KR20170117084A - 유기 화합물, 발광 소자, 표시 모듈, 조명 모듈, 발광 장치, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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KR20170117084A
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사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은, 발광 소자의 전자 주입 재료 또는 전자 수송 재료로서 사용될 수 있는 신규 유기 화합물을 제공한다. 크로스토크가 작은 표시 장치를 얻을 수 있는 유기 화합물을 제공한다. 각각 크로스토크가 작은 발광 장치, 표시 장치, 및 전자 기기를 제공한다. 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 고리를 포함하는 유기 화합물을 제공한다. 상기 유기 화합물에서, 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 고리는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기에 포함되는 것이 바람직하다. 특히 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기에 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 고리가 포함되면, 높은 전자 수송성을 얻을 수 있다.

Description

유기 화합물, 발광 소자, 표시 모듈, 조명 모듈, 발광 장치, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
본 발명의 일 형태는 유기 화합물, 및 상기 유기 화합물이 사용되는 발광 소자, 표시 모듈, 조명 모듈, 표시 장치, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 상술한 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)된 본 발명의 일 형태의 기술분야는 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서에 개시된 본 발명의 일 형태의 기술분야의 예에는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들 중 어느 것의 구동 방법, 및 이들 중 어느 것의 제조 방법이 포함된다.
유기 화합물을 포함하며 일렉트로루미네선스(EL)를 이용한 발광 소자(유기 EL 소자)가 실용화되고 있다. 이러한 발광 소자의 기본 구조에서, 한 쌍의 전극 사이에 발광 물질을 포함한 유기 화합물층(EL층)이 제공된다. 이 소자에 전압을 인가함으로써, 발광 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이러한 발광 소자는 자발광형이기 때문에, 디스플레이의 화소로서 사용되면 화소의 시인성이 높고 백라이트가 불필요하다는 점에서 액정 디스플레이보다 유리하다. 따라서, 발광 소자는 평판 디스플레이 소자로서 적합하다. 이러한 발광 소자를 포함하는 디스플레이는 또한 박형 및 경량일 수 있다는 점에서 매우 유리하다. 추가로, 응답 속도가 매우 높은 것도 이러한 소자의 특징들 중 하나이다.
이러한 발광 소자의 발광층은 2차원으로 연속적으로 형성할 수 있기 때문에, 면 발광을 달성할 수 있다. 이러한 특징은 백열등 및 LED로 대표되는 점 광원 또는 형광등으로 대표되는 선 광원에 의해서는 실현하기 어렵다. 따라서, 발광 소자는 조명 장치 등에 응용할 수 있는 면 광원으로서의 이용 가치도 높다.
발광 소자를 포함하는 디스플레이 또는 조명 장치는 상술한 바와 같이 다양한 전자 기기에 적절히 사용할 수 있지만, 그 성능 및 가격 경쟁력은 향상의 여지가 많다. 이를 달성하기 위하여, 특성이 양호하며 취급하기 쉬운 재료가 요구되고 있다. 특히 내열성 및 수명 등의 신뢰성에 대한 요구는 크다.
특허문헌 1에는 피리미딘계 또는 트라이아진계 유도체, 이를 포함하는 전자 수송 재료, 및 이를 포함하는 유기 일렉트로루미네선스 소자가 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 제2009-184987호
본 발명의 일 형태의 한 목적은 신규 유기 화합물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 형태의 한 목적은 발광 소자의 전자 수송 재료로서 사용할 수 있는 신규 유기 화합물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 형태의 한 목적은 발광 소자의 전자 주입 재료로서 사용할 수 있는 신규 유기 화합물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 형태의 한 목적은 발광 소자의 전자 주입 재료로서 사용할 수 있고 내열성이 높은 신규 화합물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 형태의 한 목적은 신뢰성이 높은 발광 소자를 제작 가능한 유기 화합물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 형태의 한 목적은 발광 효율을 갖는 발광 소자를 제작 가능한 유기 화합물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 형태의 한 목적은 크로스토크가 작은 표시 장치를 얻을 수 있는 유기 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 형태의 한 목적은 각각 크로스토크가 작은 발광 장치, 표시 장치, 및 전자 기기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 형태의 한 목적은 각각 신뢰성이 높은 발광 소자, 표시 모듈, 조명 모듈, 발광 장치, 표시 장치, 및 전자 기기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 형태의 한 목적은 각각 표시 품질이 높은 발광 소자, 표시 모듈, 조명 모듈, 발광 장치, 표시 장치, 및 전자 기기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 형태의 한 목적은 각각 소비전력이 낮은 발광 소자, 표시 모듈, 조명 모듈, 발광 장치, 표시 장치, 및 전자 기기를 제공하는 것이다.
본 발명에서는 상술한 목적들 중 적어도 하나가 달성될 수 있으면 된다.
본 발명의 일 형태는 다음 일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물이다.
Figure pct00001
일반식(G1)에서, 치환기 A는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기를 나타낸다. 또한, R1 내지 R7 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기 중 어느 것을 나타내고, n은 2 또는 3이다.
본 발명의 다른 형태는 다음 일반식(G2)으로 표시되는 유기 화합물이다.
Figure pct00002
일반식(G2)에서, 치환기 A는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기를 나타낸다. 또한, R1은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기 중 어느 것을 나타내고, n은 2 또는 3이다.
본 발명의 다른 형태는 n이 2인, 상술한 유기 화합물들 중 어느 것이다.
본 발명의 다른 형태는 다음 일반식(G3)으로 표시되는 유기 화합물이다.
Figure pct00003
일반식(G3)에서, 치환기 A는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기를 나타낸다. 또한, R1은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기 중 어느 것을 나타낸다.
본 발명의 다른 형태는, 치환기 A가 벤젠 골격 또는 피리딘 골격을 하나 이상 포함하는 탄소수 30 이하의 치환기를 나타내는, 상술한 유기 화합물들 중 어느 것이다.
본 발명의 다른 형태는, 치환기 A가 하나의 벤젠 골격 또는 하나의 피리딘 골격을 포함하는 탄소수 30 이하의 치환기를 나타내는, 상술한 유기 화합물들 중 어느 것이다.
본 발명의 다른 형태는, 치환기 A가 페닐렌기 또는 피리딘다이일기를 나타내는, 상술한 유기 화합물들 중 어느 것이다.
본 발명의 다른 형태는 다음 일반식(G4)으로 표시되는 유기 화합물이다.
Figure pct00004
일반식(G4)에서, R1은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기 중 어느 것을 나타낸다.
본 발명의 다른 형태는, R1이 페닐기 또는 나프틸기를 나타내는, 상술한 유기 화합물들 중 어느 것이다.
본 발명의 다른 형태는 상술한 유기 화합물들 중 어느 것을 포함하는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 형태는 전자 수송층에 상술한 유기 화합물들 중 어느 것을 포함하는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 형태는 전자 주입층에 상술한 유기 화합물들 중 어느 것을 포함하는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 형태는 상술한 유기 화합물들 중 어느 것을 포함하는 탠덤 발광 소자이다.
본 발명의 다른 형태는 전하 발생층의 애노드 쪽과 접하는 층에 상술한 유기 화합물들 중 어느 것을 포함하는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 형태는 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이의 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 상기 EL층은 상이한 기능을 갖는 복수의 층상 영역을 포함한다. 상기 캐소드와 접하는 상기 층상 영역들 중 하나는 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 고리를 포함하는 유기 화합물을 포함한다.
본 발명의 다른 형태는 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이의 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 상기 EL층은 적어도 발광층 및 전자 주입층을 포함한다. 상기 전자 주입층은 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 골격을 포함하는 유기 화합물을 포함한다.
본 발명의 다른 형태는 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이의 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 상기 EL층은 적어도 발광층 및 전하 발생층을 포함한다. 상기 전하 발생층은 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 골격을 포함하는 유기 화합물을 포함한다.
본 발명의 다른 형태는 애노드, 캐소드, 및 애노드와 캐소드 사이의 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 상기 EL층은 적어도 발광층 및 전자 수송층을 포함한다. 상기 전자 수송층은 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 골격을 포함하는 유기 화합물을 포함한다.
본 발명의 다른 형태는, 상기 유기 화합물 내의 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 골격이 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기에 결합된, 상술한 구조들 중 어느 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 형태는, 상기 유기 화합물 내의 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 골격이 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기에 결합된, 상술한 구조들 중 어느 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 형태는, 상기 유기 화합물 내의 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 골격이 피리딘 고리에 결합된, 상술한 구조들 중 어느 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 형태는, 상기 유기 화합물 내의 2개의 벤조[h]퀴나졸린 골격이 피리딘 고리에 결합된, 상술한 구조들 중 어느 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 형태는, 상기 유기 화합물에서 피리딘 고리의 2위치 및 6위치가 치환된, 상술한 구조들 중 어느 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 형태는, 상기 유기 화합물에서 벤조[h]퀴나졸린 골격의 2위치가 치환된, 상술한 구조들 중 어느 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 형태는 상술한 구조들 중 어느 것을 갖는 발광 소자를 포함하는 표시 모듈이다.
본 발명의 다른 형태는 상술한 구조들 중 어느 것을 갖는 발광 소자를 포함하는 조명 모듈이다.
본 발명의 다른 형태는 상술한 발광 소자 및 이 발광 소자를 제어하기 위한 유닛을 포함하는 발광 장치이다.
본 발명의 다른 형태는 상술한 구조들 중 어느 것을 갖는 발광 소자를 표시부에 포함하고 이 발광 소자를 제어하기 위한 유닛을 포함하는 표시 장치이다.
본 발명의 다른 형태는 상술한 구조들 중 어느 것을 갖는 발광 소자를 조명부에 포함하고 이 발광 소자를 제어하기 위한 유닛을 포함하는 조명 장치이다.
본 발명의 다른 형태는 상술한 구조들 중 어느 것을 갖는 발광 소자를 포함하는 전자 기기이다.
또한, 본 명세서에서의 발광 장치는, 발광 소자를 갖는 화상 표시 장치를 그 범주에 포함한다. 발광 장치는 발광 소자에 이방성 도전막 또는 TCP(tape carrier package) 등의 커넥터가 제공된 모듈, TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 모듈, 또는 발광 소자에 COG(chip on glass)법에 의하여 IC(integrated circuit)가 직접 탑재된 모듈에 포함되어도 좋다. 발광 장치는 조명 기구 등에 포함되어도 좋다.
본 발명의 일 형태는 신규 유기 화합물이다. 본 발명의 다른 형태는 발광 소자의 전자 수송 재료로서 사용할 수 있는 신규 유기 화합물이다. 본 발명의 다른 형태는 발광 소자의 전자 주입 재료로서 사용할 수 있는 유기 화합물이다. 본 발명의 다른 형태는 발광 소자의 전자 주입 재료로서 사용할 수 있고 내열성이 높은 유기 화합물이다. 본 발명의 다른 형태는 신뢰성이 높은 발광 소자를 제작 가능한 유기 화합물이다. 본 발명의 다른 형태는 크로스토크가 작은 표시 장치를 제공할 수 있는 유기 화합물이다.
본 발명의 다른 형태는 각각 크로스토크가 작은 발광 장치, 표시 장치, 및 전자 기기를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 형태는 각각 신뢰성이 높은 발광 소자, 발광 장치, 표시 장치, 및 전자 기기를 제공할 수 있다. 본 발명의 다른 형태는 각각 표시 품질이 높은 발광 장치, 표시 장치, 및 전자 기기를 제공할 수 있다. 본 발명의 다른 형태는 신규 유기 화합물, 신규 발광 소자, 신규 표시 모듈, 신규 조명 모듈, 신규 발광 장치, 신규 표시 장치, 신규 전자 기기, 및 신규 조명 장치를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과들의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태는 반드시 모든 효과를 실현할 필요는 없다. 다른 효과는 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 명백해질 것이며 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 추출될 수 있다.
도 1의 (A) 내지 (C)는 발광 소자의 개략도.
도 2의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스 발광 장치의 개략도.
도 3의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스 발광 장치의 개략도.
도 4는 액티브 매트릭스 발광 장치의 개략도.
도 5의 (A) 및 (B)는 패시브 매트릭스 발광 장치의 개략도.
도 6의 (A) 및 (B)는 조명 장치를 도시한 것.
도 7의 (A), (B1), (B2), (C), 및 (D)는 전자 기기를 도시한 것.
도 8은 광원 장치를 도시한 것.
도 9는 조명 장치를 도시한 것.
도 10은 조명 장치를 도시한 것.
도 11은 차재용 표시 장치 및 조명 장치를 도시한 것.
도 12의 (A) 내지 (C)는 전자 기기를 도시한 것.
도 13의 (A) 및 (B)는 2,6(P-Bqn)2Py의 1H-NMR 차트를 나타낸 것.
도 14는 2,6(P-Bqn)2Py의 LC/MS 분석의 결과를 나타낸 것.
도 15의 (A) 및 (B)는 2,6(N-Bqn)2Py의 1H-NMR 차트를 나타낸 것.
도 16은 발광 소자 1(약칭: LEE 1) 및 비교 발광 소자 1(비교 LEE 1)의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것.
도 17은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것.
도 18은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 전류-전압 특성을 나타낸 것.
도 19는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것.
도 20은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 시간에 따른 정규화된 휘도 변화의 특성을 나타낸 것.
도 21은 발광 소자 2(약칭: LEE 2) 및 비교 발광 소자 2(비교 LEE 2)의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것.
도 22는 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것.
도 23은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 전류-전압 특성을 나타낸 것.
도 24는 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것.
도 25는 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 시간에 따른 정규화된 휘도 변화의 특성을 나타낸 것.
도 26은 발광 장치의 크로스토크를 검증하는 이미지를 나타낸 것.
도 27은 탠덤 발광 소자의 개략도.
도 28의 (A) 내지 (C)는 전자 기기를 도시한 것.
도 29의 (A) 및 (B)는 6,6(N-Bqn)2Bpy의 1H-NMR 차트를 나타낸 것.
도 30은 발광 소자 3(약칭: LEE 3) 및 비교 발광 소자 3(비교 LEE 3)의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 것.
도 31은 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 것.
도 32는 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 전압-전류 특성을 나타낸 것.
도 33은 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 휘도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 것.
도 34는 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 시간에 따른 정규화된 휘도 변화의 특성을 나타낸 것.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 아래에서 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것은 통상의 기술자에 의하여 용이하게 이해될 것이다. 그러므로, 본 발명은 이하의 실시형태의 기재에 한정하여 해석되지 말아야 한다.
(실시형태 1)
본 발명의 일 형태는 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 고리를 포함하는 유기 화합물이다.
상술한 구조를 갖는 유기 화합물은 양호한 캐리어 수송성, 특히 우수한 전자 수송성을 갖는다. 따라서, 상기 유기 화합물은 발광 소자에서, 호스트 재료 또는 캐리어 수송층, 특히 전자 수송층 또는 전자 주입층에 적합하다. 상기 유기 화합물은 내열성이 높으므로, 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
발광 소자가 전하 발생층을 포함하고, 상술한 구조를 갖는 본 발명의 일 형태의 상기 유기 화합물을, EL층에 포함되며 전하 발생층의 애노드 쪽의 면과 접하는 층에 사용하면, 크로스토크의 정도를 저감시킬 수 있어, 표시 품질이 높은 표시 장치를 제공하기 쉬워진다. 전하 발생층에 대해서는 나중의 발광 소자의 설명에서 자세히 설명한다.
상술한 유기 화합물에서, 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기에 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 고리가 포함되는 것이 바람직하다. 특히 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기에 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 고리가 포함되는 경우, 높은 전자 수송성을 얻을 수 있어 바람직하다.
상술한 탄소수 3 내지 30의 헤테로방향족 고리는 피리딘 고리인 것이 바람직하다. 벤조[h]퀴나졸린 고리의 개수는 2개인 것이 바람직하다. 이러한 구조에 의하여, 높은 전자 수송성에 더하여 적절한 LUMO 준위를 얻을 수 있으므로, 저전압으로 이어진다. 또한, 각각이 튼튼한 구조를 갖는 벤조[h]퀴나졸린 고리는 내열성 향상에 효과적이고 크로스토크를 저감시킬 수 있다.
2개의 벤조[h]퀴나졸린 고리가 피리딘 고리에 결합된 유기 화합물에서는, 벤조[h]퀴나졸린 고리가 피리딘 고리의 2위치 및 6위치에 결합되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 의하여, 높은 전자 수송성에 더하여 적절한 LUMO 준위를 얻을 수 있어, 발광 소자의 전압을 저감시킬 수 있다. 특히, 이러한 구조를 갖는 유기 화합물의 특징은, 분자 평면성이 유지되기 쉬워 공역이 쉽게 접속될 수 있기 때문에, 전자 수송성을 향상시킬 수 있다는 점이다. 또한, 이 특징은 상기 유기 화합물을 전하 발생층으로서 더 효율적으로 기능시켜, 저전압 구동으로 이어진다.
상술한 유기 화합물에 포함되는 벤조[h]퀴나졸린 고리의 2위치는 다른 골격에 결합되는 것이 바람직하다. 이러한 구조에 의하여, 적절한 LUMO 준위를 얻을 수 있어 발광 소자의 전압을 저감시킬 수 있다. 2개의 벤조[h]퀴나졸린 고리가 피리딘 고리에 결합된 유기 화합물, 특히 벤조[h]퀴나졸린 고리가 피리딘 고리의 2위치 및 6위치에 결합되고 벤조[h]퀴나졸린 고리의 2위치가 피리딘 고리에 결합된 화합물은, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 또는 이들의 화합물 등 도너성을 갖는 재료에 쉽게 배위하고, 따라서 캐소드, 후술하는 p형층, 또는 억셉터 재료로부터의 전자 주입성(전자 수용성)을 향상시킬 수 있다. 그러므로, 상기 유기 화합물은 전자 주입층 또는 전하 발생층에 적합하다.
