KR20170101128A - 유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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KR20170101128A
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츠네노리 스즈키
도모히로 구보타
나오아키 하시모토
유스케 다키타
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 발광 성분 중, TTA에 기초하는 지연 형광 성분의 비율이 높은 신규 화합물을 제공한다.
안트라센 골격, 아릴렌기, 및 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 가지고, 안트라센 골격과 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기는 아릴렌기를 통하여 결합하고, 안트라센 골격의 2위 또는 3위에 아릴기를 가지는 유기 화합물이다.

Description

유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{ORGANIC COMPOUND, LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 유기 화합물에 관한 것이다. 또한, 발광층을 끼운 한 쌍의 전극 사이에 전계를 인가함으로써 발광이 얻어지는 발광 소자, 또는 발광 소자를 가지는 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 기술 분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)되는 발명의 일 형태의 기술 분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는, 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 그러므로, 더 구체적으로 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태의 기술 분야로서는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로서 들 수 있다.
근년에 들어, 일렉트로루미네선스(Electroluminescence: EL)를 이용한 발광 소자의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은, 한 쌍의 전극 사이에 발광 물질을 포함한 층(EL층)을 끼운 것이다. 이 소자의 전극 사이에 전압을 인가함으로써 발광 물질로부터 발광이 얻어진다.
상술한 발광 소자는 자발광형이기 때문에, 이것을 사용한 표시 장치는, 시인성이 우수하고, 백라이트가 불필요하며, 소비전력이 적다는 등의 이점을 가진다. 또한, 박형 경량으로 제작할 수 있고, 응답 속도가 빠른 등의 이점을 가진다.
발광 소자의 발광 기구는 발광 물질을 포함한 EL층을 한 쌍의 전극 사이에 끼워서 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 주입된 전자 및 양극으로부터 주입된 정공이 EL층의 발광 중심에서 재결합하여 분자 여기자를 형성하고, 그 분자 여기자가 기저 상태로 완화될 때 에너지를 방출하여 발광한다고 알려져 있다.
분자 여기자를 형성하는 유기 화합물의 여기 상태에는 단일항 여기 상태(S*) 및 삼중항 여기 상태(T*)가 있으며, 단일항 여기 상태로부터의 발광이 형광이라고 불리고, 삼중항 여기 상태로부터의 발광은 인광이라고 불린다. 또한, 발광 소자에서의 이들의 통계적인 생성 비율은 S*:T*=1:3인 것으로 여겨진다. 그러므로, 형광을 발하는 화합물을 사용한 발광 소자보다 인광을 발하는 화합물을 사용한 발광 소자가 더 높은 발광 효율을 얻을 수 있다. 따라서, 삼중항 여기 상태를 발광으로 변환할 수 있는 인광성 화합물을 사용한 발광 소자의 개발이 근년에 들어 활발히 진행되고 있다.
인광성 화합물을 사용한 발광 소자 중 특히 청색 발광을 나타내는 발광 소자에 있어서는 높은 삼중항 여기 에너지 준위를 가지는 안정된 화합물의 개발이 어렵기 때문에, 아직 실용화되지 않았다. 그러므로, 청색 발광을 나타내는 발광 소자에 있어서는 더 안정된 형광성 화합물을 사용한 발광 소자의 개발이 진행되고 있고, 형광성 화합물을 사용한 발광 소자(형광 발광 소자)의 고효율화가 요구되고 있다.
형광성 화합물을 사용한 발광 소자에 있어서, 삼중항 여기 상태의 일부를 발광으로 변환할 수 있는 발광 기구로서, 삼중항-삼중항 소멸(TTA: triplet-triplet annihilation)이 알려져 있다. TTA란, 2개의 삼중항 여기자가 근접함으로써 여기 에너지 및 스핀 각운동량의 교환 및 전달이 수행되는 것이며, 결과적으로 단일항 여기자가 생성되는 것으로 알려져 있다.
또한, TTA를 발생시키는 화합물로서 안트라센 골격을 가지는 화합물이 알려져 있다. 비특허문헌 1에서는 안트라센 골격을 가지는 화합물을 발광 소자의 호스트 재료로서 사용함으로써 청색의 발광을 나타내는 발광 소자에 있어서 높은 외부 양자 효율을 나타내는 것이 보고되어 있다. 또한, 안트라센 골격을 가지는 화합물을 사용한 발광 소자의 발광 전체에 대한 TTA에 의한 지연 형광 성분의 비율은 10% 정도인 것이 보고되어 있다.
Tsunenori Suzuki et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 53, 052102 (2014)
따라서, 형광성 화합물을 사용한 발광 소자의 발광 효율을 높이기 위해서는 TTA에 의하여 발광에 기여하지 않는 삼중항 여기자의 에너지가 발광에 기여하는 단일항 여기자의 에너지로 변환되는 것이 중요하다. 또한, 이런 에너지 변환이 효율 좋게 수행되는 발광 소자는 발광 성분 중, TTA에 기초하는 지연 형광 성분의 비율이 높아진다. 따라서, 본 발명의 일 형태에서는 발광 성분 중, TTA에 기초하는 지연 형광 성분의 비율이 높은 신규 화합물을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는, 발광 성분 중, TTA에 기초하는 지연 발광 성분의 비율이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한, 형광성 화합물을 사용한 발광 소자는 인광성 화합물을 사용한 발광 소자에 비하여 같은 휘도를 얻는 데 많은 전류가 필요하다. 따라서, 구동 전압의 저감은 소비전력을 삭감하는 데 중요하다. 여기서, 본 발명의 일 형태에서는 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또한, 발광 소자는 전류를 많이 흘리면 열화되기가 쉬워지기 때문에 장수명화도 과제 중 하나로 한다.
또한, 본 발명의 일 형태에서는 신규 화합물을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는 신규 화합물을 가지는 발광 소자를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 높으며, 소비전력이 저감된 장수명의 발광 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한, 이런 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 이들 과제를 반드시 모두 해결할 필요는 없다. 또한, 이들 이외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명확해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 이외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 안트라센 골격, 아릴렌기, 및 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 가지고, 안트라센 골격과 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기는 아릴렌기를 통하여 결합하고, 안트라센 골격의 2위 또는 3위에 아릴기를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 화합물이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 1]
Figure pat00001
다만, 일반식(G1)에 있어서, Ar1 및 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타낸다. 또한, Ar2는 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, Cz는 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 나타내고, 상기 카바졸 골격은 상기 Ar2에 직접 결합한다. R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 2]
Figure pat00002
다만, 일반식(G2)에 있어서, Ar1은 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타낸다. 또한, Ar2는 독립적으로 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, Cz는 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 나타내고, 상기 카바졸 골격은 상기 Ar2에 직접 결합한다. R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R12의 인접한 치환기 중 어느 것이 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다.
상기 각 구성에 있어서, Ar2가 치환 또는 비치환의 페닐렌기인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 3]
Figure pat00003
다만, 일반식(G3)에 있어서, Ar1은 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타낸다. 또한, Cz는 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 나타낸다. R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. R8 내지 R16은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R16의 인접한 치환기 중 어느 것이 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 4]
Figure pat00004
다만, 일반식(G4)에 있어서, Ar1은 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타낸다. 또한, R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 하이드록실기, 설판일기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 12의 아릴아미노기, 바이닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R24의 인접한 치환기 중 어느 것이 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 5]
Figure pat00005
다만, 일반식(G5)에 있어서, Ar1은 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타낸다. 또한, R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R16은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 하이드록실기, 설판일기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 12의 아릴아미노기, 바이닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R16의 인접한 치환기 중 어느 것이 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 6]
Figure pat00006
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 구조식(200)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 7]
Figure pat00007
상술한 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물은 안트라센 골격, 아릴렌기, 및 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 가지고, 안트라센 골격과 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기는 아릴렌기를 통하여 결합하고, 안트라센 골격의 2위 또는 3위에 아릴기를 가지는 구조를 가진다. 이와 같이, 안트라센 골격의 9위 또는 10위에 카바졸 골격을 포함하는 헤테로 고리기가 아릴렌기를 통하여 결합한 구조와, 안트라센 골격의 2위 또는 3위에 아릴기를 가지는 구조가 공존하는 화합물은 발광 소자의 구동 전압을 저감하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이런 효과는 상기 헤테로 고리기와 상기 아릴기가 일체가 되어 처음으로 얻을 수 있다. 또한, 이런 화합물에 의하여 TTA에 기초하는 지연 형광 성분의 비율이 높고 발광 효율이 높은 발광 소자를 얻을 수도 있다.
또한, 상기 헤테로 고리기가 아릴렌기를 통하여 결합하는 안트라센 골격의 부위는 화합물이 가지는 치환기의 종류에 따라 9위 및 10위 중 어느 한쪽이 된다. 또한, 상기 헤테로 고리기가 아릴렌기를 통하여 결합하는 안트라센 골격의 부위가 9위인 경우, 상기 아릴기가 결합하는 안트라센 골격의 부위는 3위가 되고, 상기 헤테로 고리기가 아릴렌기를 통하여 결합하는 안트라센 골격의 부위가 10위인 경우, 상기 아릴기가 결합하는 안트라센 골격의 부위는 2위가 된다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 가지고, EL층은 발광층을 가지고, 발광층은 상술한 유기 화합물 중 적어도 어느 하나를 가지는 발광 소자이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 발광 소자를 가지는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 가지는 조명 장치도 범주에 포함된다. 따라서, 본 명세서 중에서의 발광 장치란, 화상 표시 디바이스 또는 광원(조명 장치도 포함함)을 가리킨다. 또한, 발광 장치에 대하여 커넥터, 예를 들어 FPC(flexible printed circuit), 또는 TCP(tape carrier package)가 장착된 모듈, TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 모듈, 또는 발광 소자에 COG(chip on glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함되는 것으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하여 발광 성분 중, TTA에 기초하는 지연 형광 성분의 비율이 높은 신규 화합물을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는 발광 성분 중, TTA에 의한 지연 형광 성분의 비율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는 신규 화합물을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는 신규 화합물을 가지는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 높고, 소비전력이 저감된, 신규 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 발광 소자의 구조에 대하여 설명한 도면.
도 2는 발광 소자의 구조에 대하여 설명한 도면.
도 3은 발광 장치에 대하여 설명한 도면.
도 4는 발광 장치에 대하여 설명한 도면.
도 5는 전자 기기에 대하여 설명한 도면.
도 6은 전자 기기에 대하여 설명한 도면.
도 7은 자동차에 대하여 설명한 도면.
도 8은 조명 장치에 대하여 설명한 도면.
도 9는 조명 장치에 대하여 설명한 도면.
도 10은 터치 패널의 일례를 나타낸 도면.
도 11은 터치 패널의 일례를 나타낸 도면.
도 12는 터치 패널의 일례를 나타낸 도면.
도 13은 터치 센서의 블록도 및 타이밍 차트.
도 14는 터치 센서의 회로도.
도 15는 표시 장치의 블록도.
도 16은 표시 장치의 회로 구성.
도 17은 표시 장치의 단면 구조.
도 18은 발광 소자에 대하여 설명한 도면.
도 19는 구조식(100)에 나타낸 유기 화합물의 1H-NMR 차트.
도 20은 구조식(100)에 나타낸 유기 화합물의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 21은 구조식(100)에 나타낸 유기 화합물의 LC-MS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 22는 구조식(200)에 나타낸 유기 화합물의 1H-NMR 차트.
도 23은 구조식(200)에 나타낸 유기 화합물의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 24는 구조식(200)에 나타낸 유기 화합물의 LC-MS 측정 결과를 나타낸 도면.
도 25는 발광 소자의 구조에 대하여 설명한 도면.
도 26은 발광 소자 1-1, 비교 발광 소자 1-2, 및 비교 발광 소자 1-3의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 27은 발광 소자 1-1, 비교 발광 소자 1-2, 및 비교 발광 소자 1-3의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 28은 발광 소자 1-1, 비교 발광 소자 1-2, 및 비교 발광 소자 1-3의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 29는 발광 소자 1-1, 비교 발광 소자 1-2, 및 비교 발광 소자 1-3의 전압-전류 특성을 나타낸 도면.
도 30은 발광 소자 1-1, 비교 발광 소자 1-2, 및 비교 발광 소자 1-3의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 31은 발광 소자 1-1, 비교 발광 소자 1-2, 및 비교 발광 소자 1-3의 신뢰성을 나타낸 도면.
도 32는 발광 소자 2-1, 비교 발광 소자 2-2, 및 비교 발광 소자 2-3의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 33은 발광 소자 2-1, 비교 발광 소자 2-2, 및 비교 발광 소자 2-3의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 34는 발광 소자 2-1, 비교 발광 소자 2-2, 및 비교 발광 소자 2-3의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 35는 발광 소자 2-1, 비교 발광 소자 2-2, 및 비교 발광 소자 2-3의 전압-전류 특성을 나타낸 도면.
도 36은 발광 소자 2-1. 비교 발광 소자 2-2, 및 비교 발광 소자 2-3의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 37은 발광 소자 2-1, 비교 발광 소자 2-2, 및 비교 발광 소자 2-3의 신뢰성을 나타낸 도면.
도 38은 발광 소자 5, 발광 소자 6, 비교 발광 소자 7, 및 비교 발광 소자 8의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 39는 발광 소자 5, 발광 소자 6, 비교 발광 소자 7, 및 비교 발광 소자 8의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 40은 발광 소자 5, 발광 소자 6, 비교 발광 소자 7, 및 비교 발광 소자 8의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 41은 발광 소자 5, 발광 소자 6, 비교 발광 소자 7, 및 비교 발광 소자 8의 전압-전류 특성을 나타낸 도면.
도 42는 발광 소자 5 및 발광 소자 6의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 43은 발광 소자 5, 발광 소자 6, 비교 발광 소자 7, 및 비교 발광 소자 8의 신뢰성을 나타낸 도면.
도 44는 발광 소자 9, 발광 소자 10, 비교 발광 소자 11, 및 비교 발광 소자 12의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 45는 발광 소자 9, 발광 소자 10, 비교 발광 소자 11, 및 비교 발광 소자 12의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 46은 발광 소자 9, 발광 소자 10, 비교 발광 소자 11, 및 비교 발광 소자 12의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 47은 발광 소자 9, 발광 소자 10, 비교 발광 소자 11, 및 비교 발광 소자 12의 전압-전류 특성을 나타낸 도면.
도 48은 발광 소자 9 및 발광 소자 10의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 49는 발광 소자 9, 발광 소자 10, 비교 발광 소자 11, 및 비교 발광 소자 12의 신뢰성을 나타낸 도면.
도 50은 발광 소자 13 및 발광 소자 14의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 51은 발광 소자 13 및 발광 소자 14의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 52는 발광 소자 13 및 발광 소자 14의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 53은 발광 소자 13 및 발광 소자 14의 전압-전류 특성을 나타낸 도면.
도 54는 발광 소자 13 및 발광 소자 14의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 55는 발광 소자 13 및 발광 소자 14의 감쇠 곡선을 나타낸 도면.
도 56은 구조식(103)에 나타낸 유기 화합물의 1H-NMR 차트.
도 57은 구조식(103)에 나타낸 유기 화합물의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 58은 구조식(102)에 나타낸 유기 화합물의 1H-NMR 차트.
도 59는 구조식(102)에 나타낸 유기 화합물의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 60은 구조식(104)에 나타낸 유기 화합물의 1H-NMR 차트.
도 61은 구조식(104)에 나타낸 유기 화합물의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 62는 발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 63은 발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 64는 발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 65는 발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17의 전압-전류 특성을 나타낸 도면.
도 66은 발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 67은 발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17의 신뢰성을 나타낸 도면.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 일탈하지 않고 그 형태 및 상세를 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타낸 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한, '막'이라는 용어와 '층'이라는 용어는 경우 또는 상황에 따라 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어, '도전층'이라는 용어를 '도전막'이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다. 또는 예를 들어, '절연막'이라는 용어를 '절연층'이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서 나타낸 유기 화합물은 안트라센 골격, 아릴렌기, 및 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 가지고, 안트라센 골격 및 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기는 아릴렌기를 통하여 결합하고, 안트라센 골격의 2위 또는 3위에 아릴기를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 화합물이다.
본 실시형태에서 나타낸 유기 화합물은 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 8]
Figure pat00008
또한, 일반식(G1)에 있어서, Ar1 및 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타낸다. 또한, Ar2는 독립적으로 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, Cz는 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 나타내고, 상기 카바졸 골격은 상기 Ar2에 직접 결합한다. R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 가리킨다.
또한, 본 실시형태에서 나타낸 유기 화합물은 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 9]
Figure pat00009
또한, 일반식(G2)에 있어서, Ar1은 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타낸다. 또한, Ar2는 독립적으로 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, Cz는 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 나타내고, 상기 카바졸 골격은 상기 Ar2에 직접 결합한다. R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R12의 인접한 치환기 중 어느 것이 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에서 나타낸 유기 화합물은 하기 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 10]
Figure pat00010
또한, 일반식(G3)에 있어서, Ar1은 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타낸다. 또한, Cz는 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 나타낸다. R1 내지 R7는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. R8 내지 R16은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R16의 인접한 치환기 중 어느 것이 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에서 나타낸 유기 화합물은 하기 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 11]
Figure pat00011
또한, 일반식(G4)에 있어서, Ar1은 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타낸다. 또한, R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 하이드록실기, 설판일기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 12의 아릴아미노기, 바이닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R24의 인접한 치환기 중 어느 것이 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에서 나타낸 유기 화합물은 하기 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 12]
Figure pat00012
또한, 일반식(G5)에 있어서, Ar1은 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타낸다. 또한, R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R16은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 하이드록실기, 설판일기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 12의 아릴아미노기, 바이닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R8 내지 R16의 인접한 치환기 중 어느 것이 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다.
또한, 상기 일반식(G1) 내지 (G5) 중 어느 하나에 있어서, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴렌기, 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기, 치환 또는 비치환의 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13 또는 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나가 치환기를 가지는 경우, 상기 치환기로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, sec-뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 헥실기와 같은 탄소수 1 내지 6의 알킬기나 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 사이클로헵틸기, 1-노보닐기, 2-노보닐기와 같은 탄소수 5 내지 7의 사이클로알킬기, 페닐기, 바이페닐기와 같은 탄소수 6 내지 12의 아릴기를 들 수 있다.
또한, 상기 일반식(G1) 내지 (G5) 중 어느 하나에 있어서, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 가지는 경우의 구체적인 예로서는 페닐기, 나프틸기(1-나프틸기, 2-나프틸기), 톨릴기(o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기), 바이페닐기(바이페닐-2-일기, 바이페닐-3-일기, 바이페닐-4-일기), 자일릴기, 펜타레닐기, 인덴일기, 플루오렌일기, 안트라닐기, 터페닐기, 페난트릴기, 쿼터페닐기, 스파이로플루오렌일기, 페닐안트라닐기, 다이페닐안트라닐기 등을 들 수 있다.
또한, 상기 일반식(G1) 내지 (G5) 중 어느 하나에 있어서, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴렌기를 가지는 경우의 구체적인 예로서는 페닐렌기, 톨루엔다이일기, 나프틸렌기, 바이페닐다이일기, 자일렌다이일기, 펜타렌다이일기, 인덴다이일기, 플루오렌다이일기, 안트라센다이일기 등을 들 수 있다.
또한, 상기 일반식(G1) 내지 (G5) 중 어느 하나에 있어서, 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 가지는 경우의 구체적인 예로서는, 카바졸일기, 페닐카바졸일기(1-페닐카바졸일기, 2-페닐카바졸일기, 3-페닐카바졸일기, 4-페닐카바졸일기), 다이페닐카바졸일기(1,8-다이페닐카바졸일기, 2,7-다이페닐카바졸일기, 3,6-다이페닐카바졸일기, 4,5-다이페닐카바졸일기), 벤조카바졸일기([a]벤조카바졸일기, [b]벤조카바졸일기, [c]벤조카바졸일기, [d]벤조카바졸일기), 다이벤조카바졸일기([a, c]다이벤조카바졸일기, [a, g]다이벤조카바졸일기, [a, h]다이벤조카바졸일기, [a, i]다이벤조카바졸일기, [b, g]다이벤조카바졸일기, [b, h]다이벤조카바졸일기, [b, i]벤조카바졸일기), 트라이벤조카바졸기 등을 들 수 있다.
또한, 상기 일반식(G1) 내지 (G5) 중 어느 하나에 있어서, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 가지는 경우의 구체적인 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, sec-뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 아이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 아이소헥실기, sec-헥실기, tert-헥실기, 네오헥실기, 3-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 2-에틸뷰틸기, 1,2-다이메틸뷰틸기, 2,3-다이메틸뷰틸기, 트라이플루오로메틸기 등을 들 수 있다.
또한, 상기 일반식(G1) 내지 (G5) 중 어느 하나에 있어서, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13 또는 6 내지 14의 아릴기를 가지는 경우의 구체적인 예로서는, 페닐기, 톨릴기(o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기), 나프틸기(1-나프틸기, 2-나프틸기), 바이페닐기(바이페닐-2-일기, 바이페닐-3-일기, 바이페닐-4-일기), 자일릴기, 펜타레닐기, 인덴일기, 플루오렌일기, 페난트릴기 등을 들 수 있다. 또한, 상술한 치환기끼리가 결합하여 고리를 형성하여도 좋고, 이런 예로서는 예를 들어, 플루오렌일기의 9위의 탄소가 치환기로서 페닐기를 2개 가지고, 이 페닐기끼리가 결합함으로써 스파이로플루오렌 골격이 형성되는 경우 등을 들 수 있다.
또한, 상기 일반식(G1) 내지 (G5) 중 어느 하나에 있어서, 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기를 가지는 경우의 구체적인 예로서는, 이미다졸일기, 피라졸일기, 피리딜기, 피리다진일기, 피리미딜기, 인돌일기, 트라이아진일기, 벤조이미디졸일기, 퀴노릴기 등을 들 수 있다.
상기 일반식(G1) 내지 (G5) 중 어느 하나에 나타낸 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물은 안트라센 골격, 아릴렌기, 및 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 가지고, 안트라센 골격과 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기는 아릴렌기를 통하여 결합하고, 안트라센 골격의 2위 또는 3위에 아릴기를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 화합물이다. 이와 같이, 안트라센 골격의 9위 또는 10위에 카바졸 골격을 포함하는 헤테로 고리기가 아릴렌기를 통하여 결합한 구조와, 안트라센 골격의 2위 또는 3위에 아릴기를 가지는 구조가 공존하는 화합물은 발광 소자의 구동 전압을 저감하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 효과는 상기 헤테로 고리기와 상기 아릴기가 일체가 되어 처음으로 얻을 수 있다. 또한, 이와 같은 화합물에 의하여 TTA에 기초하는 지연 형광 성분의 비율이 높고, 발광 효율이 높은 발광 소자를 얻을 수도 있다.
종래까지는, 안트라센 골격의 9위 또는 10위에 카바졸 골격을 포함하는 헤테로 고리기가 아릴렌기를 통하여 결합한 구조를 가지고, 안트라센 골격의 2위 및 3위 중 적어도 하나는 아릴기를 가지지 않는 화합물로서, 예를 들어 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭; CzPA)이 알려져 있었다. CzPA는 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth)에 대하여 카바졸을 도입함으로써 막질이 안정됨과 동시에 캐리어가 들어가기 쉬워진다. 실제로, DPAnth의 HOMO가 -5.84eV, LUMO가 -2.70eV인 반면, CzPA의 HOMO는 -5.79eV, LUMO는 -2.73eV이며, 정공 및 전자 중 어느 것도 DPAnth보다 CzPA가 좀더 들어가기 쉬운 구조가 되어 있다. 따라서, CzPA를 호스트로서 사용한 발광 소자는 비교적 저전압으로 구동할 수 있다. 다만, 수명이 아직 충분하지 않다는 문제가 있다.
