KR20180017077A - 이리듐 착체, 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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히데코 이노우에
유이 야마다
사토미 미츠모리
다츠요시 다카하시
도모카 하라
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

발광 효율이 높은 발광 소자를 제공한다. 발광 소자는 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 게스트 재료를 포함한다. 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 게스트 재료의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높고, 게스트 재료의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 기능을 갖는다. 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물은 엑시플렉스를 형성한다.

Description

이리듐 착체, 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
본 발명의 일 형태는 발광 소자, 또는 상기 발광 소자를 각각 포함하는 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)되는 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. 구체적으로는, 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태의 기술분야의 예에는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 이들 중 어느 것의 구동 방법, 및 이들 중 어느 것의 제작 방법이 포함된다.
근년, EL(electroluminescence)을 사용한 발광 소자에 대한 연구 개발이 광범위하게 진행되고 있다. 이러한 발광 소자의 기본적인 구조에서는, 발광성 물질을 포함하는 층(EL층)이 한 쌍의 전극 사이에 개재(介在)되어 있다. 이 소자의 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 발광성 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
상술한 발광 소자는 자발광형이기 때문에, 이 발광 소자를 사용한 표시 장치는 시인성이 높고, 백라이트가 불필요하고, 소비전력이 낮은 등의 이점을 갖는다. 또한, 상기 표시 장치는 얇고 가볍게 형성할 수 있고, 응답 속도가 빠르다는 이점도 갖는다.
EL층이 발광성 물질로서 유기 화합물을 포함하며 한 쌍의 전극 사이에 제공되어 있는 발광 소자(예를 들어, 유기 EL 소자)에서는, 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공이 발광성을 갖는 EL층으로 주입되어 전류가 흐른다. 주입된 전자와 정공이 재결합함으로써, 발광성을 갖는 유기 화합물이 여기 상태가 되어 발광이 얻어진다.
또한, 유기 화합물에 의하여 형성되는 여기 상태는 단일항 여기 상태(S*) 또는 삼중항 여기 상태(T*)일 수 있다. 단일항 여기 상태로부터의 발광을 형광이라고 하고, 삼중항 여기 상태로부터의 발광을 인광이라고 한다. 발광 소자에서의 S* 대 T*의 생성비는 1:3이다. 바꿔 말하면, 인광을 방출하는 화합물(인광성 화합물)을 포함하는 발광 소자는 형광을 방출하는 화합물(형광성 화합물)을 포함하는 발광 소자보다 발광 효율이 더 높다. 그러므로, 근년에는 삼중항 여기 상태를 발광으로 변환할 수 있는 인광성 화합물을 포함하는 발광 소자가 활발히 개발되어지고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
유기 화합물을 여기시키기 위한 에너지는, 유기 화합물의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 의존한다. 이 에너지 차이는 실질적으로 단일항 여기 에너지에 상당한다. 인광성 화합물을 포함하는 발광 소자에서는, 삼중항 여기 에너지가 발광 에너지로 변환된다. 따라서, 유기 화합물의 단일항 여기 에너지와 삼중항 여기 에너지의 에너지 차이가 큰 경우, 유기 화합물을 여기시키기 위한 에너지는 상기 에너지 차이만큼 발광 에너지보다 높아진다. 유기 화합물을 여기시키기 위한 에너지와 발광 에너지의 차이는, 발광 소자의 구동 전압을 상승시켜 발광 소자의 소자 특성에 영향을 미친다. 이러한 이유로, 구동 전압을 저감하기 위한 방법이 모색되고 있다(특허문헌 2 참조).
인광성 화합물을 포함하는 발광 소자 중에서, 청색광을 방출하는 발광 소자는, 삼중항 여기 에너지 준위가 높은 안정적인 화합물의 개발이 어려운 것으로 인해 아직 실용화에 이르지 못하고 있다. 따라서, 발광 효율이 높고 안정된 인광성 화합물과, 발광 효율이 높고 신뢰성이 높은 인광 발광 소자의 개발이 요구되고 있다.
일본 공개특허공보 특개2010-182699호 일본 공개특허공보 특개2012-212879호
발광 효율이 높은 인광성 화합물로서 이리듐 착체가 알려져 있다. 발광 에너지가 높은 이리듐 착체로서, 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 배위자로서 포함하는 이리듐 착체가 알려져 있다. 상기 질소 함유 5원 헤테로고리 골격은 삼중항 여기 에너지가 높지만, 질소 함유 6원 헤테로고리 골격보다 전자 수용성이 낮다. 그러므로, 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 배위자로서 포함하는 이리듐 착체는, LUMO 준위가 높고 전자 캐리어가 쉽게 주입되지 않는다. 이러한 이유로, 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 배위자로서 포함하는 이리듐 착체에서는, 캐리어의 직접 재결합에 의한 여기가 어렵고, 이는 효율적인 발광이 어렵다는 것을 의미한다.
상술한 것으로부터, 인광성 화합물을 포함하고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 과제로 한다. 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다. 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다. 신규 화합물을 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다. 신규 화합물을 포함하는 발광 소자를 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다. 신규 발광 소자를 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다. 신규 발광 장치를 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다. 신규 표시 장치를 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다.
또한, 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태에서 상기 모든 과제를 달성할 필요는 없다. 다른 과제는 명세서 등의 기재로부터 명백해질 것이며 추출될 수 있다.
본 발명의 일 형태는 인광성 화합물을 효율적으로 여기시킬 수 있는 엑시플렉스를 포함하는 발광 소자, 또는 발광 에너지가 높은 광을 방출할 수 있는 신규 인광성 화합물을 포함하는 발광 소자이다.
따라서, 본 발명의 일 형태는 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 게스트 재료를 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮다. 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 게스트 재료의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이보다 크다. 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 기능을 갖는다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
본 발명의 다른 일 형태는 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 게스트 재료를 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮다. 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 게스트 재료의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높다. 게스트 재료의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시킨다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
본 발명의 다른 일 형태는 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 게스트 재료를 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮다. 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 게스트 재료의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 동등하다. 게스트 재료의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시킨다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
본 발명의 다른 일 형태는 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 게스트 재료를 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮다. 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 게스트 재료의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높다. 게스트 재료의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위와 동등하다. 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시킨다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
본 발명의 다른 일 형태는 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 게스트 재료를 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 환원 전위는 제 2 유기 화합물의 환원 전위보다 높다. 제 1 유기 화합물의 산화 전위는 제 2 유기 화합물의 산화 전위보다 높다. 게스트 재료의 환원 전위는 제 1 유기 화합물의 환원 전위보다 낮다. 게스트 재료의 산화 전위는 제 2 유기 화합물의 산화 전위보다 높다. 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시킨다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
본 발명의 다른 일 형태는 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 게스트 재료를 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 환원 전위는 제 2 유기 화합물의 환원 전위보다 높다. 제 1 유기 화합물의 산화 전위는 제 2 유기 화합물의 산화 전위보다 높다. 게스트 재료의 환원 전위는 제 1 유기 화합물의 환원 전위와 동등하다. 게스트 재료의 산화 전위는 제 2 유기 화합물의 산화 전위보다 높다. 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시킨다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
본 발명의 다른 일 형태는 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 게스트 재료를 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 환원 전위는 제 2 유기 화합물의 환원 전위보다 높다. 제 1 유기 화합물의 산화 전위는 제 2 유기 화합물의 산화 전위보다 높다. 게스트 재료의 환원 전위는 제 1 유기 화합물의 환원 전위보다 낮다. 게스트 재료의 산화 전위는 제 2 유기 화합물의 산화 전위와 동등하다. 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시킨다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
상술한 각 구조에서, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이는 게스트 재료의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지 이상인 것이 바람직하다.
상술한 각 구조에서, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이는 게스트 재료의 발광 에너지 이상인 것이 바람직하다.
상술한 각 구조에서, 게스트 재료의 LUMO 준위와 게스트 재료의 HOMO 준위의 에너지 차이는 게스트 재료의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지보다 0.4eV 이상 큰 것이 바람직하다.
상술한 각 구조에서, 게스트 재료의 LUMO 준위와 게스트 재료의 HOMO 준위의 에너지 차이는 게스트 재료의 발광 에너지보다 0.4eV 이상 큰 것이 바람직하다.
상술한 각 구조에서, 게스트 재료의 발광 스펙트럼은 400nm 이상 505nm 미만의 파장 영역에 적어도 하나의 피크를 갖는 것이 바람직하다.
상술한 각 구조에서, 엑시플렉스는 게스트 재료로 여기 에너지를 이동시키는 것이 바람직하다. 또한, 엑시플렉스의 발광 스펙트럼은 게스트 재료의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대와 중첩하는 영역을 갖는 것이 바람직하다.
상술한 각 구조에서, 게스트 재료는 이리듐을 포함하는 것이 바람직하다. 게스트 재료는 이리듐에 배위하는 배위자를 포함하고, 배위자는 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 포함하는 것이 바람직하다. 배위자는 트라이아졸 골격 또는 이미다졸 골격을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G1)으로 나타내어지는 이리듐 착체이다.
Figure pct00001
일반식(G1)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 1 아릴기를 나타내고; Ar2는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 2 아릴기를 나타내고; Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 N 또는 C-R을 나타내고; R은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 3 아릴키 중 어느 것을 나타내고; Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 C-R을 포함하고; 제 1 아릴기 내지 제 3 아릴기 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G2)으로 나타내어지는 이리듐 착체이다.
Figure pct00002
일반식(G2)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 1 아릴기를 나타내고; R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 4 아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고; Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 N 또는 C-R을 나타내고; R은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 3 아릴기 중 어느 것을 나타내고; Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 C-R을 포함하고; 제 1 아릴기, 제 3 아릴기, 제 4 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G3)으로 나타내어지는 이리듐 착체이다.
Figure pct00003
일반식(G3)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 1 아릴기를 나타내고; R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 4 아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고; R5는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 3 아릴기 중 어느 것을 나타내고, 제 1 아릴기, 제 3 아릴기, 제 4 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G4)으로 나타내어지는 이리듐 착체이다.
Figure pct00004
일반식(G4)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 1 아릴기를 나타내고; R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 4 아릴기 중 어느 것을 나타내고; R5 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 3 아릴기 중 어느 것을 나타내고; 제 1 아릴기, 제 3 아릴기, 제 4 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
상술한 각 구조에서, Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐기를 나타내고, 페닐기는 치환기로서 사이아노기를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G5)으로 나타내어지는 이리듐 착체이다.
Figure pct00005
일반식(G5)에서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; R5는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; R7 및 R11은 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R7 및 R11은 같은 구조를 갖고; R8 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고; R8 내지 R10 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G6)으로 나타내어지는 이리듐 착체이다.
Figure pct00006
일반식(G6)에서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; R7 및 R11은 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R7 및 R11은 같은 구조를 갖고; R8 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고; R8 내지 R10 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G7)으로 나타내어지는 이리듐 착체이다.
Figure pct00007
일반식(G7)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 1 아릴기를 나타내고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 4 아릴기 중 어느 것을 나타내고; R6은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 3 아릴기 중 어느 것을 나타내고, 제 1 아릴기, 제 3 아릴기, 제 4 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
상술한 구조에서, Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐기를 나타내고, 페닐기는 사이아노기를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G8)으로 나타내어지는 이리듐 착체이다.
Figure pct00008
일반식(G8)에서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; R6은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; R7 및 R11은 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R7 및 R11은 같은 구조를 갖고; R8 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고; R8 내지 R10 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
본 발명의 다른 일 형태는 상술한 이리듐 착체 중 어느 것을 포함하는 발광 소자이다.
본 발명의 다른 일 형태는 상술한 이리듐 착체 중 어느 것, 제 1 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물을 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮다. 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 이리듐 착체의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이보다 크다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
본 발명의 다른 일 형태는 상술한 이리듐 착체 중 어느 것, 제 1 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물을 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮다. 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 이리듐 착체의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높다. 이리듐 착체의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
본 발명의 다른 일 형태는 상술한 이리듐 착체 중 어느 것, 제 1 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물을 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮다. 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 이리듐 착체의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 동등하다. 이리듐 착체의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
본 발명의 다른 일 형태는 상술한 이리듐 착체 중 어느 것, 제 1 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물을 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮다. 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 이리듐 착체의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높다. 이리듐 착체의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위와 동등하다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
본 발명의 다른 일 형태는 상술한 이리듐 착체 중 어느 것, 제 1 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물을 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 환원 전위는 제 2 유기 화합물의 환원 전위보다 높다. 제 1 유기 화합물의 산화 전위는 제 2 유기 화합물의 산화 전위보다 높다. 이리듐 착체의 환원 전위는 제 1 유기 화합물의 환원 전위보다 낮다. 이리듐 착체의 산화 전위는 제 2 유기 화합물의 산화 전위보다 높다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
본 발명의 다른 일 형태는 상술한 이리듐 착체 중 어느 것, 제 1 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물을 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 환원 전위는 제 2 유기 화합물의 환원 전위보다 높다. 제 1 유기 화합물의 산화 전위는 제 2 유기 화합물의 산화 전위보다 높다. 이리듐 착체의 환원 전위는 제 1 유기 화합물의 환원 전위와 동등하다. 이리듐 착체의 산화 전위는 제 2 유기 화합물의 산화 전위보다 높다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
본 발명의 다른 일 형태는 상술한 이리듐 착체 중 어느 것, 제 1 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물을 포함하는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 환원 전위는 제 2 유기 화합물의 환원 전위보다 높다. 제 1 유기 화합물의 산화 전위는 제 2 유기 화합물의 산화 전위보다 높다. 이리듐 착체의 환원 전위는 제 1 유기 화합물의 환원 전위보다 낮다. 이리듐 착체의 산화 전위는 제 2 유기 화합물의 산화 전위와 동등하다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물을 조합하면 엑시플렉스가 형성된다.
상술한 각 구조에서, 엑시플렉스는 이리듐 착체로 여기 에너지를 이동시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 엑시플렉스로부터 방출되는 광은 이리듐 착체의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대와 중첩하는 영역을 갖는 것이 바람직하다.
상술한 구조에서, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이는, 이리듐 착체의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지 이상인 것이 바람직하다.
상술한 구조에서, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이는, 이리듐 착체의 발광 에너지 이상인 것이 바람직하다.
상술한 각 구조에서, 제 1 유기 화합물은 전자를 수송하는 기능을 갖는 것이 바람직하고, 제 2 유기 화합물은 정공을 수송하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 제 1 유기 화합물은 π-전자 부족형 헤테로방향족 고리 골격을 포함하는 것이 바람직하고, 제 2 유기 화합물은 π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리 골격 및 방향족 아민 골격 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 상술한 구조 중 어느 것을 갖는 발광 소자, 및 컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는 표시 장치이다. 본 발명의 다른 일 형태는 상술한 표시 장치, 및 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는 전자 기기이다. 본 발명의 다른 일 형태는 상술한 구조 중 어느 것을 갖는 발광 소자, 및 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는 조명 장치이다. 본 발명의 일 형태의 범주에는 발광 소자를 포함하는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 포함하는 전자 기기도 포함된다. 본 명세서에서 발광 장치란 화상 표시 장치 및 광원(예를 들어, 조명 장치)을 말한다. 발광 장치는, FPC(flexible printed circuit) 또는 TCP(tape carrier package) 등의 커넥터가 발광 장치에 접속된 표시 모듈, TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 표시 모듈, 또는 COG(chip on glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 발광 소자에 직접 탑재된 표시 모듈에 포함될 수 있다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 인광성 화합물을 포함하고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여, 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여, 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 화합물을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 화합물을 포함하는 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 발광 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태는 반드시 상술한 모든 효과를 가질 필요는 없다. 다른 효과는 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 명백해질 것이고 추출될 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 단면 모식도.
도 2의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 발광층에서의, 에너지 밴드의 상관 및 에너지 준위의 상관을 나타낸 것.
도 3의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 단면 모식도.
도 4는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 단면 모식도.
도 5의 (A) 및 (B)는 각각 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 단면 모식도.
도 6의 (A) 및 (B)는 각각 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 단면 모식도.
도 7의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 제작 방법을 도시한 단면 모식도.
도 8의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 제작 방법을 도시한 단면 모식도.
도 9의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 도시한 상면도 및 단면 모식도.
도 10의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 각각 도시한 단면 모식도.
도 11은 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 도시한 단면 모식도.
도 12의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 각각 도시한 단면 모식도.
도 13의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 각각 도시한 단면 모식도.
도 14는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 도시한 단면 모식도.
도 15의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 각각 도시한 단면 모식도.
도 16은 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 도시한 단면 모식도.
도 17의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 각각 도시한 단면 모식도.
도 18의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 도시한 블록도 및 회로도.
도 19의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치의 화소 회로를 각각 도시한 회로도.
도 20의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치의 화소 회로를 각각 도시한 회로도.
도 21의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 터치 패널의 예를 도시한 사시도.
도 22의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치 및 터치 센서의 예를 도시한 단면도.
도 23의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 터치 패널의 예를 각각 도시한 단면도.
도 24의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 터치 센서의 블록도 및 타이밍 차트.
도 25는 본 발명의 일 형태에 따른 터치 센서의 회로도.
도 26은 본 발명의 일 형태에 따른 표시 모듈을 도시한 사시도.
도 27의 (A) 내지 (G)는 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기를 도시한 것.
도 28의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기를 도시한 것.
도 29의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 도시한 사시도.
도 30의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 도시한 사시도 및 단면도.
도 31의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 각각 도시한 단면도.
도 32의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기를 도시한 것이고, 도 32의 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 조명 장치를 도시한 것.
도 33은 본 발명의 일 형태에 따른 조명 장치를 도시한 것.
도 34는 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 NMR 차트.
도 35는 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 36은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 액체 크로마토그래피 질량 분석을 나타낸 그래프.
도 37은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 NMR 차트.
도 38은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 39는 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 NMR 차트.
도 40은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 41은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 액체 크로마토그래피 질량 분석을 나타낸 그래프.
도 42는 실시예에서의 발광 소자를 도시한 단면 모식도.
도 43의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 호스트 재료의 전계 발광 스펙트럼을 각각 나타낸 그래프.
도 44는 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 45는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 46은 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 47은 실시예에서의 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 48의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 각각 나타낸 그래프.
도 49는 실시예에서의 화합물의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것.
도 50은 실시예에서의 발광 소자의 신뢰성 시험 결과를 나타낸 그래프.
도 51은 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 52는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 53은 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 54는 실시예에서의 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 55는 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 56은 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 57은 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 58은 실시예에서의 발광 소자의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 59는 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 60은 실시예에서의 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 61은 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 62는 실시예에서의 발광 소자의 신뢰성 시험 결과를 나타낸 그래프.
도 63은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 NMR 차트.
도 64는 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 65는 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 액체 크로마토그래피 질량 분석을 나타낸 그래프.
도 66은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 NMR 차트.
도 67은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 68은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 액체 크로마토그래피 질량 분석을 나타낸 그래프.
도 69는 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 NMR 차트.
도 70은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 71은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 액체 크로마토그래피 질량 분석을 나타낸 그래프.
도 72는 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 NMR 차트.
도 73은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 74는 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 액체 크로마토그래피 질량 분석을 나타낸 그래프.
도 75는 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 NMR 차트.
도 76은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 77은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 액체 크로마토그래피 질량 분석을 나타낸 그래프.
도 78은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 NMR 차트.
도 79는 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 80은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 액체 크로마토그래피 질량 분석을 나타낸 그래프.
도 81은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 NMR 차트.
도 82는 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 83은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 NMR 차트.
도 84는 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 85는 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 86은 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 87은 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 88은 실시예에서의 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 89는 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 90은 실시예에서의 호스트 재료의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 91은 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 92는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 93은 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 94는 실시예에서의 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 95는 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 96은 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 97은 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 98은 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 99는 실시예에서의 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 100은 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 101은 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 102는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 103은 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 104는 실시예에서의 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 105는 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 106은 실시예에서의 호스트 재료의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 107은 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 108은 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 109는 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 110은 실시예에서의 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 111은 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 112는 실시예에서의 화합물의 흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 113은 실시예에서의 발광 소자의 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 114는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 115는 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 116은 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 117은 실시예에서의 발광 소자로부터의 발광을 나타낸 것.
도 118은 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 NMR 차트.
도 119는 본 발명의 일 형태에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
아래에서 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명은 아래의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 목적 및 범위로부터 벗어나지 않고 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 용이하게 이해된다. 따라서, 본 발명은 아래의 실시형태의 내용에 한정하여 해석되지 않는다.
또한, 도면 등에 도시된 각 구조의 위치, 크기, 또는 범위 등은 간략화를 위하여 정확히 나타내지 않은 경우가 있다. 그러므로, 개시된 발명은 반드시 도면 등에 개시된 위치, 크기, 또는 범위 등에 한정되지는 않는다.
또한, 본 명세서 등에서 "제 1" 및 "제 2" 등의 서수는 편의상 사용하는 것이고, 단계의 순서 또는 적층 순서를 나타내는 것은 아니다. 따라서, 예를 들어, "제 1"을 "제 2" 또는 "제 3"으로 적절히 바꿔도 설명이 가능하다. 또한, 본 명세서 등에서의 서수는 본 발명의 일 형태를 특정하는 것과 반드시 같지는 않다.
본 명세서 등에서 도면을 참조하여 본 발명의 형태를 설명하는 데 있어, 상이한 도면의 같은 구성 요소는 같은 부호로 공통적으로 표시하는 경우가 있다.
본 명세서 등에서는, 경우 또는 상황에 따라 "막" 및 "층"이라는 용어를 서로 교체할 수 있다. 예를 들어, "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다. 또한, "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
본 명세서 등에서, 단일항 여기 상태(S*)는 여기 에너지를 갖는 단일항 상태를 말한다. 단일항 여기 에너지 준위의 가장 낮은 준위(S1 준위)는 가장 낮은 단일항 여기 상태의 여기 에너지 준위를 말한다. 삼중항 여기 상태(T*)는 여기 에너지를 갖는 삼중항 상태를 말한다. 삼중항 여기 에너지 준위의 가장 낮은 준위(T1 준위)는 가장 낮은 삼중항 여기 상태의 여기 에너지 준위를 말한다. 또한, 본 명세서 등에서, 단일항 여기 상태 및 단일항 여기 에너지 준위는 각각 가장 낮은 단일항 여기 상태 및 S1 준위를 의미하는 경우가 있다. 삼중항 여기 상태 및 삼중항 여기 에너지 준위는 각각 가장 낮은 삼중항 여기 상태 및 T1 준위를 의미하는 경우가 있다.
본 명세서 등에서 형광성 화합물이란, 단일항 여기 상태로부터 기저 상태로 완화될 때에 가시광 영역의 광을 방출하는 화합물을 말한다. 인광성 화합물이란, 삼중항 여기 상태로부터 기저 상태로 완화될 때에 실온에서 가시광 영역의 광을 방출하는 화합물을 말한다. 즉, 인광성 화합물이란, 삼중항 여기 에너지를 가시광으로 변환할 수 있는 화합물을 말한다.
인광 발광 에너지 또는 삼중항 여기 에너지는 인광 발광의 가장 짧은 파장 측의 인광 발광 피크(숄더를 포함함)의 파장으로부터 얻을 수 있다. 또한, 상기 인광 발광은 저온(예를 들어, 10K) 환경에서 시간 분해 광 루미네선스에 의하여 관찰될 수 있다. 열활성화 지연 형광의 발광 에너지란, 열활성화 지연 형광의 가장 짧은 파장 측의 발광 피크(숄더를 포함함)의 파장으로부터 얻을 수 있다.
또한, 본 명세서 등에서 "실온"이란, 0℃ 이상 40℃ 이하의 온도를 말한다.
본 명세서 등에서, 청색의 파장 영역이란 400nm 이상 505nm 미만의 파장 영역을 말하고, 청색광은 발광 스펙트럼의 상기 영역에 적어도 하나의 피크를 갖는다. 녹색의 파장 영역이란 505nm 이상 580nm 미만의 파장 영역을 말하고, 녹색광은 발광 스펙트럼의 상기 영역에 적어도 하나의 피크를 갖는다. 적색의 파장 영역이란 580nm 이상 680nm 이하의 파장 영역을 말하고, 적색광은 발광 스펙트럼의 상기 영역에 적어도 하나의 피크를 갖는다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 대하여 도 1의 (A) 및 (B), 및 도 2의 (A) 및 (B)를 참조하여 아래에서 설명한다.
<발광 소자의 구조예>
먼저, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 구조에 대하여 도 1의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자(150)의 단면 모식도이다.
발광 소자(150)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)), 및 한 쌍의 전극 사이의 EL층(100)을 포함한다. EL층(100)은 적어도 발광층(130)을 포함한다.
도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)은 발광층(130)에 더하여, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 등의 기능층을 포함한다.
본 실시형태에서는, 한 쌍의 전극에서 전극(101) 및 전극(102)이 각각 양극 및 음극으로서 기능하는 것으로 상정하여 설명하지만, 발광 소자(150)의 구조는 이에 한정되지 않는다. 즉, 전극(101)이 음극이어도 좋고, 전극(102)이 양극이어도 좋고, 전극들 사이의 층들의 적층 순서가 거꾸로 되어도 좋다. 바꿔 말하면, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(130), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)이 양극 측으로부터 이 순서대로 적층될 수 있다.
EL층(100)의 구조는 도 1의 (A)에 도시된 구조에 한정되지 않고, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)에서 선택된 적어도 하나의 층을 포함하는 구조를 채용할 수 있다. 또는, EL층(100)은 예를 들어, 정공 또는 전자의 주입 장벽을 저감하거나, 정공 또는 전자 수송성을 향상시키거나, 정공 또는 전자 수송성을 저해하거나, 또는 전극에 의한 퀀칭 현상을 억제할 수 있는 기능층을 포함하여도 좋다. 또한, 기능층 각각은 단층이어도 좋고 적층이어도 좋다.
도 1의 (B)는 도 1의 (A)의 발광층(130)의 예를 도시한 단면 모식도이다. 도 1의 (B)의 발광층(130)은 호스트 재료(131) 및 게스트 재료(132)를 포함한다. 호스트 재료(131)는 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)을 포함한다.
게스트 재료(132)는 발광성 유기 화합물이어도 좋고, 이 발광성 유기 화합물은 인광을 방출할 수 있는 물질(이후, 인광성 화합물이라고도 함)인 것이 바람직하다. 인광성 화합물을 게스트 재료(132)로서 사용하는 구조에 대하여 아래에서 설명한다. 게스트 재료(132)를 인광성 화합물로 바꿔 말하여도 좋다.
<발광 소자의 발광 기구>
다음으로, 발광층(130)의 발광 기구에 대하여 아래에서 설명한다.
발광층(130)에서의 호스트 재료(131)에 포함되는 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)은 엑시플렉스를 형성한다.
유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2)의 조합이 엑시플렉스를 형성할 수 있기만 하면 좋지만, 이들 중 한쪽이 정공을 수송하는 기능(정공 수송성)을 갖는 화합물이고, 다른 쪽이 전자를 수송하는 기능(전자 수송성)을 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 이러한 경우에는, 도너-억셉터 엑시플렉스를 형성하기 쉽기 때문에, 엑시플렉스를 효율적으로 형성할 수 있다.
유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2)의 조합은, 한쪽이 다른 쪽보다 낮은 HOMO(highest occupied molecular orbital) 준위와 낮은 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 준위를 갖는 것이 바람직하다.
예를 들어, 도 2의 (A)의 에너지 밴드도에 나타낸 바와 같이, 유기 화합물(131_1)이 전자 수송성을 갖고 유기 화합물(131_2)이 정공 수송성을 갖는 경우, 유기 화합물(131_1)의 HOMO 준위는 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위보다 낮고, 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위는 유기 화합물(131_2)의 LUMO 준위보다 낮은 것이 바람직하다.
이때, 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)에 의하여 형성되는 엑시플렉스는, 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위와 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위의 에너지 차이에 실질적으로 상당하는 여기 에너지를 갖는다. 유기 화합물(131_1)의 HOMO 준위와 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위의 차이는 바람직하게는 0.1eV 이상이고, 더 바람직하게는 0.2eV 이상이다. 마찬가지로, 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위와 유기 화합물(131_2)의 LUMO 준위의 차이는 바람직하게는 0.1eV 이상이고, 더 바람직하게는 0.2eV 이상이다. 이 에너지 차이는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))으로부터 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)로의 전자 캐리어 및 정공 캐리어의 주입을 용이하게 하기 때문에 바람직하다. 또한, 도 2의 (A)에서 Host(131_1)는 유기 화합물(131_1)을 나타내고, Host(131_2)는 유기 화합물(131_2)을 나타내고, Guest(132)는 게스트 재료(132)를 나타내고, ΔEEx는 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위와 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타내고, ΔEG는 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타낸다.
게스트 재료(132)의 HOMO 준위는 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위보다 낮고, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위는 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 즉, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)는 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위와 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEEx)보다 크다. 따라서, 게스트 재료(132) 및 유기 화합물(131_1) 또는 유기 화합물(131_2)에 의한 엑시플렉스의 형성을 억제할 수 있다.
예를 들어, 게스트 재료(132)의 HOMO 준위가 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위 이상이고, 발광층(130)에 포함되는 재료 중 가장 높은 HOMO 준위를 게스트 재료(132)가 갖고, 가장 낮은 LUMO 준위를 유기 화합물(131_1)이 갖는 경우, 게스트 재료(132) 및 유기 화합물(131_1)이 엑시플렉스를 형성할 가능성이 있다. 특히, 게스트 재료(132)의 HOMO 준위와 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위의 에너지 차이가 게스트 재료의 발광 에너지보다 작아질수록, 게스트 재료(132) 및 유기 화합물(131_1)에 의하여 엑시플렉스가 형성되기 쉬워진다. 이러한 경우, 게스트 재료(132) 자체는 여기 상태를 형성하기 어렵기 때문에, 발광 소자의 발광 효율이 저하된다.
예를 들어, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위가 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위 이하이고, 발광층(130)에 포함되는 재료 중 가장 낮은 LUMO 준위를 게스트 재료(132)가 갖고, 가장 높은 HOMO 준위를 유기 화합물(131_2)이 갖는 경우, 게스트 재료(132) 및 유기 화합물(131_2)이 엑시플렉스를 형성할 가능성이 있다. 특히, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위의 에너지 차이가 게스트 재료의 발광 에너지보다 작아질수록, 게스트 재료(132) 및 유기 화합물(131_2)에 의하여 엑시플렉스가 형성되기 쉬워진다. 이러한 경우, 게스트 재료(132) 자체는 여기 상태를 형성하기 어렵기 때문에, 발광 소자의 발광 효율이 저하된다.
그러나, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서는, 게스트 재료(132) 및 유기 화합물(131_1) 또는 유기 화합물(131_2)에 의한 엑시플렉스의 형성을 억제할 수 있기 때문에, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다.
게스트 재료(132)의 HOMO 준위는 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위보다 낮고, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위는 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위보다 높다. 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자) 중, 양극으로부터 주입된 정공은 발광층(130)에서 유기 화합물(131_2)에 주입되기 쉽고, 음극으로부터 주입된 전자는 발광층(130)에서 유기 화합물(131_1)에 주입되기 쉽다.
상술한 관점에서, 본 발명의 일 형태에서는, 게스트 재료(132)의 HOMO 준위가 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위와 동등하여도 좋고, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위가 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위와 동등하여도 좋다. 그러나, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)는 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위와 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEEx)보다 큰 것이 바람직하다. 이 이유를 아래에서 설명한다.
유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위와 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEEx)는 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이보다 작고, 유기 화합물(131_2)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이보다 작기 때문에, 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)에 의한 엑시플렉스의 형성은 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2) 중 어느 한쪽만에 의한 여기 상태의 형성보다 더 에너지적으로 안정된다. 또한, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)는 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위와 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEEx)보다 크기 때문에, 발광층(130)에 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 형성되는 여기 상태로서는, 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)에 의한 엑시플렉스의 형성이 에너지적으로 더 안정된다. 따라서, 발광층(130)에서 생성되는 대부분의 여기 상태는 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)에 의하여 형성되는 엑시플렉스로서 존재한다.
게스트 재료(132)는 인광성 발광 재료이기 때문에, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 기능을 갖는다. 또한, 단일항 여기 상태에서보다 삼중항 여기 상태에서 에너지는 더 안정된다. 따라서, 게스트 재료(132)는 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)보다 에너지가 작은 광을 방출할 수 있다. 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)가 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위와 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEEx)보다 큰 경우에도, 게스트 재료(132)의 발광 에너지 또는 흡수 스펙트럼으로부터 얻어지는 전이 에너지가 ΔEEx 이하이기만 하면, 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)에 의하여 형성되는 엑시플렉스로부터 게스트 재료(132)로의 여기 에너지의 이동이 가능하고, 게스트 재료(132)로부터 발광을 얻을 수 있다는 것을 본 발명의 발명자들은 알아내었다. 게스트 재료(132)의 ΔEG가 게스트 재료(132)의 발광 에너지 또는 흡수 스펙트럼으로부터 얻어지는 전이 에너지보다 큰 경우, 게스트 재료(132)의 전기 여기를 직접 일으키기 위해서는 ΔEG에 상당하는 높은 전기 에너지가 필요하므로, 구동 전압이 상승된다. 그러나, 본 발명의 일 형태에서는, ΔEEx(ΔEG보다 작음)에 대응하는 전기 에너지에 의하여 엑시플렉스가 전기적으로 여기되고, 거기에서의 에너지 이동에 의하여 게스트 재료(132)로부터의 발광을 얻을 수 있기 때문에, 효율이 높은 게스트 재료의 발광을 낮은 전압으로 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 일 형태는, ΔEG가 게스트 재료(132)의 발광 에너지 또는 흡수 스펙트럼으로부터 얻어지는 전이 에너지보다 상당히 큰 경우(예를 들어, 게스트 재료가 청색 발광 재료인 경우)에 유용하다.
또한, 게스트 재료(132)가 중금속을 포함하는 경우, 스핀 궤도 상호 작용(전자의 스핀각의 운동량과 궤도각 운동량의 상호 작용)에 의하여 단일항 상태와 삼중항 상태의 항간 교차가 촉진되기 때문에, 게스트 재료(132)의 단일항 기저 상태와 삼중항 여기 상태 사이의 전이가 금지되지 않는 경우가 있다. 그러므로, 게스트 재료(132)의 단일항 기저 상태와 삼중항 여기 상태 사이의 전이에 관한 발광 효율 및 흡수 확률을 높일 수 있다. 따라서, 게스트 재료(132)는 스핀 궤도 상호 작용이 큰 금속 원소, 특히 백금족 원소(루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 또는 백금(Pt))를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 이리듐은, 단일항 기저 상태와 삼중항 여기 상태 사이의 직접 전이에 관한 흡수 확률을 높일 수 있기 때문에 바람직하다.
상술한 바와 같이, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)가 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위와 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEEx)보다 크더라도, 게스트 재료(132)의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(약칭: ΔEG_abs)가 ΔEEx 이하이기만 하면, 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)에 의하여 형성되는 엑시플렉스로부터 게스트 재료(132)로 여기 에너지가 효율적으로 이동된다. 그 결과, 발광 효율이 높고 구동 전압이 낮은 발광 소자를 얻을 수 있고, 이는 본 발명의 일 형태의 특징이다. 이때, ΔEG_abs≤ΔEEx<ΔEG(ΔEG_abs는 ΔEEx 이하이고, ΔEEx는 ΔEG보다 작음)의 식이 만족된다. 따라서, 게스트 재료(132)의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(ΔEG_abs)가 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)보다 작은 경우에 본 발명의 일 형태의 메커니즘은 적합하다. 바꿔 말하면, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)가 게스트 재료(132)의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(ΔEG_abs)보다 큰 경우에 본 발명의 일 형태의 메커니즘은 적합하다. 구체적으로는, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)는 게스트 재료(132)의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(ΔEG_abs)보다 0.4eV 이상 큰 것이 바람직하다. 게스트 재료(132)의 발광 에너지는 ΔEG_abs 이하이기 때문에, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)는 게스트 재료(132)의 발광 에너지보다 0.4eV 이상 큰 것이 바람직하다. 또한, 발광 에너지는 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장(극댓값, 또는 숄더 피크를 포함함)으로부터 도출할 수 있다.
게스트 재료(132)의 발광 파장이 짧아질수록(발광 에너지가 높아질수록), 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)는 커지므로, 게스트 재료를 전기적으로 여기시키기 위해서는 더 큰 에너지가 필요하다. 그러나, 게스트 재료(132)의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(ΔEG_abs)가 ΔEEx 이하이면, 본 발명에 따라, ΔEG보다 매우 작은 ΔEEx정도의 에너지로 게스트 재료(132)를 여기시킬 수 있기 때문에, 발광 소자의 소비전력을 저감할 수 있다. 따라서, 게스트 재료(132)의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(ΔEG_abs)와, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)의 에너지 차이가 큰 경우(즉, 특히 게스트 재료가 청색 발광 재료인 경우)에 본 발명의 일 형태의 메커니즘의 효과가 표면화된다.
게스트 재료(132)의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(ΔEG_abs)가 저하되면, 게스트 재료(132)의 발광 에너지도 저하된다. 이러한 경우에는, 청색 발광 등 높은 에너지를 필요로 하는 발광을 얻기 어렵다. 즉, ΔEG_abs와 ΔEG의 차이가 지나치게 크면, 청색 발광 등 에너지가 높은 발광을 얻기 어렵다.
이러한 이유로, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)는 게스트 재료(132)의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(ΔEG_abs)보다 0.4eV 내지 0.8eV만큼 큰 것이 바람직하고, 0.5eV 내지 0.8eV만큼 큰 것이 더 바람직하다. 게스트 재료(132)의 발광 에너지는 ΔEG_abs 이하이기 때문에, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)는 게스트 재료(132)의 발광 에너지보다 0.4eV 내지 0.8eV만큼 큰 것이 바람직하고, 0.5eV 내지 0.8eV만큼 큰 것이 더 바람직하다.
게스트 재료(132)와 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위의 차이는 바람직하게는 0.05eV 이상, 더 바람직하게는 0.1eV 이상, 더욱 바람직하게는 0.2eV 이상이다. 게스트 재료(132)와 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위의 차이는 바람직하게는 0.05eV 이상, 더 바람직하게는 0.1eV 이상, 더욱 바람직하게는 0.2eV 이상이다. 상술한 범위 내로 상기 차이를 설정하면, 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)로의 전자 캐리어 및 정공 캐리어의 주입이 용이해지기 때문에 바람직하다.
또한, 게스트 재료(132)의 HOMO 준위는 유기 화합물(131_1)의 HOMO 준위보다 높아도 좋고 낮아도 좋다. 마찬가지로, 게스트 재료(132)의 LUMO 준위는 유기 화합물(131_2)의 LUMO 준위보다 높아도 좋고 낮아도 좋다.
상술한 LUMO 준위와 HOMO 준위의 관계에 따르면, 유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2)의 조합을, 한쪽의 산화 전위 및 환원 전위가 다른 쪽보다 높아지도록 하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 유기 화합물(131_1)이 전자 수송성을 갖고, 유기 화합물(131_2)이 정공 수송성을 갖는 경우, 유기 화합물(131_1)의 산화 전위가 유기 화합물(131_2)의 산화 전위보다 높고, 유기 화합물(131_1)의 환원 전위가 유기 화합물(131_2)의 환원 전위보다 높은 것이 바람직하다. 또한, 산화 전위 및 환원 전위는 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 측정할 수 있다.
게스트 재료(132)의 산화 전위는 유기 화합물(131_2)의 산화 전위보다 높고, 게스트 재료(132)의 환원 전위는 유기 화합물(131_1)의 환원 전위보다 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 상술한 바와 같이, 게스트 재료(132) 및 유기 화합물(131_1) 또는 유기 화합물(131_2)에 의한 엑시플렉스의 형성을 억제할 수 있다.
유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2)의 조합이 정공 수송성을 갖는 화합물과 전자 수송성을 갖는 화합물의 조합인 경우, 그 혼합비에 따라 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있다. 구체적으로는, 정공 수송성을 갖는 화합물 대 전자 수송성을 갖는 화합물의 중량비가 1:9 내지 9:1의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이 구조로 함으로써 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있어, 캐리어 재결합 영역도 쉽게 제어할 수 있다.
유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)에 의하여 형성되는 엑시플렉스는 한쪽의 유기 화합물에 HOMO를 갖고, 다른 쪽의 유기 화합물에 LUMO를 갖기 때문에, HOMO와 LUMO의 중첩이 매우 작다. 즉, 상기 엑시플렉스는 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이가 작다. 따라서, 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지 준위와 단일항 여기 에너지 준위의 차이는 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하이다.
도 2의 (B)는 발광층(130)에서의 유기 화합물(131_1), 유기 화합물(131_2), 및 게스트 재료(132)의 에너지 준위의 상관을 나타낸 것이다. 도 2의 (B)에서의 용어 및 부호가 나타내는 것에 대하여 아래에서 설명한다.
Host(131_1): 호스트 재료(유기 화합물(131_1));
Host(131_2): 호스트 재료(유기 화합물(131_2));
Guest(132): 게스트 재료(132)(인광성 화합물);
SPH: 호스트 재료의 S1 준위(유기 화합물(131_1));
TPH: 호스트 재료의 T1 준위(유기 화합물(131_1));
SPG: 인광성 화합물의 S1 준위(게스트 재료(132));
TPG: 인광성 화합물의 T1 준위(게스트 재료(132));
SPE: 엑시플렉스의 S1 준위; 및
TPE: 엑시플렉스의 T1 준위.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서는, 발광층(130)에 포함되는 유기 화합물(131_1 및 131_2)이 엑시플렉스를 형성한다. 엑시플렉스(SPE)의 가장 낮은 단일항 여기 에너지 준위와 엑시플렉스(TPE)의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위는 서로 인접된다(도 2의 (B)의 경로 E7 참조).
엑시플렉스는 2종류의 물질로 형성되는 여기 상태이다. 광 여기에서는, 여기 상태에 있는 한쪽의 물질과 기저 상태에 있는 다른 쪽의 물질의 상호 작용에 의하여 엑시플렉스가 형성된다. 엑시플렉스를 형성한 2종류의 물질은 광을 방출함으로써 기저 상태로 되돌아가고, 원래의 2종류의 물질로서 작용한다. 전기 여기에서는, 한쪽의 물질이 여기 상태가 되면, 이 물질은 바로 다른 쪽의 물질과 상호 작용하여 엑시플렉스를 형성한다. 또는, 한쪽의 물질이 정공을 받고 다른 쪽의 물질이 전자를 받으면 즉시 엑시플렉스가 형성된다. 이러한 경우, 어느 물질에 의해서도 단체로 여기 상태를 형성할 일 없이 엑시플렉스를 형성할 수 있기 때문에, 발광층(130)에서 생성되는 여기 상태의 대부분이 엑시플렉스로서 존재할 수 있다. 엑시플렉스의 여기 에너지 준위(SE 또는 TE)는 엑시플렉스를 형성하는 호스트 재료(유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2))의 단일항 여기 에너지 준위(SPH)보다 낮기 때문에, 더 낮은 여기 에너지로 호스트 재료(131)의 여기 상태를 형성할 수 있다. 이로써, 발광 소자(150)의 구동 전압을 저감할 수 있다.
그리고, 엑시플렉스의 SPE 및 TPE의 에너지 양쪽을 게스트 재료(132)(인광성 화합물)의 가장 낮은 삼중항 여기 상태의 준위(TPG)로 이동시키면, 발광이 얻어진다(도 2의 (B)의 경로 E8 및 E9 참조).
또한, 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지 준위(TPE)는 게스트 재료(132)의 삼중항 여기 에너지 준위(TPG)보다 높은 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 형성된 엑시플렉스의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지를, 엑시플렉스의 단일항 여기 에너지 준위(SPE) 및 삼중항 여기 에너지 준위(TPE)로부터 게스트 재료(132)의 삼중항 여기 에너지 준위(TPG)로 이동시킬 수 있다.
발광층(130)이 상술한 구조를 가지면, 발광층(130)의 게스트 재료(132)(인광성 화합물)로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있다.
경로 E7, E8, 및 E9를 거친 상술한 과정을 본 명세서 등에서 ExTET(exciplex-triplet energy transfer)라고 할 수 있다. 바꿔 말하면, 발광층(130)에서는, 엑시플렉스로부터 게스트 재료(132)로 여기 에너지가 주어진다. 이러한 경우, TPE로부터 SPE로의 역항간 교차 효율은 반드시 높을 필요는 없고, SPE로부터의 발광 양자 수율도 반드시 높을 필요는 없기 때문에, 재료를 폭넓은 선택지 중에서 선택할 수 있다.
또한, 상술한 반응은 일반식(G11) 내지 일반식(G13)으로 나타낼 수 있다.
D++A- (D·A)* (G11)
(D·A)*+G D+A+G* (G12)
G* G+hν (G13)
일반식(G11)에서는, 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2) 중 한쪽이 정공(D+)을 받고 다른 쪽이 전자(A-)를 받음으로써, 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)이 엑시플렉스((D·A)*)를 형성한다. 일반식(G12)에서는, 엑시플렉스((D·A)*)로부터 게스트 재료(132)(G)로 에너지가 이동함으로써, 게스트 재료(132)의 여기 상태(G*)가 생성된다. 그 후, 일반식(G13)으로 나타낸 바와 같이, 여기 상태에 있는 게스트 재료(132)가 광을 방출(hν)한다.
또한, 엑시플렉스로부터 게스트 재료(132)로 효율적으로 여기 에너지를 이동시키기 위해서는, 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지 준위가, 엑시플렉스를 형성하는 호스트 재료에서의 유기 화합물들(유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2))의 삼중항 여기 에너지 준위보다 낮은 것이 바람직하다. 이로써, 유기 화합물들에 의한 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지의 퀀칭이 일어나기 어려워지므로, 게스트 재료(132)로의 효율적인 에너지 이동이 발생된다.
도너성이 강한 골격을 유기 화합물(131_2)이 포함하는 경우, 발광층(130)에 주입된 정공이 유기 화합물(131_2)에 주입되기 쉬워지고 수송되기 쉬워진다. 억셉터성이 강한 골격을 유기 화합물(131_1)이 포함하는 경우, 발광층(130)에 주입된 전자가 유기 화합물(131_1)에 주입되기 쉬워지고 수송되기 쉬워진다. 따라서, 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)은 엑시플렉스를 형성하기 쉽다.
발광층(130)이 상술한 구조를 가지면, 발광층(130)의 게스트 재료(132)로부터 발광을 효율적으로 얻을 수 있다.
<에너지 이동 기구>
다음으로, 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132) 사이의 분자간 에너지 이동의 과정을 지배하는 인자에 대하여 설명한다. 분자간 에너지 이동의 기구로서는, 2개의 기구, 즉 푀르스터 기구(쌍극자-쌍극자 상호 작용)와, 덱스터 기구(전자 교환 상호 작용)가 제안되었다. 여기서는 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132) 사이의 분자간 에너지 이동 과정에 대하여 설명하지만, 호스트 재료(131)가 엑시플렉스인 경우도 마찬가지이다.
<<푀르스터 기구>>
푀르스터 기구에서는, 에너지 이동에 분자간의 직접적인 접촉이 필요하지 않고, 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132) 사이의 쌍극자 진동의 공명 현상을 통하여 에너지가 이동한다. 쌍극자 진동의 공명 현상에 의하여, 호스트 재료(131)가 게스트 재료(132)에 에너지를 제공하여, 여기 상태에 있는 호스트 재료(131)가 기저 상태가 되고 기저 상태에 있는 게스트 재료(132)가 여기 상태가 된다. 또한, 푀르스터 기구의 속도 상수 k h * g 는 수학식 (1)로 표현된다.
Figure pct00009
수학식 (1)에서 ν는 진동 수를 나타내고, f'' h (ν)는 호스트 재료(131)의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 형광 스펙트럼, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε g (ν)는 게스트 재료(132)의 몰 흡수 계수를 나타내고, N은 아보가드로 수를 나타내고, n은 매체의 굴절률을 나타내고, R은 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132) 사이의 분자간 거리를 나타내고, τ는 측정되는 여기 상태의 수명(형광 수명 또는 인광 수명)을 나타내고, c는 광의 속도를 나타내고, φ는 발광 양자 수율(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 형광 양자 수율, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 인광 양자 수율)을 나타내고, K 2는 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132) 사이의 전이 쌍극자 모멘트의 배향의 계수(0 내지 4)를 나타낸다. 또한, 랜덤 배향의 경우, K 2는 2/3이다.
<<덱스터 기구>>
덱스터 기구에서 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132)는 이들의 궤도가 중첩되는 접촉 유효 거리에 가깝고, 여기 상태에 있는 호스트 재료(131)와 기저 상태에 있는 게스트 재료(132)가 전자를 교환하여 에너지 이동이 일어난다. 또한, 덱스터 기구의 속도 상수 k h * g 는 수학식 (2)로 표현된다.
Figure pct00010
수학식 (2)에서, h는 플랑크 상수를 나타내고, K는 에너지 차원을 갖는 상수를 나타내고, ν는 진동 수를 나타내고, f' h (ν)는 호스트 재료(131)의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 형광 스펙트럼, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε' g (ν)는 게스트 재료(132)의 정규화된 흡수 스펙트럼을 나타내고, L은 실효 분자 반경을 나타내고, R은 호스트 재료(131)와 게스트 재료(132) 사이의 분자간 거리를 나타낸다.
여기서, 호스트 재료(131)로부터 게스트 재료(132)로의 에너지 이동의 효율(에너지 이동 효율 φ ET )은 수학식 (3)으로 표현된다. 이 수학식에서, k r은 호스트 재료(131)의 발광 과정(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 형광, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 인광)의 속도 상수를 나타내고, k n 은 호스트 재료(131)의 비발광 과정(열불활성화 또는 항간 교차)의 속도 상수를 나타내고, τ는 측정되는 호스트 재료(131)의 여기 상태의 수명을 나타낸다.
Figure pct00011
수학식 (3)으로부터, 에너지 이동 효율 φ ET 는 에너지 이동의 속도 상수 k h * g 를 크게 하여 다른 경합하는 속도 상수 k r +k n (=1/τ)이 상대적으로 작아지도록 함으로써 높일 수 있는 것을 알 수 있다.
<<에너지 이동을 촉진하기 위한 개념>>
푀르스터 기구에 의한 에너지 이동에서 양자 수율 φ(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 양자 수율이고, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 양자 수율임)가 높을 때는 높은 에너지 이동 효율 φ ET 가 얻어진다. 또한, 호스트 재료(131)의 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼)이 게스트 재료(132)의 흡수 스펙트럼(단일항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)과 크게 중첩되는 것이 바람직하다. 게스트 재료(132)의 몰 흡수 계수도 높은 것이 바람직하다. 이는 호스트 재료(131)의 발광 스펙트럼이 게스트 재료(132)의 가장 긴 파장 측에 있는 흡수대와 중첩되는 것을 의미한다.
덱스터 기구에 의한 에너지 이동에서는 속도 상수 k h * g 를 크게 하기 위하여 호스트 재료(131)의 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼이고, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)이 게스트 재료(132)의 흡수 스펙트럼(단일항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)과 크게 중첩되는 것이 바람직하다. 그러므로, 에너지 이동 효율은 호스트 재료(131)의 발광 스펙트럼을 게스트 재료(132)의 가장 긴 파장 측에 있는 흡수대와 중첩시킴으로써 최적화할 수 있다.
호스트 재료(131)로부터 게스트 재료(132)로의 에너지 이동과 비슷한 식으로, 엑시플렉스로부터 게스트 재료(132)로의 에너지 이동 과정에서도 푀르스터 기구 및 덱스터 기구의 양쪽 모두에 의한 에너지 이동이 일어난다.
따라서, 본 발명의 일 형태는 게스트 재료(132)로 에너지를 효율적으로 이동시킬 수 있는 에너지 도너로서 기능하는 엑시플렉스를 형성하는 조합인 유기 화합물(131_1)과 유기 화합물(131_2)을 호스트 재료(131)로서 포함하는 발광 소자를 제공한다. 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)에 의한 엑시플렉스의 형성을 위한 여기 에너지는, 여기 상태에 있는 유기 화합물(131_1)의 여기 에너지보다 낮고, 여기 상태에 있는 유기 화합물(131_2)의 여기 에너지보다 낮을 수 있다. 따라서, 발광 소자(150)의 구동 전압을 저감할 수 있다. 또한, 엑시플렉스의 단일항 여기 에너지 준위로부터 에너지 억셉터로서의 기능을 갖는 게스트 재료(132)의 삼중항 여기 에너지 준위로의 에너지 이동을 용이하게 하기 위해서는, 상기 엑시플렉스의 발광 스펙트럼이 게스트 재료(132)의 가장 긴 파장 측(저에너지 측)에 있는 흡수대와 중첩되는 것이 바람직하다. 이로써, 게스트 재료(132)의 삼중항 여기 상태의 생성 효율을 높일 수 있다. 발광층(130)에서 생성되는 엑시플렉스는, 단일항 여기 에너지 준위가 삼중항 여기 에너지 준위와 근접한다는 특징을 갖는다. 따라서, 엑시플렉스의 발광 스펙트럼과, 게스트 재료(132)의 가장 긴 파장 측(저에너지 측)에 있는 흡수대를 중첩시킴으로써, 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지 준위로부터 게스트 재료(132)의 삼중항 여기 에너지 준위로의 에너지 이동이 용이해질 수 있다.
<재료>
다음으로, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 구성 요소에 대하여 아래에서 자세히 설명한다.
