KR20140018121A - 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 조명 장치, 및 헤테로 고리 화합물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내구성이 우수하고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공한다. 또한, 이와 같은 발광 소자에 사용될 수 있는 신규의 헤테로 고리 화합물을 제공한다.
한 쌍의 전극 사이에 하나의 피리미딘 고리 및 하나의 정공 수송성 골격을 갖는 고리를 포함하는 제 1 유기 화합물과, 방향족 아민인 제 2 유기 화합물과, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질을 포함한 층을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자이다. 또한, 하나의 피리미딘 고리 및 하나의 정공 수송성 골격을 갖는 고리를 포함하는 제 1 유기 화합물과, 방향족 아민인 제 2 유기 화합물은 여기 착체를 형성하는 조합인 것을 특징으로 한다.

Description

발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 조명 장치, 및 헤테로 고리 화합물{LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, LIGHTING DEVICE, AND HETEROCYCLIC COMPOUND}
본 발명은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 조명 장치, 및 헤테로 고리 화합물에 관한 것이다.
근년에 들어, 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용한 발광 소자의 연구 개발이 활발히 행해지고 있다. 이러한 발광 소자의 기본적인 구성은 한 쌍의 전극 사이에 발광 물질을 포함한 층을 끼운 것이다. 이 소자에 전압을 인가함으로써 발광 물질로부터 발광을 얻을 수 있다.
이러한 발광 소자는 자발광(自發光)형이기 때문에 액정 디스플레이에 비하여 화소의 시인성(視認性)이 높고 백 라이트가 불필요한 등 이점이 있고, 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합한 것으로 생각되고 있다. 또한, 박형 경량으로 제작할 수 있는 것도 이러한 발광 소자의 큰 이점이다. 또한, 응답 속도가 매우 빠른 것도 특징의 하나이다.
그리고, 이러한 발광 소자는 막 형태로 형성이 가능하기 때문에 면발광을 얻을 수 있다. 따라서, 면발광을 이용한 대면적 소자를 용이하게 형성할 수 있다. 이것은 백열 전구나 LED로 대표되는 점 광원, 또는 형광등으로 대표되는 선 광원으로는 얻기 힘든 특색이고 EL을 이용한 발광 소자는 조명 등에 응용될 수 있는 면광원으로서의 이용 가치도 높다.
일렉트로루미네선스를 이용한 발광 소자는 발광 물질이 유기 화합물인지 무기 화합물인지에 따라 대별된다. 발광 물질로서 유기 화합물이 사용되고 있고, 한 쌍의 전극 사이에 이 유기 화합물을 포함한 층이 제공된 유기 EL 소자의 경우, 발광 소자에 전압을 인가함으로써 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공(홀)이 각각 발광성 유기 화합물을 포함한 층에 주입되어 전류가 흐른다. 그리고, 주입된 전자 및 정공이 발광성 유기 화합물을 여기 상태로 함으로써, 여기된 발광성 유기 화합물로부터 발광이 얻어진다.
유기 화합물이 형성하는 여기 상태의 종류로서는 일중항 여기 상태와 삼중항 여기 상태가 있고, 일중항 여기 상태(S*)로부터의 발광은 형광, 삼중항 여기 상태(T*)로부터의 발광은 인광이라고 불린다. 또한, 발광 소자에 있어서의 이들의 통계적인 생성 비율은 S*:T*=1:3인 것으로 생각되고 있다.
일중항 여기 상태를 발광으로 변환시키는 화합물(이하, 형광성 화합물이라고 부름)에서는 실온에서 삼중항 여기 상태로부터의 발광(인광)은 관측되지 않고, 일중항 여기 상태로부터의 발광(형광)만이 관측된다. 따라서, 형광성 화합물을 사용한 발광 소자에서의 내부 양자 효율(주입된 캐리어에 대하여 발생되는 포톤의 비율)의 이론적 한계는 S*:T*=1:3인 것을 근거로 25%로 생각되고 있다.
한편, 삼중항 여기 상태를 발광으로 변환시키는 화합물(이하, 인광성 화합물이라고 기재함)을 사용하면 삼중항 여기 상태로부터의 발광(인광)이 관측된다. 또한, 인광성 화합물은 항간 교차(일중항 여기 상태로부터 삼중항 여기 상태로 전이하는 일)가 일어나기 쉽기 때문에 이론상은 내부 양자 효율은 75% 내지 100%까지 가능하다. 즉, 형광성 화합물에 비하여 3배 내지 4배의 발광 효율이 가능해진다. 이와 같은 이유로, 효율이 높은 발광 소자를 실현하기 위하여 인광성 화합물을 사용한 발광 소자의 개발이 최근 활발히 행해지고 있다.
상술한 인광성 화합물을 사용하여 발광 소자의 발광층을 형성하는 경우, 인광성 화합물의 농도 소광(消光)이나 삼중항-삼중항 소멸로 인한 소광을 억제하기 위하여 다른 화합물로 이루어진 매트릭스 내에 상기 인광성 화합물이 분산되도록 하여 형성하는 것이 일반적이다. 이 때, 매트릭스가 되는 화합물은 호스트 재료, 인광성 화합물과 같이 매트릭스 내에 분산되는 화합물은 게스트 재료라고 불린다.
인광성 화합물을 게스트 재료로 하는 경우, 호스트 재료는 그 성질로서 상기 인광성 화합물보다 큰 삼중항 여기 에너지(기저 상태와 삼중항 여기 상태 사이의 에너지 차이)를 가질 필요가 있다.
또한, 일중항 여기 에너지(기저 상태와 일중항 여기 상태 사이의 에너지 차이)는 삼중항 여기 에너지보다 크기 때문에 큰 삼중항 여기 에너지를 갖는 물질은 큰 일중항 여기 에너지도 갖는다. 따라서, 상술한 바와 같은 큰 삼중항 여기 에너지를 갖는 물질은 형광성 화합물을 발광 물질로서 사용한 발광 소자에 사용하기에도 유익하다.
인광성 화합물을 게스트 재료로 하는 경우의 호스트 재료, 또는 전자 수송 재료로서 피리미딘 등을 갖는 화합물의 연구가 행해지고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
또한, 인광성 화합물을 게스트 재료로 하는 경우의 호스트 재료의 일례로서 카바졸 골격과 함질소 헤테로 방향족 고리를 조합한 화합물이 개시(開示)되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조).
일본국 특개2003-45662호 공보 국제 공개 제2011-046182호
특허문헌 1 또는 특허문헌 2로 보고되어 있는 바와 같이, 인광성 화합물의 호스트 재료의 개발 또는 인광성 화합물의 게스트 재료의 개발이 활발히 진행되고 있다. 그러나, 발광 소자의 경우 발광 효율, 신뢰성, 발광 특성, 합성 효율, 또는 비용 등의 측면에서 개선의 여지가 남아 있고 더 우수한 발광 소자의 개발이 요구되고 있다.
상술한 문제를 감안하여 본 발명의 일 형태는 내열성이 우수하고 구동 전압이 낮으며 수명이 긴 발광 소자를 제공한다. 또한, 본 발명의 일 형태는 내열성이 우수하고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공한다. 또한, 본 발명의 일 형태는 신규의 헤테로 고리 화합물을 제공한다. 또한, 이 신규의 헤테로 고리 화합물을 적용함으로써 수명이 긴 발광 소자, 또한 수명이 길고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공한다. 또한, 본 발명의 일 형태는 이 발광 소자가 사용된 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공한다.
본 발명의 일 형태는 내열성이 우수한 신규의 헤테로 고리 화합물의 합성과, 얻어진 신규의 헤테로 고리 화합물이 사용된 수명이 긴 발광 소자이다. 또한, 본 발명의 다른 일 형태는 발광 소자에 있어서 발광층이 상술한 신규의 헤테로 고리 화합물인 제 1 유기 화합물과, 다른 재료인 제 2 유기 화합물과, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질을 포함하고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합함으로써 여기 착체(exciplex)를 생성하고, 여기 착체로부터의 에너지에 의하여 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질로부터의 발광이 얻어지는 발광 소자이다. 또한, 여기 착체가 형성되기 전의 각 물질(제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물)에서의 S1 준위와 T1 준위의 차이에 비하여, 생성된 여기 착체에서의 S1 준위와 T1 준위의 차이는 매우 작다. 따라서, 여기 착체의 발광 스펙트럼과 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질의 흡수 스펙트럼과의 중첩을 크게 할 수 있어 여기 착체의 T1 준위로부터 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질로의 에너지 이동 효율을 높임으로써 발광 소자의 발광 효율을 높이는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 하나의 피리미딘 고리 및 하나의 정공 수송성 골격을 갖는 고리를 포함하는 제 1 유기 화합물과, 방향족 아민인 제 2 유기 화합물과, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질을 포함한 층을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자이다. 또한, 하나의 피리미딘 고리 및 하나의 정공 수송성 골격을 갖는 고리를 포함하는 제 1 유기 화합물과, 방향족 아민인 제 2 유기 화합물은 여기 착체를 형성하는 조합인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 하나의 피리미딘 고리 및 하나의 정공 수송성 골격을 갖는 고리를 포함하고 또 분자량이 400 이상 1200 이하인 제 1 유기 화합물과, 방향족 아민인 제 2 유기 화합물과, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질을 갖는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자이다. 또한, 하나의 피리미딘 고리 및 하나의 정공 수송성 골격을 갖는 고리를 포함하고 또 분자량이 400 이상 1200 이하인 제 1 유기 화합물과, 방향족 아민인 제 2 유기 화합물은 여기 착체를 형성하는 조합인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각 구성에 있어서 제 1 유기 화합물에 포함되는 정공 수송성 골격을 갖는 고리로서는 카바졸 고리, 다이벤조티오펜 고리나 다이벤조퓨란 고리를 들 수 있다.
또한, 상기 각 구성의 제 1 유기 화합물은 전자 수송성이 높기 때문에 전자 수송층, 전자 주입층, 또는 발광층에 사용할 수 있다.
또한, 상기 각 구성에 있어서 정공 수송성 골격을 갖는 고리는 카바졸 고리, 다이벤조티오펜 고리, 또는 다이벤조퓨란 고리 중 어느 것인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태는 이하의 일반식(G1)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물이다. 또한, 이하의 일반식(G1)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물은 상기 각 구성의 제 1 유기 화합물로서 사용할 수 있다.
Figure pat00001
다만, 일반식(G1)에 있어서 Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 치환 또는 비치환의 페닐기, 치환 또는 비치환의 바이페닐기 중 어느 것을 나타내고, R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13인 치환 또는 비치환의 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, α는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타내고, n은 2 또는 3이다. 또한, Z는 산소 또는 황을 나타낸다.
또한, 상기 구성에 있어서 α로 표기된 페닐렌기는 o-페닐렌기, m-페닐렌기, 또는 p-페닐렌기인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태는 이하의 일반식(G2)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물이다. 또한, 이하의 일반식(G2)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물은 상기 각 구성의 제 1 유기 화합물로서 사용할 수 있다.
Figure pat00002
다만, 일반식(G2)에 있어서 R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13인 치환 또는 비치환의 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, α는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타내고, n은 2 또는 3이다. 또한, Z는 산소 또는 황을 나타낸다.
또한, 본 발명의 일 형태는 이하의 구조식(100)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물이다. 또한, 구조식(100)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물은 상기 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 표기되는 구성에 포함된다.
Figure pat00003
또한, 본 발명의 일 형태는 이하의 구조식(101)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물이다. 또한, 구조식(101)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물은 상기 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 표기되는 구성에 포함된다.