본 발명의 형태들에 따른 이들 유기 화합물은 다음 일반식(G1) 내지 일반식(G4)으로 표시할 수 있다.
Figure pct00005
일반식(G1)에서, 치환기 A는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기를 나타낸다. 또한, R1 내지 R7 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기 중 어느 것을 나타내고, n은 2 또는 3이다.
일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물은 R2 내지 R7 각각이 수소를 나타내는 경우에 상기 유기 화합물을 쉽게 합성할 수 있는 구조를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 다음 일반식(G2)으로 표시되는 유기 화합물이 바람직하다.
Figure pct00006
일반식(G2)에서, 치환기 A는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기를 나타낸다. 또한, R1은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기 중 어느 것을 나타내고, n은 2 또는 3이다.
일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 표시되는 유기 화합물에서, n은 2인 것이 바람직하다. 따라서 바람직한 유기 화합물은 다음 일반식(G3)으로 표시된다.
Figure pct00007
일반식(G3)에서, 치환기 A는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기를 나타낸다. 또한, R1은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기 중 어느 것을 나타낸다.
상술한 일반식(G1) 내지 일반식(G3)으로 표시되는 유기 화합물에서, 치환기 A는 벤젠 골격을 각각 갖는 하나 이상의 고리 또는 하나 이상의 피리딘 골격을 포함하는 탄소수 30 이하의 치환기를 나타내는 경우, 높은 전자 수송성을 얻을 수 있어 바람직하다. 탄소수 30 이하의 상술한 치환기는 벤젠 골격을 갖는 하나의 고리 또는 하나의 피리딘 골격을 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 일반식(G1) 내지 일반식(G3)으로 표시되는 유기 화합물에서, 치환기 A는 페닐렌기 또는 피리딘다이일기를 나타내는 것이 바람직하다. 특히, 치환기 A가 피리딘다이일기를 나타내는 경우, 상기 유기 화합물은 높은 전자 수송성, 및 캐소드, 후술하는 p형층, 또는 억셉터 재료로부터의 우수한 전자 주입성(전자 수용성)을 갖게 되어 바람직하다. 따라서, 상기 유기 화합물은 전자 주입층 또는 전하 발생층에 적합하다. 즉, 다음 일반식(G4)으로 표시되는 유기 화합물이 바람직하다.
Figure pct00008
일반식(G4)에서, R1은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기 중 어느 것을 나타낸다.
상술한 유기 화합물들 중 어느 것에서, R1은 페닐기 또는 나프틸기를 나타내는 것이 바람직하다. 이들 기는 캐리어 수송성을 억제하는 일 없이 상기 유기 화합물의 안정성 및 열물성을 향상시킬 수 있고, 크로스토크를 저감시키는 효과도 가질 수 있다.
상술한 일반식(G1) 내지 일반식(G4)에서는, 치환기 A로서, 각각이 벤젠 골격을 갖는 하나 이상의 고리를 포함하는 치환기, 하나 이상의 피리딘 골격을 갖는 치환기, 하나 이상의 피라진 골격을 갖는 치환기, 하나 이상의 피리미딘 골격을 갖는 치환기, 하나 이상의 피리다진 골격을 갖는 치환기, 및 하나 이상의 트라이아진 골격을 갖는 치환기 등 중 어느 것을 사용할 수 있다.
치환기 A로서 바람직하게 사용할 수 있는 치환기의 예는, 페닐렌기, 나프틸렌기, 피리딘다이일기, 피라진다이일기, 피리미딘다이일기, 피리다진다이일기, 트라이아진다이일기, 벤젠트라이일기, 및 트라이아진트라이일기 등이다. 다만 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
또한, 치환기 A는 상술한 탄소수에 포함되지 않는 탄소수의 치환기를 더 포함하여도 좋다. 이러한 치환기의 예는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 페닐기이다.
또한, R1 내지 R7의 각각은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기 중 어느 것을 나타낸다. 바람직한 R1 내지 R7의 예는 수소, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-뷰틸기, iso-뷰틸기, sec-뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 헥실기, 사이클로헥실기, 페닐기, 나프틸기, 및 플루오렌일기 등이다.
R1 내지 R7의 각각이 치환기를 포함하는 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기를 나타내는 경우, 상기 치환기의 탄소수는 상술한 탄소수에 포함되지 않다. 이러한 치환기의 예는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 페닐기이다. 치환기로서 사용되는 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-뷰틸기, iso-뷰틸기, sec-뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 헥실기, 및 사이클로헥실기가 포함된다.
탠덤 구조를 갖는 발광 소자의 EL층에 포함되고 전하 발생층의 애노드 쪽과 접하는 층에 상술한 일반식(G1) 내지 일반식(G4) 중 어느 것으로 표시되는 유기 화합물이 사용되면, 크로스토크가 특히 효율적으로 저감되고 표시 품질이 높은 표시 장치를 얻을 수 있다.
상술한 구조를 갖는 유기 화합물의 구체적인 예에는, 아래에 열거하는 유기 화합물들이 포함된다.
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
이러한 구조식으로 표시되는 유기 화합물로 대표되는, 상술한 일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물은, 아래에 나타낸 바와 같이 일반식(G0)으로 표시되는 아미딘 유도체와 알데하이드 유도체를 반응시킴으로써 합성할 수 있다.
≪일반식(G0)으로 표시되는 아미딘 유도체의 합성 방법≫
먼저, 아래 일반식(G0)으로 표시되는 아미딘 유도체를 합성한다. 아래 일반식(G0)으로 표시되는 아미딘 유도체는 아래에 나타낸 바와 같이 간단한 합성 스킴(A)에 의하여 합성할 수 있다. 스킴(A)에서, 원료인 아미딘 유도체(A1)와 방향족 탄화수소의 할로젠화물(A2)을 커플링하여, 일반식(G0)으로 표시되는 아미딘 유도체가 얻어진다. 합성 스킴(A)에서 Q는 할로젠을 나타낸다.
Figure pct00014
일반식(G0)에서, 치환기 A는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기를 나타낸다. 또한, R2 내지 R7 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기 중 어느 것을 나타내고, n은 2 또는 3이다.
치환기 A로서는, 하나 이상의 벤젠 골격을 포함하는 치환기, 하나 이상의 피리딘 골격을 포함하는 치환기, 피라진 골격을 포함하는 치환기, 하나 이상의 피리미딘 골격을 포함하는 치환기, 하나 이상의 피리다진 골격을 포함하는 치환기, 및 하나 이상의 트라이아진 골격을 포함하는 치환기 등 중 어느 것을 사용할 수 있다. 또한, 치환기 A는 상술한 탄소수에 포함되지 않는 탄소수의 치환기를 더 포함하여도 좋다. 이러한 치환기의 예는 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.
≪일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물의 합성 방법≫
그리고, 일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물은 아래에 나타낸 바와 같이 간단한 합성 스킴(B)에 의하여 합성할 수 있다. 스킴(B)에서, 일반식(G0)으로 표시되는 아미딘 유도체와 알데하이드 유도체(A3)를 커플링하여, 일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물이 얻어진다. 또는, 중간체(B1)를 거쳐 유기 화합물을 합성하여도 좋다. 중간체(B1)를 거친 합성의 경우에는, 중간체(B1)와 탈수소화제를 적절한 용액 중에서 반응시킴으로써, 일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물이 얻어진다. 탈수소화제의 예는 벤조퀴논 유도체 및 황 등이다.
Figure pct00015
치환기 A, R2 내지 R7, 및 n에 대해서는 상술한 합성 스킴(A)에서 설명하였고, 합성 스킴(B)에서는 다시 설명하지 않는다. 합성 스킴(B)에서, R1은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기 중 어느 것을 나타낸다.
합성 스킴(A) 및 합성 스킴(B)에서 사용되는 다양한 화합물((A1), (A2), 및 (A3))은 시판되거나 그 합성이 용이하므로, 일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물은 매우 다양하게 합성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물의 특징은 베리에이션이 풍부하다는 것이다.
위에서는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물의 합성 방법의 예를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다른 어떤 합성 방법을 채용하여도 좋다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자의 구조예에 대하여 도 1의 (A)를 참조하여 아래에서 자세히 설명한다.
본 실시형태의 발광 소자는 한 쌍의 전극 사이에, 복수의 층을 포함하는 EL층을 포함한다. 복수의 층 중 어느 것은 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함한다. 본 실시형태에서, 발광 소자는 제 1 전극(101), 제 2 전극(102), 및 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 제공된 EL층(103)을 포함한다. 또한 본 실시형태에서, 아래의 설명은 제 1 전극(101)이 애노드로서 기능하고 제 2 전극(102)이 캐소드로서 기능한다고 가정하여 이루어진다.
제 1 전극(101)은 애노드로서 기능하므로, 일함수가 큰(구체적으로는 일함수가 4.0eV 이상) 금속, 합금, 전기 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등 중 어느 것을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들어, 산화 인듐-산화 주석(ITO: indium tin oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연, 및 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함한 산화 인듐(IWZO) 등을 들 수 있다. 이들 전기 도전성 금속 산화물의 막은 일반적으로 스퍼터링법에 의하여 형성되지만, 졸-겔법 등을 응용하여 형성되어도 좋다. 그 형성 방법의 예에서, 산화 인듐에 대하여 1wt% 내지 20wt%의 산화 아연이 첨가된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여 산화 인듐-산화 아연의 막을 형성한다. 또한 산화 인듐에 대하여 산화 텅스텐이 0.5wt% 내지 5wt% 그리고 산화 아연이 0.1wt% 내지 1wt% 첨가된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함한 산화 인듐(IWZO)의 막을 형성할 수 있다. 그 외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 및 금속 재료의 질화물(예를 들어, 질화 타이타늄) 등을 들 수 있다. 그래핀을 사용할 수도 있다. 또한, 나중에 설명하는 복합 재료를 EL층(103)에서의 제 1 전극(101)과 접하는 층에 사용하면, 일함수에 상관없이 전극 재료를 선택할 수 있다.
적층 중 어느 것에 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물이 포함되기만 하면, EL층(103)의 적층 구조에는 특별한 한정은 없다. 예를 들어, EL층(103)은 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 캐리어 차단층, 및 전하 발생층 등을 적절히 조합하여 형성할 수 있다. 본 실시형태에서는, EL층(103)은 다음의 2개 구조 중 어느 하나를 갖는다: 도 1 (A)에 도시된 바와 같이 제 1 전극(101) 위에 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 및 전자 주입층(115)이 이 순서대로 적층된 구조; 및 도 1의 (B)에 도시된 바와 같이 제 1 전극(101) 위에 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 및 전하 발생층(116)이 적층된 구조. 발광층의 호스트 재료, 또는 전자 수송층 또는 전자 주입층의 재료로서는, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 이들 층에 사용되는 재료의 구체적인 예를 아래에 든다.
정공 주입층(111)은 정공 주입성이 높은 물질을 포함한다. 산화 몰리브데넘, 산화 바나듐, 산화 루테늄, 산화 텅스텐, 또는 산화 망가니즈 등을 사용할 수 있다. 또는, 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc) 및 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc) 등의 프탈로사이아닌계 화합물, 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB) 및 N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민 화합물, 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)(PEDOT/PSS)의 고분자 화합물 등을 사용하여 정공 주입층(111)을 형성할 수 있다.
또는, 정공 주입층(111)에, 정공 수송성을 갖는 물질이 억셉터성을 갖는 물질을 포함한 복합 재료를 사용할 수 있다. 또한, 이러한 억셉터성을 갖는 물질을 포함한 정공 수송성을 갖는 물질을 사용함으로써, 그 일함수와 상관없이 전극 형성에 사용되는 재료를 선택할 수 있게 된다. 바꿔 말하면, 일함수가 높은 재료 이외에, 일함수가 낮은 재료도 제 1 전극(101)에 사용할 수 있다. 억셉터성을 갖는 물질의 예에는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 및 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(HAT-CN) 등 전자 구인성기(할로젠기 또는 사이아노기)를 갖는 화합물이 포함된다. 특히 HAT-CN과 같이, 복수의 헤테로 원자를 갖는 축합 방향족 고리에 전자 구인성기가 결합된 화합물이 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 또한, 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 주기율표 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 및 산화 레늄이 이들의 전자 수용성이 높다는 점에서 바람직하다. 이들 산화물 중, 산화 몰리브데넘은 대기에서 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉽기 때문에 특히 바람직하다.
복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 갖는 물질로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 및 고분자 화합물(예를 들어, 올리고머, 덴드리머, 또는 폴리머) 등 다양한 유기 화합물 중 어느 것을 사용할 수 있다. 또한, 복합 재료에 사용되는 유기 화합물이 높은 정공 수송성을 갖는 유기 화합물인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 복합 재료에서 정공 수송성을 갖는 물질로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 아래에 구체적으로 제시한다.
방향족 아민 화합물의 예는, N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 및 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등이다.
복합 재료에 사용할 수 있는 카바졸 유도체의 예는, 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) 등이다.
복합 재료에 사용할 수 있는 카바졸 유도체의 다른 예는 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 및 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등이다.
복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 탄화수소들의 예는 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 및 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등이다. 이 외에 펜타센 또는 코로넨 등을 사용할 수도 있다. 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 탄소수 14 내지 42의 방향족 탄화수소가 특히 바람직하다.
또한 복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐 골격을 갖는 방향족 탄화수소의 예는 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi) 및 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA)이다.
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), 또는 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
정공 주입층을 제공함으로써, 높은 정공 주입성을 달성하여 발광 소자를 저전압으로 구동시킬 수 있다.
또한 정공 주입층은, 상술한 억셉터 재료만으로 형성하여도 좋고, 또는 상술한 억셉터 재료와 다른 재료를 조합하여 형성하여도 좋다. 이 경우, 억셉터 재료가 정공 수송층으로부터 전자를 빼냄으로써, 정공 주입층에 정공이 주입될 수 있다. 이들 억셉터 재료는 빼낸 전자를 애노드로 이송한다.
정공 수송층(112)은 정공 수송성을 갖는 물질을 포함한다. 정공 수송성을 갖는 물질의 예는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',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), 및 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP) 등의 방향족 아민 화합물이다. 여기서 든 물질은 정공 수송성이 높고 주로 정공 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 것들이다. 상술한 복합 재료에서 정공 수송성을 갖는 물질의 예로서 제시된 유기 화합물도 정공 수송층(112)에 사용할 수 있다. 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK) 및 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, 정공 수송성을 갖는 물질을 포함한 층은 단층에 한정되지 않으며, 상술한 물질 중 어느 것을 포함하는 2 이상의 층의 적층이어도 좋다.
발광층(113)은 형광 물질을 포함하며 형광을 발하는 층, 인광 물질을 포함하며 인광을 발하는 층, 또는 TADF(thermally activated delayed fluorescence)를 발하는 물질을 포함하며 TADF를 발하는 층이어도 좋다. 또한, 발광층(113)은 단층이어도 좋고, 상이한 발광 물질을 포함하는 복수의 층을 포함하여도 좋다.
발광층(113)에서 형광 물질로서 사용할 수 있는 재료의 예는 다음과 같다. 다른 다양한 형광 물질을 사용할 수도 있다.
그 예에는, 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), 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'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-뷰틸페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N"-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민](약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N",N",N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린 30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린 545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 및 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM) 등이 포함된다. 1,6FLPAPrn 및 1,6mMemFLPAPrn 등의 피렌다이아민 화합물로 대표되는 축합 방향족 다이아민 화합물은 적당한 정공 트랩성을 갖고, 발광 효율이 높고, 신뢰성이 높기 때문에 특히 바람직하다.
발광층(113)에서 인광 물질로서 사용할 수 있는 재료의 예는 다음과 같다.
그 예에는 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: [Ir(mpptz-dmp)3]), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz)3]), 및 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrptz-3b)3]) 등의 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz1-mp)3]), 및 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3) 등의 1H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrpmi)3]), 및 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dmpimpt-Me)3]) 등의 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C 2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: [Ir(CF3ppy)2(pic)]), 및 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac)) 등의 전자 구인성기를 갖는 페닐피리딘 유도체가 배위자인 유기 금속 이리듐 착체가 포함된다. 이들은 청색 인광을 발하는 화합물이며, 440nm 내지 520nm에 발광 피크를 갖는다.
다른 예에는 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)3]), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)3]), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미딘네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[6-(2-노보닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(nbppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(mpmppm)2(acac)]), 및 (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)]) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), 및 (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)]) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(ppy)2(acac)]), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bzq)2(acac)]), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(bzq)3]), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: [Ir(pq)3]), 및 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(pq)2(acac)]) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 및 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)]) 등의 희토류 금속 착체가 포함된다. 이들은 주로 녹색 인광을 발하는 화합물이며 500nm 내지 600nm에 발광 피크를 갖는다. 또한, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 두드러지게 높은 신뢰성 및 발광 효율을 갖기 때문에 특히 바람직하다.
