KR20140015259A - 화합물 - Google Patents
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Abstract
발광 소자에서 수송층을 위해 또는 호스트 물질 또는 발광 물질로서 사용될 수 있고, 고성능 발광 소자가 그에 의해 제조될 수 있는 신규 화합물이 제공된다. 14 내지 30개의 탄소 원자를 가지며 적어도 안트라센을 포함하는 아릴기가 디벤조[c,g]카르바졸 유도체의 질소에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 합성된다. 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 사용함으로써, 매우 양호한 특성을 갖는 발광 소자를 수득할 수 있다.
Description
본 발명은 디벤조[c,g]카르바졸 화합물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 발광 소자, 발광 장치, 디스플레이 장치, 조명 장치, 및 전자 장치에 관한 것이며, 이들은 각각 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 사용한다.
유기 화합물이 발광 물질로서 사용되는 발광 소자 (유기 EL 소자)를 사용하는 디스플레이 장치는, 그러한 발광 소자가 얇게 경량으로 형성될 수 있고, 입력 신호에 대하여 매우 고속의 응답 속도를 가지며, 낮은 소비 전력을 갖는다는 장점이 있기 때문에 차세대 조명 장치 또는 디스플레이 장치로서 비약적으로 발전해왔다.
유기 EL 소자에서, 발광층이 그 사이에 개재되어 있는 전극 사이에 전압이 인가되면, 전극으로부터 주입된 전자 및 정공이 재조합되어 여기 상태가 되고, 여기 상태가 바닥 상태로 복귀하면, 발광이 발생한다. 발광 물질로부터 방출되는 빛의 파장이 발광 물질 고유의 것이므로, 발광 물질을 위해 상이한 유형의 유기 화합물을 사용함으로써 다양한 파장, 즉 다양한 색상을 나타내는 발광 소자를 제공할 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, 발광 물질로부터 방출되는 빛은 물질 고유의 것이다. 그러나, 수명 및 소비 전력 등의 발광 소자로서의 중요한 성능은 발광 물질에 따라 달라질 뿐만 아니라, 발광층 이외의 층, 소자 구조, 발광 물질 및 호스트(host)의 특성, 이들 사이의 상용성 등에 따라 현저히 달라진다. 따라서, 여러 종류의 발광 소자 물질이 이 분야에서의 성장을 위해 필요한 것이 사실이다. 상기 기재된 이유 때문에, 다양한 분자 구조를 갖는 발광 소자 물질이 제안되었다 (예를 들어, 특허 문헌 1 내지 3).
9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸 (약어: CzPA)이라고 명명되는 물질이 발광 소자에서 발광층의 호스트 물질 또는 수송 물질로서 사용될 수 있는 물질 중 하나이다. 호스트 물질 또는 전자-수송 물질로서 CzPA를 사용함으로써, 청색 형광을 제공하고, 또한 방출 효율, 구동 전압 및 수명의 측면에서 매우 우수한 특성을 갖는 발광 소자가 제조될 수 있다.
[참고문헌]
[특허 문헌 1] 미국 공개 특허 출원 제2008/0122344호
[특허 문헌 2] PCT 국제 공보 제2010/114264호
[특허 문헌 3] PCT 국제 공보 제2011/010842호
지금까지 수많은 발광 소자 물질이 제안되었지만, 상기 기재된 CzPA와 같이, 청색 형광을 제공하고, 또한 방출 효율, 구동 전압 및 수명의 측면에서 중요한 우수한 특성의 완전한 조합을 갖는 발광 소자의 제조를 가능하게 하는 물질을 개발하기가 매우 어렵다.
따라서, 본 발명의 일 실시형태의 목적은 발광 소자에서 수송층을 위해 또는 호스트 물질 또는 발광 물질로서 사용될 수 있고, 고성능 발광 소자가 그에 의해 제조될 수 있는 신규 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 신규 화합물을 사용하는, 방출 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 신규 화합물을 사용하는, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 신규 화합물을 사용하는, 장기 수명을 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 신규 화합물을 사용하는, 방출 효율, 구동 전압 및 수명의 측면에서 바람직한 특성을 갖는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 신규 화합물을 사용하는 발광 소자를 사용하는, 소비 전력이 낮은 발광 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 신규 화합물을 사용하는 발광 소자를 사용하는, 높은 신뢰도의 발광 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 신규 화합물을 사용하는 발광 소자를 사용하는, 소비 전력이 낮은 디스플레이 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 신규 화합물을 사용하는 발광 소자를 사용하는, 높은 신뢰도의 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 신규 화합물을 사용하는 발광 소자를 사용하는, 소비 전력이 낮은 조명 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 신규 화합물을 사용하는 발광 소자를 사용하는, 높은 신뢰도의 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 신규 화합물을 사용하는 발광 소자를 사용하는, 소비 전력이 낮은 전자 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시형태의 또 다른 목적은 상기 신규 화합물을 사용하는 발광 소자를 사용하는, 높은 신뢰도의 전자 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 기재된 목적 중 적어도 하나가 달성되어야 할 필요가 있다는 점에 유의한다.
본 발명자들은 적어도 안트라센 기본구조를 포함하는 아릴기가 디벤조[c,g]카르바졸 유도체의 7번 위치에서 질소와 결합한 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 합성하였고, 매우 양호한 특성을 갖는 발광 소자가 상기 디벤조[c,g]카르바졸 화합물의 사용을 통해 용이하게 제공될 수 있음을 발견하였다.
구체적으로, 본 발명의 구조체는 아릴기가 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합하고 아릴기가 14 내지 30개의 탄소 원자를 갖고 적어도 안트라센 기본구조를 포함하는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자이다. 아릴기의 탄소 원자 개수가 14 내지 30개일 경우에, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 비교적 작은 분자량을 갖는 저분자 화합물이고, 따라서 진공 증착에 적합한 (비교적 저온에서 진공 증착될 수 있는) 구조를 갖는다는 점에 주목한다. 일반적으로, 분자량이 작을수록 막 형성 후에 내열성이 약화되는 경향이 있다. 그러나, 저분자량으로도, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 강성 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 영향 때문에 충분한 내열성이 보장될 수 있다는 장점을 갖는다.
추가로, 본 발명자들은 안트라센 기본구조가 페닐렌기를 통해 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 사용하는 발광 소자가 특히 수명에 있어서 장점을 가짐을 발견하였다. 본 발명자들은 또한 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 우수한 캐리어(carrier)-수송 특성을 가지며 상기 화합물을 사용하는 발광 소자가 매우 낮은 전압에서 구동될 수 있음을 발견하였다.
따라서, 본 발명의 또 다른 구조체는 안트라센 기본구조가 페닐렌기를 통해 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자이다.
본 발명자들은 또한 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치가 페닐렌기를 통해 안트라센 기본구조의 9번 위치에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 특히 큰 밴드갭(band gap)을 가지며 효과적임을 발견하였다.
따라서, 본 발명의 또 다른 구조체는 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치가 페닐렌기를 통해 안트라센 기본구조의 9번 위치에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자이다.
추가로, 본 발명자들은 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합된 안트릴 페닐기의 탄소 원자 개수가 20 내지 30개인 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 사용하는 발광 소자의 소자 특성의 바람직한 신뢰도 및 안정성을 발견하였다. 본 발명자들은 또한 발광 소자의 우수한 구동 전압을 발견하였다. 이는 아마도 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 상기 기재된 바와 같이 비교적 저온에서 진공 증착될 수 있어, 증착시에 열분해 등으로 인한 열화 가능성이 낮기 때문이고, 또한 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 안트라센 기본구조가 페닐렌기를 통해 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합된 그의 분자 구조 때문에 전기화학적 안정성 및 우수한 캐리어-수송 특성을 갖기 때문이다.
따라서, 본 발명의 또 다른 구조체는 치환 또는 비치환된 안트릴 페닐기가 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합되고 치환 또는 비치환된 안트릴 페닐기의 탄소 원자 개수가 20 내지 30개인 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자이다.
추가로, 본 발명자들은 또한 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합된 (9-안트릴)페닐기의 탄소 원자 개수가 20 내지 30개인 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 사용하는 발광 소자의 소자 특성의 바람직한 신뢰도 및 안정성을 발견하였다. 본 발명자들은 또한 발광 소자의 우수한 구동 전압을 발견하였다. 본 발명자들은 또한 상기 화합물이 특히 큰 밴드갭을 가지며 효과적임을 발견하였다. 따라서, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 상기 기재된 증착에 대한 적합성, 전기화학적 안정성 및 캐리어-수송 특성이 우수한 것 이외에도, 9-안트릴기의 기본구조의 영향으로 인한 특징인 큰 밴드갭을 갖는다. 그러므로, 상기 화합물은 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 발광층의 호스트 물질로서 사용되고 발광 물질이 발광층에 게스트(guest) 물질로서 첨가되는 발광 소자의 구조체에서 효과적이다.
따라서, 본 발명의 또 다른 구조체는 치환 또는 비치환된 (9-안트릴)페닐기가 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합되고 치환 또는 비치환된 (9-안트릴)페닐기의 탄소 원자 개수가 20 내지 30개인 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 구조체는 상기 기재된 바람직한 특성을 갖는 발광 소자가 그에 의해 용이하게 달성될 수 있는, 하기 화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이다.
화학식 G1에서, Ar은 14 내지 30개의 탄소 원자를 갖고 적어도 안트라센 기본구조를 포함하는 아릴기를 나타낸다. 추가로, R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.
화학식 G1로 표시되는 상기 디벤조[c,g]카르바졸 화합물에서, 안트라센 기본구조가 페닐렌기를 통해 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합될 경우에, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 보다 고순도로 합성될 수 있고 우수한 캐리어-수송 특성을 갖는다.
따라서, 본 발명의 또 다른 구조체는 하기 화학식 G2로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이다.
화학식 G2에서, R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타내고, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, β는 치환 또는 비치환된 안트릴기를 나타낸다.
화학식 G2로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물에서, 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치가 안트라센 기본구조의 9번 위치에 결합될 경우에, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 특히 큰 밴드갭을 가지며 효과적이다.
따라서, 본 발명의 또 다른 구조체는 하기 화학식 G3으로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이다.
화학식 G3에서, R5는 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타내고, R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8, 및 R9는 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 나타내고, R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타내고, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타낸다.
추가로, 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합된 안트릴 페닐기의 탄소 원자 개수가 20 내지 30개인 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 사용하는 발광 소자는 바람직한 안정성 및 신뢰도의 소자 특성을 가지며, 이는 발광 소자의 형성에 있어서 증착의 측면에서 바람직한 구조체이다.
따라서, 본 발명의 또 다른 구조체는 하기 화학식 G4로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이다.
화학식 G4에서, R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타내고, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, β는 치환 또는 비치환된 안트릴기를 나타낸다. α 및 β의 총 탄소 원자 개수가 20 내지 30개라는 점에 주목한다.
따라서, 본 발명의 또 다른 구조체는 하기 화학식 G5로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이다.
화학식 G5에서, R5는 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타내고, R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8, 및 R9는 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 나타내고, R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타내고, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타낸다. R1 내지 R9 및 α의 총 탄소 원자 개수가 6개 이상이고 16개 이하라는 점에 주목한다.
추가로, R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8, 및 R9는 각각 합성이 용이해지고 재료비의 장점이 달성될 수 있다는 점에서 수소인 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 또 다른 구조체는 하기 화학식 G6으로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이다.
화학식 G6에서, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, R5는 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타내고, R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. R5 및 α의 총 탄소 원자 개수가 6개 이상이고 16개 이하라는 점에 주목한다.
상기에서와 같이, R11 내지 R22는 각각 바람직하게는 수소이고, 이 경우에 보다 큰 장점을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 구조체는 하기 화학식 G7로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이다.
화학식 G7에서, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, R5는 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. R5 및 α의 총 탄소 원자 개수가 6개 이상이고 16개 이하라는 점에 주목한다.
본 발명의 또 다른 구조체는 하기 구조식 100으로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이다.
본 발명의 또 다른 구조체는 하기 구조식 127로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이다.
상기 구조를 갖는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 큰 에너지갭을 갖는 발광 소자 물질이고, 청색 형광성 소자 등에서 수송층, 호스트 물질, 또는 발광 물질을 위해 적합하게 사용될 수 있다. 또한, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 바람직한 캐리어-수송 특성을 가지며, 상기 화합물을 사용함으로써 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자가 제공될 수 있다. 추가로, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 산화 및 환원에 안정하고, 상기 화합물을 사용하여 제조된 발광 소자는 덜 열화되는 장기 수명을 갖는 발광 소자일 수 있다. 추가로, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 이러한 특성을 조합하여 가질 경우에, 방출 효율, 구동 전압 및 수명이 우수한 고성능 발광 소자가 제조될 수 있다.
디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 사용하는 발광 소자를 사용함으로써, 각각 소비 전력이 낮은 발광 장치, 디스플레이 장치, 조명 장치, 또는 전자 장치가 수득될 수 있다. 각각 신뢰도가 높은 발광 장치, 디스플레이 장치, 조명 장치, 또는 전자 장치 또한 수득될 수 있다.
첨부된 도면에서:
도 1a 및 1b는 각각 발광 소자의 개념도이고;
도 2는 유기 반도체 소자의 개념도이고;
도 3a 및 3b는 능동형(active matrix) 발광 장치의 개념도이고;
도 4a 및 4b는 수동형(passive matrix) 발광 장치의 개념도이고;
도 5a 및 5b는 조명 장치의 개념도이고;
도 6a 내지 6d는 전자 장치를 도시하고;
도 7은 디스플레이 장치를 도시하고;
도 8은 조명 장치를 도시하고;
도 9는 조명 장치를 도시하고;
도 10은 차량용 디스플레이 장치 및 조명 장치를 도시하고;
도 11a 및 11b는 cgDBCzPA의 NMR 차트이고;
도 12a 및 12b는 각각 cgDBCzPA의 흡수 및 방출 스펙트럼을 나타내고;
도 13a 및 13b는 cgDBCzPA의 CV 차트이고;
도 14는 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 휘도 대 전류 효율 특성을 나타내고;
도 15는 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 전압 대 전류 특성을 나타내고;
도 16은 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 휘도 대 전력 효율 특성을 나타내고;
도 17은 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 휘도 대 외부 양자 효율 특성을 나타내고;
도 18은 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 방출 스펙트럼을 나타내고;
도 19는 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 표준화된 휘도 대 시간 특성을 나타내고;
도 20은 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 휘도 대 전류 효율 특성을 나타내고;
도 21은 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 전압 대 전류 특성을 나타내고;
도 22는 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 휘도 대 전력 효율 특성을 나타내고;
도 23은 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 휘도 대 외부 양자 효율 특성을 나타내고;
도 24는 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 방출 스펙트럼을 나타내고;
도 25는 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 표준화된 휘도 대 시간 특성을 나타내고;
도 26은 발광 소자 (3) 및 비교용 발광 소자 (3)의 휘도 대 전류 효율 특성을 나타내고;
도 27은 발광 소자 (3) 및 비교용 발광 소자 (3)의 전압 대 전류 특성을 나타내고;
도 28은 발광 소자 (3) 및 비교용 발광 소자 (3)의 방출 스펙트럼을 나타내고;
도 29는 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 전류 밀도 대 휘도 특성을 나타내고;
도 30은 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 휘도 대 전류 효율 특성을 나타내고;
도 31은 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 전압 대 전류 특성을 나타내고;
도 32는 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 휘도 대 전력 효율 특성을 나타내고;
도 33은 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 전압 대 휘도 특성을 나타내고;
도 34는 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 방출 스펙트럼을 나타내고;
도 35는 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 표준화된 휘도 대 시간 특성을 나타낸다.
도 1a 및 1b는 각각 발광 소자의 개념도이고;
도 2는 유기 반도체 소자의 개념도이고;
도 3a 및 3b는 능동형(active matrix) 발광 장치의 개념도이고;
도 4a 및 4b는 수동형(passive matrix) 발광 장치의 개념도이고;
도 5a 및 5b는 조명 장치의 개념도이고;
도 6a 내지 6d는 전자 장치를 도시하고;
도 7은 디스플레이 장치를 도시하고;
도 8은 조명 장치를 도시하고;
도 9는 조명 장치를 도시하고;
도 10은 차량용 디스플레이 장치 및 조명 장치를 도시하고;
도 11a 및 11b는 cgDBCzPA의 NMR 차트이고;
도 12a 및 12b는 각각 cgDBCzPA의 흡수 및 방출 스펙트럼을 나타내고;
도 13a 및 13b는 cgDBCzPA의 CV 차트이고;
도 14는 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 휘도 대 전류 효율 특성을 나타내고;
도 15는 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 전압 대 전류 특성을 나타내고;
도 16은 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 휘도 대 전력 효율 특성을 나타내고;
도 17은 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 휘도 대 외부 양자 효율 특성을 나타내고;
도 18은 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 방출 스펙트럼을 나타내고;
도 19는 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 표준화된 휘도 대 시간 특성을 나타내고;
도 20은 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 휘도 대 전류 효율 특성을 나타내고;
도 21은 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 전압 대 전류 특성을 나타내고;
도 22는 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 휘도 대 전력 효율 특성을 나타내고;
도 23은 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 휘도 대 외부 양자 효율 특성을 나타내고;
도 24는 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 방출 스펙트럼을 나타내고;
도 25는 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 표준화된 휘도 대 시간 특성을 나타내고;
도 26은 발광 소자 (3) 및 비교용 발광 소자 (3)의 휘도 대 전류 효율 특성을 나타내고;
도 27은 발광 소자 (3) 및 비교용 발광 소자 (3)의 전압 대 전류 특성을 나타내고;
도 28은 발광 소자 (3) 및 비교용 발광 소자 (3)의 방출 스펙트럼을 나타내고;
도 29는 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 전류 밀도 대 휘도 특성을 나타내고;
도 30은 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 휘도 대 전류 효율 특성을 나타내고;
도 31은 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 전압 대 전류 특성을 나타내고;
도 32는 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 휘도 대 전력 효율 특성을 나타내고;
도 33은 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 전압 대 휘도 특성을 나타내고;
도 34는 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 방출 스펙트럼을 나타내고;
도 35는 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 표준화된 휘도 대 시간 특성을 나타낸다.
하기에서, 본 발명의 실시형태가 기재될 것이다. 당업자라면 본원에 기재된 방식 및 상세한 내용이 본 발명의 취지 및 범주로부터 이탈함이 없이 다양한 방법으로 변화될 수 있음을 용이하게 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 실시형태의 상세한 설명으로 제한되는 것으로 해석되지 않는다.
(실시형태 1)
본 실시형태의 발광 소자는 적어도 안트라센 기본구조를 포함하는 아릴기가 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자이다. 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 우수한 캐리어-수송 특성을 가지므로, 발광 소자는 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자일 수 있다. 추가로, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 반복적인 산화 및 환원에 대하여 높은 내성을 가지므로, 발광 소자는 장기 수명을 갖는 발광 소자일 수 있다. 추가로, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 큰 밴드갭을 가지므로, 발광 소자는 높은 방출 효율을 갖는 발광 소자일 수 있다. 상기 기재된 바와 같이, 본 실시형태의 구조를 갖는 발광 소자는 용이하게 특성의 완전한 조합을 갖는 고성능 발광 소자일 수 있다.
아릴기의 탄소 원자 개수가 14 내지 30개일 경우에, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 비교적 작은 분자량을 갖는 저분자 화합물이고, 따라서 진공 증착에 적합한 (비교적 저온에서 진공 증착될 수 있는) 구조를 갖는다는 점에 주목한다. 일반적으로, 분자량이 작을수록 막 형성 후에 내열성이 약화되는 경향이 있다. 그러나, 저분자량으로도, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 강성 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 영향 때문에 충분한 내열성이 보장될 수 있다는 장점을 갖는다. 상기 기재된 안트라센 기본구조 및 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조는 그 사이에 개재된 페닐렌기 또는 나프틸렌기 등의 아릴렌기에 의해 결합될 수 있다는 점에 주목한다.
추가로, 안트라센 기본구조가 페닐렌기를 통해 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 사용하는 발광 소자는 특히 수명에 있어서 장점을 갖는다. 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 우수한 캐리어-수송 특성을 가지며, 상기 화합물을 사용하는 발광 소자는 매우 낮은 전압에서 구동될 수 있다.
상기 발광 소자는 안트릴 페닐기가 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자로 바꿔 말할 수 있다. 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 고순도로 용이하게 합성될 수 있어서, 불순물로 인한 열화가 억제될 수 있다. 소자 특성의 신뢰도 및 안정성의 측면에서 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합된 안트릴 페닐기의 탄소 원자 개수가 바람직하게는 20 내지 30개라는 점에 주목한다. 이 경우에, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 상기 기재된 바와 같이 비교적 저온에서 진공 증착될 수 있고, 따라서 증착시에 열분해 등으로 인한 열화 가능성이 낮다. 또한, 발광 소자는 신뢰도 뿐만 아니라, 구동 전압이 우수하다. 이는 또한 안트라센 기본구조가 페닐렌기를 통해 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물의 분자 구조로 인한 전기화학적 안정성 및 우수한 캐리어-수송 특성 때문이다.
추가로, 안트라센 기본구조의 9번 위치가 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 사용하는 발광 소자는 청색 형광 등의 높은 에너지의 발광을 나타내는 발광 소자로서 특히 적합하다. 상기 기재된 안트라센 기본구조 및 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조가 그 사이에 개재된 페닐렌기 또는 나프틸렌기 등의 아릴렌기에 의해 결합될 수 있다는 점에 주목한다.