Figure pat00004
본 발명의 일 형태로서 위에 기재된 상기 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물은 내열성이 우수하기 때문에 이들 재료를 발광 소자에 사용함으로써 수명이 긴 발광 소자를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는 발광 소자를 갖는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 갖는 전자 기기 및 조명 장치도 그 범주에 포함하는 것이다. 따라서, 본 명세서에서 발광 장치란, 화상 표시 디바이스, 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한, 발광 장치에 커넥터, 예를 들어 FPC(Flexible Printed Circuit), TCP(Tape Carrier Package)가 부착된 모듈, TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 모듈, 또는 발광 소자에 COG(Chip On Glass) 방식으로 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치의 범주에 포함되는 것으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하여 내열성이 우수하고 구동 전압이 낮으며 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 의하여 내열성이 우수하고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 의하여 신규의 헤테로 고리 화합물을 제공할 수 있다. 또한, 이 신규의 헤테로 고리 화합물을 적용함으로써 내열성이 우수하고 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 이 신규의 헤테로 고리 화합물을 적용함으로써 수명이 길고 발광 효율이 높은 발광 소자도 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 발광 소자를 사용하여 소비 전력이 저감된 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태의 개념을 설명하기 위한 도면.
도 2는 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 3은 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 4a 및 도 4b는 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 5a 및 도 5b는 발광 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 6a 내지 도 6d는 전자 기기에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 7a 내지 도 7c는 전자 기기에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 8은 조명 기구에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 9a 및 도 9b는 구조식(100)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물의 1H-NMR 차트.
도 10은 구조식(100)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물의 LC-MS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 11a 및 도 11b는 구조식(101)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물의 1H-NMR 차트.
도 12는 구조식(101)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물의 LC-MS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 13은 발광 소자에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 14는 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 15는 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 16은 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 17은 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 전압-전류 특성을 나타낸 도면.
도 18은 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 신뢰성을 나타낸 도면.
도 19는 구조식(112)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물의 1H-NMR 차트.
도 20은 구조식(112)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물의 LC-MS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 21은 구조식(112)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물의 LC-MS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 22는 구조식(121)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물의 1H-NMR 차트.
도 23은 구조식(121)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물의 LC-MS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 24는 발광 소자 3 및 발광 소자 4의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 25는 발광 소자 3 및 발광 소자 4의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 26은 발광 소자 3 및 발광 소자 4의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 27은 발광 소자 3 및 발광 소자 4의 전압-전류 특성을 나타낸 도면.
도 28은 발광 소자 4의 신뢰성을 나타낸 도면.
이하에서는 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 내용을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 기재된 실시형태의 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물은 하나의 피리미딘 고리 및 하나의 정공 수송성 골격을 갖는 고리를 포함하는 헤테로 고리 화합물이다. 또한, 본 실시형태에서 설명하는 피리미딘 고리 및 하나의 정공 수송성 골격을 갖는 고리를 포함하는 헤테로 고리 화합물은 이하의 일반식(G1)으로 표기되는 구조를 갖는 헤테로 고리 화합물이다.
Figure pat00005
일반식(G1)에 있어서 Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 치환 또는 비치환의 페닐기, 치환 또는 비치환의 바이페닐기 중 어느 것을 나타내고, R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13인 치환 또는 비치환의 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, α는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타내고, n은 2 또는 3이다. 또한, Z는 산소 또는 황을 나타낸다. 또한, α로 표기된 페닐렌기는 o-페닐렌기, m-페닐렌기, 또는 p-페닐렌기이다.
또한, 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물은 상기 일반식(G1)에서의 Ar1 내지 Ar3 중 2개가 페닐기이고 하나가 수소인, 이하의 일반식(G2)으로 표기되는 구조로 함으로써 합성이 용이하게 되기 때문에 더 바람직하다.
Figure pat00006
일반식(G2)에 있어서 R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13인 치환 또는 비치환의 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, α는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타내고, n은 2 또는 3이다. 또한, Z는 산소 또는 황을 나타낸다.
일반식(G1) 또는 일반식(G2)에서의 (α)n(다만, n은 2 또는 3)의 구체적인 구조로서는 예를 들어, 구조식(1-1) 내지 구조식(1-4)으로 표기되는 치환기를 들 수 있다.
Figure pat00007
일반식(G1) 또는 일반식(G2)에서의 Ar1 내지 Ar3, R1 내지 R3의 구체적인 구조로서는 예를 들어, 구조식(2-1) 내지 구조식(2-19)으로 표기되는 치환기를 들 수 있다.
Figure pat00008
본 발명의 일 형태에 사용될 수 있는 헤테로 고리 화합물의 구체적인 예로서는 구조식(100) 내지 구조식(120)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물을 들 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
본 발명의 일 형태의 헤테로 고리 화합물의 합성 방법으로서는 각종 반응을 적용할 수 있다. 예를 들어, 이하에 기재된 반응을 행함으로써 일반식(G1)으로 표기되는 본 발명의 일 형태의 헤테로 고리 화합물을 합성할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물의 합성 방법은 이하의 합성 방법에 한정되지 않는다.
<<일반식G1)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물의 합성 방법>>
일반식(G1)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물의 합성 스킴(A)을 이하에 기재한다.
Figure pat00013
일반식(G1)에 있어서 Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 치환 또는 비치환의 페닐기, 치환 또는 비치환의 바이페닐기 중 어느 것을 나타내고, R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13인 치환 또는 비치환의 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, α는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타내고, n은 2 또는 3이다. 또한, Z는 산소 또는 황을 나타낸다.
일반식(G1)으로 표기되는 헤테로 고리 화합물은 합성 스킴(A)에 나타낸 바와 같이 피리미딘 유도체의 할로겐 화합물(a1)과 다이벤조티오펜 또는 그 유도체, 다이벤조퓨란 또는 그 유도체의 보론산 화합물(a2)을 반응시킴으로써 얻어진다. 또한, 합성 스킴(A)에 있어서 X는 할로겐 원소를 나타낸다. 또한, P1 및 P2는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타낸다. 또한, l+m은 n이고, n은 2 또는 3이다. 또한, B1은 보론산 또는 보론산 에스테르 또는 고리형 트라이올보레이트 염(cyclic-triolborate salt) 등을 나타낸다. 고리형 트라이올보레이트 염에는 리튬 염 외에 칼륨 염, 나트륨 염을 사용하여도 좋다.
또한, 피리미딘 유도체의 보론산 화합물과 다이벤조티오펜 또는 다이벤조퓨란, 또는 그 유도체의 할로겐 화합물을 반응시켜도 좋다.
상술한 화합물 (a1), (a2)는 다양한 종류가 시판되고 있고, 또 합성이 가능하기 때문에 수많은 종류의 일반식(G1)으로 표기되는 피리미딘 유도체를 합성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물은 베리에이션이 풍부한 특징을 갖는다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물을 합성할 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물은 내열성이 우수하기 때문에 이들 재료를 사용하여 발광 소자를 제작함으로써 수명이 긴 발광 소자를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높은 물질이기 때문에 발광 소자의 전자 주입층, 전자 수송층, 또는 발광층의 재료로서 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물을, 이와 다른 재료와 조합하여 여기 착체를 형성하는 구성을 갖는 발광 소자에 사용함으로써 수명이 길고 발광 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 여기 착체를 이용하는 발광 소자에 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물을 적용하는 경우의 개념, 및 구체적인 발광 소자의 구성에 대하여 설명한다.
또한, 본 실시형태에서 설명하는 발광 소자는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 끼워 형성되어 있고, 발광층은 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물과, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질을 포함하여 형성된다. 또한, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물은 여기 착체를 형성할 수 있는 조합이고, 발광층에 있어서 여기 착체로부터의 에너지 이동에 의하여 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질이 발광한다.
여기서, 본 발명의 일 형태에서의 발광 소자의 발광층에서 형성되는 여기 착체의 형성 과정에 대하여 설명한다. 형성 과정으로서는 이하의 2가지 과정을 생각할 수 있다.
첫 번째 형성 과정은 전자 수송성을 갖는 제 1 유기 화합물(예를 들어, 호스트 재료) 및 상기 일반식(G1)으로 표기되는 골격을 갖는 제 2 유기 화합물이 캐리어를 가진 상태(양이온 또는 음이온)로부터 여기 착체를 형성하는 형성 과정이다. 또한, 이와 같은 형성 과정의 경우, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물로부터의 일중항 여기자의 형성을 억제할 수 있어 수명이 긴 발광 소자를 실현할 수 있다.
두 번째 형성 과정은 전자 수송성을 갖는 제 1 유기 화합물(예를 들어, 호스트 재료) 및 상기 일반식(G1)으로 표기되는 골격을 갖는 제 2 유기 화합물 중 한쪽이 일중항 여기자를 형성한 후에 기저 상태인 다른 쪽과 상호 작용하여 여기 착체를 형성하는 소과정(elementary process)이다. 이 경우, 제 1 유기 화합물 또는 제 2 유기 화합물은 일단 일중항 여기 상태가 되지만 신속히 여기 착체로 변환되기 때문에 이 경우에도 일중항 여기 에너지의 불활성화나 일중항 여기 상태로부터의 반응 등을 억제할 수 있어 수명이 긴 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서 여기 착체는 상술한 2가지 형성 과정의 어느 쪽으로 형성되어도 좋다.
또한, 도 1은 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 발광층에서의 상술한 형성 과정을 거쳐 형성된 여기 착체의 준위 형성과, 발광에 이르는 프로세스에 대하여 도시한 것이다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 발광 소자의 발광층에서 형성된 여기 착체(10)에서는, 여기 착체가 형성되기 전의 각 물질(제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물)에서의 S1 준위와 T1 준위의 차이에 비하여 S1 준위와 T1 준위의 차이가 매우 작다. 따라서, 발광층에 포함된 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질(11)의 흡수 스펙트럼과 발광층에서 형성된 여기 착체의 발광 스펙트럼의 중첩을 크게 함으로써 여기 착체에서 생성된 T1의 에너지뿐만 아니라 S1의 에너지를, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질로 효율적으로 이동시킬 수 있다. 이 결과 발광 소자의 발광 효율을 매우 높일 수 있다.
다음에, 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 소자 구조에 대하여 도 2를 사용하여 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 한 쌍의 전극(양극(101), 음극(102)) 사이에, 하나의 피리미딘 고리 및 하나의 정공 수송성 골격을 갖는 고리를 포함하는 제 1 유기 화합물(105), 방향족 아민인 제 2 유기 화합물(106), 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질(107)을 포함한 발광층(104)이 끼워진 구조를 갖는다. 발광층(104)은 한 쌍의 전극과 접하는 EL층(103)을 구성하는 기능층의 하나이다. 또한, EL층(103)으로서는 발광층(104) 외에 정공(홀) 주입층, 정공(홀) 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 적절히 선택하여 원하는 위치에 형성할 수 있다.
상술한 하나의 피리미딘 고리 및 하나의 정공 수송성 골격을 갖는 고리를 포함하는 제 1 유기 화합물(105)은 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물이며 이하의 일반식(G1)으로 표기되는 구조를 갖는다.
Figure pat00014
일반식(G1)에 있어서 Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 치환 또는 비치환의 페닐기, 치환 또는 비치환의 바이페닐기 중 어느 것을 나타내고, R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13인 치환 또는 비치환의 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, α는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타내고, n은 2 또는 3이다. 또한, Z는 산소 또는 황을 나타낸다.
또한, 상기 일반식(G1)으로 표기되는 제 1 유기 화합물의 구체적인 예로서는 실시형태 1을 참조할 수 있기 때문에 여기서는 설명을 생략한다.
또한, 방향족 아민인 제 2 유기 화합물(106)로서는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스피로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 화합물이나, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 갖는 화합물을 들 수 있다.
또한, 상기 제 1 유기 화합물(105) 및 제 2 유기 화합물(106)은 상술한 물질에 한정되지 않고 여기 착체를 형성할 수 있는 조합이면 좋다.
또한, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질(107)로서는 인광성 화합물(유기 금속 착체 등)이나 열활성화 지연 형광(TADF) 재료 등인 것이 바람직하다.