다른 예에는, (다이아이소뷰틸일메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dibm)]), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dpm)]), 및 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(d1npm)2(dpm)]) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(acac)]), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)]), 및 (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)]) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: [Ir(piq)3]) 및 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(piq)2(acac)]) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP) 등의 백금 착체; 및 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(DBM)3(Phen)]) 및 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(TTA)3(Phen)]) 등의 희토류 금속 착체가 있다. 이들은 적색 인광을 발하는 화합물이며 600nm 내지 700nm에 발광 피크를 갖는다. 또한 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 바람직한 색도의 적색 발광을 제공할 수 있다.
상술한 인광성 화합물에 더하여, 공지의 인광성 재료를 선택하여 사용하여도 좋다.
TADF 재료의 예에는, 풀러렌, 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 또는 에오신 등, 및 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd)을 포함하는 포르피린 등의 금속-함유 포르피린이 포함된다. 금속-함유 포르피린의 예에는, 하기 구조식으로 나타낸, 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린 테트라메틸 에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 및 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2(OEP))가 포함된다.
Figure pct00016
또는, 아래의 구조식으로 표시되는 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(PIC-TRZ) 등의, π전자 과잉 헤테로방향족 고리 및 π전자 부족 헤테로방향족 고리를 갖는 헤테로 고리 화합물을 사용할 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉 헤테로방향족 고리 및 π전자 부족 헤테로방향족 고리에 의하여, 전자 수송성 및 정공 수송성이 높기 때문에 바람직하게 사용된다. 또한, π전자 과잉 헤테로방향족 고리가 π전자 부족 헤테로방향족 고리와 직접 결합된 물질은 π전자 과잉 헤테로방향족 고리의 도너성 및 π전자 부족 헤테로방향족 고리의 억셉터성이 둘 다 증가되고 S1 준위와 T1 준위 사이의 에너지 차이가 작게 되기 때문에 특히 바람직하게 사용된다.
Figure pct00017
발광층의 호스트 재료로서는 다양한 캐리어 수송 재료를 사용할 수 있다. 캐리어 수송 재료로서는, 아래에 열거된 정공 수송성을 갖는 물질 및 전자 수송성을 갖는 물질 등 중 어느 것을 사용할 수 있다. 아래에 열거된 물질 이외의 정공 수송성을 갖는 재료, 전자 수송성을 갖는 재료, 또는 바이폴러 재료를 사용할 수 있는 것은 말할 나위 없다.
아래는 정공 수송성을 갖는 재료의 예이다: 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4"-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4"-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), 및 N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 화합물; 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 및 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 갖는 화합물; 4,4',4"-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 및 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 갖는 화합물, 및 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II) 및 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 갖는 화합물. 상술한 재료 중에서, 방향족 아민 골격을 갖는 화합물 및 카바졸 골격을 갖는 화합물은, 신뢰성이 높고 정공 수송성이 높고 구동 전압의 저감에 기여하기 때문에 바람직하다.
다음은 전자 수송성을 갖는 재료의 예이다: 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물; 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토)아연(II)(약칭: ZnPBO), 및 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체; 2-(4-바이페닐일)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 및 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물; 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 및 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물; 및 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy) 및 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물. 상술한 재료 중에서, 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물 및 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 신뢰성이 높기 때문에 바람직하다. 특히, 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높고 구동 전압의 저감에 기여한다.
또한, 호스트 재료는 복수 종류의 물질의 혼합물이어도 좋고, 혼합된 호스트 재료를 사용하는 경우에는, 전자 수송성을 갖는 재료를 정공 수송성을 갖는 재료와 혼합하는 것이 바람직하다. 전자 수송성을 갖는 재료를 정공 수송성을 갖는 재료와 혼합함으로써, 발광층(113)의 수송성을 쉽게 조절할 수 있고 재결합 영역을 쉽게 제어할 수 있다. 정공 수송성을 갖는 재료의 함유량과 전자 수송성을 갖는 재료의 함유량의 비율은 1:9 내지 9:1로 할 수 있다.
이들 혼합된 재료에 의하여 엑시플렉스가 형성되어도 좋다. 이들 혼합된 재료를, 파장이 발광 재료의 가장 낮은 에너지 쪽의 흡수단의 파장과 중첩되는 발광을 나타내는 엑시플렉스가 형성되도록 선택하면, 에너지가 원활하게 이송될 수 있고, 발광을 효율적으로 얻을 수 있다. 또한 에너지 이송을 위한 엑시플렉스의 사용은 구동 전압을 낮출 수 있어, 이러한 조합이 바람직하다.
상술한 구조를 갖는 발광층(113)은 진공 증착법에 의한 공증착이나, 혼합 용액을 사용한 그라비어 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 잉크젯법, 스핀 코팅법, 또는 딥 코팅법 등에 의하여 형성할 수 있다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성을 갖는 물질을 포함한다. 전자 수송성을 갖는 물질로서는, 호스트 재료로서 사용할 수 있는 전자 수송성을 갖는 상기 물질들 중 어느 것을 사용할 수 있다. 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 적합하게 사용할 수 있다. 전자 주입층(115)과 접하는 전자 수송층(114)의 일부에 본 발명의 유기 화합물을 포함하면 발광 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있어 특히 바람직하다.
전자 수송층(114)과 발광층(113) 사이에, 전자 캐리어의 수송을 제어하는 층을 제공하여도 좋다. 이것은 상술한 전자 수송성을 갖는 재료에 전자 트랩성을 갖는 물질을 소량 첨가함으로써 형성하는 층이고, 이 층은 전자 캐리어의 이동을 지연시킴으로써 캐리어 밸런스를 조절할 수 있다. 이러한 구조는, 전자가 발광층을 통과할 때에 발생되는 문제(소자 수명의 저하 등)를 방지하는 데 매우 효과적이다.
또한, 전자 수송층(114)과 제 2 전극(102) 사이에, 제 2 전극(102)과 접촉되도록 전자 주입층(115)을 제공하여도 좋다. 전자 주입층(115)에는, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 또는 플루오린화 칼슘(CaF2) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 그 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 전자 수송성을 갖는 물질을 사용하여 형성되며 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 그 화합물을 포함한 층을 사용할 수 있다. 전자 주입층(115)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 전자화물의 예에는, 산화 칼슘-산화 알루미늄에 고농도로 전자가 첨가된 물질이 포함된다.
또한 전자 수송성을 갖는 물질을 사용하여 형성되며 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속을 포함한 층을 전자 주입층(115)에 사용하면, 제 2 전극(102)으로부터의 전자 주입이 효율적으로 수행되므로 바람직하다. 또한 전자 수송성을 갖는 물질로서 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용하는 것이 더 바람직하다.
전자 주입층(115) 대신에 전하 발생층(116)을 제공하여도 좋다(도 1의 (B)). 전하 발생층(116)은, 전위가 인가될 때, 전하 발생층(116)의 캐소드 쪽과 접하는 층에 정공을 주입할 수 있고 그 애노드 쪽과 접하는 층에 전자를 주입할 수 있는 층을 말한다. 전하 발생층(116)은 적어도 p형층(117)을 포함한다. p형층(117)은, 정공 주입층(111)에 사용할 수 있는 재료의 예로서 상술한 복합 재료들 중 어느 것을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. p형층(117)은, 복합 재료에 포함되는 재료로서 상술한 억셉터 재료를 포함하는 막과, 정공 수송 재료를 포함하는 막을 적층시켜 형성하여도 좋다. p형층(117)에 전위차가 인가되면, p형층(117)으로부터, 전자 수송층(114)에 전자가 주입되고, 캐소드로서 기능하는 제 2 전극(102)에 정공이 주입되어, 발광 소자가 동작한다. 전하 발생층(116)과 접하는 전자 수송층(114)에 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 층이 존재하면, 발광 소자의 구동 시간의 축적으로 인한 휘도 저하를 억제할 수 있으므로, 발광 소자는 긴 수명을 가질 수 있다.
또한 전하 발생층(116)은 p형층(117)에 더하여, 전자 릴레이층(118) 또는 전자 주입 버퍼층(119), 또는 양쪽 모두를 포함하는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(118)은 전자 수송성을 갖는 물질을 적어도 포함하고, 전자 주입 버퍼층(119)과 p형층(117)의 상호 작용을 방지하고 전자를 원활하게 이송하는 기능을 갖는다. 전자 릴레이층(118)에 포함되는 전자 수송성을 갖는 물질의 LUMO 준위는 p형층(117)에서의 억셉터성을 갖는 물질의 LUMO 준위와, 전자 수송층(114) 중 전하 발생층(116)과 접하는 층에 포함되는 물질의 LUMO 준위 사이에 있는 것이 바람직하다. 에너지 준위의 구체적인 값으로서, 전자 릴레이층(118)에서의 전자 수송성을 갖는 물질의 LUMO 준위는 -5.0eV 이상이 바람직하고, -5.0eV 이상 -3.0eV 이하가 더 바람직하다. 또한 전자 릴레이층(118)에서의 전자 수송성을 갖는 물질로서, 프탈로사이아닌계 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 배위자를 갖는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
전자 주입 버퍼층(119)에는 전자 주입성이 높은 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 또는 그 화합물(예를 들어 알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 및 탄산 리튬 또는 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함)), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 및 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 및 탄산염을 포함함)을 사용할 수 있다.
전자 주입 버퍼층(119)이 전자 수송성을 갖는 물질 및 도너 물질을 포함하는 경우, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 상술한 금속의 화합물(예를 들어 알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 및 탄산 리튬 또는 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함)), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 및 탄산염을 포함함), 및 희토류 금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 및 탄산염을 포함함)에 더하여, 테트라싸이아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센, 또는 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 도너 물질로서 사용할 수 있다. 또한 전자 수송성을 갖는 물질로서는, 전자 수송층(114)에 사용되는 상술한 재료와 마찬가지의 재료를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용할 수 있다.
제 2 전극(102)에는, 일함수가 낮은(구체적으로는 일함수가 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 그 혼합물 등 중 어느 것을 사용할 수 있다. 이러한 캐소드 재료의 구체적인 예는, 알칼리 금속(예를 들어, 리튬(Li) 및 세슘(Cs)), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 및 스트론튬(Sr) 등의 원소 주기율표에서 1족 및 2족에 속하는 원소, 그 합금(예를 들어, MgAg 및 AlLi), 유로퓸(Eu) 및 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 그 합금 등이다. 그러나, 제 2 전극(102)과 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 제공하는 경우, 제 2 전극(102)에, Al, Ag, ITO, 또는 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함한 산화 인듐-산화 주석 등 다양한 도전 재료 중 어느 것을 일함수에 상관없이 사용할 수 있다. 이들 도전 재료의 막은, 진공 증착법 또는 스퍼터링법 등의 건식법, 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법 등에 의하여 형성할 수 있다. 또한 전극은, 졸-겔법을 사용한 습식법으로 형성하여도 좋고, 또는 금속 재료의 페이스트를 사용한 습식법으로 형성하여도 좋다.
건식 공정이든 습식 공정이든 상관없이, EL층(103)의 형성에는 다양한 방법들 중 어느 것이나 사용할 수 있다. 예를 들어, 진공 증착법, 그라비어 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 스크린 인쇄법, 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법 등을 사용하여도 좋다. 전극마다 또는 층마다 다른 형성 방법을 사용하여도 좋다.
다른 방법을 사용하여 상술한 전극들 또는 층들을 형성하여도 좋다.
상술한 구조를 갖는 발광 소자에서는, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 생긴 전위차에 의하여 전류가 흐르고, 발광성이 높은 물질을 포함하는 층인 발광층(113)에서 정공과 전자가 재결합하여 발광이 이루어진다.
발광층에서 발생한 광은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 하나 또는 양쪽을 통하여 추출된다. 따라서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 하나 또는 양쪽은 투광성 전극이다. 제 1 전극(101)만 투광성 전극인 경우, 제 1 전극(101)을 통하여 발광이 추출된다. 제 2 전극(102)만 투광성 전극인 경우, 제 2 전극(102)을 통하여 발광이 추출된다. 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 양쪽이 투광성 전극인 경우, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)을 통하여 발광이 추출된다.
제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 제공되는 층의 구조는 상술한 구조에 한정되지 않는다. 발광 영역과 전극 및 캐리어 주입층에 사용되는 금속의 근접으로 인한 소광을 방지할 수 있도록, 정공과 전자가 재결합되는 발광 영역이 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)으로부터 떨어져 위치하는 것이 바람직하다.
또한 발광층에서 발생한 여기자로부터의 에너지 이동을 억제할 수 있도록, 발광층(113)과 접촉하는 정공 수송층 및 전자 수송층 등의 캐리어 수송층, 특히 발광층(113)에서의 재결합 영역에 가까운 측에 접촉하는 캐리어 수송층은, 발광층의 발광 물질 또는 발광층에 포함되는 발광 중심 물질보다 넓은 밴드 갭을 갖는 물질을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
다음에, 복수의 발광 유닛이 적층된 구조를 갖는 발광 소자(이 형태의 발광 소자를 적층 소자 또는 탠덤 소자라고도 함)의 형태에 대하여 도 1의 (C)를 참조하여 설명한다. 이 발광 소자에서는, 애노드와 캐소드 사이에 복수의 발광 유닛이 제공된다. 하나의 발광 유닛이 도 1의 (A)에 도시된 EL층(103)과 같은 구조를 갖는다. 바꿔 말하면, 도 1의 (C)에 도시된 발광 소자는 복수의 발광 유닛을 포함하는 발광 소자이고, 도 1의 (A) 및 (B)에 도시된 각 발광 소자는 하나의 발광 유닛을 포함하는 발광 소자이다.
도 1의 (C)에서, 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502) 사이에 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)이 적층되고, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512) 사이에 전하 발생층(513)이 제공된다. 제 1 전극(501) 및 제 2 전극(502)은 각각, 도 1의 (A)에 도시된 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)에 상당하며, 도 1의 (A)의 설명에 제시된 재료가 사용될 수 있다. 또한, 제 1 발광 유닛(511) 및 제 2 발광 유닛(512)은 동일한 구조 또는 상이한 구조를 가져도 좋다.
전하 발생층(513)은, 제 1 전극(501)과 제 2 전극(502) 사이에 전압이 인가될 때, 발광 유닛들 중 하나에 전자를 주입하고 발광 유닛들 중 다른 하나에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 즉, 도 1의 (C)에서, 전하 발생층(513)은 제 1 전극의 전위가 제 2 전극의 전위보다 높아지도록 전압이 인가되면 제 1 발광 유닛(511)에 전자를 주입하고 제 2 발광 유닛(512)에 정공을 주입한다.
전하 발생층(513)은 도 1의 (B)을 참조하여 설명한 전하 발생층(116)과 같은 구조를 갖는 것이 바람직하다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료는 캐리어 주입성 및 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동 및 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한 발광 유닛 중 애노드 쪽의 면이 전하 발생층(513)과 접하는 경우, 전하 발생층(513)은 발광 유닛에서 정공 주입층으로서도 기능할 수 있고, 발광 유닛에 정공 수송층을 형성하지 않아도 된다.
전자 주입 버퍼층(119)이 제공되는 경우, 상기 전자 주입 버퍼층은 전자 주입 버퍼층(119)과 접하는 애노드 쪽의 발광 유닛에서의 전자 주입층으로서 기능하고, 발광 유닛은 전자 주입층을 더 필요로 하지 않는다.
발광 유닛에서, 전하 발생층(513)의 애노드 쪽의 면과 접하는 층(대표적으로는 애노드 쪽의 발광 유닛에서의 전자 수송층)에, 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물이 포함되면, 구동 시간의 축적으로 인한 휘도 저하를 억제할 수 있고, 그 결과, 발광 소자는 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 대하여 도 1의 (C)를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 3개 이상의 발광 유닛이 적층되는 발광 소자에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이 한 쌍의 전극 사이에서 복수의 발광 유닛이 전하 발생층(513)에 의하여 분할됨으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 높은 휘도로 광을 발할 수 있고 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 저전압으로 구동할 수 있고 소비전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한 발광 유닛들의 발광색을 다르게 하면, 발광 소자 전체로서 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에서, 제 1 발광 유닛의 발광색이 적색 및 녹색이고 제 2 발광 유닛의 발광색이 청색이면, 발광 소자는 소자 전체로서 백색광을 발할 수 있다.
상술한 구조는 본 실시형태 및 다른 실시형태들 중 어느 것과 조합할 수 있다.
본 실시형태의 상술한 구조를 갖는 발광 소자는 신뢰성이 높고 내열성이 높다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 포함하는 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서, 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 사용하여 제작한 발광 장치에 대하여 도 2의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다. 또한 도 2의 (A)는 발광 장치의 상면도이고, 도 2의 (B)는 도 2의 (A)의 선 A-B 및 C-D를 따라 취한 단면도이다. 발광 장치는 발광 소자의 발광을 제어하고 점선으로 도시된 구동 회로부(소스선 구동 회로)(601), 화소부(602), 및 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(603)를 포함한다. 부호 604는 밀봉 기판을 나타내고, 605는 밀봉 재료를 나타내고, 607은 밀봉 재료(605)로 둘러싸인 공간을 나타낸다.
부호 608은, 소스선 구동 회로(601) 및 게이트선 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송하며, 외부 입력 단자로서 기능하는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 및 리셋 신호 등의 신호를 받기 위한 리드 배선을 나타낸다. 여기서는 FPC만을 도시하였지만, FPC에 프린트 배선판(PWB)이 제공되어도 좋다. 본 명세서의 발광 장치는 발광 장치 자체뿐만 아니라, FPC 또는 PWB가 제공된 발광 장치도 그 범주에 포함한다.