<<발광층>>
발광층(130)에서는, 호스트 재료(131)가 중량으로 가장 큰 비율로 존재하고, 게스트 재료(132)(인광성 화합물)는 호스트 재료(131) 내로 분산된다. 발광층(130)에서의 호스트 재료(131)(유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2))의 T1 준위는 발광층(130)에서의 게스트 재료(게스트 재료(132))의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
유기 화합물(131_1)로서는, 정공보다 전자를 많이 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 재료(전자 수송성을 갖는 재료)로서는, 예를 들어, 질소 함유 헤테로방향족 화합물 등의 π-전자 부족형 헤테로방향족 고리 골격을 포함하는 화합물, 또는 아연계 또는 알루미늄계 금속 착체를 사용할 수 있다. π-전자 부족형 헤테로방향족 고리 골격을 포함하는 화합물의 예에는, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 및 트라이아진 유도체가 포함된다. 아연계 또는 알루미늄계 금속 착체의 예에는 퀴놀린 배위자를 갖는 금속 착체, 벤조퀴놀린 배위자를 갖는 금속 착체, 옥사졸 배위자를 갖는 금속 착체, 및 싸이아졸 배위자를 갖는 금속 착체가 포함된다.
구체적인 예에는 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 및 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq)과 같은, 퀴놀린 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체가 포함된다. 또는, 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이트]아연(II)(약칭: ZnPBO) 또는 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계 또는 싸이아졸계 배위자를 갖는 금속 착체를 사용할 수 있다. 이러한 금속 착체 외에, 다음 중 어느 것을 사용할 수 있다: 2-(4-바이페닐릴)-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), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 9-[4-(4,5-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzTAZ1), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 및 바소큐프로인(약칭: BCP) 등의 헤테로고리 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), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 2-[3-(3,9'-바이-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzCzPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 및 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로고리 화합물; 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn) 등의 트라이아진 골격을 갖는 헤테로고리 화합물; 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로고리 화합물; 및 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 헤테로방향족 화합물. 헤테로고리 화합물 중, 트라이아진 골격, 다이아진 골격(피리미딘, 피라진, 피리다진), 또는 피리딘 골격을 갖는 헤테로고리 화합물은 신뢰성이 높고 안정적이므로 바람직하게 사용된다. 또한, 상기 골격을 갖는 헤테로고리 화합물은 전자 수송성이 높고 구동 전압의 저감에 기여한다. 또는, 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 또는 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy) 등의 고분자 화합물을 사용할 수 있다. 여기에 기재된 물질은 주로 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 또한, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높기만 하면, 다른 물질을 사용하여도 좋다.
유기 화합물(131_2)로서는, 유기 화합물(131_1)과 함께 엑시플렉스를 형성할 수 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 유기 화합물(131_2)은 π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리 골격 또는 방향족 아민 골격 등, 도너성이 높은 골격을 포함하는 것이 바람직하다. π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리 골격을 갖는 화합물의 예에는, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 및 카바졸 유도체 등의 헤테로방향족 화합물이 포함된다. 이 경우, 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 발광 피크가 게스트 재료(132)(인광성 재료)의 삼중항 MLCT(metal to ligand charge transfer) 전이의 흡수대, 구체적으로는 가장 긴 파장 측의 흡수대와 중첩되도록, 유기 화합물(131_1), 유기 화합물(131_2), 및 게스트 재료(132)(인광성 재료)를 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 발광 효율이 극적으로 향상된 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 인광성 화합물 대신에 열활성화 지연 형광 재료가 사용되는 경우에는, 가장 긴 파장 측의 흡수대는 단일항 흡수대인 것이 바람직하다.
유기 화합물(131_2)로서는, 아래에 제시하는 정공 수송성을 갖는 재료를 사용할 수 있다.
정공 수송 재료로서는 전자보다 정공을 많이 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 방향족 아민, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 또는 스틸벤 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한, 정공 수송 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
정공 수송성이 높은 재료로서 사용할 수 있는 방향족 아민 화합물의 예로서는 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) 등이 있다.
카바졸 유도체의 구체적인 예에는 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), 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) 등이 있다.
카바졸 유도체의 다른 예에는 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 등이 있다.
방향족 탄화수소의 예에는 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 등이 있다. 다른 예에는, 펜타센 및 코로넨 등이 있다. 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상이고 탄소수가 14 내지 42인 방향족 탄화수소가 특히 바람직하다.
방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 갖는 방향족 탄화수소의 예에는 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi) 및 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등이 있다.
다른 예에는 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), 및 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: poly-TPD) 등의 고분자 화합물이 있다.
정공 수송성이 높은 재료의 예에는 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-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 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), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-다이메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPASF), 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), 4-페닐다이페닐-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)아민(약칭: PCA1BP), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-(4-페닐)페닐아닐린(약칭: YGA1BP), 및 N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F) 등의 방향족 아민 화합물이 있다. 다른 예에는 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,6-다이(9H-카바졸-9-일)-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PhCzGI), 2,8-다이(9H-카바졸-9-일)-다이벤조싸이오펜(약칭: Cz2DBT), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)-벤젠(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV), 및 4-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: mDBTPTp-II) 등의 아민 화합물, 카바졸 화합물, 싸이오펜 화합물, 퓨란 화합물, 플루오렌 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 및 페난트렌 화합물 등이 있다. 상술한 화합물 중, 피롤 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 방향족 아민 골격을 포함하는 화합물은, 안정성 및 신뢰성이 높으므로 바람직하다. 또한, 이러한 골격을 갖는 화합물은 정공 수송성이 높아 구동 전압의 저감에 기여한다.
게스트 재료(132)(인광성 화합물)로서는, 이리듐, 로듐, 또는 백금계의 유기 금속 착체 또는 금속 착체를 사용할 수 있고, 특히 이리듐계 오쏘 금속 착체 등의 유기 이리듐 착체가 바람직하다. 오쏘 금속화하는 배위자로서는 4H-트라이아졸 배위자, 1H-트라이아졸 배위자, 이미다졸 배위자, 피리딘 배위자, 피리미딘 배위자, 피라진 배위자, 및 아이소퀴놀린 배위자 등을 들 수 있다. 금속 착체로서는 포르피린 배위자를 갖는 백금 착체 등을 들 수 있다.
게스트 재료(132)(인광성 화합물)의 LUMO 준위가 유기 화합물(131_1)의 LUMO 준위보다 높아지고, 게스트 재료(132)의 HOMO 준위가 유기 화합물(131_2)의 HOMO 준위보다 낮아지도록, 유기 화합물(131_1), 유기 화합물(131_2), 및 게스트 재료(132)(인광성 화합물)를 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써, 발광 효율이 높고 구동 전압이 낮은 발광 소자를 얻을 수 있다.
청색 또는 녹색의 파장 영역에 발광 피크를 갖는 물질의 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), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrptz-3b)3), 및 트리스[3-(5-바이페닐)-5-아이소프로필-4-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPr5btz)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; 및 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 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체가 포함된다. 상술한 재료 중, 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격, 또는 이미다졸 골격 등의 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 포함하는 유기 금속 이리듐 착체는, 삼중항 여기 에너지, 신뢰성, 및 발광 효율이 높기 때문에 특히 바람직하다.
녹색 또는 황색의 파장 영역에 발광 피크를 갖는 물질의 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-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[4-(2-노보닐)-6-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(nbppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(mpmppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(dmppm-dmp)2(acac)), (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; 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C 2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 및 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)) 등의 유기 금속 이리듐 착체; 및 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)) 등의 희토류 금속 착체가 포함된다. 상술한 재료 중에서, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 및 발광 효율이 두드러지게 높으므로 특히 바람직하다.
황색 또는 적색의 파장 영역에 발광 피크를 갖는 물질의 예에는, (다이아이소뷰티릴메타네이토)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 포함된다. 상술한 재료 중에서, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 및 발광 효율이 두드러지게 높으므로 특히 바람직하다. 또한, 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 양호한 적색 발광을 제공할 수 있다.
발광층(130)에 포함되는 발광 재료로서는, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료이기만 하면 임의의 재료를 사용할 수 있다. 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료의 예로서는 인광성 화합물에 더하여, 열활성화 지연 형광(TADF) 재료를 들 수 있다. 따라서, 설명에서의 "인광성 화합물"을 "열활성화 지연 형광 재료"로 바꿔도 좋다. 또한, 열활성화 지연 형광 재료는 삼중항 여기 에너지 준위와 단일항 여기 에너지 준위의 차이가 작고, 역항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 갖는 재료이다. 그러므로, TADF 재료는 삼중항 여기 상태를 적은 열 에너지를 사용하여 단일항 여기 상태로 업컨버트할 수 있고(즉, 역항간 교차가 가능), 단일항 여기 상태로부터 효율적으로 발광(형광)을 나타낼 수 있다. TADF는 삼중항 여기 에너지 준위와 단일항 여기 에너지 준위의 에너지 차이가 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 조건하에서 효율적으로 얻어진다.
열활성화 지연 형광 재료가 1종류로 구성되는 경우, 예를 들어, 아래의 재료 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
먼저, 풀러렌, 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 및 에오신 등을 들 수 있다. 또한, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd)을 포함하는 포르피린 등의 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 금속 함유 포르피린의 예에는 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린 테트라메틸에스터-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.
1종류의 재료로 구성되는 열활성화 지연 형광 재료로서는, π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리 및 π-전자 부족형 헤테로방향족 고리를 포함하는 헤테로고리 화합물을 사용할 수도 있다. 구체적으로는, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 또는 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA)을 사용할 수 있다. 상기 헤테로고리 화합물은 전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리 및 π-전자 부족형 헤테로방향족 고리를 가지므로 바람직하다. π-전자 부족형 헤테로방향족 고리를 갖는 골격 중, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 또는 피리다진 골격) 및 트라이아진 골격은 안정성 및 신뢰성이 높아 특히 바람직하다. π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리를 갖는 골격 중, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 싸이오펜 골격, 퓨란 골격, 및 피롤 골격은 안정성 및 신뢰성이 높기 때문에, 이들 골격 중 하나 이상이 포함되는 것이 바람직하다. 피롤 골격으로서는, 인돌 골격, 카바졸 골격, 또는 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한, π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리가 π-전자 부족형 헤테로방향족 고리에 직접 결합된 물질은, π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리의 도너성 및 π-전자 부족형 헤테로방향족 고리의 억셉터성이 둘 다 높아지고, 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이가 작아지므로 특히 바람직하다.
발광층(130)은 2층 이상의 층이 적층된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측에서부터 이 순서대로 적층하여 발광층(130)을 형성하는 경우, 제 1 발광층은 정공 수송성을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성하고, 제 2 발광층은 전자 수송성을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성한다. 제 1 발광층에 포함되는 발광 재료가 제 2 발광층에 포함되는 발광 재료와 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한, 이 재료는 같은 색의 광 또는 다른 색의 광을 방출하는 기능을 가져도 좋다. 다른 색의 광을 방출하는 기능을 갖는 2종류의 발광 재료를 2개의 발광층에 사용하면, 복수의 발광 색의 광을 동시에 얻을 수 있다. 특히, 2개의 발광층으로부터의 발광을 조합함으로써 백색 광을 얻을 수 있도록, 발광층의 발광 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
발광층(130)은 호스트 재료(131) 및 게스트 재료(132) 외의 재료를 포함하여도 좋다.
또한, 발광층(130)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 또는 그라비어 인쇄 등에 의하여 형성할 수 있다. 상술한 재료 외에, 퀀텀닷(quantum dot) 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(예를 들어, 올리고머, 덴드리머, 및 폴리머)을 사용하여도 좋다.
<<정공 주입층>>
정공 주입층(111)은 한 쌍의 전극(전극(101) 또는 전극(102))으로부터의 정공 주입의 장벽을 저감하여 정공 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌 유도체, 또는 방향족 아민을 사용하여 형성된다. 전이 금속 산화물로서는, 산화 몰리브데넘, 산화 바나듐, 산화 루테늄, 산화 텅스텐, 또는 산화 망가니즈 등을 들 수 있다. 프탈로사이아닌 유도체로서는, 프탈로사이아닌 또는 금속 프탈로사이아닌 등을 들 수 있다. 방향족 아민으로서는, 벤지딘 유도체 또는 페닐렌다이아민 유도체 등을 들 수 있다. 폴리싸이오펜 또는 폴리아닐린 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있고, 그 대표적인 예는 자기 도핑된 폴리싸이오펜인 폴리(에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)이다.
정공 주입층(111)으로서, 정공 수송 재료와 정공 수송 재료로부터 전자를 받는 특성을 갖는 재료의 복합 재료를 포함하는 층을 사용할 수도 있다. 또는, 전자 수용성을 갖는 재료를 포함하는 층과 정공 수송 재료를 포함하는 층의 적층을 사용하여도 좋다. 정상(定常) 상태 또는 전계 존재하에서, 이들 재료 사이를 전하가 이동할 수 있다. 전자 수용성을 갖는 재료의 예로서는, 퀴노다이메테인 유도체, 클로라닐 유도체, 및 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터를 들 수 있다. 구체적인 예로서는 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 또는 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등의 전자 흡인기(할로젠기 또는 사이아노기)를 갖는 화합물이 있다. 또는, 제 4족 내지 제 8족 금속의 산화물 등의 전이 금속 산화물을 사용할 수도 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 또는 산화 레늄 등을 사용할 수 있다. 특히, 산화 몰리브데넘은 대기 중에서 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉬우므로 바람직하다.
정공 수송 재료로서는 전자보다 정공을 많이 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 발광층(130)에 사용할 수 있는 정공 수송 재료로서 예시한 방향족 아민, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 및 스틸벤 유도체 등 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 또한, 정공 수송 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
<<정공 수송층>>
정공 수송층(112)은 정공 수송 재료를 포함하는 층이며 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 정공 수송 재료 중 임의의 것을 사용하여 형성할 수 있다. 정공 수송층(112)이 정공 주입층(111)에 주입된 정공을 발광층(130)으로 수송하는 기능을 갖기 위해서는, 정공 수송층(112)의 HOMO 준위가 정공 주입층(111)의 HOMO 준위와 같거나 가까운 것이 바람직하다.
정공 수송 재료로서는 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높기만 하면 상술한 물질 외의 임의의 물질을 사용하여도 좋다. 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층은 단층에 한정되지 않고, 상술한 물질을 포함하는 2층 이상의 층을 적층하여도 좋다.
<<전자 수송층>>
전자 수송층(118)은, 전자 주입층(119)을 통하여 한 쌍의 전극 중 다른 쪽(전극(101) 또는 전극(102))으로부터 주입된 전자를 발광층(130)으로 수송하는 기능을 갖는다. 전자 수송 재료로서는 정공보다 전자를 많이 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 전자를 용이하게 받는 화합물(전자 수송성을 갖는 재료)로서는, 예를 들어 질소 함유 헤테로방향족 화합물 등의 π-전자 부족형 헤테로방향족 또는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 발광층(130)에 사용할 수 있는 전자 수송 재료로서 기재한 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 갖는 금속 착체를 들 수 있다. 또한, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 및 트라이아진 유도체를 들 수 있다. 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 또한, 이들 물질 외에, 정공보다 전자를 많이 수송하는 성질을 갖는 임의의 물질을 전자 수송층에 사용하여도 좋다. 전자 수송층(118)은 단층에 한정되지 않고, 상술한 물질을 포함하는 2층 이상의 적층을 포함하여도 좋다.
전자 수송층(118)과 발광층(130) 사이에, 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층을 제공하여도 좋다. 이는 상술한 전자 수송성이 높은 재료에 전자 트랩성이 높은 물질을 소량 첨가하여 형성하는 층이고, 이 층은 전자 캐리어의 이동을 억제하여 캐리어 밸런스를 조절할 수 있다. 이러한 구조는 발광층을 전자가 통과할 때에 발생되는 문제(소자 수명의 저하 등)를 방지하는 데 매우 효과적이다.
<<전자 주입층>>
전자 주입층(119)은 전극(102)으로부터의 전자 주입의 장벽을 저감하여 전자 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 제 1족 금속 또는 제 2족 금속, 또는 이들 금속 중 어느 것의 산화물, 할로젠화물, 또는 탄산염을 사용하여 형성할 수 있다. 또는, 전자 수송 재료(위에 기재) 및 전자 수송 재료에 대하여 전자를 공여하는 성질을 갖는 재료를 포함하는 복합 재료를 사용할 수도 있다. 전자 공여성을 갖는 재료로서는, 제 1족 금속, 제 2족 금속, 또는 이들 금속 중 어느 것의 산화물 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 소듐(NaF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 또는 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 그 화합물을 사용할 수 있다. 또는, 플루오린화 어븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 전자 주입층(119)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 전자화물의 예에는 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물(calcium oxide-aluminum oxide)에 높은 농도로 전자를 첨가한 물질이 포함된다. 전자 주입층(119)은 전자 수송층(118)에 사용할 수 있는 물질을 사용하여 형성할 수 있다.
전자 주입층(119)에, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합한 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에서 전자가 발생되기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물은 발생된 전자의 수송에 우수한 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 상술한 전자 수송층(118)을 형성하는 물질(예를 들어, 금속 착체 및 헤테로방향족 화합물)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질을 사용하여도 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 및 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 소듐, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 및 이터븀을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 및 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 산화 마그네슘 등의 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 테트라싸이아플루발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층의 각각은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 또는 그라비어 인쇄법 등에 의하여 형성할 수 있다. 상술한 재료 외에도, 상기 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층에는 퀀텀닷 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(예를 들어, 올리고머, 덴드리머, 및 폴리머)을 사용하여도 좋다.
퀀텀닷은 예를 들어, 콜로이드 퀀텀닷, 합금 퀀텀닷, 코어셸 퀀텀닷, 또는 코어 퀀텀닷이어도 좋다. 제 2족 및 제 16족에 속하는 원소, 제 13족 및 제 15족에 속하는 원소, 제 13족 및 제 17족에 속하는 원소, 제 11족 및 제 17족에 속하는 원소, 또는 제 14족 및 제 15족에 속하는 원소를 포함하는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다. 또는, 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn), 황(S), 인(P), 인듐(In), 텔루륨(Te), 납(Pb), 갈륨(Ga), 비소(As), 또는 알루미늄(Al) 등의 원소를 포함하는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다.
<<한 쌍의 전극>>
전극(101 및 102)은 각 발광 소자의 양극 및 음극으로서 기능한다. 전극(101 및 102)은 금속, 합금, 또는 도전성 화합물, 또는 그 혼합물 또는 적층 등을 사용하여 형성할 수 있다.
전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽은 광을 반사하는 기능을 갖는 도전 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 도전 재료의 예에는 알루미늄(Al) 및 Al을 포함하는 합금 등이 포함된다. Al을 포함하는 합금의 예에는 Al 및 L(L은 타이타늄(Ti), 네오디뮴(Nd), 니켈(Ni), 및 란타넘(La) 중 하나 이상을 나타냄)을 포함하는 합금이 포함되고, Al 및 Ti를 포함하는 합금 및 Al, Ni, 및 La를 포함하는 합금 등이다. 알루미늄은 저항이 낮고 광의 반사율이 높다. 알루미늄은 지각(地殼)에 대량으로 포함되고 저렴하기 때문에 알루미늄을 사용하여 발광 소자의 제작 비용을 저감할 수 있다. 또는, Ag, 또는 은(Ag)과 N(N은 이트륨(Y), Nd, 마그네슘(Mg), 이터븀(Yb), Al, Ti, 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 텅스텐(W), 망가니즈(Mn), 주석(Sn), 철(Fe), Ni, 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 또는 금(Au) 중 하나 이상을 나타냄) 등을 사용할 수 있다. 은을 포함하는 합금의 예에는 은, 팔라듐, 및 구리를 포함하는 합금, 은 및 구리를 포함하는 합금, 은 및 마그네슘을 포함하는 합금, 은 및 니켈을 포함하는 합금, 은 및 금을 포함하는 합금, 및 은 및 이터븀을 포함하는 합금 등이 포함된다. 그 외에 텅스텐, 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 구리, 또는 타이타늄 등의 전이 금속을 사용할 수 있다.
발광층으로부터 방출되는 광은 전극(101) 및/또는 전극(102)을 통하여 추출된다. 그러므로, 전극(101) 및 전극(102) 중 적어도 하나는 광을 투과시키는 기능을 갖는 도전 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 도전 재료로서는, 가시광 투과율이 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 60% 이상 100% 이하이고, 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전 재료를 사용할 수 있다.
전극들(101 및 102)의 각각은 광을 투과시키는 기능 및 반사하는 기능을 갖는 도전 재료를 사용하여 형성되어도 좋다. 도전 재료로서는, 가시광 반사율이 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하이고, 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 도전성의 금속 및 합금, 및 도전성 화합물 등을 1종류 이상 사용할 수 있다. 구체적으로는, 인듐 주석 산화물(이후, ITO라고 함), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO), 산화 인듐-산화 아연(indium zinc oxide), 타이타늄을 포함하는 산화 인듐-주석 산화물, 인듐-타이타늄 산화물, 또는 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함하는 산화 인듐 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 광을 투과시키는 두께(바람직하게는, 1nm 이상 30nm 이하의 두께)의 금속 박막을 사용할 수도 있다. 금속으로서는, Ag, Ag와 Al의 합금, Ag와 Mg의 합금, Ag와 Au의 합금, 또는 Ag와 이터븀(Yb)의 합금 등을 사용할 수 있다.
본 명세서 등에서는 광을 투과시키는 재료로서, 가시광을 투과시키고 도전성을 갖는 재료를 사용한다. 상기 재료의 예에는 상술한 ITO로 대표되는 산화물 도전체에 더하여, 산화물 반도체, 및 유기 물질을 포함하는 유기 도전체가 포함된다. 유기 물질을 포함하는 유기 도전체의 예에는 유기 화합물과 전자 공여체(도너 재료)를 혼합한 복합 재료, 및 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터 재료)를 혼합한 복합 재료가 포함된다. 또는, 그래핀 등의 무기 탄소계 재료를 사용하여도 좋다. 상기 재료의 저항률은 바람직하게는 1×105Ω·cm 이하, 더 바람직하게는 1×104Ω·cm 이하이다.
또는, 전극(101) 및/또는 전극(102)은 이들 재료 중 2개 이상을 적층하여 형성하여도 좋다.
광 추출 효율을 향상시키기 위하여, 광을 투과시키는 기능을 갖는 전극보다 굴절률이 높은 재료를, 상기 전극과 접촉하여 형성하여도 좋다. 이 재료는 가시광을 투과시키는 기능을 갖기만 하면 전기적으로 도전성이어도 도전성이 아니어도 된다. 상술한 산화물 도전체에 더하여, 산화물 반도체 및 유기 물질이 상기 재료의 예로 들어진다. 유기 물질의 예에는 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층을 위한 재료가 포함된다. 또는, 무기 탄소계 재료 또는 광이 투과될 정도로 얇은 금속막을 사용할 수 있다. 또는, 두께가 수nm 내지 수10nm의 층의 적층을 사용하여도 좋다.
전극(101) 또는 전극(102)이 음극으로서 기능하는 경우, 전극은 일함수가 낮은(3.8eV 이하) 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 예로서는 원소 주기율표의 제 1족 또는 제 2족에 속하는 원소(예를 들어, 리튬, 소듐, 또는 세슘 등의 알칼리 금속, 칼슘 또는 스트론튬 등의 알칼리 토금속, 또는 마그네슘), 이들 원소 중 어느 것을 포함하는 합금(예를 들어, Ag-Mg 또는 Al-Li), 유로퓸(Eu) 또는 Yb 등의 희토류 금속, 이들 희토류 금속을 포함하는 합금, 및 알루미늄 및 은을 포함하는 합금 등이 있다.
전극(101) 또는 전극(102)을 양극으로서 사용할 때는, 일함수가 높은(4.0eV 이상) 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
전극(101) 및 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 갖는 도전 재료와, 광을 투과시키는 기능을 갖는 도전 재료의 적층이어도 좋다. 이 경우, 전극(101) 및 전극(102)은, 각 발광층으로부터 방출되는 원하는 파장의 광을 공진시키고 강화시키도록 광로의 길이를 조정하는 기능을 가질 수 있으므로 바람직하다.
전극(101) 및 전극(102)의 형성 방법으로서는 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 도포법, MBE(molecular beam epitaxy)법, CVD법, 펄스 레이저 퇴적법, 또는 ALD(atomic layer deposition)법 등을 적절히 사용할 수 있다.
<<기판>>
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 유리 또는 플라스틱 등의 기판 위에 형성하여도 좋다. 기판 위에 적층하는 방법으로서는, 층들을 전극(101) 측에서부터 순차적으로 적층하여도 좋고 전극(102) 측에서부터 순차적으로 적층하여도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 형성할 수 있는 기판에는, 예를 들어 유리, 석영, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또는, 플렉시블 기판을 사용할 수 있다. 플렉시블 기판이란 예를 들어, 폴리카보네이트 또는 폴리아릴레이트로 만들어진 플라스틱 기판 등의 구부릴 수 있는 기판을 의미한다. 또는, 필름 또는 무기 증착 필름 등을 사용할 수 있다. 기판이 발광 소자 또는 광학 소자의 제작 공정에서 지지체로서 기능하기만 하면, 또는 발광 소자 또는 광학 소자를 보호하는 기능을 갖기만 하면, 다른 재료를 사용하여도 좋다.
본 명세서 등에서 발광 소자는 예를 들어, 다양한 기판 중 임의의 것을 사용하여 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 기판의 예에는, 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 포함하는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 포함하는 기판, 플렉시블 기판, 접합 필름, CNF(cellulose nanofiber) 및 섬유상의 재료를 포함하는 종이, 및 기재 필름 등이 포함된다. 유리 기판의 예로서는 바륨 붕규산염 유리 기판, 알루미노붕규산염 유리 기판, 및 소다 석회 유리 기판 등을 들 수 있다. 플렉시블 기판, 접합 필름, 및 기재 필름 등의 예에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에터 설폰(PES), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱의 기판이 있다. 다른 예에는 아크릴 등의 수지가 있다. 또한, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화 바이닐, 및 폴리염화 바이닐을 예로 들 수 있다. 다른 예에는 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 및 종이 등이 있다.
또는, 기판으로서 플렉시블 기판을 사용하여 발광 소자를 플렉시블 기판에 직접 제공하여도 좋다. 또는, 기판과 발광 소자 사이에 분리층을 제공하여도 좋다. 분리층은, 분리층 위에 형성된 발광 소자의 일부 또는 전체를 기판으로부터 분리하여 다른 기판으로 전치할 때에 사용할 수 있다. 이 경우, 발광 소자는 내열성이 낮은 기판 또는 플렉시블 기판으로도 전치될 수 있다. 상술한 분리층에는, 예를 들어 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막을 포함하는 적층, 또는 기판 위에 폴리이미드 등의 수지막이 형성된 구조를 사용할 수 있다.
바꿔 말하면, 기판을 사용하여 발광 소자를 형성한 후에 발광 소자를 다른 기판으로 전치하여도 좋다. 발광 소자를 전치하는 기판의 예에는, 상술한 기판에 더하여, 셀로판 기판, 석재 기판, 목재 기판, 천 기판(천연 섬유(예를 들어, 견, 면, 또는 마), 합성 섬유(예를 들어, 나일론, 폴리우레탄, 또는 폴리에스터), 및 재생 섬유(예를 들어, 아세테이트, 큐프라, 레이온, 또는 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 및 고무 기판 등이 있다. 이러한 기판을 사용하면, 내구성이 높고, 내열성이 높고, 가볍고, 또는 얇은 발광 소자를 형성할 수 있다.
발광 소자(150)는 예를 들어, 상술한 어느 기판 위에 형성된 전계 효과 트랜지스터(FET)에 전기적으로 접속되는 전극 위에 형성되어도 좋다. 이에 따라, FET가 발광 소자(150)의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스 표시 장치를 제작할 수 있다.
실시형태 1에서는 본 발명의 일 형태를 설명하였다. 본 발명의 다른 실시형태는 실시형태 2 내지 12에서 설명한다. 다만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 즉, 실시형태 1 및 실시형태 2 내지 12에는 본 발명의 다양한 실시형태가 개시되어 있으므로, 본 발명의 일 형태는 특정한 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 형태를 발광 소자에 사용한 예를 설명하였지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 경우 또는 상황에 따라서는 본 발명의 일 형태는 반드시 발광 소자에 사용할 필요는 없다. 본 발명의 일 형태는 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시킬 수 있는 게스트 재료를 포함하고, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위가 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위가 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮은 경우의 예를 나타낸 것이지만, 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라서는, 본 발명의 일 형태에서, 예를 들어, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 반드시 낮을 필요는 없다. 또는, 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 반드시 낮을 필요는 없다. 본 발명의 일 형태는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물이 엑시플렉스를 형성하는 경우의 예를 나타낸 것이지만, 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라서는, 본 발명의 일 형태에서, 예를 들어, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물은 반드시 엑시플렉스를 형성할 필요는 없다. 본 발명의 일 형태는 게스트 재료의 LUMO 준위가 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높고, 게스트 재료의 HOMO 준위가 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮은 예를 나타낸 것이지만, 이에 한정되지 않는다. 경우 또는 상황에 따라서는, 본 발명의 일 형태에서, 예를 들어, 게스트 재료의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 반드시 높을 필요는 없다. 또는, 게스트 재료의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 반드시 낮을 필요는 없다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있는 신규 화합물에 대하여 아래에서 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따른 화합물은 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 배위자로서 포함하는 이리듐 착체이다. 상기 질소 함유 5원 헤테로고리 골격은 적어도 사이아노기를 포함하는 치환기를 포함한다. 이미다졸 골격 또는 트라이아졸 골격 등의 질소 함유 5원 헤테로고리 골격은 삼중항 여기 에너지 준위가 높지만, 질소 함유 6원 헤테로고리 골격보다 전자 수용성이 낮다. 따라서, 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 배위자로서 포함하는 이리듐 착체는 LUMO 준위가 높고 전자 캐리어가 쉽게 주입되지 않는다. 그러나, 본 발명의 일 형태에 따른 이리듐 착체는 적어도 사이아노기를 포함하는 치환기를 포함하기 때문에, 사이아노기의 높은 전자 흡인성에 의하여 LUMO 준위 및 HOMO 준위가 저하된다. 따라서, 상기 이리듐 착체를 포함하는 발광 소자의 발광 효율이 높아질 수 있다. 또한, 상기 이리듐 착체는 삼중항 여기 에너지 준위가 높기 때문에, 상기 이리듐 착체를 포함하는 발광 소자는 발광 효율이 높은 청색광을 방출할 수 있다. 상기 이리듐 착체는 산화 및 환원의 반복에 대한 내성이 높기 때문에, 상기 이리듐 착체를 포함하는 발광 소자의 구동 수명을 길게 할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 이리듐 착체를 발광 소자에 사용함으로써, 발광 특성이 우수한 고성능의 발광 소자가 달성된다.
본 발명의 일 형태에 따른 화합물은, 사이아노기를 포함하는 아릴기가 결합된 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 배위자로서 포함하는 이리듐 착체이다. 상기 배위자는 높은 순도로 쉽게 합성될 수 있기 때문에, 불순물로 인한 열화를 억제할 수 있다. 또한, 소자 특성의 안정성 및 신뢰성의 면에서, 사이아노기를 포함하고 질소 함유 5원 헤테로고리 골격에 결합되는 아릴기의 탄소수는 6 내지 13인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 이리듐 착체는 비교적 낮은 온도에서 진공 증착될 수 있기 때문에, 증착 시의 열 분해 등으로 인한 열화가 일어나기 어렵다.
질소 함유 5원 헤테로고리 골격의 질소 원자에 아릴렌기를 통하여 사이아노기가 결합된 배위자를 포함하는 이리듐 착체는, 삼중항 여기 에너지 준위를 높게 유지할 수 있기 때문에, 청색광 등 에너지가 높은 광을 방출하는 발광 소자에 바람직하게 사용할 수 있다. 사이아노기를 포함하지 않는 발광 소자에 비하여, 사이아노기가 결합된 배위자를 포함하는 이리듐 착체를 포함하는 발광 소자는, 청색광 등 에너지가 높은 광을 높은 발광 효율로 방출할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이 특정한 위치에 사이아노기를 결합시킴으로써, 청색광 등 에너지가 높은 광을 방출하는 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한, 질소 함유 5원 헤테로고리 골격 및 사이아노기는, 페닐렌기 등의 아릴렌기를 통하여 결합되는 것이 바람직하다.
상기 아릴렌기의 탄소수가 6 내지 13인 경우, 상기 이리듐 착체는 비교적 분자량이 적은 화합물이기 때문에, 진공 증착에 적합하다(비교적 낮은 온도에서 진공 증착할 수 있음). 일반적으로, 분자량이 적을수록 막 형성 후의 내열성이 낮아지는 경향이 있다. 그러나, 상기 이리듐 착체는 복수의 배위자를 포함하기 때문에, 배위자의 분자량이 적더라도 충분한 내열성을 확보할 수 있다는 장점을 갖는다.
즉, 상기 이리듐 착체는 증착의 용이성 및 전기 화학적 안정성에 더하여, 삼중항 여기 에너지 준위가 높다는 특징을 갖는다. 따라서, 발광 소자에서, 특히 청색 발광 소자에서 상기 이리듐 착체를 발광층의 게스트 재료로서 사용하는 것이 바람직하다.
<이리듐 착체의 예 1>
이 이리듐 착체는 일반식(G1)으로 나타내어진다.
Figure pct00012
일반식(G1)에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 N 또는 C-R을 나타내고, R은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. Q1 및 Q2 중 적어도 한쪽은 C-R을 포함한다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 17족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소기 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
Ar1 및 Ar2로 나타내어지는 아릴기, 및 R로 나타내어지는 아릴기 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
<이리듐 착체의 예 2>
본 발명의 일 형태에 따른 이리듐 착체는 오쏘 금속 착체인 것이 바람직하다. 이 이리듐 착체는 일반식(G2)으로 나타내어진다.
Figure pct00013
일반식(G2)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 N 또는 C-R을 나타내고, R은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. Q1 및 Q2 중 적어도 한쪽은 C-R을 포함한다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 17족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소기 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
Ar1과 R1 내지 R4 및 R로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
<이리듐 착체의 예 3>
본 발명의 일 형태에 따른 이리듐 착체는 배위자로서 4H-트라이아졸 골격을 포함하면, 상기 이리듐 착체는 높은 삼중항 여기 에너지 준위를 가질 수 있고, 청색 광 등 에너지가 높은 광을 방출하는 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있어 바람직하다. 이 이리듐 착체는 일반식(G3)으로 나타내어진다.
Figure pct00014
일반식(G3)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
R5는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 17족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소기 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
Ar1과 R1 내지 R5로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
<이리듐 착체의 예 4>
본 발명의 일 형태에 따른 이리듐 착체는 배위자로서 이미다졸 골격을 포함하면, 상기 이리듐 착체는 높은 삼중항 여기 에너지 준위를 가질 수 있고, 청색 광 등 에너지가 높은 광을 방출하는 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있어 바람직하다. 이 이리듐 착체는 일반식(G4)으로 나타내어진다.
Figure pct00015
일반식(G4)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 17족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소기 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
Ar1과 R1 내지 R6으로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
<이리듐 착체의 예 5>
본 발명의 일 형태에 따른 이리듐 착체는 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 포함하고, 상기 골격의 질소에 결합되는 아릴기는 치환 또는 비치환된 페닐기인 것이 바람직하다. 이러한 경우, 상기 이리듐 착체는 비교적 낮은 온도에서 진공 증착될 수 있고, 높은 삼중항 여기 에너지 준위를 가질 수 있기 때문에, 청색 광 등 에너지가 높은 광을 방출하는 발광 소자에 사용할 수 있다. 이 이리듐 착체는 일반식(G5) 또는 일반식(G6)으로 나타내어진다.
Figure pct00016
일반식(G5)에서, R7 및 R11은 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R7 및 R11은 같은 구조를 갖는다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다.
R8 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 사이아노기를 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 또한, R8 내지 R10 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함하는 것이 바람직하다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
R5는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 17족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소기 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
Figure pct00017
일반식(G6)에서, R7 및 R11은 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R7 및 R11은 같은 구조를 갖는다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다.
R8 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 사이아노기를 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 또한, R8 내지 R10 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함하는 것이 바람직하다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 17족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소기 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
<이리듐 착체의 예 6>
본 발명의 일 형태에 따른 이리듐 착체는 배위자로서 1H-트라이아졸 골격을 포함하면, 상기 이리듐 착체는 높은 삼중항 여기 에너지 준위를 가질 수 있고, 청색 광 등 에너지가 높은 광을 방출하는 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있어 바람직하다. 이 이리듐 착체는 일반식(G7) 또는 일반식(G8)으로 나타내어진다.
Figure pct00018
일반식(G7)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
R6은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 17족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소기 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
Ar1과, R1 내지 R4와, R6으로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
Figure pct00019
일반식(G8)에서, R7 및 R11은 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R7 및 R11은 같은 구조를 갖는다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다.
R8 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 사이아노기를 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 또한, R8 내지 R10 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함하는 것이 바람직하다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
R6은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 17족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소기 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
<치환기의 예>
일반식(G2) 내지 일반식(G8)에서 R1 내지 R4로 나타내어지는 알킬기 및 아릴기로서, 예를 들어, 구조식(R-1) 내지 구조식(R-29)으로 나타내어지는 기를 사용할 수 있다. 또한, 알킬기 및 아릴기로서 사용할 수 있는 기는 이에 한정되지 않는다.
Figure pct00020
예를 들어, 구조식(R-12) 내지 구조식(R-29)으로 나타내어지는 기는, 일반식(G1) 내지 일반식(G4) 및 일반식(G7)에서 Ar1으로 나타내어지는 아릴기 및 일반식(G1)에서 Ar2로 나타내어지는 아릴기로서 사용할 수 있다. 또한, Ar1 및 Ar2로서 사용할 수 있는 기는 이들 기에 한정되지 않는다.
예를 들어, 구조식(R-1) 내지 구조식(R-10)으로 나타내어지는 기는 일반식(G5), 일반식(G6), 및 일반식(G8)에서 R7 및 R11로 나타내어지는 알킬기로서 사용할 수 있다. 또한, 알킬기로서 사용할 수 있는 기는 이들 기에 한정되지 않는다.
일반식(G5), 일반식(G6), 및 일반식(G8)에서 R8 내지 R10으로 나타내어지는 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 페닐기로서, 예를 들어, 상술한 구조식(R-1) 내지 구조식(R-22)으로 나타내어지는 기를 사용할 수 있다. 또한, 알킬기 또는 페닐기로서 사용할 수 있는 기는 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 구조식(R-1) 내지 구조식(R-29) 및 구조식(R-30) 내지 구조식(R-37)으로 나타내어지는 기는, 일반식(G3) 내지 일반식(G6)에서 R5로, 그리고 일반식(G4) 및 일반식(G6) 내지 일반식(G8)에서 R6으로 나타내어지는 알킬기, 아릴기, 및 할로알킬기로서 사용할 수 있다. 또한, 알킬기, 아릴기, 또는 할로알킬기로서 사용할 수 있는 기는 이들 기에 한정되지 않는다.
Figure pct00021
<이리듐 착체의 구체적인 예>
일반식(G1) 내지 일반식(G8)으로 나타내어지는 이리듐 착체의 구조의 구체적인 예에는, 구조식(100) 내지 구조식(134)으로 나타내어지는 화합물이 있다. 또한, 일반식(G1) 내지 일반식(G8)으로 나타내어지는 이리듐 착체는 아래에 나타내는 예에 한정되지 않는다.
Figure pct00022
Figure pct00023
Figure pct00024
Figure pct00025
Figure pct00026
Figure pct00027
상술한 바와 같이 본 발명의 일 형태에 따른 이리듐 착체는 HOMO 준위 및 LUMO 준위가 비교적 낮기 때문에, 발광 소자의 게스트 재료로서 바람직하다. 이러한 경우, 발광 소자의 발광 효율이 높아질 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 이리듐 착체는 삼중항 여기 에너지 준위가 높기 때문에, 특히 청색 발광 소자의 게스트 재료로서 바람직하다. 이러한 경우, 청색 발광 소자의 발광 효율이 높아질 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 이리듐 착체는 산화 및 환원의 반복에 대한 내성이 높기 때문에, 상기 이리듐 착체를 포함하는 발광 소자의 구동 수명을 길게 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태에 따른 이리듐 착체는 발광 소자에 사용하기 적합한 재료이다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 이리듐 착체는 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 또는 그라비어 인쇄법 등에 의하여 퇴적할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 화합물은 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 일반식(G1), 일반식(G3), 일반식(G4), 및 일반식(G7)으로 나타내어지는 구조를 갖는 이리듐 착체의 합성 방법의 예에 대하여 설명한다. 이리듐 착체의 합성에는, 다양한 반응을 사용할 수 있다. 예를 들어, 아래에서 설명하는 합성 반응에 의하여 일반식(G1), 일반식(G3), 일반식(G4), 및 일반식(G7)으로 나타내어지는 이리듐 착체를 합성할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 이리듐 착체의 합성 방법은 아래의 합성 방법에 한정되지 않는다.
<일반식(G1)으로 나타내어지는 이리듐 착체의 합성 방법>
일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 갖는 이리듐 착체의 합성 방법의 예에 대하여 설명한다.
아래의 합성 스킴(a)에 나타낸 바와 같이, 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 갖는 이리듐 착체는, 일반식(G0)으로 나타내어지는 질소 함유 5원 고리 유도체를 할로젠을 포함하는 이리듐 금속 화합물(예를 들어, 염화 이리듐 수화물 또는 헥사클로로이리듐산 암모늄), 또는 이리듐 유기 금속 착체 화합물(예를 들어, 아세틸아세토네이토 착체 또는 다이에틸설파이드 착체)과 혼합한 후에 상기 혼합물을 가열함으로써 얻을 수 있다. 이 가열 공정은, 일반식(G0)으로 나타내어지는 질소 함유 5원 고리 유도체, 및 할로젠을 포함하는 이리듐 금속 화합물 또는 이리듐 유기 금속 착체 화합물을 알코올계 용매(예를 들어, 글리세롤, 에틸렌 글라이콜, 2-메톡시에탄올, 또는 2-에톡시에탄올)에 용해시킨 후에 수행하여도 좋다.
Figure pct00028
합성 스킴(a)에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 N 또는 C-R을 나타내고, R은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. Q1 및 Q2 중 적어도 한쪽은 C-R을 포함한다. Ar1, Ar2, 및 R로 나타내어지는 아릴기 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
또한, 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 갖는 이리듐 착체의 합성 방법은 합성 스킴(a)에 한정되지 않는다. 합성 스킴(a')에 나타낸 다른 예와 같이, Ar3 및 Ar4로 나타내어지는 아릴기 중 적어도 하나에 할로젠기가 결합된 배위자를 포함하는 이리듐 착체는, 사이아노기가 결합된 아릴보론산 화합물, 또는 사이안화 구리와 반응됨으로써, 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 갖는 이리듐 착체를 얻을 수 있다. 또한, Ar3 및 Ar4로 나타내어지는 아릴기 중 적어도 하나가 보론산, 보론산 에스터, 또는 환상 트라이올 보레이트염인 화합물을 배위자로서 포함하는 이리듐 착체는, 사이아노기가 결합된 할로젠화 아릴과 반응하여도 좋다.
Figure pct00029
합성 스킴(a')에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 N 또는 C-R을 나타내고, R은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. Q1 및 Q2 중 적어도 한쪽은 C-R을 포함한다. Ar1, Ar2, 및 R로 나타내어지는 아릴기 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
상술한 바와 같이, 일반식(G1)으로 나타내어지는 이리듐 착체를 합성할 수 있다.
<일반식(G3)으로 나타내어지는 이리듐 착체의 합성 방법>
다음으로, 일반식(G3)으로 나타내어지는 구조를 갖는 이리듐 착체의 합성 방법의 예에 대하여 설명한다.
<<1,2,4-트라이아졸 유도체의 합성 방법>>
먼저, 일반식(G0-X1)으로 나타내어지는 1,2,4-트라이아졸 유도체의 합성 방법의 예에 대하여 설명한다.
Figure pct00030
일반식(G0-X1)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고; R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고; R5는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; Ar1과 R1 내지 R5로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
합성 스킴(b)에 나타낸 바와 같이, 하이드라자이드 화합물(A1)을 싸이오에터 화합물 또는 N-치환된 싸이오아마이드 화합물(A2)과 반응시킴으로써, 일반식(G0-X1)으로 나타내어지는 1,2,4-트라이아졸 유도체를 얻을 수 있다. 합성 스킴(b)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고; R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; R5는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; Ar1과 R1 내지 R5로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
Figure pct00031
또한, 일반식(G0-X1)으로 나타내어지는 1,2,4-트라이아졸 유도체의 합성 방법은 합성 스킴(b)에 한정되지 않는다. 다른 합성 방법의 예로서는, 합성 스킴(b')에 나타낸 바와 같이, 다이하이드라자이드 화합물(A1')을 일차 아민 화합물(A2')과 반응시키는 방법이 있다. 합성 스킴(b')에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고; R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고; R5는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; Ar1과 R1 내지 R5로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
Figure pct00032
상술한 바와 같이, 일반식(G0-X1)으로 나타내어지는 1,2,4-트라이아졸 유도체는 간단한 합성 스킴에 의하여 합성할 수 있다.
그리고, 합성 스킴(a)과 비슷한 합성 방법에 의하여, 일반식(G0-X1)으로 나타내어지는 1,2,4-트라이아졸 유도체를, 할로젠을 포함하는 이리듐 금속 화합물(예를 들어, 염화 이리듐 수화물 또는 헥사클로로이리듐산 암모늄), 또는 이리듐 유기 금속 착체 화합물(예를 들어, 아세틸아세토네이토 착체 또는 다이에틸설파이드 착체)과 혼합시키고, 그 후에 상기 혼합물을 가열하면, 일반식(G3)으로 나타내어지는 구조를 갖는 이리듐 착체를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 일반식(G3)으로 나타내어지는 이리듐 착체를 합성할 수 있다.
본 발명의 일 형태에서는, 일반식(G3)으로 나타내어지는 이리듐 착체인, 1,2,4-트라이아졸 유도체를 배위자로서 포함하는 오쏘 금속 착체를 얻기 위하여, 일반식(G0-X1)으로 나타내어지는 1,2,4-트라이아졸 유도체의 5위치(즉, R5)에 치환기가 결합되어도 좋다. 특히, R5로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 사용하면, R5로서 수소를 사용한 경우에 비하여 합성 스킴(a)에서의 수율을 높일 수 있어 바람직하다.
<일반식(G4)으로 나타내어지는 이리듐 착체의 합성 방법>
다음으로, 일반식(G4)으로 나타내어지는 구조를 갖는 이리듐 착체의 합성 방법의 예에 대하여 설명한다.
<<이미다졸 유도체의 합성 방법>>
먼저, 일반식(G0-X2)으로 나타내어지는 이미다졸 유도체의 합성 방법의 예에 대하여 설명한다.
Figure pct00033
일반식(G0-X2)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고; R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 것을 나타내고; Ar1과 R1 내지 R4로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
합성 스킴(c)에 나타낸 바와 같이, 먼저 N-(2-클로로에틸)벤즈아마이드 화합물(B1)을 클로로화제(chloro agent)와 반응시키고, 그 후에 일차 아민 화합물(B2)과 반응시킴으로써, 중간체(B3)를 얻을 수 있다. 클로로화제의 예에는 오염화 인 및 염화 포스포릴이 포함된다. 그리고, 중간체(B3)를 탈수소화제와 반응시킴으로써, 일반식(G0-X2)으로 나타내어지는 이미다졸 유도체를 얻을 수 있다. 탈수소화제의 예에는, 과망가니즈산 포타슘 및 벤조퀴논 유도체가 포함된다. 합성 스킴(c)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고; R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; Ar1과 R1 내지 R4로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
Figure pct00034
또한, 일반식(G0-X2)으로 나타내어지는 이미다졸 유도체의 합성 방법은 합성 스킴(c)에 한정되지 않는다. 합성 스킴(c')에 나타낸 다른 예와 같이, 먼저, 싸이오에터 화합물 또는 이미노 클로라이드 화합물(B1')을 아미노아세트알데하이드 다이메틸 아세탈과 반응시키고, 그 후에 무기산을 첨가한다. 무기산의 예에는 인산 및 염산이 포함된다. 합성 스킴(c')에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고; R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; Ar1과 R1 내지 R4로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
Figure pct00035
다음으로, 일반식(G0-X3)으로 나타내어지는 이미다졸 유도체의 합성예에 대하여 설명한다.
Figure pct00036
일반식(G0-X3)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고; R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; Ar1과 R1 내지 R6으로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R6 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
합성 스킴(c'')에 나타낸 바와 같이, β-다이케톤 화합물(B1''), 일차 아민 화합물(B2), 및 벤즈알데하이드 화합물(B3'')을 혼합하여 반응시킨다. 합성 스킴(c'')에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고; R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; Ar1과 R1 내지 R4로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
Figure pct00037
상술한 바와 같이, 일반식(G0-X3)으로 나타내어지는 이미다졸 유도체는 간단한 합성 스킴에 의하여 합성할 수 있다.
그리고, 합성 스킴(a)과 비슷한 합성 방법에 의하여, 일반식(G0-X3)으로 나타내어지는 이미다졸 유도체를, 할로젠을 포함하는 이리듐 금속 화합물(예를 들어, 염화 이리듐 수화물 또는 헥사클로로이리듐산 암모늄), 또는 이리듐 유기 금속 착체 화합물(예를 들어, 아세틸아세토네이토 착체 또는 다이에틸설파이드 착체)과 혼합시키고, 그 후에 상기 혼합물을 가열하면, 일반식(G4)으로 나타내어지는 구조를 갖는 이리듐 착체를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 일반식(G4)으로 나타내어지는 이리듐 착체를 합성할 수 있다.
<일반식(G7)으로 나타내어지는 이리듐 착체의 합성 방법>
다음으로, 일반식(G7)으로 나타내어지는 구조를 갖는 이리듐 착체의 합성 방법의 예에 대하여 설명한다.
<<1H-1,2,4-트라이아졸 유도체의 합성 방법>>
먼저, 일반식(G0-X4)으로 나타내어지는 1H-1,2,4-트라이아졸 유도체의 합성 방법의 예에 대하여 설명한다.
Figure pct00038
일반식(G0-X4)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고; R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; R6은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; Ar1과 R1 내지 R4와 R6으로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
합성 스킴(d)에 나타낸 바와 같이, 아실아미딘 화합물(C1)을 하이드라진 화합물(C2)과 반응시킴으로써, 1H-1,2,4-트라이아졸 유도체를 얻을 수 있다. 또한, 식 중 Z는 알콕시기, 알킬싸이오기, 아미노기, 또는 사이아노기 등, 폐환 반응(ring closure reaction)을 통하여 이탈되는 기(이탈기)를 나타낸다. 합성 스킴(d)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고; R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고; R6은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고, Ar1과 R1 내지 R4와 R6으로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
Figure pct00039
또한, 1H-1,2,4-트라이아졸 유도체의 합성 방법은 합성 스킴(d)에 한정되지 않는다. 상술한 바와 같이, 일반식(G0-X4)으로 나타내어지는 1H-1,2,4-트라이아졸 유도체는 간단한 합성 스킴에 의하여 합성할 수 있다.
그리고, 합성 스킴(a)과 비슷한 합성 방법에 의하여, 일반식(G0-X4)으로 나타내어지는 1H-1,2,4-트라이아졸 유도체를, 할로젠을 포함하는 이리듐 금속 화합물(예를 들어, 염화 이리듐 수화물 또는 헥사클로로이리듐산 암모늄), 또는 이리듐 유기 금속 착체 화합물(예를 들어, 아세틸아세토네이토 착체 또는 다이에틸설파이드 착체)과 혼합시키고, 그 후에 상기 혼합물을 가열하면, 일반식(G7)으로 나타내어지는 구조를 갖는 이리듐 착체를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 화합물은 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 실시형태 2에서 설명한 이리듐 착체를 포함하는 발광 소자의 구조예에 대하여 도 3의 (A) 및 (B)를 참조하여 아래에서 설명한다.
<발광 소자의 구조예>
도 3의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자(152)의 단면 모식도이다.
발광 소자(152)는 한 쌍의 전극 사이에 EL층(100)을 포함하고, EL층(100)의 어느 층은 실시형태 2에서 설명한 이리듐 착체를 포함한다.
EL층(100)은 적어도 발광층(140)을 포함한다. EL층(100)은 발광층(140)에 더하여, 실시형태 1에서 설명한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 포함할 수 있다. EL층(100)의 적층 구조는 이에 한정되지 않는다.
실시형태 1에서 설명한 재료는, 본 실시형태에서의 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)), 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)에 사용할 수 있다.
도 3의 (B)는 발광 소자(152)에 포함되는 발광층(140)의 예를 도시한 단면 모식도이다. 발광층(140)은 호스트 재료(141) 및 게스트 재료(142)를 포함한다. 실시형태 1에서 설명한 호스트 재료(131)의 재료를 호스트 재료(141)에 사용할 수 있다. 즉, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물(131_1) 및 유기 화합물(131_2)을 각각 호스트 재료(141)에 포함되는 유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2)로서 사용할 수 있다.