또한, 상기 유기 금속 착체로서는 예를 들어, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(Ⅲ)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'다이플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(Ⅲ)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디나토-N,C2'}이리듐(Ⅲ)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(Ⅲ)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac), 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐(Ⅲ)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디나토)이리듐(Ⅲ)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(Ⅲ)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸라토-N,C2']이리듐(Ⅲ)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디나토-N,C2'}이리듐(Ⅲ)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조티아졸라토-N,C2')이리듐(Ⅲ)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)), 비스[2-(2'-벤조[4,5-α]티에닐)피리디나토-N,C3 ']이리듐(Ⅲ)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐이소퀴놀리나토-N,C2']이리듐(Ⅲ)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리나토]이리듐(Ⅲ)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)), (아세틸아세토나토)비스(2,3,5-트라이페닐피라진에이토)이리듐(Ⅲ)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(Ⅱ)(약칭: PtOEP), 트리스(아세틸아세토나토)(모노페난트롤린)테르븀(Ⅲ)(약칭: Tb(acac)3(Phen)), 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로판다이오나토)(모노페난트롤린)유로퓸(Ⅲ)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토나토](모노페난트롤린)유로퓸(Ⅲ)(약칭: Eu(TTA)3(Phen)) 등을 들 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 본 발명의 일 형태인 내열성이 우수한 헤테로 고리 화합물이 발광층에 사용되고 있고, 상기 헤테로 고리 화합물과 방향족 아민인 제 2 유기 화합물의 조합에 의하여 발광층에서 여기 착체를 형성할 수 있기 때문에, 여기 착체로부터 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질로의 에너지 이동 효율을 높일 수 있어 수명이 길고 발광 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 일례에 대하여 도 3을 사용하여 설명한다.
본 실시형태에서 설명하는 발광 소자는 도 3에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(양극)(201)과 제 2 전극(음극)(202)) 사이에 발광층(206)을 포함한 EL층(203)이 끼워져 있고, EL층(203)은 발광층(206) 외에 정공(또는 홀) 주입층(204), 정공(또는 홀) 수송층(205), 전자 수송층(207), 전자 주입층(208) 등을 포함하여 형성된다.
또한, 발광층(206)은 실시형태 2에 기재된 발광 소자와 마찬가지로, 실시형태 1에 기재된 헤테로 고리 화합물인 제 1 유기 화합물(209), 방향족 아민인 제 2 유기 화합물(210), 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질(211)을 포함하여 형성된다. 또한, 제 1 유기 화합물(209), 제 2 유기 화합물(210), 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질(211)로서는 실시형태 1 또는 실시형태 2에 기재된 것과 같은 물질을 사용할 수 있어 설명을 생략한다.
제 1 전극(양극)(201) 및 제 2 전극(음극)(202)에는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 인듐-산화 주석(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연(Indium Zinc Oxide), 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함한 산화 인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti) 외에, 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토금속, 및 이들을 포함한 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들을 포함한 합금, 그래핀 등을 사용할 수 있다. 또한, 제 1 전극(양극)(201) 및 제 2 전극(음극)(202)은 예를 들어, 스퍼터링법이나 증착법(진공 증착법을 포함함) 등에 의하여 형성할 수 있다.
정공 주입층(204) 및 정공 수송층(205)에 사용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는 예를 들어, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD)이나 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물, 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1) 등을 들 수 있다. 이 외, 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라세닐)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA) 등의 카바졸 유도체 등을 사용할 수 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이라면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 폴리(N-비닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-비닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아미드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 정공 주입층(204)에 사용될 수 있는 억셉터(acceptor)성 물질로서는, 전이(轉移) 금속 산화물이나 원소 주기율표의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 몰리브덴이 특히 바람직하다.
발광층(206)은 상술한 바와 같이 전자 수송성을 갖는 제 1 유기 화합물(209), 일반식(G1)으로 표기되는 골격을 갖는 제 2 유기 화합물(210)을 포함하여(삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질을 더 포함하여도 좋음) 형성된다.
전자 수송층(207)은 전자 수송성이 높은 물질을 포함한 층이다. 전자 수송층(207)에는 Alq3, 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), BAlq, Zn(BOX)2, 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한, 2-(4-바이페니릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸―2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4'-tert-부틸페닐)-4-페닐―5-(4''-바이페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페니릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 4,4'-비스(5-메틸벤조옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 헤테로 방향족 화합물도 사용할 수 있다. 또한, 폴리(2,5-피리딘디일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-디일)-co-(피리딘-3,5-디일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-디일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-디일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이라면 상술한 것들 외의 물질을 전자 수송층(207)에 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수송층(207)은 단층 구조에 한정되지 않고 상술한 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층된 구조로 하여도 좋다.
전자 주입층(208)은 전자 주입성이 높은 물질을 포함한 층이다. 전자 주입층(208)에는 불화 리튬(LiF), 불화 세슘(CsF), 불화 칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 불화 에르븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 상술한 전자 수송층(207)을 구성하는 물질을 사용할 수도 있다.
또는, 전자 주입층(208)에, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어진 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에서 전자가 발생되기 때문에 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는 발생된 전자를 우수하게 수송할 수 있는 재료인 것이 바람직하고 구체적으로는, 예를 들어 상술한 전자 수송층(207)을 구성하는 물질(금속 착체나 헤테로 방향족 화합물 등)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이나 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 에르븀, 이테르븀 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 산화 마그네슘과 같은 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한, 테트라티아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 정공 주입층(204), 정공 수송층(205), 발광층(206), 전자 수송층(207), 전자 주입층(208) 각각은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
상술한 발광 소자의 발광층(206)에서 얻어진 발광은 제 1 전극(양극)(201) 및 제 2 전극(음극)(202) 중 적어도 한쪽 또는 양쪽 모두를 통하여 외부로 추출된다. 따라서, 본 실시형태에 따른 제 1 전극(양극)(201) 및 제 2 전극(음극)(202) 중 한쪽 또는 양쪽 모두는 투광성을 갖는다.
본 실시형태에서는 발광 소자의 발광층에서 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물이 적용된 제 1 유기 화합물(209) 및 제 2 유기 화합물(210)에 의하여 여기 착체가 생성되고, 생성된 여기 착체로부터 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질(211)로의 에너지 이동 효율을 높일 수 있기 때문에 수명이 길고 발광 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 기재된 발광 소자는 본 발명의 일 형태이며 특히 발광층의 구성에 특징을 갖는다. 따라서, 본 실시형태에서 제시한 구성을 적용함으로써 패시브 매트릭스형 발광 장치나 액티브 매트릭스형 발광 장치 등을 제작할 수 있고 이들이 모두 본 발명에 포함되는 것으로 한다.
또한, 액티브 매트릭스형의 발광 장치의 경우 TFT의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 스태거형이나 역 스태거형의 TFT를 적절히 사용할 수 있다. 또한, TFT 기판에 형성되는 구동용 회로에 관해서도 N형 및 P형의 TFT로 이루어진 것이어도 좋고, N형 TFT 또는 P형 TFT의 어느 한쪽으로만 이루어진 것이어도 좋다. 또한, TFT에 사용되는 반도체막의 결정성에 관해서도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막, 산화물 반도체막 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태로서, 전하 발생층을 사이에 개재(介在)하여 EL층을 복수로 갖는 구조의 발광 소자(이하, 탠덤형 발광 소자라고 함)에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 기재된 발광 소자는 도 4a에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(301) 및 제 2 전극(304)) 사이에 복수의 EL층(제 1 EL층(302(1)), 제 2 EL층(302(2)))을 갖는 탠덤형 발광 소자이다.
본 실시형태에 있어서 제 1 전극(301)은 양극으로서 기능하는 전극이고 제 2 전극(304)은 음극으로서 기능하는 전극이다. 또한, 제 1 전극(301) 및 제 2 전극(304)은 실시형태 1에 기재된 것과 동일한 구성으로 할 수 있다. 또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(302(1)), 제 2 EL층(302(2)))을 둘 다 실시형태 1 또는 실시형태 2에 기재된 EL층과 같은 구성으로 하여도 좋지만, 어느 하나만을 같은 구성으로 하여도 좋다. 즉, 제 1 EL층(302(1))과 제 2 EL층(302(2))은 동일한 구성일 수도 있고 다른 구성일 수도 있으며 그 구성으로서는 실시형태 1 또는 실시형태 2에 기재된 것과 동일한 것을 적용할 수 있다.
또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(302(1)), 제 2 EL층(302(2))) 사이에는 전하 발생층(305)이 제공되어 있다. 전하 발생층(305)은 제 1 전극(301)과 제 2 전극(304)에 전압이 인가되었을 때에 한쪽 EL층에 전자를 주입하고 다른 쪽 EL층에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 본 실시형태의 경우, 제 2 전극(304)보다 전위가 높아지도록 제 1 전극(301)에 전압을 인가하면 전하 발생층(305)으로부터 제 1 EL층(302(1))에 전자가 주입되고 제 2 EL층(302(2))에 정공이 주입된다.
또한, 전하 발생층(305)은 빛의 추출 효율의 관점에서 가시광에 대한 투광성을 갖는(구체적으로는, 전하 발생층(305)의 가시광 투과율이 40% 이상) 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(305)은 제 1 전극(301)이나 제 2 전극(304)보다도 도전율이 낮아도 기능한다.
전하 발생층(305)은 정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성이어도 좋고, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성이어도 좋다. 또한, 양쪽 모두의 구성이 적층되어 있어도 좋다.
정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체가 첨가된 구성으로 하는 경우, 정공 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 예를 들어 NPB이나 TPD, TDATA, MTDATA, 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 유기 화합물이라면 상술한 것들 외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수용체로서는 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메탄(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한, 원소 주기율표의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 니오븀, 산화 탄탈, 산화 크롬, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄이 전자 수용성이 높아 바람직하다. 이 중에서도 산화 몰리브덴은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉬워 특히 바람직하다.
한편, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체가 첨가된 구성으로 하는 경우에, 전자 수송성이 높은 유기 화합물로서는 예를 들어, Alq, Almq3, BeBq2, BAlq 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 이 외에 Zn(BOX)2, Zn(BTZ)2 등의 옥사졸계 배위자, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 외에도 PBD나 OXD-7, TAZ, BPhen, BCP 등도 사용할 수 있다. 여기서 기재한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 정공보다 전자의 수송성이 높은 유기 화합물이라면 상술한 것들 외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 공여체로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 또는 원소 주기율표의 13족에 속하는 금속 및 그 산화물, 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이테르븀(Yb), 인듐(In), 산화 리튬, 탄산 세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 테트라티아나프타센과 같은 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
또한, 상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(305)을 형성함으로써 EL층이 적층되어 있는 경우의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는 2개의 EL층을 갖는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 도 4b에 도시된 바와 같이 n개(다만, n은 3 이상)의 EL층이 적층된 발광 소자에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 갖는 경우, EL층과 EL층 사이에 전하 발생층을 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 영역에서 발광이 가능하다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있어 장수명 소자를 실현할 수 있다. 또한, 조명으로서 응용한 경우에는 전극 재료의 저항으로 인한 전압 강하를 작게 할 수 있으므로, 균일한 대면적 발광이 가능하게 된다. 또한, 저전압 구동이 가능하여 소비 전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한, EL층들의 발광색을 다르게 함으로써 발광 소자 전체로서 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 EL층을 갖는 발광 소자에 있어서, 제 1 EL층의 발광색과 제 2 EL층의 발광색이 보색의 관계를 이루도록 함으로써 발광 소자 전체로서 백색의 발광을 얻는 것도 가능하다. 또한, '보색'이란, 혼합된 경우에 무채색이 되는 색들끼리의 관계를 말한다. 즉, 보색의 관계를 이루는 색을 발광하는 물질로부터 얻어진 빛들을 혼합하면, 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한 3개의 EL층을 갖는 발광 소자의 경우도 마찬가지이며 예를 들어, 제 1 EL층의 발광색이 적색이고 제 2 EL층의 발광색이 녹색이고 제 3 EL층의 발광색이 청색인 경우, 발광 소자 전체로서 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 기재된 EL층이 전하 발생층을 사이에 개재하여 적층된 구성에 더하여 전극들(제 1 전극(301) 및 제 2 전극(304)) 사이의 거리를 원하는 것으로 함으로써 빛의 공진 효과를 이용한 미소 광 공진기(마이크로 캐비티) 구조를 갖는 발광 소자로 하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 갖는 발광 장치에 대하여 설명한다.
