KR20180040130A - 인광 발광에 기초하는 발광장치, 전자기기 및 조명장치 - Google Patents

인광 발광에 기초하는 발광장치, 전자기기 및 조명장치 Download PDF

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Abstract

인광 발광에 기초하는 발광장치를 신규로 제공한다. 또한, 인광 발광에 기초하는 전자기기 및 조명장치를 제공한다. 4위에 아릴기를 갖는 피리미딘의 3위의 질소가 이리듐에 배위하고 있고, 피리미딘의 2위, 5위 및 6위 중 어느 하나에 알킬기 또는 아릴기를 가지며, 피리미딘의 4위의 아릴기는 이리듐과 결합함으로써 오소 메탈화된 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하는 발광장치이다.

Description

인광 발광에 기초하는 발광장치, 전자기기 및 조명장치 {LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE UTILIZING PHOSPHORESCENCE}
본 발명의 일 태양은 인광 발광에 기초하는 발광장치에 관한 것이다. 즉, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 유기 금속 이리듐 착체를 포함하는 EL층을 갖는 발광소자를 구비함으로써 인광 발광을 얻을 수 있는 발광장치에 관한 것이다. 또한, 인광 발광에 기초하는 전자기기 및 조명장치에 관한 것이다.
유기 화합물은 광을 흡수함으로써 여기 상태가 된다. 그리고 이 여기 상태를 경유함으로써 여러 가지 반응(광화학 반응)을 일으키거나 발광(루미네센스)을 일으킬 수 있어 다양한 응용이 이루어지고 있다.
광화학 반응의 일례로서 일중항 산소의 불포화 유기 분자와의 반응(산소 부가)이 있다(예를 들어 비특허문헌 1 참조). 산소 분자는 기저 상태가 삼중항 상태이기 때문에 일중항 상태의 산소(일중항 산소)는 직접적인 광 여기에 의해서는 생성되지 않는다. 그러나 다른 삼중항 여기 분자의 존재하에서는 일중항 산소가 생성되어 산소 부가 반응을 일으킬 수 있다. 이 때, 삼중항 여기 분자를 형성할 수 있는 화합물은 광증감제라 불린다.
이와 같이, 일중항 산소를 생성하기 위해서는 삼중항 여기 분자를 광 여기에 의해 형성할 수 있는 광증감제가 필요하다. 그러나, 통상의 유기 화합물은 기저 상태가 일중항 상태이기 때문에 삼중항 여기 상태로의 광 여기는 금지천이(forbidden transition)가 되어 삼중항 여기 분자는 형성하기 어렵다. 따라서, 이러한 광증감제로서는, 일중항 여기 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 항간 교차를 일으키기 쉬운 화합물(혹은, 직접 삼중항 여기 상태로 광 여기되는 금지천이를 허용하는 화합물)이 요구되고 있다. 다시 말해, 이러한 화합물은 광증감제로서의 이용이 가능하여 유익하다고 할 수 있다.
또한, 이러한 화합물은 종종 인광을 방출할 수 있다. 인광은 다중도가 다른 에너지간의 천이에 의해 발생하는 발광으로서, 통상의 유기 화합물에서는 삼중항 여기 상태에서 일중항 기저 상태로 되돌아올 때에 발생하는 발광을 가리킨다(이에 반해, 일중항 여기 상태에서 일중항 기저 상태로 되돌아올 때의 발광은 형광이라 불린다). 인광을 방출할 수 있는 화합물, 즉 삼중항 여기 상태를 발광으로 변환할 수 있는 화합물(이하, 인광성 화합물이라 칭함)의 응용 분야로서는 유기 화합물을 발광 물질로 하는 발광소자를 들 수 있다.
이 발광소자의 구성은 단지 전극간에 발광 물질인 유기 화합물을 포함하는 발광층을 마련한 단순한 구조이며, 박형 경량/고속 응답성/직류 저전압 구동 등의 특성으로 인해 차세대의 플랫 패널 디스플레이 소자로서 주목받고 있다. 또한, 이 발광소자를 이용한 디스플레이는 콘트라스트나 화질이 뛰어나고 시야각이 넓은 특징도 갖는다.
유기 화합물을 발광 물질로 사용하는 발광소자의 발광 기구는 캐리어 주입형이다. 즉, 전극들 사이에 발광층을 마련하고 전압을 인가함으로써 전극을 통해 주입된 전자 및 홀이 재결합하여 발광 물질이 여기 상태가 되고 그 여기 상태가 기저 상태로 되돌아올 때에 발광한다. 그리고, 여기 상태의 종류로는 앞서 설명한 광 여기의 경우와 마찬가지로, 일중항 여기 상태(S*)와 삼중항 여기 상태(T*)가 가능하다. 또한, 발광소자에서의 그 통계적인 생성 비율은 S*:T*=1:3으로 여겨지고 있다.
일중항 여기 상태를 발광으로 변환하는 화합물(이하, 형광성 화합물이라 칭함)은 실온에서 삼중항 여기 상태로부터의 발광(인광)은 관측되지 않고 일중항 여기 상태로부터의 발광(형광)만이 관측된다. 따라서, 형광성 화합물을 이용한 발광소자에서의 내부 양자 효율(주입한 캐리어에 대하여 발생하는 포톤의 비율)의 이론적 한계는 S*:T*=1:3인 것을 근거로 25%로 보고 있다.
한편, 상술한 인광성 화합물을 이용하면 내부 양자 효율은 75~100%까지 이론상으로는 가능해진다. 즉, 형광성 화합물에 비해 3~4배의 발광 효율이 가능해진다. 이러한 이유로 인해, 고효율인 발광소자를 실현하기 위해 인광성 화합물을 이용한 발광소자의 개발이 최근 활발히 이루어지고 있다(예를 들어, 비특허문헌 2 참조). 특히, 인광성 화합물로서는 높은 인광 양자 수율로 인해, 이리듐 등을 중심 금속으로 하는 유기 금속 착체가 주목을 받고 있다.
1. 이노우에 하루오, 외 3명, 기초 화학 코스 광화학 I(마루젠 주식회사), 106-110 2. Zhang, Guo-Lin, 외 5명, Gaodeng Xuexiao Huaxue Xuebao(2004), vol. 25, No. 3, 397-400
본 발명의 일 태양은, 인광 발광에 기초하는 발광장치를 신규로 제공하는 것을 일 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 일 태양은, 인광 발광에 기초하는 전자기기 및 조명장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 태양은, 4위에 아릴기를 갖는 피리미딘의 3위의 질소가 이리듐에 배위하고 있으며, 피리미딘의 2위, 5위 및 6위 중 어느 하나에 알킬기 또는 아릴기를 가지며, 피리미딘의 4위의 아릴기는 이리듐과 결합함으로써 오소 메탈화된 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하는 발광장치이다.
아울러 상기 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체는 하기 일반식 (G1)으로 나타나는 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체이다.
Figure pat00001
(식 중, Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, R1~R3은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 단, R1~R3 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.)
또한, 본 발명의 다른 일 태양은, 2위에 아릴기를 갖는 1, 3, 5-트리아진의 1위의 질소가 이리듐에 배위하고 있고 1, 3, 5-트리아진의 4위 및 6위 중 어느 하나에 치환기를 가지며, 아릴기는 이리듐과 결합함으로써 오소 메탈화된 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하는 발광장치이다.
아울러 상기 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체는 하기 일반식 (G2)로 나타나는 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체이다.
Figure pat00002
(식 중, Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, R4, R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는, 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 단, R4~R5 중 적어도 하나는, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.)
아울러 일반식 (G1) 및 (G2)로 나타나는 구조를 가지며, 이 구조에서 최저 삼중항 여기 상태가 형성되는 인광성 유기 금속 이리듐 착체는 효율적으로 인광을 방출할 수 있으므로 바람직하다.
여기서, 상술한 일반식 (G1)으로 나타나는 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체로서, 구체적으로는 하기 일반식 (G3)으로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 더욱 바람직하다.
Figure pat00003
(식 중, Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, R1~R3은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 단, R1~R3 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, L은 모노음이온성(monoanionic)의 배위자를 나타낸다.)
또한, 상술한 일반식 (G2)로 나타나는 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체로서, 구체적으로는 하기 일반식 (G4)로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 더욱 바람직하다.
Figure pat00004
(식 중, Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, R4, R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 단, R4~R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 L은 모노음이온성의 배위자를 나타낸다.)
아울러 상술한 일반식 (G3) 및 일반식 (G4)에서 모노음이온성의 배위자 L은 베타디케톤 구조를 갖는 모노음이온성의 두자리 킬레이트 배위자, 또는 카르복실기를 갖는 모노음이온성의 두자리 킬레이트 배위자, 또는 페놀성 수산기를 갖는 모노음이온성의 두자리 킬레이트 배위자, 또는 2개의 배위 원소가 모두 질소인 모노음이온성의 두자리 킬레이트 배위자 중 어느 하나가 바람직하다. 특히 바람직하게는 하기의 구조식 (L1)~(L7)에 나타낸 모노음이온성의 배위자이다. 이 배위자들은 배위 능력이 높고 저렴하게 입수할 수 있으므로 효과적이다.
Figure pat00005
(식 중, R21~R58은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 할로겐기, 비닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기를 나타낸다. 또한, A1~A4는 각각 독립적으로, 질소, 수소와 결합하는 sp2 혼성 탄소, 또는 치환기 R과 결합하는 sp2 혼성 탄소를 나타내고, 치환기 R은 탄소수 1~4의 알킬기, 할로겐기, 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는 페닐기를 나타낸다.)
또한, 상술한 일반식 (G1)으로 나타나는 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체로서, 구체적으로는 하기 일반식 (G5)로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 더욱 바람직하다.
Figure pat00006
(식 중, Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, R1~R3은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 단, R1~R3 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.)
또한, 상술한 일반식 (G2)로 나타나는 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체로서, 구체적으로는 하기 일반식 (G6)으로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 더욱 바람직하다.
Figure pat00007
(식 중, Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, R4, R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 단, R4~R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.)
또한, 상술한 일반식 (G1)~(G6)으로 나타나는 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체로서, 구체적으로는 하기 구조식 (100)~(104)로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 더욱 바람직하다.
Figure pat00008
또한, 상술한 인광성 유기 금속 이리듐 착체는 인광을 발광할 수 있다, 즉 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하고, 아울러 발광을 나타낼 수 있으므로 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하는 발광소자를 발광장치에 적용함으로써 고효율화가 가능해지므로 매우 효과적이다.
또한, 본 발명의 다른 일 태양인 발광장치는, 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 배치하여 형성되는 발광소자를 갖는다. 아울러 EL층에 포함되는 발광층은, 상기 인광성 유기 금속 이리듐 착체(게스트 재료), 제1 유기 화합물, 제2 유기 화합물을 포함하여 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 예를 들어 제1 유기 화합물로서 전자 트랩성의 화합물을, 제2 유기 화합물로서 정공 트랩성의 화합물을 각각 선택함으로써 발광층내에서의 재결합 효율이 높아져 저소비전력화를 도모할 수 있다.
또는, EL층에 포함되는 발광층은 상기 인광성 유기 금속 이리듐 착체(게스트 재료), 제1 유기 화합물, 제2 유기 화합물을 포함하여 형성되고, 제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물이 여기 착체를 형성하는 조합인 것이 바람직하다. 이 발광소자는 여기 착체의 발광 스펙트럼과 인광성 화합물의 흡수 스펙트럼과의 중첩을 이용한 에너지 이동에 의해 에너지 이동 효율을 높일 수 있으므로 발광장치에 적용함으로써 저소비전력화를 도모할 수 있다.
즉, 상기 발광장치는, 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 가지며, EL층은 인광성 유기 금속 이리듐 착체, 제1 유기 화합물, 제2 유기 화합물을 포함하고, 인광성 유기 금속 이리듐 착체는, 4위에 아릴기를 갖는 피리미딘의 3위의 질소가 이리듐에 배위하고 있으며, 피리미딘의 2위, 5위 및 6위 중 어느 하나에 알킬기 또는 아릴기를 가지며, 피리미딘의 4위의 아릴기는 이리듐과 결합함으로써 오소 메탈화된 구조를 가지며, 제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물은 여기 착체를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광장치이다.
또한, 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 가지며, EL층은 인광성 유기 금속 이리듐 착체, 제1 유기 화합물, 제2 유기 화합물을 포함하고, 인광성 유기 금속 이리듐 착체는, 2위에 아릴기를 갖는 1, 3, 5-트리아진의 1위의 질소가 이리듐에 배위하고 있으며, 1, 3, 5-트리아진의 4위 및 6위 중 어느 하나에 치환기를 가지며, 아릴기는 이리듐과 결합함으로써 오소 메탈화된 구조를 가지며, 제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물은 여기 착체를 형성하는 것을 특징으로 하는 발광장치도 상기 구성에 포함된다.
나아가 본 발명의 다른 일 태양인 발광장치는, 한 쌍의 전극 사이에 상기 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하는 EL층이 전하 발생층을 사이에 두고 복수 적층되는 발광소자(이른바, 탠덤형 발광소자)를 갖는다. 아울러 탠덤형 발광소자는 전류 밀도를 낮게 유지한 채 고휘도 영역에서 발광 가능하다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있으므로 장수명 소자를 실현할 수 있고 발광장치에 적용함으로써 저전압 구동이 가능하여 저소비전력화를 도모할 수 있다.
즉, 상기 발광장치는 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 가지며, 복수의 EL층 중 적어도 1층(바람직하게는 1층 이상 3층 이하)은, 4위에 아릴기를 갖는 피리미딘의 3위의 질소가 이리듐에 배위하고 있고, 상기 피리미딘의 2위, 5위 및 6위 중 어느 하나에 알킬기 또는 아릴기를 가지며, 상기 피리미딘의 4위의 아릴기는 상기 이리듐과 결합함으로써 오소 메탈화된 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치이다.
또한, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 가지며, 복수의 EL층 중 적어도 1층(바람직하게는 1층 이상 3층 이하)은, 2위에 아릴기를 갖는 1, 3, 5-트리아진의 1위의 질소가 이리듐에 배위하고 있고, 상기 1, 3, 5-트리아진의 4위 및 6위 중 어느 하나에 치환기를 가지며, 전기 아릴기는 상기 이리듐과 결합함으로써 오소 메탈화된 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치도 상기 구성에 포함된다.
아울러 탠덤형 발광소자를 포함하는 발광장치의 상기 각 구성에 있어서, 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하는 EL층으로부터 인광 발광을 얻을 수 있는 구성, 복수의 EL층이, 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하지 않는 EL층을 적어도 1층 갖는 구성, 나아가서는 복수의 EL층이 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하여 이루어지고 인광 발광을 얻을 수 있는 EL층과, 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하지 않고, 형광 발광을 얻을 수 있는 EL층, 을 각각 갖는 구성도 본 발명에 포함되는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 일 태양인 발광장치는, 한 쌍의 전극 사이에 상기 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하는 EL층을 배치하여 형성된 발광소자를 갖는다. 아울러 한 쌍의 전극 중 한 전극이 반사 전극으로 기능하고 다른 전극이 반투과 반반사 전극으로 기능하도록 형성되며, 아울러 발광소자마다 파장이 다른 광을 사출시킬 수 있도록 양 전극간의 광학 거리를 조절하여 형성된다. 이러한 발광소자를 발광장치(이른바, 마이크로 캐비티 구조의 발광장치)에 적용함으로써 특정 파장의 정면 방향의 발광 강도를 강화시킬 수 있게 되므로 저소비전력화를 도모할 수 있다. 이 구성은 3색 이상의 화소를 이용한 컬러디스플레이(화상표시장치)에 적용하는 경우에 특히 유용하다.
즉, 상기 발광장치는 반사 전극, 반사 전극과 접하여 형성된 제1 투명 도전층, 제1 투명 도전층과 접하여 형성된 EL층 및 EL층과 접하여 형성된 반투과 반반사 전극을 갖는 제1 발광소자와, 반사 전극, 반사 전극과 접하여 형성된 제2 투명 도전층, 제2 투명 도전층과 접하여 형성된 EL층 및 EL층과 접하여 형성된 반투과 반반사 전극을 갖는 제2 발광소자와, 반사 전극, 반사 전극과 접하여 형성된 EL층, EL층과 접하여 형성된 반투과 반반사 전극을 갖는 제3 발광소자를 가지며, EL층은, 4위에 아릴기를 갖는 피리미딘의 3위의 질소가 이리듐에 배위하고 있고, 피리미딘의 2위, 5위 및 6위 중 어느 하나에 알킬기 또는 아릴기를 가지며, 피리미딘의 4위의 아릴기는 이리듐과 결합함으로써 오소 메탈화된 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하고, 제1 투명 도전층 및 제2 투명 도전층을 각각 원하는 총 두께로 함으로써 제1 발광소자로부터는 제2 발광소자보다 파장이 긴 광이 사출되고, 제2 발광소자로부터는 제3 발광소자보다 파장이 긴 광이 사출되는 것을 특징으로 하는 발광장치이다.
