KR20180095919A - 화합물, 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

화합물, 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 Download PDF

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미키 가나모토
히데코 이노우에
다쯔요시 다카하시
히로미쯔 기도
사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

화합물은 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격, 제 1 치환기, 및 제 2 치환기를 포함한다. 제 1 치환기 및 제 2 치환기는 각각 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격을 포함한다. 제 1 치환기는 벤조퓨로피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리에 결합된다. 제 2 치환기는 벤조퓨로피리미딘 골격에 포함되는 벤젠 고리 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 포함되는 벤젠 고리에 결합된다. 발광 소자는 상기 화합물을 포함한다.

Description

화합물, 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
본 발명의 일 형태는 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격, 및 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격을 포함하는 화합물에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 상기 화합물을 포함하는 발광 소자에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 상기 발광 소자를 포함하는 표시 장치, 상기 발광 소자를 포함하는 전자 기기, 및 상기 발광 소자를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상술한 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)된 발명의 일 형태의 기술분야는 물건, 방법, 또는 제조 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 개시된 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 제조 방법이 포함된다.
근년, EL(electroluminescence)을 사용한 발광 소자에 대한 연구 개발이 널리 행해지고 있다. 이러한 발광 소자의 기본적 구조에서는, 발광 재료를 포함하는 층(EL층)이 한 쌍의 전극 사이에 개재(介在)되어 있다. 이 소자의 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 발광 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
상기 발광 소자는 자기 발광형이므로, 이 발광 소자를 사용한 표시 장치는 시인성(視認性)이 높고, 백라이트가 불필요하고, 소비전력이 낮은 등의 이점을 가진다. 또한, 상기 표시 장치는 박형 경량으로 형성될 수 있고 응답 속도가 빠르다는 이점도 가진다.
EL층이 발광 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 가지는 EL층으로 주입되어 전류가 흐른다. 주입된 전자와 정공이 재결합함으로써, 발광성을 가지는 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 높다. 그러므로, 근년에는 삼중항 여기 상태의 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 인광성 화합물을 포함하는 발광 소자가 활발히 개발되고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
발광 효율 및 수명은 이러한 발광 소자의 중요한 특성이다. 또한 발광 효율 또는 수명 등의 발광 소자의 성능은, 발광 물질의 성능뿐만 아니라 발광 물질을 여기시키는 호스트 재료 또는 캐리어를 수송하는 캐리어 재료의 성능에 의해서도 크게 영향을 받는다. 그러므로 발광 소자의 발광 효율 및 수명을 높이기 위하여 다양한 분자 구조를 가지는 화합물이 제안되고 있다(예를 들어 특허문헌 2 참조).
일본 공개특허공보 제2010-182699호 일본 공개특허공보 제2014-209611호
근년, 고성능화의 요구에 의하여, 낮은 소비전력으로 구동할 수 있는 발광 장치 및 표시 장치가 요구되고 있다. 그러므로 높은 발광 효율로 광을 방출하는 발광 소자가 요구되고 있다. 또한 수명이 긴 발광 소자가 요구되고 있다. 또한 지금까지 수많은 발광 소자 재료가 제안되고 있지만, 발광 효율이 높고 수명이 긴 발광 소자의 제작을 가능하게 하는 재료의 개발은 어렵다.
본 발명의 일 형태의 한 과제는 신규 화합물을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 삼중항 여기 에너지 준위가 높은 신규 화합물을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신규 화합물을 포함하는 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신규 발광 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신규 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한 상술한 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 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 포함하고, 치환기로서 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격 중 2개를 포함하는 화합물이다. 본 발명의 다른 일 형태는 상기 화합물을 포함하는 발광 소자이다.
따라서 본 발명의 일 형태는 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격, 제 1 치환기, 및 제 2 치환기를 포함하는 화합물이다. 제 1 치환기는 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격을 포함한다. 제 2 치환기는 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격을 포함한다. 제 1 치환기는 벤조퓨로피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리에 결합된다. 제 2 치환기는 벤조퓨로피리미딘 골격에 포함되는 벤젠 고리 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 포함되는 벤젠 고리에 결합된다.
본 발명의 다른 일 형태는 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격, 제 1 치환기, 및 제 2 치환기를 포함하는 화합물이다. 제 1 치환기는 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격을 포함한다. 제 2 치환기는 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격을 포함한다. 제 1 치환기는 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 2 또는 4위치 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 2 또는 4위치에 결합된다. 제 2 치환기는 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 6, 7, 8, 또는 9위치 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 6, 7, 8, 또는 9위치에 결합된다.
본 발명의 다른 일 형태는 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격, 제 1 치환기, 및 제 2 치환기를 포함하는 화합물이다. 제 1 치환기는 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격을 포함한다. 제 2 치환기는 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격을 포함한다. 제 1 치환기는 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 4위치 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4위치에 결합된다. 제 2 치환기는 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 8위치 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 8위치에 결합된다.
상술한 형태들 중 임의의 것에서, 제 1 및 제 2 치환기가 각각 퓨란 골격을 포함하고, 제 1 및 제 2 치환기가 각각 싸이오펜 골격을 포함하고, 또는 제 1 및 제 2 치환기가 각각 피롤 골격을 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 형태들 중 임의의 것에서, 제 1 치환기가 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 카바졸 골격을 포함하는 것이 바람직하고, 제 2 치환기는 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 카바졸 골격을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 제 1 및 제 2 치환기가 각각 다이벤조퓨란 골격을 포함하고, 제 1 및 제 2 치환기가 각각 다이벤조싸이오펜 골격을 포함하고, 또는 제 1 및 제 2 치환기가 각각 카바졸 골격을 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 형태들 중 임의의 것에서, 제 1 치환기 및 제 2 치환기는 같은 치환기인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G0)으로 나타내어지는 화합물이다.
[화학식 1]
Figure pct00001
일반식(G0)에서, Q는 산소 또는 황을 나타내고, A1 및 A2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 다이벤조퓨란 골격, 치환 또는 비치환된 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸 골격을 나타내고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 나타내고, α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고, m은 0 내지 4의 정수(整數)를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G1)으로 나타내어지는 화합물이다.
[화학식 2]
Figure pct00002
일반식(G1)에서, Q는 산소 또는 황을 나타내고, A1 및 A2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 다이벤조퓨란 골격, 치환 또는 비치환된 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸 골격을 나타내고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 나타내고, α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고, m은 0 내지 4의 정수를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
상술한 각 형태에서, A1 및 A2가 각각 치환 또는 비치환된 다이벤조퓨란 골격을 나타내고, A1 및 A2가 각각 치환 또는 비치환된 다이벤조싸이오펜 골격을 나타내고, 또는 A1 및 A2가 각각 치환 또는 비치환된 카바졸 골격을 나타내고, 또한 α 및 β가 각각 페닐렌기를 나타내는 것이 바람직하다.
상술한 각 형태에서, A1 및 A2가 같은 기를 나타내고, α 및 β가 같은 기를 나타내고, 또한 m 및 n이 같은 정수를 나타내는 것이 바람직하다. 구체적으로는 m 및 n이 둘 다 1을 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G2)으로 나타내어지는 화합물이다.
[화학식 3]
Figure pct00003
일반식(G2)에서, Q는 산소 또는 황을 나타내고, X 및 Z는 각각 독립적으로 산소, 황, 또는 N-R을 나타내고, R1 내지 R18 및 R은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 나타내고, α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고, m은 0 내지 4의 정수를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G3)으로 나타내어지는 화합물이다.
[화학식 4]
Figure pct00004
일반식(G3)에서, Q는 산소 또는 황을 나타내고, X 및 Z는 각각 독립적으로 산소, 황, 또는 N-R을 나타내고, R1 내지 R18 및 R은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 나타내고, α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고, m은 0 내지 4의 정수를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
상술한 형태에서, X 및 Z는 각각 산소를 나타내거나 각각 황을 나타내고, 또한 α 및 β는 페닐렌기를 나타내는 것이 바람직하다.
상술한 각 형태에서, R5 내지 R18은 모두 수소를 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G4)으로 나타내어지는 화합물이다.
[화학식 5]
Figure pct00005
일반식(G4)에서, Q는 산소 또는 황을 나타내고, R1 내지 R4 및 R19 내지 R34는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 나타내고, α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고, m은 0 내지 4의 정수를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
상술한 각 형태에서, α 및 β는 각각 페닐렌기를 나타내는 것이 바람직하다.
상술한 각 형태에서, R19 내지 R34는 모두 수소를 나타내는 것이 바람직하다.
상술한 각 형태에서, α 및 β가 같은 기를 나타내고, m 및 n이 같은 기를 나타내는 것이 바람직하다. 구체적으로는 m 및 n이 둘 다 1을 나타내는 것이 바람직하다.
상술한 각 형태에서, R1 내지 R4가 모두 수소를 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 상술한 구조 중 임의의 것을 가지는 화합물을 포함하는 발광 소자이다. 본 발명의 다른 일 형태는 상술한 구조 중 임의의 것을 가지는 화합물 및 게스트 재료를 포함하는 발광 소자이다.
상술한 각 구조에서, 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 게스트 재료, 제 1 유기 화합물, 및 제 2 유기 화합물을 포함하는 발광 소자이다. 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 가진다. 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물은 엑시플렉스를 형성하는 조합이다. 제 1 유기 화합물은 상술한 화합물 중 임의의 것에 대응한다.
본 발명의 일 형태는, 상술한 구조 중 임의의 것을 가지는 발광 소자와, 컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는 표시 장치이다. 본 발명의 일 형태는 상술한 표시 장치와, 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는 전자 기기이다. 본 발명의 일 형태는 상술한 구조 중 임의의 것을 가지는 발광 소자와, 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. 그러므로, 본 명세서에서 발광 장치란 화상 표시 장치 또는 광원(예를 들어, 조명 장치)을 말한다. 발광 장치는 그의 카테고리 내에, 플렉시블 인쇄 회로(FPC) 또는 테이프 캐리어 패키지(TCP) 등의 커넥터가 발광 소자에 접속된 표시 모듈, 인쇄 배선판이 TCP 끝에 제공된 표시 모듈, 또는 집적 회로(IC)가 COG(chip on glass) 방법에 의하여 발광 소자에 직접 장착된 표시 모듈을 포함하는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태는 신규 화합물을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 삼중항 여기 에너지 준위가 높은 신규 화합물을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 신규 화합물을 포함하는 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 신규 발광 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 신규 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한 상술한 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태에서, 상기 모든 효과를 달성할 필요는 없다. 다른 효과는 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 명백해질 것이며 추출될 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 모식 단면도.
도 2의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광층의 모식 단면도이고, 도 2의 (B)는 에너지 준위의 상관을 나타낸 모식도.
도 3의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 모식 단면도이고, 도 3의 (C)는 에너지 준위의 상관을 나타낸 모식도.
도 4의 (A) 및 (B)는 각각 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 모식 단면도.
도 5의 (A) 및 (B)는 각각 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 모식 단면도.
도 6의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작 방법을 나타낸 모식 단면도.
도 7의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작 방법을 나타낸 모식 단면도.
도 8은 본 발명의 일 형태의 반도체 소자의 모식 단면도.
도 9의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 나타낸 상면도 및 모식 단면도.
도 10의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 각각 나타낸 모식 단면도.
도 11은 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 나타낸 모식 단면도.
도 12의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 각각 나타낸 모식 단면도.
도 13의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 각각 나타낸 모식 단면도.
도 14는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 나타낸 모식 단면도.
도 15의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 각각 나타낸 모식 단면도.
도 16은 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 나타낸 모식 단면도.
도 17의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 각각 나타낸 모식 단면도.
도 18의 (A) 내지 (D)는 EL층의 형성 방법을 나타낸 모식 단면도.
도 19는 액적 토출 장치를 나타낸 개념도.
도 20의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 나타낸 블록도 및 회로도.
도 21의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 화소 회로를 각각 나타낸 회로도.
도 22의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 화소 회로를 각각 나타낸 회로도.
도 23의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 터치 패널의 예를 나타낸 사시도.
도 24의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치 및 터치 센서의 예를 나타낸 단면도.
도 25의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 터치 패널의 예를 각각 나타낸 단면도.
도 26의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 터치 센서의 블록도 및 타이밍 차트.
도 27은 본 발명의 일 형태의 터치 센서의 회로도.
도 28은 본 발명의 일 형태의 표시 모듈을 나타낸 사시도.
도 29의 (A) 내지 (G)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 나타낸 것.
도 30의 (A) 내지 (F)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 나타낸 것.
도 31의 (A) 내지 (E)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 나타낸 것.
도 32의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 나타낸 것.
도 33의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 나타낸 사시도.
도 34의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 나타낸 사시도 및 단면도.
도 35의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 각각 나타낸 단면도.
도 36의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기 및 조명 장치를 나타낸 것.
도 37은 본 발명의 일 형태의 조명 장치를 나타낸 것.
도 38은 실시예의 화합물의 NMR 차트.
도 39는 실시예의 화합물의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 40은 실시예의 화합물의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 41은 실시예의 발광 소자를 나타낸 모식 단면도.
도 42는 실시예의 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프.
도 43은 실시예의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 44는 실시예의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 45는 실시예의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 46은 실시예의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 47은 실시예의 발광 소자의 구동 수명 시험의 결과를 나타낸 그래프.
도 48은 실시예의 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프.
도 49는 실시예의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 50은 실시예의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 51은 실시예의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 52는 실시예의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 53은 실시예의 발광 소자의 구동 수명 시험의 결과를 나타낸 그래프.
도 54는 실시예의 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프.
도 55는 실시예의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 56은 실시예의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 57은 실시예의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 58은 실시예의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 59는 실시예의 화합물의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 60은 실시예의 화합물의 NMR 차트.
도 61은 실시예의 화합물의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 62는 실시예의 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프.
도 63은 실시예의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 64는 실시예의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 65는 실시예의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 66은 실시예의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 67은 실시예의 발광 소자의 구동 수명 시험의 결과를 나타낸 그래프.
도 68은 실시예의 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프.
도 69는 실시예의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 70은 실시예의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 71은 실시예의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 72는 실시예의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 73은 실시예의 발광 소자의 구동 수명 시험의 결과를 나타낸 그래프.
도 74는 실시예의 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프.
도 75는 실시예의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 76은 실시예의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 77은 실시예의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 78은 실시예의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 79는 실시예의 발광 소자의 구동 수명 시험의 결과를 나타낸 그래프.
도 80은 실시예의 화합물의 NMR 차트.
도 81은 실시예의 화합물의 NMR 차트.
도 82는 실시예의 화합물의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 83은 실시예의 화합물의 NMR 차트.
도 84는 실시예의 화합물의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 85는 실시예의 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프.
도 86은 실시예의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프.
도 87은 실시예의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 88은 실시예의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프.
도 89는 실시예의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프.
도 90은 실시예의 발광 소자의 구동 수명 시험의 결과를 나타낸 그래프.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 이하에서 자세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 목적 및 범위로부터 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하의 실시형태의 내용에 한정하여 해석되지 않는다.
또한 도면 등에 나타낸 각 구조의 위치, 크기, 또는 범위 등은 간략화를 위하여 정확히 나타내지 않은 경우가 있다. 그러므로, 개시된 발명은 도면 등에 개시된 위치, 크기, 또는 범위 등에 반드시 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 설명함에 있어, 상이한 도면의 같은 구성 요소는 같은 부호로 공통적으로 표시하는 경우가 있다.
본 명세서 등에서, "막" 및 "층"이라는 용어는 서로 교체될 수 있다. 예를 들어 "도전층"이라는 용어는 "도전막"이라는 용어로 변경될 수 있는 경우가 있다. 또한, "절연막"이라는 용어는 "절연층"이라는 용어로 변경될 수 있는 경우가 있다.
본 명세서 등에서, 단일항 여기 상태(S*)란 여기 에너지를 가지는 단일항 상태를 말한다. S1 준위란, 가장 낮은 단일항 여기 에너지 준위, 즉 단일항 여기 상태의 가장 낮은 여기 에너지(S1 상태)를 의미한다. 삼중항 여기 상태(T*)란 여기 에너지를 가지는 삼중항 상태를 말한다. T1 준위란, 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위, 즉 삼중항 여기 상태의 가장 낮은 여기 에너지(T1 상태)를 의미한다. 또한, 본 명세서 등에서, 단일항 여기 상태 및 단일항 여기 에너지 준위는 각각 S1 상태 및 S1 준위를 의미하는 경우가 있다. 삼중항 여기 상태 및 삼중항 여기 에너지 준위는 각각 T1 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 화합물이다.
인광 발광 에너지 또는 삼중항 여기 에너지를 인광 발광의 가장 단파장 측의 발광 피크(숄더를 포함함) 또는 상승 부분의 파장으로부터 얻을 수 있다. 또한, 인광 발광은 저온(예를 들어, 10K) 환경에서 시간 분해 포토루미네선스에 의하여 관찰될 수 있다. 열 활성화 지연 형광 발광 에너지는, 열 활성화 지연 형광의 가장 단파장 측의 발광 피크(숄더를 포함함) 또는 상승 부분의 파장으로부터 얻을 수 있다.
또한 본 명세서 등에서, "실온"이란 0℃ 이상 40℃ 이하의 온도를 말한다.
본 명세서 등에서, 청색의 파장 범위란 400nm 이상 500nm 미만의 파장 범위를 말하고, 청색광은 발광 스펙트럼의 상기 범위에서 적어도 하나의 피크를 가진다. 녹색의 파장 범위란 500nm 이상 580nm 미만의 파장 범위를 말하고, 녹색광은 발광 스펙트럼의 상기 범위에서 적어도 하나의 피크를 가진다. 적색의 파장 범위란 580nm 이상 740nm 이하의 파장 범위를 말하고, 적색광은 발광 스펙트럼의 상기 범위에서 적어도 하나의 피크를 가진다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서, 예를 들어 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 적합하게 사용할 수 있는 화합물에 대하여 아래에서 설명한다.
본 발명의 일 형태의 화합물은 적어도 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격 중과, 적어도 2개의 치환기를 포함한다. 상기 치환기는 각각 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격을 포함한다. 상기 화합물은 밴드갭이 넓기 때문에, 상기 화합물을 포함하는 발광 소자는 높은 발광 효율을 가질 수 있다. 또한 상기 화합물은 캐리어 수송성이 높기 때문에, 상기 화합물을 포함하는 발광 소자는 낮은 구동 전압을 가질 수 있다. 상기 화합물은 산화 및 환원의 반복에 대한 내성이 높기 때문에, 상기 화합물을 포함하는 발광 소자는 높은 신뢰성을 가질 수 있다. 따라서, 상기 화합물을 포함하는 발광 소자는 발광 특성이 우수한 고성능 발광 소자이다.
상기 화합물은 π전자 부족형 헤테로방향족 고리(벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격) 및 적어도 2개의 π전자 과잉형 헤테로방향족 고리(퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격 중 2개)를 포함한다. 따라서, 분자 내에서 도너-억셉터 여기 상태가 형성되기 쉽다. 또한 π전자 부족형 헤테로방향족 고리(벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격) 및 π전자 과잉형 헤테로방향족 고리(퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격)가 서로 직접 또는 아릴렌기를 통하여 결합되는 구조를 가짐으로써 도너성 및 억셉터성을 높일 수 있다. 분자 내의 도너성 및 억셉터성의 양쪽을 증가시킴으로써, 최고 점유 분자 궤도(HOMO: highest occupied molecular orbital)가 분포된 분자 궤도와 최저 비점유 분자 궤도(LUMO: lowest unoccupied molecular orbital)가 분포된 분자 궤도 사이의 중첩을 작게 할 수 있고, 화합물의 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위 사이의 에너지 차이를 작게 할 수 있다. 또한 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위를 높게 유지할 수 있다. 또한 분자 궤도란 분자에서의 전자의 공간 분포를 말한다. 분자 궤도에 의하여 분자의 전자 배치(전자의 공간 분포 및 에너지)를 자세히 명시할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 화합물은 여기 에너지가 높고 캐리어 수송성이 높기 때문에, 발광 물질의 호스트 재료로서 적합하다. 또한 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 화합물은 높은 단일항 여기 에너지 준위(S1 준위) 및 높은 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)를 가질 수 있기 때문에, 형광성 화합물 또는 인광성 화합물을 발광 물질로서 포함하는 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있다.
π전자 부족형 헤테로방향족 고리를 포함하는 골격으로서, 다이아진 골격이, 여기 에너지가 높기 때문에 바람직하다. 다이아진 골격 중, 다이아진 골격을 포함하는 축합 헤테로고리 골격은 안정적이고 신뢰성이 높기 때문에 더 바람직하고, 벤조퓨로피리미딘 골격 및 벤조티에노피리미딘 골격은 억셉터성이 높기 때문에 바람직하다. 벤조퓨로피리미딘 골격의 예로서 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격을 들 수 있다. 벤조티에노피리미딘 골격의 예로서 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격을 들 수 있다.
벤조퓨로피리미딘 골격 및 벤조티에노피리미딘 골격은 높은 억셉터성을 가지기 때문에, 본 발명의 일 형태의 화합물은 벤조퓨로피리미딘 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 결합된 π전자 과잉형 헤테로방향족 고리를 각각 포함하는 골격을 적어도 2개 포함함으로써, 전자 수송 및 정공 수송성의 균형이 잡힌 우수한 바이폴러 화합물로 할 수 있다. 상기 화합물을 포함하는 발광 소자는 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
π전자 과잉형 헤테로방향족 고리를 포함하는 골격으로서, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격이, 여기 에너지가 높기 때문에 바람직하다. 퓨란 골격을 포함하는 골격, 싸이오펜 골격을 포함하는 골격, 및 피롤 골격을 포함하는 골격의 예로에는, 벤조퓨란 골격, 다이벤조퓨란 골격, 벤조다이퓨란 골격, 벤조싸이오펜 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 벤조다이싸이오펜 골격, 티에노싸이오펜 골격, 다이티에노싸이오펜 골격, 다이티에노퓨란(dithienofuran) 골격, 다이티에노셀레노펜(dithienoselenophene) 골격, 사이클로펜타다이싸이오펜(cyclopentadithiophene) 골격, 다이티에노실롤(dithienosilole) 골격, 티에노피롤 골격, 다이티에노피롤 골격, 티에노인돌 골격, 티에노피리딘 골격, 티에노피라진 골격, 인다세노싸이오펜(indacenodithiophene) 골격, 인다세노다이싸이오펜(indacenodithiophene) 골격, 인돌 골격, 카바졸 골격, 인돌카바졸 골격, 바이카바졸 골격, 및 피롤로피롤(pyrrolopyrrole) 골격이 포함된다. 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격을 각각 포함하는 골격 중에서도, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 카바졸 골격은 안정적이고 신뢰성이 높기 때문에 바람직하다.
퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격이 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 직접 결합된 경우, 비교적 저분자의 화합물이 형성되기 때문에, 진공 증착에 적합한 구조(비교적 낮은 온도에서 진공 증착에 의하여 형성할 수 있는 구조)가 얻어져 바람직하다. 일반적으로, 낮은 분자량은 막 형성 후의 내열성을 저하시키는 경향이 있다. 그러나, 벤조퓨로피리미딘 골격 및 벤조티에노피리미딘 골격은 강성이 높기 때문에, 상기 골격을 포함하는 화합물은 분자량이 비교적 낮더라도 충분한 내열성을 가질 수 있다. 이 구조는 밴드갭 및 여기 에너지 준위가 증가되기 때문에 바람직하다.
퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격이 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 결합되고, 아릴렌기의 탄소수가 6 내지 13이고, 아릴렌기의 수가 0 내지 4인 경우, 본 발명의 일 형태의 화합물은 분자량이 비교적 낮으므로, 진공 증착에 적합하기 때문에(비교적 낮은 온도에서 진공 증착이 가능함) 증착 시에 열 분해 등의 열화가 일어나기 어렵다.
피롤 골격 중, 카바졸 골격은 안정적이고 신뢰성이 높기 때문에 바람직하다. 카바졸 골격의 9위치가 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 직접 또는 아릴렌기를 통하여 결합된 화합물은 밴드갭이 넓고 삼중항 여기 에너지 준위가 높기 때문에, 청색광 또는 녹색광 등 고에너지의 광을 방출하는 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있다. 더 넓은 밴드갭 및 더 높은 삼중항 여기 에너지 준위를 위해서는, 카바졸 골격의 9위치가 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 직접 결합되는 것이 바람직하다. 또한 카바졸 골격이 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 결합되는 경우, 넓은 밴드갭 및 높은 삼중항 여기 에너지를 유지하기 위해서는, 아릴렌기가 하나 또는 2개의 페닐렌기인 것이 바람직하다.
퓨란 골격 및 싸이오펜 골격 중에서도 다이벤조퓨란 골격 및 다이벤조싸이오펜 골격은 안정적이고 신뢰성이 높기 때문에 바람직하다. 직접 또는 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 결합된 다이벤조퓨란 골격 또는 다이벤조싸이오펜 골격은 밴드갭이 넓고 삼중항 여기 에너지가 높기 때문에, 청색광 또는 녹색광 등 고에너지의 광을 방출하는 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있다. 더 넓은 밴드갭 및 더 높은 삼중항 여기 에너지 준위를 위해서는, 다이벤조퓨란 골격의 4위치 또는 다이벤조싸이오펜 골격의 4위치가 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 직접 결합되는 것이 바람직하다. 또한 다이벤조퓨란 골격 또는 다이벤조싸이오펜 골격이 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 결합되는 경우, 넓은 밴드갭 및 높은 삼중항 여기 에너지를 유지하기 위해서는, 아릴렌기가 하나 또는 2개의 페닐렌기인 것이 바람직하다.
퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격이 직접 또는 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리에 결합되는 구조, 바람직하게는 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격이 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리에 결합되는 구조, 즉 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격이 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 2 또는 4위치 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 2 또는 4위치에 결합되는 구조, 더 바람직하게는 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격이 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 4위치 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4위치에 결합되는 구조를 가짐으로써, 화합물은 우수한 전자 수송성을 가진다. 따라서 상기 화합물을 포함하는 발광 소자는 낮은 전압으로 구동할 수 있다.
또한 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격 중 2개가 직접 또는 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리에 결합되는 구조는 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격의 억셉터성이 약해지거나 또는 상기 구조를 가지는 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)가 저하되는 경우가 있다. 이러한 이유로, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격 중 2개가 직접 또는 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 결합되는 경우, 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리에 상기 2개 중 하나가 결합되고 또한 직접 또는 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 포함되는 벤젠 고리에 상기 2개 중 다른 하나가 결합되는 것이 바람직하다. 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리에 상기 2개 중 하나가 결합되고 또한 직접 또는 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격에 포함되는 벤젠 고리에 상기 2개 중 다른 하나가 결합되는 것, 즉 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 2 또는 4위치에 상기 2개 중 하나가 결합되고, 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 6, 7, 8, 또는 9위치에 상기 2개 중 다른 하나가 결합되는 것이 더 바람직하다. 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격이 직접 또는 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 8위치에 각각 결합되는 구조를 가지는 화합물 및 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격이 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 8위치에 각각 결합되는 구조를 가지는 화합물은 높은 순도로 쉽게 합성할 수 있기 때문에 불순물로 인한 열화를 억제할 수 있어 특히 바람직하다. 또한 이들 화합물은 전기화학적으로 안정적이고 높은 캐리어 수송성을 가지기 때문에 바람직하다.
퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격 중 2개가 직접 또는 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 결합되는 경우, 상기 2개의 골격은 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격으로부터 선택된 같은 골격인 것이 바람직하다. 상기 화합물은 높은 순도로 쉽게 합성할 수 있어 불순물로 인한 열화를 억제할 수 있다.
<양자 화학 계산>
여기서, 벤조퓨로피리미딘 골격에 페닐기가 결합된 화합물에 대하여 HOMO 준위, LUMO 준위, 및 여기 에너지 준위(S1 준위 및 T1 준위)를 계산하기 위하여 양자 화학 계산을 실시하였다. 계산에 사용된 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타낸다. 계산 결과를 표 1에 나타내었다.
[화학식 6]
Figure pct00006
[표 1]
Figure pct00007
상술한 화합물의 HOMO 준위, LUMO 준위, 및 여기 에너지 준위(S1 준위 및 T1 준위)를 얻기 위하여, 각 화합물의 단일항 기저 상태에서 가장 안정적인 구조에 대하여 밀도 범함수 이론(DFT)을 사용하여 계산하였다. 양자 화학 계산 프로그램으로서는 Gaussian 09를 사용하였다. 상기 계산에는 고성능 컴퓨터(SGI Japan, Ltd.제조의 ICE X)를 사용하였다. 기저 함수로서는 6-311G(d, p)를 사용하고 범함수로서는 B3LYP를 사용하였다. 또한 시간 의존 밀도 범함수 이론(TD-DFT)을 사용하여 여기 에너지 준위(S1 준위 및 T1 준위)를 계산하였다. DFT에서, 총 에너지를 퍼텐셜 에너지, 전자 간 정전 에너지, 전자 운동 에너지, 및 전자 간의 복잡한 상호 작용을 모두 포함하는 교환 상관 에너지의 합으로서 나타낸다. 또한 DFT에서는, 교환-상관 상호 작용이, 전자 밀도로 표시되는 하나의 전자 퍼텐셜의 함수(함수의 함수)로 근사되어, 높은 정확도의 계산을 가능하게 한다.
표 1은 이하를 나타낸다: 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 2 및 4 위치 각각에 페닐기가 결합된 2,4-다이페닐벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 24P2Bfpm)는 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 4 위치에만 페닐기가 결합된 4-페닐벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4PBfpm)보다 낮은 T1 준위를 가지고, 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 2 및 4 위치 각각에 페닐기가 결합된 2,4-다이페닐벤조티에노[3,2-d]피리미딘(약칭: 24P2Btpm)은 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4 위치에만 페닐기가 결합된 4-페닐다이벤조티에노[3,2-d]피리미딘(약칭: 4PBtpm)보다 낮은 T1 준위를 가진다. 24P2Bfpm 및 24P2Btpm의 T1 준위가 낮은 것은, 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 및 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 1 및 3위치에 수소 원자가 아닌 질소 원자가 있으므로, 입체 장해가 일어나기 어렵고 24P2Bfpm 및 24P2Btpm이 평면 구조를 가지기 쉽기 때문이다.
한편, 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 6 위치 각각에 페닐기가 결합된 4,6-다이페닐벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 46P2Bfpm), 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 7 위치 각각에 페닐기가 결합된 4,7-다이페닐벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 47P2Bfpm), 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 8 위치 각각에 페닐기가 결합된 4,8-다이페닐벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 48P2Bfpm), 및 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 9 위치 각각에 페닐기가 결합된 4,9-다이페닐벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 49P2Bfpm)은 4PBfpm만큼 높은 T1 준위를 가진다. 또한 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 6위치 각각에 페닐기가 결합된 4,6-다이페닐벤조티에노[3,2-d]피리미딘(약칭: 46P2Btpm), 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 7위치 각각에 페닐기가 결합된 4,7-다이페닐벤조티에노[3,2-d]피리미딘(약칭: 47P2Btpm), 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 8위치 각각에 페닐기가 결합된 4,8-다이페닐벤조티에노[3,2-d]피리미딘(약칭: 48P2Btpm), 및 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 9위치 각각에 페닐기가 결합된 4,9-다이페닐벤조티에노[3,2-d]피리미딘(약칭: 49P2Btpm)은 4PBtpm만큼 높은 T1 준위를 가진다. 이들 화합물이 높은 T1 준위를 유지할 수 있는 이유는 이하와 같다: 탄소 원자가 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 및 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격 각각의 6, 7, 8, 및 9위치에 결합되고, 수소 원자 등과의 결합을 가지기 때문에 수소 원자 등이 입체 장해를 일으켜, 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격에 포함되는 벤젠 고리의 치환기가 입체적으로 뒤틀리게 되기 때문이다.
벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 8위치 각각에 페닐기가 결합된 48P2Bfpm, 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 9위치 각각에 페닐기가 결합된 49P2Bfpm, 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 8위치 각각에 페닐기가 결합된 48P2Btpm, 및 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 9위치 각각에 페닐기가 결합된 49P2Btpm은 T1 준위가 높고 S1 준위와 T1 준위 사이의 에너지 차이가 작기 때문에 특히 바람직하다.