또한, 발광 소자로서는 다른 실시형태에 기재된 발광 소자를 적용할 수 있다. 또한, 발광 장치로서는 패시브 매트릭스형 발광 장치, 액티브 매트릭스형 발광 장치의 어느 쪽이든 좋지만 본 실시형태에서는 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 도 5a 및 도 5b를 사용하여 설명한다.
또한, 도 5a는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 5b는 도 5a를 쇄선 A-A'에서 절단한 단면도이다. 본 실시형태에 따른 액티브 매트릭스형 발광 장치는 소자 기판(501) 위에 제공된 화소부(502)와, 구동 회로부(소스선 구동 회로)(503)와, 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(504a, 504b)를 갖는다. 화소부(502), 구동 회로부(소스선 구동 회로)(503), 및 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(504a, 504b)는 실재(505)에 의하여 소자 기판(501)과 밀봉 기판(506) 사이에 밀봉되어 있다.
또한, 소자 기판(501) 위에는 구동 회로부(소스선 구동 회로)(503), 및 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(504a, 504b)에 외부로부터의 신호(예를 들어, 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호 등)나 전위를 전달하는 외부 입력 단자를 접속하기 위한 리드 배선(lead wiring)(507)이 제공된다. 여기서는, 외부 입력 단자로서 FPC(flexible printed circuit)(508)를 제공한 예를 도시하였다. 또한, 여기서는 FPC밖에 도시되어 있지 않지만, FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 부착되어 있어도 좋다. 본 명세서에 있어서, 발광 장치는 발광 장치 본체뿐만 아니라 이에 FPC 또는 PWB가 부착된 것도 그 범주에 포함한다.
다음에, 단면 구조에 대하여 도 5b를 사용하여 설명한다. 소자 기판(501) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만 여기서는 소스선 구동 회로인 구동 회로부(소스선 구동 회로)(503)와 화소부(502)가 도시되어 있다.
구동 회로부(소스선 구동 회로)(503)는 n채널형 TFT(509)와 p채널형 TFT(510)를 조합한 CMOS 회로가 형성되는 예이다. 또한, 구동 회로부에 포함되는 회로는, 각종 CMOS 회로, PMOS 회로 또는 NMOS 회로로 형성하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내었지만, 반드시 이 구성으로 할 필요는 없고 기판 위가 아니라 외부에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(502)는 스위칭용 TFT(511)와, 전류 제어용 TFT(512)와, 전류 제어용 TFT(512)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)에 전기적으로 접속된 제 1 전극(양극)(513)을 포함하는 복수의 화소로 형성된다. 또한, 제 1 전극(양극)(513)의 단부를 덮어 절연물(514)이 형성되어 있다. 여기서는, 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용하여 형성한다.
또한, 상층에 적층하여 형성되는 막의 피복성을 양호하게 하기 위하여 절연물(514)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 절연물(514)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용하는 경우, 절연물(514)의 상단부에 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 갖는 곡면을 갖게 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(514)로서는 네거티브형 감광성 수지, 또는 포지티브형 감광성 수지의 어느 쪽이나 사용할 수 있고, 유기 화합물에 한정되지 않고 무기 화합물, 예를 들어 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘 등을 사용할 수 있다.
제 1 전극(양극)(513) 위에는 EL층(515) 및 제 2 전극(음극)(516)이 적층되어 발광 소자(517)가 형성되어 있다. 또한, EL층(515)은 적어도 실시형태 1에 기재된 발광층을 갖는다. 또한, EL층(515)에는 발광층 외에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등을 적절히 제공할 수 있다.
또한, 제 1 전극(양극)(513), EL층(515), 및 제 2 전극(음극)(516)에 사용하는 재료로서는, 실시형태 2에 기재된 재료를 사용할 수 있다. 또한, 여기서는 도시하지 않았으나 제 2 전극(음극)(516)은 외부 입력 단자인 FPC(flexible printed circuit)(508)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 5b에 도시된 단면도에서는 발광 소자(517)를 하나만 도시하였지만, 화소부(502)에는 복수의 발광 소자가 매트릭스 형태로 배치되어 있음을 가정한다. 화소부(502)에는 3종류(R, G, B)의 발광을 얻을 수 있는 발광 소자를 각각 선택적으로 형성하여 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한, 컬러 필터와 조합함으로써 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치로 하여도 좋다.
또한, 실재(505)로 밀봉 기판(506)을 소자 기판(501)과 접합시킴으로써 소자 기판(501), 밀봉 기판(506), 및 실재(505)로 둘러싸인 공간(518)에 발광 소자(517)가 구비된 구조가 도시되어 있다. 또한, 공간(518)은 불활성 기체(질소나 아르곤 등) 또는 실재(505)로 충전될 수 있다.
또한, 실재(505)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 실재(505)에 사용하는 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(506)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 외에 FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(polyvinyl fluoride), 폴리에스테르, 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 액티브 매트릭스형 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 적용하여 제작된 발광 장치를 사용하여 완성된 다양한 전자 기기의 일례에 대하여 도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7c를 사용하여 설명한다.
발광 장치가 적용된 전자 기기로서, 예를 들어 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 도 6a 내지 도 6d에 도시하였다.
도 6a는 텔레비전 장치의 일례를 도시한 것이다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 제공되어 있다. 표시부(7103)에 영상을 표시할 수 있고, 발광 장치를 표시부(7103)에 사용할 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(7105)로 하우징(7101)을 지지한 구성을 도시하고 있다.
텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)이 구비한 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(7110)로 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)가 구비한 조작 키(7109)로 채널이나 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(7110)에 이 리모트 컨트롤러(7110)에서 출력하는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 제공하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(7100)는 수신기나 모뎀 등을 구비한 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 또 모뎀을 통하여 유선 또는 무선으로 통신 네트워크에 접속함으로써 단방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자들끼리 등)의 정보 통신을 할 수도 있다.
도 6b에 도시된 컴퓨터는 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터는 발광 장치를 그 표시부(7203)에 사용하여 제작된다.
도 6c에 도시된 휴대형 게임기는 2개의 하우징(하우징(7301)과 하우징(7302))으로 구성되어 있고, 연결부(7303)에 의하여 개폐 가능하게 연결되어 있다. 하우징(7301)에는 표시부(7304)가 제공되어 있고, 하우징(7302)에는 표시부(7305)가 제공되어 있다. 또한, 도 6c에 도시된 휴대형 게임기는 이 외에 스피커부(7306), 기록 매체 삽입부(7307), LED 램프(7308), 입력 수단(조작 키(7309), 접속 단자(7310), 센서(7311)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 빛, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(7312)) 등을 구비하고 있다. 휴대형 게임기의 구성이 상술한 것에 한정되지 않음은 물론이고, 적어도 표시부(7304) 및 표시부(7305)의 양쪽 모두, 또는 한쪽에 발광 장치를 사용하고 있으면 되며 기타 부속 설비가 적절히 제공된 구성으로 할 수 있다. 도 6c에 도시된 휴대형 게임기는 기록 매체에 기록된 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능이나, 다른 휴대형 게임기와 무선 통신을 행하여 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 또한, 도 6c에 도시된 휴대형 게임기가 갖는 기능은 이에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다.
도 6d는 휴대 전화기의 일례를 도시한 것이다. 휴대 전화기(7400)는 하우징(7401)에 제공된 표시부(7402) 외에, 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등을 구비하고 있다. 또한, 휴대 전화기(7400)는 발광 장치를 그 표시부(7402)에 사용하여 제작된다.
도 6d에 도시된 휴대 전화기(7400)는 표시부(7402)를 손가락 등으로 접촉함으로써 정보를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하는 등의 조작은 표시부(7402)를 손가락 등으로 접촉하여 행할 수 있다.
표시부(7402)의 화면에는 주로 3가지 모드가 있다. 첫 번째 모드는 화상의 표시가 주된 표시 모드이고, 두 번째 모드는 문자 등의 정보의 입력이 주된 입력 모드이다. 세 번째 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2개의 모드가 혼합한 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성할 때는 표시부(7402)를 문자의 입력이 주된 입력 모드로 하여 화면에 표시시킨 문자의 입력 조작을 행하면 좋다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시시키는 것이 바람직하다.
또한, 휴대 전화기(7400) 내부에 자이로(gyroscope), 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 갖는 검출 장치를 제공함으로써, 휴대 전화기(7400)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여 표시부(7402)의 화면 표시가 자동적으로 전환되도록 할 수 있다.
또한, 화면 모드는 표시부(7402)를 접촉하거나, 또는 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)을 조작하여 전환된다. 또한, 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환되도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시되는 화상 신호가 동영상 데이터이면 표시 모드로, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환된다.
또한, 입력 모드 시에 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하여, 표시부(7402)로의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 동안 없을 때는 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환시키도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)를 이미지 센서로서 기능시킬 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)를 손바닥이나 손가락으로 접촉함으로써 장문(掌紋)이나 지문 등을 촬상하여 본인 인증을 행할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발광하는 백 라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 사용하면 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
도 7a 및 도 7b는 반으로 접을 수 있는 태블릿형 단말이다. 도 7a는 펼친 상태를 도시한 것이고 태블릿형 단말은 하우징(9630), 표시부(9631a), 표시부(9631b), 표시 모드 전환 스위치(9034), 전원 스위치(9035), 전력 절약 모드 전환 스위치(9036), 여밈부(9033), 조작 스위치(9038)를 갖는다. 또한 이 태블릿형 단말은 발광 장치를 표시부(9631a) 및 표시부(9631b) 중 한쪽 또는 양쪽 모두에 사용하여 제작된다.
표시부(9631a)는 그 일부를 터치 패널의 영역(9632a)으로 할 수 있고, 표시된 조작 키(9637)를 접촉함으로써 데이터를 입력할 수 있다. 또한, 도면에서는 일례로서 표시부(9631a)의 절반 영역이 표시만 하는 기능을 갖고 나머지 절반 영역이 터치 패널 기능을 갖는 구성을 도시하였지만, 이에 한정되지 않는다. 표시부(9631a)의 전체 영역이 터치 패널의 기능을 갖는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a)의 전체 면에 키보드 버튼을 표시시켜 터치 패널로 하고, 표시부(9631b)를 표시 화면으로서 사용할 수 있다.
또한 표시부(9631b)도 표시부(9631a)와 마찬가지로 그 일부를 터치 패널의 영역(9632b)으로 할 수 있다. 또한, 터치 패널의 키보드 표시 전환 버튼(9639)이 표시된 위치를 손가락이나 스타일러스 등으로 접촉함으로써 표시부(9631b)에 키보드 버튼을 표시시킬 수 있다.
또한, 터치 패널의 영역(9632a)과 터치 패널의 영역(9632b)에 동시에 터치 입력할 수도 있다.
또한 표시 모드 전환 스위치(9034)로 세로 표시 또는 가로 표시 등 표시의 방향을 전환할 수 있고, 흑백 표시나 컬러 표시의 전환 등을 선택할 수 있다. 전력 절약 모드 전환 스위치(9036)는 태블릿형 단말에 내장된 광 센서로 검출되는 사용 시의 외광의 광량에 따라 표시의 휘도를 최적의 것으로 할 수 있다. 태블릿형 단말은 광 센서뿐만 아니라 자이로, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서 등의 다른 검출 장치를 내장하여도 좋다.
또한, 도 7a에는 표시부(9631b)와 표시부(9631a)의 표시 면적이 같은 예를 도시하였지만 특별히 한정되지 않고, 한쪽 표시부의 크기와 다른 쪽 표시부의 크기가 달라도 좋고 표시의 품질이 달라도 좋다. 예를 들어, 한쪽이 다른 쪽보다 고정세의 표시가 가능한 표시 패널로 하여도 좋다.
도 7b는 접은 상태를 도시한 것이고 태블릿형 단말은 하우징(9630), 태양 전지(9633), 충방전 제어 회로(9634), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 갖는다. 또한, 도 7b에는 충방전 제어 회로(9634)의 일례로서 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 갖는 구성을 도시하였다.