또한, 반사 전극, 반사 전극과 접하여 형성된 제1 투명 도전층, 제1 투명 도전층과 접하여 형성된 EL층 및 EL층과 접하여 형성된 반투과 반반사 전극을 갖는 제1 발광소자와, 반사 전극, 반사 전극과 접하여 형성된 제2 투명 도전층, 제2 투명 도전층과 접하여 형성된 EL층 및 EL층과 접하여 형성된 반투과 반반사 전극을 갖는 제2 발광소자와, 반사 전극, 반사 전극과 접하여 형성된 EL층, EL층과 접하여 형성된 반투과 반반사 전극을 갖는 제3 발광소자를 가지며, EL층은, 2위에 아릴기를 갖는 1, 3, 5-트리아진의 1위의 질소가 이리듐에 배위하고 있고, 1, 3, 5-트리아진의 4위 및 6위 중 어느 하나에 치환기를 가지며, 아릴기는 이리듐과 결합함으로써 오소 메탈화된 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하고, 제1 투명 도전층 및 제2 투명 도전층을 각각 원하는 총 두께로 함으로써 제1 발광소자로부터는 제2 발광소자보다 파장이 긴 광이 사출되고 제2 발광소자로부터는 제3 발광소자보다 파장이 긴 광이 사출되는 것을 특징으로 하는 발광장치도 상기 구성에 포함된다.
아울러 상기 마이크로 캐비티 구조의 발광장치와, 앞서 설명한 탠덤형 발광소자와 조합하여 구성된 발광장치도 본 발명에 포함되는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 일 태양은 발광소자를 갖는 발광장치뿐 아니라, 발광장치를 갖는 전자기기 및 조명장치도 범주에 포함하는 것이다. 따라서, 본 명세서에서 발광장치는 화상 표시 디바이스, 발광 디바이스 또는 광원(조명장치 포함)을 의미한다. 또한, 발광장치에 코넥터, 예를 들어 FPC(Flexible printed circuit) 또는 TAB(Tape Automated Bonding) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TAB 테이프나 TCP의 끝에 프린트 배선판이 마련된 모듈, 또는 발광소자에 COG(Chip On Glass) 방식에 의해 IC(집적회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광장치에 포함하는 것으로 한다.
본 발명의 일 태양은 인광 발광에 기초하는 발광장치를 신규로 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 태양은 인광 발광에 기초하는 전자기기 및 조명장치를 제공할 수 있다.
도 1은 발광소자의 구조에 대하여 설명하는 도면이고,
도 2는 발광소자의 구조에 대하여 설명하는 도면이고,
도 3은 발광소자의 구조에 대하여 설명하는 도면이고,
도 4는 발광장치에 대하여 설명하는 도면이고,
도 5는 발광장치에 대하여 설명하는 도면이고,
도 6은 전자기기에 대하여 설명하는 도면이고,
도 7은 조명기구에 대하여 설명하는 도면이고,
도 8은 발광소자에 대하여 설명하는 도면이고,
도 9는 발광소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면이고,
도 10은 발광소자 1의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면이고,
도 11은 발광소자 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 12는 구조식 (100)의 인광성 유기 금속 이리듐 착체의 1H-NMR 차트이고,
도 13은 구조식 (101)의 인광성 유기 금속 이리듐 착체의 1H-NMR 차트이고,
도 14는 구조식 (102)의 인광성 유기 금속 이리듐 착체의 1H-NMR 차트이고,
도 15는 구조식 (103)의 인광성 유기 금속 이리듐 착체의 1H-NMR 차트이고,
도 16은 발광소자 2의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면이고,
도 17은 발광소자 2의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면이고,
도 18은 발광소자 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 19는 발광소자 2의 신뢰성을 나타낸 도면이고,
도 20은 발광소자 3의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면이고,
도 21은 발광소자 3의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면이고,
도 22는 발광소자 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 23은 발광소자 3의 신뢰성을 나타낸 도면이고,
도 24는 발광소자 4의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면이고,
도 25는 발광소자 4의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면이고,
도 26은 발광소자 4의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이고,
도 27은 발광소자 4의 신뢰성을 나타낸 도면이고,
도 28은 구조식 (105)의 인광성 유기 금속 이리듐 착체의 1H-NMR 차트이고,
도 29는 1,6mMemFLPAPrn(약칭)의 1H-NMR 차트이고,
도 30은 발광소자에 대하여 설명하는 도면이고,
도 31은 구조식 (106)에 나타낸 인광성 유기 금속 이리듐 착체의 자외 가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
이하, 본 발명의 실시의 양태에 대해 도면을 이용해 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 설명으로 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 일탈하는 일 없이 그 형태 및 상세를 여러 가지로 변경할 수 있는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명은 이하에 나타내는 실시의 형태의 기재 내용으로 한정해 해석되는 것은 아니다.
(실시 형태 1)
본 실시 형태에서는 인광 발광에 기초하는 발광장치에 적용할 수 있는 발광소자로서, 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 발광층에 이용한 발광소자에 대하여 도 1을 이용하여 설명한다.
본 실시 형태에 나타낸 발광소자는 도 1에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(제1 전극(양극)(101)과 제2 전극(음극)(103)) 사이에 발광층(113)을 포함하는 EL층(102)이 마련되어 있고, EL층(102)은 발광층(113) 외에도 정공(또는, 홀) 주입층(111), 정공(또는, 홀) 수송층(112), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 전하 발생층(E)(116) 등을 포함하여 형성된다.
이러한 발광소자에 대하여 전압을 인가함으로써 제1 전극(101) 측으로부터 주입된 정공과 제2 전극(103) 측으로부터 주입된 전자가 발광층(113)에서 재결합하여 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 여기 상태로 만든다. 그리고, 여기 상태의 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 기저 상태로 되돌아올 때에 발광한다. 이와 같이, 본 발명의 일 태양인 인광성 유기 금속 이리듐 착체는 발광소자에서 발광 물질로서 기능한다.
아울러 EL층(102)의 정공 주입층(111)은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 층으로, 억셉터성 물질에 의해 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 추출됨으로써 정공(홀)이 발생된다. 따라서, 정공 주입층(111)으로부터 정공 수송층(112)을 통해 발광층(113)으로 정공이 주입된다.
또한, 전하 발생층(E)(116)은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 층이다. 억셉터성 물질에 의해 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 추출되므로, 추출된 전자가, 전자 주입성을 갖는 전자 주입층(115)으로부터 전자 수송층(114)을 통해 발광층(113)으로 주입된다.
이하에 본 실시 형태에 나타낸 발광소자를 제조함에 있어서의 구체적인 예에 대하여 설명한다.
제1 전극(양극)(101) 및 제2 전극(음극)(103)에는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물 등을 이용할 수 있다. 구체적으로는 산화인듐 산화주석(ITO:Indium Tin Oxide), 규소 또는 산화규소를 함유한 산화인듐 산화주석, 산화인듐 산화아연(Indium Zinc Oxide), 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti) 외에도, 원소주기표의 제1족 또는 제2족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토류 금속, 마그네슘(Mg), 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 포함하는 합금, 기타 그라펜 등을 이용할 수 있다. 아울러 제1 전극(양극)(101) 및 제2 전극(음극)(103)은 예를 들어 스퍼터링법이나 증착법(진공 증착법을 포함함) 등에 의해 형성할 수 있다.
정공 주입층(111), 정공 수송층(112) 및 전하 발생층(E)(116)에 사용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들어, 4, 4＇-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB 또는 α-NPD)이나 N, N＇-비스(3-메틸페닐)-N, N＇-디페닐-[1, 1＇-비페닐]-4, 4＇-디아민(약칭:TPD), 4, 4＇, 4＇＇-트리스(카바졸-9-일)트리페닐아민(약칭:TCTA), 4, 4＇, 4＇＇-트리스(N, N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭:TDATA), 4, 4＇, 4＇＇-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭:MTDATA), 4, 4＇-비스[N-(스피로-9, 9＇-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:BSPB) 등의 방향족 아민 화합물, 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭:PCzPCA1), 3, 6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭:PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭:PCzPCN1) 등을 들 수 있다. 그 밖에 4, 4＇-디(N-카바졸일)비페닐(약칭:CBP), 1, 3, 5-트리스[4-(N-카바졸일)페닐]벤젠(약칭:TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라세닐)페닐]-9H-카바졸(약칭:CzPA) 등의 카바졸 유도체 등을 사용할 수 있다. 여기에 기술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 단, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 것을 사용할 수도 있다.
나아가 폴리(N-비닐카바졸)(약칭:PVK), 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭:PVTPA), 폴리[N-(4-｛N＇-[4-(4-디페닐아미노)페닐]페닐-N＇-페닐아미노｝페닐)메타크릴아미드](약칭:PTPDMA), 폴리[N, N＇-비스(4-부틸페닐)-N, N＇-비스(페닐)벤지딘](약칭:Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 정공 주입층(111) 및 전하 발생층(E)(116)에 이용하는 억셉터성 물질로서는, 천이 금속 산화물이나 원소주기표에서의 제4족 내지 제 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는 산화몰리브덴이 특히 바람직하다.
발광층(113)은 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 발광 물질이 되는 게스트 재료로서 포함하고, 이 인광성 유기 금속 이리듐 착체보다 삼중항 여기 에너지가 큰 물질을 호스트 재료로서 이용하여 형성되는 층이다.
아울러 상기 인광성 유기 금속 이리듐 착체는, 4위에 아릴기를 갖는 피리미딘의 3위의 질소가 이리듐에 배위하고 있고, 피리미딘의 2위, 5위 및 6위 중 어느 하나에 알킬기 또는 아릴기를 가지며 피리미딘의 4위의 아릴기는 이리듐과 결합함으로써 오소 메탈화된 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체로서, 하기 일반식 (G1)으로 나타나는 구조를 갖는다.
Figure pat00009
(식 중, Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, R1~R3은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 단, R1~R3 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.)
나아가 상기 인광성 유기 금속 이리듐 착체에는, 2위에 아릴기를 갖는 1, 3, 5-트리아진의 1위의 질소가 이리듐에 배위하고 있고, 1, 3, 5-트리아진의 4위 및 6위 중 어느 하나에 치환기를 가지며, 아릴기는 이리듐과 결합함으로써 오소 메탈화된 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체이며, 하기 일반식 (G2)로 나타나는 구조를 갖는 것도 사용할 수 있다.
Figure pat00010
(식 중, Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, R4, R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 단, R4~R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.)
여기서, 일반식 (G1) 및 (G2)로 나타나는 구조를 가지며, 이 구조에서 최저 삼중항 여기 상태가 형성되는 인광성 유기 금속 이리듐 착체는 효율적으로 인광을 방출할 수 있으므로 바람직하다. 이러한 태양을 실현하기 위해 예를 들어 상기 구조의 최저 삼중항 여기 에너지가 상기 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 구성하는 다른 골격(다른 배위자)의 최저 삼중항 여기 에너지와 같아지거나 또는 그보다 낮아지도록 다른 골격(다른 배위자)을 선택할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써 상기 구조 외의 골격(배위자)이 어떠한 것일지라도 최종적으로는 상기 구조에서 최저 삼중항 여기 상태가 형성되므로 이 구조에 유래하는 인광 발광을 얻을 수 있다. 따라서, 고효율의 인광 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어 이 구조를 측쇄로서 갖는 비닐 폴리머 등을 들 수 있다.
아울러 상술한 일반식 (G1)으로 나타나는 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체로서, 하기 일반식 (G3)으로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 더욱 바람직하다.
Figure pat00011
(식 중, Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, R1~R3은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 단, R1~R3 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, L은 모노음이온성의 배위자를 나타낸다.)
또한, 상술한 일반식 (G2)로 나타나는 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체로서, 하기 일반식 (G4)로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 더욱 바람직하다.
Figure pat00012
(식 중, Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, R4, R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 단, R4~R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, L은 모노음이온성의 배위자를 나타낸다.)
아울러 상술한 일반식 (G3) 및 일반식 (G4)에서의 모노음이온성의 배위자 L은, 베타디케톤 구조를 갖는 모노음이온성의 두자리 킬레이트 배위자, 또는 카르복실기를 갖는 모노음이온성의 두자리 킬레이트 배위자, 또는 페놀성 수산기를 갖는 모노음이온성의 두자리 킬레이트 배위자, 또는 2개의 배위 원소가 모두 질소인 모노음이온성의 두자리 킬레이트 배위자 중 어느 하나가 바람직하다. 특히 바람직하게는 하기의 구조식(L1)~(L7)로 나타낸 모노음이온성의 배위자이다. 이 배위자들은 배위 능력이 높고 또한 저렴하게 입수할 수 있으므로 효과적이다.
Figure pat00013
(식 중, R21~R58은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 할로겐기, 비닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기를 나타낸다. 또한, A1~A4는 각각 독립적으로, 질소, 수소와 결합하는 sp2 혼성 탄소, 또는 치환기 R과 결합하는 sp2 혼성 탄소를 나타내고, 치환기 R은 탄소수 1~4의 알킬기, 할로겐기, 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는 페닐기를 나타낸다.)
또한, 상술한 일반식 (G1)으로 나타나는 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체로서 하기 일반식 (G5)으로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 더욱 바람직하다.
Figure pat00014
(식 중, Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, R1~R3은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 단, R1~R3 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.)
또한, 상술한 일반식 (G2)로 나타나는 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체로서, 하기 일반식 (G6)으로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 더욱 바람직하다.
Figure pat00015
(식 중, Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, R4, R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 단, R4~R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.)
아울러 상술한 일반식 (G1)~(G6)으로 나타나는 구조를 갖는 인광성 유기 금속 이리듐 착체로서, 구체적으로는 하기 구조식 (100)~(106)으로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 더욱 바람직하다.
Figure pat00016
또한, 상기 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 분산 상태로 하기 위해 사용하는 물질(즉 호스트 재료)로서는, 예를 들어, 4-페닐-4＇-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭:PCBA1BP), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭:PCzPCN1), 2, 3-비스(4-디페닐아미노페닐)퀴녹살린(약칭:TPAQn), NPB와 같은 아릴아민 골격을 갖는 화합물의 외에도, CBP, 4, 4＇, 4＇＇-트리스(카바졸-9-일)트리페닐아민(약칭:TCTA) 등의 카바졸 유도체나, 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f, h]퀴녹살린(약칭:2mDBTPDBq-II), 2-[3＇-(디벤조티오펜-4-일)비페닐-3-일]디벤조[f, h]퀴녹살린(약칭:2mDBTBPDBq-II), 2-[4-(3, 6-디페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]디벤조[f, h]퀴녹살린(약칭:2CzPDBq-III)과 같은 질소 함유 복소 방향족 화합물, 또는 비스[2-(2-히드록시페닐)피리디나토]아연(약칭:Znpp2), 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조옥사졸라토]아연(약칭:Zn(BOX)2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(약칭:BAlq), 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(약칭:Alq3) 등의 금속 착체가 바람직하다. 또한 PVK와 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
아울러 발광층(113)의 경우 상술한 인광성 유기 금속 이리듐 착체(게스트 재료)와 호스트 재료를 포함하여 형성함으로써 발광층(113)으로부터는 발광 효율이 높은 인광 발광을 얻을 수 있다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송층(114)에는, Alq3, 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄(약칭:Almq3), 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭:BeBq2), BAlq, Zn(BOX)2, 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(약칭:Zn(BTZ)2) 등의 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한, 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1, 3, 4-옥사디아졸(약칭:PBD), 1, 3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1, 3, 4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭:OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐릴)-1, 2, 4-트리아졸(약칭:TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐릴)-1, 2, 4-트리아졸(약칭:p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭:Bphen), 바소큐프로인(약칭:BCP), 4, 4＇-비스(5-메틸벤조옥사졸-2-일)스틸벤(약칭:BzOs) 등의 복소 방향족 화합물도 사용할 수 있다. 또한, 폴리(2, 5-피리딘디일)(약칭:PPy), 폴리[(9, 9-디헥실플루오렌-2, 7-디일)-co-(피리딘-3, 5-디일)](약칭:PF-Py), 폴리[(9, 9-디옥틸플루오렌-2, 7-디일)-co-(2, 2＇-비피리딘-6, 6＇-디일)](약칭:PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 여기에 기술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 아울러 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면 상기 이외의 물질을 전자 수송층으로서 사용할 수도 있다.