한편, 안트라센 골격의 2위 또는 3위에 아릴기를 가지지만, 카바졸 골격을 포함하는 헤테로 고리기를 가지지 않는 화합물로서, 예를 들어, 2,9,10-트라이페닐안트라센(약칭: 2PPA)이 알려져 있다. 2PPA의 HOMO는 -5.81eV, LUMO는 -2.77eV이며, CzPA보다 정공이 약간 들어가기 어렵지만, 전자는 오히려 들어가기 쉽다. HOMO-LUMO 사이의 에너지 갭은 동등하기 때문에 2PPA를 호스트로서 사용한 발광 소자는 CzPA와 동등한 전압으로 동작된다고 예상되지만, 실제의 동작 전압은 CzPA보다 훨씬 높아진다. 전류-전압 특성의 결과로부터, HOMO-LUMO 준위의 문제가 아니라 모폴로지(morphology) 등의 영향으로 캐리어(특히 정공)가 들어가기 어려워지는 것이 시사되고 있다. 또한, 2PPA를 사용한 발광 소자의 수명도 매우 나쁘다. 즉, 모폴로지 등의 문제에 의한 캐리어 주입성의 악화나 수명의 짧음에서, 안트라센 골격의 2위 또는 3위에 아릴기를 도입하는 이점은 없어 보이기도 한다.
그러나 놀랍게도, 안트라센 골격의 9위 또는 10위에 카바졸 골격을 포함하는 헤테로 고리기가 아릴렌기를 통하여 결합한 구조와, 안트라센 골격의 2위 또는 3위에 아릴기를 가지는 구조가 공존함으로써 구동 전압이 저감될 뿐만 아니라 종래보다 훨씬 장수명화되는 것이 본 발명자들에 의하여 발견되었다. 예를 들어, CzPA의 안트라센 골격의 3위에 페닐기를 도입한 9-[4-(3,10-다이페닐안트라센-9-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: 2Ph-CzPA)은 CzPA보다 낮은 전압으로 동작할 수 있다. 2Ph-CzPA의 HOMO는 -5.77eV, LUMO는 -2.80eV이며, HOMO-LUMO 갭이 조금 작아진 것이 저전압화의 요인 중 하나이다. 이것은 안트라센 골격의 9위 또는 10위에 카바졸 골격을 포함하는 헤테로 고리기가 아릴렌기를 통하여 결합한 구조와, 안트라센 골격의 2위 또는 3위에 아릴기를 가지는 구조 양쪽이 공존하여 처음으로 얻어지는 물성이다. 물론, 모폴로지의 문제는 존재하지 않는다. 그리고 주목해야 할 점은, 2Ph-CzPA가 CzPA나 2PPA보다 훨씬 장수명화되는 점이다. 즉, 안트라센 골격의 9위 또는 10위에 카바졸 골격을 포함하는 헤테로 고리기가 아릴렌기를 통하여 결합한 구조와 안트라센 골격의 2위 또는 3위에 아릴기를 가지는 구조와는, 장수명화의 관점에서 떼려야 뗄 수 없는 구성이다.
또한, 2Ph-CzPA는 CzPA와 동등한 높은 발광 효율을 얻을 수 있다. 높은 발광 효율은 TTA에 기초하는 지연 형광 성분의 비율이 높은 것에서 유래한다. 즉, 안트라센 골격의 2위 또는 3위에 도입한 아릴기는 본 발명의 일 형태의 화합물에서는 적어도 TTA를 방해하지 않는다. 오히려, 상기 아릴기는 T1로부터 Tn으로의 전이(轉移) 확률의 상승에 기여하기 때문에, TTA에는 유리해질 가능성이 있다(실시예에서 후술함).
또한, 상기 효과는 카바졸 골격이 축합 고리를 가지는 경우 등에도 같은 효과를 보였다. 따라서, 상기 효과를 얻기 위해서는 카바졸 골격이 존재하는 것이 중요하며, 반드시 카바졸 단일 고리일 필요는 없다.
또한, 후술한 HOMO 및 LUMO의 측정값은 사이클릭 볼타메트리 측정에 의하여 산출한 것이다.
다음에, 상술한 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물의 구체적인 구조식을 하기에 나타낸다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
[화학식 13]
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[화학식 14]
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[화학식 15]
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[화학식 16]
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[화학식 17]
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[화학식 18]
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[화학식 19]
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[화학식 20]
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[화학식 21]
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[화학식 22]
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[화학식 23]
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[화학식 24]
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[화학식 25]
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[화학식 26]
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[화학식 27]
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[화학식 28]
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[화학식 29]
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[화학식 30]
Figure pat00030
다음에, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물의 합성 방법의 일례를 설명한다.
여기서는, 본 발명의 일 형태이며, 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 다이벤조 유기 화합물의 합성 방법의 일례를 설명한다.
[화학식 31]
Figure pat00031
하기 합성 스킴(A)에 나타낸 바와 같이, 안트라센 유도체의 할로젠화물(a1)과, 카바졸 골격을 포함하는 헤테로 고리 화합물(a2)을 염기 존재 하에서 금속 촉매, 금속, 또는 금속 화합물에 의하여 커플링시킴으로써 본 발명의 일 형태이며, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물을 얻을 수 있다.
[화학식 32]
Figure pat00032
상기 합성 스킴(A)에 있어서, Ar1 및 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타낸다. 또한, Ar2는 독립적으로 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴렌기를 나타낸다. 또한, Cz는 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리를 나타내고, 상기 카바졸 골격은 상기 Ar2에 직접 결합한다. R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.
합성 스킴(A)에 있어서, 버크월드 하트위그(Buchwald-Hartwig) 반응시키는 경우, X는 할로젠 또는 트라이플레이트기를 나타낸다. 할로젠으로서는 아이오딘, 브로민, 또는 염소가 바람직하다. 상기 반응에서는 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0), 아릴염화 팔라듐(II) 등의 팔라듐 착체 또는 화합물과, 그것에 배위하는 트라이(tert-뷰틸)포스핀이나, 다이-tert-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀이나, 트라이사이클로헥실포스핀 등의 배위자를 사용하는 팔라듐 촉매를 이용한다. 염기로서는, 소듐 tert-뷰톡사이드 등의 유기 염기나, 탄산포타슘 등의 무기 염기 등을 들 수 있다. 또한, 용매를 사용하는 경우, 톨루엔, 자일렌, 1,3,5-트라이메틸벤젠(메시틸렌), 벤젠, 테트라하이드로퓨란 등을 사용할 수 있다.
또한, 합성 스킴(A)에 있어서, 울만 반응시키는 경우, X는 할로젠을 나타낸다. 할로젠으로서는, 아이오딘, 브로민, 및 염소가 바람직하다. 촉매로서는 구리 또는 구리 화합물을 사용한다. 구리 화합물을 촉매로서 사용하는 경우에는, 합성 스킴(A) 중에서의 R8 및 R9는 각각 할로젠이나 아세틸기 등을 나타내고, 할로젠으로서는 염소, 브로민, 아이오딘을 들 수 있다. 또한, R8이 아이오딘인 아이오딘화구리(I), 또는 R9가 아세틸기인 아세트산 구리(II)를 사용하는 것이 바람직하다. 사용하는 염기로서는, 탄산포타슘 등의 무기 염기를 들 수 있다. 또한, 용매로서 1,3-다이메틸-3,4,5,6-테트라하이드로-2(1H)-피리미디논(DMPU), 톨루엔, 자일렌, 1,3,5-트라이메틸벤젠(메시틸렌), 벤젠 등을 사용한다. 다만, 상기 용매는 이들에 한정되는 것은 아니다. 울만 반응에서는, 반응 온도가 100℃ 이상인 것이 보다 단시간에 고수율로 목적물이 얻어지기 때문에, 비점이 높은 DMPU, 1,3,5-트라이메틸벤젠을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 반응 온도는 150℃ 이상의 높은 온도가 더 바람직하기 때문에 더 바람직하게는 DMPU를 이용하는 것으로 한다.
이상과 같이 하여, 일반식(G1)의 유기 화합물을 합성할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 유기 화합물은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
본 실시형태에 나타낸 발광 소자는 도 1의 (A)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(양극)(101)과 제 2 전극(음극)(103)) 사이에 발광층(113)을 포함하는 EL층(102)이 끼워진 구조를 가진다. 또한, 발광층(113)에는 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122)가 포함된다. 또한, EL층(102)은 도 1의 (B)에 도시된 바와 같이 발광층(113) 외에 정공 수송층(112), 정공(또는 홀) 주입층(111), 전자 수송층(114), 및 전자 주입층(115) 등을 포함하여 형성된다.
이와 같은 발광 소자에 대하여 전압을 인가함으로써 제 1 전극(101) 측에서 주입된 정공과 제 2 전극(103) 측에서 주입된 전자가 발광층(113)에서 재결합하여 여기자를 형성한다. 그리고, TTA에 의한 삼중항 여기자로부터 단일항 여기자로의 변환이나 여기자로부터의 에너지 이동을 거쳐, 발광층(113) 중에 포함되는 게스트 재료(122)가 발광한다.
또한, EL층(102)에서의 정공 주입층(111)은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 층이며, 억셉터성 물질에 의하여 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 추출됨으로써 정공(홀)이 발생한다. 따라서, 정공 주입층(111)으로부터 정공 수송층(112)을 통하여 발광층(113)으로 정공이 주입된다.
또한, 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 층은 층 내에 있어서, 억셉터성 물질에 의하여 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 추출되기 때문에, 추출된 전자가 발생하는 층이라고 볼 수 있다. 즉, 음극 측에 제공함으로써 전자 수송층(114)을 통하여 발광층(113)으로 전자를 주입할 수 있다. 이와 같이, 정공이나 전자 등의 전하를 발생시킬 수 있는 기능을 가지는 소위 전하 발생층은, 발광 소자의 기능층으로서 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 내에 적절히 제공할 수 있다.
이하에, 본 실시형태에 나타낸 발광 소자를 제작하는 경우의 구체적인 예를 설명한다.
제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(103)에는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 인듐-산화 주석(Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연(Indium Zinc Oxide), 산화 텅스텐, 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 타이타늄(Ti), 이것들 이외에, 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토금속, 마그네슘(Mg), 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 포함하는 합금, 이것들 이외에 그래핀 등을 사용할 수 있다. 또한, 제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(103)은 예를 들어, 스퍼터링법이나 증착법(진공 증착법을 포함함) 등에 의하여 형성할 수 있다.
정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112)(상술한 전하 발생층도 포함함)에 사용하는 정공 수송성이 높은 재료로서는, 예를 들어 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 4-페닐다이페닐-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)아민(약칭: PCA1BP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-(4-페닐)페닐아닐린(약칭: YGA1BP), 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)-벤젠(약칭: DBT3P-II), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: mDBTPTp-II), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',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-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 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), 및 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1) 등을 들 수 있다. 이것들 이외에, 4,4'-다이(N-카바졸일)바이페닐(약칭: CBP) 및 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸일)페닐]벤젠(약칭: TCPB) 등의 카바졸 화합물, 아민 화합물, 다이벤조싸이오펜 화합물, 다이벤조퓨란 화합물, 플루오렌 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 및 페난트렌 화합물 등을 들 수 있다. 여기에 설명한 물질은, 주로 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 정공 수송층에는 이들의 재료 중, 정공 수송층(112) 및 발광층(113)에서의 호스트 재료 및 게스트 재료 사이에, 상술한 T1 준위의 에너지에 대한 관계가 만족되는 조합이 되도록 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐) 메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 정공 주입층(111)(상술한 전하 발생층도 포함함)에 사용하는 억셉터성 물질로서는, 전이 금속 산화물이나 원소 주기율표에서의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는 산화 몰리브데넘이 특히 바람직하다.
발광층(113)은 호스트 재료(121)와 게스트 재료(122)를 포함하고, 호스트 재료(121)의 T1 준위는 게스트 재료(122)의 T1 준위보다 낮은 관계인 것이 바람직하다.
호스트 재료(121)로서는 실시형태 1에서 나타낸 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 그러나, 호스트 재료(121)로서 사용할 수 있는 바람직한 예로서는, 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 및 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 6-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 2mBnfPPA), 9-페닐-10-{4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)바이페닐-4'-일}안트라센(약칭: FLPPA) 등의 안트라센 화합물을 들 수 있다. 안트라센 화합물은 S1 준위가 높고 T1 준위가 낮기 때문에 바람직하다.
또한, 게스트 재료의 바람직한 예로서는, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(다이벤조퓨란-2-일)-N,N'-다이페닐피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FrAPrn), N,N'-비스(다이벤조싸이오펜-2-일)-N,N'-다이페닐피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6ThAPrn) 등의 피렌 화합물, 안트라센 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 플루오렌 화합물, 카바졸 화합물, 다이벤조싸이오펜 화합물, 다이벤조퓨란 화합물, 다이벤조퀴녹살린 화합물, 퀴녹살린 화합물, 피리딘 화합물, 피리미딘 화합물, 페난트렌 화합물, 및 나프탈렌 화합물 등을 들 수 있다. 특히, 피렌 화합물은 발광 양자 수율이 높으므로 바람직하다.
전자 수송층(114)은, 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송층(114)에는 트리스(8-퀴놀리레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), BAlq, Zn(BOX)2, 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조싸이아졸레이토]아연(II)(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한, 2-(4-바이페닐일)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4'-tert-뷰틸페닐)-4-페닐-5-(4''-바이페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-뷰틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐일)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 헤테로 방향족 화합물도 사용할 수 있다. 또한, 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 여기에 설명한 물질은, 주로 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질이다. 또한, 정공보다 전자 수송성이 높은 물질이면, 상기 이외의 물질을 전자 수송층(114)으로 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수송층(114)은 단층으로 제한되지 않고, 상기 물질로 이루어지는 층이 2층 이상 적층된 것으로 하여도 좋다.
전자 주입층(115)은, 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입층(115)에는 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 마그네슘(Mg), 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 플루오린화 에르븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 전술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질을 사용할 수도 있다.
또한, 전자 주입층(115)에, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어진 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는, 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는 발생한 전자의 수송이 우수한 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질(금속 착체나 헤테로 방향족 화합물 등) 등을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이면 된다. 예를 들어 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 및 희토류 금속 등이 바람직하다. 구체적으로는 리튬, 세슘, 칼슘, 에르븀, 및 이터븀 외에, 마그네슘 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 산화 마그네슘과 같은 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한, 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)(상술한 전하 발생층도 포함함)은 각각, 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
또한, 상술한 발광 소자에 있어서, 발광층(113)에서 얻어진 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 한쪽 또는 양쪽을 통하여 외부로 추출된다. 따라서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두가 투광성을 가지는 전극이다.
이상과 같이 설명한 발광 소자는 발광층(113)으로부터의 형광 발광을 이용한 형광 발광 소자이다. 또한, 이와 같은 형광 발광 소자에 있어서, 삼중항-삼중항 소멸(TTA)에 의하여, 보통은 발광에 기여하지 않는 삼중항 여기자로부터 생성된 단일항 여기자를 발광에 이용할 수 있는 경우에는, 보통의 형광 발광 소자와 비교하여 고효율의 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 상기 발광 소자를 가진 발광 장치의 구성으로서는, 패시브 매트릭스형의 발광 장치나 액티브 매트릭스형의 발광 장치 외에도, 상술한 것과는 다른 구조를 가지는 발광 소자를 가진 마이크로 캐비티 구조의 발광 장치 등을 제작할 수 있고, 이들은 모두 본 발명에 포함되는 것으로 한다.
또한, 액티브 매트릭스형 발광 장치의 경우, TFT의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 스태거형(staggered)이나 역 스태거형(inverted staggered)의 TFT를 적절히 사용할 수 있다. 또한, TFT 기판에 형성되는 구동용 회로에 대해서도, N형 및 P형의 TFT로 이루어져도 좋고, N형의 TFT 및 P형의 TFT 중 어느 하나만으로 이루어져도 좋다. 또한, TFT에 사용되는 반도체막의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막을 사용할 수 있다. 또한, 반도체 재료로서는 14족(실리콘, 저마늄 등) 반도체, 화합물 반도체(산화물 반도체를 포함함) 외에, 유기 반도체 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있는 것으로 한다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 것이며 EL층을 복수로 가지는 구조의 발광 소자(이하에서, 탠덤형 발광 소자라고 함)에 대하여 설명한다.
본 실시형태에 나타내는 발광 소자는 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(201) 및 제 2 전극(204)) 사이에 전하 발생층(205)을 개재(介在)하여 복수의 EL층(제 1 EL층(202(1)), 제 2 EL층(202(2)))을 가지는 탠덤형 발광 소자이다.
본 실시형태에서, 제 1 전극(201)은 양극으로서 기능하는 전극이고, 제 2 전극(204)은 음극으로서 기능하는 전극이다. 또한, 제 1 전극(201) 및 제 2 전극(204)의 구성은 실시형태 2와 같은 구성으로 할 수 있다. 또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(202(1)) 및 제 2 EL층(202(2)))의 구성은 모두 실시형태 2에 나타낸 EL층과 같은 구성으로 하여도 좋지만, 어느 한쪽만 같은 구성으로 하여도 좋다. 즉, 제 1 EL층(202(1)) 및 제 2 EL층(202(2)))은 같은 구성이든 다른 구성이든 좋고, 같은 구성인 경우는 실시형태 2에 나타낸 구성을 적용할 수 있다.
또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(202(1)), 제 2 EL층(202(2))) 사이에 제공되는 전하 발생층(205)은 제 1 전극(201)과 제 2 전극(204)에 전압을 인가할 때, 한쪽의 EL층에 전자를 주입하고, 다른 쪽의 EL층에 정공을 주입하는 기능을 가진다. 본 실시형태의 경우에는, 제 1 전극(201)에 제 2 전극(204)보다 전위가 높아지도록 전압을 인가하면, 전하 발생층(205)으로부터 제 1 EL층(202(1))에 전자가 주입되고, 제 2 EL층(202(2))에 정공이 주입된다.
또한, 전하 발생층(205)은 광의 추출 효율의 관점에서 가시광에 대한 투광성을 가지는(구체적으로는, 전하 발생층(205)의 가시광 투과율이 40% 이상) 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(205)은 도전율이 제 1 전극(201)이나 제 2 전극(204)보다 낮아도 기능한다.
전하 발생층(205)은 정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성이어도, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성이어도 좋다. 또한, 이들 구성이 둘 다 적층되어도 좋다.
정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체가 첨가된 구성으로 하는 경우에, 정공 수송성이 높은 유기 화합물로서는 실시형태 2에서 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112)에 사용하는 정공 수송성이 높은 물질로서 나타낸 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, NPB나 TPD, TDATA, MTDATA, BSPB 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기에 설명한 물질은, 주로 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질이다. 다만, 전자보다도 정공의 수송성이 높은 유기 화합물이면, 상기 이외의 물질을 사용하여도 상관없다.
또한, 전자 수용체로서는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한 원소 주기율표에서의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그 중에서도 특히 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고, 흡습성이 낮으며 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
한편, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체가 첨가된 구성으로 하는 경우에, 전자 수송성이 높은 유기 화합물로서는 실시형태 2에서 전자 수송층(114)에 사용하는 전자 수송성이 높은 물질로서 나타낸 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, Alq, Almq3, BeBq2, BAlq 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 이 이외에, Zn(BOX)2, Zn(BTZ)2 등의 옥사졸계, 싸이아졸계 배위자를 가지는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에도, PBD나 OXD-7, TAZ, BPhen, BCP 등도 사용할 수 있다. 여기에 설명한 물질은, 주로 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질이다. 또한, 정공보다도 전자의 수송성이 높은 유기 화합물이면, 상기 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 공여체로서는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 또는 희토류 금속 또는 원소 주기율표의 2족, 13족에 속하는 금속 및 그 산화물, 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이터븀(Yb), 인듐(In), 산화 리튬, 탄산세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 테트라싸이아나프타센과 같은 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
또한, 상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(205)을 형성함으로써, EL층이 적층된 경우의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다. 또한, 전하 발생층(205)의 형성 방법으로서는, 증착법(진공 증착법을 포함함), 인쇄법(예를 들어, 철판 인쇄법, 요판 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 평판 인쇄법, 공판 인쇄법 등), 잉크젯법, 도포법 등의 방법을 단독으로 또는 조합하여 형성할 수 있다.
본 실시형태에서는 EL층을 2층 가지는 발광 소자에 대하여 설명하였으나, 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 n층(다만, n은 3 이상)의 EL층(202(1) 내지 202(n))을 적층한 발광 소자에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 가지는 경우, EL층과 EL층 사이에 각각 전하 발생층(205(1) 내지 205(n-1))을 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채 고휘도 영역에서 발광할 수 있다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있기 때문에 장수명의 소자를 실현할 수 있다.
또한, 각각의 EL층의 발광색을 상이한 것으로 함으로써, 발광 소자 전체로서 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 EL층을 가지는 발광 소자에 있어서, 제 1 EL층의 발광색과 제 2 EL층의 발광색을 보색의 관계가 되도록 함으로써, 발광 소자 전체로서 백색 발광하는 발광 소자를 얻을 수도 있다. 또한, 보색이란, 혼합하면 무채색이 되는 색끼리의 관계를 말한다. 즉, 보색의 관계에 있는 색의 광을 서로 혼합하면 백색 발광을 얻을 수 있다. 구체적인 예로서는 제 1 EL층으로부터 청색 발광이 얻어지고, 제 2 EL층으로부터 황색 또는 주황색 발광이 얻어지는 조합을 들 수 있다. 이 경우, 청색 발광과 황색 발광(또는 주황색 발광)이 모두 형광 발광 또는 인광 발광인 필요는 없고, 청색 발광은 형광 발광이고, 황색 발광(또는 주황색 발광)이 인광 발광인 조합이나 그 반대의 조합으로 하여도 좋다.
또한, 3개의 EL층을 가지는 발광 소자의 경우에도 마찬가지이며, 예를 들어, 제 1 EL층의 발광색이 적색이고, 제 2 EL층의 발광색이 녹색이며, 제 3 EL층의 발광색이 청색인 경우, 발광 소자 전체로서는, 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치에 대하여 설명한다.
또한, 상기 발광 장치는 패시브 매트릭스형이든 액티브 매트릭스형이든 좋다. 또한, 본 실시형태에 나타낸 발광 장치에는 다른 실시형태에서 설명한 발광 소자를 적용할 수 있다.
본 실시형태에서는 우선 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다.
또한, 도 3의 (A)는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 3의 (B)는 도 3의 (A)에 도시된 쇄선 A-A'를 따라 자른 단면도이다. 본 실시형태에 따른 발광 장치는, 소자 기판(301) 위에 제공된 화소부(302)와 구동 회로부(소스선 구동 회로)(303)와 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(304a, 304b)를 가진다. 화소부(302), 구동 회로부(303), 및 구동 회로부(304a, 304b)는 밀봉재(305)에 의하여, 소자 기판(301)과 밀봉 기판(306) 사이에 밀봉되어 있다.
또한, 소자 기판(301) 위에는, 구동 회로부(303), 및 구동 회로부(304a, 304b)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(307)이 제공된다. 여기서는, 외부 입력 단자로서 FPC(플렉시블 프린트 서킷)(308)를 제공하는 예를 도시하였다. 또한, 여기서는 FPC밖에 도시되지 않았지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서의 발광 장치에는, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 거기에 FPC 또는 PWB가 장착된 상태도 포함되는 것으로 한다.
다음에 단면 구조에 대하여 도 3의 (B)를 사용하여 설명한다. 소자 기판(301) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 소스선 구동 회로인 구동 회로부(303)와 화소부(302)가 도시되어 있었다.
구동 회로부(303)는 FET(309)와 FET(310)를 조합한 구성에 대하여 예시하였다. 또한, 구동 회로부(303)는 단극성(n채널형 및 p채널형 중 어느 한쪽만)의 트랜지스터를 포함하는 회로로 형성되어도 좋고, n채널형 트랜지스터와 p채널형 트랜지스터를 포함하는 CMOS 회로로 형성되어도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내었지만, 반드시 그럴 필요는 없으며, 기판 위가 아니라 외부에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(302)는 스위칭용 FET(미도시)와, 전류 제어용 FET(312)를 가지고, 전류 제어용 FET(312)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)은 발광 소자(317a) 및 발광 소자(317b)의 제 1 전극(양극)(313a, 313b)과 전기적으로 접속된다. 또한, 본 실시형태에서는, 화소부(302)에 2개의 FET(스위칭용 FET, 전류 제어용 FET(312))를 사용하여 구성하는 예에 대하여 나타내었지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 3개 이상의 FET와, 용량 소자를 조합하는 구성으로 하여도 좋다.