또한, 태블릿형 단말은 반으로 접을 수 있기 때문에 사용하지 않을 때는 하우징(9630)을 닫은 상태로 할 수 있다. 따라서, 표시부(9631a), 표시부(9631b)를 보호할 수 있어 내구성이 우수하며 장기 사용의 관점에서 보아도 신뢰성이 우수한 태블릿형 단말을 제공할 수 있다.
또한, 이 외에도 도 7a 및 도 7b에 도시된 태블릿형 단말은 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시하는 기능, 달력, 날짜 또는 시각 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시된 정보를 터치 입력에 의하여 조작 또는 편집하는 터치 입력 기능, 각종 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수 있다.
태블릿형 단말의 표면에 장착된 태양 전지(9633)에 의하여 전력을 터치 패널, 표시부, 또는 영상 신호 처리부 등에 공급할 수 있다. 또한, 태양 전지(9633)를 하우징(9630)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 제공할 수 있고 배터리(9635)의 충전을 효율적으로 수행하는 구성으로 할 수 있다. 또한, 배터리(9635)로서는 리튬 이온 전지를 사용하면 소형화를 도모할 수 있는 등 이점이 있다.
또한 도 7b의 충방전 제어 회로(9634)의 구성 및 동작에 대하여 도시한 도 7c의 블록도를 참조하여 설명한다. 도 7c는 태양 전지(9633), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치(SW1) 내지 스위치(SW3), 표시부(9631)를 도시한 것이며, 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치(SW1) 내지 스위치(SW3)가 도 7b에 도시된 충방전 제어 회로(9634)에 대응하는 개소이다.
우선, 외광을 이용하여 태양 전지(9633)로 발전되는 경우의 동작의 예에 대하여 설명한다. 태양 전지(9633)로 발전된 전력은 배터리(9635)를 충전하기 위한 전압이 되도록 DCDC 컨버터(9636)에 의하여 승압 또는 강압된다. 또한, 표시부(9631)의 동작에 태양 전지(9633)로부터의 전력이 사용될 때는 스위치(SW1)를 온 상태로 하여, 컨버터(9638)에 의하여 표시부(9631)에 필요한 전압으로 승압 또는 강압한다. 또한, 표시부(9631)에서 표시를 행하지 않을 때는 스위치(SW1)를 오프 상태로 하고 스위치(SW2)를 온 상태로 하여 배터리(9635)를 충전하는 구성으로 하면 좋다.
또한, 발전 수단의 일례로서 태양 전지(9633)에 대하여 기재하였지만, 특별히 한정되지 않고 압전 소자(피에조 소자)나 열전 변환 소자(펠티어 소자) 등의 다른 발전 수단에 의하여 배터리(9635)를 충전하는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어, 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전하는 무접점 전력 전송 모듈이나, 또 다른 충전 수단을 조합하여 충전하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에서 설명한 표시부를 구비하고 있으면 도 7a 내지 도 7c에 도시된 전자 기기에 특별히 한정되지 않음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 적용하여 전자 기기를 얻을 수 있다. 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓어 다양한 분야의 전자 기기에 적용될 수 있다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 포함하는 발광 장치가 적용된 조명 장치의 일례에 대하여 도 8을 사용하여 설명한다.
도 8은 발광 장치를 실내의 조명 장치(8001)로서 사용한 예를 도시한 것이다. 또한, 발광 장치는 대면적화도 가능하기 때문에 대면적 조명 장치를 제작할 수도 있다. 또한, 곡면을 갖는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8002)를 제작할 수도 있다. 본 실시형태에 기재된 발광 장치에 포함되는 발광 소자는 박막 형태이기 때문에 하우징의 디자인 자유도가 높다. 따라서, 다양한 디자인을 궁리한 조명 장치를 제작할 수 있다. 또한, 실내의 벽면에 대형 조명 장치(8003)를 제공하여도 좋다.
또한, 발광 장치를 테이블의 표면에 사용함으로써 테이블로서의 기능을 구비한 조명 장치(8004)를 구현할 수 있다. 또한, 이 외에 가구의 일부에 발광 장치를 사용함으로써 가구로서의 기능을 구비한 조명 장치를 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 장치를 적용한 여러 가지 조명 장치를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 조명 장치는 본 발명의 일 형태에 포함되는 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
<<합성예 1>>
실시예에서는 실시형태 1에서 설명한 구조식(100)으로 표기되는 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물 4-[3'-(4-다이벤조티에닐)-1,1'-바이페닐-3-일]-2,6-다이페닐피리미딘(약칭: 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)의 구조를 이하에 나타낸다.
Figure pat00015
<<스텝 1 : 4-(3-브로모페닐)-2,6-다이페닐피리미딘의 합성>>
4-(3-브로모페닐)-2,6-다이페닐피리미딘의 합성 스킴을 (B-1)에 나타낸다.
Figure pat00016
500mL 삼구 플라스크에 3-브로모벤즈알데하이드 18.5g(100.0mmol)과 아세토페논 12.0g(100.0mmol)을 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하고 에탄올 100mL를 추가하였다. 이 혼합물에, 나트륨메톡사이드 6.0g(111.0mmol)이 에탄올 100mL에 현탁된 용액을 적하하고 실온에서 22시간 동안 교반하였다. 그 후, 벤즈아미딘 연산염 15.6g(100.0mmol)과 수산화 나트륨 8.0g(200.0mmol)을 추가하고 70℃에서 3시간 동안 교반하였다. 교반 후, 혼합물을 여과하고 여과물에 물을 추가하고, 초음파 세정하였다. 고체를 흡인 여과하여 회수함으로써 백색의 고체를 14.4g, 수율 38.0%로 얻었다.
<<스텝 2: 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)의 합성>>
2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)의 합성 스킴을 (B-2)에 나타낸다.
Figure pat00017
500mL 삼구 플라스크에 4-(3-브로모페닐)-2,6-다이페닐피리미딘 7.75g(20.0mmol)과 3-(다이벤조티오펜-4-일)페닐보론산 7.60g(25.0mmol)과 트리스(o-트릴)포스파인 608.7mg(2.0mmol)을 넣고 이 혼합물에 톨루엔 155mL, 에탄올 20mL, 2M 탄산 칼륨 수용액 25mL를 추가하였다. 이 혼합물을 감압하에서 교반하면서 탈기시킨 후, 초산 팔라듐(Ⅱ) 224.5mg(1.0mmol)을 넣고 질소 기류하 80℃에서 2시간 반 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 톨루엔 1300mL를 추가하여 분리시켰다. 톨루엔을 사용하여 수성층을 추출하고 추출된 용액과 유기층을 합쳐 포화 식염수로 세정한 후, 황산 마그네슘을 사용하여 건조시켰다. 건조 후, 혼합물을 자연 여과하였다. 다음에, 세라이트, 알루미나를 통하여 여과하고 여과액을 농축하였다. 톨루엔을 사용하여 재결정화시켜 백색의 고체를 9.64g, 수율 85.1%로 얻었다.
상술한 합성 방법에 의하여 얻어진 화합물의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 9a 및 도 9b에 나타낸다. 이 결과로부터 상술한 구조식(100)으로 표기되는 본 발명의 일 형태의 헤테로 고리 화합물인 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)이 얻어진 것을 알았다.
1H NMR(CDCl3, 500MHz):δ=7.46-7.61(m, 10H), 7.66-7.70(dt, J=2.5Hz, 7.8Hz, 2H), 7.78-7.81(t, J=7.7Hz, 3H), 7.87-7.88(d, J=8.0Hz, 1H), 8.01(s, 1H), 8.14-8.15(t, J=1.7Hz, 1H), 8.20-8.23(m, 2H), 8.31-8.33(dd, J=2.3Hz, 7.4Hz, 3H), 8.60-8.61(t, J=1.7Hz, 1H), 8.74-8.63(m, 2H).
다음에, 본 실시예에서 얻어진 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)을 액체 크로마토그래피 질량 분석(Liquid Chromatography Mass Spectrometry, 약칭: LC/MS 분석)에 의하여 분석하였다.
LC/MS 분석은 Acquity UPLC(Waters사 제조) 및 Xevo G2 Tof MS(Waters사 제조)를 사용하여 수행하였다.
MS 분석에서는 전기 분무 이온화(ElectroSpray Ionization(약칭: ESI))법에 의한 이온화를 행하였다. 이 때 모세관 전압(capillary voltage)은 3.0kV, 샘플콘 전압(sample cone voltage)은 30V로 하고, 검출은 포지티브 모드로 행하였다. 또한, 상술한 조건으로 이온화된 성분을 충돌실(collision cell) 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤을 충돌시킬 때의 에너지(콜리전 에너지)는 70eV로 하였다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z=100 내지 1200으로 하였다.
도 10은 측정 결과를 나타낸 것이다. 도 10의 결과로부터 구조식(100)으로 표기되는 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)은 주로 m/z=361 부근, m/z=345 부근, m/z=258 부근, m/z=128 부근, 및 m/z=104 부근에 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알았다. 또한, 도 10의 결과는 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭) 유래의 특징적인 결과를 나타내는 것이므로 혼합물 내에 포함되는 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)을 동정(同定)하는 데 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, 피리미딘 고리의 N 원자 옆의 C-C 결합이 끊어져 N 원자를 포함한 조각(fragment) 측에 전하가 남는 것에 의하여 m/z=361 부근, m/z=128 부근, m/z=104 부근은 각각 구조식(100)으로 표기되는 화합물의 피리미딘 고리의 N 원자 옆의 C-C 결합이 끊어진 상태의 정보가 얻어진 것으로 추측되기 때문에 이 정보는 유용하다. 또한, m/z=345 부근은 다이벤조티오펜 고리 1개와 벤젠 고리 2개, m/z=258 부근은 다이벤조티오펜 고리 1개와 벤젠 고리 1개를 각각 포함한 프로덕트 이온인 것으로 추찰할 수 있고, 이것은 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)이 다이벤조티오펜 고리를 포함하는 것을 시사하고 있다.
(실시예 2)
<<합성예 2>>
본 실시예에서는 실시형태 1에서 설명한 구조식(101)으로 표기되는 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물 4-[3'-(4-다이벤조티에닐)-1,1'-바이페닐-4-일]-2,6-다이페닐피리미딘(약칭: 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ(약칭)의 구조를 이하에 나타낸다.
Figure pat00018
<<스텝 1: 4-(4-브로모페닐)-2,6-다이페닐피리미딘의 합성>>
4-(4-브로모페닐)-2,6-다이페닐피리미딘의 합성 스킴을 (C-1)에 나타낸다.
Figure pat00019
300mL 삼구 플라스크에 아세토페논 11mL(94.6mmol), 4-브로모벤즈알데하이드 17.9g(96.7mmol)을 넣고 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 에탄올 50mL를 추가하고 나트륨메톡사이드 5.99g(110.9mmol)이 에탄올 50mL에 현탁된 것을 적하하고, 실온에서 5시간 동안 교반하고 70℃에서 50분 동안 교반하였다. 소정의 시간이 지난 후, 이 혼합물에 벤즈아미딘염산염 15.1g(96.6mmol)과 수산화 나트륨 8.03g(200mmol)을 추가하고 70℃에서 9시간 동안 교반하였다. 소정의 시간이 지난 후, 이 혼합물을 흡인 여과하여 얻어진 여과물을 클로로폼에 녹이고 물로 추출하였다. 얻어진 유기층을 포화 식염수로 세정하고 황산 마그네슘을 사용하여 건조시켰다. 이 혼합물을 자연 여과하고 용매를 증류 제거함으로써 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에탄올로 세정함으로써 목적물인 백색의 고체를 8.61g(수율 22%) 얻었다.
또한, 흡인 여과 후의 여과액을 농축하고 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서는 톨루엔을 사용하였다. 얻어진 조각(fraction)을 농축하고 에탄올을 사용하여 재결정화시켰다. 얻어진 고체를 에탄올을 사용하여 초음파 세정하여 목적물인 백색의 고체를 1.03g(수율 2.7%) 얻었다.