상기 이유 때문에, 안트라센 기본구조의 9번 위치가 페닐렌기를 통해 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자가 바람직하다. 다시 말해서, (9-안트릴)페닐기가 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자가 바람직하다. 소자 특성의 신뢰도 및 안정성의 측면에서 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합된 (9-안트릴)페닐기의 탄소 원자 개수가 바람직하게는 20 내지 30개라는 점에 주목한다. 따라서, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 상기 기재된 증착에 대한 적합성, 전기화학적 안정성, 및 캐리어-수송 특성이 우수한 것 이외에도, 9-안트릴기의 기본구조의 영향으로 인한 특징인 큰 밴드갭을 갖는다. 그러므로, 상기 화합물은 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 발광층의 호스트 물질로서 사용되고 발광 물질이 발광층에 게스트 물질로서 첨가되는 발광 소자의 구조에서 효과적이다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에 기재된 발광 소자를 달성하기 위해 사용되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 기재되어 있다.
본 실시형태의 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 적어도 안트라센 기본구조를 포함하는 아릴기가 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이다. 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 우수한 캐리어-수송 특성을 갖는다. 또한, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 반복적인 산화 및 환원에 대하여 바람직한 내성을 갖는다. 추가로, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 큰 밴드갭을 갖는다. 따라서, 고성능 발광 소자가 본 실시형태의 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함시킴으로써 용이하게 제조될 수 있다.
제작되는 소자의 안정성 및 신뢰도 등의 특성의 측면에서, 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합된 아릴기의 탄소 원자 개수가 바람직하게는 14 내지 30개라는 점에 주목한다. 아릴기의 탄소 원자 개수가 14 내지 30개일 경우에, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 비교적 작은 분자량을 갖는 저분자 화합물이고, 따라서 진공 증착에 적합한 (비교적 저온에서 진공 증착될 수 있는) 구조를 갖는다. 일반적으로, 분자량이 작을수록 막 형성 후에 내열성이 약화되는 경향이 있다. 그러나, 저분자량으로도, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 강성 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 영향 때문에 충분한 내열성이 보장될 수 있다는 장점을 갖는다. 본 명세서에서, 탄소 원자 개수가 한정될 때, 그러한 개수는 한정되는 기, 화합물 등의 치환기의 탄소 원자 개수를 포함하는 총 탄소 원자 개수를 의미한다는 점에 유의한다.
상기 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 하기 화학식 G1로 표시될 수 있다.
상기 화학식 G1에서, Ar은 14 내지 30개의 탄소 원자를 갖고 적어도 안트라센 기본구조를 포함하는 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 안트라센 기본구조가 치환기를 가질 경우에, 치환기는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기일 수 있다. 이러한 치환기 이외에도, 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 또한 안트라센 기본구조의 10 위치에서의 치환기로서 선택될 수 있다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등이 있다.
추가로, R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등이 있다.
본 실시형태의 디벤조[c,g]카르바졸 화합물에서, 안트라센 기본구조가 페닐렌기를 통해 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합되는 것이 바람직하고, 이 경우에 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 향상된 안정성을 가질 수 있고 보다 고순도로 합성될 수 있다. 추가로, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 우수한 캐리어-수송 특성을 가지므로, 상기 화합물을 사용하는 발광 소자는 매우 낮은 전압에서 구동될 수 있다.
상기 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 하기 화학식 G2로 표시될 수 있다.
화학식 G2에서, R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등이 있다.
화학식 G2에서, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, β는 치환 또는 비치환된 안트릴기를 나타낸다. α가 치환기를 가질 경우에, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기가 치환기로서 선택될 수 있다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. β가 치환기를 가질 경우에, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기가 치환기로서 선택될 수 있다. 이러한 치환기 이외에도, 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 또한 안트라센 기본구조의 10 위치에서의 치환기로서 선택될 수 있다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등이 있다.
상기 디벤조[c,g]카르바졸 화합물에서, 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치가 안트라센 기본구조의 9번 위치에 결합될 경우에, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 특히 큰 밴드갭을 가지며 효과적이다. 이는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 발광층의 호스트 물질로서 사용되고 발광 물질이 게스트 물질로서 발광층에 첨가되는 발광 소자의 구조에서 특히 효과적이다. 상기 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 하기 화학식 G3으로 표시될 수 있다.
화학식 G3에서, R5는 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 나프틸기 등이 있다. 추가로, R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8 및 R9는 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 나타낸다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 추가로, R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등이 있다. 또한, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타낸다. α가 치환기를 가질 경우에, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기가 치환기로서 선택될 수 있다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다.
화학식 G2로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 페닐 안트릴기가 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물로 바꿔 말할 수 있고, 화학식 G3으로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 (9-페닐)안트릴기가 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물로 바꿔 말할 수 있다는 점에 유의한다. 그러므로, 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조에 결합된 페닐 안트릴기 또는 (9-페닐)안트릴기의 탄소 원자 개수는 제작되는 소자의 안정성 및 신뢰도 등의 특성의 측면에서 바람직하게는 20 내지 30개이다. 이는 아마도 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 상기 기재된 바와 같이 비교적 저온에서 진공 증착될 수 있고, 따라서 증착시에 열분해 등으로 인한 열화 가능성이 낮기 때문이다. (9-페닐)안트릴기를 갖는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 특히 큰 밴드갭을 가지며, 따라서 발광 소자에서 발광층의 호스트 물질로서 적합하게 사용될 수 있다는 점에 주목한다.
디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 안트라센 기본구조가 페닐렌기를 통해 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합된 그의 분자 구조 때문에 전기화학적 안정성 및 우수한 캐리어-수송 특성을 갖는다.
상기 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 하기 화학식 G4 또는 G5로 표시될 수 있다.
화학식 G4에서, R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등이 있다. 또한, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타낸다. α가 치환기를 가질 경우에, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기가 치환기로서 선택될 수 있다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 추가로, β는 치환 또는 비치환된 안트릴기를 나타낸다. β가 치환기를 가질 경우에, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기가 치환기로서 선택될 수 있다. 이러한 치환기 이외에도, 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 또한 안트라센 기본구조의 10 위치에서의 치환기로서 선택될 수 있다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등이 있다. α 및 β의 총 탄소 원자 개수가 20 내지 30개라는 점에 주목한다.
화학식 G5에서, R5는 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 나프틸기 등이 있다. 추가로, R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8 및 R9는 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 나타낸다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 추가로, R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기 등이 있다. 또한, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타낸다. α가 치환기를 가질 경우에, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기가 치환기로서 선택될 수 있다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. R1 내지 R9 및 α의 총 탄소 원자 개수가 6개 이상이고 16개 이하라는 점에 주목한다.
추가로, R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8 및 R9는 각각 합성이 용이해지고 재료비의 장점이 달성될 수 있다는 점에서 수소인 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 또 다른 구조체는 하기 화학식 G6으로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이다.
화학식 G6에서, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타낸다. α가 치환기를 가질 경우에, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기가 치환기로서 선택될 수 있다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 추가로, R5는 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 추가로, R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. R5 및 α의 총 탄소 원자 개수가 6개 이상이고 16개 이하라는 점에 주목한다.
상기에서와 같이, R11 내지 R22는 각각 바람직하게는 수소이고, 이 경우에 보다 큰 장점을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 구조체는 하기 화학식 G7로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이다.
화학식 G7에서, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타낸다. α가 치환기를 가질 경우에, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기가 치환기로서 선택될 수 있다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. 추가로, R5는 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등이 있다. R5 및 α의 총 탄소 원자 개수가 6개 이상이고 16개 이하라는 점에 주목한다.
상기 화학식 G1에서 Ar로 표시되는 아릴기로서, 예를 들어 하기 구조식 Ar-1 내지 Ar-51로 표시되는 기가 사용될 수 있다. Ar로서 사용될 수 있는 기가 이들로 제한되지는 않는다는 점에 유의한다.
상기 화학식 G1 내지 G6에서 R11 내지 R22로 표시되는 아릴기로서, 예를 들어 하기 구조식 Rc-1 내지 Rc-17로 표시되는 기가 사용될 수 있다. R11 내지 R22로서 사용될 수 있는 기가 이들로 제한되지는 않는다는 점에 유의한다.
상기 화학식 G2 내지 G7에서 α로 표시되는 아릴기로서, 예를 들어 하기 구조식 α-1 내지 α-11로 표시되는 기가 사용될 수 있다. α로서 사용될 수 있는 기가 이들로 제한되지는 않는다는 점에 유의한다.
상기 화학식 G2 및 G4에서 β로 표시되는 아릴기로서, 예를 들어 하기 구조식 β-1 내지 β-37로 표시되는 기가 사용될 수 있다. β로서 사용될 수 있는 기가 이들로 제한되지는 않는다는 점에 유의한다.
상기 화학식 G3 및 G5에서 R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8 및 R9로 표시되는 아릴기로서, 예를 들어 하기 구조식 Ra-1 내지 Ra-9로 표시되는 기가 사용될 수 있다. R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8 및 R9로서 사용될 수 있는 기가 이들로 제한되지는 않는다는 점에 유의한다.
상기 화학식 G3 및 G5 내지 G7에서 R5로 표시되는 아릴기로서, 예를 들어 하기 구조식 R5-1 내지 R5-17로 표시되는 기가 사용될 수 있다. R5로서 사용될 수 있는 기가 이들로 제한되지는 않는다는 점에 유의한다.
상기 화학식 G1 내지 G7로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물 구조체의 구체적인 예로는 하기 구조식 100 내지 136으로 표시되는 물질 등이 있다. 상기 화학식 G1 내지 G7로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 하기 예로 제한되지는 않는다는 점에 유의한다.
상기 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 우수한 캐리어-수송 특성을 가지므로, 캐리어-수송 물질 또는 호스트 물질로서 적합하다. 따라서, 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자가 또한 제공될 수 있다. 추가로, 본 실시형태의 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 산화 및 환원에 대하여 우수한 안정성을 갖는다. 따라서, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 사용하는 발광 소자는 장기 수명을 갖는 발광 소자일 수 있다. 추가로, 본 실시형태의 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 충분히 큰 밴드갭을 가지며, 따라서 청색 형광성 물질의 호스트 물질로서 사용될 경우에도 높은 방출 효율을 갖는 발광 소자가 수득될 수 있다.
(실시형태 3)
이어서, 본 실시형태에서는, 화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물의 합성 방법이 기재되어 있다. 다양한 반응이 디벤조[c,g]카르바졸 화합물의 합성 방법에 적용될 수 있다. 예를 들어, 하기 기재된 합성 반응이 화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물의 합성을 가능하게 한다. 본 발명의 일 실시형태의 디벤조[c,g]카르바졸 화합물의 합성 방법이 하기 합성 방법으로 제한되지는 않는다는 점에 유의한다.
화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물의 합성 방법
본 발명의 디벤조[c,g]카르바졸 화합물 (G1)은 하기 도시된 합성 반응식 A-1에 따라 합성할 수 있다. 구체적으로, 안트라센 화합물 (화합물 1) 및 디벤조[c,g]카르바졸 화합물 (화합물 2)을 커플링시킴으로써, 본 발명의 디벤조[c,g]카르바졸 화합물 (G1)을 수득할 수 있다.
합성 반응식 A-1에서, Ar은 14 내지 30개의 탄소 원자를 갖고 적어도 안트라센 기본구조를 포함하는 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 추가로, R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.
팔라듐 촉매를 사용하는 하트위그-부크왈드(Hartwig-Buchwald) 반응이 합성 반응식 A-1에서 수행될 경우에, X는 할로겐 또는 트리플레이트기를 나타낸다. 할로겐으로서, 요오드, 브롬 또는 염소가 바람직하다. 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 또는 팔라듐(II) 아세테이트 등의 팔라듐 화합물 및 트리(tert-부틸)포스핀, 트리(n-헥실)포스핀 또는 트리시클로헥실포스핀 등의, 팔라듐 화합물에 배위결합하는 리간드를 사용하는 팔라듐 촉매가 반응을 위해 사용된다. 염기로서, 나트륨 tert-부톡시드 등의 유기 염기, 탄산칼륨 또는 탄산나트륨 등의 무기 염기 등이 반응을 위해 사용될 수 있다. 용매가 사용될 경우에, 톨루엔, 크실렌, 벤젠, 테트라히드로푸란 등이 사용될 수 있다. 반응을 위해 사용될 수 있는 시약이 상기로 제한되지는 않는다는 점에 유의한다.
구리 또는 구리 화합물을 사용하는 울만(Ullmann) 반응이 합성 반응식 A-1에서 수행될 경우에, X는 할로겐을 나타낸다. 할로겐으로서, 요오드, 브롬 또는 염소가 바람직하다. 촉매로서, 구리 또는 구리 화합물이 반응을 위해 사용된다. 사용되는 염기로서, 탄산칼륨 등의 무기 염기가 제공될 수 있다. 반응을 위해 사용될 수 있는 용매의 예로는 1,3-디메틸-3,4,5,6-테트라히드로-2(1H)-피리미디논 (DMPU), 톨루엔, 크실렌, 벤젠 등이 있다. 울만 반응에서, 높은 비점을 갖는 DMPU 또는 크실렌이 바람직하게 사용되고, 이 경우에 합성 목적이 100℃ 이상의 반응 온도에서 보다 단시간 내에 보다 고수율로 달성될 수 있다. 150℃ 이상의 반응 온도가 추가로 바람직하고, 따라서 DMPU가 보다 바람직하게 사용된다. 반응을 위해 사용될 수 있는 시약이 상기로 제한되지는 않는다는 점에 유의한다.
상기 방식으로, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 합성할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에는 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 일종의 유기 반도체 소자인 종형 트랜지스터(transistor) (정전 유도형 트랜지스터: SIT)의 활성층을 위해 사용되는 방식의 예가 기재되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 소자는 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 함유하는 박막 활성층 (1202)이 소스 전극 (source electrode; 1201)과 드레인 전극 (drain electrode; 1203) 사이에 제공되고, 게이트 전극 (gate electrode; 1204)이 활성층 (1202)에 삽입된 구조를 갖는다. 게이트 전극 (1204)은 게이트 전압을 인가하기 위한 요소에 전기적으로 접속되고, 소스 전극 (1201) 및 드레인 전극 (1203)은 소스 전극과 드레인 전극 사이의 전압을 제어하기 위한 요소에 전기적으로 접속된다.
이러한 소자 구조에서, 게이트 전극에의 전압 인가 없이 소스 전극과 드레인 전극 사이에 전압이 인가되면, 전류가 흐른다 (온 상태(on state)). 이어서, 그러한 상태에서 게이트 전극에 전압을 인가함으로써, 공핍층이 게이트 전극 (1204)의 주변부에서 형성되고, 전류 흐름이 중단된다 (오프 상태(off state)). 이러한 메카니즘에 의해, 소자가 트랜지스터로서 작동한다.
발광 소자와 마찬가지로, 종형 트랜지스터는 활성층을 위해 우수한 막 특성과 우수한 캐리어-수성 특성을 둘다 달성할 수 있는 물질을 함유해야 하고; 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 이러한 요건을 만족시키므로 적합하게 사용될 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에 기재된 발광 소자의 구조에 관한 상세한 예가 도 1a를 참조로 하여 하기에 기재되어 있다.
본 실시형태의 발광 소자는 한 쌍의 전극 사이에 복수 개의 층을 포함한다. 본 실시형태에서, 발광 소자는 제1 전극 (101), 제2 전극 (102), 및 제1 전극 (101)과 제2 전극 (102) 사이에 제공된 EL 층 (103)을 포함한다. 본 실시형태에서, 제1 전극 (101)은 애노드(anode)로서 기능하고 제2 전극 (102)은 캐소드(cathode)로서 기능한다는 점에 주목한다. 다시 말해서, 전압이 제1 전극 (101)과 제2 전극 (102) 사이에 인가되어 제1 전극 (101)의 전위가 제2 전극 (102)의 전위보다 높아지면, 발광이 발생할 수 있다. 본 실시형태의 발광 소자는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 EL 층 (103) 중 어느 하나의 층에 사용되는 발광 소자이다.
제1 전극 (101)을 위해, 높은 일함수 (구체적으로, 4.0 eV 이상의 일함수)를 갖는 임의의 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물 등이 바람직하게 사용된다. 구체적으로, 예를 들어 산화인듐-산화주석 (ITO: 산화 인듐 주석), 실리콘 또는 산화실리콘을 함유하는 산화인듐-산화주석, 산화인듐-산화아연 (산화 인듐 아연), 산화텅스텐 및 산화아연을 함유하는 산화인듐 (IWZO) 등이 제공될 수 있다. 이러한 전기 전도성 금속 산화물 막은 통상적으로 스퍼터링(sputtering)에 의해 형성되지만, 졸-겔 방법 등의 적용에 의해서도 형성될 수도 있다. 예를 들어, 산화인듐-산화아연은 산화아연을 1 중량% 내지 20 중량%로 산화인듐에 첨가하는 표적을 사용하는 스퍼터링 방법에 의해 형성될 수 있다. 또한, 산화텅스텐 및 산화아연을 함유하는 산화인듐 (IWZO)은 산화텅스텐을 0.5 중량% 내지 5 중량%로 산화인듐에 첨가하고 산화아연을 0.1 중량% 내지 1 중량%로 산화인듐에 첨가하는 표적을 사용하는 스퍼터링 방법에 의해 형성될 수 있다. 추가로, 금 (Au), 백금 (Pt), 니켈 (Ni), 텅스텐 (W), 크롬 (Cr), 몰리브덴 (Mo), 철 (Fe), 코발트 (Co), 구리 (Cu), 팔라듐 (Pd), 그래핀, 금속 물질의 질화물 (예를 들어, 질화티타늄) 등이 제공될 수 있다.
EL 층 (103)의 적층 구조는 특별히 제한되지 않는다. EL 층 (103)은 필요에 따라, 우수한 전자-수송 특성을 갖는 물질을 함유하는 층, 우수한 정공-수송 특성을 갖는 물질을 함유하는 층, 우수한 전자-주입 특성을 갖는 물질을 함유하는 층, 우수한 정공-주입 특성을 갖는 물질을 함유하는 층, 양극성 물질 (우수한 전자-수송 및 정공-수송 특성을 갖는 물질)을 함유하는 층 등의 조합에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, EL 층 (103)은 필요에 따라, 정공-주입층, 정공-수송층, 발광층, 전자-수송층, 전자-주입층 등의 조합에 의해 형성될 수 있다. 본 실시형태에서, EL 층 (103)은 정공-주입층 (111), 정공-수송층 (112), 발광층 (113), 전자-수송층 (114), 및 전자-주입층 (115)이 제1 전극 (101) 위에 상기 순서로 적층되어 있는 구조를 갖는다. 상기 층에 포함되는 물질이 구체적으로 하기에서 제공된다.
정공-주입층 (111)은 우수한 정공-주입 특성을 갖는 물질을 함유하는 층이다. 산화몰리브덴, 산화바나듐, 산화루테늄, 산화텅스텐, 산화망간 등이 사용될 수 있다. 별법으로, 정공-주입층 (111)은 프탈로시아닌 (약어: H2Pc) 또는 구리 프탈로시아닌 (약어: CuPc) 등의 프탈로시아닌계 화합물, 4,4'-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐 (약어: DPAB) 또는 N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-디페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-디아민 (약어: DNTPD) 등의 방향족 아민 화합물, 폴리(에틸렌디옥시티오펜)/폴리(스티렌술폰산) (PEDOT/PSS) 등의 고분자 화합물 등을 사용하여 형성될 수도 있다.
별법으로, 우수한 정공-수송 특성을 갖는 물질이 액셉터(acceptor) 특성을 갖는 물질을 함유하는 복합재가 정공-주입층 (111)을 위해 사용될 수 있다. 액셉터 특성을 갖는 물질을 함유하는 우수한 정공-수송 특성을 갖는 그러한 물질의 사용은 그의 일함수와 상관없이 전극을 형성하기 위해 사용되는 물질의 선택을 가능하게 한다는 점에 주목한다. 다시 말해서, 높은 일함수를 갖는 물질 이외에도, 낮은 일함수를 갖는 물질 또한 제1 전극 (101)을 위해 사용될 수 있다. 액셉터 특성을 갖는 물질로서, 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄 (약어: F4-TCNQ), 클로라닐 등이 제공될 수 있다. 또한, 전이 금속 산화물이 제공될 수 있다. 주기율표의 제4족 내지 제8족에 속하는 금속의 산화물이 제공될 수 있다. 구체적으로, 산화바나듐, 산화니오븀, 산화탄탈, 산화크롬, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간, 및 산화레늄이 그의 전자-수용 특성이 우수하다는 점에서 바람직하다. 이들 중에서, 산화몰리브덴이 공기 중에서 안정하고, 낮은 흡습 특성을 가지며, 용이하게 처리된다는 점에서 특히 바람직하다.
복합재를 위해 사용되는 우수한 정공-수송 특성을 갖는 물질로서, 방향족 아민 화합물, 카르바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 및 고분자 화합물 (예를 들어, 올리고머, 덴드리머 또는 폴리머) 등의 임의의 다양한 화합물이 사용될 수 있다. 복합재를 위해 사용되는 유기 화합물이 바람직하게는 우수한 정공-수송 특성을 갖는 유기 화합물이라는 점에 주목한다. 구체적으로, 10-6 cm2/Vs 이상의 정공 이동성을 갖는 물질이 바람직하게 사용된다. 추가로, 이들 물질 이외에도, 전자보다 정공을 더 많이 수송하는 특성을 갖는 임의의 물질이 사용될 수 있다. 복합재에 우수한 정공-수송 특성을 갖는 물질로서 사용될 수 있는 유기 화합물이 구체적으로 하기에 제공된다.