실시형태 2에서 설명한 이리듐 착체는 HOMO 준위 및 LUMO 준위가 비교적 낮기 때문에, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 게스트 재료로서 적합하게 사용된다. 따라서, 실시형태 2에서 설명한 이리듐 착체를 발광 소자(152)의 게스트 재료(142)로서 사용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다. 또한, 상기 이리듐 착체는 삼중항 여기 에너지 준위가 높기 때문에, 발광 효율이 높은 청색 발광 소자를 제작할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 구조에 의하여, 발광 효율이 높고, 청색 파장 영역에 발광 스펙트럼 피크를 갖는 발광 소자를 제공할 수 있다. 상기 이리듐 착체는, 산화 및 환원의 반복에 대한 내성이 높기 때문에, 구동 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 2의 (A) 및 (B)에 나타낸 발광 기구와 같이, 게스트 재료(142)의 HOMO 준위는 유기 화합물(141_2)의 HOMO 준위보다 낮고, 게스트 재료(142)의 LUMO 준위는 유기 화합물(141_1)의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 실시형태 2에서 설명한 이리듐 착체는 HOMO 준위 및 LUMO 준위가 비교적 낮기 때문에, 상술한 구조를 갖는 게스트 재료로서 적합하게 사용할 수 있다. 게스트 재료(142)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이가, 유기 화합물(141_1)의 LUMO 준위와 유기 화합물(141_2)의 HOMO 준위의 에너지 차이보다 커지도록, 유기 화합물(141_1), 유기 화합물(141_2), 및 게스트 재료(142)의 재료를 선택한다. 실시형태 2에서 설명한 이리듐 착체를 게스트 재료(142)로서 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써, 게스트 재료(142) 및 유기 화합물(141_1) 또는 유기 화합물(141_2)에 의한 엑시플렉스의 형성이 억제될 수 있기 때문에, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다.
실시형태 2에서 설명한 이리듐 착체는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키는 기능을 갖는다. 이러한 이유로, 상기 이리듐 착체는 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이보다 에너지가 작은 광을 방출할 수 있다. 따라서, 상기 이리듐 착체의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이가 유기 화합물(141_1)의 LUMO 준위와 유기 화합물(141_2)의 HOMO 준위의 에너지 차이보다 큰 경우에도, 상기 이리듐 착체의 발광 에너지 또는 흡수 에너지가 유기 화합물(141_1)의 LUMO 준위와 유기 화합물(141_2)의 HOMO 준위의 에너지 차이보다 작기만 하면, 유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2)에 의하여 형성된 엑시플렉스로부터 상기 이리듐 착체로의 여기 에너지의 이동이 가능하고, 발광을 상기 이리듐 착체로부터 얻을 수 있다.
게스트 재료(142)의 산화 전위는 유기 화합물(141_2)의 산화 전위보다 높고, 게스트 재료(142)의 환원 전위는 유기 화합물(141_1)의 환원 전위보다 낮은 것이 바람직하다. 실시형태 2에서 설명한 이리듐 착체는 산화 전위 및 환원 전위가 비교적 높기 때문에, 상술한 구조를 갖는 게스트 재료로서 적합하게 사용할 수 있다. 이러한 구조로 함으로써, 게스트 재료(142) 및 유기 화합물(141_1) 또는 유기 화합물(141_2)에 의한 엑시플렉스의 형성이 억제될 수 있기 때문에, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다. 또한, 산화 전위 및 환원 전위는 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 측정할 수 있다.
발광층(140)은 2층 이상의 층이 적층된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측에서부터 이 순서대로 적층하여 발광층(140)을 형성하는 경우, 제 1 발광층은 정공 수송성을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성하고, 제 2 발광층은 전자 수송성을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성한다. 제 1 발광층에 포함되는 발광 재료가 제 2 발광층에 포함되는 발광 재료와 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한, 이 재료는 같은 색의 광 또는 다른 색의 광을 방출하는 기능을 가져도 좋다. 다른 색의 광을 방출하는 기능을 갖는 2종류의 발광 재료를 2개의 발광층에 사용하면, 복수의 발광 색의 광을 동시에 얻을 수 있다. 특히, 2개의 발광층으로부터의 발광을 조합함으로써 백색 광을 얻을 수 있도록, 발광층의 발광 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
발광층(140)은 호스트 재료(141) 및 게스트 재료(142) 외의 재료를 포함하여도 좋다.
또한, 발광층(140)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 또는 그라비어 인쇄 등에 의하여 형성할 수 있다. 상술한 재료 외에, 퀀텀닷 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(예를 들어, 올리고머, 덴드리머, 및 폴리머)을 사용하여도 좋다.
본 실시형태에서 설명한 발광 소자(152)의 다른 구조에는, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자(150)의 구조를 참조할 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 실시형태 1 및 실시형태 4에서 설명한 구조와 다른 구조를 갖는 발광 소자에 대하여 아래에서 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4에서, 도 1의 (A)의 부분과 비슷한 기능을 갖는 부분은 도 1의 (A)에서와 같은 해치 패턴으로 표시하고, 특별히 부호로 표시하지 않는 경우가 있다. 또한, 비슷한 기능을 갖는 부분에는 공통된 부호를 사용하고, 그 부분에 대한 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 4는 발광 소자(250)의 단면 모식도이다.
도 4에 도시된 발광 소자(250)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이에 복수의 발광 유닛(도 4에서는 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108))을 포함한다. 발광 유닛들 중 하나는 도 1의 (A) 및 (B) 또는 도 3의 (A) 및 (B)에 도시된 EL층(100)과 같은 구조를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 도 1의 (A) 및 (B)의 발광 소자(150) 및 도 3의 (A) 및 (B)의 발광 소자(152)는 각각 하나의 발광 유닛을 포함하고, 발광 소자(250)는 복수의 발광 유닛을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 발광 소자(250)에 대한 이후의 설명에 있어서, 전극(101)은 양극으로서 기능하고 전극(102)은 음극으로서 기능하지만, 발광 소자(250)에서 상기 기능은 교환되어도 좋다.
도 4에 도시된 발광 소자(250)에서는, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)이 적층되어 있고, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에 전하 발생층(115)이 제공되어 있다. 또한, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)은 같은 구조를 가져도 좋고 다른 구조를 가져도 좋다. 예를 들어, 발광 유닛(108)에 도 1의 (A) 및 (B) 또는 도 3의 (A) 및 (B)에 도시된 EL층(100)을 사용하는 것이 바람직하다.
발광 소자(250)는 발광층(170) 및 발광층(180)을 포함한다. 발광 유닛(106)은 발광층(170)에 더하여, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(113), 및 전자 주입층(114)을 포함한다. 발광 유닛(108)은 발광층(180)에 더하여, 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 포함한다.
전하 발생층(115)은, 정공 수송 재료에 전자 수용체인 억셉터 물질이 첨가된 구조를 가져도 좋고, 전자 수송 재료에 전자 공여체인 도너 물질이 첨가된 구조를 가져도 좋다. 또는, 이들 양쪽의 구조가 적층되어도 좋다.
전하 발생층(115)이 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 경우, 상기 복합 재료에는, 실시형태 1에서 설명한 정공 주입층(111)에 사용할 수 있는 복합 재료를 사용할 수 있다. 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 화합물, 방향족 탄화수소, 및 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 또는 폴리머 등) 등 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 유기 화합물로서는, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이기만 하면, 다른 임의의 재료를 사용하여도 좋다. 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료는 캐리어 주입성 및 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동 및 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한, 발광 유닛(108)과 같이, 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(115)에 접촉하는 경우에는, 전하 발생층(115)이 상기 발광 유닛의 정공 주입층 또는 정공 수송층으로서도 기능할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛에 정공 주입층 또는 정공 수송층이 포함되지 않아도 된다.
전하 발생층(115)은, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 다른 재료를 포함하는 층의 적층 구조를 가져도 좋다. 예를 들어, 전하 발생층(115)은, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 전자 공여성 물질 중에서 선택된 하나의 화합물 및 전자 수송성이 높은 화합물을 포함하는 층을 조합함으로써 형성되어도 좋다. 또한, 전하 발생층(115)은, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 투명 도전 재료를 포함하는 층을 조합함으로써 형성되어도 좋다.
발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에 제공되는 전하 발생층(115)은, 전극(101)과 전극(102) 사이에 전압을 인가하였을 때에, 한쪽의 발광 유닛에 전자가 주입되고, 다른 쪽 발광 유닛에 정공이 주입될 수 있기만 하면, 어떤 구조를 가져도 좋다. 예를 들어, 도 4에서, 전극(101)의 전위가 전극(102)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가하였을 때, 전하 발생층(115)은 발광 유닛(106)에 전자를 주입하고, 발광 유닛(108)에 정공을 주입한다.
또한, 광 추출 효율의 면에서, 전하 발생층(115)은 가시광 투광성(구체적으로는, 40% 이상의 가시광 투광성)을 갖는 것이 바람직하다. 전하 발생층(115)은, 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))보다 도전율이 낮더라도 기능한다.
또한, 상술한 재료 중 임의의 것을 사용하여 전하 발생층(115)을 형성함으로써, 발광층의 적층에 의하여 일어나는 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 대하여 도 4를 참조하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛이 적층된 발광 소자에 비슷한 구조를 적용할 수 있다. 발광 소자(250)에서와 같이, 한 쌍의 전극 사이에서 복수의 발광 유닛이 전하 발생층에 의하여 분할됨으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 높은 휘도로 광을 방출할 수 있고, 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다.
복수의 유닛 중 적어도 하나에 실시형태 1 및 실시형태 4에서 설명한 구조를 사용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 상술한 각 구조에서, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 사용되는 게스트 재료(발광 재료)는 같아도 좋고 달라도 좋다. 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 같은 색의 광을 방출하는 같은 게스트 재료를 사용하는 경우, 발광 소자(250)는 적은 전류값으로 높은 발광 휘도를 나타낼 수 있기 때문에 바람직하다. 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 다른 색의 광을 방출하는 게스트 재료를 사용하는 경우, 발광 소자(250)는 다색 발광을 나타낼 수 있기 때문에 바람직하다. 이러한 경우에는, 발광층(170) 및 발광층(180) 중 한쪽 또는 이들 양쪽에 발광 파장이 다른 복수의 발광성 물질을 사용함으로써, 발광 피크가 다른 광이 발광 소자(250)로부터의 발광과 합성된다. 즉, 발광 소자(250)의 발광 스펙트럼은 적어도 2개의 피크를 갖는다.
상술한 구조는 백색 발광을 얻기 위해서도 적합하다. 발광층(170) 및 발광층(180)이 보색의 광을 방출하는 경우, 백색 발광을 얻을 수 있다. 특히, 연색성이 높은 백색 발광, 또는 적어도 적색, 녹색, 및 청색의 발광을 얻을 수 있도록 게스트 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
발광층(170) 및 발광층(180) 중 한쪽 또는 이들 양쪽을 층들로 분할하고, 상기 분할한 층 각각이 다른 발광 재료를 포함하여도 좋다. 즉, 발광층(170) 및 발광층(180) 중 한쪽 또는 이들 양쪽이 2개 이상의 층으로 이루어져도 좋다. 예를 들어, 제 1 발광층 및 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 이 순서대로 적층하여 발광층을 형성하는 경우, 제 1 발광층은 정공 수송성을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성하고, 제 2 발광층은 전자 수송성을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성한다. 이러한 경우에는, 제 1 발광층에 포함되는 발광 재료는 제 2 발광층에 포함되는 발광 재료와 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한, 상기 재료는 같은 색의 광 또는 다른 색의 광을 방출하는 기능을 가져도 좋다. 다른 색의 광을 방출하는 복수의 발광 재료를 사용함으로써, 3원색 또는 4가지 이상의 색으로 이루어지는 연색성이 높은 발광을 얻을 수 있다.
발광층(170 및 180)에 사용할 수 있는 재료로서는, 실시형태 1에서의 발광층(130) 및 실시형태 4에서의 발광층(140)에 사용할 수 있는 재료를 사용할 수 있다. 실시형태 2에서 설명한 이리듐 착체를 게스트 재료로서 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다.
또한, 발광 유닛(106 및 108) 및 전하 발생층(115)은, 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 또는 그라비어 인쇄 등에 의하여 형성할 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 실시형태 1, 실시형태 4, 및 실시형태 5에 기재된 것과는 다른 구조를 갖는 발광 소자의 예에 대하여 도 5의 (A) 및 (B), 도 6의 (A) 및 (B), 도 7의 (A) 내지 (C), 그리고 도 8의 (A) 및 (C)를 참조하여 아래에서 설명한다.
<발광 소자의 구조예 1>
도 5의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 각각 도시한 단면도이다. 도 5의 (A) 및 (B)에서, 도 1의 (A)의 부분과 비슷한 기능을 갖는 부분은 도 1의 (A)에서와 같은 해치 패턴으로 표시하고, 특별히 부호로 표시하지 않는 경우가 있다. 또한, 비슷한 기능을 갖는 부분에는 공통된 부호를 사용하고, 그 부분에 대한 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 5의 (A) 및 (B)의 발광 소자(260a 및 260b)는 기판(200)을 통하여 광이 추출되는 보텀 이미션 구조를 가져도 좋고, 발광 소자로부터 방출되는 광이 기판(200)과는 반대의 방향으로 추출되는 톱 이미션 구조를 가져도 좋다. 그러나, 본 발명의 일 형태는 이 구조에 한정되지 않고, 발광 소자로부터 방출되는 광이 기판(200)의 상하 양쪽의 방향으로 추출되는 듀얼 이미션 구조를 갖는 발광 소자를 사용하여도 좋다.
발광 소자들(260a 및 260b)의 각각이 보텀 이미션 구조를 갖는 경우, 전극(101)은 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하고, 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또는, 발광 소자들(260a 및 260b)의 각각이 톱 이미션 구조를 갖는 경우, 전극(101)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하고, 전극(102)은 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
발광 소자들(260a 및 260b)의 각각은 기판(200) 위에 전극(101) 및 전극(102)을 포함한다. 전극들(101 및 102) 사이에는, 발광층(123B), 발광층(123G), 및 발광층(123R)이 제공된다. 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)도 제공된다.
발광 소자(260b)는 도전층(101a), 도전층(101a) 위의 도전층(101b), 및 도전층(101a) 아래의 도전층(101c)을 전극(101)의 일부로서 포함한다. 바꿔 말하면 발광 소자(260b)는, 도전층(101a)이 도전층(101b)과 도전층(101c) 사이에 끼워진 구조를 갖는 전극(101)을 포함한다.
발광 소자(260b)에 있어서 도전층(101b) 및 도전층(101c)은 상이한 재료로 형성되어도 좋고, 같은 재료로 형성되어도 좋다. 전극(101)이 같은 도전 재료로 형성된 층들에 도전층(101a)이 끼워진 구조를 가지면, 전극(101)의 형성 공정에서의 에칭에 의한 패터닝을 용이하게 수행할 수 있으므로 바람직하다.
발광 소자(260b)에 있어서 전극(101)은 도전층(101b) 및 도전층(101c) 중 하나를 포함하여도 좋다.
전극(101)에 포함되는 도전층들(101a, 101b, 및 101c)의 각각에는 실시형태 1에 기재된 전극(101 또는 102)의 구조 및 재료를 사용할 수 있다.
도 5의 (A) 및 (B)에서는 전극(101)과 전극(102) 사이에 끼워진 영역(221B), 영역(221G), 및 영역(221R) 사이에 격벽(145)이 제공되어 있다. 격벽(145)은 절연성을 갖는다. 격벽(145)은 전극(101)의 단부를 덮고, 상기 전극과 중첩되는 개구를 갖는다. 격벽(145)에 의하여, 상기 영역에서 기판(200) 위에 제공된 전극(101)을 섬 형상으로 분할할 수 있다.
또한, 발광층(123B)과 발광층(123G)은 격벽(145)과 중첩되는 영역에 있어서 서로 중첩되어도 좋다. 발광층(123G)과 발광층(123R)은 격벽(145)과 중첩되는 영역에 있어서 서로 중첩되어도 좋다. 발광층(123R)과 발광층(123B)은 격벽(145)과 중첩되는 영역에 있어서 서로 중첩되어도 좋다.
격벽(145)은 절연성을 가지며 무기 또는 유기 재료를 사용하여 형성된다. 무기 재료의 예에는 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 및 질화 알루미늄이 포함된다. 유기 재료의 예에는 아크릴 수지 및 폴리이미드 수지 등의 감광성 수지 재료가 포함된다.
또한, 산화 질화 실리콘막이란, 질소의 비율보다 산소의 비율이 높은 막을 말한다. 산화 질화 실리콘막은 산소, 질소, 실리콘, 및 수소를 각각, 55atomic% 내지 65atomic%, 1atomic% 내지 20atomic%, 25atomic% 내지 35atomic%, 및 0.1atomic% 내지 10atomic%의 범위로 포함하는 것이 바람직하다. 질화 산화 실리콘막이란, 산소의 비율보다 질소의 비율이 높은 막을 말한다. 질화 산화 실리콘막은 질소, 산소, 실리콘, 및 수소를 각각, 55atomic% 내지 65atomic%, 1atomic% 내지 20atomic%, 25atomic% 내지 35atomic%, 및 0.1atomic% 내지 10atomic%의 범위로 포함하는 것이 바람직하다.
발광층(123R, 123G, 및 123B)은 상이한 색의 광을 방출하는 기능을 갖는 발광 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발광층(123R)이 적색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 포함하는 경우, 영역(221R)은 적색광을 방출한다. 발광층(123G)이 녹색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 포함하는 경우, 영역(221G)은 녹색광을 방출한다. 발광층(123B)이 청색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 포함하는 경우, 영역(221B)은 청색광을 방출한다. 이러한 구조를 갖는 발광 소자(260a 또는 260b)를 표시 장치의 화소에 사용함으로써, 풀컬러의 표시 장치를 제작할 수 있다. 발광층들의 두께는 같아도 좋고 상이하여도 좋다.
발광층(123B), 발광층(123G), 및 발광층(123R) 중 하나 이상이 실시형태 1에서 설명한 발광층(130)의 구조 및 실시형태 4에서 설명한 발광층(140)의 구조 중 적어도 하나를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 발광층(123B), 발광층(123G), 및 발광층(123R) 중 하나 이상이 실시형태 2에서 설명한 이리듐 착체를 발광 재료로서 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에는, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다.
발광층들(123B, 123G, 및 123R) 중 하나 이상이, 적층된 2개 이상의 층을 포함하여도 좋다.
상술한 바와 같이 적어도 하나의 발광층이 실시형태 1 및 실시형태 4에서 설명한 발광층 또는 실시형태 2에서 설명한 발광 재료를 포함하고, 상기 발광층을 포함하는 발광 소자(260a 또는 260b)를 표시 장치의 화소에 사용하면, 발광 효율이 높은 표시 장치를 제작할 수 있다. 이로써, 발광 소자(260a 또는 260b)를 포함하는 표시 장치는 소비전력이 저감될 수 있다.
광이 추출되는 전극의 광 추출 측에 광학 소자(예를 들어, 컬러 필터, 편광판, 및 반사 방지막)를 제공함으로써, 발광 소자들(260a 및 260b) 각각의 색 순도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 발광 소자(260a 또는 260b)를 포함하는 표시 장치의 색 순도를 향상시킬 수 있다. 또는, 발광 소자들(260a 및 260b) 각각에 의한 외광의 반사를 저감할 수 있다. 그러므로, 발광 소자(260a 또는 260b)를 포함하는 표시 장치의 콘트라스트비를 향상시킬 수 있다.
발광 소자(260a 및 260b)의 다른 구성 요소에 대해서는, 실시형태 1, 실시형태 4, 또는 실시형태 5의 발광 소자의 구성 요소를 참조할 수 있다.
<발광 소자의 구조예 2>
다음으로, 도 5의 (A) 및 (B)에 도시된 발광 소자와는 다른 구조예에 대하여 도 6의 (A) 및 (B)를 참조하여 아래에서 설명한다.
도 6의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 단면도이다. 도 6의 (A) 및 (B)에서, 도 5의 (A) 및 (B)의 부분과 비슷한 기능을 갖는 부분은 도 5의 (A) 및 (B)에서와 같은 해치 패턴으로 표시하고, 특별히 부호로 표시하지 않는 경우가 있다. 또한, 비슷한 기능을 갖는 부분에는 공통된 부호를 사용하고, 그런 부분에 대한 자세한 설명을 반복하지 않는 경우가 있다.
도 6의 (A) 및 (B)는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 소자의 구조예를 도시한 것이다. 도 6의 (A)에 도시된 발광 소자(262a)는 기판(200)과는 반대의 방향으로 광이 추출되는 톱 이미션 구조를 갖고, 도 6의 (B)에 도시된 발광 소자(262b)는 기판(200) 측으로 광이 추출되는 보텀 이미션 구조를 갖는다. 그러나, 본 발명의 일 형태는 이들 구조에 한정되지 않고, 발광 소자로부터 방출되는 광이, 발광 소자가 형성되는 기판(200)에 대하여 상하 양쪽의 방향으로 추출되는 듀얼 이미션 구조를 가져도 좋다.
발광 소자들(262a 및 262b)의 각각은 기판(200) 위에 전극(101), 전극(102), 전극(103), 및 전극(104)을 포함한다. 전극(101)과 전극(102) 사이, 전극(102)과 전극(103) 사이, 그리고 전극(102)과 전극(104) 사이에는, 적어도 발광층(170), 발광층(190), 및 전하 발생층(115)이 제공된다. 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(113), 전자 주입층(114), 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)이 더 제공된다.
전극(101)은 도전층(101a), 및 도전층(101a) 위에 있고 도전층(101a)과 접촉되는 도전층(101b)을 포함한다. 전극(103)은 도전층(103a), 및 도전층(103a) 위에 있고 도전층(103a)과 접촉되는 도전층(103b)을 포함한다. 전극(104)은 도전층(104a), 및 도전층(104a) 위에 있고 도전층(104a)과 접촉되는 도전층(104b)을 포함한다.
도 6의 (A)에 도시된 발광 소자(262a) 및 도 6의 (B)에 도시된 발광 소자(262b)의 각각은, 전극(101)과 전극(102) 사이에 끼워진 영역(222B)과, 전극(102)과 전극(103) 사이에 끼워진 영역(222G)과, 전극(102)과 전극(104) 사이에 끼워진 영역(222R) 사이에, 격벽(145)을 포함한다. 격벽(145)은 절연성을 갖는다. 격벽(145)은 전극(101, 103, 및 104)의 단부를 덮고, 상기 전극과 중첩되는 개구를 갖는다. 격벽(145)에 의하여, 상기 영역에서 기판(200) 위에 제공된 전극을 섬 형상으로 분리할 수 있다.
전하 발생층(115)은, 정공 수송 재료에 전자 수용체(억셉터)가 첨가되어 얻어지는 재료, 또는 전자 수송 재료에 전자 공여체(도너)가 첨가되어 얻어지는 재료로 형성될 수 있다. 또한, 전하 발생층(115)의 도전율이 한 쌍의 전극과 같은 정도로 높은 경우, 전하 발생층(115)에서 발생된 캐리어가 인접한 화소로 이동하여, 상기 화소에서 발광이 일어나는 경우가 있다. 인접한 화소로부터의 이러한 그릇된 발광을 방지하기 위하여, 전하 발생층(115)을 한 쌍의 전극보다 도전율이 낮은 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
발광 소자들(262a 및 262b)의 각각은 영역(222B)으로부터 방출되는 광, 영역(222G)으로부터 방출되는 광, 및 영역(222R)으로부터 방출되는 광이 추출되는 방향으로 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)가 제공된 기판(220)을 포함한다. 각 영역으로부터 방출되는 광은 각 광학 소자를 통하여 발광 소자 외부로 방출된다. 바꿔 말하면, 영역(222B)으로부터의 광, 영역(222G)으로부터의 광, 및 영역(222R)으로부터의 광은 각각, 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)를 통하여 방출된다.
광학 소자들(224B, 224G, 및 224R)의 각각은 입사광으로부터 특정의 색의 광을 선택적으로 투과시키는 기능을 갖는다. 예를 들어, 광학 소자(224B)를 통하여 영역(222B)으로부터 방출되는 광은 청색광이고, 광학 소자(224G)를 통하여 영역(222G)으로부터 방출되는 광은 녹색광이고, 광학 소자(224R)를 통하여 영역(222R)으로부터 방출되는 광은 적색광이다.
예를 들어, 광학 소자(224R, 224G, 및 224B)에는 착색층(컬러 필터라고도 함), 밴드 패스 필터, 또는 다층 필터 등을 사용할 수 있다. 또는, 광학 소자로서 색 변환 소자를 사용할 수 있다. 색 변환 소자는 입사광을, 입사광보다 파장이 긴 광으로 변환하는 광학 소자이다. 색 변환 소자로서는 퀀텀닷 소자를 적합하게 사용할 수 있다. 퀀텀닷형을 사용함으로써 표시 장치의 색재현성을 높일 수 있다.
각 광학 소자(224R, 224G, 및 224B) 위에 하나 이상의 광학 소자를 적층하여도 좋다. 다른 광학 소자로서는, 예를 들어 원편광판 또는 반사 방지막 등을 제공할 수 있다. 표시 장치의 발광 소자로부터 방출되는 광이 추출되는 측에 원편광판을 제공하면, 표시 장치 외부로부터 들어오는 광이 표시 장치의 내부에서 반사되어 외부로 되돌아가는 현상을 방지할 수 있다. 반사 방지막은 표시 장치의 표면으로 반사되는 외광을 약하게 할 수 있다. 이에 의하여 표시 장치로부터 방출되는 광을 선명하게 관찰할 수 있게 된다.
또한, 도 6의 (A) 및 (B)에서는 광학 소자를 통하여 영역으로부터 방출되는 청색광(B), 녹색광(G), 및 적색광(R)을 파선의 화살표로 모식적으로 나타내었다.
광학 소자들 사이에는 차광층(223)이 제공된다. 차광층(223)은 인접한 영역들로부터 방출되는 광을 차단하는 기능을 갖는다. 또한, 차광층(223)이 없는 구조를 채용하여도 좋다.
차광층(223)은 외광의 반사를 저감하는 기능을 갖는다. 차광층(223)은 인접한 발광 소자로부터 방출되는 광이 섞이는 것을 방지하는 기능을 갖는다. 차광층(223)으로서는, 금속, 흑색 안료를 함유하는 수지, 카본 블랙, 금속 산화물, 또는 복수의 금속 산화물의 고용체를 포함하는 복합 산화물 등을 사용할 수 있다.
또한, 광학 소자(224B)와 광학 소자(224G)는 차광층(223)과 중첩되는 영역에 있어서 서로 중첩되어도 좋다. 또한, 광학 소자(224G)와 광학 소자(224R)는 차광층(223)과 중첩되는 영역에 있어서 서로 중첩되어도 좋다. 또한, 광학 소자(224R)와 광학 소자(224B)는 차광층(223)과 중첩되는 영역에 있어서 서로 중첩되어도 좋다.
기판(200) 및 광학 소자가 제공되는 기판(220)의 구조로서, 실시형태 1을 참조할 수 있다.
또한, 발광 소자(262a 및 262b)는 마이크로캐비티 구조를 갖는다.
<<마이크로캐비티 구조>>
발광층(170) 및 발광층(190)으로부터 방출되는 광은 한 쌍의 전극(예를 들어, 전극(101) 및 전극(102)) 사이에서 공진된다. 발광층(170) 및 발광층(190)은 방출되는 광 중 원하는 파장의 광이 강화되는 위치에 형성된다. 예를 들어, 전극(101)의 반사 영역에서 발광층(170)의 발광 영역까지의 광로의 길이 및 전극(102)의 반사 영역에서 발광층(170)의 발광 영역까지의 광로의 길이를 조정함으로써, 발광층(170)으로부터 방출되는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 전극(101)의 반사 영역에서 발광층(190)의 발광 영역까지의 광로의 길이 및 전극(102)의 반사 영역에서 발광층(190)의 발광 영역까지의 광로의 길이를 조정함으로써, 발광층(190)으로부터 방출되는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 복수의 발광층(여기서는, 발광층(170 및 190))이 적층된 발광 소자의 경우, 발광층(170 및 190)의 광로의 길이를 최적화하는 것이 바람직하다.
발광 소자들(262a 및 262b)의 각각에서 각 영역에서의 도전층(도전층(101b), 도전층(103b), 및 도전층(104b))의 두께를 조정함으로써, 발광층(170 및 190)으로부터 방출되는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 또한, 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112) 중 적어도 하나의 두께를 영역들 간에서 상이하게 하여 발광층(170 및 190)으로부터 방출되는 광을 강화시켜도 좋다.
예를 들어, 전극(101 내지 104)의 광을 반사하는 기능을 갖는 도전 재료의 굴절률이 발광층(170 또는 190)의 굴절률보다 낮은 경우, 전극(101)의 도전층(101b)의 두께를 조정하여 전극(101)과 전극(102) 사이의 광로의 길이가 m BλB/2(m B는 자연수이고 λB는 영역(222B)에서 강화되는 광의 파장임)가 되도록 한다. 마찬가지로, 전극(103)의 도전층(103b)의 두께를 조정하여 전극(103)과 전극(102) 사이의 광로의 길이가 m GλG/2(m G는 자연수이고 λG는 영역(222G)에서 강화되는 광의 파장임)가 되도록 한다. 또한, 전극(104)의 도전층(104b)의 두께를 조정하여 전극(104)과 전극(102) 사이의 광로의 길이가 m RλR/2(m R은 자연수이고 λR은 영역(222R)에서 강화되는 광의 파장임)가 되도록 한다.
전극(101 내지 104)의 반사 영역을 정확히 결정하기 어려운 경우에는, 전극(101 내지 104)의 소정의 영역이 반사 영역인 것으로 가정하여, 발광층(170) 또는 발광층(190)으로부터 방출되는 광의 강도를 높이는 광로의 길이를 도출하여도 좋다. 발광층(170) 및 발광층(190)의 발광 영역을 정확히 결정하기 어려운 경우에는, 발광층(170) 및 발광층(190)의 소정의 영역이 발광 영역인 것으로 가정하여, 발광층(170) 또는 발광층(190)으로부터 방출되는 광의 강도를 높이는 광로의 길이를 도출하여도 좋다.
상술한 식으로, 각 영역에서의 한 쌍의 전극 사이의 광로의 길이를 조정하는 마이크로캐비티 구조에 의하여, 전극 근방에서의 광의 산란 및 흡수를 억제할 수 있고, 이에 따라 광 추출 효율이 높아진다.
상술한 구조에서 도전층(101b, 103b, 및 104b)은 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 도전층들(101b, 103b, 및 104b)의 재료는 같아도 좋고 상이하여도 좋다. 전극(101), 전극(103), 및 전극(104)의 형성 공정에서의 에칭에 의한 패터닝을 쉽게 수행할 수 있기 때문에, 도전층(101b), 도전층(103b), 및 도전층(104b)에는 같은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 도전층들(101b, 103b, 및 104b)의 각각은 2층 이상의 적층 구조를 가져도 좋다.
도 6의 (A)에 도시된 발광 소자(262a)는 톱 이미션 구조를 갖기 때문에 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
도 6의 (B)에 도시된 발광 소자(262b)는 보텀 이미션 구조를 갖기 때문에 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a)은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
발광 소자들(262a 및 262b)의 각각에 있어서 도전층들(101a, 103a, 및 104a)은 상이한 재료로 형성되어도 좋고, 같은 재료로 형성되어도 좋다. 도전층들(101a, 103a, 및 104a)을 같은 재료로 형성하면, 발광 소자(262a 및 262b)의 제작 비용을 저감할 수 있다. 또한, 도전층들(101a, 103a, 및 104a)의 각각은 2개 이상의 층을 포함하는 적층 구조를 가져도 좋다.
발광 소자(262a 및 262b)에 포함되는 발광층(170 및 190) 중 적어도 하나에 실시형태 1 및 실시형태 4에서 설명한 구조 중 적어도 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 실시형태 2에서 설명한 이리듐 착체가 발광 재료로서 포함되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다.
발광층(170) 및 발광층(190) 중 한쪽 또는 이들 양쪽은, 예를 들어 발광층(190a 및 190b)과 같이 2층으로 이루어진 적층 구조를 가져도 좋다. 상이한 색의 광을 방출하는 2종류의 발광 재료(제 1 화합물 및 제 2 화합물)를 각각 포함하는 2개의 발광층에 의하여, 복수의 색의 발광이 구현된다. 발광층(170 및 190)으로부터의 발광을 조합하여 백색광을 얻을 수 있도록, 발광층의 발광 재료를 선택하는 것이 특히 바람직하다.
발광층(170) 및 발광층(190) 중 한쪽 또는 이들 양쪽은, 3층 이상으로 이루어지는 적층 구조를 가져도 좋고, 발광 재료를 포함하지 않는 층을 포함하여도 좋다.
상술한 식으로, 실시형태 1 및 실시형태 4에서 설명한 구조 중 적어도 하나를 갖는 발광층을 포함하는 발광 소자(262a 또는 262b)를 표시 장치의 화소에 사용함으로써, 발광 효율이 높은 표시 장치를 제작할 수 있다. 이에 따라, 발광 소자(262a 또는 262b)를 포함하는 표시 장치의 소비전력이 저감될 수 있다.
발광 소자(262a 및 262b)의 다른 구성 요소에 대해서는, 발광 소자(260a 또는 260b), 또는 실시형태 1, 실시형태 4, 또는 실시형태 5의 발광 소자의 구성 요소를 참조할 수 있다.
<발광 소자의 제작 방법>
다음으로, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 제작 방법에 대하여 도 7의 (A) 내지 (C) 및 도 8의 (A) 내지 (C)를 참조하여 아래에서 설명한다. 여기서는 도 6의 (A)에 도시된 발광 소자(262a)의 제작 방법에 대하여 설명한다.
도 7의 (A) 내지 (C) 및 도 8의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 제작 방법을 도시한 단면도이다.
아래에서 설명하는 발광 소자(262a)의 제작 방법은 제 1 내지 제 7 단계를 포함한다.
<<제 1 단계>>
제 1 단계에서는, 발광 소자의 전극들(구체적으로는, 전극(101)의 도전층(101a), 전극(103)의 도전층(103a), 및 전극(104)의 도전층(104a))을 기판(200) 위에 형성한다(도 7의 (A) 참조).
본 실시형태에서는 기판(200) 위에 광을 반사하는 기능을 갖는 도전층을 형성하고 원하는 형상으로 가공함으로써, 도전층(101a, 103a, 및 104a)을 형성한다. 광을 반사하는 기능을 갖는 도전층으로서는, 은, 팔라듐, 및 구리의 합금막(Ag-Pd-Cu막 또는 APC라고도 함)을 사용한다. 같은 도전층을 가공하는 단계를 거쳐 도전층(101a, 103a, 및 104a)을 형성하면, 제작 비용을 저감할 수 있으므로 바람직하다.
또한, 제 1 단계 전에, 기판(200) 위에 복수의 트랜지스터를 형성하여도 좋다. 복수의 트랜지스터는 도전층(101a, 103a, 및 104a)에 전기적으로 접속되어도 좋다.
<<제 2 단계>>
제 2 단계에서는, 전극(101)의 도전층(101a) 위에 광을 투과시키는 기능을 갖는 투명 도전층(101b)을 형성하고, 전극(103)의 도전층(103a) 위에 광을 투과시키는 기능을 갖는 투명 도전층(103b)을 형성하고, 전극(104)의 도전층(104a) 위에 광을 투과시키는 기능을 갖는 투명 도전층(104b)을 형성한다(도 7의 (B) 참조).
본 실시형태에서는, 광을 반사하는 기능을 각각 갖는 도전층들(101a, 103a, 및 104a) 위에 광을 투과시키는 기능을 각각 갖는 도전층들(101b, 103b, 및 104b)을 각각 형성함으로써, 전극(101), 전극(103), 및 전극(104)을 형성한다. 도전층(101b, 103b, 및 104b)으로서는 ITSO막을 사용한다.
광을 투과시키는 기능을 갖는 도전층(101b, 103b, 및 104b)은 복수의 단계에서 형성하여도 좋다. 광을 투과시키는 기능을 갖는 도전층(101b, 103b, 및 104b)을 복수의 단계에서 형성하면, 이들을 각 영역에서 적합한 마이크로캐비티 구조가 실현되는 두께로 형성할 수 있다.
<<제 3 단계>>
제 3 단계에서는, 발광 소자의 전극들의 단부를 덮는 격벽(145)을 형성한다(도 7의 (C) 참조).
격벽(145)은 전극과 중첩되는 개구를 포함한다. 개구에 의하여 노출된 도전막은 발광 소자의 양극으로서 기능한다. 본 실시형태에서는 격벽(145)으로서 폴리이미드계 수지를 사용한다.
제 1 내지 제 3 단계에서는, EL층(유기 화합물을 포함하는 층)을 손상시킬 가능성이 없기 때문에 다양한 막 형성 방법 및 미세 가공 기술을 채용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 스퍼터링법에 의하여 반사성 도전층을 형성하고, 리소그래피법에 의하여 도전층 위에 패턴을 형성한 다음, 드라이 에칭법 또는 웨트 에칭법에 의하여 도전층을 섬 형상으로 가공함으로써, 전극(101)의 도전층(101a), 전극(103)의 도전층(103a), 및 전극(104)의 도전층(104a)을 형성한다. 그리고, 스퍼터링법에 의하여 투명 도전막을 형성하고, 리소그래피법에 의하여 투명 도전막 위에 패턴을 형성한 다음, 웨트 에칭법에 의하여 투명 도전막을 섬 형상으로 가공함으로써, 전극(101, 103, 및 104)을 형성한다.
<<제 4 단계>>
제 4 단계에서는, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(190), 전자 수송층(113), 전자 주입층(114), 및 전하 발생층(115)을 형성한다(도 8의 (A) 참조).
정공 주입층(111)은 정공 수송 재료 및 억셉터 물질을 포함하는 재료를 공증착함으로써 형성할 수 있다. 또한, 공증착법은 상이한 복수의 물질을 각각 상이한 증착원으로부터 동시에 증착시키는 증착법이다. 정공 수송층(112)은 정공 수송 재료를 증착시킴으로써 형성할 수 있다.
발광층(190)은 보라색, 청색, 청록색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 및 적색에서 선택된 적어도 하나의 색의 광을 방출하는 게스트 재료를 증착시킴으로써 형성할 수 있다. 게스트 재료로서는, 형광 또는 인광의 유기 화합물을 사용할 수 있다. 실시형태 1 또는 실시형태 4에서 설명한 발광층의 구조를 채용하는 것이 바람직하다. 발광층(190)은 2층 구조를 가져도 좋다. 이러한 경우, 2개의 발광층은 각각 다른 색의 광을 방출하는 발광 재료를 포함하는 것이 바람직하다.
전자 수송층(113)은 전자 수송성이 높은 물질을 증착시킴으로써 형성할 수 있다. 전자 주입층(114)은 전자 주입성이 높은 물질을 증착시킴으로써 형성할 수 있다.
전하 발생층(115)은 정공 수송 재료에 전자 수용체(억셉터)가 첨가되어 얻어지는 재료 또는 전자 수송 재료에 전자 공여체(도너)가 첨가되어 얻어지는 재료를 증착시킴으로써 형성할 수 있다.
<<제 5 단계>>
제 5 단계에서는, 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 발광층(170), 전자 수송층(118), 전자 주입층(119), 및 전극(102)을 형성한다(도 8의 (B) 참조).
정공 주입층(116)은 상기 정공 주입층(111)과 비슷한 재료 및 방법을 사용함으로써 형성할 수 있다. 정공 수송층(117)은 상기 정공 수송층(112)과 비슷한 재료 및 방법을 사용함으로써 형성할 수 있다.
발광층(170)은 보라색, 청색, 청록색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 및 적색에서 선택된 적어도 하나의 색의 광을 방출하는 게스트 재료를 증착시킴으로써 형성할 수 있다. 게스트 재료로서는, 형광 또는 인광의 유기 화합물을 사용할 수 있다. 실시형태 1 또는 실시형태 4에서 설명한 발광층의 구조를 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 발광층(170) 및 발광층(190) 중 적어도 하나는 실시형태 1 또는 실시형태 4에서 설명한 발광층의 구조를 갖는 것이 바람직하다. 발광층(170) 및 발광층(190)은 다른 색의 광을 나타내는 발광성 유기 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
전자 수송층(118)은 상기 전자 수송층(113)과 비슷한 재료 및 방법을 사용함으로써 형성할 수 있다. 전자 주입층(119)은 상기 전자 주입층(114)과 비슷한 재료 및 방법을 사용함으로써 형성할 수 있다.
전극(102)은 반사성 도전막과 투광성 도전막을 적층함으로써 형성할 수 있다. 전극(102)은 단층 구조를 가져도 좋고 적층 구조를 가져도 좋다.
상술한 단계를 거쳐, 전극(101), 전극(103), 및 전극(104) 위에 각각, 영역(222B), 영역(222G), 및 영역(222R)을 포함하는 발광 소자가, 기판(200) 위에 형성된다.
<<제 6 단계>>
제 6 단계에서는, 기판(220) 위에 차광층(223), 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)를 형성한다(도 8의 (C) 참조).
차광층(223)으로서는, 흑색 안료를 포함하는 수지막을 원하는 영역에 형성한다. 그리고, 기판(220) 및 차광층(223) 위에, 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)를 형성한다. 광학 소자(224B)로서는, 청색 안료를 포함하는 수지막을 원하는 영역에 형성한다. 광학 소자(224G)로서는, 녹색 안료를 포함하는 수지막을 원하는 영역에 형성한다. 광학 소자(224R)로서는, 적색 안료를 포함하는 수지막을 원하는 영역에 형성한다.
<<제 7 단계>>
제 7 단계에서는, 기판(200) 위에 형성된 발광 소자를, 기판(220) 위에 형성된 차광층(223), 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)에 접합하고 실재(sealant)를 사용하여 밀봉한다(미도시).
상술한 단계를 거쳐 도 6의 (A)에 도시된 발광 소자(262a)를 형성할 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치에 대하여 도 9의 (A) 및 (B), 도 10의 (A) 및 (B), 도 11, 도 12의 (A) 및 (B), 도 13의 (A) 및 (B), 도 14, 도 15의 (A) 및 (B), 도 16, 및 도 17의 (A) 및 (B)를 참조하여 아래에서 설명한다.
<표시 장치의 구조예 1>
도 9의 (A)는 표시 장치(600)를 도시한 상면도이고, 도 9의 (B)는 도 9의 (A)의 일점쇄선 A-B 및 일점쇄선 C-D를 따라 취한 단면도이다. 표시 장치(600)는 구동 회로부(신호선 구동 회로부(601) 및 주사선 구동 회로부(603)) 및 화소부(602)를 포함한다. 또한, 신호선 구동 회로부(601), 주사선 구동 회로부(603), 및 화소부(602)는 발광 소자로부터의 발광을 제어하는 기능을 갖는다.
또한, 표시 장치(600)는 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 실재(605), 실재(605)로 둘러싸인 영역(607), 리드 배선(608), 및 FPC(609)를 포함한다.
또한, 리드 배선(608)은 신호선 구동 회로부(601) 및 주사선 구동 회로부(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이며, 외부 입력 단자로서 기능하는 FPC(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 및 리셋 신호 등을 받기 위한 배선이다. 여기서는 FPC(609)만을 도시하였지만, FPC(609)에는 프린트 배선판(PWB: printed wiring board)이 제공되어 있어도 좋다.
신호선 구동 회로부(601)로서는, n채널 트랜지스터(623)와 p채널 트랜지스터(624)를 조합한 CMOS 회로를 형성한다. 신호선 구동 회로부(601) 또는 주사선 구동 회로부(603)로서는 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로 등의 다양한 종류의 회로를 사용할 수 있다. 본 실시형태의 표시 장치에서는 구동 회로부가 형성된 드라이버 및 화소가 기판의 같은 표면 위에 형성되어 있지만, 구동 회로부를 반드시 기판 위에 형성할 필요는 없고, 기판 외부에 형성할 수 있다.
화소부(602)는 스위칭 트랜지스터(611), 전류 제어 트랜지스터(612), 및 전류 제어 트랜지스터(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 하부 전극(613)을 포함한다. 또한, 하부 전극(613)의 단부를 덮도록 격벽(614)이 형성된다. 격벽(614)으로서는 예를 들어, 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용할 수 있다.
양호한 피복성을 얻기 위해서는, 격벽(614)을, 그 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면을 갖도록 형성한다. 예를 들어, 격벽(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴을 사용하는 경우, 격벽(614)의 상단부만이 곡률(곡률 반경 0.2μm 내지 3μm)을 갖는 곡면을 갖는 것이 바람직하다. 격벽(614)으로서는, 네거티브형 감광성 수지 또는 포지티브형 감광성 수지를 사용할 수 있다.
또한, 각 트랜지스터(트랜지스터(611, 612, 623, 및 624))의 구조에 대한 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 스태거형 트랜지스터를 사용할 수 있다. 또한, 이들 트랜지스터의 극성에 대한 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 이들 트랜지스터에는 n채널 및 p채널 트랜지스터를 사용하여도 좋고, n채널 트랜지스터 또는 p채널 트랜지스터 중 어느 한쪽을 사용하여도 좋다. 또한, 이들 트랜지스터에 사용되는 반도체막의 결정성에 대한 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 비정질 반도체막 또는 결정성 반도체막을 사용하여도 좋다. 반도체 재료의 예에는 14족 반도체(예를 들어, 실리콘을 포함하는 반도체), 화합물 반도체(산화물 반도체를 포함함), 및 유기 반도체 등이 포함된다. 예를 들어, 트랜지스터에는 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상인 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하고, 이로써 트랜지스터의 오프 상태 전류를 저감할 수 있다. 산화물 반도체의 예에는 In-Ga 산화물 및 In-M-Zn 산화물(M은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 란타넘(La), 세륨(Ce), 주석(Sn), 하프늄(Hf), 또는 네오디뮴(Nd)임)이 포함된다.
하부 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 상부 전극(617)이 형성되어 있다. 여기서 하부 전극(613)은 양극으로서 기능하고, 상부 전극(617)은 음극으로서 기능한다.
또한, EL층(616)은 증착 마스크를 이용한 증착법, 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법 등의 다양한 방법에 의하여 형성된다. EL층(616)에 포함되는 다른 재료로서는 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머 또는 덴드리머를 포함함)을 사용하여도 좋다.
또한, 발광 소자(618)는 하부 전극(613), EL층(616), 및 상부 전극(617)으로 형성된다. 발광 소자(618)는 실시형태 1, 실시형태 4, 실시형태 5, 및 실시형태 6에 기재된 구조 중 어느 것을 갖는 것이 바람직하다. 화소부가 복수의 발광 소자를 포함하는 경우, 화소부는 실시형태 1, 실시형태 4, 실시형태 5, 및 실시형태 6에 기재된 발광 소자 중 어느 것과, 이와 상이한 구조를 갖는 발광 소자의 양쪽 모두를 포함하여도 좋다.
실재(605)로 밀봉 기판(604)과 소자 기판(610)을 서로 접합하면, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 영역(607)에 발광 소자(618)가 제공된다. 영역(607)에는 충전재가 충전되어 있다. 영역(607)에는 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등)가 충전되거나, 또는 실재(605)에 사용할 수 있는 자외선 경화 수지 또는 열 경화 수지가 충전되는 경우가 있다. 예를 들어, PVC(polyvinyl chloride)계 수지, 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, PVB(polyvinyl butyral)계 수지, 또는 EVA(ethylene vinyl acetate)계 수지를 사용할 수 있다. 밀봉 기판에는 오목부를 제공하고, 오목부에 건조제를 제공하면 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
발광 소자(618)와 중첩되도록, 밀봉 기판(604) 아래에 광학 소자(621)를 제공한다. 밀봉 기판(604) 아래에는 차광층(622)이 제공된다. 광학 소자(621) 및 차광층(622)의 구조는 각각, 실시형태 6의 광학 소자 및 차광층과 같게 할 수 있다.
실재(605)에는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 재료는 수분 또는 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 밀봉 기판(604)으로서는 유리 기판, 석영 기판, 또는 FRP(fiber reinforced plastic), PVF(poly(vinyl fluoride)), 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 형성된 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1, 실시형태 4, 실시형태 5, 및 실시형태 6에 기재된 임의의 발광 소자 및 광학 소자를 포함하는 표시 장치를 얻을 수 있다.
<표시 장치의 구조예 2>
다음으로, 표시 장치의 다른 예에 대하여 도 10의 (A) 및 (B) 그리고 도 11을 참조하여 설명한다. 또한, 도 10의 (A) 및 (B) 그리고 도 11의 각각은 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 10의 (A)에는 기판(1001), 하지 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 하부 전극(1024R, 1024G, 및 1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 소자의 상부 전극(1026), 밀봉층(1029), 밀봉 기판(1031), 및 실재(1032) 등이 도시되어 있다.
도 10의 (A)에서는 광학 소자의 예로서, 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 및 청색의 착색층(1034B))이 투명 기재(1033)에 제공되어 있다. 또한, 차광층(1035)이 제공되어도 좋다. 착색층 및 차광층이 제공된 투명 기재(1033)는 위치 맞춤하여 기판(1001)에 고정된다. 또한, 착색층 및 차광층은 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 도 10의 (A)의 구조에서는, 적색광, 녹색광, 및 청색광이 착색층을 투과하므로 3색의 화소를 사용하여 화상을 표시할 수 있다.
도 10의 (B)는 광학 소자의 예로서 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 및 청색의 착색층(1034B))을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 제공하는 예를 도시한 것이다. 이 구조에서와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
도 11은 광학 소자의 예로서 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 및 청색의 착색층(1034B))을 제 1 층간 절연막(1020)과 제 2 층간 절연막(1021) 사이에 제공하는 예를 도시한 것이다. 이 구조에서와 같이 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
상술한 표시 장치는 트랜지스터가 형성되어 있는 기판(1001) 측으로부터 광을 추출하는 구조(보텀 이미션 구조)를 갖지만, 밀봉 기판(1031) 측으로부터 광을 추출하는 구조(톱 이미션 구조)를 가져도 좋다.
<표시 장치의 구조예 3>
도 12의 (A) 및 (B)의 각각은 톱 이미션 구조를 갖는 표시 장치의 단면도의 예이다. 또한, 도 12의 (A) 및 (B)의 각각은 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 도시한 단면도이고, 도 10의 (A) 및 (B) 그리고 도 11에 도시된 구동 회로부(1041) 및 주변부(1042) 등은 도시되어 있지 않다.
이 경우, 기판(1001)으로서는 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. 트랜지스터와 발광 소자의 양극을 접속하는 접속 전극을 형성하는 단계까지의 공정은, 보텀 이미션 구조를 갖는 표시 장치와 마찬가지로 수행한다. 그리고, 전극(1022)을 덮도록 제 3 층간 절연막(1037)을 형성한다. 이 절연막은 평탄화 기능을 가져도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 비슷한 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 또는 다른 다양한 재료 중 임의의 것을 사용하여 형성할 수 있다.
여기서는 발광 소자의 하부 전극들(1024R, 1024G, 및 1024B)의 각각이 양극으로서 기능하지만, 음극으로서 기능하여도 좋다. 또한, 도 12의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같은 톱 이미션 구조를 갖는 표시 장치의 경우, 하부 전극(1024R, 1024G, 및 1024B)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. EL층(1028) 위에 상부 전극(1026)이 제공된다. 상부 전극(1026)은 광을 반사하는 기능 및 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하고, 상부 전극(1026)과 하부 전극(1024R, 1024G, 및 1024B) 사이에 마이크로캐비티 구조를 사용하여, 특정한 파장의 광의 강도를 높이는 것이 바람직하다.
도 12의 (A)에 도시된 바와 같은 톱 이미션 구조의 경우, 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 및 청색의 착색층(1034B))이 제공되어 있는 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 수행할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치하는 차광층(1035)을 제공하여도 좋다. 또한, 밀봉 기판(1031)으로서는 투광성 기판이 바람직하게 사용된다.
도 12의 (A)는 발광 소자들 및 상기 발광 소자들을 위한 착색층들을 제공하는 구조를 예시한 것이지만, 구조는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 12의 (B)에 나타낸 바와 같이, 적색의 착색층(1034R) 및 청색의 착색층(1034B)을 포함하고 녹색의 착색층을 포함하지 않는 구조를 채용하여, 적색, 녹색, 및 청색의 3가지 색으로 풀컬러 표시를 구현하여도 좋다. 발광 소자들에 착색층들을 제공하는 도 12의 (A)에 도시된 구조는, 외광 반사를 억제하는 데 효과적이다. 한편, 발광 소자에 적색의 착색층 및 청색의 착색층을 제공하고 녹색의 착색층이 없는 도 12의 (B)에 도시된 구조는, 녹색의 발광 소자로부터 방출되는 광의 에너지 손실이 적기 때문에 소비전력을 저감하는 데 효과적이다.
<표시 장치의 구조예 4>
위에서는 3가지 색(적색, 녹색, 및 청색)의 부화소를 포함하는 표시 장치에 대하여 설명하였지만, 부화소의 색의 수는 4개(적색, 녹색, 청색, 및 황색, 또는 적색, 녹색, 청색, 및 백색)이어도 좋다. 도 13의 (A) 및 (B), 도 14, 그리고 도 15의 (A) 및 (B)는 하부 전극(1024R, 1024G, 1024B, 및 1024Y)을 각각 포함하는 표시 장치들의 구조를 도시한 것이다. 도 13의 (A) 및 (B) 그리고 도 14의 각각은 트랜지스터가 형성되어 있는 기판(1001) 측으로부터 광을 추출하는 구조(보텀 이미션 구조)를 갖는 표시 장치를 도시한 것이고, 도 15의 (A) 및 (B)의 각각은 밀봉 기판(1031) 측으로부터 광을 추출하는 구조(톱 이미션 구조)를 갖는 표시 장치를 도시한 것이다.