<<스텝 2: 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ(약칭)의 합성>>
2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ(약칭)의 합성 스킴을 (C-2)에 나타낸다.
Figure pat00020
200mL 삼구 플라스크에 5.03g(13.0mmol)의 4-(4-브로모페닐)-2,6-다이페닐피리미딘과 5.10g(16.8mmol)의 3-(다이벤조티오펜-4-일)페닐보론산과 0.15g(0.49mmol)의 트리스(2-메틸페닐)포스파인과 50mL의 톨루엔과 16mL의 에탄올과 16mL의 2M 탄산 칼륨 수용액을 넣었다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기시키고, 탈기 후에 64mg(0.29mmol)의 초산 팔라듐을 추가하였다. 이 혼합물을 질소 기류하 90℃에서 3시간 동안 교반하였다. 소정의 시간이 지난 후, 이 혼합물을 흡인 여과하여 얻어진 여과액에 물을 추가하고, 수성층을 톨루엔을 사용하여 추출하였다. 얻어진 추출액과 유기층을 합쳐 물, 포화 식염수에 의하여 세정하고 황산 마그네슘을 사용하여 건조시켰다. 이 혼합물을 자연 여과하여 얻어진 여과액을 농축하고 흡인 여과 후에 회수한 여과물과 합쳐 열톨루엔에 녹이고, 세라이트, 알루미나, 플로리실을 통과시켜 흡인 여과하였다. 얻어진 혼합물을 농축하고 에탄올을 사용하여 초음파 세정한 후, 톨루엔을 사용하여 재결정화시켜 목적물인 백색의 고체를 수량 4.66g(수율 63%) 얻었다.
얻어진 백색의 고체 3.83g을 트레인 서블리메이션법(train sublimation method)에 의하여 승화 정제하였다. 압력 2.7Pa, 아르곤 유량 5mL/min이라는 조건으로 백색의 고체를 280℃에서 가열하여 행하였다. 승화 정제 후, 백색의 고체를 3.39g, 회수율 88.6%로 얻었다.
상술한 합성 방법에 의하여 얻어진 화합물의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 11a 및 도 11b에 나타낸다. 이 결과로부터 상술한 구조식(101)으로 표기되는 본 발명의 일 형태의 헤테로 고리 화합물인 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ(약칭)이 얻어진 것을 알았다.
1H NMR(CDCl3, 500MHz):δ=7.49-7.68(m, 10H), 7.78(dd, J=7.5Hz, 2.0Hz, 2H), 7.86-7.88(m, 1H), 7.91(d, J=8.5Hz, 2H), 8.09(s, 1H), 8.11(t, J=1.7Hz, 1H), 8.22(m, 2H), 8.32(dd, J=8.0Hz, 2.0Hz, 2H), 8.43(d, J=8.5Hz, 2H), 8.76(dd, J=8.0Hz, 2.0Hz, 2H).
다음에, 본 실시예에서 얻어진 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ(약칭)을 액체 크로마토그래피 질량 분석에 의하여 분석하였다.
LC/MS 분석은 Acquity UPLC(Waters사 제조) 및 Xevo G2 Tof MS(Waters사 제조)를 사용하여 수행하였다.
MS 분석에서는 전기 분무 이온화(ElectroSpray Ionization(약칭: ESI))법에 의한 이온화를 행하였다. 이 때 모세관 전압은 3.0kV, 샘플콘 전압은 30V로 하고, 검출은 포지티브 모드로 행하였다. 또한, 상술한 조건으로 이온화된 성분을 충돌실 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤을 충돌시킬 때의 에너지는 70eV로 하였다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z=100 내지 1200으로 하였다.
도 12는 측정 결과를 나타낸 것이다. 도 12의 결과로부터 구조식(101)으로 표기되는 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ(약칭)은 주로 m/z=361 부근, m/z=345 부근, m/z=258 부근, m/z=128 부근, 및 m/z=104 부근에 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알았다. 또한, 도 12의 결과는 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ(약칭) 유래의 특징적인 결과를 나타내는 것이므로 혼합물 내에 포함되는 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ(약칭)을 동정하는 데 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, 피리미딘 고리의 N 원자 옆의 C-C 결합이 끊어져 N 원자를 포함한 조각 측에 전하가 남는 것에 의하여 m/z=361 부근, m/z=128 부근, m/z=104 부근은 각각 구조식(100)으로 표기되는 화합물의 피리미딘 고리의 N 원자 옆의 C-C 결합이 끊어진 상태의 정보가 얻어진 것으로 추측되기 때문에 이 정보는 유용하다. 또한, m/z=345 부근은 다이벤조티오펜 고리 1개와 벤젠 고리 2개, m/z=258 부근은 다이벤조티오펜 고리 1개와 벤젠 고리를 1개 각각 포함한 프로덕트 이온인 것으로 추찰할 수 있고, 이것은 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ(약칭)이 다이벤조티오펜 고리를 포함하는 것을 시사하고 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물 4-[3'-(4-다이벤조티에닐)-1,1'-바이페닐-3-일]-2,6-다이페닐피리미딘(약칭: 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ)(구조식(100))이 발광층의 일부, 및 전자 수송층에 사용된 발광 소자 1과, 4-[3'-(4-다이벤조티에닐)-1,1'-바이페닐-4-일]-2,6-다이페닐피리미딘(약칭: 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ)(구조식(101))이 발광층의 일부, 및 전자 수송층에 사용된 발광 소자 2에 대하여 도 13을 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서 사용한 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
Figure pat00021
Figure pat00022
<<발광 소자 1 및 발광 소자 2의 제작>>
우선, 유리제의 기판(1100) 위에, 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하여 양극으로서 기능하는 제 1 전극(1101)을 형성하였다. 또한, 그 막 두께는 110 nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음에, 기판(1100) 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전(前)처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성(燒成)한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 행하였다.
그 후, 내부가 10-4Pa 정도까지 감압된 진공 증착 장치에 기판(1100)을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방치하여 냉각하였다.
다음에, 제 1 전극(1101)이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록, 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정시켰다. 본 실시예에서는 진공 증착법에 의하여, EL층(1102)을 구성하는 정공 주입층(1111), 정공 수송층(1112), 발광층(1113), 전자 수송층(1114), 전자 주입층(1115)이 차례로 형성되는 경우에 대하여 설명한다.
진공 장치 내를 10-4Pa로 감압한 후, 1,3,5-트라이(다이벤조티오펜-4-일)벤젠(약칭: DBT3P-Ⅱ)과 산화 몰리브덴(VI)을 DBT3P-Ⅱ(약칭):산화 몰리브덴=4:2(질량비)가 되도록 공증착(co-evaporation)함으로써 제 1 전극(1101) 위에 정공 주입층(1111)을 형성하였다. 막 두께는 40nm로 하였다. 또한, 공증착이란, 복수의 다른 물질들을 각각 다른 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법을 말한다.
다음에, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP)과 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP)를 BPAFLP(약칭):PCCP(약칭)=1:1(질량비)가 되도록 공증착함으로써 정공 수송층(1112)을 형성하였다. 막 두께는 20nm로 하였다.
다음에, 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성하였다.
발광 소자 1에 관해서는 우선, 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), (아세틸아세토나토)비스(6-tert-부틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(Ⅲ)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)])을 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭):PCBNBB(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.5:0.5:0.05(질량비)가 되도록 공증착에 의하여 막 두께 20nm로 증착한 후에, 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭):PCBNBB(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.8:0.2:0.05(질량비)가 되도록 막 두께 20nm로 더 증착하여 적층 구조를 갖는 40nm의 발광층(1113)을 형성하였다.
발광 소자 2에 관해서는 우선, 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ(약칭), PCBNBB(약칭), [Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)을 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ(약칭):PCBNBB(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.5:0.5:0.05(질량비)가 되도록 공증착에 의하여 막 두께 20nm로 증착한 후에, 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ(약칭):PCBNBB(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.8:0.2:0.05(질량비)가 되도록 막 두께 20nm로 더 증착하여 적층 구조를 갖는 40nm의 발광층(1113)을 형성하였다.
또한 본 실시예에서 설명하는 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 둘 다 발광층에서 여기 착체를 형성할 수 있는 구성을 갖는다.
다음에, 발광 소자 1의 경우에는 발광층(1113) 위에 2,6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)을 막 두께 10nm로 증착한 후, 바소페난트롤린(약칭: Bphen)을 막 두께 20nm로 증착함으로써 적층 구조를 갖는 전자 수송층(1114)을 형성하였다. 또한, 발광 소자 2의 경우에는 발광층(1113) 위에 2,6Ph-4pmDBTBPPm-Ⅱ(약칭)을 막 두께 10nm로 증착한 후, 바소페난트롤린(약칭: Bphen)을 막 두께 20nm로 증착함으로써 적층 구조를 갖는 전자 수송층(1114)을 형성하였다.
또한, 전자 수송층(1114) 위에 불화 리튬을 1nm 증착하여 전자 주입층(1115)을 형성하였다.
마지막으로 전자 주입층(1115) 위에 알루미늄을 막 두께가 200nm가 되도록 증착하여, 음극이 되는 제 2 전극(1103)을 형성함으로써 발광 소자 1 및 발광 소자 2를 얻었다. 또한, 상술한 증착 과정에 있어서 증착은 모두 저항 가열법으로 행하였다.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 소자 구조를 표 1에 나타낸다.
Figure pat00023
또한, 제작한 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 밀봉하였다(실재를 소자의 주위에 도포하고 밀봉시에 80℃에서 1시간 동안 가열 처리).
<<발광 소자 1 및 발광 소자 2의 동작 특성>>
제작한 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 동작 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
우선, 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 전류 밀도-휘도 특성을 도 14, 전압-휘도 특성을 도 15, 휘도-전류 효율 특성을 도 16, 전압-전류 특성을 도 17에 각각 나타낸다.
도 16으로부터 본 발명의 일 형태의 헤테로 고리 화합물이 발광층 및 전자 수송층에 사용된 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 소비 전력이 낮고 효율이 높은 소자인 것을 알았다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 주된 초기 특성값을 이하의 표 2에 나타낸다.
Figure pat00024
표 2의 결과로부터도 본 실시예에서 제작한 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 휘도가 높고 전류 효율이 높은 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 신뢰성 시험을 행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 18에 나타낸다. 도 18에서 세로 축은 초기 휘도를 100%로 하였을 때의 정규화 휘도(%)를 나타내고, 가로 축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험은 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고 전류 밀도가 일정한 조건으로 발광 소자 1 및 발광 소자 2를 구동시켰다. 이 결과, 발광 소자 1 및 발광 소자 2의 100시간 후의 휘도는 초기 휘도의 대략 83%를 유지하였다.
따라서, 신뢰성 시험의 결과로부터 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 신뢰성이 높은 것을 알았다. 또한, 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물을 발광 소자에 사용함으로써 수명이 긴 발광 소자가 얻어지는 것을 알았다.
(실시예 4)
<<합성예 3>>
본 실시예에서는 실시형태 1에서 설명한 구조식(112)으로 표기되는 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물 4-[3'-(다이벤조티오펜-4-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-6-페닐피리미딘(약칭: 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)의 구조를 이하에 나타낸다.
Figure pat00025
<<스텝 1: 4-클로로-6-페닐피리미딘의 합성>>
환류관이 제공된 100mL 둥근바닥 플라스크에 4,6-다이클로로피리미딘 5.1g, 페닐보론산 8.2g, 탄산 나트륨 7.16g, 아세토나이트릴 20mL, 물 20mL를 넣고 용기 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 비스(트라이페닐포스파인)팔라듐(Ⅱ)다이크로라이드 0.347g을 추가하고 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 1시간 동안 조사하였다. 또한, 페닐보론산 2.07g, 탄산 나트륨 1.79g을 추가하고 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 1시간 더 조사하였다. 다이클로로메탄을 사용하여, 얻어진 혼합물로부터 유기층을 추출하였다. 얻어진 유기층을 물과 포화 식염수로 세정하고 황산 마그네슘을 사용하여 건조시켰다. 이 혼합물을 자연 여과하였다. 여과액의 용매를 증류 제거하여 얻어진 잔사(殘渣)물을, 다이클로로메탄을 전개 용매로 한 실리카 컬럼 크로마토그래피에 의하여 정제함으로써 목적물을 얻었다(백색의 분말, 수율 37%). 또한, 마이크로파의 조사에는 마이크로파 합성 장치(CEM사 제조 Discover)를 사용하였다. 또한, 스텝 1의 합성 스킴을 이하의 (D-1)에 나타낸다.