또한, 전자 수송층(114)은 단층의 것 뿐만 아니라 상기 물질로 이루어지는 층이 2층 이상 적층된 것으로 할 수도 있다.
전자 주입층(115)은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입층(115)에는, 불화리튬(LiF), 불화세슘(CsF), 불화칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 불화에르븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질을 사용할 수도 있다.
또는, 전자 주입층(115)에, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어지는 복합재료를 사용할 수도 있다. 이러한 복합재료는 전자 공여체에 의해 유기 화합물에 전자가 발생하므로 전자 주입성 및 전자 수송성이 뛰어나다. 이 경우, 유기 화합물로서는, 발생된 전자의 수송이 뛰어난 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는 예를 들어 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질(금속 착체나 복소 방향족 화합물 등)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는 유기 화합물에 대해 전자 공여성을 나타내는 물질을 사용할 수 있다. 구체적으로는 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속이나 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 에르븀, 이테르븀 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토류 금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 산화마그네슘과 같은 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한, 테트라티아플발렌(약칭:TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
아울러 상술한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 전하 발생층(E)(116)은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
상술한 발광소자는, 제1 전극(101) 및 제2 전극(103) 사이에 발생한 전위차에 의해 전류가 흘러 EL층(102)에서 정공과 전자가 재결합함으로써 발광한다. 그리고 이 발광은 제1 전극(101) 및 제2 전극(103) 중 어느 하나 또는 둘 모두를 거쳐 외부로 추출된다. 따라서, 제1 전극(101) 및 제2 전극(103) 중 어느 하나 또는 둘 모두가 투광성을 갖는 전극이 된다.
이상에 의해 설명한 발광소자는, 인광성 유기 금속 이리듐 착체에 기초하는 인광 발광을 얻을 수 있으므로 형광성 화합물을 사용한 발광소자에 비하여 고효율의 발광소자를 실현할 수 있다.
아울러 본 실시 형태에 나타낸 발광소자는 발광소자의 구조의 일례이지만, 본 발명의 일 태양인 발광장치에는, 다른 실시 형태에서 나타내는 다른 구조의 발광소자를 적용할 수도 있다. 또한, 상기 발광소자를 구비한 발광장치의 구성으로서는 패시브 매트릭스형의 발광장치나 액티브 매트릭스형의 발광장치 외에도, 다른 실시 형태에서 설명하는 상기와는 다른 구조를 갖는 발광소자를 구비한 마이크로 캐비티 구조의 발광장치 등을 제조할 수 있고 이것들은 모두 본 발명에 포함되는 것으로 한다.
아울러 액티브 매트릭스형의 발광장치의 경우에서 TFT의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 스태거형이나 역스태거형의 TFT를 적절히 이용할 수 있다. 또한, TFT 기판에 형성되는 구동용 회로 또한, N형 및 P형의 TFT로 이루어지는 것일 수도 있고, N형의 TFT 또는 P형의 TFT 중 어느 하나만으로 이루어지는 것일 수도 있다. 나아가 TFT에 이용되는 반도체막의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막, 기타 산화물 반도체막 등을 사용할 수 있다.
아울러 본 실시 형태에 나타낸 구성은 다른 실시 형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
(실시 형태 2)
본 실시 형태에서는 본 발명의 일 태양으로서 인광성 유기 금속 이리듐 착체에 더하여, 다른 2종류 이상의 유기 화합물을 발광층에 이용한 발광소자에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 나타낸 발광소자는, 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(양극(201) 및 음극 (202)) 사이에 EL층(203)을 갖는 구조이다. 아울러 EL층(203)에는, 적어도 발광층(204)을 가지며, 그 밖에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층(E) 등이 포함되어 있을 수도 있다. 아울러 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층(E)에는 실시 형태 1에 나타낸 물질을 이용할 수 있다.
본 실시 형태에 나타낸 발광층(204)에는 실시 형태 1에 나타낸 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 이용한 인광성 화합물(205), 제1 유기 화합물(206) 및 제2 유기 화합물(207)이 포함되어 있다. 아울러 인광성 화합물(205)은 발광층(204)의 게스트 재료이다. 또한, 제1 유기 화합물(206) 및 제2 유기 화합물(207) 중 발광층(204)에 포함되는 비율이 많은 것을 발광층(204)의 호스트 재료로 한다.
발광층(204)에서 상기 게스트 재료를 호스트 재료에 분산시킴으로써 발광층의 결정화를 억제할 수 있다. 또한 게스트 재료의 농도가 높음에 기인하는 농도 소광을 억제하여 발광소자의 발광 효율을 높일 수 있다.
아울러 제1 유기 화합물(206) 및 제2 유기 화합물(207)의 각각의 삼중항 여기 에너지의 준위(T1준위)는 인광성 화합물(205)의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 제1 유기 화합물(206)(또는 제2 유기 화합물(207))의 T1 준위가 인광성 화합물(205)의 T1 준위보다 낮으면, 발광에 기여하는 인광성 화합물(205)의 삼중항 여기 에너지를 제1 유기 화합물(206)(또는 제2 유기 화합물(207))이 소광(퀀칭)시켜 발광 효율의 저하를 초래하기 때문이다.
여기서, 호스트 재료로부터 게스트 재료로의 에너지 이동 효율을 높이기 위해, 분자간의 에너지 이동 기구로서 알려져 있는 휄스터 기구(쌍극자-쌍극자 상호작용) 및 덱스터(Dexter) 기구(전자 교환 상호작용)를 고려하여, 호스트 재료의 발광 스펙트럼(일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)과 게스트 재료의 흡수 스펙트럼(보다 상세하게는, 가장 장파장(저에너지) 측의 흡수대에서의 스펙트럼)과의 중첩이 커지는 것이 바람직하다. 그러나 통상 호스트 재료의 형광 스펙트럼을 게스트 재료의 가장 장파장(저에너지) 측의 흡수대에서의 흡수 스펙트럼과 중첩시키는 것은 어렵다. 왜냐하면, 그렇게 되면 호스트 재료의 인광 스펙트럼은 형광 스펙트럼보다 장파장(저에너지) 측에 위치하기 때문에 호스트 재료의 T1 준위가 인광성 화합물의 T1준위를 밑돌게 되어 상술한 퀀칭(quenching)의 문제가 발생하기 때문이다. 한편, 퀀칭의 문제를 회피하기 위해 호스트 재료의 T1준위가 인광성 화합물의 T1준위를 상회하도록 설계하면, 이번에는 호스트 재료의 형광 스펙트럼이 단파장(고에너지) 측으로 쉬프트하기 때문에 그 형광 스펙트럼은 게스트 재료의 가장 장파장(저에너지) 측의 흡수대에서의 흡수 스펙트럼과 중첩되지 않게 된다. 따라서, 호스트 재료의 형광 스펙트럼을 게스트 재료의 가장 장파장(저에너지) 측의 흡수대에서의 흡수 스펙트럼과 중첩시켜 호스트 재료의 일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 최대한 높이는 것은 대개 어렵다.
이에 본 실시 형태에서는 제1 유기 화합물 및 제2 유기 화합물은 여기 착체(엑시플렉스라고도 칭함)를 형성하는 조합인 것이 바람직하다. 이 경우, 발광층(204)의 캐리어(전자 및 홀)의 재결합시에 제1 유기 화합물(206)과 제2 유기 화합물(207)은 여기 착체를 형성한다. 이에 의해, 발광층(204)에서, 제1 유기 화합물(206)의 형광 스펙트럼 및 제2 유기 화합물(207)의 형광 스펙트럼은 보다 장파장 측에 위치하는 여기 착체의 발광 스펙트럼으로 변환된다. 그리고, 여기 착체의 발광 스펙트럼과 게스트 재료의 흡수 스펙트럼과의 중첩이 커지도록 제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물을 선택하면 일중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 최대한으로 높일 수 있다. 아울러 삼중항 여기 상태의 경우에도 호스트 재료가 아니라 여기 착체로부터의 에너지 이동이 발생할 것으로 생각된다.
인광성 화합물(205)로서는 실시 형태 1에서 나타낸 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 사용한다. 또한, 제1 유기 화합물(206) 및 제2 유기 화합물(207)로서는 여기 착체를 일으키는 조합을 사용할 수 있는데, 전자를 수용하기 쉬운 화합물(전자 트랩성 화합물)과 홀을 수용하기 쉬운 화합물(정공 트랩성 화합물)을 조합하는 것이 바람직하다.
전자를 수용하기 쉬운 화합물로서는, 질소 함유 복소 방향족 화합물과 같은 π전자 부족형 복소 방향족 화합물이 바람직하고, 예를 들어 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f, h]퀴녹살린(약칭:2mDBTPDBq-II), 2-[3＇-(디벤조티오펜-4-일)비페닐-3-일]디벤조[f, h]퀴녹살린(약칭:2mDBTBPDBq-II), 2-[4-(3, 6-디페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]디벤조[f, h]퀴녹살린(약칭:2CzPDBq-III), 7-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f, h]퀴녹살린(약칭:7mDBTPDBq-II), 및 6-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f, h]퀴녹살린(약칭:6mDBTPDBq-II) 등의 퀴녹살린 내지는 디벤조퀴녹살린 유도체를 들 수 있다.
홀을 수용하기 쉬운 화합물로서는π전자 과잉형 복소 방향족 화합물(예를 들어 카바졸 유도체나 인돌 유도체)이나 방향족 아민 화합물이 바람직하고, 예를 들어 4-페닐-4＇-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭:PCBA1BP), 4, 4＇-디(1-나프틸)-4＇＇-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭:PCBNBB), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭:PCzPCN1), 4, 4＇, 4＇＇-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭:1＇-TNATA), 2, 7-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스피로-9, 9＇-비플루오렌(약칭:DPA2SF), N, N＇-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N, N＇-디페닐벤젠-1, 3-디아민(약칭:PCA2B), N-(9, 9-디메틸-2-N＇, N＇-디페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)디페닐아민(약칭:DPNF), N, N＇, N＇＇-트리페닐-N, N＇, N＇＇-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1, 3, 5-트리아민(약칭:PCA3B), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스피로-9, 9＇-비플루오렌(약칭:PCASF), 2-[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스피로-9, 9＇-비플루오렌(약칭:DPASF), N, N＇-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N, N＇-디페닐-9, 9-디메틸플루오렌-2, 7-디아민(약칭:YGA2F), 4, 4＇-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:TPD), 4, 4＇-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:DPAB), N-(9, 9-디메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-｛9, 9-디메틸-2-[N＇-페닐-N＇-(9, 9-디메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일｝페닐아민(약칭:DFLADFL), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭:PCzPCA1), 3-[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭:PCzDPA1), 3, 6-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭:PCzDPA2), 4, 4＇-비스(N-｛4-[N＇-(3-메틸페닐)-N＇-페닐아미노]페닐｝-N-페닐아미노)비페닐(약칭:DNTPD), 3, 6-비스[N-(4-디페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭:PCzTPN2), 3, 6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭:PCzPCA2)을 들 수 있다.
상술한 제1 유기 화합물(206) 및 제2 유기 화합물(207)은 이에 한정되지 않고 여기 착체를 형성할 수 있는 조합이며 여기 착체의 발광 스펙트럼이 인광성 화합물(205)의 흡수 스펙트럼과 중첩되고 여기 착체의 발광 스펙트럼의 피크가 인광성 화합물(205)의 흡수 스펙트럼의 피크보다 장파장이면 된다.
아울러 전자를 수용하기 쉬운 화합물과 홀을 수용하기 쉬운 화합물로 제1 유기 화합물(206)과 제2 유기 화합물(207)을 구성하는 경우 그 혼합비에 의해 캐리어 밸런스를 제어할 수 있다. 구체적으로는 제1 유기 화합물:제2 유기 화합물=1:9~9:1의 범위가 바람직하다.
본 실시 형태에서 나타낸 발광소자는 여기 착체의 발광 스펙트럼과 인광성 화합물의 흡수 스펙트럼과의 중첩을 이용한 에너지 이동에 의해 에너지 이동 효율을 높일 수 있으므로 외부 양자 효율이 높은 발광소자를 실현할 수 있다.
아울러 본 발명에 포함되는 다른 구성으로서 인광성 화합물(205)(게스트 재료) 이외에 2종류의 유기 화합물로서 정공 트랩성의 호스트 분자 및 전자 트랩성의 호스트 분자를 이용하여 발광층(204)을 형성하고 2종류의 호스트 분자중에 존재하는 게스트 분자에 정공과 전자를 도입하여 게스트 분자를 여기 상태로 하는 현상(즉, Guest Coupled with Complementary Hosts: GCCH)을 얻을 수 있도록 발광층(204)을 형성하는 구성도 가능하다.
이 때, 정공 트랩성의 호스트 분자 및 전자 트랩성의 호스트 분자로서는 각각 상술한 정공을 수용하기 쉬운 화합물 및 전자를 수용하기 쉬운 화합물을 사용할 수 있다.
아울러 본 실시 형태에서 나타낸 발광소자는 발광소자의 구조의 일례이지만, 본 발명의 일 태양인 발광장치에는 다른 실시 형태에서 나타낸 다른 구조의 발광소자를 적용할 수도 있다. 또한, 상기 발광소자를 구비한 발광장치의 구성으로서는 패시브 매트릭스형의 발광장치나 액티브 매트릭스형의 발광장치의 외에도, 다른 실시 형태에서 설명하는 상기와는 다른 구조를 갖는 발광소자를 구비한 마이크로 캐비티 구조의 발광장치 등을 제조할 수 있고 이들은 모두 본 발명에 포함되는 것으로 한다.
아울러 액티브 매트릭스형의 발광장치의 경우에 있어서 TFT의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 스태거형이나 역스태거형의 TFT를 적절히 이용할 수 있다. 또한, TFT 기판에 형성되는 구동용 회로 또한, N형 및 P형의 TFT로 이루어지는 것일 수도 있고 N형의 TFT 또는 P형의 TFT 중 어느 하나로만 이루어지는 것일 수도 있다. 나아가 TFT에 이용되는 반도체막의 결정성도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막, 그 밖에 산화물 반도체막 등을 이용할 수 있다.
아울러 본 실시 형태에 나타낸 구성은 다른 실시 형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 이용할 수 있는 것으로 한다.
(실시 형태 3)
본 실시 형태에서는 본 발명의 일 태양으로서, 전하 발생층을 사이에 두고 EL층을 복수 갖는 구조의 발광소자(이하, 탠덤형 발광소자라고 함)에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 나타낸 발광소자는 도 3(A)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극( 제1 전극(301) 및 제2 전극(304)) 사이에 복수의 EL층(제1 EL층(302(1)), 제2 EL층(302(2)))을 갖는 탠덤형 발광소자이다.
본 실시 형태에서 제1 전극(301)은 양극으로서 기능하는 전극이며, 제2 전극(304)은 음극으로서 기능하는 전극이다. 아울러 제1 전극(301) 및 제2 전극(304)은 실시 형태 1과 동일한 구성을 이용할 수 있다. 또한, 복수의 EL층(제1 EL층(302(1)), 제2 EL층(302(2)))은 실시 형태 1 또는 실시 형태 2에서 나타낸 EL층과 동일한 구성일 수도 있으나, 어느 하나가 동일한 구성일 수도 있다. 즉, 제1 EL층(302(1))과 제2 EL층(302(2))은 동일한 구성일 수도 다른 구성일 수도 있으며 그 구성은 실시 형태 1 또는 실시 형태 2와 동일한 것을 적용할 수 있다.
또한, 복수의 EL층(제1 EL층(302(1)), 제2 EL층(302(2)))의 사이에는 전하 발생층(I)(305)이 마련되어 있다. 전하 발생층(I)(305)은 제1 전극(301)과 제2 전극(304)으로 전압을 인가했을 때에 어느 하나의 EL층에 전자를 주입하고 다른 하나의 EL층에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 본 실시 형태의 경우에는 제1 전극(301)에 제2 전극(304)보다 전위가 높아지도록 전압을 인가하면 전하 발생층(I)(305)으로부터 제1 EL층(302(1))으로 전자가 주입되고 제2 EL층(302(2))으로 정공이 주입된다.