또한 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격의 2 및 4위치 각각에 페닐기가 결합된 24P2Bfpm 및 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 2 및 4위치 각각에 페닐기가 결합된 24P2Btpm은 높은 HOMO 준위 및 높은 LUMO 준위를 가지고, 이것은 24P2Bfpm 및 24P2Btpm이 낮은 억셉터성을 가지는 것을 시사한다.
즉 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리 및 벤젠 고리 각각에 치환기가 결합되는 구조는, 높은 T1 준위 및 높은 억셉터성을 가능하게 하기 때문에, 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 포함되는 피리미딘 고리에 2개의 치환기가 결합되는 구조보다 바람직하다.
상술한 이유로부터, 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 8위치 각각에 직접 또는 아릴렌기를 통하여 다이벤조퓨란 골격의 4위치, 다이벤조싸이오펜 골격의 4위치, 또는 카바졸 골격의 9위치가 결합된 화합물이 특히 바람직하다. 화합물 및 발광 소자의 안정성의 관점에서, 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격을 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 카바졸 골격에 결합시키는 아릴렌기의 탄소수는 6 내지 13인 것이 바람직하고, 아릴렌기의 수는 0 내지 4인 것이 바람직하다. 상기 화합물은 상술한 전기화학적 안정성, 높은 캐리어 수송성, 및 증발의 용이성이라는 특징에 더하여, 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격 및 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 카바졸 골격의 영향으로, 밴드갭이 넓고 삼중항 여기 에너지 준위가 높다는 특징을 가진다. 따라서, 상기 화합물은 발광 소자의 발광층의 발광 재료 또는 호스트 재료로서 적합하다. 구체적으로 상기 화합물은, 게스트 재료로서 인광성 화합물을 사용하는 발광 소자에 사용되는 것이 바람직하다.
<화합물의 예 1>
상술한 본 발명의 일 형태의 화합물은 일반식(G0)으로 나타내어지는 화합물이다.
[화학식 7]
Figure pct00008
일반식(G0)에서 Q는 산소(O) 또는 황(S)을 나타낸다.
A1 및 A2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 다이벤조퓨란 골격, 치환 또는 비치환된 다이벤조싸이오펜 골격, 및 치환 또는 비치환된 카바졸 골격 중 임의의 것을 나타낸다. 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 카바졸 골격이 치환기를 가지는 경우, 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
또한 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다. 상술한 알킬기, 사이클로알킬기, 및 아릴기는 하나 이상의 치환기를 포함하여도 좋고, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다.
α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기의 구체적인 예에는 페닐렌기, 나프틸렌기, 바이페닐다이일기, 및 플루오렌다이일기가 포함된다. 아릴렌기가 치환기를 가지는 경우, 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴렌기가 치환기를 포함하는 경우, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 예를 들어, 플루오렌일기의 9위치의 탄소 원자가 치환기로서 2개의 페닐기를 가지고, 상기 페닐기들이 결합되어 스파이로플루오렌 골격을 형성한다.
또한 m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
<화합물의 예 2>
본 실시형태의 화합물로서, 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 8위치 각각에 직접 또는 아릴렌기를 통하여 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 카바졸 골격이 결합된 구조를 가지는 화합물은 높은 순도로 쉽게 합성할 수 있기 때문에 불순물로 인한 열화를 억제할 수 있어 바람직하다. 또한 상기 화합물은 높은 전기화학적 안정성 및 높은 캐리어 수송성을 가지기 때문에 바람직하다. 상술한 화합물은 일반식(G1)으로 나타내어진다.
[화학식 8]
Figure pct00009
일반식(G1)에서, Q는 산소 또는 황을 나타낸다.
A1 및 A2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 다이벤조퓨란 골격, 치환 또는 비치환된 다이벤조싸이오펜 골격, 및 치환 또는 비치환된 카바졸 골격 중 임의의 것을 나타낸다. 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 카바졸 골격이 치환기를 가지는 경우, 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
또한 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다. 상술한 알킬기, 사이클로알킬기, 및 아릴기는 하나 이상의 치환기를 포함하여도 좋고, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다.
α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기의 구체적인 예에는 페닐렌기, 나프틸렌기, 바이페닐다이일기, 및 플루오렌다이일기가 포함된다. 아릴렌기가 치환기를 가지는 경우, 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴렌기가 치환기를 포함하는 경우, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 예를 들어, 플루오렌일기의 9위치의 탄소 원자가 치환기로서 2개의 페닐기를 가지고, 상기 페닐기들이 결합되어 스파이로플루오렌 골격을 형성한다.
또한 m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
일반식(G0 및 G1)에서, A1 및 A2는 각각 치환 또는 비치환된 다이벤조퓨란 골격을 나타내고, A1 및 A2는 각각 치환 또는 비치환된 다이벤조싸이오펜 골격을 나타내고, 또는 A1 및 A2는 각각 치환 또는 비치환된 카바졸 골격을 나타내고, 또한 α 및 β는 각각 페닐렌기를 나타내는 것이 바람직하다.
A1 및 A2가 같은 기를 나타내고, α 및 β가 같은 기를 나타내고, 또한 m 및 n은 같은 정수를 나타내는 것이 바람직하다.
또한 m 및 n은 각각 1을 나타내는 것이 바람직하다.
<화합물의 예 3>
본 실시형태의 화합물로서, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 카바졸 골격의 1, 2, 3, 또는 4위치가 직접 또는 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 8위치에 각각 결합된 구조를 가지는 화합물은 높은 캐리어 수송성을 가지기 때문에 상기 화합물을 포함하는 발광 소자는 낮은 전압으로 구동할 수 있어 바람직하다. 상술한 화합물은 일반식(G2)으로 나타내어진다.
[화학식 9]
Figure pct00010
일반식(G2)에서, Q는 산소 또는 황을 나타낸다.
또한 X 및 Z는 각각 독립적으로 산소, 황, 및 N-R 중 임의의 것을 나타내고, R은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다. 상술한 알킬기, 사이클로알킬기, 및 아릴기는 하나 이상의 치환기를 포함하여도 좋고, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다.
또한 R1 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다. 상술한 알킬기, 사이클로알킬기, 및 아릴기는 하나 이상의 치환기를 포함하여도 좋고, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다.
α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기의 구체적인 예에는 페닐렌기, 나프틸렌기, 바이페닐다이일기, 및 플루오렌다이일기가 포함된다. 아릴렌기가 치환기를 가지는 경우, 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴렌기가 치환기를 포함하는 경우, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 예를 들어, 플루오렌일기의 9위치의 탄소 원자가 치환기로서 2개의 페닐기를 가지고, 상기 페닐기들이 결합되어 스파이로플루오렌 골격을 형성한다.
또한 m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
<화합물의 예 4>
일반식(G2)에서, 다이벤조퓨란 골격 또는 다이벤조싸이오펜 골격의 4위치 또는 카바졸 골격의 1위치가 직접 또는 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 8위치에 각각 결합된 구조를 가지는 화합물은 높은 캐리어 수송성을 가지기 때문에 상기 화합물을 포함하는 발광 소자는 낮은 전압으로 구동할 수 있어 바람직하다. 상술한 화합물은 일반식(G3)으로 나타내어진다.
[화학식 10]
Figure pct00011
일반식(G3)에서 Q는 산소 또는 황을 나타낸다.
또한 X 및 Z는 각각 독립적으로 산소, 황, 및 N-R 중 임의의 것을 나타내고, R은 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다. 상술한 알킬기, 사이클로알킬기, 및 아릴기는 하나 이상의 치환기를 포함하여도 좋고, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다.
또한 R1 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다. 상술한 알킬기, 사이클로알킬기, 및 아릴기는 하나 이상의 치환기를 포함하여도 좋고, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다.
α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기의 구체적인 예에는 페닐렌기, 나프틸렌기, 바이페닐다이일기, 및 플루오렌다이일기가 포함된다. 아릴렌기가 치환기를 가지는 경우, 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴렌기가 치환기를 포함하는 경우, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 예를 들어, 플루오렌일기의 9위치의 탄소 원자가 치환기로서 2개의 페닐기를 가지고, 상기 페닐기들이 결합되어 스파이로플루오렌 골격을 형성한다.
또한 m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
일반식(G2 및 G3)에서, X 및 Z는 둘 다 산소를 나타내거나 또는 둘 다 황을 나타내고 또한 α 및 β가 각각 페닐렌기를 나타내는 것이 바람직하다.
R5 내지 R18이 각각 일반식(G2 또는 G3)에서 수소를 나타내는 경우, 상기 화합물은 합성의 용이성 및 재료 비용의 관점에서 유리하고, 진공 증착에 적합한 비교적 낮은 분자량을 가지므로 특히 바람직하다.
<화합물의 예 5>
본 실시형태의 화합물로서, 카바졸 골격의 9위치가 직접 또는 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격의 4 및 8위치 각각에 결합되는 구조를 가지는 화합물은, 밴드갭이 넓기 때문에, 청색광 또는 녹색광 등 고에너지의 광을 방출하는 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있어 바람직하다. 상술한 화합물은 일반식(G4)으로 나타내어진다.
[화학식 11]
Figure pct00012
일반식(G4)에서, Q는 산소 또는 황을 나타낸다.
또한 R1 내지 R4 및 R19 내지 R34는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다. 상술한 알킬기, 사이클로알킬기, 및 아릴기는 하나 이상의 치환기를 포함하여도 좋고, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다.
α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기의 구체적인 예에는 페닐렌기, 나프틸렌기, 바이페닐다이일기, 및 플루오렌다이일기가 포함된다. 아릴렌기가 치환기를 가지는 경우, 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴렌기가 치환기를 포함하는 경우, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 예를 들어, 플루오렌일기의 9위치의 탄소 원자가 치환기로서 2개의 페닐기를 가지고, 상기 페닐기들이 결합되어 스파이로플루오렌 골격을 형성한다.
또한 m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
일반식(G4)에서, α 및 β가 각각 페닐렌기를 나타내는 것이 바람직하다.
R19 내지 R34가 각각 일반식(G4)에서 수소를 나타내는 경우, 상기 화합물은 합성의 용이성 및 재료 비용의 관점에서 유리하고, 진공 증착에 적합한 비교적 낮은 분자량을 가지므로 특히 바람직하다.
일반식(G2) 내지 일반식(G4)에서, α 및 β가 같은 기를 나타내고, m 및 n은 같은 것이 바람직하다.
또한 m 및 n은 각각 1을 나타내는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 화합물에서 R1 내지 R4가 각각 수소를 나타내는 경우, 상기 화합물은 합성의 용이성 및 재료 비용의 관점에서 유리하고, 진공 증착에 적합한 비교적 낮은 분자량을 가지므로 특히 바람직하다.
<치환기의 예>
본 실시형태의 화합물에서 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격으로서 예를 들어, 구조식(Et-1) 내지 구조식(Et-32)으로 나타내어지는 구조가 사용될 수 있다. 또한 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 사용될 수 있는 구조는 이들에 한정되지 않는다.
[화학식 12]
Figure pct00013
[화학식 13]
Figure pct00014
구조식(Et-1) 내지 구조식(Et-32)에서, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다. 상술한 알킬기, 사이클로알킬기, 및 아릴기는 하나 이상의 치환기를 포함하여도 좋고, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다.
일반식(G0)에서, 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 또는 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격에는 예를 들어 구조식(Et-1) 내지 구조식(Et-4) 및 구조식(Et-17) 내지 구조식(Et-20)으로 나타내어지는 구조가 사용될 수 있다.
일반식(G0) 및 일반식(G1)에서 A1 및 A2로 나타내어지는 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 카바졸 골격에는 예를 들어, 구조식(Ht-1) 내지 구조식(Ht-13)으로 나타내어지는 구조가 사용될 수 있다. 또한 A1 및 A2에 사용될 수 있는 구조는 이들에 한정되지 않는다.
[화학식 14]
Figure pct00015
[화학식 15]
Figure pct00016
구조식(Ht-1) 내지 구조식(Ht-13)에서, R5 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다. 상술한 알킬기, 사이클로알킬기, 및 아릴기는 하나 이상의 치환기를 포함하여도 좋고, 상기 치환기가 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 선택할 수도 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이 포함된다.
일반식(G2)에서 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 카바졸 골격에는 예를 들어, 구조식(Ht-1) 내지 구조식(Ht-12)으로 나타내어지는 상술한 구조가 사용될 수 있다. 또한 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 카바졸 골격에 사용될 수 있는 구조는 이들에 한정되지 않는다.
일반식(G0) 내지 일반식(G4)에서 α 및 β로 나타내어지는 아릴렌기로서는, 예를 들어 구조식(Ar-1) 내지 구조식(Ar-27)으로 나타내어지는 임의의 기가 사용될 수 있다. 또한 α 및 β에 사용될 수 있는 기는 이들에 한정되지 않고 치환기를 포함하여도 좋다.
[화학식 16]
Figure pct00017
[화학식 17]
Figure pct00018
일반식(G0) 내지 일반식(G4)에서 R1 내지 R4, 일반식(G2) 및 일반식(G3)에서 R5 내지 R18 및 R, 그리고 일반식(G4)에서 R19 내지 R34로 나타내어지는 알킬기, 사이클로알킬기, 또는 아릴기에는 예를 들어, 구조식(R-1) 내지 구조식(R-29)으로 나타내어지는 기가 사용될 수 있다. 또한 알킬기, 사이클로알킬기, 또는 아릴기로서 사용될 수 있는 기는 이들에 한정되지 않고 치환기를 포함하여도 좋다.
[화학식 18]
Figure pct00019
<화합물의 구체적인 예>
일반식(G0) 내지 일반식(G4)으로 나타내어지는 화합물의 구조의 구체적인 예에는 구조식(100) 내지 구조식(164)으로 나타내어지는 화합물이 포함된다. 또한 일반식(G0) 내지 일반식(G4)으로 나타내어지는 화합물은 이하의 예에 한정되지 않는다.
[화학식 19]
Figure pct00020
[화학식 20]
Figure pct00021
[화학식 21]
Figure pct00022
[화학식 22]
Figure pct00023
[화학식 23]
Figure pct00024
[화학식 24]
Figure pct00025
[화학식 25]
Figure pct00026
[화학식 26]
Figure pct00027
[화학식 27]
Figure pct00028
[화학식 28]
Figure pct00029
[화학식 29]
Figure pct00030
상술한 바와 같이 본 실시형태의 화합물은, 밴드갭이 넓기 때문에 청색 발광 소자 및 녹색 발광 소자의 발광 재료, 호스트 재료, 및 캐리어 수송 재료로서 특히 적합하다. 이를 사용함으로써, 발광 효율이 높은 청색 발광 소자 및 녹색 발광 소자를 제작할 수 있다. 또한 본 실시형태의 화합물은 캐리어 수송성이 높기 때문에, 발광 소자의 호스트 재료 또는 캐리어 수송 재료로서 적합하다. 따라서, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제작할 수 있다. 또한 본 실시형태의 화합물은 산화 및 환원의 반복에 대한 내성이 높기 때문에, 상기 화합물을 포함하는 발광 소자는 긴 구동 수명을 가질 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 화합물은 발광 소자에 적합하게 사용되는 재료이다.
본 실시형태의 화합물의 막은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 코팅법, 또는 그라비어 인쇄 등에 의하여 형성할 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 화합물은 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 일반식(G0)으로 나타내어지는 벤조퓨로피리미딘 유도체 또는 벤조티에노피리미딘 유도체의 합성 방법에 대하여 설명한다. 상기 화합물의 합성 방법에는 다양한 반응을 적용할 수 있다. 예를 들어 일반식(G0)으로 나타내어지는 화합물은, 아래에 나타낸 단순한 합성 스킴을 통하여 합성될 수 있다.
예를 들어 합성 스킴(a)에 나타낸 바와 같이, 치환 또는 비치환된 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 포함하는 할로젠 화합물(A1)이 치환 또는 비치환된 다이벤조퓨란 골격, 치환 또는 비치환된 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸 골격을 포함하는 보론산 화합물(A2) 및 보론산 화합물(A3)과 반응됨으로써, 일반식(G0)으로 나타내어지는 화합물을 얻을 수 있다. 이때 합성 스킴(b)에 나타낸 바와 같이, 할로젠으로 치환된 아릴 보론산 화합물(B1) 및 할로젠으로 치환된 아릴 보론산 화합물(B2)과 할로젠 화합물(A1)을 반응시켜 중간체(D1)를 얻은 다음에, 치환 또는 비치환된 다이벤조퓨란 골격, 치환 또는 비치환된 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸 골격을 각각 포함하는 보론산 화합물(B3) 및 보론산 화합물(B4)과 중간체(D1)를 반응시켜도 좋다. 또는 합성 스킴(c)에 나타낸 바와 같이, 중간체(D1)에 대하여 보론산 합성 반응을 실시하여 중간체(D2)를 얻은 다음에, 치환 또는 비치환된 다이벤조퓨란 골격, 치환 또는 비치환된 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸 골격을 각각 포함하는 보론산 화합물(C1) 및 보론산 화합물(C2)과 중간체(D2)를 반응시켜도 좋다. 또한 B1 내지 B4는 각각 보론산, 보론산 에스터, 또는 환상 트라이올보레이트 염 등을 나타낸다. 환상 트라이올보레이트 염으로서는 리튬 염, 포타슘 염, 또는 소듐 염을 사용하여도 좋다.
[화학식 30]
Figure pct00031
[화학식 31]
Figure pct00032
[화학식 32]
Figure pct00033
또한 합성 스킴(a), 합성 스킴(b), 및 합성 스킴(c)에서, X1 내지 X4는 각각 할로젠을 나타내고, Q는 산소 또는 황을 나타내고, A1 및 A2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 다이벤조퓨란 골격, 치환 또는 비치환된 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸 골격을 나타내고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 나타내고, α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고, m은 0 내지 4의 정수를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
또한 합성 스킴(a), 합성 스킴(b), 및 합성 스킴(c)에서, 치환 또는 비치환된 다이벤조퓨란 골격, 치환 또는 비치환된 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸 골격을 포함하는 할로젠 화합물은, 치환 또는 비치환된 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 치환 또는 비치환된 벤조티에노피리미딘 골격을 포함하는 보론산과 반응시켜도 좋다. 또한 합성은 할로젠으로 치환된 아릴 보론산 화합물(B1) 및 할로젠으로 치환된 아릴 보론산 화합물(B2)과 반응시켜 수행하여도 좋다.
상술한 다양한 화합물(A1, A2, A3, B1, B2, B3, B4, C1, 및 C2)은 시판되거나 또는 합성할 수 있기 때문에, 일반식(G0)으로 나타내어지는 벤조퓨로피리미딘 유도체 또는 벤조티에노피리미딘 유도체의 다양한 종류를 합성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 화합물의 특징은 베리에이션이 풍부하다는 것이다.
본 발명의 일 형태의 화합물인 벤조퓨로피리미딘 유도체 또는 벤조티에노피리미딘 유도체를 합성하는 방법에 대하여 위에서 설명하였지만, 본 발명은 이들 방법에 한정되지 않고, 다른 임의의 합성 방법이 채용될 수 있다.
또한 본 실시형태에서 설명한 화합물은 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서, 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격, 및 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격을 포함하며 실시형태 1에서 설명한 화합물을 포함하는 발광 소자의 구조예에 대하여 도 1의 (A) 및 (B) 그리고 도 2의 (A) 및 (B)를 참조하여 아래에서 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 구조예에 대하여 도 1의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자(150)의 모식 단면도이다.
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 나타낸 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 전극인 전극(101) 및 전극(102)이 각각 양극 및 음극으로서 기능하는 것으로 가정하여 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, 양극 측에서부터 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(130), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)이 이 순서대로 적층되어도 좋다.
EL층(100)의 구조는 도 1의 (A)에 나타낸 구조에 한정되지 않고, 발광층(130)에 더하여, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 중에서 선택된 적어도 하나의 층을 포함하는 구조를 채용하여도 좋다. 또는, EL층(100)은 예를 들어, 정공 또는 전자의 주입 장벽을 저감시키거나, 정공 또는 전자의 수송성을 향상시키거나, 정공 또는 전자의 수송성을 저해하거나, 또는 전극에 의한 퀀칭(quenching) 현상을 억제할 수 있는 기능층을 포함하여도 좋다. 또한, 기능층의 각각은 단층이어도 좋고 적층이어도 좋다.
도 1의 (A)의 발광 소자(150)에서는, 실시형태 1에서 설명한 화합물이 EL층(100)의 임의의 층에 사용된다.
실시형태 1에서 설명한 화합물은 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격과, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 카바졸 골격을 포함하기 때문에 높은 도너성 및 높은 억셉터성을 가질 수 있다. 따라서 상기 화합물이 우수한 캐리어 수송성을 가지기 때문에, 발광 소자의 호스트 재료 또는 캐리어 수송 재료에 적합하다. 그러므로 본 실시형태의 구조에 의하여 낮은 전압으로 구동할 수 있는 발광 소자를 제공할 수 있다.
밴드갭이 넓은 상기 화합물은 특히 청색 발광 소자 및 녹색 발광 소자의 호스트 재료 또는 캐리어 수송 재료에 적합하다. 따라서, 본 실시형태의 구조에 의하여, 청색광 또는 녹색광을 방출하며 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 화합물은 2개의 치환기가 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 결합되고 상기 치환기들이 각각 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 카바졸 골격을 포함하는 구조를 가지고, 상기 화합물을 포함하는 발광 소자는 우수한 캐리어 밸런스를 가질 수 있다. 따라서 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다.
상기 화합물은 산화 및 환원의 반복에 대한 내성이 높기 때문에, 본 실시형태의 구조에 의하여, 구동 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다.
<발광 소자의 구조예 1>
도 1의 (B)는 도 1의 (A)의 발광층(130)의 예를 나타낸 모식 단면도이다. 도 1의 (B)에서의 발광층(130)은 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)를 포함한다.
발광 유기 재료는 게스트 재료(131)로서 사용될 수 있다. 발광 유기 재료로서는, 형광을 방출할 수 있는 화합물(형광성 화합물) 또는 인광을 방출할 수 있는 화합물(인광성 화합물)이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자(150)에서는, 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이에 전압을 인가함으로써 전자 및 정공이 각각 음극 및 양극으로부터 EL층(100)에 주입되어 전류가 흐른다. 주입된 전자와 정공의 재결합에 의하여 여기자가 형성된다. 캐리어(전자 및 정공)의 재결합에 의하여 생성되는 단일항 여기자 대 삼중항 여기자의 비율(이하에서, 여기자 생성 확률이라고 함)은 통계적으로 얻어진 확률에 따르면 약 1:3이다. 따라서, 형광성 화합물을 포함하는 발광 소자에서, 발광에 기여하는 단일항 여기자의 생성 확률은 25%이고, 발광에 기여하지 않는 삼중항 여기자의 생성 확률은 75%이다. 한편, 인광성 화합물을 포함하는 발광 소자는, 단일항 여기자 및 삼중항 여기자의 양쪽이 발광에 기여할 수 있다. 따라서 인광성 화합물을 포함하는 발광 소자는 형광성 화합물을 포함하는 발광 소자보다 발광 효율이 높기 때문에 바람직하다.
또한 "여기자"라는 말은 한 쌍의 캐리어(전자 및 정공)를 말한다. 여기자가 에너지를 가지기 때문에, 여기자가 생성되는 재료는 여기 상태가 된다.
밴드갭이 넓고 캐리어 밸런스가 우수한 본 발명의 일 형태의 화합물은 발광 소자의 호스트 재료(132)로서 바람직하게 사용된다.
형광성 화합물이 게스트 재료(131)로서 사용되는 경우, 호스트 재료(132)의 S1 준위가 게스트 재료(131)보다 높은 것이 바람직하다. 이 경우, 호스트 재료(132)의 단일항 여기 에너지는 호스트 재료(132)의 S1 준위로부터 게스트 재료(131)의 S1 준위로 이동할 수 있다. 결과적으로, 게스트 재료(131)는 단일항 여기 상태가 되어 형광을 방출한다.
인광성 화합물이 게스트 재료(131)로서 사용되는 경우, 호스트 재료(132)의 T1 준위가 게스트 재료(131)보다 높은 것이 바람직하다. 이 경우, 호스트 재료(132)의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지가 호스트 재료(132)의 S1 준위 및 T1 준위로부터 게스트 재료(131)의 T1 준위로 이동할 수 있다. 결과적으로, 게스트 재료(131)가 삼중항 여기 상태가 되어 인광을 방출한다.
게스트 재료(131)의 단일항 여기 상태로부터의 발광을 효율적으로 얻기 위해서는, 게스트 재료(131)의 형광 양자 수율은 높은 것이 바람직하고, 구체적으로는 50% 이상, 더 바람직하게는 70% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상이다.
호스트 재료(132)가 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격 등의 도너성을 가지는 골격을 포함하는 경우, 발광층(130)에 주입된 정공은 호스트 재료(132)에 주입되기 쉬워지고 수송되기 쉬워진다. 또한 재료(132)가 높은 억셉터성을 가지는 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 포함하는 경우, 발광층(130)에 주입된 전자가 호스트 재료(132)에 주입되기 쉬워져 수송되기 쉬워진다. 따라서 본 발명의 일 형태의 화합물은 호스트 재료(132)로서 적합하게 사용된다. 게스트 재료(131)는, 호스트 재료(132)에 포함되는 도너성 골격보다 도너성이 낮은 도너성 골격을 포함하는 것이 바람직하다. 또는 게스트 재료(131)는, 억셉터성이 호스트 재료(132)보다 낮은 억셉터성 골격을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 호스트 재료(132) 및 게스트 재료(131)에 의한 엑시플렉스의 형성을 억제할 수 있다.
발광층(130)이 상술한 구조를 가지면, 발광층(130)의 게스트 재료(131)로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있다.
<발광 소자의 구조예 2>
다음으로, 상술한 구조와 상이한 구조를 가지는 발광 소자에 대하여 도 2의 (A) 및 (B)를 참조하여 아래에서 설명한다.
도 2의 (A)는 도 1의 (A)의 발광층(130)의 예를 나타낸 모식 단면도이다. 도 2의 (A)의 발광층(130)은 적어도 게스트 재료(131), 호스트 재료(132), 및 호스트 재료(133)를 포함한다.
발광층(130)에서, 호스트 재료(132) 또는 호스트 재료(133)는 가장 높은 중량비로 존재하고, 게스트 재료(131)는 호스트 재료(133) 및 호스트 재료(132)로 분산된다. 여기서는 인광성 화합물을 게스트 재료(131)로서 사용한 구조에 대하여 설명한다.
T1 준위가 높고 캐리어 밸런스가 우수한 본 발명의 일 형태의 화합물은 발광 소자의 호스트 재료(132)로서 적합하게 사용된다.
정공 수송성을 가지는 화합물 또는 전자 수송성을 가지는 화합물은 호스트 재료(133)로서 사용될 수 있다.
호스트 재료(132)와 호스트 재료(133)의 조합이 정공 수송성을 가지는 화합물과 전자 수송성을 가지는 화합물의 조합인 경우, 그 혼합비에 따라 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있다. 구체적으로는, 정공 수송성을 가지는 화합물 대 전자 수송성을 가지는 화합물의 중량비가 1:9 내지 9:1의 범위 내인 것이 바람직하다. 이 구조로 함으로써 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있기 때문에, 캐리어 재결합 영역도 쉽게 제어할 수 있다.
게스트 재료(131), 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133) 각각의 T1 준위가 게스트 재료(131)보다 높은 것이 바람직하다. 이 경우, 호스트 재료(132) 또는 호스트 재료(133)의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지가 호스트 재료(132) 또는 호스트 재료(133)의 S1 준위 및 T1 준위로부터 게스트 재료(131)의 T1 준위로 이동할 수 있다. 결과적으로, 게스트 재료(131)가 삼중항 여기 상태가 되어 인광을 방출한다.
호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)의 조합은 엑시플렉스를 형성하는 것이 바람직하다.
호스트 재료(132) 및 화합물 호스트 재료(133)의 조합이 엑시플렉스를 형성할 수 있기만 하면 되지만 이들 중 하나가 정공 수송성을 가지는 화합물이고 다른 하나가 전자 수송성을 가지는 화합물인 것이 바람직하다.
도 2의 (B)는 발광층(130)에서의 호스트 재료(132), 호스트 재료(133), 및 게스트 재료(131)의 에너지 준위의 상관을 나타낸 것이다. 도 2의 (B)에서의 용어 및 부호가 무엇을 나타내는지는 다음과 같다.
Host(132): 호스트 재료(132);
Host(133): 호스트 재료(133)
Guest(131): 게스트 재료(131)(인광성 화합물);
SPH1: 호스트 재료(132)의 S1 준위;
TPH1: 호스트 재료(132)의 T1 준위;
SPH2: 호스트 재료(133)의 S1 준위;
TPH2: 호스트 재료(133)의 T1 준위;
TPG: 게스트 재료(131)(인광성 화합물)의 T1 준위;
SPE: 엑시플렉스의 S1 준위; 및
TPE: 엑시플렉스의 T1 준위.
호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)는 엑시플렉스를 형성한다. 엑시플렉스의 S1 준위(SPE)와 T1 준위(TPE)는 인접한 에너지 준위이다(도 2의 (B)에서의 루트 E7 참조).
호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133) 중 하나가 정공을 받고 다른 하나가 전자를 받음으로써 즉시 엑시플렉스를 형성한다. 또는 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133) 중 하나가 여기 상태가 되는 경우, 상기 하나가 즉시 다른 하나와 작용하여 엑시플렉스를 형성한다. 따라서, 발광층(130)에서의 여기자의 대부분이 엑시플렉스로서 존재한다. 엑시플렉스의 여기 에너지 준위(SPE 및 TPE)는 엑시플렉스를 형성하는 호스트 재료(호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133))의 S1 준위(SPH1 및 SPH2)보다 낮기 때문에, 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)의 여기 상태를 더 낮은 여기 에너지로 형성할 수 있다. 이에 의하여 발광 소자의 구동 전압을 저감할 수 있다.
그리고, 엑시플렉스의 SPE 및 TPE의 에너지 양쪽을 게스트 재료(131)의 T1 준위로 이동시킴으로써 발광이 얻어진다(도 2의 (B)의 루트 E8 및 E9 참조).
엑시플렉스의 T1 준위(TPE)는 게스트 재료(131)의 T1 준위(TPG)보다 높은 것이 바람직하다. 이로써, 형성된 엑시플렉스의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지를 엑시플렉스의 S1 준위(SPE) 및 T1 준위(TPE)로부터 게스트 재료(131)의 T1 준위(TPG)로 이동시킬 수 있다.
여기 에너지를 엑시플렉스로부터 게스트 재료(131)로 효율적으로 이동시키기 위해서는, 엑시플렉스의 T1 준위(TPE)가 엑시플렉스를 형성하는 호스트 재료(호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133))의 T1 준위(TPH1 및 TPH2) 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 호스트 재료(호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133))에 의하여 형성된 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지의 퀀칭이 일어나기 어렵게 됨으로써 엑시플렉스로부터 게스트 재료(131)로 에너지가 효율적으로 이동한다.
<에너지 이동 기구>
호스트 재료(엑시플렉스)와 게스트 재료의 분자간 에너지 이동 과정의 기구는, 2개의 기구, 즉 푀르스터 기구(쌍극자-쌍극자 상호 작용) 및 덱스터 기구(전자 교환 상호 작용)를 사용하여 설명할 수 있다.
<<푀르스터 기구>>
푀르스터 기구에서는, 에너지 이동에 분자간의 직접적인 접촉이 필요하지 않고, 호스트 재료와 게스트 재료 사이의 쌍극자 진동의 공명 현상을 통하여 에너지가 이동한다. 쌍극자 진동의 공명 현상에 의하여, 호스트 재료가 게스트 재료에 에너지를 제공하여, 여기 상태의 호스트 재료가 기저 상태가 되고 기저 상태의 게스트 재료가 여기 상태가 된다. 또한 푀르스터 기구의 속도 상수 k h *→ g 는 식(1)으로 나타내어진다.
[식 1]
Figure pct00034
식(1)에서 ν는 진동 수를 나타내고, f’' h (ν)는 호스트 재료의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 형광 스펙트럼, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε g (ν)는 게스트 재료의 몰 흡수 계수를 나타내고, N은 아보가드로 수를 나타내고, n은 매체의 굴절률을 나타내고, R은 호스트 재료와 게스트 재료 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 재료와 게스트 재료 사이의 전이 쌍극자 모멘트의 배향의 계수(0 내지 4)를 나타낸다. 또한, 랜덤 배향의 경우 K 2는 2/3이다.