Figure pat00026
<<스텝 2:4-[3'-(다이벤조티오펜-4-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-6-페닐피리미딘(약칭: 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ)의 합성>>
다음에, 환류관이 제공된 100mL 삼구 플라스크에 스텝 1로 얻어진 4-클로로-6-페닐피리미딘 1.0g, 3'-(다이벤조티오펜-4-일)-3-바이페닐보론산 2.0g, 2M 탄산 칼륨 수용액 5.3mL, 톨루엔 24mL, 에탄올 3.0mL를 넣고 감압하에서 교반하여 탈기시키고 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 테트라키스(트라이페닐포스파인)팔라듐(0)(약칭: Pd(PPh3)4) 61mg을 추가하고 80℃에서 7시간 동안 가열하여 반응시켰다. 톨루엔을 사용하여 얻어진 혼합물로부터 유기층을 추출하고, 얻어진 유기층을 물, 포화 식염수로 세정하고 무수 황산 마그네슘을 추가하고, 자연 여과하였다. 이 용액의 용매를 증류 제거한 후, 얻어진 잔사물을 열 톨루엔에 녹이고 셀라이트, 알루미나, 셀라이트, 플로리실, 셀라이트가 차례로 적층된 여과 보조제를 통과시켜 열 여과하였다. 용매를 증류 제거하여 얻어진 고체를 톨루엔을 사용하여 재결정화시킴으로써 백색의 고체를 1.9g, 수율 71%로 얻었다. 또한, 스텝 2의 합성 스킴을 이하의 (D-2)에 나타낸다.
Figure pat00027
얻어진 고체 2.4g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 압력 3.0Pa, 아르곤 가스 유량 15mL/min, 가열 온도 265℃라는 조건 하에서 행하였다. 승화 정제 후, 목적물인 무색 투명의 결정을 1.9g, 회수율 79%로 얻었다.
또한, 스텝 2로 얻어진 백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 19에 나타낸다. 이 결과로부터 상술한 구조식(112)으로 표기되는 본 발명의 일 형태의 헤테로 고리 화합물인 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)이 얻어진 것을 알았다.
1H-NMR.δ(CDCl3):7.45-7.50(dm, 2H), 7.52-7.54(m, 3H), 7.56-7.61(m, 2H), 7.63-7.67(m, 2H), 7.76-7.77(ds, 1H), 7.78(ds, 1H), 7.82-7.83(dd, 1H), 7.85-7.87(dd, 1H), 8.08-8.09(ts, 1H), 8.14-8.22(dm, 6H), 8.45-8.46(ts, 1H), 9.34-9.35(ds, 1H).
또한, 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)을 액체 크로마토그래피 질량 분석에 의하여 분석하였다.
LC/MS 분석은 Acquity UPLC(Waters사 제조) 및 Xevo G2 Tof MS(Waters사 제조)를 사용하여 수행하였다.
MS 분석에서는 전기 분무 이온화법에 의한 이온화를 행하였다. 이 때 모세관 전압은 3.0kV, 샘플콘 전압은 30V로 하고, 검출은 포지티브 모드로 행하였다. 또한, 상술한 조건으로 이온화된 성분을 충돌실 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤을 충돌시킬 때의 에너지는 50eV 및 70eV로 하였다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z=100 내지 1200으로 하였다.
측정 결과를 도 20 및 도 21에 나타낸다. 도 20은 콜리전 에너지가 50eV일 때의 결과, 도 21은 콜리전 에너지가 70eV일 때의 결과를 나타낸 것이다. 도 20 및 도 21의 결과로부터 구조식(112)으로 표기되는 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)은 주로 m/z=447 부근, m/z=361 부근, m/z=345 부근, m/z=258 부근, m/z=128 부근, 및 m/z=104 부근에 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알았다. 또한, 도 20 및 도 21의 결과는 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭) 유래의 특징적인 결과를 나타내는 것이므로 혼합물 내에 포함되는 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)을 동정하는 데 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, 피리미딘 고리의 N 원자 옆의 C-C 결합이 끊어져 N 원자를 포함한 조각 측에 전하가 남는 것에 의하여 m/z=361 부근, m/z=128 부근, m/z=104 부근은 각각 구조식(112)으로 표기되는 화합물의 피리미딘 고리의 N 원자 옆의 C-C 결합이 끊어진 상태의 정보가 얻어진 것으로 추측되기 때문에 이 정보는 유용하다. 또한, m/z=345 부근은 다이벤조티오펜 고리 1개와 벤젠 고리가 2개, m/z=258 부근은 다이벤조티오펜 고리 1개와 벤젠 고리를 1개 각각 포함한 프로덕트 이온인 것으로 추찰할 수 있고, 이것은 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)이 다이벤조티오펜 고리를 포함하는 것을 시사하고 있다.
(실시예 5)
<<합성예 4>>
본 실시예에서는 실시형태 1에서 설명한 구조식(121)으로 표기되는 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물 4-[3'-(다이벤조티오펜-4-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-6-(9,9-다이메틸플루오렌-2-일)피리미딘(약칭: 6FL-4mDBTBPPm)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 6FL-4mDBTBPPm(약칭)의 구조를 이하에 나타낸다.
Figure pat00028
<<스텝 1:4-클로로-6-[3-(3'-다이벤조티오펜-4-일)바이페닐]피리미딘의 합성>>
우선, 100mL 둥근바닥 플라스크에 4,6-다이클로로피리미딘 0.20g(1.3mmol), 3'-(다이벤조티오펜-4-일)-3-바이페닐보론산 0.51g(1.3mmol), 탄산 세슘 0.85g(2.6mmol), 트라이사이클로헥실포스파인(Cy3P) 0.2mL(0.83mmol), 트리스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)(Pd2(dba)3) 18mg(0.020mmol), 다이옥산 10mL를 넣고 15분 동안 아르곤 버블링을 행하고 마이크로파(85℃, 150W)를 2시간 동안 조사하였다. 얻어진 용액의 수성층을 다이클로로메탄을 사용하여 추출하였다. 얻어진 추출 용액과 유기층을 합쳐 물, 포화 식염수로 세정하고 유기층에 무수 황산 마그네슘을 추가하여 건조시켰다. 이 혼합물을 자연 여과하고 여과액을 농축함으로써 고체를 얻었다. 이 고체를 다이클로로메탄을 전개 용매로 한 플래시 컬럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 또한, 톨루엔을 전개 용매로 한 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피에 의하여 다시 정제하였다. 얻어진 조각을 농축함으로써 얻어진 고체를 톨루엔을 사용하여 재결정화시켜 4-클로로-6-[3-(3'-다이벤조티오펜-4-일)바이페닐]피리미딘을 얻었다(백색의 고체, 수율 44%). 또한, 스텝 1의 합성 스킴을 이하의 (E-1)에 나타낸다.
Figure pat00029
<<스텝 2:4-[3'-(다이벤조티오펜-4-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-6-(9,9-다이메틸플루오렌-2-일)피리미딘(약칭: 6FL-4mDBTBPPm)의 합성>>
다음에, 200mL 반응 용기에 4-클로로-6-[3-(3'-다이벤조티오펜-4-일)바이페닐]피리미딘 1.0g(2.6mmol), 9,9-다이메틸플루오렌-2-보론산피나콜에스테르 1.0g(3.2mmol), 톨루엔 15mL, 에탄올 3mL, 2M 탄산 칼륨 수용액 2.6mL를 넣고 용기 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 테트라키스(트라이페닐포스파인)팔라듐(0)(Pd(PPh3)4) 30mg(0.02mmol)을 추가하고 80℃에서 8시간 동안 가열 교반하였다. 얻어진 반응 용액의 수성층을 톨루엔을 사용하여 추출하고, 얻어진 추출 용액과 유기층을 합쳐 물, 포화 식염수로 세정하였다. 유기층에 무수 황산 마그네슘을 추가하고 건조시켜 얻어진 혼합물을 자연 여과함으로써 여과액을 얻었다. 이 여과액을 농축함으로써 얻은 고체를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서는 톨루엔을 사용하였다. 얻어진 조각을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 에탄올을 사용하여 재결정화시킴으로써 6FL-4mDBTBPPm를 얻었다(백색의 고체, 수율 51%). 스텝 2의 합성 스킴을 이하의 (E-2)에 나타낸다.
Figure pat00030
얻어진 고체 0.81g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 압력 2.6Pa, 아르곤 가스 유량 10mL/min, 가열 온도 270℃라는 조건 하에서 행하였다. 승화 정제 후, 목적물인 담황색 투명의 결정을 0.47g, 회수율 58%로 얻었다.
또한, 스텝 2로 얻어진 백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 22에 나타낸다. 이 결과로부터 본 합성예 4에 의하여 상술한 구조식(121)으로 표기되는 본 발명의 일 형태의 헤테로 고리 화합물인 6FL-4mDBTBPPm(약칭)이 얻어진 것을 알았다.
1H-NMR.δ(CDCl3):1.58(s, 6H), 7.36-7.39(m, 2H), 7.43-7.50(m, 3H), 7.57-7.61(m, 2H), 7.77-7.80(m, m), 7.85(dd, 2H), 7.88(d, 1H), 8.11(t, 1H), 8.14(dd, 1H), 8.17-8.23(m, 4H), 8.29(d, 1H), 8.49(t, 1H), 9.37(d, 1H).
다음에, 6FL-4mDBTBPPm(약칭)을 액체 크로마토그래피 질량 분석에 의하여 분석하였다.
LC/MS 분석은 Acquity UPLC(Waters사 제조) 및 Xevo G2 Tof MS(Waters사 제조)를 사용하여 수행하였다.
MS 분석에서는 전기 분무 이온화법에 의한 이온화를 행하였다. 이 때 모세관 전압은 3.0kV, 샘플콘 전압은 30V로 하고, 검출은 포지티브 모드로 행하였다. 또한, 상술한 조건으로 이온화된 성분을 충돌실 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤을 충돌시킬 때의 에너지는 70eV로 하였다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z=100 내지 1200으로 하였다.
도 23은 측정 결과를 나타낸 것이다. 도 23의 결과로부터 구조식(121)으로 표기되는 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물 6FL-4mDBTBPPm(약칭)은 주로 m/z=591 부근, m/z=547 부근, m/z=362 부근, m/z=345 부근, 및 m/z=203 부근에 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알았다. 또한, 도 23의 결과는 6FL-4mDBTBPPm(약칭) 유래의 특징적인 결과를 나타내는 것이므로 혼합물 내에 포함되는 6FL-4mDBTBPPm(약칭)을 동정하는 데 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, 피리미딘 고리의 N 원자 옆의 C-C 결합이 끊어져 N 원자를 포함한 조각 측에 전하가 남는 것에 의하여 m/z=362 부근은 각각 구조식(121)으로 표기되는 화합물의 피리미딘 고리의 N 원자 옆의 C-C 결합이 끊어진 상태의 정보가 얻어진 것으로 추측되기 때문에 이 정보는 유용하다. 또한, m/z=345 부근은 다이벤조티오펜 고리 1개와 벤젠 고리 2개를 포함한 프로덕트 이온인 것으로 추찰할 수 있고, 이것은 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물 6FL-4mDBTBPPm(약칭)이 다이벤조티오펜 고리를 포함하는 것을 시사하고 있다.