FET(309, 310, 312)로서는, 예를 들어 스태거형나 역 스태거형 트랜지스터를 적용할 수 있다. FET(309, 310, 312)에 사용할 수 있는 반도체 재료로서는 예를 들어 13족 반도체, 14족(실리콘 등) 반도체, 화합물 반도체, 산화물 반도체, 유기 반도체를 사용할 수 있다. 또한, 이 반도체 재료의 결정성은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 비정질 반도체 또는 결정성 반도체를 사용할 수 있다. 특히, FET(309, 310, 312)로서는 산화물 반도체를 사용하면 바람직하다. 또한, 산화물 반도체로서는 예를 들어, In-Ga 산화물, In-M-Zn 산화물(M은 Al, Ga, Y, Zr, La, Ce, Hf, 또는 Nd) 등을 들 수 있다. FET(309, 310, 312)로서, 예를 들어 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더욱 바람직하게는 3eV 이상의 산화물 반도체를 사용함으로써 트랜지스터의 오프 전류를 저감시킬 수 있다.
또한 제 1 전극(313a, 313b)에는, 광학 조정을 위한 도전막(320a, 320b)을 적층한 구조를 포함한다. 예를 들어, 도 3의 (B)에 도시된 바와 같이 발광 소자(317a)와 발광 소자(317b)에서 추출되는 광의 파장이 상이한 경우에는, 도전막(320a)과 도전막(320b)의 막 두께는 다르다. 또한, 제 1 전극(313a, 313b)의 단부를 덮도록 절연물(314)이 형성된다. 여기서는, 절연물(314)로서 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용하여 형성한다. 또한, 본 실시형태에서는, 제 1 전극(313a, 313b)을 양극으로서 사용한다.
또한, 절연물(314)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 면을 형성하는 것이 바람직하다. 절연물(314)의 형상을 상술한 바와 같이 형성함으로써, 절연물(314)의 상층에 형성되는 막의 피복성을 양호하게 할 수 있다. 예를 들어, 절연물(314)의 재료로서 네거티브형 감광성 수지 및 포지티브형 감광성 수지 중 어느 것을 사용할 수 있고, 유기 화합물에 한정되지 않고, 무기 화합물, 예를 들어 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화 실리콘 등을 사용할 수 있다.
제 1 전극(313a, 313b) 위에는, EL층(315) 및 제 2 전극(316)이 적층 형성된다. EL층(315)에는 적어도 발광층이 제공되고, 제 1 전극(313a, 313b), EL층(315) 및 제 2 전극(316)으로 이루어지는 발광 소자(317a, 317b)는 EL층(315)의 단부가 제 2 전극(316)으로 덮인 구조를 가진다. 또한, EL층(315)의 구성에 대해서는 실시형태 2나 실시형태 3에서 나타낸 단층 구조 또는 적층 구조와 같아도 좋고, 상이하여도 좋다. 또한, 발광 소자마다 상이하여도 좋다.
또한, 제 1 전극(313a, 313b), EL층(315), 및 제 2 전극(316)에 사용되는 재료로서는 실시형태 2에 기재된 재료를 사용할 수 있다. 또한, 발광 소자(317a, 317b)의 제 1 전극(313a, 313b)은 영역(321)에 있어서, 리드 배선(307)과 전기적으로 접속되고 FPC(308)를 통하여 외부 신호가 입력된다. 또한, 발광 소자(317a, 317b)의 제 2 전극(316)은 영역(322)에서, 리드 배선(323)과 전기적으로 접속되고, 여기서는 도시하지 않았지만, FPC(308)를 통하여 외부 신호가 입력된다.
또한, 도 3의 (B)에 도시된 단면도에서는 발광 소자(317a, 317b)를 2개만 도시하였지만, 화소부(302)에서 복수의 발광 소자가 매트릭스형으로 배치되는 것으로 한다. 즉, 화소부(302)에는 2종류(예를 들어 (B, Y))의 발광이 얻어지는 발광 소자뿐만 아니라 3종류(예를 들어 (R,G,B))의 발광이 얻어지는 발광 소자나, 4종류(예를 들어 (R,G,B,Y) 또는 (R,G,B,W) 등)의 발광이 얻어지는 발광 소자 등을 각각 형성하여 풀컬러 표시가 가능한 발광 장치를 형성할 수 있다. 또한, 이때의 발광층의 형성에는 발광 소자의 발광색 등에 따라 상이한 재료를 사용한 발광층을 형성(소위, 구분 형성(separate coloring formation))하여도 좋고, 복수의 발광 소자가 같은 재료를 사용하여 형성된 공통의 발광층을 가지고, 컬러 필터와 조합함으로써 풀컬러화를 실현하여도 좋다. 이와 같이, 몇 가지의 발광이 얻어지는 발광 소자를 조합함으로써, 색순도의 향상, 소비전력의 저감 등의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 퀀텀닷(quantum dot)과 조합함으로써 발광 효율을 향상시키고, 소비전력을 저감시킨 발광 장치로 하여도 좋다.
또한, 밀봉 기판(306)과 소자 기판(301)을 밀봉재(305)로 접착시킴으로써, 소자 기판(301), 밀봉 기판(306), 및 밀봉재(305)로 둘러싸인 공간(318)에 발광 소자(317a, 317b)가 제공된 구조가 되어 있다.
또한, 밀봉 기판(306)에는 유색층(컬러 필터)(324)이 제공되고, 인접한 유색층들 사이에는 흑색층(블랙 매트릭스)(325)이 제공된다. 또한, 흑색층(블랙 매트릭스)(325)과 일부 중첩되도록 인접한 유색층(컬러 필터)(324)들 중 한쪽 또는 양쪽이 제공되어도 좋다. 또한, 발광 소자(317a, 317b)로 얻어진 발광은, 유색층(컬러 필터)(324)을 통하여 외부로 추출된다.
또한, 공간(318)에는 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 밀봉재(305)가 충전되는 구성도 포함하는 것으로 한다. 또한, 밀봉재를 도포하여 접착시키는 경우에는 UV 처리나 열 처리 등 중 어느 처리, 또는 이들 처리를 조합하여 접착시키는 것이 바람직하다.
또한, 밀봉재(305)에는 에폭시계 수지나 유리 프릿을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(306)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(Fiber-Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터 또는 아크릴 수지 등으로 이루어진 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 밀봉재로서 유리 프릿을 사용하는 경우에는 접착성의 관점에서 소자 기판(301) 및 밀봉 기판(306)은 유리 기판인 것이 바람직하다.
또한, 발광 소자와 전기적으로 접속되는 FET의 구조는 도 3의 (B)와는 게이트 전극의 위치가 상이한 구조, 즉, 도 3의 (C)에 도시된 FET(326), FET(327), FET(328)에 도시된 구조로 하여도 좋다. 또한, 밀봉 기판(306)에 제공된 유색층(컬러 필터)(324)은 도 3의 (C)에 도시된 바와 같이 흑색층(블랙 매트릭스)(325)과 중첩되는 위치에서 인접한 유색층(컬러 필터)(324)과도 중첩되도록 제공되어도 좋다.
이상과 같이 하여, 액티브 매트릭스형 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치로서 상술한 액티브 매트릭스형 발광 장치뿐만 아니라 패시브 매트릭스형 발광 장치로 할 수도 있다.
도 4의 (A) 및 (B)에 패시브 매트릭스형 발광 장치를 도시하였다. 도 4의 (A)에는 패시브 매트릭스형 발광 장치의 상면도, 도 4의 (B)에는 화소부(400)의 단면도를 각각 도시하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기판(401) 위에는 제 1 전극(402)과, EL층(403a, 403b, 403c)과, 제 2 전극(404)을 가지는 발광 소자(405)가 형성된다. 또한, 제 1 전극(402)은 섬 형상이고, 한 방향(도 4의 (A)에서는 가로 방향)으로 스트라이프 형상으로 복수 형성된다. 또한, 제 1 전극(402) 위의 일부에는 절연막(406)이 형성된다. 절연막(406) 위에는 절연 재료를 사용하여 이루어지는 격벽(407)이 제공된다. 격벽(407)의 측벽은 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이 기판면에 가까워질수록 한쪽 측벽과 다른 쪽 측벽과의 간격이 좁아지는 경사를 가진다.
또한, 절연막(406)은 제 1 전극(402) 위의 일부에 개구부를 가지기 때문에 EL층(403a, 403b, 403c) 및 제 2 전극(404)을 제 1 전극(402) 위에 원하는 형상으로 분리 형성할 수 있다. 도 4의 (A) 및 (B)에는 메탈 마스크 등의 마스크와 절연막(406) 위의 격벽(407)을 조합하여 EL층(403a, 403b, 403c) 및 제 2 전극(404)을 형성하는 예를 도시하였다. 또한, EL층(403a), EL층(403b), EL층(403c)은 각각 상이한 발광색(예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 황색, 주황색, 백색 등)을 나타내는 예를 도시하였다.
또한 EL층(403a, 403b, 403c)을 형성한 후, 제 2 전극(404)이 형성된다. 따라서, 제 2 전극(404)은 EL층(403a, 403b, 403c) 위에 제 1 전극(402)과 접하지 않도록 형성된다.
또한 밀봉하는 방법에 대해서는, 액티브 매트릭스형 발광 장치의 경우와 같은 방법을 사용할 수 있어, 설명을 생략한다.
이상과 같이 하여, 패시브 매트릭스형 발광 장치를 얻을 수 있다.
예를 들어, 본 명세서 등에서 다양한 기판을 사용하여 트랜지스터 또는 발광 소자를 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특정한 것에 한정되지 않는다. 그 기판의 일례로서는 반도체 기판(예를 들어 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스·스틸 기판, 스테인리스·스틸·포일을 가지는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐·포일을 가지는 기판, 가요성 기판, 접착 필름, 섬유 형상의 재료를 포함하는 종이, 또는 기재 필름 등이 있다. 유리 기판의 일례로서는 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다 석회 유리 등이 있다. 가요성 기판, 접착 필름, 기재 필름 등의 일례로서는, 이하에 기재되는 것들을 들 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱이 있다. 또는 일례로서 아크릴 등의 합성 수지 등이 있다. 또는, 일례로서 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화바이닐, 또는 폴리염화바이닐 등이 있다. 또는 일례로서 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등이 있다. 특히, 반도체 기판, 단결정 기판, 또는 SOI 기판 등을 사용하여 트랜지스터를 제조함으로써, 특성, 사이즈, 또는 형상 등의 변동이 적고, 전류 공급 능력이 높고, 사이즈가 작은 트랜지스터를 제작할 수 있다. 이와 같은 트랜지스터로 회로를 구성하면, 회로의 저소비전력화 또는 회로의 고집적화를 도모할 수 있다.
또한, 기판으로서 가요성 기판을 사용하여, 가요성 기판 위에 트랜지스터 또는 발광 소자를 직접 형성하여도 좋다. 또는, 기판과 트랜지스터 사이나, 기판과 발광 소자 사이에 박리층을 제공하여도 좋다. 박리층은 그 위에 반도체 장치의 일부 또는 전부를 완성시킨 후, 기판으로부터 분리하여, 다른 기판에 전재(轉載)하기 위하여 사용할 수 있다. 이때, 트랜지스터 또는 발광 소자는 내열성이 떨어지는 기판이나 가요성 기판에도 전재될 수 있다. 또한, 상술한 박리층에는, 예를 들어 텅스텐막과 산화 실리콘막과의 무기막의 적층 구조의 구성이나, 기판 위에 폴리이미드 등의 유기 수지막이 형성된 구성 등을 사용할 수 있다.
즉, 어떤 기판을 사용하여 트랜지스터 또는 발광 소자를 형성한 후에 다른 기판에 트랜지스터 또는 발광 소자를 전치함으로써 다른 기판 위에 트랜지스터 또는 발광 소자를 배치하여도 좋다. 트랜지스터 또는 발광 소자가 전치되는 기판의 일례로서는, 상술한 트랜지스터 또는 발광 소자를 형성할 수 있는 기판에 더하여, 종이 기판, 셀로판 기판, 아라미드 필름 기판, 폴리이미드 필름 기판, 석재 기판, 목재 기판, 직물 기판(천연 섬유((명주(silk), 솜(cotton), 삼(hemp)), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터), 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등을 들 수 있다. 이들 기판을 사용함으로써, 특성이 좋은 트랜지스터의 형성, 소비전력이 낮은 트랜지스터의 형성, 파괴되기 어려운 장치의 제조, 내열성의 부여, 경량화, 또는 박형화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 적용하여 완성시킨 다양한 전자 기기나 자동차의 일례를 설명한다.
발광 장치를 적용한 전자 기기로서, 예를 들어, 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파칭코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 도 5 및 6에 도시하였다.
도 5의 (A)에는 텔레비전 장치의 일례를 도시하였다. 텔레비전 장치(7100)는, 하우징(7101)에 표시부(7103)가 조합된다. 표시부(7103)에 의하여 영상을 표시할 수 있고, 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이라도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시부(7103)에 사용할 수 있다. 또한, 여기서는, 스탠드(7105)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타낸다.
텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)이 가지는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(7110)에 의하여 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)가 가지는 조작 키(7109)에 의하여, 채널이나 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(7110)에 상기 리모트 컨트롤러(7110)에서 출력되는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 제공하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(7100)는, 수신기나 모뎀 등을 가지는 구성으로 한다. 수신기로 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선 통신 네트워크에 접속함으로써 한 방향(송신자로부터 수신자로) 또는 쌍 방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자끼리)의 정보 통신도 가능하다.
도 5의 (B)은 컴퓨터이며, 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 그 표시부(7203)에 사용함으로써 제작될 수 있다. 또한, 표시부(7203)는 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이라도 좋다.
도 5의 (C)는 스마트 워치이며, 하우징(7302), 표시부(7304), 조작 버튼(7311, 7312), 접속 단자(7313), 밴드(7321), 버클(7322) 등을 가진다.
베젤 부분을 겸하는 하우징(7302)에 탑재된 표시부(7304)는 비직사각형의 표시 영역을 가진다. 표시부(7304)는 시각을 나타내는 아이콘(7305), 기타 아이콘(7306) 등을 표시할 수 있다. 또한, 표시부(7304)는 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이라도 좋다.
또한, 도 5의 (C)에 도시된 스마트 워치는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속하는 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 데이터의 송신 또는 수신을 행하는 기능, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다.
또한, 하우징(7302) 내부에, 스피커, 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기(磁氣), 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰 등을 가질 수 있다. 또한, 스마트 워치는 발광 장치를 그 표시부(7304)에 사용함으로써 제작할 수 있다.
도 5의 (D), (D'-1), 및 (D'-2)는 휴대 전화기(스마트폰을 포함함)의 일례를 도시한 것이다. 휴대 전화기(7400)는 하우징(7401)에 표시부(7402), 마이크로폰(7406), 스피커(7405), 카메라(7407), 외부 접속부(7404), 조작용 버튼(7403) 등을 가진다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를, 가요성을 가지는 기판에 형성하여 발광 장치를 제작하는 경우, 도 5의 (D)에 도시된 바와 같은 곡면을 가지는 표시부(7402)에 적용할 수 있다.
도 5의 (D)에 도시된 휴대 전화기(7400)는, 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써, 정보를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 걸거나, 또는 메일을 작성하는 것 등의 조작은, 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 행할 수 있다.
표시부(7402)의 화면은 주로 3가지 모드가 있다. 제 1 모드는, 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이며, 제 2 모드는, 문자 등의 정보의 입력을 주로 하는 입력 모드이다. 제 3 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2개의 모드가 혼합한 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나, 또는 메일을 작성하는 경우에는, 표시부(7402)를 문자의 입력을 주로 하는 문자 입력 모드로 하고, 화면에 표시시킨 문자의 입력 조작을 행하면 좋다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시시키는 것이 바람직하다.
또한, 휴대 전화기(7400) 내부에 자이로 센서나 가속도 센서 등의 검출 장치를 제공함으로써, 휴대 전화기(7400)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여 표시부(7402)의 화면 표시를 자동적으로 전환 가능하게 할 수 있다.
또한, 화면 모드는 표시부(7402)를 터치하거나 또는 하우징(7401)의 조작용 버튼(7403)을 조작함으로써 전환된다. 또한, 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환되도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시하는 화상 신호가 동영상의 데이터이면 표시 모드, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환된다.
또한, 입력 모드에서, 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하여, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는, 이미지 센서로서 기능시킬 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)에 손바닥이나 손가락으로 터치함으로써, 손바닥 무늬, 지문 등을 촬상(撮像)하여 본인 인증을 행할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발광하는 백라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
또한 휴대 전화기(스마트폰을 포함함)의 다른 구성으로서 도 5의 (D'-1)이나 (D'-2)와 같은 구조를 가지는 휴대 전화기에 적용할 수도 있다.
또한, 도 5의 (D'-1)이나 (D'-2)에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 경우에는 문자 정보나 화상 정보 등을 하우징(7500(1), 7500(2))의 제 1 면(7501(1), 7501(2))뿐만 아니라 제 2 면(7502(1), 7502(2))에도 표시할 수 있다. 이와 같은 구조를 가지면 휴대 전화기를 가슴의 포켓에 넣은 채 제 2 면(7502(1) 및 7502(2)) 등에 표시된 문자 정보나 화상 정보 등을 사용자가 용이하게 확인할 수 있다.
또한, 발광 장치를 적용한 전자 기기로서 도 6의 (A) 내지 (C)에 도시된 바와 같은 접을 수 있는 휴대 정보 단말을 들 수 있다. 도 6의 (A)에는 펼친 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시하였다. 또한, 도 6의 (B)에는 펼친 상태 및 접은 상태 중 한쪽 상태로부터 다른 쪽 상태로 변형해 가는 도중의 상태에 있는 휴대 정보 단말(9310)을 도시하였다. 또한, 도 6의 (C)에는 접은 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시하였다. 휴대 정보 단말(9310)은 접으면 휴대성이 우수하고, 펼치면 이음매가 없는 큰 표시 영역을 가지기 때문에 표시의 일람성이 우수하다.
표시부(9311)는 힌지(9313)로 연결된 3개의 하우징(9315)에 의하여 지지된다. 또한, 표시부(9311)는 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이라도 좋다. 또한, 표시부(9311)는 힌지(9313)를 이용하여 2개의 하우징(9315) 사이를 굴곡시킴으로써 휴대 정보 단말(9310)을 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시부(9311)에 사용할 수 있다. 표시부(9311)에서의 표시 영역(9312)은 접은 상태의 휴대 정보 단말(9310)에서 측면에 위치한다. 표시 영역(9312)에는 정보 아이콘이나, 사용 빈도가 높은 애플리케이션이나 프로그램의 바로가기(쇼트컷) 등을 표시할 수 있고, 정보의 확인이나 애플리케이션의 기동을 원활하게 행할 수 있다.
또한, 발광 장치를 적용한 자동차를 도 7의 (A) 및 (B)에 도시하였다. 즉, 발광 장치를 자동차와 일체로 하여 제공할 수 있다. 구체적으로는 도 7의 (A)에 도시된 자동차의 외측의 라이트(5101)(차체 뒷부분도 포함함), 타이어의 휠(5102), 도어(5103)의 일부 또는 전체 등에 적용할 수 있다. 또한, 도 7의 (B)에 도시된 자동차의 내측의 표시부(5104), 핸들(5105), 시프트 레버(5106), 좌석 시트(5107), 백미러(inner rear-view mirror)(5108) 등에 적용할 수 있다. 이 외에, 유리창의 일부에 적용하여도 좋다.
상술한 바와 같이 하여, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 적용하여 전자 기기나 자동차를 얻을 수 있다. 또한, 적용할 수 있는 전자 기기나 자동차는 본 실시형태에 나타낸 것에 한정되지 않고, 다양한 분야에서 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은, 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 적용하여 제작되는 조명 장치의 구성에 대하여 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8의 (A) 내지 (D)는 조명 장치의 단면도의 일례를 도시한 것이다. 또한, 도 8의 (A) 및 (B)는 기판 측으로 광을 추출하는 보텀 이미션(bottom emission)형 조명 장치를 도시한 것이고, 도 8의 (C) 및 (D)는 밀봉 기판 측으로 광을 추출하는 톱 이미션(top emission)형 조명 장치를 도시한 것이다.
도 8의 (A)에 도시된 조명 장치(4000)는 기판(4001) 위에 발광 소자(4002)를 가진다. 또한, 기판(4001) 외측에, 요철을 가지는 기판(4003)을 가진다. 발광 소자(4002)는 제 1 전극(4004), EL층(4005), 및 제 2 전극(4006)을 가진다.
제 1 전극(4004)은 전극(4007)과 전기적으로 접속되고, 제 2 전극(4006)은 전극(4008)과 전기적으로 접속된다. 또한, 제 1 전극(4004)에 전기적으로 접속되는 보조 배선(4009)을 제공하여도 좋다. 또한, 보조 배선(4009) 위에는 절연층(4010)이 형성된다.
또한, 기판(4001)과 밀봉 기판(4011)은 밀봉재(4012)로 접착된다. 또한, 밀봉 기판(4011)과 발광 소자(4002) 사이에는 건조제(4013)가 제공되는 것이 바람직하다. 또한, 기판(4003)은 도 8의 (A)과 같은 요철을 가지기 때문에, 발광 소자(4002)에서 발생한 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판(4003) 대신에, 도 8의 (B)에 도시된 조명 장치(4100)와 같이 기판(4001)의 외측에 확산판(4015)을 제공하여도 좋다.
도 8의 (C)에 도시된 조명 장치(4200)는 기판(4201) 위에 발광 소자(4202)를 가진다. 발광 소자(4202)는 제 1 전극(4204), EL층(4205), 및 제 2 전극(4206)을 가진다.
제 1 전극(4204)은 전극(4207)과 전기적으로 접속되고, 제 2 전극(4206)은 전극(4208)과 전기적으로 접속된다. 또한, 제 2 전극(4206)과 전기적으로 접속되는 보조 배선(4209)을 제공하여도 좋다. 또한, 보조 배선(4209) 아래 부분에 절연층(4210)을 제공하여도 좋다.
기판(4201)과, 요철을 가지는 밀봉 기판(4211)은 밀봉재(4212)로 접착된다. 또한, 밀봉 기판(4211)과 발광 소자(4202) 사이에 배리어막(4213) 및 평탄화막(4214)을 제공하여도 좋다. 또한, 밀봉 기판(4211)은 도 8의 (C)에 도시된 바와 같은 요철을 가지기 때문에 발광 소자(4202)에서 발생한 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 밀봉 기판(4211) 대신에 도 8의 (D)에 도시된 조명 장치(4300)와 같이, 발광 소자(4202) 위에 확산판(4215)을 제공하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 EL층(4005, 4205)에 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체를 적용할 수 있다. 이 경우 소비전력이 낮은 조명 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 적용한 응용품인 조명 장치의 일례에 대하여 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9는 발광 장치를 실내의 조명 장치(8001)로서 사용한 예를 도시한 것이다. 또한, 발광 장치는 대면적화도 가능하기 때문에, 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 이 외에, 곡면을 가지는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 가지는 조명 장치(8002)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에 나타낸 발광 장치에 포함되는 발광 소자는 박막 형상이며, 하우징의 디자인 자유도가 높다. 따라서, 여러 가지 디자인을 고안한 조명 장치를 형성할 수 있다. 또한, 실내의 벽면에 조명 장치(8003)를 제공하여도 좋다.
또한, 상술한 것 외에도 실내에 설치된 가구의 일부에 발광 장치를 적용함으로써, 가구로서의 기능을 가지는 조명 장치로 할 수 있다.
이상과 같이 하여, 발광 장치를 적용한 다양한 조명 장치가 얻어진다. 또한, 이 조명 장치들은 본 발명의 일 형태에 포함되는 것으로 한다.