도 13의 (A)는 광학 소자(착색층(1034R), 착색층(1034G), 착색층(1034B), 및 착색층(1034Y))가 투명 기재(1033)에 제공되어 있는 표시 장치의 예를 도시한 것이다. 도 13의 (B)는 광학 소자(착색층(1034R), 착색층(1034G), 착색층(1034B), 및 착색층(1034Y))가 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 제공되어 있는 표시 장치의 예를 도시한 것이다. 도 14는 광학 소자(착색층(1034R), 착색층(1034G), 착색층(1034B), 및 착색층(1034Y))가 제 1 층간 절연막(1020)과 제 2 층간 절연막(1021) 사이에 제공되어 있는 표시 장치의 예를 도시한 것이다.
착색층(1034R)은 적색광을 투과시키고, 착색층(1034G)은 녹색광을 투과시키고, 착색층(1034B)은 청색광을 투과시킨다. 착색층(1034Y)은 황색광을 투과시키거나, 또는 청색, 녹색, 황색, 및 적색 중에서 선택되는 복수의 색의 광을 투과시킨다. 착색층(1034Y)이 청색, 녹색, 황색, 및 적색 중에서 선택되는 복수의 색의 광을 투과시킬 수 있는 경우, 착색층(1034Y)으로부터 방출되는 광은 백색광이어도 좋다. 황색 또는 백색광을 투과시키는 발광 소자는 발광 효율이 높기 때문에, 착색층(1034Y)을 포함하는 표시 장치의 소비전력이 저감될 수 있다.
도 15의 (A) 및 (B)에 도시된 톱 이미션 표시 장치에서는, 하부 전극(1024Y)을 포함하는 발광 소자가 도 12의 (A)에 도시된 표시 장치와 같이, 상부 전극(1026)과 하부 전극(1024R, 1024G, 1024B, 및 1024Y) 사이에 마이크로캐비티 구조를 갖는 것이 바람직하다. 도 15의 (A)에 도시된 표시 장치에서는, 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B), 및 황색의 착색층(1034Y))이 제공되어 있는 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 수행할 수 있다.
마이크로캐비티 및 황색의 착색층(1034Y)을 통하여 방출되는 광은 황색의 영역에 발광 스펙트럼을 갖는다. 황색은 시감도가 높은 색이기 때문에, 황색광을 방출하는 발광 소자는 발광 효율이 높다. 그러므로, 도 15의 (A)의 표시 장치는 소비전력을 저감할 수 있다.
도 15의 (A)는 발광 소자들 및 상기 발광 소자들을 위한 착색층들을 제공하는 구조를 예시한 것이지만, 구조는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 15의 (B)에 나타낸 바와 같이, 적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 및 청색의 착색층(1034B)을 포함하고 황색의 착색층을 포함하지 않는 구조를 채용하여, 적색, 녹색, 청색, 및 황색, 또는 적색, 녹색, 청색, 및 백색의 4가지 색으로 풀컬러 표시를 구현하여도 좋다. 발광 소자들에 착색층들을 제공하는 도 15의 (A)에 도시된 구조는, 외광 반사를 억제하는 데 효과적이다. 한편, 발광 소자에 적색의 착색층, 녹색의 착색층, 및 청색의 착색층을 제공하고 황색의 착색층이 없는 도 15의 (B)에 도시된 구조는, 황색 또는 백색의 발광 소자로부터 방출되는 광의 에너지 손실이 적기 때문에 소비전력을 저감하는 데 효과적이다.
<표시 장치의 구조예 5>
다음으로, 본 발명의 다른 일 형태의 표시 장치에 대하여 도 16을 참조하여 설명한다. 도 16은 도 9의 (A)의 일점쇄선 A-B 및 일점쇄선 C-D를 따라 취한 단면도이다. 또한, 도 16에서 도 9의 (B)의 부분과 비슷한 기능을 갖는 부분에는 도 9의 (B)와 같은 부호를 부여하고, 그 부분에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 16의 표시 장치(600)는 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 영역(607)에, 밀봉층(607a), 밀봉층(607b), 및 밀봉층(607c)을 포함한다. 밀봉층(607a), 밀봉층(607b), 및 밀봉층(607c) 중 하나 이상에 PVC(polyvinyl chloride)계 수지, 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, PVB(polyvinyl butyral)계 수지, 또는 EVA(ethylene vinyl acetate)계 수지 등의 수지를 사용할 수 있다. 또는, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 또는 질화 알루미늄 등의 무기 재료를 사용할 수 있다. 밀봉층(607a, 607b, 및 607c)을 형성하면, 물 등의 불순물로 인한 발광 소자(618)의 열화를 방지할 수 있으므로 바람직하다. 밀봉층(607a, 607b, 및 607c)을 형성하는 경우, 실재(605)를 제공할 필요는 없다.
또는, 밀봉층들(607a, 607b, 및 607c) 중 어느 하나 또는 2개를 제공하여도 좋고, 4개 이상의 밀봉층을 형성하여도 좋다. 밀봉층이 다층 구조를 갖는 경우, 표시 장치(600) 외부에서 물 등의 불순물이 표시 장치 내부에 있는 발광 소자(618)에 들어가는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 밀봉층이 다층 구조를 갖는 경우, 수지와 유기 재료를 적층하는 것이 바람직하다.
<표시 장치의 구조예 6>
본 실시형태의 구조예 1 내지 구조예 4의 표시 장치의 각각은 광학 소자를 포함하는 구조를 갖지만, 본 발명의 일 형태는 반드시 광학 소자를 포함할 필요는 없다.
도 17의 (A) 및 (B)의 각각은 밀봉 기판(1031) 측으로부터 광을 추출하는 구조를 갖는 표시 장치(톱 이미션 표시 장치)를 도시한 것이다. 도 17의 (A)는 발광층(1028R), 발광층(1028G), 및 발광층(1028B)을 포함하는 표시 장치의 예를 도시한 것이다. 도 17의 (B)는 발광층(1028R), 발광층(1028G), 발광층(1028B), 및 발광층(1028Y)을 포함하는 표시 장치의 예를 도시한 것이다.
발광층(1028R)은 적색광을 나타내는 기능을 갖고, 발광층(1028G)은 녹색광을 나타내는 기능을 갖고, 발광층(1028B)은 청색광을 나타내는 기능을 갖는다. 발광층(1028Y)은 황색광을 나타내는 기능을 갖거나, 또는 청색, 녹색, 및 적색 중에서 선택되는 복수의 색의 광을 나타내는 기능을 갖는다. 발광층(1028Y)은 백색광을 나타내어도 좋다. 황색 또는 백색광을 나타내는 발광 소자는 발광 효율이 높기 때문에 발광층(1028Y)을 포함하는 표시 장치의 소비전력이 저감될 수 있다.
도 17의 (A) 및 (B)의 각 표시 장치는, 상이한 색의 광을 나타내는 EL층이 부화소에 포함되기 때문에, 반드시 광학 소자로서 기능하는 착색층을 포함할 필요는 없다.
밀봉층(1029)에는 PVC(polyvinyl chloride)계 수지, 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, PVB(polyvinyl butyral)계 수지, 또는 EVA(ethylene vinyl acetate)계 수지 등의 수지를 사용할 수 있다. 또는, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 또는 질화 알루미늄 등의 무기 재료를 사용할 수 있다. 밀봉층(1029)을 형성하면, 물 등의 불순물로 인한 발광 소자의 열화를 방지할 수 있으므로 바람직하다.
또는, 밀봉층(1029)은 단층 또는 2층 구조를 가져도 좋고, 또는 밀봉층(1029)으로서 4개 이상의 밀봉층을 형성하여도 좋다. 밀봉층이 다층 구조를 갖는 경우, 표시 장치 외부에서 물 등의 불순물이 표시 장치 내부에 들어가는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 밀봉층이 다층 구조를 갖는 경우, 수지와 유기 재료를 적층하는 것이 바람직하다.
또한, 밀봉 기판(1031)은 발광 소자를 보호하는 기능을 갖는다. 그러므로, 밀봉 기판(1031)에는 플렉시블 기판 또는 필름을 사용할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구조는 본 실시형태 및 다른 실시형태의 다른 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 8)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 포함하는 표시 장치에 대하여 도 18의 (A) 및 (B), 도 19의 (A) 및 (B), 및 도 20의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
도 18의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 도시한 블록도이고, 도 18의 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치의 화소 회로를 도시한 회로도이다.
<표시 장치에 대한 설명>
도 18의 (A)에 도시된 표시 장치는, 표시 소자의 화소들을 포함하는 영역(이후, 이 영역을 화소부(802)라고 함), 화소부(802) 외측에 제공되며 화소들을 구동시키기 위한 회로를 포함하는 회로부(이후, 이 부분을 구동 회로부(804)라고 함), 소자를 보호하는 기능을 갖는 회로(이후, 이 회로를 보호 회로(806)라고 함), 및 단자부(807)를 포함한다. 또한, 보호 회로(806)를 반드시 제공할 필요는 없다.
구동 회로부(804)의 일부 또는 전체를, 화소부(802)가 형성되는 기판 위에 형성하면, 부품 수와 단자 수를 줄일 수 있어 바람직하다. 구동 회로부(804)의 일부 또는 전체를, 화소부(802)가 형성되는 기판 위에 형성하지 않는 경우, 구동 회로부(804)의 일부 또는 전체를 COG 또는 TAB(tape automated bonding)에 의하여 실장할 수 있다.
화소부(802)는, X행(X는 2 이상의 자연수임) Y열(Y는 2 이상의 자연수임)로 배치된 표시 소자들을 구동시키기 위한 복수의 회로(이후, 이러한 회로들을 화소 회로들(801)이라고 함)를 포함한다. 구동 회로부(804)는, 화소를 선택하기 위하여 신호(주사 신호)를 공급하기 위한 회로(이후, 이 회로를 주사선 구동 회로(804a)라고 함) 및 화소의 표시 소자를 구동시키기 위하여 신호(데이터 신호)를 공급하기 위한 회로(이후, 이 회로를 신호선 구동 회로(804b)라고 함) 등의 구동 회로를 포함한다.
주사선 구동 회로(804a)는 시프트 레지스터 등을 포함한다. 단자부(807)를 통하여, 주사선 구동 회로(804a)는 시프트 레지스터를 구동시키기 위한 신호를 받고 신호를 출력한다. 예를 들어, 주사선 구동 회로(804a)는, 스타트 펄스 신호 또는 클럭 신호 등을 받고, 펄스 신호를 출력한다. 주사선 구동 회로(804a)는, 주사 신호를 공급받는 배선들(이후, 이러한 배선들을 주사선들(GL_1 내지 GL_X)이라고 함)의 전위를 제어하는 기능을 갖는다. 또한, 주사선들(GL_1 내지 GL_X)을 개별적으로 제어하기 위하여, 복수의 주사선 구동 회로(804a)를 제공하여도 좋다. 또는, 주사선 구동 회로(804a)는, 초기화 신호를 공급하는 기능을 갖는다. 이에 한정되지 않고, 주사선 구동 회로(804a)는 다른 신호를 공급할 수 있다.
신호선 구동 회로(804b)는 시프트 레지스터 등을 포함한다. 신호선 구동 회로(804b)는, 단자부(807)를 통하여 시프트 레지스터를 구동시키기 위한 신호뿐만 아니라, 데이터 신호의 바탕이 되는 신호(영상 신호)를 받는다. 신호선 구동 회로(804b)는, 화소 회로(801)에 기록될, 영상 신호에 기초한 데이터 신호를 생성하는 기능을 갖는다. 또한, 신호선 구동 회로(804b)는, 스타트 펄스 신호 또는 클럭 신호 등의 입력에 의하여 생성되는 펄스 신호에 따라, 데이터 신호의 출력을 제어하는 기능을 갖는다. 또한, 신호선 구동 회로(804b)는, 데이터 신호를 공급받는 배선들(이후, 이러한 배선들을 데이터선들(DL_1 내지 DL_Y)이라고 함)의 전위를 제어하는 기능을 갖는다. 또는, 신호선 구동 회로(804b)는, 초기화 신호를 공급하는 기능을 갖는다. 이에 한정되지 않고, 신호선 구동 회로(804b)는 다른 신호를 공급할 수 있다.
신호선 구동 회로(804b)는 예를 들어, 복수의 아날로그 스위치 등을 포함한다. 신호선 구동 회로(804b)는, 복수의 아날로그 스위치를 순차적으로 온으로 함으로써, 영상 신호를 시분할하여 얻어지는 신호를, 데이터 신호로서 출력할 수 있다. 신호선 구동 회로(804b)는 시프트 레지스터 등을 포함하여도 좋다.
주사 신호를 공급받는 복수의 주사선(GL) 중 하나 및 데이터 신호를 공급받는 복수의 데이터선(DL) 중 하나를 통하여, 복수의 화소 회로(801) 각각에, 펄스 신호 및 데이터 신호가 각각 입력된다. 복수의 화소 회로(801) 각각에서의 데이터 신호의 기록 및 유지는, 주사선 구동 회로(804a)에 의하여 제어된다. 예를 들어, m행 n열째(m은 X 이하의 자연수이고, n은 Y 이하의 자연수임)의 화소 회로(801)에는, 주사선(GL_m)을 통하여 주사선 구동 회로(804a)로부터 펄스 신호가 입력되고, 주사선(GL_m)의 전위에 따라 데이터선(DL_n)을 통하여 신호선 구동 회로(804b)로부터 데이터 신호가 입력된다.
도 18의 (A)에 나타낸 보호 회로(806)는, 예를 들어 주사선 구동 회로(804a)와 화소 회로(801) 사이의 주사선(GL)에 접속된다. 또는, 보호 회로(806)는, 신호선 구동 회로(804b)와 화소 회로(801) 사이의 데이터선(DL)에 접속된다. 또는, 보호 회로(806)는, 주사선 구동 회로(804a)와 단자부(807) 사이의 배선에 접속될 수 있다. 또는, 보호 회로(806)는, 신호선 구동 회로(804b)와 단자부(807) 사이의 배선에 접속될 수 있다. 또한, 단자부(807)는, 외부 회로로부터 표시 장치에 전력, 제어 신호, 및 영상 신호를 입력하기 위한 단자를 갖는 부분을 의미한다.
보호 회로(806)는, 이 보호 회로에 접속된 배선에 특정한 범위 외의 전위가 인가되었을 때에, 이 보호 회로에 접속된 해당 배선을 다른 배선에 전기적으로 접속시키는 회로이다.
도 18의 (A)에 도시된 바와 같이, 화소부(802) 및 구동 회로부(804)에 보호 회로(806)를 제공함으로써, ESD(electrostatic discharge) 등에 의하여 발생되는 과전류에 대한 표시 장치의 내성을 향상시킬 수 있다. 또한, 보호 회로(806)의 구성은 이에 한정되지 않고, 예를 들어 보호 회로(806)가 주사선 구동 회로(804a)에 접속된 구성 또는 보호 회로(806)가 신호선 구동 회로(804b)에 접속된 구성을 채용하여도 좋다. 또는, 보호 회로(806)는 단자부(807)에 접속되어도 좋다.
도 18의 (A)에 구동 회로부(804)가 주사선 구동 회로(804a) 및 신호선 구동 회로(804b)를 포함하는 예를 나타내었지만, 구조는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 주사선 구동 회로(804a)만을 형성하여도 좋고, 신호선 구동 회로가 형성된 별도로 준비된 기판(예를 들어, 단결정 반도체막 또는 다결정 반도체막으로 형성된 구동 회로 기판)을 실장하여도 좋다.
<화소 회로의 구조예>
도 18의 (A)에서의 복수의 화소 회로(801)의 각각은 예를 들어 도 18의 (B)에 도시된 구조를 가질 수 있다.
도 18의 (B)에 도시된 화소 회로(801)는, 트랜지스터(852 및 854), 용량 소자(862), 및 발광 소자(872)를 포함한다.
트랜지스터(852)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 한쪽은, 데이터 신호를 공급받는 배선(데이터선(DL_n))에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(852)의 게이트 전극은, 게이트 신호를 공급받는 배선(주사선(GL_m))에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(852)는, 데이터 신호를 기록할지 여부를 제어하는 기능을 갖는다.
용량 소자(862)의 한 쌍의 전극 중 한쪽은 전위가 공급되는 배선(이후, 전위 공급선(VL_a)이라고 함)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽은 트랜지스터(852)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다.
용량 소자(862)는 기록된 데이터를 저장하기 위한 유지 용량으로서 기능한다.
트랜지스터(854)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 한쪽은 전위 공급선(VL_a)에 전기적으로 접속된다. 또한, 트랜지스터(854)의 게이트 전극은 트랜지스터(852)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다.
발광 소자(872)의 양극 및 음극 중 한쪽은 전위 공급선(VL_b)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽은 트랜지스터(854)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다.
발광 소자(872)로서는, 실시형태 1, 실시형태 4, 실시형태 5, 및 실시형태 6에 기재된 발광 소자들 중 어느 것을 사용할 수 있다.
또한, 전위 공급선(VL_a) 및 전위 공급선(VL_b) 중 한쪽에는 고전원 전위(VDD)가 공급되고, 다른 쪽에는 저전원 전위(VSS)가 공급된다.
도 18의 (B)의 화소 회로(801)를 포함하는 표시 장치에서는 예를 들어, 도 18의 (A)의 주사선 구동 회로(804a)에 의하여 행마다 순차적으로 화소 회로(801)를 선택함으로써, 트랜지스터(852)를 온으로 하고 데이터 신호를 기록한다.
트랜지스터(852)가 오프가 되면, 데이터가 기록된 화소 회로(801)는 유지 상태가 된다. 또한, 트랜지스터(854)의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 흐르는 전류량은, 기록된 데이터 신호의 전위에 따라 제어된다. 발광 소자(872)는 흐르는 전류량에 대응하는 휘도로 광을 방출한다. 이 동작을 행마다 순차적으로 수행함으로써, 화상이 표시된다.
또는, 화소 회로는 트랜지스터의 문턱 전압 등의 변동을 보정하는 기능을 가질 수 있다. 도 19의 (A) 및 (B) 그리고 도 20의 (A) 및 (B)는 화소 회로의 예를 도시한 것이다.
도 19의 (A)에 도시된 화소 회로는 6개의 트랜지스터(트랜지스터(303_1 내지 303_6)), 용량 소자(304), 및 발광 소자(305)를 포함한다. 도 19의 (A)에 도시된 화소 회로는 배선(301_1 내지 301_5) 및 배선(302_1 및 302_2)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터(303_1 내지 303_6)로서는 예를 들어 p채널 트랜지스터를 사용할 수 있다.
도 19의 (B)에 나타낸 화소 회로는 도 19의 (A)에 나타낸 화소 회로에 트랜지스터(303_7)를 추가한 구성을 갖는다. 도 19의 (B)에 도시된 화소 회로는 배선(301_6 및 301_7)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선들(301_5 및 301_6)은 서로 전기적으로 접속되어 있어도 좋다. 또한, 트랜지스터(303_7)로서는 예를 들어 p채널 트랜지스터를 사용할 수 있다.
도 20의 (A)에 나타낸 화소 회로는 6개의 트랜지스터(트랜지스터(308_1 내지 308_6)), 용량 소자(304), 및 발광 소자(305)를 포함한다. 도 20의 (A)에 도시된 화소 회로는 배선(306_1 내지 306_3) 및 배선(307_1 내지 307_3)에 전기적으로 접속되어 있다. 배선들(306_1 및 306_3)은 서로 전기적으로 접속되어 있어도 좋다. 또한, 트랜지스터(308_1 내지 308_6)로서는 예를 들어, p채널 트랜지스터를 사용할 수 있다.
도 20의 (B)에 도시된 화소 회로는 2개의 트랜지스터(트랜지스터(309_1 및 309_2)), 2개의 용량 소자(용량 소자(304_1 및 304_2)), 및 발광 소자(305)를 포함한다. 도 20의 (B)에 도시된 화소 회로는 배선(311_1 내지 311_3) 및 배선(312_1 및 312_2)에 전기적으로 접속되어 있다. 도 20의 (B)에 도시된 화소 회로의 구성으로 함으로써, 화소 회로를 전압 입력 전류 구동 방식(CVCC라고도 함)에 의하여 구동시킬 수 있다. 또한, 트랜지스터(309_1 및 309_2)로서는 예를 들어, p채널 트랜지스터를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 표시 장치의 화소에 능동 소자가 포함되는 액티브 매트릭스 방식 또는 표시 장치의 화소에 능동 소자가 포함되지 않는 패시브 매트릭스 방식에 사용될 수 있다.
액티브 매트릭스 방식에서는 능동 소자(비선형 소자)로서, 트랜지스터뿐만 아니라 다양한 능동 소자(비선형 소자)를 사용할 수 있다. 예를 들어, MIM(metal insulator metal) 또는 TFD(thin film diode) 등을 사용할 수도 있다. 이들 소자는 더 적은 제작 단계 수로 형성될 수 있기 때문에, 제작 비용을 삭감할 수 있거나 또는 수율을 향상시킬 수 있다. 또는, 이들 소자의 크기는 작기 때문에, 개구율을 향상시킬 수 있어, 소비전력을 저감할 수 있고 고휘도화를 달성할 수 있다.
액티브 매트릭스 방식 외의 방식으로서, 능동 소자(비선형 소자)를 사용하지 않는 패시브 매트릭스 방식을 사용할 수도 있다. 능동 소자(비선형 소자)를 사용하지 않기 때문에, 제작 단계 수가 적고, 제작 비용을 삭감할 수 있거나 또는 수율을 향상시킬 수 있다. 또는, 능동 소자(비선형 소자)를 사용하지 않기 때문에, 개구율을 향상시킬 수 있어, 예를 들어 소비전력을 저감할 수 있거나 또는 고휘도화를 달성할 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 9)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 포함하는 표시 장치, 및 상기 표시 장치에 입력 장치가 제공된 전자 기기에 대하여 도 21의 (A) 및 (B), 도 22의 (A) 내지 (C), 도 23의 (A) 및 (B), 도 24의 (A) 및 (B), 그리고 도 25를 참조하여 설명한다.
<터치 패널의 설명 1>
본 실시형태에서는 전자 기기의 예로서 표시 장치와 입력 장치를 포함하는 터치 패널(2000)에 대하여 설명한다. 또한, 입력 장치로서 터치 센서를 포함하는 예에 대하여 설명한다.
도 21의 (A) 및 (B)는 터치 패널(2000)의 사시도이다. 또한, 간략화를 위하여 도 21의 (A) 및 (B)에는 터치 패널(2000)의 주된 구성 요소만을 도시하였다.
터치 패널(2000)은 표시 장치(2501) 및 터치 센서(2595)를 포함한다(도 21의 (B) 참조). 또한, 터치 패널(2000)은 기판(2510), 기판(2570), 및 기판(2590)을 포함한다. 기판(2510), 기판(2570), 및 기판(2590)의 각각은 가요성을 갖는다. 또한, 기판들(2510, 2570, 및 2590) 중 하나 또는 모두가 가요성을 갖지 않아도 된다.
표시 장치(2501)는 기판(2510) 위의 복수의 화소, 및 화소들에 신호를 공급하는 복수의 배선(2511)을 포함한다. 복수의 배선(2511)은 기판(2510)의 외주부까지 리드되고, 복수의 배선(2511)의 일부가 단자(2519)를 형성한다. 단자(2519)는 FPC(2509(1))에 전기적으로 접속된다. 복수의 배선(2511)은 신호선 구동 회로(2503s(1))로부터의 신호를 복수의 화소에 공급할 수 있다.
기판(2590)은 터치 센서(2595), 및 터치 센서(2595)에 전기적으로 접속된 복수의 배선(2598)을 포함한다. 복수의 배선(2598)은 기판(2590)의 외주부까지 리드되고, 복수의 배선(2598)의 일부는 단자를 형성한다. 단자는 FPC(2509(2))에 전기적으로 접속된다. 또한, 도 21의 (B)에서는 명료화를 위하여, 기판(2590)의 후면 측(기판(2510)과 마주 보는 쪽)에 제공되는 터치 센서(2595)의 전극 및 배선 등을 실선으로 나타내었다.
터치 센서(2595)로서 정전 용량 터치 센서를 사용할 수 있다. 정전 용량 터치 센서의 예에는, 표면형 정전 용량 터치 센서 및 투영형 정전 용량 터치 센서가 있다.
투영형 정전 용량 터치 센서의 예로서는, 주로 구동 방법에 차이가 있는 자기 용량 터치 센서와 상호 용량 터치 센서가 있다. 상호 용량형을 사용하면, 여러 지점을 동시에 검지할 수 있게 되므로 바람직하다.
또한, 도 21의 (B)에 도시된 터치 센서(2595)는 투영형 정전 용량 터치 센서를 사용한 예이다.
또한, 터치 센서(2595)로서는, 손가락 등 검지 대상의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있는 다양한 센서를 사용할 수 있다.
투영형 정전 용량 터치 센서(2595)는 전극(2591) 및 전극(2592)을 포함한다. 전극(2591)은 복수의 배선(2598) 중 어느 것에 전기적으로 접속되고, 전극(2592)은 복수의 배선(2598) 중 다른 어느 것에 전기적으로 접속된다.
전극들(2592)의 각각은 도 21의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 사변형의 한 모서리가 다른 사변형의 한 모서리에 연결되어 있는, 복수의 사변형이 하나의 방향으로 배열된 형상을 갖는다.
전극들(2591)의 각각은 사변형의 형상을 갖고, 전극(2592)이 연장되는 방향과 교차되는 방향으로 배열된다.
배선(2594)은 전극(2592)이 사이에 위치하는 2개의 전극(2591)을 전기적으로 접속시킨다. 전극(2592)과 배선(2594)이 교차하는 면적은 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 이러한 구조에 의하여, 전극이 제공되지 않은 영역의 면적을 축소할 수 있어, 투과율의 편차를 저감할 수 있다. 그 결과, 터치 센서(2595)를 통과하는 광의 휘도 편차를 저감할 수 있다.
또한, 전극(2591) 및 전극(2592)의 형상은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 중 임의의 것으로 할 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극(2591)을, 전극들(2591) 사이의 틈이 가능한 한 작아지도록 배치하고, 절연층을 개재하여 전극(2592)을, 전극(2591)과 중첩되지 않는 영역이 형성되도록 전극(2591)으로부터 이격하여 제공한 구조를 채용하여도 좋다. 이 경우, 인접한 2개의 전극(2592) 사이에, 이들 전극과 전기적으로 절연된 더미 전극을 제공하면 투과율이 상이한 영역의 면적을 축소할 수 있으므로 바람직하다.
<표시 장치의 설명>
다음으로, 표시 장치(2501)에 대하여 도 22의 (A)를 참조하여 자세히 설명한다. 도 22의 (A)는 도 21의 (B)의 일점쇄선 X1-X2를 따라 취한 단면도에 상당한다.
표시 장치(2501)는 매트릭스로 배열된 복수의 화소를 포함한다. 화소들의 각각은 표시 소자와, 표시 소자를 구동하는 화소 회로를 포함한다.
아래의 설명에서는, 백색광을 방출하는 발광 소자를 표시 소자로서 사용하는 예에 대하여 설명하지만, 표시 소자는 이러한 소자에 한정되지 않는다. 예를 들어, 인접한 화소에서 상이한 색의 광이 방출될 수 있도록, 상이한 색의 광을 방출하는 발광 소자를 포함하여도 좋다.
기판(2510) 및 기판(2570)에는 예를 들어, 투습성이 1×10-5g·m-2·day-1 이하, 바람직하게는 1×10-6g·m-2·day-1 이하인 플렉시블 재료를 바람직하게 사용할 수 있다. 또는, 기판(2510) 및 기판(2570)에는 열 팽창 계수가 서로 실질적으로 같은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 재료의 선팽창률은 바람직하게는 1×10-3/K 이하이고, 더 바람직하게는 5×10-5/K 이하이고, 더욱 바람직하게는 1×10-5/K 이하이다.
또한, 기판(2510)은 발광 소자로의 불순물 확산을 방지하는 절연층(2510a), 플렉시블 기판(2510b), 및 절연층(2510a)과 플렉시블 기판(2510b)을 서로 접합하는 접착층(2510c)을 포함하는 적층체이다. 기판(2570)은 발광 소자로의 불순물 확산을 방지하는 절연층(2570a), 플렉시블 기판(2570b), 및 절연층(2570a)과 플렉시블 기판(2570b)을 서로 접합하는 접착층(2570c)을 포함하는 적층체이다.
접착층(2510c) 및 접착층(2570c)에는 예를 들어, 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아마이드(예를 들어, 나일론, 아라미드), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 또는 아크릴 수지, 폴리우레탄, 또는 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 또는, 실리콘(silicone) 등 실록산 결합을 갖는 수지를 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
기판(2510)과 기판(2570) 사이에는 밀봉층(2560)이 제공된다. 밀봉층(2560)은 대기보다 굴절률이 높은 것이 바람직하다. 도 22의 (A)에 도시된 바와 같이, 광이 밀봉층(2560) 측으로 추출되는 경우에는 밀봉층(2560)은 광학 접착층으로서도 기능할 수 있다.
밀봉층(2560)의 외주부에 실재를 형성하여도 좋다. 실재를 사용함으로써, 기판(2510), 기판(2570), 밀봉층(2560), 및 실재로 둘러싸인 영역에 발광 소자(2550R)를 제공할 수 있다. 또한, 밀봉층(2560) 대신에 불활성 가스(질소 및 아르곤 등)를 사용하여도 좋다. 불활성 가스 내에 건조제를 제공하여, 수분 등을 흡착시켜도 좋다. 아크릴 수지 또는 에폭시 수지 등의 수지를 사용하여도 좋다. 실재로서는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿을 사용하는 것이 바람직하다. 실재에 사용하는 재료로서는 수분 및 산소를 투과시키지 않는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
표시 장치(2501)는 화소(2502R)를 포함한다. 화소(2502R)는 발광 모듈(2580R)을 포함한다.
화소(2502R)는 발광 소자(2550R), 및 발광 소자(2550R)에 전력을 공급할 수 있는 트랜지스터(2502t)를 포함한다. 또한, 트랜지스터(2502t)는 화소 회로의 일부로서 기능한다. 발광 모듈(2580R)은 발광 소자(2550R) 및 착색층(2567R)을 포함한다.
발광 소자(2550R)는 하부 전극, 상부 전극, 및 하부 전극과 상부 전극 사이의 EL층을 포함한다. 발광 소자(2550R)로서는 실시형태 1, 실시형태 4, 실시형태 5, 및 실시형태 6에 기재된 발광 소자 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
하부 전극과 상부 전극 사이에 마이크로캐비티 구조를 채용하여 특정한 파장의 광의 강도를 높여도 좋다.
밀봉층(2560)이 광 추출 측에 제공되는 경우, 밀봉층(2560)은 발광 소자(2550R) 및 착색층(2567R)과 접촉된다.
착색층(2567R)은 발광 소자(2550R)와 중첩되는 영역에 위치한다. 따라서, 발광 소자(2550R)로부터 방출되는 광의 일부는 착색층(2567R)을 통과하여 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이 발광 모듈(2580R)의 외부로 방출된다.
표시 장치(2501)는 광 추출 측에 차광층(2567BM)을 포함한다. 차광층(2567BM)은 착색층(2567R)을 둘러싸도록 제공되어 있다.
착색층(2567R)은 특정 파장 영역의 광을 투과시키는 기능을 갖는 착색층이다. 예를 들어, 적색 파장 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터, 녹색 파장 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터, 청색 파장 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터, 또는 황색 파장 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터 등을 사용할 수 있다. 각 컬러 필터는 다양한 재료 중 임의의 것을 사용하여 인쇄법, 잉크젯법, 또는 포토리소그래피 기술을 사용한 에칭법 등에 의하여 형성할 수 있다.
표시 장치(2501)에는 절연층(2521)이 제공된다. 절연층(2521)은 트랜지스터(2502t)를 덮는다. 또한, 절연층(2521)은 화소 회로에 기인한 요철을 덮는 기능을 갖는다. 절연층(2521)은 불순물 확산을 억제하는 기능을 가져도 좋다. 이에 의하여 불순물 확산에 의하여 트랜지스터(2502t) 등의 신뢰성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
발광 소자(2550R)는 절연층(2521) 위에 형성된다. 발광 소자(2550R)의 하부 전극의 단부와 중첩되도록 칸막이(2528)가 제공된다. 또한, 기판(2510)과 기판(2570) 사이의 간격을 제어하는 스페이서를 칸막이(2528) 위에 형성하여도 좋다.
주사선 구동 회로(2503g(1))는 트랜지스터(2503t) 및 용량 소자(2503c)를 포함한다. 또한, 구동 회로를 화소 회로와 같은 공정에서 같은 기판 위에 형성할 수 있다.
기판(2510) 위에는 신호를 공급할 수 있는 배선(2511)이 제공된다. 배선(2511) 위에는 단자(2519)가 제공된다. 단자(2519)에는 FPC(2509(1))가 전기적으로 접속된다. FPC(2509(1))는 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호 등을 공급하는 기능을 갖는다. 또한, FPC(2509(1))에는 PWB가 제공되어도 좋다.
또한, 표시 장치(2501)에는 다양한 구조 중 임의의 것을 갖는 트랜지스터를 사용할 수 있다. 도 22의 (A)는 보텀 게이트 트랜지스터를 사용하는 예를 도시한 것이지만 본 발명은 이 예에 한정되지 않고, 도 22의 (B)에 도시된 바와 같이 톱 게이트 트랜지스터를 표시 장치(2501)에 사용하여도 좋다.
또한, 트랜지스터(2502t) 및 트랜지스터(2503t)의 극성에 대한 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 이들 트랜지스터에는 n채널 및 p채널 트랜지스터를 사용하여도 좋고, n채널 트랜지스터 또는 p채널 트랜지스터 중 어느 한쪽을 사용하여도 좋다. 또한, 트랜지스터(2502t 및 2503t)에 사용되는 반도체막의 결정성에 대한 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 비정질 반도체막 또는 결정성 반도체막을 사용하여도 좋다. 반도체 재료의 예에는 14족 반도체(예를 들어, 실리콘을 포함하는 반도체), 화합물 반도체(산화물 반도체를 포함함), 및 유기 반도체 등이 포함된다. 트랜지스터들(2502t 및 2503t) 중 한쪽 또는 이들 양쪽 모두에 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상인 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하고, 이로써 트랜지스터의 오프 상태 전류를 저감할 수 있다. 산화물 반도체의 예에는 In-Ga 산화물 및 In-M-Zn 산화물(M은 Al, Ga, Y, Zr, La, Ce, Sn, Hf, 또는 Nd를 나타냄) 등이 포함된다.
<터치 센서의 설명>
다음으로, 터치 센서(2595)에 대하여 도 22의 (C)를 참조하여 자세히 설명한다. 도 22의 (C)는 도 21의 (B)의 일점쇄선 X3-X4를 따라 취한 단면도에 상당한다.
터치 센서(2595)는 기판(2590) 상에 스태거 패턴으로 제공된 전극(2591) 및 전극(2592), 전극(2591) 및 전극(2592)을 덮는 절연층(2593), 및 인접한 전극들(2591)을 서로 전기적으로 접속시키는 배선(2594)을 포함한다.
전극(2591) 및 전극(2592)은 투광성 도전 재료를 사용하여 형성된다. 투광성 도전 재료로서는 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 또는 갈륨이 첨가된 산화 아연 등의 도전성 산화물을 사용할 수 있다. 또한, 그래핀을 포함하는 막을 사용할 수도 있다. 그래핀을 포함하는 막은 예를 들어, 산화 그래핀을 포함하는 막을 환원함으로써 형성할 수 있다. 환원 방법으로서는, 가열 등의 방법을 채용할 수 있다.
전극(2591) 및 전극(2592)은 예를 들어, 스퍼터링법에 의하여 기판(2590)에 투광성 도전 재료를 퇴적한 다음, 포토리소그래피 등 다양한 패턴 형성 기술 중 임의의 것에 의하여 불필요한 부분을 제거함으로써 형성할 수 있다.
절연층(2593)의 재료의 예에는, 아크릴 수지 또는 에폭시 수지 등의 수지, 실록산 결합을 갖는 수지, 및 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 또는 산화 알루미늄 등의 무기 절연 재료가 있다.
전극(2591)에 도달하는 개구가 절연층(2593)에 형성되고, 배선(2594)은 인접한 전극들(2591)을 전기적으로 접속시킨다. 투광성 도전 재료는 터치 패널의 개구율을 높일 수 있으므로 배선(2594)으로서 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 전기 저항을 저감할 수 있기 때문에, 배선(2594)에는 전극(2591 및 2592)의 도전성보다 도전성이 높은 재료를 적합하게 사용할 수 있다.
하나의 전극(2592)이 한 방향으로 연장되고, 복수의 전극(2592)이 스트라이프 형상으로 제공된다. 배선(2594)은 전극(2592)과 교차한다.
인접한 전극들(2591)이 하나의 전극(2592)을 사이에 개재하여 제공된다. 배선(2594)은 인접한 전극들(2591)을 전기적으로 접속시킨다.
또한, 복수의 전극(2591)은 반드시 하나의 전극(2592)과 직교하는 방향으로 배치될 필요는 없고, 0도보다 크고 90도 미만의 각도로 하나의 전극(2592)과 교차하도록 배치되어도 좋다.
배선(2598)은 전극들(2591 및 2592) 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 배선(2598)의 일부는 단자로서 기능한다. 배선(2598)에는 알루미늄, 금, 백금, 은, 니켈, 타이타늄, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 또는 팔라듐 등의 금속 재료 또는 이들 금속 재료 중 어느 것을 포함하는 합금 재료를 사용할 수 있다.
또한, 절연층(2593) 및 배선(2594)을 덮는 절연층을 제공하여 터치 센서(2595)를 보호하여도 좋다.
배선(2598)과 FPC(2509(2))는 접속층(2599)에 의하여 전기적으로 접속된다.
접속층(2599)으로서는, 이방성 도전 필름(ACF: anisotropic conductive film) 또는 이방성 도전 페이스트(ACP: anisotropic conductive paste) 등 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
<터치 패널의 설명 2>
다음으로, 터치 패널(2000)에 대하여 도 23의 (A)를 참조하여 자세히 설명한다. 도 23의 (A)는 도 21의 (A)의 일점쇄선 X5-X6을 따라 취한 단면도에 상당한다.
도 23의 (A)에 도시된 터치 패널(2000)에서는, 도 22의 (A)를 참조하여 설명한 표시 장치(2501)와 도 22의 (C)를 참조하여 설명한 터치 센서(2595)가 서로 접합되어 있다.
도 23의 (A)에 도시된 터치 패널(2000)은 도 22의 (A) 및 (C)를 참조하여 설명한 구성 요소에 더하여 접착층(2597) 및 반사 방지층(2567p)을 포함한다.
접착층(2597)은 배선(2594)과 접촉하여 제공된다. 또한, 접착층(2597)에 의하여 기판(2590)이 기판(2570)에 접합되어, 터치 센서(2595)가 표시 장치(2501)와 중첩되어 있다. 접착층(2597)은 투광성을 갖는 것이 바람직하다. 접착층(2597)에는 열 경화 수지 또는 자외선 경화 수지를 사용할 수 있다. 예를 들어, 아크릴 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 또는 실록산계 수지를 사용할 수 있다.
반사 방지층(2567p)은 화소와 중첩되는 영역에 배치된다. 반사 방지층(2567p)으로서는, 예를 들어 원편광판을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 23의 (A)에 도시된 구조와 다른 구조를 갖는 터치 패널에 대하여 도 23의 (B)를 참조하여 설명한다.
도 23의 (B)는 터치 패널(2001)의 단면도이다. 도 23의 (B)에 도시된 터치 패널(2001)은 표시 장치(2501)에 대한 터치 센서(2595)의 위치가, 도 23의 (A)에 도시된 터치 패널(2000)과 다르다. 아래에서는 상이한 부분에 대하여 자세히 설명하고, 그 외의 비슷한 부분에 대해서는 상술한 터치 패널(2000)의 설명을 참조한다.
착색층(2567R)은 발광 소자(2550R)와 중첩되는 영역에 배치된다. 도 23의 (B)에 도시된 발광 소자(2550R)는 트랜지스터(2502t)가 제공되어 있는 측으로 광을 방출한다. 따라서, 발광 소자(2550R)로부터 방출되는 광의 일부는 착색층(2567R)을 통과하여, 도 23의 (B)에서 화살표로 나타낸 바와 같이 발광 모듈(2580R)의 외부로 방출된다.
터치 센서(2595)는 표시 장치(2501)의 기판(2510) 측에 제공된다.
접착층(2597)은 기판(2510)과 기판(2590) 사이에 제공되며, 터치 센서(2595)를 표시 장치(2501)에 접합시킨다.
도 23의 (A) 또는 (B)에 도시된 바와 같이, 광은 발광 소자로부터 기판(2510) 및 기판(2570) 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 통하여 방출되어도 좋다.
<터치 패널의 구동 방법의 설명>
다음으로, 터치 패널의 구동 방법의 예에 대하여 도 24의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
도 24의 (A)는 상호 용량 터치 센서의 구조를 도시한 블록도이다. 도 24의 (A)에는 펄스 전압 출력 회로(2601) 및 전류 검지 회로(2602)를 도시하였다. 또한, 도 24의 (A)에서, 6개의 배선(X1 내지 X6)은 펄스 전압이 인가되는 전극(2621)을 나타내고, 6개의 배선(Y1 내지 Y6)은 전류의 변화를 검출하는 전극(2622)을 나타낸다. 도 24의 (A)에는 전극들(2621 및 2622)이 서로 중첩되는 영역에 각각 형성되는 용량 소자(2603)도 도시하였다. 또한, 전극들(2621 및 2622)의 기능은 치환이 가능하다.
펄스 전압 출력 회로(2601)는 배선들(X1 내지 X6)에 펄스 전압을 순차적으로 인가하기 위한 회로이다. 배선(X1 내지 X6)에 펄스 전압이 인가됨으로써 용량 소자(2603)의 전극들(2621 및 2622) 사이에 전계가 발생된다. 이 전극들 사이의 전계가 차폐될 때, 예를 들어 용량 소자(2603)(상호 용량)에서 변화가 일어난다. 이 변화를 이용하여, 검지 대상의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있다.
전류 검지 회로(2602)는, 용량 소자(2603)에서의 상호 용량의 변화에 의하여 일어나는 배선(Y1 내지 Y6)을 통하여 흐르는 전류의 변화를 검출하기 위한 회로이다. 검지 대상의 근접 또는 접촉이 없으면 배선(Y1 내지 Y6)에서 전류 값의 변화가 검출되지 않지만, 검지 대상의 근접 또는 접촉에 의하여 상호 용량이 감소되면 전류 값의 감소가 검출된다. 또한, 전류 값의 검지에는 적분 회로 등을 사용한다.
도 24의 (B)는 도 24의 (A)에 도시된 상호 용량 터치 센서에서의 입출력 파형을 나타낸 타이밍 차트이다. 도 24의 (B)에서는 1프레임 기간에 모든 행렬에서 검지 대상의 검지가 수행된다. 도 24의 (B)는 검지 대상이 검지되지 않는 기간(비(非)터치) 및 검지 대상이 검지되는 기간(터치)을 나타낸 것이다. 도 24의 (B)에서, 검지된 배선(Y1 내지 Y6)의 전류 값을 전압 값의 파형으로서 나타내었다.
배선들(X1 내지 X6)에는 펄스 전압이 순차적으로 인가되고, 이 펄스 전압에 따라 배선들(Y1 내지 Y6)의 파형이 변화된다. 검지 대상의 근접 또는 접촉이 없는 경우에는 배선(X1 내지 X6)의 전압의 변화에 따라 배선(Y1 내지 Y6)의 파형이 변화된다. 검지 대상이 근접 또는 접촉되는 부분에서는 전류 값이 감소되기 때문에 전압 값의 파형이 변화된다.
이런 식으로 상호 용량의 변화를 검출함으로써 검지 대상의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있다.
<센서 회로의 설명>
도 24의 (A)에는 터치 센서로서 배선들의 교차부에 용량 소자(2603)만을 제공하는 패시브 매트릭스형 터치 센서를 도시하였지만 트랜지스터 및 용량 소자를 포함하는 액티브 매트릭스형 터치 센서를 사용하여도 좋다. 도 25는 액티브 매트릭스형 터치 센서에 포함되는 센서 회로의 예를 도시한 것이다.
도 25의 센서 회로는 용량 소자(2603) 및 트랜지스터(2611, 2612, 및 2613)를 포함한다.
트랜지스터(2613)의 게이트에는 신호(G2)가 입력된다. 트랜지스터(2613)의 소스 및 드레인 중 한쪽에는 전압(VRES)이 인가되고, 트랜지스터(2613)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에는 용량 소자(2603)의 한쪽 전극 및 트랜지스터(2611)의 게이트가 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(2611)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 트랜지스터(2612)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속되고, 트랜지스터(2611)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에는 전압(VSS)이 인가된다. 트랜지스터(2612)의 게이트에는 신호(G1)가 입력되고, 트랜지스터(2612)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에는 배선(ML)이 전기적으로 접속된다. 용량 소자(2603)의 다른 쪽 전극에는 전압(VSS)이 인가된다.
다음으로, 도 25의 센서 회로의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 트랜지스터(2613)를 온으로 하는 전위가 신호(G2)로서 공급됨으로써, 전압(VRES)에 대응하는 전위가 트랜지스터(2611)의 게이트에 접속되는 노드(n)에 인가된다. 그리고, 트랜지스터(2613)를 오프로 하는 전위가 신호(G2)로서 인가됨으로써, 노드(n)의 전위가 유지된다.
그리고, 손가락 등 검지 대상의 근접 또는 접촉에 의하여 용량 소자(2603)의 상호 용량이 변화됨에 따라 노드(n)의 전위가 VRES에서 변화된다.
판독 동작에서, 트랜지스터(2612)를 온으로 하는 전위를 신호(G1)로서 공급한다. 노드(n)의 전위에 따라 트랜지스터(2611)를 흐르는 전류, 즉 배선(ML)을 흐르는 전류가 변화된다. 이 전류를 검지함으로써 검지 대상의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있다.
트랜지스터들(2611, 2612, 및 2613)의 각각에는 채널 영역이 형성되는 반도체층으로서 산화물 반도체층을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 트랜지스터(2613)로서 이러한 트랜지스터를 사용하면, 노드(n)의 전위가 오랫동안 유지될 수 있고 노드(n)에 VRES를 다시 공급하는 동작(리프레시 동작)의 빈도를 줄일 수 있으므로 바람직하다.
본 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시형태에 기재된 구조 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시형태 10)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 포함하는 표시 모듈 및 전자 기기에 대하여 도 26, 도 27의 (A) 내지 (G), 도 28의 (A) 내지 (D), 그리고 도 29의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
<표시 모듈>
도 26의 표시 모듈(8000)에서, 상부 커버(8001)와 하부 커버(8002) 사이에, FPC(8003)에 접속된 터치 센서(8004), FPC(8005)에 접속된 표시 장치(8006), 프레임(8009), 프린트 기판(8010), 및 배터리(8011)가 제공되어 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는 예를 들어, 표시 장치(8006)에 사용될 수 있다.
상부 커버(8001) 및 하부 커버(8002)의 형상 및 크기는, 터치 센서(8004) 및 표시 장치(8006)의 크기에 따라 적절히 변경될 수 있다.
터치 센서(8004)는, 저항식 터치 센서 또는 정전 용량식 터치 센서일 수 있고, 표시 장치(8006)와 중첩하여 형성되어도 좋다. 표시 장치(8006)의 대향 기판(밀봉 기판)은 터치 센서 기능을 가질 수 있다. 광학식 터치 센서가 얻어지도록 표시 장치(8006)의 각 화소에 포토센서를 제공하여도 좋다.
프레임(8009)은 표시 장치(8006)를 보호하고, 또한 프린트 기판(8010)의 동작에 의하여 발생되는 전자기파를 차단하기 위한 전자기 실드로서도 기능한다. 프레임(8009)은 방열판(radiator plate)으로서 기능하여도 좋다.
프린트 기판(8010)은 전원 회로와, 비디오 신호 및 클럭 신호를 출력하기 위한 신호 처리 회로를 갖는다. 전원 회로에 전력을 공급하기 위한 전원으로서, 외부 상용 전원 또는 별도로 제공된 배터리(8011)를 사용하여도 좋다. 배터리(8011)는 상용 전원을 사용하는 경우에는 생략할 수 있다.
표시 모듈(8000)에, 편광판, 위상차판, 또는 프리즘 시트 등의 부재를 추가적으로 제공할 수 있다.
<전자 기기>
도 27의 (A) 내지 (G)는 전자 기기를 도시한 것이다. 이들 전자 기기는 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작 키(9005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 소리, 시간, 경도, 전계, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 기울기, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정 또는 검지하는 기능을 갖는 센서), 및 마이크로폰(9008) 등을 포함할 수 있다. 또한, 센서(9007)는 맥박 센서 및 지문 센서와 같이 생체 정보를 측정하는 기능을 가져도 좋다.
도 27의 (A) 내지 (G)에 도시된 전자 기기는, 예를 들어 다양한 데이터(정지 화상, 동영상, 및 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 센서 기능, 달력, 날짜, 및 시간 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)로 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능으로 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속되는 기능, 무선 통신 기능으로 다양한 데이터를 송수신하는 기능, 및 기억 매체에 저장된 프로그램 또는 데이터를 판독하고 표시부에 프로그램 또는 데이터를 표시하는 기능 등의 다양한 기능을 가질 수 있다. 또한, 도 27의 (A) 내지 (G)에 도시된 전자 기기에 제공될 수 있는 기능은 상술한 것에 한정되지 않고, 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 도 27의 (A) 내지 (G)에 도시되어 있지 않지만, 전자 기기는 복수의 표시부를 포함하여도 좋다. 전자 기기는 카메라 등을 가져도 좋고, 정지 화상을 촬영하는 기능, 동영상을 촬영하는 기능, 촬영한 화상을 기억 매체(외부 기억 매체 또는 카메라에 포함되는 기억 매체)에 저장하는 기능, 또는 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 27의 (A) 내지 (G)에 도시된 전자 기기에 대하여 이하에서 자세히 설명한다.
도 27의 (A)는 휴대 정보 단말(9100)의 사시도이다. 휴대 정보 단말(9100)의 표시부(9001)는 플렉시블하다. 그러므로, 구부러진 하우징(9000)의 곡면을 따라 표시부(9001)를 제공할 수 있다. 또한, 표시부(9001)는 터치 센서를 포함하고, 손가락 또는 스타일러스 등으로 화면을 터치함으로써 조작을 행할 수 있다. 예를 들어, 표시부(9001)에 표시된 아이콘을 터치하여 애플리케이션을 기동할 수 있다.
도 27의 (B)는 휴대 정보 단말(9101)의 사시도이다. 휴대 정보 단말(9101)은 예를 들어, 전화기, 노트, 및 정보 열람 시스템 중 하나 이상으로서 기능한다. 구체적으로는, 휴대 정보 단말은 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한, 도 27의 (B)에 도시되지 않은 스피커(9003), 접속 단자(9006), 및 센서(9007) 등을, 도 27의 (A)에 나타낸 휴대 정보 단말(9100)과 같이 휴대 정보 단말(9101)에 배치할 수 있다. 휴대 정보 단말(9101)은 문자 및 화상 정보를 그 복수의 면에 표시할 수 있다. 예를 들어, 3개의 조작 버튼(9050)(조작 아이콘 또는 간단하게 아이콘이라고도 함)을 표시부(9001)의 하나의 면에 표시할 수 있다. 또한, 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수 있다. 정보(9051)의 예에는, 이메일, SNS(social networking service) 메시지, 및 전화 등의 수신을 알리는 표시; 이메일 및 SNS 메시지의 제목 및 송신자; 날짜; 시각; 배터리의 잔량; 및 안테나의 수신 강도가 포함된다. 정보(9051)가 표시되는 위치에, 정보(9051) 대신에 조작 버튼(9050) 등을 표시하여도 좋다.
도 27의 (C)는 휴대 정보 단말(9102)의 사시도이다. 휴대 정보 단말(9102)은 표시부(9001)의 3개 이상의 면에 정보를 표시하는 기능을 갖는다. 여기서는, 정보(9052), 정보(9053), 및 정보(9054)가 상이한 면에 표시되어 있다. 예를 들어, 휴대 정보 단말(9102)의 사용자는, 자신 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말(9102)을 넣은 상태로 표시(여기서는 정보(9053))를 볼 수 있다. 구체적으로는, 착신한 전화의 발신자의 전화 번호 또는 이름 등을, 휴대 정보 단말(9102)의 상방에서 볼 수 있는 위치에 표시한다. 따라서 사용자는, 휴대 정보 단말(9102)을 포켓에서 꺼내지 않고 표시를 보고, 전화를 받을지 여부를 결정할 수 있다.
도 27의 (D)는 손목시계형 휴대 정보 단말(9200)의 사시도이다. 휴대 정보 단말(9200)은 이동 전화, 이메일, 문장의 열람 및 편집, 음악 재생, 인터넷 통신, 및 컴퓨터 게임 등의 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있다. 표시부(9001)의 표시면이 구부러져 있고, 구부러진 표시면에 화상이 표시될 수 있다. 휴대 정보 단말(9200)은, 기존의 통신 표준에 따른 통신 방식인 근거리 무선 통신을 채용할 수 있다. 그 경우, 예를 들어 휴대 정보 단말(9200)과 무선 통신이 가능한 헤드셋 간의 상호 통신을 행할 수 있어 핸즈프리 통화가 가능하다. 휴대 정보 단말(9200)은 접속 단자(9006)를 포함하고, 커넥터를 통하여 다른 정보 단말에 데이터를 직접 송신하거나, 다른 정보 단말로부터 데이터를 직접 수신할 수 있다. 접속 단자(9006)를 통한 충전이 가능하다. 또한, 접속 단자(9006)를 사용하지 않고 무선 급전에 의하여 충전 동작을 행하여도 좋다.
