KR20190088911A - 유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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도모야 야마구치
히데코 요시즈미
히로미츠 기도
아이리 우에다
사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 신규 유기 화합물을 제공한다. 즉 소자 특성이나 신뢰성을 높이는데 유효한 신규 유기 화합물을 제공한다.
다이벤조벤조퓨로퀴녹살린 골격 또는 다이벤조벤조티에노퀴녹살린 골격을 갖는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
Figure pat00058

일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R1 내지 R12 중 적어도 하나는 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 30의 치환 또는 비치환된 축합 방향 고리 또는 축합 헤테로 방향 고리 중 어느 것을 갖는 제 1 기이고, 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다.

Description

유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{ORGANIC COMPOUND, LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다. 다만, 본 발명의 일 형태는 이들에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 일 형태는 물건, 방법, 제작 방법, 또는 구동 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 또한 구체적으로는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치 등을 일례로서 들 수 있다.
한 쌍의 전극 사이에 EL층을 끼운 발광 소자(유기 EL 소자라고도 함)는 박형 경량, 입력 신호에 대한 고속 응답성, 저소비전력 등의 특성을 갖기 때문에, 이것이 적용된 디스플레이는 차세대 플랫 패널 디스플레이로서 주목을 받고 있다.
발광 소자는 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써 각 전극으로부터 주입된 전자 및 정공이 EL층에서 재결합하여, EL층에 포함되는 발광 물질(유기 화합물)이 여기 상태가 되고, 그 여기 상태가 기저 상태로 되돌아갈 때 발광한다. 또한 여기 상태의 종류로서는 단일항 여기 상태(S*)와 삼중항 여기 상태(T*)가 있고, 단일항 여기 상태로부터의 발광이 형광이라고 불리고, 삼중항 여기 상태로부터의 발광이 인광이라고 불린다. 또한 발광 소자에서의 이들의 통계적인 생성 비율은 S*:T*=1:3인 것으로 생각된다. 발광 물질로부터 얻어지는 발광 스펙트럼은 그 발광 물질 특유의 것이고, 상이한 종류의 유기 화합물을 발광 물질로서 사용함으로써 다양한 색의 발광을 나타내는 발광 소자를 얻을 수 있다.
이와 같은 발광 소자에 관해서는 그 소자 특성을 향상시키기 위하여 소자 구조의 개량이나 재료 개발 등이 활발히 진행되고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 특개2010-182699호
발광 소자의 개발에 있어서, 발광 소자에 사용되는 유기 화합물이 그 특성이나 신뢰성을 높이는 데 매우 중요하다. 그러므로 본 발명의 일 형태는 신규 유기 화합물을 제공한다. 즉, 소자 특성이나 신뢰성을 높이는 데 유효한 신규 유기 화합물을 제공한다. 또한 본 발명의 일 형태는 발광 소자에 사용할 수 있는 신규 유기 화합물을 제공한다. 또한 본 발명의 일 형태는 발광 소자의 EL층에 사용할 수 있는 신규 유기 화합물을 제공한다. 또한 본 발명의 일 형태의 신규 유기 화합물을 사용한, 효율이 높고 신뢰성이 높은 신규 발광 소자를 제공한다. 또한 신규 발광 장치, 신규 전자 기기, 또는 신규 조명 장치를 제공한다. 또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 반드시 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없다. 또한 이들 외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 1]
Figure pat00001
다만 일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R1 내지 R12 중 적어도 하나는 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 30의 치환 또는 비치환된 축합 방향 고리 또는 축합 헤테로 방향 고리 중 어느 것을 갖는 제 1 기이고, 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 2]
Figure pat00002
다만 일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R1 내지 R12 중 적어도 하나는 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 30의 치환 또는 비치환된 정공 수송성 골격을 갖는 제 1 기이고, 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 3]
Figure pat00003
다만 일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R1 내지 R12 중 적어도 하나는 플루오렌 골격, 페난트렌 골격, 트라이페닐렌 골격, 나프탈렌 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 다이벤조퓨란 골격, 또는 카바졸 골격 중 어느 것을 갖는 제 1 기이고, 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 상기 각 구성에서, 제 1 기의 총탄소수는 3 내지 100인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 4]
Figure pat00004
다만 일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R1 내지 R12 중 적어도 하나는 고리를 형성하는 탄소수 6 내지 24의 치환 또는 비치환된 아릴렌기 또는 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 24의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기를 통하여 하기 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조가 결합된 제 1 기이고, 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다.
[화학식 5]
Figure pat00005
다만 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21)에서 Q'는 O 또는 S를 나타내고, R13 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 6]
Figure pat00006
다만 일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R1 내지 R12 중 적어도 하나는 하기 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21) 중 어느 하나로 나타내어지는 제 1 기이고, 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다.
[화학식 7]
Figure pat00007
다만 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21)에서 Q'는 O 또는 S를 나타내고, R13 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 8]
Figure pat00008
다만 일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R3은 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 30의 치환 또는 비치환된 축합 방향 고리 또는 축합 헤테로 방향 고리 중 어느 것을 갖는 제 1 기이고, R1, R2 및 R4 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 9]
Figure pat00009
다만 일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R3은 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 30의 치환 또는 비치환된 정공 수송성 골격을 갖는 제 1 기이고, R1, R2 및 R4 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 10]
Figure pat00010
다만 일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R3은 플루오렌 골격, 페난트렌 골격, 트라이페닐렌 골격, 나프탈렌 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 다이벤조퓨란 골격, 또는 카바졸 골격 중 어느 것을 갖는 제 1 기이고, R1, R2 및 R4 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 상기 각 구성에서, R3의 총탄소수는 3 내지 100인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 11]
Figure pat00011
다만 일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R3은 고리를 형성하는 탄소수 6 내지 24의 치환 또는 비치환된 아릴렌기 또는 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 24의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기를 통하여 하기 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조가 결합된 제 1 기이고, R1, R2 및 R4 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다.
[화학식 12]
Figure pat00012
다만 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21)에서 Q'는 O 또는 S를 나타내고, R13 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 13]
Figure pat00013
다만 일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R3은 하기 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21) 중 어느 하나로 나타내어지는 제 1 기이고, R1, R2 및 R4 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다.
[화학식 14]
Figure pat00014
다만 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21)에서 Q'는 O 또는 S를 나타내고, R13 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 중 어느 것을 나타낸다.
상기 각 구성에서, 탄소수 1 내지 50의 기는 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬기로 치환된 아미노기, 아릴기로 치환된 아미노기, 사이아노기, 카복실기, 알킬옥시카보닐기, 아릴옥시카보닐기, 알킬기로 치환된 실릴기, 아릴기로 치환된 실릴기, 알킬기, 사이클로알킬기, 헤테로아릴기, 또는 아릴기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 구조식(100) 또는 구조식(125)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 15]
Figure pat00015
또한 본 발명의 다른 일 형태는 벤조퓨로퀴녹살린 골격 또는 벤조티에노퀴녹살린 골격을 갖는 유기 화합물을 사용한 발광 소자이다. 또한 다이벤조[f,h][1]벤조퓨로[2,3-b]퀴녹살린 골격 또는 다이벤조[f,h][1]벤조티에노[2,3-b]퀴녹살린 골격을 갖는 유기 화합물을 사용한 발광 소자이면 더 바람직하다. 또한 상기 유기 화합물에 더하여, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 물질, 예를 들어 유기 금속 착체를 포함하는 인광 재료나 TADF 재료를 갖는 발광 소자도 본 발명의 일 형태에 포함된다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 상술한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용한 발광 소자이다. 또한 한 쌍의 전극 사이에 제공되는 EL층이나, EL층에 포함되는 발광층에 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용하여 형성된 발광 소자도 본 발명의 일 형태에 포함되는 것으로 한다. 또한 발광 소자에 더하여, 트랜지스터, 기판 등을 갖는 발광 장치도 발명의 범주에 포함된다. 또한 이들 발광 장치에 더하여, 마이크로폰, 카메라, 조작용 버튼, 외부 접속부, 하우징, 커버, 지지대, 또는 스피커 등을 갖는 전자 기기나 조명 장치도 발명의 범주에 포함된다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 발광 물질로서 사용할 수 있거나 또는 인광을 발하는 발광 물질(인광성 화합물)과 조합하여 발광 소자의 발광층에 사용할 수 있다. 즉, 발광층에서 삼중항 여기 상태로부터의 발광을 얻을 수 있기 때문에 발광 소자의 고효율화가 가능하게 되어 매우 유효하다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물과 인광성 화합물을 조합하여 발광층에 사용한 발광 소자는 본 발명의 일 형태에 포함되는 것으로 한다. 또한 상기에 더하여, 제 3 물질을 발광층에 더한 구성으로 하여도 좋다.
또한 본 발명의 일 형태는 발광 소자를 갖는 발광 장치를 포함하고, 또한 발광 장치를 갖는 조명 장치도 범주에 포함한다. 따라서, 본 명세서에서 발광 장치란, 화상 표시 디바이스 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한 발광 장치에 예를 들어 FPC(Flexible printed circuit) 또는 TCP(Tape Carrier Package) 등의 커넥터가 장착된 모듈, TCP 끝에 인쇄 배선판이 제공된 모듈, 또는 발광 소자에 COG(Chip On Glass) 방식으로 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함되는 것으로 한다.