다음에, 도 2의 (B)를 참조하여 단면 구조에 대하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되고, 구동 회로부인 소스선 구동 회로(601), 및 화소부(602)에서의 하나의 화소를 도 2의 (B)에 도시하였다.
소자 기판(610)은 유리, 석영, 유기 수지, 금속, 합금, 또는 반도체이어도 좋고, FRP(fiber-reinforced plastic), PVF(poly(vinyl fluoride)), 폴리에스터, 또는 아크릴로 이루어진 플라스틱 기판이어도 좋다.
화소 및 구동 회로에 사용되는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 역 스태거형 트랜지스터를 사용하여도, 스태거형 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 또한 톱 게이트형 트랜지스터를 사용하여 보텀 게이트형 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 트랜지스터에 사용되는 반도체 재료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 실리콘, 저마늄, 탄소화 실리콘, 또는 질화 갈륨 등을 사용할 수 있다. 또는, In-Ga-Zn계 금속 산화물 등, 인듐, 갈륨, 아연 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 반도체를 사용하여도 좋다.
트랜지스터에 사용되는 반도체 재료의 결정성은 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체 또는 결정성을 갖는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 부분적으로 결정 영역을 포함한 반도체)를 사용하여도 좋다. 결정성을 갖는 반도체가 사용되는 경우, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
여기서, 화소 및 구동 회로에 제공되는 트랜지스터, 및 후술하는 터치 센서에 사용되는 트랜지스터 등의 반도체 장치에는 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 실리콘보다 밴드갭이 넓은 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 실리콘보다 밴드갭이 넓은 산화물 반도체를 사용하면, 트랜지스터의 오프 상태 전류를 저감시킬 수 있다.
산화물 반도체는 적어도 인듐(In) 또는 아연(Zn)을 포함하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 산화물 반도체는 In-M-Zn계 산화물(M은 Al, Ti, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, 또는 Hf 등의 금속을 나타냄)으로 표시되는 산화물을 포함하는 것이 바람직하다.
반도체층이 형성되는 표면, 또는 반도체층의 상면에 대하여 c축이 수직으로 배향되고, 또한 인접한 결정부가 결정립계를 가지지 않는 복수의 결정부를 포함하는 산화물 반도체막을 반도체층으로서 사용하는 것이 특히 바람직하다.
반도체층에 이와 같은 재료를 사용함으로써, 전기 특성의 변화가 억제된, 신뢰성이 높은 트랜지스터를 제공할 수 있게 된다.
트랜지스터의 오프 전류는 낮기 때문에, 상술한 반도체층을 포함하는 트랜지스터를 통하여 커패시터에 축적한 전하를 오랫동안 유지할 수 있다. 이와 같은 트랜지스터를 화소에 사용함으로써, 각 표시 영역에 표시된 화상의 계조를 유지하면서, 구동 회로의 동작을 정지할 수 있다. 결과적으로, 소비전력이 매우 낮은 전자 기기를 얻을 수 있다.
트랜지스터의 안정적인 특성을 위하여, 하지막이 제공되는 것이 바람직하다. 하지막은 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 또는 질화산화 실리콘막 등의 무기 절연막을 사용하여 단층 구조 또는 적층 구조로 형성할 수 있다. 하지막을 스퍼터링법, CVD(chemical vapor deposition)법(예를 들어, 플라스마 CVD법, 열 CVD법, 또는 MOCVD(metal organic CVD)법), ALD(atomic layer deposition)법, 도포법, 인쇄법 등에 의하여 형성할 수 있다. 또한, 하지막은 반드시 제공할 필요는 없다.
또한 구동 회로부(601)에 형성되는 트랜지스터로서 FET(623)를 도시하였다. 또한, CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로 등 다양한 회로 중 어느 것을 사용하여 구동 회로를 형성하여도 좋다. 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로가 형성되는 드라이버 일체형을 도시하였지만, 구동 회로를 기판 위에 제공하지 않아도 되고, 구동 회로를 기판 위가 아닌 외부에 형성할 수도 있다.
화소부(602)는 스위칭 FET(611), 전류 제어 FET(612), 및 전류 제어 FET(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 복수의 화소를 포함한다. 본 발명의 일 형태는 이 구조에 한정되지 않는다. 화소부(602)는 3개 이상의 FET와 용량 소자를 조합하여 포함하여도 좋다.
또한 제 1 전극(613)의 단부를 덮도록 절연물(614)을 사용하고, 여기서는 포지티브 감광성 아크릴 수지 필름을 사용한다.
나중에 형성되는 EL층 등과의 피복성을 향상시키기 위하여, 절연물(614)은 그 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면을 갖도록 형성된다. 예를 들어, 절연물(614)의 재료로서 포지티브 감광성 아크릴을 사용하는 경우, 절연물(614)의 상단부만이 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 갖는 곡면을 갖는 것이 바람직하다. 절연물(614)로서, 네거티브 감광성 수지 또는 포지티브 감광성 수지의 어느 한쪽을 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 형성된다. 양극으로서 기능하는 제 1 전극(613)에 사용되는 재료로서, 높은 일함수를 갖는 재료가 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, ITO막, 실리콘을 포함하는 산화 인듐 주석막, 산화 아연을 2wt%~20wt% 포함하는 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, 또는 Pt막 등의 단층막, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로 포함하는 막의 적층, 질화 타이타늄막, 알루미늄을 주성분으로 포함하는 막, 및 질화 타이타늄막의 3층을 포함하는 적층 등을 사용할 수 있다. 상기 적층 구조는 낮은 배선 저항, 양호한 옴 콘택트(ohmic contact), 및 양극으로서의 기능을 가능하게 한다.
EL층(616)은 증착 마스크를 사용하는 증착법, 잉크젯법, 및 스핀 코팅법 등의 다양한 방법 중 어느 것에 의하여 형성된다. EL층(616)은 실시형태 2에서 설명한 구조를 갖는다. EL층(616)에 포함되는 또 다른 재료로서, 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머 및 덴드리머를 포함함)을 사용하여도 좋다.
EL층(616) 위에 형성되고 음극으로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용되는 재료로서, 낮은 일함수를 갖는 재료(예를 들어, Al, Mg, Li, 및 Ca, 또는 그 합금 또는 화합물(MgAg, MgIn, 및 AlLi 등))가 사용되는 것이 바람직하다. EL층(616)에서 발생된 광이 제 2 전극(617)을 통과하는 경우에는, 금속 박막과 투명 도전막(예를 들어 ITO, 2wt%~20wt% 산화 아연을 포함하는 산화 인듐, 실리콘을 포함하는 산화 인듐 주석, 또는 산화 아연(ZnO))의 적층이 제 2 전극(617)에 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발광 소자는 제 1 전극(613), EL층(616), 및 제 2 전극(617)을 사용하여 형성된다. 본 실시형태의 발광 장치에서는, 복수의 발광 소자를 포함하는 화소부는 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자와, 상이한 구조를 갖는 발광 소자의 양쪽을 포함하여도 좋다.
밀봉 재료(605)로 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)에 접착시켜, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 밀봉 재료(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 소자(618)가 제공된다. 공간(607)은 충전제로 채워져도 좋고, 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등), 또는 밀봉 재료로 채워져도 좋다. 밀봉 기판에 오목부가 제공되고 상기 오목부에 건조제가 제공되는 경우, 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
밀봉 재료(605)에는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿(glass frit)이 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 재료는 수분 또는 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 밀봉 기판(604)으로서, 유리 기판, 석영 기판, 또는 섬유 강화 플라스틱(FRP), 폴리(바이닐 플루오라이드)(PVF), 폴리에스터, 및 아크릴로 형성된 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
도 2의 (A) 및 (B)에 도시되지 않았지만, 제 2 전극 위에 보호막을 제공하여도 좋다. 보호막으로서, 유기 수지막 또는 무기 수지막을 형성할 수 있다. 보호막은, 밀봉 재료(605)의 노출된 부분을 덮도록 형성되어도 좋다. 보호막은, 한 쌍의 기판의 표면과 측면, 및 밀봉층 및 절연층 등의 노출된 측면을 덮도록 제공할 수 있다.
보호막은, 물 등의 불순물을 쉽게 투과시키지 않는 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 따라서, 물 등의 불순물이 외부로부터 내부로 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
보호막의 재료로서, 산화물, 질화물, 플루오린화물, 황화물, 3원 화합물, 금속, 또는 폴리머 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 상기 재료는 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 하프늄실리케이트, 산화 란타넘, 산화 실리콘, 타이타늄산 스트론튬, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 아연, 산화 네오디뮴, 산화 지르코늄, 산화 주석, 산화 이트륨, 산화 세륨, 산화 스칸듐, 산화 어븀, 산화 바나듐, 산화 인듐, 질화 알루미늄, 질화 하프늄, 질화 실리콘, 질화 탄탈럼, 질화 타이타늄, 질화 네오디뮴, 질화 몰리브데넘, 질화 지르코늄, 질화 갈륨, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 질화물, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 알루미늄 및 아연을 포함하는 산화물, 망가니즈 및 아연을 포함하는 황화물, 세륨 및 스트론튬을 포함하는 황화물, 어븀 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 또는 이트륨 및 지르코늄을 포함하는 산화물 등을 포함하여도 좋다.
보호막은 단차 피복성이 양호한 퇴적법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이런 방법의 하나는 ALD(atomic layer deposition)법이다. ALD법으로 퇴적될 수 있는 재료를 보호막에 사용하는 것이 바람직하다. ALD법에 의하여, 크랙이나 핀홀 등의 결함이 저감되며 두께가 균일하며 치밀한 보호막을 형성할 수 있다. 또한 보호막의 형성 시에 가공 부재에 생기는 대미지를 저감시킬 수 있다.
ALD법에 의하여, 예를 들어 복잡한 요철 형상을 갖는 표면, 또는 터치 패널의 상면, 측면, 및 하면에도 결함이 적고 균일한 보호막을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 사용하여 제작된 발광 장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태의 발광 장치는 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 사용하여 제작되므로, 양호한 특성을 가질 수 있다. 구체적으로, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 내열성이 높기 때문에, 상기 발광 장치는 높은 내열성을 가질 수 있다. 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 사용한 발광 장치에서는 크로스토크가 저감될 수 있기 때문에, 높은 표시 품질을 실현할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자는 쉽게 대량 생산할 수 있어 저비용으로 제공할 수 있다.
도 3의 (A) 및 (B) 각각은 백색 발광을 나타내는 발광 소자의 형성 및 착색층(컬러 필터) 등의 사용에 의하여 풀 컬러 표시를 실현한 발광 장치의 예를 도시한 것이다. 도 3의 (A)에는 기판(1001), 베이스 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 및 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 및 1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 소자의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 및 밀봉 재료(1032) 등을 도시하였다.
도 3의 (A)에서, 투명 베이스 재료(1033) 상에 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 제공된다. 추가적으로 블랙 매트릭스(1035)가 제공되어도 좋다. 착색층 및 블랙 매트릭스가 제공된 투명 베이스 재료(1033)는 기판(1001)에 배치 및 고정된다. 또한 착색층 및 블랙 매트릭스(1035)는 오버코트층(1036)으로 덮인다. 도 3의 (A)에서는, 발광층의 일부로부터 발해진 광은 착색층을 통과하지 않고, 한편 발광층의 다른 부분으로부터 발해진 광이 착색층을 통과한다. 착색층을 통과하지 않는 광은 백색이고 착색층들 중 어느 하나를 통과하는 광은 적색, 녹색, 또는 청색이기 때문에, 그 4색의 화소를 사용하여 화상을 표시할 수 있다.
도 3의 (B)는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 제공된 예를 도시한 것이다. 이 구조와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
상술한 발광 장치는, FET가 형성되는 기판(1001) 측으로부터 광이 추출되는 구조(보텀 이미션 구조(bottom emission structure))를 갖는 발광 장치이지만, 밀봉 기판(1031) 측으로부터 광이 추출되는 구조(톱 이미션 구조(top emission structure))를 갖는 발광 장치이어도 좋다. 도 4는 톱 이미션 구조를 갖는 발광 장치의 단면도이다. 이 경우, 기판(1001)으로서 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. FET와 발광 소자의 애노드 접속시키는 접속 전극을 형성하는 단계까지의 공정은 보텀 이미션 구조를 갖는 발광 장치와 마찬가지의 방식으로 수행된다. 그리고, 제 3 층간 절연막(1037)이 전극(1022)을 덮도록 형성된다. 이 절연막은 평탄화 기능을 가져도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 마찬가지의 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 다른 알려진 재료 중 어느 것을 사용하여 형성할 수도 있다.
여기서 발광 소자의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 및 1024B)은 각각 애노드로서 기능하지만, 캐소드로서 기능하여도 좋다. 또한 도 4에 도시된 바와 같은 톱 이미션 구조를 갖는 발광 장치의 경우, 제 1 전극은 반사 전극인 것이 바람직하다. EL층(1028)은, 실시형태 2에서 설명한 EL층(103)의 구조와 같은 구조를 갖도록 형성되고, 이로써 백색 발광을 얻을 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같은 톱 이미션 구조의 경우, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 제공되는 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 수행할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치하는 블랙 매트릭스(1035)가 제공되어도 좋다. 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))과 블랙 매트릭스는 오버코트층(1036)으로 덮여도 좋다. 또한, 밀봉 기판(1031)으로서 투광성 기판이 사용된다. 여기서는 적색, 녹색, 청색, 및 백색의 4색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하는 예를 나타내었지만, 특별한 제한은 없으며, 적색, 황색, 녹색, 및 청색의 4색, 또는 적색, 녹색, 및 청색의 3색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다.
톱 이미션 구조를 갖는 발광 장치에서는, 마이크로캐비티 구조를 바람직하게 채용할 수 있다. 마이크로캐비티 구조를 갖는 발광 소자는 제 1 전극으로서 반사 전극을, 제 2 전극으로서 반투과·반반사 전극을 사용하여 형성된다. 마이크로캐비티 구조를 갖는 발광 소자는 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에, 발광 영역으로서 기능하는 발광층을 적어도 포함하는 EL층을 적어도 포함한다.
또한, 반사 전극은 반사성을 갖는 도전 재료를 사용하여 형성되고, 가시광 반사율이 40% 내지 100%, 바람직하게는 70% 내지 100%이고, 저항률이 1×10-2Ωcm 이하이다. 또한, 반투과·반반사 전극은 반사성을 갖는 도전 재료를 사용하여 형성되고, 가시광 반사율이 20% 내지 80%, 바람직하게는 40% 내지 70%이고, 저항률이 1×10-2Ωcm 이하이다.
EL층에 포함되는 발광층으로부터 발해지는 광은, 반사 전극 및 반투과·반반사 전극에 의하여 반사되어 공진한다.
상기 발광 소자에 있어서, 투명 도전막, 복합 재료, 및 캐리어 수송 재료 등의 두께를 바꿈으로써 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이의 광로의 길이를 변경할 수 있다. 그러므로, 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에서 공진하는 파장의 광을 강하게 할 수 있고, 공진하지 않는 파장의 광을 약하게 할 수 있다.
또한, 반사 전극에 의하여 반사되어 되돌아온 광(제 1 반사광)은, 발광층에서 반투과·반반사 전극으로 직접 들어가는 광(제 1 입사광)과 상당히 간섭한다. 이러한 이유로, 반사 전극과 발광층 사이의 광로 길이를 (2n-1)λ/4(n은 1 이상의 자연수, λ는 증폭될 색의 파장)로 조절하는 것이 바람직하다. 광로 길이를 조절함으로써, 제 1 반사광과 제 1 입사광의 위상을 서로 일치시키고 발광층에서 발해지는 광을 더 증폭시킬 수 있다.
또한 상술한 구조에서, EL층은 복수의 발광층을 포함하여도 좋고, 단층의 발광층을 포함하여도 좋다. 상술한 탠덤 발광 소자는 복수의 발광층과 조합되어도 좋고, 예를 들어 발광 소자는, 복수의 EL층이 제공되고, EL층들 사이에 전하 발생층이 제공되고, 각 EL층이 복수의 발광층 또는 단층의 발광층을 포함하는 구조를 가져도 좋다.
마이크로캐비티 구조에 의하여, 정면 방향으로의 특정 파장의 발광 강도를 높일 수 있고, 이에 의하여 소비전력을 저감시킬 수 있다. 또한 적색, 황색, 녹색, 및 청색의 4색의 부화소로 화상을 표시하는 발광 장치의 경우에는, 황색 발광에 의하여 휘도가 증가될 수 있고, 그리고 각 부화소가 상당하는 색의 파장에 적합한 마이크로캐비티 구조를 채용할 수 있기 때문에, 발광 장치는 양호한 특성을 가질 수 있다.
본 실시형태의 발광 장치는 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 사용하여 제작되므로, 양호한 특성을 가질 수 있다. 구체적으로, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 내열성이 높기 때문에, 발광 장치는 높은 내열성을 가질 수 있다. 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 사용한 발광 장치에서는 크로스토크가 저감될 수 있기 때문에, 높은 표시 품질을 실현할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자는 쉽게 대량 생산될 수 있어 저비용으로 제공할 수 있다.