방향족 아민 화합물의 예로는 N,N'-디(p-톨릴)-N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민 (약어: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐 (약어: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-디페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-디아민 (약어: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠 (약어: DPA3B) 등이 있다.
복합재를 위해 사용될 수 있는 카르바졸 유도체의 구체적인 예로는 3-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸 (약어: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸 (약어: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카르바졸-3-일)아미노]-9-페닐카르바졸 (약어: PCzPCN1) 등이 있다.
복합재를 위해 사용될 수 있는 카르바졸 유도체의 다른 예로는 4,4'-디(N-카르바졸릴)바이페닐 (약어: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸릴)페닐]벤젠 (약어: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸 (약어: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카르바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등이 있다.
복합재를 위해 사용될 수 있는 방향족 탄화수소의 예로는 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센 (약어: t-BuDNA), 2-tert-부틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센 (약어: DPPA), 2-tert-부틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센 (약어: t-BuDBA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센 (약어: DNA), 9,10-디페닐안트라센 (약어: DPAnth), 2-tert-부틸안트라센 (약어: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센 (약어: DMNA), 2-tert-부틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-디페닐-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-부틸)페릴렌 등이 있다. 또한, 펜타센, 코로넨 등도 사용될 수 있다. 따라서, 14 내지 42개의 탄소 원자 또는 그 초과의 탄소 원자를 가지며 1 x 10-6 cm2/Vs의 정공 이동성을 갖는 방향족 탄화수소가 보다 바람직하게 사용된다.
복합재를 위해 사용될 수 있는 방향족 탄화수소가 비닐 기본구조를 가질 수 있다는 점에 주목한다. 비닐기를 갖는 방향족 탄화수소의 예로는 4,4'-비스(2,2-디페닐비닐)바이페닐 (약어: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-디페닐비닐)페닐]안트라센 (약어: DPVPA) 등이 있다.
폴리(N-비닐카르바졸) (약어: PVK), 폴리(4-비닐트리페닐아민) (약어: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-디페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아미드] (약어: PTPDMA), 또는 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘] (약어: 폴리-TPD) 등의 고분자 화합물도 사용될 수 있다.
정공-수송층 (112)은 우수한 정공-수송 특성을 갖는 물질을 함유하는 층이다. 우수한 정공-수송 특성을 갖는 물질의 예로는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐 (약어: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-디아민 (약어: TPD), 4,4',4"-트리스(N,N-디페닐아미노)트리페닐아민 (약어: TDATA), 4,4',4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민 (약어: MTDATA), 및 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐 (약어: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물 등이 있다. 여기서 언급된 물질은 주로 10-6 cm2/Vs 이상의 정공 이동성을 갖는 것이다. 상기 기재된 복합재에서 우수한 정공-수송 특성을 갖는 물질의 예로서 제공된 유기 화합물이 또한 정공-수송층 (112)을 위해서도 사용될 수 있다. 폴리(N-비닐카르바졸) (약어: PVK) 또는 폴리(4-비닐트리페닐아민) (약어: PVTPA) 등의 고분자 화합물 또한 사용될 수 있다. 그러나, 이들 물질 이외에도, 전자보다 정공을 더 많이 수송하는 특성을 갖는 물질이 사용될 수 있다. 추가로, 우수한 정공-수송 특성을 갖는 물질을 포함하는 층은 단일층으로 제한되지 않으며, 임의의 상기 물질을 포함하는 2개 이상의 층이 적층된 것일 수 있다.
실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 정공-수송층 (112)에 포함되는 물질로서 사용될 수 있다.
발광층 (113)은 발광 물질을 함유하는 층이다. 발광층 (113)은 발광 물질만을 함유하는 막 또는 방출 중심 물질이 호스트 물질에 분산되어 있는 막으로 형성될 수 있다.
발광층 (113)에 발광 물질 또는 방출 중심 물질로서 사용될 수 있는 물질은 특별히 제한되지 않고, 이들 물질로부터 방출되는 빛은 형광이거나 인광일 수 있다. 상기 발광 물질 또는 방출 중심 물질의 예로는 다음과 같은 물질이 있다: N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-디페닐-피렌-1,6-디아민 (약어: 1,6-FLPAPrn), N,N'-비스[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민 (약어: YGA2S), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민 (약어: YGAPA), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(9,10-디페닐-2-안트릴)트리페닐아민 (약어: 2YGAPPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민 (약어: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-부틸페릴렌 (약어: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트리페닐아민 (약어: PCBAPA), N,N"-(2-tert-부틸안트라센-9,10-디일디-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민] (약어: DPABPA), N,9-디페닐-N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민 (약어: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민 (약어: 2DPAPPA), N,N,N',N',N",N",N''',N'''-옥타페닐디벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민 (약어: DBC1), 쿠마린 30, N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민 (약어: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-디페닐-9H-카르바졸-3-아민 (약어: 2PCABPhA), N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민 (약어: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민 (약어: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카르바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민 (약어: 2YGABPhA), N,N,9-트리페닐안트라센-9-아민 (약어: DPhAPhA), 쿠마린 545T, N,N'-디페닐퀴나크리돈 (약어: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-디페닐테트라센 (약어: BPT), 2-(2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴 (약어: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴 (약어: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-디아민 (약어: p-mPhTD), 7,14-디페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오르안텐-3,10-디아민 (약어: p-mPhAFD), 2-{2-이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴 (약어: DCJTI), 2-{2-tert-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴 (약어: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴 (약어: BisDCM), 및 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라히드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴 (약어: BisDCJTM) 등의 형광성 물질; 및 비스[2-(3',5'-비스트리플루오로메틸페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III) 피콜리네이트 (약어: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III) 아세틸아세토네이트 (약어: FIracac), 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐(III) (약어: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디나토)이리듐(III) 아세틸아세토네이트 (약어: Ir(ppy)2(acac)), 트리스(아세틸아세토나토)(모노페난트롤린)테르븀(III) (약어: Tb(acac)3(Phen)), 비스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III) 아세틸아세토네이트 (약어: Ir(bzq)2(acac)), 비스(2,4-디페닐-1,3-옥사졸라토-N,C2')이리듐(III) 아세틸아세토네이트 (약어: Ir(dpo)2(acac)), 비스[2-(4'-퍼플루오로페닐페닐)피리디나토]이리듐(III) 아세틸아세토네이트 (약어: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조티아졸라토-N,C2')이리듐(III) 아세틸아세토네이트 (약어: Ir(bt)2(acac)), 비스[2-(2'-벤조[4,5-α]티에닐)피리디나토-N,C3 ']이리듐(III) (아세틸아세토네이트) (약어: Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐이소퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III) 아세틸아세토네이트 (약어: Ir(piq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리나토]이리듐(III) (약어: Ir(Fdpq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)이리듐(III) (약어: Ir(tppr)2(acac)), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르핀 백금(II) (약어: PtOEP), 트리스(1,3-디페닐-1,3-프로판디오나토)(모노페난트롤린)유로퓸(III) (약어: Eu(DBM)3(Phen)), 및 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트리플루오로아세토나토](모노페난트롤린)유로퓸(III) (약어: Eu(TTA)3(Phen)) 등의 인광성 물질. 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 또한 발광 물질 또는 방출 중심 물질로서 사용될 수 있다는 점에 주목한다. 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 보라색 내지 청색 범위의 스펙트럼을 갖는 빛을 방출하는 방출 중심 물질이다.
상기 기재된 호스트 물질로서 사용될 수 있는 물질이 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어 다음과 같은 물질이 호스트 물질을 위해 사용될 수 있다: 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(III) (약어: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄(III) (약어: Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(II) (약어: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(III) (약어: BAlq), 비스(8-퀴놀리노라토)아연(II) (약어: Znq), 비스[2-(2-벤족사졸릴)페놀라토]아연(II) (약어: ZnPBO), 및 비스[2-(2-벤조티아졸릴)페놀라토]아연(II) (약어: ZnBTZ) 등의 금속 착물; 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸 (약어: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠 (약어: OXD-7), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸 (약어: TAZ), 2,2',2"-(1,3,5-벤젠트리일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸) (약어: TPBI), 바토페난트롤린 (약어: BPhen), 바토쿠프로인 (약어: BCP), 및 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카르바졸 (약어: CO11) 등의 헤테로시클릭 화합물; 및 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐 (약어: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-디아민 (약어: TPD), 및 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐 (약어: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물. 또한, 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 및 디벤조[g,p]크리센 유도체 등의 축합 폴리시클릭 방향족 화합물이 제공될 수 있고, 구체적인 예로는 9,10-디페닐안트라센 (약어: DPAnth), N,N-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민 (약어: CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민 (약어: DPhPA), 4-(9H-카르바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민 (약어: YGAPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸-3-아민 (약어: PCAPA), N,9-디페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카르바졸-3-아민 (약어: PCAPBA), N,9-디페닐-N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-9H-카르바졸-3-아민 (약어: 2PCAPA), 6,12-디메톡시-5,11-디페닐크리센, N,N,N',N',N",N",N''',N'''-옥타페닐디벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라민 (약어: DBC1), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸 (약어: CzPA), 3,6-디페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸 (약어: DPCzPA), 9,10-비스(3,5-디페닐페닐)안트라센 (약어: DPPA), 9,10-디(2-나프틸)안트라센 (약어: DNA), 2-tert-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센 (약어: t-BuDNA), 9,9'-바이안트릴 (약어: BANT), 9,9'-(스틸벤-3,3'-디일)디페난트렌 (약어: DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-디일)디페난트렌 (약어: DPNS2), 3,3',3"-(벤젠-1,3,5-트리일)트리피렌 (약어: TPB3) 등이 있다. 추가로, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물 또한 호스트 물질로서 적합하게 사용될 수 있다. 상기 기재된 방출 중심 물질보다 큰 에너지갭을 갖는 1종 이상의 물질이 상기 물질 및 공지된 물질로부터 바람직하게 선택된다. 게다가, 방출 중심 물질이 인광을 방출하는 물질일 경우에는, 방출 중심 물질보다 큰 삼중 여기 에너지 (바닥 상태와 삼중 여기 상태 사이의 에너지차)를 갖는 물질이 호스트 물질로서 선택될 수 있다.
실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 방출 중심 물질이 청색 형광을 방출하는 물질인 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있다는 점에 주목한다. 이는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물의 큰 밴드갭이 청색 형광을 방출하는 물질이 효과적으로 여기되도록 하여, 높은 방출 효율로 청색 형광을 제공하는 발광 소자가 용이하게 제공될 수 있기 때문이다. 추가로, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 우수한 캐리어-수송 특성을 가지므로, 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자가 제공될 수 있다.
발광층 (113)은 또한 2개 이상의 층이 적층된 것일 수 있다는 점에 주목한다. 예를 들어, 발광층 (113)이 정공-수송층 위에 제1 발광층 및 제2 발광층을 상기 순서로 적층함으로써 형성될 경우에, 정공-수송 특성을 갖는 물질은 제1 발광층의 호스트 물질을 위해 사용되고 전자-수송 특성을 갖는 물질은 제2 발광층의 호스트 물질을 위해 사용된다.
상기 기재된 구조를 갖는 발광층이 다수의 물질을 포함할 경우에, 진공 증착법에 의한 동시증착이 사용될 수 있거나, 또는 별법으로 물질의 용액을 이용하는 잉크젯(inkjet)법, 스핀 코팅법, 침지 코팅법 등이 사용될 수 있다.
전자-수송층 (114)은 우수한 전자-수송 특성을 갖는 물질을 함유하는 층이다. 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄 (약어: Alq), 트리스(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: BAlq) 등의 퀴놀린 기본구조 또는 벤조퀴놀린 기본구조를 갖는 금속 착물을 함유하는 층이다. 별법으로, 비스[2-(2-히드록시페닐)벤족사졸라토]아연 (약어: Zn(BOX)2) 또는 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조티아졸라토]아연 (약어: Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계 또는 티아졸계 리간드를 갖는 금속 착물 등이 사용될 수 있다. 금속 착물 이외에도, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸 (약어: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠 (약어: OXD-7), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸 (약어: TAZ), 바토페난트롤린 (약어: BPhen), 바토쿠프로인 (약어: BCP) 등이 또한 사용될 수 있다. 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물 또한 적합하게 사용될 수 있다. 여기서 언급된 물질들은 주로 10-6 cm2/Vs 이상의 전자 이동성을 갖는다. 상기 물질 이외에도, 정공보다 전자를 더 많이 수송하는 특성을 갖는 물질이 전자-수송층을 위해 사용될 수 있다는 점에 주목한다.
추가로, 전자-수송층 (114)은 단일층으로 제한되지 않고 임의의 상기 물질을 함유하는 2개 이상의 층이 적층된 것일 수 있다.
전자-수송층과 발광층 사이에, 전자 캐리어의 수송을 제어하는 층이 제공될 수 있다. 이는 우수한 전자-포착 특성을 갖는 물질을 소량으로 상기 기재된 우수한 전자-수송 특성을 갖는 물질에 첨가함으로써 형성된 층이고, 상기 층은 전자 캐리어의 수송을 억제함으로써 캐리어 균형을 조정할 수 있다. 이러한 구조는 전자가 발광층을 통과할 때 초래되는 문제점 (소자 수명의 단축 등)을 방지하는 데에 매우 효과적이다.
실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 우수한 캐리어-수송 특성을 가지므로, 전자-수송층 (114)의 물질로서 상기 화합물을 사용함으로써, 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자가 용이하게 제공될 수 있다. 추가로, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 큰 밴드갭을 가지므로, 상기 화합물이 발광층 (113)에 인접한 전자-수송층 (114)의 물질로서 사용될 경우에도, 방출 중심 물질의 여기 에너지의 불활성화 가능성이 낮고, 높은 방출 효율을 갖는 발광 소자가 용이하게 제공될 수 있다.
또한, 전자-주입층 (115)이 전자-수송층 (114)과 제2 전극 (102) 사이에서 제2 전극 (102)과 접촉하도록 제공될 수 있다. 전자-주입층 (115)을 위해서는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 플루오르화리튬 (LiF), 플루오르화세슘 (CsF) 또는 플루오르화칼슘 (CaF2) 등의 이들의 화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 전자-수송 특성을 갖는 물질로 형성되고 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 마그네슘 (Mg), 또는 이들의 화합물을 함유하는 층이 사용될 수 있다. 예를 들어, 마그네슘 (Mg)을 함유하는 Alq 층이 사용될 수 있다. 제2 전극 (102)으로부터의 전자 주입이 전자-주입층 (115)으로서 전자-수송 특성을 갖는 물질로 형성되고 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 함유하는 층을 사용하여 효율적으로 수행된다는 점에 주목하고, 이것이 바람직하다.
제2 전극 (102)을 위해서는, 낮은 일함수 (구체적으로, 3.8 eV 이하의 일함수)를 갖는 임의의 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다. 이러한 캐소드 물질의 구체적인 예에는 주기율표의 제1족 및 제2족에 속하는 원소, 즉 리튬 (Li) 및 세슘 (Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘 (Mg), 칼슘 (Ca) 및 스트론튬 (Sr) 등의 알칼리 토금속, 이들의 합금 (예를 들어, MgAg 또는 AlLi), 유로퓸 (Eu) 및 이테르븀 (Yb) 등의 희토류 금속, 이들의 합금 등이 포함된다. 그러나, 전자-주입층이 제2 전극 (102)과 전자-수송층 사이에 제공될 경우에는, 제2 전극 (102)을 위해, Al, Ag, ITO, 또는 실리콘 또는 산화실리콘을 함유하는 산화인듐-산화주석 등의 임의의 다양한 전도성 물질이 일함수와 상관없이 사용될 수 있다. 상기 전기 전도성 물질의 막은 스퍼터링법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등에 의해 형성될 수 있다.
추가로, 임의의 다양한 방법이, 건식 공정이든지 또는 습식 공정이든지 그와 상관없이 EL 층 (103)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 진공 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등이 사용될 수 있다. 다른 형성 방법이 전극 또는 층을 위해 사용될 수 있다.
또한, 전극은 졸-겔 방법을 사용하는 습식법에 의해, 또는 금속 물질의 페이스트(paste)를 사용하는 습식법에 의해 형성될 수 있다. 별법으로, 전극은 스퍼터링법 또는 진공 증착법 등의 건식법에 의해서도 형성될 수 있다.
상기 기재된 구조를 갖는 발광 소자에서, 제1 전극 (101)과 제2 전극 (102) 사이의 전위차 때문에 전류가 흐르고, 정공과 전자는 우수한 발광 특성을 갖는 물질을 함유하는 발광층 (113)에서 재조합되어 빛이 방출된다. 즉, 발광 영역은 발광층 (113)에서 형성된다.
발광은 제1 전극 (101)과 제2 전극 (102) 중 어느 하나 또는 이들 둘 모두를 통해 빠져나온다. 따라서, 제1 전극 (101)과 제2 전극 (102) 중 어느 하나 또는 이들 둘 모두는 투광성 전극이다. 제1 전극 (101) 만이 투광성 전극일 경우에는, 발광이 제1 전극 (101)을 통해 빠져나온다. 제2 전극 (102) 만이 투광성 전극일 경우에는, 발광이 제2 전극 (102)을 통해 빠져나온다. 제1 전극 (101)과 제2 전극 (102)이 둘다 투광성 전극일 경우에는, 발광이 제1 전극 (101) 및 제2 전극 (102)을 통해 빠져나온다.
제1 전극 (101)과 제2 전극 (102) 사이에 제공되는 층의 구조는 상기 기재된 구조로 제한되지 않는다. 바람직하게는, 정공과 전자가 재조합되는 발광 영역이 제1 전극 (101) 및 제2 전극 (102)으로부터 떨어져서 위치하여, 발광 영역과 전극 및 캐리어-주입층을 위해 사용된 금속의 근접성으로 인한 켄칭(quenching)이 방지될 수 있다.
추가로, 발광층에서 발생된 여기자로부터의 에너지 전달을 억제할 수 있도록, 바람직하게는, 발광층과 직접 접촉하고 있는 정공-수송층 및 전자-수송층, 특히 발광층 (113)에서의 발광 영역에 보다 근접하게 접촉하고 있는 캐리어-수송층은 발광층의 발광 물질 또는 발광층에 포함된 방출 중심 물질보다 큰 에너지갭을 갖는 물질로 형성된다.
본 실시형태의 발광 소자에서, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 정공-수송층 또는 전자-수송층을 위해 사용될 경우에, 효율적인 발광이 큰 에너지갭을 갖고 큰 삼중 여기 에너지 (바닥 상태와 삼중 여기 상태 사이의 에너지차)를 갖는 청색 형광 또는 녹색 인광을 방출하는 발광 물질 또는 방출 중심 물질을 사용할 때도 가능하고; 따라서, 높은 방출 효율을 갖는 발광 소자가 수득될 수 있다. 따라서, 보다 높은 방출 효율 및 보다 낮은 소비 전력을 갖는 발광 소자가 제공될 수 있다. 또한, 높은 색순도로 발광할 수 있는 발광 소자가 제공될 수 있다. 추가로, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 우수한 캐리어-수송 특성을 가지며; 따라서, 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자가 제공될 수 있다.
실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 반복적인 산화 및 환원에 대하여 안정하므로, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 사용함으로써 장기 수명을 갖는 발광 소자가 용이하게 제공될 수 있다.
본 실시형태의 발광 소자는 바람직하게는 유리, 플라스틱 등의 기판 위에 제작된다. 층을 기판 위에 적층하는 방법으로서, 층을 제1 전극 (101) 면 위에 순차적으로 적층하거나 제2 전극 면 위에 순차적으로 적층할 수 있다. 발광 장치에서, 하나의 발광 소자가 하나의 기판 위에서 형성될 수 있지만, 복수 개의 발광 소자가 하나의 기판 위에서 형성될 수도 있다. 하나의 기판 위에 형성된 상기 기재된 복수 개의 발광 소자에 의해, 소자가 분리된 조명 장치 또는 수동형 발광 장치가 제조될 수 있다. 발광 소자는 유리, 플라스틱 등으로 형성된 기판 위에 형성된, 예를 들어 박막 트랜지스터 (TFT)에 전기적으로 접속된 전극 위에 형성될 수 있어, TFT가 발광 소자의 구동을 제어하는 능동형 발광 장치가 제조될 수 있다. TFT의 구조는 특별히 제한되지 않고, 그 구조가 스태거형(staggered) TFT 또는 반전 스태거형 TFT일 수 있다는 점에 주목한다. 또한, TFT를 위해 사용되는 반도체의 결정도는 특별히 제한되지 않고; 무정형 반도체 또는 결정질 반도체가 사용될 수 있다. 또한, TFT 기판에 형성된 구동 회로는 n형 TFT 및 p형 TFT, 또는 n형 TFT 또는 p형 TFT 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에는 복수 개의 발광 유닛이 적층된 구조를 갖는 발광 소자 (이하, 적층형 소자라고도 함)의 한 방식이, 도 1b를 참조로 하여 기재되어 있다. 상기 발광 소자는 제1 전극과 제2 전극 사이에 복수 개의 발광 유닛을 포함하는 발광 소자이다. 각각의 발광 유닛은 실시형태 5에 기재된 EL 층 (103)과 동일한 구조를 가질 수 있다. 다시 말해서, 실시형태 5에 기재된 발광 소자는 하나의 발광 유닛을 갖는 발광 소자이지만, 실시형태 6에 기재된 발광 소자는 복수 개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자이다.