아울러 전하 발생층(I)(305)은 광의 추출 효율면에서 가시광에 대해 투광성을 갖는(구체적으로는, 전하 발생층(I)(305)에 대한 가시광의 투과율이 40% 이상) 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(I)(305)은 제1 전극(301)이나 제2 전극(304)보다 낮은 도전율이어도 기능한다.
전하 발생층(I)(305)은 정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성일 수도, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성일 수도 있다. 또한, 이 둘의 구성이 적층되어 있을 수도 있다.
정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체를 첨가시킬 경우, 정공 수송성이 높은 유기 화합물로서는 예를 들어 NPB나 TPD, TDATA, MTDATA, 4, 4＇-비스[N-(스피로-9, 9＇-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:BSPB) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기에 기술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 단, 전자보다 정공의 수송성이 높은 유기 화합물이면 상기한 이외의 물질을 사용할 수도 있다.
또한, 전자 수용체로서는, 7, 7, 8, 8-테트라시아노-2, 3, 5, 6-테트라플루오로퀴노디메탄(약칭:F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 천이 금속 산화물을 들 수 있다. 또 원소주기표에서의 제4족 내지 제 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화바나듐, 산화니오븀, 산화탄탈륨, 산화크로늄, 산화몰리브덴, 산화텅스텐, 산화망간, 산화레늄은 전자 수용성이 높아 바람직하다. 그 중에서 특히 산화몰리브덴은 대기중에서도 안정되어 흡습성이 낮고 취급하기 쉬우므로 바람직하다.
한편, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체를 첨가하는 경우에 전자 수송성이 높은 유기 화합물로서는 예를 들어 Alq, Almq3, BeBq2, BAlq 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 그 밖에도 Zn(BOX)2, Zn(BTZ)2 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 나아가 금속 착체 외에도, PBD나 OXD-7, TAZ, Bphen, BCP 등도 사용할 수 있다. 여기에 기술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 아울러 정공보다 전자의 수송성이 높은 유기 화합물이면 상기 이외의 물질을 사용할 수도 있다.
또한, 전자 공여체로서는 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속 또는 희토류 금속 또는 원소주기표에서의 제2, 13족에 속하는 금속 및 그 산화물, 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이테르븀(Yb), 인듐(In), 산화리튬, 탄산 세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 테트라티아나프타센과 같은 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용할 수도 있다.
아울러 상술한 재료를 이용하여 전하 발생층(I)(305)을 형성함으로써, EL층이 적층되었을 경우에 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
본 실시 형태에서는 EL층을 2층 갖는 발광소자에 대하여 설명하였으나, 도 3(B)에 도시된 바와 같이 n층(단, n은 3 이상)의 EL층을 적층한 발광소자에 대해서도 동일하게 적용하는 것이 가능하다. 본 실시 형태에 따른 발광소자와 같이 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 가질 경우, EL층과 EL층과의 사이에 전하 발생층(I)을 배치함으로써 전류 밀도를 낮게 유지한 채로 고휘도 영역에서 발광할 수 있다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있으므로 장수명 소자를 실현할 수 있다. 또한, 조명을 응용예로 했을 경우에는 전극 재료의 저항에 의한 전압강하를 작게 할 수 있으므로 대면적에서의 균일 발광이 가능해진다. 또한 저전압 구동이 가능하여 소비 전력이 낮은 발광장치를 실현할 수 있다.
또한, 각각의 EL층의 발광색을 달리함으로써 발광소자 전체적으로 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 EL층을 갖는 발광소자에서, 제1 EL층의 발광색과 제2 EL층의 발광색을 보색의 관계로 함으로써 발광소자 전체적으로 백색 발광하는 발광소자를 얻을 수도 있다. 아울러 보색은 혼합하면 무채색이 되는 색끼리의 관계를 가리킨다. 즉, 보색의 관계에 있는 색을 발광하는 물질로부터 얻어지는 광을 혼합하면 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 3개의 EL층을 갖는 발광소자의 경우에도 동일하며 예를 들어 제1 EL층의 발광색이 적색이고 제2 EL층의 발광색이 녹색이며 제3 EL층의 발광색이 청색인 경우 발광소자 전체적으로는 백색 발광을 얻을 수 있다.
아울러 본 실시 형태에 나타낸 구성은 다른 실시 형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
(실시 형태 4)
본 실시 형태에서는, 본 발명의 일 태양인 인광 발광에 기초하는 발광장치로서, 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 이용한 발광장치에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 나타낸 발광장치는, 한 쌍의 전극 사이에서의 광의 공진 효과를 이용한 미소 광공진기(마이크로 캐비티) 구조를 가지며, 도 4에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(반사 전극(401) 및 반투과 반반사 전극(402)) 간에 적어도 EL층(405)을 갖는 구조인 발광소자를 복수 가지고 있다. 또한, EL층(405)은 적어도 발광 영역이 되는 발광층(404)을 가지며 그 밖에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층(E) 등이 포함될 수도 있다. 아울러 발광층(404)에는 본 발명의 일 태양인 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 포함되어 있다.
본 실시 형태에서는 도 4에 도시된 바와 같이 구조가 다른 발광소자(제1 발광소자(R)(410R), 제2 발광소자(G)(410G), 제3 발광소자(B)(410B))를 포함하여 구성되는 발광장치에 대하여 설명한다.
제1 발광소자(R)(410R)는 반사 전극(401) 상에 제1 투명 도전층(403a)과, 제1 발광층(B)(404B), 제2 발광층(G)(404G), 제3 발광층(R)(404R)을 일부에 포함하는 EL층(405)과, 반투과 반반사 전극(402)이 차례차례 적층된 구조를 갖는다. 또한, 제2 발광소자(G)(410G)는, 반사 전극(401) 상에 제2 투명 도전층(403b)과, EL층(405)과, 반투과 반반사 전극(402)이 차례차례 적층된 구조를 갖는다. 또한, 제3 발광소자(B)(410B)는 반사 전극(401) 상에 EL층(405)과, 반투과 반반사 전극(402)이 차례차례 적층된 구조를 갖는다.
아울러 상기 발광소자(제1 발광소자(R)(410R), 제2 발광소자(G)(410G), 제3 발광소자(B)(410B))에서, 반사 전극(401), EL층(405), 반투과 반반사 전극(402)은 공통이다. 또한, 제1 발광층(B)(404B)에서는 420nm 이상 480nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 광(λB)을 발광시키고, 제2 발광층(G)(404G)에서는 500nm 이상 550nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 광(λG)을 발광시키고, 제 3의 발광층(R)(404R)에서는 600nm 이상 760nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 광(λR)을 발광시킨다. 이에 의해, 모든 발광소자(제1 발광소자(R)(410R), 제2 발광소자(G)(410G), 제3 발광소자(B)(410B))에서 제1 발광층(B)(404B), 제2 발광층(G)(404G) 및 제3 발광층(R)(404R)으로부터의 발광이 중첩되어 합쳐진, 즉 가시광 영역에 걸친 브로드한 발광 스펙트럼을 발광시킬 수 있다. 아울러 상기에 의해 파장의 길이는 λB<λG<λR이 되는 관계인 것으로 한다.
본 실시 형태에 나타낸 각 발광소자는 각각 반사 전극(401)과 반투과 반반사 전극(402)과의 사이에 EL층(405)이 마련되어 이루어지는 구조를 가지며, EL층(405)에 포함되는 각 발광층으로부터 모든 방향으로 사출되는 발광은 미소 광공진기(마이크로 캐비티)로서의 기능을 갖는 반사 전극(401)과 반투과 반반사 전극(402)에 의해 공진된다. 아울러 반사 전극(401)은 반사성을 갖는 도전성 재료에 의해 형성되고 그 막에 대한 가시광의 반사율이 40%~100%, 바람직하게는 70%~100%이며, 아울러 그 저항율이 1×10-2Ωcm 이하인 막으로 가정한다. 또한, 반투과 반반사 전극(402)은 반사성을 갖는 도전성 재료와 광투과성을 갖는 도전성 재료에 의해 형성되고 그 막에 대한 가시광의 반사율이 20%~80%, 바람직하게는 40%~70%이며, 아울러 그 저항율이 1×10-2Ωcm 이하인 막으로 가정한다.
또한, 본 실시 형태에서는 각 발광소자에서, 제1 발광소자(R)(410R)와 제2 발광소자(G)(410G)에 각각 마련된 투명 도전층(제1 투명 도전층(403a), 제2 투명 도전층(403b))의 두께를 변경함으로써 발광소자마다 반사 전극(401)과 반투과 반반사 전극(402) 간의 광학 거리를 변경하고 있다. 즉, 각 발광소자의 각 발광층으로부터 발광하는 브로드한 발광 스펙트럼은 반사 전극(401)과 반투과 반반사 전극(402)과의 사이에서, 공진하는 파장의 광을 강하게 하고 공진하지 않는 파장의 광을 감쇠시킬 수 있으므로 소자마다 반사 전극(401)과 반투과 반반사 전극(402) 간의 광학 거리를 변경함으로써 다른 파장의 광을 추출할 수 있다.
아울러 제1 발광소자(R)(410R)에서는 반사 전극(401)에서부터 반투과 반반사 전극(402)까지의 총 두께를 mλR/2(단, m은 자연수), 제2 발광소자(G)(410G)에서는 반사 전극(401)에서부터 반투과 반반사 전극(402)까지의 총 두께를 mλG/2(단, m은 자연수), 제3 발광소자(B)(410B)에서는 반사 전극(401)에서부터 반투과 반반사 전극(402)까지의 총 두께를 mλB/2(단, m은 자연수)로 하고 있다.
이상에 의해 제1 발광소자(R)(410R)로부터는 주로 EL층(405)에 포함되는 제3 발광층(R)(404R)에서 발광한 광(λR)이 추출되고 제2 발광소자(G)(410G)로부터는 주로 EL층(405)에 포함되는 제2 발광층(G)(404G)에서 발광한 광(λG)이 추출되고 제3 발광소자(B)(410B)로부터는 주로 EL층(405)에 포함되는 제1 발광층(B)(404B)에서 발광한 광(λB)이 추출된다. 아울러 각 발광소자로부터 추출되는 광은 반투과 반반사 전극(402) 측으로부터 각각 사출된다.
또한, 상기 구성에서 반사 전극(401)에서부터 반투과 반반사 전극(402)까지의 총 두께는 엄밀하게는 반사 전극(401)의 반사 영역에서 반투과 반반사 전극(402)의 반사 영역까지의 총 두께라 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(401)이나 반투과 반반사 전극(402)의 반사 영역의 위치를 엄밀하게 결정하는 것은 어렵기 때문에 반사 전극(401)과 반투과 반반사 전극(402)의 임의의 위치를 반사 영역으로 함으로써 충분히 상술한 효과를 얻을 수 있는 것으로 가정한다.
이어서 제1 발광소자(R)(410R)에서, 반사 전극(401)에서부터 제3 발광층(R)(404R)까지의 광학 거리를 원하는 막 두께((2m＇＋1)λR/4(단, m＇는 자연수))로 조절함으로써 제3 발광층(R)(404R)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다. 제3 발광층(R)(404R)으로부터의 발광 중에서 반사 전극(401)에 의해 반사되어 되돌아온 광(제1 반사광)은 제3 발광층(R)(404R)으로부터 반투과 반반사 전극(402)으로 직접 입사되는 광(제1 입사광)과 간섭을 일으키므로 반사 전극(401)에서부터 제3 발광층(R)(404R)까지의 광학 거리를 원하는 값((2 m＇＋1)λR/4(단, m＇는 자연수))으로 조절하여 마련함으로써 제1 반사광과 제1 입사광과의 위상을 맞추어 제3 발광층(R)(404R)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
아울러 반사 전극(401)과 제3 발광층(R)(404R)과의 광학 거리는 엄밀하게는 반사 전극(401)의 반사 영역과 제3 발광층(R)(404R)의 발광 영역과의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(401)의 반사 영역이나 제3 발광층(R)(404R)의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하는 것은 어려우므로 반사 전극(401)의 임의의 위치를 반사 영역, 제3 발광층(R)(404R)의 임의의 위치를 발광 영역으로 함으로써 충분히 상술한 효과를 얻을 수 있는 것으로 가정한다.
이어서 제2 발광소자(G)(410G)에서, 반사 전극(401)에서부터 제2 발광층(G)(404G)까지의 광학 거리를 원하는 막 두께((2m＇＇＋1)λG/4(단, m＇＇는 자연수))로 조절함으로써 제2 발광층(G)(404G)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다. 제2 발광층(G)(404G)으로부터의 발광 중에서 반사 전극(401)에 의해 반사되어 되돌아온 광(제2 반사광)은 제2 발광층(G)(404G)으로부터 반투과 반반사 전극(402)으로 직접 입사되는 광(제2 입사광)과 간섭을 일으키므로 반사 전극(401)에서부터 제2 발광층(G)(404G)까지의 광학 거리를 원하는 값((2m＇＇＋1)λG/4(단, m＇＇는 자연수))으로 조절하여 마련함으로서 제2 반사광과 제2 입사광과의 위상을 맞추어 제2 발광층(G)(404G)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
아울러 반사 전극(401)과 제2 발광층(G)(404G)과의 광학 거리는 엄밀하게는 반사 전극(401)의 반사 영역과 제2 발광층(G)(404G)의 발광 영역과의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(401)의 반사 영역이나 제2 발광층(G)(404G)의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하기는 어려우므로 반사 전극(401)의 임의의 위치를 반사 영역, 제2 발광층(G)(404G)의 임의의 위치를 발광 영역으로 함으로써 충분히 상술한 효과를 얻을 수 있는 것으로 가정한다.
이어서 제3 발광소자(B)(410B)에서 반사 전극(401)에서부터 제1 발광층(B)(404B)까지의 광학 거리를 원하는 막 두께((2m＇＇＇＋1)λB/4(단, m＇＇＇는 자연수))로 조절함으로써 제1 발광층(B)(404B)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다. 제1 발광층(B)(404B)으로부터의 발광 중에서 반사 전극(401)에 의해 반사되어 되돌아온 광(제3 반사광)은 제1 발광층(B)(404B)으로부터 반투과 반반사 전극(402)으로 직접 입사되는 광(제3 입사광)과 간섭을 일으키므로 반사 전극(401)에서부터 제1 발광층(B)(404B)까지의 광학 거리를 원하는 값((2m＇＇＇＋1)λB/4(단, m＇＇＇는 자연수))으로 조절하여 마련함으로써 제3 반사광과 제3 입사광과의 위상을 맞추어 제1 발광층(B)(404B)으로부터의 발광을 증폭시킬 수 있다.
아울러 제3 발광소자에서, 반사 전극(401)과 제1 발광층(B)(404B)과의 광학 거리는 엄밀하게는 반사 전극(401)의 반사 영역과 제1 발광층(B)(404B)의 발광 영역과의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나, 반사 전극(401)의 반사 영역이나 제1 발광층(B)(404B)의 발광 영역의 위치를 엄밀하게 결정하기는 어려우므로 반사 전극(401)의 임의의 위치를 반사 영역, 제1 발광층(B)(404B)의 임의의 위치를 발광 영역으로 함으로써 충분히 상술한 효과를 얻을 수 있는 것으로 가정한다.
아울러 상기 구성에서 모든 발광소자가 EL층에 복수의 발광층을 갖는 구조를 가지고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 예를 들어 실시 형태 3에서 설명한 탠덤형 발광소자의 구성과 조합하여 하나의 발광소자에 전하 발생층을 사이에 두고 복수의 EL층을 마련하고, 각각의 EL층에 단수 또는 복수의 발광층을 형성할 수도 있다.
본 실시 형태에서 나타낸 발광장치는 마이크로 캐비티 구조를 가지고 있으며, 동일한 EL층을 가지고 있어도 발광소자마다 다른 파장의 광을 추출할 수 있으므로 RGB를 구분하여 도포할 필요가 없다. 따라서, 고해상도를 실현하는 것이 용이한 등의 이유로 풀 컬러화를 실현함에 있어서 유리하다. 또한, 특정 파장의 정면 방향의 발광 강도를 강하게 할 수 있으므로 저소비전력화를 도모할 수 있다. 이 구성은 3색 이상의 화소를 이용한 컬러디스플레이(화상표시장치)에 적용하는 경우에 특히 유용하지만 조명 등의 용도에 이용할 수도 있다.