위에서는 액티브 매트릭스 발광 장치에 대하여 설명하였고, 아래에서는 패시브 매트릭스 발광 장치에 대하여 설명한다. 도 5의 (A) 및 (B)는 본 발명을 사용하여 제작된 패시브 매트릭스 발광 장치를 도시한 것이다. 또한 도 5의 (A)는 발광 장치의 사시도이고, 도 5의 (B)는 도 5의 (A)의 선 X-Y를 따라 취한 단면도이다. 도 5의 (A) 및 (B)에서는, 기판(951) 위에, 전극(952)과 전극(956) 사이에 EL 층(955)이 제공된다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮인다. 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 제공된다. 격벽층(954)의 측벽은, 양쪽 측벽 사이의 거리가 기판 표면을 향하여 서서히 좁아지도록 경사져 있다. 바꿔 말하면, 격벽층(954)의 짧은 변 방향을 따라 취한 단면은 사다리꼴이고, 저변(절연층(953)의 표면에 평행하며 절연층(953)과 접하는 사다리꼴의 변)은 윗변(절연층(953)의 표면에 평행하며 절연층(953)과 접하지 않는 사다리꼴의 변)보다 짧다. 이로써 제공된 격벽층(954)은 정전기 등으로 인한 발광 소자의 결함을 방지할 수 있다. 패시브 매트릭스 발광 장치도 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 포함하기 때문에, 높은 내열성을 가질 수 있다.
상술한 발광 장치에서 매트릭스로 배열된 다수의 미세한 발광 소자를 각각 제어할 수 있기 때문에, 상기 발광 장치는 영상을 표시하기 위한 표시 장치로서 적합하게 사용할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태들 중 어느 것과 자유로이 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자가 조명 장치에 사용된 예에 대하여 도 6의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다. 도 6의 (B)는 조명 장치의 상면도이고, 도 6의 (A)는 도 6의 (B)의 선 e-f를 따라 취한 단면도이다.
본 실시형태의 조명 장치에서는, 지지체이며 투광성을 갖는 기판(400) 위에 제 1 전극(401)이 형성된다. 제 1 전극(401)은 실시형태 2의 제 1 전극(101)에 상당한다. 제 1 전극(401) 측을 통하여 광이 추출될 때, 제 1 전극(401)은 투광성을 갖는 재료를 사용하여 형성된다.
기판(400) 위에는, 제 2 전극(404)에 전압을 인가하기 위한 패드(412)가 제공된다.
제 1 전극(401) 위에 EL층(403)이 형성된다. EL층(403)의 구성은, 예를 들어, 실시형태 2의 EL층(103)의 구조, 또는 발광 유닛(511 및 512)과 전하 발생층(513)이 조합된 구조에 상당한다. 구조에 대한 설명을 참조한다.
EL층(403)을 덮도록 제 2 전극(404)이 형성된다. 제 2 전극(404)은 실시형태 2의 제 2 전극(102)에 상당한다. 제 2 전극(404)은, 제 1 전극(401) 측을 통하여 광이 추출될 때, 높은 반사성을 갖는 재료를 사용하여 형성된다. 제 2 전극(404)은 패드(412)에 접속되어 전압이 인가된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 설명된 조명 장치는 제 1 전극(401), EL층(403), 및 제 2 전극(404)을 포함하는 발광 소자를 포함한다. 발광 소자가 높은 발광 효율을 갖는 발광 소자이기 때문에, 본 실시형태에서의 조명 장치는 낮은 소비전력을 갖는 조명 장치일 수 있다.
상술한 구조를 갖는 발광 소자가 제공된 기판(400)이 밀봉 재료(405 및 406)에 의하여 밀봉 기판(407)에 고정하여 밀봉함으로써, 발광 장치가 완성된다. 밀봉 재료(405) 및 밀봉 재료(406) 중 한쪽만을 사용하는 것도 가능하다. 내부 밀봉 재료(406)(도 6의 (B)에는 미도시)는 건조제와 혼합될 수 있어, 수분을 흡착할 수 있으므로, 신뢰성이 향상될 수 있다.
패드(412) 및 제 1 전극(401)의 일부가 밀봉 재료(405 및 406)의 외부로 연장되면, 그 연장된 부분은 외부 입력 단자로서 기능할 수 있다. 컨버터 등이 탑재된 IC칩(420)이 외부 입력 단자 위에 제공되어도 좋다.
본 실시형태에서 설명한 발광 장치는 본 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 EL 소자로서 포함하기 때문에, 높은 신뢰성을 가질 수 있다. 상기 발광 장치는 높은 내열성도 가질 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 각각 포함하는 전자 기기의 예에 대하여 설명한다. 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 내열성이 높다. 그 결과, 본 실시형태에서 설명하는 전자 기기는 각각 신뢰성이 높은 발광부를 포함할 수 있다. 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 사용한 발광 소자에서는 크로스토크가 저감될 수 있기 때문에, 전자 기기는 높은 표시 품질을 가질 수 있다.
상술한 발광 소자를 적용하는 전자 기기의 예에는 텔레비전 장치(TV 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라 및 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화(이동 전화 또는 이동 전화기라고도 함), 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 및 파친코 기기 등의 대형 게임기 등이 포함된다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 아래에서 제시한다.
도 7의 (A)는 텔레비전 장치의 예를 도시한 것이다. 상기 텔레비전 장치에서, 하우징(7101)에 표시부(7103)가 내장된다. 여기서는 하우징(7101)이 스탠드(7105)로 지지되어 있다. 표시부(7103)에 화상을 표시할 수 있고, 표시부(7103)에서는, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 각각 포함하는 발광 소자들이 매트릭스로 배열된다.
상기 텔레비전 장치의 조작은 하우징(7101)의 조작 스위치 또는 별도의 리모트 컨트롤러(7110)로 수행할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)의 조작 키(7109)에 의하여, 채널과 음량을 제어할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 제어할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)에는 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 데이터를 표시하기 위한 표시부(7107)가 제공되어도 좋다.
또한, 상기 텔레비전 장치에는 수신기 및 모뎀 등이 제공된다. 수신기를 사용하여, 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한, 상기 텔레비전 장치를 모뎀을 통하여 유선 또는 무선의 통신 네트워크에 접속시키면, 일방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자간)의 정보 통신을 수행할 수 있다.
도 7의 (B1)은, 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 및 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함하는 컴퓨터를 도시한 것이다. 또한, 이 컴퓨터는, 표시부(7203)에서 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 것들과 마찬가지의 발광 소자를 매트릭스로 배열하여 제작된다. 도 7의 (B1)에 도시된 컴퓨터는 도 7의 (B2)에 도시된 구조를 가져도 좋다. 도 7의 (B2)에 도시된 컴퓨터에는 키보드(7204)와 포인팅 디바이스(7206) 대신에 제 2 표시부(7210)가 제공된다. 제 2 표시부(7210)는 터치스크린을 가지며, 제 2 표시부(7210)에 표시되는 화상을 손가락 또는 전용 펜으로 조작함으로써 입력을 수행할 수 있다. 제 2 표시부(7210)는 입력용 표시 이외의 영상을 표시할 수도 있다. 표시부(7203)가 터치스크린을 가져도 좋다. 상기 2개의 스크린을 힌지로 접속시킴으로써, 예를 들어, 컴퓨터를 보관 또는 운반하는 동안에 스크린이 긁히거나 파손되는 문제를 방지할 수 있다.
도 7의 (C)는, 휴대용 게임기를 접을 수 있도록 연결부(7303)에 의하여 접속된 하우징(7301) 및 하우징(7302)의 2개의 하우징을 갖는 휴대용 게임기를 도시한 것이다. 하우징(7301)은, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 각각 포함하는 발광 소자들이 매트릭스로 배열된 표시부(7304)를 내장하고, 하우징(7302)은 표시부(7305)를 내장한다. 또한, 도 7의 (C)에 도시된 휴대용 게임기는 스피커(7306), 기록 매체 삽입부(7307), LED 램프(7308), 입력 수단(조작 키(7309), 접속 단자(7310), 센서(7311)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 갖는 센서), 및 마이크로폰(7312)) 등을 포함한다. 물론, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 각각 포함하는 발광 소자들이 매트릭스로 배열된 표시부를 표시부(7304) 또는 표시부(7305), 또는 양쪽 모두에 사용하기만 하면, 휴대용 게임기의 구조는 상기에 한정되지 않는다. 도 7의 (C)에 도시된 휴대용 게임기는, 기록 매체에 저장되는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 이를 표시부에 표시하는 기능, 및 무선 통신에 의하여 또 다른 휴대용 게임기와 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 또한 도 7의 (C)에 도시된 휴대용 게임기의 기능은 이들에 한정되지 않고, 휴대용 게임기는 다양한 기능을 가질 수 있다.
도 7의 (D)는 휴대 단말의 예를 도시한 것이다. 휴대 전화에는 하우징(7401)에 내장된 표시부(7402), 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 및 마이크로폰(7406) 등이 제공된다. 또한 휴대 전화(7400)는, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 각각 포함하는 발광 소자들이 매트릭스로 배열된 표시부(7402)를 갖는다.
도 7의 (D)에 도시된 휴대 단말의 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치하면, 휴대 단말에 데이터를 입력할 수 있다. 이 경우, 전화를 걸거나 이메일을 작성하는 등의 조작은, 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 수행할 수 있다.
표시부(7402)에는 주로 3가지 화면 모드가 있다. 제 1 모드는 주로 화상을 표시하기 위한 표시 모드이다. 제 2 모드는 주로 문자 등의 정보를 입력하기 위한 입력 모드이다. 제 3 모드는 표시 모드와 입력 모드의 두 가지 모드가 조합된 표시 및 입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 또는 이메일을 작성하는 경우, 표시부(7402)에서 문자 입력 모드를 선택하여, 화면에 표시된 문자를 입력할 수 있다. 이 경우, 표시부(7402) 화면의 거의 전체에 키보드 또는 번호 버튼을 표시하는 것이 바람직하다.
기울기를 검출하기 위하여 자이로스코프 또는 가속도 센서 등의 센서를 포함하는 검지 장치가 휴대 단말 내에 제공되면, 휴대 단말의 방향(휴대 단말이 가로로 배치되는지 세로로 배치되는지)을 판정함으로써 표시부(7402)의 스크린의 표시의 방향을 자동적으로 변경할 수 있다.
화면 모드는 표시부(7402)를 터치하거나 또는 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)으로 조작함으로써 전환된다. 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 화면 모드를 전환할 수 있다. 예를 들어, 표시부에 표시되는 화상의 신호가 동영상 데이터의 신호이면 화면 모드가 표시 모드로 전환된다. 신호가 텍스트 데이터의 신호이면 화면 모드가 입력 모드로 전환된다.
또한, 입력 모드에서 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검출하고, 표시부(7402)의 터치에 의한 입력이 일정 기간 행해지지 않는 경우에는, 화면 모드가 입력 모드에서 표시 모드로 변화되도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(7402)를 손바닥 또는 손가락으로 터치하는 동안 장문 또는 지문 등의 화상을 찍음으로써, 개인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 근적외광을 발하는 백라이트 또는 센싱 광원을 표시부에 제공함으로써, 손가락 정맥 또는 손바닥 정맥의 화상을 찍을 수도 있다.
또한 본 실시형태에서 설명한 구조는 실시형태 1 내지 4에서 설명한 구조 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 포함하는 발광 장치의 적용 범위는 넓기 때문에, 이 발광 장치를 다양한 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다. 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 사용함으로써, 내열성이 높고 신뢰성이 높은 전자 기기를 얻을 수 있다.
도 8은 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 백라이트에 사용한 액정 표시 장치의 예를 도시한 것이다. 도 8에 도시된 액정 표시 장치는 하우징(901), 액정층(902), 백라이트 유닛(903), 및 하우징(904)을 포함한다. 액정층(902)은 드라이버 IC(905)에 접속된다. 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 백라이트 유닛(903)에 사용되고, 단자(906)를 통하여 전류가 공급된다.
실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 액정 표시 장치의 백라이트에 사용함으로써, 백라이트를 저소비전력으로 할 수 있다. 또한, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 사용함으로써, 면 발광의 조명 장치 및 대면적 면 발광의 조명 장치의 제작이 가능해지므로, 백라이트를 대면적 백라이트로 할 수 있고, 액정 표시 장치도 대면적 장치로 할 수 있다. 또한, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 포함하는 발광 장치는 종래의 장치보다 얇게 할 수 있어, 표시 장치도 얇게 할 수 있다.
도 9는, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 조명 장치인 테이블 램프에 사용한 예를 도시한 것이다. 도 9에 도시된 테이블 램프는 하우징(2001) 및 광원(2002)을 포함하고, 실시형태 4에서 설명한 발광 장치를 광원(2002)에 사용할 수 있다.
도 10은, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 옥내 조명 장치(3001)에 사용한 예를 도시한 것이다. 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 내열성이 높으므로, 조명 장치는 높은 내열성을 가질 수 있다. 또한, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 대면적을 가질 수 있으므로, 발광 소자를 대면적 조명 장치에 사용할 수 있다. 또한 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 얇으므로, 발광 소자를 두께가 저감된 조명 장치에 사용할 수 있다.
실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 자동차의 앞유리 또는 자동차의 대시보드에 사용할 수도 있다. 도 11은 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 자동차의 앞유리 또는 자동차의 대시보드에 사용한 일 형태를 도시한 것이다. 표시 영역(5000 내지 5005) 각각은 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 포함한다.
표시 영역(5000) 및 표시 영역(5001)은 자동차의 앞유리에 제공되며, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 각각 포함하는 발광 소자가 내장된 표시 장치이다. 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 각각 포함하는 발광 소자는, 투광성을 갖는 전극으로 형성된 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함함으로써, 반대쪽을 볼 수 있는 이른바 시스루 표시 장치로 할 수 있다. 이러한 시스루 표시 장치는 시계를 방해하는 일 없이 자동차의 앞유리에도 제공할 수 있다. 또한 구동 트랜지스터 등이 제공되는 경우, 유기 반도체 재료를 사용한 유기 트랜지스터 또는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터 등 투과성을 갖는 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
표시 영역(5002)은 필러(pillar)부에 제공되며, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 각각 포함하는 발광 소자가 내장된 표시 장치이다. 표시 영역(5002)은 차체에 제공된 촬상 유닛으로 얻은 화상을 표시함으로써, 필러 부분으로 저해된 시야를 보충할 수 있다. 마찬가지로, 대시보드에 제공된 표시 영역(5003)은 차체의 외부에 제공된 촬상 유닛으로 얻은 화상을 표시함으로써, 차체에 의하여 저해된 시야를 보충할 수 있어, 안 보이는 영역을 없애고 안전성을 높일 수 있다. 운전자가 못 보는 영역을 보충하기 위하여 화상을 표시함으로써, 운전자가 쉽게 편하게 안전을 확인할 수 있게 된다.
표시 영역(5004) 및 표시 영역(5005)은 내비게이션 데이터, 속도계, 회전 속도계, 주행 거리, 급유량, 변속 기어 상태, 및 에어컨디션의 설정 등 다양한 정보를 제공할 수 있다. 사용자는 표시의 내용이나 레이아웃을 자유롭게 적절한 것으로 바꿀 수 있다. 또한 이런 정보는 표시 영역(5000 내지 5003)에 의해서도 표시할 수 있다. 표시 영역(5000 내지 5005)은 조명 장치로서 사용될 수도 있다.
실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 내열성이 높다. 따라서, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는, 한여름 등 매우 높은 온도의 환경에서 배치되는 차재용의 발광 장치 또는 조명 장치에 적합하게 사용할 수 있다.
도 12의 (A) 및 (B)는 폴더블 태블릿 단말의 일례를 도시한 것이다. 도 12의 (A)에는 펼쳐진 태블릿 단말을 도시하였다. 태블릿 단말은 하우징(9630), 표시부(9631a), 표시부(9631b), 표시 모드 스위치(9034), 전원 스위치(9035), 전력 절약 모드 스위치(9036), 클래스프(clasp)(9033), 및 조작 스위치(9038)를 포함한다. 또한 태블릿 단말에서는, 표시부(9631a) 및 표시부(9631b) 중 한쪽 또는 양쪽이, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 사용하여 형성된다.
표시부(9631a)의 일부를 터치스크린 영역(9632a)으로 할 수 있고, 표시된 조작 키(9637)를 터치하면 데이터를 입력할 수 있다. 표시부(9631a)의 절반이 표시 기능만을 갖고 나머지 절반은 터치스크린 기능을 갖지만, 본 발명의 일 형태는 이 구조에 한정되지 않는다. 표시부(9631a) 전체가 터치스크린 기능을 가져도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a)가 터치스크린으로서 사용되도록 표시부(9631a)의 전체 영역에 키보드를 표시시킬 수 있고, 표시부(9631b)를 표시 화면으로서 사용할 수 있다.
표시부(9631a)와 같이, 표시부(9631b)의 일부를 터치스크린 영역(9632b)으로 할 수 있다. 터치스크린 상의 키보드를 보여주거나 가리기 위한 전환 버튼(9639)을 손가락 또는 스타일러스 등으로 터치하면, 표시부(9631b)에 키보드를 표시시킬 수 있다.
터치 입력을 터치스크린 영역(9632a) 및 터치스크린 영역(9632b)에서 동시에 수행하여도 좋다.