본 발명의 일 형태는 신규 유기 화합물을 제공할 수 있다. 즉, 소자 특성이나 신뢰성을 높이는 데 유효한 신규 유기 화합물을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태는 발광 소자에 사용할 수 있는 신규 유기 화합물을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태는 발광 소자의 EL층에 사용할 수 있는 신규 유기 화합물을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 신규 유기 화합물을 사용한, 효율이 높고 신뢰성이 높은 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 신규 발광 장치, 신규 전자 기기, 또는 신규 조명 장치를 제공할 수 있다. 또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1은 발광 소자의 구조에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 2는 발광 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 3은 발광 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 4는 전자 기기에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 5는 전자 기기에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 6은 자동차에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 7은 조명 장치에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 8은 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 화합물의 1H-NMR 차트.
도 9는 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 화합물의 자외 가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 10은 발광 소자에 대하여 설명하기 위한 도면.
도 11은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 12는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 13은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 14는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 전압-전류 특성을 나타낸 도면.
도 15는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 16은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 신뢰성을 나타낸 도면.
도 17은 구조식(125)으로 나타내어지는 유기 화합물의 1H-NMR 차트.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 아래에서 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 아래의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 아래의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한 도면 등에 나타낸 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은 이해를 쉽게 하기 위하여 실제의 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않은 경우가 있다. 따라서, 개시(開示)하는 발명은 반드시 도면 등에 나타낸 위치, 크기, 범위 등에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 명세서 등에서 도면을 참조하여 발명의 구성을 설명함에 있어서, 같은 것을 가리키는 부호를 상이한 도면 간에서도 공통적으로 사용한다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 다이벤조벤조퓨로퀴녹살린 골격 또는 다이벤조벤조티에노퀴녹살린 골격을 갖는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 갖는 유기 화합물이다.
[화학식 16]
Figure pat00016
또한 일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R1 내지 R12 중 적어도 하나는 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 30의 치환 또는 비치환된 축합 방향 고리 또는 축합 헤테로 방향 고리 중 어느 것을 갖는 제 1 기이고, 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 상술한 일반식(G1)을 상기 구성 외에 "일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R1 내지 R12 중 적어도 하나는 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 30의 치환 또는 비치환된 정공 수송성 골격을 갖는 제 1 기이고, 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다"로 하여도 좋다.
또한 상술한 일반식(G1)을 상기 구성 외에 "일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R1 내지 R12 중 적어도 하나는 플루오렌 골격, 페난트렌 골격, 트라이페닐렌 골격, 나프탈렌 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 다이벤조퓨란 골격, 또는 카바졸 골격 중 어느 것을 갖는 제 1 기이고, 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다"로 하여도 좋다.
또한 상술한 각 구성에서, 제 1 기의 총탄소수는 3 내지 100인 것이 바람직하다.
또한 상술한 일반식(G1)을 상기 구성 외에 "일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R1 내지 R12 중 적어도 하나는 고리를 형성하는 탄소수 6 내지 24의 치환 또는 비치환된 아릴렌기 또는 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 24의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기를 통하여 하기 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조가 결합된 제 1 기이고, 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다"로 하여도 좋다.
또한 상술한 일반식(G1)을 상기 구성 외에 "일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R1 내지 R12 중 적어도 하나는 하기 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21) 중 어느 하나로 나타내어지는 제 1 기이고, 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다"로 하여도 좋다.
[화학식 17]
또한 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21)에서 Q'는 O 또는 S를 나타내고, R13 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 상술한 일반식(G1)을 상기 구성 외에 "일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R3은 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 30의 치환 또는 비치환된 축합 방향 고리 또는 축합 헤테로 방향 고리 중 어느 것을 갖는 제 1 기이고, R1 R2, 및 R4 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다"로 하여도 좋다.
또한 상술한 일반식(G1)을 상기 구성 외에 "일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R3은 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 30의 치환 또는 비치환된 정공 수송성 골격을 갖는 제 1 기이고, R1 R2, 및 R4 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다"로 하여도 좋다.
또한 상술한 일반식(G1)을 상기 구성 외에 "일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R3은 플루오렌 골격, 페난트렌 골격, 트라이페닐렌 골격, 나프탈렌 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 다이벤조퓨란 골격, 또는 카바졸 골격 중 어느 것을 갖는 제 1 기이고, R1 R2, 및 R4 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다"로 하여도 좋다.
또한 상술한 각 구성에서, R3의 총탄소수는 3 내지 100인 것이 바람직하다.
또한 상술한 일반식(G1)을 상기 구성 외에 "일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R3은 고리를 형성하는 탄소수 6 내지 24의 치환 또는 비치환된 아릴렌기 또는 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 24의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기를 통하여 하기 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조가 결합된 제 1 기이고, R1, R2 및 R4 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다"로 하여도 좋다.
또한 상술한 일반식(G1)을 상기 구성 외에 "일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R3은 하기 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21) 중 어느 하나로 나타내어지는 제 1 기이고, R1 R2, 및 R4 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 또는 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 것을 나타낸다"로 하여도 좋다.
[화학식 18]
Figure pat00018
또한 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21)에서 Q'는 O 또는 S를 나타내고, R13 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 상기 각 구성에서, 탄소수 1 내지 50의 기로서는 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬기로 치환된 아미노기, 아릴기로 치환된 아미노기, 사이아노기, 카복실기, 알킬옥시카보닐기, 아릴옥시카보닐기, 알킬기로 치환된 실릴기, 아릴기로 치환된 실릴기, 알킬기, 사이클로알킬기, 헤테로아릴기, 또는 아릴기 중 어느 것이 바람직하다. 또한 이들의 구체적인 예로서는 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, tert-뷰톡시기, 페녹시기, 4-메틸페녹시기, 3,5-다이메틸페녹시기, 1-나프톡시기, 2-나프톡시기, 메틸아미노기, 에틸아미노기, 다이메틸아미노기, 다이에틸아미노기, 메틸에틸아미노기, 페닐메틸아미노기, 페닐아미노기, 다이페닐아미노기, 1-나프틸아미노기, 2-나프틸아미노기, N-1-나프틸-N-페닐아미노기, N-2-나프틸-N-페닐아미노기, 비스(바이페닐-4-일)아미노기, N,N-비스(p-터페닐)아미노기, 메톡시카보닐기, 에톡시카보닐기, 페녹시카보닐기, 트라이메틸시릴기, 트라이페닐시릴기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, n-헥실기, 벤질기, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 2-바이페닐기, 3-바이페닐기, 4-바이페닐기, 페난트렌일기, 트라이페닐렌일기, 9,9-다이메틸플루오렌일기, 피리딜기, 퀴놀릴기, 9-카바졸릴기, 9-페닐-2-카바졸릴기, 9-페닐-3-카바졸릴기, 다이벤조퓨란일기, 다이벤조싸이오페닐기 등을 들 수 있다. 이 외에 스파이로플루오렌일기, N,N-비스(p-바이페닐릴)아미노기 등의 탄소수 25 이하 즉 탄소수 1 내지 25의 기는 승화성의 관점에서 바람직하다.
또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물에서 골격에 포함되는 수소는 중수소이어도 좋다.
또한 상기 각 구성에서, 일반식(G1) 또는 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21)에서의 치환이란 바람직하게는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, sec-뷰틸기, tert-뷰틸기, n-펜틸기, n-헥실기 등의 탄소수 1 내지 6의 알킬기나, 페닐기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 2-바이페닐기, 3-바이페닐기, 4-바이페닐기 등의 탄소수 6 내지 12의 아릴기 등의 치환기에 의한 치환을 가리킨다. 또한 이들 치환기는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 예를 들어 상기 아릴렌기가 치환기로서 9위치에 2개의 페닐기를 갖는 2,7-플루오렌일렌기인 경우, 이 페닐기가 서로 결합하여 스파이로-9,9'-바이플루오렌-2,7-다이일기가 되어도 좋다.
또한 상기 각 구성에서, 일반식(G1)의 R1 내지 R12가 나타내는, 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 30의 축합 방향 고리 또는 축합 헤테로 방향 고리의 구체적인 예로서는 퀴놀린 고리, 아이소퀴놀린 고리, 퀴나졸린 고리, 퀴녹살린 고리, 나프탈렌 고리, 벤조싸이오펜 고리, 벤조퓨란 고리, 인돌 고리, 플루오렌 고리, 페난트렌 고리, 트라이페닐렌 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 벤조나프토싸이오펜 고리, 다이벤조퓨란 고리, 벤조나프토퓨란 고리, 카바졸 고리, 벤조카바졸 고리, 또는 다이벤조카바졸 고리 등을 들 수 있다.
또한 상기 각 구성에서, 일반식(G1)의 R1 내지 R12가 나타내는, 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 30의 정공 수송성 골격의 구체적인 예로서는 나프탈렌 고리, 벤조싸이오펜 고리, 벤조퓨란 고리, 인돌 고리, 플루오렌 고리, 페난트렌 고리, 트라이페닐렌 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 벤조나프토싸이오펜 고리, 다이벤조퓨란 고리, 벤조나프토퓨란 고리, 카바졸 고리, 벤조카바졸 고리, 또는 다이벤조카바졸 고리 등을 들 수 있다.
또한 상기 각 구성에서, 일반식(G1)의 R1 내지 R12가 나타내는, 고리를 형성하는 탄소수 6 내지 24의 아릴렌기의 구체적인 예로서는 페닐렌기, 나프탈렌다이일기, 바이페닐다이일기, 터페닐다이일기, 플루오렌다이일기, 페난트렌다이일기, 트라이페닐렌다이일기 등을 들 수 있다.