<<덱스터 기구>>
덱스터 기구에서는, 호스트 재료와 게스트 재료는 이들의 궤도가 중첩되는 접촉 유효 범위에 가깝고, 여기 상태의 호스트 재료와 기저 상태의 게스트 재료가 전자를 교환하여 에너지 이동이 일어난다. 또한 덱스터 기구의 속도 상수 k h *→ g 는 식(2)로 나타내어진다.
[식 2]
Figure pct00035
식(2)에서, h는 플랑크 상수를 나타내고, K는 에너지 차원을 가지는 상수를 나타내고, ν는 진동 수를 나타내고, f' h (ν)는 호스트 재료의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 형광 스펙트럼, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε' g (ν)는 게스트 재료의 정규화된 흡수 스펙트럼을 나타내고, L은 실효 분자 반경을 나타내고, R은 호스트 재료와 게스트 재료 사이의 분자간 거리를 나타낸다.
여기서, 호스트 재료로부터 게스트 재료로의 에너지 이동의 효율(에너지 이동 효율 φ ET )은 식(3)으로 나타내어진다. 이 식에서 k r은 호스트 재료의 발광 과정(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 형광, 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동에서는 인광)의 속도 상수를 나타내고, k n 은 호스트 재료의 비발광 과정(열실활(熱失活) 또는 항간 교차)의 속도 상수를 나타내고, τ는 측정되는 호스트 재료의 여기 상태의 수명을 나타낸다.
[식 3]
Figure pct00036
식(3)에 따라, 에너지 이동의 속도 상수 k h *→ g 를 크게 하여 다른 경합하는 속도 상수 k r +k n (=1/τ)이 상대적으로 작아지도록 함으로써 에너지 이동 효율 φ ET 를 높일 수 있는 것을 알 수 있다.
<<에너지 이동을 촉진하기 위한 개념>>
푀르스터 기구에 의한 에너지 이동에서는 발광 양자 수율 φ(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논할 때는 형광 양자 수율)가 높을수록 에너지 이동 효율 φ ET 가 높다. 또한, 호스트 재료의 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼)이 게스트 재료의 흡수 스펙트럼(단일항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)과 크게 중첩되는 것이 바람직하다. 또한, 게스트 재료의 몰 흡수 계수도 높은 것이 바람직하다. 이는 호스트 재료의 발광 스펙트럼이 게스트 재료의 가장 장파장 측에 있는 흡수대와 중첩되는 것을 의미한다.
덱스터 기구에 의한 에너지 이동에서는 속도 상수 k h *→ g 를 크게 하기 위해서는 호스트 재료의 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼)이 게스트 재료의 흡수 스펙트럼(단일항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)과 크게 중첩되는 것이 바람직하다. 따라서, 에너지 이동 효율은 호스트 재료의 발광 스펙트럼을 게스트 재료의 가장 장파장 측에 있는 흡수대와 중첩시킴으로써 최적화할 수 있다.
호스트 재료(엑시플렉스)의 단일항 여기 상태로부터 게스트 재료(131)의 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동을 용이하게 하기 위해서는, 상기 엑시플렉스의 발광 스펙트럼이 게스트 재료(131)의 가장 장파장 측(가장 낮은 에너지 측)에 있는 흡수대와 중첩되는 것이 바람직하다. 이로써 게스트 재료(131)의 삼중항 여기 상태의 생성 효율을 높일 수 있다.
발광층(130)이 상술한 구조를 가지면, 발광층(130)의 게스트 재료(131)(인광성 화합물)로부터의 발광을 효율적으로 얻을 수 있다.
또한 상술한 루트 E7, E8, 및 E9를 거친 과정을 본 명세서 등에서 ExTET(exciplex-triplet energy transfer)라고 하여도 좋다. 바꿔 말하면, 발광층(130)에서는, 여기 에너지가 엑시플렉스로부터 게스트 재료(131)로 이동한다. 이 경우, TPE로부터 SPE로의 역항간 교차의 효율 및 SPE로부터의 발광 양자 수율이 높을 필요가 없음으로써, 폭넓은 범위에서 재료를 선택할 수 있다.
<재료>
다음으로, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 구성 요소에 대하여 아래에서 자세히 설명한다.
<<발광층>>
발광층(130)에 사용할 수 있는 재료에 대하여 아래에서 설명한다.
<<호스트 재료(132)>>
발광층(130)에서는, 호스트 재료(132)가 가장 큰 중량비로 존재하고, 게스트 재료(131)는 호스트 재료(132) 내에 분산된다. 게스트 재료(131)가 형광성 화합물인 경우, 발광층(130)의 호스트 재료(132)의 S1 준위는 발광층(130)의 게스트 재료(131)보다 높은 것이 바람직하다. 게스트 재료(131)가 인광성 화합물인 경우, 발광층(130)의 호스트 재료(132)의 T1 준위는 발광층(130)의 게스트 재료(131)보다 높은 것이 바람직하다.
실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 화합물은 호스트 재료(132)로서 적합하게 사용된다.
<<게스트 재료(131)>>
게스트 재료(131)는 특별히 한정되지 않지만, 안트라센 유도체, 테트라센 유도체, 크리센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 스틸벤 유도체, 아크리돈 유도체, 쿠마린 유도체, 페녹사진 유도체, 또는 페노싸이아진 유도체 등인 것이 바람직하고, 예를 들어 다음 재료 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
예로서는 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-비스(4-tert-뷰틸페닐)피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6tBu-FLPAPrn), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-3,8-다이사이클로헥실피렌-1,6-다이아민(약칭: ch-1,6FLPAPrn), N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N''-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민](약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린 30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린 6, 쿠마린 545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 2,8-다이-tert-뷰틸-5,11-비스(4-tert-뷰틸페닐)-6,12-다이페닐테트라센(약칭: TBRb), 나일레드, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), 및 5,10,15,20-테트라페닐비스벤조[5,6]인데노[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]페릴렌이 포함된다.
호스트 재료(132) 및 게스트 재료(131)는, 호스트 재료(132)의 발광 피크가 게스트 재료(131)의 가장 장파장 측(낮은 에너지 측)의 흡수대와 중첩되도록 선택되는 것이 바람직하다. 이로써, 발광 효율이 대폭으로 향상된 발광 소자를 제공할 수 있게 된다.
게스트 재료(131)로서는, 이리듐계, 로듐계, 또는 백금계 유기 금속 착체, 또는 금속 착체를 사용할 수 있다; 특히, 이리듐계 오쏘 금속 착체 등의 유기 이리듐 착체가 바람직하다. 오쏘 금속화 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 가지는 백금 착체 등을 들 수 있다.
청색 또는 녹색의 파장 영역에 발광 피크를 가지는 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 가지는 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 가지는 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 가지는 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 가지는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체가 포함된다. 상술한 재료 중에서, 4H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이 높고 발광 효율이 높기 때문에 특히 바람직하다.
녹색 또는 황색의 파장 범위에 발광 피크를 가지는 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 가지는 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 가지는 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 가지는 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 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 및 발광 효율이 현저히 높기 때문에 특히 바람직하다.
황색 또는 적색의 파장 범위에 발광 피크를 가지는 물질의 예에는, (다이아이소뷰틸릴메타네이토)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 가지는 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 가지는 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 가지는 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 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 및 발광 효율이 현저히 높기 때문에 특히 바람직하다. 또한, 피라진 골격을 가지는 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 변환시킬 수 있는 재료의 예로서는 인광성 화합물에 더하여, 열 활성화 지연 형광(TADF: thermally activated delayed fluorescence) 화합물을 들 수 있다. 따라서, 설명에서의 "인광성 화합물"이라는 용어를 "열 활성화 지연 형광 화합물"이라는 용어로 바꿀 수 있다. 열 활성화 지연 형광 화합물은 S1 준위와 T1 준위 사이의 에너지 차이가 작고, 역항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환시키는 기능을 가지는 재료이다. 그러므로, 열 활성화 지연 형광 화합물은 삼중항 여기 상태를 적은 열 에너지에 의하여 단일항 여기 상태로 업컨버트할 수 있고(즉, 역항간 교차가 가능함), 단일항 여기 상태로부터 효율적으로 발광(형광)을 나타낼 수 있다. 열 활성화 지연 형광을 효율적으로 얻기 위한 조건은, S1 준위와 T1 준위 사이의 에너지 차이가 바람직하게는 0eV보다 크고 0.3eV 이하, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하, 더욱 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하이다.
열 활성화 지연 형광 화합물이 1종류의 화합물로 구성되는 경우, 예를 들어, 아래의 재료 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
우선, 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 열 활성화 지연 형광 화합물로서는, π전자 과잉형 헤테로방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로방향족 고리를 포함하는 헤테로 고리 화합물도 사용할 수 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 헤테로 고리 화합물은, π전자 과잉형 헤테로방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로방향족 고리를 가지기 때문에 전자 수송성 및 정공 수송성이 높으므로, 바람직하게 사용된다. π전자 부족형 헤테로방향족 고리를 가지는 골격 중에서, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 또는 피리다진 골격) 및 트라이아진 골격은 안정적이고 신뢰성이 높아 특히 바람직하다. π전자 과잉형 헤테로방향족 고리를 가지는 골격 중에서, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 높기 때문에, 이들 골격 중 하나 이상이 포함되는 것이 바람직하다. 피롤 골격으로서는, 인돌 골격, 카바졸 골격, 또는 9-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한, π전자 과잉형 헤테로방향족 고리의 도너성 및 π전자 부족형 헤테로방향족 고리의 억셉터성이 양쪽 높아지고, 단일항 여기 상태의 준위와 삼중항 여기 상태의 준위의 차이가 작아지기 때문에, π전자 과잉형 헤테로방향족 고리가 π전자 부족형 헤테로방향족 고리에 직접 결합한 물질을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
열 활성화 지연 형광을 나타내는 재료는, 역항간 교차에 의하여 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태를 형성할 수 있는 재료이어도 좋고, 엑시플렉스를 형성하는 복수의 재료의 조합이어도 좋다.
호스트 재료(132)의 발광 피크가 게스트 재료(131)(인광성 화합물)의 삼중항 MLCT(metal to ligand charge transfer) 전이의 흡수대, 구체적으로는 가장 장파장 측에서의 흡수대와 중첩되도록, 호스트 재료(132) 및 게스트 재료(131)(인광성 화합물)를 선택하는 것이 바람직하다. 이로써, 발광 효율이 대폭으로 향상된 발광 소자를 제공할 수 있게 된다. 또한, 인광성 화합물 대신에 열 활성화 지연 형광 화합물을 사용하는 경우에는, 가장 장파장 측에서의 흡수대는 단일항 흡수대인 것이 바람직하다.
<<호스트 재료(133)>>
호스트 재료(133)의 예에는, 아연계 또는 알루미늄계 금속 착체, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 피리미딘 유도체, 트라이아진 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 및 페난트롤린 유도체가 있다. 다른 예에는 방향족 아민 및 카바졸 유도체가 있다.
호스트 재료(133)로서는, 호스트 재료(132)와 엑시플렉스를 형성할 수 있는 재료가 바람직하다. 이 경우, 호스트 재료(133 및 132)에 의하여 형성된 엑시플렉스의 발광 피크가 게스트 재료(131)(인광성 화합물)의 삼중항 MLCT(metal to ligand charge transfer) 전이의 흡수대, 구체적으로는 가장 장파장 측에서의 흡수대와 중첩되도록, 호스트 재료(133 및 132) 및 게스트 재료(131)(인광성 화합물)를 선택하는 것이 바람직하다. 이로써, 발광 효율이 대폭으로 향상된 발광 소자를 제공할 수 있게 된다. 또한, 인광성 화합물 대신에 열 활성화 지연 형광 화합물을 사용하는 경우에는, 가장 장파장 측에서의 흡수대는 단일항 흡수대인 것이 바람직하다. 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 화합물은, 도너성이 높은 골격 및 억셉터성이 높은 골격을 포함하기 때문에 호스트 재료(133) 및 호스트 재료(132) 중 하나로서 사용하는 데 적합하다.
또는, 호스트 재료(133)로서는, 다음 정공 수송 재료 및 전자 수송 재료 중 임의의 재료를 사용할 수 있다.
정공 수송 재료로서는 전자보다 정공을 많이 수송하는 성질을 가지는 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 상기 정공 수송 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
정공 수송성이 높은 재료의 예로서, 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) 등의 방향족 아민 화합물이 있다.
카바졸 유도체의 구체적인 예는, 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) 등이다.
카바졸 유도체의 다른 예는, 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 및 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등이다.
방향족 탄화수소의 예는 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 및 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등이다. 다른 예는 펜타센 및 코로넨 등이다. 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상이고 탄소수가 14 내지 42인 방향족 탄화수소가 특히 바람직하다.
방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 가지는 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. 여기에 기재된 물질은 주로 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 또한 이들 물질 외에, 전자보다 정공을 많이 수송하는 성질을 가지는 임의의 물질을 사용하여도 좋다.
전자 수송 재료로서는 정공보다 전자를 많이 수송하는 성질을 가지는 재료를 사용할 수 있고, 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 재료(전자 수송성을 가지는 재료)로서는, 질소 함유 헤테로방향족 화합물 등의 π전자 부족형 헤테로방향족 화합물 또는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 구체적인 예에는 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 가지는 금속 착체, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 및 피리미딘 유도체 등이 포함된다.
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 가지는 금속 착체 등이 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 가지는 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-(바이페닐-4-일)-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 가지는 헤테로고리 화합물, PCCzPTzn 등의 트라이아진 골격을 가지는 헤테로고리 화합물; 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 및 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 가지는 헤테로고리 화합물; 및 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 헤테로방향족 화합물. 헤테로고리 화합물 중, 다이아진 골격(피리미딘, 피라진, 피리다진)을 가지거나 또는 피리딘 골격을 가지는 헤테로고리 화합물은 신뢰성이 높고 안정적이기 때문에 바람직하게 사용된다. 또한, 이 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높아 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.
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 가지는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성하고, 제 2 발광층은 전자 수송성을 가지는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성한다.
발광층(130)은 게스트 재료(131), 호스트 재료(132), 및 호스트 재료(133) 이외의 재료를 포함하여도 좋다.
또한 발광층(130)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 코팅법, 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.
<<퀀텀닷>>
퀀텀닷의 재료의 예에는, 제 14족 원소, 제 15족 원소, 제 16족 원소, 복수의 제 14족 원소의 화합물, 제 4족 내지 제 14족 및 제 16족 원소 중 임의의 것에 속하는 원소의 화합물, 제 2족 원소와 제 16족 원소의 화합물, 제 13족 원소와 제 15족 원소의 화합물, 제 13족 원소와 제 17족 원소의 화합물, 제 14족 원소와 제 15족 원소의 화합물, 제 11족 원소와 제 17족 원소의 화합물, 산화 철, 산화 타이타늄, 칼코게나이드스피넬, 및 반도체 클러스터가 포함된다.
한정되지 않지만, 구체적인 예에는, 셀레늄화 카드뮴(CdSe), 황화 카드뮴(CdS), 텔루륨화 카드뮴(CdTe), 셀레늄화 아연(ZnSe), 산화 아연(ZnO), 황화 아연(ZnS), 텔루륨화 아연(ZnTe), 황화 수은(HgS), 셀레늄화 수은(HgSe), 텔루륨화 수은(HgTe), 비소화 인듐(InAs), 인화 인듐(InP), 비소화 갈륨(GaAs), 인화 갈륨(GaP), 질화 인듐(InN), 질화 갈륨(GaN), 안티모니화 인듐(InSb), 안티모니화 갈륨(GaSb), 인화 알루미늄(AlP), 비소화 알루미늄(AlAs), 안티모니화 알루미늄(AlSb), 셀레늄화 납(II)(PbSe), 텔루륨화 납(II)(PbTe), 황화 납(II)(PbS), 셀레늄화 인듐(In2Se3), 텔루륨화 인듐(In2Te3), 황화 인듐(In2S3), 셀레늄화 갈륨(Ga2Se3), 황화 비소(III)(As2S3), 셀레늄화 비소(III)(As2Se3), 텔루륨화 비소(III)(As2Te3), 황화 안티모니(III)(Sb2S3), 셀레늄화 안티모니(III)(Sb2Se3), 텔루륨화 안티모니(III)(Sb2Te3), 황화 비스무트(III)(Bi2S3), 셀레늄화 비스무트(III)(Bi2Se3), 텔루륨화 비스무트(III)(Bi2Te3), 실리콘(Si), 탄소화 실리콘(SiC), 저마늄(Ge), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 텔루륨(Te), 붕소(B), 탄소(C), 인(P), 질화 붕소(BN), 인화 붕소(BP), 비소화 붕소(BAs), 질화 알루미늄(AlN), 황화 알루미늄(Al2S3), 황화 바륨(BaS), 셀레늄화 바륨(BaSe), 텔루륨화 바륨(BaTe), 황화 칼슘(CaS), 셀레늄화 칼슘(CaSe), 텔루륨화 칼슘(CaTe), 황화 베릴륨(BeS), 셀레늄화 베릴륨(BeSe), 텔루륨화 베릴륨(BeTe), 황화 마그네슘(MgS), 셀레늄화 마그네슘(MgSe), 황화 저마늄(GeS), 셀레늄화 저마늄(GeSe), 텔루륨화 저마늄(GeTe), 황화 주석(IV)(SnS2), 황화 주석(II)(SnS), 셀레늄화 주석(II)(SnSe), 텔루륨화 주석(II)(SnTe), 산화 납(II)(PbO), 플루오린화 구리(I)(CuF), 염화 구리(I)(CuCl), 브로민화 구리(I)(CuBr), 아이오딘화 구리(I)(CuI), 산화 구리(I)(Cu2O), 셀레늄화 구리(I)(Cu2Se), 산화 니켈(II)(NiO), 산화 코발트(II)(CoO), 황화 코발트(II)(CoS), 사산화삼철(Fe3O4), 황화 철(II)(FeS), 산화 망가니즈(II)(MnO), 황화 몰리브데넘(IV)(MoS2), 산화 바나듐(II)(VO), 산화 바나듐(IV)(VO2), 산화 텅스텐(IV)(WO2), 산화 탄탈럼(V)(Ta2O5), 산화 타이타늄(예를 들어 TiO2, Ti2O5, Ti2O3, 또는 Ti5O9), 산화 지르코늄(ZrO2), 질화 실리콘(Si3N4), 질화 저마늄(Ge3N4), 산화 알루미늄(Al2O3), 타이타늄산 바륨(BaTiO3), 셀레늄과 아연과 카드뮴의 화합물(CdZnSe), 인듐과 비소와 인의 화합물(InAsP), 카드뮴과 셀레늄과 황의 화합물(CdSeS), 카드뮴과 셀레늄과 텔루륨의 화합물(CdSeTe), 인듐과 갈륨과 비소의 화합물(InGaAs), 인듐과 갈륨과 셀레늄의 화합물(InGaSe), 인듐과 셀레늄과 황의 화합물(InSeS), 구리와 인듐과 황의 화합물(예를 들어, CuInS2), 및 이들의 조합이 포함된다. 조성이 임의의 비율로 나타내어지는, 소위 합금형 퀀텀닷을 사용하여도 좋다. 예를 들어, CdS x Se1- x (x는 0과 1 사이의 임의의 수)로 나타내어지는 합금형 퀀텀닷은 x를 변화시킴으로써 발광 파장을 바꿀 수 있기 때문에, 청색광을 얻기에 유효한 수단이다.
퀀텀닷으로서는, 코어형 퀀텀닷, 코어 셸 퀀텀닷, 및 코어 멀티셸 퀀텀닷 등 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 또한 더 넓은 밴드갭을 가진 다른 무기 재료로 형성되는 셸로 코어가 덮어지면, 나노 결정의 표면에 존재하는 결함 및 댕글링 본드의 영향을 저감될 수 있다. 이러한 구조는 발광의 양자 효율을 크게 향상시킬 수 있기 때문에 코어 셸 또는 코어 멀티셸의 퀀텀닷을 사용하는 것이 바람직하다. 셸의 재료의 예에는, 황화 아연(ZnS) 및 산화 아연(ZnO)이 포함된다.
퀀텀닷은 표면 원자의 비율이 높기 때문에 반응성이 높고 응집되기 쉽다. 이 이유로, 퀀텀닷의 표면에는 보호제가 부착되거나 또는 보호기가 제공되는 것이 바람직하다. 상기 보호제가 부착되거나 또는 보호기가 제공되면, 응집을 방지할 수 있고 용매에 대한 용해성을 높일 수 있다. 반응성을 저감시키고 전기적 안정성을 향상시킬 수도 있다. 보호제(또는 보호기)의 예에는 폴리옥시에틸렌라우릴에터, 폴리옥시에틸렌스테아릴에터, 및 폴리옥시에틸렌오레일에터 등의 폴리옥시에틸렌알킬에터; 트라이프로필포스핀, 트라이뷰틸포스핀, 트라이헥실포스핀, 및 트라이옥틸포스핀 등의 트라이알킬포스핀; 폴리옥시에틸렌 n-옥틸페닐에터 및 폴리옥시에틸렌 n-노닐페닐에터 등의 폴리옥시에틸렌알킬페닐에터; 트라이(n-헥실)아민, 트라이(n-옥틸)아민, 및 트라이(n-데실)아민 등의 제 3급 아민; 트라이프로필포스핀옥사이드, 트라이뷰틸포스핀옥사이드, 트라이헥실포스핀옥사이드, 트라이옥틸포스핀옥사이드, 및 트라이데실포스핀옥사이드 등의 유기 인 화합물; 폴리에틸렌글라이콜다이라우레이트 및 폴리에틸렌글라이콜다이스테아레이트 등의 폴리에틸렌글라이콜다이에스터; 피리딘, 루티딘, 콜리딘, 및 퀴놀론 등의 질소 함유 방향족 화합물 등의 유기 질소 화합물; 헥실아민, 옥틸아민, 데실아민, 도데실아민, 테트라데실아민, 헥사데실아민, 및 옥타데실아민 등의 아미노알칸류; 다이뷰틸설파이드 등의 다이알킬설파이드; 다이메틸설폭사이드 및 다이뷰틸설폭사이드 등의 다이알킬설폭사이드류; 싸이오펜 등의 황 함유 방향족 화합물 등의 유기 황 화합물; 팔미트산, 스테아르산, 및 오레산 등의 고급지방산; 알코올; 소르비탄지방산 에스터; 지방산변성 폴리에스터; 3급아민변성 폴리우레탄; 및 폴리에틸렌이민이 포함된다.
퀀텀닷은 막대 형상의 퀀텀닷인 퀀텀 로드이어도 좋다. 퀀텀 로드는 c축 방향으로 편광된 지향성의 광을 방출하기 때문에, 퀀텀 로드를 발광 재료로서 사용하여 외부 양자 효율이 더 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
발광층의 발광 재료로서 퀀텀닷을 사용하는 경우, 발광층의 두께는 3nm 내지 100nm, 바람직하게는 10nm 내지 100nm로 하고, 발광층이 퀀텀닷을 1volume% 내지 100volume% 포함하게 한다. 또한 발광층이 퀀텀닷으로 구성되는 것이 바람직하다. 퀀텀닷이 발광 재료로서 호스트 재료로 분산되는 발광층을 형성하기 위하여, 퀀텀닷을 호스트 재료로 분산시키거나, 또는 호스트 재료 및 퀀텀닷을 적절한 액체 매체로 용해 또는 분산시킨 다음, 웨트 프로세스(예를 들어 스핀 코팅법, 캐스팅법, 다이 코팅법, 블레이드 코팅법, 롤 코팅법, 잉크젯법, 인쇄법, 스프레이 코팅법, 커튼 코팅법, 또는 랭뮤어-블러짓법(Langmuir-Blodgett method))를 채용할 수 있다.
웨트 프로세스에 사용되는 액체 매체의 예에는, 메틸에틸케톤 및 사이클로헥사논 등의 케톤; 에틸아세테이트 등의 지방산 에스터; 다이클로로벤젠 등의 할로젠화 탄화수소; 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 및 사이클로헥실벤젠 등의 방향족 탄화수소; 사이클로헥세인, 데카린, 및 도데케인 등의 지방족 탄화수소; 다이메틸폼아마이드(DMF); 또는 다이메틸설폭사이드(DMSO) 등의 유기 용매가 있다.
<<정공 주입층>>
정공 주입층(111)은 정공 주입을 촉진하기 위하여 한 쌍의 전극(전극(101) 또는 전극(102)) 중 한쪽으로부터의 정공 주입의 장벽을 저감하는 기능을 가지고, 예를 들어 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌 유도체, 또는 방향족 아민을 사용하여 형성된다. 전이 금속 산화물로서는, 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 또는 망가니즈 산화물 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 성질을 가지는 재료의 복합 재료를 포함하는 층을 사용할 수도 있다. 또는, 전자 수용성을 가지는 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 가지는 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 가지는 화합물이다. 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 쉽기 때문에 바람직하다.
정공 수송 재료로서는 전자보다 정공을 많이 수송하는 성질을 가지는 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 상기 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 가지기 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. 또한, 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(전극(101) 또는 전극(102)) 중 다른 쪽으로부터 주입된 전자를 발광층(130)으로 수송하는 기능을 가진다. 정공보다 전자를 많이 수송하는 성질을 가지는 재료는 전자 수송 재료로서 사용될 수 있고, 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료인 것이 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성을 가지는 재료)로서는, 예를 들어 질소 함유 헤테로방향족 화합물 등의 π전자 부족형 헤테로방향족 화합물 또는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 발광층(130)에 사용할 수 있는 전자 수송 재료로서 설명한 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 가지는 금속 착체를 들 수 있다. 또한 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 및 피리미딘 유도체 등을 들 수 있다. 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 또한, 이들 물질 외에, 정공보다 전자를 많이 수송하는 성질을 가지는 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. 이 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층은 상술한 전자 수송성이 높은 재료에 전자 트랩성이 높은 물질을 소량 첨가하여 형성되는 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.
n형 화합물 반도체를 사용하여도 좋고, 예를 들어 산화 타이타늄(TiO2), 산화 아연(ZnO), 산화 실리콘(SiO2), 산화 주석(SnO2), 산화 텅스텐(WO3), 산화 탄탈럼(Ta2O3), 타이타늄산 바륨(BaTiO3), 지르콘산 바륨(BaZrO3), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 하프늄(HfO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 이트륨(Y2O3), 또는 지르코늄 실리케이트 (ZrSiO4) 등의 산화물; 질화 실리콘(Si3N4) 등의 질화물; 황화 카드뮴(CdS); 셀레늄화 아연(ZnSe); 또는 황화 아연(ZnS)을 사용할 수 있다.
<<전자 주입층>>
전자 주입층(119)은 전극(102)으로부터의 전자 주입의 장벽을 저감하여 전자 주입을 촉진하는 기능을 가지고, 예를 들어 제 1족 금속 또는 제 2족 금속, 또는 이들 금속 중 임의의 것의 산화물, 할로젠화물, 또는 탄산염을 사용하여 형성될 수 있다. 또는, 전자 수송 재료(위에 기재) 및 전자 수송 재료에 대하여 전자를 공여하는 성질을 가지는 재료를 포함하는 복합 재료를 사용할 수도 있다. 전자 공여성을 가지는 재료로서는, 제 1족 금속, 제 2족 금속, 또는 이들 금속 중 임의의 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. 전자 주입층(119)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 이 전자화물의 예로서는 칼슘 산화물-산화 알루미늄(calcium oxide-aluminum oxide)에 고농도로 전자를 첨가한 물질이 포함된다. 전자 주입층(119)은 전자 수송층(118)에 사용할 수 있는 물질을 사용하여 형성될 수 있다.
전자 주입층(119)에는, 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, 산화 리튬, 산화 칼슘, 및 산화 바륨 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, 코팅법, 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.
<<한 쌍의 전극>>
전극(101 및 102)은 각각 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 가지는 도전 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 도전 재료의 예로서는 알루미늄(Al), 및 Al을 포함하는 합금 등이 포함된다. Al을 포함하는 합금의 예로서는, Al 및 Ti을 포함하는 합금과 Al, Ni, 및 La을 포함하는 합금 등, Al 및 L(L은 타이타늄(Ti), 네오디뮴(Nd), 니켈(Ni), 및 란타넘(La) 중 하나 이상을 나타냄)을 포함하는 합금이 포함된다. 알루미늄은 저항이 낮고 광의 반사율이 높다. 알루미늄은 지각(地殼)에 대량으로 포함되고 저렴하기 때문에 알루미늄을 사용함으로써 발광 소자의 제작 비용을 저감시킬 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), 및 금(Au) 중 하나 이상을 나타냄)의 합금 등을 사용할 수 있다. 은을 포함하는 합금의 예로서는 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 가지는 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.
전극(101 및 102)의 각각은 광을 투과시키는 기능 및 광을 반사하는 기능을 가지는 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(이하 ITO라고 함), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO), 산화 인듐-산화 아연(indium zinc oxide), 타이타늄을 포함하는 산화 인듐-산화 주석, 인듐 타이타늄 산화물, 또는 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함하는 산화 인듐 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 광을 투과시킬 수 있는 두께(바람직하게는, 1nm 이상 30nm 이하의 두께)의 금속 박막을 사용할 수도 있다. 금속으로서는, Ag, Ag과 Al의 합금, Ag과 Mg의 합금, Ag과 Au의 합금, 또는 Ag과 이터븀(Yb)의 합금 등을 사용할 수 있다.
본 명세서 등에서는 광을 투과시키는 재료로서, 가시광을 투과시키고 도전성을 가지는 재료를 사용한다. 상기 재료의 예로서는 상술한 ITO로 대표되는 산화물 도전체에 더하여, 산화물 반도체, 및 유기 물질을 포함하는 유기 도전체가 포함된다. 유기 물질을 포함하는 유기 도전체의 예로서는 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.
또한 광 추출 효율을 증가시키기 위하여, 광을 투과시키는 기능을 가지는 전극보다 굴절률이 높은 재료를 상기 전극과 접촉하도록 형성하여도 좋다. 이러한 재료는 가시광을 투과시키는 기능을 가지기만 하면 도전 재료이어도 도전 재료가 아니어도 된다. 예를 들어, 상술한 산화물 도전체에 더하여, 산화물 반도체 및 유기 재료가 있다. 유기 재료의 예로서는, 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층의 재료를 들 수 있다. 또는 무기 탄소계 재료 또는 광을 투과시킬 수 있는 금속 박막을 사용할 수 있다. 또는 두께가 수nm 내지 수십nm의 층의 적층을 사용하여도 좋다.
전극(101) 또는 전극(102)이 음극으로서 기능하는 경우, 전극은 일함수가 낮은(3.8eV 이하) 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 예로서, 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 임의의 것을 포함하는 합금(예를 들어, Ag-Mg 또는 Al-Li), 유로퓸(Eu) 또는 Yb 등의 희토류 금속, 이들 희토류 금속 중 임의의 것을 포함하는 합금, 및 알루미늄 및 은을 포함하는 합금 등이 포함된다.
전극(101) 또는 전극(102)이 양극으로서 사용되는 경우, 일함수가 높은(4.0eV 이상) 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또는, 전극(101 및 102)은 각각 광을 반사하는 기능을 가지는 도전 재료와 광을 투과시키는 기능을 가지는 도전 재료의 적층이어도 좋다. 이 경우, 전극(101 및 102) 각각은 각 발광층으로부터 방출되는 원하는 광이 공진되고 강화되도록 광로 길이를 조정하는 기능을 가질 수 있으므로, 이러한 구조는 바람직하다.
전극(101) 및 전극(102)의 형성 방법으로서는 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 코팅법, MBE(molecular beam epitaxy)법, CVD법, 펄스 레이저 퇴적법, 또는 ALD(atomic layer deposition)법 등을 적절히 사용할 수 있다.
<<기판>>
본 발명의 일 형태의 발광 소자는 유리 또는 플라스틱 등의 기판 위에 형성하여도 좋다. 기판 위에 적층하는 방법으로서는, 층들을 전극(101) 측에서 순차적으로 적층하여도 좋고 전극(102) 측에서 순차적으로 적층하여도 좋다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자가 형성될 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 이루어지는 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 기판이 발광 소자 또는 광학 소자를 보호하는 기능을 가지기만 하면, 다른 재료를 사용하여도 좋다.