표시 모드 스위치(9034)는 예를 들어, 세로 모드와 가로 모드 등 사이, 및 흑백 표시와 컬러 표시 사이에서 표시를 전환할 수 있다. 전력 절약 모드 스위치(9036)는, 태블릿 단말에 내장된 광학 센서에 의하여 검지되는, 태블릿 단말 사용 시의 외광의 양에 따라 표시 휘도를 제어할 수 있다. 광학 센서 외에, 기울기를 검지하기 위한 자이로스코프 또는 가속도 센서 등의 센서를 포함하는 다른 검지 장치가 태블릿 단말에 내장되어도 좋다.
도 12의 (A)는 표시부(9631a) 및 표시부(9631b)가 같은 표시 면적을 갖는 예를 도시하였지만, 본 발명의 일 형태는 이 예에 한정되지 않는다. 표시부(9631a) 및 표시부(9631b)의 표시 면적 및 표시 품질이 상이하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a 및 9631b) 중 한쪽에 해상도가 더 높은 화상을 표시시켜도 좋다.
도 12의 (B)는 접힌 태블릿 단말을 도시한 것이다. 본 실시형태의 태블릿 단말은 하우징(9630), 태양 전지(9633), 충방전 제어 회로(9634), 배터리(9635), 및 DCDC 컨버터(9636)를 포함한다. 도 12의 (B)에는, 충방전 제어 회로(9634)의 일례로서 배터리(9635) 및 DCDC 컨버터(9636)를 포함하는 구조를 도시하였다.
태블릿 단말은 폴더블이기 때문에, 태블릿 단말이 사용되지 않을 때 하우징(9630)을 닫을 수 있다. 그 결과, 표시부(9631a) 및 표시부(9631b)를 보호할 수 있으므로, 내구성이 높고 장기 사용에 대한 신뢰성이 높은 태블릿 단말을 제공할 수 있다.
도 12의 (A) 및 (B)에 도시된 태블릿 단말은 다양한 데이터(예를 들어 정지 화상, 동영상, 및 텍스트 화상)를 표시하는 기능, 달력, 날짜, 또는 시간 등을 표시부에 표시하는 기능, 터치 입력에 의하여 표시부에 표시된 데이터를 조작하거나 편집하는 터치 입력 기능, 및 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능 등의 다른 기능을 가질 수 있다.
태블릿 단말의 표면에 제공된 태양 전지(9633)는 전력을 터치스크린, 표시부, 또는 비디오 신호 처리부 등에 공급할 수 있다. 또한 태양 전지(9633)가 하우징(9630)의 한쪽 또는 양쪽에 제공된 구조는 배터리(9635)를 효율적으로 충전할 수 있기 때문에 바람직하다.
도 12의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)의 구조 및 동작에 대하여 도 12의 (C)의 블록도를 참조하여 설명한다. 도 12의 (C)는 태양 전지(9633), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치(SW1 내지 SW3), 및 표시부(9631)를 도시한 것이다. 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 및 스위치(SW1 내지 SW3)는 도 12의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)에 상당한다.
우선, 외광을 사용하여 태양 전지(9633)에 의하여 전력이 발생되는 경우의 동작의 예에 대하여 설명한다. 태양 전지에 의하여 발생된 전력의 전압은 배터리(9635)를 충전하기 위한 전압이 되도록 DCDC 컨버터(9636)에 의하여 상승 또는 강하된다. 그리고, 태양 전지(9633)로부터의 전력이 표시부(9631)의 동작에 사용될 때는 스위치(SW1)를 온 상태로 하고, 전력의 전압을 표시부(9631)를 위하여 필요한 전압이 되도록 컨버터(9638)에 의하여 상승 또는 강하시킨다. 표시부(9631)에 화상이 표시되지 않을 때는, 스위치(SW1)를 오프 상태로 하고 스위치(SW2)를 온 상태로 하여 배터리(9635)를 충전한다.
태양 전지(9633)는 전력 발생 수단의 일례로서 설명하였지만, 전력 발생 수단은 특별히 한정되지 않고, 압전 소자 또는 열전 변환 소자(펠티에 소자) 등의 다른 전력 발생 수단에 의하여 배터리(9635)를 충전하여도 좋다. 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전할 수 있는 비접촉 전력 전송 모듈, 또는 다른 충전 수단 중 어느 것을 조합하는 것에 의하여 배터리(9635)를 충전하여도 좋고, 전력 발생 수단을 제공하지 않아도 된다.
표시부(9631)가 포함되기만 하면, 본 발명의 일 형태는 도 12의 (A) 내지 (C)에 도시된 형상을 갖는 태블릿 단말에 한정되지 않는다.
도 28의 (A) 내지 (C)는 폴더블 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 도 28의 (A)는 펼친 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 도 28의 (B)는 펼치거나 접히고 있는 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 도 28의 (C)는 접은 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 휴대 정보 단말(9310)은 접으면 가반성(可搬性)이 높다. 휴대 정보 단말(9310)을 펼쳤을 때는 이음매가 없고 큰 표시 영역에 의하여 일람성(一覽性)이 높다.
표시 패널(9311)은 힌지(9313)로 서로 연결된 3개의 하우징(9315)에 의하여 지지되어 있다. 표시 패널(9311)은 터치 센서(입력 장치)를 포함하는 터치 패널(입출력 장치)이라도 좋다. 힌지(9313)를 사용하여 표시 패널(9311)을, 2개의 하우징(9315) 사이의 연결부에서 구부림으로써, 휴대 정보 단말(9310)을 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형할 수 있다. 표시 패널(9311)에는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 사용할 수 있다. 표시 패널(9311)의 표시 영역(9312)은, 접은 휴대 정보 단말(9310)의 측면에 위치하는 표시 영역을 포함한다. 표시 영역(9312)에는 정보 아이콘, 사용 빈도가 높은 애플리케이션, 및 프로그램의 바로가기 등을 표시할 수 있고, 정보의 확인 및 애플리케이션의 기동 등을 원활하게 행할 수 있다.
(실시예 1)
(합성예 1)
본 실시예에서는, 실시형태 1에서 구조식(100)으로 표시되는 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 2,6(P-Bqn)2Py의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00018
<단계 1: 2,6-피리딘다이카복사미딘 이염산염의 합성>
우선, 2,6-피리딘다이카보나이트릴 15.4g(119mmol) 및 메탄올(탈수) 250mL를 500mL의 삼구 플라스크에 넣고 혼합하였다. 그리고, 소듐 메톡사이드 591mg(10.9mmol)을 이 혼합물에 첨가하고, 질소 기류하, 실온에서 16시간 교반하였다. 그 후, 염화 암모늄 12.7g(238mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 질소 기류하, 실온에서 이틀간 교반하였다. 반응 후, 반응 혼합물을 농축하고, 에틸아세테이트를 첨가하였다. 이 혼합물에 초음파를 조사하고, 덩어리를 분쇄하고 나서 흡인 여과하여, 25.5g의 백색 고체를 수율 91%로 얻었다. NMR(nuclear magnetic resonance) 분석에 의하여, 얻어진 백색 고체는 2,6-피리딘다이카복사미딘 이염산염으로 확인되었다. 단계 1의 합성 스킴(a-1)을 아래에 나타낸다.
Figure pct00019
<단계 2: N,N'-다이(나프탈렌-1-일)-2,6-피리딘다이카복사미딘의 합성>
먼저, 2,6-피리딘다이카복사미딘 이염산염 11.6g(49.2mmol), 세슘 카보네이트 64.1g(197mmol), 및 아이오딘화 구리 0.937g(4.92mmol)을 반응 용기에 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 그리고, N,N'-다이메틸폼아마이드 100mL 및 1-아이오도나프탈렌 25.0g(98.4mmol)을 이 혼합물에 첨가하고, 플라스크 내를 감압하면서 혼합물을 교반하여 탈기하였다. 그 후, 이 혼합물을 질소 기류하, 90℃에서 33시간 가열하였다. 반응 혼합물을 흡인 여과한 후, 잔사를 물 및 클로로폼으로 세정하고, 상기에서 얻어진 여과액과 세정에 사용된 용액을 합쳐 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액에 대하여 클로로폼을 사용하여 추출을 수행하였다. 얻어진 추출 용액을 물 및 포화소금물로 세정하고, 건조시키기 위하여 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 그 결과 얻어진 혼합물을 중력 여과하고 그 여과액을 농축하여 16.8g의 녹황색 유상 물질을 수율 82%로 얻었다. EI-MS(electron impact-mass spectrometry) 및 NMR 분석에 의하여, 얻어진 녹황색 유상 물질이 중간체인 N,N'-다이(나프탈렌-1-일)-2,6-피리딘다이카복사미딘으로 확인되었다. 단계 2의 합성 스킴(b-1)을 아래에 나타낸다.
Figure pct00020
<단계 3: 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py)의 합성>
우선, N,N'-다이(나프탈렌-1-일)-2,6-피리딘다이카복사미딘 16.8g 및 벤즈알데하이드 25mL를 500mL의 나스플라스크에 넣고, 이 혼합물을 질소 기류하, 185℃에서 1.5시간 가열하였다. 반응 후, 그 혼합물을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서는 톨루엔과 에틸아세테이트(비율 5:1)의 혼합 용매를 사용하였다. 목적물의 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 에틸아세테이트를 첨가하였다. 이 혼합물에 초음파를 조사하고, 덩어리를 분쇄하고 나서 흡인 여과함으로써 황색 고체를 얻었다. 이 황색 고체를 톨루엔을 사용하여 재결정시켜 3.8g의 황색 교체를 수율 13%로 얻었다. NMR에 의하여, 얻어진 황색 고체는 목적물의 다이하이드로체(dihydro body)로 확인되었다. 그리고, 이 다이하이드로체 2.0g(3.3mmol) 및 자일렌 100mL를 500mL의 삼구 플라스크에 첨가하였다. 이 혼합물에 p-클로라닐 3.3g(13.2mmol)을 첨가하고, 질소 기류하, 160℃에서 8시간 가열하였다. 이 반응 혼합물에 톨루엔을 첨가하고, 이 혼합물을 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd.제조, 카탈로그 No. 531-16855)를 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 아세톤을 첨가하였다. 이 혼합물에 초음파를 조사하고, 덩어리를 분쇄하고 나서 흡인 여과함으로써 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 톨루엔을 사용하여 재결정화시켜 1.4g의 백색 고체를 수율 73%로 얻었다. 트레인 서블리메이션법에 의하여, 얻어진 백색 고체 1.4g을 압력 3.5×10-3Pa, 300℃에서 6시간 정제하였다. 서블리메이션 정제 후, 0.675g의 백색 고체를 회수율 50%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴(c-1)을 아래에 나타낸다.
Figure pct00021
상술한 단계 3을 거쳐 얻어진 백색 고체의 프로톤(1H)을 NMR 분석에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 13의 (A) 및 (B)는 1H-NMR 차트를 나타낸 것이다. 도 13의 (B)는 도 13의 (A)에서의 7ppm 내지 10ppm의 범위를 확대한 차트이다. 이들 결과는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물이며 상술한 구조식(100)으로 표시되는 2,6(P-Bqn)2Py가 이 합성예에서 얻어진 것을 밝혔다.
1H-NMR δ (CDCl3): 7.62-7.69(m, 6H), 7.86-7.93(m, 6H), 7.98(d, 2H), 8.07-8.10(m, 6H), 8.19(t, 1H), 9.07(d, 2H), 9.84(d, 2H)
다음에, 얻어진 2,6(P-Bqn)2Py를 액체 크로마토그래피 질량 분석(LC/MS)에 의하여 분석하였다.
LC/MS 분석에서는, 액체 크로마토그래피(LC) 분리를 ACQUITY UPLC(등록 상표)(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하고, 질량 분석(MS)의 분석을 Xevo G2 Tof MS(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하였다. ACQUITY UPLC(등록 상표) BEH C8(2.1×100mm, 1.7μm)을 LC 분리용 칼럼으로서 사용하고, 칼럼 온도를 40℃로 하였다. 이동상 A에는 아세토나이트릴을 사용하고, 이동상 B에는 0.1% 폼산 수용액을 사용하였다. 또한, 2,6(P-Bqn)2Py를 소정의 농도로 클로로폼에 용해시키고 그 용액을 아세토나이트릴로 희석하여 시료를 준비하였다. 그 주입량은 5.0μL로 하였다.
LC 분리에서는, 이동상의 조성을 변화시키는 경사법을 채용하였다. 이동상 A 대 이동상 B의 비율은 측정 시작 후 0분에서 1분까지는 50:50으로 하고, 그 후 측정 시작에서 10분 후의 이동상 A 대 이동상 B의 비율이 95:5가 되도록 조성을 변화시켰다. 조성은 선형으로 변화시켰다.
MS 분석에서는, ESI(electrospray ionization)법에 의하여 이온화하였다. 이때, 캐필러리 전압 및 샘플 콘 전압은 각각 3.0kV 및 30V로 하였고, 포지티브 모드에서 검출하였다. 상술한 조건에서 이온화를 겪은 m/z=588.22의 성분을 충돌 셀(collision cell)에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤과의 충돌을 위한 에너지(충돌 에너지)는 70eV로 하였다. 측정의 질량 범위는 m/z=100 내지 1200으로 하였다. 해리된 프로덕트 이온의 TOF(time-of-flight) MS에 의한 검출 결과를 도 14에 나타내었다.
도 14는 2,6(P-Bqn)2Py의 프로덕트 이온이 주로 m/z=321, 305, 및 255 부근에 검출되는 것을 나타내었다. 도 14의 결과는, 2,6(P-Bqn)2Py에서 유래하는 특성을 나타내므로, 혼합물에 포함되는 2,6(P-Bqn)2Py을 확인하는 데 중요한 데이터로 간주할 수 있다.
m/z=321 및 m/z=305 부근의 프로덕트 이온은 2,6(P-Bqn)2Py의 피리미딘 고리의 개열에 의하여 생긴 양이온이고, m/z=255 부근의 프로덕트 이온은 2,6(P-Bqn)2Py에서 2-(피리딘-2-일)(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)이 제거된 상태의 양이온이고 4-페닐벤조[h]퀴나졸린을 포함하는 것으로 추정할 수 있다. 이들 결과는 2,6(P-Bqn)2Py가 4-페닐벤조[h]퀴나졸린을 포함하는 것을 제시한다.
(실시예 2)
(합성예 2)
본 실시예에서는, 실시형태 1에서 구조식(101)으로 표시되는 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스[4-(2-나프틸)벤조[h]퀴나졸린](약칭: 2,6(N-Bqn)2Py)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 2,6(N-Bqn)2Py의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00022
<단계 1: 2,6-피리딘다이카복사미딘 이염산염의 합성>
이 단계는 실시예 1의 합성예 1의 단계 1과 마찬가지이다.
<단계 2: N,N'-다이(나프탈렌-1-일)-2,6-피리딘다이카복사미딘의 합성>
이 단계는 합성예 1의 단계 2와 마찬가지이다.
<단계 3: 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스[4-(2-나프틸)벤조[h]퀴나졸린](약칭: 2,6(N-Bqn)2Py)의 합성>
먼저, N,N'-다이(나프탈렌-1-일)-2,6-피리딘다이카복사미딘 0.93g 및 2-나프토알데하이드 3.3g(21mmol)을 300mL의 나스플라스크에 넣고, 이 혼합물을 질소 기류하, 190℃에서 3시간 가열하였다. 이 반응 혼합물을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서는, 다이클로로메테인, 다이클로로메테인과 에틸아세테이트(비율 5:1)의 용매, 및 다이클로로메테인과 에틸아세테이트(비율 1:1)의 용매를 이 순서대로 사용하였다. 얻어진 목적물의 프랙션을 농축하여 황색 고체를 얻었다. 단계 3의 합성 스킴(c-2)을 아래에 나타낸다.
Figure pct00023
상술한 단계 3을 거쳐 얻어진 황색 고체의 프로톤(1H)을 NMR 분석에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 15의 (A) 및 (B)는 1H-NMR 차트를 나타낸 것이다. 도 15의 (B)는 도 15의 (A)에서의 7ppm 내지 10ppm의 범위를 확대한 차트이다. 이들은, 구조식(101)으로 표시되는 2,6(N-Bqn)2Py가 이 합성예에서 얻어진 것을 밝혔다.
1H-NMR δ (CDCl3): 7.56-7.67(m, 4H), 7.82-8.24(m, 19H), 8.54(s, 2H), 9.12(d, 2H), 9.82-9.84(m, 2H)
(실시예 3)
본 실시예에서는, 실시형태 1의 구조식(100)으로 표시되며 합성예 1에서 합성되는 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py)를 포함하는 발광 소자 1, 및 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4,6-다이페닐피리미딘)(약칭: 2,6(P2Pm)2Py)를 포함하는 비교 발광 소자 1에 대하여 설명한다. 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1에 사용되는 유기 화합물의 구조식을 아래에 나타낸다.
Figure pct00024
(발광 소자 1의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에 스퍼터링법에 의하여 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)의 막을 형성하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 그 두께는 110nm로 하고 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다. 여기서, 제 1 전극(101)은 발광 소자의 애노드로서 기능한다.
다음에, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 소성한 후에 370초간 UV오존 처리를 수행하였다.
그 후, 압력이 약 10-4Pa까지 저감된 진공 증착 장치 내로 기판을 이동하고, 진공 증착 장치의 가열실에서 170℃로 30분 동안의 진공 소성하고 나서, 기판을 약 30분 동안 냉각시켰다.