또한 상기 각 구성에서, 일반식(G1)의 R1 내지 R12가 나타내는, 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 24의 헤테로아릴렌기의 구체적인 예로서는 피리딘다이일기, 피라진다이일기, 피리미딘다이일기, 트라이아진다이일기, 트라이아졸다이일기, 옥사다이아졸다이일기, 싸이아다이아졸다이일기, 옥사졸다이일기, 싸이아졸다이일기, 싸이오펜다이일기, 피롤다이일기, 퓨란다이일기, 셀레노펜다이일기, 벤조싸이오펜다이일기, 벤조피롤다이일기, 벤조퓨란다이일기, 퀴놀린다이일기, 아이소퀴놀린다이일기, 다이벤조싸이오펜다이일기, 카바졸다이일기, 다이벤조퓨란다이일기 등을 들 수 있다.
또한 상기 각 구성에서, 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21)의 R13 내지 R24가 나타내는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, sec-뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 아이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 아이소헥실기, sec-헥실기, tert-헥실기, 네오헥실기, 3-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 2-에틸뷰틸기, 1,2-다이메틸뷰틸기, 2,3-다이메틸뷰틸기 등을 들 수 있다.
또한 상기 각 구성에서, 일반식(A-1) 내지 일반식(A-21)의 R13 내지 R24가 나타내는, 고리를 형성하는 탄소수 5 내지 7의 사이클로알킬기의 구체적인 예로서는 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 사이클로헵틸기 등을 들 수 있다.
다음에, 상술한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물의 구체적인 구조식을 아래에 나타낸다.
[화학식 19]
Figure pat00019
[화학식 20]
Figure pat00020
[화학식 21]
Figure pat00021
[화학식 22]
Figure pat00022
[화학식 23]
Figure pat00023
[화학식 24]
Figure pat00024
[화학식 25]
Figure pat00025
또한 상기 구조식(100) 내지 구조식(175)으로 나타내어지는 유기 화합물은 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물에 포함되는 일례이며, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 이에 한정되지 않는다.
다음에, 일반식(G1)으로 나타내어지는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물의 합성 방법의 일례에 대하여 설명한다.
우선, 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물인 다이벤조벤조퓨로퀴녹살린 유도체 또는 다이벤조벤조티에노퀴녹살린 유도체의 합성 방법의 일례에 대하여 설명한다.
[화학식 26]
Figure pat00026
일반식(G1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소 또는 치환기를 나타내고, R1 내지 R12 중 적어도 하나는 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 30의 치환 또는 비치환된 축합 방향 고리 또는 축합 헤테로 방향 고리 중 어느 것을 나타낸다.
<<일반식(G0)으로 나타내어지는 할로젠 화합물의 합성 방법>>
우선, 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 다이벤조벤조퓨로퀴녹살린 유도체 또는 다이벤조벤조티에노퀴녹살린 유도체의 합성에 사용하는 할로젠 화합물(일반식(G0))의 합성 방법에 대하여 설명한다.
하기 일반식(G0)으로 나타내어지는 할로젠 화합물은 예를 들어 아래에 기재된 합성 방법에 의하여 간편하게 합성할 수 있다. 여기서는 제 1 합성 방법 및 제 2 합성 방법에 대하여 설명한다.
[화학식 27]
Figure pat00027
상기 일반식(G0)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R31 내지 R42는 각각 독립적으로 수소 또는 치환기를 나타내고, R31 내지 R42 중 적어도 하나는 할로젠을 나타낸다.
<제 1 합성 방법>
상기 일반식(G0)으로 나타내어지는 할로젠 화합물은 하기 합성 스킴(A-1)에 나타낸 바와 같이 하이드록시기 또는 설판일기가 치환된 페닐기를 갖는 할로젠화 다이벤조퀴녹살린 유도체(A1)를 탄산 포타슘 등의 염기(A2)와 반응시킴으로써 얻을 수 있다.
[화학식 28]
Figure pat00028
또한 합성 스킴(A-1)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, X는 할로젠을 나타내고, R31 내지 R42는 각각 독립적으로 수소 또는 치환기를 나타내고, R31 내지 R42 중 적어도 하나는 할로젠을 나타낸다.
<제 2 합성 방법>
상기 일반식(G0)으로 나타내어지는 할로젠 화합물은 하기 합성 스킴(A-1')에 나타낸 바와 같이 메틸옥시기 또는 메틸설판일기가 치환된 페닐기, 및 아미노기를 갖는 다이벤조퀴녹살린 유도체(A1')와, 아질산 tert-뷰틸을 반응시킴으로써 얻을 수도 있다.
[화학식 29]
Figure pat00029
또한 합성 스킴(A-1')에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R31 내지 R42는 각각 독립적으로 수소 또는 치환기를 나타내고, R31 내지 R42 중 적어도 하나는 할로젠을 나타낸다.
<<일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법>>
다음에, 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 다이벤조벤조퓨로퀴녹살린 유도체 또는 다이벤조벤조티에노퀴녹살린 유도체의 합성 방법에 대하여 설명한다.
상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 다이벤조벤조퓨로퀴녹살린 유도체 또는 다이벤조벤조티에노퀴녹살린 유도체는 하기 합성 스킴(A-2)에 나타낸 바와 같이, 상기 스킴(A-1) 또는 스킴(A-1')에 의하여 얻어진 할로젠 화합물(G0)과, 보론산 화합물(B1)을 커플링시킴으로써 얻을 수 있다.
[화학식 30]
Figure pat00030
또한 합성 스킴(A-2)에서 Q는 O 또는 S를 나타내고, R1 내지 R12 및 R31 내지 R42는 각각 독립적으로 수소 또는 치환기를 나타내고, R1 내지 R12 중 적어도 하나는 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 30의 치환 또는 비치환된 축합 방향 고리 또는 축합 헤테로 방향 고리 중 어느 것을 갖는다. 또한 B1은 보론산 또는 보론산에스터 또는 고리형 트라이올보레이트염 등을 나타낸다.
상술한 화합물(A1) 및 화합물(A1')은 종류 다양하게 시판되거나 또는 합성 가능하기 때문에 일반식(G1)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 다이벤조벤조퓨로퀴녹살린 유도체 또는 다이벤조벤조티에노퀴녹살린 유도체는 종류 다양하게 합성할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 베리에이션이 풍부하다는 특징이 있다.
또한 상술한 화합물(G0)의 구체적인 구조식을 아래에 나타낸다.
[화학식 31]
Figure pat00031
[화학식 32]
Figure pat00032
또한 상기 구조식(200) 내지 구조식(223)으로 나타내어지는 유기 화합물은 상기 일반식(G0)으로 나타내어지는 할로젠 화합물에 포함되는 일례이며, 이에 한정되지 않는다.
여기까지 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 다이벤조벤조퓨로퀴녹살린 유도체 또는 다이벤조벤조티에노퀴녹살린 유도체의 합성 방법의 일례에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 다른 어떤 합성 방법에 의하여 합성되어도 좋다.
또한 본 실시형태에 기재된 유기 화합물은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
또한 상술한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 전자 수송성 및 정공 수송성을 갖기 때문에 발광층의 호스트 재료로서 사용하거나 또는 전자 수송층이나 정공 수송층에 사용할 수도 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 비교적 높은 T1 준위를 유지할 수 있기 때문에 인광을 발하는 물질(인광 재료)과 조합하여 호스트 재료로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한 형광 발광을 나타내기 때문에, 그것 자체를 발광 소자의 발광 물질로서 사용할 수도 있다. 따라서, 이들 유기 화합물을 포함하는 발광 소자도 본 발명의 일 형태에 포함된다.
또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 LUMO 준위가 낮고 전자를 받기 쉬운 화합물로서 바람직하다. 따라서 전자 수송층이나 발광층의 호스트 재료로서 사용하는 것이 바람직하고, 이로써 발광 소자의 구동 전압을 저감시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물과, HOMO 준위가 높고(구체적으로는 -5.7eV 이상) 정공을 받기 쉬운 유기 화합물을 조합함으로써 들뜬 복합체를 형성하고, 이 들뜬 복합체로부터 발광 물질로 여기 에너지를 효율적으로 이동시킬 수 있으므로 인광 발광 소자의 효율 향상, 신뢰성 향상, 구동 전압 저감을 도모할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물과 조합하는 유기 화합물(정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료)의 구체적인 예에 대해서는 실시형태 2에 기재된 재료를 적절히 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제작할 수 있다. 또한 소비전력이 낮은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제작할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 대하여 설명하였다. 또한 다른 실시형태에서 본 발명의 일 형태에 대하여 설명한다. 다만 본 발명의 일 형태는 이들에 한정되지 않는다. 즉, 본 실시형태 및 다른 실시형태에는 다양한 발명의 형태가 기재되어 있기 때문에, 본 발명의 일 형태는 특정의 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어 본 발명의 일 형태로서 발광 소자에 적용한 경우를 예로 설명하였으나, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 또한 상황에 따라 본 발명의 일 형태는 발광 소자 이외의 것에 적용하여도 좋다. 또한 상황에 따라 본 발명의 일 형태는 발광 소자에 적용하지 않아도 된다.
본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 대하여 설명한다. 또한 본 실시형태에서 설명하는 발광 소자에는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용할 수 있다.
<<발광 소자의 기본적인 구조>>
도 1의 (A)에는 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 개재(介在)하는 발광 소자를 도시하였다. 구체적으로는, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 발광층을 포함하는 EL층(103)이 개재된 구조를 갖는다.