(실시예 6)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물, 4-[3'-(다이벤조티오펜-4-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-6-페닐피리미딘(약칭: 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ)(구조식(112))이 발광층의 일부 및 전자 수송층에 사용된 발광 소자 3, 및 4-[3'-(다이벤조티오펜-4-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-6-(9,9-다이메틸플루오렌-2-일)피리미딘(약칭: 6FL-4mDBTBPPm)(구조식(121))이 발광층의 일부 및 전자 수송층에 사용된 발광 소자 4에 대하여, 실시예 3에서 사용한 도 13을 참조하여 마찬가지로 설명한다. 또한, 본 실시예에서 사용한 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
Figure pat00031
<<발광 소자 3 및 발광 소자 4의 제작>>
우선, 유리제의 기판(1100) 위에, 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하여 양극으로서 기능하는 제 1 전극(1101)을 형성하였다. 또한, 그 막 두께는 110 nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음에, 기판(1100) 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전(前)처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성(燒成)한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 행하였다.
그 후, 내부가 10-4Pa 정도까지 감압된 진공 증착 장치에 기판(1100)을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방치하여 냉각하였다.
다음에, 제 1 전극(1101)이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록, 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정시켰다. 본 실시예에서는 진공 증착법에 의하여, EL층(1102)을 구성하는 정공 주입층(1111), 정공 수송층(1112), 발광층(1113), 전자 수송층(1114), 전자 주입층(1115)이 차례로 형성되는 경우에 대하여 설명한다.
진공 장치 내를 10-4Pa로 감압한 후, 1,3,5-트라이(다이벤조티오펜-4-일)벤젠(약칭: DBT3P-Ⅱ)과 산화 몰리브덴(VI)을 DBT3P-Ⅱ(약칭):산화 몰리브덴=4:2(질량비)가 되도록 공증착함으로써 제 1 전극(1101) 위에 정공 주입층(1111)을 형성하였다. 막 두께는 20nm로 하였다. 또한, 공증착이란, 복수의 다른 물질들을 각각 다른 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법을 말한다.
다음에, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP)을 증착함으로써 정공 수송층(1112)을 형성하였다. 막 두께는 20nm로 하였다.
다음에, 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성하였다.
발광 소자 3에 관해서는 우선, 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), (아세틸아세토나토)비스(6-tert-부틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(Ⅲ)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)])을 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.7:0.3:0.05(질량비)가 되도록 공증착에 의하여 막 두께 20nm로 증착한 후에, 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.8:0.2:0.05(질량비)가 되도록 막 두께 20nm로 더 증착하여 적층 구조를 갖는 40nm의 발광층(1113)을 형성하였다.
발광 소자 4에 관해서는 우선, 6FL-4mDBTBPPm(약칭), PCBBiF(약칭), [Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)을 6FL-4mDBTBPPm(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.7:0.3:0.05(질량비)가 되도록 공증착에 의하여 막 두께 20nm로 증착한 후에, 6FL-4mDBTBPPm(약칭):PCBBiF(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)=0.8:0.2:0.05(질량비)가 되도록 막 두께 20nm로 더 증착하여 적층 구조를 갖는 40nm의 발광층(1113)을 형성하였다.
또한 본 실시예에서 설명하는 발광 소자 3 및 발광 소자 4는 둘 다 발광층에서 여기 착체를 형성할 수 있는 구성을 갖는다.
또한, 발광 소자 3에 관해서는 발광층(1113) 위에 6Ph-4mDBTBPPm-Ⅱ(약칭)을 막 두께 15nm로 증착한 후, 바소페난트롤린(약칭: Bphen)을 막 두께 15nm로 증착함으로써 적층 구조를 갖는 전자 수송층(1114)을 형성하였다. 또한, 발광 소자 4에 관해서는 발광층(1113) 위에 6FL-4mDBTBPPm(약칭)을 막 두께 15nm로 증착한 후, 바소페난트롤린(약칭: Bphen)을 막 두께 10nm로 증착함으로써 적층 구조를 갖는 전자 수송층(1114)을 형성하였다.
또한, 전자 수송층(1114) 위에 불화 리튬을 1nm 증착하여 전자 주입층(1115)을 형성하였다.
마지막으로 전자 주입층(1115) 위에 알루미늄을 막 두께가 200nm가 되도록 증착하여, 음극이 되는 제 2 전극(1103)을 형성함으로써 발광 소자 3 및 발광 소자 4를 얻었다. 또한, 상술한 증착 과정에 있어서 증착은 모두 저항 가열법으로 행하였다.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 발광 소자 3 및 발광 소자 4의 소자 구조를 표 3에 나타낸다.
또한, 제작한 발광 소자 3 및 발광 소자 4는 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 밀봉하였다(실재를 소자의 주위에 도포하고 밀봉시에 80℃에서 1시간 동안 가열 처리).
<<발광 소자 3 및 발광 소자 4의 동작 특성>>
제작한 발광 소자 3 및 발광 소자 4의 동작 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 행하였다.
우선, 발광 소자 3 및 발광 소자 4의 전류 밀도-휘도 특성을 도 24, 전압-휘도 특성을 도 25, 휘도-전류 효율 특성을 도 26, 전압-전류 특성을 도 27에 각각 나타낸다.
도 26으로부터 본 발명의 일 형태의 헤테로 고리 화합물이 발광층 및 전자 수송층에 사용된 발광 소자 3 및 발광 소자 4는 소비 전력이 낮고 효율이 높은 소자인 것을 알았다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 3 및 발광 소자 4의 주된 초기 특성값을 이하의 표 4에 나타낸다.
Figure pat00033
표 4의 결과로부터도 본 실시예에서 제작한 발광 소자 3 및 발광 소자 4는 휘도가 높고 전류 효율이 높은 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 4의 신뢰성 시험을 행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 28에 나타낸다. 도 28에서 세로 축은 초기 휘도를 100%로 하였을 때의 정규화 휘도(%)를 나타내고, 가로 축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험으로서 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고 전류 밀도가 일정한 조건으로 발광 소자 4를 구동시켰다. 이 결과, 발광 소자 4의 100시간 후의 휘도는 초기 휘도의 대략 83%를 유지하였다.
따라서, 신뢰성 시험의 결과로부터 발광 소자 4는 신뢰성이 높은 것을 알았다. 또한, 본 발명의 일 형태인 헤테로 고리 화합물을 발광 소자에 사용함으로써 수명이 긴 발광 소자가 얻어지는 것을 알았다.
10: 여기 착체
11: 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 발광성 물질
101: 양극
102: 음극
103: EL층
104: 발광층
105: 제 1 유기 화합물
106: 제 2 유기 화합물
107: 발광성 물질
201: 제 1 전극(양극)
202: 제 2 전극(음극)
203: EL층
204: 정공 주입층
205: 정공 수송층
206: 발광층
207: 전자 수송층
208: 전자 주입층
209: 제 1 유기 화합물
210: 제 2 유기 화합물
211: 발광성 물질
301: 제 1 전극
302(1): 제 1 EL층
302(2): 제 2 EL층
302(n-1): 제 (n-1) EL층
302(n): 제 n EL층
304: 제 2 전극
305: 전하 발생층
305(1): 제 1 전하 발생층
305(2): 제 2 전하 발생층
305(n-2): 제 (n-2) 전하 발생층
305(n-1): 제 (n-1) 전하 발생층
501: 소자 기판
502: 화소부
503: 구동 회로부(소스선 구동 회로)
504a, 504b: 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
505: 실재
506: 밀봉 기판
507: 배선
508: FPC(flexible printed circuit)
509: n채널형 TFT
510: p채널형 TFT
511: 스위칭용 TFT
512: 전류 제어용 TFT
513: 제 1 전극(양극)
514: 절연물
515: EL층
516: 제 2 전극(음극)
517: 발광 소자
518: 공간
1100: 기판
1101: 제 1 전극
1102: EL층
1103: 제 2 전극
1111: 정공 주입층
1112: 정공 수송층
1113: 발광층
1114: 전자 수송층
1115: 전자 주입층
7100: 텔레비전 장치
7101: 하우징
7103: 표시부
7105: 스탠드
7107: 표시부
7109: 조작 키
7110: 리모트 컨트롤러
7201: 본체
7202: 하우징
7203: 표시부
7204: 키보드
7205: 외부 접속 포트
7206: 포인팅 디바이스
7301: 하우징
7302: 하우징
7303: 연결부
7304: 표시부
7305: 표시부
7306: 스피커부
7307: 기록 매체 삽입부
7308: LED 램프
7309: 조작 키
7310: 접속 단자
7311: 센서
7312: 마이크로폰
7400: 휴대 전화기
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작 버튼
7404: 외부 접속 포트
7405: 스피커
7406: 마이크로폰
8001: 조명 장치
8002: 조명 장치
8003: 조명 장치
8004: 조명 장치
9033: 여밈부
9034: 표시 모드 전환 스위치
9035: 전원 스위치
9036: 전력 절약 모드 전환 스위치
9038: 조작 스위치
9630: 하우징
9631: 표시부
9631a: 표시부
9631b: 표시부
9632a: 터치 패널의 영역
9632b: 터치 패널의 영역
9633: 태양 전지
9634: 충방전 제어 회로
9635: 배터리
9636: DCDC 컨버터
9637: 조작 키
9638: 컨버터
9639: 버튼

Claims (18)

  1. 식(G1)으로 표기되는, 유기 화합물.
    Figure pat00034

    상기 식(G1)에 있어서,
    Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 치환 또는 비치환의 페닐기, 또는 치환 또는 비치환의 바이페닐기를 나타내고,
    R1 내지 R3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 4인 알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13인 치환 또는 비치환의 아릴기를 나타내고,
    α는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타내고,
    n은 2 또는 3이고,
    Z는 산소 또는 황을 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 식(G2)으로 표기되는, 유기 화합물.
    Figure pat00035
    .
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 식(100)으로 표기되는, 유기 화합물.
    Figure pat00036
    .
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 식(101)으로 표기되는, 유기 화합물.
    Figure pat00037
    .
  5. 제 1 항에 따른 유기 화합물을 포함하는 발광 소자에 있어서,
    상기 발광 소자는 한 쌍의 전극 사이에 층을 더 포함하고,
    상기 층은 상기 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  6. 제 1 항에 따른 유기 화합물을 포함하는 발광 소자에 있어서,
    상기 발광 소자는 한 쌍의 전극 사이에 층을 더 포함하고,
    상기 층은,
    상기 유기 화합물과;
    방향족 아민과;
    인광성 화합물을 포함하고,
    상기 유기 화합물과 상기 방향족 아민의 조합이 여기 착체를 형성하는, 발광 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 층과 상기 한 쌍의 전극 중 한쪽 전극 사이에 전자 수송층을 더 포함하고,
    상기 전자 수송층은 상기 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  8. 발광 장치에 있어서,
    제 6 항에 따른 발광 소자를 포함하는, 발광 장치.
  9. 전자 기기에 있어서,
    제 8 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 전자 기기.
  10. 조명 장치에 있어서,
    제 8 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 조명 장치.
  11. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극 사이에 층을 포함하고,
    상기 층은,
    피리미딘 고리를 포함하는 유기 화합물과;
    방향족 아민과;
    인광성 화합물을 포함하고,
    상기 유기 화합물과 상기 방향족 아민의 조합이 여기 착체를 형성하는, 발광 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 정공 수송성 골격을 포함하는 고리를 더 포함하는, 발광 소자.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 유기 화합물의 분자량은 400 이상 1200 이하인, 발광 소자.
  14. 제 12 항에 있어서,
    정공 수송성 골격을 포함하는 상기 고리는 카바졸 고리, 다이벤조티오펜 고리, 또는 다이벤조퓨란 고리인, 발광 소자.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 방향족 아민은 피리미딘 골격을 포함하는, 발광 소자.
  16. 발광 장치에 있어서,
    제 11 항에 따른 발광 소자를 포함하는, 발광 장치.
  17. 전자 기기에 있어서,
    제 16 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 전자 기기.
  18. 조명 장치에 있어서,
    제 16 항에 따른 발광 장치를 포함하는, 조명 장치.
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