(실시 형태 5)
본 실시 형태에서는 본 발명의 일 태양인 인광 발광에 기초하는 발광장치로서 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 발광층에 이용한 발광소자를 갖는 발광장치에 대하여 설명한다.
또한, 본 발명의 일 태양인 인광 발광에 기초하는 발광장치는 패시브 매트릭스형의 발광장치일 수도 액티브 매트릭스형의 발광장치일 수도 있다. 아울러 본 실시 형태에 나타낸 발광장치에는 다른 실시 형태에서 설명한 발광소자를 적용하는 것이 가능하다.
본 실시 형태에서는 본 발명의 일 태양인 인광 발광에 기초하는 발광장치로서, 액티브 매트릭스형의 발광장치에 대하여 도 5를 이용하여 설명한다.
아울러 도 5(A)는 발광장치를 나타낸 상면도이며, 도 5(B)는 도 5(A)를 쇄선 A-A＇로 절단한 단면도이다. 본 실시 형태에 따른 액티브 매트릭스형의 발광장치는 소자 기판(501) 상에 마련된 화소부(502)와, 구동 회로부(소스선 구동회로)(503)와, 구동 회로부(게이트선 구동회로)(504)를 갖는다. 화소부(502), 구동 회로부(503) 및 구동 회로부(504)는 씰재(505)에 의해, 소자 기판(501)과 봉지 기판(506) 사이에 봉지되어 있다.
또한, 소자 기판(501) 상에는, 구동 회로부(503), 및 구동 회로부(504)로 외부로부터의 신호(예를 들어, 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호 등)나 전위를 전달하는 외부 입력 단자를 접속하기 위한 리드 배선(lead wire)(507)이 마련된다. 여기서는, 외부 입력 단자로서 FPC(플렉시블 프린트 서킷)(508)를 마련하는 예를 나타내고 있다. 아울러 여기서는 FPC 밖에 도시되어 있지 않지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 장착될 수도 있다. 본 명세서의 발광장치에는 발광장치 본체뿐 아니라, 여기에 FPC 또는 PWB가 장착된 상태도 포함하는 것으로 한다.
이어서 단면 구조에 대하여 도 5(B)를 이용하여 설명한다. 소자 기판(501) 상에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있는데 여기서는 소스선 구동회로인 구동 회로부(503)와 화소부(502)가 도시되어 있다.
구동 회로부(503)는 n채널형 TFT(509)와 p채널형 TFT(510)를 조합한 CMOS 회로가 형성되는 예를 나타내었다. 아울러 구동 회로부는 TFT로 형성되는 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로 또는 NMOS 회로로 형성할 수도 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 기판 상에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내었으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 기판 상이 아니라 외부에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(502)는 스위칭용 TFT(511)와, 전류 제어용 TFT(512)와, 전류 제어용 TFT(512)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)에 전기적으로 접속된 제1 전극(양극)(513)을 포함하는 복수의 화소에 의해 형성된다. 아울러 제1 전극(양극)(513)의 단부를 덮어 절연물(514)이 형성되어 있다. 여기서는 포지티브형의 감광성 아크릴 수지를 이용하여 형성한다.
또한, 상층에 적층 형성되는 막의 피복성을 양호하게 하기 위해 절연물(514)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 절연물(514)의 재료로서 포지티브형의 감광성 아크릴 수지를 이용했을 경우, 절연물(514)의 상단부에 곡률 반경(0.2㎛~3㎛)을 갖는 곡면을 갖게 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(514)로서 감광성의 광에 의해 에천트에 불용해성이 되는 네가티브형, 또는 광에 의해 에천트에 용해성이 되는 포지티브형 모두를 사용할 수 있고 유기 화합물에 한정되지 않고 무기 화합물, 예를 들어 산화실리콘, 산질화실리콘 등, 둘 모두를 사용할 수 있다.
제1 전극(양극)(513) 상에는, EL층(515) 및 제2 전극(음극)(516)이 적층 형성되어 있다. EL층(515)은 적어도 발광층이 마련되어 있고, 발광층에는 인광성 유기 금속 이리듐 착체가 포함되어 있다. 또한, EL층(515)에는 발광층 외에도 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등을 적절히 마련할 수 있다.
아울러 제1 전극(양극)(513), EL층(515) 및 제2 전극(음극)(516)의 적층 구조에 의해 발광소자(517)가 형성되어 있다. 제1 전극(양극)(513), EL층(515) 및 제2 전극(음극)(516)에 사용하는 재료로서는 실시 형태 1에 나타낸 재료를 사용할 수 있다. 또한, 여기서는 도시하지 않았으나 제2 전극(음극)(516)은 외부 입력 단자인 FPC(508)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 5(B)에 도시된 단면도에서는 발광소자(517)를 1개만 도시하였으나, 화소부(502)에서 복수의 발광소자가 매트릭스형으로 배치되고 있는 것으로 가정한다. 화소부(502)에는 3종류(R, G, B)의 발광을 얻을 수 있는 발광소자를 각각 선택적으로 형성하여 풀 컬러 표시 가능한 발광장치를 형성할 수 있다. 또한, 컬러 필터와 조합함으로써 풀 컬러 표시 가능한 발광장치를 구현할 수도 있다.
나아가 씰재(505)로 봉지 기판(506)을 소자 기판(501)과 합착시킴으로써 소자 기판(501), 봉지 기판(506) 및 씰재(505)로 둘러싸인 공간(518)에 발광소자(517)를 구비한 구조가 도시되어 있다. 아울러 공간(518)에는 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우뿐 아니라, 씰재(505)로 충전되는 구성도 포함할 수 있다.
아울러 씰재(505)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이 재료들은 가능한 한 수분이나 산소를 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 봉지 기판(506)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 외에도, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(polyvinyl fluoride), 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
이상에 의해 액티브 매트릭스형의 인광 발광에 기초하는 발광장치를 얻을 수 있다.
아울러 본 실시 형태에 나타낸 구성은 다른 실시 형태에 나타낸 구성을 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
(실시 형태 6)
본 실시 형태에서는 본 발명의 일 태양인 인광 발광에 기초하는 발광장치를 이용하여 완성시킨 다양한 전자기기의 일례에 대하여 도 6을 이용하여 설명한다.
발광장치를 적용한 전자기기로서 예를 들어 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대전화기(휴대전화, 휴대전화장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대정보단말, 음향 재생장치, 파칭코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 이 전자기기들의 구체적인 예를 도 6에 나타내었다.
도 6(A)은 텔레비전 장치의 일례를 나타낸 것이다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 내장되어 있다. 표시부(7103)에 의해 영상을 표시하는 것이 가능하고 발광장치를 표시부(7103)에 이용할 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(7105)에 의해 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타내고 있다.
텔레비전 장치(7100)의 조작은 하우징(7101)에 마련되는 조작 스위치나, 별체의 리모콘 조작기(7110)에 의해 수행할 수 있다. 리모콘 조작기(7110)에 마련되는 조작 키(7109)에 의해 채널이나 음량의 조작을 수행할 수 있고 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모콘 조작기(7110)에 이 리모콘 조작기(7110)로부터 출력하는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 마련할 수도 있다.
아울러 텔레비전 장치(7100)는 수신기나 모뎀 등을 구비한다. 수신기에 의해 일반적인 텔레비전 방송의 수신을 수행할 수 있고 나아가 모뎀을 통해 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속함으로써 일방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간, 또는 수신자들간 등)의 정보 통신을 수행하는 것도 가능하다.
도 6(B)는 컴퓨터로서, 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 아울러 컴퓨터는 발광장치를 그 표시부(7203)에 이용하여 제조된다.
도 6(C)는 휴대형 오락기로서, 하우징(7301)과 하우징(7302)의 2개의 하우징으로 구성되어 있고 연결부(7303)에 의해 개폐 가능하게 연결되어 있다. 하우징(7301)에는 표시부(7304)가 내장되고 하우징(7302)에는 표시부(7305)가 내장되어 있다. 또한, 도 6(C)에 도시된 휴대형 오락기는 그 밖에도 스피커부(7306), 기록 매체 삽입부(7307), LED 램프(7308), 입력 수단(조작 키(7309), 접속 단자(7310), 센서(7311)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액, 자기, 온도, 화학물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(7312)) 등을 구비하고 있다. 물론, 휴대형 오락기의 구성은 상술한 것에 한정되지 않고, 적어도 표시부(7304) 및 표시부(7305) 모두, 또는 어느 하나에 발광장치를 이용할 수 있고 그 밖의 부속설비가 적절히 마련되도록 할 수 있다. 도 6(C)에 도시된 휴대형 오락기는 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 읽어 표시부에 표시하는 기능이나, 다른 휴대형 오락기와 무선 통신을 수행하여 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 아울러 도 6(C)에 도시된 휴대형 오락기가 갖는 기능은 이에 한정되지 않고 다양한 기능을 가질 수 있다.
도 6(D)는 휴대전화기의 일례를 나타낸 것이다. 휴대전화기(7400)는 하우징(7401)에 내장된 표시부(7402) 외에도, 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크(7406) 등을 구비하고 있다. 아울러 휴대전화기(7400)는 발광장치를 표시부(7402)에 이용하여 제조된다.
도 6(D)에 도시된 휴대전화기(7400)는 표시부(7402)를 손가락 등으로 접촉함으로써 정보를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하는 등의 조작은 표시부(7402)를 손가락 등으로 접촉함으로써 수행할 수 있다.
표시부(7402)의 화면은 주로 3가지 모드가 있다. 첫번째는 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이며, 두번째는 문자 등의 정보의 입력을 주로 하는 입력 모드이다. 세번째는 표시 모드와 입력 모드의 두 모드가 혼합된 표시＋입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하는 경우에는 표시부(7402)를 문자의 입력을 주로 하는 문자 입력 모드로 하고 화면에 표시시킨 문자의 입력 조작을 수행할 수 있다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시시키는 것이 바람직하다.
또한, 휴대전화기(7400) 내부에 쟈이로, 가속도 센서 등의 기울기를 검출하는 센서를 갖는 검출 장치를 마련함으로써 휴대전화기(7400)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여 표시부(7402)의 화면 표시를 자동적으로 전환하도록 할 수 있다.
또한, 화면 모드의 전환은 표시부(7402)를 터치하는 것, 또는 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)의 조작에 의해 수행된다. 또한, 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 의해 전환하도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시하는 화상 신호가 동영상의 데이터이면 표시 모드, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환한다.
또한, 입력 모드에서 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하고, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는 화면의 모드를 입력 모드에서 표시 모드로 전환하도록 제어할 수도 있다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능시킬 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)에 손바닥이나 손가락으로 접촉하여 장문, 지문 등을 촬상함으로써 본인 인증을 실시할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발광하는 백 라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 이용하면 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
이상에 의해 본 발명의 일 태양인 발광장치를 적용하여 전자기기를 얻을 수 있다. 발광장치의 적용 범위는 매우 넓고, 모든 분야의 전자기기에 적용하는 것이 가능하다.
아울러 본 실시 형태에 나타낸 구성은 다른 실시 형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
(실시 형태 7)
본 실시 형태에서는, 본 발명의 일 태양인 인광 발광에 기초하는 발광장치를 적용한 조명장치의 일례에 대하여 도 7을 이용하여 설명한다.
도 7은 발광장치를 실내의 조명장치(8001)로서 이용한 예이다. 아울러 발광장치는 대면적화도 가능하므로 대면적의 조명장치를 형성할 수도 있다. 그 밖에 곡면을 갖는 하우징을 이용함으로써 발광 영역이 곡면을 갖는 조명장치(8002)를 형성할 수도 있다. 본 실시 형태에 나타낸 발광장치에 포함되는 발광소자는 박막형이므로 하우징의 디자인의 자유도가 높다. 따라서, 다양하게 디자인한 조명장치를 형성할 수 있다. 나아가 실내의 벽면에 대형의 조명장치(8003)를 구비할 수도 있다.
또한, 발광장치를 테이블의 표면에 이용함으로써 테이블로서의 기능을 구비한 조명장치(8004)를 구현할 수 있다. 아울러 그 외의 가구의 일부에 발광장치를 이용함으로써 가구로서의 기능을 구비한 조명장치를 구비할 수 있다.
이상과 같이 발광장치를 적용한 다양한 조명장치를 얻을 수 있다. 아울러 이러한 조명장치는 본 발명의 일 태양에 포함되는 것으로 한다.
또한, 본 실시 형태에 나타낸 구성은 다른 실시 형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 이용할 수 있다.
본 실시예에서는 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(dptzn)2(acac)](구조식 (103))를 발광층에 사용한 발광소자 1에 대하여 도 8을 이용하여 설명한다. 아울러 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 이하에 나타내었다.
Figure pat00017
《발광소자 1의 제조》
우선, 유리제의 기판(1100) 상에 산화규소를 포함하는 인듐주석산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의해 성막시켜 양극으로서 기능하는 제1 전극(1101)을 형성하였다. 아울러 그 막 두께는 110nm로 하고 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
이어서 기판(1100) 상에 발광소자 1을 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 소성시킨 후 UV오존 처리를 370초 수행하였다.
그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분간의 진공 소성을 수행한 후 기판(1100)을 30분 정도 방랭하였다.
이어서 제1 전극(1101)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록 기판(1100)을 진공 증착 장치 내에 마련된 홀더에 고정시켰다. 본 실시예에서는 진공 증착법에 의해 EL층(1102)을 구성하는 정공 주입층(1111), 정공 수송층(1112), 발광층(1113), 전자 수송층(1114), 전자 주입층(1115)이 차례로 형성되는 경우에 대하여 설명한다.
진공 장치내를 10-4Pa로 감압한 후, 1, 3, 5-트리(디벤조티오펜-4-일)벤젠(약칭:DBT3P-II)과 산화몰리브덴(VI)을 DBT3P-II(약칭):산화몰리브덴=4:2(질량비)가 되도록 공증착시킴으로써 제1 전극(1101) 상에 정공 주입층(1111)을 형성하였다. 막 두께는 40nm로 하였다. 아울러 공증착은 서로 다른 복수의 물질을 각각 다른 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법을 가리킨다.
이어서 4-페닐-4＇-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭:BPAFLP)을 20nm증착시킴으로써 정공 수송층(1112)를 형성하였다.
이어서 정공 수송층(1112) 상에 발광층(1113)을 형성하였다. 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f, h]퀴녹살린(약칭:2mDBTPDBq-II), 4, 4＇-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭:NPB), (아세틸아세토나토)비스(2, 4-디페닐-1, 3, 5-트리아지나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(dptzn)2(acac)])을, 2mDBTPDBq-II(약칭):NPB(약칭):[Ir(dptzn)2(acac)](약칭)=0.8:0.2:0.01(질량비)이 되도록 공증착시켜 발광층(1113)을 형성하였다. 막 두께는 40nm로 하였다.
이어서 발광층(1113) 상에 2-[3-(디벤조티오펜-4-일)페닐]디벤조[f, h]퀴녹살린(약칭:2mDBTPDBq-II)을 10nm증착시킨 후, 바소페난트롤린(약칭:Bphen)을 20nm 증착시킴으로써 전자 수송층(1114)을 형성하였다. 나아가 전자 수송층(1114) 상에 불화리튬을 1nm증착시킴으로써 전자 주입층(1115)을 형성하였다.
마지막으로, 전자 주입층(1115) 상에 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 증착시켜 음극이 되는 제2 전극(1103)을 형성하여 발광소자 1을 얻었다. 아울러 상술한 증착 과정에서 증착은 모두 저항 가열법을 이용하였다.
이상에 의해 얻어진 발광소자 1의 소자 구조를 표 1에 나타내었다.
Figure pat00018
또한, 제조한 발광소자 1은 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 봉지하였다(씰재를 소자의 주위에 도포하고 봉지시에 80℃에서 1시간 열처리).
《발광소자 1의 동작 특성》
제조한 발광소자 1의 동작 특성에 대하여 측정하였다. 아울러 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
우선, 발광소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 도 9에 나타내었다. 아울러 도 9에서 세로축은 전류 효율(cd/A), 가로축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광소자 1의 전압-휘도 특성을 도 10에 나타내었다. 아울러 도 10에서 세로축에 휘도(cd/m2), 가로축에 전압(V)을 나타낸다. 또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광소자 1의 주된 초기 특성값을 이하의 표 2에 나타내었다.