도 1의 (B)에는 한 쌍의 전극 사이에 복수(도 1의 (B)에서는 2층)의 EL층(103a, 103b)을 갖고, EL층 사이에 전하 발생층(104)을 개재하는 적층 구조(탠덤 구조)의 발광 소자를 도시하였다. 이러한 탠덤 구조의 발광 소자는 저전압 구동이 가능하기 때문에 소비전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한 전하 발생층(104)은 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)에 전압을 인가하였을 때, 한쪽의 EL층(103a 또는 103b)에 전자를 주입하고, 다른 쪽의 EL층(103a 또는 103b)에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 따라서, 도 1의 (B)에서 제 1 전극(101)의 전위가 제 2 전극(102)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가하면 전하 발생층(104)으로부터 EL층(103a)에 전자가 주입되고, EL층(103b)에 정공이 주입된다.
전하 발생층(104)은 광 추출 효율의 관점에서 가시광에 대하여 투과성을 갖는(구체적으로는, 전하 발생층(104)에 대한 가시광의 투과율이 40% 이상인) 것이 바람직하다. 또한 전하 발생층(104)은 제 1 전극(101)이나 제 2 전극(102)보다 도전율이 낮아도 기능한다.
도 1의 (C)에는 EL층(103)의 적층 구조를 도시하였다. 도 1의 (C)에서 제 1 전극(101)이 양극으로서 기능하는 경우, EL층(103)은 제 1 전극(101) 위에 정공(홀) 주입층(111), 정공(홀) 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 도 1의 (B)에 도시된 탠덤 구조와 같이 복수의 EL층을 갖는 경우에도, 도 1의 (D)에 도시된 바와 같이 각 EL층이 상술한 바와 같이 양극 측으로부터 순차적으로 적층되는 구조로 한다. 또한 제 1 전극(101)이 음극이고 제 2 전극(102)이 양극인 경우에는 적층 순서는 반대가 된다.
또한 복수의 EL층이 적층된 구성을, 도 1의 (E)에 도시된 바와 같이 EL층이 각 전하 발생층(104a, 104b)을 개재하여 3층 적층(103a, 103b, 103c)되는 구성으로 하여도 좋다. 다만 적층수는 2층이나 3층에 한정되지 않고 4층 이상이 적층된 구성이어도 좋다. 또한 EL층(103, 103a, 103b, 103c)에 포함되는 각 발광층(113, 113a, 113b, 113c)은 발광 물질이나 복수의 물질을 적절히 조합한 것을 포함하기 때문에 원하는 발광색을 나타내는 형광 발광이나 인광 발광을 얻을 수 있는 구성으로 할 수 있다. 또한 발광층(113(113a, 113b, 113c))을 복수로 갖는 경우에는, 각 발광층의 발광색이 다른 구성으로 하여도 좋다. 또한 이 경우에는 적층된 각 발광층에 사용되는 발광 물질이나 기타 물질로서 서로 다른 재료를 사용하면 좋다. 예를 들어 발광층(113a)이 청색광을 방출하고, 발광층(113b)이 적색광, 녹색광, 및 황색광 중 어느 것을 방출하고, 발광층(113c)이 청색광을 방출할 수 있거나, 발광층(113a)이 적색광을 방출하고, 발광층(113b)이 청색광, 녹색광, 및 황색광 중 어느 것을 방출하고, 발광층(113c)이 적색광을 방출할 수도 있다. 또한 복수의 발광의 휘도나 색 특성을 고려하여 발광색의 기타 조합을 적절히 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서, EL층(103, 103a, 103b)에서 얻어진 발광을 전극들 사이에서 공진시킴으로써, 얻어지는 발광을 강하게 하는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어 도 1의 (C)에서 제 1 전극(101)을 반사 전극으로 하고 제 2 전극(102)을 반투과·반반사 전극으로 하여 미소광 공진기(마이크로캐비티) 구조를 형성함으로써 EL층(103)으로부터 얻어지는 발광을 강하게 할 수 있다.
또한 발광 소자의 제 1 전극(101)이 반사성을 갖는 도전성 재료와 투광성을 갖는 도전성 재료(투명 도전막)의 적층 구조로 이루어지는 반사 전극인 경우, 투명 도전막의 두께를 제어함으로써 광학 조정을 할 수 있다. 구체적으로는, 발광층(113)으로부터 얻어지는 빛의 파장 λ에 대하여 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이의 전극 간 거리가 mλ/2(다만, m은 자연수) 근방이 되도록 조정하는 것이 바람직하다.
또한 발광층(113)으로부터 얻어지는 원하는 빛(파장: λ)을 증폭시키기 위하여, 제 1 전극(101)과 원하는 빛이 얻어지는 발광층(113)의 영역(발광 영역) 사이의 광학 거리와, 제 2 전극(102)과 원하는 빛이 얻어지는 발광층(113)의 영역(발광 영역) 사이의 광학 거리를 각각 (2m'+1)λ/4(다만, m'은 자연수) 근방이 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 또한 여기서 발광 영역이란 발광층(113)에서의 정공(홀)과 전자의 재결합 영역을 말한다.
이러한 광학 조정을 함으로써 발광층(113)으로부터 얻어지는 특정한 단색광의 스펙트럼을 협선화(狹線化)하여 색 순도가 좋은 발광을 얻을 수 있다.
다만, 이러한 경우, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이의 광학 거리는 엄밀하게는 제 1 전극(101)의 반사 영역으로부터 제 2 전극(102)의 반사 영역까지의 두께를 합친 것이라고 할 수 있다. 그러나, 제 1 전극(101)이나 제 2 전극(102)에서의 반사 영역을 정확하게 결정하기 어렵기 때문에, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)의 임의의 위치를 반사 영역으로 가정함으로써 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있는 것으로 한다. 또한 제 1 전극(101)과 원하는 빛이 얻어지는 발광층 사이의 광학 거리는 엄밀하게는 제 1 전극(101)의 반사 영역과 원하는 빛이 얻어지는 발광층의 발광 영역 사이의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나, 제 1 전극(101)의 반사 영역이나, 원하는 빛이 얻어지는 발광층의 발광 영역을 정확하게 결정하기 어렵기 때문에, 제 1 전극(101)의 임의의 위치를 반사 영역으로 가정하고, 원하는 빛이 얻어지는 발광층의 임의의 위치를 발광 영역으로 가정함으로써, 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있는 것으로 한다.
도 1의 (C)에 도시된 발광 소자가 마이크로캐비티 구조를 갖는 경우, EL층이 공통되어도 파장이 다른 빛(단색광)을 추출할 수 있다. 따라서, 다른 발광색을 얻기 위한 구분 형성(예를 들어 RGB)이 불필요하게 되어 고정세(高精細)화가 가능하게 된다. 또한 착색층(컬러 필터)과 조합할 수도 있다. 또한 특정한 파장의 정면 방향의 발광 강도를 높일 수 있기 때문에 저소비전력화를 도모할 수 있다.
또한 상술한 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 적어도 한쪽을 투광성을 갖는 전극(투명 전극, 반투과·반반사 전극 등)으로 한다. 투광성을 갖는 전극이 투명 전극인 경우, 투명 전극의 가시광의 투과율은 40% 이상으로 한다. 또한 반투과·반반사 전극인 경우, 반투과·반반사 전극의 가시광의 반사율은 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하로 한다. 또한 이들 전극은 저항률이 1×10- 2Ωcm 이하인 것이 바람직하다.
또한 상술한 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 한쪽이 반사성을 갖는 전극(반사 전극)인 경우, 반사성을 갖는 전극의 가시광의 반사율은 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 70% 이상 100% 이하로 한다. 또한 이 전극은 저항률이 1×10- 2Ωcm 이하인 것이 바람직하다.
<<발광 소자의 구체적인 구조 및 제작 방법>>
다음에, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 구체적인 구조 및 제작 방법에 대하여 설명한다. 또한 도 1의 (A) 내지 (D)에서 부호가 공통되는 경우에는 같은 설명을 적용한다.
<제 1 전극 및 제 2 전극>
제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)을 형성하는 재료로서는, 상술한 소자 구조에서의 전극들의 기능을 만족시킬 수 있으면 아래에 나타내는 재료를 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 적절히 사용할 수 있다. 구체적으로는, In-Sn 산화물(ITO라고도 함), In-Si-Sn 산화물(ITSO라고도 함), In-Zn 산화물, In-W-Zn 산화물을 들 수 있다. 이 외에 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 몰리브데넘(Mo), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd) 등의 금속, 및 이들 금속의 적절한 조합을 포함하는 합금을 사용할 수도 있다. 이 외에, 위에서 예시하지 않은 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소(예를 들어 리튬(Li), 세슘(Cs), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr)), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들 금속의 적절한 조합을 포함하는 합금, 또는 그래핀 등을 사용할 수 있다.
도 1에 도시된 발광 소자에서 도 1의 (C)에 도시된 바와 같이 적층 구조를 갖는 EL층(103)을 갖고, 제 1 전극(101)이 양극인 경우, 제 1 전극(101) 위에 EL층(103)의 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112)이 진공 증착법에 의하여 순차적으로 적층 형성된다. 또한 도 1의 (D)와 같이, 적층 구조를 갖는 복수의 EL층(103a, 103b)이 전하 발생층(104)을 개재하여 적층되고, 제 1 전극(101)이 양극인 경우, 제 1 전극(101) 위에 EL층(103a)의 정공 주입층(111a) 및 정공 수송층(112a)이 진공 증착법에 의하여 순차적으로 적층 형성될 뿐만 아니라 EL층(103a) 및 전하 발생층(104)이 순차적으로 적층 형성된 후, 전하 발생층(104) 위에 EL층(103b)의 정공 주입층(111b) 및 정공 수송층(112b)이 마찬가지로 순차적으로 적층 형성된다.