도 27의 (E), (F), 및 (G)는 폴더블 휴대 정보 단말(9201)의 사시도이다. 도 27의 (E)는 펼친 휴대 정보 단말(9201)을 도시한 사시도이다. 도 27의 (F)는 펼치고 있는 중 또는 접고 있는 중의 휴대 정보 단말(9201)을 도시한 사시도이다. 도 27의 (G)는, 접은 휴대 정보 단말(9201)을 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말(9201)은, 접었을 때 휴대가 매우 쉽다. 휴대 정보 단말(9201)을 펼치면, 이음매 없는 큰 표시 영역의 일람성이 높다. 휴대 정보 단말(9201)의 표시부(9001)는, 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)에 의하여 지지된다. 힌지(9055)를 이용하여 2개의 하우징(9000) 사이의 연결부에서 휴대 정보 단말(9201)을 접음으로써, 휴대 정보 단말(9201)을, 펼친 상태에서 접은 상태로 가역적으로 변형할 수 있다. 예를 들어, 휴대 정보 단말(9201)은 곡률 반경 1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
전자 기기의 예에는 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터 등의 모니터, 디지털 카메라 또는 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화 또는 휴대 전화 장치라고도 함), 고글형 디스플레이(헤드 마운티드 디스플레이), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 및 파친코기 등의 대형 게임기가 있다.
도 28의 (A)는 텔레비전 장치의 예를 도시한 것이다. 텔레비전 장치(9300)에서, 하우징(9000)에 표시부(9001)가 제공되어 있다. 여기서는 하우징(9000)이 스탠드(9301)에 의하여 지지되어 있다.
도 28의 (A)에 도시된 텔레비전 장치(9300)는 하우징(9000)의 조작 스위치 또는 별체의 리모트 컨트롤러(9311)로 조작될 수 있다. 표시부(9001)는 터치 센서를 포함하여도 좋다. 텔레비전 장치(9300)는 손가락 등으로 표시부(9001)를 터치함으로써 조작될 수 있다. 리모트 컨트롤러(9311)에는 상기 리모트 컨트롤러(9311)로부터 출력되는 데이터를 표시하기 위한 표시부가 제공되어 있어도 좋다. 리모트 컨트롤러(9311)의 조작 키 또는 터치 패널에 의하여, 채널 또는 음량을 제어할 수 있고, 표시부(9001)에 표시되는 화상을 제어할 수 있다.
텔레비전 장치(9300)에는 수신기 또는 모뎀 등이 제공된다. 수신기에 의하여 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 텔레비전 장치를 모뎀을 통하여 유선 또는 무선으로 통신 네트워크에 접속함으로써, 단방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 사이 또는 수신자들 사이)의 데이터 통신을 행할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기 또는 조명 장치는 가요성을 갖기 때문에, 집 또는 빌딩의 내벽/외벽의 곡면, 또는 자동차의 내장/외장의 곡면을 따라 제공될 수 있다.
도 28의 (B)는 자동차(9700)의 외관도이다. 도 28의 (C)는 자동차(9700)의 운전석을 도시한 것이다. 자동차(9700)는 차체(9701), 차륜(9702), 대시보드(9703), 및 라이트(9704) 등을 포함한다. 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치 또는 발광 장치 등은 자동차(9700)의 표시부 등에 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 28의 (C)에 도시된 표시부(9710 내지 9715)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치 또는 발광 장치 등을 사용할 수 있다.
표시부(9710) 및 표시부(9711)의 각각은 자동차의 앞유리에 제공된 표시 장치이다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치 또는 발광 장치 등은 그 전극 및 배선에 투광성 도전 재료를 사용함으로써, 반대 측이 비쳐 보이는 시스루 표시 장치로 할 수 있다. 이러한 시스루 표시부(9710 또는 9711)는 자동차(9700)의 운전 중에 운전자의 시계(視界)를 방해하지 않는다. 그러므로, 본 발명의 일 형태의 표시 장치 또는 발광 장치 등은 자동차(9700)의 앞유리에 제공될 수 있다. 또한, 표시 장치 또는 발광 장치 등을 구동시키기 위한 트랜지스터 등을 제공하는 경우에는, 유기 반도체 재료를 사용한 유기 트랜지스터 또는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터 등 투광성을 갖는 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
표시부(9712)는 필러 부분에 제공된 표시 장치이다. 예를 들어, 차체에 제공된 촬상 수단에 의하여 취득된 화상을 표시부(9712)에 표시함으로써, 필러 부분에 가려지는 시계를 보완할 수 있다. 표시부(9713)는 대시보드에 제공된 표시 장치이다. 예를 들어, 차체에 제공된 촬상 수단에 의하여 취득된 화상을 표시부(9713)에 표시함으로써, 대시보드에 가려지는 시계를 보완할 수 있다. 즉, 자동차의 외측에 제공된 촬상 수단에 의하여 취득된 화상을 표시함으로써, 사각을 없앨 수 있고, 안전성을 높일 수 있다. 운전자가 볼 수 없는 부분을 보완하는 화상을 표시함으로써, 운전자는 더 쉽게 또 편하게 안전을 확인할 수 있다.
도 28의 (D)는 운전석과 조수석에 벤치 시트를 사용한 자동차 안을 도시한 것이다. 표시부(9721)는 도어 부분에 제공된 표시 장치이다. 예를 들어, 차체에 제공된 촬상 수단에 의하여 취득한 화상을 표시부(9721)에 표시함으로써, 도어에 가려지는 시계를 보완할 수 있다. 표시부(9722)는 핸들에 제공된 표시 장치이다. 표시부(9723)는 벤치 시트의 시트면 중앙부에 제공된 표시 장치이다. 또한, 표시 장치를 시트면 또는 등받이에 제공함으로써, 또한 이 표시 장치의 발열을 열원으로서 사용함으로써 표시 장치를 시트 히터로서 사용할 수 있다.
표시부(9714), 표시부(9715), 및 표시부(9722)는 내비게이션 데이터, 속도계, 태코미터(tachometer), 주행 거리, 연료 미터, 기어 시프트 인디케이터, 및 에어컨디셔너의 설정 등 다양한 종류의 정보를 제공할 수 있다. 표시부의 표시의 항목 또는 레이아웃 등은 사용자가 적절히 자유로이 변경할 수 있다. 상술한 정보를 표시부(9710 내지 9713, 9721, 및 9723)에 표시할 수도 있다. 표시부(9710 내지 9715 및 9721 내지 9723)는 조명 장치로서 사용할 수도 있다. 표시부(9710 내지 9715 및 9721 내지 9723)는 가열 장치로서 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기는 이차 전지를 포함하여도 좋다. 이차 전지는 비접촉 전력 전송에 의하여 충전될 수 있는 것이 바람직하다.
이차 전지의 예에는 겔 전해질을 사용한 리튬 폴리머 전지(리튬 이온 폴리머 전지) 등의 리튬 이온 이차 전지, 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지, 유기 라디칼 전지, 납 축전지, 공기 이차 전지, 니켈 아연 전지, 및 은 아연 전지가 포함된다.
본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기는 안테나를 포함하여도 좋다. 신호가 안테나에 의하여 수신되면, 전자 기기는 화상 또는 데이터 등을 표시부에 표시할 수 있다. 전자 기기가 이차 전지를 포함하는 경우, 안테나를 비접촉 전력 전송에 사용하여도 좋다.
도 29의 (A) 및 (B)에 도시된 표시 장치(9500)는 복수의 표시 패널(9501), 축부(9511), 및 베어링(9512)을 포함한다. 복수의 표시 패널(9501)의 각각은 표시 영역(9502) 및 광 투과 영역(9503)을 포함한다.
복수의 표시 패널(9501)의 각각은 플렉시블하다. 인접한 2개의 표시 패널(9501)은 서로 부분적으로 중첩되도록 제공된다. 예를 들어, 인접한 2개의 표시 패널(9501)의 광 투과 영역들(9503)을 서로 중첩시킬 수 있다. 복수의 표시 패널(9501)을 이용하여 큰 화면을 갖는 표시 장치를 얻을 수 있다. 이 표시 장치는 용도에 따라 표시 패널(9501)을 말 수 있기 때문에 범용성이 높다.
또한, 도 29의 (A) 및 (B)에서는 인접한 표시 패널들(9501)의 표시 영역들(9502)이 서로 분리되어 있지만 이 구조에 한정되지 않고, 예를 들어 인접한 표시 패널들(9501)의 표시 영역들(9502)을 틈 없이 서로 중첩시켜 연속적인 표시 영역(9502)을 얻어도 좋다.
본 실시형태에 기재된 전자 기기들의 각각은 어떤 종류의 데이터를 표시하기 위한 표시부를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는, 표시부를 갖지 않는 전자 기기에도 사용될 수 있다. 본 실시형태에 기재된 전자 기기의 표시부가 플렉시블하고, 구부러진 표시면에 표시를 행할 수 있는 구조, 또는 전자 기기의 표시부가 폴더블인 구조를 예시하였지만, 구조는 이에 한정되지 않고, 전자 기기의 표시부가 플렉시블하지 않고 평면부에 표시를 행하는 구조를 채용하여도 좋다.
본 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시형태에 기재된 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 11)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 포함하는 발광 장치에 대하여 도 30의 (A) 내지 (C) 및 도 31의 (A) 내지 (D)를 참조하여 설명한다.
도 30의 (A)는 본 실시형태에 나타낸 발광 장치(3000)의 사시도이고, 도 30의 (B)는 도 30의 (A)의 일점쇄선 E-F를 따라 취한 단면도이다. 또한, 도 30의 (A)에서는 도면의 복잡함을 피하기 위하여 구성 요소의 일부를 파선으로 도시하였다.
도 30의 (A) 및 (B)에 도시된 발광 장치(3000)는 기판(3001), 기판(3001) 위의 발광 소자(3005), 발광 소자(3005) 주위에 제공된 제 1 밀봉 영역(3007), 및 제 1 밀봉 영역(3007) 주위에 제공된 제 2 밀봉 영역(3009)을 포함한다.
광은 발광 소자(3005)로부터 기판(3001) 및 기판(3003) 중 한쪽 또는 양쪽을 통하여 방출된다. 도 30의 (A) 및 (B)에는 발광 소자(3005)로부터 광이 아래쪽(기판(3001) 측)으로 방출되는 구조를 도시하였다.
도 30의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이 발광 장치(3000)는 발광 소자(3005)가 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)으로 둘러싸이는 이중 밀봉 구조를 갖는다. 이중 밀봉 구조에 의하여, 외부로부터 발광 소자(3005)에 불순물(예를 들어, 물 및 산소 등)이 들어가는 것을 바람직하게 억제할 수 있다. 또한, 반드시 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)의 양쪽 모두를 제공할 필요는 없다. 예를 들어, 제 1 밀봉 영역(3007)만을 제공하여도 좋다.
또한, 도 30의 (B)에서 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)의 각각은 기판(3001) 및 기판(3003)과 접촉하여 제공되어 있다. 그러나, 이러한 구조에 한정되지 않고, 예를 들어 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009) 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 기판(3001) 상에 제공되는 절연막 또는 도전막과 접촉하여 제공하여도 좋다. 또는, 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009) 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 기판(3003) 상에 제공되는 절연막 또는 도전막과 접촉하여 제공하여도 좋다.
기판(3001) 및 기판(3003)은 각각, 상술한 실시형태에 기재된 기판(200) 및 기판(220)과 비슷한 구조를 가질 수 있다. 발광 소자(3005)는 상술한 실시형태에 기재된 발광 소자 중 임의의 것과 비슷한 구조를 가질 수 있다.
제 1 밀봉 영역(3007)에는 유리를 포함하는 재료(예를 들어, 유리 프릿 및 유리 리본 등)를 사용할 수 있다. 제 2 밀봉 영역(3009)에는 수지를 포함하는 재료를 사용할 수 있다. 제 1 밀봉 영역(3007)에 유리를 포함하는 재료를 사용함으로써, 생산성 및 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 또한, 제 2 밀봉 영역(3009)에 수지를 포함하는 재료를 사용함으로써, 내충격성 및 내열성을 향상시킬 수 있다. 다만, 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)에 사용하는 재료는 이러한 것에 한정되지 않고, 수지를 포함하는 재료를 사용하여 제 1 밀봉 영역(3007)을 형성하고, 유리를 포함하는 재료를 사용하여 제 2 밀봉 영역(3009)을 형성하여도 좋다.
유리 프릿은 예를 들어, 산화 마그네슘, 산화 칼슘, 산화 스트론튬, 산화 바륨, 산화 세슘, 산화 소듐, 산화 포타슘, 산화 붕소, 산화 바나듐, 산화 아연, 산화 텔루륨, 산화 알루미늄, 이산화 실리콘, 산화 납, 산화 주석, 산화 인, 산화 루테늄, 산화 로듐, 산화 철, 산화 구리, 이산화 망가니즈, 산화 몰리브데넘, 산화 나이오븀, 산화 타이타늄, 산화 텅스텐, 산화 비스무트, 산화 지르코늄, 산화 리튬, 산화 안티모니, 납 붕산염 유리, 인산 주석 유리, 바나듐산염 유리, 또는 붕규산염 유리를 포함하여도 좋다. 유리 프릿은 적외광을 흡수하기 위하여 적어도 1종류의 전이 금속을 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 유리 프릿으로서는, 예를 들어 기판에 프릿 페이스트를 도포하고, 가열 처리 또는 레이저 광 조사 등을 행한다. 프릿 페이스트는 상기 유리 프릿과, 유기 용매로 희석된 수지(바인더라고도 함)를 포함한다. 또한, 유리 프릿에 레이저 광의 파장의 광을 흡수하는 흡수제를 첨가하여도 좋다. 예를 들어, 레이저로서는 Nd:YAG 레이저 또는 반도체 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 레이저 광의 형상은 원형이어도 좋고 사각형이어도 좋다.
수지를 포함하는 상술한 재료로서, 예를 들어 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아마이드(예를 들어, 나일론, 아라미드), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 또는 아크릴 수지, 폴리우레탄, 또는 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 또는 실리콘(silicone) 등 실록산 결합을 갖는 수지를 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
또한, 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009) 중 한쪽 또는 양쪽 모두에 유리를 포함하는 재료를 사용하는 경우, 유리를 포함하는 상기 재료는 기판(3001)과 가까운 열 팽창률을 갖는 것이 바람직하다. 상술한 구조에 의하여 열응력으로 인하여 유리를 포함하는 재료 또는 기판(3001)에 크랙이 생기는 것을 억제할 수 있다.
예를 들어, 제 1 밀봉 영역(3007)에 유리를 포함하는 재료를 사용하고 제 2 밀봉 영역(3009)에 수지를 포함하는 재료를 사용하는 경우, 다음과 같은 유리한 효과를 얻을 수 있다.
제 2 밀봉 영역(3009)은 제 1 밀봉 영역(3007)보다, 발광 장치(3000)의 외주부에 가깝게 제공된다. 발광 장치(3000)에서는 외주부를 향할수록 외력 등에 의한 변형이 커진다. 그러므로, 더 큰 변형이 생기는 발광 장치(3000)의 외주부, 즉 제 2 밀봉 영역(3009)을, 수지를 포함하는 재료를 사용하여 밀봉하고, 제 2 밀봉 영역(3009)보다 내측에 제공되는 제 1 밀봉 영역(3007)을 유리를 포함하는 재료를 사용하여 밀봉함으로써, 외력 등으로 인한 변형이 생겨도 발광 장치(3000)가 손상되기 어려워진다.
또한, 도 30의 (B)에 도시된 바와 같이 제 1 영역(3011)은 기판(3001), 기판(3003), 제 1 밀봉 영역(3007), 및 제 2 밀봉 영역(3009)으로 둘러싸인 영역에 상당한다. 제 2 영역(3013)은 기판(3001), 기판(3003), 발광 소자(3005), 및 제 1 밀봉 영역(3007)으로 둘러싸인 영역에 상당한다.
제 1 영역(3011) 및 제 2 영역(3013)은 예를 들어 희가스 또는 질소 가스 등의 불활성 가스로 충전되는 것이 바람직하다. 또는 제 1 영역(3011) 및 제 2 영역(3013)은 아크릴 수지 또는 에폭시 수지 등의 수지로 충전되는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 영역(3011) 및 제 2 영역(3013)에 대해서는 대기압 상태보다 감압 상태가 바람직하다.
도 30의 (C)는 도 30의 (B)의 구조의 변형예를 도시한 것이다. 도 30의 (C)는 발광 장치(3000)의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 30의 (C)는 기판(3003)의 일부에 제공된 오목부에 건조제(3018)를 제공하는 구조를 도시한 것이다. 그 외의 구성 요소는 도 30의 (B)에 도시된 구조와 같다.
건조제(3018)로서는, 화학 흡착에 의하여 수분 등을 흡착하는 물질 또는 물리 흡착에 의하여 수분 등을 흡착하는 물질을 사용할 수 있다. 건조제(3018)로서 사용할 수 있는 물질의 예에는 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물(예를 들어, 산화 칼슘 및 산화 바륨 등), 황산염, 금속 할로젠화물, 과염소산염, 제올라이트, 및 실리카겔 등이 포함된다.
다음으로 도 30의 (B)에 도시된 발광 장치(3000)의 변형예에 대하여 도 31의 (A) 내지 (D)를 참조하여 설명한다. 또한, 도 31의 (A) 내지 (D)는 도 30의 (B)에 도시된 발광 장치(3000)의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 31의 (A) 내지 (D)에 도시된 발광 장치들 각각에서는, 제 2 밀봉 영역(3009)이 제공되지 않고, 제 1 밀봉 영역(3007)만이 제공되어 있다. 또한, 도 31의 (A) 내지 (D)에 도시된 발광 장치들 각각에서는, 도 30의 (B)에 도시된 제 2 영역(3013) 대신에 영역(3014)이 제공되어 있다.
영역(3014)에는, 예를 들어 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아마이드(예를 들어, 나일론, 아라미드), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 또는 아크릴 수지, 폴리우레탄, 또는 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 또는 실리콘(silicone) 등 실록산 결합을 갖는 수지를 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
영역(3014)에 상술한 재료를 사용하면, 소위 고체 밀봉의 발광 장치를 얻을 수 있다.
도 31의 (B)에 도시된 발광 장치에서는 도 31의 (A)에 도시된 발광 장치의 기판(3001) 측에 기판(3015)이 제공되어 있다.
도 31의 (B)에 도시된 바와 같이 기판(3015)은 요철을 갖는다. 요철을 갖는 기판(3015)을 발광 소자(3005)로부터 방출되는 광이 추출되는 측에 제공하는 구조에 의하여, 발광 소자(3005)로부터의 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 도 31의 (B)에 도시된 요철을 갖는 구조 대신에, 확산판으로서의 기능을 갖는 기판을 제공하여도 좋다.
도 31의 (C)에 도시된 발광 장치에서는, 기판(3001) 측을 통하여 광이 추출되는 도 31의 (A)에 도시된 발광 장치와 달리, 기판(3003) 측을 통하여 광이 추출된다.
도 31의 (C)에 도시된 발광 장치는 기판(3003) 측에 기판(3015)을 포함한다. 그 외의 구성 요소는 도 31의 (B)에 도시된 발광 장치와 같다.
도 31의 (D)에 도시된 발광 장치에서는, 도 31의 (C)에 도시된 발광 장치에 포함되는 기판(3003) 및 기판(3015)이 제공되지 않고, 기판(3016)이 제공되어 있다.
기판(3016)은 발광 소자(3005)에 가깝게 위치하는 제 1 요철 및 발광 소자(3005)로부터 떨어져 위치하는 제 2 요철을 포함한다. 도 31의 (D)에 도시된 구조에 의하여 발광 소자(3005)로부터의 광의 추출 효율을 더 향상시킬 수 있다.
그러므로, 본 실시형태에 기재된 구조를 사용함으로써 수분 및 산소 등의 불순물로 인한 발광 소자의 열화가 억제된 발광 장치를 제공할 수 있다. 또는, 본 실시형태에 기재된 구조에 의하여 광의 추출 효율이 높은 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시형태에 기재된 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 12)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 다양한 조명 장치 및 전자 기기에 사용하는 예에 대하여 도 32의 (A) 내지 (C) 및 도 33을 참조하여 설명한다.
가요성을 갖는 기판 위에 제작된 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 사용하여, 곡면을 갖는 발광 영역을 갖는 전자 기기 또는 조명 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태를 적용한 발광 장치는 자동차의 조명에도 적용될 수 있고, 그 예에는 대시보드, 앞유리, 및 천장 등의 조명이 있다.
도 32의 (A)는 다기능 단말(3500)의 하나의 면을 도시한 사시도이고, 도 32의 (B)는 다기능 단말(3500)의 다른 하나의 면을 도시한 사시도이다. 다기능 단말(3500)의 하우징(3502)에는 표시부(3504), 카메라(3506), 및 조명(3508) 등이 제공되어 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 조명(3508)에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치를 포함하는 조명(3508)은 면 광원으로서 기능한다. 그러므로 조명(3508)은 LED로 대표되는 점 광원과 달리, 지향성이 낮은 발광을 제공할 수 있다. 예를 들어, 조명(3508)과 카메라(3506)를 조합하여 사용하면, 조명(3508)의 점등 또는 점멸을 이용하여 카메라(3506)에 의하여 촬상을 행할 수 있다. 조명(3508)은 면 광원으로서 기능하기 때문에 자연광 하에서 찍은 듯한 사진을 찍을 수 있다.
또한 도 32의 (A) 및 (B)에 도시된 다기능 단말(3500)은 도 27의 (A) 내지 (G)에 도시된 전자 기기와 같이 다양한 기능을 가질 수 있다.
하우징(3502)은 스피커, 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 소리, 시간, 경도, 전계, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 기울기, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 갖는 센서), 및 마이크로폰 등을 포함할 수 있다. 자이로스코프 또는 가속도 센서 등의 기울기를 검출하는 센서를 포함하는 검출 장치를 다기능 단말(3500) 내부에 제공하면, 다기능 단말(3500)의 방향(다기능 단말이 가로 모드가 되도록 수평으로 놓여 있는지 또는 세로 모드가 되도록 수직으로 놓여 있는지)을 판단하여 표시부(3504)의 화면 표시를 자동적으로 전환할 수 있다.
표시부(3504)는 이미지 센서로서 기능하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(3504)가 손바닥 또는 손가락으로 터치되었을 때에 장문 또는 지문 등의 화상을 찍음으로써, 개인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 근적외광을 방출하는 백라이트 또는 센싱용 광원을 표시부(3504)에 제공함으로써 손가락 정맥 또는 손바닥 정맥 등의 화상을 찍을 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 표시부(3504)에 사용하여도 좋다.
도 32의 (C)는 보안등(3600)의 사시도이다. 보안등(3600)은 하우징(3602) 외측에 조명(3608)을 포함하고, 하우징(3602)에는 스피커(3610) 등이 제공되어 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 조명(3608)에 사용할 수 있다.
보안등(3600)은 예를 들어, 조명(3608)을 잡거나 쥐었을 때에 광을 방출한다. 하우징(3602)에는 보안등(3600)으로부터의 발광 방식을 제어할 수 있는 전자 회로가 제공되어도 좋다. 전자 회로는 1회 또는 간헐적으로 여러 번의 발광을 가능하게 하는 회로이어도 좋고, 발광의 전류값을 제어함으로써 발광량을 조정할 수 있는 회로이어도 좋다. 조명(3608)으로부터의 발광과 동시에 스피커(3610)로부터 대음량의 음향 경보가 출력되도록 하는 회로가 제공되어도 좋다.
보안등(3600)은 다양한 방향으로 광을 방출할 수 있기 때문에 광, 또는 광과 소리로 폭한 등에게 겁을 줄 수 있다. 또한, 보안등(3600)은 디지털 스틸 카메라 등의 카메라를 포함하여 사진 촬영 기능을 가져도 좋다.
도 33은 상기 발광 소자를 실내 조명 장치(8501)에 사용한 예를 도시한 것이다. 상기 발광 소자는 보다 대면적으로 할 수 있기 때문에 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 또한, 곡면을 갖는 하우징을 사용함으로써, 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8502)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에 기재된 발광 소자는 박막 형태이기 때문에 하우징을 더 자유로이 설계하는 것이 가능하다. 그러므로, 조명 장치를 다양한 형태로 정교하게 설계할 수 있다. 또한, 방의 벽에 대형 조명 장치(8503)를 제공하여도 좋다. 조명 장치의 전원 온/오프를 제어하기 위하여 조명 장치(8501, 8502, 및 8503)에 터치 센서를 제공하여도 좋다.
또한, 발광 소자를 테이블 표면 측에 사용하면 테이블로서의 기능을 갖는 조명 장치(8504)를 얻을 수 있다. 발광 소자를 다른 가구의 일부로서 사용하면 그 가구로서의 기능을 갖는 조명 장치를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 적용함으로써 조명 장치 및 전자 기기를 얻을 수 있다. 또한, 상기 발광 장치는 본 실시형태에 기재된 조명 장치 및 전자 기기에 한정되지 않고, 다양한 분야의 조명 장치 및 전자 기기에 사용될 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시형태에 기재된 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
<합성예 1>
본 실시예에서는, 실시형태 2의 구조식(108)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 (OC-6-22)-트리스{5-사이아노-2-[4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3)의 합성 방법에 대하여 설명한다. fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00040
<<단계 1: N-4-사이아노벤조일-N'-2-메틸벤조일하이드라자이드의 합성>>
300mL의 삼구 플라스크에, o-톨루산 하이드라자이드 13g(89mmol) 및 N-메틸-2-피롤리디논(NMP) 60mL를 넣고, 이 혼합물을 얼음으로 냉각시키면서 질소 기류하에서 교반하였다. 이 혼합 용액에 4-사이아노벤조일클로라이드 15g(91mmol)과 NMP 30mL의 혼합 용액을 천천히 적하하고, 이 혼합물을 16시간 동안 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 500mL의 물에 천천히 첨가하여 고체를 석출하였다. 석출된 고체를, 1M 염산을 사용한 초음파 세정 및 물을 사용한 초음파 세정을 교대로 2번씩(총 4번) 수행함으로써 세정하였다. 그 후, 에탄올을 사용하여 초음파 세정을 수행함으로써, 백색 고체 20g을 수율 82%로 얻었다. 핵자기 공명(NMR) 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 N-4-사이아노벤조일-N'-2-메틸벤조일하이드라자이드인 것을 확인하였다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 (a-0)에 나타낸다.
Figure pct00041
<<단계 2: N-클로로-4-사이아노페닐메틸리덴-N'-클로로-2-메틸페닐메틸리덴하이드라존의 합성>>
1000mL의 삼구 플라스크에, 단계 1에서 합성한 N-4-사이아노벤조일-N'-2-메틸벤조일하이드라자이드 20g(73mmol) 및 톨루엔 500mL를 넣었다. 이 혼합 용액에 오염화 인 50g(240mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 질소 기류하, 120℃에서 7시간 동안 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 300mL의 물에 천천히 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이 혼합물의 수성층과 유기층을 분리하고, 이 수성층에 대하여 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 추출로 얻어진 용액과 유기층을 조합하여 얻은 혼합물을 400mL의 1M 수산화 포타슘 수용액에 천천히 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이 혼합물의 수성층과 유기층을 분리하고, 이 수성층에 대하여 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 추출로 얻어진 용액과 유기층을 조합하고, 탄산수소소듐 포화수용액, 이어서 포화식염수로 세정하였다. 세정 후, 건조시키기 위하여 유기층에 무수 황산 마그네슘을 첨가하고, 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 톨루엔을 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 헥세인을 첨가하여 초음파 조사를 수행하였다. 흡인 여과에 의하여 고체를 회수하여 황색 고체 17g을 수율 72%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 황색 고체가 N-클로로-4-사이아노페닐메틸리덴-N'-클로로-2-메틸페닐메틸리덴하이드라존인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 (b-0)에 나타낸다.
Figure pct00042
<<단계 3: 5-(4-사이아노페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-3-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: HmpCNptz-diPrp)의 합성>>
500mL의 삼구 플라스크에, 단계 2에서 합성한 N-클로로-4-사이아노페닐메틸리덴-N'-클로로-2-메틸페닐메틸리덴하이드라존 4.7g(16mmol), 2,6-다이아이소프로필아닐린 17g(95mmol), 및 N,N-다이메틸아닐린 100mL를 넣고, 이 혼합물을 질소 기류하, 160℃에서 8시간 동안 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 300mL의 1M 염산에 첨가하여 1시간 동안 교반하고, 유기층과 수성층을 분리하였다. 이 수성층에 대하여 에틸아세테이트를 사용하여 추출을 수행하였다. 유기층과 추출로 얻어진 용액을 조합하고, 탄산수소소듐 포화수용액, 이어서 포화식염수로 세정하고, 건조시키기 위하여 유기층에 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 헥세인-에틸아세테이트(5:1)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 에틸아세테이트를 첨가하고, 이 혼합물에 초음파를 조사하고 나서 흡인 여과를 수행하여, 백색 고체 4.7g을 수율 35%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 5-(4-사이아노페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-3-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: HmpCNptz-diPrp)인 것을 확인하였다. 단계 3의 합성 스킴을 아래의 (c-0)에 나타낸다.
Figure pct00043
<<단계 4: fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 합성>>
3방 콕이 제공된 반응 용기에, 단계 3에서 합성한 HmpCNptz-diPrp 4.7g(11mmol) 및 트리스(아세틸아세토네이토)이리듐(III) 1.1g(2.2mmol)을 넣고, 이 혼합물을 아르곤 기류하, 250℃에서 40시간 동안 교반하였다. 얻어진 반응 혼합물을 다이클로로메테인에 첨가하고, 이 혼합물을 여과하여 불용물을 제거하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 다이클로로메테인-헥세인(4:1)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체가 facial 이성질체와 meridional 이성질체의 혼합물인 것을 확인하였다. 1H-NMR에 의한 facial 이성질체 대 meridional 이성질체의 이성질체 비율은 2:3이었다. 이성질체 분리를 위하여, 다시 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 먼저 다이클로로메테인-헥세인(1:1)의 혼합 용매를 사용한 다음, 다이클로로메테인-헥세인(4:1)의 혼합 용매를 사용하였다. meridional 이성질체의 프랙션의 소실을 실리카-겔 박층(thin layer) 크로마토그래피(TLC)로 확인한 후, 전개 용매를 다이클로로메테인으로 바꿨다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 황색 고체 0.31g을 수율 10%로 얻었다. 그 후, 얻어진 황색 고체 0.30g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 아르곤 유량 5.0mL/min으로, 2.6Pa의 압력하, 320℃에서 24시간 동안 가열함으로써 승화에 의한 정제를 수행하였다. 승화에 의한 정제 후, 황색 고체 0.21g을 회수율 70%로 얻었다. 단계 4의 합성 스킴을 아래의 (d-0)에 나타낸다.
Figure pct00044
단계 4에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)을 NMR 분광법에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 34에는 1H-NMR 차트를 나타내었다. 이들 결과는, 구조식(108)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3이 합성예 1에서 얻어진 것을 나타낸다.
1H-NMR δ (CD2Cl2): 0.72-0.79 (m, 27H), 0.96 (d, 9H), 2.11-2.17 (m, 3H), 2.25 (s, 9H), 2.64-2.69 (m, 3H), 6.23 (d, 3H), 6.80 (d, 3H), 6.87-6.91 (m, 6H), 7.05 (s, 3H), 7.18-7.29 (m, 12H), 7.53 (t, 3H).
<fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 특성>
다음으로, fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 다이클로로메테인 용액(0.0100mmol/L)의 자외-가시 흡수 스펙트럼(이하에서는 단순히 "흡수 스펙트럼"이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation제조)를 사용하여, 다이클로로메테인 용액을 석영 셀에 넣은 상태로 실온에서 측정하였다. 발광 스펙트럼은 절대 PL 양자 수율 측정계(C11347-01, Hamamatsu Photonics K.K.제조)를 사용하여, 글로브 박스(LABstar M13(1250/780), Bright Co., Ltd.제조)에서 질소 분위기하에서 다이클로로메테인 탈산소 용액을 석영 셀에 밀봉하여 실온에서 측정하였다. 도 35는 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한 도 35의 흡수 스펙트럼은, 석영 셀 내의 다이클로로메테인 용액의 측정된 흡수 스펙트럼으로부터, 석영 셀에 넣은 다이클로로메테인만의 측정된 흡수 스펙트럼을 뺌으로써 얻어진 결과이다.
도 35에 나타낸 바와 같이, fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 다이클로로메테인 용액으로부터는 513nm 및 550nm에 발광 피크를 갖는 녹색 발광이 관찰되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻은 fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3에 대하여, LC/MS(liquid chromatography mass spectrometry)에 의한 MS(mass spectrometric) 분석을 수행하였다.
LC/MS에서, 액체 크로마토그래피(LC) 분리를 ACQUITY UPLC(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하고, 질량 분석(MS)을 Xevo G2 Tof MS(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하였다. ACQUITY UPLC BEH C8(2.1×100mm, 1.7μm)을 LC 분리용 칼럼으로서 사용하고, 칼럼 온도를 40로 하였다. 이동상 A에는 아세토나이트릴을 사용하고, 이동상 B에는 0.1% 폼산 수용액을 사용하였다. 또한, fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3을 소정의 농도로 클로로폼에 용해시키고 이 혼합물을 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 85:15이었고, 그 후, 측정 시작으로부터 10분 후의 이동상 A 대 이동상 B의 비율이 95:5가 되도록 조성을 변화시켰다. 조성은 선형적으로 변화시켰다.
MS 분석에서는, ESI(electrospray ionization)법에 의하여 이온화하였다. 이때, 캐필러리 전압(capillary voltage) 및 샘플 콘 전압(sample cone voltage)은 각각 3.0kV 및 30V로 하였고, 포지티브 모드에서 검출하였다. 상술한 조건에서 이온화를 겪은 m/z=1450.63의 성분을 충돌 셀(collision cell)에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤과의 충돌을 위한 에너지(충돌 에너지)는 50eV로 하였다. 측정의 질량 범위는 m/z=100 내지 2000으로 하였다. 해리된 프로덕트 이온의 TOF(time-of-flight) MS에 의한 검출 결과를 도 36에 나타내었다.
도 36은 fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 프로덕트 이온이 주로 m/z=1031 부근에 검출되는 것을 나타낸 것이다. 도 36의 결과는, fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3에서 유래하는 특성을 나타내기 때문에, 혼합물에 포함되는 fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3을 인식하는 데 중요한 데이터로 간주할 수 있다.
m/z=1031 부근의 프로덕트 이온은 fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3으로부터 배위자 HmpCNptz-diPrp가 제거된 상태의 양이온인 것으로 추정되고, 이는 fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 특징이다.
(실시예 2)
<합성예 2>
본 실시예에서는, 실시형태 2의 구조식(108)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 (OC-6-21)-트리스{5-사이아노-2-[4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3)의 합성 방법에 대하여 설명한다. mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00045
<<mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 합성>>
실시예 1의 합성예 1에서 설명한 방법에 의하여 합성된 facial 이성질체와 meridional 이성질체의 혼합물을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 먼저 다이클로로메테인-헥세인(1:1)의 혼합 용매를 사용한 다음, 다이클로로메테인-헥세인(4:1)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 황색 고체 0.38g을 수율 12%로 얻었다. 그 후, 얻어진 황색 고체 0.37g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 아르곤 유량 5.0mL/min으로, 2.6Pa의 압력하, 305℃에서 42시간 동안 가열함으로써 승화에 의한 정제를 수행하였다. 승화에 의한 정제 후, 황색 고체 0.25g을 회수율 68%로 얻었다.
상술한 단계에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)을 NMR 분광법에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 37에는 1H-NMR 차트를 나타내었다. 이들 결과는, 구조식(108)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3이 합성예 2에서 얻어진 것을 나타내었다.
1H-NMR δ (CD2Cl2): 0.40 (d, 3H), 0.63 (t, 6H), 0.72 (d, 3H), 0.92-1.01 (m, 21H), 1.07 (d, 3H), 2.14-2.19 (m, 1H), 2.29 (s, 3H), 2.38-2.54 (m, 9H), 2.60-2.66 (m, 2H), 6.16-6.25 (m, 3H), 6.77-6.86 (m, 5H), 6.92-6.99 (m, 4H), 7.13 (s, 1H), 7.20-7.30 (m, 11H), 7.34-7.40 (m, 3H), 7.48 (t, 1H), 7.55-7.59 (m, 2H).
<mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 특성>
mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 다이클로로메테인 용액(0.0100mmol/L)의 흡수 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정은 실시예 1에서 설명한 방법과 마찬가지로 수행하였다. 도 38은 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 38에 나타낸 바와 같이, mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 다이클로로메테인 용액으로부터는 518nm 및 556nm에 발광 피크를 갖는 녹색 발광이 관찰되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻은 mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3에 대하여, LC/MS에 의한 MS 분석을 수행하였다. 분석 조건은 실시예 1의 분석과 마찬가지로 하였다. 얻어진 결과도 실시예 1과 마찬가지였기 때문에, 측정으로는 facial인지 meridional인지 판단하기 어렵지만, 프래그먼테이션의 특징은 실시예 1의 화합물과 비슷한 것을 알았다.
(실시예 3)
<합성예 3>
본 실시예에서는, 실시형태 2의 구조식(112)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 트리스{2-[4-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-diBuCNp)3)의 합성 방법에 대하여 설명한다. Ir(mpptz-diBuCNp)3의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00046
<<단계 1: 4-아미노-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴의 합성>>
1000mL의 삼구 플라스크에, 4-아미노-3,5-다이클로로벤조나이트릴 9.4g(50mmol), 아이소뷰틸보론산 26g(253mmol), 인산 삼포타슘 54g(253mmol), 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(S-phos) 2.0g(4.8mmol), 및 톨루엔 500mL를 넣었다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하고, 감압하에서 교반하면서 이 혼합물을 탈기하였다. 탈기 후, 트리스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 0.88g(0.96mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 질소 기류하, 130℃에서 8시간 동안 교반하여 반응시켰다. 이 반응 용액에 톨루엔을 첨가하고, 셀라이트, 산화 알루미늄, 및 셀라이트의 순서로 적층된 여과 보조제를 통하여 이 용액을 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서는 톨루엔을 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 황색 유상 물질 10g을 수율 87%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 황색 유상 물질이 4-아미노-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴인 것을 확인하였다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 (a-1)에 나타낸다.
Figure pct00047
<<단계 2: 4-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-3-(2-메틸페닐)-5-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: Hmpptz-diBuCNp)의 합성>>
300mL의 삼구 플라스크에, 단계 1에서 합성한 4-아미노-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴 11g(48mmol), N-(2-메틸페닐)클로로메틸리덴-N'-페닐클로로메틸리덴하이드라진 4.7g(16mmol), 및 N,N-다이메틸아닐린 40mL를 넣고, 질소 기류하, 160℃에서 7시간 동안 이 혼합물을 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 300mL의 1M 염산에 첨가하여 3시간 동안 교반하고, 유기층과 수성층을 분리하였다. 이 수성층에 대하여 에틸아세테이트를 사용하여 추출을 수행하였다. 유기층과 추출로 얻어진 용액을 조합하고, 탄산수소소듐 포화수용액, 이어서 포화식염수로 세정하고, 건조시키기 위하여 유기층에 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 헥세인-에틸아세테이트(5:1)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 헥세인을 첨가하고, 이 혼합물에 초음파를 조사하고 나서 흡인 여과를 수행하여, 백색 고체 2.0g을 수율 28%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 Hmpptz-diBuCNp인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 (b-1)에 나타낸다.
Figure pct00048
<<단계 3: 트리스{2-[4-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-diBuCNp)3)의 합성>>
3방 콕이 제공된 반응 용기에, 단계 2에서 합성한 Hmpptz-diBuCNp 2.0g(4.5mmol) 및 트리스(아세틸아세토네이토)이리듐(III) 0.44g(0.89mmol)을 넣고, 이 혼합물을 아르곤 기류하, 250℃에서 43시간 동안 교반하여 반응시켰다. 얻어진 반응 혼합물을 다이클로로메테인에 첨가하고, 불용물을 제거하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 다이클로로메테인을 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 황색 고체 0.32g을 수율 23%로 얻었다. 그 후, 얻어진 황색 고체 0.31g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 아르곤 유량 5.0mL/min으로, 2.6Pa의 압력하, 310℃에서 19시간 동안 가열함으로써 승화에 의한 정제를 수행하였다. 승화에 의한 정제 후, 황색 고체 0.26g을 회수율 84%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 아래의 (c-1)에 나타낸다.
Figure pct00049
단계 3에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)을 NMR 분광법에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 39에는 1H-NMR 차트를 나타내었다. 이들 결과는, 구조식(112)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 Ir(mpptz-diBuCNp)3이 합성예 3에서 얻어진 것을 나타내었다.
1H-NMR δ (CDCl3): 0.33 (d, 18H), 0.92 (d, 18H), 1.51-1.58 (m, 3H), 1.80-1.88 (m, 6H), 2.10-2.15 (m, 6H), 2.26-2.30 (m, 3H), 2.55 (s, 9H), 6.12 (d, 3H), 6.52 (t, 3H), 6.56 (d, 3H), 6.72 (t, 3H), 6.83 (t, 3H), 6.97 (d, 3H), 7.16 (t, 3H), 7.23 (d, 3H), 7.38 (s, 3H), 7.55 (s, 3H).
<Ir(mpptz-diBuCNp)3의 특성>
Ir(mpptz-diBuCNp)3의 다이클로로메테인 용액(0.0104mmol/L)의 흡수 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정은 실시예 1에서 설명한 방법과 마찬가지로 수행하였다. 도 40은 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 40에 나타낸 바와 같이, Ir(mpptz-diBuCNp)3의 다이클로로메테인 용액으로부터는 502nm에 발광 피크를 갖는 청색 발광이 관찰되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻은 Ir(mpptz-diBuCNp)3에 대하여, LC/MS에 의한 MS 분석을 수행하였다.
LC/MS에서, 액체 크로마토그래피(LC) 분리를 ACQUITY UPLC(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하고, 질량 분석(MS)을 Xevo G2 Tof MS(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하였다. ACQUITY UPLC BEH C8(2.1×100mm, 1.7μm)을 LC 분리용 칼럼으로서 사용하고, 칼럼 온도를 40로 하였다. 이동상 A에는 아세토나이트릴을 사용하고, 이동상 B에는 0.1% 폼산 수용액을 사용하였다. 또한, Ir(mpptz-diBuCNp)3을 소정의 농도로 클로로폼에 용해시키고 이 혼합물을 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 90:10이었고, 그 후, 측정 시작으로부터 10분 후의 이동상 A 대 이동상 B의 비율이 95:5가 되도록 조성을 변화시켰다. 조성은 선형적으로 변화시켰다.
MS 분석에서는, ESI법에 의하여 이온화하였다. 이때, 캐필러리 전압 및 샘플 콘 전압은 각각 3.0kV 및 30V로 하였고, 포지티브 모드에서 검출하였다. 상술한 조건에서 이온화를 겪은 m/z=1534.73의 성분을 충돌 셀에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤과의 충돌을 위한 에너지(충돌 에너지)는 50eV로 하였다. 측정의 질량 범위는 m/z=100 내지 2000으로 하였다. 해리된 프로덕트 이온의 TOF MS에 의한 검출 결과를 도 41에 나타내었다.
도 41은 Ir(mpptz-diBuCNp)3의 프로덕트 이온이 주로 m/z=1087 부근에 검출되는 것을 나타낸 것이다. 도 41의 결과는, Ir(mpptz-diBuCNp)3에서 유래하는 특성을 나타내기 때문에, 혼합물에 포함되는 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 인식하는 데 중요한 데이터로 간주할 수 있다.
m/z=1087 부근의 프로덕트 이온은 Ir(mpptz-diBuCNp)3으로부터 배위자 Hmpptz-diBuCNp가 제거된 상태의 양이온인 것으로 추정되고, 이는 Ir(mpptz-diBuCNp)3의 특징이다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자(발광 소자 1 및 발광 소자 2) 및 비교 발광 소자(비교 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2)의 제작예에 대하여 설명한다. 도 42는 본 실시예에서 제작한 발광 소자들 각각의 단면 모식도이고, 표 1은 자세한 소자 구조를 나타낸 것이다. 또한 여기서 사용되는 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 나타낸다. 또한 다른 화합물에 대해서는 실시예 3을 참조할 수 있다.
Figure pct00050
[표 1]
Figure pct00051
<발광 소자의 제작>
<<발광 소자 1의 제작>>
전극(101)으로서, 기판(200) 위에 ITSO막을 두께 70nm로 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 4,4',4"-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II) 및 산화 몰리브데넘(MoO3)을 중량비 DBT3P-II:MoO3=1:0.5에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP)을 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112) 위의 발광층(160)으로서, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), PCCP, 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 중량비 35DCzPPy:PCCP:Ir(mpptz-diBuCNp)3=0.65:1:0.65:0.06에서 공증착에 의하여 두께 30nm로 퇴적시키고, 이어서, 35DCzPPy 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 중량비 35DCzPPy:Ir(mpptz-diBuCNp)3=1:0.06에서 공증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 35DCzPPy는 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCCP는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(mpptz-diBuCNp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 발광층(160) 위에 35DCzPPy 및 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다. 그 후, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적시켰다.
전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 유기 재료가 퇴적된 기판(200)에 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 1을 밀봉하였다. 구체적으로는, 기판(200) 위의 유기 재료를 둘러싸도록 실재를 도포하고 기판(200)을 기판(220)에 접합한 후, 파장 365nm의 자외광을 6J/cm2에서 조사하고 80℃에서 1시간 동안 가열 처리하였다. 상술한 공정을 거쳐, 발광 소자 1을 얻었다.
<<발광 소자 2의 제작>>
발광층(160)을 형성하는 단계 이외는, 발광 소자 1과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 2를 제작하였다.
발광 소자 2의 발광층(160)으로서, 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm), PCCP, 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-diBuCNp)3=0.4:0.6:0.06에서 공증착에 의하여 두께 30nm로 퇴적시키고, 이어서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-diBuCNp)3=0.8:0.2:0.06에서 공증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 4,6mCzP2Pm은 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCCP는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(mpptz-diBuCNp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
<<비교 발광 소자 1의 제작>>
발광층(160)을 형성하는 단계 이외는, 발광 소자 1과 같은 단계를 거쳐 비교 발광 소자 1을 제작하였다.
비교 발광 소자 1의 발광층(160)으로서, 35DCzPPy, PCCP, 및 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-diPrp)3)을 중량비 35DCzPPy:PCCP:Ir(mpptz-diPrp)3=0.3:1:0.06에서 공증착에 의하여 두께 30nm로 퇴적시키고, 이어서, 35DCzPPy 및 Ir(mpptz-diPrp)3을 중량비 35DCzPPy:Ir(mpptz-diPrp)3=1:0.06에서 공증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 35DCzPPy는 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCCP는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(mpptz-diPrp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
<<비교 발광 소자 2의 제작>>
전극(101)으로서, 기판(200) 위에 ITSO막을 두께 110nm로 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 MoO3을 중량비 DBT3P-II:MoO3=1:0.5에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다. 다음으로, 정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 PCCP를 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112) 위의 발광층(160)으로서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-diPrp)3=0.5:0.5:0.05에서 공증착에 의하여 두께 30nm로 퇴적시키고, 이어서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-diPrp)3=0.8:0.2:0.05에서 공증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 4,6mCzP2Pm은 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCCP는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(mpptz-diPrp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 발광층(160) 위에 4,6mCzP2Pm 및 BPhen을 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다. 그 후, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 LiF을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적시켰다.
전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 유기 재료가 퇴적된 기판(200)에 기판(220)을 고정함으로써 비교 발광 소자 2를 밀봉하였다. 자세한 방법에 대해서는 발광 소자 1의 설명을 참조할 수 있다. 상술한 단계를 거쳐 비교 발광 소자 2를 얻었다.
<호스트 재료의 발광 스펙트럼>
제작한 발광 소자(발광 소자 1 및 2, 그리고 비교 발광 소자 1 및 2)에서 PCCP, 35DCzPPy, 및 4,6mCzP2Pm은 호스트 재료(제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물)로서 사용하였다. 도 43의 (A) 및 (B)는 PCCP의 박막, 35DCzPPy의 박막, 4,6mCzP2Pm의 박막, 35DCzPPy와 PCCP의 혼합 박막, 및 4,6mCzP2Pm과 PCCP의 혼합 박막의 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다.
발광 스펙트럼의 측정을 위하여, 석영 기판 위에 박막 시료들을 진공 증착법에 의하여 형성하였다. 발광 스펙트럼은 PL-EL 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K.제조)를 사용하여 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 측정하였다. 각 박막의 두께는 50nm로 하였다. 혼합 박막에서의 2종류의 화합물의 혼합비(제 1 유기 화합물: 제 2 유기 화합물)는 1:1로 하였다.
도 43의 (A)에 나타낸 바와 같이, 35DCzPPy의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 377nm이고 PCCP의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 412nm이므로, 35DCzPPy 및 PCCP 각각은 현저히 짧은 파장의 발광 피크를 갖는다. 35DCzPPy와 PCCP의 혼합 박막의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 414nm이고, 이것은 PCCP와 대략 같다. 따라서, 35DCzPPy와 PCCP의 조합은 엑시플렉스를 형성하지 않는다고 할 수 있다.
도 43의 (B)에 나타낸 바와 같이, 4,6mCzP2Pm과 PCCP의 혼합 박막의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 501nm이다. 이 발광 스펙트럼은 4,6mCzP2Pm의 발광 스펙트럼(피크 파장: 440nm) 및 PCCP의 발광 스펙트럼(피크 파장: 412nm)과 상이하다. 후술하는 바와 같이, 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위는 PCCP의 LUMO 준위보다 낮고, PCCP의 HOMO 준위는 4,6mCzP2Pm의 HOMO 준위보다 높다. 4,6mCzP2Pm과 PCCP의 혼합 박막으로부터의 발광 에너지는, 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 PCCP의 HOMO 준위의 에너지 차이에 대략 상당한다. 4,6mCzP2Pm과 PCCP의 혼합 박막으로부터의 발광은 4,6mCzP2Pm으로부터의 발광 및 PCCP로부터의 발광보다 긴 파장(낮은 에너지)을 갖는다. 따라서, 4,6mCzP2Pm과 PCCP의 혼합 박막으로부터의 발광은 4,6mCzP2Pm과 PCCP에 의하여 형성된 엑시플렉스로부터의 발광이라고 할 수 있다. 즉, 4,6mCzP2Pm과 PCCP의 조합은 엑시플렉스를 형성하는 유기 화합물의 조합이다. 4,6mCzP2Pm과 PCCP를 호스트 재료로서 사용함으로써, ExTET를 이용하는 발광 소자를 제작할 수 있다.
도 40에 나타낸 바와 같이, Ir(mpptz-diBuCNp)3의 흡수 스펙트럼의 가장 낮은 에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수대는 약 450nm이었고, 4,6mCzP2Pm과 PCCP에 의하여 형성된 엑시플렉스의 발광 스펙트럼과 중첩되는 영역을 갖는다. 따라서, 4,6mCzP2Pm과 PCCP를 호스트 재료로서 사용한 발광 소자에서는, 여기 에너지를 효과적으로 게스트 재료로 이동할 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1 각각에서 호스트 재료는 엑시플렉스를 형성하지 않고, 한편, 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2 각각에서 4,6mCzP2Pm(제 1 유기 화합물) 및 PCCP(제 2 유기 화합물)의 호스트 재료의 조합은 엑시플렉스를 형성한다.
다음으로, 호스트 재료로서 사용된 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(PCCP)의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)를 측정하였다.
삼중항 여기 에너지 준위의 측정을 위하여, 화합물의 박막 시료들 각각으로부터의 인광을 측정하였다. 이 측정은 측정 온도 10K에서 PL 현미경 LabRAM HR-PL(HORIBA, Ltd.제조), 여기 광으로서 He-Cd 레이저(325nm), 및 CCD 검출기를 사용하여 수행하였다. 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 상기 측정에 의하여 얻어진 인광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크로부터 얻었다.
제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 인광 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 459nm이었고, 제 2 유기 화합물(PCCP)의 인광 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 467nm이었다. 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 2.70eV이었고, 제 2 유기 화합물(PCCP)의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 2.66eV이었다.
4,6mCzP2Pm 및 PCCP 각각의 인광 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은, 도 43의 (B)에 나타낸 4,6mCzP2Pm과 PCCP에 의하여 형성된 엑시플렉스의 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장보다 짧다. 엑시플렉스는 단일항 여기 에너지 준위(S1 준위)와 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)의 에너지 차이가 작다는 특징을 갖는다. 따라서, 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장으로부터 얻을 수 있다. 따라서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(PCCP) 각각의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)보다 높다.
후술하는 바와 같이, 4,6mCzP2Pm 및 PCCP 각각의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 얻어진 게스트 재료의 전이 에너지보다 높다.
따라서, 본 실시예에서 호스트 재료로서 사용된 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(PCCP)은 호스트 재료로서 충분히 높은 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)를 갖는다.
<발광 소자의 특성>
도 44는 발광 소자 1 및 2, 그리고 비교 발광 소자 1 및 2의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 45는 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 46은 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 47은 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 2는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 1 및 2, 그리고 비교 발광 소자 1 및 2의 소자 특성을 나타낸 것이다.