본 명세서 등에서 발광 소자는 예를 들어, 다양한 기판 중 임의의 것을 사용하여 형성될 수 있다. 기판의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 기판의 예로서는, 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, 섬유상의 재료를 포함하는 종이, 및 기재 필름 등이 포함된다. 유리 기판의 예로서는 바륨보로실리케이트 유리 기판, 알루미노보로실리케이트 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, 폴리플루오린화바이닐, 및 폴리염화바이닐을 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 소자를 내열성이 낮은 기판 또는 플렉시블 기판으로도 전치할 수 있다. 상술한 분리층에는, 예를 들어 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막을 포함하는 적층, 및 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, 및 마), 합성 섬유(예를 들어, 나일론, 폴리우레탄, 및 폴리에스터), 재생 섬유(예를 들어, 아세테이트, 큐프라, 레이온, 및 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, FET에 의하여 발광 소자(150)의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스 표시 장치를 제작할 수 있다.
실시형태 3에서는 본 발명의 일 형태에 대하여 설명하였다. 실시형태 1, 2, 및 4 내지 12에서 본 발명의 다른 형태에 대하여 설명한다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들에 한정되지 않는다. 즉, 실시형태 1 내지 12에는 본 발명의 다양한 형태가 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, 상황 또는 조건에 따라서는 본 발명의 일 형태는 반드시 발광 소자에 사용될 필요는 없다. 또한 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격이, 치환기로서 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 카바졸 골격 중 2개를 포함하는 화합물이 발광 소자에 사용되는 예를 설명하였지만, 본 발명의 일 형태는 이 예에 한정되지 않는다. 상황 또는 조건에 따라서는 예를 들어 상기 화합물은 본 발명의 일 형태에 반드시 포함될 필요는 없다. 또는 발광 소자는 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격을 포함하지 않는 화합물을 포함하여도 좋다.
본 실시형태에서 상술한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 실시형태 3에서 설명한 구조와 다른 구조를 가지는 발광 소자, 및 상기 발광 소자의 발광 기구에 대하여 도 3의 (A) 내지 (C)를 참조하여 아래에서 설명한다. 도 3의 (A)에서, 도 1의 (A)에서의 가능과 비슷한 기능을 가지는 부분은 도 1의 (A)와 같은 해치 패턴으로 나타내고, 특별히 부호로 나타내지 않는 경우가 있다. 또한, 비슷한 기능을 가지는 부분에는 공통된 부호를 사용하고, 그 부분에 대한 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
<발광 소자의 구조예 3>
도 3의 (A)는 발광 소자(250)의 모식 단면도다.
도 3의 (A)에 나타낸 발광 소자(250)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이에 복수의 발광 유닛(도 3의 (A)에서는 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108))을 포함한다. 발광 유닛들 중 하나는 EL층(100)과 같은 구조를 가지는 것이 바람직하다. 즉, 도 1의 (A) 및 (B)의 발광 소자(150)는 하나의 발광 유닛을 포함하고, 한편 발광 소자(250)는 복수의 발광 유닛을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 발광 소자(250)에 대한 다음 설명에 있어서 전극(101)은 양극으로서 기능하고 전극(102)은 음극으로서 기능하지만, 발광 소자(250)에서 상기 기능은 교환되어도 좋다.
도 3의 (A)에 나타낸 발광 소자(250)에서, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)이 적층되어 있고, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에는 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(106)에 EL층(100)을 사용하는 것이 바람직하다.
발광 소자(250)는 발광층(120) 및 발광층(170)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(120)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 구조 양쪽이 적층되어도 좋다.
전하 발생층(115)이 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 경우, 상기 복합 재료에는, 실시형태 3에서 설명한 정공 주입층(111)에 사용할 수 있는 복합 재료를 사용하여도 좋다. 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 화합물, 방향족 탄화수소, 및 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 또는 폴리머 등) 등의 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 유기 화합물로서는, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전자보다 정공의 수송성이 높기만 하면, 임의의 다른 재료를 사용하여도 좋다. 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료는 캐리어 주입성 및 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동 또는 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한 양극 측의 발광 유닛의 면이 전하 발생층(115)과 접촉하는 경우, 전하 발생층(115)이 상기 발광 유닛의 정공 주입층 또는 정공 수송층으로서도 작용할 수 있기 때문에, 발광 유닛에는 정공 주입층 또는 정공 수송층이 포함될 필요는 없다. 음극 측의 발광 유닛의 면이 전하 발생층(115)과 접촉하는 경우에는, 전하 발생층(115)이 발광 유닛의 전자 주입층 또는 전자 수송층으로서도 기능할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛에 전자 주입층 또는 전자 수송층이 포함될 필요는 없다.
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)을, 유기 화합물 및 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 전자 공여성 재료 중에서 선택된 하나의 화합물 및 전자 수송성이 높은 화합물을 포함한 층을 조합하여 사용하여 형성하여도 좋다. 또한, 전하 발생층(115)을, 유기 화합물 및 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과 투명 도전막을 포함하는 층의 조합을 사용하여 형성하여도 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 3의 (A)에서, 전극(101)의 전위가 전극(102)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가할 때 전하 발생층(115)은 발광 유닛(106)에 전자를 주입하고 발광 유닛(108)에 정공을 주입한다.
또한 광 추출 효율의 관점에서, 전하 발생층(115)은 가시광 투광성(구체적으로는, 40% 이상의 가시광 투과율)을 가지는 것이 바람직하다. 전하 발생층(115)은 한 쌍의 전극(전극(101 및 102))보다 도전율이 낮더라도 기능한다.
또한, 상술한 재료 중 임의의 재료를 사용하여 전하 발생층(115)을 형성함으로써, 발광층의 적층에 의하여 일어나는 구동 전압의 증가를 억제할 수 있다.
2개의 발광 유닛을 가지는 발광 소자에 대하여 도 3의 (A)를 참조하여 기재하였지만, 3개 이상의 발광 유닛이 적층된 발광 소자에 같은 구조를 적용할 수 있다. 발광 소자(250)와 같이, 한 쌍의 전극 사이에서 복수의 발광 유닛을 전하 발생층에 의하여 나누면, 전류 밀도를 낮게 유지한 채 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 1에서 설명한 화합물을 사용하면, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
발광 유닛(106)의 발광층(170)이 실시형태 3에서 설명한 발광층(130)의 구조를 가지는 경우, 발광 소자(250)의 발광 효율이 적합하게 높아지기 때문에 바람직하다.
발광 유닛(106)에 포함되는 발광층(120)은 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이 호스트 재료(122) 및 게스트 재료(121)를 포함한다. 또한 게스트 재료(121)는 형광성 화합물로서 아래에서 설명한다.
<<발광층(120)의 발광 기구>>
발광층(120)의 발광 기구에 대하여 아래에서 설명한다.
한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 또는 전하 발생층으로부터 주입된 전자 및 정공이 발광층(120)에서 재결합함으로써, 여기자가 형성된다. 호스트 재료(122)의 양은 게스트 재료(121)의 양보다 많기 때문에, 여기자의 생성에 의하여 호스트 재료(122)의 대부분이 여기 상태가 된다.
형성된 호스트 재료(122)의 여기 상태가 단일항 여기 상태인 경우, 호스트 재료(122)의 S1 준위로부터 게스트 재료(121)의 S1 준위로 단일항 여기 에너지가 이동함으로써, 게스트 재료(121)의 단일항 여기 상태가 형성된다.
게스트 재료(121)는 형광성 화합물이기 때문에, 게스트 재료(121)에서 단일항 여기 상태가 형성될 때, 게스트 재료(121)는 즉시 광을 방출한다. 이 경우에 높은 발광 효율을 얻기 위하여, 게스트 재료(121)의 형광 양자 수율이 높은 것이 바람직하다. 게스트 재료(121)에서 캐리어를 재결합함으로써 단일항 여기 상태가 형성되는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
다음으로 캐리어의 재결합이 호스트 재료(122)의 삼중항 여기 상태를 형성하는 경우에 대하여 설명한다. 이 경우의 호스트 재료(122) 및 게스트 재료(121)의 에너지 준위의 상관을 도 3의 (C)에 나타내었다. 도 3의 (C)에서의 용어 및 부호가 무엇을 나타내는지는 다음과 같다. 또한, 호스트 재료(122)의 T1 준위가 게스트 재료(121)의 T1 준위보다 낮은 것이 바람직하기 때문에, 도 3의 (C)는 이 바람직한 경우를 나타낸다. 그러나, 호스트 재료(122)의 T1 준위가 게스트 재료(121)의 T1 준위보다 높아도 좋다.
Host(122): 호스트 재료(122);
Guest(121): 게스트 재료(121)(형광성 화합물);
SFH: 호스트 재료(122)의 S1 준위;
TFH: 호스트 재료(122)의 T1 준위;
SFG: 게스트 재료(121)(형광성 화합물)의 S1 준위; 및
TFG: 게스트 재료(121)(형광성 화합물)의 T1 준위.
도 3의 (C)에 나타낸 바와 같이, TTA(triplet-triplet annihilation)가 일어난다; 즉 캐리어 재결합에 의하여 형성된 삼중항 여기자가 상호 작용하고, 여기 에너지는 이동하고 스핀각 운동량이 교환되어, 결과적으로, 삼중항 여기자가 호스트 재료(122)의 S1 준위(SFH)의 에너지를 가지는 단일항 여기자로 변환되는 반응이 일어난다(도 3의 (C)의 TTA 참조). 호스트 재료(122)의 단일항 여기 에너지는 SFH로부터, SFH보다 낮은 에너지를 가지는 게스트 재료(121)의 S1 준위(SFG)로 이동하고(도 3의 (C)의 루트 E5 참조), 게스트 재료(121)의 단일항 여기 상태가 형성되어, 게스트 재료(121)가 광을 방출한다.
또한, 발광층(120)의 삼중항 여기자의 밀도가 충분히 높은 경우(예를 들어 1×1012cm-3 이상), 삼중항 여기자 단체(單體)의 불활성화를 무시할 수 있고, 서로 가까운 2개의 삼중항 여기자의 반응만을 생각할 수 있다.
게스트 재료(121)의 삼중항 여기 상태가 캐리어 재결합에 의하여 형성되는 경우, 게스트 재료(121)의 삼중항 여기 상태가 열 실활되고 발광에 사용하기 어렵다. 그러나, 호스트 재료(122)의 T1 준위(TFH)가 게스트 재료(121)의 T1 준위(TFG)보다 낮은 경우, 게스트 재료(121)의 삼중항 여기 에너지는 게스트 재료(121)의 T1 준위(TFG)로부터 호스트 재료(122)의 T1 준위(TFH)로 이동할 수 있고(도 3의 (C)의 루트 E6 참조), 그리고 TTA에 사용된다.
바꿔 말하면, 호스트 재료(122)는 삼중항 여기 에너지를 TTA를 발생시킴으로써 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 가지는 것이 바람직하고, 이로써 발광층(120)에서 발생된 삼중항 여기 에너지는 부분적으로 호스트 재료(122)에서 TTA에 의하여 단일항 여기 에너지로 변환될 수 있다. 단일항 여기 에너지는 게스트 재료(121)로 이동할 수 있고 형광으로서 추출될 수 있다. 이를 달성하기 위하여 호스트 재료(122)의 S1 준위(SFH)는 게스트 재료(121)의 S1 준위(SFG)보다 높은 것이 바람직하다. 또한, 호스트 재료(122)의 T1 준위(TFH)는 게스트 재료(121)의 T1 준위(TFG)보다 낮은 것이 바람직하다.
또한, 특히 게스트 재료(121)의 T1 준위(TFG)가 호스트 재료(122)의 T1 준위(TFH)보다 낮은 경우에는 호스트 재료(122)에 대한 게스트 재료(121)의 중량비는 낮은 것이 바람직하다. 구체적으로, 호스트 재료(122)에 대한 게스트 재료(121)의 중량비는 0보다 크고 0.05 이하인 것이 바람직하고, 이 경우 게스트 재료(121)에서의 캐리어 재결합의 확률을 저감시킬 수 있다. 또한, 호스트 재료(122)의 T1 준위(TFH)로부터 게스트 재료(121)의 T1 준위(TFG)로의 에너지 이동의 확률을 저감시킬 수 있다.
또한, 호스트 재료(122)는 단일 화합물로 구성되어도 좋고 복수의 화합물로 구성되어도 좋다.
또한, 상술한 각 구조에서, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 사용되는 게스트 재료의 발광색은 같아도 좋고 상이하여도 좋다. 같은 색의 광을 방출하는 게스트 재료를 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 사용하는 경우, 발광 소자(250)는 작은 전류값으로 높은 발광 휘도를 나타낼 수 있어 바람직하다. 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 상이한 색의 광을 방출하는 게스트 재료를 사용하는 경우, 발광 소자(250)는 다색(多色) 발광을 나타낼 수 있기 때문에 바람직하다. 이 경우, 발광층(120) 및 발광층(170) 중 한쪽 또는 이들 양쪽에 발광 파장이 상이한 복수의 발광 재료를 사용함으로써, 발광 피크가 상이한 광이 발광 소자(250)로부터의 발광을 합성한다. 즉, 발광 소자(250)의 발광 스펙트럼은 적어도 2개의 극대값을 가진다.
상기 구조는 백색 발광을 얻기 위해서도 적합하다. 발광층(120) 및 발광층(170)이 보색의 광을 방출하는 경우, 백색 발광을 얻을 수 있다. 연색성이 높은 백색 발광 또는 적어도 적색, 녹색, 및 청색의 발광을 얻을 수 있도록 게스트 재료를 선택하는 것이 특히 바람직하다.
발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)이 발광색이 상이한 게스트 재료를 포함하는 경우, 발광층(120)으로부터 방출되는 광은 발광층(170)으로부터 방출되는 광보다 단파장 측에 피크를 가지는 것이 바람직하다. 삼중항 여기 에너지 준위가 높은 재료를 사용한 발광 소자의 휘도는 빨리 열화될 경향이 있다. 파장이 짧은 광을 방출하는 발광층에 TTA를 이용함으로써 휘도의 열화가 적은 발광 소자를 제공할 수 있다.
발광층(120 및 170) 중 적어도 하나는 층들로 분할되고 각 분할된 층은 다른 발광 재료를 포함하여도 좋다. 즉, 발광층(120 및 170) 중 적어도 하나는 2개 이상의 층으로 구성되어도 좋다. 예를 들어, 정공 수송층 측으로부터 제 1 발광층 및 제 2 발광층이 이 순서대로 적층됨으로써 발광층이 형성되는 경우, 제 1 발광층은 정공 수송성을 가지는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성되고 제 2 발광층은 전자 수송성을 가지는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성된다. 이 경우, 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. 3원색 또는 4색 이상으로 형성되는 연색성이 높은 백색 발광은, 다른 색의 광을 방출하는 복수의 발광 재료를 사용함으로써 얻을 수 있다.
<발광층에 사용할 수 있는 재료>
다음으로, 발광층(120) 및 발광층(170)에 사용할 수 있는 재료에 대하여 설명한다.
<<발광층(120)에 사용할 수 있는 재료>>
발광층(120)에서는 호스트 재료(122)가 가장 큰 중량비로 존재하고, 게스트 재료(121)(형광성 화합물)는 호스트 재료(122) 내에 분산된다. 호스트 재료(122)의 S1 준위는 게스트 재료(121)(형광성 화합물)의 S1 준위보다 높은 한편, 호스트 재료(122)의 T1 준위는 게스트 재료(121)(형광성 화합물)의 T1 준위보다 낮은 것이 바람직하다.
발광층(120)에서, 게스트 재료(121)는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 실시형태 3의 게스트 재료(131)의 예로서 설명한 형광성 화합물 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
발광층(120)의 호스트 재료(122)로서 사용할 수 있는 재료에 특별한 한정은 없지만, 다음 재료 중 임의의 재료를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 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), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 및 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체; 2-(4-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), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 및 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11) 등의 헤테로고리 화합물; 및 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), 및 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물이 있다. 또한, 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 및 다이벤조[g,p]크리센 유도체 등의 축합 다환 방향족 화합물을 들 수 있으며, 구체적인 예로서는 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), N,N-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: DPhPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), N,9-다이페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPBA), N,9-다이페닐-N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), 6,12-다이메톡시-5,11-다이페닐크리센, N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 3,6-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: DPCzPA), 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 9,9'-바이안트릴(약칭: BANT), 9,9'-(스틸벤-3,3'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS2), 및 1,3,5-트라이(1-피렌일)벤젠(약칭: TPB3) 등이다. 이들 물질 및 공지의 물질 중에서, 게스트 재료(121)의 에너지 갭보다 넓은 에너지 갭을 가지는 하나 이상의 물질을 선택하는 것이 바람직하다. 또한 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 화합물을 사용할 수 있다.
발광층(120)은 2층 이상이 적층된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 이 순서대로 적층하여 발광층(120)을 형성하는 경우, 제 1 발광층은 정공 수송성을 가지는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성하고 제 2 발광층은 전자 수송성을 가지는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성한다.
발광층(120)에서, 호스트 재료(122)는 1종류의 화합물 또는 복수의 화합물로 구성되어도 좋다. 또는, 발광층(120)은 호스트 재료(122) 및 게스트 재료(121)에 더하여, 다른 재료를 포함하여도 좋다.
<<발광층(170)에 사용할 수 있는 재료>>
발광층(170)에 사용할 수 있는 재료로서, 실시형태 3에서의 발광층에 사용할 수 있는 재료 또는 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 화합물을 사용할 수 있다. 이로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다.
발광층(120 및 170)에 포함되는 발광 재료의 발광색에 한정은 없고, 동일하여도 좋고 달라도 좋다. 발광 재료로부터 방출되는 광은 혼합되고 소자 외부로 추출되므로, 예를 들어 발광색이 보색인 경우, 발광 소자는 백색광을 방출할 수 있다.
또한 발광 유닛(106 및 108) 및 전하 발생층(115)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 코팅법, 또는 그라비어 인쇄 등에 의하여 형성할 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 실시형태 3 및 4에서 설명한 구조와 다른 구조를 가지는 발광 소자의 예에 대하여 도 4의 (A) 및 (B), 도 5의 (A) 및 (B), 도 6의 (A) 내지 (C), 그리고 도 7의 (A) 내지 (C)를 참조하여 아래에서 설명한다.
<발광 소자의 구조예 1>
도 4의 (A) 및 (B)는 각각 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 나타낸 단면도이다. 도 4의 (A) 및 (B)에서, 도 1의 (A)의 부분과 같은 기능을 가지는 부분은 도 1의 (A)에서와 같은 해치 패턴으로 표시하고, 특별히 부호로 표시하지 않는 경우가 있다. 또한, 같은 기능을 가지는 부분에는 공통된 부호를 사용하고, 그 부분에 대한 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 4의 (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 가지는 발광 소자를 사용하여도 좋다.
발광 소자(260a 및 260b)의 각각이 보텀 이미션 구조를 가지는 경우, 전극(101)은 광을 투과시키는 기능을 가지는 것이 바람직하고, 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 또는, 발광 소자(260a 및 260b)의 각각이 톱 이미션 구조를 가지는 경우, 전극(101)은 광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하고, 전극(102)은 광을 투과시키는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
발광 소자(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 가지는 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)은 같은 도전 재료로 도전층(101b) 및 도전층(101c)이 형성되는 구조를 가지는 것이 바람직하고, 이 경우 전극(101)을 형성하기 위한 공정에서 에칭에 의한 패터닝을 쉽게 수행할 수 있다.
발광 소자(260b)에 있어서 전극(101)은 도전층(101b) 및 도전층(101c) 중 하나를 포함하여도 좋다.
전극(101)에 포함되는 도전층(101a, 101b, 및 101c)의 각각에는 실시형태 3에서 설명한 전극(101 또는 102)의 구조 및 재료를 사용할 수 있다.
도 4의 (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 가진다. 격벽(145)은 전극(101)의 단부를 덮고, 상기 전극과 중첩되는 개구를 가진다. 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 영역에서 서로 중첩되어도 좋다. 발광층(123G)과 발광층(123R)은 격벽(145)과 중첩되는 영역에서 서로 중첩되어도 좋다. 발광층(123R)과 발광층(123B)은 격벽(145)과 중첩되는 영역에서 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 실리콘이란, 질소의 비율보다 산소의 비율이 높은 물질을 말한다. 산화 질화 실리콘은 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 실리콘이란, 산소의 비율보다 질소의 비율이 높은 물질을 말한다. 질화 산화 실리콘은 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 가지는 발광성 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발광층(123R)이 적색을 나타내는 기능을 가지는 발광성 재료를 포함하는 경우, 영역(221R)은 적색광을 방출한다. 발광층(123G)이 녹색을 나타내는 기능을 가지는 발광성 재료를 포함하는 경우, 영역(221G)은 녹색광을 방출한다. 발광층(123B)이 청색을 나타내는 기능을 가지는 발광성 재료를 포함하는 경우, 영역(221B)은 청색광을 방출한다. 이러한 구조를 가지는 발광 소자(260a 또는 260b)를 표시 장치의 화소에 사용함으로써, 풀컬러 표시 장치를 제작할 수 있다. 발광층들의 두께는 같아도 좋고 상이하여도 좋다.
발광층(123B), 발광층(123G), 및 발광층(123R) 중 하나 이상이 실시형태 3에서 설명한 발광층(130)의 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다.
발광층(123B, 123G, 및 123R) 중 하나 이상이, 적층된 2개 이상의 층을 포함하여도 좋다.
적어도 하나의 발광층이 실시형태 3에서 설명한 발광층을 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 장치의 소비전력을 저감시킬 수 있다.
광이 추출되는 전극의 광 추출 측에 광학 소자(예를 들어, 컬러 필터, 편광판, 및 반사 방지막)를 제공함으로써, 발광 소자(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 소자(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 3 및 4의 발광 소자의 구성 요소를 참조하여도 좋다.
<발광 소자의 구조예 2>
다음으로 도 4의 (A) 및 (B)에 나타낸 발광 소자와는 다른 구조예에 대하여 도 5의 (A) 및 (B)를 참조하여 아래에서 설명한다.
도 5의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면도이다. 도 5의 (A) 및 (B)에서, 도 4의 (A) 및 (B)의 부분과 같은 기능을 가지는 부분은 도 4의 (A) 및 (B)에서와 같은 해치 패턴으로 표시하고, 특별히 부호로 표시하지 않는 경우가 있다. 또한, 같은 기능을 가지는 부분에는 공통된 부호를 사용하고, 그런 부분에 대한 자세한 설명을 반복하지 않는 경우가 있다.
도 5의 (A) 및 (B)는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 소자의 구조예를 나타낸 것이다. 도 5의 (A)에 나타낸 발광 소자(262a)는 기판(200)과는 반대의 방향으로 광이 추출되는 톱 이미션 구조를 가지고, 도 5의 (B)에 나타낸 발광 소자(262b)는 기판(200) 측으로 광이 추출되는 보텀 이미션 구조를 가진다. 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 소자(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 5의 (A)에 나타낸 발광 소자(262a) 및 도 5의 (B)에 나타낸 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 가진다. 격벽(145)은 전극(101, 103, 및 104)의 단부를 덮고, 상기 전극들과 중첩되는 개구들을 가진다. 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 일어날 가능성이 있다. 인접한 화소로부터의 이러한 잘못된 발광을 방지하기 위하여, 전하 발생층(115)은 한 쌍의 전극보다 도전율이 낮은 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
발광 소자(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 소자(224B, 224G, 및 224R)의 각각은 입사광으로부터 특정의 색의 광을 선택적으로 투과시키는 기능을 가진다. 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 장파장을 가지는 광으로 변환하는 광학 소자이다. 색 변환 소자로서는 퀀텀닷 소자를 적합하게 사용할 수 있다. 퀀텀닷을 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 5의 (A) 및 (B)에서는 광학 소자를 통하여 영역들로부터 방출되는 청색광(B), 녹색광(G), 및 적색광(R)을 파선(破線)의 화살표로 모식적으로 나타내었다.
광학 소자들 사이에는 차광층(223)이 제공된다. 차광층(223)은 인접한 영역들로부터 방출되는 광을 차단하는 기능을 가진다. 또한, 차광층(223)이 없는 구조를 채용하여도 좋다.
차광층(223)은 외광의 반사를 저감하는 기능을 가진다. 차광층(223)은 인접한 발광 소자로부터 방출되는 광이 섞이는 것을 방지하는 기능을 가진다. 차광층(223)으로서는, 금속, 흑색 안료를 포함하는 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 영역에서 서로 중첩되어도 좋다. 또한, 광학 소자(224G)와 광학 소자(224R)는 차광층(223)과 중첩되는 영역에서 서로 중첩되어도 좋다. 또한, 광학 소자(224R)와 광학 소자(224B)는 차광층(223)과 중첩되는 영역에서 서로 중첩되어도 좋다.
기판(200), 그리고 광학 소자가 제공되는 기판(220)에 대해서는 실시형태 3을 참조할 수 있다.
또한, 발광 소자(262a 및 262b)는 마이크로캐비티 구조를 가진다.
<<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 영역으로부터 발광층(170)의 발광 영역까지의 광로 길이 및 전극(102)의 반사 영역으로부터 발광층(170)의 발광 영역까지의 광로 길이를 조정함으로써, 발광층(170)으로부터 방출되는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 전극(101)의 반사 영역으로부터 발광층(190)의 발광 영역까지의 광로 길이 및 전극(102)의 반사 영역으로부터 발광층(190)의 발광 영역까지의 광로 길이를 조정함으로써, 발광층(190)으로부터 방출되는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 복수의 발광층(여기서는 발광층(170 및 190))을 적층하는 발광 소자의 경우, 발광층(170 및 190)의 광로 길이를 최적화하는 것이 바람직하다.
발광 소자(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 하나 또는 전자 주입층(119) 및 전자 수송층(118) 중 적어도 하나의 두께를 영역들간에서 다르게 하여 발광층(170 및 190)으로부터 방출되는 광들 중 원하는 파장의 광을 강화시켜도 좋다.
예를 들어, 전극(101 내지 104)에서 광을 반사하는 기능을 가지는 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 광로 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 광로 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 광로 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 증가시키기 위한 광로 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) 및 발광층(190)으로부터 방출되는 광의 강도를 증가시키기 위한 광로 길이를 도출하여도 좋다.
상술한 식으로, 각 영역에서의 한 쌍의 전극 사이의 광로 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 가지는 것이 바람직하다. 도전층(101b, 103b, 및 104b)의 재료는 같아도 좋고 상이하여도 좋다. 도전층(101b), 도전층(103b), 및 도전층(104b)에 같은 재료를 사용하면, 전극(101), 전극(103), 및 전극(104)의 형성 과정의 에칭에 의한 패터닝을 쉽게 수행할 수 있어 바람직하다. 도전층(101b, 103b, 및 104b)의 각각은 2층 이상의 적층 구조를 가져도 좋다.
도 5의 (A)에 나타낸 발광 소자(262a)는 톱 이미션 구조를 가지기 때문에 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a)은 광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
도 5의 (B)에 나타낸 발광 소자(262b)는 보텀 이미션 구조를 가지기 때문에 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a)은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
발광 소자(262a 및 262b)의 각각에 있어서 도전층(101a, 103a, 및 104a)은 상이한 재료로 형성되어도 좋고, 같은 재료로 형성되어도 좋다. 도전층(101a, 103a, 및 104a)을 같은 재료로 형성하면, 발광 소자(262a 및 262b)의 제작 비용을 저감할 수 있다. 또한, 도전층(101a, 103a, 및 104a)의 각각은 2개 이상의 층을 포함하는 적층 구조를 가져도 좋다.
실시형태 3 및 4에서 설명한 구조들 중 적어도 하나를, 발광 소자(262a 및 262b)에 포함되는 발광층(170 및 190) 중 적어도 하나에 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 발광 소자는 높은 발광 효율을 가질 수 있다.
예를 들어, 발광층(190a 및 190b)과 같이, 발광층(170 및 190) 중 한쪽 또는 양쪽은 2층의 적층 구조를 가져도 좋다. 상이한 색의 광을 방출하는 2종류의 발광성 재료(제 1 화합물 및 제 2 화합물)를 2개의 발광층에 사용함으로써, 복수의 색의 광을 동시에 얻을 수 있다. 발광층(170 및 190)으로부터의 발광을 조합하여 백색광을 얻을 수 있도록, 발광층의 발광성 재료를 선택하는 것이 특히 바람직하다.
발광층(170 및 190) 중 한쪽 또는 양쪽은, 3층 이상으로 이루어지는 적층 구조를 가져도 좋고, 발광성 재료를 포함하지 않는 층을 포함하여도 좋다.
상술한 식으로, 실시형태 3 및 4에서 설명한 구조들 중 적어도 하나를 가지는 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 소비전력을 낮게 할 수 있다.
발광 소자(262a 및 262b)의 다른 구성 요소에 대해서는, 발광 소자(260a 또는 260b), 및 실시형태 3 및 4의 발광 소자의 구성 요소를 참조하여도 좋다.
<발광 소자의 제작 방법>
다음으로 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작 방법에 대하여 도 6의 (A) 내지 (C) 및 도 7의 (A) 내지 (C)를 참조하여 아래에서 설명한다. 여기서는 도 5의 (A)에 나타낸 발광 소자(262a)의 제작 방법에 대하여 설명한다.
도 6의 (A) 내지 (C) 및 도 7의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작 방법을 나타낸 단면도이다.
아래에서 설명하는 발광 소자(262a)의 제작 방법은 제 1 내지 제 7 단계를 포함한다.
<<제 1 단계>>
제 1 단계에서는, 발광 소자의 전극(구체적으로는, 전극(101)의 도전층(101a), 전극(103)의 도전층(103a), 및 전극(104)의 도전층(104a))을 기판(200) 위에 형성한다(도 6의 (A) 참조).
본 실시형태에서는 기판(200) 위에 광을 반사하는 기능을 가지는 도전층을 형성하고 원하는 형상으로 가공함으로써, 도전층(101a, 103a, 및 104a)을 형성한다. 광을 반사하는 기능을 가지는 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 가지는 투명 도전층(101b)을 형성하고, 전극(103)의 도전층(103a) 위에 광을 투과시키는 기능을 가지는 투명 도전층(103b)을 형성하고, 전극(104)의 도전층(104a) 위에 광을 투과시키는 기능을 가지는 투명 도전층(104b)을 형성한다(도 6의 (B) 참조).
본 실시형태에서는, 광을 반사하는 기능을 각각 가지는 도전층들(101a, 103a, 및 104a) 위에 광을 투과시키는 기능을 각각 가지는 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 가지는 도전층(101b, 103b, 및 104b)은 복수의 단계에서 형성하여도 좋다. 광을 투과시키는 기능을 가지는 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 6의 (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, 건식 에칭법 또는 습식 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, 습식 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 7의 (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 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법이다. 정공 수송층(112)은 정공 수송 재료를 증착함으로써 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, 형광성 또는 인광성의 유기 화합물을 사용할 수 있다. 실시형태 3 및 4에서 설명한 발광층의 구조를 채용하는 것이 바람직하다. 발광층(190)은 2층 구조를 가져도 좋다. 이러한 경우, 2개의 발광층은 각각 다른 색의 광을 방출하는 발광성 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 7의 (B) 참조).
정공 주입층(116)은 정공 주입층(111)과 같은 재료 및 방법을 사용함으로써 형성할 수 있다. 정공 수송층(117)은 정공 수송층(112)과 같은 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, 형광성 또는 인광성의 유기 화합물을 사용할 수 있다. 실시형태 3 및 4에서 설명한 발광층의 구조를 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 발광층(170) 및 발광층(190) 중 적어도 하나는 실시형태 3 및 4에서 설명한 발광층의 구조를 가지는 것이 바람직하다. 발광층(170) 및 발광층(190)은 다른 색의 광을 나타내는 발광성 유기 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
전자 수송층(118)은 전자 수송층(113)과 같은 재료 및 방법을 사용함으로써 형성할 수 있다. 전자 주입층(119)은 전자 주입층(114)과 같은 재료 및 방법을 사용함으로써 형성할 수 있다.
전극(102)은 반사성 도전막과 투광성 도전막을 적층함으로써 형성할 수 있다. 전극(102)은 단층 구조 또는 적층 구조를 가져도 좋다.
상술한 공정을 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 7의 (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 실란트(sealant)를 사용하여 밀봉한다(미도시).