또한, 본 실시형태에 나타내는 구성은, 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시형태 8)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 또는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 가지는 터치 패널에 대하여 도 10 내지 도 14를 참조하여 설명한다.
도 10의 (A) 및 (B)는 터치 패널(2000)의 사시도이다. 또한, 도 10의 (A) 및 (B)에는 명료화를 위하여 터치 패널(2000)의 대표적인 구성 요소를 도시하였다.
터치 패널(2000)은 표시 패널(2501)과 터치 센서(2595)를 가진다(도 10의 (B) 참조). 또한, 터치 패널(2000)은 기판(2510), 기판(2570), 및 기판(2590)을 가진다.
표시 패널(2501)은 기판(2510) 위에 복수의 화소 및 이 화소에 신호를 공급할 수 있는 복수의 배선(2511)을 가진다. 복수의 배선(2511)은 기판(2510)의 외주부까지 리드되고, 그 일부가 단자(2519)를 구성한다. 단자(2519)는 FPC(2509(1))와 전기적으로 접속된다.
기판(2590)은 터치 센서(2595) 및 터치 센서(2595)와 전기적으로 접속되는 복수의 배선(2598)을 가진다. 복수의 배선(2598)은 기판(2590)의 외주부까지 리드되고, 그 일부가 단자(2599)를 구성한다. 그리고, 단자(2599)는 FPC(2509(2))와 전기적으로 접속된다. 또한, 도 10의 (B)에는 명료화를 위하여 기판(2590)의 뒷면 측(기판(2510)과 대향하는 면 측)에 제공되는 터치 센서(2595)의 전극이나 배선 등을 실선으로 나타내었다.
터치 센서(2595)로서 예를 들어 정전 용량 방식의 터치 센서를 적용할 수 있다. 정전 용량 방식에는 표면형 정전 용량 방식, 투영형 정전 용량 방식 등이 있다.
투영형 정전 용량 방식에는 주로 구동 방식의 차이점에서 자기 용량 방식, 상호 용량 방식 등이 있다. 상호 용량 방식을 사용하면 여러 지점을 동시에 검출 할 수 있어 바람직하다.
먼저 투영형 정전 용량 방식의 터치 센서를 적용하는 경우에 대하여 도 10의 (B)를 사용하여 설명한다. 또한, 투영형 정전 용량 방식의 경우, 손가락 등 검지 대상의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있는 다양한 센서를 적용할 수 있다.
투영형 정전 용량 방식의 터치 센서(2595)는 전극(2591) 및 전극(2592)을 가진다. 전극(2591) 및 전극(2592)은 복수의 배선(2598) 중 각각 상이한 배선과 전기적으로 접속된다. 또한 전극(2592)은 도 10의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 한 방향으로 반복적으로 배치된 복수의 사변형이 모서리부에서 배선(2594)에 의하여 한 방향으로 접속되는 형상을 가진다. 전극(2591)도 마찬가지로 복수의 사변형이 모서리부에서 접속되는 형상을 가지지만, 접속되는 방향은 전극(2592)이 접속되는 방향과 교차되는 방향이다. 또한, 전극(2591)이 접속되는 방향과 전극(2592)이 접속되는 방향은 반드시 직교하는 관계에 있을 필요는 없고 0°보다 크고 90° 미만의 각도가 되도록 배치되어도 좋다.
또한, 배선(2594)의 전극(2592)과의 교차부의 면적은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 이로써 전극이 제공되지 않는 영역의 면적을 줄일 수 있어 투과율의 편차를 저감할 수 있다. 그 결과 터치 센서(2595)를 투과하는 광의 휘도의 편차를 저감시킬 수 있다.
또한, 전극(2591) 및 전극(2592)의 형상은 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 할 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극(2591)을 가능한 한 틈이 생기지 않도록 배치하고, 절연층을 개재하여 전극(2592)을 복수 제공하는 구성으로 하여도 좋다. 이때 인접한 2개의 전극(2592) 사이에 이들과는 전기적으로 절연된 더미 전극을 제공하면 투과율이 다른 영역의 면적을 줄일 수 있어 바람직하다.
다음에, 도 11을 사용하여, 터치 패널(2000)을 상세하게 설명한다. 도 11은 도 10의 (A)에 도시된 일점쇄선 X1-X2를 따라 자른 단면도에 상당한다.
터치 패널(2000)은 터치 센서(2595)와 표시 패널(2501)을 가진다.
터치 센서(2595)는 기판(2590)에 접하여 스태거형으로 배치된 전극(2591) 및 전극(2592), 전극(2591) 및 전극(2592)을 덮는 절연층(2593), 및 인접한 전극(2591)을 전기적으로 접속하는 배선(2594)을 가진다. 또한, 인접한 전극(2591) 사이에는 전극(2592)이 제공된다.
전극(2591) 및 전극(2592)은 투광성을 가지는 도전 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 투광성을 가지는 도전성 재료로서는 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨이 첨가된 산화 아연 등 도전성 산화물을 사용할 수 있다. 또한, 그래핀 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, 그래핀 화합물을 사용하는 경우에는 예를 들어 막형으로 형성된 산화 그래핀을 환원하여 형성할 수 있다. 환원하는 방법으로서는, 가열하는 방법이나, 레이저를 조사하는 방법 등을 들 수 있다.
전극(2591) 및 전극(2592)의 형성 방법으로서는, 예를 들어 기판(2590) 위에 스퍼터링법을 사용하여 투광성을 가지는 도전성 재료를 성막한 후, 포토리소그래피법 등의 다양한 패터닝 기술에 의하여 불필요한 부분을 제거함으로써 형성할 수 있다.
절연층(2593)에 사용하는 재료로서는, 예를 들어 아크릴 수지, 에폭시 수지 등의 수지, 실록산 결합을 가지는 수지 외에, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 산화 알루미늄 등의 무기 절연 재료를 사용할 수 있다.
또한, 절연층(2593)의 일부에 형성된 배선(2594)에 의하여, 인접한 전극(2591)이 전기적으로 접속된다. 또한, 배선(2594)에 사용하는 재료는 전극(2591) 및 전극(2592)에 사용하는 재료보다 도전성이 높은 재료를 사용함으로써 전기 저항을 저감시킬 수 있어 바람직하다.
또한, 배선(2598)은 전극(2591) 또는 전극(2592)과 전기적으로 접속된다. 또한, 배선(2598)의 일부는 단자로서 기능한다. 배선(2598)에는 예를 들어, 알루미늄, 금, 백금, 은, 니켈, 타이타늄, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 또는 팔라듐 등의 금속 재료나, 상기 금속 재료를 포함하는 합금 재료를 사용할 수 있다.
또한, 단자(2599)에 의하여 배선(2598)과 FPC(2509(2))가 전기적으로 접속된다. 또한, 단자(2599)에는 다양한 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film)이나, 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
또한, 배선(2594)에 접하여 접착층(2597)이 제공된다. 즉, 터치 센서(2595)는 접착층(2597)을 개재하여 표시 패널(2501)에 중첩되도록 접착된다. 또한, 접착층(2597)과 접하는 표시 패널(2501) 표면은 도 11의 (A)에 도시된 바와 같이, 기판(2570)을 가져도 좋지만, 반드시 필요한 것은 아니다.
접착층(2597)은 투광성을 가진다. 예를 들어, 접착층(2597)에는 열 경화성 수지나 자외선 경화 수지를 사용할 수 있고, 구체적으로는 아크릴계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 또는 실록산계 수지를 사용할 수 있다.
도 11의 (A)에 도시된 표시 패널(2501)은 기판(2510)과 기판(2570) 사이에 매트릭스형으로 배치된 복수의 화소와 구동 회로를 가진다. 또한, 각 화소는 발광 소자와, 발광 소자를 구동하는 화소 회로를 가진다.
도 11의 (A)에는 표시 패널(2501)의 화소의 일례로서 화소(2502R)를 도시하고, 구동 회로의 일례로서 주사선 구동 회로(2503g)를 도시하였다.
화소(2502R)는 발광 소자(2550R)와, 발광 소자(2550R)에 전력을 공급할 수 있는 트랜지스터(2502t)를 가진다.
트랜지스터(2502t)는 절연층(2521)으로 덮인다. 또한, 절연층(2521)은 미리 형성된 트랜지스터 등에 기인한 요철을 평탄화시키기 위한 기능을 가진다. 또한, 절연층(2521)에 불순물의 확산을 억제할 수 있는 기능을 부여하여도 좋다. 이 경우, 불순물의 확산에 의하여 트랜지스터 등의 신뢰성이 저하되는 것을 억제할 수 있어 바람직하다.
발광 소자(2550R)는 배선을 통하여 트랜지스터(2502t)와 전기적으로 접속된다. 또한, 배선과 직접 접속되는 것은 발광 소자(2550R)의 한쪽 전극이다. 또한, 발광 소자(2550R)의 한쪽 전극의 단부는 절연체(2528)로 덮여 있다.
발광 소자(2550R)는 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 가진다. 또한, 발광 소자(2550R)와 중첩되는 위치에 착색층(2567R)이 제공되고, 발광 소자(2550R)가 발하는 광의 일부는 착색층(2567R)을 투과하여 도면에서 도시된 화살표의 방향으로 사출된다. 또한, 착색층의 단부에 차광층(2567BM)이 제공되고, 발광 소자(2550R)와 착색층(2567R) 사이에는 밀봉층(2560)을 가진다.
또한, 발광 소자(2550R)로부터의 광을 추출하는 방향 쪽에 밀봉층(2560)이 제공되는 경우에는, 밀봉층(2560)은 투광성을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 밀봉층(2560)은 공기보다 큰 굴절률을 가지는 것이 바람직하다.
주사선 구동 회로(2503g)는 트랜지스터(2503t)와 용량 소자(2503c)를 가진다. 또한, 구동 회로를 화소 회로와 동일한 공정으로 동일한 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서, 화소 회로의 트랜지스터(2502t)와 마찬가지로 구동 회로(주사선 구동 회로(2503g))의 트랜지스터(2503t)도 절연층(2521)으로 덮인다.
또한, 트랜지스터(2503t)에 신호를 공급할 수 있는 배선(2511)이 제공된다. 또한, 배선(2511)과 접하여 단자(2519)가 제공된다. 또한, 단자(2519)는 FPC(2509(1))와 전기적으로 접속되고, FPC(2509(1))는 화상 신호 및 동기 신호 등의 신호를 공급하는 기능을 가진다. 또한, FPC(2509(1))에 프린트 배선 기판(PWB)이 장착되어도 좋다.
도 11의 (A)에 도시된 표시 패널(2501)에는 보텀 게이트형 트랜지스터를 적용하는 경우에 대하여 설명하였지만, 트랜지스터의 구조는 이에 한정되지 않고, 다양한 구조의 트랜지스터를 적용할 수 있다. 또한, 도 11의 (A)에 도시된 트랜지스터(2502t) 및 트랜지스터(2503t)에는 산화물 반도체를 포함하는 반도체층을 채널 영역으로서 사용할 수 있다. 그 외에 비정질 실리콘을 포함하는 반도체층이나, 레이저 어닐링 등의 처리에 의하여 결정화시킨 다결정 실리콘을 포함하는 반도체층을 채널 영역으로서 사용할 수 있다.
또한, 도 11의 (A)에 도시된 보텀 게이트형 트랜지스터와는 상이한 톱 게이트형 트랜지스터를 표시 패널(2501)에 적용하는 경우의 구성에 대하여 도 11의 (B)에 도시하였다. 또한, 트랜지스터의 구조가 변경된 경우에도 채널 영역에 사용할 수 있는 베리에이션에 대해서는 마찬가지로 한다.
도 11의 (A)에 도시된 터치 패널(2000)은 도 11의 (A)에 도시된 바와 같이 화소로부터의 광이 외부로 사출되는 측의 표면에, 적어도 화소와 중첩되도록 반사 방지층(2567p)을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 반사 방지층(2567p)으로서 원 편광판 등을 사용할 수 있다.
도 11의 (A)에 도시된 기판(2510), 기판(2570), 기판(2590)으로서는 예를 들어, 수증기의 투과율이 1×10-5g/(m2·day) 이하, 바람직하게는 1×10-6g/(m2·day) 이하의, 가요성을 가지는 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 또는, 이들 기판의 열팽창률이 대략 같은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 선팽창률이 1×10-3/K 이하, 바람직하게는 5×10-5/K 이하, 더 바람직하게는 1×10-5/K 이하의 재료를 들 수 있다.
다음에, 도 11에 도시된 터치 패널(2000)과는 구성이 상이한 터치 패널(2000')에 대하여 도 12를 사용하여 설명한다. 다만, 터치 패널(2000)과 마찬가지로 터치 패널로서 적용할 수 있다.
도 12에는 터치 패널(2000')의 단면도를 도시하였다. 도 12에 도시된 터치 패널(2000')은 표시 패널(2501)에 대한 터치 센서(2595)의 위치가 도 11에 도시된 터치 패널(2000)과 상이하다. 여기서는, 상이한 구성에 대해서만 설명하고, 같은 구성을 적용할 수 있는 부분에 대해서는 터치 패널(2000)의 설명을 원용하기로 한다.
착색층(2567R)은 발광 소자(2550R)와 중첩되는 위치에 있다. 또한, 도 12의 (A)에 도시된 발광 소자(2550R)로부터의 광은 트랜지스터(2502t)가 제공되는 방향으로 사출된다. 즉, 발광 소자(2550R)로부터의 광(일부)은 착색층(2567R)을 투과하여 도면에 도시된 화살표의 방향으로 사출된다. 또한, 착색층(2567R)의 단부에는 차광층(2567BM)이 제공된다.
또한, 터치 센서(2595)는 표시 패널(2501)의 발광 소자(2550R)로부터 봐서 트랜지스터(2502t)가 제공되는 측에 제공된다(도 12의 (A) 참조).
또한, 접착층(2597)은 표시 패널(2501)이 가지는 기판(2510)과 접하고, 도 12의 (A)에 도시된 구조의 경우에는 표시 패널(2501)과 터치 센서(2595)를 접착시킨다. 다만, 접착층(2597)에 의하여 접착되는 표시 패널(2501)과 터치 센서(2595) 사이에 기판(2510)을 제공하지 않은 구성으로 하여도 좋다.
또한, 터치 패널(2000)의 경우와 마찬가지로 터치 패널(2000')의 경우도 표시 패널(2501)에는 다양한 구조의 트랜지스터를 적용할 수 있다. 또한, 도 12의 (A)에는 보텀 게이트형 트랜지스터를 적용하는 경우를 도시하였지만, 도 12의 (B)에 도시된 바와 같이 톱 게이트형 트랜지스터를 적용하여도 좋다.
다음에, 터치 패널의 구동 방법의 일례에 대하여 도 13을 참조하여 설명한다.
도 13의 (A)는 상호 용량 방식의 터치 센서의 구성을 도시한 블록도이다. 도 13의 (A)에는 펄스 전압 출력 회로(2601), 전류 검출 회로(2602)를 도시하였다. 또한, 도 13의 (A)에서는, 펄스 전압이 부여되는 전극(2621)을 X1 내지 X6으로서, 전류의 변화를 검지하는 전극(2622)을 Y1 내지 Y6으로서, 각각 6개의 배선으로 예시하였다. 또한, 도 13의 (A)는 전극(2621)과 전극(2622)이 중첩됨으로써 형성되는 용량 소자(2603)를 도시한 것이다. 또한, 전극(2621)과 전극(2622)의 기능은 서로 바꿔도 좋다.
펄스 전압 출력 회로(2601)는 X1 내지 X6의 배선에 순차적으로 펄스 전압을 인가하기 위한 회로이다. X1 내지 X6의 배선에 펄스 전압이 인가됨으로써 용량 소자(2603)를 형성하는 전극(2621)과 전극(2622) 사이에 전계가 발생된다. 이 전극 사이에 발생되는 전계가 차폐되는 것 등에 의하여 용량 소자(2603)의 상호 용량이 변화되는 것을 이용하여, 피검지체의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있다.
전류 검출 회로(2602)는 용량 소자(2603)에서의 상호 용량의 변화에 따른 Y1 내지 Y6의 배선에서의 전류 변화를 검출하기 위한 회로이다. Y1 내지 Y6의 배선에서는 피검지체의 근접 또는 접촉이 없으면 검출되는 전류값에 변화는 없지만, 검출하는 피검지체의 근접 또는 접촉에 의하여 상호 용량이 감소되는 경우에는, 전류값이 감소되는 변화를 검출한다. 또한, 전류의 검출은 적분 회로 등을 사용하여 검출하면 좋다.
다음에, 도 13의 (B)에는 도 13의 (A)에 도시된 상호 용량 방식의 터치 센서에서의 입출력 파형의 타이밍 차트를 도시하였다. 도 13의 (B)에서는 1프레임 기간에 각 행렬에서 피검지체의 검출을 행하는 것으로 한다. 또한, 도 13의 (B)에서는 2가지 경우(피검지체를 검출하지 않는 경우(비(非)터치)와 피검지체를 검출하는 경우(터치))에 대하여 도시하였다. 또한 Y1 내지 Y6의 배선에 대해서는 검출되는 전류값에 대응하는 전압값의 파형을 나타내었다.
X1 내지 X6의 배선에는 순차적으로 펄스 전압이 인가되어, 이 펄스 전압에 따라 Y1 내지 Y6의 배선에서의 파형이 변화된다. 피검지체의 근접 또는 접촉이 없는 경우에는 X1 내지 X6의 배선에서의 전압 변화에 따라 Y1 내지 Y6의 파형이 한결같이 변화된다. 한편, 피검지체가 근접 또는 접촉되는 부분에서는 전류값이 감소되기 때문에 이에 대응하는 전압값의 파형도 변화된다. 이와 같이, 상호 용량의 변화를 검출함으로써 피검지체의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있다.
또한, 도 13의 (A)에는 터치 센서로서 배선의 교차부에 용량 소자(2603)만을 제공하는 패시브형 터치 센서의 구성을 도시하였지만, 트랜지스터와 용량 소자를 가진 액티브형 터치 센서로 하여도 좋다. 도 14에 액티브형 터치 센서에 포함되는 하나의 센서 회로의 예를 도시하였다.
도 14에 도시된 센서 회로는, 용량 소자(2603), 트랜지스터(2611), 트랜지스터(2612), 및 트랜지스터(2613)를 가진다.
트랜지스터(2613)의 게이트에는 신호(G2)가 공급되고, 소스 및 드레인 중 한쪽에는 전압(VRES)이 인가되고, 다른 쪽은 용량 소자(2603)의 한쪽 전극 및 트랜지스터(2611)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(2611)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 트랜지스터(2612)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 다른 쪽에는 전압(VSS)이 인가된다. 트랜지스터(2612)의 게이트에는 신호(G1)가 공급되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(ML)과 전기적으로 접속된다. 용량 소자(2603)의 다른 쪽 전극에는 전압(VSS)이 인가된다.
다음에, 도 14에 도시된 센서 회로의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 신호(G2)로서 트랜지스터(2613)를 온 상태로 하는 전위가 공급됨으로써, 트랜지스터(2611)의 게이트가 접속되는 노드(n)에 전압(VRES)에 대응하는 전위가 공급된다. 다음에, 신호(G2)로서 트랜지스터(2613)를 오프 상태로 하는 전위가 공급됨으로써, 노드(n)의 전위가 유지된다. 이어서 손가락 등 피검지체의 근접 또는 접촉에 의하여 용량 소자(2603)의 상호 용량이 변화됨에 따라 노드(n)의 전위가 VRES에서 변화된다.
판독 동작 시에는 트랜지스터(2612)를 온 상태로 하는 전위를 신호(G1)로서 공급한다. 노드(n)의 전위에 따라 트랜지스터(2611)에 흐르는 전류, 즉 배선(ML)을 흐르는 전류가 변화된다. 이 전류를 검출함으로써 피검지체의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다.
트랜지스터(2611), 트랜지스터(2612), 및 트랜지스터(2613)에는 채널 영역이 형성되는 반도체층으로서 산화물 반도체층을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 트랜지스터(2613)에 이와 같은 트랜지스터를 적용함으로써, 노드(n)의 전위가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있게 되어 노드(n)에 VRES를 다시 공급하는 동작(리프레시 동작)의 빈도를 줄일 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 9)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 가지는 표시 장치로서, 반사형의 액정 소자와 발광 소자를 가지고, 투과 모드와 반사 모드 양쪽의 표시를 수행할 수 있는 표시 장치에 대하여, 도 15 내지 도 17을 참조하여 설명한다. 또한, 이런 표시 장치는 ER-hybrid display(Emissive OLED and Reflective LC Hybrid display)라고 부를 수도 있다.
또한, 본 실시형태에서 나타낸 표시 장치는 옥외 등 외광이 강한 곳에서 반사 모드를 사용한 표시에 의하여 전력 소비가 매우 낮은 구동을 수행할 수 있다. 한편, 밤이나 실내 등 외광이 약한 곳에서는 투과 모드를 사용한 표시에 의하여 최적의 휘도로 화상을 표시할 수 있다는 특징을 가진다. 따라서, 이들을 조합하여 표시함으로써 종래까지의 표시 패널에 비하여 소비전력이 낮고, 또한 콘트라스트가 높은 표시를 수행할 수 있다.
본 실시형태에서 나타낸 표시 장치의 일례로서는, 반사 전극을 가진 액정 소자와 발광 소자가 적층되고, 발광 소자와 중첩하는 위치에 반사 전극의 개구부가 제공되고, 반사 모드일 때에는 반사 전극에 의하여 가시광을 반사시켜, 투과 모드일 때에는, 반사 전극의 개구부로부터 발광 소자의 광이 사출되는 구성을 가지는 표시 장치에 대하여 나타낸다. 또한, 이들의 소자(액정 소자 및 발광 소자)의 구동에 사용하는 트랜지스터는 같은 평면 상에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 적층되는 액정 소자와 발광 소자는 절연층을 개재하여 형성되는 것이 바람직하다.
도 15의 (A)에는 본 실시형태에서 설명하는 표시 장치의 블록도를 도시하였다. 표시 장치(500)는 회로(G)(501), 회로(S)(502), 및 표시부(503)를 가진다. 또한, 표시부(503)에는 화소(504)가 방향 R 및 C에 매트릭스형으로 복수 배치되어 있다. 또한, 회로(G)(501)는 배선(G1, G2, ANO, 및 CSCOM)이 각각 복수 전기적으로 접속되어 있고, 또한 이들의 배선은 방향 R에 복수 배열된 화소(504)와도 전기적으로 접속되어 있다. 회로(S)(502)는 배선(S1, S2)가 각각 복수 전기적으로 접속되어 있고, 또한 이들의 배선은 방향 C에 복수 배열된 화소(504)와도 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 화소(504)는 액정 소자와 발광 소자를 가지고, 이들은 서로 중첩되는 부분을 가진다.
도 15의 (B1)에는 화소(504)가 가지는 액정 소자의 반사 전극으로서 기능하는 도전막(505)의 형상에 대하여 도시하였다. 또한, 도전막(505)의 일부에서 발광 소자와 중첩하는 위치(506)에 개구부(507)가 제공되어 있다. 즉, 발광 소자로부터의 광은 이 개구부(507)를 통하여 사출된다.
도 15의 (B1)에 도시된 화소(504)는 방향 R에 인접하는 화소(504)가 상이한 색을 나타내도록 배열되어 있다. 또한, 개구부(507)는 방향 R에 일렬로 배열되지 않도록 제공되어 있다. 이런 배열에는 인접하는 화소(504)가 가지는 발광 소자 사이에서의 크로스토크를 억제하는 효과가 있다. 또한, 소자 형성이 쉬워진다는 장점도 있다.
개구부(507)의 형상으로서는 예를 들어 다각형, 사각형, 타원형, 원형, 또는 십자형 등의 형상으로 할 수 있다. 또한, 가늘고 긴 줄무늬, 슬릿형 등의 형상으로 하여도 좋다.
또한, 도전막(505)의 배열의 베리에이션으로서는 도 15의 (B2)에 도시된 배열로 하여도 좋다.