도 1b에서, 제1 발광 유닛 (511) 및 제2 발광 유닛 (512)이 제1 전극 (501)과 제2 전극 (502) 사이에 적층되어 있고, 전하 발생층 (513)이 제1 발광 유닛 (511)과 제2 발광 유닛 (512) 사이에 제공된다. 제1 전극 (501) 및 제2 전극 (502)은 각각 실시형태 5에서의 제1 전극 (101) 및 제2 전극 (102)에 상응하고, 실시형태 5에 기재된 물질이 사용될 수 있다. 추가로, 제1 발광 유닛 (511) 및 제2 발광 유닛 (512)의 구조는 동일하거나 상이할 수 있다.
전하 발생층 (513)은 유기 화합물과 금속 산화물의 복합재를 함유한다. 유기 화합물과 금속 산화물의 상기 복합재는 실시형태 5에 기재된 복합재이고, 유기 화합물 및 산화바나듐, 산화몰리브덴, 또는 산화텅스텐 등의 금속 산화물을 함유한다. 유기 화합물로서, 방향족 아민 화합물, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물, 카르바졸 화합물, 방향족 탄화수소, 및 고분자 화합물 (올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등의 임의의 다양한 화합물이 사용될 수 있다. 유기 화합물로서, 정공-수송 특성을 갖는 유기 화합물로 10-6 cm2/Vs 이상의 정공 이동성을 갖는 것이 바람직하게 사용된다는 점에 주목한다. 추가로, 상기 물질 이외에도, 전자보다 정공을 더 많이 수송하는 특성을 갖는 임의의 물질이 사용될 수 있다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합재는 캐리어-주입 특성 및 캐리어-수송 특성이 우수하므로, 낮은 전압 구동 및 낮은 전류 구동이 달성될 수 있다.
전하 발생층 (513)은 유기 화합물과 금속 산화물의 복합재를 함유하는 층이 또 다른 물질을 함유하는 층, 예를 들어 전자-공여 특성을 갖는 물질 및 우수한 전자-수송 특성을 갖는 화합물로부터 선택된 화합물을 함유하는 층과 조합되는 방식으로 형성될 수 있다. 전하 발생층 (513)은 유기 화합물과 금속 산화물의 복합재를 함유하는 층이 투명한 전도성 막과 조합되는 방식으로 형성될 수 있다.
제1 발광 유닛 (511)과 제2 발광 유닛 (512) 사이에 제공된 전하 발생층 (513)은 전압이 제1 전극 (501)과 제2 전극 (502) 사이에 인가될 때, 전자가 어느 한 쪽의 발광 유닛으로 주입될 수 있고, 정공이 다른 쪽의 발광 유닛으로 주입될 수 있는 한은 임의의 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1b에서, 제1 전극의 전압이 제2 전극의 전압보다 높도록 전압이 인가될 때, 그 층이 전자를 제1 발광 유닛 (511)으로 주입하고 정공을 제2 발광 유닛 (512)으로 주입하는 한은 임의의 층이 전하 발생층 (513)으로서 사용될 수 있다.
2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자가 본 실시형태에서 기재되었지만, 본 발명은 3개 이상의 발광 유닛이 적층된 발광 소자에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 본 실시형태의 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이의, 전하-발생층에 의해 분할된 복수 개의 발광 유닛의 배열에 의해, 고휘도 영역에서의 발광이 전류 밀도를 낮게 유지하면서 실현될 수 있고, 따라서 장기 수명을 갖는 발광 소자가 실현될 수 있다. 추가로, 조명 장치에 적용할 경우에, 전극 물질의 저항으로 인한 전압 강하가 감소될 수 있고, 따라서 광역에서의 발광이 가능하다. 게다가, 낮은 구동 전압 및 보다 낮은 소비 전력을 갖는 발광 장치가 실현될 수 있다.
발광 유닛이 서로 상이한 색상의 빛을 방출하도록 함으로써, 발광 소자는 전체적으로 목적하는 색상의 발광을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 발광 유닛의 방출 색상 및 제2 발광 유닛의 방출 색상이 보색이도록 하는 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자를 형성함으로써, 발광 소자는 전체적으로 백색 발광을 제공할 수 있다. "보색"이란 단어는 색상이 혼합될 경우에 무채색이 얻어지는 색상의 관계를 의미한다는 점에 유의한다. 다시 말해서, 보색의 빛을 방출하는 물질로부터 얻어진 빛이 혼합될 경우에, 백색 방출이 발생할 수 있다. 추가로, 3개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에도 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 발광 유닛의 방출 색상이 적색이고, 제2 발광 유닛의 방출 색상이 녹색이고, 제3 발광 유닛의 방출 색상이 청색일 경우에, 발광 소자는 전체적으로 백색 발광을 제공할 수 있다.
본 실시형태의 발광 소자가 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하므로, 발광 소자는 높은 방출 효율을 갖는 발광 소자, 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자, 또는 장기 수명을 갖는 발광 소자일 수 있다. 또한, 방출 중심 물질로부터 유래된 높은 색순도의 발광이 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 유닛으로부터 발생할 수 있으므로, 전체적으로 발광 소자의 색상 보정이 용이하다.
본 실시형태는 필요에 따라, 임의의 다른 실시형태와 조합될 수 있다는 점에 유의한다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)를 사용하는 발광 장치가 기재되어 있다.
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)를 사용하는 발광 장치가 도 3a 및 3b를 참조로 하여 기재되어 있다. 도 3a는 발광 장치를 도시하는 상면도이고, 도 3b는 A-B 및 C-D 라인을 따라 그린 도 3a의 횡단면도라는 점에 주목한다. 상기 발광 장치는 구동 회로 부분 (소스 라인 구동 회로) (601), 픽셀 부분 (602), 및 구동 회로 부분 (게이트 라인 구동 회로) (603)을 포함하고, 이들은 발광 소자의 발광을 제어하기 위한 것이고 점선으로 도시되어 있다. 추가로, 참조 부호 604는 실링(sealing) 기판을 나타내고; 참조 부호 625는 건조제를 나타내고; 참조 부호 605는 실링재를 나타내고; 참조 부호 607은 실링재 (605)에 의해 둘러싸인 공간을 나타낸다.
참조 부호 608은 입력되는 신호를 소스 라인 구동 회로 (601) 및 게이트 라인 구동 회로 (603)로 전달하고, 또한 외부 입력 단자로서 소용되는 FPC (연성 인쇄 회로) (609)로부터 영상 신호, 클럭(clock) 신호, 시작 신호, 및 재고정 신호 등의 신호를 수용하기 위한 배선을 나타낸다. FPC만이 여기에서 도해되었지만, 인쇄 배선판 (PWB)이 FPC에 부착될 수 있다. 본 명세서에서 발광 장치는 그의 범주에 발광 장치 그 자체 뿐만 아니라, FPC 또는 PWB가 제공된 발광 장치도 포함한다.
이어서, 도 3b를 참조로 하여 횡단면 구조가 기재되어 있다. 구동 회로 부분 및 픽셀 부분이 소자 기판 (610) 위에 형성되고; 구동 회로 부분인 소스 라인 구동 회로 (601), 및 픽셀 부분 (602)에서의 픽셀 중 하나가 여기에 도시되어 있다.
소스 라인 구동 회로 (601)로서, n채널 TFT (623) 및 p채널 TFT (624)가 조합된 CMOS 회로가 형성된다. 또한, 구동 회로는 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로 등의 임의의 다양한 회로로 형성될 수 있다. 구동 회로가 기판 위에 형성된 일체형 구동기가 본 실시형태에서 예시되었지만, 구동 회로가 반드시 기판 위에 형성될 필요는 없으며, 구동 회로는 기판 위가 아닌, 바깥쪽에 형성될 수도 있다.
픽셀 부분 (602)은 스위칭(switching) TFT (611), 전류 제어 TFT (612), 및 전류 제어 TFT (612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제1 전극 (613)을 포함하는 복수 개의 픽셀을 포함한다. 제1 전극 (613)의 단부를 피복하기 위해, 절연체 (614)가 형성되고, 이를 위해 양성형 감광성 아크릴 수지 막이 여기서 사용된다는 점에 주목한다.
피복을 개선하기 위해, 절연체 (614)는 그의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면을 갖도록 형성된다. 예를 들어, 양성 감광성 아크릴이 절연체 (614) 물질로 사용될 경우에는, 절연체 (614)의 상단부만이 바람직하게는 소정의 곡률 반경 (0.2 ㎛ 내지 3 ㎛)의 곡면을 갖는다. 절연체 (614)로서, 음성 감광성 수지 또는 양성 감광성 수지가 사용될 수 있다.
EL 층 (616) 및 제2 전극 (617)이 제1 전극 (613) 위에 형성된다. 여기서, 애노드로서 기능하는 제1 전극 (613)을 위해 사용되는 물질로서, 높은 일함수를 갖는 물질이 바람직하게 사용된다. 예를 들어, ITO 막, 실리콘을 함유하는 산화 인듐 주석 막, 2 중량% 내지 20 중량%의 산화아연을 함유하는 산화인듐 막, 질화티타늄 막, 크롬 막, 텅스텐 막, Zn 막, Pt 막 등의 단일층 막, 질화티타늄 막 및 그의 주요 요소로서 알루미늄을 함유하는 막의 적층, 질화티타늄 막, 그의 주요 요소로서 알루미늄을 함유하는 막, 및 질화티타늄 막의 3개 층의 적층 등이 사용될 수 있다. 적층 구조가 사용될 경우에, 제1 전극 (613)은 배선으로서 낮은 저항을 갖고, 바람직한 옴(ohmic) 접촉을 형성하며, 애노드로서 기능할 수 있다는 점에 주목한다.
또한, EL 층 (616)은 섀도우 마스크(shadow mask)를 사용하는 증착법, 잉크젯법, 및 스핀 코팅법 등의 임의의 다양한 방법으로 형성된다. EL 층 (616)은 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함한다. 추가로, EL 층 (616)에 포함되는 또 다른 물질은 저분자 화합물 또는 고분자 화합물 (올리고머 및 덴드리머일 수 있음)일 수 있다.
EL 층 (616) 위에 형성되고 캐소드로서 기능하는 제2 전극 (617)을 위해 사용되는 물질로서, 낮은 일함수를 갖는 물질 (예를 들어, Al, Mg, Li, Ca, 또는 MgAg, MgIn, 또는 AlLi 등의 이들의 합금 또는 화합물)이 바람직하게 사용된다. EL 층 (616)에서 발생된 빛이 제2 전극 (617)을 통과할 경우에는, 제2 전극 (617)을 위해 금속 박막 및 투명한 전도성 막 (예를 들어, ITO, 2 중량% 내지 20 중량%의 산화아연을 함유하는 산화인듐, 실리콘을 함유하는 산화 인듐 주석, 또는 산화아연 (ZnO))의 적층이 바람직하게 사용된다.
제1 전극 (613), EL 층 (616), 및 제2 전극 (617)을 갖는 발광 소자가 형성된다는 점에 주목한다. 발광 소자는 실시형태 5에 기재된 구조를 갖는다. 본 실시형태의 발광 장치에서, 복수 개의 발광 소자를 포함하는 픽셀 부분은 실시형태 5 또는 6에 기재된 구조를 갖는 실시형태 1에 기재된 발광 소자 및 그 이외의 구조를 갖는 발광 소자를 둘다 포함할 수 있다.
추가로, 실링 기판 (604)은 실링재 (605)에 의해 소자 기판 (610)에 부착되어, 발광 소자 (618)가 소자 기판 (610), 실링 기판 (604), 및 실링재 (605)에 의해 둘러싸인 공간 (607)에 제공된다. 공간 (607)은 충전제가 충전될 수 있고, 또한 비활성 기체 (질소 또는 아르곤 등), 또는 실링재 (605)가 충전될 수 있다.
바람직하게는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿(glass frit)이 실링재 (605)로 사용된다. 이러한 물질은 수분 또는 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 실링 기판 (604)으로서, 유리 기판, 석영 기판, 또는 섬유유리 강화 플라스틱 (FRP), 폴리비닐 플루오라이드 (PVF), 폴리에스테르, 아크릴 등으로 형성된 플라스틱 기판이 사용될 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)를 사용하는 발광 장치가 수득될 수 있다.
실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)가 본 실시형태의 발광 장치에 사용되고, 따라서 바람적한 특성을 갖는 발광 장치가 수득될 수 있다. 구체적으로, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물은 큰 에너지갭 및 높은 삼중 여기 에너지를 가지며 발광 물질로부터의 에너지 전달을 억제할 수 있으므로, 높은 방출 효율을 갖는 발광 소자가 제공될 수 있고, 따라서 소비 전력이 감소한 발광 장치가 제공될 수 있다. 또한, 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자가 제공될 수 있고, 따라서 낮은 구동 전압을 갖는 발광 장치가 제공될 수 있다. 추가로, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 사용하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)는 장기 수명을 갖는 발광 소자이고, 높은 신뢰도의 발광 장치가 제공될 수 있다.
상기 기재된 바와 같이 능동형 발광 장치가 본 실시형태에서 설명되었지만, 수동형 발광 장치도 제조될 수 있다. 도 4a 및 4b는 본 발명을 사용하여 제조된 수동형 발광 장치를 도시한다. 도 4a는 발광 장치의 투시도이고, 도 4b는 도 4a의 X-Y 라인을 따라 그린 횡단면도이다. 도 4a 및 4b에서, 기판 (951) 위에, EL 층 (955)이 전극 (952)과 전극 (956) 사이에 제공된다. 전극 (952)의 단부는 절연층 (953)으로 피복된다. 또한, 분할층 (954)이 절연층 (953) 위에 제공된다. 분할층 (954)의 측벽은 경사져 있어, 양 측벽 사이의 거리가 기판 표면으로 갈수록 서서히 좁아진다. 다시 말해서, 분할벽 층 (954)의 짧은 변 방향을 따라 그린 횡단면은 사다리꼴이고, 하단의 변 (절연층 (953)의 평면 방향과 동일한 방향에 있고 절연층 (953)과 접촉하는 변)은 상단의 변 (절연층 (953)의 평면 방향과 동일한 방향에 있고 절연층 (953)과 접촉하지 않는 변)보다 짧다. 그에 따라 제공된 분할층 (954)은 정전기 등으로 인한 발광 소자에서의 결함을 방지할 수 있다. 수동형 발광 장치는 또한 낮은 전압에서 작동될 수 있고 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 실시형태 1에 기재된 발광 소자를 포함시킴으로써, 소비 전력을 낮게 유지하면서 구동될 수 있다. 또한, 발광 장치는 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하고, 따라서 높은 방출 효율을 갖는 실시형태 1에 기재된 발광 소자를 포함시킴으로써, 소비 전력을 낮게 유지하면서 구동될 수 있다. 추가로, 발광 장치는 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 실시형태 1에 기재된 발광 소자를 포함시킴으로써 높은 신뢰도를 가질 수 있다.
(실시형태 8)
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 사용하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)가 조명 장치에 사용되는 예가 도 5a 및 5b를 참조로 하여 기재되어 있다. 도 5b는 조명 장치의 상면도이고, 도 5a는 도 5b의 E-F 라인을 따라 그린 횡단면도이다.
본 실시형태의 조명 장치에서, 제1 전극 (401)은 지지체이고 투광 특성을 갖는 기판 (400) 위에 형성된다. 제1 전극 (401)은 실시형태 5에서의 제1 전극 (101)에 상응한다.
보조 전극 (402)이 제1 전극 (401) 위에 제공된다. 본 실시형태에서 주어진 예에서 발광은 제1 전극 (401) 쪽을 통해 빠져나오므로, 제1 전극 (401)은 투광 특성을 갖는 물질을 사용하여 형성된다. 투광 특성을 갖는 물질의 낮은 전도성을 보상하기 위해 보조 전극 (402)이 제공되고, 이는 제1 전극 (401)의 고저항에 의해 초래되는 전압 강하로 인한 발광 표면에서의 휘도 불균일성을 억제하는 기능을 갖는다. 보조 전극 (402)은 적어도 제1 전극 (401)의 물질보다 높은 전도성을 갖는 물질을 사용하여 형성되고, 바람직하게는 알루미늄 등의 높은 전도성을 갖는 물질을 사용하여 형성된다. 제1 전극 (401)과 접촉하고 있는 부분을 제외한 보조 전극 (402) 표면이 바람직하게는 절연층으로 피복된다는 점에 주목한다. 이러한 구조에 의해, 보조 전극 (402)의 상단 부분으로는 발광이 빠져나올 수 없어 억제될 수 있으므로, 무효 전류로 인한 전력 효율의 감소가 억제될 수 있다. 전압을 제2 전극 (404)에 인가하기 위한 패드 (412)가 보조 전극 (402)의 형성과 동시에 형성될 수 있다는 점에 주목한다.
EL 층 (403)은 제1 전극 (401) 및 보조 전극 (402) 위에 형성된다. EL 층 (403)은 실시형태 5에서의 EL 층 (103)의 구조 또는 발광 유닛 (511 및 512)과 전하 발생층 (513)이 조합된 구조에 상응한다. 이들 구조에 관한 설명을 참조한다. EL 층 (403)이 바람직하게는 위에서 관찰하였을 때 제1 전극 (401)보다 약간 크게 형성되고, 이 경우에 EL 층 (403)은 또한 제1 전극 (401)과 제2 전극 (404) 사이의 단락을 억제하는 절연층으로서 소용될 수 있다는 점에 주목한다.
제2 전극 (404)은 EL 층 (403)을 피복하도록 형성된다. 제2 전극 (404)은 실시형태 5에서의 제2 전극 (102)에 상응하고, 유사한 구조를 갖는다. 본 실시형태에서, 제2 전극 (404)이 고반사율을 갖는 물질을 사용하여 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는 발광이 제1 전극 (401) 쪽을 통해 빠져나오기 때문이다. 본 실시형태에서, 제2 전극 (404)은 패드 (412)에 접속되고, 그에 의해 전압이 인가된다.
상기 기재된 바와 같이, 본 실시형태에 기재된 조명 장치는 제1 전극 (401), EL 층 (403), 및 제2 전극 (404) (및 보조 전극 (402))을 포함하는 발광 소자를 포함한다. 발광 소자가 높은 방출 효율을 갖는 발광 소자이므로, 본 실시형태의 조명 장치는 소비 전력이 낮은 조명 장치일 수 있다. 추가로, 발광 소자가 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자이므로, 본 실시형태의 조명 장치는 소비 전력이 낮은 조명 장치일 수 있다. 추가로, 발광 소자가 높은 신뢰도의 발광 소자이므로, 본 실시형태의 조명 장치는 높은 신뢰도의 조명 장치일 수 있다.
상기 구조를 갖는 발광 소자는 실링재 (405 및 406)에 의해 실링 기판 (407)에 고정되고, 실링이 수행됨으로써, 조명 장치가 완성된다. 실링재 (405) 또는 실링재 (406) 중 어느 하나만을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 내부 실링재 (406)는 수분 흡습이 가능한 건조제와 혼합되어, 신뢰도를 증가시킬 수 있다.
실링재 (405 및 406)의 바깥쪽으로 연장될 때, 패드 (412), 제1 전극 (401) 및 보조 전극 (402)은 각각 부분적으로 외부 입력 단자로서 소용될 수 있다. 변환기 등이 장착된 IC 칩 (420)이 외부 입력 단자 위에 제공될 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, 본 실시형태에 기재된 조명 장치는 EL 소자로서 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)를 포함하므로, 조명 장치는 소비 전력이 낮은 조명 장치, 낮은 구동 전압을 갖는 조명 장치, 또는 높은 신뢰도의 조명 장치일 수 있다.
(실시형태 9)
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)를 포함하는 전자 장치의 예가 기재되어 있다. 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)는 바람직한 방출 효율을 가지며 소비 전력이 감소한 발광 소자이다. 따라서, 본 실시형태에 기재된 전자 장치는 소비 전력이 감소한 발광 부분을 포함하는 전자 장치일 수 있다. 추가로, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)가 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자이므로, 본 실시형태에 기재된 전자 장치는 낮은 구동 전압을 갖는 전자 장치일 수 있다. 추가로, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)가 장기 수명을 갖는 발광 소자이므로, 본 실시형태에 기재된 전자 장치는 높은 신뢰도의 전자 장치일 수 있다.
상기 발광 소자가 적용되는 전자 장치의 예로는 텔레비전 세트 (텔레비전 또는 텔레비전 수상기라고도 함), 컴퓨터 등의 모니터, 디지털 카메라 또는 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임(digital photo frame), 휴대전화 세트 (휴대전화 또는 휴대전화 장치라고도 함), 휴대용 게임기, 휴대용 정보 단말기, 음향 재생 장치, 파친코기(pachinko machine) 등의 대형 게임기 등이 있다. 이러한 전자 장치의 구체적인 예가 하기에 기재되어 있다.
도 6a는 텔레비전 세트의 예를 도시한다. 텔레비전 세트에서, 디스플레이 부분 (7103)이 하우징 (7101)에 내장된다. 또한, 여기서, 하우징 (7101)은 스탠드 (7105)에 의해 지지된다. 디스플레이 부분 (7103)은 영상 표시가 가능하게 하고, 매트릭스에 배열된 발광 소자를 포함하며, 이들 발광 소자는 각각 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)이다. 발광 소자는 높은 방출 효율을 가질 수 있다. 추가로, 발광 소자는 낮은 구동 전압을 가질 수 있다. 추가로, 발광 소자는 장기 수명을 가질 수 있다. 따라서, 발광 소자를 포함하는 디스플레이 부분 (7103)을 갖는 텔레비전 장치는 소비 전력이 감소한 텔레비전 장치일 수 있다. 추가로, 텔레비전 장치는 낮은 구동 전압을 갖는 텔레비전 장치일 수 있다. 추가로, 텔레비전 장치는 높은 신뢰도의 텔레비전 장치일 수 있다.