<정공 주입층 및 정공 수송층>
정공 주입층(111, 111a, 111b)은 양극인 제 1 전극(101)이나 전하 발생층(104)으로부터 EL층(103, 103a, 103b)에 정공(홀)을 주입하는 층이며, 정공 주입성이 높은 재료를 포함하는 층이다.
정공 주입성이 높은 재료로서는 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등의 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 이 외에는, 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc)이나 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc) 등의 프탈로사이아닌계 화합물 등을 사용할 수 있다.
또한 저분자 화합물인 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-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)바이페닐(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다.
또한 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)인 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등을 사용할 수 있다. 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)(약칭: PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리(스타이렌설폰산)(약칭: PAni/PSS) 등의 산이 첨가된 고분자계 화합물 등을 사용할 수도 있다.
또한 정공 주입성이 높은 재료로서는 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 복합 재료를 사용할 수도 있다. 이 경우, 억셉터성 재료에 의하여 정공 수송성 재료로부터 전자가 뽑혀 정공 주입층(111, 111a, 111b)에서 정공이 발생하고, 정공 수송층(112, 112a, 112b)을 통하여 발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 정공이 주입된다. 또한 정공 주입층(111, 111a, 111b)은 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 복합 재료로 이루어지는 단층으로 형성하여도 좋지만, 정공 수송성 재료를 포함하는 층과 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 층을 적층하여 형성하여도 좋다.
정공 수송층(112, 112a, 112b)은 정공 주입층(111, 111a, 111b)에 의하여 제 1 전극(101)이나 전하 발생층(104)으로부터 주입된 정공을 발광층(113, 113a, 113b, 113c)으로 수송하는 층이다. 또한 정공 수송층(112, 112a, 및 112b)은 정공 수송성 재료를 포함하는 층이다. 정공 수송층(112, 112a, 112b)에 사용되는 정공 수송성 재료의 HOMO 준위는 특히 정공 주입층(111, 111a, 111b)의 HOMO 준위와 같거나 또는 가까운 것이 바람직하다.
정공 주입층(111, 111a, 111b)에 사용되는 억셉터성 재료로서는, 원소 주기율표에서 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 몰리브데넘, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄을 들 수 있다. 이 중에서도, 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉽기 때문에 특히 바람직하다. 이 외에, 퀴노다이메테인 유도체나 클로라닐 유도체, 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등을 사용할 수 있다. 특히 HAT-CN과 같이 헤테로 원자를 복수로 갖는 축합 방향 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물은 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 또한 전자 흡인기(특히 플루오로기와 같은 할로젠기나 사이아노기)를 갖는 [3]라디알렌 유도체는 전자 수용성이 매우 높아 바람직하고, 구체적으로는 α, α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[4-사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠아세토나이트릴], α, α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,6-다이클로로-3,5-다이플루오로-4-(트라이플루오로메틸)벤젠아세토나이트릴], α, α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠아세토나이트릴] 등을 들 수 있다.
정공 주입층(111, 111a, 111b) 및 정공 수송층(112, 112a, 112b)에 사용되는 정공 수송성 재료로서는 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 또한 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면 이들 외의 물질을 사용할 수 있다.
정공 수송성 재료로서는 π전자 과잉형 헤테로 방향족 화합물(예를 들어 카바졸 골격을 갖는 화합물이나 퓨란 골격을 갖는 화합물)이나 방향족 아민 골격을 갖는 화합물 등 정공 수송성이 높은 재료가 바람직하다.
정공 수송성 재료의 구체적인 예로서는, 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'-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), 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn), 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), 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), 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), N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 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: m-MTDATA), 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), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭 : DPA3B) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 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), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA) 등의 카바졸 골격을 갖는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 갖는 화합물, 4,4',4"-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 갖는 화합물을 들 수 있다.
또한 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
다만, 정공 수송성 재료는 상기에 한정되지 않으며, 공지의 다양한 재료를 한 종류 또는 복수 종류 조합하여 정공 주입층(111, 111a, 111b) 및 정공 수송층(112, 112a, 112b)에 사용할 수 있다. 또한 정공 수송층(112, 112a, 112b)은 각각 복수의 층으로 형성되어도 좋다. 즉, 예를 들어 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층이 적층되어도 좋다.
도 1의 (D)에 도시된 발광 소자에서는, EL층(103a)의 정공 수송층(112a) 위에 발광층(113a)이 진공 증착법에 의하여 형성된다. 또한 EL층(103a) 및 전하 발생층(104)이 형성된 후, EL층(103b)의 정공 수송층(112b) 위에 발광층(113b)이 진공 증착법에 의하여 형성된다.
<발광층>
발광층(113, 113a, 113b, 113c)은 발광 물질을 포함하는 층이다. 또한 발광 물질로서는 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 발광색을 나타내는 물질을 적절히 사용한다. 또한 복수의 발광층(113a, 113b, 113c)에 상이한 발광 물질을 사용함으로써 상이한 발광색을 나타내는 구성(예를 들어 보색 관계에 있는 발광색을 조합하여 얻어지는 백색 발광)으로 할 수 있다. 또한 하나의 발광층이 상이한 발광 물질을 갖는 적층 구조이어도 좋다.
또한 발광층(113, 113a, 113b, 113c)은 발광 물질(게스트 재료)에 더하여, 한 종류 또는 복수 종류의 유기 화합물(호스트 재료, 어시스트 재료)을 가져도 좋다. 또한 한 종류 또는 복수 종류의 유기 화합물로서는 본 실시형태에서 설명하는 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료의 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다.
발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 사용할 수 있는 발광 물질로서는 특별히 한정되지 않고, 단일항 여기 에너지를 가시광 영역의 발광으로 변환하는 발광 물질, 또는 삼중항 여기 에너지를 가시광 영역의 발광으로 변환하는 발광 물질을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 형광 발광을 나타내기 때문에 단일항 여기 에너지를 가시광 영역의 발광으로 변환하는 발광 물질로서 사용할 수 있다. 또한 그 외의 상기 발광 물질로서는 예를 들어 아래와 같은 물질을 들 수 있다.
단일항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질로서는 형광을 발하는 물질(형광 재료)을 들 수 있으며, 예를 들어 피렌 유도체, 안트라센 유도체, 트라이페닐렌 유도체, 플루오렌 유도체, 카바졸 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 페난트렌 유도체, 나프탈렌 유도체 등을 들 수 있다. 특히 피렌 유도체는 발광 양자 수율이 높아 바람직하다. 피렌 유도체의 구체적인 예로서는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(다이벤조퓨란-2-일)-N,N'-다이페닐피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FrAPrn), N,N'-비스(다이벤조싸이오펜-2-일)-N,N'-다이페닐피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6ThAPrn), N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(N-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-6-아민](약칭: 1,6BnfAPrn), N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(N-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-02), N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-03) 등을 들 수 있다.
이 외에도, 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-비스[4-(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), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), 4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPBA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP), 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) 등을 사용할 수 있다.
또한 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질로서는 예를 들어 인광을 발하는 물질(인광 재료)이나 열 활성화 지연 형광을 발하는 열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료를 들 수 있다.
인광 재료로서는 유기 금속 착체, 금속 착체(백금 착체), 희토류 금속 착체 등을 들 수 있다. 이들은 물질마다 다른 발광색(발광 피크)을 나타내기 때문에 필요에 따라 적절히 선택하여 사용한다.
청색 또는 녹색을 나타내고 발광 스펙트럼의 피크 파장이 450nm 이상 570nm 이하인 인광 재료로서는 아래와 같은 물질을 들 수 있다.
예를 들어 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]), 트리스[3-(5-바이페닐)-5-아이소프로필-4-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPr5btz)3]) 등의 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 착체, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz1-mp)3]), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Prptz1-Me)3]) 등의 1H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 착체, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrpmi)3]), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dmpimpt-Me)3]) 등의 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 착체, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Firpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: [Ir(CF3ppy)2(pic)]), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac)) 등의 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 착체 등을 들 수 있다.
녹색 또는 황색을 나타내고 발광 스펙트럼의 피크 파장이 495nm 이상 590nm 이하인 인광 재료로서는 아래와 같은 물질을 들 수 있다.
예를 들어 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[6-(2-노보닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(nbppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(mpmppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: [Ir(dmppm-dmp)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)]) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 착체, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)]) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 착체, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')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,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(pq)3]), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(pq)2(acac)]) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 착체, 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(dpo)2(acac)]), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(p-PF-ph)2(acac)]), 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bt)2(acac)]) 등의 유기 금속 착체 외에 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)]) 등의 희토류 금속 착체를 들 수 있다.
황색 또는 적색을 나타내고 발광 스펙트럼의 피크 파장이 570nm 이상 750nm 이하인 인광 재료로서는 아래와 같은 물질을 들 수 있다.
예를 들어 (다이아이소뷰티릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dibm)]), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dpm)]), (다이피발로일메타네이토)비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(d1npm)2(dpm)]) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 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)]), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토)]이리듐(III)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)]) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 착체, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(piq)3]), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(piq)2(acac)]) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 착체, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: [PtOEP]) 등의 백금 착체, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(DBM)3(Phen)]), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(TTA)3(Phen)]) 등의 희토류 금속 착체를 들 수 있다.