도전막(505)의 총면적(개구부(507)를 제외함)에 대한 개구부(507)의 비율은 표시 장치의 표시에 영향을 미친다. 즉, 개구부(507)의 면적이 크면 액정 소자에 의한 표시가 어두워지고, 개구부(507)의 면적이 작으면 발광 소자에 의한 표시가 어두워진다는 문제가 발생한다. 또한, 상기 비율뿐만 아니라 개구부(507)의 면적 자체가 작은 경우에도 발광 소자로부터 사출되는 광의 추출 효율이 저하된다는 문제가 생긴다. 또한, 상기 도전막(505)의 총면적(개구부(507)를 제외함)에 대한 개구부(507)의 면적의 비율은 액정 소자 및 발광 소자를 조합한 경우의 표시 품위를 유지하기 위하여, 5% 이상 60% 이하로 하는 것이 바람직하다.
다음에, 화소(504)의 회로 구성의 일례에 대하여 도 16을 참조하여 설명한다. 도 16에는 인접하는 2개의 화소(504)를 도시하였다.
화소(504)는 트랜지스터(SW1), 용량 소자(C1), 액정 소자(510), 트랜지스터(SW2), 트랜지스터(M), 용량 소자(C2), 및 발광 소자(511) 등을 가진다. 또한, 이들은 배선(G1, G2, ANO, CSCOM, S1, 및 S2) 중 어느 하나와 화소(504)에서 전기적으로 접속되어 있다. 또한 액정 소자(510)는 배선(VCOM1)과 전기적으로 접속되고, 발광 소자(511)는 배선(VCOM2)과 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 트랜지스터(SW1)의 게이트는 배선(G1)과 접속되고, 트랜지스터(SW1)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(S1)과 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 용량 소자(C1)의 한쪽 전극, 및 액정 소자(510)의 한쪽 전극과 접속되어 있다. 또한, 용량 소자(C1)의 다른 쪽 전극은 배선(CSCOM)과 접속되어 있다. 또한, 액정 소자(510)의 다른 쪽 전극은 배선(VCOM1)과 접속되어 있다.
또한, 트랜지스터(SW2)의 게이트는 배선(G2)과 접속되고, 트랜지스터(SW2)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(S2)과 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 용량 소자(C2)의 한쪽 전극, 및 트랜지스터(M)의 게이트와 접속되어 있다. 또한, 용량 소자(C2)의 다른 쪽 전극은 트랜지스터(M)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 배선(ANO)과 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터(M)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 발광 소자(511)의 한쪽 전극과 접속되어 있다. 또한, 발광 소자(511)의 다른 쪽 전극은 배선(VCOM2)과 접속되어 있다.
또한, 트랜지스터(M)는 반도체를 끼우는 2개의 게이트를 가지고, 이들 2개의 게이트는 전기적으로 접속되어 있다. 이런 구조로 함으로써 트랜지스터(M)가 흘리는 잔류량을 증대시킬 수 있다.
배선(G1)으로부터 공급되는 신호에 의하여 트랜지스터(SW1)의 도통 상태 또는 비도통 상태가 제어된다. 또한, 배선(VCOM1)으로부터는 소정의 전위가 인가된다. 또한, 배선(S1)으로부터 공급되는 신호에 의하여 액정 소자(510)의 액정의 배향 상태를 제어할 수 있다. 또한, 배선(CSCOM)으로부터는 소정의 전위가 인가된다.
배선(G2)으로부터 공급되는 신호에 의하여 트랜지스터(SW2)의 도통 상태 또는 비도통 상태가 제어된다. 또한, 배선(VCOM2) 및 배선(ANO)으로부터 각각 인가되는 전위의 전위차에 의하여 발광 소자(511)를 발광시킬 수 있다. 또한, 배선(S2)으로부터 공급되는 신호에 의하여 트랜지스터(M)의 도통 상태를 제어할 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서 나타낸 구성에 있어서, 예를 들어 반사 모드의 경우에는, 배선(G1) 및 배선(S1)으로부터 공급되는 신호에 의하여 액정 소자(510)를 제어하고, 광학 변조를 이용하여 표시할 수 있다. 또한, 투과 모드의 경우에는 배선(G2) 및 배선(S2)으로부터 공급되는 신호에 의하여 발광 소자(511)를 발광시킬 수 있다. 또한 양쪽의 모드를 동시에 사용하는 경우에는, 배선(G1, G2, S1, 및 S2)의 각각으로부터 공급되는 신호에 기초하여 원하는 구동을 수행할 수 있다.
다음에, 본 실시형태에서 설명하는 표시 장치(500)의 단면 개략도를 도 17에 도시하여 상세하게 설명한다.
표시 장치(500)는 기판(521) 및 기판(522) 사이에 발광 소자(523) 및 액정 소자(524)를 가진다. 또한, 발광 소자(523) 및 액정 소자(524)는 절연층(525)을 개재하여 각각 형성된다. 즉, 기판(521)과 절연층(525) 사이에 발광 소자(523)를 가지고, 기판(522)과 절연층(525) 사이에 액정 소자(524)를 가진다.
절연층(525)과 발광 소자(523) 사이에는 트랜지스터(515, 516, 517), 및 착색층(528) 등을 가진다.
기판(521)과 발광 소자(523) 사이에는 접착층(529)을 가진다. 또한, 발광 소자(523)는 절연층(525) 측에서 한쪽의 전극이 되는 도전층(530), EL층(531), 다른 쪽 전극이 되는 도전층(532)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다. 또한, 발광 소자(523)는 보텀 이미션형의 발광 소자이기 때문에 도전층(532)은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 도전층(530)은 가시광을 투과하는 재료를 포함한다. 발광 소자(523)가 발하는 광은 착색층(528), 절연층(525)을 투과하고, 또한 개구부(533)를 통하여 액정 소자(524)를 투과한 후, 기판(522)으로부터 외부로 사출된다.
절연층(525)과 기판(522) 사이에는 액정 소자(524) 외에, 착색층(534), 차광층(535), 절연층(546), 및 구조체(536) 등을 가진다. 또한, 액정 소자(524)는 한쪽 전극이 되는 도전층(537), 액정(538), 다른 쪽 전극이 되는 도전층(539), 및 배향막(540, 541) 등을 가진다. 또한, 액정 소자(524)는 반사형의 액정 소자이고, 도전층(539)은 반사 전극으로서 기능하기 때문에 반사율이 높은 재료를 사용한다. 또한, 도전층(537)은 투명 전극으로서 기능하기 때문에 가시광을 투과하는 재료를 포함한다. 또한, 도전층(537) 및 도전층(539)의 액정(538) 측에는 각각 배향막(540, 541)을 가진다. 또한, 절연층(546)은 착색층(534) 및 차광층(535)을 덮도록 제공되어 있고, 오버코트로서의 기능을 가진다. 또한, 배향막(540, 541)은 필요 없으면 제공하지 않아도 된다.
도전층(539)의 일부에는 개구부(533)가 제공되어 있다. 또한, 도전층(539)에 접하여 도전층(543)을 가지고, 도전층(543)은 투광성을 가지기 때문에 도전층(543)에는 가시광을 투과하는 재료를 사용한다.
구조체(536)는 절연층(525)과 기판(522)이 필요 이상으로 접근하는 것을 억제하는 스페이서로서의 기능을 가진다. 또한, 구조체(536)는 필요 없으면 제공하지 않아도 된다.
트랜지스터(515)의 소스 및 드레인 중 어느 한쪽은 발광 소자(523)의 도전층(530)과 전기적으로 접속되어 있다. 예를 들어 트랜지스터(515)는 도 16에 도시된 트랜지스터(M)에 대응한다.
트랜지스터(516)의 소스 및 드레인 중 어느 한쪽은 단자부(518)를 통하여 액정 소자(524)의 도전층(539) 및 도전층(543)과 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 단자부(518)는 절연층(525)의 양면에 제공되는 도전층끼리를 전기적으로 접속하는 기능을 가진다. 또한, 트랜지스터(516)는 도 16에 도시된 트랜지스터(SW1)에 대응한다.
기판(521)과 기판(522)이 중첩되지 않는 영역에는 단자부(519)가 제공되어 있다. 단자부(519)는 단자부(518)와 마찬가지로 절연층(525)의 양면에 제공되는 도전층끼리를 전기적으로 접속한다. 단자부(519)는 도전층(543)과 같은 도전막을 가공하여 얻은 도전층과 전기적으로 접속되어 있다. 이에 의하여 접속층(545)을 개재하여 단자부(519)와 FPC(544)를 전기적으로 접속할 수 있다.
또한, 접착층(542)이 제공되는 일부의 영역에는 접속부(547)가 제공되어 있다. 접속부(547)에 있어서 도전층(543)과 같은 도전막을 가공하여 얻은 도전층과, 도전층(537)의 일부가 접속체(548)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 도전층(537)에, FPC(544)로부터 입력되는 신호 또는 전위를 접속체(548)를 통하여 공급할 수 있다.
도전층(537)과 도전층(543) 사이에 구조체(536)가 제공되어 있다. 구조체(536)는 액정 소자(524)의 셀 갭을 유지하는 기능을 가진다.
도전층(543)으로서는 금속 산화물, 금속 질화물, 또는 저저항화된 산화물 반도체 등의 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 산화물 반도체를 사용하는 경우에는, 수소, 붕소, 인, 질소, 이것들 이외의 불순물의 농도, 및 산소 결손량의 적어도 한쪽이 트랜지스터에 사용하는 반도체층에 비하여 높여진 재료를 도전층(543)에 사용하면 좋다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 10)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시형태에서 설명하는 발광 소자는 실시형태 2에서 설명한 발광 소자와 다른 구성을 가진다. 따라서, 발광 소자의 소자 구조 및 그 제작 방법에 대하여 도 18의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다. 다만, 실시형태 2에서 설명한 발광 소자와 같은 부분에 대해서는 실시형태 2의 설명을 참조하는 것으로 하여 설명을 생략한다.
본 실시형태에서 설명하는 발광 소자는 기판(3200) 위에 형성된 한 쌍의 전극(음극(3201) 및 양극(3203)) 사이에 발광층(3213)을 포함하는 EL층(3202)이 개재된 구조를 가진다. 또한, EL층(3202)은 실시형태 2에서의 EL층과 같이 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 및 전자 수송층 등을 적층하여 형성할 수 있다.
본 실시형태에서는 도 18의 (A)에 도시된 바와 같이, 기판(3200) 위에 형성된 음극(3201) 위에 전자 주입층(3214), 발광층(3213), 정공 수송층(3215), 및 정공 주입층(3216)을 순차적으로 적층함으로써 이루어지는 EL층(3202)을 가지고, 정공 주입층(3216) 위에 양극(3203)이 형성된 구조를 가지는 발광 소자에 대하여 설명한다. 또한, 여기서는 전자 수송층을 제공하지 않지만, 전자 주입층(3214)에 전자 수송이 높은 재료를 포함시킴으로써 전자 수송층의 기능을 겸하도록 형성할 수도 있다.
상술한 발광 소자는 음극(3201) 및 양극(3203) 사이에 인가되는 전위차에 의하여 전류가 흘러, EL층(3202)에서 정공과 전자가 재결합함으로써 발광한다. 그리고 이 발광은 음극(3201) 및 양극(3203) 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 통하여 외부로 추출된다. 따라서, 음극(3201) 및 양극(3203) 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 투광성을 가지는 전극이고, 투광성을 가지는 전극 측으로부터 광을 추출할 수 있다.
본 실시형태에서 나타낸 발광 소자는 도 18의 (A)에 도시된 바와 같이 음극(3201)의 단부가 절연물(3217)로 덮여 있다. 또한, 절연물(3217)은 도 18의 (B)에 도시된 바와 같이, 인접하는 음극(3201)끼리(예를 들어 3201a와 3201b) 사이를 메우도록 형성된다.
또한, 절연물(3217)로서는 절연성의 유기 화합물이나 무기 화합물을 사용할 수 있다. 유기 화합물로서는 감광성의 수지(레지스트 재료 등)를 사용할 수 있고, 예를 들어 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 및 플루오린계 수지 등을 사용할 수 있다. 또한, 무기 화합물로서는 예를 들어, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화 실리콘 등을 사용할 수 있다. 또한, 절연물(3217)의 표면은 발수성(撥水性)을 가지는 것이 바람직하고, 그 처리 방법으로서는 플라스마 처리의 외에 약액(알칼리성 용액, 유기 용매) 처리 등을 들 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 음극(3201) 위에 형성되는 전자 주입층(3214)은 고분자 화합물을 사용하여 형성한다. 다만, 비수 용매에 용해되기 어렵고, 전자 수송성이 높은 고분자 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 실시형태 2에서, 전자 주입층(115) 및 전자 수송층(114)에 사용할 수 있는 재료로서 든 것(고분자 화합물뿐만 아니라 알칼리 금속이나 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 포함함)을 적절히 조합하여 사용하고, 이들을 극성 용매에 용해시켜, 도포법에 의하여 형성한다.
또한, 여기서 사용하는 극성 용매로서는, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 아이소프로판올, 뷰틸알코올, 에틸렌글라이콜, 및 글라이세린 등을 들 수 있다.
전자 주입층(3214) 위에는 발광층(3213)이 형성된다. 발광층(3213)은 실시형태 2에서, 발광층(3213)에 사용할 수 있는 재료(발광 물질)의 예로서 든 것을 적절히 조합하여 비극성 용매에 용해(또는 분산)시킨 잉크를 습식법(잉크젯법 또는 인쇄법)에 의하여 성막(또는 도포)하여 형성한다. 또한, 전자 주입층(3214)은 발광색이 다른 발광 소자에 대하여 공통이지만 발광층(3213)에는 발광색에 대응하는 재료를 선택한다. 또한, 비극성 용매로서는 톨루엔이나 자일렌 등의 방향족계의 용매나 피리딘 등의 헤테로 방향족계의 용매를 사용할 수 있다. 이 외에도 헥세인, 2-메틸헥세인, 사이클로헥세인, 클로로폼 등의 용매를 사용할 수 있다.
도 18의 (B)에 도시된 바와 같이 용액을 도포하기 위한 장치(이하, 용액 도포 장치라고 함)의 헤드부(3300)에서 발광층(3213)을 형성하기 위한 잉크가 도포된다. 또한, 헤드부(3300)는 잉크를 분사하는 기능을 가지는 복수의 분사부(3301a 내지 3301c)를 가지고, 각각에 압전 소자(피에조 소자)(3302a 내지 3302c)가 제공된다. 또한, 분사부(3301a 내지 3301c)의 각각에는 다른 발광색을 나타내는 발광 물질을 포함하는 잉크(3303a 내지 3303c)가 충전되어 있다.
분사부(3301a 내지 3301c)로부터 잉크(3303a 내지 3303c)가 각각 분사됨으로써 발광색이 다른 발광층(3213a, 3213b, 및 3213c)이 각각 형성된다.
발광층(3213) 위에는 정공 수송층(3215)이 형성된다. 정공 수송층(3215)은 실시형태 2에서, 정공 수송층(3215)에 사용할 수 있는 재료로서 든 것을 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 정공 수송층(3215)의 형성 방법으로서, 진공 증착법이나 도포 방법을 사용할 수 있다. 또한, 도포법을 사용하는 경우에는, 용매에 용해시킨 것을 발광층(3213) 및 절연물(3217) 위에 도포한다. 또한, 도포 방법으로서는, 잉크젯법, 스핀코팅법, 및 인쇄법 등을 사용할 수 있다.
또한, 정공 수송층(3215) 위에는 정공 주입층(3216)이 형성되고, 정공 주입층(3216) 위에는 양극(3203)이 형성된다. 또한, 이들의 형성은 실시형태 2에 나타낸 재료를 적절히 조합하여 사용하고, 진공 증착법에 의하여 형성할 수 있다.
이상에 의하여, 발광 소자를 형성할 수 있다. 또한, 발광층에 있어서, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체를 사용하는 경우에는, 유기 금속 착체에 기초하는 인광 발광이 얻어지기 때문에, 형광성 화합물만을 사용한 발광 소자에 비하여 고효율의 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있는 것으로 한다.
(실시예 1)
《합성예 1》
본 실시예에서는, 실시형태 1의 구조식(100)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물, 9-[4-(3,10-다이페닐안트라센-9-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: 2Ph-CzPA)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 2Ph-CzPA의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 33]
Figure pat00033
<단계 1: 2-페닐안트라센의 합성>
3구 플라스크에 2-브로모안트라센 10.67g(41.5mmol), 페닐보론산 6.07g(49.8mmol), 탄산포타슘 20.6g(149mmol), 톨루엔 210mL, 에탄올 50mL 및 물 75mL을 넣고, 감압하에서 탈기 처리한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 여기서, 아세트산 팔라듐(II)(약칭: Pd(OAc)2) 93mg(0.42mmol), 트리스(2-메틸페닐)포스핀 253mg(0.83mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 3시간 동안 가열 환류하였다. 그 후, 플라스크의 온도를 실온까지 냉각시키고, 석출한 고체를 여과하여 분별하였다. 여과액은 유기층과 수성층으로 분액하여 유기층을 취득하였다. 이 유기층에 여과하여 분별한 고체를 첨가하고 가열 용해하고 셀라이트, 알루미나, 플로리실로 여과하였다. 이 여과액을 농축하여 석출한 고체를 에탄올을 사용하여 재결정하였다. 냉각 후, 실온에서 석출물을 여과하고, 얻어진 고체를 75℃로 감압 건조시켜, 목적물인 백색 고체를 10.1g, 수율 95%로 얻었다. 또한, 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(a-1)에 나타낸다.
[화학식 34]
Figure pat00034
또한, 상기 단계 1에서 얻어진 백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 이것으로부터, 단계 1에서, 2-페닐안트라센이 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 7.37(td, J=7.0Hz, 1.5Hz, 1H), 7.41-7.51(m, 4H), 7.70-7.78(m, 3H), 7.95-8.01(brm, 2H), 8.03(d, J=8.5Hz, 1H), 8.18(s, 1H), 8.41(s, 1H), 8.44(s, 1H).
<단계 2: 2-페닐-9-브로모안트라센의 합성>
다음에, 2-페닐안트라센 10.0g(39mmol)을 500mL의 3구 플라스크에 넣고, 테트라하이드로퓨란 400mL을 첨가하고 가열 용해하였다. 이 혼합 용액에 N-브로모석신이미드 7.35g을 첨가하였다. 이 용액을 약 20시간 동안 가열 환류시켰다. 환류 후, 실온까지 냉각시키고 농축하였다. 석출한 고체를 메탄올에 현탁시켜, 슬러리 세정한 후에 여과하였다. 얻어진 고체를 감압하에서 건조시켜 목적물인 황색 고체를 12.2g, 수율 93%로 얻었다. 또한, 단계 2의 합성 스킴을 하기 식(a-2)에 나타낸다.
[화학식 35]
Figure pat00035
또한, 상기 단계 2에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 이것으로부터 단계 2에서, 2-페닐-9-브로모안트라센이 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 7.42(t, J=7.5Hz, 1H), 7.46-7.54(m, 3H), 7.59(m, 1H), 7.77(dd, J=9Hz, 1.5Hz, 1H), 7.81(dd, J=8Hz, 1.5Hz, 2H), 7.98(d, J=9Hz, 1H), 8.05(d, J=9Hz, 1H), 8.42(s, 1H), 8.51(d, J=9.5Hz, 1H), 8.70(s, 1H).
<단계 3: 2,9-다이페닐안트라센의 합성>
다음에, 2-페닐-9-브로모안트라센 12.1g(36mmol), 페닐보론산, 5.3g(44mmol), 탄산포타슘 18.1g(131mmol), 톨루엔 180mL, 에탄올 45mL, 물 65mL을 500mL의 3구 플라스크에 넣고, 감압하에서 탈기 처리한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 여기서, 아세트산 팔라듐(II)(약칭: Pd(OAc)2) 82mg(0.36mmol), 트리스(2-메틸페닐)포스핀 221mg(0.73mmol)을 첨가하고, 5시간 동안 가열 환류하였다. 얻어진 혼합물에 물 및 톨루엔을 첨가하여 분액하였다. 이 수성층에 대하여 톨루엔으로 추출하였다. 얻어진 유기층과 추출액을 혼합하여 물로 세정한 후, 황산 마그네슘을 첨가하여 수분을 건조시켰다. 이 용액을 여과하여 용매를 증류하여 제거하였다. 얻어진 잔류물을 톨루엔과 에탄올에 의하여 재결정함으로써 목적물인 황색 고체의 2,9-다이페닐안트라센을 9.6g, 수율 80%로 얻었다. 또한, 단계 3의 합성 스킴을 하기 식(a-3)에 나타낸다.
[화학식 36]
Figure pat00036
또한, 상기 단계 3에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 이것으로부터 단계 3에 있어서, 유기 화합물, 2,9-다이페닐안트라센이 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 7.30-7.37(m, 2H), 7.39-7.48(m, 5H), 7.50-7.55(m, 1H), 7.56-7.61(m, 4H), 7.66(d, J=8.5Hz, 1H), 7.75(dd, J=8.5Hz, 1.5Hz, 1H), 7.86(s, 1H), 8.05(d, J=8.5Hz, 1H), 8.13(d, J=8.5Hz, 1H), 8.51(s, 1H).
<단계 4: 2,9-다이페닐-10-브로모안트라센의 합성>
다음에, 2,9-다이페닐안트라센 9.6g(29mmol)을 500mL의 3구 플라스크에 넣고, 아세트산 에틸 145mL을 첨가하고, 가열하 용해하였다. 이 혼합 용액에 N-브로모석신이미드 5.42g(30mmol)을 첨가하였다. 이 용액을 약 20시간 동안 가열 환류시켰다. 환류 후, 실온까지 냉각시키고 농축하였다. 석출한 고체를 메탄올에 현탁시켜 슬러리 세정 한 후에 여과하였다. 얻어진 고체를 감압하에서 건조시켜 목적물인 황색 고체를 10.4g, 수율 87%로 얻었다. 또한, 단계 4의 합성 스킴을 하기 식(a-4)에 나타낸다.
[화학식 37]
Figure pat00037
또한, 상기 단계 4에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 이것으로부터 단계 4에서, 유기 화합물, 2,9-다이페닐-10-브로모안트라센이 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 7.31-7.45(m, 6H), 7.53-7.61(m, 6H), 7.64(d, J=8.5Hz, 1H), 7.84(s, 1H), 7.86(dd, J=9Hz, 1.5Hz, 1H), 8.60(d, J=9Hz, 1H), 8.68(d, J=9Hz, 1H).
<단계 5: 3,10-다이페닐안트라센-9-일보론산의 합성>
상기 단계 4에서 합성한 2,9-다이페닐-10-브로모안트라센 10.2g(25mmol)을 500mL의 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 감압하로 한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이것에 테트라하이드로퓨란 120mL을 첨가하고, 교반하여 용해하고, -80℃로 냉각하였다. 냉각 후, 이 용액에 n-뷰틸리튬헥세인 용액 19mL(1.55M, 30mmol)을 적하하여 2시간 동안 반응시켰다. 이 반응 용액에 트라이메틸보론산 3.5mL(31mmol)을 적하하여 30분 동안 반응시켰다. 이 반응 용액을 실온까지 승온하고, 하룻밤 더 반응시켰다. 얻어진 반응 용액에 1mol/L의 염산 50mL을 첨가하였다. 이 혼합 용액을 유기층과 수성층으로 분액하고, 수성층에 대하여 아세트산 에틸로 추출하였다. 얻어진 추출액과 유기층을 혼합하고, 이 용액을 포화 탄산수소 소듐 수용액으로 중화한 후, 포화 식염수로 세정하였다. 얻어진 용액에 황산 마그네슘을 첨가하여 수분을 건조시킨 후, 여과하였다. 얻어진 용액을 농축하고, 석출한 고체를 헥세인으로 슬러리 세정한 후, 여과하였다. 얻어진 고체를 감압하에서 건조시켜 목적물인 황색 고체를 8.1g, 수율 87%로 얻었다. 또한, 단계 5의 합성 스킴을 하기 식(a-5)에 나타낸다.