[표 2]
Figure pct00052
도 48의 (A)는 전류 밀도 2.5mA/cm2의 전류가 공급되었을 때의 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 48의 (B)는 전류 밀도 2.5mA/cm2의 전류가 공급되었을 때의 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 44 내지 도 47 및 표 2로부터, 발광 소자 1이 비교 발광 소자 1보다 높은 발광 효율(높은 전류 효율 및 높은 외부 양자 효율)을 갖는 것을 알았다. 발광 소자 1의 최대 외부 양자 효율은 35%로 우수한 값이다. 도 48의 (A)에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1은 청색광을 방출한다. 발광 소자 1의 전계 발광(electroluminescence) 스펙트럼은 파장 487nm에 피크를 갖고 반값 전폭이 65nm이다. 따라서, 사이아노기를 포함하는 아릴기를 배위자로서 포함하는 이리듐 착체를 게스트 재료로서 사용함으로써, 높은 발광 효율로 청색광을 방출하는 발광 소자를 제작할 수 있다.
도 44 내지 도 47 및 표 2로부터, 발광 소자 2가 비교 발광 소자 2보다 높은 발광 효율(높은 전류 효율 및 높은 외부 양자 효율)을 갖는 것을 알았다. 발광 소자 2의 최대 외부 양자 효율은 35%로 우수한 값이다. 발광 소자 2는 발광 소자 1 그리고 비교 발광 소자 1 및 2의 구동 전압보다 낮은 전압으로 구동된다. 따라서, 발광 소자 2는 우수한 전력 효율을 나타낸다.
도 48의 (B)에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 2는 청색광을 방출한다. 발광 소자 2의 전계 발광 스펙트럼은 파장 487nm에 피크를 갖고 반값 전폭이 65nm이다. 한편, 비교 발광 소자 2의 전계 발광 스펙트럼은 파장 517nm에 피크를 갖고 반값 전폭이 108nm로 넓은 스펙트럼이다. 같은 게스트 재료를 사용하였지만, 비교 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2는 상당히 상이한 전계 발광 스펙트럼을 갖는다.
<CV 측정의 결과>
상술한 발광 소자의 호스트 재료(제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물) 및 게스트 재료에 사용되는 화합물의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 조사하였다. 또한 측정에는 전기 화학 분석기(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc.제조)를 사용하였다. 측정에서, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시킴으로써, 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한, -4.94eV로 추정된 참조 전극의 산화 환원 전위 및 얻어진 피크 전위로부터 각 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 얻었다.
호스트 재료(PCCP, 35DCzPPy, 및 4,6mCzP2Pm)의 산화 반응 특성 및 환원 반응 특성의 측정에는, N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF)에 호스트 재료를 용해시킴으로써 얻은 용액을 사용하였다. 일반적으로, 유기 EL 소자에 사용되는 유기 화합물은 약 1.7 내지 1.8의 굴절률을 갖고, 그 비유전율은 약 3이다. 극성이 높은 용매인 DMF(비유전율: 38)가, 사이아노기 등 극성이 높은(특히 전자 흡인성이 높은) 치환기를 포함하는 화합물의 산화 반응 특성의 측정에 사용되면, 정확성이 저하될 수 있다. 이 이유로, 본 실시예에서는 극성이 낮은 클로로폼(비유전율: 4.8)에 게스트 재료(Ir(mpptz-diBuCNp)3 또는 Ir(mpptz-diPrp)3)를 용해시킴으로써 얻은 용액을 산화 반응 특성의 측정에 사용하였다. 게스트 재료의 환원 반응 특성의 측정에는, DMF에 게스트 재료를 용해시킴으로써 얻은 용액을 사용하였다.
표 3은 CV 측정에 의하여 얻은 산화 전위 및 환원 전위, 그리고 CV 측정의 결과로부터 얻은 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 나타낸 것이다.
[표 3]
Figure pct00053
표 3에서 볼 수 있듯이, 발광 소자 2에서는, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 환원 전위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 환원 전위보다 높고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 산화 전위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 산화 전위보다 높다. 또한, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 HOMO 준위보다 낮다. 이 경우, 캐리어(전자 및 정공)가 한 쌍의 전극으로부터 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(PCCP)에 효율적으로 주입될 수 있고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)과 제 2 유기 화합물(PCCP)은 엑시플렉스를 형성할 수 있다. 따라서, 발광 소자 2는 높은 발광 효율 및 낮은 구동 전압의 양쪽을 달성하는 우수한 특성을 갖는다.
비교 발광 소자 2에서, 게스트 재료(Ir(mpptz-diPrp)3)의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위보다 높고, 게스트 재료(Ir(mpptz-diPrp)3)의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 HOMO 준위보다 0.3eV 이상 높다. 따라서, 게스트 재료(Ir(mpptz-diPrp)3) 및 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)이 엑시플렉스를 형성할 우려가 있다.
도 48의 (B)에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 2의 전계 발광 스펙트럼은 반값 전폭이 108nm로 넓은 스펙트럼이고, 비교 발광 소자 2와 비교 발광 소자 1은 같은 게스트 재료를 포함하지만 비교 발광 소자 2의 전계 발광 스펙트럼은 비교 발광 소자 1의 전계 발광 스펙트럼과 크게 상이하다. 따라서, 비교 발광 소자 2에서는, 게스트 재료(Ir(mpptz-diPrp)3) 및 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)이 엑시플렉스를 형성하고, 이로써 전계 발광 스펙트럼이 적색 쪽으로 변동된다. 이 이유로, 비교 발광 소자 2의 전류 효율 및 외부 양자 효율은 충분히 높지 않다.
<게스트 재료의 흡수 스펙트럼>
도 49는, 상기 발광 소자의 게스트 재료인 Ir(mpptz-diPrp)3의 흡수 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 또한 Ir(mpptz-diBuCNp)3의 흡수 스펙트럼은 실시예 3의 도 40에 나타내었다.
흡수 스펙트럼의 측정에는, Ir(mpptz-diPrp)3이 용해된 다이클로로메테인 용액을 준비하였고, 석영 셀을 사용하였다. 흡수 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation제조)를 사용하여 측정하였다. 그리고, 측정된 시료의 스펙트럼으로부터 석영 셀의 흡수 스펙트럼을 뺐다.
다음으로, 측정한 흡수 스펙트럼의 데이터로부터 흡수단을 얻고, 직접 전이를 가정한 전이 에너지를 추산하였다. 결과적으로, Ir(mpptz-diBuCNp)3의 흡수단은 478nm이고, 전이 에너지는 2.59eV이었다. Ir(mpptz-diPrp)3의 흡수단은 471nm이고, 전이 에너지는 2.63eV이었다.
Ir(mpptz-diBuCNp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.91eV이고, Ir(mpptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 3.28eV이었다. 이들 값은 표 3에 나타낸 CV 측정 결과로부터 얻었다.
즉, Ir(mpptz-diBuCNp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지보다 0.32eV만큼 크고, Ir(mpptz-diPrp)3의 에너지 차이는 전이 에너지보다 0.65eV만큼 크다.
도 48의 (A)에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 487nm이고, 비교 발광 소자 1의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 477nm이었다. 이에 따라, Ir(mpptz-diBuCNp)3의 발광 에너지는 2.55eV인 것으로 산출되고, Ir(mpptz-diPrp)3의 발광 에너지는 2.60eV인 것으로 산출되었다.
즉, Ir(mpptz-diBuCNp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 발광 에너지보다 0.36eV만큼 크고, Ir(mpptz-diPrp)3의 에너지 차이는 발광 에너지보다 0.68eV만큼 컸다.
결과적으로, 상기 발광 소자들의 게스트 재료 각각에서, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지보다 0.3eV 이상 크다. 또한 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 발광 에너지보다 0.3eV 이상 크다. 따라서, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어가 게스트 재료에서 직접 재결합될 때, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 높은 에너지가 필요하고, 즉 높은 전압이 필요하다.
그러나, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서, 게스트 재료에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 엑시플렉스로부터의 에너지 이동에 의하여 게스트 재료가 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
또한 발광 소자 2에서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물(PCCP)의 HOMO 준위(발광 소자 2에서 4,6mCzP2Pm 및 PCCP는 호스트 재료임)의 에너지 차이는 표 3으로부터 2.75eV로 산출되었다. 따라서, 발광 소자 2에서 호스트 재료들에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 에너지는, 게스트 재료(Ir(mpptz-diBuCNp)3)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(2.91eV)보다 작고, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(2.59eV)보다 크다. 그러므로, 발광 소자 2에서 게스트 재료가 엑시플렉스를 통하여 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
<신뢰성 시험의 결과>
도 50은 발광 소자의 신뢰성 시험의 결과를 나타낸 것이다. 신뢰성 시험을 위하여, 초기 휘도를 2000cd/m2로 설정하고, 발광 소자들(발광 소자 1 및 2 그리고 비교 발광 소자 1) 각각을 일정한 전류 밀도로 연속적으로 구동시켰다.
발광 소자 1 및 2 그리고 비교 발광 소자 1의 휘도가 초기 휘도의 90%까지 떨어지는 데 걸리는 시간(LT90)은 발광 소자 1이 54시간, 발광 소자 2가 160시간, 그리고 비교 발광 소자 1이 40시간이었다. 특히 발광 소자 2가 높은 신뢰성을 나타낸다.
따라서, 발광 소자 2와 같이, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위가 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위가 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합이 엑시플렉스를 형성하며, 사이아노기를 포함하는 이리듐 착체가 게스트 재료로서 사용된 발광 소자는, 높은 발광 효율 및 낮은 구동 전압의 양쪽을 실현할 수 있으며, 청색광을 방출하는 신뢰성이 높은 발광 소자로 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 구조를 채용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 발광 효율이 높으며 청색광을 방출하는 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시예 및 실시형태에 기재된 구조들 중 어느 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 5)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자들(발광 소자 3 및 4)을 제작하는 예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작되는 발광 소자의 단면에 대해서는 도 42의 단면 모식도를 참조할 수 있다. 자세한 소자 구조를 표 4에 나타내었다. 본 실시형태에 사용되는 화합물의 구조 및 약칭에 대해서는 상술한 실시예를 참조할 수 있다.
[표 4]
Figure pct00054
<발광 소자의 제작>
<<발광 소자 3의 제작>>
전극(101)으로서, 기판(200) 위에 ITSO막을 두께 110nm로 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 MoO3을 중량비 DBT3P-II:MoO3=1:0.5에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 PCCP를 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112) 위의 발광층(160)으로서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3=0.5:0.5:0.05에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시키고, 이어서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3=0.8:0.2:0.05에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 4,6mCzP2Pm은 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCCP는 제 2 유기 화합물에 상당하고, fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 발광층(160) 위에 4,6mCzP2Pm 및 BPhen을 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다. 그 후, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적시켰다.
전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 유기 재료가 퇴적된 기판(200)에 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 3을 밀봉하였다. 자세한 방법에 대해서는 발광 소자 1의 설명을 참조할 수 있다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 3을 얻었다.
<<발광 소자 4의 제작>>
발광층(160)을 형성하는 단계 이외는, 발광 소자 3과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 4를 제작하였다.
발광 소자 4의 발광층(160)으로서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3=0.5:0.5:0.05에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시키고, 이어서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3=0.8:0.2:0.05에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 4,6mCzP2Pm은 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCCP는 제 2 유기 화합물에 상당하고, mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다. 바꿔 말하면, 발광 소자 4는 게스트 재료 이외는 발광 소자 3과 같은 구조를 갖는다.
<발광 소자의 특성>
도 51은 발광 소자 3 및 4의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 52는 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 53은 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 54는 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 51 내지 도 54는 실시예 4에서 제작한 비교 발광 소자 2의 특성도 나타낸다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 5는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 3 및 4의 소자 특성을 나타낸 것이다.
[표 5]
Figure pct00055
도 55는 전류 밀도 2.5mA/cm2에서 전류가 흐르는 발광 소자 3 및 발광 소자 4의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 51 내지 도 54 및 표 5로부터, 발광 소자 3 및 4 각각은 비교 발광 소자 2보다 높은 발광 효율(높은 전류 효율 및 높은 외부 양자 효율)을 갖는 것을 알았다. 발광 소자 3의 최대 외부 양자 효율은 25%이고 발광 소자 4의 최대 외부 양자 효율은 24%이며, 이들은 바람직한 값이다. 발광 소자 3 및 4 각각은 비교 발광 소자 2의 구동 전압보다 낮은 전압으로 구동된다. 따라서, 발광 소자 3 및 4는 우수한 전력 효율을 나타낸다. 도 55에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 3 및 4는 녹색광을 방출한다. 발광 소자 3 및 4의 전계 발광 스펙트럼은 각각 509nm 및 511nm에 피크 파장을 갖는다. 따라서, 사이아노기를 포함하는 아릴기를 배위자로서 포함하는 이리듐 착체를 게스트 재료로서 사용함으로써, 높은 발광 효율로 녹색광을 방출하는 발광 소자를 제작할 수 있다.
<CV 측정의 결과>
발광 소자에서의 게스트 재료의 전기 화학적 특성을 CV에 의하여 조사하였다. 측정 방법은 실시예 4에서 사용한 것과 마찬가지로 하였다. 즉, 게스트 재료(fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3 및 mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3)의 산화 반응 특성의 측정에는, 클로로폼에 게스트 재료를 용해시킴으로써 얻은 용매를 사용하였고, 게스트 재료의 환원 반응 특성의 측정에는, DMF에 게스트 재료를 용해시킴으로써 얻은 용매를 사용하였다.
표 6은 CV 측정에 의하여 얻은 산화 전위 및 환원 전위, 그리고 CV 측정의 결과로부터 얻은 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 나타낸 것이다.
[표 6]
Figure pct00056
실시예 4의 표 3, 및 표 6에 나타낸 CV 측정 결과에 따르면, 발광 소자 3 및 4 각각에서는, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 환원 전위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 환원 전위보다 높고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 산화 전위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 산화 전위보다 높다. 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 산화 전위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 산화 전위보다 높고, 게스트 재료(fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3 및 mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3) 각각의 환원 전위는 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 환원 전위보다 낮고, 게스트 재료(fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3 및 mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3) 각각의 산화 전위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 산화 전위보다 높다. 또한, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 HOMO 준위보다 낮다. 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 HOMO 준위보다 낮고, 게스트 재료(fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3 및 mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3) 각각의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위보다 높고, 게스트 재료(fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3 및 mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3) 각각의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 HOMO 준위보다 낮다. 이 경우, 캐리어(전자 및 정공)가 한 쌍의 전극으로부터 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(PCCP)에 효율적으로 주입될 수 있고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)과 제 2 유기 화합물(PCCP)은 엑시플렉스를 형성할 수 있다. 따라서, 발광 소자 3 및 4 각각은 높은 발광 효율 및 낮은 구동 전압의 양쪽을 달성하는 우수한 특성을 갖는다.
<게스트 재료의 흡수 스펙트럼>
상기 발광 소자에 사용된 게스트 재료의 흡수 스펙트럼의 측정 결과로부터 흡수단을 얻고, 집적 전이를 가정한 전이 에너지를 추산하였다. 또한 fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3 및 mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 흡수 스펙트럼은 실시예 1의 도 35 및 실시예 2의 도 38에 나타내었다.
결과적으로, fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 흡수단은 513nm이고 전이 에너지는 2.42eV이었다. mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 흡수단은 516nm이고 전이 에너지는 2.40eV이었다.
fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 3.21eV이고, mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 3.15eV이었다. 이들 값은 표 6에 나타낸 CV 측정 결과로부터 얻었다.
fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 흡수단으로부터 얻은 전이 에너지보다 0.79eV만큼 크고, mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 에너지 차이는 전이 에너지보다 0.75eV만큼 크다.
도 55에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 3의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 509nm이고, 발광 소자 4의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 511nm이었다. 이에 따라, fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 발광 에너지는 2.44eV인 것으로 산출되고, mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 발광 에너지는 2.43eV인 것으로 산출되었다.
즉, fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 발광 에너지보다 0.77eV만큼 크고, mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3의 에너지 차이는 발광 에너지보다 0.72eV만큼 컸다.
결과적으로, 상기 발광 소자들의 게스트 재료 각각에서, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지보다 0.4eV 이상 크다. 또한 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 발광 에너지보다 0.4eV 이상 크다. 따라서, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어가 게스트 재료에서 직접 재결합될 때, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 높은 에너지가 필요하고, 즉 높은 전압이 필요하다.
그러나, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서, 게스트 재료에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 엑시플렉스로부터의 에너지 이동에 의하여 게스트 재료가 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
또한 발광 소자 3 및 4 각각에서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물(PCCP)의 HOMO 준위(4,6mCzP2Pm 및 PCCP는 호스트 재료임)의 에너지 차이는 실시예 4에 나타낸 표 3으로부터 2.75eV로 산출되었다. 따라서, 발광 소자 3 및 4에서 호스트 재료들에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 에너지는, 게스트 재료(fac-Ir(mpCNptz-diPrp)3 및 mer-Ir(mpCNptz-diPrp)3)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(3.21eV 및 3.15eV)보다 작고, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(2.42eV 및 2.40eV)보다 크다. 그러므로, 발광 소자 3 및 4에서 게스트 재료가 엑시플렉스를 통하여 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 구조를 채용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 발광 효율이 높고 소비전력이 낮으며 녹색광을 방출하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시예 및 실시형태에 기재된 구조들 중 어느 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 6)
실시형태 5에 기재된 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 소자와, 다른 발광 소자를 조합함으로써, 소비전력이 낮은 표시 장치를 제작할 수 있다. 본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 사용될 수 있는 발광 소자(발광 소자 5 내지 7)를 제작하는 예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작되는 발광 소자의 단면도에 대해서는 도 42를 참조할 수 있다. 표 7은 소자의 자세한 구조를 나타낸 것이다. 또한 여기서 사용되는 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 나타낸다. 또한 다른 화합물에 대해서는 상술한 실시형태들을 참조할 수 있다.
Figure pct00057
Figure pct00058
[표 7]
Figure pct00059
<발광 소자의 제작>
<<발광 소자 5의 제작>>
전극(101)으로서, 기판(200) 위에 ITSO막을 두께 70nm로 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 MoO3을 중량비 DBT3P-II:MoO3=1:0.5에서 공증착에 의하여 두께 40nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP)을 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112) 위의 발광층(160)으로서, 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 및 (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac))을 중량비 2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:Ir(tBuppm)2(acac)=0.7:0.3:0.05에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시키고, 이어서, 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, 및 Ir(tBuppm)2(acac)를 중량비 2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:Ir(tBuppm)2(acac))=0.8:0.2:0.05에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 2mDBTBPDBq-II는 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCBBiF는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(tBuppm)2(acac)는 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 발광층(160) 위에 2mDBTBPDBq-II 및 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 각각 두께 20nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다. 그 후, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적시켰다.
전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 유기 재료가 퇴적된 기판(200)에 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 5를 밀봉하였다. 자세한 방법에 대해서는 발광 소자 1의 기재를 참조할 수 있다. 상술한 공정을 거쳐, 발광 소자 5를 얻을 수 있다.
<<발광 소자 6의 제작>>
전극(101)으로서, 기판(200) 위에 ITSO막을 두께 70nm로 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 BPAFLP 및 MoO3을 중량비 BPAFLP:MoO3=1:0.5에서 공증착에 의하여 두께 50nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 BPAFLP를 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112) 위의 발광층(160)으로서 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, 및 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(2,8-다이메틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭: Ir(dmdppr-dmp)2(divm))을 중량비 2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:Ir(dmdppr-dmp)2(divm)=0.7:0.3:0.05에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시키고, 이어서, 2mDBTBPDBq-II, PCBBiF, 및 Ir(dmdppr-dmp)2(divm)을 중량비 2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:Ir(dmdppr-dmp)2(divm)=0.8:0.2:0.05에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 2mDBTBPDBq-II는 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCBBiF는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(dmdppr-dmp)2(divm)은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 발광층(160) 위에 2mDBTBPDBq-II 및 BPhen을 각각 두께 25nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다. 그 후, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적시켰다.
전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 유기 재료가 퇴적된 기판(200)에 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 6을 밀봉하였다. 자세한 방법에 대해서는 발광 소자 1의 설명을 참조할 수 있다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 6을 얻었다.
<<발광 소자 7의 제작>>
전극(101)으로서, 기판(200) 위에 ITSO막을 두께 70nm로 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 MoO3을 중량비 DBT3P-II I:MoO3=1:0.5에서 공증착에 의하여 두께 15nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 PCCP를 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112) 위의 발광층(160)으로서, 35DCzPPy, PCCP, 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 중량비 35DCzPPy:PCCP:Ir(mpptz-diBuCNp)3=0.65:0.65:0.06에서 공증착에 의하여 두께 30nm로 퇴적시키고, 이어서, 35DCzPPy 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 중량비 35DCzPPy:Ir(mpptz-diBuCNp)3=1:0.06에서 공증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 35DCzPPy은 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCCP는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(mpptz-diBuCNp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 발광층(160) 위에 35DCzPPy 및 BPhen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다. 그 후, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적시켰다.
전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 유기 재료가 퇴적된 기판(200)에 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 7을 밀봉하였다. 자세한 방법에 대해서는 발광 소자 1의 설명을 참조할 수 있다. 상술한 단계를 거쳐 비교 발광 소자 7을 얻었다.
<발광 소자의 특성>
도 56은 발광 소자 5 내지 7의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 57은 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 58은 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 59는 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 60은 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 8은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 5 내지 7의 소자 특성을 나타낸 것이다.
[표 8]
Figure pct00060
도 61은 전류 밀도 2.5mA/cm2에서 전류가 흐르는 발광 소자 5 내지 7의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 56 내지 도 60 및 표 8로부터, 발광 소자 5 내지 7 각각은 전류 효율이 높은 것을 알았다. 발광 소자 5의 최대 외부 양자 효율은 33%이고, 발광 소자 6의 최대 외부 양자 효율은 29%이고, 발광 소자 7의 최대 외부 양자 효율은 31%이고, 이들은 바람직한 값이다. 발광 소자 5 내지 7 각각은 낮은 전압으로 구동된다. 따라서, 발광 소자 5 내지 7은 우수한 전력 효율을 나타낸다. 도 61에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 5는 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장이 543nm이며 높은 색 순도로 녹색광을 방출하고, 발광 소자 6은 피크 파장이 612nm이며 높은 색 순도로 적색광을 방출하고, 발광 소자 7은 피크 파장이 483nm이며 높은 색 순도로 청색광을 방출한다.
<표시 장치의 소비전력>
상술한 식으로 제작한 발광 소자 5 내지 7을 사용한 표시 장치의 소비전력을 추산하였다.
표시 장치의 소비전력은, 표시 장치가 종횡비 16:9, 대각선 4.3인치, 표시 영역의 면적 50.97cm2, 개구율(약칭: RA) 35%인 것으로 가정하여 추산하였다.
표시 장치의 표시 소자로서 발광 소자 5 내지 7을 사용하는 경우, 식(4)에 따르면, 발광 소자 5의 구조를 갖는 표시 소자의 휘도(L5)가 284cd/m2, 발광 소자 6의 구조를 갖는 표시 소자의 휘도(L6)가 979cd/m2, 발광 소자 7의 구조를 갖는 표시 소자의 휘도(L7)가 1309cd/m2일 때, 색 온도 3500K의 백색(색도 좌표(x, y)=(0.405, 0.391))을 300cd/m2에서 표시 영역 전체에 표시할 수 있다.
Figure pct00061
이때의 표시 소자 부분의 소비전력은 1.7mW/cm2로 추산될 수 있다. 따라서, 발광 소자 5 내지 7의 구조를 갖는 표시 소자를 포함함으로써, 소비전력이 현저히 낮은 표시 장치를 제작할 수 있다.
<신뢰성 시험의 결과>
다음으로, 발광 소자 5 및 6의 신뢰성 시험의 결과를 도 62에 나타내었다. 신뢰성 시험을 위하여, 초기 휘도를 5000cd/m2로 하고, 발광 소자들(발광 소자 5 및 6) 각각을 일정한 전류 밀도로 연속적으로 구동시켰다.
결과적으로, 발광 소자 5 및 6의 휘도가 초기 휘도의 50%까지 떨어지는 데 걸리는 시간(LT50)은 발광 소자 5가 20000시간 이상이고 발광 소자 6이 10000시간 이상으로 산출되었으므로, 발광 소자 5 및 6은 높은 신뢰성을 갖는다.
따라서, 본 발명의 일 형태의 청색 발광 소자(발광 소자 7)와, 특성이 양호한 녹색 발광 소자(발광 소자 5 등) 및 적색 발광 소자(발광 소자 6 등)를 조합함으로써, 신뢰성이 높으며 삼원색의 발광 효율이 높은 발광 소자 및 표시 장치를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 구조와 이 실시예의 구조를 조합함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 소비전력이 낮고 발광 효율이 높으며 신뢰성이 높은 표시 장치를 제공할 수 있다.
(실시예 7)
<<합성예 4>>
본 실시예에서는, 실시형태 2의 구조식(118)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 트리스{2-[1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-1H-이미다졸-2-일-кN 3]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(pim-diBuCNp)3)의 합성 방법에 대하여 설명한다. Ir(pim-diBuCNp)3의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00062
<<단계 1: 1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-2-페닐-4,5-다이하이드로-1H-이미다졸의 합성>>
1000mL의 삼구 플라스크에, N-(2-클로로에틸)벤즈아마이드 22g(117mmol) 및 탈수 자일렌 260mL를 넣었다. 이 혼합 용액에 오염화 인 33g(158mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 140℃에서 1시간 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 혼합물을 실온까지 냉각하고, 여기에 4-아미노-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴 28g(120mmol)과 탈수 자일렌 60mL의 혼합 용액을 적하하고, 140℃에서 5시간 동안 가열 교반하였다. 이 반응 혼합물을 500mL의 물에 천천히 첨가하고 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이 혼합물에 클로로폼을 첨가하였다. 추출로 얻어진 용액을 1M 수산화 소듐 수용액에 천천히 첨가하고 이 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이 혼합물의 수성층과 유기층을 분리하였다. 추출로 얻어진 용액을 탄산수소소듐 포화수용액, 이어서 포화식염수로 세정하였다. 세정 후, 건조시키기 위하여 유기층에 무수 황산 마그네슘을 첨가하고, 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체에 에틸아세테이트와 헥세인의 혼합 용매를 첨가하고, 이 혼합물에 흡인 여과를 수행함으로써, 백색 고체 33g을 수율 79%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 교체가 1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-2-페닐-4,5-다이하이드로-1H-이미다졸인 것을 확인하였다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 (a-2)에 나타낸다.
Figure pct00063
<<단계 2: 1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-2-페닐-1H-이미다졸(약칭: Hpim-diBuCNp)의 합성>>
200mL의 삼구 플라스크에, 단계 1에서 합성한 1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-2-페닐-4,5-다이하이드로-1H-이미다졸 15g(42mmol) 및 아세토나이트릴을 넣었다. 이 혼합 용액에, 과망가니즈산 포타슘 13g(84mmol) 및 산화 알루미늄 29g을 유발에 넣고 마쇄하여 얻어진 분말을 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 17시간 동안 교반하여 반응시켰다. 이 반응 혼합물을 셀라이트를 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질에 톨루엔을 첨가하고, 이 혼합물을 셀라이트, 산화 알루미늄, 및 셀라이트의 순서로 적층된 여과 보조제를 통하여 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 헥세인-에틸아세테이트(5:1)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 무색 유상 물질 8.0g을 수율 53%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 무색 우상 물질이 1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-2-페닐-1H-이미다졸(약칭: Hpim-diBuCNp)인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 (b-2)에 나타낸다.
Figure pct00064
<<단계 3: 트리스{2-[1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-1H-이미다졸-2-일-кN 3]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(pim-diBuCNp)3)의 합성>>
3방 콕이 제공된 반응 용기에, 단계 2에서 합성한 Hpim-diBuCNp 5.0g(14mmol) 및 트리스(아세틸아세토네이토)이리듐(III) 1.4g(2.8mmol)을 넣고, 이 혼합물을 아르곤 기류하, 250℃에서 38시간 동안 가열하여 반응시켰다. 얻어진 반응 혼합물에 톨루엔을 첨가하고 불용물을 제거하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 먼저 톨루엔을 사용하였다. 다음으로, 톨루엔-에틸아세테이트(9:1)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 황색 고체 0.6g을 수율 18%로 얻었다. 그 후, 얻어진 황색 고체 0.6g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 아르곤 유량 5.0mL/min으로, 2.6Pa의 압력하, 280℃에서 17시간 동안 가열함으로써 승화에 의한 정제를 수행하였다. 승화에 의한 정제 후, 황색 고체 0.4g을 회수율 67%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 아래의 (c-2)에 나타낸다.
Figure pct00065
단계 3에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)을 NMR 분광법에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 63에는 1H-NMR 차트를 나타내었다. 이들 결과는, 구조식(118)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 Ir(pim-diBuCNp)3이 합성예 4에서 얻어진 것을 나타내었다.
1H-NMR δ (CDCl3): 0.43 (d, 9H), 0.56 (d, 9H), 0.79 (t, 18H), 1.42-1.50 (m, 3H), 1.73-1.81 (m, 3H), 1.97-2.02 (m, 3H), 2.12-2.17 (m, 3H), 2.24-2.29 (m, 3H), 2.46-2.50 (m, 3H), 6.05 (d, 3H), 6.40 (t, 3H), 6.59 (t, 3H), 6.71-6.76 (m, 9H), 7.54 (d, 6H).
<Ir(pim-diBuCNp)3의 특성>
Ir(pim-diBuCNp)3의 다이클로로메테인 용액(0.0115mmol/L)의 흡수 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정은 실시예 1에서 설명한 방법과 마찬가지로 수행하였다. 도 64는 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 64에 나타낸 바와 같이, Ir(pim-diBuCNp)3의 다이클로로메테인 용액으로부터는 526nm에 발광 피크를 갖는 녹색 발광이 관찰되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻은 Ir(pim-diBuCNp)3에 대하여, LC/MS(liquid chromatography mass spectrometry)에 의한 MS(mass spectrometric) 분석을 수행하였다.
LC/MS에서, 액체 크로마토그래피(LC) 분리를 ACQUITY UPLC(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하고, 질량 분석(MS)을 Xevo G2 Tof MS(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하였다. ACQUITY UPLC BEH C8(2.1×100mm, 1.7μm)을 LC 분리용 칼럼으로서 사용하고, 칼럼 온도를 40로 하였다. 이동상 A에는 아세토나이트릴을 사용하고, 이동상 B에는 0.1% 폼산 수용액을 사용하였다. 또한, Ir(pim-diBuCNp)3을 소정의 농도로 클로로폼에 용해시키고 이 혼합물을 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 70:30이었고, 그 후, 측정 시작으로부터 10분 후의 이동상 A 대 이동상 B의 비율이 95:5가 되도록 조성을 변화시켰다. 조성은 선형적으로 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=1261.60의 성분을 충돌 셀에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤과의 충돌을 위한 에너지(충돌 에너지)는 50eV로 하였다. 측정의 질량 범위는 m/z=100 내지 2000으로 하였다. 해리된 프로덕트 이온의 TOF(time-of-flight) MS에 의한 검출 결과를 도 65에 나타내었다.
도 65는 Ir(pim-diBuCNp)3의 프로덕트 이온이 주로 m/z=905 부근에 검출되는 것을 나타낸 것이다. 도 65의 결과는, Ir(pim-diBuCNp)3에서 유래하는 특성을 나타내기 때문에, 혼합물에 포함되는 Ir(pim-diBuCNp)3을 인식하는 데 중요한 데이터로 간주할 수 있다.
m/z=905 부근의 프로덕트 이온은 Ir(pim-diBuCNp)3으로부터 배위자 Hpim-diBuCNp가 제거된 상태의 양이온인 것으로 추정되고, 이는 Ir(pim-diBuCNp)3의 특징이다.
Ir(pim-diBuCNp)3의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 조사하였다. 또한 측정에는 전기 화학 분석기(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc.제조)를 사용하였다. 또한 산화 반응 특성의 측정에는 Ir(pim-diBuCNp)3을 클로로폼에 용해시킨 용액을 사용하고, 환원 반응 특성의 측정에는 Ir(pim-diBuCNp)3을 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF)에 용해시킨 용액을 사용하였다. 측정에서, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시킴으로써, 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한, -4.94eV로 추정된 참조 전극의 산화 환원 전위 및 얻어진 피크 전위로부터 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 얻었다.
CV 측정의 결과에 따르면, Ir(pim-diBuCNp)3의 산화 전위는 0.28V이고, 환원 전위는 -2.54V이었다. 또한 CV 측정의 결과로부터 얻은 Ir(pim-diBuCNp)3의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -5.22eV 및 -2.41eV이었다.
(실시예 8)
<합성예 5>
합성예 5에서는, 실시형태 2의 구조식(124)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 트리스{2-[4-(4-사이아노-2,6-다이메틸페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-dmCNp)3)의 합성예에 대하여 자세히 설명한다. Ir(mpptz-dmCNp)3의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00066
<<단계 1: 4-(4-사이아노-2,6-다이메틸페닐)-3-(2-메틸페닐)-5-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: Hmpptz-dmCNp)의 합성>>
300mL의 삼구 플라스크에, 4-아미노-2,6-다이메틸벤조나이트릴 6.5g(44mmol), N-(2-메틸페닐)클로로메틸리덴-N'-페닐클로로메틸리덴하이드라진 10g(34mmol), 및 N,N-다이메틸아닐린 80mL를 넣고, 질소 기류하, 160℃에서 21시간 동안 이 혼합물을 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 300mL의 1M 염산에 첨가하여 3시간 동안 교반하고, 유기층과 수성층을 분리하였다. 이 수성층에 대하여 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 유기층과 추출로 얻어진 용액을 조합하고, 탄산수소소듐 포화수용액, 이어서 포화식염수로 세정하고, 건조시키기 위하여 유기층에 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 먼저 비율 10:1(v:v)의 톨루엔과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 사용하고, 톨루엔 대 에틸아세테이트의 비율이 2:1(v:v)이 될 때까지 고극성 용매의 비율을 서서히 증가시켰다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 에틸아세테이트로부터 재결정시켜, 백색 고체 3.5g을 수율 27%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 4-(4-사이아노-2,6-다이메틸페닐)-3-(2-메틸페닐)-5-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: Hmpptz-dmCNp)인 것을 확인하였다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 (a-3)에 나타낸다.
Figure pct00067
<<단계 2: 트리스{2-[4-(4-사이아노-2,6-다이메틸페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-dmCNp)3)의 합성>>
3방 콕이 제공된 반응 용기에, 단계 1에서 얻은 Hmpptz-dmCNp 3.0g(8.2mmol) 및 트리스(아세틸아세토네이토)이리듐(III) 0.81g(1.6mmol)을 넣고, 이 혼합물을 250℃에서 37시간 동안 가열하여 반응시켰다. 이 반응 혼합물을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 비율 20:1(v:v)의 다이클로로메테인과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에틸아세테이트로부터 재결정시켜, 황색 고체 150mg을 수율 7.3%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 아래 (b-3)에 나타낸다.
Figure pct00068
단계 2에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)을 NMR 분광법에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 66에는 1H-NMR 차트를 나타내었다. 이들 결과는, 구조식(124)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 Ir(mpptz-dmCNp)3이 합성예 5에서 얻어진 것을 나타내었다.
1H-NMR δ (CDCl3): 1.99 (s, 9H), 2.02 (s, 9H), 2.36 (s, 9H), 6.22 (d, 3H), 6.61 (t, 3H), 6.66 (d, 3H), 6.78 (t, 3H), 6.90-6.93 (m, 3H), 6.99 (d, 3H), 7.19-7.23 (m, 6H), 7.41 (s, 3H), 7.48 (s, 3H).
<Ir(mpptz-dmCNp)3의 특성>
Ir(mpptz-dmCNp)3의 다이클로로메테인 용액(0.0100mmol/L)의 흡수 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정은 실시예 1에서 설명한 방법과 마찬가지로 수행하였다. 도 67은 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 67에 나타낸 바와 같이, Ir(mpptz-dmCNp)3의 다이클로로메테인 용액으로부터는 494nm에 발광 피크를 갖는 청록색 발광이 관찰되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻은 Ir(mpptz-dmCNp)3에 대하여, LC/MS(liquid chromatography mass spectrometry)에 의한 MS(mass spectrometric) 분석을 수행하였다.
LC/MS에서, 액체 크로마토그래피(LC) 분리를 ACQUITY UPLC(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하고, 질량 분석(MS)을 Xevo G2 Tof MS(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하였다. ACQUITY UPLC BEH C8(2.1×100mm, 1.7μm)을 LC 분리용 칼럼으로서 사용하고, 칼럼 온도를 40로 하였다. 이동상 A에는 아세토나이트릴을 사용하고, 이동상 B에는 0.1% 폼산 수용액을 사용하였다. 또한, Ir(mpptz-dmCNp)3을 소정의 농도로 클로로폼에 용해시키고 이 혼합물을 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 70:10이었고, 그 후, 측정 시작으로부터 10분 후의 이동상 A 대 이동상 B의 비율이 95:5가 되도록 조성을 변화시켰다. 조성은 선형적으로 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=1282.45의 성분을 충돌 셀에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤과의 충돌을 위한 에너지(충돌 에너지)는 70eV로 하였다. 측정의 질량 범위는 m/z=100 내지 1500으로 하였다. 해리된 프로덕트 이온의 TOF(time-of-flight) MS에 의한 검출 결과를 도 68에 나타내었다.
도 68은 Ir(mpptz-dmCNp)3의 프로덕트 이온이 주로 m/z=919 부근 및 m/z=891 부근에 검출되는 것을 나타낸 것이다. 도 68의 결과는, Ir(mpptz-dmCNp)3에서 유래하는 특성을 나타내기 때문에, 혼합물에 포함되는 Ir(mpptz-dmCNp)3을 인식하는 데 중요한 데이터로 간주할 수 있다.
m/z=919 부근의 프로덕트 이온은 Ir(mpptz-dmCNp)3으로부터 배위자 Hmpptz-dmCNp가 제거된 상태의 양이온, 그리고 m/z=891 부근의 프로덕트 이온은 m/z=919 부근의 프로덕트 이온으로부터 2개의 메틸기가 더 제거된 상태의 양이온인 것으로 추정되고, 이들은 Ir(mpptz-dmCNp)3의 특징이다.
Ir(mpptz-dmCNp)3의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 조사하였다. 또한 측정에는 전기 화학 분석기(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc.제조)를 사용하였다. 또한 산화 반응 특성의 측정에는 Ir(mpptz-dmCNp)3을 클로로폼에 용해시킨 용액을 사용하고, 환원 반응 특성의 측정에는 Ir(mpptz-dmCNp)3을 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF)에 용해시킨 용액을 사용하였다. 측정에서, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시킴으로써, 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한, -4.94eV로 추정된 참조 전극의 산화 환원 전위 및 얻어진 피크 전위로부터 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 얻었다.
CV 측정의 결과에 따르면, Ir(mpptz-dmCNp)3의 산화 전위는 0.48V이고, 환원 전위는 -2.44V이었다. 또한 CV 측정의 결과로부터 얻은 Ir(mpptz-dmCNp)3의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -5.42eV 및 -2.51eV이었다.
(실시예 9)
<합성예 6>
합성예 6에서는, 실시형태 2의 구조식(125)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 트리스{2-[4-(3-사이아노-2,4,6-트라이메틸페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-tm5CNp)3)의 합성예에 대하여 자세히 설명한다. Ir(mpptz-tm5CNp)3의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00069
<<단계 1: 3-아미노-2,4,6-트라이메틸벤조나이트릴의 합성>>
500mL의 삼구 플라스크에, 3-브로모-2,4,6-트라이메틸아닐린 13g(61mmol), 다이메틸폼아마이드 200mL, 및 사이아노화 구리 8.2g(91mmol)을 넣고, 이 혼합물을 질소 기류하, 150℃에서 16시간 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 이 반응 용액에 암모니아수 100mL 및 물 100mL를 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 교반하였다. 얻어진 혼합물의 수성층과 유기층을 분리하였다. 이 수성층에 대하여 다이클로로메테인을 사용하여 추출을 수행하고, 이 유기층을 물 및 포화식염수로 세정하였다. 건조시키기 위하여, 얻어진 유기층에 무수 황산 마그네슘을 첨가하고, 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하여 여과액을 얻었다. 이 여과액을 농축하여 갈색 고체를 얻었다. 이 갈색 고체를 에탄올로 세정하여 연한 적색 고체 7.1g을 수율 73%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 연한 적색 고체가 3-아미노-2,4,6-트라이메틸벤조나이트릴인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 (a-4)에 나타낸다.
Figure pct00070
<<단계 2: 4-(3-사이아노-2,4,6-트라이메틸페닐)-3-(2-메틸페닐)-5-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: Hmpptz-tm5CNp)의 합성>>
300mL의 삼구 플라스크에, 단계 1에서 합성한 3-아미노-2,4,6-트라이메틸벤조나이트릴 6.5g(41mmol), N-(2-메틸페닐)클로로메틸리덴-N'-페닐클로로메틸리덴하이드라진 9.4g(34mmol), 및 N,N-다이메틸아닐린 110mL를 넣고, 질소 기류하, 160℃에서 19시간 동안 이 혼합물을 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 300mL의 1M 염산에 첨가하여 3시간 동안 교반하고, 유기층과 수성층을 분리하였다. 이 수성층에 대하여 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 유기층과 추출로 얻어진 용액을 조합하고, 탄산수소소듐 포화수용액, 이어서 포화식염수로 세정하고, 건조시키기 위하여 유기층에 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 먼저 비율 1:1(v:v)의 톨루엔과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 백색 고체를 얻었다. 얻어진 백색 고체를 에틸아세테이트로부터 재결정시켜, 백색 고체 5.2g을 수율 40%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 4-(3-사이아노-2,4,6-트라이메틸페닐)-3-(2-메틸페닐)-5-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: Hmpptz-tm5CNp)인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 (b-4)에 나타낸다.
Figure pct00071
<<단계 3: 트리스{2-[4-(3-사이아노-2,4,6-트라이메틸페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-tm5CNp)3)의 합성>>
3방 콕이 제공된 반응 용기에, 단계 2에서 얻은 Hmpptz-tm5CNp 4.5g(12mmol) 및 트리스(아세틸아세토네이토)이리듐(III) 1.2g(2.4mmol)을 넣고, 이 혼합물을 250℃에서 40시간 동안 가열하였다. 이 반응 혼합물을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 비율 20:1(v:v)의 다이클로로메테인과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 황색 고체 0.80g을 수율 25%로 얻었다. 그 후, 얻어진 황색 고체 0.31g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 4.7×10-3Pa의 압력하, 315℃에서 16시간 동안 가열한 후, 320℃에서 8.5시간 동안 가열함으로써, 승화에 의한 정제를 수행하였다. 승화에 의한 정제 후, 황색 고체 0.18g을 회수율 58%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 아래의 (c-4)에 나타낸다.
Figure pct00072
단계 3에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)을 NMR 분광법에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 69에는 1H-NMR 차트를 나타내었다. 이들 결과는, 구조식(125)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 Ir(mpptz-tm5CNp)3이 합성예 6에서 얻어진 것을 나타내었다.
1H-NMR δ (CDCl3): 1.37-2.18 (m, 18H), 2.30-2.34 (m, 9H), 2.56 (s, 9H), 6.20-6.22 (m, 3H), 6.58-6.62 (m, 3H), 6.72 (d, 3H), 6.75-6.78 (m, 3H), 6.91-7.02 (m, 6H), 7.05-7.07 (m, 3H), 7.19-7.20 (m, 6H).
<Ir(mpptz-tm5CNp)3의 특성>
Ir(mpptz-tm5CNp)3의 다이클로로메테인 용액(0.0100mmol/L)의 흡수 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정은 실시예 1에서 설명한 방법과 마찬가지로 수행하였다. 도 70은 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 70에 나타낸 바와 같이, Ir(mpptz-tm5CNp)3의 다이클로로메테인 용액으로부터는 484nm 및 502nm에 발광 피크를 갖는 청록색 발광이 관찰되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻은 Ir(mpptz-tm5CNp)3에 대하여, LC/MS(liquid chromatography mass spectrometry)에 의한 MS(mass spectrometric) 분석을 수행하였다.
LC/MS에서, 액체 크로마토그래피(LC) 분리를 ACQUITY UPLC(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하고, 질량 분석(MS)을 Xevo G2 Tof MS(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하였다. ACQUITY UPLC BEH C8(2.1×100mm, 1.7μm)을 LC 분리용 칼럼으로서 사용하고, 칼럼 온도를 40로 하였다. 이동상 A에는 아세토나이트릴을 사용하고, 이동상 B에는 0.1% 폼산 수용액을 사용하였다. 또한, Ir(mpptz-tm5CNp)3을 소정의 농도로 클로로폼에 용해시키고 이 혼합물을 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 70:10이었고, 그 후, 측정 시작으로부터 10분 후의 이동상 A 대 이동상 B의 비율이 95:5가 되도록 조성을 변화시켰다. 조성은 선형적으로 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=1324.49의 성분을 충돌 셀에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤과의 충돌을 위한 에너지(충돌 에너지)는 50eV로 하였다. 측정의 질량 범위는 m/z=100 내지 2000으로 하였다. 해리된 프로덕트 이온의 TOF(time-of-flight) MS에 의한 검출 결과를 도 71에 나타내었다.
도 71은 Ir(mpptz-tm5CNp)3의 프로덕트 이온이 주로 m/z=947 부근 및 m/z=919 부근에 검출되는 것을 나타낸 것이다. 도 71의 결과는, Ir(mpptz-tm5CNp)3에서 유래하는 특성을 나타내기 때문에, 혼합물에 포함되는 Ir(mpptz-tm5CNp)3을 인식하는 데 중요한 데이터로 간주할 수 있다.
m/z=947 부근의 프로덕트 이온은 Ir(mpptz-tm5CNp)3으로부터 배위자 Hmpptz-tm5CNp가 제거된 상태의 양이온, 그리고 m/z=919 부근의 프로덕트 이온은 m/z=947 부근의 프로덕트 이온으로부터 2개의 메틸기가 더 제거된 상태의 양이온인 것으로 추정되고, 이들은 Ir(mpptz-tm5CNp)3의 특징이다.
Ir(mpptz-tm5CNp)3의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 조사하였다. 또한 측정에는 전기 화학 분석기(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc.제조)를 사용하였다. 또한 산화 반응 특성의 측정에는 Ir(mpptz-tm5CNp)3을 클로로폼에 용해시킨 용액을 사용하고, 환원 반응 특성의 측정에는 Ir(mpptz-tm5CNp)3을 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF)에 용해시킨 용액을 사용하였다. 측정에서, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시킴으로써, 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한, -4.94eV로 추정된 참조 전극의 산화 환원 전위 및 얻어진 피크 전위로부터 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 얻었다.
CV 측정의 결과에 따르면, Ir(mpptz-tm5CNp)3의 산화 전위는 0.46V이고, 환원 전위는 -2.58V이었다. 또한 CV 측정의 결과로부터 얻은 Ir(mpptz-tm5CNp)3의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -5.40eV 및 -2.37eV이었다.
(실시예 10)
<합성예 7>
본 실시예에서는, 실시형태 2의 구조식(126)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 트리스{4-사이아노-2-[4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(mp5CNptz-diPrp)3)의 합성 방법에 대하여 설명한다. Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00073
<<단계 1: N-3-브로모벤조일-N'-2-메틸벤조일하이드라자이드의 합성>>
500mL의 삼구 플라스크에, o-톨루산 하이드라자이드 25g(166mmol) 및 N-메틸-2-피롤리디논(NMP) 120mL를 넣었다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하고, 상기 혼합물을 얼음으로 냉각시키면서 교반하였다. 이 혼합 용액에 3-브로모벤조일클로라이드 37g(166mmol)과 NMP 50mL의 혼합 용액을 천천히 적하하고, 이 혼합물을 20시간 동안 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 300mL의 물에 천천히 첨가하여 고체를 석출하였다. 석출된 고체에 대하여, 물 및 1M 염산을 교대로 사용한 초음파 세정을 수행하였다. 그 후, 에탄올을 사용하여 고체에 대한 초음파 세정을 수행함으로써, 백색 고체 40g을 수율 71%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 N-3-브로모벤조일-N'-2-메틸벤조일하이드라자이드인 것을 확인하였다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 (a-5)에 나타낸다.
Figure pct00074
<<단계 2: N-클로로-3-브로모페닐메틸리덴-N'-클로로-2-메틸페닐메틸리덴하이드라존의 합성>>
2000mL의 삼구 플라스크에, 단계 1에서 합성한 N-3-브로모벤조일-N'-2-메틸벤조일하이드라자이드 40g(119mmol) 및 톨루엔 800mL를 넣었다. 이 혼합 용액에 오염화 인 75g(360mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 질소 기류하, 120℃에서 8시간 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 400mL의 물에 천천히 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반하였다. 교반 후, 석출된 교체를 여과로 제거하고, 이 여과액을 수성층과 유기층으로 분리하고, 이 수성층에 대하여 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 추출로 얻어진 용액과 유기층을 조합하여 얻은 용액을 400mL의 2M 수산화 포타슘 수용액에 천천히 첨가하고, 이 용액을 실온에서 48시간 동안 교반하였다. 이 혼합물의 수성층과 유기층을 분리하고, 이 수성층에 대하여 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 추출로 얻어진 용액과 유기층을 조합하고, 이 조합 용액을 포화식염수로 세정하였다. 세정 후, 건조시키기 위하여 이 용액에 무수 황산 마그네슘을 첨가하고, 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 톨루엔을 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 황색 고체 43g을 수율 97%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 황색 고체가 N-클로로-3-브로모페닐메틸리덴-N'-클로로-2-메틸페닐메틸리덴하이드라존인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 (b-5)에 나타낸다.
Figure pct00075
<<단계 3: 3-(3-브로모페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸의 합성>>
1000mL의 삼구 플라스크에, 단계 2에서 합성한 N-클로로-3-브로모페닐메틸리덴-N'-클로로-2-메틸페닐메틸리덴하이드라존 30g(81.0mmol), 2,6-다이아이소프로필아닐린 43g(243mmol), 및 N,N-다이메틸아닐린 250mL를 넣고, 이 혼합물을 질소 기류하, 160℃에서 13시간 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 500mL의 3M 염산에 첨가하여 30분 동안 교반하고, 유기층과 수성층을 분리하였다. 이 수성층에 대하여 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 유기층과 추출로 얻어진 용액을 조합하고, 물, 탄산수소소듐 포화수용액, 및 포화식염수로 세정하고, 건조시키기 위하여 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 이 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 헥세인-에틸아세테이트(5:1)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 에틸아세테이트와 헥세인의 혼합 용매로부터 재결정시켜, 백색 고체 18g을 수율 46%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 3-(3-브로모페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸인 것을 확인하였다. 단계 3의 합성 스킴을 아래의 (c-5)에 나타낸다.
Figure pct00076
<<단계 4: 트리스{4-브로모-2-[4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)의 합성>>
다음으로, 단계 3에서 얻은 3-(3-브로모페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸 4.8g(10mmol) 및 트리스(아세틸아세토네이토)이리듐(III) 1.0g(2.0mmol)을 3방 콕이 제공된 반응 용기에 넣고, 250℃에서 40시간 동안 가열하여 반응시켰다. 얻어진 반응 혼합물을 다이클로로메테인에 용해시키고, 흡인 여과에 의하여 불용 고체를 제거하였다. 얻어진 여과액을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 다이클로로메테인을 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 다이클로로메테인과 헥세인의 혼합 용매로 세정하여 황색 고체 1.7g을 수율 53%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 이 황색 고체가 트리스{4-브로모-2-[4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)인 것을 확인하였다. 단계 4의 합성 스킴을 아래의 (d-5)에 나타낸다.
Figure pct00077
<<단계 5: 트리스{4-사이아노-2-[4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(mp5CNptz-diPrp)3)의 합성>>
다음으로, 단계 4에서 얻은 트리스{4-브로모-2-[4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III) 1.2g(0.74mmol) 및 다이메틸폼아마이드(DMF) 10mL를 50mL의 삼구 플라스크에 넣고, 여기에 사이아노화 구리 0.30g(3.4mmol)을 첨가하였다. 이 혼합물을 질소 기류하, 150℃에서 44시간 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액에 암모니아수 10mL 및 물 10mL를 첨가하고, 이 용액을 실온에서 교반하였다. 얻어진 혼합 용액에 대하여 다이클로로메테인을 사용하여 추출을 수행하고, 추출 용액을 물 및 포화식염수로 세정하였다. 건조시키기 위하여 이 용액에 무수 황산 마그네슘을 첨가하고, 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 이 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 다이클로로메테인을 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 에틸아세테이트로부터 이 고체를 재결정시켜, 황색 고체 0.61g을 수율 57%로 얻었다. 단계 5의 합성 스킴을 아래의 (e-5)에 나타낸다.
Figure pct00078
단계 5에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)을 NMR 분광법에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 72에는 1H-NMR 차트를 나타내었다. 이들 결과는, 구조식(126)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 Ir(mp5CNptz-diPrp)3이 합성예 7에서 얻어진 것을 나타내었다.
1H-NMR δ (CDCl3): 0.74-0.80 (m, 27H), 0.93 (d, 9H), 2.13-2.17 (m, 3H), 2.32 (s, 9H), 2.65-2.70 (m, 3H), 6.33 (d, 3H), 6.81 (d, 3H), 6.91 (t, 3H), 6.96-7.01 (m, 6H), 7.12-7.27 (m, 9H), 7.30 (d, 3H), 7.56 (t, 3H).
<Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 특성>
Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 다이클로로메테인 용액(0.0100mmol/L)의 흡수 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정은 실시예 1에서 설명한 방법과 마찬가지로 수행하였다. 도 73은 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한 도 73의 흡수 스펙트럼은, 석영 셀 내의 다이클로로메테인 용액의 측정된 흡수 스펙트럼으로부터, 석영 셀에 넣은 다이클로로메테인만의 측정된 흡수 스펙트럼을 뺌으로써 얻어진 결과이다.
도 73에 나타낸 바와 같이, Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 다이클로로메테인 용액으로부터는 460nm 및 489nm에 발광 피크를 갖는 청색 발광이 관찰되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻은 Ir(mp5CNptz-diPrp)3에 대하여, LC/MS(liquid chromatography mass spectrometry)에 의한 MS(mass spectrometric) 분석을 수행하였다.
LC/MS에서, 액체 크로마토그래피(LC) 분리를 ACQUITY UPLC(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하고, 질량 분석(MS)을 Xevo G2 Tof MS(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하였다. ACQUITY UPLC BEH C8(2.1×100mm, 1.7μm)을 LC 분리용 칼럼으로서 사용하고, 칼럼 온도를 40로 하였다. 이동상 A에는 아세토나이트릴을 사용하고, 이동상 B에는 0.1% 폼산 수용액을 사용하였다. 또한, Ir(mp5CNptz-diPrp)3을 소정의 농도로 클로로폼에 용해시키고 이 혼합물을 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 85:15이었고, 그 후, 측정 시작으로부터 10분 후의 이동상 A 대 이동상 B의 비율이 95:5가 되도록 조성을 변화시켰다. 조성은 선형적으로 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=1451.64의 성분을 충돌 셀에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤과의 충돌을 위한 에너지(충돌 에너지)는 50eV로 하였다. 측정의 질량 범위는 m/z=100 내지 2000으로 하였다. 해리된 프로덕트 이온의 TOF(time-of-flight) MS에 의한 검출 결과를 도 74에 나타내었다.
도 74는 Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 프로덕트 이온이 주로 m/z=1031 부근에 검출되는 것을 나타낸 것이다. 도 74의 결과는, Ir(mp5CNptz-diPrp)3에서 유래하는 특성을 나타내기 때문에, 혼합물에 포함되는 Ir(mp5CNptz-diPrp)3을 인식하는 데 중요한 데이터로 간주할 수 있다.
m/z=1031 부근의 프로덕트 이온은 Ir(mp5CNptz-diPrp)3으로부터 배위자 3-(3-사이아노페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: Hmp5CNptz-diPrp)이 제거된 상태의 양이온인 것으로 추정되고, 이는 Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 특징이다.
Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 조사하였다. 또한 측정에는 전기 화학 분석기(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc.제조)를 사용하였다. 또한 산화 반응 특성의 측정에는 Ir(mp5CNptz-diPrp)3을 클로로폼에 용해시킨 용액을 사용하고, 환원 반응 특성의 측정에는 Ir(mp5CNptz-diPrp)3을 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF)에 용해시킨 용액을 사용하였다. 측정에서, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시킴으로써, 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한, -4.94eV로 추정된 참조 전극의 산화 환원 전위 및 얻어진 피크 전위로부터 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 얻었다.
CV 측정의 결과에 따르면, Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 산화 전위는 0.96V이고, 환원 전위는 -2.59V이었다. 또한 CV 측정의 결과로부터 얻은 Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -5.90eV 및 -2.35eV이었다.
(실시예 11)
<합성예 8>
본 실시예에서는, 실시형태 2의 구조식(128)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 트리스{4,6-다이사이아노-2-[4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpdCNptz-diPrp)3)의 합성 방법에 대하여 설명한다. Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00079
<<단계 1: N-3,5-다이브로모벤조일-N'-2-메틸벤조일하이드라자이드의 합성>>
500mL의 삼구 플라스크에, 3,5-다이브로모벤조일하이드라자이드 24g(80mmol) 및 N-메틸-2-피롤리디논(NMP) 150mL를 넣고, 이 혼합물을 얼음으로 냉각하면서 질소 기류하에서 교반하였다. 이 혼합 용액에 o-톨루오일클로라이드 12g(80mmol) 및 NMP 25mL의 혼합 용액을 천천히 적하하고, 이 혼합물을 20시간 동안 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 300mL의 물에 천천히 첨가하여 고체를 석출하였다. 석출된 고체에 대하여, 물 및 1M 염산을 교대로 사용한 초음파 세정을 수행하였다. 그 후, 에탄올을 사용하여 고체에 대한 초음파 세정을 수행함으로써, 백색 고체 31g을 수율 93%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 N-3,5-다이브로모벤조일-N'-2-메틸벤조일하이드라자이드인 것을 확인하였다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 (a-6)에 나타낸다.
Figure pct00080
<<단계 2: N-클로로-3,5-다이브로모페닐메틸리덴-N'-클로로-2-메틸페닐메틸리덴하이드라존의 합성>>
1000mL의 삼구 플라스크에, 단계 1에서 합성한 N-3,5-다이브로모벤조일-N'-2-메틸벤조일하이드라자이드 31g(75mmol) 및 톨루엔 500mL를 넣었다. 이 혼합 용액에 오염화 인 50g(240mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 120℃에서 4시간 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 500mL의 물에 천천히 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이 혼합물의 수성층과 유기층을 분리하고, 이 수성층에 대하여 다이클로로메테인을 사용하여 추출을 수행하였다. 추출로 얻어진 용액과 유기층을 조합하여 얻은 혼합물을 400mL의 1M 수산화 소듐 수용액에 천천히 첨가하고 이 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이 혼합물의 수성층과 유기층을 분리하고, 이 수성층에 대하여 다이클로로메테인을 사용하여 추출을 수행하였다. 추출로 얻어진 용액을 탄산수소소듐 포화수용액, 이어서 포화식염수로 세정하였다. 세정 후, 건조시키기 위하여 이 용액에 무수 황산 마그네슘을 첨가하고, 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 헥세인을 첨가하고 초음파 조사를 수행하였다. 흡인 여과로 고체를 회수하여 황색 고체 27g을 수율 81%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 황색 고체가 N-클로로-3,5-다이브로모페닐메틸리덴-N'-클로로-2-메틸페닐메틸리덴하이드라존인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 (b-6)에 나타낸다.
Figure pct00081
<<단계 3: 3-(3,5-다이브로모페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸의 합성>>
500mL의 삼구 플라스크에, 단계 2에서 합성한 N-클로로-3,5-다이브로모페닐메틸리덴-N'-클로로-2-메틸페닐메틸리덴하이드라존 27g(60mmol), 2,6-다이아이소프로필아닐린 32g(180mmol), 및 N,N-다이메틸아닐린 200mL를 넣고, 이 혼합물을 질소 기류하, 160℃에서 14시간 동안 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 500mL의 3M 염산에 첨가하여 1시간 동안 교반하고, 유기층과 수성층을 분리하였다. 이 수성층에 대하여 에틸아세테이트를 사용하여 추출을 수행하였다. 유기층과 추출로 얻어진 용액을 조합하고 탄산수소소듐 포화수용액, 이어서 포화식염수로 세정하였다. 그 후, 건조시키기 위하여 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 헥세인-에틸아세테이트(5:1)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 헥세인을 첨가하고, 이 혼합물에 초음파를 조사한 후, 흡인 여과하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 백색 고체 9.4g을 수율 28%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 3-(3,5-다이브로모페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸인 것을 확인하였다. 단계 3의 합성 스킴을 아래의 (c-6)에 나타낸다.
Figure pct00082
<<단계 4: 3-(3,5-다이사이아노페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: HmpdCNptz-diPrp)의 합성>>
200mL의 삼구 플라스크에, 단계 3에서 합성한 3-(3,5-다이브로모페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸 6.0g(11mmol) 및 N,N-다이메틸폼아마이드 36mL를 넣었다. 이 혼합 용액에 사이아노화 구리 2.9g(33mmol)을 첨가하고 이 용액을 150℃에서 29.5시간 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액에 암모니아수 60mL 및 물 60mL를 첨가하고 실온에서 2시간 동안 교반하였다. 이 혼합물에 클로로폼을 첨가하고, 이 혼합물에 대하여 추출을 수행하였다. 추출로 얻어진 용액을 포화식염수로 2번 세정하였다. 세정 후, 건조시키기 위하여 이 용액에 무수 황산 마그네슘을 첨가하고, 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 에틸아세테이트-헥세인(1:5)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 백색 고체 2.0g을 수율 42%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 3-(3,5-다이사이아노페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: HmpdCNptz-diPrp)인 것을 확인하였다. 단계 4의 합성 스킴을 아래의 (d-6)에 나타낸다.
Figure pct00083
<<단계 5: 트리스{4,6-다이사이아노-2-[4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpdCNptz-diPrp)3)의 합성>>
3방 콕이 제공된 반응 용기에, 단계 4에서 합성한 HmpdCNptz-diPrp 2.0g(4.5mmol) 및 트리스(아세틸아세토네이토)이리듐(III) 0.44g(0.90mmol)을 넣고, 이 혼합물을 아르곤 기류하, 250℃에서 37시간 동안 교반하여 반응시켰다. 얻어진 반응 혼합물을 다이클로로메테인에 첨가하고, 이 혼합물을 여과하여 불용물을 제거하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 먼저 다이클로로메테인을 사용한 후, 다이클로로메테인-에틸아세테이트(100:3)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 황색 고체 0.31g을 수율 22%로 얻었다. 그 후, 얻어진 황색 고체 0.31g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 3.0×10-3Pa의 압력하, 310℃에서 38시간 동안 가열함으로써 승화에 의한 정제를 수행하였다. 승화에 의한 정제 후, 황색 고체 0.19g을 회수율 60%로 얻었다. 단계 5의 합성 스킴을 아래의 (e-6)에 나타낸다.
Figure pct00084
단계 5에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)을 NMR 분광법에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 75에는 1H-NMR 차트를 나타내었다. 이들 결과는, 구조식(128)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 Ir(mpdCNptz-diPrp)3이 이 합성예에서 얻어진 것을 나타내었다.
1H-NMR. δ (CD2Cl2): 0.17 (d, 3H), 0.32 (d, 3H), 0.37 (d, 3H), 0.54 (d, 3H), 0.64-0.67 (m, 6H), 0.74-0.78 (m, 6H), 0.92 (d, 3H), 1.02 (d, 3H), 1.06-1.11 (m, 6H), 1.88-1.97 (m, 2H), 2.23-2.28 (m, 1H), 2.38 (s, 3H), 2.45 (s, 3H), 2.48 (s, 3H), 2.82-2.87 (m, 1H), 3.11-3.16 (m, 1H), 6.23 (d, 1H), 6.46 (d, 1H), 6.58 (d, 1H), 6.69 (d, 1H), 6.73 (d, 1H), 6.77-6.83 (m, 2H), 6.87-6.94 (m, 2H), 7.16-7.39 (m, 14H), 7.49-7.50 (m, 2H), 7.57 (t, 3H).
<Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 특성>
Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 다이클로로메테인 용액(0.0125mmol/L)의 흡수 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정은 실시예 1에서 설명한 방법과 마찬가지로 수행하였다. 도 76은 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한 도 76의 흡수 스펙트럼은, 석영 셀 내의 다이클로로메테인 용액(0.0125mmol/L)의 측정된 흡수 스펙트럼으로부터, 석영 셀에 넣은 다이클로로메테인만의 측정된 흡수 스펙트럼을 뺌으로써 얻어진 결과이다.
도 76에 나타낸 바와 같이, Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 다이클로로메테인 용액으로부터는 470nm 및 499nm에 발광 피크를 갖는 청색 발광이 관찰되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻은 Ir(mpdCNptz-diPrp)3에 대하여, LC/MS(liquid chromatography mass spectrometry)에 의한 MS(mass spectrometric) 분석을 수행하였다.
LC/MS에서, 액체 크로마토그래피(LC) 분리를 ACQUITY UPLC(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하고, 질량 분석(MS)을 Xevo G2 Tof MS(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하였다. ACQUITY UPLC BEH C8(2.1×100mm, 1.7μm)을 LC 분리용 칼럼으로서 사용하고, 칼럼 온도를 40로 하였다. 이동상 A에는 아세토나이트릴을 사용하고, 이동상 B에는 0.1% 폼산 수용액을 사용하였다. 또한, Ir(mpdCNptz-diPrp)3을 소정의 농도로 클로로폼에 용해시키고 이 혼합물을 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 80:20이었고, 그 후, 측정 시작으로부터 10분 후의 이동상 A 대 이동상 B의 비율이 95:5가 되도록 조성을 변화시켰다. 조성은 선형적으로 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=1526.62의 성분을 충돌 셀에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤과의 충돌을 위한 에너지(충돌 에너지)는 50eV로 하였다. 측정의 질량 범위는 m/z=100 내지 2000으로 하였다. 해리된 프로덕트 이온의 TOF(time-of-flight) MS에 의한 검출 결과를 도 77에 나타내었다.
도 77은 Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 프로덕트 이온이 주로 m/z=1081 부근에 검출되는 것을 나타낸 것이다. 도 77의 결과는, Ir(mpdCNptz-diPrp)3에서 유래하는 특성을 나타내기 때문에, 혼합물에 포함되는 Ir(mpdCNptz-diPrp)3을 인식하는 데 중요한 데이터로 간주할 수 있다.
m/z=1081 부근의 프로덕트 이온은 Ir(mpdCNptz-diPrp)3으로부터 배위자 HmpdCNptz-diPrp가 제거된 상태의 양이온인 것으로 추정되고, 이는 Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 특징이다.
Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 조사하였다. 또한 측정에는 전기 화학 분석기(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc.제조)를 사용하였다. 또한 산화 반응 특성의 측정에는 Ir(mpdCNptz-diPrp)3을 클로로폼에 용해시킨 용액을 사용하고, 환원 반응 특성의 측정에는 Ir(mpdCNptz-diPrp)3을 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF)에 용해시킨 용액을 사용하였다. 측정에서, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시킴으로써, 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한, -4.94eV로 추정된 참조 전극의 산화 환원 전위 및 얻어진 피크 전위로부터 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 얻었다.
CV 측정의 결과에 따르면, Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 환원 전위는 -2.20V이었다. 또한 CV 측정의 결과로부터 얻어진 Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 LUMO 준위는 -2.75eV이었다. Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 산화 전위는 정확한 값을 측정하기에는 지나치게 높았다. 따라서, CV 측정의 결과로부터 얻어진 Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 HOMO 준위는 낮고, -6eV 이하인 것으로 추정된다.
(실시예 12)
<합성예 9>
본 실시예에서는, 실시형태 2의 구조식(129)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 트리스{2-[5-(5-사이아노-2-메틸페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(mCNpptz-diPrp)3)의 합성 방법에 대하여 설명한다. Ir(mCNpptz-diPrp)3의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00085
<<단계 1: N-5-브로모-2-메틸벤조일-N'-벤조일하이드라자이드의 합성>>
500mL의 삼구 플라스크에, 벤조일하이드라자이드 15g(107mmol) 및 N-메틸-2-피롤리디논(NMP) 75mL를 넣고, 이 혼합물을 얼음으로 냉각하면서 질소 기류하에서 교반하였다. 이 혼합 용액에 5-브로모-2-메틸벤조일클로라이드 25g(107mmol) 및 NMP 32mL의 혼합 용액을 천천히 적하하고, 23시간 동안 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 500mL의 물에 천천히 첨가하여 고체를 석출하였다. 석출된 고체에 대하여, 물 및 1M 염산을 교대로 사용한 초음파 세정을 수행하였다. 그 후, 에탄올을 사용하여 초음파 세정을 수행함으로써, 백색 고체 33g을 수율 92%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 N-5-브로모-2-메틸벤조일-N'-벤조일하이드라자이드인 것을 확인하였다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 (a-7)에 나타낸다.
Figure pct00086
<<단계 2: N-클로로-5-브로모-2-메틸페닐메틸리덴-N'-클로로페닐메틸리덴하이드라존의 합성>>
1000mL의 삼구 플라스크에, 단계 1에서 합성한 N-5-브로모-2-메틸벤조일-N'-벤조일하이드라자이드 27g(80mmol) 및 톨루엔 500mL를 넣었다. 이 혼합 용액에 오염화 인 50g(240mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 120℃에서 8시간 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 500mL의 물에 천천히 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이 혼합물의 수성층과 유기층을 분리하고, 이 수성층에 대하여 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 추출로 얻어진 용액과 유기층을 회수하고, 이 유기층을 400mL의 1M 수산화 소듐 수용액에 천천히 첨가하고 이 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이 혼합물의 수성층과 유기층을 분리하고, 이 수성층에 대하여 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 추출로 얻어진 용액을 탄산수소소듐 포화수용액, 이어서 포화식염수로 세정하였다. 세정 후, 건조시키기 위하여 이 용액에 무수 황산 마그네슘을 첨가하고, 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 헥세인을 첨가하고, 혼합물에 초음파를 조사한 후에 흡인 여과를 수행하여, 황색 고체 22g을 수율 75%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 황색 고체가 N-클로로-5-브로모-2-메틸페닐메틸리덴-N'-클로로페닐메틸리덴하이드라존인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 (b-7)에 나타낸다.
Figure pct00087
<<단계 3: 3-(5-브로모-2-메틸페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸의 합성>>
500mL의 삼구 플라스크에, 단계 2에서 합성한 N-클로로-5-브로모-2-메틸페닐메틸리덴-N'-클로로페닐메틸리덴하이드라존 22g(66mmol), 2,6-다이아이소프로필아닐린 35g(199mmol), 및 N,N-다이메틸아닐린 200mL를 넣고, 이 혼합물을 질소 기류하, 160℃에서 11.5시간 동안 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 500mL의 3M 염산에 첨가하여 1시간 동안 교반하고, 유기층과 수성층을 분리하였다. 이 수성층에 대하여 에틸아세테이트를 사용하여 추출을 수행하였다. 유기층과 추출로 얻어진 용액을 조합하고, 탄산수소소듐 포화수용액, 이어서 포화식염수로 세정하였다. 그 후, 건조시키기 위하여 이 용액에 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 톨루엔-에틸아세테이트(5:1)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 백색 고체 13g을 수율 42%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 3-(5-브로모-2-메틸페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸인 것을 확인하였다. 단계 3의 합성 스킴을 아래의 (c-7)에 나타낸다.
Figure pct00088
<<단계 4: 3-(5-사이아노-2-메틸페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: HmCNpptz-diPrp)의 합성>>
300mL의 삼구 플라스크에, 단계 3에서 합성한 3-(5-브로모-2-메틸페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸 10g(21mmol) 및 N,N-다이메틸폼아마이드 70mL를 넣었다. 이 혼합 용액에 사이아노화 구리 2.8g(32mmol)을 첨가하고 이 용액을 150℃에서 43시간 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액에 암모니아수 100mL 및 물 100mL를 첨가하고 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이 혼합물에 클로로폼을 첨가하고, 이 혼합물에 대하여 추출을 수행하였다. 추출로 얻어진 용액을 포화식염수로 2번 세정하였다. 세정 후, 건조시키기 위하여 이 용액에 무수 황산 마그네슘을 첨가하고, 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 먼저 에틸아세테이트-헥세인(1:5)의 혼합 용매를 사용한 후, 에틸아세테이트-헥세인(1:3)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 백색 고체 1.9g을 수율 21%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 3-(5-사이아노-2-메틸페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-5-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: HmCNpptz-diPrp)인 것을 확인하였다. 단계 4의 합성 스킴을 아래의 (d-7)에 나타낸다.
Figure pct00089
<<단계 5: 트리스{2-[5-(5-사이아노-2-메틸페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-кN 2]페닐-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(mCNpptz-diPrp)3)의 합성>>
3방 콕이 제공된 반응 용기에, 단계 4에서 합성한 HmCNpptz-diPrp 1.9g(4.4mmol) 및 트리스(아세틸아세토네이토)이리듐(III) 0.43g(0.89mmol)을 넣고, 이 혼합물을 아르곤 기류하, 250℃에서 40.5시간 동안 교반하여 반응시켰다. 얻어진 반응 혼합물을 다이클로로메테인에 첨가하고, 이 혼합물을 여과하여 불용물을 제거하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 먼저 다이클로로메테인을 사용한 후, 다이클로로메테인-에틸아세테이트(100:3)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 황색 고체 0.27g을 수율 21%로 얻었다. 그 후, 얻어진 황색 고체 0.27g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 8.6×10-3Pa의 압력하, 310℃에서 17시간 동안 가열함으로써 승화에 의한 정제를 수행하였다. 승화에 의한 정제 후, 황색 고체 0.16g을 회수율 61%로 얻었다. 단계 5의 합성 스킴을 아래의 (e-7)에 나타낸다.
Figure pct00090
단계 5에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)을 NMR 분광법에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 78에는 1H-NMR 차트를 나타내었다. 이들 결과는, 구조식(129)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 Ir(mCNpptz-diPrp)3이 이 합성예에서 얻어진 것을 나타내었다.
1H-NMR. δ (CD2Cl2): 0.72 (d, 9H), 0.80-0.83 (m, 18H), 0.93 (d, 9H), 2.15-2.21 (m, 3H), 2.35 (s, 9H), 2.69-2.74 (m, 3H), 6.21 (d, 3H), 6.52 (t, 3H), 6.70 (t, 3H), 6.80 (d, 3H), 7.07 (d, 3H), 7.29-7.31 (m, 6H), 7.34 (d, 3H), 7.45 (d, 3H), 7.56 (t, 3H).
<Ir(mCNpptz-diPrp)3의 특성>
Ir(mCNpptz-diPrp)3의 다이클로로메테인 용액(0.0100mmol/L)의 흡수 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정은 실시예 1에서 설명한 방법과 마찬가지로 수행하였다. 도 79는 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한 도 79의 흡수 스펙트럼은, 석영 셀 내의 다이클로로메테인 용액(0.0100mmol/L)의 측정된 흡수 스펙트럼으로부터, 석영 셀에 넣은 다이클로로메테인만의 측정된 흡수 스펙트럼을 뺌으로써 얻어진 결과이다.
도 79에 나타낸 바와 같이, Ir(mCNpptz-diPrp)3의 다이클로로메테인 용액으로부터는 499nm에 발광 피크를 갖는 청록색 발광이 관찰되었다.
다음으로, 본 실시예에서 얻은 Ir(mCNpptz-diPrp)3에 대하여, LC/MS(liquid chromatography mass spectrometry)에 의한 MS(mass spectrometric) 분석을 수행하였다.
LC/MS에서, 액체 크로마토그래피(LC) 분리를 ACQUITY UPLC(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하고, 질량 분석(MS)을 Xevo G2 Tof MS(Waters Corporation제조)에 의하여 실시하였다. ACQUITY UPLC BEH C8(2.1×100mm, 1.7μm)을 LC 분리용 칼럼으로서 사용하고, 칼럼 온도를 40로 하였다. 이동상 A에는 아세토나이트릴을 사용하고, 이동상 B에는 0.1% 폼산 수용액을 사용하였다. 또한, Ir(mCNpptz-diPrp)3을 소정의 농도로 클로로폼에 용해시키고 이 혼합물을 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 80:20이었고, 그 후, 측정 시작으로부터 10분 후의 이동상 A 대 이동상 B의 비율이 95:5가 되도록 조성을 변화시켰다. 15분까지 같은 비율을 유지하였다. 조성은 선형적으로 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=1451.65의 성분을 충돌 셀에서 아르곤 가스와 충돌시켜 프로덕트 이온으로 해리시켰다. 아르곤과의 충돌을 위한 에너지(충돌 에너지)는 50eV로 하였다. 측정의 질량 범위는 m/z=100 내지 2000으로 하였다. 해리된 프로덕트 이온의 TOF(time-of-flight) MS에 의한 검출 결과를 도 80에 나타내었다.
도 80은 Ir(mCNpptz-diPrp)3의 프로덕트 이온이 주로 m/z=1031 부근에 검출되는 것을 나타낸 것이다. 도 80의 결과는, Ir(mCNpptz-diPrp)3에서 유래하는 특성을 나타내기 때문에, 혼합물에 포함되는 Ir(mCNpptz-diPrp)3을 인식하는 데 중요한 데이터로 간주할 수 있다.
m/z=1031 부근의 프로덕트 이온은 Ir(mCNpptz-diPrp)3으로부터 배위자 HmCNpptz-diPrp가 제거된 상태의 양이온인 것으로 추정되고, 이는 Ir(mCNpptz-diPrp)3의 특징이다.
Ir(mCNpptz-diPrp)3의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 조사하였다. 또한 측정에는 전기 화학 분석기(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc.제조)를 사용하였다. 또한 산화 반응 특성의 측정에는 Ir(mCNpptz-diPrp)3을 클로로폼에 용해시킨 용액을 사용하고, 환원 반응 특성의 측정에는 Ir(mCNpptz-diPrp)3을 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF)에 용해시킨 용액을 사용하였다. 측정에서, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시킴으로써, 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한, -4.94eV로 추정된 참조 전극의 산화 환원 전위 및 얻어진 피크 전위로부터 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 얻었다.
CV 측정의 결과에 따르면, Ir(mCNpptz-diPrp)3의 산화 전위는 0.48V이고, 환원 전위는 -2.51V이었다. 또한 CV 측정의 결과로부터 얻은 Ir(mCNpptz-diPrp)3의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -5.42eV 및 -2.43eV이었다.
(실시예 13)
<합성예 10>
본 실시예에서는, 실시형태 2의 구조식(130)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 트리스{4'-사이아노-3-[3-메틸-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-1H-1,2,4-트라이아졸-5-일-кN 4]}-1,1'-바이페닐-4-일-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(MCN5btz1-tmp)3)의 합성예에 대하여 자세히 설명한다. Ir(MCN5btz1-tmp)3의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00091
<<단계 1: N-(1-에톡시에틸리덴)-3-브로모벤즈아마이드의 합성>>
500mL의 삼구 플라스크에, 에틸아세트이미데이트 하이드로클로라이드 10g(81mmol), 톨루엔 150mL, 트라이에틸아민(Et3N) 20g(202mmol)을 넣고, 이 혼합물을 질소 기류하, 실온에서 10분 동안 교반하였다. 그 후, 이 혼합물에 3-브로모벤조일클로라이드 18g(81mmol) 및 톨루엔 30mL의 혼합 용매를 적하하고, 실온에서 24시간 동안 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액에 흡인 여과를 수행하여 고체를 제거하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 황색 유상 물질 19g을 수율 87%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 황색 유상 물질이 N-(1-에톡시에틸리덴)-3-브로모벤즈아마이드인 것을 확인하였다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 (a-8)에 나타낸다.
Figure pct00092
<<단계 2: 5-(3-브로모페닐)-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-3-메틸-1H-1,2,4-트라이아졸의 합성>>
500mL의 삼구 플라스크에, 2,4,6-트라이메틸페닐하이드라진 하이드로클로라이드 13g(70mmol) 및 카본 테트라클로라이드 140mL를 넣고, 이 혼합물에 트라이에틸아민(Et3N) 14g(140mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 1시간 동안 교반하였다. 그 후, 단계 1에서 합성한 N-(1-에톡시에틸리덴)-3-브로모벤즈아마이드 19g(70mmol)을 첨가하고, 질소 기류하, 실온에서 17시간 동안 이 혼합물을 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 용액에 물을 첨가하고, 유기층과 수성층을 분리하고, 이 수성층에 대하여 클로로폼을 사용하여 추출을 수행하였다. 추출로 얻어진 용액과 유기층을 조합하고 물 및 포화 소금물로 세정하였다. 건조시키기 위하여 유기층에 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 이 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 먼저 다이클로로메테인을 사용한 다음, 비율 9:1(v:v)의 다이클로로메테인과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 황색 유상 물질 16g을 수율 65%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 황색 유상 물질이 5-(3-브로모페닐)-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-3-메틸-1H-1,2,4-트라이아졸인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 (b-8)에 나타낸다.
Figure pct00093
<<단계 3: 트리스[3-브로모-2-{1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-3-메틸-1H-1,2,4-트라이아졸-5-일-кN 4]페닐-кC}이리듐(III)의 합성>>
3방 콕이 제공된 반응 용기에, 단계 2에서 합성한 5-(3-브로모페닐)-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-3-메틸-1H-1,2,4-트라이아졸 5.2g(14mmol) 및 트리스(아세틸아세토네이토)이리듐(III) 1.4g(2.9mmol)을 넣고, 이 혼합물을 250℃에서 42시간 동안 가열하여 반응시켰다. 반응 후, 이 반응 혼합물을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 비율 40:1(v:v)의 다이클로로메테인과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 황색 고체 0.77g을 수율 22%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 황색 고체가 트리스[3-브로모-2-{1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-3-메틸-1H-1,2,4-트라이아졸-5-일-кN 4]페닐-кC}이리듐(III)인 것을 확인하였다. 단계 3의 합성 스킴을 아래 (c-8)에 나타낸다.
Figure pct00094
<<단계 4: 트리스{4'-사이아노-3-[3-메틸-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-1H-1,2,4-트라이아졸-5-일-кN 4]}-1,1'-바이페닐-4-일-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(MCN5btz1-tmp)3)의 합성>>
100mL의 삼구 플라스크에, 단계 3에서 합성한 트리스[3-브로모-2-{1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-3-메틸-1H-1,2,4-트라이아졸-5-일-кN 4]페닐-кC}이리듐(III) 0.76g(0.61mmol), 4-사이아노페닐보론산 0.54g(3.67mmol), 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(S-phos) 68mg(0.15mmol), 및 인산 포타슘 0.59g(0.15mmol)을 넣고, 이 혼합물에 톨루엔 40mL 및 물 5mL를 첨가하였다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 42mg(0.073mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 90℃에서 18시간 동안 가열하였다. 이 혼합물에 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(S-phos) 64mg(0.15mmol) 및 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 42mg(0.073mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 90℃에서 3.5시간 동안 가열하였다. 그 후, 얻어진 혼합물의 수성층에 대하여 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하고, 추출로 얻어진 용액과 유기층을 조합하고, 물 및 포화식염수로 세정하였다. 건조시키기 위하여 이 유기층에 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 이 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 비율 10:1(v:v)의 다이클로로메테인과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 황색 고체 0.146g을 수율 18%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 황색 고체가 트리스{4'-사이아노-3-[3-메틸-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-1H-1,2,4-트라이아졸-5-일-кN 4]}-1,1'-바이페닐-4-일-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(MCN5btz1-tmp)3)인 것을 확인하였다. 단계 4의 합성 스킴을 아래의 (d-8)에 나타낸다.
Figure pct00095
단계 4에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)에 대하여 NMR 분광법에 의하여 측정을 수행하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 81에는 1H-NMR 차트를 나타내었다. 이들 결과는, 구조식(130)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 Ir(MCN5btz1-tmp)3이 합성예 10에서 얻어진 것을 나타내었다.
1H-NMR δ (CDCl3): 1.8 (s, 9H), 2.15 (s, 9H), 2.17 (s, 9H), 2.44 (s, 9H), 6.62 (d, 3H), 6.67 (d, 3H), 6.97 (dd, 3H), 7.08 (s, 3H), 7.15 (s, 3H), 7.21 (d, 6H), 7.51 (d, 6H).
<Ir(MCN5btz1-tmp)3의 특성>
Ir(MCN5btz1-tmp)3의 다이클로로메테인 용액(0.0029mmol/L)의 흡수 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정은 실시예 1에서 설명한 방법과 마찬가지로 수행하였다. 도 82는 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한 도 82의 흡수 스펙트럼은, 석영 셀 내의 다이클로로메테인 용액의 측정된 흡수 스펙트럼으로부터, 석영 셀에 넣은 다이클로로메테인만의 측정된 흡수 스펙트럼을 뺌으로써 얻어진 결과이다.
도 82에 나타낸 바와 같이, Ir(MCN5btz1-tmp)3의 다이클로로메테인 용액으로부터는 506nm 및 541nm에 발광 피크를 갖는 녹색 발광이 관찰되었다.
(실시예 14)
<합성예 11>
본 실시예에서는, 실시형태 2의 구조식(131)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 트리스{4'-사이아노-2',6'-다이메틸-3-[3-메틸-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-1H-1,2,4-트라이아졸-5-일-кN 4]}-1,1'-바이페닐-4-일-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(MdmCN5btz1-tmp)3)의 합성예에 대하여 자세히 설명한다. Ir(MdmCN5btz1-tmp)3의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00096
<<단계 1: 4-사이아노-2,6-다이메틸페닐보론산 피나콜에스터의 합성>>
먼저, 4-브로모-3,5-다이메틸벤조나이트릴 5.0g(24mmol), 비스(피나콜레이토)다이보론 7.3g(29mmol), 포타슘아세테이트 8.4g(86mmol), 및 다이메틸설폭사이드(DMSO) 120mL를 삼구 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 [1,1'-비스(다이페닐포스피노)페로센]팔라듐(II) 다이클로로메테인 부가물 0.20g(0.24mmol) 및 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(S-phos) 0.20g(0.48mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 90℃에서 7시간 동안 가열 교반하였다. 이 혼합물에 [1,1'-비스(다이페닐포스피노)페로센]팔라듐(II) 다이클로로메테인 부가물 0.20g(0.24mmol), 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(S-phos) 0.20g(0.48mmol), 및 비스(피나콜레이토)다이보론 3.5g(14mmol)을 더 첨가하고, 이 혼합물을 100℃에서 17시간 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 이 반응 용액에 물을 첨가하여 이 용액을 유기층과 수성층으로 분리하고, 이 수성층에 대하여 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 유기층과 추출 용액을 조합하여 얻은 용액을 물 및 포화식염수로 세정하고, 건조시키기 위하여 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 이 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 플래시 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서는, 먼저 비율 10:1(v:v)의 톨루엔과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 사용한 다음, 비율 5:1(v:v)의 톨루엔과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 톨루엔 및 헥세인으로 세정하여 백색 고체 3.5g을 수율 57%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 4-사이아노-2,6-다이메틸페닐보론산 피나콜에스터인 것을 확인하였다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 (a-9)에 나타낸다.
Figure pct00097
<<단계 2: 5-(4'-사이아노-2',6'-다이메틸-1,1'-바이페닐-3-일)-3-메틸-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-1H-1,2,4-트라이아졸(약칭: HMdmCN5btz1-tmp)의 합성>>
삼구 플라스크에, 합성예 10의 단계 2에서 얻은 5-(3-브로모페닐)-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-3-메틸-1H-1,2,4-트라이아졸 4.0g(11mmol), 단계 1에서 얻은 4-사이아노-2,6-다이메틸페닐보론산 피나콜에스터 3.2g(12mmol), 인산 포타슘 4.1g(20mmol), 톨루엔 75mL, 및 물 7mL를 넣었다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 0.26g(0.45mmol) 및 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(S-phos) 0.37g(0.90mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 90℃에서 7.5시간 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 얻어진 반응 용액의 유기층과 수성층을 분리하고, 이 수성층에 대하여 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하고, 추출 용액과 유기층을 조합하고, 물 및 포화식염수로 세정하였다. 건조시키기 위하여 이 유기층에 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 이 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 이 유상 물질을 플래시 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 톨루엔을 사용한 다음, 에틸아세테이트를 첨가하여 비율 톨루엔:에틸아세테이트=4:1까지 극성을 증가시켰다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 에탄올로 세정하여 백색 고체 3.9g을 수율 85%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 고체가 5-(4'-사이아노-2',6'-다이메틸-1,1'-바이페닐-3-일)-3-메틸-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-1H-1,2,4-트라이아졸(약칭: HMdmCN5btz1-tmp)인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 (b-9)에 나타낸다.
Figure pct00098
<<단계 3: 트리스{4'-사이아노-2',6'-다이메틸-3-[3-메틸-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-1H-1,2,4-트라이아졸-5-일-кN 4]}-1,1'-바이페닐-4-일-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(MdmCN5btz1-tmp)3)의 합성>>
50mL의 가지형 플라스크에, 단계 2에서 얻은 배위자 HMdmCN5btz1-tmp 1.0g(2.5mmol)을 넣고, 염화 이리듐 수화물 0.33g(1.1mmol), 2-에톡시에탄올 15mL, 및 물 5mL를 넣었다. 플라스크 내의 분위기를 아르곤으로 치환하였다. 이 플라스크에 100W, 100℃의 조건으로 1시간 동안 마이크로파를 조사하여 가열함으로써 반응을 일으켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 농축하여 황색 유상 물질을 얻었다. 이 유상 물질에 트라이플루오로메테인설포네이트 은 0.58g(2.2mmol) 및 배위자 HMdmCN5btz1-tmp 2.28g(5.61mmol)을 첨가하였다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하고, 이 혼합물을 165℃에서 23시간 동안 가열 교반하였다. 반응 후, 이 반응 혼합물을 다이클로로메테인에 용해시키고, 이 혼합물에 흡인 여과를 수행하여 불용 고체를 제거하였다. 얻어진 여과액을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 비율 5:1(v:v)의 다이클로로메테인과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 황색 고체 8mg을 수율 0.5%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 황색 고체가 트리스{4'-사이아노-2',6'-다이메틸-3-[3-메틸-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-1H-1,2,4-트라이아졸-5-일-кN 4]}-1,1'-바이페닐-4-일-кC}이리듐(III)(약칭: Ir(MdmCN5btz1-tmp)3)인 것을 확인하였다. 단계 3의 합성 스킴을 아래의 (c-9)에 나타낸다.
Figure pct00099
단계 3에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)에 대하여 NMR 분광법에 의하여 측정을 수행하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 83에는 1H-NMR 차트를 나타내었다. 이들 결과는, 구조식(131)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 Ir(MdmCN5btz1-tmp)3이 합성예 11에서 얻어진 것을 나타내었다.
1H-NMR δ (CD2Cl2): 1.71 (s, 9H), 1.86 (s, 9H), 1.90 (s, 9H), 2.10 (s, 9H), 2.12 (s, 9H), 2.28 (s, 9H), 6.19 (d, 3H), 6.44 (dd, 3H), 6.70 (d, 3H), 6.95 (s, 3H), 7.00 (s, 3H), 7.25 (s, 6H).
<Ir(MdmCN5btz1-tmp)3의 특성>
Ir(MdmCN5btz1-tmp)3의 다이클로로메테인 용액(0.014mmol/L)의 흡수 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정은 실시예 1에서 설명한 방법과 마찬가지로 수행하였다. 도 84는 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한 도 84의 흡수 스펙트럼은, 석영 셀 내의 다이클로로메테인 용액의 측정된 흡수 스펙트럼으로부터, 석영 셀에 넣은 다이클로로메테인만의 측정된 흡수 스펙트럼을 뺌으로써 얻어진 결과이다.
도 84에 나타낸 바와 같이, Ir(MdmCN5btz1-tmp)3의 다이클로로메테인 용액으로부터는 462nm 및 490nm에 발광 피크를 갖는 청색 발광이 관찰되었다.
Ir(MdmCN5btz1-tmp)3의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 조사하였다. 또한 측정에는 전기 화학 분석기(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc.제조)를 사용하였다. 또한 산화 반응 특성의 측정에는 Ir(MdmCN5btz1-tmp)3을 클로로폼에 용해시킨 용액을 사용하고, 환원 반응 특성의 측정에는 Ir(MdmCN5btz1-tmp)3을 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF)에 용해시킨 용액을 사용하였다. 측정에서, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시킴으로써, 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한, -4.94eV로 추정된 참조 전극의 산화 환원 전위 및 얻어진 피크 전위로부터 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 얻었다.
CV 측정의 결과에 따르면, Ir(MdmCN5btz1-tmp)3의 산화 전위는 0.72V이고, 환원 전위는 -2.70V이었다. 또한 CV 측정의 결과로부터 얻은 Ir(MdmCN5btz1-tmp)3의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -5.66eV 및 -2.24eV이었다.
(실시예 15)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자들(발광 소자 8 내지 11)을 제작하는 예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작되는 발광 소자의 단면에 대해서는 도 42의 단면 모식도를 참조할 수 있다. 자세한 소자 구조를 표 9에 나타내었다. 여기서 사용되는 화합물의 구조 및 약칭에 대해서는 상술한 실시예를 참조할 수 있다.
[표 9]
Figure pct00100
<발광 소자의 제작>
<<발광 소자 8의 제작>>
전극(101)으로서, 기판(200) 위에 ITSO막을 두께 70nm로 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 MoO3을 중량비 DBT3P-II:MoO3=1:0.5에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 PCCP를 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112) 위의 발광층(160)으로서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(pim-diBuCNp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(pim-diBuCNp)3=0.2:0.8:0.125에서 공증착에 의하여 두께 30nm로 퇴적시키고, 이어서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(pim-diBuCNp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(pim-diBuCNp)3=0.6:0.4:0.125에서 공증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 4,6mCzP2Pm은 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCCP는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(pim-diBuCNp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 발광층(160) 위에 4,6mCzP2Pm 및 BPhen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다. 그 후, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적시켰다.
전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 유기 재료가 퇴적된 기판(200)에 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 8을 밀봉하였다. 자세한 방법에 대해서는 발광 소자 1의 설명을 참조할 수 있다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 8을 얻었다.
<<발광 소자 9의 제작>>
발광층(160) 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계 이외는, 발광 소자 8과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 9를 제작하였다.
발광 소자 9의 발광층(160)으로서, 35DCzPPy, PCCP, 및 Ir(pim-diBuCNp)3을 중량비 35DCzPPy:PCCP:Ir(pim-diBuCNp)3=0.6:0.4:0.125에서 공증착에 의하여 두께 40nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 35DCzPPy는 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCCP는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(pim-diBuCNp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 발광층(160) 위에 35DCzPPy 및 BPhen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다.
<<발광 소자 10의 제작>>
발광층(160)을 형성하는 단계 이외는, 발광 소자 8과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 10을 제작하였다.
발광 소자 10의 발광층(160)으로서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-dmCNp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-dmCNp)3=0.4:0.6:0.125에서 공증착에 의하여 두께 30nm로 퇴적시키고, 이어서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-dmCNp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-dmCNp)3=0.8:0.2:0.125에서 공증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 4,6mCzP2Pm은 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCCP는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(mpptz-dmCNp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
<<발광 소자 11의 제작>>
발광층(160)을 형성하는 단계 이외는, 발광 소자 8과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 11을 제작하였다.
발광 소자 11의 발광층(160)으로서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-tmCNp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-tmCNp)3=0.6:0.4:0.125에서 공증착에 의하여 두께 30nm로 퇴적시키고, 이어서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-tmCNp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-diBuCNp)3=0.8:0.2:0.125에서 공증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 4,6mCzP2Pm은 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCCP는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(mpptz-tmCNp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
<발광 소자의 특성>
도 85는 발광 소자 8 내지 11의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 86은 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 87은 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 88은 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 10은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 8 내지 11의 소자 특성을 나타낸 것이다.
[표 10]
Figure pct00101
도 89는 전류 밀도 2.5mA/cm2에서 전류가 흐르는 발광 소자 8 내지 11의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 85 내지 도 88 및 표 10으로부터, 발광 소자 8 내지 11은 높은 발광 효율(높은 전류 효율 및 높은 외부 양자 효율)을 갖는 것을 알았다. 발광 소자 8 내지 11의 최대 외부 양자 효율은 각각 25%, 32%, 31%, 및 30%이었고, 이들은 우수한 값이다.
도 89에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 8 내지 11은 청색광을 방출한다. 발광 소자 8 내지 11로부터의 청색광의 전계 발광 스펙트럼은 각각 498nm, 502nm, 488nm, 및 485nm에 피크 파장을 갖고, 반값 전폭은 각각 70nm, 67nm, 64nm, 및 77nm이다. 따라서, 사이아노기를 포함하는 아릴기를 배위자로서 포함하는 이리듐 착체를 게스트 재료로서 사용함으로써, 높은 발광 효율로 청색광을 방출하는 발광 소자를 제작할 수 있다.
도 85 내지 도 88 및 표 10에서 볼 수 있듯이, 발광 소자 8, 발광 소자 10, 및 발광 소자 11은 발광 소자 9의 구동 전압보다 낮은 전압으로 구동된다.
상술한 실시예에서 설명한 바와 같이, 발광 소자 8, 발광 소자 10, 및 발광 소자 11 각각에서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 HOMO 준위보다 낮다. 이 경우, 캐리어(전자 및 정공)가 한 쌍의 전극으로부터 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(PCCP)에 효율적으로 주입될 수 있고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)과 제 2 유기 화합물(PCCP)은 엑시플렉스를 형성할 수 있다. 따라서, 발광 소자 8, 발광 소자 10, 및 발광 소자 11 각각은 높은 발광 효율 및 낮은 구동 전압의 양쪽을 달성하는 우수한 특성을 갖는다.
Ir(pim-diBuCNp)3의 흡수 스펙트럼(도 64), Ir(mpptz-dmCNp)3의 흡수 스펙트럼(도 67), 및 Ir(mpptz-tm5CNp)3의 흡수 스펙트럼(도 70)으로부터 각 흡수단을 얻은 다음, 직접 전이를 가정한 전이 에너지를 추산하였다. 그 결과, Ir(pim-diBuCNp)3의 흡수단은 484nm이고, 전이 에너지는 2.56eV이었다. Ir(mpptz-dmCNp)3의 흡수단은 475nm이고, 전이 에너지는 2.61eV이었다. Ir(mpptz-tm5CNp)3의 흡수단은 474nm이고, 전이 에너지는 2.62eV이었다.
상술한 실시예에 나타낸 바와 같이, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 2.70eV이고, 제 2 유기 화합물(PCCP)의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 2.66eV이다. 각 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 얻어진 게스트 재료의 전이 에너지보다 높다. 따라서, 호스트 재료로서 사용된 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(PCCP)은 호스트 재료로서 충분히 높은 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)를 갖는다.
Ir(pim-diBuCNp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.81eV이고, Ir(mpptz-dmCNp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.91eV이고, Ir(mpptz-tm5CNp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 3.03eV이었다. 이들 값은 CV 측정의 결과로부터 얻었다.
즉, Ir(pim-diBuCNp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻어진 전이 에너지보다 0.25eV만큼 크다. Ir(mpptz-dmCNp)3의 에너지 차이는, 전이 에너지보다 0.30eV만큼 크다. Ir(mpptz-tm5CNp)3의 에너지 차이는, 전이 에너지보다 0.41eV만큼 크다.
도 89에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 8의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 498nm이고, 발광 소자 10의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 488nm이고, 발광 소자 11의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 485nm이었다. 이에 따라, Ir(pim-diBuCNp)3의 발광 에너지는 2.49eV인 것으로 산출되고, Ir(mpptz-dmCNp)3의 발광 에너지는 2.54eV인 것으로 산출되고, Ir(mpptz-tm5CNp)3의 발광 에너지는 2.56eV인 것으로 산출되었다.
즉, Ir(pim-diBuCNp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 발광 에너지보다 0.32eV만큼 컸다. Ir(mpptz-dmCNp)3의 에너지 차이는, 발광 에너지보다 0.37eV만큼 컸다. Ir(mpptz-tm5CNp)3의 에너지 차이는, 발광 에너지보다 0.47eV만큼 컸다.
결과적으로, 상기 발광 소자들의 게스트 재료 각각에서, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지보다 크다. 또한 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 발광 에너지보다 0.3eV 이상 크다. 따라서, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어가 게스트 재료에서 직접 재결합될 때, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 높은 에너지가 필요하고, 즉 높은 전압이 필요하다.
그러나, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서, 게스트 재료에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 엑시플렉스로부터의 에너지 이동에 의하여 게스트 재료가 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
또한 발광 소자 8, 10, 및 11 각각에서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물(PCCP)의 HOMO 준위(4,6mCzP2Pm 및 PCCP는 호스트 재료임)의 에너지 차이는 표 3으로부터 2.75eV로 산출되었다. 따라서, 발광 소자 8, 10, 및 11에서 호스트 재료들에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 에너지는, 게스트 재료(Ir(pim-diBuCNp)3, Ir(mpptz-dmCNp)3, 및 Ir(mpptz-tm5CNp)3)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(2.81eV, 2.91eV, 및 3.03eV)보다 작고, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(2.56eV, 2.61eV, 및 2.62eV)보다 크다. 그러므로, 발광 소자 8, 10, 및 11에서 게스트 재료가 엑시플렉스를 통하여 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 구조를 채용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 발광 효율이 높으며 청색광을 방출하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시예 및 실시형태에 기재된 구조들 중 어느 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 16)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자들(발광 소자 12 및 13)을 제작하는 예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작되는 발광 소자의 단면에 대해서는 도 42의 단면 모식도를 참조할 수 있다. 자세한 소자 구조를 표 11에 나타내었다. 여기서 사용되는 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 나타낸다. 또한 다른 화합물에 대해서는 상술한 실시예를 참조할 수 있다.
Figure pct00102
[표 11]
Figure pct00103
<발광 소자의 제작>
<<발광 소자 12의 제작>>
전극(101)으로서, 기판(200) 위에 ITSO막을 두께 70nm로 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 MoO3을 중량비 DBT3P-II:MoO3=1:0.5에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 4,4'-비스(9-카바졸)-2,2'-다이메틸바이페닐(약칭: dmCBP)을 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)의 발광층(160)으로서, 4,6mCzP2Pm, 12-[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]-5,12-다이하이드로-5-페닐-인돌로-[3,2-a]카바졸(약칭: mCzPICz), 및 Ir(mp5CNptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:mCzPICz:Ir(mp5CNptz-diPrp)3=0.6:0.4:0.125에서 공증착에 의하여 두께 30nm로 퇴적시키고, 이어서, 4,6mCzP2Pm, mCzPICz, 및 Ir(mp5CNptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:mCzPICz:Ir(mp5CNptz-diPrp)3=0.8:0.2:0.125에서 공증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 4,6mCzP2Pm은 제 1 유기 화합물에 상당하고, mCzPICz는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(mp5CNptz-diPrp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 발광층(160) 위에 4,6mCzP2Pm 및 BPhen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다. 그 후, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적시켰다.
전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 유기 재료가 퇴적된 기판(200)에 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 12를 밀봉하였다. 자세한 방법에 대해서는 발광 소자 1의 설명을 참조할 수 있다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 12를 얻었다.
<<발광 소자 13의 제작>>
발광층(160)을 형성하는 단계 이외는, 발광 소자 12와 같은 단계를 거쳐 발광 소자 13을 제작하였다.
발광 소자 13의 발광층(160)으로서, 4,6mCzP2Pm, mCzPICz, 및 Ir(mpdCNptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:mCzPICz:Ir(mpdCNptz-diPrp)3=0.8:0.2:0.125에서 공증착에 의하여 두께 40nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 4,6mCzP2Pm은 제 1 유기 화합물에 상당하고, mCzPICz는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(mpdCNptz-diPrp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
<호스트 재료의 발광 스펙트럼>
제작한 발광 소자(발광 소자 12 및 13)에서 4,6mCzP2Pm 및 mCzPICz는 호스트 재료(제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물)로서 사용하였다. 도 90은 4,6mCzP2Pm의 박막, mCzPICz의 박막, 및 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz의 혼합 박막의 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다.
발광 스펙트럼의 측정을 위하여, 석영 기판 위에 박막 시료들을 진공 증착법에 의하여 형성하였다. 발광 스펙트럼은 PL-EL 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K.제조)를 사용하여 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 측정하였다. 각 박막의 두께는 50nm로 하였다. 상기 혼합 박막에서의 2개의 화합물의 혼합비(4,6mCzP2Pm: mCzPICz)는 1:1로 하였다.
도 90에 나타낸 바와 같이, 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz의 혼합 박막의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 477nm이다. 이 발광 스펙트럼은 4,6mCzP2Pm의 발광 스펙트럼(피크 파장: 440nm) 및 mCzPICz의 발광 스펙트럼(피크 파장: 372nm)과 상이하다. 후술하는 바와 같이, 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위는 mCzPICz의 LUMO 준위보다 낮고, mCzPICz의 HOMO 준위는 4,6mCzP2Pm의 HOMO 준위보다 높다. 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz의 혼합 박막으로부터의 발광 에너지는, 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 mCzPICz의 HOMO 준위의 에너지 차이에 대략 상당한다. 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz의 혼합 박막으로부터의 발광은 4,6mCzP2Pm으로부터의 발광 및 mCzPICz로부터의 발광보다 긴 파장(낮은 에너지)을 갖는다. 따라서, 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz의 혼합 박막으로부터의 발광은 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz에 의하여 형성된 엑시플렉스로부터의 발광이라고 할 수 있다. 즉, 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz의 조합은 엑시플렉스를 형성하는 유기 화합물의 조합이다. 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz를 호스트 재료로서 사용함으로써, ExTET를 이용하는 발광 소자를 제작할 수 있다.
도 73 및 도 76에 나타낸 바와 같이, Ir(mp5CNptz-diPrp)3 및 Ir(mpdCNptz-diPrp)3 각각의 흡수 스펙트럼의 가장 낮은 에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수대는 약 450nm이었고, 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz에 의하여 형성된 엑시플렉스의 발광 스펙트럼과 중첩되는 영역을 갖는다. 따라서, 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz를 호스트 재료로서 사용한 발광 소자에서는, 여기 에너지를 효과적으로 게스트 재료로 이동할 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 소자 12 및 13 각각에서, 4,6mCzP2Pm(제 1 유기 화합물)과 mCzPICz(제 2 유기 화합물)의 호스트 재료의 조합이 엑시플렉스를 형성한다.
다음으로, 호스트 재료로서 사용된 제 2 유기 화합물(mCzPICz)의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)를 측정하였다. 또한 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)에 대해서는 실시예 4에서 설명하였다.