상술한 공정을 거쳐 도 5의 (A)에 나타낸 발광 소자(262a)를 형성할 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태는 실시형태 1에서 설명한 화합물을, 유기 반도체 소자의 1종인 종형 트랜지스터(정전 유도 트랜지스터(SIT))의 활성층에 사용하는 형태의 예를 나타낸다.
소자 구조에서는 도 8에 나타낸 바와 같이, 실시형태 1에서 설명한 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격에 2개의 치환기가 결합되고 상기 치환기들 각각이 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 카바졸 골격을 포함하는 구조의 화합물을 포함하는 박막의 활성층(330)이 소스 전극(301)과 드레인 전극(302) 사이에 제공되고, 게이트 전극(303)이 활성층(330)에 매립된다. 게이트 전극(303)은 게이트 전압을 인가하는 수단에 전기적으로 접속되고, 소스 전극(301) 및 드레인 전극(302)은 소스 전극과 드레인 전극 사이의 전압을 제어하는 수단에 전기적으로 접속된다. 또한 소스 전극과 드레인 전극의 기능은 서로 바뀌어도 좋다.
이러한 소자 구조에서, 게이트 전극(303)에 전압을 인가하지 않고 소스 전극과 드레인 전극 사이에 전압이 인가되면 전류가 흐른다(소자가 온 상태가 됨). 그리고, 그 상태에서 게이트 전극(303)에 전압이 인가되면, 게이트 전극(303)의 주변에 공핍층이 형성되어, 전류가 흐르지 않게 된다(소자가 오프 상태가 됨). 이러한 기구에 의하여, 유기 반도체 소자(300)는 트랜지스터로서 동작한다.
종형 트랜지스터에서는, 발광 소자와 같이, 캐리어 수송성과 바람직한 막질의 양쪽을 가지는 재료가 활성층을 위하여 요구된다. 실시형태 1에서 설명한 화합물은 충분히 이들 요구를 충족시키기 때문에 적합하게 사용될 수 있다.
또한 본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 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, 도 17의 (A) 및 (B), 도 18의 (A) 내지 (C), 그리고 도 19를 참조하여 아래에서 설명한다.
<표시 장치의 구조예 1>
도 9의 (A)는 표시 장치(600)를 나타낸 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 소자의 발광을 제어하는 기능을 가진다.
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 나타내었지만, 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 가지는 곡면을 가지도록 형성한다. 예를 들어, 격벽(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴을 사용하는 경우, 격벽(614)의 상단부만이 곡률(곡률 반경 0.2μm 내지 3μm)을 가지는 곡면을 가지는 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), 및 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(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 스핀 코팅법 등의 코팅법, 또는 그라비어 인쇄법 등 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 3 내지 5에서 설명한 구조들 중 임의의 것을 가지는 것이 바람직하다. 화소부가 복수의 발광 소자를 포함하는 경우, 화소부는 실시형태 3 내지 5에서 설명한 발광 소자 중 임의의 것과, 이와 상이한 구조를 가지는 발광 소자의 양쪽 모두를 포함하여도 좋다.
또한, 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, 이 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 5의 광학 소자 및 차광층과 같게 할 수 있다.
실재(605)에는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿을 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.
여기서는, 액적 토출법에 의한 EL층(616)의 형성 방법에 대하여 도 18의 (A) 내지 (D)를 참조하여 설명한다. 도 18의 (A) 내지 (D)는 EL층(616)의 형성 방법을 나타낸 단면도이다.
먼저, 하부 전극(613) 및 격벽(614)이 형성된 소자 기판(610)을 도 18의 (A)에 나타내었다. 그러나 도 9의 (B)에서와 같이, 기판 위의 절연막 위에 하부 전극(613) 및 격벽(614)이 형성되어도 좋다.
다음으로, 격벽(614)의 개구부인, 하부 전극(613)이 노출되어 있는 부분에, 액적 토출 장치(683)로부터 액적(684)을 토출하여, 조성물을 포함하는 층(685)을 형성한다. 액적(684)은 용매를 포함하는 조성물이며, 하부 전극(613)에 부착된다(도 18의 (B) 참조).
또한, 액적(684)의 토출 방법은 감압하에서 행해져도 좋다.
그리고, 조성물을 포함하는 층(685)에서 용매를 제거하고, 그 층을 고체화함으로써 EL층(616)을 형성한다(도 18의 (C) 참조).
용매는 건조 또는 가열에 의하여 제거하여도 좋다.
다음에, EL층(616) 위에 상부 전극(617)을 형성하여, 발광 소자(618)를 형성한다(도 18의 (D) 참조).
상술한 바와 같이 액적 토출법에 의하여 EL층(616)을 형성하면, 조성물을 선택적으로 토출할 수 있고, 이에 따라 재료의 손실을 저감할 수 있다. 또한, 성형을 위한 리소그래피 공정 등이 불필요하기 때문에 공정을 간략화할 수 있고, 저비용화를 실현할 수 있다.
상술한 액적 토출법은 조성물의 토출구를 구비한 노즐을 포함하는 수단, 또는 하나 또는 복수의 노즐을 가지는 헤드 등의 액적 토출 수단의 총칭이다.
다음으로 액적 토출법에 사용하는 액적 토출 장치에 대하여 도 19를 참조하여 설명한다. 도 19는 액적 토출 장치(1400)를 나타낸 개념도이다.
액적 토출 장치(1400)는 액적 토출 수단(1403)을 포함한다. 또한, 액적 토출 수단(1403)은 헤드(1405) 및 헤드(1412)를 구비한다.
헤드(1405 및 1412)는 제어 수단(1407)에 접속되고, 이 제어 수단(1407)이 컴퓨터(1410)로 제어되어, 미리 프로그램된 패턴을 묘화할 수 있다.
묘화는 예를 들어, 기판(1402) 위에 형성되는 마커(1411)에 기초한 타이밍에서 행하여도 좋다. 또는, 기판(1402)의 외단부에 기초하여 기준점을 결정하여도 좋다. 여기서는, 촬상 수단(1404)에 의하여 마커(1411)를 검출하고, 화상 처리 수단(1409)에 의하여 디지털 신호로 변환한다. 그리고, 디지털 신호를 컴퓨터(1410)로 인식한 다음, 제어 신호를 생성하여 제어 수단(1407)으로 전송한다.
촬상 수단(1404)에는 전하 결합 소자(CCD) 또는 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS)를 사용한 이미지 센서 등을 사용할 수 있다. 또한, 기판(1402) 위에 형성될 패턴의 정보는 기억 매체(1408)에 저장되어 있고, 이 정보에 기초하여 제어 신호가 제어 수단(1407)으로 전송됨으로써, 액적 토출 수단(1403)의 헤드(1405) 및 헤드(1412)가 독립적으로 제어될 수 있다. 토출하는 재료는, 재료 공급원(1413) 및 재료 공급원(1414)으로부터 배관을 통하여 헤드(1405) 및 헤드(1412)로 각각 공급된다.
헤드(1405)의 내부는, 점선으로 나타낸 바와 같이 액상의 재료로 충전된 공간(1406) 및 토출구로서 기능하는 노즐이 제공되어 있다. 나타내지 않았지만, 헤드(1412)의 내부 구조는 헤드(1405)와 비슷하다. 헤드(1405 및 1412)의 노즐의 크기가 서로 다르면, 상이한 재료를 상이한 폭으로 동시에 토출할 수 있다. 각 헤드로 복수의 발광성 재료를 토출하여 묘화할 수 있다. 큰 면적을 걸쳐 묘화하는 경우, 스루풋을 향상시키기 위하여, 복수의 노즐로부터 같은 재료를 동시에 토출하여 묘화할 수 있다. 대형 기판을 사용하는 경우, 헤드(1405 및 1412)는 도 19에서 화살표 X, Y, 및 Z로 가리킨 방향으로 기판을 자유로이 주사할 수 있고, 패턴을 묘화하는 영역을 자유로이 설정할 수 있다. 그러므로, 복수의 같은 패턴을 하나의 기판 위에 묘화할 수 있다.
또한, 조성물을 토출하는 단계는 감압하에서 행하여도 좋다. 조성물을 토출할 때에 기판을 가열하여도 좋다. 조성물을 토출한 후, 건조 및 베이킹 중 한쪽 또는 양쪽 모두의 단계를 행한다. 건조와 베이킹의 단계는 둘 다 가열 처리 단계이지만, 목적, 온도, 및 시간이 상이하다. 건조 및 베이킹의 단계의 각각은 상압하 또는 감압하에서 레이저 광의 조사, RTA(rapid thermal annealing), 또는 가열로를 사용한 가열 등에 의하여 행한다. 또한, 이 가열 처리의 타이밍 및 단계 수에 대한 특별한 한정은 없다. 건조 및 베이킹의 단계의 각각을 양호하게 행하기 위한 온도는 기판의 재료 및 조성물의 성질에 의존한다.
상술한 바와 같이, EL층(616)은 액적 토출 장치를 사용하여 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 3 내지 5에서 설명한 발광 소자 및 광학 소자 중 임의의 것을 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, 적색의 광, 녹색의 광, 및 청색의 광이 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 나타낸 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 나타낸 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 가지지만, 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 가지는 표시 장치의 단면도의 예이다. 또한, 도 12의 (A) 및 (B)의 각각은 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이고, 도 10의 (A) 및 (B) 그리고 도 11에 나타낸 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 애노드를 접속하는 접속 전극을 형성하는 단계까지의 공정은, 보텀 이미션 구조를 가지는 표시 장치와 마찬가지로 행한다. 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 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 또는 다른 다양한 재료 중 임의의 것을 사용하여 형성할 수 있다.
여기서는 발광 소자의 하부 전극(1024R, 1024G, 및 1024B)의 각각이 애노드로서 기능하지만, 캐소드로서 기능하여도 좋다. 또한, 도 12의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같은 톱 이미션 구조를 가지는 표시 장치의 경우, 하부 전극(1024R, 1024G, 및 1024B)은 광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. EL층(1028) 위에 상부 전극(1026)이 제공된다. 상부 전극(1026)은 광을 반사하는 기능 및 광을 투과시키는 기능을 가지는 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 나타낸 바와 같은 톱 이미션 구조의 경우, 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 및 청색의 착색층(1034B))이 제공되어 있는 밀봉 기판(1031)을 사용하여 밀봉을 행할 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 3색으로 풀컬러 표시를 구현하여도 좋다. 발광 소자들에 착색층들을 제공하는 도 12의 (A)에 나타낸 구조는, 외광 반사를 억제하는 데 효과적이다. 한편, 발광 소자에 적색의 착색층 및 청색의 착색층을 제공하고 녹색의 착색층이 없는 도 12의 (B)에 나타낸 구조는, 녹색의 발광 소자로부터 방출되는 광의 에너지 손실이 적기 때문에 소비전력을 저감하는 데 효과적이다.
<표시 장치의 구조예 4>
위에서는 3색(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 나타낸 것이다. 도 13의 (A) 및 (B) 그리고 도 14의 각각은 트랜지스터가 형성되어 있는 기판(1001) 측으로부터 광을 추출하는 구조(보텀 이미션 구조)를 가지는 표시 장치를 나타낸 것이고, 도 15의 (A) 및 (B)의 각각은 밀봉 기판(1031) 측으로부터 광을 추출하는 구조(톱 이미션 구조)를 가지는 표시 장치를 나타낸 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 나타낸 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 나타낸 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 나타낸 것이다.
착색층(1034R)은 적색의 광을 투과시키고, 착색층(1034G)은 녹색의 광을 투과시키고, 착색층(1034B)은 청색의 광을 투과시킨다. 착색층(1034Y)은 황색의 광을 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 백색의 광이어도 좋다. 황색 또는 백색의 광을 투과시키는 발광 소자는 발광 효율이 높기 때문에, 착색층(1034Y)을 포함하는 표시 장치는 소비전력이 저감될 수 있다.
도 15의 (A) 및 (B)에 나타낸 톱 이미션 표시 장치에서는, 하부 전극(1024Y)을 포함하는 발광 소자가 도 12의 (A)에 나타낸 표시 장치와 같이, 상부 전극(1026)과 하부 전극(1024Y) 사이에 마이크로캐비티 구조를 가지는 것이 바람직하다. 도 15의 (A)에 나타낸 표시 장치에서는, 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 청색의 착색층(1034B), 및 황색의 착색층(1034Y))이 제공되어 있는 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 행할 수 있다.
마이크로캐비티 및 황색의 착색층(1034Y)을 통하여 방출되는 광은 황색의 영역에 발광 스펙트럼을 가진다. 황색은 시감도가 높은 색이기 때문에, 황색의 광을 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 4색으로 풀컬러 표시를 구현하여도 좋다. 발광 소자들에 착색층들을 제공하는 도 15의 (A)에 나타낸 구조는, 외광 반사를 억제하는 데 효과적이다. 한편, 발광 소자에 적색의 착색층, 녹색의 착색층, 및 청색의 착색층을 제공하고 황색의 착색층이 없는 도 15의 (B)에 나타낸 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 같은 기능을 가지는 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 가지는 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 가지는 경우, 수지와 무기 재료를 적층하는 것이 바람직하다.
<표시 장치의 구조예 6>
본 실시형태의 구조예 1 내지 구조예 4의 표시 장치의 각각은 광학 소자를 포함하는 구조를 가지지만, 본 발명의 일 형태는 반드시 광학 소자를 포함할 필요는 없다.
도 17의 (A) 및 (B)의 각각은 밀봉 기판(1031) 측으로부터 광을 추출하는 구조를 가지는 표시 장치(톱 이미션 표시 장치)를 나타낸 것이다. 도 17의 (A)는 발광층(1028R), 발광층(1028G), 및 발광층(1028B)을 포함하는 표시 장치의 예를 나타낸 것이다. 도 17의 (B)는 발광층(1028R), 발광층(1028G), 발광층(1028B), 및 발광층(1028Y)을 포함하는 표시 장치의 예를 나타낸 것이다.
발광층(1028R)은 적색의 광을 나타내는 기능을 가지고, 발광층(1028G)은 녹색의 광을 나타내는 기능을 가지고, 발광층(1028B)은 청색의 광을 나타내는 기능을 가진다. 발광층(1028Y)은 황색의 광을 나타내는 기능을 가지거나, 또는 청색, 녹색, 및 적색 중에서 선택되는 복수의 색의 광을 나타내는 기능을 가진다. 발광층(1028Y)은 백색의 광을 나타내어도 좋다. 황색 또는 백색의 광을 나타내는 발광 소자는 발광 효율이 높기 때문에 발광층(1028Y)을 포함하는 표시 장치는 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 가지는 경우, 표시 장치 외부에서 물 등의 불순물이 표시 장치 내부에 들어가는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 밀봉층이 다층 구조를 가지는 경우, 수지와 유기 재료를 적층하는 것이 바람직하다.
또한, 밀봉 기판(1031)은 발광 소자를 보호하는 기능을 가진다. 그러므로, 밀봉 기판(1031)에는 플렉시블 기판 또는 필름을 사용할 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 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 20의 (A) 및 (B), 도 21의 (A) 및 (B), 그리고 도 22의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
도 20의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 나타낸 블록도이고, 도 20의 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치의 화소 회로를 나타낸 회로도이다.
<표시 장치에 대한 설명>
도 20의 (A)에 나타낸 표시 장치는, 표시 소자의 화소들을 포함하는 영역(이하, 이 영역을 화소부(802)라고 함), 화소부(802) 외측에 제공되며 화소들을 구동시키기 위한 회로를 포함하는 회로부(이하, 이 부분을 구동 회로부(804)라고 함), 소자를 보호하는 기능을 가지는 회로(이하, 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 있으므로 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(이하, 이러한 회로들을 화소 회로(801)라고 함)를 포함한다. 구동 회로부(804)는, 화소를 선택하기 위하여 신호(주사 신호)를 공급하기 위한 회로(이하, 이 회로를 주사선 구동 회로(804a)라고 함) 및 화소의 표시 소자를 구동시키기 위하여 신호(데이터 신호)를 공급하기 위한 회로(이하, 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(이하, 이러한 배선들을 주사선들(GL_1 내지 GL_X)이라고 함)의 전위를 제어하는 기능을 가진다. 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 가진다. 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(화상 신호)를 받는다. 신호선 구동 회로(804b)는, 화소 회로(801)에 기록될, 화상 신호에 기초한 데이터 신호를 생성하는 기능을 가진다. 또한, 신호선 구동 회로(804b)는, 스타트 펄스 신호 또는 클럭 신호 등의 입력에 의하여 생성되는 펄스 신호에 따라, 데이터 신호의 출력을 제어하는 기능을 가진다. 또한, 신호선 구동 회로(804b)는, 데이터 신호를 공급받는 배선들(이하, 이러한 배선들을 데이터선들(DL_1 내지 DL_Y)이라고 함)의 전위를 제어하는 기능을 가진다. 또는, 신호선 구동 회로(804b)는, 초기화 신호를 공급하는 기능을 가진다. 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, 화상 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) 각각에 있어서의 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 20의 (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 화상 신호를 입력하기 위한 단자를 가지는 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 20의 (A)에 나타낸 바와 같이, 화소부(802) 및 구동 회로부(804)에 보호 회로(806)를 접속함으로써, 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 20의 (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 형성되며 별도로 준비된 기판(예를 들어, 단결정 반도체막 또는 다결정 반도체막으로 형성된 구동 회로 기판)을 실장하여도 좋다.
<화소 회로의 구조예>
도 20의 (A)에서의 복수의 화소 회로(801)의 각각은 예를 들어 도 20의 (B)에 나타낸 구조를 가질 수 있다.
도 20의 (B)에 나타낸 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 가진다.
용량 소자(862)의 한 쌍의 전극 중 한쪽은 전위가 공급되는 배선(이하, 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 애노드 및 캐소드 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 3 내지 5에서 설명한 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 20의 (B)의 화소 회로(801)를 포함하는 표시 장치에서는 예를 들어, 도 20의 (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 전류의 양에 대응하는 휘도로 광을 방출한다. 이 동작을 행마다 순차적으로 행함으로써, 화상이 표시된다.
또는, 화소 회로는 트랜지스터의 문턱 전압 등의 변동을 보정하는 기능을 가질 수 있다. 도 21의 (A) 및 (B) 그리고 도 22의 (A) 및 (B)는 화소 회로의 예를 나타낸 것이다.
도 21의 (A)에 나타낸 화소 회로는 6개의 트랜지스터(트랜지스터(303_1 내지 303_6)), 용량 소자(304), 및 발광 소자(305)를 포함한다. 도 21의 (A)에 나타낸 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 21의 (B)에 나타낸 화소 회로는 도 21의 (A)에 나타낸 화소 회로에 트랜지스터(303_7)를 추가한 구성을 가진다. 도 21의 (B)에 나타낸 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 22의 (A)에 나타낸 화소 회로는 6개의 트랜지스터(트랜지스터(308_1 내지 308_6)), 용량 소자(304), 및 발광 소자(305)를 포함한다. 도 22의 (A)에 나타낸 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 22의 (B)에 나타낸 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 22의 (B)에 나타낸 화소 회로는 배선(311_1 내지 311_3) 및 배선(312_1 및 312_2)에 전기적으로 접속되어 있다. 도 22의 (B)에 나타낸 화소 회로의 구성에 의하여, 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 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 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용될 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 23의 (A) 및 (B), 도 24의 (A) 내지 (C), 도 25의 (A) 및 (B), 도 26의 (A) 및 (B), 그리고 도 27을 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 센서가 포함되는 예에 대하여 설명한다.
도 23의 (A) 및 (B)는 터치 패널(2000)의 사시도이다. 또한, 간략화를 위하여 도 23의 (A) 및 (B)는 터치 패널(2000)의 주된 구성 요소만을 나타내고 있다.
터치 패널(2000)은 표시 장치(2501) 및 터치 센서(2595)를 포함한다(도 23의 (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 가진다. 또한, 기판들(2510, 2570, 및 2590) 중 하나 또는 모두가 가요성을 가지지 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 23의 (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 23의 (B)에 나타낸 터치 센서(2595)는 투영형 정전 용량 터치 센서를 사용한 예이다.
또한, 터치 센서(2595)로서는, 손가락 등 검지 대상의 근접 또는 터치를 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 23의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 사변형의 한 모서리가 다른 사변형의 한 모서리에 연결되어 있는, 복수의 사변형이 하나의 방향으로 배열된 형상을 가진다.
전극들(2591)의 각각은 사변형의 형상을 가지고, 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 24의 (A)를 참조하여 자세히 설명한다. 도 24의 (A)는 도 23의 (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.
이하의 설명에서는, 백색의 광을 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 선 팽창 계수는 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, 우레탄 수지, 또는 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 또는, 실리콘(silicone) 등 실록산 결합을 가지는 수지를 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
기판(2510)과 기판(2570) 사이에는 밀봉층(2560)이 제공된다. 밀봉층(2560)은 대기보다 높은 굴절률을 가지는 것이 바람직하다. 도 24의 (A)에 나타낸 바와 같이, 광이 밀봉층(2560) 측으로 추출되는 경우에는 밀봉층(2560)은 광학 접착층으로도 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 프릿(glass frit)을 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 3 내지 5에서 설명한 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 가지는 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 가진다. 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 격벽(2528)이 제공된다. 또한, 기판(2510)과 기판(2570) 사이의 간격을 제어하는 스페이서를 격벽(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 가진다. 또한, FPC(2509(1))에는 PWB가 제공되어도 좋다.
또한, 표시 장치(2501)에는 다양한 구조 중 임의의 것의 트랜지스터를 사용할 수 있다. 도 24의 (A)는 보텀 게이트 트랜지스터를 사용하는 예를 나타낸 것이지만 본 발명은 이 예에 한정되지 않고, 도 24의 (B)에 나타낸 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 하나 또는 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 24의 (C)를 참조하여 자세히 설명한다. 도 24의 (C)는 도 23의 (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 환원하여 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, 실리콘 등 실록산 결합을 가지는 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 높은 도전성을 가지는 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 25의 (A)를 참조하여 자세하게 설명한다. 도 25의 (A)는 도 23의 (A)의 일점쇄선 X5-X6을 따라 취한 단면도에 상당한다.
도 25의 (A)에 나타낸 터치 패널(2000)에서는, 도 24의 (A)를 참조하여 설명한 표시 장치(2501)와 도 24의 (C)를 참조하여 설명한 터치 센서(2595)가 서로 접합되어 있다.
도 25의 (A)에 나타낸 터치 패널(2000)은 도 24의 (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 가지는 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 25의 (A)에 나타낸 구조와 다른 구조를 가지는 터치 패널에 대하여 도 25의 (B)를 참조하여 설명한다.
도 25의 (B)는 터치 패널(2001)의 단면도이다. 도 25의 (B)에 나타낸 터치 패널(2001)은 표시 장치(2501)에 대한 터치 센서(2595)의 위치가, 도 25의 (A)에 나타낸 터치 패널(2000)과 다르다. 이하에서는 상이한 부분에 대하여 자세히 설명하고, 그 외의 같은 부분에 대해서는 상술한 터치 패널(2000)의 설명을 참조한다.
착색층(2567R)은 발광 소자(2550R)와 중첩되는 영역에 배치된다. 도 25의 (B)에 나타낸 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 25의 (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 25의 (A) 또는 (B)에 나타낸 바와 같이, 광은 발광 소자로부터 기판(2510) 측 및 기판(2570) 측 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 통하여 방출되어도 좋다.
<터치 패널의 구동 방법의 설명>
다음으로, 터치 패널의 구동 방법의 예에 대하여 도 26의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
도 26의 (A)는 상호 용량 터치 센서의 구조를 나타낸 블록도이다. 도 26의 (A)에는 펄스 전압 출력 회로(2601) 및 전류 검지 회로(2602)를 나타내었다. 또한, 도 26의 (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 26의 (A)에는 전극들(2621 및 2622)이 서로 중첩되는 영역에 각각 형성되는 용량 소자(2603)도 나타내었다. 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 26의 (B)는 도 26의 (A)에 나타낸 상호 용량 터치 센서에서의 입출력 파형을 나타낸 타이밍 차트이다. 도 26의 (B)에서는 1프레임 기간에 모든 행렬에서 검지 대상의 검지가 행해진다. 도 26의 (B)는 검지 대상이 검지되지 않는 기간(비(非)터치) 및 검지 대상이 검지되는 기간(터치)을 나타낸 것이다. 도 26의 (B)에서, 검지된 배선(Y1 내지 Y6)의 전류 값은 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 균일하게 변화된다. 검지 대상이 근접 또는 접촉되는 부분에서는 전류 값이 감소되기 때문에 전압 값의 파형이 변화된다.
이러한 식으로 상호 용량의 변화를 검출함으로써 검지 대상의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있다.
<센서 회로의 설명>
도 26의 (A)에는 터치 센서로서 배선들의 교차부에 용량 소자(2603)만을 제공하는 패시브 매트릭스형 터치 센서를 나타내었지만 트랜지스터 및 용량 소자를 포함하는 액티브 매트릭스형 터치 센서를 사용하여도 좋다. 도 27은 액티브 매트릭스형 터치 센서에 포함되는 센서 회로의 예를 나타낸 것이다.
도 27의 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 쪽은 용량 소자(2603)의 한쪽 전극 및 트랜지스터(2611)의 게이트에 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 쪽은 배선(ML)에 전기적으로 접속된다. 용량 소자(2603)의 다른 쪽 전극에는 전압(VSS)이 인가된다.
다음으로, 도 27의 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 등의 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 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조들 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 28, 도 29의 (A) 내지 (G), 도 30의 (A) 내지 (F), 도 31의 (A) 내지 (D), 도 32의 (A) 및 (B), 그리고 도 33의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
<표시 모듈>
도 28의 표시 모듈(8000)에서 FPC(8003)에 접속된 터치 센서(8004), FPC(8005)에 접속된 표시 장치(8006), 프레임(8009), 프린트 기판(8010), 및 배터리(8011)가 상부 커버(8001)와 하부 커버(8002) 사이에 제공되어 있다.
본 발명의 일 형태의 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 저항막 방식 터치 센서 또는 정전 용량 방식 터치 센서일 수 있고, 표시 장치(8006)와 중첩될 수 있다. 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 발생하는 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 가진다. 전원 회로에 전력을 공급하기 위한 전원으로서 외부 상용 전원 또는 별도로 제공된 배터리(8011)를 사용하여도 좋다. 상용 전원을 사용하는 경우에는 배터리(8011)를 생략할 수 있다.
표시 모듈(8000)에 편광판, 위상차판, 또는 프리즘 시트 등의 부재를 추가적으로 제공할 수 있다.
<전자 기기>
도 29의 (A) 내지 (G)는 전자 기기를 나타낸 것이다. 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(硬度), 전계, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 기울기, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정 또는 검지하는 기능을 가지는 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 29의 (A) 내지 (G)에 나타낸 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 이 프로그램 또는 데이터를 표시하는 기능 등의 다양한 기능을 가질 수 있다. 또한 도 29의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기에 제공될 수 있는 기능은 상술한 것에 한정되지 않고, 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 도 29의 (A) 내지 (G)에는 나타내지 않았지만 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 29의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기에 대하여 아래에서 자세히 설명한다.
도 29의 (A)는 휴대 정보 단말기(9100)의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9100)의 표시부(9001)는 가요성이 있다. 그러므로 표시부(9001)는 구부러진 하우징(9000)의 곡면을 따라 포함될 수 있다. 또한 표시부(9001)는 터치 센서를 포함하고, 손가락 또는 스타일러스 등으로 화면을 터치함으로써 조작을 실시할 수 있다. 예를 들어 표시부(9001)에 표시된 아이콘을 터치하여 애플리케이션을 기동할 수 있다.
도 29의 (B)는 휴대 정보 단말기(9101)의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9101)는 예를 들어 전화기, 노트, 및 정보 열람 시스템 중 하나 이상으로서 기능한다. 구체적으로는 휴대 정보 단말기는 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한 도 29의 (B)에 나타내지 않은 스피커(9003), 접속 단자(9006), 및 센서(9007) 등을 도 29의 (A)에 나타낸 휴대 정보 단말기(9100)와 같이 휴대 정보 단말기(9101)에 배치할 수 있다. 휴대 정보 단말기(9101)는 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 전파 등의 수신 신호의 강도를 나타내는 표시 등이 포함된다. 정보(9051)가 표시되는 위치에 정보(9051) 대신에 조작 버튼(9050) 등을 표시하여도 좋다.
하우징(9000)의 재료로서는, 예를 들어 합금, 플라스틱, 또는 세라믹을 사용할 수 있다. 플라스틱으로서는 강화 플라스틱을 사용할 수 있다. 강화 플라스틱의 한 종류인 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)은 경량이며 부식하지 않는다는 이점을 가진다. 강화 플라스틱의 다른 예로서는, 유리 섬유를 사용한 강화 플라스틱 및 아라미드 섬유를 사용한 강화 플라스틱을 들 수 있다. 합금으로서 알루미늄 합금 및 마그네슘 합금을 들 수 있다. 특히 지르코늄, 구리, 니켈, 및 타이타늄을 포함한 비정질 합금(금속 유리라고도 함)이 탄성 강도가 높다. 이 비정질 합금은 실온에서 유리 전이 영역을 가지고, 벌크 응고 비정질 합금이라고도 하고 실질적으로 비정질 원자 구조를 가진다. 응고 주조법(solidification casting method)에 의하여 적어도 일부의 하우징의 주형(鑄型) 내에 합금 재료를 넣어 응고시킴으로써 일부의 하우징을 벌크 응고 비정질 합금으로 형성한다. 비정질 합금은 지르코늄, 구리, 니켈, 및 타이타늄에 더하여 베릴륨, 실리콘, 나이오븀, 붕소, 갈륨, 몰리브데넘, 텅스텐, 망가니즈, 철, 코발트, 이트륨, 바나듐, 인, 또는 탄소 등을 포함하여도 좋다. 비정질 합금은 응고 주조법 대신에 진공 증착법, 스퍼터링법, 전해 도금법, 또는 무전해 도금법 등에 의하여 형성하여도 좋다. 비정질 합금은 전체로서 장거리 질서(주기 구조)를 가지지 않는 상태를 유지하기만 하면 미결정 또는 나노 결정을 포함하여도 좋다. 또한 합금이란 용어는 단일 고체상 구조를 가지는 완전 고용체 합금과, 2개 이상의 상을 가지는 부분 용체의 양쪽을 포함한다. 비정질 합금을 사용한 하우징(9000)은 높은 탄성을 가질 수 있다. 휴대 정보 단말기(9101)가 낙하되고 이 충격으로 일시적으로 변형되더라도 하우징(9000)에 비정질 합금을 사용하면 원래의 형상으로 되돌아가게 되기 때문에 휴대 정보 단말기(9101)의 내충격성을 향상시킬 수 있다.
도 29의 (C)는 휴대 정보 단말기(9102)의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9102)는 표시부(9001)의 3개 이상의 면에 정보를 표시하는 기능을 가진다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 및 정보(9054)가 상이한 면에 표시되어 있다. 예를 들어 휴대 정보 단말기(9102)의 사용자는 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말기(9102)를 넣은 상태로 표시(여기서는 정보(9053))를 볼 수 있다. 구체적으로는 착신한 전화의 발신자의 전화 번호 또는 이름 등을 휴대 정보 단말기(9102) 상방에서 볼 수 있는 위치에 표시한다. 따라서 사용자는 휴대 정보 단말기(9102)를 포켓에서 꺼내지 않아도 표시를 보고 전화를 받을지 여부를 결정할 수 있다.
도 29의 (D)는 손목시계형 휴대 정보 단말기(9200)의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9200)는 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 단말기(9200)는 기존의 통신 표준에 따른 통신 방식인 근거리 무선 통신을 채용할 수 있다. 이 경우 예를 들어 휴대 정보 단말기(9200)와 무선 통신이 가능한 헤드셋 사이의 상호 통신을 실시할 수 있어 핸즈프리 통화가 가능하다. 휴대 정보 단말기(9200)는 접속 단자(9006)를 포함하고, 커넥터를 통하여 다른 정보 단말기에 데이터를 직접 송신하고 다른 정보 단말기로부터 데이터를 직접 수신할 수 있다. 접속 단자(9006)를 통한 충전이 가능하다. 또한 접속 단자(9006)를 사용하지 않고 무선 급전에 의하여 충전 동작을 실시하여도 좋다.