[화학식 38]
Figure pat00038
또한, 상기 단계 5에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 이것으로부터 단계 5에서 유기 화합물, 3,10-다이페닐안트라센-9-일보론산이 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 5.25(s, 2H), 7.30-7.38(m, 2H), 7.39-7.44(m, 4H), 7.47-7.51(m, 1H), 7.52-7.61(m, 5H), 6.67(d, J=8.5Hz, 1H), 7.78(dd, J=9Hz, 1.5Hz, 1H), 7.87(d, J=1Hz, 1H), 8.15(d, J=8.5Hz, 1H), 8.22(d, J=8.5Hz, 1H).
<단계 6: 9-(4-브로모페닐)-3,10-다이페닐안트라센의 합성>
상기 단계 5에서 합성한 3,10-다이페닐안트라센-9-일보론산 8.1g(22mmol), 1-브로모-4-요오도벤젠 7.3g(26mmol), 탄산포타슘 8.9g(65mmol), 톨루엔 110mL, 에탄올 28mL, 물 33mL을 둥근바닥 플라스크에 넣고, 감압하에서 탈기 처리한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 여기서, 아세트산 팔라듐(II)(약칭: Pd(OAc)2) 97mg(0.43mmol), 트라이페닐포스핀 226mg(0.86mmol)을 첨가하여 5시간 동안 가열 환류하였다. 그 후, 플라스크의 온도를 실온까지 냉각시키고, 얻어진 혼합 용액을 유기층과 수성층으로 분액하였다. 얻어진 유기층을 포화 식염수로 세정한 후, 여과하였다. 이 유기층을 농축하여 얻어진 톨루엔 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 석출한 고체를 에탄올을 사용하여 재결정하였다. 실온에서 석출한 고체를 여과하여 얻어진 여과물을 감압하에서 건조시켜 목적물인 황색 고체를 8.9g, 수율 85%로 얻었다. 또한, 단계 6의 합성 스킴을 하기 식(a-6)에 나타낸다.
[화학식 39]
Figure pat00039
또한, 상기 단계 6에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 이것으로부터, 단계 6에서 유기 화합물, 9-(4-브로모페닐)-3,10-다이페닐안트라센이 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 7.30-7.43(m, 7H), 7.50(d, J=7Hz, 2H), 7.53-7.57(m, 3H), 7.59-7.72(m, 5H), 7.73-7.78(m, 3H), 7.90(s, 1H).
<단계 7: 9-[4-(3,10-다이페닐안트라센-9-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: 2Ph-CzPA)의 합성>
9-(4-브로모페닐)-3,10-다이페닐안트라센 4.3g(8.9mmol), 9H-카바졸 1.6g(9.3mmol), tert-뷰톡시소듐 2.6g(27mmol), 메시틸렌 45mL을 200mL의 플라스크에 넣고, 감압하에서 탈기 처리한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 여기서, 알릴염화 팔라듐다이머(II)(약칭: [(Allyl)PdCl]2) 32mg(0.089mmol), 다이-tert-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀(약칭: cBRIDP) 125mg(0.35mmol)을 첨가하여, 3시간 동안 가열 환류하였다. 이 반응 용액을 셀라이트, 알루미나, 플로리실로 여과하였다. 이 용액에 물을 넣어 얻어진 혼합 용액을 유기층과 수성층으로 분액하였다. 얻어진 유기층을 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘으로 수분을 건조시킨 후, 여과하였다. 이 유기층을 농축하고, 얻어진 잔류물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하고, 석출한 고체를 에탄올로 재결정하였다. 실온에서 석출한 고체를 여과하여 얻어진 여과물을 감압하에서 건조시켜 목적물인 황색 고체를 4.9g, 수율 96%로 얻었다. 또한, 단계 7의 합성 스킴을 하기 식(a-7)에 나타낸다.
[화학식 40]
Figure pat00040
또한, 상기 단계 7에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 19에 나타낸다. 이것으로부터 본 실시예에서, 유기 화합물, 2Ph-CzPA가 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 7.31-7.47(m, 7H), 7.49-7.60(m, 7H), 7.61-7.66(m, 2H), 7.67-7.77(m, 64H), 7.82-7.87(m, 3H), 7.91-7.97(m, 2H), 8.22(d, J=7.5Hz, 2H).
다음에, 얻어진 고체 4.8g을 트레인 서블리메이션법(train sublimation method)에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제로서는, 압력 3.0Pa, 아르곤 유량 15mL/min의 조건하에서 285℃로 가열하여 수행하였다. 승화 정제 후, 황색 고체를 4.1g, 회수율 86%로 얻었다.
다음에, 2Ph-CzPA의 톨루엔 용액의 자외-가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 '흡수 스펙트럼'이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼의 측정에는, 자외 가시 분광 광도계((주)일본분광제 V550형)를 사용하고, 톨루엔 용액(0.03mmol/L)을 석영 셀에 넣고 실온에서 측정하였다. 또한, 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계((주)하마마쯔포토닉스제 FS920)를 사용하고, 톨루엔 용액(0.01mmol/L)을 석영 셀에 놓고 실온에서 측정하였다. 얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 20에 도시하였다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡광도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한, 도 20에 있어서, 2개의 실선이 도시되어 있지만, 가는 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고, 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 20에 도시된 흡광도는, 톨루엔 용액(0.03mmol/L)을 석영 셀에 넣고 측정한 흡광도에서 톨루엔만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡광도를 뺀 결과이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 유기 화합물, 2Ph-CzPA는 427nm, 447nm에 발광 피크를 가지고, 톨루엔 용액으로부터는 청자색의 발광이 관측되었다.
다음에, 유기 화합물, 2Ph-CzPA를 액체 크로마토그래피 질량 분석(Liquid Chromatography Mass Spectrometry(약칭: LC-MS 분석))에 의하여 질량(MS) 분석하였다.
LC-MS 분석은 LC(액체 크로마토그래피) 분리를 Waters Corporation제의 Acquity UPLC(등록상표)에 의하여, MS 분석(질량 분석)을 Waters Corporation제의 Xevo G2 Tof MS에 의하여 수행하였다. LC 분리에서 사용한 칼럼은 Acquity UPLC BEH C8(2.1×100mm 1.7μm), 칼럼 온도는 40℃로 하였다. 이동상은 이동상 A를 아세토나이트릴, 이동상 B를 0.1% 폼산 수용액으로 하였다. 또한, 샘플은 임의의 농도의 2Ph-CzPA를 톨루엔에 용해하고, 아세토나이트릴로 희석하여 조정하고, 주입량은 5.0μL로 하였다.
LC 분리는 측정 시작 후, 0분부터 10분에서의 이동상 A와 이동상 B의 비율이 이동상 A:이동상 B=95:5가 되도록 하였다.
MS 분석에서는, 일렉트로스프레이 이온화법(ElectroSpray Ionization, 약칭: ESI)에 의한 이온화를 수행하였다. 이때의 캐필러리 전압은 3.0 kV, 샘플 콘 전압은 30 V로 하고, 검출은 포지티브 모드로 행하였다. 이상의 조건하에서 이온화된 m/z=572의 성분을 충돌실(collision cell) 내에서 아르곤 가스에 충돌시켜 프로덕트 이온에 해리시켰다. 아르곤에 충돌시킬 때의 에너지(collision energy)는 70eV로 하였다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z(질량 전하의 비율)=100 내지 1200으로 하였다. 도 21에 해리시킨 프로덕트 이온을 비행 시간(TOF)형 MS에 의하여 검출한 결과를 도시하였다.
도 21의 결과로부터, 2Ph-CzPA는 주로, m/z=572 부근에 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알았다. 또한, 도 21에 도시된 결과는 2Ph-CzPA에서 유래한 특징적인 결과를 나타내는 것으로부터, 혼합물 중에 포함되는 2Ph-CzPA를 동정함에 있어서 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, 충돌 에너지(collision energy) 70eV로 측정할 때에 관측된 m/z=406의 프래그먼트 이온은 2Ph-CzPA의 C-N 결합이 절단되어 생성한 2,9,10-트라이페닐안트라센에서 유래한다고 추정되고, 2Ph-CzPA의 특징 중 하나이다.
(실시예 2)
《합성예 2》
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(200)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물, 7-[4-(3,10-다이페닐안트라센-9-일)페닐]다이벤조[c,g]-7H-카바졸(약칭: 2Ph-cgDBCzPA)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 2Ph-cgDBCzPA의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 41]
Figure pat00041
<단계 1:2Ph-cgDBCzPA의 합성>
9-(4-브로모페닐)-3,10-다이페닐안트라센 4.3g(8.9mmol)(실시예 1의 단계 6 참조), 다이벤조[c,g]-7H-카바졸 2.5g(9.3mmol), tert-뷰톡시소듐 2.6g(27mmol), 메시틸렌 45mL을 200mL의 플라스크에 넣고, 감압하에서 탈기 처리한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 여기서, 알릴염화 팔라듐다이머(II)(약칭: [(Allyl)PdCl]2) 32mg(0.089mmol), 다이-tert-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀(약칭: cBRIDP) 125mg(0.35mmol)을 첨가하여 6시간 동안 가열 환류하였다. 이 반응 용액을 셀라이트, 알루미나, 플로리실로 여과하였다. 이 용액에 물을 넣고 얻어진 혼합 용액을 유기층과 수성층으로 분액하였다. 얻어진 유기층을 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘으로 수분을 건조시킨 후 여과하였다. 이 유기층을 농축하여, 얻어진 잔류물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하고, 석출한 고체를 에탄올을 사용하여 재결정하였다. 실온에서 석출한 고체를 여과하여, 얻어진 여과물을 감압하에서 건조시켜 목적물인 황색 고체를 4.8g, 수율 81%로 얻었다. 또한, 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(b-1)에 나타낸다.
[화학식 42]
Figure pat00042
또한, 상기 단계 1에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 22에 도시하였다. 이것으로부터, 단계 1에서, 유기 화합물, 2Ph-cgDBCzPA가 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 7.34(t, J=7Hz, 1H), 7.39-7.51(m, 4H), 7.53-7.61(m, 7H), 7.62-7.67(m, 2H), 7.72-7.79(m, 4H), 7.80-7.90(m, 7H), 7.93-7.98(m, 4H), 8.10(d, J=8Hz, 2H), 9.32(d, J=8.5Hz, 2H).
다음에, 얻어진 고체 4.7g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제로서는, 압력 3.0Pa, 아르곤 유량 15mL/min의 조건하에서, 355℃로 가열하여 수행하였다. 승화 정제 후, 황색 고체를 4.1g, 회수율 87%로 얻었다.
다음에, 2Ph-cgDBCzPA의 톨루엔 용액의 자외-가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 '흡수 스펙트럼'이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계((주)일본분광제 V550형)를 사용하고, 톨루엔 용액(0.02mmol/L)을 석영 셀에 넣고 실온에서 측정하였다. 또한, 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계((주)하마마쯔포토닉스제 FS920)를 사용하고, 톨루엔 용액(0.01mmol/L)을 석영 셀에 놓고 실온에서 측정하였다. 얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 23에 도시하였다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡광도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한, 도 23에 있어서, 2개의 실선이 도시되어 있지만, 가는 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고, 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 23에 도시된 흡광도는, 톨루엔 용액(0.02mmol/L)을 석영 셀에 넣고 측정한 흡광도에서 톨루엔만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡광도를 뺀 결과이다.
도 23에 도시된 바와 같이, 유기 화합물, 2Ph-cgDBCzPA는 425nm, 447nm에 발광 피크를 가지고, 톨루엔 용액으로부터는 청자색의 발광이 관측되었다.
다음에, 유기 화합물, 2Ph-cgDBCzPA를 LC-MS 분석에 의하여 질량 분석하였다.
LC-MS 분석은 LC(액체 크로마토그래피) 분리를 Waters Corporation제의 Acquity UPLC(등록상표)에 의하여 수행하고, 질량 분석을 Waters Corporation제의 Xevo G2 Tof MS에 의하여 수행하였다. LC 분리에서 사용한 칼럼은 Acquity UPLC BEH C8(2.1×100mm 1.7μm), 칼럼 온도는 40℃로 하였다. 이동상은 이동상 A를 아세토나이트릴, 이동상 B를 0.1% 폼산 수용액으로 하였다. 또한, 샘플은 임의의 농도의 2Ph-cgDBCzPA를 톨루엔에 용해하고, 아세토나이트릴로 희석하여 조정하고, 주입량을 5.0μL로 하였다.
LC 분리는 측정 시작 후 0분부터 10분에서의 이동상 A와 이동상 B의 비율이 이동상 A:이동상 B=95:5가 되도록 하였다.
MS 분석에서는, 일렉트로스프레이 이온화법에 의한 이온화를 수행하였다. 이때의 캐필러리 전압은 3.0 kV, 샘플 콘 전압은 30 V로 하고, 검출은 포지티브 모드로 행하였다. 이상의 조건하에서 이온화된 m/z=672의 성분을 충돌실 내에서 아르곤 가스에 충돌시켜 프로덕트 이온에 해리시켰다. 아르곤에 충돌시킬 때의 에너지는 70eV로 하였다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z=100 내지 1200으로 하였다. 도 24에 해리시킨 프로덕트 이온을 비행 시간형 MS에 의하여 검출한 결과를 도시하였다.
도 24의 결과로부터, 2Ph-cgDBCzPA는 주로, m/z=672 부근에 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알았다. 또한, 도 24에 도시된 결과는 2Ph-cgDBCzPA에서 유래한 특징적인 결과를 나타내는 것으로부터, 혼합물 중에 포함되는 2Ph-cgDBCzPA를 동정함에 있어서 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, 충돌 에너지 70eV로 측정할 때에 관측된 m/z=406의 프래그먼트 이온은 2Ph-CzPA의 C-N 결합이 절단되어 생성된 2,9,10-트라이페닐안트라센에에서 유래한다고 추정되고, 또한 m/z=266의 프래그먼트 이온은 7H-다이벤조[c,g]카바졸에서 유래한다고 추정되고, 2Ph-cgDBCzPA에 포함되는 각 골격을 나타내는 데이터라고 할 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자로서, 실시예 1에서 합성 방법의 일례를 나타낸 2Ph-CzPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 발광 소자 1-1을 제작하고, 또한 비교 발광 소자로서, CzPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 비교 발광 소자 1-2, 및 2PPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 비교 발광 소자 1-3을 제작하고, 각각의 발광 소자의 특성을 측정한 결과를 나타낸다. 또한, 본 실시예에서의 발광 소자 1-1, 비교 발광 소자 1-2 및 비교 발광 소자 1-3의 설명에는 도 25를 사용하는 것으로 한다. 또한, 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[화학식 43]
Figure pat00043
《발광 소자 1-1, 비교 발광 소자 1-2, 및 비교 발광 소자 1-3의 제작》
우선, 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITO)을 스퍼터링법에 의하여 유리로 된 기판(900) 위에 성막하고, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(901)을 형성하였다. 또한, 그 막 두께는 70nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음에, 기판(900) 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃로 1시간 동안 소성한 후에 UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃로 30분 동안 진공 소성한 후, 기판(900)을 30분 정도 식혔다.
다음에, 제 1 전극(901)이 형성된 면이 아래 쪽을 향하도록, 기판(900)을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정하였다. 본 실시예에서는, 진공 증착법에 의하여, EL층(902)을 구성하는 정공 주입층(911), 정공 수송층(912), 발광층(913), 전자 수송층(914), 전자 주입층(915)이 순차적으로 형성되는 경우에 대하여 설명한다.
진공 증착 장치 내를 10-4Pa로 감압한 후 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA)과 산화 몰리브데넘을 PCzPA:산화 몰리브데넘=4:2(질량비)가 되도록 공증착함으로써 제 1 전극(901) 위에 정공 주입층(911)을 형성하였다. 막 두께는 10nm로 하였다. 또한, 공증착이란, 복수의 상이한 물질이 각각 상이한 증발원으로부터 동시에 증발되는 증착법이다.
다음에, 발광 소자 1-1 및 비교 발광 소자 1-2의 경우는, PCzPA를 30nm, 비교 발광 소자 1-3의 경우는 PCzPA를 20nm 증착함으로써 정공 수송층(912)을 형성하였다.
다음에, 정공 수송층(912) 위에 발광층(913)을 형성하였다. 발광 소자 1-1의 경우는, 9-[4-(3,10-다이페닐안트라센-9-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: 2Ph-CzPA), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을, 2Ph-CzPA:1,6mMemFLPAPrn=1:0.03(중량비)이 되도록 공증착하였다. 또한, 막 두께는 25nm로 하였다. 또한, 비교 발광 소자 1-2의 경우는, 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 1,6mMemFLPAPrn을 CzPA:1,6mMemFLPAPrn=1:0.03(중량비)이 되도록 공증착하였다. 또한, 막 두께는 25nm로 하였다. 또한, 비교 발광 소자 1-3의 경우는, 2,9,10-트라이페닐안트라센(약칭: 2PPA), 1,6mMemFLPAPrn을 2PPA:1,6mMemFLPAPrn=1:0.03(중량비)이 되도록 공증착하였다. 또한, 막 두께는 25nm로 하였다. 이상과 같이 하여, 발광층(913)을 형성하였다.
다음에, 발광층(913) 위에 전자 수송층(914)을 형성하였다. 발광 소자 1-1의 경우는, 2Ph-CzPA를 10nm 증착한 후, Bphen을 15nm 증착하였다. 비교 발광 소자 1-2의 경우는, CzPA를 10nm 증착한 후, Bphen을 15nm 증착하였다. 비교 발광 소자 1-3의 경우는, 2PPA를 10nm 증착한 후, Bphen을 15nm 증착하였다.
다음에, 전자 수송층(914) 위에 플루오린화 리튬을 1nm 증착함으로써 전자 주입층(915)을 형성하였다.
마지막으로, 전자 주입층(915) 위에 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 증착하여 음극이 되는 제 2 전극(903)을 형성하고, 발광 소자 1-1, 비교 발광 소자1-2, 및 비교 발광 소자 1-3을 얻었다. 또한, 상술한 증착 과정에서, 증착은 모두 저항 가열법을 사용하였다.
이상에 의하여, 얻어진 각 발광 소자의 소자 구조를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure pat00044
*2Ph-CzPA:1,6mMemFLPAPrn(1:0.03 25nm)
**CzPA:1,6mMemFLPAPrn(1:0.03 25nm)
***2PPA:1,6mMemFLPAPrn(1:0.03 25nm)
또한, 제작한 각 발광 소자는 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글러브 박스 내에서 밀봉하였다(밀봉재를 소자의 주위에 도포하여, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서 1시간 동안 열처리를 수행하였다).
《발광 소자 1-1, 비교 발광 소자 1-2, 및 비교 발광 소자 1-3의 동작 특성》
다음에, 제작한 각 발광 소자의 동작 특성을 측정하였다. 또한 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 1-1, 비교 발광 소자 1-2, 및 비교 발광 소자 1-3의 전류 밀도-휘도 특성을 도 26, 전압-휘도 특성을 도 27, 휘도-전류 효율 특성을 도 28, 전압-전류 특성을 도 29에 각각 도시하였다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 각 발광 소자의 주된 초기 특성을 이하의 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure pat00045
또한, 각 발광 소자에 12.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 30에 도시하였다. 도 30에 있어서, 발광 소자 1-1의 발광 스펙트럼은 467nm 부근에 피크를 가지고, 발광 소자 1-1의 EL층에 사용한 유기 화합물, 1,6mMemFLPAPrn의 청색 발광에서 유래하는 것이 시사된다. 비교 발광 소자 1-2도 같은 스펙트럼이지만, 비교 발광 소자 1-3은 단파장 측에서 피크가 날카롭게 상승하지 않은 스펙트럼이 되었다. 이 단파장 측에서 피크가 날카롭게 상승하지 않은 스펙트럼은 정공 수송층인 PCzPA에서 유래한다고 생각된다. 이것은 PCzPA로부터 2PPA에 홀이 들어가기 어려운 것을 시사하고 있다. 그 영향으로 인해 비교 발광 소자 1-3은 구동 전압(전류-전압 특성)이나 발광 효율도 매우 나쁘다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자 1-1(2Ph-CzPA)은 비교 발광 소자 1-2(CzPA)와 동등한 높은 효율을 얻었다. 이것은 후술하는 바와 같이, 2Ph-CzPA로 효율적인 TTA가 발생하는 결과라고 생각된다.
한편, 발광 소자 1-1(2Ph-CzPA)과 비교 발광 소자 1-2(CzPA)의 구동 전압을 비교하면, 구동 전압은 발광 소자 1-1이 더 저감된 결과가 나왔다. 2Ph-CzPA는 골격만 보면, CzPA와 2PPA를 합친 것과 같은 분자 골격이지만, 구동 전압은 CzPA와 2PPA의 평균 값이 되는 것이 아니라 구동 전압이 비교적 낮은 CzPA보다 더 저감되어 있다. 이것은 예상하지 못하는 놀라운 효과라고 할 수 있다. CV 측정의 결과로부터, CzPA의 HOMO가 -5.79eV, LUMO가 -2.73eV인 것에 대하여, 2Ph-CzPA의 HOMO는 -5.77eV, LUMO는 -2.80eV였다. 즉, 카바졸 골격과 안트라센의 3위에 결합한 페닐기의 양쪽을 가짐으로써 처음으로 HOMO-LUMO 갭이 약간 작아지고, 구동 전압이 저감되었다고 생각된다.
다음에, 각 발광 소자에 대한 신뢰성 시험을 수행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 31에 도시하였다. 도 31에 있어서, 세로축은 초기 휘도를 100%로 하였을 때의 정규화 휘도(%)를 나타내며, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험은 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고, 전류 밀도를 일정하게 하는 조건하에서 발광 소자를 구동시켰다.
도 31에 나타낸 결과로부터, 비교 발광 소자 1-3은 현저하게 열화되는 것을 알 수 있다. 한편, 비교 발광 소자 1-2는 비교적 양호한 신뢰성을 나타내지만, 발광 소자 1-1은 그것보다 더 높은 신뢰성을 나타내는 것을 알았다. 2Ph-CzPA는 골격만 보면 CzPA와 2PPA를 합친 것과 같은 분자 골격이지만, 구동 수명은 CzPA와 2PPA의 평균 값이 되는 것이 아니라, 구동 수명이 비교적 긴 CzPA보다도 더 장수명화되어 있다. 이것은 예상하지 못하는 놀라운 효과라고 할 수 있다. 페닐기의 도입에 의하여 LUMO 준위가 저하되고, 또한 카바졸 골격이 홀을 수용함과 동시에 막의 모폴로지를 안정화시켜, 장수명화로 이어졌다고 생각된다. 즉, 수명에 관해서도 카바졸 골격과 안트라센의 3위에 결합한 페닐기의 떼려야 뗄 수 없는 효과이다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자로서, 실시예 1에서 합성 방법의 일례를 나타낸 2Ph-CzPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 발광 소자 2-1을 제작하고, 또한, 비교 발광 소자로서, CzPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 비교 발광 소자 2-2, 및 2PPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 비교 발광 소자 2-3을 제작하고, 각각의 발광 소자의 특성을 측정한 결과를 나타낸다. 또한, 본 실시예에서의 발광 소자 2-1, 비교 발광 소자 2-2, 및 비교 발광 소자 2-3의 제작 방법에 대해서는 정공 주입층(911), 및 정공 수송층(912)에 PCzPA 대신에 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn)을 사용한 이외는 실시예 3과 같기 때문에 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서 사용한 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[화학식 44]
Figure pat00046
《발광 소자 2-1, 비교 발광 소자 2-2, 및 비교 발광 소자 2-3의 제작》
본 실시예에서 제작한 발광 소자 2-1, 비교 발광 소자 2-2, 및 비교 발광 소자 2-3의 소자 구조를 표 3에 나타낸다.