Figure pat00019
상기 결과를 통해, 본 실시예에서 제조한 발광소자 1은 높은 외부 양자 효율을 나타내고 있으므로 높은 발광 효율을 나타냄을 알 수 있다. 나아가 색순도에 관해서는, 순도가 좋은 주황색 발광을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 발광소자에 25mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 11에 나타내었다. 도 11에 나타낸 바와 같이 발광소자 1의 발광 스펙트럼은 583nm에 피크를 가지고 있어 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(dptzn)2(acac)](약칭)의 발광에 유래하고 있음이 시사된다.
본 실시예에서는 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(dppm)2(acac)](구조식 (100))을 발광층에 이용한 발광소자 2를 제조하고, 그 동작 특성이나 신뢰성에 대하여 측정하였다. 아울러 본 실시예에서 제조한 발광소자 2는 실시예 1의 발광층 및 전자 수송층에 이용한 2mDBTPDBq-II 대신에 2-[3＇-(디벤조티오펜-4-일)비페닐-3-일]디벤조[f, h]퀴녹살린(약칭:2mDBTBPDBq-II)을 이용하고, 실시예 1의 발광층에 이용한 NPB 대신에 4, 4＇-디(1-나프틸)-4＇＇-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭:PCBNBB)을 이용하고 그 질량비가 일부 다른 것을 제외하고는 실시예 1에서 제조한 발광소자 1와 동일하게 제조할 수 있으므로 제조 방법에 대한 설명은 실시예 1을 참조하기로 하고 설명은 생략한다. 또한, 본 실시예에서 신규로 이용하는 물질의 구조식을 이하에 나타내었다.
Figure pat00020
이하의 표 3에, 본 실시예에서 제조한 발광소자 2의 소자 구조를 나타내었다.
Figure pat00021
《발광소자 2의 동작 특성》
제조한 발광소자 2의 동작 특성에 대하여 측정하였다. 아울러 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
우선, 발광소자 2의 휘도-전류 효율 특성을 도 16에 나타내었다. 아울러 도 16에서, 세로축은 전류 효율(cd/A), 가로축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광소자 2의 전압-휘도 특성을 도 17에 나타내었다. 아울러 도 17에서 세로축에 휘도(cd/m2), 가로축에 전압(V)을 나타내었다. 또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광소자 2의 주된 초기 특성값을 이하의 표 4에 나타내었다.
Figure pat00022
상기 결과를 통해, 본 실시예에서 제조한 발광소자 2는 높은 외부 양자 효율을 나타내고 있으므로 높은 발광 효율을 나타냄을 알 수 있다. 나아가 색순도에 관해서는, 순도가 좋은 주황색 발광을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 발광소자 2에 25mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 18에 나타내었다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 발광소자 2의 발광 스펙트럼은 591nm에 피크를 가지고 있어 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(dppm)2(acac)]의 발광에 유래하고 있음이 시사된다.
또한, 발광소자 2에 대한 신뢰성 시험의 결과를 도 19에 나타내었다. 도 19에서 세로축은 초기 휘도를 100%로 했을 때의 규격화 휘도(%)를 나타내고, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 아울러 신뢰성 시험은, 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고 일정한 전류 밀도의 조건에서 발광소자 2를 구동시켰다. 그 결과, 발광소자 2의 1700시간후의 휘도는 초기 휘도의 약 90%를 유지하고 있었다.
따라서, 발광소자 2는 높은 신뢰성을 나타냄을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 발광소자에 이용함으로써 장수명의 발광소자를 얻을 수 있음을 알았다.
본 실시예에서는 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(tBuppm)2(acac)](구조식 (105))를 발광층에 이용한 발광소자 3을 제조하고, 그 동작 특성이나 신뢰성에 대하여 측정하였다. 아울러 본 실시예에서 제조한 발광소자 3은, 발광층 및 전자 수송층에 이용하는 재료나 그 질량비, 또한 막 두께 등의 일부가 다른 것을 제외하고는 실시예 1에서 제조한 발광소자 1과 동일하게 제조할 수 있으므로 제조 방법에 대한 설명은 실시예 1을 참조하기로 하고 설명은 생략한다.
이하의 표 5에 본 실시예에서 제조한 발광소자 3의 소자 구조를 나타내었다.
Figure pat00023
《발광소자 3의 동작 특성》
제조한 발광소자 3의 동작 특성에 대하여 측정하였다. 아울러 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
우선, 발광소자 3의 휘도-전류 효율 특성을 도 20에 나타내었다. 아울러 도 20에서, 세로축은 전류 효율(cd/A), 가로축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광소자 3의 전압-휘도 특성을 도 21에 나타내었다. 아울러 도 21에서 세로축에 휘도(cd/m2), 가로축에 전압(V)을 나타내었다. 또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광소자 3의 주된 초기 특성값을 이하의 표 6에 나타내었다.
Figure pat00024
상기 결과를 통해, 본 실시예에서 제조한 발광소자 3은 높은 외부 양자 효율을 나타내고 있으므로 높은 발광 효율을 나타냄을 알 수 있다. 나아가 색순도에 관해서는, 순도가 좋은 녹색 발광을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 발광소자 3에 25mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 22에 나타내었다. 도 22에 나타낸 바와 같이, 발광소자 3의 발광 스펙트럼은 548nm에 피크를 가지고 있어 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(tBuppm)2(acac)]의 발광에 유래하고 있음이 시사된다.
또한, 발광소자 3에 대한 신뢰성 시험의 결과를 도 23에 나타내었다. 도 23에서, 세로축은 초기 휘도를 100%로 했을 때의 규격화 휘도(%)를 나타내고, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 아울러 신뢰성 시험은 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고 일정한 전류 밀도의 조건에서 발광소자 3을 구동시켰다. 그 결과, 발광소자 3의 300시간후의 휘도는 초기 휘도의 약 90%를 유지하고 있었다.
따라서, 발광소자 3은 높은 신뢰성을 나타냄을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 발광소자에 이용함으로써 장수명의 발광소자를 얻을 수 있음을 알았다.
본 실시예에서는, 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(tBuppm)2(acac)](구조식 (105))를 발광층에 이용한 도 30에 도시된 발광소자 4를 제조하고 그 동작 특성이나 신뢰성에 대하여 측정하였다. 아울러 본 실시예에서 제조한 발광소자 4는 실시 형태 3에서 설명한, 전하 발생층을 사이에 두고 EL층을 복수 갖는 구조의 발광소자( 이하, 탠덤형 발광소자라 함)이다. 아울러 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 이하에 나타내었다.
Figure pat00025
Figure pat00026
《발광소자 4의 제조》
우선, 유리제의 기판(3000) 상에 산화규소를 포함하는 인듐주석산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의해 성막시켜 양극으로서 기능하는 제1 전극(3001)을 형성하였다. 아울러 그 막 두께는 110nm로 하고 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
이어서 기판(3000) 상에 발광소자 4를 형성하기 위한 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성시킨 후 UV오존 처리를 370초 수행하였다.
그 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고 진공 증착 장치내의 가열실에서 170℃에서 30분간의 진공 소성를 실시한 후 기판(3000)을 30분 정도 방랭하였다.
이어서 제1 전극(3001)이 형성된 면이 하부가 되도록 기판(3000)을 진공 증착 장치내에 마련된 홀더에 고정시켰다. 본 실시예에서는 진공 증착법에 의해, 제1 EL층(3002a)을 구성하는 제1 정공 주입층(3011a), 제1 정공 수송층(3012a), 제1 발광층(3013a), 제1 전자 수송층(3014a), 제1 전자 주입층(3015a)을 차례로 형성한 후 제1 전하 발생층을 형성하고, 이어서 제2 EL층(3002b)를 구성하는 제2 정공 주입층(3011b), 제2 정공 수송층(3012b), 제2 발광층(3013b), 제2 전자 수송층(3014b), 제2 전자 주입층(3015b)을 형성한 후 제2 전하 발생층을 형성하고, 이어서 제3 EL층(3002c)를 구성하는 제3 정공 주입층(3011c), 제3 정공 수송층(3012c), 제3 발광층(3013c), 제3 전자 수송층(3014c), 제3 전자 주입층(3015c)을 형성하는 경우에 대하여 설명한다.
진공 장치내를 10-4Pa로 감압한 후, 1, 3, 5-트리(디벤조티오펜-4-일)벤젠(약칭:DBT3P-II)과 산화몰리브덴(VI)을 DBT3P-II(약칭):산화몰리브덴=1:0.5(질량비)가 되도록 공증착시킴으로써 제1 전극(3001) 상에 제1 정공 주입층(3011a)을 형성하였다. 막 두께는 26.6nm로 하였다. 아울러 공증착은 서로 다른 복수의 물질을 각각 다른 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법이다.
이어서 4-페닐-4＇-(9-페닐플루오렌-9-일)트리페닐아민(약칭:BPAFLP)을 20nm증착시킴으로써 제1 정공 수송층(3012a)을 형성하였다.
이어서 제1 정공 수송층(3012a) 상에 제1 발광층(3013a)을 형성하였다. 2-[3＇-(디벤조티오펜-4-일)비페닐-3-일]디벤조[f, h]퀴녹살린(약칭:2mDBTBPDBq-II), 4, 4＇-디(1-나프틸)-4＇＇-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭:PCBNBB), 비스(2, 3, 5-트리페닐피라지나토)(디피바로일메타나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(tppr)2(dpm)])을, 2mDBTBPDBq-II(약칭):PCBNBB(약칭):[Ir(tppr)2(dpm)](약칭)=0.8:0.2:0.06(질량비)이 되도록 공증착시켜 제1 발광층(3013a)을 형성하였다. 막 두께는 40nm로 하였다.
이어서 제1 발광층(3013a) 상에 2mDBTPDBq-II(약칭)를 5nm 증착시킨 후 바소페난트롤린(약칭:Bphen)을 10nm증착시킴으로써 제1 전자 수송층(3014a)를 형성하였다. 나아가 제1 전자 수송층(3014a) 상에 산화리튬(Li2O)을 0.1nm증착시킴으로써 제1 전자 주입층(3015a)를 형성하였다.
이어서 제1 전자 주입층(3015a) 상에, 구리프탈로시아닌(약칭:CuPc)을 막 두께 2nm로 증착시킴으로써 제1 전하 발생층(3016a)을 형성하였다.
이어서 제1 전하 발생층(3016a) 상에 DBT3P-II(약칭)와 산화몰리브덴(VI)을 DBT3P-II(약칭):산화몰리브덴=0.5:0.5(질량비)가 되도록 공증착시킴으로써 제2 정공 주입층(3011b)을 형성하였다. 막 두께는 3.3nm로 하였다.
이어서 9-[4-(9-페닐카바졸-3-일)]페닐-10-페닐안트라센(약칭:PCzPA)을 10nm증착시킴으로써 제2 정공 수송층(3012b)을 형성하였다.
이어서 제2 정공 수송층(3012b) 상에 제2 발광층(3013b)을 형성하였다. CzPA(약칭), N, N＇-비스(3-메틸페닐)-N, N＇-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1, 6-디아민(약칭:1,6mMemFLPAPrn)을 CzPA(약칭):1,6mMemFLPAPrn(약칭)=1:0.05(질량비)가 되도록 공증착시켜 제2 발광층(3013b)을 형성하였다. 막 두께는 30nm로 하였다.
이어서 제2 발광층(3013b) 상에 CzPA(약칭)를 5nm 증착시킨 후, Bphen(약칭)을 10nm증착시킴으로써 제2 전자 수송층(3014b)을 형성하였다. 나아가 제2 전자 수송층(3014b) 상에 산화리튬(Li2O)을 0.1nm증착시킴으로써 제2 전자 주입층(3015b)을 형성하였다.
이어서 제2 전자 주입층(3015b) 상에 구리프탈로시아닌(약칭:CuPc)을 막 두께 2nm로 증착시킴으로써 제2 전하 발생층(3016b)을 형성하였다.
이어서 제2 전하 발생층(3016b) 상에 DBT3P-II(약칭)와 산화몰리브덴(VI)을 DBT3P-II(약칭):산화몰리브덴=1:0.5(질량비)가 되도록 공증착시킴으로써 제3 정공 주입층(3011c)을 형성하였다. 막 두께는 50nm로 하였다.
이어서 BPAFLP(약칭)를 20nm증착시킴으로써 제3 정공 수송층(3012c)을 형성하였다.
이어서 제3 정공 수송층(3012c) 상에 제3 발광층(3013c)을 형성하였다. 2mDBTBPDBq-II(약칭), PCBNBB(약칭), (아세틸아세토나토)비스(6-tert-부틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(tBuppm)2(acac)])을 2mDBTBPDBq-II(약칭):PCBNBB(약칭):[Ir(tBuppm)2(acac)]=0.8:0.2:0.06(질량비)이 되도록 30nm의 막 두께로 공증착시킨 후, 2mDBTBPDBq-II(약칭), PCBNBB(약칭),[Ir(dppm)2(acac)](약칭)를 2mDBTBPDBq-II(약칭):PCBNBB(약칭):[Ir(dppm)2(acac)]=0.8:0.2:0.06(질량비)이 되도록 10nm의 막 두께로 공증착시킴으로써 제3 발광층(3013c)을 형성하였다.
이어서 제3 발광층(3013c) 상에 2mDBTPDBq-II(약칭)를 15nm 증착시킨 후, Bphen(약칭)을 15nm증착시킴으로써 제3 전자 수송층(3014c)을 형성하였다. 나아가 제3 전자 수송층(3014c) 상에 불화리튬(LiF)을 1nm증착시킴으로써 제3 전자 주입층(3015c)을 형성하였다.
마지막으로, 제3 전자 주입층(3015c) 상에 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 증착시켜 음극이 되는 제2 전극(3003)을 형성하여 발광소자 4를 얻었다. 아울러 상술한 증착 과정에서 증착은 모두 저항 가열법을 이용하였다.
이상에 의해 얻어진 발광소자 4의 소자 구조를 표 7에 나타내었다.
Figure pat00027
또한, 제조한 발광소자 4는 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 봉지하였다(씰재를 소자의 주위에 도포하고 봉지시에 80℃에서 1시간 열처리).
《발광소자 4의 동작 특성》
제조한 발광소자 4의 동작 특성에 대하여 측정하였다. 아울러 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
우선, 발광소자 4의 휘도-전류 효율 특성을 도 24에 나타내었다. 아울러 도 24에서 세로축은 전류 효율(cd/A), 가로축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광소자 4의 전압-휘도 특성을 도 25에 나타내었다. 아울러 도 25에서 세로축에 휘도(cd/m2), 가로축에 전압(V)을 나타내었다. 또한, 1000cd/m2 부근에서의 발광소자 4의 주된 초기 특성값을 이하의 표 8에 나타내었다.
Figure pat00028
상기 결과를 통해, 본 실시예에서 제조한 발광소자 4는 높은 외부 양자 효율을 나타내고 있으므로 높은 발광 효율을 나타냄을 알 수 있다. 나아가 색도(x, y)를 통해, 색 온도가 약 3000K의 황백색 발광(전구색)을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 발광소자 4에 25mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 26에 나타내었다. 도 26에 나타낸 바와 같이, 발광소자 4의 발광 스펙트럼은 470nm, 549nm, 618nm에 각각 피크를 가지고 있어 각 발광층에 포함되는 인광성 유기 금속 이리듐 착체의 발광에 유래하고 있음이 시사된다. 아울러 이 스펙트럼으로부터 산출되는 평균 연색 평가수(Ra)는 90으로, 매우 높은 연색성을 나타내었다.
또한, 발광소자 4에 대한 신뢰성 시험의 결과를 도 27에 나타내었다. 도 27에서 세로축은 초기 휘도를 100%로 했을 때의 규격화 휘도(%)를 나타내고, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 아울러 신뢰성 시험은, 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고 일정한 전류 밀도의 조건에서 발광소자 4를 구동시켰다. 그 결과, 발광소자 4의 120시간 후의 휘도는 초기 휘도의 약 96%를 유지하고 있었다.
따라서, 발광소자 4는 높은 신뢰성을 나타냄을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 발광소자에 이용함으로써 장수명의 발광소자를 얻을 수 있음을 알았다.
(참고예)
이하에, 본 실시예로 이용한 인광성 유기 금속 이리듐 착체의 합성 방법에 대하여 설명한다.
《합성예 1》
합성예 1에서는 실시 형태 1의 구조식 (100)으로 나타나는 본 발명의 일 태양인 유기 금속 착체, (아세틸아세토나토)비스(4, 6-디페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(dppm)2(acac)])의 합성예를 구체적으로 예시한다. 아울러 [Ir(dppm)2(acac)]의 구조를 이하에 나타내었다.