도 29의 (E), (F), 및 (G)는 폴더블 휴대 정보 단말기(9201)의 사시도이다. 도 29의 (E)는 펼쳐진 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 도 29의 (F)는 펼쳐지는 도중 또는 접히는 도중의 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 도 29의 (G)는 접힌 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9201)는 접혔을 때 휴대가 매우 쉽다. 휴대 정보 단말기(9201)는 펼쳐졌을 때 이음매 없는 큰 표시 영역의 일람성이 높다. 휴대 정보 단말기(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 단말기(9201)를 접음으로써 휴대 정보 단말기(9201)를 펼쳐진 상태에서 접힌 상태로 가역적으로 변형할 수 있다. 예를 들어 휴대 정보 단말기(9201)는 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 마운트 디스플레이), 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 및 파친코기 등의 대형 게임기가 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 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 형태의 전자 기기는 안테나를 포함하여도 좋다. 안테나에 의하여 신호가 수신되면 전자 기기는 화상 또는 데이터 등을 표시부에 표시할 수 있다. 전자 기기가 이차 전지를 포함하는 경우에는 안테나를 비접촉 전력 전송에 사용하여도 좋다.
도 30의 (A)는 하우징(7101), 하우징(7102), 표시부(7103 및 7104), 마이크로폰(7105), 스피커(7106), 조작 키(7107), 및 스타일러스(7108) 등을 포함하는 휴대형 게임기를 나타낸 것이다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 표시부(7103 또는 7104)로서 사용하면, 품질이 열화되기 어렵고 사용하기 쉬운 휴대형 게임기를 제공할 수 있다. 도 30의 (A)에 나타낸 휴대형 게임기는 표시부(7103)와 표시부(7104)의 2개의 표시부를 포함하지만 휴대형 게임기에 포함되는 표시부의 수는 2개에 한정되지 않는다.
도 30의 (B)는 하우징(7701), 하우징(7702), 표시부(7703), 조작 키(7704), 렌즈(7705), 및 연결부(7706) 등을 포함하는 비디오 카메라를 나타낸 것이다. 조작 키(7704) 및 렌즈(7705)는 하우징(7701)에 제공되어 있고, 표시부(7703)는 하우징(7702)에 제공되어 있다. 하우징(7701)과 하우징(7702)은 연결부(7706)로 서로 접속되어 있고, 하우징(7701)과 하우징(7702) 사이의 각도는 연결부(7706)에 의하여 변화될 수 있다. 표시부(7703)에 표시되는 영상을 하우징(7701)과 하우징(7702) 사이의 연결부(7706)에서의 각도에 따라 전환하여도 좋다.
도 30의 (C)는 하우징(7121), 표시부(7122), 키보드(7123), 및 포인팅 디바이스(7124) 등을 포함하는 노트북형 퍼스널 컴퓨터를 나타낸 것이다. 또한 표시부(7122)는 소형 또는 중형이지만 화소 밀도가 매우 높고 해상도가 높기 때문에 8k 표시를 실시할 수 있어 매우 선명한 화상을 얻을 수 있다.
도 30의 (D)는 헤드 마운트 디스플레이(7200)의 외관도이다.
헤드 마운트 디스플레이(7200)는 장착부(7201), 렌즈(7202), 본체(7203), 표시부(7204), 및 케이블(7205) 등을 포함한다. 장착부(7201)는 배터리(7206)를 포함한다.
전력은 배터리(7206)로부터 케이블(7205)을 통하여 본체(7203)에 공급된다. 본체(7203)는 화상 데이터 등의 영상 데이터를 수신하기 위하여 무선 수신기 등을 포함하고 그것을 표시부(7204)에 표시한다. 본체(7203)의 카메라에 의하여 사용자의 눈알 및 눈꺼풀의 움직임을 파악하고, 그 파악한 데이터를 사용하여 사용자의 시점의 좌표를 산출함으로써 사용자의 시점을 입력 수단으로서 이용한다.
장착부(7201)는 사용자와 접촉하는 복수의 전극을 포함하여도 좋다. 본체(7203)는 사용자의 눈알의 움직임에 따라 전극을 흐르는 전류를 검지하여 사용자의 눈의 방향을 인식하여도 좋다. 본체(7203)는 상기 전극을 흐르는 전류를 검지하여 사용자의 맥박을 모니터링하여도 좋다. 장착부(7201)는 사용자의 생체 정보를 표시부(7204)에 표시할 수 있도록 온도 센서, 압력 센서, 또는 가속도 센서 등의 센서를 포함하여도 좋다. 본체(7203)는 사용자의 머리의 움직임 등을 검지하여 사용자의 머리의 움직임 등과 동기시켜 표시부(7204)에 표시하는 영상을 움직여도 좋다.
도 30의 (E)는 카메라(7300)의 외관도이다. 카메라(7300)는 하우징(7301), 표시부(7302), 조작 버튼(7303), 셔터 버튼(7304), 및 접속부(7305) 등을 포함한다. 카메라(7300)에는 렌즈(7306)를 장착할 수 있다.
접속부(7305)는 아래에서 설명하는 파인더(7400) 또는 스트로보 장치 등과 접속되는 전극을 포함한다.
여기서는 카메라(7300)의 렌즈(7306)는 교환을 위하여 하우징(7301)으로부터 떼어 낼 수 있지만 렌즈(7306)는 하우징(7301)에 포함되어 있어도 좋다.
셔터 버튼(7304)을 터치하여 화상을 찍을 수 있다. 또한 터치 센서를 포함하는 표시부(7302)를 조작함으로써 화상을 찍을 수 있다.
표시부(7302)에는 본 발명의 일 형태의 표시 장치 또는 터치 센서를 사용할 수 있다.
도 30의 (F)는 파인더(7400)가 접속된 카메라(7300)를 나타낸 것이다.
파인더(7400)는 하우징(7401), 표시부(7402), 및 버튼(7403)을 포함한다.
하우징(7401)은 카메라(7300)의 접속부(7305)와 연결되는 접속부를 포함하기 때문에 파인더(7400)를 카메라(7300)에 접속할 수 있다. 접속부는 전극을 포함하고 이 전극을 통하여 카메라(7300)로부터 수신한 화상 등을 표시부(7402)에 표시할 수 있다.
버튼(7403)은 전원 버튼으로서 기능한다. 버튼(7403)에 의하여 표시부(7402)의 표시의 온 또는 오프를 전환할 수 있다.
도 30의 (E) 및 (F)에서 카메라(7300)와 파인더(7400)는 분리되어 있고 떼어낼 수 있는 전자 기기이지만 카메라(7300)의 하우징(7301)은 본 발명의 일 형태의 표시 장치, 또는 터치 센서를 가지는 파인더를 포함하여도 좋다.
도 31의 (A) 내지 (E)는 헤드 마운트 디스플레이(7500 및 7510)의 외관을 나타낸 것이다.
헤드 마운트 디스플레이(7500)는 하우징(7501), 2개의 표시부(7502), 조작 버튼(7503), 및 밴드 등의 고정구(7504)를 포함한다.
헤드 마운트 디스플레이(7500)는 상술한 헤드 마운트 디스플레이(7200)의 기능을 가지고, 2개의 표시부를 더 포함한다.
2개의 표시부(7502)에 의하여, 사용자는 한쪽 눈으로 하나의 표시부를, 다른 쪽 눈으로 다른 하나의 표시부를 볼 수 있다. 이로써, 시차(視差)를 사용한 3차원 표시 등을 수행할 때도 고행상도의 화상을 표시할 수 있다. 표시부(7502)는 사용자의 눈을 대략 중심으로 하여 원호를 따라 만곡된다. 따라서, 사용자의 눈과 표시부의 표시면 사이의 거리가 일정하게 되므로 사용자는 더 자연스러운 화상을 볼 수 있다. 표시부로부터의 광의 휘도 또는 색도가 사용자가 시청하는 각도에 따라 변화되는 경우에도, 사용자의 눈이 표시부의 표시면의 법선 방향으로 위치하기 때문에, 그 변화의 영향을 실질적으로 무시할 수 있어, 더 현실적인 화상을 표시할 수 있다.
조작 버튼(7503)은 전원 버튼 등으로서 기능한다. 조작 버튼(7503) 이외의 버튼이 포함되어도 좋다.
헤드 마운트 디스플레이(7510)는 하우징(7501), 표시부(7502), 밴드 등의 고정구(7504), 및 한 쌍의 렌즈(7505)를 포함한다.
사용자는 렌즈(7505)를 통하여 표시부(7502)의 표시를 볼 수 있다. 표시부(7502)는 만곡되는 것이 바람직하다. 표시부(7502)가 만곡되면 사용자는 화상의 높은 현실감을 느낄 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치를 표시부(7502)에 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 고행상도를 가질 수 있기 때문에, 도 31의 (E)에 나타낸 바와 같이 렌즈(7505)를 사용하여 화상이 확대되어도, 사용자에게 화소가 시인되지 않아, 더 현실적인 화상을 표시할 수 있다.
도 32의 (A)는 텔레비전 장치의 예를 나타낸 것이다. 텔레비전 장치(9300)에서 하우징(9000)에 표시부(9001)가 포함되어 있다. 여기서는 하우징(9000)이 스탠드(9301)에 의하여 지지되어 있다.
도 32의 (A)에 나타낸 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 실시할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기 또는 조명 장치는 가요성을 가지기 때문에 집 또는 빌딩의 내벽/외벽의 곡면 또는 자동차의 내장/외장의 곡면을 따라 제공될 수 있다.
도 32의 (B)는 자동차(9700)의 외관도이다. 도 32의 (C)는 자동차(9700)의 운전석을 나타낸 것이다. 자동차(9700)는 차체(9701), 차륜(9702), 대시보드(9703), 및 라이트(9704) 등을 포함한다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치 또는 발광 장치 등은 자동차(9700)의 표시부 등에 사용될 수 있다. 예를 들어 도 32의 (C)에 나타낸 표시부(9710 내지 9715)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치 또는 발광 장치 등을 사용할 수 있다.
표시부(9710) 및 표시부(9711) 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 시야를 가리지 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 가지는 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 시야를 보완할 수 있다. 표시부(9713)는 대시보드에 제공된 표시 장치이다. 예를 들어 차체에 제공된 촬상 수단에 의하여 취득된 화상을 표시부(9713)에 표시함으로써 대시보드에 가려진 시야를 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 또한 편하게 안전을 확인할 수 있다.
도 32의 (D)는 운전석과 조수석에 벤치 시트를 사용한 자동차 내부를 나타낸 것이다. 표시부(9721)는 도어 부분에 제공된 표시 장치이다. 예를 들어 차체에 제공된 촬상 수단에 의하여 취득한 화상을 표시부(9721)에 표시함으로써 도어에 가려진 시야를 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 제공하고 이 표시 장치의 발열을 열원으로서 사용함으로써 이 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.
도 33의 (A) 및 (B)에 나타낸 표시 장치(9500)는 복수의 표시 패널(9501), 힌지(9511), 및 베어링(9512)을 포함한다. 복수의 표시 패널(9501) 각각은 표시 영역(9502) 및 광 투과 영역(9503)을 포함한다.
복수의 표시 패널(9501) 각각은 가요성을 가진다. 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 가지는 표시 장치를 얻을 수 있다. 이 표시 장치는 용도에 따라 표시 패널(9501)을 말 수 있기 때문에 범용성이 높다.
또한 도 33의 (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 실시형태에서 설명한 전자 기기는 각각 어떤 종류의 데이터를 표시하기 위한 표시부를 포함한다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 표시부를 가지지 않는 전자 기기에 사용될 수도 있다. 본 실시형태에서 설명한 전자 기기의 표시부가 가요성을 가지고 구부러진 표시면에 표시를 실시할 수 있는 구조, 또는 전자 기기의 표시부가 폴더블인 구조를 예시하였지만, 구조는 이에 한정되지 않고 전자 기기의 표시부가 가요성을 가지지 않고 평면부에 표시를 실시하는 구조를 채용하여도 좋다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시형태 11)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 포함하는 발광 장치에 대하여 도 34의 (A) 내지 (C) 및 도 35의 (A) 내지 (D)를 참조하여 설명한다.
도 34의 (A)는 본 실시형태에 나타낸 발광 장치(3000)의 사시도이고, 도 34의 (B)는 도 34의 (A)의 일점쇄선 E-F를 따른 단면도이다. 또한 도 34의 (A)에서는 도면의 복잡함을 피하기 위하여 구성 요소의 일부를 파선으로 나타내었다.
도 34의 (A) 및 (B)에 나타낸 발광 장치(3000)는 기판(3001), 기판(3001) 위의 발광 소자(3005), 발광 소자(3005)의 주위에 제공된 제 1 밀봉 영역(3007), 및 제 1 밀봉 영역(3007)의 주위에 제공된 제 2 밀봉 영역(3009)을 포함한다.
광은 발광 소자(3005)로부터 기판(3001) 및 기판(3003) 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 통하여 방출된다. 도 34의 (A) 및 (B)에는 발광 소자(3005)로부터 광이 아래쪽(기판(3001) 측)으로 방출되는 구조를 나타내었다.
도 34의 (A) 및 (B)에 나타낸 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 가진다. 이중 밀봉 구조에 의하여, 외부로부터 발광 소자(3005)에 불순물(예를 들어 물 및 산소 등)이 들어가는 것을 적합하게 억제할 수 있다. 또한 제 1 밀봉 영역(3007)과 제 2 밀봉 영역(3009)의 양쪽 모두를 반드시 제공할 필요는 없다. 예를 들어 제 1 밀봉 영역(3007)만을 제공하여도 좋다.
또한 도 34의 (B)에서 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)은 각각 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 모두는 기판(3001)에 제공된 절연막 또는 도전막과 접촉하여 제공되어도 좋다. 또는 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009) 중 한쪽 또는 양쪽 모두는 기판(3003)에 제공된 절연막 또는 도전막과 접촉하여 제공되어도 좋다.
기판(3001) 및 기판(3003)은 각각 상술한 실시형태에서 설명한 기판(200) 및 기판(220)과 같은 구조를 가질 수 있다. 발광 소자(3005)는 상술한 실시형태에서 설명한 발광 소자 중 어느 것과 같은 구조를 가질 수 있다.
제 1 밀봉 영역(3007)에는 유리를 포함한 재료(예를 들어 유리 프릿 및 유리 리본 등)를 사용할 수 있다. 제 2 밀봉 영역(3009)에는 수지를 포함한 재료를 사용할 수 있다. 제 1 밀봉 영역(3007)에 유리를 포함한 재료를 사용함으로써 생산성 및 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 또한 제 2 밀봉 영역(3009)에 수지를 포함한 재료를 사용함으로써 내충격성 및 내열성을 향상시킬 수 있다. 다만 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)에 사용되는 재료는 이러한 것에 한정되지 않고, 수지를 포함한 재료를 사용하여 제 1 밀봉 영역(3007)을 형성하고, 유리를 포함한 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 실시한다. 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 재료로서는 예를 들어 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아마이드(예를 들어 나일론, 아라미드), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 또는 아크릴 수지, 폴리우레탄, 또는 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 또는 실리콘 등의 실록산 결합을 가지는 수지를 포함한 재료를 사용할 수 있다.
또한 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009) 중 한쪽 또는 양쪽 모두에 유리를 포함한 재료를 사용하는 경우, 유리를 포함하는 상기 재료는 기판(3001)과 가까운 열 팽창 계수를 가지는 것이 바람직하다. 상술한 구조에 의하여, 열응력으로 인하여 유리를 포함한 재료 또는 기판(3001)에 크랙이 생기는 것을 억제할 수 있다.
예를 들어 제 1 밀봉 영역(3007)에 유리를 포함한 재료를 사용하고 제 2 밀봉 영역(3009)에 수지를 포함한 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 등으로 인한 변형이 커진다. 그러므로 더 큰 변형이 생기는 발광 장치(3000)의 외주부 즉 제 2 밀봉 영역(3009)에서 수지를 포함한 재료를 사용하여 발광 장치(3000)를 밀봉하고, 제 2 밀봉 영역(3009)보다 내측에 제공되는 제 1 밀봉 영역(3007)에서 유리를 포함한 재료를 사용하여 발광 장치(3000)를 밀봉함으로써, 외력 등으로 인한 변형이 생겨도 발광 장치(3000)가 손상되기 어려워진다.
또한 도 34의 (B)에 나타낸 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 적합하다.
도 34의 (C)는 도 34의 (B)의 구조의 변형예를 나타낸 것이다. 도 34의 (C)는 발광 장치(3000)의 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 34의 (C)는 기판(3003)의 일부에 제공된 오목부에 건조제(3018)를 제공하는 구조를 나타낸 것이다. 그 외의 구성 요소는 도 34의 (B)에 나타낸 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 34의 (B)에 나타낸 발광 장치(3000)의 변형예에 대하여 도 35의 (A) 내지 (D)를 참조하여 설명한다. 또한 도 35의 (A) 내지 (D)는 도 34의 (B)에 나타낸 발광 장치(3000)의 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 35의 (A) 내지 (D)에 나타낸 발광 장치 각각에서는 제 2 밀봉 영역(3009)이 제공되지 않고, 제 1 밀봉 영역(3007)만이 제공되어 있다. 또한 도 35의 (A) 내지 (D)에 나타낸 발광 장치 각각에서는 도 34의 (B)에 나타낸 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 등의 실록산 결합을 가지는 수지를 포함한 재료를 사용할 수 있다.
영역(3014)에 상술한 재료를 사용하면 소위 고체 밀봉의 발광 장치를 얻을 수 있다.
도 35의 (B)에 나타낸 발광 장치에서는 도 35의 (A)에 나타낸 발광 장치의 기판(3001) 측에 기판(3015)이 제공되어 있다.
도 35의 (B)에 나타낸 바와 같이 기판(3015)은 요철을 가진다. 요철을 가지는 기판(3015)을 발광 소자(3005)로부터 방출되는 광이 추출되는 측에 제공하는 구조에 의하여, 발광 소자(3005)로부터의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 도 35의 (B)에 나타낸 요철을 가지는 구조 대신에 확산판으로서의 기능을 가지는 기판을 제공하여도 좋다.
도 35의 (C)에 나타낸 발광 장치에서는 광이 기판(3001) 측을 통하여 추출되는 도 35의 (A)에 나타낸 발광 장치와 달리 광이 기판(3003) 측을 통하여 추출된다.
도 35의 (C)에 나타낸 발광 장치는 기판(3003) 측에 기판(3015)을 포함한다. 그 외의 구성 요소는 도 35의 (B)에 나타낸 발광 장치와 같다.
도 35의 (D)에 나타낸 발광 장치에서는 도 35의 (C)에 나타낸 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 35의 (D)에 나타낸 구조에 의하여 발광 소자(3005)로부터의 광 추출 효율을 더 향상시킬 수 있다.
그러므로 본 실시형태에서 설명한 구조를 사용함으로써 수분 및 산소 등의 불순물로 인한 발광 소자의 열화가 억제된 발광 장치를 제공할 수 있다. 또는 본 실시형태에서 설명한 구조에 의하여 광 추출 효율이 높은 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한 본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 12)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 다양한 조명 장치 및 전자 기기에 사용한 예에 대하여 도 36의 (A) 내지 (C) 및 도 37을 참조하여 설명한다.
가요성을 가지는 기판 위에 제작된 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 사용함으로써 곡면을 가지는 발광 영역을 가지는 전자 기기 또는 조명 장치를 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태를 적용한 발광 장치는 자동차의 조명에도 사용될 수 있고, 그 예에는 대시보드, 앞유리, 및 천장 등의 조명이 있다.
도 36의 (A)는 다기능 단말기(3500)의 하나의 면을 나타낸 사시도이고, 도 36의 (B)는 다기능 단말기(3500)의 다른 하나의 면을 나타낸 사시도이다. 다기능 단말기(3500)의 하우징(3502)에는 표시부(3504), 카메라(3506), 및 조명(3508) 등이 포함되어 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)을 점등 또는 점멸시켜 카메라(3506)에 의하여 촬상을 실시할 수 있다. 조명(3508)은 면 광원으로서 기능하기 때문에 자연광 하에서 찍은 듯한 사진을 찍을 수 있다.
또한 도 36의 (A) 및 (B)에 나타낸 다기능 단말기(3500)는 도 29의 (A) 내지 (G)에 나타낸 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 가지는 센서), 및 마이크로폰 등을 포함할 수 있다. 자이로스코프 또는 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 포함하는 검출 장치를 다기능 단말기(3500) 내부에 제공하면, 다기능 단말기(3500)의 방향(다기능 단말기가 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 때 장문 또는 지문 등의 화상을 찍음으로써 개인 인증을 실시할 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 36의 (C)는 보안등(3600)의 사시도이다. 보안등(3600)은 하우징(3602) 외측에 조명(3608)을 포함하고 하우징(3602)에는 스피커(3610) 등이 내장되어 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 조명(3608)에 사용할 수 있다.
보안등(3600)은 예를 들어 조명(3608)을 잡거나 쥐었을 때 광을 방출한다. 하우징(3602)에는 보안등(3600)으로부터의 발광 방식을 제어할 수 있는 전자 회로를 제공하여도 좋다. 전자 회로는 1회 또는 간헐적으로 여러 번의 발광을 가능하게 하는 회로이어도 좋고, 발광의 전류 값을 제어함으로써 발광량을 조정할 수 있는 회로이어도 좋다. 조명(3608)으로부터의 발광과 동시에 스피커(3610)로부터 대음량의 음향 경보가 출력되도록 하는 회로가 내장되어도 좋다.
보안등(3600)은 다양한 방향으로 광을 방출할 수 있기 때문에 광 또는 광과 소리로 폭한(thug) 등에게 겁을 줄 수 있다. 또한 보안등(3600)은 디지털 스틸 카메라 등의 카메라를 포함하여 사진 촬영 기능을 가져도 좋다.
도 37은 상기 발광 소자를 실내 조명 장치(8501)에 사용한 예를 나타낸 것이다. 상기 발광 소자는 보다 대면적으로 할 수 있기 때문에 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 또한 곡면을 가지는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 가지는 조명 장치(8502)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에서 설명한 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 가지는 조명 장치(8504)를 얻을 수 있다. 발광 소자를 다른 가구의 일부로서 사용하면 그 가구로서의 기능을 가지는 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 실시형태에서 설명한 조명 장치 및 전자 기기에 한정되지 않고 다양한 분야의 전자 기기에 사용될 수 있다.
또한 본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시예 1)
실시예 1에서는, 실시형태 1에서 설명한 벤조퓨로피리미딘 화합물인 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm)(구조식(100))의 합성 방법에 대하여 설명한다.
<합성예 1>
<<단계 1: 8-클로로-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘의 합성>>
먼저, 환류관이 설치된 3구 플라스크 내에 1.0g의 4,8-다이클로로[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘, 2.6g의 3-(다이베조싸이오펜-4-일)페닐보론산, 1.2g의 탄산 포타슘, 42mL의 톨루엔, 4mL의 에탄올, 및 4mL의 물을 넣었다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하고, 0.29g의 비스(트라이페닐포스핀)팔라듐(II)다이클로라이드(약칭: Pd(PPh3)2Cl2)를 첨가하고, 이 혼합물을 질소 기류하, 80℃에서 8시간 동안 가열하였다. 얻어진 반응 혼합물을 여과하고 물, 그 후에 에탄올로 세정함으로써, 1.9g의 목적 물질(회색 고체)을 수율 96%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 식(A-1)에 나타낸다.
[화학식 33]
Figure pct00037
단계 1에서 얻은 회색 고체의 핵자기 공명(1H-NMR) 분광법에 의한 분석 결과를 아래에 나타낸다. 이 결과는 8-클로로-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘이 얻어진 것을 나타낸다.
1H-NMR. δ (TCE-d2): 7.48-7.52 (m, 2H), 7.63-7.71 (m, 4H), 7.77-7.80 (t, 1H), 7.85 (d, 1H), 7.96 (d, 1H), 8.22-8.23 (m, 2H), 8.28 (s, 1H), 8.65 (d, 1H), 8.96 (s, 1H), 9.29 (s, 1H).
<<단계 2: 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm)의 합성>>
다음으로 플라스크 내에, 단계 1에서 합성한 8-클로로-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 1.7g, 1.1g의 3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐보론산, 1.6g의 인산 포타슘, 및 60mL의 다이에틸렌글라이콜다이메틸에터(약칭: diglyme)를 넣었다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하고, 90mg의 팔라듐 아세테이트 및 0.29g의 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀을 첨가하고, 이 혼합물을 질소 기류하, 160℃에서 12시간 동안 가열하였다. 얻어진 반응 혼합물을 여과하고 물, 그 후에 에탄올로 세정하였다. 얻어진 잔류물을 셀라이트, 산화 알루미늄, 및 셀라이트가 이 순서대로 채워진 여과 조제를 통하여 여과하였다. 얻어진 용액을 재결정함으로써, 1.2g의 4,8mDBtP2Bfpm(노르스름한 백색 고체)을 수율 47%로 얻었다. 다음으로, 1.2g의 노르스름한 백색 고체를 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 승화에 의한 정제에서는, 이 고체를 2.6Pa의 압력하, 5mL/min의 아르곤 가스 유량으로 330℃에서 가열하였다. 승화에 의한 정제 후, 목적 물질인 0.8g의 노르스름한 백색 고체를 회수율 67%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 식(A-2)에 나타낸다.
[화학식 34]
Figure pct00038
단계 2에서 얻은 노르스름한 백색 고체의 핵자기 공명(1H-NMR) 분광법에 의한 분석 결과를 아래에 나타낸다. 도 38은 1H-NMR 차트이다. 이 결과는 4,8mDBtP2Bfpm이 얻어진 것을 나타낸다.
1H-NMR. δ (TCE-d2): 7.48-7.52 (t, 4H), 7.60 (s, 1H), 7.61 (d, 1H), 7.65-7.69 (m, 3H), 7.79-7.83 (m, 3H), 7.86-7.89 (m, 3H), 8.00 (d, 1H), 8.07 (s, 1H), 8.10 (d, 1H), 8.19-8.24 (m, 4H), 8.69-8.72 (t, 2H), 9.02 (s, 1H), 9.32 (s, 1H).
<4,8mDBtP2Bfpm의 특성>
다음으로, 톨루엔 용액 내의 4,8mDBtP2Bfpm의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도 39에 나타내었다.
흡수 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)를 사용하여 측정하였다. 석영 셀 내에 4,8mDBtP2Bfpm의 톨루엔 용액을 넣고, 톨루엔 용액 내의 4,8mDBtP2Bfpm의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 이 흡수 스펙트럼으로부터, 석영 셀을 사용하여 측정한 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼을 빼고, 얻어진 값을 도면에 나타내었다. 발광 스펙트럼은 PL-EL 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)를 사용하여 측정하였다. 톨루엔 용액 내의 4,8mDBtP2Bfpm의 발광 스펙트럼은 석영 셀에 넣은 4,8mDBtP2Bfpm의 톨루엔 용액을 사용하여 측정하였다.
톨루엔 용액 내의 4,8mDBtP2Bfpm의 최대 흡수 파장은 333nm, 317nm, 및 283nm 부근이고, 최대 발광 파장은 389nm(325nm의 여기 파장) 부근이었다.
4,8mDBtP2Bfpm의 박막의 이온화 퍼텐셜 값을 대기 중에서 광전자 분광기(AC-3, Riken Keiki, Co., Ltd. 제조)를 사용하여 측정하였다. 얻어진 이온화 퍼텐셜 값을 음의 값으로 환산한 결과, 4,8mDBtP2Bfpm의 HOMO 준위는 -6.32eV이었다. 상기 박막의 흡수 스펙트럼의 데이터로부터, 직접 전이라는 가정 하에 Tauc 플롯으로부터 얻어진 4,8mDBtP2Bfpm의 흡수단은 3.43eV이었다. 따라서 고체 상태의 4,8mDBtP2Bfpm의 광학적 에너지 갭은 3.43eV로 추정되고, 상기에서 얻어진 HOMO 준위 및 이 에너지 갭의 값으로부터, 4,8mDBtP2Bfpm의 LUMO 준위를 -2.89eV로 추정할 수 있다. 이것은 고체 상태의 4,8mDBtP2Bfpm이 3.43eV의 넓은 에너지 갭을 가지는 것을 나타낸다.
다음으로, 4,8mDBtP2Bfpm의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정하였다. 또한 측정에는 전기 화학 분석기(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc. 제조)를 사용하고, 각 화합물을 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF)에 용해시켜 얻어진 용액에 대하여 측정을 실시하였다. 측정에서는 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시켜 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한 각 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 -4.94eV로 추산된 참조 전극의 산화 환원 전위 및 얻어진 피크 전위로부터 산출하였다.
CV 측정 결과는 4,8mDBtP2Bfpm의 산화 전위가 1.24V이고, 환원 전위가 -1.92V인 것을 나타낸다. 또한 CV 측정 결과로부터 산출된 4,8mDBtP2Bfpm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -6.18eV 및 -3.02eV이었다. 이 결과는 4,8mDBtP2Bfpm이 낮은 LUMO 준위와 낮은 HOMO 준위를 가지는 것을 나타낸다.
다음으로, S1 및 T1 준위를 산출하기 위하여 4,8mDBtP2Bfpm의 발광 스펙트럼을 낮은 온도에서 측정하였다. 도 40은 4,8mDBtP2Bfpm의 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다.
상기 발광 스펙트럼은 PL 현미경 LabRAM HR-PL(HORIBA, Ltd. 제조), 여기광으로서 He-Cd 레이저(325nm), 및 CCD 검출기를 사용하여 측정 온도 10K에서 측정하였다. 측정을 위하여 시료로서 석영 기판 위에 두께 50nm로 박막을 형성하고, 질소 분위기에서 그 퇴적 표면에 다른 석영 기판을 접착하였다.
상기 발광 스펙트럼의 측정에서 통상의 발광 스펙트럼의 측정에 더하여 수명이 긴 발광에 초점을 맞춘 시간 분해 발광 스펙트럼의 측정도 실시하였다. 이 발광 스펙트럼의 측정에서는 측정 온도를 저온(10K)으로 설정하였기 때문에, 통상의 발광 스펙트럼의 측정에서는 주된 발광 성분인 형광에 더하여 인광이 관찰되었다. 또한 수명이 긴 발광에 초점을 맞춘 시간 분해 발광 스펙트럼의 측정에서는 주로 인광이 관찰되었다.
발광 스펙트럼의 측정 결과는 4,8mDBtP2Bfpm의 발광 스펙트럼에서 형광 성분 및 인광 성분의 가장 짧은 파장 측에서의 피크(숄더를 포함함)가 각각 410nm 및 475nm이었다는 것을 나타낸다.
따라서 상기 피크(숄더를 포함함)의 파장으로부터 산출한 4,8mDBtP2Bfpm의 S1 준위 및 T1 준위는 각각 3.02eV 및 2.61eV이었다.
(실시예 2)
실시예 2에서는, 실시형태 1에서 설명한 벤조퓨로피리미딘 화합물인 4,8-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mCzP2Bfpm)(구조식(101))의 합성 방법에 대하여 설명한다.
<합성예 2>
<<단계 1: 4,8-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mCzP2Bfpm)의 합성>>
먼저, 플라스크 내에 1.3g의 4,8-다이클로로[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘, 4.0g의 3-(9H-카바졸-9-일)페닐보론산, 8.9g의 인산 포타슘, 60mL의 다이에틸렌글라이콜다이메틸에터(약칭: diglyme), 및 3.0g의 t-뷰탄올을 넣었다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하고, 29mg의 팔라듐 아세테이트 및 91mg의 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀을 첨가하고, 이 혼합물을 질소 기류하, 100℃에서 14시간 동안 가열하였다. 얻어진 반응 혼합물에 물을 첨가하고, 톨루엔을 사용하여 유기층을 추출하고, 이 유기층을 포화식염수로 세정하였다. 이 유기층에 황산 마그네슘을 첨가하고 이 혼합물을 여과하였다. 얻어진 여과액의 용매를 증류하여 제거하고, 톨루엔을 전개 용매로서 사용한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 얻어진 용액을 톨루엔 및 에탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 3.0g의 4,8mCzP2Bfpm(노르스름한 백색 고체)을 수율 72%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 식(B-1)에 나타낸다.