[표 3]
Figure pat00047
*2Ph-CzPA:1,6mMemFLPAPrn(1:0.03 25nm)
**CzPA:1,6mMemFLPAPrn(1:0.03 25nm)
***2PPA:1,6mMemFLPAPrn(1:0.03 25nm)
《발광 소자 2-1, 비교 발광 소자 2-2, 및 비교 발광 소자2-3의 동작 특성》
다음에, 제작한 각 발광 소자의 동작 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 2-1, 비교 발광 소자 2-2, 및 비교 발광 소자 2-3의 전류 밀도-휘도 특성을 도 32, 전압-휘도 특성을 도 33, 휘도-전류 효율 특성을 도 34, 전압-전류 특성을 도 35에 각각 도시하였다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 각 발광 소자의 주된 초기 특성을 이하의 표 4에 나타낸다.
[표 4]
Figure pat00048
또한, 각 발광 소자에 12.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 36에 도시하였다. 도 36에 있어서, 발광 소자 2-1의 발광 스펙트럼은 466nm 부근에 피크를 가지고, 발광 소자 2-1의 EL층에 사용한 유기 화합물, 1,6mMemFLPAPrn의 청색 발광에서 유래하는 것이 시사된다.
다음에, 각 발광 소자에 대한 신뢰성 시험을 수행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 37에 도시하였다. 도 37에 있어서, 세로축은 초기 휘도를 100%로 하였을 때의 정규화 휘도(%)을 나타내고, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험은 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고, 전류 밀도를 일정하게 하는 조건하에서 발광 소자를 구동시켰다.
발광 소자 2-1과, 각 비교 발광 소자를 비교하면, 발광 효율, 구동 전압, 및 신뢰성 모두에서 실시예 3과 동일한 경향을 나타낸다. 즉, 정공 수송층을 다른 화합물로 바꿔도, 2Ph-CzPA를 호스트로서 사용함으로써 실시예 3에서 나타낸 효과와 같은 효과가 얻어진 것을 알았다. 결과적으로, 발광 소자 2-1은 비교 발광 소자 2-2와 동등한 높은 효율을 달성하면서 예상하지 못하는 구동 전압의 저감 및 장수명화를 실현하고 있다.
또한, 발광 소자 2-1, 비교 발광 소자 2-2, 및 비교 발광 소자 2-3에서는 HTL에 LUMO 준위가 높은 재료인 PCPPn을 사용하여 소자를 제작하였다. 이 PCPPn이라는 재료는, LUMO 준위가 높아 전자 차단성을 가지기 때문에, 발광 소자 1-1에서 사용한 PCzPA와 비교하여 전자 캐리어의 HTL로의 이탈을 억제하고, 발광층 내에서의 재결합률을 높이고, 나아가서는 발광 소자 2-1의 효율의 향상에 기여하고 있다고 생각할 수 있다.
(실시예 5)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자로서, 실시예 1에서 합성 방법의 일례를 나타낸 2Ph-CzPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 발광 소자 5, 실시예 2에서 합성 방법의 일례를 나타낸 2Ph-cgDBCzPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 발광 소자 6을 각각 제작하고, 또한 비교 발광 소자로서 CzPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 비교 발광 소자 7, cgDBCzPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 비교 발광 소자 8을 각각 제작하고, 이들의 발광 소자의 특성을 측정한 결과를 나타낸다. 또한, 본 실시예에서의 발광 소자 5, 발광 소자 6, 비교 발광 소자 7, 및 비교 발광 소자 8의 제작 방법에 대해서는 발광층의 게스트 재료에, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-안트라센-9,10-다이아민(약칭: 9,10mMemFLPA2A)을 사용한 이외는 실시예 3과 같기 때문에 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서 사용한 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[화학식 45]
Figure pat00049
《발광 소자 5, 발광 소자 6, 비교 발광 소자 7, 및 비교 발광 소자 8의 제작》
본 실시예에서 제작한 발광 소자 5, 발광 소자 6, 비교 발광 소자 7, 및 비교 발광 소자 8의 소자 구조를 표 5에 나타낸다.
[표 5]
Figure pat00050
* 2Ph-CzPA:9,10mMemFLPA2A (1:0.1 25nm)
**2Ph-cgDBCzPA:9,10mMemFLPA2A (1:0.1 25nm)
***CzPA:9,10mMemFLPA2A (1:0.1 25nm)
****cgDBCzPA:9,10mMemFLPA2A (1:0.1 25nm)
《발광 소자 5, 발광 소자 6, 비교 발광 소자 7, 및 비교 발광 소자 8의 동작 특성》
다음에, 제작한 발광 소자 5, 발광 소자 6, 비교 발광 소자 7, 및 비교 발광 소자 8의 동작 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 5, 발광 소자 6, 비교 발광 소자 7, 및 비교 발광 소자 8의 전류 밀도-휘도 특성을 도 38, 전압-휘도 특성을 도 39, 휘도-전류 효율 특성을 도 40, 전압-전류 특성을 도 41에 각각 도시하였다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 각 발광 소자의 주된 초기 특성 값을 이하의 표 6에 나타낸다.
[표 6]
Figure pat00051
또한, 발광 소자 5 및 6에 12.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 42에 도시하였다. 도 42에 있어서, 발광 소자 5 및 6의 발광 스펙트럼은 522nm 부근에 피크를 가지고, 각 발광 소자의 EL층에 사용한 유기 화합물, 9,10mMemFLPA2A의 녹색 발광에서 유래하는 것이 시사된다. 또한 도 42에는 도시하지 않았지만 비교 발광 소자 7 및 8도 마찬가지로 9,10mMemFLPA2A에서 유래하는 발광 스펙트럼이 얻어졌다.
중요한 것은, 발광 소자 5(2Ph-CzPA)는 비교 발광 소자 7(CzPA)과 비교하여 구동 전압이 저감되어 있는 점이다. 실시예 3에서 나타낸 2Ph-CzPA의 구동 전압에 관한 예상하지 못하는 효과는 발광 도펀트가 달라져도 발휘되는 것을 알 수 있다. 또한, 발광 소자 5(2Ph-CzPA)는 비교 발광 소자 7(CzPA)보다 발광 효율이 높다. 이것은 녹색 발광 도펀트에 대한 에너지 이동 효율이 개선되었기 때문이라고 생각된다.
또한, 발광 소자 6(2Ph-cgDBCzPA)은 비교 발광 소자 8(cgDBCzPA)과 비교하여 역시 구동 전압이 저감되어 있는 점도 주목해야 한다. 2Ph-cgDBCzPA는 골격만 보면, cgDBCzPA와 2PPA를 합친 것과 같은 분자 골격이다. 그러나 그 구동 전압은 구동 전압이 높은 2PPA와 cgDBCzPA의 평균 값이 되는 것이 아니라, 구동 전압이 비교적 낮은 cgDBCzPA보다 더 저감되어 있다. 이것은 예상하지 못하는 놀라운 효과라고 할 수 있다. CV 측정의 결과로부터, cgDBCzPA의 HOMO가 -5.69eV, LUMO가 -2.74eV인 것에 대하여 2Ph-cgDBCzPA의 HOMO는 -5.70eV, LUMO는 -2.81eV이었다. 즉, 카바졸 골격과 안트라센의 3위에 결합한 페닐기의 양쪽을 가짐으로써 처음으로 HOMO-LUMO 갭이 약간 작아지고, 구동 전압이 저감되었다고 생각된다. 특히 이 경우, LUMO로의 영향이 크다고 할 수 있다. 또한, 이 결과로부터, 카바졸 골격이 카바졸 단일 고리가 아니라 축합 고리를 가져도 본 발명의 일 형태의 효과는 얻을 수 있는 것이 실증되었다. 즉 본 발명에 있어서, 카바졸 골격을 가지는 것이 중요하다.
다음에, 각 발광 소자에 대한 신뢰성 시험을 수행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 43에 도시하였다. 도 43에 있어서, 세로축은 초기 휘도를 100%로 하였을 때의 정규화 휘도(%)를 나타내며, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험은 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고, 전류 밀도를 일정하게 하는 조건하에서 발광 소자를 구동시켰다.
도 43에 도시된 결과로부터, 발광 소자 5는 비교 발광 소자 7과 비교하여 높은 신뢰성을 나타내는 것을 알았다. 실시예 3에서 나타낸 2Ph-CzPA의 구동 수명에 관한 예상하지 못하는 효과는 발광 도펀트가 달라져도 발휘되는 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 6은 비교 발광 소자 8과 비교하여 높은 신뢰성을 나타내는 것을 알았다. 2Ph-cgDBCzPA는 골격만 보면, cgDBCzPA와 2PPA를 합친 것과 같은 분자 골격이다. 그러나 그 구동 수명은, 수명이 현저하게 나쁜 2PPA와 cgDBCzPA의 평균 값이 되는 것이 아니라, 구동 수명이 비교적 긴 cgDBCzPA보다 더 장수명화되어 있다. 이것은 예상하지 못하는 놀라운 효과라고 할 수 있다. 페닐기의 도입에 의하여 LUMO 준위가 저하되고, 또한 카바졸 골격이 홀을 수용함과 동시에 막의 모폴로지를 안정화시켜, 장수명화로 이어졌다고 생각된다. 즉, 수명에 관해서도 카바졸 골격과 안트라센의 3위에 결합한 페닐기의 떼려야 뗄 수 없는 효과이다. 또한, 이 결과로부터, 카바졸 골격이 카바졸 단일 고리가 아니라 축합 고리를 가져도 본 발명의 일 형태의 효과는 얻을 수 있는 것이 실증되었다. 즉 본 발명에 있어서, 카바졸 골격을 가지는 것이 중요하다.
(실시예 6)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자로서, 실시예 1에서 합성 방법의 일례를 나타낸 2Ph-CzPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 발광 소자 9, 실시예 2에서 합성 방법의 일례를 나타낸 2Ph-cgDBCzPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 발광 소자 10을 각각 제작하고, 또한 비교 발광 소자로서 CzPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 비교 발광 소자 11, cgDBCzPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 비교 발광 소자 12를 각각 제작하고, 이들의 발광 소자의 특성을 측정한 결과를 나타낸다. 또한, 본 실시예에서의 발광 소자 9, 발광 소자 10, 비교 발광 소자 11, 및 비교 발광 소자 12의 제작 방법에 대해서는 정공 주입층 및 정공 수송층에 사용하는 재료를 PCzPA로부터 PCPPn으로 변경한 점 이외는 실시예 5와 같기 때문에 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서 사용한 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[화학식 46]
Figure pat00052
《발광 소자 9, 발광 소자 10, 비교 발광 소자 11, 및 비교 발광 소자 12의 제작》
본 실시예에서 제작한 발광 소자 9, 발광 소자 10, 비교 발광 소자 11, 및 비교 발광 소자 12의 소자 구조를 표 7에 나타낸다.
[표 7]
Figure pat00053
*2Ph-CzPA:9,10mMemFLPA2A (1:0.1 25nm)
**2Ph-cgDBCzPA:9,10mMemFLPA2A (1:0.1 25nm)
***CzPA:9,10mMemFLPA2A (1:0.1 25nm)
****cgDBCzPA:9,10mMemFLPA2A (1:0.1 25nm)
《발광 소자 9, 발광 소자 10, 비교 발광 소자 11, 및 비교 발광 소자 12의 동작 특성》
다음에, 제작한 발광 소자 9, 발광 소자 10, 비교 발광 소자 11, 및 비교 발광 소자 12의 동작 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 9, 발광 소자 10, 비교 발광 소자 11, 및 비교 발광 소자 12의 전류 밀도-휘도 특성을 도 44, 전압-휘도 특성을 도 45, 휘도-전류 효율 특성을 도 46, 전압-전류 특성을 도 47에 각각 도시하였다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 각 발광 소자의 주된 초기 특성 값을 이하의 표 8에 나타낸다.
[표 8]
Figure pat00054
또한, 발광 소자 9 및 10에 12.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 48에 도시하였다. 도 48에 있어서, 발광 소자 9 및 10의 발광 스펙트럼은 519nm 부근에 피크를 가지고, 각 발광 소자의 EL층에 사용한 유기 화합물, 9,10mMemFLPA2A의 녹색 발광에서 유래하는 것이 시사된다.
다음에, 각 발광 소자에 대한 신뢰성 시험을 수행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 49에 도시하였다. 도 49에 있어서, 세로축은 초기 휘도를 100%로 하였을 때의 정규화 휘도(%)를 나타내며, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험은 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고, 전류 밀도를 일정하게 하는 조건하에서 발광 소자를 구동시켰다.
발광 소자 9와 비교 발광 소자 11을 비교하면, 효율, 구동 전압, 및 신뢰성 모두에서 실시예 5와 동일한 경향을 나타낸다. 즉, 정공 수송층을 다른 화합물로 바꿔도, 2Ph-CzPA를 호스트로서 사용함으로써 실시예 5에서 나타낸 효과와 같은 효과가 얻어진 것을 알았다. 결과적으로, 발광 소자 9는 비교 발광 소자 11보다 높은 효율을 달성하면서 예상하지 못하는 구동 전압의 저감 및 장수명화를 실현하고 있다.
또한, 발광 소자 10과 비교 발광 소자 12를 비교하면, 구동 전압, 및 신뢰성 모두에서 실시예 5와 동일한 경향을 나타낸다. 즉, 정공 수송층을 다른 화합물로 바꿔도, 2Ph-cgDBCzPA를 호스트로서 사용함으로써 실시예 5에서 나타낸 효과와 같은 효과가 얻어진 것을 알았다. 결과적으로, 발광 소자 10은 비교 발광 소자 12와 동등한 높은 효율을 달성하면서, 예상하지 못하는 구동 전압의 저감 및 장수명화를 실현하고 있다.
(실시예 7)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자로서, 실시예 1에서 합성 방법의 일례를 나타낸 2Ph-CzPA를 발광층에 사용한 발광 소자 13을 제작하고, 실시예 2에서 합성 방법의 일례를 나타낸 2Ph-cgDBCzPA를 발광층에 사용한 발광 소자 14를 제작하였다. 또한, 각 발광 소자의 특성에 대하여 측정한 결과를 나타낸다. 또한, 본 실시예에서의 발광 소자 13 및 발광 소자 14의 제작 방법에 대해서는, 발광층으로부터 게스트 재료를 제외하고, 전자 수송층에 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py)를 사용한 이외는 실시예 4와 같기 때문에 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서 사용한 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[화학식 47]
Figure pat00055
《발광 소자 13 및 14의 제작》
본 실시예에서 제작한 발광 소자 13 및 14의 소자 구조를 표 9에 나타낸다.
[표 9]
Figure pat00056
《발광 소자 13 및 14의 동작 특성》
다음에, 제작한 발광 소자 13 및 14의 동작 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 13 및 14의 전류 밀도-휘도 특성을 도 50, 전압-휘도 특성을 도 51, 휘도-전류 효율 특성을 도 52, 전압-전류 특성을 도 53에 각각 도시하였다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 각 발광 소자의 주된 초기 특성 값을 이하의 표 10에 나타낸다.
[표 10]
Figure pat00057
또한, 발광 소자 13 및 14에 12.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 54에 도시하였다. 도 54에 있어서, 발광 소자 13 및 14의 발광 스펙트럼은 458nm 부근에 피크를 가지고, 각 발광 소자의 EL층에 사용한 유기 화합물, 2Ph-CzPA 또는 2Ph-cgDBCzPA의 발광에서 유래하는 것이 시사된다.
<발광 소자의 지연 형광 측정>
다음에, 발광 소자 13 및 14에 대하여 지연 형광 측정을 수행하였다. 측정에는 피코초 형광 수명 측정 시스템(하마마쯔포토닉스제)을 사용하였다. 본 측정에서는 발광 소자의 형광 발광 수명을 측정하기 위하여, 발광 소자에 구형(矩形) 펄스 전압을 인가하고, 그 전압의 하강으로부터 감쇠(減衰)되가는 발광을 스트리크 카메라(streak camera)를 사용하여 시간 분해 측정하였다. 펄스 전압은 주파수 10Hz로 인가하고, 반복적으로 측정한 데이터를 적산함으로써 S/N비가 높은 데이터를 얻었다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
측정에 의하여 얻어진 감쇠 곡선을 도 55에 도시하였다. 또한, 도 55에 있어서, 가로축은 펄스 전압의 하강으로부터의 경과 시간(μs)을 나타내고, 세로축은 상대 발광 강도(임의 단위)를 나타낸다. 또한, 도 55에 도시된 감쇠 곡선에 대하여 하기 수학식(1)을 참조하여 피팅을 수행하였다.
[수학식 1]
Figure pat00058
다만, 수학식(1)에 있어서, L은 정규화된 발광 강도를 나타내고, t는 경과 시간을 나타낸다.
도 55에 도시된 감쇠 곡선의 피팅을 수행한 결과, n을 1 및 2로 하여 피팅할 수 있었다. 또한, 감쇠 곡선의 피팅을 산출하고, 그 피팅 곡선을 t=0에 외삽함으로써 발광 소자로부터 얻어지는 전 발광에 차지하는 지연 형광 성분의 비율을 산출하였다. 그 결과, 발광 소자 13으로부터 얻어지는 지연 형광 성분은 27.5%, 발광 소자 14로부터 얻어지는 지연 형광 성분은 17.4%라고 산출되었다. 즉, 어느 쪽의 발광 소자로부터도 15% 이상의 지연 형광 성분이 관측되었다.
상술한 결과로부터, 2Ph-CzPA 및 2Ph-cgDBCzPA 중 어느 쪽 화합물도 효율 좋게 TTA를 생성할 수 있는 것을 알 수 있다. 이 요인 중 하나로서는, 안트라센의 2위에 페닐기를 가짐으로써 이 분자의 T1로부터 Tn으로의 전이의 진동자 강도가 증가된 것이 생각된다. 형광 발광 소자에 있어서, 그 효율의 향상에는 호스트 재료에서 TTA의 발생 비율을 향상시켜, TTA에 의하여 생성된 많은 단일항 에너지를 도펀트로 이동시키는 것이 유용한 방법의 하나라고 생각된다. 호스트 재료의 TTA의 발생 비율을 증가시키기 위해서는, 호스트 분자의 T1로부터 Tn으로의 전이 확률의 상승에 의한 기여가 크다. 이 전이 확률의 상승에는, 분자 내의 T1로부터 Tn으로의 전이의 진동자 강도의 증가에 의한 기여가 큰 것으로 알려져 있고, 안트라센의 2위에 페닐기를 치환함으로써 T1로부터 Tn으로의 전이의 진동자 강도가 증가되는 결과가 계산에 의하여 얻어졌다.
이와 같이, 본 발명의 일 형태의 화합물은 효율 좋게 TTA를 생성할 수 있기 때문에, 실시예 3 내지 6에서 나타낸 바와 같이 형광 도펀트의 호스트로서 사용함으로써, 고효율의 형광 소자를 실현할 수 있다.
(실시예 8)
《합성예 3》
본 실시예에서는, 실시형태 1의 구조식(103)으로 나타내어진 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물, 9-[4-(3,10-다이페닐안트라센-9-일)페닐]-3-패닐-9H-카바졸(약칭: 2Ph-CzPAP)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 2Ph-CzPAP의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 48]
Figure pat00059
<단계 1: 3-페닐-9H-카바졸의 합성>
3-브로모-9H-카바졸 12.3g(50mmol), 페닐보론산 6.71g(55mmol), 탄산포타슘 22.8g(165mmol), 톨루엔 100mL, 에탄올 25mL, 수도물 82mL을 300mL의 플라스크에 넣고, 감압하에서 탈기 처리한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 아세트산 팔라듐 112mg(0.50mmol), 트리스(오쏘톨릴)포스핀 304mg(1.0mmol)을 첨가하고 약 4시간 동안 가열 환류하여 반응시켰다.
실온까지 냉각한 후, 이 반응 용액을 유기층과 수성층으로 분액하였다. 얻어진 유기층을 포화 식염수로 세정하였다. 이 용액에 황산 마그네슘을 첨가하여 수분을 건조시킨 후, 여과하여 분별하였다. 이 용액을 농축하여 얻어진 혼합물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 얻어진 혼합물을 에탄올을 사용하여 재결정하였다. 석출한 고체를 실온에서 여과하여 얻어진 여과물을 감압하에서 건조시켜 목적물인 백색 고체를 11.1g, 수율 91%로 얻었다. 또한, 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(c-1)에 나타낸다.
[화학식 49]
Figure pat00060
또한, 상기 단계 1에서 얻어진 백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 이것으로부터, 본 실시예에서, 유기 화합물, 3-페닐-9H-카바졸이 합성된 것을 알았다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 8.29(d, J=1.5Hz, 1H), 8.13(d, J=7.5Hz, 1H), 8.07-8.10(brs, 1H), 7.71(dd, J=1.0Hz, 8.5Hz, 2H), 7.67(dd, J=1.5Hz, 8.0Hz, 1H), 7.41-7.51(m, 5H), 7.34(td, J=8.0Hz, 1.0Hz, 1H), 7.26(td, J=7.0Hz, 1.5Hz, 1H).
<단계 2: 2Ph-CzPAP의 합성>
9-(4-브로모페닐)-3,10-다이페닐안트라센 4.85g(10.0mmol)(실시예 1의 단계 6 참조), 3-페닐-9H-카바졸 2.55g(10.5mmol), tert-뷰톡시소듐 2.88g(30.0mmol), 메시틸렌 50mL을 200mL의 플라스크에 넣고, 감압하에서 탈기 처리한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 여기서, 아릴염화 팔라듐다이머(II)(약칭: [(Allyl)PdCl]2) 37mg(0.10mmol), 다이-tert-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀(약칭: cBRIDP) 141mg(0.40mmol)을 첨가하여 11시간 동안 가열 환류하였다.
이 반응 용액을 셀라이트, 알루미나, 플로리실로 여과하고, 가열한 톨루엔으로 세정하였다. 이 용액을 농축하여 얻어진 여과물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하고, 이 혼합물을 톨루엔과 에탄올을 사용하여 재결정하였다. 실온에서 석출한 고체를 여과하여 얻어진 여과물을 감압하에서 건조시켜 목적물인 황색 고체를 5.9g, 수율 91%로 얻었다. 또한, 단계 2의 합성 스킴을 하기 식(c-2)에 나타낸다.
[화학식 50]
Figure pat00061
또한, 상기 단계 2에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에서 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 56에 도시하였다. 이것으로부터, 본 실시예에서 상술한 구조식으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물, 2Ph-CzPAP가 합성된 것을 알았다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 8.42(s, 1H), 8.26(d, J=7.5Hz, 1H), 7.95(s, 1H), 7.94(d, J=9.0Hz, 1H), 7.85-7.89(m, 3H), 7.70-7.79(m, 9H), 7.62-7.66(m, 2H), 7.49-7.60(m, 8H), 7.31-7.47(m, 7H).
다음에, 얻어진 고체 3.0g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제로서는, 압력 3.2Pa, 아르곤 유량 12mL/min의 조건하에서, 315℃로 가열하여 수행하였다. 승화 정제 후, 황색 고체를 2.4g, 회수율 78%로 얻었다.
다음에, 2Ph-CzPAP의 톨루엔 용액의 자외-가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 '흡수 스펙트럼'이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 또한, 측정 방법은 실시예 1과 같기 때문에 설명은 생략한다. 얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 57에 도시하였다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡광도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한 도 57에 있어서, 2개의 실선이 도시되어 있지만, 가는 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고, 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 57에 도시된 흡광도는, 톨루엔 용액(0.02mmol/L)을 석영 셀에 넣고 측정한 흡광도에서 톨루엔만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡광도를 뺀 결과이다.
(실시예 9)
《합성예 4》
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(102)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물, 9-[4-(3,10-다이페닐안트라센-9-일)페닐]-2-페닐-9H-카바졸(약칭: 2Ph-CzPAP-02)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 2Ph-CzPAP-02의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 51]
Figure pat00062
<단계 1: 2-페닐-9H-카바졸의 합성의 합성>
2-브로모-9H-카바졸 12.1g(50mmol), 페닐보론산 6.71g(55mmol), 탄산포타슘 22.8g(165mmol), 톨루엔 100mL, 에탄올 25mL, 수도물 82mL을 300mL의 플라스크에 넣고, 감압하에서 탈기 처리한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 아세트산 팔라듐 112mg(0.50mmol), 트리스(오쏘톨릴)포스핀 304mg(1.0mmol)을 첨가하여 약 6시간 동안 가열 환류하여 반응시켰다.