그 후, 제 1 전극(101)이 형성된 표면이 아래를 향하도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하였다. 제 1 전극(101) 위에, 상술한 구조식(i)으로 표시되는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA)과 산화 몰리브데넘(VI)을 저항 가열을 사용한 증착법에 의한 공증착으로 퇴적시켜, 정공 주입층(111)을 형성하였다. 정공 주입층(111)의 두께는 60nm로 하고, PCzPA 대 산화 몰리브데넘의 중량비는 4:2(=PCzPA:산화 몰리브데넘)로 조절하였다. 또한 공증착법은 하나의 처리실에서 복수의 증착원으로부터 동시에 증착이 실시되는 증착법을 말한다.
다음에, 정공 주입층(111) 위에 PCzPA의 막을 두께 10nm로 형성하여 정공 수송층(112)을 형성하였다.
또한 정공 수송층(112) 위에, 상술한 구조식(ii)으로 표시되는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA)과 상술한 구조식(iii)으로 표시되는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 중량비 1:0.03(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn), 두께 25nm로 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 상술한 구조식(iv)으로 표시되는 2,6(P-Bqn)2Py의 막을 두께 25nm로 형성하여, 발광층(113) 위에 전자 수송층(114) 및 전자 주입층(115)을 형성하였다.
전자 수송층(114) 및 전자 주입층(115)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 두께 1nm로 증착에 의하여 퇴적시키고 알루미늄을 두께 200nm로 증착에 의하여 퇴적시켜 제 2 전극(102)을 형성하였다. 이로써, 본 실시예의 발광 소자 1을 제작하였다.
(비교 발광 소자 1의 제작 방법)
비교 발광 소자 1은, 발광 소자 1의 전자 수송층의 2,6(P-Bqn)2Py를, 상술한 구조식(v)으로 표시되는 2,6(P2Pm)2Py로 변경한 점을 제외하고는 발광 소자 1과 같은 방법으로 제작하였다.
발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 소자 구조를 아래의 표에 나타낸다.
Figure pct00025
발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1을 공기에 노출시키지 않도록 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서 유리 기판을 사용하여 각각 밀봉하였다(구체적으로는, 소자 주위에 밀봉 재료를 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃의 가열 처리 1시간을 수행하였음). 다음에, 이들 발광 소자의 초기 특성 및 신뢰성을 측정하였다. 또한 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 16은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 17은 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 18은 전류-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 19는 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 표 2에 약 1000cd/m2에서의 발광 소자의 주요 특성을 나타낸다.
Figure pct00026
도 16, 도 17, 도 18, 도 19, 및 표 2로부터, 각 발광 소자가 양호한 특성을 갖는 청색 발광 소자인 것을 알 수 있다.
도 20은, 초기 휘도가 5000cd/m2이고 전류 밀도가 일정한 조건에서의 구동 시간에 따른 발광 소자의 휘도 변화를 나타낸 것이다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 발광 소자인 발광 소자 1은 비교 발광 소자 1보다 높은 신뢰성을 나타낸다. 이것은 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 신뢰성이 높다는 것을 뜻한다.
또한, 2,6(P-Bqn)2Py는 골격이 튼튼하고 분자량이 적당하기 때문에 내열성이 높아, 2,6(P-Bqn)2Py를 포함하는 발광 소자 1은 내열성이 높다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 2,6(P-Bqn)2Py를 포함하는 발광 소자 2 및 2,6(P2Pm)2Py를 포함하는 비교 발광 소자 2에 대하여 설명한다. 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 소자 구조는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 소자 구조와 상이하다. 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2에 사용되는 유기 화합물의 구조식을 아래에 나타낸다.
Figure pct00027
(발광 소자 2의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에 스퍼터링법에 의하여 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)의 막을 형성하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 그 두께는 110nm로 하고 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다. 여기서, 제 1 전극(101)은 발광 소자의 애노드로서 기능한다.
다음에, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 소성한 후에 370초간 UV오존 처리를 수행하였다.
그 후, 압력이 약 10-4Pa까지 저감된 진공 증착 장치 내로 기판을 이동하고, 진공 증착 장치의 가열실에서 170℃로 30분 동안의 진공 소성하고 나서, 기판을 약 30분 동안 냉각시켰다.
그 후, 제 1 전극(101)이 형성된 표면이 아래를 향하도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하였다. 제 1 전극(101) 위에, 상술한 구조식(i)으로 표시되는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA)과 산화 몰리브데넘(VI)을 저항 가열을 사용한 증착법에 의한 공증착으로 퇴적시켜, 정공 주입층(111)을 형성하였다. 정공 주입층(111)의 두께는 60nm로 설정하고, PCzPA 대 산화 몰리브데넘의 중량비는 4:2(=PCzPA:산화 몰리브데넘)로 조절하였다. 또한 공증착법은 하나의 처리실에서 복수의 증착원으로부터 동시에 증착이 실시되는 증착법을 말한다.
다음에, 정공 주입층(111) 위에 PCzPA의 막을 두께 10nm로 형성하여 정공 수송층(112)을 형성하였다.
또한 정공 수송층(112) 위에, 상술한 구조식(ii)으로 표시되는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA)과 상술한 구조식(iii)으로 표시되는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 중량비 1:0.03(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn), 두께 25nm로 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 상술한 구조식(iv)으로 표시되는 2,6(P-Bqn)2Py의 막을 두께 25nm로 형성하여, 발광층(113) 위에 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114) 형성 후, 산화 리튬(Li2O)을 두께 0.1nm로 증착함으로써 전자 주입 버퍼층을 형성하고, 상술한 구조식(vi)으로 표시되는 구리 페난트롤린(약칭: CuPc)을 두께 2nm로 퇴적시킴으로써 전자 릴레이층을 형성하였다. 그 후, PCzPA와 산화 몰리브데넘을 두께 20nm로 공증착함으로써 p형층을 형성하였다. PCzPA 대 산화 몰리브데넘의 중량비는 4:2로 조정하였다. 또한 전자 주입 버퍼층, 전자 릴레이층, 및 p형층을 통합적으로 전하 발생층이라고 부르는 경우가 있다.
마지막으로, 증착에 의하여 알루미늄을 두께 200nm로 퇴적시켜, 캐소드로서 기능하는 제 2 전극(102)을 형성하였다. 이로써, 본 실시예의 발광 소자 2를 제작하였다.
(비교 발광 소자 2의 제작 방법)
비교 발광 소자 2는, 발광 소자 2의 전자 수송층의 2,6(P-Bqn)2Py를 2,6(P2Pm)2Py로 변경한 점을 제외하고는 발광 소자 2와 같은 방법으로 제작하였다.
발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 소자 구조를 아래의 표에 나타낸다.
Figure pct00028
발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2를 공기에 노출시키지 않도록 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서 유리 기판을 사용하여 각각 밀봉하였다(구체적으로는, 소자 주위에 밀봉 재료를 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃의 가열 처리 1시간을 수행하였음). 다음에, 이들 발광 소자의 초기 특성 및 신뢰성을 측정하였다. 또한 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 21은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 22는 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 23은 전류-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 24는 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 표 4에 약 1000cd/m2에서의 발광 소자의 주요 특성을 나타낸다.
Figure pct00029
도 21, 도 22, 도 23, 도 24, 및 표 4로부터, 발광 소자 2가 양호한 특성을 갖는 청색 발광 소자인 것을 알 수 있다.
도 25는, 초기 휘도가 5000cd/m2이고 전류 밀도가 일정한 조건에서의 구동 시간에 따른 발광 소자의 휘도 변화를 나타낸 것이다. 도 25에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 발광 소자인 발광 소자 2는 신뢰성이 높다. 이것은 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 신뢰성이 높다는 것을 뜻한다.
또한, 2,6(P-Bqn)2Py는 골격이 튼튼하고 분자량이 적당하기 때문에 내열성이 높아, 2,6(P-Bqn)2Py를 포함하는 발광 소자 2는 높은 내열성을 가질 수 있다.
발광 소자 2에 제공된 전하 발생층은 탠덤 발광 소자에서의 발광 유닛들 사이에 제공되는 전하 발생층과 같은 구조를 갖는다. 즉, 탠덤 발광 소자는, 전하 발생층의 애노드 쪽과 접하는 층에 본 발명의 유기 화합물이 포함되면, 발광 소자 2처럼 긴 수명을 가질 수 있다.
(실시예 5)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 발광 장치에서의 크로스토크 억제 효과를 조사한 결과에 대하여 설명한다. 크로스토크의 평가에는 톱 이미션 구조의 패시브 패널을 사용하였다. 이 패널은 표시 영역이 대각선 3.93인치이고 해상도가 457.6ppi이고, 화소 사이즈가 18.5μm×55.5μm이고, 개구율이 48.5%이다. 화소들은 스트라이프 구조를 갖고 독립적으로 발광할 수 있다. 하나의 열에서 단색의 화소만을 발광시키고, 발광시킨 화소에 인접하며 전계가 가해지지 않은 화소들로부터 얼마나 광이 발해지는지 조사함으로써 크로스토크를 평가하였다.
본 실시예에서 제작한 발광 장치 1, 비교 발광 장치 1, 및 비교 발광 장치 2의 발광 소자에 사용되는 유기 화합물의 구조식을 아래에 나타낸다.
Figure pct00030
본 실시예에서 제작한 발광 장치 1의 발광 소자의 제작 방법에 대하여 도 27을 참조하여 설명한다. 제 1 전극(101)으로서, 알루미늄-니켈-란타넘 합금막과 타이타늄막을 스퍼터링법에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다. 알루미늄-니켈-란타넘 합금막의 두께는 200nm, 타이타늄막의 두께는 6nm로 하였다. 본 실시예에서, 제 1 전극(101)은 애노드로서 사용하였다.
다음에, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 소성한 후에 370초간 UV오존 처리를 수행하였다.
그 후, 압력이 약 10-4Pa까지 저감된 진공 증착 장치 내로 기판을 이동하고, 진공 증착 장치의 가열실에서 170℃로 30분 동안의 진공 소성하고 나서, 기판을 약 30분 동안 냉각시켰다.
그 후, 제 1 전극(101)이 형성된 표면이 아래를 향하도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하였다. 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 상술한 구조식(i)으로 표시되는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA)과 산화 몰리브데넘(VI)을 공증착으로 퇴적시켜, 제 1 정공 주입층(111_1)을 형성하였다. 제 1 정공 주입층(111_1)의 두께는 13nm로 설정하고, PCzPA 대 산화 몰리브데넘의 중량비는 4:2(=PCzPA:산화 몰리브데넘)로 조절하였다. 또한 공증착법은 하나의 처리실에서 복수의 증착원으로부터 동시에 증착이 실시되는 증착법을 말한다.
다음에, 제 1 정공 주입층(111_1) 위에 PCzPA의 막을 두께 20nm로 형성하여 제 1 정공 수송층(112_1)을 형성하였다.
또한 제 1 정공 수송층(112_1) 위에, 상술한 구조식(ii)으로 표시되는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA)과 상술한 구조식(iii)으로 표시되는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 중량비 1:0.03(cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn), 두께 30nm로 공증착하여 제 1 발광층(113_1)을 형성하였다.
그 후, cgDBCzPA를 두께 5nm로 퇴적시키고, 상술한 구조식(iv)으로 표시되는 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py)을 두께 15nm로 퇴적시킴으로써, 제 1 전자 수송층(114_1) 및 제 1 전자 주입층(115_1)을 형성하였다. 제 1 정공 주입층(111_1)에서 제 1 전자 수송층(114_1) 및 제 1 전자 주입층(115_1)까지의 구성요소를 통합적으로 제 1 발광 유닛(103_1)이라고 한다.
그리고, 제 1 발광 유닛(103_1) 위에 전하 발생층(116)을 형성하였다. 전하 발생층(116)은 다음과 같이 형성하였다. 우선, 전자 주입 버퍼층(119)으로서, 산화 리튬(Li2O)을 두께 0.1nm로 퇴적시켰다. 그 후, 전자 릴레이층(118)으로서, 상술한 구조식(vi)으로 표시되는 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc)을 두께 2nm로 퇴적시켰다. 그러고 나서, p형층(117)으로서, PCzPA 및 산화 몰리브데넘(VI)을 공증착에 의하여 두께 33nm로 퇴적시켰다. PCzPA 대 산화 몰리브데넘의 중량비는 4:2(=PCzPA:산화 몰리브데넘)로 조정하였다.
다음에, 전하 발생층(116) 위에, 상술한 구조식(viii)으로 표시되는 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP)을 두께 20nm로 제 2 정공 수송층(112_2)으로서 퇴적시켰다.
다음에, 상술한 구조식(ix)으로 표시되는 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 상술한 구조식(x)으로 표시되는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 및 상술한 구조식(xi)으로 표시되는 (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)])을 중량비 0.8:0.2:0.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(dppm)2(acac)]), 두께 30nm로 공증착하여 제 2 발광층(113_2)을 형성하였다.
그 후, 제 2 발광층(113_2) 위에, 2mDBTBPDBq-II를 두께 10nm로 퇴적시켜, 제 2 전자 수송층(114_2)을 형성하였다. 또한, 구조식(vii)으로 표시되는 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 두께 10nm로 퇴적시킴으로써, 제 2 전자 주입층(115_2)을 형성하였다.
제 2 전자 주입층(115_2) 형성 후, 산화 리튬(Li2O)을 두께 0.1nm로 증착에 의하여 퇴적시킨 다음, 은을 두께 15nm로 퇴적시킴으로써, 캐소드로서 기능하는 제 2 전극(102)을 형성하였다. 그리고, PCzPA를 두께 70nm로 퇴적시켜, 굴절률을 완화시키기 위한 층을 형성하였다. 이로써 발광 소자를 제작하였다. 제 2 정공 수송층(112_2)에서 제 2 전자 주입층(115_2)까지의 구성요소는 제 2 발광 유닛(103_2)에 상당한다.
또한 상술한 퇴적 공정에서는, 저항 가열법에 의하여 증착을 수행하였다.
비교 발광 장치 1에 사용되는 발광 소자는, 발광 장치 1에 사용되는 발광 소자의 2,6(P-Bqn)2Py를, 구조식(vii)으로 표시되는 BPhen으로 변경한 점을 제외하고는 발광 장치 1에 사용되는 발광 소자와 같은 방법으로 제작하였다. 비교 발광 장치 2에 사용되는 발광 소자는, 발광 장치 1에 사용되는 발광 소자의 2,6(P-Bqn)2Py를, 상술한 구조식(v)으로 표시되는 2,6(P2Pm)2Py로 변경한 점을 제외하고는 발광 장치 1에 사용되는 발광 소자와 같은 방법으로 제작하였다.
상술한 바와 같이 제작한 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 공기에 노출시키지 않도록 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서 유리 기판을 사용하여 밀봉하였다(구체적으로는, 소자 주위에 밀봉 재료를 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃의 가열 처리 1시간을 수행하였음). 그 후, 이들 발광 장치의 크로스토크를 평가하였다.
도 26은 발광 장치 1 및 비교 발광 장치 1 및 2의 현미경 사진 및 계조 이미지를 나타낸 것이다. RGB 스트라이프 배열의 표시 장치라고 가정하여, RGB 스트라이프 화소 배열에서 같은 색의 화소로서, 하나의 열의 화소 모두 및 하나의 행의 2화소 걸러 발광시켰다.
도 26, 특히 계조 이미지로부터 명확하게 볼 수 있듯이, 비교 발광 소자 1 및 2에서는 발광시킨 화소에 인접한 화소에 대하여 큰 악영향이 있다. 한편, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 발광 장치 1에서는, 발광시킨 화소에 인접한 화소에 대하여 큰 악영향이 없고, 높은 표시 품질을 얻을 수 있다.
이것은, 전하 발생층(116)의 전자 주입 버퍼층(119)에서의 산화 리튬과 접한, 비교 발광 장치 1 및 2의 제 1 전자 수송층(114_1)에서의 BPhen 및 2,6(P2Pm)2Py가, 리튬 확산을 일으켜 제 1 전자 수송층(114_1)의 전기 도전성을 증가시키고, 발광시킨 화소에 인접한 화소에서 전하 발생층보다 캐소드에 가까운 발광층에 전류가 흐르기 때문이라고 생각된다.
하지만, 이러한 문제가 일어나기 어려운 발광 장치 1의 2,6(P-Bqn)2Py는 크로스토크의 정도를 저감시켰다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 발광 장치 1은 높은 표시 품질을 가질 수 있고 크로스토크가 저감될 수 있다.
(실시예 6)
≪합성예 3≫
본 실시예에서는, 실시형태 1에서 구조식(401)으로 표시되는 2,2'-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 6,6'(P-Bqn)2BPy)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 6,6'(P-Bqn)2BPy의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00031
<단계 1: 2,2'-바이피리딘-6,6'-다이카복사미딘 이염산염의 합성>
우선, 2,2'-바이피리딘-6,6'-다이카보나이트릴 6.2g(30mmol) 및 메탄올(탈수) 120mL를 300mL의 삼구 플라스크에 넣었다. 그리고, 소듐 메톡사이드 149mg(2.8mmol)을 이 혼합물에 첨가하고, 질소 기류하, 실온에서 나흘간 교반하였다. 그 후, 염화 암모늄 3.2g(60mmol)을 이 혼합물에 첨가하고, 질소 기류하, 실온에서 이틀간 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 혼합물을 흡인 여과하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에틸아세테이트로 세정하여 8.5g의 백색 고체를 수율 90%로 얻었다. NMR 분석에 의하여, 얻어진 백색 고체는 2,2'-바이피리딘-6,6'-다이카복사미딘 이염산염으로 확인되었다. 단계 1의 합성 스킴(a-3)을 아래에 나타낸다.
