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물이 스퍼터링에 의해 기판(701)에 침착되어 제 1 전극(702)을 형성한다, 여기서 제 1 전극(702)의 막 두께가 110nm이 되도록 만들어지고, 유리로 구성된 기판이 기판(701)으로 이용된다.
다음, 4, 4' - 비스 [N - {4 - (N, N - 디 - m - 톨릴아미노) 페닐} - N - 페닐아미노] 비페닐 (약어: DNTPD)가 진공증착법에 의해 제 1 전극(702)에 침착되어 DNTPD로 구성된 제 1 층(703)을 형성한다. 여기서, 제 1 층(703)의 막 두께는 50nm가 된다.
다음, 4, 4' - 비스 [N - (I - 나프틸) - N - 페닐 - 아미노] - 비페닐 (약어: α-NPD)는 진공증착법에 의해 제 1 층(703)에 침착되어 α-NPD로 구성된 제 2 층(704)을 형성한다. 여기서, 제 2 층(704)의 막 두께는 10nm가 된다.
다음, 트리 (8 - 퀴놀리노라토) 알루미늄 (약어: AIq3) 및 쿠마린 6가 동시증착법에 의해 제 2 층(704)에 침착되어 AIq3 및 쿠마린 6를 포함하는 제 3 층(705)을 형성한다. 여기서, AIq3 대 쿠마린 6의 중량비는 1:0.003으로 제어된다. 이는 쿠마린 6을 AIq3에 분산되게 한다. 또한 제 3 층(705)의 막 두께는 37.5nm가 된다.
다음, AIq3는 진공증착법에 의해 제 3 층(705)에 침착되어 AIq3로 구성된 제 4 층(706)을 형성한다. 여기서, 제 4 층(706)의 막 두께는 20nm가 된다.
다음, 구조식(10)에 의해 표현되는 화합물 및 리튬이 동시증착법에 의해 제 4 층(706)에 침착되어 구조식(10)에 의해 표현되는 화합물 및 리튬을 포함하는 제 5 층(707)을 형성한다. 여기서, 구조식(10)에 의해 표현되는 화합물 대 리튬의 중량비는 1:0.01으로 제어된다. 이는 리튬을 구조식(10)에 의해 표현되는 화합물에 분산되게 한다. 또한 제 5 층(707)의 막 두께는 20nm가 된다.
다음, 알루미늄이 진공증착법에 의해 제 5 층(707)에 침착되어 제 2 전극(708)을 형성한다.
위에서 기술한 바와 같이, 본 실시예의 발광소자는 제 5 층(707)에 포함된 물질면에서 (실시예 2)의 발광소자와 다르다. 그러나, 본 실시예의 발광소자의 나머지는 (실시예 2)의 발광소자와 같은 구조를 갖도록 제조된다.
이렇게 제조된 발광소자에서, 전압이 제 1 전극(702) 및 제 2 전극(708)에 가해져 전류를 흐르게 할 때, 쿠마린 6이 빛을 방출한다. 이 경우, 제 1 전극(702)은 양극으로 기능하고, 제 2 전극(708)은 음극으로 기능한다. 또한, DNTPD로 구성된 제 1 층(703), α-NPD로 구성된 제 2 층(704), Alq3 및 쿠마린 6을 포함하는 제 3 층(705), Alq3로 구성된 제 4 층(706), 및 구조식(10)에 의해 표현되는 화합물 및 리튬을 포함하는 제 5 층(707)은 각각 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 및 전자주입층으로 기능한다.
도 11 및 12은 본 실시예의 발광소자의 전압-휘도 특성들 및 휘도-전류효율 특성들을 각각 나타낸다. 도 11에서 수평축은 전압을 나타내고, 수직축은 휘도를 나타낸다. 도 12에서 수평축은 휘도를 나타내고, 수직축은 전류효율을 나타낸다. 도 11 및 12에서, 본 실시예의 발광소자는 1000cd/㎡의 휘도에서 약 8.5cd/A의 전 류효율을 제공하고, 따라서 전류효율에서 뛰어난 발광 소자가 되며 본 발명의 발광소자는 10V의 전압이 인가될 때, 10000cd/㎡의 고휘도로 빛을 방출함을 알 수 있다. 또한, 발광소자는 (x,y) = (0.29, 0.62)의 휘도의 CIE색도좌표를 보여준다.
위에서 기술한 결과에서 볼 수 있듯이, 쿠마린 6으로부터 유도되는 발광은 본 발명의 발광소자로부터 잘 얻어질 수 있고, 이 발광소자는 전류효율면에서 탁월하다. 이는 구조식(10)에 의해 표현되는 화합물 및 리튬(Li)을 포함하는 층이 전자주입층으로 잘 기능하기 때문으로 믿어진다.
비록 본 발명이 수반되는 도면을 참조하여 예들로써 충분히 기술되었지만, 다양한 변화 및 변경이 당업자에게 명백할 것이 이해된다. 따라서, 그러한 변화와 변경들이 여기에 규정된 본 발명의 범위으로부터 벗어나지 않는다면, 그것들은 여기에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
이 출원은 일본특허청에 2004. 7. 7에 출원된 일본특허출원 NO.2004-200059에 기초한 것이다. 그 전체 내용은 여기에 참조로써 통합된다.
본 발명은 페난트롤린 유도체 및 이를 이용하는 발광소자 및 발광장치를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 일반식(1)에 의해 표현되는 페난트롤린 유도체로서,
    Figure 112007011329658-PCT00014
    여기서 R1 ~ R5 각각은, 수소원자, 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알킬 그룹 및 할로겐 그룹으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 페난트롤린 유도체.
  2. 일반식(2)에 의해 표현되는 전자주입재료로서,
    Figure 112007011329658-PCT00015
    여기서 R6은 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알킬 그룹, 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알케닐 그룹, 및 6 ~ 10개의 탄소원자를 갖는 아릴 그룹으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 전자주입재료.
  3. 제 1 항의 페난트롤린 유도체와 알칼리 금속 및 알칼리 토금속으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는, 발광소자.
  4. 일반식(3)에 의해 표현되는 페난트롤린 유도체와 알칼리 금속 및 알칼리 토금속으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 층을 구비하는 발광소자로서,
    Figure 112007011329658-PCT00016
    여기서 R7은 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알킬 그룹, 1 ~ 4개의 탄소원자를 갖는 알케닐 그룹, 및 6 ~ 10개의 탄소원자를 갖는 아릴 그룹으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 발광소자.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 따른 발광소자를 포함하는 발광장치.
  6. 표시기능을 갖는 발광장치로서, 제 3 항 또는 제 4 항에 따른 발광소자를 포함하는 회로가 구성된 화소부를 포함하는, 발광장치.
  7. 제 5 항에 따른 발광장치를 표시부로 이용하는 전자기기.
  8. 제 6 항에 따른 발광장치를 표시부로 이용하는 전자기기.
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