실온까지 냉각한 후, 이 반응 용액을 유기층과 수성층으로 분액하였다. 얻어진 유기층을 포화 식염수로 세정하였다. 이 용액에 황산 마그네슘을 첨가하여 수분을 건조시킨 후, 여과하여 분별하였다. 이 용액을 농축하여 얻어진 혼합물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 얻어진 혼합물을 에탄올을 사용하여 재결정하였다. 석출한 고체를 실온에서 여과하여 얻어진 여과물을 감압하에서 건조시켜 목적물인 백색 고체를 8.6g, 수율 71%로 얻었다. 또한, 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(d-1)에 나타낸다.
[화학식 52]
Figure pat00063
또한, 상기 단계 1에서 얻어진 백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 이것으로부터, 단계 1에서 유기 화합물, 2-페닐-9H-카바졸이 합성된 것을 알았다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 8.11(d, J=8Hz, 1H), 8.08(d, J=8Hz, 1H), 8.03(brs, 1H), 7.66-7.70(m, 2H), 7.61-7.63(m, 1H), 7.39-7.50(m, 5H), 7.32-7.37(m, 1H), 7.24(td, J=5.5Hz, 2.5Hz, 1H).
<단계 2: 2Ph-CzPAP-02의 합성>
9-(4-브로모페닐)-3,10-다이페닐안트라센 4.4g(9.0mmol)(실시예 1의 단계 6 참조), 2-페닐-9H-카바졸 2.3g(9.45mmol), tert-뷰톡시소듐 2.6g(27mmol), 메시틸렌 45mL을 200mL의 플라스크에 넣고, 감압하에서 탈기 처리한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 여기서, 알릴염화 팔라듐다이머(II)(약칭: [(Allyl)PdCl]2) 33mg(0.09mmol), 다이-tert-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀(약칭: cBRIDP) 127mg(0.36mmol)을 첨가하여 약 9시간 동안 가열 환류하였다.
이 반응 용액을 셀라이트, 알루미나, 플로리실로 여과하였다. 이 여과액을 농축하고 톨루엔 용액을 첨가하여 용해시켜, 이 용액을 실리카 겔 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 석출한 고체를 톨루엔과 에탄올을 사용하여 재결정하였다. 실온에서 석출한 고체를 여과하여 얻어진 여과물을 감압하에서 건조시키면, 목적물인 황색 고체를 5.3g, 수율 91%로 얻었다. 또한, 단계 2의 합성 스킴을 하기 식(d-2)에 나타낸다.
[화학식 53]
Figure pat00064
또한, 상기 단계 2에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에서 나타낸다. 1H-NMR 차트를 도 58에 나타낸다. 이것으로부터, 본 실시예에서, 상술한 구조식으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물, 2Ph-CzPAP-02가 합성된 것을 알았다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 8.26(d, J=8Hz, 1H), 8.22(d, J=7.5Hz, 1H), 7.95(s, 1H), 7.94(d, J=7.5Hz, 1H), 7.84-7.89(m, 4H), 7.71-7.78(m, 6H), 7.68(d, J=9Hz, 1H), 7.31-7.66(m, 18H).
다음에, 얻어진 고체 2.8g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제로서는, 압력 3.0Pa, 아르곤 유량 13mL/min의 조건하에서, 315℃로 가열하여 수행하였다. 승화 정제 후, 황색 고체를 2.4g, 회수율 84%로 얻었다.
다음에, 2Ph-CzPAP-02의 톨루엔 용액의 자외-가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 '흡수 스펙트럼'이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 또한, 측정 방법은 실시예 1과 같기 때문에 설명은 생략한다. 얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 59에 도시하였다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡광도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한, 도 59에 있어서, 2개의 실선이 도시되어 있지만, 가는 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고, 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 59에 도시된 흡광도는, 톨루엔 용액(0.02mmol/L)을 석영 셀에 넣고 측정한 흡광도에서 톨루엔만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡광도를 뺀 결과이다.
(실시예 10)
《합성예 5》
본 실시예서는 실시형태 1의 구조식(104)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물, 9-[4-(3,10-다이페닐안트라센-9-일)페닐]-4-페닐-9H-카바졸(약칭: 2Ph-CzPAP-03)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 2Ph-CzPAP-03의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 54]
Figure pat00065
<단계 1: 4-페닐-9H-카바졸의 합성>
4-브로모-9H-카바졸 12.3g(50mmol), 페닐보론산 6.71g(55mmol), 탄산포타슘 22.8g(165mmol), 톨루엔 100mL, 에탄올 25mL, 수도물 82mL을 300mL의 플라스크에 넣고, 감압하에서 탈기 처리한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 아세트산 팔라듐 112mg(0.50mmol), 트리스(오쏘톨릴)포스핀 304mg(1.0mmol)을 첨가하여 약 8시간 동안 가열 환류하여 반응시켰다.
실온까지 냉각한 후, 이 반응 용액을 유기층과 수성층으로 분액하였다. 얻어진 유기층을 포화 식염수로 세정하였다. 이 용액에 황산 마그네슘을 첨가하여 수분을 건조시킨 후, 여과하여 분별하였다. 이 용액을 농축하여 얻어진 혼합물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 얻어진 혼합물을 에탄올을 사용하여 재결정하였다. 석출한 고체를 실온에서 여과하여 얻어진 여과물을 감압하에서 건조시켜 목적물인 백색 고체를 7.7g, 수율 63%로 얻었다. 또한, 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(e-1)에 나타낸다.
[화학식 55]
Figure pat00066
또한, 상기 단계 1에서 얻어진 백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 이것으로부터, 단계 1에서, 유기 화합물, 4-페닐-9H-카바졸이 합성된 것을 알았다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 8.14(brs, 1H), 7.61-7.65(m, 2H), 7.50-7.55(m, 2H), 7.38-7.49(m, 5H), 7.32-7.38(m, 1H), 7.11(dd, J=1Hz, 6.5Hz, 1H), 6.95-7.00(m, 1H).
<단계 2: 2Ph-CzPAP-03의 합성>
9-(4-브로모페닐)-3,10-다이페닐안트라센 4.4g(9.0mmol)(실시예 1의 단계 6 참조), 4-페닐-9H-카바졸 2.3g(9.45mmol), tert-뷰톡시소듐 2.6g(27mmol), 메시틸렌 45mL을 200mL의 플라스크에 넣고, 감압하에서 탈기 처리한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 여기서, 알릴염화 팔라듐다이머(II)(약칭: [(Allyl)PdCl]2) 33mg(0.09mmol), 다이-tert-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀(약칭: cBRIDP) 127mg(0.36mmol)을 첨가하여 약 11시간 동안 가열 환류하였다.
이 반응 용액을 셀라이트, 알루미나, 플로리실로 여과하였다. 이 유기층을 농축하여 얻어진 여과물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 석출한 고체를 톨루엔과 에탄올을 사용하여 재결정하였다. 실온에서 석출한 고체를 여과하여 얻어진 여과물을 감압하에서 건조시켜 목적물인 황색 고체를 3.0g, 수율 51%로 얻었다. 또한, 단계 2의 합성 스킴을 하기 식(e-2)에 나타낸다.
[화학식 56]
Figure pat00067
또한, 상기 단계 2에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 60에 도시하였다. 이것으로부터, 본 실시예에서 상술한 구조식으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물, 2Ph-CzPAP-03이 합성된 것을 알았다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 7.95(s, 1H), 7.95(d, J=11.5Hz, 1H), 7.83-7.88(m, 3H), 7.70-7.79(m, 6H), 7.61-7.68(m, 4H), 7.50-7.60(m, 10H), 7.37-7.47(m, 5H), 7.31-7.36(m, 1H), 7.22(d, J=6Hz, 1H), 7.09(t, J=7Hz, 1H).
다음에, 얻어진 고체 5.0g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제로서는, 압력 3.0Pa, 아르곤 유량 13mL/min의 조건하에서, 320℃로 가열하여 수행하였다. 승화 정제 후, 황색 고체를 4.5g, 회수율 91%로 얻었다.
다음에, 2Ph-CzPAP-03의 톨루엔 용액의 자외-가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 '흡수 스펙트럼'이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 또한, 측정 방법은 실시예 1과 같기 때문에 설명은 생략한다. 얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 61에 도시하였다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡광도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한, 도 61에 있어서, 2개의 실선이 도시되어 있지만, 가는 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고, 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 61에 도시된 흡광도는, 톨루엔 용액(0.02mmol/L)을 석영 셀에 넣고 측정한 흡광도에서 톨루엔만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡광도를 뺀 결과이다.
(실시예 11)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자로서, 실시예 9에서 합성 방법의 일례를 나타낸 2Ph-CzPAP-02를 발광층의 호스트 재료에 사용한 발광 소자 15, 비교 발광 소자로서, CzPA를 발광층의 호스트 재료에 사용한 비교 발광 소자 16, 또한 2-페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPAPII)을 발광층의 호스트 재료에 사용한 비교 발광 소자 17을 각각 제작하고, 이들의 발광 소자의 특성에 대하여 측정한 결과를 나타낸다. 또한, 본 실시예에서의 발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17의 제작 방법에 대해서는, 다른 실시예를 참조하는 것으로 하여 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예에서 사용한 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[화학식 57]
Figure pat00068
《발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17의 제작》
본 실시예에서 제작한 발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17의 소자 구조를 표 11에 나타낸다.
[표 11]
Figure pat00069
*2Ph-CzPAP-02:1,6mMemFLPAPrn (1:0.03 25nm)
**CzPA:1,6mMemFLPAPrn (1:0.03 25nm)
***CzPAPII:1,6mMemFLPAPrn (1:0.03 25nm)
《발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17의 동작 특성》
다음에, 제작한 발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17의 동작 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17의 전류 밀도-휘도 특성을 도 62, 전압-휘도 특성을 도 63, 휘도-전류 효율 특성을 도 64, 전압-전류 특성을 도 65에 각각 도시하였다.
또한, 1000cd/m2 부근에서의 각 발광 소자의 주된 초기 특성 값을 이하의 표 12에 나타낸다.
[표 12]
Figure pat00070
또한, 발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17에 12.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 66에 도시하였다. 도 66에 있어서, 발광 소자 15, 비교 발광 소자 16, 및 비교 발광 소자 17의 발광 스펙트럼은 모두 466nm 부근에 피크를 가지고, 각 발광 소자의 EL층에 사용한 유기 화합물, 1,6mMemFLPAPrn의 청색 발광에서 유래하는 것이 시사된다.
다음에, 각 발광 소자에 대한 신뢰성 시험을 수행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 67에 도시하였다. 도 67에 있어서, 세로축은 초기 휘도를 100%로 하였을 때의 정규화 휘도(%)를 나타내며, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험은 각 발광 소자의 전류 밀도의 초기 값을 50mA/cm2로 설정하고, 전류 밀도를 일정하게 하는 조건하에서 발광 소자를 구동시켰다.
발광 소자 15와 비교 발광 소자 16을 비교하면, 효율, 구동 전압, 및 신뢰성 모두에 있어서 발광 소자 15가 더 양호한 특성을 나타내고 있다. 발광 소자 15에서 사용한 2Ph-CzPAP-02는 비교 발광 소자 16에서 사용한 CzPA의 구조에 대하여, 안트릴기에 페닐기가 도입되어 있는 점이 상이하다. 또한, 안트릴기는 이들의 분자의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 결정하는 골격이기 때문에, 여기에 페닐기를 도입함으로써 2Ph-CzPAP-02의 HOMO 준위를 높게 할 수 있다. 안트릴기에 페닐기를 도입한 2Ph-CzPAP-02는 CzPA나 CzPAPII와 비교하여 HOMO 준위가 높아진다. 따라서, 2Ph-CzPAP-02를 사용하면 발광층으로의 캐리어 주입 장벽을 작게 할 수 있기 때문에, 발광 소자 15의 구동 전압은 저하된다.
또한, 발광 소자 15와 비교 발광 소자 17을 비교하면, 효율, 구동 전압, 및 신뢰성 모두에 있어서 발광 소자 15가 더 양호한 특성을 나타내고 있다. 발광 소자 15에서 사용한 2Ph-CzPAP-02 및 비교 발광 소자 17에서 사용한 CzPAPII는 모두 카바졸일기에 페닐기를 도입한 구조를 가지지만, 카바졸일기는 이들의 분자의 HOMO 준위 및 LUMO 준위의 결정에는 지배적으로는 작용하지 않기 때문에 페닐기가 도입되어도 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 영향을 받지 않고, 발광 소자의 구동 전압에 변화는 보이지 않았다.
따라서, 분자의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 결정하는 기에 페닐기와 같은 HOMO 준위를 높게 하고, LUMO 준위를 낮게 하는 치환기를 도입한 유기 화합물을 발광층에 사용함으로써 발광 소자의 구동 전압을 저감시킬 수 있다.
또한, 비교 발광 소자 16과 비교 발광 소자 17을 비교하면, CzPA의 카바졸일기에 페닐기를 도입해도 효율의 향상이나 구동 전압의 저감은 실현되지 않고, 이들의 특성은 CzPA와 CzPAPII에서 동등한 결과가 나왔다. 또한 신뢰성에 대해서는, 비교 발광 소자 16보다 비교 발광 소자 17이 더 저하되고 있고, 이것은 CzPA의 카바졸일기에 페닐기를 도입한 CzPAPII의 구조에 기인하는 것이라고 생각된다. 그러나, 발광 소자 15는 2Ph-CzPAP-02가 카바졸일기에 페닐기를 도입한 구조를 가짐에도 불구하고, 신뢰성이 향상되는 결과가 나왔다. 이것은 2Ph-CzPAP-02가 안트릴기에 페닐기를 도입한 구조를 가지는 것에 기인하는 결과라고 할 수 있다. 이와 같이, 공통의 구조를 가져도 분자의 수식(修飾)에 의하여 특성의 향상이 얻어지는 것은, 상상하기 어려운 결과라고 할 수 있다.
(참고 합성예)
이하에, 본 명세서 중의 실시예에서 사용한 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-안트라센-9,10-다이아민(약칭: 9,10mMemFLPA2A)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 9,10mMemFLPA2A의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 58]
Figure pat00071
9,10-다이브로모안트라센 0.5g(1.4mmol), 3-메틸페닐-3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐아민 1.3g(3.0mmol), 소듐 tert-뷰톡사이드 0.4g(4.4mmol)을 100mL 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다.
이 혼합물에 톨루엔 14.7mL, 트라이(tert-뷰틸)포스핀의 10% 헥세인 용액 0.2mL을 첨가하였다. 이 혼합물을 80℃로 한 후, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 62.9mg(0.1mmol)과 트라이(tert-뷰틸)포스핀의 10% 헥세인 용액 0.2mL을 첨가하여 11.8시간 동안 교반하였다. 교반 후, 톨루엔을 첨가하여 가열하고, 뜨거운 채로 플로리실, 셀라이트, 알루미나를 통하여 흡인 여과하여, 여과액을 얻었다.
얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매는 헥세인:톨루엔=3:2)에 의하여 정제하여 황색 고체를 얻었다. 얻어진 황색 고체를 톨루엔을 사용하여 재결정하여 목적물인 황색 고체를 1.0g, 66%의 수율로 얻었다.
얻어진 황색 고체 1.0g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 조건으로서는, 압력 2.5×10-2Pa, 아르곤 가스를 흘리지 않고 315℃로 가열하였다. 승화 정제 후, 목적물인 황색 고체를 0.8g, 회수율 82%로 얻었다. 또한, 상기 합성 방법의 합성 스킴을 하기 식(f-1)에 나타낸다.
[화학식 59]
Figure pat00072
또한, 상기 합성 방법으로 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 이것으로부터, 유기 화합물, 9,10mMemFLPA2A가 합성된 것을 알았다.
1H-NMR.(CDCl3, 300MHz):δ=2.22(s, 3H), 2.24(s, 3H), 6.41-6.67(m, 7H), 6.80-7.35(m, 33H), 7.49(t, J=1.8Hz, 1H), 7.53(t, J=1.8Hz, 1H), 7.73(d, J=7.2Hz, 4H), 8.08-8.12(m, 4H).
101: 제 1 전극
102: EL층
103: 제 2 전극
111: 정공 주입층
112: 정공 수송층
113: 발광층
114: 전자 수송층
115: 전자 주입층
121: 호스트 재료
122: 게스트 재료
201: 제 1 전극
202(1): 제 1 EL층
202(2): 제 2 EL층
202(n-1): 제 (n-1) EL층
202(n): 제 (n) EL층
204: 제 2 전극
205(1) 내지 205(n-1): 전하 발생층
301: 소자 기판
302: 화소부
303: 구동 회로부(소스선 구동 회로)
304a, 304b: 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
305: 밀봉재
306: 밀봉 기판
307: 배선
308: FPC(플렉시블 프린트 서킷)
309: FET
310: FET
312: 전류 제어용 FET
313a, 313b: 제 1 전극(양극)
314: 절연물
315: EL층
316: 제 2 전극(음극)
317a, 317b: 발광 소자
318: 공간
320a, 320b: 도전막
321, 322: 영역
323: 리드 배선
324: 유색층(컬러 필터)
325: 흑색층(블랙 매트릭스)
326, 327, 328: FET
400: 화소부
401: 기판
402: 제 1 전극
404: 제 2 전극
403a, 403b, 403c: EL층
405: 발광 소자
406: 절연막
407: 격벽
500: 표시 장치
503: 표시부
504: 화소
505: 도전막
506: 위치
507: 개구부
510: 액정 소자
511: 발광 소자
515: 트랜지스터
516: 트랜지스터
517: 트랜지스터
518: 단자부
519: 단자부
521: 기판
522: 기판
523: 발광 소자
524: 액정 소자
525: 절연층
528: 착색층
529: 접착층
530: 도전층
531: EL층
532: 도전층
533: 개구부
534: 착색층
535: 차광층
536: 구조체
537: 도전층
538: 액정
539: 도전층
540: 배향막
541: 배향막
542: 접착층
543: 도전층
544: FPC
545: 접속층
546: 절연층
547: 접속부
548: 접속체
900: 기판
901: 제 1 전극
902: EL층
903: 제 2 전극
911: 정공 주입층
912: 정공 수송층
913: 발광층
914: 전자 수송층
915: 전자 주입층
2000: 터치 패널
2000': 터치 패널
2501: 표시 패널
2502R: 화소
2502t: 트랜지스터
2503c: 용량 소자
2503g: 주사선 구동 회로
2503t: 트랜지스터
2509: FPC
2510: 기판
2511: 배선
2519: 단자
2521: 절연층
2528: 절연체
2550R: 발광 소자
2560: 밀봉층
2567BM: 차광층
2567p: 반사 방지층
2567R: 착색층
2570: 기판
2590: 기판
2591: 전극
2592: 전극
2593: 절연층
2594: 배선
2595: 터치 센서
2597: 접착층
2598: 배선
2599: 단자
2601: 펄스 전압 출력 회로
2602: 전류 검출 회로
2603: 용량 소자
2611: 트랜지스터
2612: 트랜지스터
2613: 트랜지스터
2621: 전극
2622: 전극
3200: 기판
3201: 음극
3202: EL층
3203: 양극
3213: 발광층
3214: 전자 주입층
3215: 정공 수송층
3216: 정공 주입층
3217: 절연물
3300: 헤드부
3301a: 분사부
3301c: 분사부
3302a: 압전 소자
3302c: 압전 소자
3303a: 잉크
3303c: 잉크
4000: 조명 장치
4001: 기판
4002: 발광 소자
4003: 기판
4004: 전극
4005: EL층
4006: 전극
4007: 전극
4008: 전극
4009: 보조 배선
4010: 절연층
4011: 밀봉 기판
4012: 밀봉재
4013: 건조제
4015: 확산판
4100: 조명 장치
4200: 조명 장치
4201: 기판
4202: 발광 소자
4204: 전극
4205: EL층
4206: 전극
4207: 전극
4208: 전극
4209: 보조 배선
4210: 절연층
4211: 밀봉 기판
4212: 밀봉재
4213: 배리어막
4214: 평탄화막
4215: 확산판
4300: 조명 장치
5101: 라이트
5102: 휠
5103: 도어
5104: 표시부
5105: 핸들
5106: 시프트 레버
5107: 좌석 시트
5108: 백미러
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
7302: 하우징
7304: 표시부
7305: 시각을 나타내는 아이콘
7306: 기타 아이콘
7311: 조작 버튼
7312: 조작 버튼
7313: 접속 단자
7321: 밴드
7322: 버클
7400: 휴대 전화기
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작용 버튼
7404: 외부 접속부
7405: 스피커
7406: 마이크로폰
7407: 카메라
7500(1), 7500(2): 하우징
7501(1), 7501(2): 제 1 면
7502(1), 7502(2): 제 2 면
8001: 조명 장치
8002: 조명 장치
8003: 조명 장치
9310: 휴대 정보 단말
9311: 표시부
9312: 표시 영역
9313: 힌지
9315: 하우징

Claims (16)

  1. 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물에 있어서,
    Figure pat00073

    Ar1 및 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타내고,
    Ar2는 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴렌기를 나타내고,
    Cz는 상기 Ar2에 직접 결합하는 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 나타내고,
    R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타내는, 유기 화합물.
  2. 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 화합물에 있어서,
    Figure pat00074

    Ar1은 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타내고,
    Ar2는 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴렌기를 나타내고,
    Cz는 상기 Ar2에 직접 결합하는 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 나타내고,
    R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타내고,
    R8 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타내는, 유기 화합물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 R8 내지 상기 R12의 인접한 치환기 중 어느 것이 서로 결합하여 고리를 형성하는, 유기 화합물.
  4. 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 화합물에 있어서,
    Figure pat00075

    Ar1은 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타내고,
    Cz는 카바졸 골격을 포함하는 치환 또는 비치환의 헤테로 고리기를 나타내고,
    R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타내고,
    R8 내지 R16은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타내는, 유기 화합물.
  5. 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물에 있어서,
    Figure pat00076

    Ar1은 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타내고,
    R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타내고,
    R8 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 하이드록실기, 설판일기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 12의 아릴아미노기, 바이닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타내는, 유기 화합물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 R8 내지 상기 R24의 인접한 치환기 중 어느 것이 서로 결합하여 고리를 형성하는, 유기 화합물.
  7. 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물에 있어서,
    Figure pat00077

    Ar1은 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 30의 아릴기를 나타내고,
    R1 내지 R7은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타내고,
    R8 내지 R16은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 하이드록실기, 설판일기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 12의 아릴아미노기, 바이닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 및 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타내는, 유기 화합물.
  8. 제 4 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 R8 내지 상기 R16의 인접한 치환기 중 어느 것이 서로 결합하여 고리를 형성하는, 유기 화합물.
  9. 유기 화합물에 있어서,
    구조식(100), 구조식(102), 구조식(103), 구조식(104), 및 구조식(200) 중 어느 하나로 나타내어지는, 유기 화합물.
    Figure pat00078
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 Ar2는 치환 또는 비치환의 페닐렌기를 나타내는, 유기 화합물.
  11. 발광 소자에 있어서,
    제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 7 항, 및 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  12. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극 사이의 EL층을 포함하고,
    상기 EL층은 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 7 항, 및 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  13. 발광 소자에 있어서,
    한 쌍의 전극 사이의 EL층을 포함하고,
    상기 EL층은 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 7 항, 및 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  14. 발광 장치에 있어서,
    제 11 항에 따른 발광 소자; 및
    트랜지스터 및 기판 중 적어도 하나를 포함하는, 발광 장치.
  15. 전자 기기에 있어서,
    제 14 항에 따른 발광 장치; 및
    마이크로폰, 카메라, 조작 버튼, 외부 접속부, 및 스피커 중 적어도 하나를 포함하는, 전자 기기.
  16. 조명 장치에 있어서,
    제 11 항에 따른 발광 소자; 및
    하우징, 요철을 가지는 밀봉 기판, 및 확산판 중 적어도 하나를 포함하는, 조명 장치.
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