Figure pat00029
<스텝 1; 4, 6-디페닐피리미딘(약칭:Hdppm)의 합성>
우선, 4, 6-디클로로피리미딘 5.02g, 페닐 붕소산 8.29g, 탄산나트륨 7.19g, 비스(트리페닐포스핀)팔라듐(II)디클로라이드(약칭:Pd(PPh3)2Cl2) 0.29g, 물 20mL, 아세토니트릴 20mL를, 환류관을 부착한 가지플라스크에 넣고 내부를 아르곤 치환시켰다. 이 반응 용기에 마이크로파(2.45GHz 100W)를 60분간 조사시킴으로써 가열하였다. 여기서 추가로 페닐 붕소산 2.08g, 탄산나트륨 1.79g, Pd(PPh3)2Cl2 0.070g, 물 5mL, 아세토니트릴 5mL를 플라스크에 넣고 다시 마이크로파(2.45GHz 100W)를 60분간 조사시킴으로써 가열하였다. 그 후 이 용액에 물을 추가하고 디클로로메탄으로 유기층을 추출하였다. 얻어진 추출액을 물로 세정하고 황산마그네슘으로 건조시켰다. 건조한 후의 용액을 여과시켰다. 이 용액의 용매를 유거시킨 후, 얻어진 찌꺼기를, 디클로로메탄을 전개 용매로 하는 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 피리미딘 유도체 Hdppm을 얻었다(황백색 분말, 수율 38%). 아울러 마이크로파의 조사는 마이크로파 합성장치(CEM사제 Discover)를 이용하였다. 이하에 스텝 1의 합성 스킴(scheme)(a-1)을 나타낸다.
Figure pat00030
<스텝 2; 디-μ-클로로-비스[비스(4, 6-디페닐피리미디나토)이리듐(III)](약칭:[Ir(dppm)2Cl]2)의 합성>
이어서 2-에톡시에탄올 15mL, 물 5mL, 상기 스텝 1에서 얻은 Hdppm 1.10g, 염화이리듐 수화물(IrCl3·H2O) 0.69g을, 환류관을 부착한 가지플라스크에 넣고 가지플라스크 내부를 아르곤 치환시켰다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 1시간 조사하여 반응시켰다. 용매를 유거시킨 후, 얻어진 찌꺼기를 에탄올로 여과하고 이어서 세정하여 복핵착체[Ir(dppm)2Cl]2를 얻었다(적갈색 분말, 수율 88%). 이하에 스텝 2의 합성 스킴(a-2)을 나타낸다.
Figure pat00031
<스텝 3; (아세틸아세토나토)비스(4, 6-디페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(dppm)2(acac)])의 합성>
나아가 2-에톡시에탄올 40mL, 상기 스텝 2에서 얻은[Ir(dppm)2Cl]2 1.44g, 아세틸아세톤 0.30g, 탄산나트륨 1.07g을, 환류관을 부착한 가지플라스크에 넣고 가지플라스크 내부를 아르곤 치환시켰다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W )를 60분간 조사하여 반응시켰다. 용매를 유거시켜 얻어진 찌꺼기를 디클로로메탄에 용해하여 여과시켜 불용물을 제거하였다. 얻어진 여과액을 물, 이어서 포화 식염수로 세정하고 황산마그네슘으로 건조시켰다. 건조한 후의 용액을 여과시켰다. 이 용액의 용매를 유거시킨 후, 얻어진 찌꺼기를, 디클로로메탄:초산에틸=50:1(체적비)을 전개 용매로 하는 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하였다. 그 후, 디클로로메탄과 헥산의 혼합 용매로 재결정화시킴으로써 목적물인 주황색 분말을 얻었다(수율 65%). 이하에 스텝 3의 합성 스킴(a-3)을 나타낸다.
Figure pat00032
상기 스텝 3에서 얻어진 주황색 분말의 핵자기공명분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타내었다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 12에 나타내었다. 이 결과를 통해, 본 합성예 1에서, 상술한 구조식 (100)으로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(dppm)2(acac)]가 얻어짐을 알 수 있었다.
1H-NMR. δ(CDCl3):1.83(s, 6H), 5.29(s, 1H), 6.48(d, 2H), 6.80(t, 2H), 6.90(t, 2H), 7.55-7.63(m, 6H), 7.77(d, 2H), 8.17(s, 2H), 8.24(d, 4 H), 9.17(s, 2H).
《합성예 2》
합성예 2에서는 실시 형태 1의 구조식(101)으로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체인(아세틸아세토나토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(mppm)2(acac)])의 합성예를 구체적으로 예시한다. 아울러 [Ir(mppm)2(acac)]의 구조를 이하에 나타내었다.
Figure pat00033
<스텝 1; 4-메틸-6-페닐 피리미딘(약칭:Hmppm)의 합성>
우선, 4-클로로-6-메틸 피리미딘 4.90g과 페닐 붕소산 4.80g, 탄산나트륨 4.03g, 비스(트리페닐포스핀)팔라듐(II)디클로라이드(약칭:Pd(PPh3)2Cl2) 0.16g, 물 20mL, 아세토니트릴 10mL를, 환류관을 부착한 가지플라스크에 넣고 내부를 아르곤 치환시켰다. 이 반응 용기에 마이크로파(2.45GHz 100W)를 60분간 조사시킴으로써 가열하였다. 여기서 추가로 페닐 붕소산 2.28g, 탄산나트륨 2.02g, Pd(PPh3)2Cl2 0.082g, 물 5mL, 아세토니트릴 10mL를 플라스크에 넣고 다시 마이크로파(2.45GHz 100W)를 60분간 조사시킴으로써 가열하였다. 그 후 이 용액에 물을 추가하고 디클로로메탄으로 추출하였다. 얻어진 추출액을 포화 탄산나트륨 수용액, 물, 이어서 포화 식염수로 세정하고, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 건조한 후의 용액을 여과시켰다. 이 용액의 용매를 유거시킨 후, 얻어진 찌꺼기를, 디클로로메탄:초산에틸=9:1(체적비)을 전개 용매로 하는 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 목적의 피리미딘 유도체 Hmppm을 얻었다(주황색 유성물질, 수율 46%). 아울러 마이크로파의 조사는 마이크로파 합성장치(CEM사제 Discover)를 이용하였다. 이하에 스텝 1의 합성 스킴(b-1)을 나타낸다.
Figure pat00034
<스텝 2; 디-μ-클로로-비스[비스(6-메틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)](약칭:[Ir(mppm)2Cl]2)의 합성>
이어서 2-에톡시에탄올 15mL와 물 5mL, 상기 스텝 1에서 얻은 Hmppm 1.51g, 염화이리듐 수화물(IrCl3·H2O) 1.26g을, 환류관을 부착한 가지플라스크에 넣고 가지플라스크 내부를 아르곤 치환시켰다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 1시간 조사하여 반응시켰다. 용매를 유거시킨 후, 얻어진 찌꺼기를 에탄올로 세정하고, 여과시킴으로써 복핵착체[Ir(mppm)2Cl]2를 얻었다(암록색 분말, 수율 77%). 이하에 스텝 2의 합성 스킴(b-2)을 나타낸다.
Figure pat00035
<스텝 3; (아세틸아세토나토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(mppm)2(acac)])의 합성>
나아가 2-에톡시에탄올 40mL, 상기 스텝 2에서 얻은 복핵착체[Ir(mppm)2Cl]2 1.84g, 아세틸아세톤 0.48g, 탄산나트륨 1.73g을, 환류관을 부착한 가지플라스크에 넣고 가지플라스크 내부를 아르곤 치환시켰다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 60분간 조사하여 반응시켰다. 용매를 유거시키고 얻어진 찌꺼기를 디클로로메탄에 용해하여 여과시켜 불용물을 제거하였다. 얻어진 여과액을 물, 이어서 포화 식염수로 세정하고, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 건조한 후의 용액을 여과시켰다. 이 용액의 용매를 유거시킨 후, 얻어진 찌꺼기를, 디클로로메탄:초산에틸=4:1(체적비)을 전개 용매로 하는 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하였다. 그 후, 디클로로메탄과 헥산의 혼합 용매로 재결정화시킴으로써 목적물을 황색 분말로서 얻었다(수율 44%). 이하에 스텝 3의 합성 스킴(b-3)을 나타낸다.
Figure pat00036
상기 스텝 3에서 얻어진 황색 분말의 핵자기공명분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타내었다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 13에 나타내었다. 이 결과를 통해, 본 합성예 2에서, 상술한 구조식 (101)로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(mppm)2(acac)]가 얻어짐을 알 수 있었다.
1H-NMR. δ(CDCl3):1.78(s, 6H), 2.81(s, 6H), 5.24(s, 1H), 6.37(d, 2H), 6.77(t, 2H), 6.85(t, 2H), 7.61-7.63(m, 4 H), 8.97(s, 2H).
《합성예 3》
합성예 3에서는, 실시 형태 1의 구조식 (102)로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체인 트리스(4, 6-디페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(dppm)3])의 합성예를 구체적으로 예시한다. 아울러 [Ir(dppm)3]의 구조를 이하에 나타내었다.
Figure pat00037
상기 합성예 1의 스텝 1에서 얻어진 배위자 Hdppm 1.17g, 트리스(아세틸아세토나토)이리듐(III) 0.49g을, 3방콕을 부착한 반응 용기에 넣고 반응 용기 내부를 아르곤 치환시켰다. 그 후, 250℃에서 45.5시간 가열하여 반응시켰다. 반응물을 디클로로메탄에 용해시키고 이 용액을 여과시켰다. 얻어진 여과액의 용매를 유거시키고 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피에서 정제하였다. 전개 용매는, 디클로로메탄, 이어서 초산에틸을 사용하였다. 얻어진 분획(fraction)의 용매를 유거시켜 적색 고체를 얻었다(수율 41%). 얻어진 고체를 디클로로메탄과 헥산의 혼합 용매로 재결정화시킴으로써 목적물인 적색 분말을 얻었다(수율 11%). 합성예 3의 합성 스킴(c-1)을 이하에 나타내었다.
Figure pat00038
상기에서 얻어진 적색 분말의 핵자기공명분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타내었다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 14에 나타내었다. 이 결과를 통해, 본합성예 3에서, 상술한 구조식 (102)로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(dppm) 3]가 얻어짐을 알 수 있었다.
1H-NMR. δ(CDCl3):6.88-7.04(m, 9H), 7.51-7.54(m, 9H), 7.90(d, 3H), 8.07(d, 3H), 8.09(d, 3H), 8.21(s, 3H), 8.46(s, 3H).
《합성예 4》
합성예 4에서는, 실시 형태 1의 구조식 (103)으로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체인(아세틸아세토나토)비스(2, 4-디페닐-1, 3, 5-트리아지나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(dptzn)2(acac)])의 합성예를 구체적으로 예시한다. 아울러 [Ir(dptzn)2(acac)](약칭)의 구조를 이하에 나타내었다.
Figure pat00039
<스텝 1; 2, 4-디페닐-1, 3, 5-트리아진(약칭:Hdptzn)의 합성>
우선, 벤즈아미딘염산염 9.63g과 Gold시약(별명:(디메틸아미노메틸렌아미노메틸렌)디메틸암모늄클로라이드, Sigma-Aldrich제) 10.19g을 플라스크에 넣고 내부를 질소 치환시켰다. 이 반응 용기를 120℃에서 3시간 가열하여 반응시켰다. 이 반응 용액에 물을 추가하고 여과시켰다. 수득물을 메탄올로 세정하여 목적의 트리아진 유도체 Hdptzn(약칭)을 얻었다(백색 분말, 수율 30%). 스텝 1의 합성 스킴을 하기 (d-1)에 나타내었다.
Figure pat00040
<스텝 2; 디-μ-클로로-비스[비스(2, 4-디페닐-1, 3, 5-트리아지나토)이리듐(III)](약칭:[Ir(dptzn)2Cl]2)의 합성>
이어서 2-에톡시에탄올 15mL와 물 5mL, 상기 스텝 1에서 얻은 Hdptzn(약칭) 2.51g, 염화이리듐 수화물(IrCl3·H2O) 1.18g을, 환류관을 부착한 가지플라스크에 넣고 플라스크 내부를 아르곤 치환시켰다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 30분간 조사하여 반응시켰다. 반응 용액을 여과시키고 수득물을 에탄올로 세정하여 복핵착체[Ir(dptzn)2Cl]2(약칭)를 얻었다(갈색 분말, 수율 44%). 스텝 2의 합성 스킴을 하기 (d-2)에 나타내었다.
Figure pat00041
<스텝 3; (아세틸아세토나토)비스(2, 4-디페닐-1, 3, 5-트리아지나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(dptzn)2(acac)])의 합성>
나아가 2-에톡시에탄올 20mL, 상기 스텝 2에서 얻은 복핵착체[Ir(dptzn)2Cl]2(약칭) 1.21g, 아세틸아세톤 0.27mL, 탄산나트륨 0.92g을, 환류관을 부착한 가지플라스크에 넣고 플라스크 내부를 아르곤 치환시켰다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 30분간 조사하여 반응시켰다. 반응 용액에 디클로로메탄을 추가하여 여과시키고, 여과액의 용매를 유거시킨 후, 얻어진 찌꺼기를, 헥산과 디클로로메탄의 혼합 용매(체적비 1/25)를 전개 용매로 하는 플래시 컬럼 크로마토그래피(실리카 겔)로 정제하여 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(dptzn)2(acac)](약칭)을 주황색 분말로서 얻었다(수율 10%). 스텝 3의 합성 스킴을 하기 (d-3)에 나타내었다.
Figure pat00042
상기 스텝 3에서 얻어진 주황색 분말의 핵자기공명분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타내었다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 15에 나타내었다. 이 결과를 통해, 본 합성예 4에서, 상술한 구조식 (103)으로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(dptzn)2(acac)]가 얻어짐을 알 수 있었다.
1H-NMR. δ(CDCl3):1.85(s, 6H), 5.31(s, 1H), 6.56(dd, 2H), 6.88-6.99(m, 4H), 7.58-7.68(m, 6H), 8.23(dd, 2H), 8.72(dd, 4H), 9.13(s, 2H).
《합성예 5》
합성예 5에서는, 실시 형태 1의 구조식 (105)로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체인(아세틸아세토나토)비스(6-tert-부틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(tBuppm)2(acac)])의 합성예를 구체적으로 예시한다. 아울러 [Ir(tBuppm)2(acac)](약칭)의 구조를 이하에 나타내었다.
Figure pat00043
<스텝 1; 4-tert-부틸-6-페닐피리미딘(약칭:HtBuppm)의 합성>
우선, 4, 4-디메틸-1-페닐펜탄-1, 3-디온 22.5g과 포름아미드 50g을, 환류관을 부착한 가지플라스크에 넣고 내부를 질소 치환시켰다. 이 반응 용기를 가열함으로써 반응 용액을 5시간 환류시켰다. 그 후, 이 용액을 수산화나트륨 수용액에 붓고 디클로로메탄으로 유기층을 추출하였다. 얻어진 유기층을 물, 포화 식염수로 세정하고 황산마그네슘으로 건조시켰다. 건조한 후의 용액을 여과시켰다. 이 용액의 용매를 유거시킨 후, 얻어진 찌꺼기를, 헥산:초산에틸=10:1(체적비)을 전개 용매로 하는 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 피리미딘 유도체 HtBuppm을 얻었다(무색 유성물, 수율 14%). 스텝 1의 합성 스킴을 하기 (e-1)에 나타내었다.
Figure pat00044
<스텝 2; 디-μ-클로로-비스[비스(6-tert-부틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)](약칭:[Ir(tBuppm)2Cl]2)의 합성>
이어서 2-에톡시에탄올 15mL와 물 5mL, 상기 스텝 1에서 얻은 HtBuppm 1.49g, 염화이리듐 수화물(IrCl3·H2O) 1.04g을, 환류관을 부착한 가지플라스크에 넣고 플라스크 내부를 아르곤 치환시켰다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 1시간 조사하여 반응시켰다. 용매를 유거시킨 후, 얻어진 찌꺼기를 에탄올로 흡인 여과, 세정하여 복핵착체[Ir(tBuppm)2Cl]2를 얻었다(황녹색 분말, 수율 73%). 스텝 2의 합성 스킴을 하기 (e-2)에 나타내었다.