텔레비전 세트의 작동은 하우징 (7101) 또는 별도의 리모콘 (7110)의 작동 스위치에 의해 수행될 수 있다. 리모콘 (7110)의 작동키 (7109)에 의해, 채널 및 음량이 조절될 수 있고 디스플레이 부분 (7103)에 표시되는 영상이 조절될 수 있다. 추가로, 리모콘 (7110)에 리모콘 (7110)으로부터의 데이터 출력을 표시하기 위한 디스플레이 부분 (7107)이 제공될 수 있다.
텔레비전 세트에 수상기, 모뎀 등이 제공된다는 점에 주목한다. 수상기에 의해, 일반적인 텔레비전 방송이 수신될 수 있다. 추가로, 텔레비전 세트가 모뎀을 통해 유선 또는 무선 접속으로 통신망에 접속되면, 단방향 (송신기로부터 수상기로) 또는 쌍방향 (송신기와 수상기 사이, 수상기들 사이 등) 데이터 통신이 수행될 수 있다.
도 6b는 본체 (7201), 하우징 (7202), 디스플레이 부분 (7203), 키보드 (7204), 외부 접속 포트 (7205), 위치 결정 장치 (7206) 등을 갖는 컴퓨터를 도시한다. 상기 컴퓨터는 매트릭스에 배열된 발광 소자를 사용함으로써 제조되고, 이들 발광 소자는 각각 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)라는 점에 주목한다. 발광 소자는 높은 방출 효율을 가질 수 있다. 추가로, 발광 소자는 낮은 구동 전압을 가질 수 있다. 추가로, 발광 소자는 장기 수명을 가질 수 있다. 따라서, 발광 소자를 포함하는 디스플레이 부분 (7203)을 갖는 컴퓨터는 소비 전력이 감소한 컴퓨터일 수 있다. 추가로, 컴퓨터는 낮은 구동 전압을 갖는 컴퓨터일 수 있다. 추가로, 컴퓨터는 높은 신뢰도의 컴퓨터일 수 있다.
도 6c는 휴대용 게임기가 열리거나 접힐 수 있도록 이음 부분 (7303)으로 연결된 2개의 하우징 (하우징 (7301) 및 하우징 (7302))을 갖는 휴대용 게임기를 도시한다. 실시형태 1에 기재된, 매트릭스에 배열된 발광 소자를 포함하는 디스플레이 부분 (7304)이 하우징 (7301)에 내장되고, 또한 디스플레이 부분 (7305)이 하우징 (7302)에 내장된다. 디스플레이 부분 (7304)이 하우징 (7301)에 내장되고, 디스플레이 부분 (7305)이 하우징 (7302)에 내장된다. 또한, 도 6c에 도시된 휴대용 게임기는 스피커 부분 (7306), 기록 매체 삽입 부분 (7307), LED 램프 (7308), 입력 요소 (작동키 (7309), 접속 단자 (7310), 센서 (7311) (힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전 진동수, 거리, 빛, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음향, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 복사선, 흐름율, 습도, 구배, 진동, 냄새, 또는 적외선 측정 기능을 갖는 센서), 및 마이크 (7312)) 등을 포함한다. 당연히, 매트릭스에 배열된 발광 소자를 포함하고, 이들 발광 소자가 각각 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)인 디스플레이 부분이 디스플레이 부분 (7304) 또는 디스플레이 부분 (7305) 중 적어도 어느 하나 또는 이들 둘 모두로서 사용되는 한은, 휴대용 게임기의 구조가 상기와 같이 제한되지 않고, 상기 구조는 필요에 따라 다른 부속물을 포함할 수 있다. 도 6c에 도시된 휴대용 게임기는 기억 매체에 기억된 프로그램 또는 데이터를 판독하여 디스플레이 부분에 표시하는 기능 및 무선 통신에 의해 또 다른 휴대용 게임기와 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 도 6c에 도시된 휴대용 게임기는 상기와 같이 제한되지 않는 다양한 기능을 가질 수 있다. 디스플레이 부분 (7304)에 사용된 발광 소자가 높은 방출 효율을 가지므로, 상기 기재된 디스플레이 부분 (7304)을 포함하는 휴대용 게임기는 소비 전력이 감소한 휴대용 게임기일 수 있다. 디스플레이 부분 (7304)에 사용된 발광 소자가 낮은 구동 전압을 가지므로, 휴대용 게임기는 또한 낮은 구동 전압을 갖는 휴대용 게임기일 수 있다. 추가로, 디스플레이 부분 (7304)에 사용된 발광 소자가 높은 신뢰도를 가지므로, 휴대용 게임기는 또한 높은 신뢰도의 휴대용 게임기일 수 있다.
도 6d는 휴대전화의 예를 도시한다. 휴대전화 (7400)에 하우징 (7401)에 내장된 디스플레이 부분 (7402), 작동 버튼 (7403), 외부 접속 포트 (7404), 스피커 (7405), 마이크 (7406) 등이 제공된다. 휴대전화 (7400)가 디스플레이 부분 (7402)을 위해 발광 장치를 사용하여 제조된다는 점에 주목한다. 휴대전화 (7400)가 매트릭스에 배열된 발광 소자를 포함하고, 이들 발광 소자가 각각 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)인 디스플레이 부분 (7402)을 갖는다는 점에 주목한다. 발광 소자는 높은 방출 효율을 가질 수 있다. 추가로, 발광 소자는 낮은 구동 전압을 가질 수 있다. 추가로, 발광 소자는 장기 수명을 가질 수 있다. 따라서, 발광 소자를 포함하는 디스플레이 부분 (7402)을 갖는 휴대전화는 소비 전력이 감소한 휴대전화일 수 있다. 추가로, 휴대전화는 낮은 구동 전압을 갖는 휴대전화일 수 있다. 추가로, 휴대전화는 높은 신뢰도의 휴대전화일 수 있다.
도 6d에 도시된 휴대전화 (7400)의 디스플레이 부분 (7402)을 손가락 등으로 터치하면, 데이터가 휴대전화에 입력될 수 있다. 이 경우에, 디스플레이 부분 (7402)을 손가락 등으로 터치함으로써, 전화를 걸고 메일을 작성하는 등의 작업을 수행할 수 있다.
디스플레이 부분 (7402)의 주요 화면 모드는 3가지가 있다. 제1 모드는 주로 영상을 표시하기 위한 디스플레이 모드이다. 제2 모드는 주로 부호 등의 데이터를 입력하기 위한 입력 모드이다. 제3 모드는 디스플레이 모드와 입력 모드의 두 모드가 조합된 디스플레이-및-입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 이메일을 작성하는 경우에, 화면에 표시된 부호가 입력될 수 있도록 주로 부호를 입력하기 위한 텍스트 입력 모드가 디스플레이 부분 (7402)을 위해 선택된다. 이 경우에, 키보드 또는 번호 버튼을 디스플레이 부분 (7402)의 거의 전체 화면에 표시하는 것이 바람직하다.
자이로스코프(gyroscope) 또는 가속도 센서 등의 경사도 검출 센서를 포함하는 검출 장치가 휴대전화 내부에 제공될 경우에, 휴대전화의 배향을 (가로 모드 또는 세로 모드를 위해 휴대전화가 수평으로 위치하는지 또는 수직으로 위치하는지를) 측정함으로써 디스플레이 부분 (7402)의 화면 표시가 자동 전환될 수 있다.
화면 모드는 디스플레이 부분 (7402)을 터치함으로써 또는 하우징 (7401)의 작동 버튼 (7403)을 작동시킴으로써 전환된다. 화면 모드는 또한 디스플레이 부분 (7402)에 표시된 영상의 종류에 따라 전환될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 부분에 표시된 영상의 신호가 영상 데이터를 전송하는 신호일 경우에는, 화면 모드가 디스플레이 모드로 전환된다. 신호가 텍스트 데이터의 신호일 경우에는, 화면 모드가 입력 모드로 전환된다.
게다가, 입력 모드에서, 디스플레이 부분 (7402)의 터치에 의한 입력이 디스플레이 부분 (7402)에서 광센서에 의해 검출되는 신호가 검출되는 일정 기간 동안에 수행되지 않을 경우에는, 화면 모드가 입력 모드에서 디스플레이 모드로 전환되도록 제어될 수 있다.
디스플레이 부분 (7402)은 영상 센서로서 기능할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 부분 (7402)을 손바닥 또는 손가락으로 터치하면 장문, 지문 등의 영상이 수집되고, 그에 의해 개인 인증이 수행될 수 있다. 추가로, 디스플레이 부분에 근적외선을 방출하는 감지 광원 또는 역광을 제공함으로써, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등의 영상이 수집될 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구조는 필요에 따라, 실시형태 1 내지 8에 기재된 임의의 구조와 조합될 수 있다는 점에 유의한다.
상기 기재된 바와 같이, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)를 갖는 발광 장치의 적용 범위는 광범위하여 상기 발광 장치는 다양한 분야에서 전자 장치에 적용될 수 있다. 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자를 사용함으로써, 소비 전력이 감소한 전자 장치가 수득될 수 있다. 또한, 낮은 구동 전압을 갖는 전자 장치가 수득될 수 있다.
도 7은 역광을 위해 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)를 사용하는 액정 디스플레이 장치의 예를 도시한다. 도 7에 도시된 액정 디스플레이 장치는 하우징 (901), 액정층 (902), 역광 (903), 및 하우징 (904)을 포함한다. 액정층 (902)은 구동 IC (905)에 접속된다. 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)가 역광 (903)에 사용되고, 여기에 단자 (906)를 통해 전류가 공급된다.
실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)가 액정 디스플레이 장치의 역광을 위해 사용되고, 따라서 소비 전력이 감소한 역광이 달성될 수 있다. 또한, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자의 사용은 평면-방출 조명 장치 및 추가로 더욱 광역의 평면-방출 조명 장치의 제조를 가능하게 하고; 따라서 역광은 광역 역광일 수 있고, 액정 디스플레이 장치 또한 광역 장치일 수 있다. 추가로, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)를 사용하는 역광은 종래의 것보다 얇을 수 있고; 따라서 디스플레이 장치 또한 보다 얇아질 수 있다.
도 8은 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)가 조명 장치인 탁상용 램프를 위해 사용되는 예를 도시한다. 도 8에 도시된 탁상용 램프는 하우징 (2001) 및 광원 (2002)을 포함하고, 실시형태 8에 기재된 발광 장치가 광원 (2002)을 위해 사용된다.
도 9는 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)가 실내 조명 장치 (3001)를 위해 사용되는 예를 도시한다. 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자가 감소된 소비 전력을 가지므로, 소비 전력이 감소한 조명 장치가 수득될 수 있다. 추가로, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자는 광역을 가질 수 있으므로, 발광 소자는 광역 조명 장치를 위해 사용될 수 있다. 추가로, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자가 얇기 때문에, 발광 소자는 감소된 두께를 갖는 조명 장치를 위해 사용될 수 있다.
실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)는 또한 자동차 윈드쉴드(windshield) 또는 대시보드(dashboard)를 위해 사용될 수 있다. 실시형태 1에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자가 자동차 윈드쉴드 및 자동차 대시보드를 위해 사용되는 한 방식이 도 10에 도시되어 있다. 디스플레이 영역 (5000 내지 5005)은 각각 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자를 포함한다.
디스플레이 영역 (5000) 및 디스플레이 영역 (5001)은 자동차 윈드쉴드에 제공된 디스플레이 장치이고, 여기에 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (즉, 이들 발광 소자는 각각 실시형태 1에 기재된 발광 소자임)가 내장되어 있다. 투광 특성을 갖는 전극으로 형성된 제1 전극 및 제2 전극을 포함시킴으로써, 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자는 소위 투시형 디스플레이 장치로 형성될 수 있고, 이를 통해 반대 쪽이 보일 수 있다. 이러한 투시형 디스플레이 장치는 시각의 방해 없이, 자동차 윈드쉴드에도 제공될 수 있다. 구동을 위해 트랜지스터가 제공될 경우에, 유기 반도체 물질을 사용하는 유기 트랜지스터 또는 산화물 반도체를 사용하는 트랜지스터 등의, 투광 특성을 갖는 트랜지스터가 바람직하게 사용된다는 점에 주목한다.
디스플레이 영역 (5002)은 필러(pillar) 부분에 제공된 디스플레이 장치이고, 여기에 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)가 내장되어 있다. 디스플레이 영역 (5002)은 자동차 차체에 제공된 촬상 소자에 의해 수집된 영상을 보여줌으로써 필러 부분에 의해 방해받은 시야를 보상할 수 있다. 마찬가지로, 대시보드에 제공된 디스플레이 영역 (5003)은 자동차 차체의 바깥쪽에 제공된 촬상 소자에 의해 수집된 영상을 보여줌으로써 자동차 차체에 의해 방해받은 시야를 보상할 수 있고, 이는 사각지대의 제거 및 안전성의 증대를 유도한다. 운전자가 볼 수 없는 구역을 보상하도록 영상을 보여줌으로써 운전자가 용이하고 편안하게 안전성을 확인할 수 있다.
디스플레이 영역 (5004) 및 디스플레이 영역 (5005)은 내비게이션 데이터, 속도계, 회전속도계, 주행거리, 연료계, 기어 변환 계기, 및 에어컨 설정 등의 다양한 종류의 정보를 제공할 수 있다. 디스플레이 내용 또는 레이아웃(layout)은 필요에 따라, 사용자가 자유롭게 변화시킬 수 있다. 추가로, 이러한 정보는 또한 디스플레이 영역 (5000 내지 5003)에 의해서도 확인될 수 있다. 디스플레이 영역 (5000 내지 5005)이 또한 조명 장치로도 사용될 수 있다는 점에 주목한다.
실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자 (실시형태 1에 기재된 발광 소자)는 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자 또는 소비 전력이 낮은 발광 소자일 수 있다. 따라서, 디스플레이 영역 (5000 내지 5005) 등의 다수의 대형 화면이 제공될 경우에도, 배터리 부하가 감소될 수 있고, 이는 편안한 사용을 제공한다. 실시형태 2에 기재된 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자를 각각 사용하는 발광 장치 및 조명 장치는 차량용 발광 장치 또는 조명 장치로서 적합하게 사용될 수 있다.
[실시예 1]
본 실시예에서는, 실시형태 2에 기재된 화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물인 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸 (약어: cgDBCzPA)의 합성 방법이 상세히 기재되어 있다.
단계 1: 5,6,8,9-테트라히드로-7H-디벤조[c,g]카르바졸의 합성
100 mL 용량의 3목 플라스크에 히드라진 일수화물 1.0 g (20 mmol) 및 에탄올 14 mL를 넣었다. 빙수조에서 상기 용액에 적하 깔때기를 이용하여 1.7 M 아세트산 수용액 2.2 mL를 적가하였다. 상기 용액에 에탄올 10 mL에 용해된 β-테트라론 10 g (68 mmol)을 적하 깔때기를 이용하여 적가하였다. 상기 혼합물을 80℃에서 7시간 동안 교반함으로써, 고체가 침전되었다. 교반한 후에, 상기 혼합물을 물 약 50 mL에 첨가하고, 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반하였다. 교반한 후에, 상기 혼합물을 흡입-여과하여 고체를 수집하였다. 1:1 비율의 메탄올/물을 수집한 고체에 첨가하고, 혼합물에 초음파를 조사한 다음, 고체를 세척하였다. 세척한 후에, 상기 혼합물을 흡입-여과하고, 고체를 수집하여, 황색 분말 3.5 g을 63%의 수율로 제공하였다. 단계 1의 반응식 a-1이 하기에 도시되어 있다.
단계 2: 7H-디벤조[c,g]카르바졸의 합성
200 mL 용량의 3목 플라스크에 클로라닐 6.2 g (25 mmol), 크실렌 40 mL, 및 크실렌 20 mL에 현탁된 5,6,8,9-테트라히드로-7H-벤조[c,g]카르바졸 3.5 g (12 mmol)을 넣었다. 상기 혼합물을 150℃에서 4시간 동안 질소 스트림하에 환류시켰다. 반응 후에, 상기 혼합물을 실온으로 냉각시켜, 고체를 침전시켰다. 침전된 고체를 흡입 여과에 의해 제거하고, 여과물을 수득하였다. 수득한 여과물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피 (전개 용매: 2:1 비율의 톨루엔/헥산)에 의해 정제하여 적색 고체를 제공하였다. 톨루엔/헥산으로부터 수득한 고체를 재결정화하여 담적색 침상 결정체를 제공하였다. 수득한 결정체를 다시 톨루엔/헥산으로부터 재결정화하여, 백색 침상 결정체 2.5 g을 78%의 수율로 수득하였다. 단계 2의 반응식 b-1이 하기에 도시되어 있다.
단계 3: 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸 (cgDBCzPA)의 합성
100 mL 용량의 3목 플라스크에 9-(4-브로모페닐)-10-페닐안트라센 2.3 g (5.6 mmol), 7H-디벤조[c,g]카르바졸 1.5 g (5.6 mol), 및 나트륨 tert-부톡시드 1.2 g (12 mmol)을 넣었다. 플라스크 내의 공기를 질소로 대체한 후에, 상기 혼합물에 톨루엔 30 mL 및 트리-(tert-부틸)포스핀 (10 중량%의 헥산 용액) 2.8 mL를 첨가하였다. 상기 혼합물을 감압시키면서 교반함으로써 탈기시켰다. 탈기시킨 후에, 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 0.16 g (0.28 mmol)을 상기 혼합물에 첨가하였다. 상기 혼합물을 110℃에서 17시간 동안 질소 스트림하에 교반하여, 고체를 침전시켰다. 침전된 고체를 흡입 여과에 의해 제거하였다. 수집한 고체를 고온의 톨루엔 약 30 mL에 용해시키고, 상기 용액을 셀라이트(Celite) (와코 퓨어 케미컬 인더스트리즈, 리미티드(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 제조, 카탈로그 번호 531-16855), 알루미나, 및 플로리실(Florisil) (와코 퓨어 케미컬 인더스트리즈, 리미티드 제조, 카탈로그 번호 540-00135)을 통해 흡입-여과하였다. 여과물의 농축에 의해 수득한 고체를 톨루엔/헥산으로부터 재결정화하여 합성 목적인 담황색 분말 2.3 g을 70%의 수율로 제공하였다. 단계 3의 반응식 c-1이 하기에 도시되어 있다.
트레인 승화(train sublimation) 방법으로, 수득한 담황색 분말 고체 2.3 g을 승화에 의해 정제하였다. 승화 정제에서, cgDBCzPA를 6.0 mL/분의 아르곤 유량으로 3.6 Pa의 압력하에 310℃에서 가열하였다. 승화 정제 후에, cgDBCzPA의 담황색 고체 2.1 g을 91%의 수율로 회수하였다.
수득 물질을 1H NMR로 측정하였다. 측정 데이터가 하기에 제시된다.
또한, 도 11a 및 11b는 1H-NMR 차트이다. 측정 결과는 상기 구조식으로 표시되는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸 (약어: cgDBCzPA)이 수득되었음을 보여준다.
이어서, cgDBCzPA의 톨루엔 용액 중의 cgDBCzPA의 흡수 및 방출 스펙트럼이 도 12a에 나타나 있고, cgDBCzPA 박막의 흡수 및 방출 스펙트럼이 도 12B에 나타나 있다. 흡수 스펙트럼은 자외선-가시광선 분광광도계 (재팬 스펙트로스코피 코포레이션(Japan Spectroscopy Corporation) 제조의 V550형)를 사용하여 측정하였다. cgDBCzPA의 톨루엔 용액을 석영셀에 넣고 톨루엔 용액 중의 cgDBCzPA의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 상기 흡수 스펙트럼에서, 석영셀에서 측정한 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼을 빼고, 얻어진 값을 도면에 나타냈다. 또한, 박막의 흡수 스펙트럼을 위해서는, 석영 기판 위에 cgDBCzPA를 증착시킴으로써 샘플을 제조하고, 상기 샘플의 흡수 스펙트럼에서 석영의 흡수 스펙트럼을 빼서 얻어진 흡수 스펙트럼을 도면에 나타냈다. 흡수 스펙트럼의 측정과 마찬가지로, 자외선-가시광선 분광광도계 (V550, JASCO 코포레이션 제조)를 방출 스펙트럼의 측정을 위해 사용하였다. cgDBCzPA의 톨루엔 용액 중의 cgDBCzPA의 방출 스펙트럼은 석영셀에 넣은 cgDBCzPA의 톨루엔 용액으로 측정하고, 박막의 방출 스펙트럼은 석영 기판 위에 cgDBCzPA를 증착시켜 제조한 샘플로 측정하였다. 이들은 cgDBCzPA의 톨루엔 용액 중의 cgDBCzPA의 최대 흡수 파장이 약 396 nm, 약 368 nm, 약 351 nm, 약 306 nm, 및 약 252 nm이고, 그의 최대 방출 파장이 약 417 nm 및 약 432 nm (369 nm의 여기 파장)임을 보여준다. 이들은 또한 박막의 최대 흡수 파장이 약 402 nm, 약 375 nm, 약 357 nm, 약 343 nm, 약 306 nm, 약 268 nm, 약 252 nm, 및 약 221 nm이고, 그의 최고 최대 방출 파장이 약 442 nm (402 nm의 여기 파장)임을 보여준다.