[화학식 35]
Figure pct00039
단계 1에서 얻은 노르스름한 백색 고체의 핵자기 공명(1H-NMR) 분광법에 의한 분석 결과를 아래에 나타낸다. 이 결과는 4,8mCzP2Bfpm이 얻어진 것을 나타낸다.
1H-NMR. δ (TCE-d2): 7.24-7.30 (m, 4H), 7.37-7.46 (m, 6H), 7.50 (d, 2H), 7.54 (d, 1H), 7.67-7.70 (t, 1H), 7.75 (d, 3H), 7.81-7.84 (t, 2H), 7.94 (d, 1H), 8.09-8.13 (m, 4H), 8.55 (s, 1H), 8.65 (d, 1H), 8.79 (s, 1H), 9.24 (s, 1H).
(실시예 3)
실시예 3에서는 본 발명의 일 형태의 화합물을 각각 포함하는 발광 소자의 제작예 및 이 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 도 41은 본 실시예에서 제작한 발광 소자 각각의 모식 단면도이고, 표 2는 소자 구조의 자세한 사항을 나타낸 것이다. 또한 여기서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 나타내었다. 또한 다른 화합물에 대해서는 상술한 실시예를 참조할 수 있다.
[화학식 36]
Figure pct00040
[표 2]
Figure pct00041
<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 몰리브데넘을 DBT3P-II:산화 몰리브데넘=1:0.5의 중량비로 공증착에 의하여 두께 60nm가 되도록 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, 4,8mDBtP2Bfpm, PCCP, 및 트리스(2-페닐피리미디네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3)을 4,8mDBtP2Bfpm:PCCP:Ir(ppy)3=0.5:0.5:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시키고, 이어서 4,8mDBtP2Bfpm, PCCP, 및 Ir(ppy)3을 4,8mDBtP2Bfpm:PCCP:Ir(ppy)3=0.8:0.2:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서, 4,8mDBtP2Bfpm 및 PCCP는 호스트 재료이고 Ir(ppy)3은 게스트 재료이다. 또한 4,8mDBtP2Bfpm은 싸이오펜 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물이다.
다음으로, 발광층(160) 위의 전자 수송층(118)으로서, 4,8mDBtP2Bfpm 및 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 증착에 의하여 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 연속적으로 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 포함한 글러브 박스 내에서 유기 재료를 퇴적시킨 기판(200)에 유기 EL 장치용 실란트를 사용하여 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 1을 밀봉하였다. 구체적으로는 기판(200) 위의 유기 재료를 둘러싸도록 실란트를 도포하고 기판(200)을 기판(220)에 접합한 후, 파장 365nm의 자외광을 6J/cm2에서 조사하고 80℃에서의 가열 처리를 1시간 동안 실시하였다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 1을 얻었다.
<<발광 소자 2의 제작>>
발광층(160) 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계를 제외하고는 발광 소자 1과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 2를 제작하였다.
발광 소자 2의 발광층(160)으로서, 4-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4mDBTBPBfpm-II), PCCP, 및 Ir(ppy)3을 4mDBTBPBfpm-II:PCCP:Ir(ppy)3=0.5:0.5:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시키고, 이어서 4mDBTBPBfpm-II, PCCP, 및 Ir(ppy)3을 4mDBTBPBfpm-II:PCCP:Ir(ppy)3=0.8:0.2:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서, 4mDBTBPBfpm-II 및 PCCP는 호스트 재료이고 Ir(ppy)3은 게스트 재료이다. 또한 4mDBTBPBfpm-II는 싸이오펜 골격을 포함하는 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 화합물이다.
다음으로, 발광층(160) 위의 전자 수송층(118)으로서, 4mDBTBPBfpm-II 및 BPhen을 증착에 의하여 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 연속적으로 퇴적시켰다.
<<발광 소자 3의 제작>>
발광층(160) 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계를 제외하고는 발광 소자 1과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 3을 제작하였다.
발광 소자 3의 발광층(160)으로서, 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), PCCP, 및 Ir(ppy)3을 4,6mDBTP2Pm-II:PCCP:Ir(ppy)3=0.5:0.5:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시키고, 이어서 4,6mDBTP2Pm-II, PCCP, 및 Ir(ppy)3을 4,6mDBTP2Pm-II:PCCP:Ir(ppy)3=0.8:0.2:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서, 4,6mDBTP2Pm-II 및 PCCP는 호스트 재료이고 Ir(ppy)3은 게스트 재료이다. 또한 4,6mDBTP2Pm-II는 싸이오펜 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 피리미딘 골격에 결합된 화합물이다.
다음으로, 발광층(160) 위의 전자 수송층(118)으로서, 4,6mDBTP2Pm-II 및 BPhen을 증착에 의하여 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 연속적으로 퇴적시켰다.
<발광 소자의 특성>
도 42는 제작된 발광 소자 1 내지 3의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 43은 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 44는 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 45는 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 3은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 1 내지 3의 소자 특성을 나타낸 것이다. 또한 본 실시예에서의 외부 양자 효율은, 완전 확산 표면(Lambertian라고도 함)을 가정하여 정면 휘도로부터 산출한 외부 양자 효율과, 발광 소자의 발광의 각도 분포로부터 산출한 Lambertian으로부터의 차이(Lambertian 비율이라고도 함)의 곱이다. 외부 양자 효율은 전방향(every direction)으로의 광속을 고려한 정확한 외부 양자 효율을 추정하기 위한 값이다.
[표 3]
Figure pct00042
도 46은 발광 소자 1 내지 3에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급하였을 때의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 46에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1 내지 3은 게스트 재료(Ir(ppy)3)에서 유래하는 녹색광을 방출한다.
도 42 내지 도 45 및 표 3으로부터, 발광 소자 1 내지 3의 각각은 전류 효율이 높고 외부 양자 효율이 높은 것을 알 수 있다.
발광 소자 1은 낮은 구동 전압으로 구동하고 발광 시작 전압(휘도가 1cd/m2를 넘는 전압)을 2.4V로 하였다. 즉, 캐리어 수송성이 우수한 본 발명의 일 형태의 화합물을 호스트 재료 및 전자 수송 재료로서 사용한 발광 소자는 낮은 전압으로 구동시킬 수 있다.
다음으로, 발광 소자 1 내지 3의 구동 수명을 측정하였다. 도 47은 구동 수명 시험의 측정 결과를 나타낸 것이다. 또한 구동 수명 시험에서는, 발광 소자 1 내지 3의 전류 밀도를 50mA/cm2(초기 휘도가 약 30000cd/m2임)로 하고, 일정한 전류 밀도로 발광 소자 1 내지 3을 연속적으로 구동시켰다.
도 47에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1은 발광 소자 2 및 3보다 구동 수명이 길고, 이 구동 수명은 녹색 발광의 인광성 화합물을 발광성 재료로서 포함하는 발광 소자로서 충분히 길다.
따라서, 싸이오펜 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물을 호스트 재료로서 포함하는 발광 소자는 구동 수명이 길다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 화합물을 포함하는 발광 소자는 녹색 발광의 인광성 화합물을 게스트 재료로서 포함하는 발광 소자로서 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 구동 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예에서 설명한 구조는 다른 실시예 및 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 4)
실시예 4에서는 본 발명의 일 형태의 화합물을 각각 포함하는 발광 소자의 제작예 및 이 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자 각각의 모식 단면도는 도 41에 나타낸 것과 같고, 표 4는 소자 구조의 자세한 사항을 나타낸 것이다. 또한 여기서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 나타내었다. 또한 다른 화합물에 대해서는 상술한 실시예를 참조할 수 있다.
[화학식 37]
Figure pct00043
[표 4]
Figure pct00044
<발광 소자의 제작>
<<발광 소자 4의 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 산화 몰리브데넘을 DBT3P-II:산화 몰리브데넘=1:0.5의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 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, 4,8mDBtP2Bfpm, 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 4,8mDBtP2Bfpm:PCBBiF:Ir(tBuppm)2(acac)=0.7:0.3:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시키고, 이어서 4,8mDBtP2Bfpm, PCBBiF, 및 Ir(tBuppm)2(acac)을 4,8mDBtP2Bfpm:PCBBiF:Ir(tBuppm)2(acac)=0.8:0.2:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서, 4,8mDBtP2Bfpm 및 PCBBiF는 호스트 재료이고 Ir(tBuppm)2(acac)는 게스트 재료이다. 또한 4,8mDBtP2Bfpm은 싸이오펜 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물이다.
다음으로, 발광층(160) 위의 전자 수송층(118)으로서, 4,8mDBtP2Bfpm 및 BPhen을 증착에 의하여 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 연속적으로 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 포함한 글러브 박스 내에서 유기 재료를 퇴적시킨 기판(200)에 유기 EL 장치용 실란트를 사용하여 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 4를 밀봉하였다. 밀봉 방법은 발광 소자 1에 사용한 방법과 같다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 4를 얻었다.
<<발광 소자 5의 제작>>
발광층(160) 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계를 제외하고는 발광 소자 4와 같은 단계를 거쳐 발광 소자 5를 제작하였다.
발광 소자 5의 발광층(160)으로서, 4mDBTBPBfpm-II, PCBBiF, 및 Ir(tBuppm)2(acac)을 4mDBTBPBfpm-II:PCBBiF:Ir(tBuppm)2(acac)=0.7:0.3:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시키고, 이어서 4mDBTBPBfpm-II, PCBBiF, 및 Ir(tBuppm)2(acac)을 4mDBTBPBfpm-II:PCBBiF:Ir(tBuppm)2(acac)=0.8:0.2:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서, 4mDBTBPBfpm-II 및 PCBBiF는 호스트 재료이고 Ir(tBuppm)2(acac)은 게스트 재료이다. 또한 4mDBTBPBfpm-II는 싸이오펜 골격을 포함하는 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 화합물이다.
다음으로, 발광층(160) 위의 전자 수송층(118)으로서, 4mDBTBPBfpm-II 및 BPhen을 증착에 의하여 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 연속적으로 퇴적시켰다.
<<발광 소자 6의 제작>>
발광층(160) 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계를 제외하고는 발광 소자 4와 같은 단계를 거쳐 발광 소자 6을 제작하였다.
발광 소자 6의 발광층(160)으로서, 4,6mDBTP2Pm-II, PCBBiF, 및 Ir(tBuppm)2(acac)을 4,6mDBTP2Pm-II:PCBBiF:Ir(tBuppm)2(acac)=0.7:0.3:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시키고, 이어서 4,6mDBTP2Pm-II, PCBBiF, 및 Ir(tBuppm)2(acac)을 4,6mDBTP2Pm-II:PCBBiF:Ir(tBuppm)2(acac)=0.8:0.2:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서, 4,6mDBTP2Pm-II 및 PCBBiF는 호스트 재료이고 Ir(tBuppm)2(acac)은 게스트 재료이다. 또한 4,6mDBTP2Pm-II는 싸이오펜 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 피리미딘 골격에 결합된 화합물이다.
다음으로, 발광층(160) 위의 전자 수송층(118)으로서, 4,6mDBTP2Pm-II 및 BPhen을 증착에 의하여 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 연속적으로 퇴적시켰다.
<발광 소자의 특성>
도 48은 제작된 발광 소자 4 내지 6의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 49는 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 50은 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 51은 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 5는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 4 내지 6의 소자 특성을 나타낸 것이다. 또한 본 실시예에서의 외부 양자 효율은, Lambertian 분포를 가정하여 정면 휘도로부터 산출한 외부 양자 효율과 Lambertian 비율의 곱이고, 전방향으로의 광속을 고려한 정확한 외부 양자 효율을 추정하기 위한 값이다.
[표 5]
Figure pct00045
도 52는 발광 소자 4 내지 6에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급하였을 때의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 52에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 4 내지 6은 게스트 재료(Ir(tBuppm)2(acac))에서 유래하는 녹색광을 방출한다.
도 48, 도 49, 도 50, 도 51, 및 표 5에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 4 내지 6은 전류 효율이 우수하고 외부 양자 효율이 우수하다.
발광 소자 4는 낮은 구동 전압으로 구동하고 발광 시작 전압(휘도가 1cd/m2를 넘는 전압)을 2.3V로 하였다. 즉, 캐리어 수송성이 우수한 본 발명의 일 형태의 화합물을 호스트 재료 및 전자 수송 재료로서 사용한 발광 소자는 낮은 전압으로 구동시킬 수 있다.
다음으로, 발광 소자 4 내지 6의 구동 수명을 측정하였다. 도 53은 구동 수명 시험의 측정 결과를 나타낸 것이다. 또한 구동 수명 시험에서는, 발광 소자 4 내지 6의 전류 밀도를 50mA/cm2(초기 휘도가 약 40000cd/m2임)로 하고, 일정한 전류 밀도로 발광 소자 4 내지 6을 연속적으로 구동시켰다.
도 53에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 4는 발광 소자 5 및 6보다 구동 수명이 길고, 이 구동 수명은 녹색 발광의 인광성 화합물을 발광성 재료로서 포함하는 발광 소자로서 충분히 길다.
따라서, 싸이오펜 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물을 호스트 재료로서 포함하는 발광 소자는 구동 수명이 길다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 화합물을 포함하는 발광 소자는 녹색 발광의 인광성 화합물을 게스트 재료로서 포함하는 발광 소자로서 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 구동 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예에서 설명한 구조는 다른 실시예 및 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 5)
실시예 5에서는 본 발명의 일 형태의 화합물을 포함하는 발광 소자의 제작예 및 이 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 표 6은 본 실시예에서 제작된 발광 소자의 소자 구조의 자세한 사항을 나타낸 것이다. 또한 사용되는 화합물에 대해서는 상술한 실시예를 참조할 수 있다.
[표 6]
Figure pct00046
<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 산화 몰리브데넘을 DBT3P-II:산화 몰리브데넘=1:0.5의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 BPAFLP를 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 발광층(160)으로서, 4,8mDBtP2Bfpm 및 PCBBiF를 4,8mDBtP2Bfpm:PCBBiF=0.8:0.2의 중량비로 공증착에 의하여 두께 40nm가 되도록 정공 수송층(112) 위에 퇴적시켰다.
다음으로, 발광층(160) 위의 전자 수송층(118)으로서, 4,8mDBtP2Bfpm 및 BPhen을 증착에 의하여 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 연속적으로 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 포함한 글러브 박스 내에서 유기 재료를 퇴적시킨 기판(200)에 유기 EL 장치용 실란트를 사용하여 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 7을 밀봉하였다. 밀봉 방법은 발광 소자 1에 사용한 방법과 같다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 7을 얻었다.
<발광 소자의 특성>
도 54는 제작된 발광 소자 7의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 55는 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 56은 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 57은 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 7은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 7의 소자 특성을 나타낸 것이다.
[표 7]
Figure pct00047
도 58은 발광 소자 7에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급하였을 때의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 58에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 7은 황록색광을 방출한다.
발광 소자 7은 게스트 재료로서 인광성 화합물을 포함하지 않지만, 도 54, 도 55, 도 56, 및 표 7에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 7은 높은 전류 효율 및 높은 외부 양자 효율을 나타낸다. 발광 소자 7의 외부 양자 효율의 최대값은 12.8%로 우수한 값이다.
한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 생성되는 단일항 여기자의 형성 확률은 25%이기 때문에, 외부로의 광 추출 효율이 25%인 경우, 외부 양자 효율은 최대로 6.25%이다. 발광 소자 7의 외부 양자 효율은 6.25%보다 높다. 이것은 발광 소자 7에서 4,8mDBtP2Bfpm과 PCBBiF가 엑시플렉스를 형성하기 때문이다. 4,8mDBtP2Bfpm과 PCBBiF가 형성한 엑시플렉스에 의하여, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어의 재결합으로 생성된 단일항 여기자에서 유래한 발광에 더하여, 삼중항 여기자로부터 역항간 교차에 의하여 생성된 단일항 여기자에서 유래한 발광도 얻을 수 있다.
<호스트 재료의 발광 스펙트럼>
여기서, 제작된 발광 소자 7의 발광층에 사용된 PCBBiF의 톨루엔 용액의 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 나타낸다. 또한 측정 방법은 실시예 1에서 사용한 것과 같다.
PCBBiF의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 조사하였다. 측정 방법은 실시예 1에서 사용한 것과 같다. CV 측정 결과로부터, PCBBiF의 산화 전위가 0.42V이고 환원 전위가 -2.94V인 것을 알았다. 또한, CV 측정 결과로부터 산출한 PCBBiF의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -5.36eV 및 -2.00eV이었다.
도 59에 나타낸 바와 같이, PCBBiF의 발광 스펙트럼은 청색 파장 영역에 피크를 가진다. 이 발광 스펙트럼은 발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼과 상이하다. 또한, 4,8mDBtP2Bfpm의 LUMO 준위는 PCBBiF의 LUMO 준위보다 낮고, PCBBiF의 HOMO 준위는 4,8mDBtP2Bfpm의 HOMO 준위보다 높다. 발광 소자 7로부터 방출되는 광은, 4,8mDBtP2Bfpm의 LUMO 준위와 PCBBiF의 HOMO 준위 사이의 에너지 차이와 대략 동등한 에너지를 가진다. 또한 발광 소자 7로부터 방출되는 광의 발광 스펙트럼은 4,8mDBtP2Bfpm로부터 방출되는 광의 발광 스펙트럼 및 PCBBiF로부터 방출되는 광의 발광 스펙트럼보다 장파장(낮은 에너지) 측이다. 따라서, 발광 소자 7로부터 방출되는 광은 이들 2개의 화합물에 의하여 형성된 엑시플렉스에서 유래한다.
발광 소자 7은 실시예 4에서 설명한 발광 소자 4로부터 게스트 재료를 뺌으로써 얻어진 소자라고 할 수 있다. 즉, 4,8mDBtP2Bfpm 및 PCBBiF는 엑시플렉스를 형성하는 유기 화합물이고, 4,8mDBtP2Bfpm 및 PCBBiF를 호스트 재료로서 포함하는 발광 소자 4는 ExTET를 이용하는 발광 소자이다. 그 결과, 실시예 4에서 설명한 발광 소자 4는 높은 발광 효율 및 긴 구동 수명을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 화합물을 채용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예에서 설명한 구조는 다른 실시예 및 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 6)
실시예 6에서는, 실시형태 1에서 설명한 벤조퓨로피리미딘 화합물인 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조싸이오[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Btpm)(구조식(119))의 합성 방법에 대하여 설명한다.
<합성예 3>
<<단계 1: 에틸 3-아미노-5-클로로벤조[b]싸이오펜-2-카복실레이트의 합성>>
플라스크 내에, 1.5g의 5-클로로-2-플루오로벤조나이트릴을 넣고, 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 8.9mL의 DMF를 첨가하고, 이 플라스크를 얼음물로 냉각시키고, 이 혼합물에 1.1mL의 에틸 싸이오글라이콜레이트(ethyl thioglycolate)를 적하하고, 이 혼합물을 0℃에서 30분 동안 교반하였다. 그리고, 6mL의 5M 수산화 소듐 용액을 적하하고, 이 혼합물을 0℃에서 3시간 동안 교반하였다. 얻어진 용액에 100mL의 물을 첨가하고, 이 혼합물을 1시간 동안 교반한 다음에 여과하였다. 잔류물을 물로 세정하여 2.0g의 타깃 물질(회색 고체)을 수율 81%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 식(C-1)에 나타낸다.
[화학식 38]
Figure pct00048
<<단계 2: 8-클로로-1,4-다이하이드록시-벤조싸이오[3,2-d]피리미딘-4-올의 합성>>
플라스크 내에, 단계 1에서 합성한 2.0g의 에틸 3-아미노-5-클로로벤조[b]싸이오펜-2-카복실레이트 및 21mL의 폼아마이드를 넣고, 이 혼합물을 150℃까지 가열하였다. 그리고, 1.6g의 폼아미딘 아세테이트를 첨가하고, 이 혼합물을 150℃에서 9시간 동안 가열하였다. 얻어진 반응 혼합물에 100mL의 물을 첨가하고, 이 혼합물을 여과하였다. 잔류물을 물로 세정하여 1.8g의 타깃 물질(짙은 갈색 고체)을 수율 97%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 식(C-2)에 나타낸다.
[화학식 39]
Figure pct00049
<<단계 3: 4,8-다이클로로[1]벤조싸이오[3,2-d]피리미딘의 합성>>
플라스크 내에, 단계 2에서 합성한 1.8g의 8-클로로-1,4-다이하이드록시-벤조싸이오[3,2-d]피리미딘-4-올 및 9mL의 포스포릴 클로라이드를 넣고, 이 혼합물을 질소 기류하, 100℃에서 10시간 동안 가열하였다. 퀀칭을 위하여 얻어진 반응 혼합물을 100mL의 얼음물에 첨가하고, 200mL의 3M 수산화 소듐 용액을 더 첨가하고, 이 혼합물을 2시간 동안 교반하였다. 이 혼합물을 여과하고 잔류물을 에탄올로 세정하여 0.55g의 타깃 물질(회색 고체)을 수율 28%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 아래의 식(C-3)에 나타낸다.
[화학식 40]
Figure pct00050
<<단계 4: 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조싸이오[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Btpm)의 합성>>
플라스크 내에, 단계 3에서 합성한 0.55g의 4,8-다이클로로[1]벤조싸이오[3,2-d]피리미딘, 1.4g의 3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐보론산, 2.8g의 인산 포타슘, 22mL의 다이에틸렌글라이콜다이메틸에터(약칭: diglyme), 및 1.0g의 t-뷰탄올을 넣었다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하고, 9.7mg의 팔라듐 아세테이트 및 31mg의 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀을 첨가하고, 이 혼합물을 질소 기류하, 150℃에서 19시간 동안 가열하였다. 얻어진 반응 혼합물을 여과하고, 물에 의한 세정 및 에탄올에 의한 세정을 수행하였다. 얻어진 잔류물을 400mL의 톨루엔에 용해시키고 셀라이트, 알루미나, 및 셀라이트가 이 순서대로 채워진 여과 조제를 통하여 여과하였다. 얻어진 용액을 농축하고 건조시킨 다음에, 톨루엔을 사용하여 재결정함으로써, 1.3g의 노르스름한 백색 고체를 수율 88%로 얻었다. 다음으로, 1.3g의 이 황색 고체를 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 승화에 의한 정제에서는, 이 고체를 2.5Pa의 압력하, 5mL/min의 아르곤 유량으로 350℃에서 가열하였다. 승화에 의한 정제 후, 목적 물질인 1.2g의 황색 고체를 회수율 67%로 얻었다. 단계 4의 합성 스킴을 아래의 식(C-4)에 나타낸다.
[화학식 41]
Figure pct00051
단계 4에서 얻은 황색 고체의 핵자기 공명(1H-NMR) 분광법에 의한 분석 결과를 아래에 나타낸다. 도 60에 1H NMR 차트를 나타낸다. 이 결과는 4,8mDBtP2Btpm이 얻어진 것을 나타낸다.
1H-NMR. δ (TCE-d2): 7.46-7.50 (m, 4H), 7.60-7.68 (m, 5H), 7.77-7.80 (m, 2H), 7.85-7.86 (m, 3H), 7.99 (d, 1H), 8.04 (s, 2H), 8.11 (s, 1H), 8.18-8.22 (m, 4H), 8.32 (d, 1H), 8.59 (s, 1H), 8.90 (s, 1H), 9.43 (s, 1H).
<4,8mDBtP2Btpm의 특성>
다음으로, 톨루엔 용액 내의 4,8mDBtP2Btpm의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도 61에 나타내었다.
흡수 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)를 사용하여 측정하였다. 석영 셀 내에 4,8mDBtP2Btpm의 톨루엔 용액을 넣고, 톨루엔 용액 내의 4,8mDBtP2Btpm의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 이 흡수 스펙트럼으로부터, 석영 셀을 사용하여 측정한 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼을 빼고, 얻어진 값을 도면에 나타내었다. 발광 스펙트럼은 PL-EL 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)를 사용하여 측정하였다. 톨루엔 용액 내의 4,8mDBtP2Btpm의 발광 스펙트럼은 석영 셀에 넣은 4,8mDBtP2Btpm의 톨루엔 용액을 사용하여 측정하였다.
톨루엔 용액 내의 4,8mDBtP2Btpm의 최대 흡수 파장은 295nm, 367nm, 및 335nm 부근이고, 최대 발광 파장은 403nm(350nm의 여기 파장) 부근이었다.
(실시예 7)
실시예 7에서는 본 발명의 일 형태의 화합물을 포함하는 발광 소자의 제작예 및 이 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 도 41은 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 모식 단면도이고, 표 8은 소자 구조의 자세한 사항을 나타낸 것이다. 또한 여기서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 나타내었다. 또한 다른 화합물에 대해서는 상술한 실시예를 참조할 수 있다.
[화학식 42]
Figure pct00052
[표 8]
Figure pct00053
<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 4,4',4"-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II) 및 산화 몰리브데넘을 DBT3P-II:산화 몰리브데넘=1:0.5의 중량비로 공증착에 의하여 두께 60nm가 되도록 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 9-[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-9'-페닐-3,3'-9H-카바졸(약칭: DBf-PCCP)을 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
정공 수송층(112) 위의 발광층(160)으로서, 4,8mCzP2Bfpm, 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 및 트리스(2-페닐피리미디네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3)을 4,8mCzP2Bfpm:PCCP:Ir(ppy)3=0.5:0.5:0.075의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시키고, 이어서 4,8mCzP2Bfpm, PCCP, 및 Ir(ppy)3을 4,8mCzP2Bfpm:PCCP:Ir(ppy)3=0.8:0.2:0.075의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서, 4,8mCzP2Bfpm 및 PCCP는 호스트 재료이고 Ir(ppy)3은 게스트 재료이다. 또한 4,8mCzP2Bfpm은 카바졸 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물이다.
다음으로, 발광층(160) 위의 전자 수송층(118)으로서, 4,8mCzP2Bfpm 및 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 증착에 의하여 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 연속적으로 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 포함한 글러브 박스 내에서 발광 소자 8을 밀봉하였다. 구체적으로는 기판(200) 위의 유기 재료를 둘러싸도록 실란트를 도포하고 기판(200)을 기판(220)에 접합한 후, 파장 365nm의 자외광을 6J/cm2에서 조사하고 80℃에서의 가열 처리를 1시간 동안 실시하였다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 8을 얻었다.
<발광 소자의 특성>
도 62는 제작된 발광 소자 8의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 63은 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 64는 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 65는 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 9는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 8의 소자 특성을 나타낸 것이다. 또한 본 실시예에서의 외부 양자 효율은, 완전 확산 표면(Lambertian라고도 함)을 가정하여 정면 휘도로부터 산출한 외부 양자 효율과, 발광 소자의 발광의 각도 분포로부터 산출한 Lambertian으로부터의 차이(Lambertian 비율이라고도 함)의 곱이다. 외부 양자 효율은 전방향으로의 광속을 고려한 정확한 외부 양자 효율을 추정하기 위한 값이다.
[표 9]
Figure pct00054
도 66은 발광 소자 8에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급하였을 때의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 66에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 8은 게스트 재료(Ir(ppy)3)에서 유래하는 녹색광을 방출한다.
도 62 내지 도 65, 및 표 9로부터, 발광 소자 8은 전류 효율이 높고 외부 양자 효율이 높은 것을 알 수 있다.
발광 소자 8은 낮은 구동 전압으로 구동하고 발광 시작 전압(휘도가 1cd/m2를 넘는 전압)을 2.4V로 하였다. 즉, 캐리어 수송성이 우수한 본 발명의 일 형태의 화합물을 호스트 재료 및 전자 수송 재료로서 사용한 발광 소자는 낮은 전압으로 구동시킬 수 있다.
다음으로, 발광 소자 8의 구동 수명을 측정하였다. 도 67은 구동 수명 시험의 측정 결과를 나타낸 것이다. 또한 구동 수명 시험에서는, 발광 소자 8의 전류 밀도를 50mA/cm2(초기 휘도가 약 30000cd/m2임)로 하고, 일정한 전류 밀도로 발광 소자 8을 연속적으로 구동시켰다.
도 67에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 8은 구동 수명이 길고, 이 구동 수명은 녹색 발광의 인광성 화합물을 발광성 재료로서 포함하는 발광 소자로서 충분히 길다.
따라서, 싸이오펜 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물을 호스트 재료로서 포함하는 발광 소자는 구동 수명이 길다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 화합물을 포함하는 발광 소자는 녹색 발광의 인광성 화합물을 게스트 재료로서 포함하는 발광 소자로서 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 구동 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예에서 설명한 구조는 다른 실시예 및 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 8)
실시예 8에서는 본 발명의 일 형태의 화합물을 포함하는 발광 소자의 제작예 및 이 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 도 41은 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 모식 단면도이고, 표 10은 소자 구조의 자세한 사항을 나타낸 것이다. 또한 여기서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 나타내었다. 또한 다른 화합물에 대해서는 상술한 실시예를 참조할 수 있다.
[화학식 43]
Figure pct00055
[표 10]
Figure pct00056
<발광 소자의 제작>
<<발광 소자 9의 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 몰리브데넘을 DBT3P-II:산화 몰리브데넘=1:0.5의 중량비로 공증착에 의하여 두께 60nm가 되도록 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)을 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적시켰다.
다음으로, 정공 수송층(112) 위에 발광층(160)으로서, 4,8mCzP2Bfpm, PCBBiF, 및 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-싸이아노-2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-ĸN]페닐-ĸC}(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭: Ir(dmdppr-dmCP)2(dpm)])을 4,8mCzP2Bfpm:PCBBiF:[Ir(dmdppr-dmCP)2(dpm)]=0.7:0.3:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시키고, 이어서 4,8mCzP2Bfpm, PCBBiF, 및 [Ir(dmdppr-dmCP)2(dpm)]을 4,8mCzP2Bfpm:PCBBiF:[Ir(dmdppr-dmCP)2(dpm)]=0.8:0.2:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서, 4,8mCzP2Bfpm 및 PCBBiF는 호스트 재료이고 [Ir(dmdppr-dmCP)2(dpm)]는 게스트 재료이다. 또한 4,8mCzP2Bfpm은 카바졸 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물이다.
다음으로, 발광층(160) 위의 전자 수송층(118)으로서, 4,8mCzP2Bfpm 및 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 증착에 의하여 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 연속적으로 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 포함한 글러브 박스 내에서 발광 소자 9를 밀봉하였다. 구체적으로는 기판(200) 위의 유기 재료를 둘러싸도록 실란트를 도포하고 기판(200)을 기판(220)에 접합한 후, 파장 365nm의 자외광을 6J/cm2에서 조사하고 80℃에서의 가열 처리를 1시간 동안 실시하였다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 9를 얻었다.
<발광 소자의 특성>
도 68은 제작된 발광 소자 9의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 69는 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 70은 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 71은 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 11은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 9의 소자 특성을 나타낸 것이다. 또한 본 실시예에서의 외부 양자 효율은, 완전 확산 표면(Lambertian라고도 함)을 가정하여 정면 휘도로부터 산출한 외부 양자 효율과, 발광 소자의 발광의 각도 분포로부터 산출한 Lambertian으로부터의 차이(Lambertian 비율이라고도 함)의 곱이다. 외부 양자 효율은 전방향으로의 광속을 고려한 정확한 외부 양자 효율을 추정하기 위한 값이다.
[표 11]
Figure pct00057
도 72는 발광 소자 9에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급하였을 때의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 72에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 9는 게스트 재료 [Ir(dmdppr-dmCP)2(dpm)]에서 유래하는 적색광을 방출한다.
도 68 내지 도 71 및 표 11로부터, 발광 소자 9는 전류 효율이 높고 외부 양자 효율이 높은 것을 알 수 있다.
발광 소자 9는 낮은 구동 전압으로 구동하고 발광 시작 전압(휘도가 1cd/m2를 넘는 전압)을 2.2V로 하였다. 즉, 캐리어 수송성이 우수한 본 발명의 일 형태의 화합물을 호스트 재료 및 전자 수송 재료로서 사용한 발광 소자는 낮은 전압으로 구동시킬 수 있다.
다음으로, 발광 소자 9의 구동 수명을 측정하였다. 도 73은 구동 수명 시험의 측정 결과를 나타낸 것이다. 또한 구동 수명 시험에서는, 발광 소자 9의 전류 밀도를 50mA/cm2(초기 휘도가 약 30000cd/m2임)로 하고, 일정한 전류 밀도로 발광 소자 9를 연속적으로 구동시켰다.