삼중항 여기 에너지 준위의 측정을 위하여, 화합물의 박막 시료로부터의 인광을 측정하였다. 이 측정은 측정 온도 10K에서 PL 현미경 LabRAM HR-PL(HORIBA, Ltd.제조), 여기 광으로서 He-Cd 레이저(325nm), 및 CCD 검출기를 사용하여 수행하였다. 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 상기 측정에 의하여 얻어진 인광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크로부터 얻었다.
제 2 유기 화합물(mCzPICz)의 인광 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 441nm이었다. 제 2 유기 화합물(mCzPICz)의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 2.81eV이었다. 실시예 4에 나타낸 바와 같이, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 인광 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 459nm이고, 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 2.70eV이었다.
4,6mCzP2Pm 및 mCzPICz 각각의 인광 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은, 도 90에 나타낸 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz에 의하여 형성된 엑시플렉스의 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장보다 짧다. 엑시플렉스는 단일항 여기 에너지 준위(S1 준위)와 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)의 에너지 차이가 작다는 특징을 갖는다. 따라서, 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장으로부터 얻을 수 있다. 따라서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(mCzPICz) 각각의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)보다 높다.
후술하는 바와 같이, 4,6mCzP2Pm 및 mCzPICz 각각의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 얻어진 게스트 재료의 전이 에너지보다 높다.
따라서, 본 실시예에서 호스트 재료로서 사용된 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(mCzPICz)은 호스트 재료로서 충분히 높은 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)를 갖는다.
<발광 소자의 특성>
도 91은 발광 소자 12 및 13의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 92는 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 93은 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 94는 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 12는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 12 및 13의 소자 특성을 나타낸 것이다.
[표 12]
Figure pct00104
도 95는 전류 밀도 2.5mA/cm2에서 전류가 흐르는 발광 소자 12 및 13의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 91 내지 도 94 및 표 12로부터, 발광 소자 12 및 13은 높은 발광 효율(높은 전류 효율 및 높은 외부 양자 효율)을 갖는 것을 알았다. 발광 소자 12 및 13의 최대 외부 양자 효율은 각각 26% 및 28%이었고, 이들은 우수한 값이다.
도 95에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 12 및 13은 색 순도가 높은 청색광을 방출한다. 발광 소자 12 및 13으로부터의 청색광의 전계 발광 스펙트럼은 각각 464nm 및 471nm에 피크 파장을 갖고, 반값 전폭은 각각 60nm 및 70nm이다. 따라서, 사이아노기를 포함하는 아릴기를 배위자로서 포함하는 이리듐 착체를 게스트 재료로서 사용함으로써, 높은 발광 효율로 청색광을 방출하는 발광 소자를 제작할 수 있다.
도 91 내지 도 94 및 표 12에서 볼 수 있듯이, 발광 소자 12 및 13은 낮은 전압으로 구동된다.
<CV 측정의 결과>
상술한 발광 소자의 호스트 재료에 사용되는 화합물(mCzPICz)의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 조사하였다. 또한 측정에는 전기 화학 분석기(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc.제조)를 사용하고, 상기 화합물(mCzPICz)을 DMF에 용해시켜 얻은 용액에 측정을 수행하였다. 측정에서, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시킴으로써, 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한, -4.94eV로 추정된 참조 전극의 산화 환원 전위 및 얻어진 피크 전위로부터 각 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 얻었다.
CV 측정의 결과에 따르면, mCzPICz의 산화 전위는 0.68V이고 환원 전위는 -3.00V이었기 때문에, mCzPICz의 HOMO 준위가 -5.62eV이고 LUMO 준위가 -1.95eV인 것을 CV 측정으로부터 얻었다. 4,6mCzP2Pm 및 게스트 재료(Ir(mp5CNptz-diPrp)3 및 Ir(mpdCNptz-diPrp)3)의 HOMO 준위 및 LUMO 준위에 대해서는, 상술한 실시예의 설명을 참조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 소자 12 및 발광 소자 13 각각에서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물(mCzPICz)의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(mCzPICz)의 HOMO 준위보다 낮다. 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(mCzPICz)의 HOMO 준위보다 낮고, 게스트 재료(Ir(mp5CNptz-diPrp)3 및 Ir(mpdCNptz-diPrp)3) 각각의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위보다 높고, 게스트 재료(Ir(mp5CNptz-diPrp)3 및 Ir(mpdCNptz-diPrp)3) 각각의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(mCzPICz)의 HOMO 준위보다 낮다. 이 경우, 캐리어(전자 및 정공)가 한 쌍의 전극으로부터 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(mCzPICz)에 효율적으로 주입될 수 있고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)과 제 2 유기 화합물(mCzPICz)은 엑시플렉스를 형성할 수 있다. 따라서, 발광 소자 12 및 13 각각은 높은 발광 효율 및 낮은 구동 전압의 양쪽을 달성하는 우수한 특성을 갖는다.
Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 흡수 스펙트럼(도 73) 및 Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 흡수 스펙트럼(도 76)으로부터, 각 흡수단을 얻은 다음, 직접 전이를 가정한 전이 에너지를 추산하였다. 그 결과, Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 흡수단은 467nm이고, 전이 에너지는 2.65eV이었다. Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 흡수단은 466nm이고, 전이 에너지는 2.66eV이었다.
Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 3.55eV이었다. 이 값은 CV 측정의 결과로부터 얻었다. 또한, Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 에너지 차이는 3.25eV 이상인 것으로 추산되었다.
즉, Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻은 전이 에너지보다 0.9eV만큼 크다. Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻은 전이 에너지보다 0.59eV 이상 큰 것을 추산되었다.
도 95에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 12의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 464nm이고, 발광 소자 13의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 471nm이었다. 이에 따라, Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 발광 에너지는 2.67eV인 것으로 산출되고, Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 발광 에너지는 2.63eV인 것으로 산출되었다.
즉, Ir(mp5CNptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 발광 에너지보다 0.88eV만큼 컸다. Ir(mpdCNptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 발광 에너지보다 0.62eV 이상 큰 것을 추산되었다.
결과적으로, 상기 발광 소자들의 게스트 재료 각각에서, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지보다 0.4eV 이상 크다. 또한 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 발광 에너지보다 0.4eV 이상 크다. 따라서, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어가 게스트 재료에서 직접 재결합될 때, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 높은 에너지가 필요하고, 즉 높은 전압이 필요하다.
그러나, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서, 게스트 재료에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 엑시플렉스로부터의 에너지 이동에 의하여 게스트 재료가 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
또한 발광 소자 12 및 13 각각에서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물(mCzPICz)의 HOMO 준위(4,6mCzP2Pm 및 mCzPICz는 호스트 재료임)의 에너지 차이는 2.74eV로 산출되었다. 따라서, 발광 소자 12 및 13에서 호스트 재료들에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 에너지는, 게스트 재료(Ir(mp5CNptz-diPrp)3 및 Ir(mpdCNptz-diPrp)3)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이보다 작고, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(2.65eV 및 2.66eV)보다 크다. 그러므로, 발광 소자 12 및 13에서 게스트 재료가 엑시플렉스를 통하여 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위가 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위가 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮고, 게스트 재료의 LUMO 준위가 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높고, 게스트 재료의 HOMO 준위가 제 2 화합물의 HOMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합이 엑시플렉스를 형성하는 구조에 의하여, 높은 발광 효율 및 낮은 구동 전압을 실현하며 청색광을 방출하는 발광 소자를 제공할 수 있다. 이 구조에서는 게스트 재료로서, 사이아노기를 포함하는 이리듐 착체가 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 구조를 채용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 발광 효율이 높으며 청색광을 방출하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시예 및 실시형태에 기재된 구조들 중 어느 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 17)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자(발광 소자 14)를 제작하는 예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작되는 발광 소자의 단면에 대해서는 도 42의 단면 모식도를 참조할 수 있다. 자세한 소자 구조를 표 13에 나타내었다. 여기서 사용되는 화합물의 구조 및 약칭에 대해서는 상술한 실시예들을 참조할 수 있다.
[표 13]
Figure pct00105
<<발광 소자 14의 제작>>
전극(101)으로서, 기판(200) 위에 ITSO막을 두께 70nm로 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 MoO3을 중량비 DBT3P-II:MoO3=1:0.5에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 PCCP를 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112) 위의 발광층(160)으로서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mCNpptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mCNpptz-diPrp)3=0.4:0.6:0.125에서 공증착에 의하여 두께 30nm로 퇴적시키고, 이어서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mCNpptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mCNpptz-diPrp)3=0.8:0.2:0.125에서 공증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 4,6mCzP2Pm은 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCCP는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(mCNpptz-diPrp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 발광층(160) 위에 4,6mCzP2Pm 및 BPhen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다. 그 후, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적시켰다.
전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 유기 재료가 퇴적된 기판(200)에 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 14를 밀봉하였다. 자세한 방법에 대해서는 발광 소자 1의 설명을 참조할 수 있다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 14를 얻었다.
<발광 소자의 특성>
도 96은 발광 소자 14의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 97은 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 98은 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 99는 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 14는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 14의 소자 특성을 나타낸 것이다.
[표 14]
Figure pct00106
도 100은 전류 밀도 2.5mA/cm2에서 전류가 흐르는 발광 소자 14의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 96 내지 도 99 및 표 14로부터, 발광 소자 14는 높은 발광 효율(높은 전류 효율 및 높은 외부 양자 효율)을 갖는 것을 알았다. 발광 소자 14의 최대 외부 양자 효율은 27%이었고, 이는 바람직한 값이다. 도 100에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 14는 청색광을 방출한다. 발광 소자 14의 전계 발광 스펙트럼은 파장 490nm에 피크를 갖고, 반값 전폭은 70nm이다. 따라서, 사이아노기를 포함하는 아릴기를 배위자로서 포함하는 이리듐 착체를 게스트 재료로서 사용함으로써, 높은 발광 효율로 청색광을 방출하는 발광 소자를 제작할 수 있다.
도 96 내지 도 99 및 표 14에서 볼 수 있듯이, 발광 소자 14는 낮은 구동 전압으로 구동된다.
상술한 실시예에서 설명한 바와 같이, 발광 소자 14에서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 HOMO 준위보다 낮다. 이 경우, 캐리어(전자 및 정공)가 한 쌍의 전극으로부터 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(PCCP)에 효율적으로 주입될 수 있고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)과 제 2 유기 화합물(PCCP)은 엑시플렉스를 형성할 수 있다. 따라서, 발광 소자 14는 높은 발광 효율 및 낮은 구동 전압의 양쪽을 달성하는 우수한 특성을 갖는다.
상술한 실시예에서 나타낸 Ir(mCNpptz-diPrp)3의 측정된 흡수 스펙트럼(도 79)의 데이터로부터 흡수단을 얻고, 직접 전이를 가정한 전이 에너지를 추산하였다. 그 결과, Ir(mCNpptz-diPrp)3의 흡수단은 472nm이고 전이 에너지는 2.63eV이었다.
상술한 실시예에 나타낸 바와 같이, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 2.70eV이고, 제 2 유기 화합물(PCCP)의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 2.66eV이다. 각 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 얻어진 게스트 재료의 전이 에너지보다 높다. 따라서, 호스트 재료로서 사용된 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(PCCP)은 호스트 재료로서 충분히 높은 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)를 갖는다.
Ir(mCNpptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.99eV이었다. 이 값은 CV 측정의 결과로부터 얻었다.
즉, Ir(mCNpptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻은 전이 에너지보다 0.36eV만큼 크다.
도 100에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 14의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 490nm이었다. 이에 따라, Ir(mCNpptz-diPrp)3의 발광 에너지는 2.53eV인 것으로 산출되었다.
즉, Ir(mCNpptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 발광 에너지보다 0.46eV만큼 컸다.
결과적으로, 상기 발광 소자들의 게스트 재료 각각에서, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지보다 0.3eV 이상 크다. 또한 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 발광 에너지보다 0.4eV 이상 크다. 따라서, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어가 게스트 재료에서 직접 재결합될 때, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 높은 에너지가 필요하고, 즉 높은 전압이 필요하다.
그러나, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서, 게스트 재료에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 엑시플렉스로부터의 에너지 이동에 의하여 게스트 재료가 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
또한 발광 소자 14에서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물(PCCP)의 HOMO 준위(4,6mCzP2Pm 및 PCCP는 호스트 재료임)의 에너지 차이는 표 3으로부터 2.75eV로 산출되었다. 따라서, 발광 소자 14에서 호스트 재료들에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 에너지는, 게스트 재료(Ir(mCNpptz-diPrp)3)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(2.99eV)보다 작고, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(2.63eV)보다 크다. 그러므로, 발광 소자 14에서 게스트 재료가 엑시플렉스를 통하여 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 구조를 채용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 발광 효율이 높으며 청색광을 방출하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시예 및 실시형태에 기재된 구조들 중 어느 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 18)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자(발광 소자 15)를 제작하는 예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작되는 발광 소자의 단면에 대해서는 도 42의 단면 모식도를 참조할 수 있다. 자세한 소자 구조를 표 15에 나타내었다. 여기서 사용되는 화합물의 구조 및 약칭에 대해서는 상술한 실시예들을 참조할 수 있다.
[표 15]
Figure pct00107
<<발광 소자 15의 제작>>
전극(101)으로서, 기판(200) 위에 ITSO막을 두께 70nm로 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 MoO3을 중량비 DBT3P-II:MoO3=1:0.5에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 dmCBP를 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112) 위의 발광층(160)으로서, 4,6mCzP2Pm, mCzPICz, 및 Ir(MdmCN5btz1-tmp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:mCzPICz:Ir(MdmCN5btz1-tmp)3=0.4:0.6:0.125에서 공증착에 의하여 두께 22nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 4,6mCzP2Pm은 제 1 유기 화합물에 상당하고, mCzPICz는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(MdmCN5btz1-tmp)3은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 발광층(160) 위에 4,6mCzP2Pm 및 BPhen을 각각 두께 30nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다. 그 후, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적시켰다.
전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 유기 재료가 퇴적된 기판(200)에 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 15를 밀봉하였다. 자세한 방법에 대해서는 발광 소자 1의 설명을 참조할 수 있다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 15를 얻었다.
<발광 소자의 특성>
도 101은 발광 소자 15의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 102는 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 103은 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 104는 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 16은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 15의 소자 특성을 나타낸 것이다.
[표 16]
Figure pct00108
도 105는 전류 밀도 2.5mA/cm2에서 전류가 흐르는 발광 소자 15의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 101 내지 도 104 및 표 16으로부터, 발광 소자 15는 높은 발광 효율(높은 전류 효율 및 높은 외부 양자 효율)을 갖는 것을 알았다. 발광 소자 15의 최대 외부 양자 효율은 31%이었고, 이는 우수한 값이다.
도 105에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 15는 색 순도가 높은 청색광을 방출한다. 발광 소자 15의 전계 발광 스펙트럼은 파장 464nm에 피크를 갖고, 반값 전폭은 55nm이다. 따라서, 사이아노기를 포함하는 아릴기를 배위자로서 포함하는 이리듐 착체를 게스트 재료로서 사용함으로써, 높은 발광 효율로 청색광을 방출하는 발광 소자를 제작할 수 있다.
도 101 내지 도 104 및 표 16에서 볼 수 있듯이, 발광 소자 15는 낮은 구동 전압으로 구동된다.
상술한 실시예에서 설명한 바와 같이, 발광 소자 15에서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물(mCzPICz)의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(mCzPICz)의 HOMO 준위보다 낮고, 게스트 재료(Ir(MdmCN5btz1-tmp)3)의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위보다 높고, 게스트 재료(Ir(MdmCN5btz1-tmp)3)의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(mCzPICz)의 HOMO 준위보다 낮다. 이 경우, 캐리어(전자 및 정공)가 한 쌍의 전극으로부터 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(mCzPICz)에 효율적으로 주입될 수 있고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)과 제 2 유기 화합물(mCzPICz)은 엑시플렉스를 형성할 수 있다. 따라서, 발광 소자 15는 높은 발광 효율 및 낮은 구동 전압의 양쪽을 달성하는 우수한 특성을 갖는다.
상술한 실시예에서 나타낸 Ir(MdmCN5btz1-tmp)3의 측정된 흡수 스펙트럼(도 82)의 데이터로부터 흡수단을 얻고, 직접 전이를 가정한 전이 에너지를 추산하였다. 그 결과, Ir(MdmCN5btz1-tmp)3의 흡수단은 464nm이고 전이 에너지는 2.67eV이었다.
상술한 실시예에 나타낸 바와 같이, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 2.70eV이고, 제 2 유기 화합물(mCzPICz)의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 2.81eV이다. 각 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 얻어진 게스트 재료의 전이 에너지보다 높다. 따라서, 호스트 재료로서 사용된 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(mCzPICz)은 호스트 재료로서 충분히 높은 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)를 갖는다.
Ir(MdmCN5btz1-tmp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 3.42eV이었다. 이 값은 CV 측정의 결과로부터 얻었다.
즉, Ir(MdmCN5btz1-tmp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻은 전이 에너지보다 0.75eV만큼 크다.
도 105에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 15의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 464nm이었다. 이에 따라, Ir(MdmCN5btz1-tmp)3의 발광 에너지는 2.67eV인 것으로 산출되었다.
즉, Ir(MdmCN5btz1-tmp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 발광 에너지보다 0.75eV만큼 컸다.
결과적으로, 상기 발광 소자들의 게스트 재료 각각에서, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지보다 0.4eV 이상 크다. 또한 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 발광 에너지보다 0.4eV 이상 크다. 따라서, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어가 게스트 재료에서 직접 재결합될 때, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 높은 에너지가 필요하고, 즉 높은 전압이 필요하다.
그러나, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서, 게스트 재료에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 엑시플렉스로부터의 에너지 이동에 의하여 게스트 재료가 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
또한 발광 소자 15에서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물(mCzPICz)의 HOMO 준위(4,6mCzP2Pm 및 PCCP는 호스트 재료임)의 에너지 차이는 표 3으로부터 2.74eV로 산출되었다. 따라서, 발광 소자 15에서 호스트 재료들에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 에너지는, 게스트 재료(Ir(MdmCN5btz1-tmp)3)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(3.42eV)보다 작고, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(2.67eV)보다 크다. 그러므로, 발광 소자 15에서 게스트 재료가 엑시플렉스를 통하여 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위가 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위가 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮고, 게스트 재료의 LUMO 준위가 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높고, 게스트 재료의 HOMO 준위가 제 2 화합물의 HOMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합이 엑시플렉스를 형성하는 구조에 의하여, 높은 발광 효율 및 낮은 구동 전압을 실현하며 청색광을 방출하는 발광 소자를 제공할 수 있다. 이 구조에서는 게스트 재료로서, 사이아노기를 포함하는 이리듐 착체가 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 구조를 채용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 발광 효율이 높으며 청색광을 방출하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시예 및 실시형태에 기재된 구조들 중 어느 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 19)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자(발광 소자 16)를 제작하는 예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작되는 발광 소자의 단면에 대해서는 도 42의 단면 모식도를 참조할 수 있다. 자세한 소자 구조를 표 17에 나타내었다. 여기서 사용되는 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 나타낸다. 또한 다른 화합물에 대해서는 상술한 실시예를 참조할 수 있다.
Figure pct00109
[표 17]
Figure pct00110
<<발광 소자 16의 제작>>
전극(101)으로서, 기판(200) 위에 ITSO막을 두께 70nm로 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 MoO3을 중량비 DBT3P-II:MoO3=1:0.5에서 공증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 dmCBP를 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112) 위의 발광층(160)으로서, 4,6mCzP2Pm, 5,12-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]-5,12-다이하이드로-인돌로[3,2-a]카바졸(약칭: mCzP2ICz), 및 FIr6을 중량비 4,6mCzP2Pm:mCzP2ICz:FIr6=0.6:0.2:0.2에서 공증착에 의하여 두께 40nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 4,6mCzP2Pm은 제 1 유기 화합물에 상당하고, mCzP2ICz는 제 2 유기 화합물에 상당하고, FIr6은 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 발광층(160) 위에 4,6mCzP2Pm 및 BPhen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다. 그 후, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적시켰다.
전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 유기 재료가 퇴적된 기판(200)에 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 16을 밀봉하였다. 자세한 방법에 대해서는 발광 소자 1의 설명을 참조할 수 있다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 16을 얻었다.
<호스트 재료의 발광 스펙트럼>
제작한 발광 소자 16에서 4,6mCzP2Pm 및 mCzP2ICz는 호스트 재료(제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물)로서 사용하였다. 도 106은 4,6mCzP2Pm의 박막, mCzP2ICz의 박막, 및 4,6mCzP2Pm과 mCzP2ICz의 혼합 박막의 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다.
발광 스펙트럼의 측정을 위하여, 석영 기판 위에 박막 시료들을 진공 증착법에 의하여 형성하였다. 발광 스펙트럼은 PL-EL 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K.제조)를 사용하여 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 측정하였다. 각 박막의 두께는 50nm로 하였다. 상기 혼합 박막에서의 2개의 화합물의 혼합비(제 1 유기 화합물:제 2 유기 화합물)는 1:1로 하였다.
도 106에 나타낸 바와 같이, 4,6mCzP2Pm과 mCzP2ICz의 혼합 박막의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 460nm이다. 이 발광 스펙트럼은 4,6mCzP2Pm의 발광 스펙트럼(피크 파장: 440nm) 및 mCzP2ICz의 발광 스펙트럼(피크 파장: 388nm)과 상이하다. 후술하는 바와 같이, 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위는 mCzP2ICz의 LUMO 준위보다 낮고, mCzP2ICz의 HOMO 준위는 4,6mCzP2Pm의 HOMO 준위보다 높다. 4,6mCzP2Pm과 mCzP2ICz의 혼합 박막으로부터의 발광 에너지는, 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 mCzP2ICz의 HOMO 준위의 에너지 차이에 대략 상당한다. 4,6mCzP2Pm과 mCzP2ICz의 혼합 박막으로부터의 발광은 4,6mCzP2Pm으로부터의 발광 및 mCzP2ICz로부터의 발광보다 긴 파장(낮은 에너지)을 갖는다. 따라서, 4,6mCzP2Pm과 mCzP2ICz의 혼합 박막으로부터의 발광은 4,6mCzP2Pm과 mCzP2ICz에 의하여 형성된 엑시플렉스로부터의 발광이라고 할 수 있다. 즉, 4,6mCzP2Pm과 mCzP2ICz의 조합은 엑시플렉스를 형성하는 유기 화합물의 조합이다. 4,6mCzP2Pm과 mCzP2ICz를 호스트 재료로서 사용함으로써, ExTET를 이용하는 발광 소자를 제작할 수 있다.
따라서, 발광 소자 16은 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합이 엑시플렉스를 형성하는 호스트 재료를 포함한다.
후술하는 바와 같이, FIr6의 흡수 스펙트럼의 가장 낮은 에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수대는, 4,6mCzP2Pm과 mCzP2ICz에 의하여 형성된 엑시플렉스의 발광 스펙트럼과 중첩되는 영역을 갖는다. 따라서, 4,6mCzP2Pm과 mCzP2ICz를 호스트 재료로서 사용한 발광 소자에서는, 여기 에너지를 효과적으로 게스트 재료로 이동할 수 있다.
다음으로, 호스트 재료로서 사용된 mCzP2ICz의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)를 측정하였다. 또한 4,6mCzP2Pm의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)에 대해서는 상술한 실시예에서 설명하였다.
삼중항 여기 에너지 준위의 측정을 위하여, 화합물의 박막 시료로부터의 인광을 측정하였다. 이 측정은 측정 온도 10K에서 PL 현미경 LabRAM HR-PL(HORIBA, Ltd.제조), 여기 광으로서 He-Cd 레이저(325nm), 및 CCD 검출기를 사용하여 수행하였다. 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 상기 측정에 의하여 얻어진 인광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크로부터 얻었다.
mCzP2ICz의 인광 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 442nm이었다. mCzP2ICz의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 2.81eV이었다. 상술한 실시예에 나타낸 바와 같이, 4,6mCzP2Pm의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 2.70eV이었다.
4,6mCzP2Pm 및 mCzP2ICz 각각의 인광 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은, 도 106에 나타낸 4,6mCzP2Pm과 mCzP2ICz에 의하여 형성된 엑시플렉스의 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장보다 짧다. 엑시플렉스는 단일항 여기 에너지 준위(S1 준위)와 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)의 에너지 차이가 작다는 특징을 갖는다. 따라서, 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장으로부터 얻을 수 있다. 따라서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(mCzP2ICz) 각각의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)보다 높다.
후술하는 바와 같이, 4,6mCzP2Pm 및 mCzP2ICz 각각의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 얻어진 FIr6의 전이 에너지보다 높다.
따라서, 본 실시예에서 호스트 재료로서 사용된 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(mCzP2ICz)은 호스트 재료로서 충분히 높은 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)를 갖는다.
<발광 소자의 특성>
도 107은 발광 소자 16의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 108은 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 109는 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 110은 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 18은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 16의 소자 특성을 나타낸 것이다.
[표 18]
Figure pct00111
도 111은 전류 밀도 2.5mA/cm2에서 전류가 흐르는 발광 소자 16의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 107 내지 도 110 및 표 18로부터, 발광 소자 16은 높은 발광 효율(높은 전류 효율 및 높은 외부 양자 효율)을 갖는 것을 알았다. 발광 소자 16의 최대 외부 양자 효율은 30%이었고, 이는 우수한 값이다.
도 111에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 16은 색 순도가 높은 청색광을 방출한다. 발광 소자 16의 전계 발광 스펙트럼은 파장 458nm에 피크를 갖고, 반값 전폭은 54nm이다.
도 107 내지 도 110 및 표 18에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 16은 낮은 전압으로 구동되었다.
<CV 측정의 결과>
상술한 발광 소자의 사용되는 호스트 재료로서의 제 2 유기 화합물(mCzP2ICz), 및 게스트 재료(FIr6)의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 조사하였다. 또한 측정에는 전기 화학 분석기(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc.제조)를 사용하고, 상기 화합물을 DMF에 용해시켜 얻은 용액에 측정을 수행하였다. 측정에서, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시킴으로써, 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한, -4.94eV로 추정된 참조 전극의 산화 환원 전위 및 얻어진 피크 전위로부터 각 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 얻었다.
표 19는 CV 측정에 의하여 얻은 산화 전위 및 환원 전위, 그리고 CV 측정의 결과로부터 얻은 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 나타낸 것이다. 4,6mCzP2Pm의 측정값에 대해서는 상술한 실시예를 참조한다.
[표 19]
Figure pct00112
표 19에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 16에서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물(mCzP2ICz)의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(mCzP2ICz)의 HOMO 준위보다 낮고, 게스트 재료(FIr6)의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위보다 높고, 게스트 재료(FIr6)의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(mCzP2ICz)의 HOMO 준위보다 낮다. 이 경우, 캐리어(전자 및 정공)가 한 쌍의 전극으로부터 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(mCzP2ICz)에 효율적으로 주입될 수 있고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)과 제 2 유기 화합물(mCzP2ICz)은 엑시플렉스를 형성할 수 있다. 따라서, 발광 소자 16은 높은 발광 효율 및 낮은 구동 전압의 양쪽을 달성하는 우수한 특성을 갖는다.
<게스트 재료의 흡수 스펙트럼>
도 112는, 상기 발광 소자의 게스트 재료인 FIr6의 흡수 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다.
흡수 스펙트럼의 측정에는, FIr6이 용해된 다이클로로메테인 용액을 준비하였고, 석영 셀을 사용하였다. 흡수 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation제조)를 사용하여 측정하였다. 그리고, 측정된 시료의 스펙트럼으로부터 석영 셀의 흡수 스펙트럼을 뺐다.
다음으로, 측정한 흡수 스펙트럼의 데이터로부터 흡수단을 얻고, 직접 전이를 가정한 전이 에너지를 추산하였다. 결과적으로, FIr6의 흡수단은 454nm이고, 전이 에너지는 2.73eV이었다.
FIr6의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 3.52eV이었다. 이 값은 표 19에 나타낸 CV 측정 결과로부터 얻었다.
즉, FIr6의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻은 전이 에너지보다 0.79eV만큼 크다.
도 111에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 16의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 458nm이었다. 이에 따라, FIr6의 발광 에너지는 2.70eV인 것으로 산출되었다.
즉, FIr6의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 발광 에너지보다 0.82eV만큼 컸다.
결과적으로, 상기 발광 소자들의 게스트 재료 각각에서, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지보다 0.4eV 이상 크다. 또한 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 발광 에너지보다 0.4eV 이상 크다. 따라서, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어가 게스트 재료에서 직접 재결합될 때, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 높은 에너지가 필요하고, 즉 높은 전압이 필요하다.
그러나, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 있어서, 게스트 재료에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 엑시플렉스로부터의 에너지 이동에 의하여 게스트 재료가 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
또한 발광 소자 16에서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물(mCzP2ICz)의 HOMO 준위(4,6mCzP2Pm 및 mCzP2ICz는 호스트 재료임)의 에너지 차이는 표 19로부터 2.76eV로 산출되었다. 따라서, 발광 소자 16에서 호스트 재료들에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 에너지는, 게스트 재료(FIr6)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(3.52eV)보다 작고, 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지(2.73eV)보다 크다. 그러므로, 발광 소자 16에서 게스트 재료가 엑시플렉스를 통하여 여기될 수 있음으로써, 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위가 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위가 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮고, 게스트 재료의 LUMO 준위가 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높고, 게스트 재료의 HOMO 준위가 제 2 화합물의 HOMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합이 엑시플렉스를 형성하는 구조에 의하여, 높은 발광 효율 및 낮은 구동 전압을 실현하며 청색광을 방출하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 구조를 채용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 발광 효율이 높으며 청색광을 방출하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시예 및 실시형태에 기재된 구조들 중 어느 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 20)
본 실시예에서는, 조명 장치에 적합한 본 발명의 일 형태의 발광 소자(발광 소자 17)를 제작하는 예에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작되는 발광 소자의 단면에 대해서는 도 42의 단면 모식도를 참조할 수 있다. 자세한 소자 구조를 표 20에 나타내었다. 여기서 사용되는 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 나타낸다. 또한 다른 화합물에 대해서는 상술한 실시예를 참조할 수 있다.
Figure pct00113
[표 20]
Figure pct00114
<<발광 소자 17의 제작>>
전극(101)으로서, 굴절률이 높은(굴절률: 1.84) 유리로 형성된 기판(200) 위에 두께 70nm의 ITO막을 스퍼터링법에 의하여 형성하였다. 발광 소자가 8100mm2(90mm×90mm)의 발광 면적을 갖도록 전극(101)을 형성하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 MoO3을 중량비 DBT3P-II:MoO3=1:0.5에서 공증착에 의하여 두께 30nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 PCCP를 두께 20nm로 증착에 의하여 퇴적시켰다.
정공 수송층(112) 위의 발광층(160)으로서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-diBuCNp)3=0.3:0.7:0.12에서 공증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적시키고, 이어서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(dppm)2(acac)를 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(dppm)2(acac)=0.8:0.2:0.05에서 공증착에 의하여 두께 30nm로 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서 4,6mCzP2Pm은 제 1 유기 화합물에 상당하고, PCCP는 제 2 유기 화합물에 상당하고, Ir(mpptz-diBuCNp)3 및 Ir(dppm)2(acac)는 게스트 재료(인광성 화합물)에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 발광층(160) 위에 4,6mCzP2Pm 및 BPhen을 각각 두께 20nm 및 20nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적시켰다. 그 후, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 은(Ag) 및 마그네슘(Mg)을 체적비 Ag:Mg=0.6:0.2에서 공증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적시키고, 은(Ag)을 두께 100nm로 더 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL 장치용 실재를 사용하여, 유기 재료가 퇴적된 기판(200)에 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 17을 밀봉하였다. 자세한 방법에 대해서는 발광 소자 1의 설명을 참조할 수 있다.
광이 추출되는 기판(200)의 표면을 프로스트 처리하였다. 상술한 단계를 거쳐, 발광 소자 17을 얻었다
<발광 소자의 특성>
도 113은 발광 소자 17의 전력 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 114는 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 115는 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 전광선속(total luminous flux)은 적분구를 사용하여 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 21은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 17의 소자 특성을 나타낸 것이다.
[표 21]
Figure pct00115
도 116은 60mA의 전류를 발광 소자 17에 흘렸을 때 얻어진 발광 소자 17의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 117은 발광 소자 17로부터의 발광의 사진이다.
도 113 내지 도 115 및 표 21에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 17은 외부 양자 효율이 높고 구동 전압이 낮기 때문에 높은 전력 효율을 나타낸다. 발광 소자 17의 전력 효율 및 외부 양자 효율의 최대값은 각각 166lm/W 및 50%로, 우수한 값이다.
도 116으로부터 볼 수 있듯이, 발광 소자 17의 전계 발광 스펙트럼은 Ir(mpptz-diBuCNp)3(게스트 재료)으로부터 발해지는 청색광 및 Ir(dppm)2(acac)(게스트 재료)로부터 발해지는 주황색광을 나타낸다. 표 21에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 17로부터 발해지는 광은 상관 색 온도 2880K의 백열색이고, duv가 0.02 이하로 바람직하다. 따라서, 사이아노기를 포함하는 아릴기를 배위자로서 포함하는 이리듐 착체를 게스트 재료로서 사용함으로써, 발광 효율이 높은 조명 장치에 적합하게 사용되는 발광 소자를 제작할 수 있다.
실시예 4에서 설명한 바와 같이, 발광 소자 17에서, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물(PCCP)의 HOMO 준위보다 낮다. 이 경우, 캐리어(전자 및 정공)가 한 쌍의 전극으로부터 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm) 및 제 2 유기 화합물(PCCP)에 효율적으로 주입될 수 있고, 제 1 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)과 제 2 유기 화합물(PCCP)은 엑시플렉스를 형성할 수 있다. 따라서, 발광 소자 17은 높은 발광 효율 및 낮은 구동 전압의 양쪽을 달성하는 우수한 특성을 갖는다.
도 117에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 17은 8100mm2의 발광 면적의 전체 면으로부터 균일하게 발광한다. 따라서, 발광 소자 17은 조명 장치에 적합하게 사용된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 구조를 채용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 발광 효율이 높으며 조명 장치에 적합한 광을 방출하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구조는 다른 실시예 및 실시형태에 기재된 구조들 중 어느 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 21)
<합성예 12>
본 실시예에서는, 실시형태 2의 구조식(132)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 트리스[5'-사이아노-2'-메틸-3-{3-메틸-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-1H-1,2,4-트라이아졸-5-일-кN 4}-1,1'-바이페닐-4-일-кC]이리듐(III)(약칭: Ir(Mm3CN5btz1-tmp)3)의 합성예에 대하여 자세히 설명한다. Ir(Mm3CN5btz1-tmp)3의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pct00116
<<단계 1: 5-사이아노-2-메틸페닐보론산의 합성>>
먼저, 3-브로모-4-메틸벤조나이트릴 9.5g(50mmol)을 500mL의 삼구 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하였다. 그리고, 테트라하이드로퓨란(THF) 250mL를 첨가하고, 이 혼합물을 -78℃에서 30분 동안 교반하였다. 이 혼합 용액에, 1.63M의 n-뷰틸리튬(n-BuLi)의 헥세인 용액 34mL(55mmol)를 적하하고, 이어서 -78℃에서 1.5시간 동안 교반하였다. 그 후, 이 혼합물에 트라이메틸보레이트 7.3mL(65mmol)를 첨가하고, 온도를 실온까지 상승시키면서 이 용액을 20시간 동안 교반하였다. 이 용액에 1M 염산 100mL를 첨가하고 30분 동안 교반하였다. 얻어진 혼합물을 수성층과 유기층으로 분리하고, 이 수성층에 대하여 에틸아세테이트를 사용하여 추출을 수행하였다. 유기층과 추출 용액을 조합하고, 포화식염수로 세정하였다. 건조를 위하여, 얻어진 용액에 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 이 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 톨루엔 및 헥세인으로 세정하여 백색 고체 4.3g을 수율 53%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 백색 교체가 5-사이아노-2-메틸페닐보론산인 것을 확인하였다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 (a-10)에 나타낸다.
Figure pct00117
<<단계 2: 5-(5'-사이아노-2'-메틸-1,1'-바이페닐-3-일)-3-메틸-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-1H-1,2,4-트라이아졸(약칭: HMm3CN5btz1-tmp)의 합성>>
300mL의 삼구 플라스크에, 단계 1에서 얻은 5-(3-브로모페닐)-1-(2,4,6-트라이메틸페닐)-3-메틸-1H-1,2,4-트라이아졸 7.6g(21mmol), 5-사이아노-2-메틸페닐보론산 4.12g(26mmol), 인산 포타슘 16g(77mmol), 톨루엔 130mL, 및 물 13mL를 넣었다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 0.84g(2.1mmol) 및 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(S-phos) 0.59g(1.0mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 90℃에서 3.5시간 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 얻어진 반응 용액의 유기층과 수성층을 분리하고, 이 수성층에 대하여 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 추출 용액과 유기층을 조합하고, 물 및 포화식염수로 세정하였다. 건조를 위하여, 얻어진 용액에 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 이 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 이 유상 물질을 플래시 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 비율 5:1(v:v)의 톨루엔과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 황색 유상 물질 6.5g을 수율 78%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 황색 유상 물질이 HMm3CN5btz1-tmp인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 (b-10)에 나타낸다.
Figure pct00118
<<단계 3: Ir(Mm3CN5btz1-tmp)3의 합성>>
50mL의 가지형 플라스크에, 단계 2에서 얻은 HMm3CN5btz1-tmp 2.0g(5.1mmol)을 넣고, 염화 이리듐 수화물 0.69g(2.3mmol), 2-에톡시에탄올 21mL, 및 물 7mL를 넣었다. 플라스크 내의 분위기를 아르곤으로 치환하였다. 이 플라스크에 100W, 100℃의 조건으로 1시간 동안 마이크로파를 조사하여 가열함으로써 반응을 일으켰다. 반응 후, 이 반응 용액을 농축하여 갈색 유상 물질을 얻었다. 이 유상 물질에 트라이플루오로메테인설포네이트 은 1.2g(4.6mmol) 및 HMm3CN5btz1-tmp 4.5g(11.5mmol)을 첨가하였다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하고, 이 혼합물을 170℃에서 23시간 동안 가열 교반하였다. 반응 후, 이 반응 혼합물을 다이클로로메테인에 용해시키고, 이 혼합물에 셀라이트를 통한 흡인 여과를 수행하여 불용 고체를 제거하였다. 얻어진 여과액을 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서, 비율 5:1(v:v)의 다이클로로메테인과 에틸아세테이트의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 에틸아세테이트/헥세인으로부터 재결정시켜, 황색 고체 23mg을 수율 0.73%로 얻었다. NMR 분광법에 의하여, 얻어진 황색 고체가 Ir(Mm3CN5btz1-tmp)3인 것을 확인하였다. 단계 3의 합성 스킴을 아래의 (c-10)에 나타낸다.
Figure pct00119
단계 3에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)에 대하여 NMR 분광법에 의하여 측정을 수행하였다. 얻어진 값을 아래에 나타낸다. 도 118에는 1H-NMR 차트를 나타내었다. 이들 결과는, 구조식(132)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체 Ir(Mm3CN5btz1-tmp)3이 합성예 12에서 얻어진 것을 나타내었다.
1H-NMR δ (CD2Cl2): 1.83 (s, 9H), 2.12 (s, 9H), 2.14-2.15 (m, 18H), 2.38 (s, 9H), 6.44 (s, 3H), 6.70 (s, 6H), 7.08 (d, 6H), 7.24 (d, 3H), 7.26 (d, 3H), 7.40 (dd, 3H).
<Ir(Mm3CN5btz1-tmp)3의 특성>
Ir(Mm3CN5btz1-tmp)3의 다이클로로메테인 용액(0.015mmol/L)의 흡수 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정은 실시예 1에서 설명한 방법과 마찬가지로 수행하였다. 도 119는 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한 도 119의 흡수 스펙트럼은, 석영 셀 내의 다이클로로메테인 용액의 측정된 흡수 스펙트럼으로부터, 석영 셀에 넣은 다이클로로메테인만의 측정된 흡수 스펙트럼을 뺌으로써 얻어진 결과이다.
도 119에 나타낸 바와 같이, Ir(Mm3CN5btz1-tmp)3의 다이클로로메테인 용액으로부터는 462nm 및 489nm에 발광 피크를 갖는 청색 발광이 관찰되었다.
100: EL층, 101: 전극, 101a: 도전층, 101b: 도전층, 101c: 도전층, 102: 전극, 103: 전극, 103a: 도전층, 103b: 도전층, 104: 전극, 104a: 도전층, 104b: 도전층, 106: 발광 유닛, 108: 발광 유닛, 111: 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 113: 전자 수송층, 114: 전자 주입층, 115: 전하 발생층, 116: 정공 주입층, 117: 정공 수송층, 118: 전자 수송층, 119: 전자 주입층, 123B: 발광층, 123G: 발광층, 123R: 발광층, 130: 발광층, 131: 호스트 재료, 131_1: 유기 화합물:, 131_2: 유기 화합물:, 132: 게스트 재료, 140: 발광층, 141: 호스트 재료, 141_1: 유기 화합물:, 141_2: 유기 화합물:, 142: 게스트 재료, 145: 격벽, 150: 발광 소자, 152: 발광 소자, 160: 발광층, 170: 발광층, 180: 발광층, 190: 발광층, 190a: 발광층, 190b: 발광층, 200: 기판, 220: 기판, 221B: 영역, 221G: 영역, 221R: 영역, 222B: 영역, 222G: 영역, 222R: 영역, 223: 차광층, 224B: 광학 소자, 224G: 광학 소자, 224R: 광학 소자, 250: 발광 소자, 260a: 발광 소자, 260b: 발광 소자, 262a: 발광 소자, 262b: 발광 소자, 301_1: 배선, 301_5: 배선, 301_6: 배선, 301_7: 배선, 302_1: 배선, 302_2: 배선, 303_1: 트랜지스터, 303_6: 트랜지스터, 303_7: 트랜지스터, 304: 용량 소자, 304_1: 용량 소자, 304_2: 용량 소자, 305: 발광 소자, 306_1: 배선, 306_3: 배선, 307_1: 배선, 307_3: 배선, 308_1: 트랜지스터, 308_6: 트랜지스터, 309_1: 트랜지스터, 309_2: 트랜지스터, 311_1: 배선, 311_3: 배선, 312_1: 배선, 312_2: 배선, 600: 표시 장치, 601: 신호선 구동 회로부, 602: 화소부, 603: 주사선 구동 회로부, 604: 밀봉 기판, 605: 밀봉 재료, 607: 영역, 607a: 밀봉층, 607b: 밀봉층, 607c: 밀봉층, 608: 배선, 609: FPC, 610: 소자 기판, 611: 트랜지스터, 612: 트랜지스터, 613: 하부 전극, 614: 격벽, 616: EL층, 617: 상부 전극, 618: 발광 소자, 621: 광학 소자, 622: 차광층, 623: 트랜지스터, 624: 트랜지스터, 801: 화소 전극, 802: 화소부, 804: 구동 회로부, 804a: 주사선 구동 회로, 804b: 신호선 구동 회로, 806: 보호 회로, 807: 단자부, 852: 트랜지스터, 854: 트랜지스터, 862: 용량 소자, 872: 발광 소자, 1001: 기판, 1002: 하지 절연막, 1003: 게이트 절연막, 1006: 게이트 전극, 1007: 게이트 전극, 1008: 게이트 전극, 1020: 층간 절연막, 1021: 층간 절연막, 1022: 전극, 1024B: 하부 전극, 1024G: 하부 전극, 1024R: 하부 전극, 1024Y: 하부 전극, 1025: 격벽, 1026: 상부 전극, 1028: EL층, 1028B: 발광층, 1028G: 발광층, 1028R: 발광층, 1028Y: 발광층, 1029: 밀봉층, 1031: 밀봉 기판, 1032: 밀봉 재료, 1033: 기재, 1034B: 착색층, 1034G: 착색층, 1034R: 착색층, 1034Y: 착색층, 1035: 차광층, 1036: 오버코트층, 1037: 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 2000: 터치 패널, 2001: 터치 패널, 2501: 표시 장치, 2502R: 화소, 2502t: 트랜지스터, 2503c: 용량 소자, 2503g: 주사선 구동 회로, 2503s: 신호선 구동 회로, 2503t: 트랜지스터, 2509: FPC, 2510: 기판, 2510a: 절연층, 2510b: 플렉시블 기판, 2510c: 접착층, 2511: 배선, 2519: 단자, 2521: 절연층, 2528: 격벽, 2550R: 발광 소자, 2560: 밀봉층, 2567BM: 차광층, 2567p: 반사 방지층, 2567R: 착색층, 2570: 기판, 2570a: 절연층, 2570b: 플렉시블 기판, 2570c: 접착층, 2580R: 발광 모듈, 2590: 기판, 2591: 전극, 2592: 전극, 2593: 절연층, 2594: 배선, 2595: 터치 센서, 2597: 접착층, 2598: 배선, 2599: 접속층, 2601: 펄스 전압 출력 회로, 2602: 전류 검지 회로, 2603: 용량 소자, 2611: 트랜지스터, 2612: 트랜지스터, 2613: 트랜지스터, 2621: 전극, 2622: 전극, 3000: 발광 장치, 3001: 기판, 3003: 기판, 3005: 발광 소자, 3007: 밀봉 영역, 3009: 밀봉 영역, 3011: 영역, 3013: 영역, 3014: 영역, 3015: 기판, 3016: 기판, 3018: 건조제, 3500: 다기능 단말, 3502: 하우징, 3504: 표시부, 3506: 카메라, 3508: 조명, 3600: 라이트, 3602: 하우징, 3608: 조명, 3610: 스피커, 8000: 표시 모듈, 8001: 상부 커버, 8002: 하부 커버, 8003: FPC, 8004: 터치 센서, 8005: FPC, 8006: 표시 장치, 8009: 프레임, 8010: 프린트 기판, 8011: 배터리, 8501: 조명 장치, 8502: 조명 장치, 8503: 조명 장치, 8504: 조명 장치, 9000: 하우징, 9001: 표시부, 9003: 스피커, 9005: 조작 키, 9006: 접속 단자, 9007: 센서, 9008: 마이크로폰, 9050: 조작 버튼, 9051: 정보, 9052: 정보, 9053: 정보, 9054: 정보, 9055: 힌지, 9100: 휴대 정보 단말, 9101: 휴대 정보 단말, 9102: 휴대 정보 단말, 9200: 휴대 정보 단말, 9201: 휴대 정보 단말, 9300: 텔레비전 장치, 9301: 스탠드, 9311: 리모트 컨트롤러, 9500: 표시 장치, 9501: 표시 패널, 9502: 표시 영역, 9503: 영역, 9511: 축부, 9512: 베어링, 9700: 자동차, 9701: 차체, 9702: 차륜, 9703: 대시보드, 9704: 라이트, 9710: 표시부, 9711: 표시부, 9712: 표시부, 9713: 표시부, 9714: 표시부, 9715: 표시부, 9721: 표시부, 9722: 표시부, 9723: 표시부.
본 출원은 2015년 6월 17일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2015-122398의 일본 특허 출원, 2015년 8월 7일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2015-157207의 일본 특허 출원, 2015년 11월 30일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2015-233283의 일본 특허 출원, 2016년 3월 15일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2016-051311의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.

Claims (33)

  1. 발광 소자로서,
    제 1 유기 화합물;
    제 2 유기 화합물; 및
    게스트 재료를 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고,
    상기 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮고,
    상기 게스트 재료의 LUMO 준위는 상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높고,
    상기 게스트 재료의 HOMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮고,
    상기 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환시키고,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물은 엑시플렉스를 형성하는, 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이는 상기 게스트 재료의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지 이상인, 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이는 상기 게스트 재료의 발광 에너지 이상인, 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 게스트 재료의 LUMO 준위와 상기 게스트 재료의 HOMO 준위의 에너지 차이는 상기 게스트 재료의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지보다 0.4eV 이상 큰, 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 게스트 재료의 LUMO 준위와 상기 게스트 재료의 HOMO 준위의 에너지 차이는 상기 게스트 재료의 상기 발광 에너지보다 0.4eV 이상 큰, 발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 게스트 재료의 발광 스펙트럼은 400nm 이상 505nm 미만의 파장 영역에 적어도 하나의 피크를 갖는, 발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑시플렉스는 상기 게스트 재료로 여기 에너지를 이동시키는, 발광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 엑시플렉스의 발광 스펙트럼은 상기 게스트 재료의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대와 중첩하는 영역을 갖는, 발광 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 게스트 재료는 이리듐을 포함하는, 발광 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 게스트 재료는 상기 이리듐에 배위하는 배위자를 포함하고,
    상기 배위자는 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 포함하는, 발광 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 배위자는 트라이아졸 골격 또는 이미다졸 골격을 포함하는, 발광 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 전자를 수송하고,
    상기 제 2 유기 화합물은 정공을 수송하는, 발광 소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 π-전자 부족형 헤테로방향족 고리 골격을 포함하고,
    상기 제 2 유기 화합물은 π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리 골격 및 방향족 아민 골격 중 적어도 하나를 포함하는, 발광 소자.
  14. 일반식(G1)으로 나타내어지는 이리듐 착체로서,
    Figure pct00120

    Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 1 아릴기를 나타내고,
    Ar2는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 2 아릴기를 나타내고,
    Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 N 또는 C-R을 나타내고,
    상기 C-R에 포함되는 R은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 3 아릴기 중 어느 것을 나타내고,
    Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 상기 C-R을 나타내고,
    상기 제 1 아릴기 내지 상기 제 3 아릴기 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함하는, 이리듐 착체.
  15. 일반식(G2)으로 나타내어지는 이리듐 착체로서,
    Figure pct00121

    Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 1 아릴기를 나타내고,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 4 아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고,
    Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 N 또는 C-R을 나타내고,
    상기 C-R에 포함되는 R은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 3 아릴기 중 어느 것을 나타내고,
    Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 상기 C-R을 나타내고,
    상기 제 1 아릴기, 상기 제 3 아릴기, 상기 제 4 아릴기, 및 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함하는, 이리듐 착체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 이리듐 착체는 일반식(G3)으로 나타내어지고,
    Figure pct00122

    R5는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 3 아릴기 중 어느 것을 나타내는, 이리듐 착체.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 이리듐 착체는 일반식(G4)으로 나타내어지고,
    Figure pct00123

    R5 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 3 아릴기 중 어느 것을 나타내는, 이리듐 착체.
  18. 제 15 항에 있어서,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐기를 나타내고,
    상기 페닐기는 사이아노기를 포함하는, 이리듐 착체.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 이리듐 착체는 일반식(G5)으로 나타내어지고,
    Figure pct00124

    R5는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고,
    R7 및 R11은 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고,
    R7 및 R11은 같은 구조를 갖고,
    R8 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고,
    상기 R8 내지 R10 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함하는, 이리듐 착체.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 이리듐 착체는 일반식(G6)으로 나타내어지고,
    Figure pct00125

    R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고,
    R7 및 R11은 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고,
    R7 및 R11은 같은 구조를 갖고,
    R8 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고,
    상기 R8 내지 R10 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함하는, 이리듐 착체.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 이리듐 착체는 일반식(G7)으로 나타내어지고,
    Figure pct00126

    R6은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 3 아릴기 중 어느 것을 나타내는, 이리듐 착체.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 이리듐 착체는 일반식(G8)으로 나타내어지고,
    Figure pct00127

    R6은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 어느 것을 나타내고,
    R7 및 R11은 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고,
    R7 및 R11은 같은 구조를 갖고,
    R8 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고,
    상기 R8 내지 R10 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함하는, 이리듐 착체.
  23. 제 15 항에 따른 이리듐 착체를 포함하는, 발광 소자.
  24. 발광 소자로서,
    이리듐 착체;
    제 1 유기 화합물; 및
    제 2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고,
    상기 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮고,
    상기 이리듐 착체의 LUMO 준위는 상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위보다 높고,
    상기 이리듐 착체의 HOMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮고,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물은 엑시플렉스를 형성하고,
    상기 이리듐 착체는 일반식(G1)으로 나타내어지고,
    Figure pct00128

    Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 1 아릴기를 나타내고,
    Ar2는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 2 아릴기를 나타내고,
    Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 N 또는 C-R을 나타내고,
    상기 C-R에 포함되는 R은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 제 3 아릴기 중 어느 것을 나타내고,
    Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 상기 C-R을 나타내고,
    상기 제 1 아릴기 내지 상기 제 3 아릴기 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함하는, 발광 소자.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이는 상기 이리듐 착체의 흡수단으로부터 얻어지는 전이 에너지 이상인, 발광 소자.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이는 상기 이리듐 착체의 발광 에너지 이상인, 발광 소자.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 엑시플렉스는 상기 이리듐 착체로 여기 에너지를 이동시키는, 발광 소자.
  28. 제 24 항에 있어서
    상기 엑시플렉스의 발광 스펙트럼은 상기 이리듐 착체의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대와 중첩하는 영역을 갖는, 발광 소자.
  29. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 전자를 수송하고,
    상기 제 2 유기 화합물은 정공을 수송하는, 발광 소자.
  30. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 π-전자 부족형 헤테로방향족 고리 골격을 포함하고
    상기 제 2 유기 화합물은 π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리 골격 및 방향족 아민 골격 중 적어도 하나를 포함하는, 발광 소자.
  31. 표시 장치로서,
    제 24 항에 따른 발광 소자; 및
    컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는, 표시 장치.
  32. 전자 기기로서,
    제 31 항에 따른 표시 장치; 및
    하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 전자 기기.
  33. 조명 장치로서,
    제 24 항에 따른 발광 소자; 및
    하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 조명 장치.
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