추가로, cgDBCzPA 박막의 이온화 전위를 광전자 분광계 (AC-2, 리켄 게이키, 컴파니, 리미티드(Riken Keiki, Co., Ltd.) 제조)로 공기 중에서 측정하였다. 얻어진 이온화 전위값을 음의 값으로 변환하면, cgDBCzPA의 HOMO 준위가 -5.72 eV인 것으로 나타났다. 도 12a 및 12B의 박막 흡수 스펙트럼 데이터로부터, 직접 전이의 가정하에 Tauc 플롯으로부터 초래된, cgDBCzPA의 흡수단은 2.95 eV였다. 따라서, 고체 상태에서 cgDBCzPA의 광에너지갭은 2.95 eV로 추정되고; 상기에서 얻어진 HOMO 준위 값 및 상기 에너지갭으로부터, cgDBCzPA의 LUMO 준위는 -2.77 eV로 추정할 수 있었다. 따라서, cgDBCzPA는 고체 상태에서 2.95 eV의 큰 에너지갭을 갖는다는 것이 확인되었다.
cgDBCzPA의 산화 특성 및 환원 특성을 측정하였다. 이들은 순환 전압전류법 (CV) 측정에 의해 조사하였다. 측정을 위해 전기화학적 분석장치 (ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc. 제조)를 사용하였다.
추가로, CV 측정용으로 사용되는 용액을 위해서는, 탈수된 디메틸포름아미드 (DMF, 시그마-알드리치 인크.(Sigma-Aldrich Inc.) 제조, 99.8%, 카탈로그 번호 22705-6)를 용매로서 사용하고, 지지 전해질인 테트라-n-부틸암모늄 퍼클로레이트 (n-Bu4NClO4, 도쿄 케미컬 인더스트리 컴파니, 리미티드(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 제조, 카탈로그 번호 T0836)를 농도가 100 mmol/L가 되도록 용매에 용해시켰다. 추가로, 측정하고자 하는 목적물을 농도가 2 mmol/L가 되도록 용매에 용해시켰다. 백금 전극 (PTE 백금 전극, BAS Inc. 제조)을 작동 전극으로서 사용하고, 백금 전극 (VC-3 (5 cm)을 위한 Pt 상대 전극, BAS Inc. 제조)을 보조 전극으로서 사용하고, Ag/Ag+ 전극 (비수성 용매를 위한 RE-5 기준 전극, BAS Inc. 제조)을 기준 전극으로서 사용하였다. 측정을 실온 (20 내지 25℃)에서 수행한다는 점에 유의한다. 주사 속도는 CV 측정 동안에 0.1 V/s로 설정하였다.
산화 특성의 측정에서, 기준 전극에 대한 작동 전극의 전위가 0.05 V에서 0.83 V로 변화한 후에, 0.83 V에서 0.05 V로 변화하는 한 사이클이 주사되고, 100-사이클 측정을 수행하였다. 측정 결과는 도 13a에 나타나 있다.
측정 결과에 의해 cgDBCzPA가 100-사이클 측정 후에도 산화 피크의 큰 변화 없이 산화 상태와 중성 상태 사이의 반복적인 산화환원 반응에 대하여 효과적인 특성을 나타낸다는 것이 확인되었다.
환원 특성의 측정에서, 기준 전극에 대한 작동 전극의 전위가 -1.50 V에서 -2.30 V로 변화한 후에, -2.30 V에서 -1.50 V로 변화하는 한 사이클이 주사되고, 100-사이클 측정을 수행하였다. 측정 결과는 도 13b에 나타나 있다.
측정 결과에 의해 cgDBCzPA가 100 사이클의 측정 후에도 환원 피크의 큰 변화 없이 환원 상태와 중성 상태 사이의 반복적인 산화환원 반응에 대하여 효과적인 특성을 나타낸다는 것이 확인되었다.
추가로, cgDBCzPA의 HOMO 및 LUMO 준위를 또한 CV 측정 결과로부터 계산하였다.
먼저, 사용된 진공 준위에 대한 기준 전극의 전위 에너지는 -4.94 eV인 것으로 확인되었다. cgDBCzPA의 산화 특성 측정 결과에 따르면, 산화 피크 전위 Epa는 0.81 V이고 환원 피크 전위 Epc는 0.69 V였다. 따라서, 반파 전위 (Epa와 Epc 사이의 중간 전위)는 0.75 V인 것으로 결정될 수 있다. 이는 cgDBCzPA가 0.75 [Ag/Ag+에 대한 V]의 전기 에너지에 의해 산화된다는 것을 의미하고, 상기 에너지는 HOMO 준위에 상응한다. 여기서, 진공 준위에 대한, 본 실시예에서 사용된 기준 전극의 전위 에너지가 상기 기재된 바와 같이 -4.94 [eV]이므로, cgDBCzPA의 HOMO 준위는 다음과 같이 확인되었다: -4.94 - 0.75 = -5.69 [eV]. cgDBCzPA의 환원 특성 측정 결과에 따르면, 산화 피크 전위 Epc는 -2.25 V이고 환원 피크 전위 Epa는 -2.16 V였다. 따라서, 반파 전위 (Epc와 Epa 사이의 중간 전위)는 -2.21 V인 것으로 계산될 수 있다. 이는 cgDBCzPA가 -2.21 [Ag/Ag+에 대한 V]의 전기 에너지에 의해 환원된다는 것을 의미하고, 상기 에너지는 LUMO 준위에 상응한다. 여기서, 진공 준위에 대한 본 실시예에서 사용된 기준 전극의 전위 에너지가 상기 기재된 바와 같이 -4.94 [eV]이므로, cgDBCzPA의 LUMO 준위는 다음과 같이 확인되었다: -4.94 - (-2.21) = -2.74 [eV].
진공 준위에 대한 기준 전극 (Ag/Ag+ 전극)의 전위 에너지가 Ag/Ag+ 전극의 페르미(Fermi) 준위에 상응하고, 기준 전극 (Ag/Ag+ 전극)의 사용과 함께, 진공 준위에 대한 전위 에너지가 공지된 물질을 측정하여 얻어진 값으로부터 계산해야 한다는 점에 주목한다.
진공 준위에 대한, 본 실시예에서 사용된 기준 전극 (Ag/Ag+ 전극)의 전위 에너지 (eV)를 계산하여 결정하는 방법이 구체적으로 기재되어 있다. 메탄올 중의 페로센의 산화-환원 전위가 표준 수소 전극에 대하여 +0.610 [SHE에 대한 V]이라는 사실은 공지되어 있다 (참고문헌: [Christian R. Goldsmith et al., J. Am. Chem. Soc., Vol. 124, No. 1, pp.83-96, 2002]). 이와 달리, 본 실시예에서 사용된 기준 전극을 사용하면, 메탄올 중의 페로센의 산화-환원 전위는 +0.11 V [Ag/Ag+에 대하여]인 것으로 계산되었다. 따라서, 상기 기준 전극의 전위 에너지는 표준 수소 전극의 전위 에너지보다 0.50 [eV] 낮다는 것이 확인되었다.
여기서, 진공 준위에 대한 표준 수소 전극의 전위 에너지가 -4.44 eV라는 사실은 공지되어 있다 (참고문헌: [Toshihiro Ohnishi and Tamami Koyama, High molecular EL material, Kyoritsu shuppan, pp.64-67]). 따라서, 진공 준위에 대한 본 실시예에서 사용된 기준 전극의 전위 에너지는 다음과 같이 계산될 수 있다: -4.44 - 0.50 = -4.94 [eV].
[실시예 2]
본 실시예에는 청색 형광을 방출하는 방출 중심 물질을 사용하는 발광층의 호스트 물질로서, 또한 전자-수송층의 물질로서 디벤조[c,g]카르바졸 화합물, 즉 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸 (약어: cgDBCzPA, 구조식 100)을 사용하는 발광 소자가 기재되어 있고, 이 발광소자는 실시형태 1에 기재된 발광 소자이다.
본 실시예에서 사용된 유기 화합물의 분자 구조가 하기 구조식 i 내지 iv 및 100으로 도시되어 있다. 소자 구조는 도 1a에 도시된 것과 유사하였다.
발광 소자 (1)의 제작
먼저, 실리콘을 함유하는 산화 인듐 주석 (ITSO)이 그 위에 110 nm의 두께로 형성된 유리 기판을 제1 전극 (101)으로서 준비하였다. ITSO 표면을 표면의 2 mm x 2 mm 면적이 노출되도록 폴리이미드 막으로 피복하였다. 전극 면적은 2 mm x 2 mm였다. 상기 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세척하고 200℃에서 1시간 동안 수행된 베이킹(baking) 후에 UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다. 그 후에, 기판을 대략 10-4 Pa로 감압된 진공 증착 기구로 옮기고, 진공 증착 기구의 가열 챔버에서 30분 동안 170℃에서 진공 베이킹에 적용한 다음, 기판을 약 30분 동안 냉각시켰다.
그 후에, ITSO 막이 그 위에 형성된 기판의 표면이 아래로 향하도록, 기판을 진공 증착 기구에 제공된 홀더에 고정시켰다.
진공 증착 기구에서의 압력을 10-4 Pa로 감압시킨 후에, 상기 구조식 i로 표시되는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸 (약어: PCzPA) 및 산화몰리브덴(VI)을 PCzPA 대 산화몰리브덴의 비율이 2:1 (중량비)이도록 동시증착시켜, 정공-주입층 (111)을 형성하였다. 정공-주입층 (111)의 두께는 70 nm로 설정하였다. 동시증착이 다수의 상이한 물질이 각각의 상이한 증착 공급원으로부터 동시에 증발되는 증착법이라는 점에 주목한다.
그 후에, PCzPA를 30 nm의 두께로 증착시켜, 정공-수송층 (112)을 형성하였다.
추가로, 정공-수송층 (112) 위에, 상기 구조식 100으로 표시되는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸 (약어: cgDBCzPA) 및 상기 구조식 iii으로 표시되는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민 (약어: 1,6mMemFLPAPrn)을, cgDBCzPA 대 1,6mMemFLPAPrn의 비율이 1:0.03 (중량비)이도록 25 nm의 두께로 동시증착시켜, 발광층 (113)을 형성하였다.
그 후에, cgDBCzPA를 10 nm의 두께로 증착시킨 후에, 상기 구조식 iv로 표시되는 바토페난트롤린 (약어: BPhen)을 15 nm의 두께로 증착시켜, 전자-수송층 (114)을 형성하였다.
추가로, 플루오르화리튬을 전자-수송층 (114) 위에 1 nm의 두께로 증착시켜, 전자-주입층을 형성하였다. 마지막으로, 캐소드로서 소용되는 제2 전극 (102)으로서 알루미늄을 200 nm의 두께로 형성하였다. 그에 따라, 발광 소자 (1)를 완성하였다. 상기 증착 단계 모두에서, 저항-가열법에 의해 증착을 수행하였다는 점에 주목한다.
비교용 발광 소자 (1)의 제작
비교용 발광 소자 (1)는 발광층 (113) 및 전자-수송층 (114)을 제외하고는, 발광 소자 (1)처럼 형성되었다. 발광층 (113)을 위해서는, 정공-수송층 (112)을 형성한 후에, 상기 구조식 ii로 표시되는 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸 (약어: CzPA) 및 상기 구조식 iii으로 표시되는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민 (약어: 1,6mMemFLPAPrn)을, CzPA 대 1,6mMemFLPAPrn의 비율이 1:0.05 (중량비)이도록 25 nm의 두께로 동시증착시켜, 발광층 (113)을 형성하였다.
발광층 (113)을 형성한 후에, CzPA를 10 nm의 두께로 증착시킨 다음, 상기 구조식 iv로 표시되는 바토페난트롤린 (약어: BPhen)을 15 nm의 두께로 증착시켜, 전자-수송층 (114)을 형성하였다.
발광층 (113) 및 전자-수송층 (114) 이외의 구조는 발광 소자 (1)의 구조와 유사하며, 구조에 관한 반복적인 설명은 피한다. 발광 소자 (1)의 제작 방법을 참조한다.
그에 따라, 비교용 발광 소자 (1)를 완성하였다.
발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 작동 특성
상기 기재된 바와 같이 수득한 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)를 공기에 노출되지 않도록 질소 분위기를 함유하는 글러브 박스(glove box)에서 실링하였다 (구체적으로, 실링재를 각각의 소자의 외연부에 적용하고, 실링할 때 열처리를 80℃에서 1시간 동안 수행하였다). 그 후에, 발광 소자의 작동 특성을 측정하였다. 측정을 실온에서 (온도가 25℃로 유지되는 분위기에서) 수행하였다는 점에 주목한다.
도 14는 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)의 휘도 대 전류 효율 특성을 나타내고, 도 15는 전압 대 전류 특성을 나타내고, 도 16은 휘도 대 전력 효율 특성을 나타내고, 도 17은 휘도 대 외부 양자 효율 특성을 나타낸다. 도 14에서, 세로축은 전류 효율 (cd/A)을 나타내고, 가로축은 휘도 (cd/m2)를 나타낸다. 도 15에서, 세로축은 전류 (mA)를 나타내고, 가로축은 전압 (V)을 나타낸다. 도 16에서, 세로축은 전력 효율 (lm/W)을 나타내고, 가로축은 휘도 (cd/m2)를 나타낸다. 도 17에서, 세로축은 외부 양자 효율 (%)을 나타내고, 가로축은 휘도 (cd/m2)를 나타낸다.
도 14에서 확인할 수 있는 바와 같이, 청색 형광을 제공하고, 발광층의 호스트 물질로서, 또한 전자-수송층의 전자-수송 물질로서 화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물인 cgDBCzPA를 사용하는 발광 소자 (1)의 휘도 대 전류 효율 특성은 바람직하거나, 발광 소자 (1)에서의 cgDBCzPA와 유사한 CzPA를 사용하는 비교용 발광 소자 (1)의 휘도 대 전류 효율 특성과 실질적으로 동일하다. 이는 발광 소자 (1)가 높은 방출 효율을 갖는 발광 소자임을 시사한다.
도 15에서 확인할 수 있는 바와 같이, 발광 소자 (1)의 전압 대 전류 특성은 바람직하거나, 비교용 발광 소자 (1)의 특성과 실질적으로 동일하고, 이는 발광 소자 (1)가 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자임을 시사한다. 이는 화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 우수한 캐리어-수송 특성을 갖는다는 것을 의미한다.
도 16에서 확인할 수 있는 바와 같이, 발광 소자 (1)는 발광 소자 (1)보다 우수한 휘도 대 전력 효율 특성을 나타내고, 이는 발광 소자 (1)가 소비 전력이 낮은 발광 소자임을 시사한다. 따라서, 화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물인 cgDBCzPA를 사용하는 발광 소자 (1)는 낮은 구동 전압 및 높은 방출 효율 등의 바람직한 특성을 갖는 발광 소자이다.
도 17에서 확인할 수 있는 바와 같이, 발광 소자 (1)의 휘도 대 외부 양자 효율 특성은 바람직하고, 비교용 발광 소자 (1)의 특성과 실질적으로 동일하고, 이는 발광 소자 (1)가 높은 방출 효율을 갖는 발광 소자임을 시사한다.
도 18은 제작한 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)에 0.1 mA의 전류가 흐르도록 하였을 때 초래되는 방출 스펙트럼을 나타낸다. 도 18에서, 세로축은 방출 세기 (임의의 단위)를 나타내고, 가로축은 파장 (nm)을 나타낸다. 방출 세기는 1이라고 가정한 최대 방출 세기에 대한 상대적인 값으로 나타낸다. 도 18은 발광 소자 (1)와 비교용 발광 소자 (1)가 둘다 방출 중심 물질인 1,6mMemFLPAPrn으로부터 유래된 청색 발광을 방출함을 시사한다.
그 후에, 초기 휘도를 5000 cd/m2으로 설정하여, 발광 소자 (1) 및 비교용 발광 소자 (1)를 전류 밀도가 일정한 조건하에 구동시키고, 구동 시간에 따른 휘도의 변화를 조사하였다. 도 19는 표준화된 휘도 대 시간 특성을 나타낸다. 도 19는 CzPA를 사용하는 비교용 발광 소자 (1)도 장기 수명을 갖는 발광 소자이지만, cgDBCzPA를 사용하는 발광 소자 (1)는 비교용 발광 소자 (1)보다 연장된 수명을 갖는 매우 신뢰할 수 있는 소자임을 시사한다.
CzPA와 비교하여, cgDBCzPA는 증착에 대하여 매우 안정하고 안정한 특성을 갖는 발광 소자를 용이하게 제공할 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, cgDBCzPA는 우수한 특성의 완전한 조합을 갖는 발광 소자가 그에 의해 제공될 수 있는 물질인 것으로 확인되었다.
[실시예 3]
본 실시예에는 청색 형광을 방출하는 방출 중심 물질을 사용하는 발광층의 호스트 물질로서, 또한 전자-수송층의 물질로서 디벤조[c,g]카르바졸 화합물, 즉 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸 (약어: cgDBCzPA, 구조식 100)을 사용하는 발광 소자가 기재되어 있고, 이 발광소자는 실시형태 1에 기재된 발광 소자이다.
본 실시예에서 사용된 유기 화합물의 분자 구조가 하기 구조식 i 내지 v 및 100으로 도시되어 있다. 소자 구조는 도 1a에 도시된 것과 유사하였다.
발광 소자 (2)의 제작
먼저, 실리콘을 함유하는 산화 인듐 주석 (ITSO)이 그 위에 110 nm의 두께로 형성된 유리 기판을 제1 전극 (101)으로서 준비하였다. ITSO 표면을 표면의 2 mm x 2 mm 면적이 노출되도록 폴리이미드 막으로 피복하였다. 전극 면적은 2 mm x 2 mm였다. 상기 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세척하고 200℃에서 1시간 동안 수행된 베이킹 후에 UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다. 그 후에, 기판을 대략 10-4 Pa로 감압된 진공 증착 기구로 옮기고, 진공 증착 기구의 가열 챔버에서 30분 동안 170℃에서 진공 베이킹에 적용한 다음, 기판을 약 30분 동안 냉각시켰다.
그 후에, ITSO 막이 그 위에 형성된 기판의 표면이 아래로 향하도록, 기판을 진공 증착 기구에 제공된 홀더에 고정시켰다.
진공 증착 기구에서의 압력을 10-4 Pa로 감압시킨 후에, 상기 구조식 i로 표시되는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸 (약어: PCzPA) 및 산화몰리브덴(VI)을 PCzPA 대 산화몰리브덴의 비율이 2:1 (중량비)이도록 동시증착시켜, 정공-주입층 (111)을 형성하였다. 정공-주입층 (111)의 두께는 70 nm로 설정하였다. 동시증착이 다수의 상이한 물질이 각각의 상이한 증착 공급원으로부터 동시에 증발되는 증착법이라는 점에 주목한다.
그 후에, 상기 구조식 v로 표시되는 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카르바졸 (약어: PCPPn)을 30 nm의 두께로 증착시켜, 정공-수송층 (112)을 형성하였다.
추가로, 정공-수송층 (112) 위에, 상기 구조식 100으로 표시되는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸 (약어: cgDBCzPA) 및 상기 구조식 iii으로 표시되는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민 (약어: 1,6mMemFLPAPrn)을, cgDBCzPA 대 1,6mMemFLPAPrn의 비율이 1:0.03 (중량비)이도록 25 nm의 두께로 동시증착시켜, 발광층 (113)을 형성하였다.
그 후에, cgDBCzPA를 10 nm의 두께로 증착시킨 다음, 상기 구조식 iv로 표시되는 바토페난트롤린 (약어: BPhen)을 15 nm의 두께로 증착시켜, 전자-수송층 (114)을 형성하였다.
추가로, 전자-수송층 (114) 위에 플루오르화리튬을 1 nm의 두께로 증착시켜, 전자-주입층을 형성하였다. 마지막으로, 캐소드로서 소용되는 제2 전극 (102)으로서 알루미늄을 200 nm의 두께로 형성하였다. 그에 따라, 발광 소자 (2)를 완성하였다. 상기 증착 단계 모두에서, 저항-가열법에 의해 증착을 수행하였다는 점에 주목한다.
비교용 발광 소자 (2)의 제작
비교용 발광 소자 (2)는 발광층 (113) 및 전자-수송층 (114)을 제외하고는, 발광 소자 (2)와 같이 형성되었다. 발광층 (113)을 위해서는, 정공-수송층 (112)을 형성한 후에, 상기 구조식 ii로 표시되는 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸 (약어: CzPA) 및 상기 구조식 iii으로 표시되는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민 (약어: 1,6mMemFLPAPrn)을, CzPA 대 1,6mMemFLPAPrn의 비율이 1:0.05 (중량비)이도록 25 nm의 두께로 동시증착시켜, 발광층 (113)을 형성하였다.
발광층 (113)을 형성한 후에, CzPA를 10 nm의 두께로 증착시킨 다음, 상기 구조식 iv로 표시되는 바토페난트롤린 (약어: BPhen)을 15 nm의 두께로 증착시켜, 전자-수송층 (114)을 형성하였다.
발광층 (113) 및 전자-수송층 (114) 이외의 구조는 발광 소자 (2)의 구조와 유사하였고, 구조에 관한 반복적인 설명은 피한다. 발광 소자 (2)의 제작 방법을 참조한다.
그에 따라, 비교용 발광 소자 (2)를 완성하였다.
발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 작동 특성
상기 기재된 바와 같이 수득한 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)를 공기에 노출되지 않도록 질소 분위기를 함유하는 글러브 박스에서 실링하였다 (구체적으로, 실링재를 각각의 소자의 외연부에 적용하고, 실링할 때 열처리를 80℃에서 1시간 동안 수행하였다). 그 후에, 발광 소자의 작동 특성을 측정하였다. 측정을 실온에서 (온도가 25℃로 유지되는 분위기에서) 수행하였다는 점에 주목한다.