도 73에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 9는 구동 수명이 길고, 이 구동 수명은 적색 발광의 인광성 화합물을 발광성 재료로서 포함하는 발광 소자로서 충분히 길다.
따라서, 카바졸 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물을 호스트 재료로서 포함하는 발광 소자는 구동 수명이 길다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 화합물을 포함하는 발광 소자는 적색 발광의 인광성 화합물을 게스트 재료로서 포함하는 발광 소자로서 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 구동 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예에서 설명한 구조는 다른 실시예 및 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 9)
실시예 9에서는 본 발명의 일 형태의 화합물을 포함하는 발광 소자의 제작예 및 이 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 도 41은 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 모식 단면도이고, 표 12는 소자 구조의 자세한 사항을 나타낸 것이다. 또한 여기서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 나타내었다. 또한 다른 화합물에 대해서는 상술한 실시예를 참조할 수 있다.
[화학식 44]
Figure pct00058
[표 12]
Figure pct00059
<발광 소자의 제작>
<<발광 소자 10의 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 몰리브데넘을 DBT3P-II:산화 몰리브데넘=1:0.5의 중량비로 공증착에 의하여 두께 60nm가 되도록 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, 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조싸이오[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Btpm), PCCP, 및 트리스(2-페닐피리미디네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3)을 4,8mDBtP2Btpm:PCCP:Ir(ppy)3=0.5:0.5:0.075의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시키고, 이어서 4,8mDBtP2Btpm, PCCP, 및 Ir(ppy)3을 4,8mDBtP2Btpm:PCCP:Ir(ppy)3=0.8:0.2:0.075의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서, 4,8mDBtP2Btpm 및 PCCP는 호스트 재료이고 Ir(ppy)3은 게스트 재료이다. 또한 4,8mDBtP2Btpm은 싸이오펜 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 다이벤조싸이오피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물이다.
다음으로, 발광층(160) 위의 전자 수송층(118)으로서, 4,8mDBtP2Btpm 및 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 증착에 의하여 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 연속적으로 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 포함한 글러브 박스 내에서 발광 소자 10을 밀봉하였다. 구체적으로는 기판(200) 위의 유기 재료를 둘러싸도록 실란트를 도포하고 기판(200)을 기판(220)에 접합한 후, 파장 365nm의 자외광을 6J/cm2에서 조사하고 80℃에서의 가열 처리를 1시간 동안 실시하였다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 10을 얻었다.
<발광 소자의 특성>
도 74는 제작된 발광 소자 10의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 75는 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 76은 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 77은 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 13은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 10의 소자 특성을 나타낸 것이다. 또한 본 실시예에서의 외부 양자 효율은, 완전 확산 표면(Lambertian라고도 함)을 가정하여 정면 휘도로부터 산출한 외부 양자 효율과, 발광 소자의 발광의 각도 분포로부터 산출한 Lambertian으로부터의 차이(Lambertian 비율이라고도 함)의 곱이다. 외부 양자 효율은 전방향으로의 광속을 고려한 정확한 외부 양자 효율을 추정하기 위한 값이다.
[표 13]
Figure pct00060
도 78은 발광 소자 10에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급하였을 때의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 78에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 10은 게스트 재료(Ir(ppy)3)에서 유래하는 녹색광을 방출한다.
도 74 내지 도 77 및 표 13으로부터, 발광 소자 10은 전류 효율이 높고 외부 양자 효율이 높은 것을 알 수 있다.
발광 소자 10은 낮은 구동 전압으로 구동하고 발광 시작 전압(휘도가 1cd/m2를 넘는 전압)을 2.3V로 하였다. 즉, 캐리어 수송성이 우수한 본 발명의 일 형태의 화합물을 호스트 재료 및 전자 수송 재료로서 사용한 발광 소자는 낮은 전압으로 구동시킬 수 있다.
다음으로, 발광 소자 10의 구동 수명을 측정하였다. 도 79는 구동 수명 시험의 측정 결과를 나타낸 것이다. 또한 구동 수명 시험에서는, 발광 소자 8의 전류 밀도를 50mA/cm2(초기 휘도가 약 30000cd/m2임)로 하고, 일정한 전류 밀도로 발광 소자 10을 연속적으로 구동시켰다.
도 79에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 10은 구동 수명이 길고, 이 구동 수명은 녹색 발광의 인광성 화합물을 발광성 재료로서 포함하는 발광 소자로서 충분히 길다.
따라서, 싸이오펜 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 다이벤조싸이오피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물을 호스트 재료로서 포함하는 발광 소자는 구동 수명이 길다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 화합물을 포함하는 발광 소자는 녹색 발광의 인광성 화합물을 게스트 재료로서 포함하는 발광 소자로서 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 구동 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예에서 설명한 구조는 다른 실시예 및 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 10)
실시예 10에서는, 실시형태 1에서 설명한 벤조퓨로피리미딘 화합물인 4,6-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,6mDBtP2Bfpm)(구조식(116))의 합성 방법에 대하여 설명한다.
<합성예 4>
<<단계 1: 에틸 3-아미노-7-클로로벤조[b]퓨란-2-카복실레이트의 합성>>
플라스크 내에 2.0g의 3-클로로-2-하이드록시벤조나이트릴 및 3.7g의 포타슘 카보네이트를 넣고, 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하고, 이 혼합물에 16mL의 DMF 및 2.2mL의 브로모에틸 아세테이트를 첨가하고, 100℃에서 15시간 동안 가열하였다. 퀀칭을 위하여 얻어진 반응 혼합물을 100mL의 얼음물에 첨가하고, 이 혼합물을 1시간 동안 교반한 다음에 여과하였다. 잔류물을 물로 세정하고, 에탄올 및 물을 사용하여 재결합함으로써, 1.9g의 타깃 물질(갈색 고체)을 수율 60%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 아래의 식(D-1)에 나타낸다.
[화학식 45]
Figure pct00061
<<단계 2: 6-클로로-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘-4(3H)-온의 합성>>
플라스크 내에 단계 1에서 합성한 1.9g의 에틸 3-아미노-7-클로로벤조[b]퓨란-2-카복실레이트 및 11mL의 폼아마이드를 넣고, 이 혼합물을 150℃까지 가열하였다. 그리고, 1.7g의 폼아미딘 아세테이트를 첨가하고, 이 혼합물을 160℃에서 8시간 동안 가열하였다. 얻어진 반응 혼합물에 100mL의 물을 첨가하고, 이 혼합물을 여과하였다. 잔류물을 물로 세정하여 1.5g의 타깃 물질(갈색 고체)을 수율 86%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 아래의 식(D-2)에 나타낸다.
[화학식 46]
Figure pct00062
<<단계 3: 4,6-다이클로로[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘의 합성>>
플라스크 내에, 단계 2에서 합성한 1.5g의 6-클로로-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘-4(3H)-온 및 15mL의 포스포릴 클로라이드를 넣고, 이 혼합물을 질소 기류하, 100℃에서 2시간 동안 가열하였다. 퀀칭을 위하여 얻어진 반응 혼합물을 100mL의 얼음물에 첨가하고, 330mL의 3M 수산화 소듐 용액을 더 첨가하고, 이 혼합물을 1시간 동안 교반하였다. 이 혼합물을 여과하고 잔류물을 에탄올로 세정하여 0.45g의 타깃 물질(황색 고체)을 수율 27%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 아래의 식(D-3)에 나타낸다.
[화학식 47]
Figure pct00063
<<단계 4: 4,6-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,6mDBtP2Bfpm)의 합성>>
플라스크 내에, 단계 3에서 합성한 0.45g의 4,6-다이클로로[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘, 1.3g의 3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐보론산, 2.6g의 인산 포타슘, 20mL의 diglyme, 및 0.90g의 t-뷰탄올을 넣었다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하고, 8.4mg의 팔라듐 아세테이트 및 27mg의 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀을 첨가하고, 이 혼합물을 질소 기류하, 140℃에서 15시간 동안 가열하였다. 얻어진 반응 혼합물에 물을 첨가하였다. 이 혼합물을 여과하고, 물에 의한 세정 및 에탄올에 의한 세정을 수행하였다. 얻어진 잔류물을, 에틸 아세테이트에 대한 톨루엔의 비율을 서서히 변화시킨 10:1의 톨루엔-에틸아세테이트의 혼합 용매를 전개 용매로서 사용한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하고 건조시킨 후, 톨루엔 및 에탄올을 사용하여 재결정함으로써, 본 발명의 일 형태인 4,6mDBtP2Bfpm(약칭) 0.59g을 얻었다(수율: 45%, 담황색 고체). 다음으로, 0.59g의 이 담황색 고체를 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 승화에 의한 정제에서는, 이 고체를 2.5Pa의 압력하, 5mL/min의 아르곤 유량으로 310℃에서 가열하였다. 승화에 의한 정제 후, 목적 물질인 0.48g의 담황색 고체를 회수율 81%로 얻었다. 단계 4의 합성 스킴을 아래의 식(D-4)에 나타낸다.
[화학식 48]
Figure pct00064
단계 4에서 얻은 담황색 고체의 핵자기 공명(1H-NMR) 분광법에 의한 분석 결과를 아래에 나타낸다. 도 80에 1H NMR 차트를 나타낸다. 이 결과는 4,6mDBtP2Bfpm이 얻어진 것을 나타낸다.
1H-NMR. δ (TCE-d2): 7.33-7.36 (t, 1H), 7.41-7.52 (m, 5H), 7.54-7.61 (m, 4H), 7.64-7.67 (t, 2H), 7.79 (d, 2H), 7.90 (d, 1H), 7.99 (d, 1H), 8.02 (d, 1H), 8.16-8.22 (m, 5H), 8.34 (d, 1H), 8.72 (d, 1H), 9.01 (s, 1H), 9.34 (s, 1H).
(실시예 11)
실시예 11에서는, 실시형태 1에서 설명한 벤조퓨로피리미딘 화합물인 8-(9H-카바졸-9-일)-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8Cz-4mDBtPBfpm)(구조식(121))의 합성 방법에 대하여 설명한다.
<합성예 5>
<<단계 1: 8-클로로-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘의 합성>>
실시예 11에서는, 실시예 1의 합성예 1의 단계 1과 같은 방법으로 8-클로로-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘을 합성하였다.
<<단계 2: 8-(9H-카바졸-9-일)-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8Cz-4mDBtPBfpm)의 합성>>
다음으로 플라스크 내에, 단계 1에서 합성한 1.7g의 8-클로로-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘, 0.74g의 9H-카바졸, 0.85g의 소듐-t-뷰톡사이드, 및 40mL의 메시틸렌을 넣고, 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하였다. 그 후, 52mg의 다이-tert-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀(약칭: cBRIDP) 및 13mg의 알릴팔라듐(II)클로라이드 다이머를 첨가하고, 이 혼합물을 질소 기류하, 160℃에서 15시간 동안 가열하였다. 얻어진 반응 혼합물을 여과하고 물로 세정한 다음, 에탄올로 세정하였다. 얻어진 잔류물을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하고 건조시킨 후, 톨루엔 및 에탄올을 사용하여 재결정함으로써, 노르스름한 백색 고체를 수율 62%로 얻었다. 다음으로, 이 노르스름한 백색 고체 1.4g을 2.5Pa의 압력하, 5mL/min의 아르곤 가스 유량으로 295℃에서 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 승화에 의한 정제 후, 목적 물질인 1.2g의 노르스름한 고체를 회수율 87%로 얻었다. 이 단계의 합성 스킴을 아래의 식(E-2)에 나타낸다.
[화학식 49]
Figure pct00065
노르스름한 백색 고체의 핵자기 공명(1H-NMR) 분광법에 의한 분석 결과를 아래에 나타낸다. 도 81은 1H-NMR 차트이다. 이 결과는 8Cz-4mDBtPBfpm이 얻어진 것을 나타낸다.
1H-NMR. δ (TCE-d2): 7.34-7.53 (t, 8H), 7.66-7.68 (m, 2H), 7.82-8.02 (m, 5H), 8.17 (ds, 2H), 8.26 (ds, 2H), 8.53 (s, 1H), 8.75 (ds, 1H), 9.07 (s, 1H), 9.36 (s, 1H).
<8Cz-4mDBtPBfpm의 특성>
톨루엔 용액 내의 8Cz-4mDBtPBfpm의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도 82에 나타내었다.
흡수 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)를 사용하여 측정하였다. 석영 셀 내에 8Cz-4mDBtPBfpm의 톨루엔 용액을 넣고, 톨루엔 용액 내의 8Cz-4mDBtPBfpm의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 이 흡수 스펙트럼으로부터, 석영 셀을 사용하여 측정한 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼을 빼고, 얻어진 값을 도면에 나타내었다. 발광 스펙트럼은 PL-EL 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)를 사용하여 측정하였다. 톨루엔 용액 내의 8Cz-4mDBtPBfpm의 발광 스펙트럼은 석영 셀에 넣은 8Cz-4mDBtPBfpm의 톨루엔 용액을 사용하여 측정하였다.
톨루엔 용액 내의 8Cz-4mDBtPBfpm의 최대 흡수 파장은 283nm, 293nm, 304nm, 326nm, 338nm, 및 368nm 부근이고, 최대 발광 파장은 444nm(328nm의 여기 파장)이었다.
(실시예 12)
실시예 12에서는, 실시형태 1에서 설명한 벤조퓨로피리미딘 화합물인 8-(다이벤조싸이오펜-4-일)-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8DBt-4mDBtPBfpm)(구조식(122))의 합성 방법에 대하여 설명한다.
<합성예 6>
<<단계 1: 8-클로로-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘의 합성>>
실시예 12에서는, 실시예 1의 합성예 1의 단계 1과 같은 방법으로 8-클로로-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘을 합성하였다.
<<단계 2: 8-(다이벤조싸이오펜-4-일)-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8DBt-4mDBtPBfpm)의 합성>>
플라스크 내에, 단계 1에서 합성한 2.0g의 8-클로로-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘, 2.3g의 4-다이벤조싸이오펜 보론산, 9.2g의 인산 포타슘, 44mL의 diglyme, 및 3.2g의 t-뷰탄올을 넣었다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하고, 30mg의 팔라듐 아세테이트 및 95mg의 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀을 첨가하고, 이 혼합물을 질소 기류하, 160℃에서 19시간 동안 가열하였다. 얻어진 반응 혼합물에 물을 첨가하였다. 이 혼합물을 여과하고, 물에 의한 세정 및 에탄올에 의한 세정을 수행하였다. 얻어진 잔류물을 500mL의 톨루엔에 용해시키고 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호 531-16855), 알루미나, 및 셀라이트가 이 순서대로 적층된 여과 조제를 통하여 여과하였다. 얻어진 용액을 농축하고 건조시키고, 에틸아세테이트에 대한 톨루엔의 비율을 서서히 변화시킨 20:1의 톨루엔-에틸아세테이트의 혼합 용매를 전개 용매로서 사용한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하고 건조시킨 후, 톨루엔을 사용하여 재결정함으로써, 노르스름한 백색 고체 0.56g을 수율 21%)로 얻었다. 다음으로, 0.56g의 이 노르스름한 백색 고체를 4.4Pa의 압력하, 15mL/min의 아르곤 유량으로 315℃에서 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 승화에 의한 정제 후, 목적 물질인 0.50g의 황색 고체를 회수율 90%로 얻었다. 이 단계의 합성 스킴을 아래의 식(F-2)에 나타낸다.
[화학식 50]
Figure pct00066
황색 고체의 핵자기 공명(1H-NMR) 분광법에 의한 분석 결과를 아래에 나타낸다. 도 83은 1H-NMR 차트이다. 이 결과는 8DBt-4mDBtPBfpm이 얻어진 것을 나타낸다.
1H-NMR. δ (TCE-d2): 7.48-7.54 (m, 4H), 7.61-7.70 (m, 4H), 7.81-7.91 (m, 4H), 8.01 (d, 1H), 8.13 (d, 1H), 8.22-8.26 (t, 4H), 8.68 (s, 1H), 8.74 (d, 1H), 9.06 (s, 1H), 9.35 (s, 1H).
<8DBt-4mDBtPBfpm의 특성>
톨루엔 용액 내의 8DBt-4mDBtPBfpm의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도 84에 나타내었다.
흡수 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)를 사용하여 측정하였다. 석영 셀 내에 8DBt-4mDBtPBfpm의 톨루엔 용액을 넣고, 톨루엔 용액 내의 8DBt-4mDBtPBfpm의 흡수 스펙트럼을 측정하였다. 이 흡수 스펙트럼으로부터, 석영 셀을 사용하여 측정한 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼을 빼고, 얻어진 값을 도면에 나타내었다. 발광 스펙트럼은 PL-EL 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)를 사용하여 측정하였다. 톨루엔 용액 내의 8DBt-4mDBtPBfpm의 발광 스펙트럼은 석영 셀에 넣은 8DBt-4mDBtPBfpm의 톨루엔 용액을 사용하여 측정하였다.
톨루엔 용액 내의 8DBt-4mDBtPBfpm의 최대 흡수 파장은 286nm, 321nm, 및 335nm 부근이고, 최대 발광 파장은 399nm(328nm의 여기 파장)이었다.
(실시예 13)
실시예 13에서는 본 발명의 일 형태의 화합물을 각각 포함하는 발광 소자의 제작예 및 이 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작된 발광 소자 각각의 모식 단면도는 도 41과 같다. 표 14는 소자 구조의 자세한 사항을 나타낸 것이다. 또한 여기서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 아래에 나타내었다.
[화학식 51]
Figure pct00067
[표 14]
Figure pct00068
<발광 소자의 제작>
<<발광 소자 11의 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 산화 몰리브데넘을 DBT3P-II:산화 몰리브데넘=1:0.5의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 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, 8Cz-4mDBtPBfpm, PCCP, 및 트리스(2-페닐피리미디네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3)을 8Cz-4mDBtPBfpm:PCCP:Ir(ppy)3=0.5:0.5:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시키고, 이어서 8Cz-4mDBtPBfpm, PCCP, 및 Ir(ppy)3을 8Cz-4mDBtPBfpm:PCCP:Ir(ppy)3=0.8:0.2:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서, 8Cz-4mDBtPBfpm 및 PCCP는 호스트 재료이고 Ir(ppy)3은 게스트 재료이다. 또한 8Cz-4mDBtPBfpm은 싸이오펜 골격을 포함하는 치환기 및 카바졸 골격을 포함한 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물이다.
다음으로, 발광층(160) 위의 전자 수송층(118)으로서, 8Cz-4mDBtPBfpm 및 BPhen을 증착에 의하여 각각 두께 15nm 및 10nm가 되도록 연속적으로 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 포함한 글러브 박스 내에서 유기 재료를 퇴적시킨 기판(200)에 유기 EL 장치용 실란트를 사용하여 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 11을 밀봉하였다. 밀봉 방법은 발광 소자 1에 사용된 것과 같다. 상술한 단계를 거쳐 발광 소자 11을 얻었다.
<<발광 소자 12의 제작>>
발광층(160) 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계를 제외하고는 발광 소자 11과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 12를 제작하였다.
발광 소자 2의 발광층(160)으로서, 8DBt-4mDBtPBfpm, PCCP, 및 Ir(ppy)3을 8DBt-4mDBtPBfpm-II:PCCP:Ir(ppy)3=0.5:0.5:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시키고, 이어서 8DBt-4mDBtPBfpm, PCCP, 및 Ir(ppy)3을 8DBt-4mDBtPBfpm:PCCP:Ir(ppy)3=0.8:0.2:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서, 8DBt-4mDBtPBfpm 및 PCCP는 호스트 재료이고 Ir(ppy)3은 게스트 재료이다. 또한 8DBt-4mDBtPBfpm는 싸이오펜 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물이다.
다음으로, 발광층(160) 위의 전자 수송층(118)으로서, 8DBt-4mDBtPBfpm 및 BPhen을 증착에 의하여 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 연속적으로 퇴적시켰다.
<<발광 소자 13의 제작>>
발광층(160) 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계를 제외하고는 발광 소자 11과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 13을 제작하였다.
발광 소자 13의 발광층(160)으로서, 4,6mDBTP2Pm-II, PCCP, 및 Ir(ppy)3을 4,6mDBTP2Pm-II:PCCP:Ir(ppy)3=0.5:0.5:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시키고, 이어서 4,6mDBTP2Pm-II, PCCP, 및 Ir(ppy)3을 4,6mDBTP2Pm-II:PCCP:Ir(ppy)3=0.8:0.2:0.05의 중량비로 공증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다. 또한 발광층(160)에서, 4,6mDBTP2Pm-II 및 PCCP는 호스트 재료이고 Ir(ppy)3은 게스트 재료이다. 또한 4,6mDBTP2Pm-II는 싸이오펜 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 피리미딘 골격에 결합된 화합물이다.
다음으로, 발광층(160) 위의 전자 수송층(118)으로서, 4,6mDBTP2Pm-II 및 BPhen을 증착에 의하여 각각 두께 20nm 및 10nm가 되도록 연속적으로 퇴적시켰다.
<발광 소자의 특성>
도 85는 제작된 발광 소자 11 내지 13의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 86은 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 87은 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 88은 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 15는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 11 내지 13의 소자 특성을 나타낸 것이다. 또한 본 실시예에서의 외부 양자 효율은, Lambertian 분포를 가정하여 정면 휘도로부터 산출한 외부 양자 효율과 Lambertian 비율의 곱이고, 전방향으로의 광속을 고려한 정확한 외부 양자 효율을 추정하기 위한 값이다.
[표 15]
Figure pct00069
도 89는 발광 소자 11 내지 13에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급하였을 때의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 89에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 11 내지 13은 게스트 재료(Ir(ppy)3)에서 유래하는 녹색광을 방출한다.
도 85 내지 도 89 및 표 15로부터, 발광 소자 11 내지 13의 각각은 전류 효율이 높고 외부 양자 효율이 높은 것을 알 수 있다.
발광 소자 11 및 12는 낮은 구동 전압으로 구동하고 발광 시작 전압(휘도가 1cd/m2를 넘는 전압)을 2.3V로 하였다. 즉, 캐리어 수송성이 우수한 본 발명의 일 형태의 화합물을 호스트 재료 및 전자 수송 재료로서 사용한 발광 소자는 낮은 전압으로 구동시킬 수 있다.
다음으로, 발광 소자 11 내지 13의 구동 수명을 측정하였다. 도 90은 구동 수명 시험의 측정 결과를 나타낸 것이다. 또한 구동 수명 시험에서는, 발광 소자 11 내지 13의 전류 밀도를 50mA/cm2(초기 휘도가 약 24000cd/m2임)로 하고, 일정한 전류 밀도로 발광 소자 11 내지 13을 연속적으로 구동시켰다.
도 90에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 11 및 12 각각은 발광 소자 13보다 구동 수명이 길고, 이 구동 수명은 녹색 발광의 인광성 화합물을 발광성 재료로서 포함하는 발광 소자로서 충분히 길다.
따라서, 카바졸 골격을 포함하는 치환기 및 싸이오펜 골격을 포함하는 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물을 호스트 재료로서 포함하는 발광 소자, 및 싸이오펜 골격을 각각 포함하는 2개의 치환기가 다이벤조퓨로피리미딘 골격에 결합된 본 발명의 일 형태의 화합물을 호스트 재료로서 포함하는 발광 소자는 구동 수명이 길다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 화합물을 포함하는 발광 소자는 녹색 발광의 인광성 화합물을 게스트 재료로서 포함하는 발광 소자로서 바람직하게 사용될 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 구동 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화합물에 의하여, 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 실시예에서 설명한 구조는 다른 실시예 및 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
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, 120: 발광층, 121: 게스트 재료, 122: 호스트 재료, 123B: 발광층, 123G: 발광층, 123R: 발광층, 130: 발광층, 131: 게스트 재료, 132: 호스트 재료, 133: 호스트 재료, 145: 격벽, 150: 발광 소자, 160: 발광층, 170: 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, 300: 유기 반도체 소자, 301: 소스 전극, 301_1: 배선, 301_5: 배선, 301_6: 배선, 301_7: 배선, 302: 드레인 전극, 302_1: 배선, 302_2: 배선, 303: 게이트 전극, 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, 330: 활성층, 600: 표시 장치, 601: 신호선 구동 회로부, 602: 화소부, 603: 주사선 구동 회로부, 604: 밀봉 기판, 605: 실재, 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, 683: 액적 토출 장치, 684: 액적, 685: 층, 801: 화소 회로, 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: 실재, 1033: 기재, 1034B: 착색층, 1034G: 착색층, 1034R: 착색층, 1034Y: 착색층, 1035: 차광층, 1036: 오버코트층, 1037: 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 1400: 액적 토출 장치, 1402: 기판, 1403: 액적 토출 수단, 1404: 촬상 수단, 1405: 헤드, 1406: 공간, 1407: 제어 수단, 1408: 기억 매체, 1409: 화상 처리 수단, 1410: 컴퓨터, 1411: 마커, 1412: 헤드, 1413: 재료 공급원, 1414: 재료 공급원, 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: 가요성 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: 가요성 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 검출 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, 3054: 표시부, 3500: 다기능 단말기, 3502: 하우징, 3504: 표시부, 3506: 카메라, 3508: 조명, 3600: 라이트, 3602: 하우징, 3608: 조명, 3610: 스피커, 7101: 하우징, 7102: 하우징, 7103: 표시부, 7104: 표시부, 7105: 마이크로폰, 7106: 스피커, 7107: 조작 키, 7108: 스타일러스, 7121: 하우징, 7122: 표시부, 7123: 키보드, 7124: 포인팅 디바이스, 7200: 헤드 마운트 디스플레이, 7201: 장착부, 7202: 렌즈, 7203: 본체, 7204: 표시부, 7205: 케이블, 7206: 배터리, 7300: 카메라, 7301: 하우징, 7302: 표시부, 7303: 조작 버튼, 7304: 셔터 버튼, 7305: 접속부, 7306: 렌즈, 7400: 파인더, 7401: 하우징, 7402: 표시부, 7403: 버튼, 7500: 헤드 마운트 디스플레이, 7501: 하우징, 7502: 표시부, 7503: 조작 버튼, 7504: 고정구, 7505: 렌즈, 7510: 헤드 마운트 디스플레이, 7701: 하우징, 7702: 하우징, 7703: 표시부, 7704: 조작 키, 7705: 렌즈, 7706: 연결부, 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 단말기, 9101: 휴대 정보 단말기, 9102: 휴대 정보 단말기, 9200: 휴대 정보 단말기, 9201: 휴대 정보 단말기, 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 12월 25일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2015-254112의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.

Claims (29)

  1. 화합물로서,
    벤조퓨로피리미딘 골격 및 벤조티에노피리미딘 골격 중 하나인 골격;
    제 1 치환기; 및
    제 2 치환기
    를 포함하고,
    상기 제 1 치환기는 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격 중 임의의 것을 포함하고,
    상기 제 2 치환기는 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격 중 임의의 것을 포함하고,
    상기 제 1 치환기는 상기 골격의 피리미딘 고리에 결합되고,
    상기 제 2 치환기는 상기 골격의 벤젠 고리에 결합되는, 화합물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 골격은 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 골격 및 벤조티에노[3,2-d]피리미딘 골격 중 하나이고,
    상기 제 1 치환기는 상기 골격의 2 또는 4위치에 결합되고,
    상기 제 2 치환기는 상기 골격의 6, 7, 8, 또는 9위치에 결합되는, 화합물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 치환기는 상기 골격의 상기 4위치에 결합되고,
    상기 제 2 치환기는 상기 골격의 상기 8위치에 결합되는, 화합물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 치환기 및 상기 제 2 치환기는 각각 퓨란 골격을 포함하고, 상기 제 1 치환기 및 상기 제 2 치환기는 각각 싸이오펜 골격을 포함하고, 또는 상기 제 1 치환기 및 상기 제 2 치환기는 각각 피롤 골격을 포함하는, 화합물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 치환기는 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 카바졸 골격 중 임의의 것을 포함하고,
    상기 제 2 치환기는 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 카바졸 골격 중 임의의 것을 포함하는, 화합물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 치환기 및 상기 제 2 치환기는 각각 다이벤조퓨란 골격을 포함하고, 상기 제 1 치환기 및 상기 제 2 치환기는 각각 다이벤조싸이오펜 골격을 포함하고, 또는 상기 제 1 치환기 및 상기 제 2 치환기는 각각 카바졸 골격을 포함하는, 화합물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 치환기 및 상기 제 2 치환기는 같은 치환기인, 화합물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 화합물은 일반식(G0)으로 나타내어지는, 화합물:
    Figure pct00070

    Q는 산소 또는 황을 나타내고,
    A1 및 A2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 다이벤조퓨란 골격, 치환 또는 비치환된 다이벤조싸이오펜 골격, 및 치환 또는 비치환된 카바졸 골격 중 임의의 것을 나타내고,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기 중 임의의 것을 나타내고,
    α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고,
    m은 0 내지 4의 정수(整數)를 나타내고,
    n은 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 화합물은 일반식(G1)으로 나타내어지는, 화합물:
    Figure pct00071
  10. 제 8 항에 있어서,
    A1 및 A2는 각각 치환 또는 비치환된 다이벤조퓨란 골격을 나타내고, A1 및 A2는 각각 치환 또는 비치환된 다이벤조싸이오펜 골격을 나타내고, 또는 A1 및 A2는 각각 치환 또는 비치환된 카바졸 골격을 나타내고,
    α 및 β는 각각 페닐렌기를 나타내는, 화합물.
  11. 제 8 항에 있어서,
    A1 및 A2는 같은 기를 나타내고,
    α 및 β는 같은 기를 나타내고,
    m 및 n은 같은, 화합물.
  12. 제 8 항에 있어서,
    m 및 n은 각각 1을 나타내는, 화합물.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 화합물은 일반식(G2)으로 나타내어지는, 화합물:
    Figure pct00072

    Q는 산소 또는 황을 나타내고,
    X 및 Z는 각각 독립적으로 산소, 황, 및 N-R 중 임의의 것을 나타내고,
    R1 내지 R18 및 R은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 나타내고,
    α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고,
    m은 0 내지 4의 정수를 나타내고,
    n은 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 화합물은 일반식(G3)으로 나타내어지는, 화합물:
    Figure pct00073
  15. 제 13 항에 있어서,
    X 및 Z는 각각 산소를 나타내고, 또는 X 및 Z는 각각 황을 나타내고,
    α 및 β는 각각 페닐렌기를 나타내는, 화합물.
  16. 제 13 항에 있어서,
    R5 내지 R18은 모두 수소를 나타내는, 화합물.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 화합물은 일반식(G4)으로 나타내어지는, 화합물:
    Figure pct00074

    Q는 산소 또는 황을 나타내고,
    R1 내지 R4 및 R19 내지 R34는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기 중 임의의 것을 나타내고,
    α 및 β는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타내고,
    m은 0 내지 4의 정수를 나타내고,
    n은 0 내지 4의 정수를 나타낸다.
  18. 제 17 항에 있어서,
    α 및 β는 각각 페닐렌기를 나타내는, 화합물.
  19. 제 17 항에 있어서,
    R19 내지 R34는 모두 수소를 나타내는, 화합물.
  20. 제 13 항에 있어서,
    α 및 β는 같은 기를 나타내고,
    m 및 n은 같은, 화합물.
  21. 제 13 항에 있어서,
    m 및 n은 각각 1을 나타내는, 화합물.
  22. 제 8 항에 있어서,
    R1 내지 R4는 모두 수소를 나타내는, 화합물.
  23. 발광 소자로서,
    제 1 항에 따른 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  24. 제 23 항에 있어서,
    게스트 재료를 더 포함하는, 발광 소자.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는, 발광 소자.
  26. 발광 소자로서,
    게스트 재료;
    제 1 유기 화합물; 및
    제 2 유기 화합물
    을 포함하고,
    상기 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하고,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물은 엑시플렉스를 형성하는 조합이고,
    상기 제 1 유기 화합물은 제 1 항에 따른 화합물인, 발광 소자.
  27. 표시 장치로서,
    제 23 항에 따른 발광 소자; 및
    컬러 필터 및 트랜지스터 중 하나
    를 포함하는, 표시 장치.
  28. 전자 기기로서,
    제 27 항에 따른 표시 장치; 및
    하우징 및 터치 센서 중 하나
    를 포함하는, 전자 기기.
  29. 조명 장치로서,
    제 23 항에 따른 발광 소자; 및
    하우징 및 터치 센서 중 하나
    를 포함하는, 조명 장치.
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