Figure pat00045
<스텝 3; (아세틸아세토나토)비스(6-tert-부틸-4-페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(tBuppm)2(acac)]의 합성>
나아가 2-에톡시에탄올 40mL, 상기 스텝 2에서 얻은 복핵착체[Ir(tBuppm)2Cl]2 1.61g, 아세틸아세톤 0.36g, 탄산나트륨 1.27g을, 환류관을 부착한 가지플라스크에 넣고 플라스크 내부를 아르곤 치환시켰다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 60분간 조사하여 반응시켰다. 용매를 유거시키고 얻어진 찌꺼기를 에탄올로 흡인 여과하고 물, 에탄올로 세정하였다. 이 고체를 디클로로메탄에 용해시키고, 셀라이트(와코순약공업주식회사, 카탈로그 번호:537-02305), 알루미나, 셀라이트의 순서로 적층시킨 여과 보조제를 통해 여과시켰다. 용매를 유거시켜 얻어진 고체를 디클로로메탄과 헥산의 혼합 용매로 재결정시킴으로써 목적물을 황색 분말로서 얻었다(수율 68%). 스텝 3의 합성 스킴을 하기 (e-3)에 나타내었다.
Figure pat00046
상기 스텝 3에서 얻어진 황색 분말의 핵자기공명분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타내었다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 28에 나타내었다. 이 결과를 통해, 본 합성예 5에서, 상술한 구조식 (105)로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(tBuppm)2(acac)]가 얻어짐을 알 수 있었다.
1H-NMR. δ(CDCl3):1.50(s, 18H), 1.79(s, 6H), 5.26(s, 1H), 6.33(d, 2H), 6.77(t, 2H), 6.85(t, 2H), 7.70(d, 2H), 7.76(s, 2H), 9.02(s, 2H).
《합성예 6》
합성예 6에서는, 실시예 4에 이용되는 N, N＇-비스(3-메틸페닐)-N, N＇-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1, 6-디아민(약칭:1,6mMemFLPAPrn)의 합성예를 구체적으로 예시한다. 아울러 1,6mMemFLPAPrn(약칭)의 구조를 이하에 나타내었다.
Figure pat00047
<스텝 1:3-메틸페닐-3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐아민(약칭:mMemFLPA)의 합성>
9-(3-브로모페닐)-9-페닐플루오렌 3.2g(8.1mmol), 나트륨 tert-부톡사이드 2.3g(24.1mmol)을 200mL 3구 플라스크에 넣고 플라스크 내부를 질소 치환시켰다. 이 혼합물에 톨루엔 40.0mL, m-톨루이딘 0.9mL(8.3mmol), 트리(tert-부틸)포스핀의 10% 헥산 용액 0.2mL를 첨가하였다. 이 혼합물을 60℃로 하고, 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 44.5mg(0.1mmol)을 첨가하고 이 혼합물을 80℃로 하여 2.0시간 교반하였다. 교반후, 플루오리질(Florisil)(와코순약공업주식회사, 카탈로그 번호:540-00135), 셀라이트(와코순약공업주식회사, 카탈로그 번호:531-16855), 알루미나를 통해 흡인 여과하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 얻은 고체를, 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피(전개 용매는 헥산:톨루엔=1:1)에 의해 정제하여 톨루엔과 헥산의 혼합 용매로 재결정시켜 백색 고체 2.8g을 수율 82%로 얻었다. 상기 스텝 1의 합성 스킴을 하기 (f-1)에 나타내었다.
Figure pat00048
<스텝 2:N, N＇-비스(3-메틸페닐)-N, N＇-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1, 6-디아민(약칭:1,6mMemFLPAPrn)의 합성>
1, 6-디브로모피렌 0.6g(1.7mmol), 3-메틸페닐-3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐아민 1.4g(3.4mmol), 나트륨 tert-부톡사이드 0.5g(5.1mmol)을 100mL 3구 플라스크에 넣고 플라스크 내부를 질소 치환시켰다. 이 혼합물에 톨루엔 21.0mL, 트리(tert-부틸)포스핀의 10% 헥산 용액 0.2mL를 부가하였다. 이 혼합물을 60℃로 하고 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 34.9 mg(0.1mmol)를 첨가하여 이 혼합물을 80℃로 하여 3.0시간 교반하였다. 교반후, 톨루엔을 400mL 첨가하여 가열하고, 뜨거운 채로, 플루오리질, 셀라이트, 알루미나를 통해 흡인 여과하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축시켜 얻은 고체를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피(전개 용매는 헥산:톨루엔=3:2)에 의해 정제하여 황색 고체를 얻었다. 얻어진 황색 고체를 톨루엔과 헥산의 혼합 용매로 재결정시켜 목적의 황색 고체를 수량 1.2g, 수율 67%로 얻었다.
얻어진 황색 고체 1.0g을, 트레인 서블리메이션법에 의해 승화 정제시켰다. 승화 정제 조건은, 압력 2.2Pa, 아르곤 가스를 유량 5.0mL/min로 흘리면서 317℃로 황색 고체를 가열하였다. 승화 정제후, 목적물의 황색 고체 1.0g을 수율 93%로 얻었다. 상기 스텝 2의 합성 스킴을 하기 (f-2)에 나타내었다.
Figure pat00049
상기 스텝 2에서 얻어진 황색 분말의 핵자기공명분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타내었다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 29(A), (B)에 나타내었다. 이 결과를 통해, N, N＇-비스(3-메틸페닐)-N, N＇-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1, 6-디아민(약칭:1,6mMemFLPAPrn)인 것을 확인하였다.
1H-NMR(CDCl3, 300MHz): δ=2.21(s, 6H), 6.67(d, J=7.2Hz, 2H), 6.74(d, J=7.2Hz, 2H), 7.17-7.23(m, 34H), 7.62(d, J=7.8Hz, 4H), 7.74(d, J=7.8Hz, 2H), 7.86(d, J=9.0Hz, 2H), 8.04(d, J=8.7Hz, 4H).
본 실시예 5에서는, 실시 형태 1에서 구조식 (106)으로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체(3-에틸-2, 4-펜탄디오나토)비스(4, 6-디페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(dppm)2(eacac)])의 합성예를 구체적으로 예시한다. 아울러 [Ir(dppm)2(eacac)](약칭)의 구조를 이하에 나타내었다.
Figure pat00050
<스텝 1; (3-에틸-2,4 -펜탄디오나토)비스(4,6-디페닐피리미디나토)이리듐(III)(약칭:[Ir(dppm)2(eacac)]의 합성>
우선, 2-에톡시에탄올 30mL, 복핵착체[Ir(dppm)2Cl]2 2.16g, 3-에틸-2, 4-펜탄디온 2.00g, 탄산나트륨 3.40g을, 환류관을 부착한 가지플라스크에 넣고 플라스크 내부를 질소 치환시켰다. 그 후, 실온에서 48시간 교반하고, 이어서 100℃에서 13시간 가열하였다. 용매를 유거시키고 얻어진 찌꺼기에 에탄올을 첨가하여 흡인 여과하였다. 얻어진 고체를 물, 이어서 에탄올로 세정하고, 디클로로메탄과 에탄올의 혼합 용매로 2회 재결정시켰다. 얻어진 고체를, 디클로로메탄을 전개 용매로 하는 플래시 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하였다. 나아가 디클로로메탄과 에탄올의 혼합 용매로 재결정함시킴으로써 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(dppm)2(eacac)](약칭)를 주황색 분말로서 얻었다(수율 1%). 스텝 1의 합성 스킴을 하기 (g-1)에 나타내었다.
Figure pat00051
아울러 상기 스텝 1에서 얻어진 주황색 분말의 핵자기공명분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타내었다. 이를 통해, 본 실시예 5에서, 상술한 구조식 (106)으로 나타나는 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(dppm)2(eacac)]가 얻어짐을 알 수 있었다.
1H-NMR. δ(CDCl3): 1.04(t, 3H),1.95(s, 6H), 2.27-2.30(m, 2H), 6.46(d, 2H), 6.79(t, 2H), 6.89(t, 2H ), 7.56-7.62(m, 6H), 7.78(d , 2H), 8.18(s ,2H), 8.24(d ,4H), 9.18(s, 2H).
이어서 [Ir(dppm)2(eacac)](약칭)의 자외 가시선 흡수 스펙트럼법(UV)에 의한 해석을 수행하였다. UV 스펙트럼의 측정은, 자외 가시 분광 광도계((주)니혼분광제 V550형)를 이용하고 디클로로메탄 용액(0.085mmol/L)을 사용하여 실온에서 실시하였다. 또한, [Ir(dppm)2(eacac)](약칭)의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 발광 스펙트럼의 측정은 형광 광도계((주)하마마츠포토닉스제 FS920)를 이용하고, 탈기시킨 디클로로메탄 용액(0.085mmol/L)을 사용하여 실온에서 실시하였다. 측정 결과를 도 31에 나타내었다. 가로축은 파장, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 31에 나타낸 바와 같이, 인광성 유기 금속 이리듐 착체[Ir(dppm)2(eacac)](약칭)는 604nm에 발광 피크를 가지고 있으며 디클로로메탄 용액으로부터는 주황색의 발광이 관측되었다.
101 제1 전극 102 EL층
103 제2 전극 111 정공 주입층
112 정공 수송층 113 발광층
114 전자 수송층 115 전자 주입층
116 전하 발생층 201 양극
202 음극 203 EL층
204 발광층 205 인광성 화합물
206 제1 유기 화합물 207 제2 유기 화합물
301 제1 전극 302(1) 제1 EL층
302(2) 제2 EL층 304 제2 전극
305 전하 발생층(I) 401 반사 전극
402 반투과 반반사 전극 403a 제1 투명 도전층
403b 제2 투명 도전층 404B 제1 발광층(B)
404G 제2 발광층(G) 404R 제3 발광층(R)
405 EL층 410R 제1 발광소자(R)
410G 제2 발광소자(G) 410B 제3 발광소자(B)
501 소자 기판 502 화소부
503 구동 회로부(소스선 구동회로) 504 구동 회로부(게이트선 구동회로)
505 씰재 506 봉지 기판
507 배선 508 FPC(플렉시블 프린트 서킷)
509 n채널형 TFT 510 p채널형 TFT
511 스위칭용 TFT 512 전류 제어용 TFT
513 제1 전극(양극) 514 절연물
515 EL층 516 제2 전극(음극)
517 발광소자 518 공간
1100 기판 1101 제1 전극
1102 EL층 1103 제2 전극
1111 정공 주입층 1112 정공 수송층
1113 발광층 1114 전자 수송층
1115 전자 주입층 7100 텔레비전 장치
7101 하우징 7103 표시부
7105 스탠드 7107 표시부
7109 조작 키 7110 리모콘 조작기
7201 본체 7202 하우징
7203 표시부 7204 키보드
7205 외부 접속 포트 7206 포인팅 디바이스
7301 하우징 7302 하우징
7303 연결부 7304 표시부
7305 표시부 7306 스피커부
7307 기록 매체 삽입부 7308 LED 램프
7309 조작 키 7310 접속 단자
7311 센서 7312 마이크로폰
7400 휴대전화기 7401 하우징
7402 표시부 7403 조작 버튼
7404 외부 접속 포트 7405 스피커
7406 마이크 8001 조명장치
8002 조명장치 8003 조명장치
8004 조명장치 3000 기판
3001 제1 전극 3002a 제1 EL층
3002b 제2 EL층 3002c 제3 EL층
3003 제2 전극 3011a 제1 정공 주입층
3011b 제2 정공 주입층 3011c 제3 정공 주입층
3012a 제1 정공 수송층 3012b 제2 정공 수송층
3012c 제3 정공 수송층 3013a 제1 발광층
3013b 제2 발광층 3013c 제3 발광층
3014a 제1 전자 수송층 3014b 제2 전자 수송층
3014c 제3 전자 수송층 3015a 제1 전자 주입층
3015b 제2 전자 주입층 3015c 제3 전자 주입층
3016a 제1 전하 발생층 3016b 제2 전하 발생층

Claims (13)

  1. 발광 장치로서,
    피리미딘 배위자를 가지는 이리듐 착체, π전자 부족형 복소 방향족 화합물을 포함하는 제 1 유기 화합물, 및 π전자 과잉형 복소 방향족 화합물을 포함하는 제 2 유기 화합물을 포함하는 발광층을 포함하고,
    상기 피리미딘 배위자는 4위에 아릴기를 가지고,
    상기 피리미딘 배위자의 3위에 있는 질소는 이리듐에 배위하고 있고,
    상기 피리미딘 배위자는 2위, 5위, 및 6위 중 하나에 알킬기 또는 아릴기를 가지고,
    상기 피리미딘 배위자의 상기 4위에 결합되는 상기 아릴기의 오소 위치는 상기 이리듐에 결합되고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물의 결합물은 여기 착체를 형성하고,
    상기 여기 착체의 발광 스펙트럼은 상기 이리듐 착체의 가장 장파장측의 흡수대와 중첩하는, 발광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이리듐 착체는 하기 식 중 어느 하나에 의해 표시되고,
    Figure pat00052

    L은 모노음이온성의 배위자를 나타내고,
    Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고,
    R1~R3은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타내고,
    R1~R3 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타내는, 발광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이리듐 착체는 하기 식 중 어느 하나에 의해 표시되는, 발광 장치.
    Figure pat00053

    Figure pat00054
  4. 발광 장치로서,
    1, 3, 5-트리아진 배위자를 가지는 이리듐 착체, π전자 부족형 복소 방향족 화합물을 포함하는 제 1 유기 화합물, 및 π전자 과잉형 복소 방향족 화합물을 포함하는 제 2 유기 화합물을 포함하는 발광층을 포함하고,
    상기 1, 3, 5-트리아진 배위자는 2위에 아릴기를 가지고,
    상기 1, 3, 5-트리아진 배위자의 1위에 있는 질소는 이리듐에 배위하고 있고,
    상기 1, 3, 5-트리아진 배위자는 4위 또는 6위에 치환기를 가지고,
    상기 1, 3, 5-트리아진 배위자의 상기 2위에 결합되는 상기 아릴기의 오소 위치는 상기 이리듐에 결합되고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물의 결합물은 여기 착체를 형성하고,
    상기 여기 착체의 발광 스펙트럼은 상기 이리듐 착체의 가장 장파장측의 흡수대와 중첩하는, 발광 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 이리듐 착체는 하기 식 중 어느 하나에 의해 표시되고,
    Figure pat00055

    L은 모노음이온성의 배위자를 나타내고,
    Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고,
    R4와 R5는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타내고,
    R4와 R5 중 적어도 하나는, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타내는, 발광 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 이리듐 착체는 하기 식 중 어느 하나에 의해 표시되는, 발광 장치.
    Figure pat00056
  7. 제 2 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 모노음이온성의 배위자는 하기 식 (L1) 내지 (L7) 중 어느 하나에 의해 표시되고,
    Figure pat00057

    R21~R58은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬기, 할로겐기, 비닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알콕시기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1~4의 알킬티오기 중 어느 하나를 나타내고,
    A1~A4는 각각 독립적으로 질소, 수소와 결합된 sp2 혼성 탄소, 및 탄소수 1~4의 알킬기, 할로겐기, 탄소수 1~4의 할로알킬기, 및 페닐기 중 어느 하나에 결합된 sp2 혼성 탄소 중 어느 하나를 나타내는, 발광 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    제 2 발광층을 더 포함하는, 발광 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    반사 전극;
    상기 반사 전극 위에서 상기 반사 전극과 접촉하는 투명 도전층;
    상기 투명 도전층 위의 반투과 반반사 전극을 더 포함하고,
    상기 발광층은 상기 투명 도전층과 상기 반투과 반반사 전극 사이에 위치하는, 발광 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    제 2 발광층을 더 포함하고,
    상기 제 2 발광층은 상기 투명 도전층과 상기 발광층 사이 또는 상기 발광층과 상기 반투과 반반사 전극 사이에 위치하는, 발광 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    제 1 전극;
    상기 제 1 전극 위의 제 2 발광층;
    상기 제 2 발광층 위의 전하 발생층; 및
    상기 전하 발생층 위의 제 2 전극을 더 포함하고,
    상기 발광층은 상기 전하 발생층과 상기 제 2 전극 사이에 위치하는, 발광 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 4 항에 따른 발광 장치를 포함하는 전자기기.
  13. 제 1 항 또는 제 4 항에 따른 발광 장치를 포함하는 조명장치.
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