Figure pct00032
<단계 2: N,N'-다이(나프탈렌-1-일)-2,2'-바이피리딘-6,6'-다이카복사미딘의 합성>
먼저, 2,2'-바이피리딘-6,6'-다이카복사미딘 이염산염 8.5g(27mmol), 세슘 카보네이트 35g(109mmol), 및 아이오딘화 구리 0.51g(2.7mmol)을 반응 용기에 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 그리고, N,N'-다이메틸폼아마이드 60mL, 1-아이오도나프탈렌 14g(54mmol), 및 N,N'-다이메틸에틸렌다이아민 0.48g(5.4mmol)을 이 혼합물에 첨가하고, 플라스크 내를 감압하면서 혼합물을 교반하여 탈기하였다. 그 후, 이 혼합물을 질소 기류하, 90℃에서 26시간 가열하였다. 반응 혼합물을 흡인 여과한 후, 잔사를 물 및 클로로폼으로 세정하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액에 대하여 클로로폼을 사용하여 추출을 수행하였다. 얻어진 추출 용액을 물 및 포화소금물로 세정하였다. 그 후, 건조시키기 위하여 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 이 혼합물을 중력 여과하고 그 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 톨루엔을 첨가하고 이 혼합물을 흡인 여과하여 4.3g의 황색 고체를 수율 32%로 얻었다. NMR 분석에 의하여, 얻어진 황색 고체가 N,N'-다이(나프탈렌-1-일)-2,2'-바이피리딘-6,6'-다이카복사미딘으로 확인되었다. 단계 2의 합성 스킴(b-3)을 아래에 나타낸다.
Figure pct00033
<단계 3: 2,2'-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 6,6'(P-Bqn)2BPy)의 합성>
우선, N,N'-다이(나프탈렌-1-일)-2,2'-바이피리딘-6,6'-다이카복사미딘 4.3g(8.7mmol) 및 벤즈알데하이드 9.2g(87mmol)을 200mL의 삼구 플라스크에 넣고, 이 혼합물을 질소 기류하, 180℃에서 1시간 가열하였다. 반응 후, 이 혼합물을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서는 톨루엔과 에틸아세테이트(비율 10:1)의 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 에틸아세테이트를 첨가하였다. 이 혼합물에 초음파를 조사하고, 덩어리를 분쇄하고 나서 흡인 여과함으로써 2.4g의 황색 고체를 수율 41%로 얻었다. NMR에 의하여, 얻어진 황색 고체는 목적물의 다이하이드로체로 확인되었다. 그리고, 이 다이하이드로체 2.4g(3.6mmol) 및 자일렌 360mL를 1000mL의 삼구 플라스크에 첨가하였다. 이 혼합물에 p-클로라닐 3.6g(14mmol)을 첨가하고, 질소 기류하, 160℃에서 5시간 가열하였다. 이 반응 혼합물에 톨루엔을 첨가하고, 그 혼합물을 흡인 여과하여 1.8g의 황색 고체를 수율 75%로 얻었다. 트레인 서블리메이션법에 의하여, 얻어진 고체 1.8g을 정제하여 1.3g의 백색 고체를 회수율 72%로 얻었다. 또한 상기 서블리메이션 정제는 압력 3.0×10-3Pa, 330℃에서 17시간 수행하였다. 단계 3의 합성 스킴(c-3)을 아래에 나타낸다.
Figure pct00034
상술한 단계 3을 거쳐 얻어진 백색 고체의 프로톤(1H)을 NMR 분석에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 29의 (A) 및 (B)는 1H-NMR 차트를 나타낸 것이다. 도 29의 (B)는 도 29의 (A)에서의 7ppm 내지 10ppm의 범위를 확대한 차트이다. 이들 결과는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물이며 상술한 구조식(401)으로 표시되는 6,6'(P-Bqn)2BPy가 얻어진 것을 밝혔다.
1H-NMR δ (CDCl3): 7.61-7.68(m, 6H), 7.86-7.92(m, 6H), 7.98-8.02(m, 6H), 8.06(d, 2H), 8.20(t,2H), 8.96(d, 2H), 9.13(d, 2H), 9.69(d, 2H)
(실시예 7)
본 실시예에서는, 실시형태 1에서 구조식(401)으로 표시되며 합성예 1에서 합성된 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py)을 전자 수송층 및 전자 주입층에 포함하는 발광 소자 3, 및 전자 수송층에 2,6(P-Bqn)2Py, 전자 주입층에 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 포함하는 비교 발광 소자 3에 대하여 설명한다. 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3에 사용되는 유기 화합물의 구조식을 아래에 나타낸다.
Figure pct00035
(발광 소자 3의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에 스퍼터링법에 의하여 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)의 막을 형성하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 그 두께는 110nm로 하고 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다. 여기서, 제 1 전극(101)은 발광 소자의 애노드로서 기능한다.
다음에, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 소성한 후에 370초간 UV오존 처리를 수행하였다.
그 후, 압력이 약 10-4Pa까지 저감된 진공 증착 장치 내로 기판을 이동하고, 진공 증착 장치의 가열실에서 170℃로 30분 동안의 진공 소성하고 나서, 기판을 약 30분 동안 냉각시켰다.
그 후, 제 1 전극(101)이 형성된 표면이 아래를 향하도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하였다. 제 1 전극(101) 위에, 상술한 구조식(xii)으로 표시되는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)과 산화 몰리브데넘(VI)을 저항 가열을 사용한 증착법에 의한 공증착으로 퇴적시켜, 정공 주입층(111)을 형성하였다. 정공 주입층(111)의 두께는 60nm로 설정하고, DBT3P-II 대 산화 몰리브데넘 중량비는 4:2(=DBT3P-II:산화 몰리브데넘)로 조절하였다. 또한 공증착법은 하나의 처리실에서 복수의 증착원으로부터 동시에 증착이 실시되는 증착법을 말한다.
다음에, 정공 주입층(111) 위에 상술한 구조식(viii)으로 표시되는 BPAFLP의 막을 두께 20nm로 형성하여 정공 수송층(112)을 형성하였다.
또한, 정공 수송층(112) 위에, 상술한 구조식(ix)으로 표시되는 2mDBTBPDBq-II, 상술한 구조식(x)으로 표시되는 PCBBiF, 및 상술한 구조식(xiii)으로 표시되는 비스[2-(6-tert-뷰틸-4-피리미딘일-κN3)페닐-κC](2,4-펜탄다이오네이토-κ 2 O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)])을 중량비 0.7:0.3:0.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)2(acac)]), 두께 20nm로 공증착한 다음, 중량비 0.8:0.2:0.05(=2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)2(acac)]), 두께 20nm로 공증착함으로써 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 상술한 구조식(iv)으로 표시되는 2,6(P-Bqn)2Py의 막을 두께 25nm로 형성하여, 발광층(113) 위에 전자 수송층(114) 및 전자 주입층(115)을 형성하였다.
전자 수송층(114) 및 전자 주입층(115)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 두께 1nm로 증착에 의하여 퇴적시키고 알루미늄을 두께 200nm로 증착에 의하여 퇴적시켜 제 2 전극(102)을 형성하였다. 이로써, 본 실시예의 발광 소자 3을 제작하였다.
(비교 발광 소자 3의 제작 방법)
비교 발광 소자 3은 전자 수송층(114)으로서 2,6(P-Bqn)2Py의 막을 두께 15nm로 형성하고, 전자 주입층(115)으로서 상술한 구조식(vii)으로 표시되는 BPhen을 두께 10nm로 형성하는 점을 제외하고는 발광 소자 3과 같은 방법으로 제작하였다.
발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 소자 구조를 아래의 표에 나타낸다.
Figure pct00036
발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3을 공기에 노출시키지 않도록 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서 유리 기판을 사용하여 각각 밀봉하였다(구체적으로는, 소자 주위에 밀봉 재료를 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃의 가열 처리 1시간을 수행하였음). 다음에, 이들 발광 소자의 초기 특성 및 신뢰성을 측정하였다. 또한 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 30은 발광 소자 3 및 비교 발광 소자 3의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 31은 휘도-전류 효율 특성 나타낸 것이다. 도 32는 전압-전류 특성을 나타낸 것이다. 도 33은 휘도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 것이다. 표 6에 약 1000cd/m2에서의 발광 소자의 주요 특성을 나타낸다.
Figure pct00037
도 30, 도 31, 도 32, 도 33, 및 표 6으로부터, 각 발광 소자가 양호한 특성을 갖는 녹색 발광 소자인 것을 알 수 있다.
도 34는, 초기 휘도가 5000cd/m2이고 전류 밀도가 일정한 조건에서의 구동 시간에 따른 발광 소자의 휘도 변화를 나타낸 것이다. 도 34에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 발광 소자인 발광 소자 3은 비교 발광 소자 3보다 높은 신뢰성을 나타낸다. 이것은 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 신뢰성이 높다는 것을 뜻한다.
또한, 2,6(P-Bqn)2Py는 골격이 튼튼하고 분자량이 적당하기 때문에 내열성이 높아, 2,6(P-Bqn)2Py를 포함하는 발광 소자 3은 내열성이 높다.
또한, 2,6(P-Bqn)2Py는 녹색 인광 발광 소자의 발광층에 인접한 전자 수송층에 사용되더라도, 양호한 효율을 유지할 수 있는 삼중항 들뜬 준위가 높은 물질인 것을 알았다.
101: 제 1 전극, 102: 제 2 전극, 103: EL층, 103_1: 제 1 발광 유닛, 103_2: 제 2 발광 유닛, 111: 정공 주입층, 111_1: 제 1 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 112_1: 제 1 정공 수송층, 112_2: 제 2 정공 수송층, 113: 발광층, 113_1: 제 1 발광층, 113_2: 제 2 발광층, 114: 전자 수송층, 114_1: 제 1 전자 수송층, 114_2: 제 2 전자 수송층, 115: 전자 주입층, 115_1: 제 1 전자 주입층, 115_2: 제 2 전자 주입층, 116: 전하 발생층, 117: p형층, 118: 전자 릴레이층, 119: 전자 주입 버퍼층, 400: 기판, 401: 제 1 전극, 403: EL층, 404: 제 2 전극, 405: 밀봉 재료, 406: 밀봉 재료, 407: 밀봉 기판, 412: 패드, 420: IC칩, 501: 제 1 전극, 502: 제 2 전극, 511: 제 1 발광 유닛, 512: 제 2 발광 유닛, 513: 전하 발생층, 601: 구동 회로부(소스선 구동 회로), 602: 화소부, 603: 구동 회로부(게이트선 구동 회로), 604: 밀봉 기판, 605: 밀봉 재료, 607: 공간, 608: 배선, 609: FPC(flexible printed circuit), 610: 소자 기판, 611: 스위칭 FET, 612: 전류 제어 FET, 613: 제 1 전극, 614: 절연물, 616: EL층, 617: 제 2 전극, 618: 발광 소자, 901: 하우징, 902: 액정층, 903: 백라이트 유닛, 904: 하우징, 905: 드라이버 IC, 906: 단자, 951: 기판, 952: 전극, 953: 절연층, 954: 격벽층, 955: EL층, 956: 전극, 1001: 기판, 1002: 하지 절연막, 1003: 게이트 절연막, 1006: 게이트 전극, 1007: 게이트 전극, 1008: 게이트 전극, 1020: 제 1 층간 절연막, 1021: 제 2 층간 절연막, 1022: 전극, 1024W: 발광 소자의 제 1 전극, 1024R: 발광 소자의 제 1 전극, 1024G: 발광 소자의 제 1 전극, 1024B: 발광 소자의 제 1 전극, 1025: 격벽, 1028: EL층, 1029: 발광 소자의 제 2 전극, 1031: 밀봉 기판, 1032: 밀봉 재료, 1033: 투명 베이스 기판, 1034R: 적색 착색층, 1034G: 녹색 착색층, 1034B: 청색 착색층, 1035: 블랙 매트릭스, 1036: 오버코트층, 1037: 제 3 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 2001: 하우징, 2002: 광원, 3001: 조명 장치, 5000: 표시 영역, 5001: 표시 영역, 5002: 표시 영역, 5003: 표시 영역, 5004: 표시 영역, 5005: 표시 영역, 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, 7210: 제 2 표시부, 7301: 하우징, 7302: 하우징, 7303: 연결부, 7304: 표시부, 7305: 표시부, 7306: 스피커부, 7307: 기록 매체 삽입부, 7308: LED 램프, 7309: 조작 키, 7310: 접속 단자, 7311: 센서, 7401: 하우징, 7402: 표시부, 7403: 조작 버튼, 7404: 외부 접속 포트, 7405: 스피커, 7406: 마이크로폰, 7400: 휴대 전화기, 9033: 클래스프, 9034: 스위치, 9035: 전원 스위치, 9036: 스위치, 9038: 조작 스위치, 9310: 휴대 정보 단말, 9311: 표시 패널, 9312: 표시 영역, 9313: 힌지, 9315: 하우징, 9630: 하우징, 9631: 표시부, 9631a: 표시부, 9631b: 표시부, 9632a: 터치 패널 영역, 9632b: 터치 패널 영역, 9633: 태양 전지, 9634: 충방전 제어 회로, 9635: 배터리, 9636: DCDC 컨버터, 9637: 조작 키, 9638: 컨버터, 9639: 버튼
본 출원은 2015년 2월 18일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2015-029560의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.

Claims (23)

  1. 일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물:
    Figure pct00038

    상기 일반식(G1)에 있어서,
    치환기 A는 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기를 나타내고,
    R1 내지 R7 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기 중 어느 것을 나타내고,
    n은 2 또는 3이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 일반식(G2)으로 표시되는, 유기 화합물.
    Figure pct00039
  3. 제 1 항에 있어서,
    n이 2인, 유기 화합물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 화합물이 일반식(G3)으로 표시되는, 유기 화합물.
    Figure pct00040
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 치환기 A는 벤젠 골격을 각각 포함하는 하나 이상의 고리 또는 하나 이상의 피리딘 골격을 포함하는 탄소수 30 이하의 치환기를 나타내는, 유기 화합물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 치환기 A는 벤젠 골격을 포함하는 하나의 고리 또는 하나의 피리딘 골격을 포함하는 탄소수 30 이하의 치환기를 나타내는, 유기 화합물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 치환기 A는 페닐렌기 또는 피리딘다이일기를 나타내는, 유기 화합물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 화합물이 일반식(G4)으로 표시되는, 유기 화합물.
    Figure pct00041
  9. 제 1 항에 있어서,
    R1은 페닐기 또는 나프틸기를 나타내는, 유기 화합물.
  10. 발광 소자에 있어서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위의 EL층; 및
    상기 EL층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 EL층은 제 1 항에 따른 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  11. 발광 소자로서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위의 EL층; 및
    상기 EL층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 EL층은 전자 수송층 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 전자 수송층 및 상기 전자 주입층 중 상기 적어도 하나는 제 1 항에 따른 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  12. 발광 소자에 있어서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위의 제 1 층;
    상기 제 1 층 위의 전하 발생층;
    상기 전하 발생층 위의 제 2 층; 및
    상기 제 2 층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 1 층은 제 1 항에 따른 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  13. 발광 소자에 있어서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위의 제 1 층;
    상기 제 1 층 위에 있고 상기 제 1 층과 접하는 전하 발생층;
    상기 전하 발생층 위의 제 2 층; 및
    상기 제 2 층 위의 제 2 전극을 포함하고,
    상기 제 1 층은 제 1 항에 따른 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  14. 발광 소자에 있어서,
    애노드;
    캐소드; 및
    상기 애노드와 상기 캐소드 사이의 EL층을 포함하고,
    상기 EL층은 상이한 기능을 갖는 복수의 층상 영역을 포함하고,
    상기 층상 영역들 중 하나는 상기 캐소드와 접하고, 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 골격을 포함하는 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  15. 발광 소자에 있어서,
    애노드;
    캐소드; 및
    상기 애노드와 상기 캐소드 사이의 EL층을 포함하고,
    상기 EL층은 전자 주입층, 전하 발생층, 및 전자 수송층 중 적어도 하나를 포함하고,
    전자 주입층, 전하 발생층, 및 전자 수송층 중 상기 적어도 하나는 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 골격을 포함하는 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 EL층은 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 골격을 포함하는 상기 유기 화합물을 포함하는 상기 전자 주입층을 포함하고,
    상기 전자 주입층은 상기 캐소드와 접하는, 발광 소자.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 골격은, 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 치환기에 결합되는, 발광 소자.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 골격은 피리딘 고리에 결합되는, 발광 소자.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 2개의 벤조[h]퀴나졸린 골격은 피리딘 고리의 2위치 및 6위치에서 상기 피리딘 고리에 결합되는, 발광 소자.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 2개 또는 3개의 벤조[h]퀴나졸린 골격 각각의 2위치는 상기 치환기에 결합되는, 발광 소자.
  21. 표시 모듈에 있어서,
    제 15 항에 따른 발광 소자를 포함하는, 표시 모듈.
  22. 조명 모듈에 있어서,
    제 15 항에 따른 발광 소자를 포함하는, 조명 모듈.
  23. 전자 기기에 있어서,
    제 15 항에 따른 발광 소자를 포함하는, 전자 기기.
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