도 20은 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)의 휘도 대 전류 효율 특성을 나타내고, 도 21은 전압 대 전류 특성을 나타내고, 도 22는 휘도 대 전력 효율 특성을 나타내고, 도 23은 휘도 대 외부 양자 효율 특성을 나타낸다. 도 20에서, 세로축은 전류 효율 (cd/A)을 나타내고, 가로축은 휘도 (cd/m2)를 나타낸다. 도 21에서, 세로축은 전류 (mA)를 나타내고, 가로축은 전압 (V)을 나타낸다. 도 22에서, 세로축은 전력 효율 (lm/W)을 나타내고, 가로축은 휘도 (cd/m2)를 나타낸다. 도 23에서, 세로축은 외부 양자 효율 (%)을 나타내고, 가로축은 휘도 (cd/m2)를 나타낸다.
도 20에서 확인할 수 있는 바와 같이, 청색 형광을 제공하고, 발광층의 호스트 물질로서, 또한 전자-수송층의 전자-수송 물질로서 화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물인 cgDBCzPA를 사용하는 발광 소자 (2)의 휘도 대 전류 효율 특성은 발광 소자 (2)에서의 cgDBCzPA와 유사한 CzPA를 사용하는 비교용 발광 소자 (2)의 휘도 대 전류 효율 특성과 실질적으로 동일하다. 이는 발광 소자 (2)가 높은 방출 효율을 갖는 발광 소자임을 시사한다.
도 21에서 확인할 수 있는 바와 같이, 발광 소자 (2)는 발광 소자 (2)보다 우수한 전압 대 전류 특성을 나타내고, 이는 발광 소자 (2)가 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자임을 시사한다. 이는 화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 우수한 캐리어-수송 특성을 갖는다는 것을 의미한다.
도 22에서 확인할 수 있는 바와 같이, 발광 소자 (2)는 비교용 발광 소자 (2)의 특성보다 우수한, 매우 바람직한 휘도 대 전력 효율 특성을 나타내고, 이는 발광 소자 (2)가 소비 전력이 낮은 발광 소자임을 시사한다. 따라서, 화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물인 cgDBCzPA를 사용하는 발광 소자 (2)는 낮은 구동 전압 및 높은 방출 효율 등의 바람직한 특성을 갖는 발광 소자이다.
도 23에서 확인할 수 있는 바와 같이, 발광 소자 (2)의 휘도 대 외부 양자 효율 특성은 바람직하고, 비교용 발광 소자 (2)의 특성과 실질적으로 동일하고, 이는 발광 소자 (2)가 매우 높은 방출 효율을 갖는 발광 소자임을 시사한다.
도 24는 제작한 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)에 0.1 mA의 전류가 흐르도록 하였을 때 초래되는 방출 스펙트럼을 나타낸다. 도 24에서, 세로축은 방출 세기 (임의의 단위)를 나타내고, 가로축은 파장 (nm)을 나타낸다. 방출 세기는 1이라고 가정한 최대 방출 세기에 대한 상대적인 값으로 나타낸다. 도 24는 발광 소자 (2)와 비교용 발광 소자 (2)의 스펙트럼이 완전히 중첩된다는 것을 나타내고, 이는 두 소자가 모두 방출 중심 물질인 1,6mMemFLPAPrn으로부터 유래된 청색 발광을 방출함을 시사한다.
그 후에, 초기 휘도를 5000 cd/m2으로 설정하여, 발광 소자 (2) 및 비교용 발광 소자 (2)를 전류 밀도가 일정한 조건하에 구동시키고, 구동 시간에 따른 휘도의 변화를 조사하였다. 도 25는 표준화된 휘도 대 시간 특성을 나타낸다. 도 25는 CzPA를 사용하는 비교용 발광 소자 (2)도 장기 수명을 갖는 발광 소자이지만, cgDBCzPA를 사용하는 발광 소자 (2)는 비교용 발광 소자 (2)보다 연장된 수명을 갖는 매우 신뢰할 수 있는 소자임을 시사한다.
CzPA와 비교하여, cgDBCzPA는 증착에 대하여 매우 안정하고, 안정한 특성을 갖는 발광 소자를 용이하게 제공할 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, cgDBCzPA가, 우수한 특성의 완전한 조합을 갖는 발광 소자가 그에 의해 제공될 수 있는 물질인 것으로 본 실시예에서도 확인되었다.
[실시예 4]
본 실시예에는 청색 형광을 방출하는 방출 중심 물질을 사용하는 발광층의 호스트 물질로서, 또한 전자-수송층의 물질로서 디벤조[c,g]카르바졸 화합물, 즉 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸 (약어: cgDBCzPA, 구조식 100)을 사용하는 발광 소자가 기재되어 있고, 이 발광 소자는 실시형태 1에 기재된 발광 소자이다.
본 실시예에서 사용된 유기 화합물의 분자 구조가 하기 구조식 i 내지 vi 및 100으로 도시되어 있다. 소자 구조는 도 1a에 도시된 것과 유사하였다.
발광 소자 (3)의 제작
먼저, 실리콘을 함유하는 산화 인듐 주석 (ITSO)이 그 위에 110 nm의 두께로 형성된 유리 기판을 제1 전극 (101)으로서 준비하였다. ITSO 표면을 표면의 2 mm x 2 mm 면적이 노출되도록 폴리이미드 막으로 피복하였다. 전극 면적은 2 mm x 2 mm였다. 상기 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세척하고 200℃에서 1시간 동안 수행된 베이킹 후에 UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다. 그 후에, 기판을 대략 10-4 Pa로 감압된 진공 증착 기구로 옮기고, 진공 증착 기구의 가열 챔버에서 30분 동안 170℃에서 진공 베이킹에 적용한 다음, 기판을 약 30분 동안 냉각시켰다.
그 후에, ITSO 막이 그 위에 형성된 기판의 표면이 아래로 향하도록, 기판을 진공 증착 기구에 제공된 홀더에 고정시켰다.
진공 증착 기구에서의 압력을 10-4 Pa로 감압시킨 후에, 상기 구조식 i로 표시되는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸 (약어: PCzPA) 및 산화몰리브덴(VI)을 PCzPA 대 산화몰리브덴의 비율이 2:1 (중량비)이도록 동시증착시켜, 정공-주입층 (111)을 형성하였다. 정공-주입층 (111)의 두께는 50 nm로 설정하였다. 동시증착이 다수의 상이한 물질이 각각의 상이한 증착 공급원으로부터 동시에 증발되는 증착법이라는 점에 주목한다.
그 후에, PCzPA를 10 nm의 두께로 증착시켜, 정공-수송층 (112)을 형성하였다.
추가로, 정공-수송층 (112) 위에, 상기 구조식 100으로 표시되는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸 (약어: cgDBCzPA) 및 상기 구조식 iii으로 표시되는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민 (약어: 1,6mMemFLPAPrn)을, cgDBCzPA 대 1,6mMemFLPAPrn의 비율이 1:0.05 (중량비)이도록 30 nm의 두께로 동시증착시켜, 발광층 (113)을 형성하였다.
그 후에, 상기 구조식 vi으로 표시되는 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(III) (약어: Alq)을 10 nm의 두께로 증착시킨 다음, 상기 구조식 iv로 표시되는 바토페난트롤린 (약어: BPhen)을 15 nm의 두께로 증착시켜, 전자-수송층 (114)을 형성하였다.
추가로, 플루오르화리튬을 전자-수송층 (114) 위에 1 nm의 두께로 증착시켜, 전자-주입층을 형성하였다. 마지막으로, 캐소드로서 소용되는 제2 전극 (102)으로서 알루미늄을 200 nm의 두께로 형성하였다. 그에 따라, 발광 소자 (3)를 완성하였다. 상기 증착 단계 모두에서, 저항-가열법에 의해 증착을 수행하였다는 점에 주목한다.
비교용 발광 소자 (3)의 제작
비교용 발광 소자 (3)는 발광층 (113)을 제외하고는, 발광 소자 (3)처럼 형성되었다. 비교용 발광 소자 (3)를 위해서는, 정공-수송층 (112)을 형성한 후에, 상기 구조식 ii로 표시되는 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸 (약어: CzPA) 및 상기 구조식 iii으로 표시되는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민 (약어: 1,6mMemFLPAPrn)을, CzPA 대 1,6mMemFLPAPrn의 비율이 1:0.05 (중량비)이도록 30 nm의 두께로 동시증착시켜, 발광층 (113)을 형성하였다.
발광층 (113) 이외의 구조는 발광 소자 (3)의 구조와 유사하며, 구조에 관한 반복적인 설명은 피한다. 발광 소자 (3)의 제작 방법을 참조한다.
그에 따라, 비교용 발광 소자 (3)를 완성하였다.
발광 소자 (3) 및 비교용 발광 소자 (3)의 작동 특성
상기 기재된 바와 같이 수득한 발광 소자 (3) 및 비교용 발광 소자 (3)를 공기에 노출되지 않도록 질소 분위기를 함유하는 글러브 박스에서 실링하였다 (구체적으로, 실링재를 각각의 소자의 외연부에 적용하고, 실링할 때 열처리를 80℃에서 1시간 동안 수행하였다). 그 후에, 발광 소자의 작동 특성을 측정하였다. 측정을 실온에서 (온도가 25℃로 유지되는 분위기에서) 수행하였다는 점에 주목한다.
도 26은 발광 소자 (3) 및 비교용 발광 소자 (3)의 휘도 대 전류 효율 특성을 나타내고, 도 27은 전압 대 전류 특성을 나타낸다. 도 26에서, 세로축은 전류 효율 (cd/A)을 나타내고, 가로축은 휘도 (cd/m2)를 나타낸다. 도 27에서, 세로축은 전류 (mA)를 나타내고, 가로축은 전압 (V)을 나타낸다.
도 26에서 확인할 수 있는 바와 같이, 청색 형광을 제공하고, 발광층의 호스트 물질로서, 또한 전자-수송층의 전자-수송 물질로서 화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물인 cgDBCzPA를 사용하는 발광 소자 (3)의 휘도 대 전류 효율 특성은 발광 소자 (3)에서의 cgDBCzPA와 유사한 CzPA를 사용하는 비교용 발광 소자 (3)의 휘도 대 전류 효율 특성과 동일하다. 이는 발광 소자 (3)가 높은 방출 효율을 갖는 발광 소자임을 시사한다.
도 27에서 확인할 수 있는 바와 같이, 발광 소자 (3)는 비교용 발광 소자 (3)보다 훨씬 우수한 전압 대 전류 특성을 갖고, 이는 발광 소자 (3)가 낮은 구동 전압을 갖는 발광 소자임을 시사한다. 이는 화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물이 우수한 캐리어-수송 특성을 갖는다는 것을 의미한다.
도 28은 제작한 발광 소자 (3) 및 비교용 발광 소자 (3)에 0.1 mA의 전류가 흐르도록 하였을 때 초래되는 방출 스펙트럼을 나타낸다. 도 28에서, 세로축은 방출 세기 (임의의 단위)를 나타내고, 가로축은 파장 (nm)을 나타낸다. 방출 세기는 1이라고 가정한 최대 방출 세기에 대한 상대적인 값으로 나타낸다. 도 28은 발광 소자 (3) 및 비교용 발광 소자 (3)의 스펙트럼이 크게 상이하지 않음을 보여주고, 이는 두 소자가 모두 방출 중심 물질인 1,6mMemFLPAPrn으로부터 유래된 청색 발광을 방출함을 시사한다.
CzPA와 비교하여, cgDBCzPA는 증착에 대하여 매우 안정하고, 안정한 특성을 갖는 발광 소자를 용이하게 제공할 수 있다.
상기 기재된 바와 같이, cgDBCzPA가 우수한 특성의 완전한 조합을 갖는 발광 소자가 그에 의해 제공될 수 있는 물질인 것으로 본 실시예에서도 확인되었다.
[실시예 5]
본 실시예에는 청색 형광을 방출하는 방출 중심 물질을 사용하는 발광층의 호스트 물질로서, 또한 전자-수송층의 물질로서 디벤조[c,g]카르바졸 화합물, 즉 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸 (약어: cgDBCzPA, 구조식 100)을 사용하는 발광 소자가 기재되어 있고, 이 발광 소자는 실시형태 1에 기재된 발광 소자이다.
본 실시예에서 사용된 유기 화합물의 분자 구조가 하기 구조식 i, iii, iv, vi 내지 viii, 및 100으로 도시되어 있다. 소자 구조는 도 1a에 도시된 것과 유사하였다.
발광 소자 (4)의 제작
먼저, 실리콘을 함유하는 산화 인듐 주석 (ITSO)이 그 위에 110 nm의 두께로 형성된 유리 기판을 제1 전극 (101)으로서 준비하였다. ITSO 표면을 표면의 2 mm x 2 mm 면적이 노출되도록 폴리이미드 막으로 피복하였다. 전극 면적은 2 mm x 2 mm였다. 상기 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세척하고 200℃에서 1시간 동안 수행된 베이킹 후에 UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다. 그 후에, 기판을 대략 10-4 Pa로 감압된 진공 증착 기구로 옮기고, 진공 증착 기구의 가열 챔버에서 30분 동안 170℃에서 진공 베이킹에 적용한 다음, 기판을 약 30분 동안 냉각시켰다.
그 후에, ITSO 막이 그 위에 형성된 기판의 표면이 아래로 향하도록, 기판을 진공 증착 기구에 제공된 홀더에 고정시켰다.
진공 증착 기구에서의 압력을 10-4 Pa로 감압시킨 후에, 상기 구조식 i로 표시되는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸 (약어: PCzPA) 및 산화몰리브덴(VI)을 PCzPA 대 산화몰리브덴의 비율이 2:1 (중량비)이도록 동시증착시켜, 정공-주입층 (111)을 형성하였다. 정공-주입층 (111)의 두께는 50 nm로 설정하였다. 동시증착이 다수의 상이한 물질이 각각의 상이한 증착 공급원으로부터 동시에 증발되는 증착법이라는 점에 주목한다.
그 후에, PCzPA를 10 nm의 두께로 증착시켜, 정공-수송층 (112)을 형성하였다.
추가로, 정공-수송층 (112) 위에, 상기 구조식 100으로 표시되는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸 (약어: cgDBCzPA) 및 상기 구조식 iii으로 표시되는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민 (약어: 1,6mMemFLPAPrn)을, cgDBCzPA 대 1,6mMemFLPAPrn의 비율이 1:0.03 (중량비)이도록 25 nm의 두께로 동시증착시켜, 발광층 (113)을 형성하였다.
그 후에, 상기 구조식 vi으로 표시되는 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(III) (약어: Alq)을 10 nm의 두께로 증착시킨 다음, 상기 구조식 iv로 표시되는 바토페난트롤린 (약어: BPhen)을 15 nm의 두께로 증착시켜, 전자-수송층 (114)을 형성하였다.
추가로, 플루오르화리튬을 전자-수송층 (114) 위에 1 nm의 두께로 증착시켜, 전자-주입층을 형성하였다. 마지막으로, 캐소드로서 소용되는 제2 전극 (102)으로서 알루미늄을 200 nm의 두께로 형성하였다. 그에 따라, 발광 소자 (4)를 완성하였다. 상기 증착 단계 모두에서, 저항-가열법에 의해 증착을 수행하였다는 점에 주목한다.
비교용 발광 소자 (4-1)의 제작
비교용 발광 소자 (4-1)는 발광층 (113)을 제외하고는, 발광 소자 (4)처럼 형성되었다. 비교용 발광 소자 (4-1)를 위해서는, 정공-수송층 (112)을 형성한 후에, 상기 구조식 vii로 표시되는 공지된 안트라센 유도체 및 상기 구조식 iii으로 표시되는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민 (약어: 1,6mMemFLPAPrn)을, 안트라센 유도체 대 1,6mMemFLPAPrn의 비율이 1:0.03 (중량비)이도록 25 nm의 두께로 동시증착시켜, 발광층 (113)을 형성하였다.
발광층 (113) 이외의 구조는 발광 소자 (4)의 구조와 유사하며, 구조에 관한 반복적인 설명은 피한다. 발광 소자 (4)의 제작 방법을 참조한다.
그에 따라, 비교용 발광 소자 (4-1)를 완성하였다.
비교용 발광 소자 (4-2)의 제작
비교용 발광 소자 (4-2)는 발광층 (113)을 제외하고는, 발광 소자 (4)처럼 형성되었다. 비교용 발광 소자 (4-2)를 위해서는, 정공-수송층 (112)을 형성한 후에, 상기 구조식 viii로 표시되는 공지된 안트라센 유도체 및 상기 구조식 iii으로 표시되는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민 (약어: 1,6mMemFLPAPrn)을, 안트라센 유도체 대 1,6mMemFLPAPrn의 비율이 1:0.03 (중량비)이도록 25 nm의 두께로 동시증착시켜, 발광층 (113)을 형성하였다.
발광층 (113) 이외의 구조는 발광 소자 (4)의 구조와 유사하며, 구조에 관한 반복적인 설명은 피한다. 발광 소자 (4)의 제작 방법을 참조한다.
그에 따라, 비교용 발광 소자 (4-2)를 완성하였다.
발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 작동 특성
상기 기재된 바와 같이 수득한 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)를 공기에 노출되지 않도록 질소 분위기를 함유하는 글러브 박스에서 실링하였다 (구체적으로, 실링재를 각각의 소자의 외연부에 적용하고, 실링할 때 열처리를 80℃에서 1시간 동안 수행하였다). 그 후에, 발광 소자의 작동 특성을 측정하였다. 측정을 실온에서 (온도가 25℃로 유지되는 분위기에서) 수행하였다는 점에 주목한다.
도 29는 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 전류 밀도 대 휘도 특성을 나타내고, 도 30은 휘도 대 전류 효율 특성을 나타내고, 도 31은 전압 대 전류 특성을 나타내고, 도 32는 휘도 대 전력 효율 특성을 나타내고, 도 33은 전압 대 휘도 특성을 나타낸다. 도 29에서, 세로축은 휘도 (cd/m2)를 나타내고, 가로축은 전류 밀도 (mA/cm2)를 나타낸다. 도 30에서, 세로축은 전류 효율 (cd/A)을 나타내고, 가로축은 휘도 (cd/m2)를 나타낸다. 도 31에서, 세로축은 전류 (mA)를 나타내고, 가로축은 전압 (V)을 나타낸다. 도 32에서, 세로축은 전력 효율 (lm/W)을 나타내고, 가로축은 휘도 (cd/m2)를 나타낸다. 도 33에서, 세로축은 휘도 (cd/m2)를 나타내고, 가로축은 전압 (V)을 나타낸다.
도 29에서 확인할 수 있는 바와 같이, 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)는 실질적으로 동일한 전류 밀도 대 휘도 특성을 갖는다. 또한, 도 30에 의해 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)가 실용적인 휘도인 적어도 1000 cd/m2 이상의 휘도에서, 실질적으로 동일한 휘도 대 전류 효율 특성을 갖는다는 것이 확인되었다.
추가로, 도 31에 의해 발광 소자 (4)가 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)보다 훨씬 우수한 전압 대 전류 특성을 나타낸다는 것이 확인되었다. 이는 cgDBCzPA의 바람직한 캐리어-수송 특성을 시사한다. 따라서, 도 32에서도 확인되는 바와 같이, 발광 소자 (4)는 매우 바람직한 휘도 대 전력 효율 특성을 갖는 소자인 것으로 밝혀졌다. 도 33은 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 높은 구동 전압을 나타내고, 또한 실제 사용되는 1000 cd/m2의 휘도를 달성하기 위해, 발광 소자 (4)에는 약 3.3 V의 전압이 인가될 필요가 있지만, 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2) 각각에는 4 V 이상의 전압이 인가될 필요가 있다는 점에 주목한다. 비교용 발광 소자 (4-1)의 구동 전압이 특히 높다.
도 34는 제작한 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)에 0.1 mA의 전류가 흐르도록 하였을 때 초래되는 방출 스펙트럼을 나타낸다. 도 34에서, 세로축은 방출 세기 (임의의 단위)를 나타내고, 가로축은 파장 (nm)을 나타낸다. 방출 세기는 1이라고 가정한 최대 방출 세기에 대한 상대적인 값으로 나타낸다. 도 34는 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)의 스펙트럼이 크게 상이하지 않음을 보여주고, 이는 두 소자가 모두 방출 중심 물질인 1,6mMemFLPAPrn으로부터 유래된 청색 발광을 방출한다는 것을 시사한다.
그 후에, 초기 휘도를 5000 cd/m2으로 설정하여, 발광 소자 (4) 및 비교용 발광 소자 (4-1 및 4-2)를 전류 밀도가 일정한 조건하에 구동시키고, 구동 시간에 따른 휘도의 변화를 조사하였다. 도 35는 표준화된 휘도 대 시간 특성을 나타낸다. 도 35는 상기 구조식 viii로 표시되는 물질을 사용하는 비교용 발광 소자 (4-2)가 다른 소자보다 단축된 수명을 가짐을 보여준다. 또한, cgDBCzPA 대신에 상기 구조식 vii로 표시되는 물질을 사용하는 비교용 발광 소자 (4-1)는 일견해서 발광 소자 (4)의 수명과 동일한 수명을 갖지만, 비교용 발광 소자 (4-1)는 초기 휘도의 상승 뿐만 아니라, 특정 시점 이후에 열화율의 증가를 나타내고; 따라서, 비교용 발광 소자 (4-1)의 반감기는 발광 소자 (4)의 반감기의 대략 절반으로 추정된다.