발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 사용되는 유기 화합물(호스트 재료, 어시스트 재료)로서는 발광 물질(게스트 재료)의 에너지 갭보다 에너지 갭이 큰 물질을 한 종류 또는 복수 종류 선택하여 사용하면 좋다. 또한 이와 같은 유기 화합물(호스트 재료, 어시스트 재료)로서는 정공 수송성 재료로서 사용할 수 있는 상술한 재료나 전자 수송성 재료로서 사용할 수 있는 후술하는 재료를 사용할 수도 있다. 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 LUMO 준위가 낮기 때문에 호스트 재료나 어시스트 재료로서 사용함으로써 구동 전압을 저감시킬 수 있다. 상술한 비교적 높은 T1 준위도 요구되는 특성 중 하나이다. LUMO 준위가 낮기 때문에, 들뜬 복합체를 형성하는 유기 화합물 중 하나로서 사용하는 경우에도 많은 재료와 조합할 수 있다. 다른 재료를 예로 들어 이러한 유기 화합물(호스트 재료, 어시스트 재료)에 요구되는 특성에 대하여 자세히 설명한다.
발광 물질이 형광 재료인 경우, 호스트 재료로서는 단일항 여기 상태의 에너지 준위가 크고, 삼중항 여기 상태의 에너지 준위가 작은 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시형태에 기재된 정공 수송성 재료나 전자 수송성 재료 외에 바이폴러성 재료를 호스트 재료로서 사용할 수 있지만 상기 조건을 만족시키는 재료이면 더 바람직하다. 예를 들어 안트라센 유도체나 테트라센 유도체 등도 바람직하다.
따라서 형광성 발광 물질과 조합하는 호스트 재료로서는 예를 들어 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), PCPN, CzPA, 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 6-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 2mBnfPPA), 9-페닐-10-{4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)바이페닐-4'-일}안트라센(약칭: FLPPA), 5,12-다이페닐테트라센, 5,12-비스(바이페닐-2-일)테트라센 등을 들 수 있다.
발광 물질이 인광 재료인 경우, 호스트 재료로서는 발광 물질의 삼중항 여기 에너지(기저 상태와 삼중항 여기 상태 사이의 에너지 차이)보다 삼중항 여기 에너지가 큰 유기 화합물을 선택하면 좋다. 또한 본 실시형태에 기재된 정공 수송성 재료나 전자 수송성 재료 외에 바이폴러성 재료를 호스트 재료로서 사용할 수 있지만 상기 조건을 만족시키는 재료이면 더 바람직하다. 예를 들어 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 다이벤조[g, p]크리센 유도체 등의 축합 다환 방향족 화합물 등도 바람직하다.
따라서 인광성 발광 물질과 조합시키는 호스트 재료로서는 예를 들어 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), YGAPA, PCAPA, 9-(4-{4'-[N-페닐-N-(N-페닐-3-카바졸릴)]아미노}페닐)페닐-10-페닐안트라센(약칭: PCAPBA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-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), 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), 1,3,5-트라이(1-피렌일)벤젠(약칭: TPB3) 등을 들 수 있다.
또한 발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 복수의 유기 화합물을 사용하는 경우, 들뜬 복합체를 형성하는 화합물을 인광 발광 물질과 혼합시켜 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이러한 구성으로 함으로써, 들뜬 복합체로부터 발광 물질로의 에너지 이동인 ExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)를 이용한 발광을 얻을 수 있다. 이 경우, 다양한 유기 화합물을 적절히 조합하여 사용할 수 있지만, 들뜬 복합체를 효율적으로 형성하기 위해서는 정공을 받기 쉬운 화합물(정공 수송성 재료)과 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성 재료)을 조합하는 것이 특히 바람직하다.
TADF 재료란 미량의 열 에너지에 의하여 삼중항 여기 상태를 단일항 여기 상태로 업 컨버트(역 항간 교차)할 수 있고, 단일항 여기 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타내는 재료를 말한다. 또한 열 활성화 지연 형광이 효율적으로 얻어지는 조건으로서는 삼중항 여기 준위와 단일항 여기 준위 사이의 에너지 차이가 0eV 이상 0.2eV 이하, 바람직하게는 0eV 이상 0.1eV 이하인 것을 들 수 있다. 또한 TADF 재료에서의 지연 형광이란 일반적인 형광과 같은 스펙트럼을 가지면서도 수명이 현저히 긴 발광을 말한다. 그 수명은 1×10-6초 이상, 바람직하게는 1×10-3초 이상이다.
TADF 재료로서는 예를 들어 풀러렌이나 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 에오신 등을 들 수 있다. 또한 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 금속 함유 포르피린으로서는 예를 들어 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(약칭: PtCl2OEP) 등을 들 수 있다.
이 외의 TADF 재료로서는 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), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등의 π전자 과잉형 헤테로 방향 고리 및 π전자 결핍형 헤테로 방향 고리를 갖는 헤테로 고리 화합물을 사용할 수 있다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향 고리와 π전자 결핍형 헤테로 방향 고리가 직접 결합된 물질은 π전자 과잉형 헤테로 방향 고리의 도너성과 π전자 결핍형 헤테로 방향 고리의 억셉터성의 양쪽 모두가 높아져, 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태 사이의 에너지 차이가 작아지기 때문에 특히 바람직하다.
또한 TADF 재료를 사용하는 경우, 다른 유기 화합물과 조합하여 사용할 수도 있다.
상기 재료를 적절히 사용하여 발광층(113, 113a, 113b, 113c)을 형성할 수 있다. 또한 상기 재료를 저분자 재료나 고분자 재료와 조합시킨 것을 사용하여 발광층(113, 113a, 113b, 113c)을 형성할 수 있다.
도 1의 (D)에 도시된 발광 소자에서는, EL층(103a)의 발광층(113a) 위에 전자 수송층(114a)이 형성된다. 또한 EL층(103a) 및 전하 발생층(104)이 형성된 후, EL층(103b)의 발광층(113b) 위에 전자 수송층(114b)이 형성된다.
<전자 수송층>
전자 수송층(114, 114a, 및 114b)은 전자 주입층(115, 115a, 및 115b)에 의하여 제 2 전극(102)으로부터 주입된 전자를 발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 수송하는 층이다. 또한 전자 수송층(114, 114a, 및 114b)은 전자 수송성 재료를 포함하는 층이다. 전자 수송층(114, 114a, 및 114b)에 사용하는 전자 수송성 재료는 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이 바람직하다. 또한 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 이러한 요구를 만족시킨다. 또한 LUMO 준위가 낮은 것은 구동 전압의 저감으로 이어지기 때문에, 전자 수송층에 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이 외에 사용될 수 있는 재료에 대하여 아래에 나타낸다.
전자 수송성 재료로서는 퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체, 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체, 옥사졸 골격을 갖는 금속 착체, 싸이아졸 골격을 갖는 금속 착체 등 외에, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 옥사졸 유도체, 싸이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 퀴놀린 배위자를 갖는 퀴놀린 유도체, 벤조퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 이 외의 함질소 헤테로 방향족 화합물을 포함한 π전자 결핍형 헤테로 방향족 화합물 등의 전자 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있다.
전자 수송성 재료의 구체적인 예로서는 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq3), 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) 등의 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체, 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II) (약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II) (약칭: ZnBTZ), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조싸이아졸레이토]아연(II)(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸 골격 또는 싸이아졸 골격을 갖는 금속 착체 등을 들 수 있다.
또한 금속 착체 외에도 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) 등의 옥사다이아졸 유도체, 3-(4'-tert-뷰틸페닐)-4-페닐-5-(4''-바이페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-뷰틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ) 등의 트라이아졸 유도체, 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) 등의 이미다졸 유도체(벤즈이미다졸 유도체를 포함함), 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOS) 등의 옥사졸 유도체, 바소페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBphen) 등의 페난트롤린 유도체, 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) 등의 퀴녹살린 유도체 또는 다이벤조퀴녹살린 유도체, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 유도체, 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm) 등의 피리미딘 유도체, 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 9-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-2,3'-바이-9H-카바졸(약칭: mPCCzPTzn-02) 등의 트라이아진 유도체를 사용할 수 있다.
또한 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한 전자 수송층(114, 114a, 114b)은 단층뿐만 아니라 상기 물질로 이루어지는 층이 2층 이상 적층된 구조이어도 좋다.
다음에 도 1의 (D)에 도시된 발광 소자에서 EL층(103a)의 전자 수송층(114a) 위에 전자 주입층(115a)이 진공 증착법에 의하여 형성된다. 이 후, EL층(103a) 및 전하 발생층(104)이 형성되고, EL층(103b)의 전자 수송층(114b)까지 형성된 후, 그 위에 전자 주입층(115b)이 진공 증착법에 의하여 형성된다.
<전자 주입층>
전자 주입층(115, 115a, 115b)은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입층(115, 115a, 115b)에는 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한 플루오린화 어븀(ErF3) 등의 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한 전자 주입층(115, 115a, 115b)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 전자화물로서는 예를 들어 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등을 들 수 있다. 또한 상술한 전자 수송층(114, 114a, 114b)을 구성하는 물질을 사용할 수도 있다.
또한 전자 주입층(115, 115a, 115b)에 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합한 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에서 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는 발생한 전자의 수송이 우수한 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는 예를 들어 상술한 전자 수송층(114, 114a, 114b)에 사용하는 전자 수송성 재료(금속 착체나 헤테로 방향족 화합물 등)를 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 및 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 이터븀 등을 들 수 있다. 또한 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한 산화 마그네슘 등의 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한 도 1의 (D)에 도시된 발광 소자에서, 발광층(113b)으로부터 얻어지는 빛을 증폭시키는 경우에는, 제 2 전극(102)과 발광층(113b) 사이의 광학 거리가 발광층(113b)이 나타내는 빛의 파장 λ의 1/4 미만이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 전자 수송층(114b) 또는 전자 주입층(115b)의 두께를 변화시킴으로써 조정할 수 있다.
<전하 발생층>
도 1의 (D)에 도시된 발광 소자에서, 전하 발생층(104)은 제 1 전극(양극)(101)과 제 2 전극(음극)(102) 사이에 전압을 인가한 경우에, EL층(103a)에 전자를 주입하고 EL층(103b)에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 또한 전하 발생층(104)은 정공 수송성 재료에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성이어도 좋고, 전자 수송성 재료에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성이어도 좋다. 또한 이들 구성 양쪽이 적층되어도 좋다. 또한 상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(104)을 형성함으로써, EL층이 적층된 경우에 구동 전압이 상승되는 것을 억제할 수 있다.
전하 발생층(104)에서, 정공 수송성 재료에 전자 수용체가 첨가된 구성으로 하는 경우, 정공 수송성 재료로서는 본 실시형태에서 설명한 재료를 사용할 수 있다. 또한 전자 수용체로서는 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한 원소 주기율표에서 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄 등을 들 수 있다.
전하 발생층(104)에서, 전자 수송성 재료에 전자 공여체가 첨가된 구성으로 하는 경우, 전자 수송성 재료로서는 본 실시형태에서 설명한 재료를 사용할 수 있다. 또한 전자 공여체로서는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 또는 원소 주기율표에서 2족 및 13족에 속하는 금속, 및 그 산화물 또는 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이터븀(Yb), 인듐(In), 산화 리튬, 탄산 세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 테트라싸이아나프타센 등의 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
<기판>
본 실시형태에서 설명한 발광 소자는 다양한 기판 위에 형성할 수 있다. 또한 기판의 종류는 특정한 것에 한정되지 않는다. 기판의 일례로서는 반도체 기판(예를 들어 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스·스틸 기판, 스테인리스·스틸·포일을 갖는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐·포일을 갖는 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유상의 재료를 포함하는 종이, 또는 기재 필름 등을 들 수 있다.
또한 유리 기판의 일례로서는 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다석회 유리 등을 들 수 있다. 또한 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 일례로서는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES)으로 대표되는 플라스틱, 아크릴 수지 등의 합성 수지, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화 바이닐, 폴리염화 바이닐, 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드 수지, 에폭시 수지, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등을 들 수 있다.
또한 본 실시형태에서 설명하는 발광 소자의 제작에는 증착법 등의 진공 프로세스나, 스핀 코팅법이나 잉크젯법 등의 용액 프로세스를 사용할 수 있다. 증착법을 사용하는 경우에는, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 이온 빔 증착법, 분자선 증착법, 진공 증착법 등의 물리 증착법(PVD법), 화학 증착법(CVD법) 등을 사용할 수 있다. 특히, 발광 소자에서, EL층에 포함되는 기능층(정공 주입층(111, 111a, 111b), 정공 수송층(112, 112a, 112b), 발광층(113, 113a, 113b, 113c), 전자 수송층(114, 114a, 114b), 전자 주입층(115, 115a, 115b)), 및 전하 발생층(104, 104a, 104b)은 증착법(진공 증착법 등), 코팅법(딥 코팅법, 다이 코팅법, 바 코팅법, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법 등), 인쇄법(잉크젯법, 스크린(공판 인쇄)법, 오프셋(평판 인쇄)법, 플렉소 인쇄(철판 인쇄)법, 그라비어법, 마이크로 콘택트 인쇄법, 나노임프린트(nanoimprint)법 등) 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다.
또한 본 실시형태에서 설명하는 발광 소자의 EL층(103, 103a, 103b)을 구성하는 각 기능층(정공 주입층(111, 111a, 111b), 정공 수송층(112, 112a, 112b), 발광층(113, 113a, 113b, 113c), 전자 수송층(114, 114a, 114b), 전자 주입층(115, 115a, 115b))이나 전하 발생층(104, 104a, 104b)은 상술한 재료에 한정되지 않고, 각 층의 기능을 만족시킬 수 있는 것이라면, 상술한 재료 외의 재료를 조합하여 사용할 수 있다. 일례로서는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등), 중분자 화합물(저분자와 고분자의 중간 영역의 화합물: 분자량 400 내지 4000), 무기 화합물(퀀텀닷(quantum dot) 재료 등) 등을 사용할 수 있다. 또한 퀀텀닷 재료로서는 콜로이드상 퀀텀닷 재료, 합금형 퀀텀닷 재료, 코어·셸형 퀀텀닷 재료, 코어형 퀀텀닷 재료 등을 사용할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 장치에 대하여 설명한다. 또한 도 2의 (A)에 도시된 발광 장치는 제 1 기판(201) 위의 트랜지스터(FET)(202)와 발광 소자(203R, 203G, 203B, 203W)가 전기적으로 접속되는 액티브 매트릭스형 발광 장치이고, 복수의 발광 소자(203R, 203G, 203B, 203W)는 공통의 EL층(204)을 갖고, 각 발광 소자의 발광색에 따라 각 발광 소자의 전극 사이의 광학 거리가 조정된 마이크로캐비티 구조를 갖는다. 또한 EL층(204)으로부터 얻어진 발광이 제 2 기판(205)에 형성된 컬러 필터(206R, 206G, 206B)를 통하여 사출되는 톱 이미션형 발광 장치이다.
도 2의 (A)에 도시된 발광 장치는 제 1 전극(207)이 반사 전극으로서 기능하도록 형성된다. 또한 제 2 전극(208)이 반투과·반반사 전극으로서 기능하도록 형성된다. 또한 제 1 전극(207) 및 제 2 전극(208)을 형성하는 전극 재료로서는 다른 실시형태의 기재를 참조하여 적절히 사용하면 좋다.
또한 도 2의 (A)에서 예를 들어 발광 소자(203R)를 적색 발광 소자로, 발광 소자(203G)를 녹색 발광 소자로, 발광 소자(203B)를 청색 발광 소자로, 그리고 발광 소자(203W)를 백색 발광 소자로 하는 경우, 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이, 발광 소자(203R)는 제 1 전극(207)과 제 2 전극(208) 사이가 광학 거리(200R)가 되도록 조정되고, 발광 소자(203G)는 제 1 전극(207)과 제 2 전극(208) 사이가 광학 거리(200G)가 되도록 조정되고, 발광 소자(203B)는 제 1 전극(207)과 제 2 전극(208) 사이가 광학 거리(200B)가 되도록 조정된다. 또한 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이, 발광 소자(203R)에서 도전층(210R)을 제 1 전극(207) 위에 적층하고, 발광 소자(203G)에서 도전층(210G)을 제 1 전극(207) 위에 적층함으로써, 광학 조정을 할 수 있다.
제 2 기판(205)에는 컬러 필터(206R, 206G, 206B)가 형성되어 있다. 또한 컬러 필터는 가시광에서의 특정한 파장 영역의 빛을 투과시키고 특정한 파장 영역의 빛을 차단하는 필터이다. 따라서, 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이, 발광 소자(203R)와 중첩되는 위치에 적색의 파장 영역의 빛만을 투과시키는 컬러 필터(206R)를 제공함으로써, 발광 소자(203R)로부터 적색 발광을 얻을 수 있다. 또한 발광 소자(203G)와 중첩되는 위치에 녹색의 파장 영역의 빛만을 투과시키는 컬러 필터(206G)를 제공함으로써, 발광 소자(203G)로부터 녹색 발광을 얻을 수 있다. 또한 발광 소자(203B)와 중첩되는 위치에 청색의 파장 영역의 빛만을 투과시키는 컬러 필터(206B)를 제공함으로써, 발광 소자(203B)로부터 청색 발광을 얻을 수 있다. 다만, 발광 소자(203W)는 컬러 필터를 제공하지 않아도 백색 발광을 얻을 수 있다. 또한 1종류의 컬러 필터의 단부에는 흑색층(블랙 매트릭스)(209)이 제공되어도 좋다. 또한 컬러 필터(206R, 206G, 206B)나 흑색층(209)은 투명한 재료를 사용한 오버코트층으로 덮여 있어도 좋다.
도 2의 (A)에는 제 2 기판(205) 측으로 발광을 추출하는 구조(톱 이미션형)의 발광 장치를 도시하였지만, 도 2의 (C)에 도시된 바와 같이 FET(202)가 형성되어 있는 제 1 기판(201) 측으로 빛을 추출하는 구조(보텀 이미션형)의 발광 장치로 하여도 좋다. 또한 보텀 이미션형 발광 장치의 경우에는, 제 1 전극(207)이 반투과·반반사 전극으로서 기능하도록 형성되고, 제 2 전극(208)이 반사 전극으로서 기능하도록 형성된다. 또한 제 1 기판(201)에는 적어도 투광성의 기판을 사용한다. 또한 컬러 필터(206R', 206G', 및 206B')는 도 2의 (C)에 도시된 바와 같이 발광 소자(203R, 203G, 203B)보다 제 1 기판(201) 측에 제공하면 좋다.
또한 도 2의 (A)에는 발광 소자가 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자, 청색 발광 소자, 백색 발광 소자인 경우를 도시하였지만, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 그 구성에 한정되지 않고, 황색의 발광 소자나 주황색의 발광 소자를 갖는 구성이어도 좋다. 또한 이들 발광 소자를 제작하기 위하여 EL층(발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등)에 사용하는 재료로서는, 다른 실시형태의 기재를 참조하여 적절히 사용하면 좋다. 또한 그 경우에는 발광 소자의 발광색에 따라 컬러 필터를 적절히 선택할 필요가 있다.