따라서, 비교용 발광 소자 (4-1)는 구동 전압에 있어서 결점을 가지며, 비교용 발광 소자 (4-2)는 구동 전압과 수명 둘다에 있어서 결점을 갖고, 각각의 소자는 특성의 완전한 조합을 갖기가 어렵다. 이와 달리, cgDBCzPA를 사용함으로써, 효율, 구동 전압 및 수명의 측면에서 특성의 우수한 조합을 갖는 고성능 발광 소자를 제작할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 놀라운 점은 매우 높은 전력 효율을 갖는 발광 소자의 제공을 가능하게 하는 구동 전압이다.
상기 기재된 바와 같이, cgDBCzPA가 우수한 특성의 완전한 조합을 갖는 발광 소자가 그에 의해 제공될 수 있는 물질인 것으로 본 실시예에서도 확인되었다.
[실시예 6]
본 실시예에는 실시예 1의 합성 방법과 상이한, 실시형태 2에 기재된 화학식 G1로 표시되는 디벤조[c,g]카르바졸 화합물인 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸 (약어: cgDBCzPA)의 합성 방법이 기재되어 있다.
7H-디벤조[c,g]카르바졸의 합성을 포함하여 그 까지의 단계는 실시예 1의 단계 1 및 2와 동일하였다.
단계 3: 7-(4-브로모페닐)-7H-디벤조[c,g]카르바졸
200 mL 용량의 3목 플라스크에 7H-디벤조[c,g]카르바졸 5.0 g (18 mmol), 4-브로모요오도벤젠 13 g (47 mol), 및 나트륨 tert-부톡시드 1.9 g (20 mmol)을 넣었다. 플라스크 내의 공기를 질소로 대체한 후에, 상기 혼합물에 메시틸렌 100 mL 및 트리-(tert-부틸)포스핀 (10 중량%의 헥산 용액) 0.90 mL를 첨가하였다. 상기 혼합물을 감압시키면서 교반함으로써 탈기시켰다. 탈기시킨 후에, 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 0.51 g (0.90 mmol)을 상기 혼합물에 첨가하였다. 상기 혼합물을 170℃에서 17시간 동안 질소 스트림하에 교반하였다. 교반한 후에, 물 20 mL를 수득한 혼합물에 첨가하였다. 상기 혼합물의 수성층을 톨루엔으로 추출하고, 추출물 용액과 유기층을 합쳐 포화 염수로 세척하였다. 유기층을 황산마그네슘으로 건조시키고, 상기 혼합물을 중력-여과하였다. 수득한 여과물의 농축에 의해 수득된 고체를 톨루엔 약 30 mL에 용해시켰다. 상기 용액을 셀라이트 (와코 퓨어 케미컬 인더스트리즈, 리미티드 제조, 카탈로그 번호 531-16855), 알루미나, 및 플로리실 (와코 퓨어 케미컬 인더스트리즈, 리미티드 제조, 카탈로그 번호 540-00135)을 통해 흡입-여과하였다. 여과물의 농축에 의해 수득된 고체를 톨루엔/헥산으로부터 재결정화하여, 합성 목적인 담황색 침상 결정체 2.9 g을 38%의 수율로 제공하였다. 단계 3의 반응식 c-2가 하기에 도시되어 있다.
단계 4: 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-디벤조[c,g]카르바졸 (cgDBCzPA)
200 mL 용량의 3목 플라스크에 7-(4-브로모페닐)-7H-디벤조[c,g]카르바졸 1.7 g (4.0 mmol) 및 10-페닐안트라센-9-보론산 1.2 g (4.0 mmol)을 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 대체하였다. 상기 혼합물에 톨루엔 15 mL, 에탄올 5.0 mL, 및 탄산나트륨 수용액 4.0 mL를 첨가하였다. 상기 혼합물을 감압시키면서 교반함으로써 탈기시켰다. 상기 혼합물에 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 0.23 g (0.20 mmol)을 첨가하고, 혼합물을 90℃에서 10시간 동안 질소 스트림하에 교반하여, 고체를 침전시켰다. 침전된 고체를 흡입 여과에 의해 제거하였다. 수집한 고체를 고온의 톨루엔 약 50 mL에 용해시키고, 상기 용액을 셀라이트 (와코 퓨어 케미컬 인더스트리즈, 리미티드 제조, 카탈로그 번호 531-16855), 알루미나, 및 플로리실 (와코 퓨어 케미컬 인더스트리즈, 리미티드 제조, 카탈로그 번호 540-00135)을 통해 흡입-여과하였다. 여과물의 농축에 의해 수득된 고체를 톨루엔/헥산으로 세척하여, 합성 목적인 담황색 분말 1.3 g을 55%의 수율로 제공하였다. 단계 4의 합성 반응식 d-2가 하기에 도시되어 있다.
트레인 승화 방법으로, 수득한 담황색 분말 고체 1.3 g을 승화에 의해 정제하였다. 승화 정제에서, cgDBCzPA를 5.0 mL/분의 아르곤 유량으로 3.6 Pa의 압력하에 300℃에서 가열하였다. 승화 정제 후에, cgDBCzPA의 담황색 고체 1.1 g을 86%의 수율로 회수하였다.
(참고 실시예 1)
상기 실시예에서 사용된 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민 (약어: 1,6mMemFLPAPrn)의 합성 방법이 기재되어 있다.
단계 1: 3-메틸페닐-3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐아민 (약어: mMemFLPA)의 합성
9-(3-브로모페닐)-9-페닐플루오렌 3.2 g (8.1 mmol) 및 나트륨 tert-부톡시드 2.3 g (24.1 mmol)을 200 mL 용량의 3목 플라스크에 넣었다. 플라스크 내의 공기를 질소로 대체하였다. 그 후에, 톨루엔 40.0 mL, m-톨루이딘 0.9 mL (8.3 mmol), 및 트리(tert-부틸)포스핀의 10% 헥산 용액 0.2 mL를 상기 혼합물에 첨가하였다. 상기 혼합물의 온도를 60℃로 설정하고, 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 44.5 mg (0.1 mmol)을 혼합물에 첨가하였다. 혼합물의 온도를 80℃로 상승시키고, 혼합물을 2.0시간 동안 교반하였다. 교반한 후에, 혼합물을 플로리실 (와코 퓨어 케미컬 인더스트리즈, 리미티드 제조, 카탈로그 번호 540-00135), 셀라이트 (와코 퓨어 케미컬 인더스트리즈, 리미티드 제조, 카탈로그 번호 531-16855), 및 알루미나를 통해 흡입-여과하여 여과물을 제공하였다. 여과물을 농축시켜 고체를 제공하고, 이어서 이 고체를 실리카겔 컬럼 크로마토그래피 (전개 용매: 1:1 비율의 헥산/톨루엔)로 정제하였다. 톨루엔과 헥산의 혼합 용매로부터의 재결정화로 합성 목적인 백색 고체 2.8 g을 82%의 수율로 제공하였다. 상기 단계 1의 합성 반응식이 하기에 도시되어 있다.
단계 2: N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민 (약어: 1,6mMemFLPAPrn)의 합성
1,6-디브로모피렌 0.6 g (1.7 mmol), 상기 단계 1에서 수득한 3-메틸페닐-3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐아민 1.4 g (3.4 mmol), 및 나트륨 tert-부톡시드 0.5 g (5.1 mmol)을 100 mL 용량의 3목 플라스크에 넣었다. 플라스크 내의 공기를 질소로 대체하였다. 상기 혼합물에 톨루엔 21.0 mL 및 트리(tert-부틸)포스핀의 10% 헥산 용액 0.2 mL를 첨가하였다. 상기 혼합물의 온도를 60℃로 설정하고, 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 34.9 mg (0.1 mmol)을 혼합물에 첨가하였다. 상기 혼합물의 온도를 80℃로 설정하고, 혼합물을 3.0시간 동안 교반하였다. 교반한 후에, 톨루엔 400 mL를 혼합물에 첨가하고, 혼합물을 가열하였다. 혼합물을 고온으로 유지하면서, 플로리실 (와코 퓨어 케미컬 인더스트리즈, 리미티드 제조, 카탈로그 번호 540-00135), 셀라이트 (와코 퓨어 케미컬 인더스트리즈, 리미티드 제조, 카탈로그 번호 531-16855), 및 알루미나를 통해 흡입-여과하여 여과물을 제공하였다. 여과물을 농축시켜 고체를 제공하고, 이어서 이 고체를 실리카겔 컬럼 크로마토그래피 (전개 용매: 3:2 비율의 헥산/톨루엔)로 정제하여, 황색 고체를 제공하였다. 수득한 황색 고체의 톨루엔과 헥산의 혼합 용매로부터의 재결정화로 합성 목적인 황색 고체 1.2 g을 67%의 수율로 제공하였다.
트레인 승화 방법으로, 수득한 황색 고체 1.0 g을 정제하였다. 정제에서, 황색 고체를 5.0 mL/분의 아르곤 기체 유량으로 2.2 Pa의 압력하에 317℃에서 가열하였다. 정제 후에, 합성 목적인 황색 고체 1.0 g을 93%의 수율로 제공하였다. 상기 단계 2의 합성 반응식이 하기에 도시되어 있다.
핵자기 공명 (NMR) 분광법으로 상기 화합물을, 합성 목적인 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-디아민 (약어: 1,6mMemFLPAPrn)인 것으로 확인하였다.
수득 화합물의 1H NMR 데이터가 하기에 제시된다.
(참고 실시예 2)
3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카르바졸 (약어: PCPPn)의 합성예가 기재되어 있다.
단계 1: 4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)페닐보론산의 합성
300 mL 용량의 3목 플라스크에 3-(4-브로모페닐)-9-페닐-9H-카르바졸 8.0 g (20 mmol)을 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 대체하고, 탈수된 테트라히드로푸란 (약어: THF) 100 mL를 첨가한 다음, 온도를 -78℃로 강하시켰다. 상기 혼합물 용액에, 1.65 mol/L의 n-부틸리튬 헥산 용액 15 mL (24 mmol)를 적가하고, n-부틸리튬 헥산 용액이 첨가된 혼합물 용액을 2시간 동안 교반하였다. 상기 혼합물에, 트리메틸 보레이트 3.4 mL (30 mmol)를 첨가하고, 혼합물을 -78℃에서 2시간 동안, 또한 실온에서 18시간 동안 교반하였다. 반응 후에, 용액이 산이 될 때까지, 1 M의 묽은 염산을 상기 반응 용액에 첨가하고, 묽은 염산이 첨가된 용액을 7시간 동안 교반하였다. 상기 용액을 에틸 아세테이트에 의한 추출에 적용하고, 수득한 유기층을 포화 염화나트륨 수용액으로 세척하였다. 세척한 후에, 황산마그네슘을 유기층에 첨가하여 수분을 흡습시켰다. 상기 현탁물을 여과하고, 수득한 여과물을 농축시킨 다음, 헥산을 첨가하였다. 혼합물에 초음파를 조사한 후에, 재결정화하여 합성 목적인 백색 분말 6.4 g을 88%의 수율로 제공하였다. 상기 기재된 단계 1의 반응식이 하기에 도시되어 있다.
합성 목적 물질 및 3-(4-브로모페닐)-9-페닐-9H-카르바졸의 실리카겔 박층 크로마토그래피 (TLC) (전개 용매: 1:10 비율의 에틸 아세테이트/헥산)에 의해 확인된 Rf 값은 각각 0 (기점) 및 0.53이었다. 또한, 합성 목적 및 3-(4-브로모페닐)-9-페닐-9H-카르바졸의, 전개 용매로서 에틸 아세테이트를 사용하는 실리카겔 박층 크로마토그래피 (TLC)에 의해 확인된 Rf 값은 각각 0.72 및 0.93이었다.
단계 2: 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카르바졸 (약어: PCPPn)의 합성
200 mL 용량의 3목 플라스크에서, 9-페닐-9H-카르바졸-3-일-페닐-4-보론산 1.5 g (5.0 mmol), 9-브로모페난트렌 3.2 g (11 mmol), 팔라듐(II) 아세테이트 11 mg (0.1 mmol), 트리(오르토-톨릴)포스핀 30 mg (0.1 mmol), 톨루엔 30 mL, 에탄올 3 mL, 및 2 mol/L의 탄산칼륨 수용액 5 mL의 혼합물을 감압하에 교반하면서 탈기시키고, 질소 분위기하에 6시간 동안 90℃에서 교반하고 가열함으로써 반응시켰다.
반응 후에, 톨루엔 200 mL를 상기 반응 혼합물 용액에 첨가하고, 혼합물 용액의 유기층을 플로리실, 알루미나, 및 셀라이트를 통해 여과하였다. 수득한 여과물을 물로 세척하고, 황산마그네슘을 첨가하여 수분을 흡습시켰다. 상기 현탁물을 여과하여 여과물을 수득하였다. 수득한 여과물을 농축시키고 실리카겔 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하였다. 이때, 톨루엔과 헥산의 혼합 용매 (톨루엔:헥산 = 1:4)를 크로마토그래피를 위한 전개 용매로서 사용하였다. 수득한 분획을 농축시키고, 아세톤 및 메탄올을 첨가하였다. 혼합물에 초음파를 조사한 후에, 재결정화하여, 합성 목적인 PCPPn을 백색 분말 2.2 g으로서 75%의 수율로 수득하였다. 단계 2의 반응식이 하기에 도시되어 있다.
합성 목적 물질 및 9-브로모페난트렌의 실리카겔 박층 크로마토그래피 (TLC) (전개 용매: 1:10 비율의 에틸 아세테이트/헥산)에 의해 확인된 Rf 값은 각각 0.33 및 0.70이었다.
수득 화합물을 핵자기 공명 (NMR) 분광법에 적용하였다. 측정 결과는 PCPPn이 수득되었음을 확인해 주었다. 측정 데이터는 하기와 같다.
101: 제1 전극, 102: 제2 전극, 103: EL 층, 111: 정공-주입층, 112: 정공-수송층, 113: 발광층, 114: 전자-수송층, 115: 전자-주입층, 400: 기판, 401: 제1 전극, 402: 보조 전극, 403: EL 층, 404: 제2 전극, 405: 실링재, 406: 실링재, 407: 실링 기판, 408: 공간, 412: 패드, 420: IC 칩, 501: 제1 전극, 502: 제2 전극, 511: 제1 발광 유닛, 512: 제2 발광 유닛, 513: 전하 발생층, 601: 구동 회로 부분 (소스 라인 구동 회로), 602: 픽셀 부분, 603: 구동 회로 부분 (게이트 라인 구동 회로), 604: 실링 기판, 605: 실링재, 607: 공간, 608: 배선, 609: FPC (연성 인쇄 회로), 610: 소자 기판, 611: 스위칭 TFT, 612: 전류 제어 TFT, 613: 제1 전극, 614: 절연체, 616: EL 층, 617: 제2 전극, 618: 발광 소자, 623: n채널 TFT, 624: p채널 TFT, 901: 하우징, 902: 액정층, 903: 역광 유닛, 904: 하우징, 905: 구동 IC, 906: 단자, 951: 기판, 952: 전극, 953: 절연층, 954: 분할층, 955: EL 층, 956: 전극, 1201: 소스 전극, 1202: 활성층, 1203: 드레인 전극, 1204: 게이트 전극, 2001: 하우징, 2002: 광원, 3001: 조명 장치, 5000: 디스플레이 영역, 5001: 디스플레이 영역, 5002: 디스플레이 영역, 5003: 디스플레이 영역, 5004: 디스플레이 영역, 5005: 디스플레이 영역, 7101: 하우징, 7103: 디스플레이 부분, 7105: 스탠드, 7107: 디스플레이 부분, 7109: 작동키, 7110: 리모콘, 7201: 본체, 7202: 하우징, 7203: 디스플레이 부분, 7204: 키보드, 7205: 외부 접속 포트, 7206: 위치 결정 장치, 7301: 하우징, 7302: 하우징, 7303: 이음 부분, 7304: 디스플레이 부분, 7305: 디스플레이 부분, 7306: 스피커 부분, 7307: 기록 매체 삽입 부분, 7308: LED 램프, 7309: 작동키, 7310: 접속 단자, 7311: 센서, 7401: 하우징, 7402: 디스플레이 부분, 7403: 작동 버튼, 7404: 외부 접속 포트, 7405: 스피커, 7406: 마이크, 7400: 휴대전화.
본 출원은 일본 특허청에 2011년 7월 22일자로 출원된 일본 특허 출원 제2011-161161호를 기반으로 하며, 상기 출원의 전체 내용은 본원에 참고로 포함된다.
본 출원은 일본 특허청에 2011년 7월 22일자로 출원된 일본 특허 출원 제2011-161161호를 기반으로 하며, 상기 출원의 전체 내용은 본원에 참고로 포함된다.
Claims (24)
- 화합물로서,
디벤조[c,g]카르바졸 기본구조; 및
상기 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합된 아릴기
를 포함하고,
상기 아릴기는 14 내지 30개의 탄소 원자를 가지며 적어도 하나의 안트라센 기본구조를 포함하는, 화합물. - 제1항에 있어서,
상기 안트라센 기본구조가 페닐렌기를 통해 상기 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합되는, 화합물. - 제1항에 있어서,
상기 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치 및 상기 안트라센 기본구조의 9번 위치가 페닐렌기를 통해 결합되는, 화합물. - 제1항에 있어서,
상기 아릴기가 치환 또는 비치환된 안트릴 페닐기이고, 상기 치환 또는 비치환된 안트릴 페닐기는 20 내지 30개의 탄소 원자를 갖는, 화합물. - 제1항에 있어서,
상기 아릴기가 치환 또는 비치환된 (9-안트릴)페닐기이고, 상기 치환 또는 비치환된 (9-안트릴)페닐기는 20 내지 30개의 탄소 원자를 갖는, 화합물. - 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자에 있어서,
디벤조[c,g]카르바졸 기본구조; 및
상기 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합된 아릴기
를 포함하고,
상기 아릴기는 14 내지 30개의 탄소 원자를 가지며 적어도 하나의 안트라센 기본구조를 포함하는, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자. - 제6항에 있어서,
상기 안트라센 기본구조가 페닐렌기를 통해 상기 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치에 결합되는, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자. - 제6항에 있어서,
상기 디벤조[c,g]카르바졸 기본구조의 7번 위치 및 상기 안트라센 기본구조의 9번 위치가 페닐렌기를 통해 결합되는, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자. - 제6항에 있어서,
상기 아릴기가 치환 또는 비치환된 안트릴 페닐기이고, 상기 치환 또는 비치환된 안트릴 페닐기는 20 내지 30개의 탄소 원자를 갖는, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자. - 제6항에 있어서,
상기 아릴기가 치환 또는 비치환된 (9-안트릴)페닐기이고, 상기 치환 또는 비치환된 (9-안트릴)페닐기는 20 내지 30개의 탄소 원자를 갖는, 디벤조[c,g]카르바졸 화합물을 포함하는 발광 소자. - 조명 장치에 있어서,
제6항에 따른 발광 소자를 포함하는, 조명 장치. - 디스플레이 장치에 있어서,
제6항에 따른 발광 소자를 포함하는, 디스플레이 장치. - 하기 화학식 G1로 표시되는 화합물에 있어서,
식 중, Ar은 14 내지 30개의 탄소 원자를 가지며 적어도 하나의 안트라센 기본구조를 포함하는 아릴기를 나타내고,
R11 내지 R22는 각각 독립적으로 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타내는, 화합물. - 제13항에 있어서,
상기 화합물은 하기 화학식 G2로 표시되는 화합물로서,
식 중, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고,
β는 치환 또는 비치환된 안트릴기를 나타내는, 화합물. - 제13항에 있어서,
상기 화합물은 하기 화학식 G3으로 표시되는 화합물로서,
식 중, R5는 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타내고,
R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8 및 R9는 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 나타내고,
α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내는, 화합물. - 제13항에 있어서,
상기 화합물은 하기 화학식 G4로 표시되는 화합물로서,
식 중, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고,
β는 치환 또는 비치환된 안트릴기를 나타내고, α 및 β의 총 탄소 원자 개수는 20 내지 30개인, 화합물. - 제13항에 있어서,
상기 화합물은 하기 화학식 G5로 표시되는 화합물로서,
식 중, R5는 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타내고,
R1, R2, R3, R4, R6, R7, R8 및 R9는 각각 독립적으로 수소 또는 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 나타내고,
α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, R1 내지 R9 및 α의 총 탄소 원자 개수는 6개 이상 16개 이하인, 화합물. - 제13항에 있어서,
상기 화합물은 하기 화학식 G6으로 표시되는 화합물로서,
식 중, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고,
R5는 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타내고, R5 및 α의 총 탄소 원자 개수는 6개 이상 16개 이하인, 화합물. - 제13항에 있어서,
상기 화합물은 하기 화학식 G7로 표시되는 화합물로서,
식 중, α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고,
R5는 수소, 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 알킬기, 및 6 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 아릴기 중 어느 하나를 나타내고, R5 및 α의 총 탄소 원자 개수는 6개 이상 16개 이하인, 화합물. - 제13항에 있어서,
상기 화합물은 하기 구조식 100으로 표시되는, 화합물.
- 제13항에 있어서,
상기 화합물은 하기 구조식 127로 표시되는 화합물.
- 발광 소자에 있어서,
제1 전극;
상기 제1 전극 위의 발광층; 및
상기 발광층 위의 제2 전극
을 포함하고, 상기 발광층은 제13항에 따른 화합물을 포함하는, 발광 소자. - 조명 장치에 있어서,
제22항에 따른 발광 소자를 포함하는 조명 장치. - 디스플레이 장치에 있어서,
제22항에 따른 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치.
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