상술한 구성으로 함으로써 복수의 발광색을 나타내는 발광 소자를 갖는 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자의 소자 구성을 적용함으로써 액티브 매트릭스형 발광 장치나 패시브 매트릭스형 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한 액티브 매트릭스형 발광 장치는 발광 소자와 트랜지스터(FET)를 조합한 구성을 갖는다. 따라서, 패시브 매트릭스형 발광 장치 및 액티브 매트릭스형 발광 장치는 양쪽 모두 본 발명의 일 형태에 포함된다. 또한 본 실시형태에서 설명하는 발광 장치에는 다른 실시형태에서 설명한 발광 소자를 적용할 수 있다.
본 실시형태에서는 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다.
또한 도 3의 (A)는 발광 장치(21)를 도시한 상면도이고, 도 3의 (B)는 도 3의 (A)를 쇄선 A-A'를 따라 자른 단면도이다. 액티브 매트릭스형 발광 장치는 제 1 기판(301) 위에 제공된 화소부(302), 구동 회로부(소스선 구동 회로)(303), 및 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(304a, 304b)를 갖는다. 화소부(302) 및 구동 회로부(303, 304a, 304b)는 실재(305)에 의하여 제 1 기판(301)과 제 2 기판(306) 사이에 밀봉된다.
또한 제 1 기판(301) 위에는 리드 배선(307)이 제공된다. 리드 배선(307)은 외부 입력 단자인 FPC(308)와 전기적으로 접속된다. 또한 FPC(308)는 구동 회로부(303, 304a, 및 304b)에 외부로부터의 신호(예를 들어 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등)나 전위를 전달한다. 또한 FPC(308)에는 인쇄 배선 기판(PWB)이 제공되어도 좋다. 또한 이들 FPC나 PWB가 제공된 상태는 발광 장치의 범주에 포함된다.
다음에, 도 3의 (B)에 발광 장치의 단면 구조를 도시하였다.
화소부(302)는 FET(스위칭용 FET)(311), FET(전류 제어용 FET)(312), 및 FET(312)와 전기적으로 접속된 제 1 전극(313)을 갖는 복수의 화소에 의하여 형성된다. 또한 각 화소가 갖는 FET의 개수는 특별히 한정되지 않고, 필요에 따라 적절히 제공할 수 있다.
FET(309, 310, 311, 312)는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 스태거형이나 역 스태거형 등의 트랜지스터를 적용할 수 있다. 또한 톱 게이트형이나 보텀 게이트형 등의 트랜지스터 구조이어도 좋다.
또한 이들 FET(309, 310, 311, 312)에 사용할 수 있는 반도체의 결정성은 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 결정성을 갖는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 갖는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 또한 결정성을 갖는 반도체를 사용함으로써 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
또한 이들 반도체로서는 예를 들어 14족 원소, 화합물 반도체, 산화물 반도체, 유기 반도체 등을 사용할 수 있다. 대표적으로는 실리콘을 포함하는 반도체, 갈륨 비소를 포함하는 반도체, 인듐을 포함하는 산화물 반도체 등을 적용할 수 있다.
구동 회로부(303)는 FET(309)와 FET(310)를 갖는다. 또한 FET(309)와 FET(310)는 단극성(N형 및 P형 중 어느 한쪽만)의 트랜지스터를 포함하는 회로로 형성되어도 좋고, N형 트랜지스터와 P형 트랜지스터를 포함하는 CMOS 회로로 형성되어도 좋다. 또한 외부에 구동 회로를 갖는 구성으로 하여도 좋다.
제 1 전극(313)의 단부는 절연물(314)로 덮여 있다. 또한 절연물(314)에는 네거티브형 감광성 수지나 포지티브형 감광성 수지(아크릴 수지) 등의 유기 화합물이나, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화 실리콘 등의 무기 화합물을 사용할 수 있다. 절연물(314)의 상단부 또는 하단부에는 곡률을 갖는 곡면이 형성되는 것이 바람직하다. 이로써, 절연물(314) 위에 형성되는 막의 피복성을 양호한 것으로 할 수 있다.
제 1 전극(313) 위에는 EL층(315) 및 제 2 전극(316)이 적층된다. EL층(315)은 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등을 갖는다.
또한 본 실시형태에서 설명하는 발광 소자(317)의 구성에는, 다른 실시형태에서 설명한 구성이나 재료를 적용할 수 있다. 또한 여기서는 도시하지 않았지만, 제 2 전극(316)은 외부 입력 단자인 FPC(308)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한 도 3의 (B)에 도시된 단면도에서는 발광 소자(317)를 하나만 도시하였지만, 화소부(302)에는 복수의 발광 소자가 매트릭스로 배치되어 있는 것으로 한다. 화소부(302)에 3종류(R, G, B)의 발광이 얻어지는 발광 소자를 각각 선택적으로 형성함으로써, 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치를 형성할 수 있다. 또한 3종류(R, G, B)의 발광이 얻어지는 발광 소자 외에 예를 들어 백색(W), 황색(Y), 마젠타(M), 시안(C) 등의 발광이 얻어지는 발광 소자를 형성하여도 좋다. 예를 들어 3종류(R, G, B)의 발광이 얻어지는 발광 소자에 상술한 여러 종류의 발광이 얻어지는 발광 소자를 추가함으로써, 색 순도의 향상, 소비전력 저감 등의 효과를 얻을 수 있다. 또한 컬러 필터와 조합됨으로써 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치로 하여도 좋다. 또한 컬러 필터의 종류로서는 적색(R), 녹색(G), 청색(B), 시안(C), 마젠타(M), 황색(Y) 등을 사용할 수 있다.
제 1 기판(301) 위의 FET(309, 310, 311, 312)나 발광 소자(317)는 제 2 기판(306)과 제 1 기판(301)을 실재(305)에 의하여 접합함으로써, 제 1 기판(301), 제 2 기판(306), 및 실재(305)로 둘러싸인 공간(318)에 제공된다. 또한 공간(318)에는 불활성 가스(질소나 아르곤 등)나 유기물(실재(305)를 포함함)이 충전되어 있어도 좋다.
실재(305)에는 에폭시 수지나 유리 프릿을 사용할 수 있다. 또한 실재(305)에는 수분이나 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 제 2 기판(306)에는 제 1 기판(301)에 사용할 수 있는 것을 마찬가지로 사용할 수 있다. 따라서, 다른 실시형태에서 설명한 다양한 기판을 적절히 사용할 수 있는 것으로 한다. 기판으로서는 유리 기판이나 석영 기판 외에 FRP(Fiber-Reinforced Plastics), PVF(Polyvinyl Fluoride), 폴리에스터, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 실재로서 유리 프릿을 사용하는 경우에는, 접착성의 관점에서 제 1 기판(301) 및 제 2 기판(306)은 유리 기판인 것이 바람직하다.
이로써, 액티브 매트릭스형 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한 액티브 매트릭스형 발광 장치를 가요성 기판에 형성하는 경우, 가요성 기판 위에 FET와 발광 소자를 직접 형성하여도 좋지만, 박리층을 갖는 다른 기판에 FET와 발광 소자를 형성한 후, 열, 힘을 가하거나 레이저 조사 등을 실시함으로써 FET와 발광 소자를 박리층에서 박리하여 가요성 기판으로 전치(轉置)하여도 좋다. 또한 박리층으로서는 예를 들어 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막 적층이나, 폴리이미드 등의 유기 수지막 등을 사용할 수 있다. 또한 가요성 기판으로서는 트랜지스터를 형성할 수 있는 기판에 더하여, 종이 기판, 셀로판 기판, 아라미드 필름 기판, 폴리이미드 필름 기판, 직물 기판(천연 섬유(비단(silk), 솜(cotton), 삼(hemp)), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터), 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등을 들 수 있다. 이들 기판을 사용함으로써 내구성이나 내열성이 우수해지고, 경량화 및 박형화를 도모할 수 있다.
또한 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 갖는 발광 장치를 적용하여 완성시킨 다양한 전자 기기나 자동차의 일례에 대하여 설명한다. 또한 발광 장치는 본 실시형태에서 설명하는 전자 기기에서 주로 표시부에 적용할 수 있다.
도 4의 (A) 내지 (C)에 도시된 전자 기기는 하우징(7000), 표시부(7001), 스피커(7003), LED 램프(7004), 조작 키(7005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(7006), 센서(7007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 빛, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(7008) 등을 가질 수 있다.
도 4의 (A)는 모바일 컴퓨터를 도시한 것이며, 상술한 것 외에 스위치(7009) 및 적외선 포트(7010) 등을 가질 수 있다.
도 4의 (B)는 기록 매체를 갖는 휴대 화상 재생 장치(예를 들어 DVD 재생 장치)를 도시한 것이며, 상술한 것 외에 제 2 표시부(7002), 기록 매체 판독부(7011) 등을 가질 수 있다.
도 4의 (C)는 텔레비전 수상 기능을 갖는 디지털 카메라를 도시한 것이며, 상술한 것 외에 안테나(7014), 셔터 버튼(7015), 수상부(7016) 등을 가질 수 있다.
도 4의 (D)는 휴대 정보 단말을 도시한 것이다. 휴대 정보 단말은 표시부(7001)의 3개 이상의 면에 정보를 표시하는 기능을 갖는다. 여기서는 정보(7052), 정보(7053), 정보(7054)가 각각 상이한 면에 표시되는 예를 나타내었다. 예를 들어 사용자는 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말을 넣은 채 휴대 정보 단말 위쪽으로부터 관찰할 수 있는 위치에 표시된 정보(7053)를 확인할 수도 있다. 사용자는 휴대 정보 단말을 포켓으로부터 꺼내지 않고 표시를 확인하고, 예를 들어 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 4의 (E)는 휴대 정보 단말(스마트폰을 포함함)이며, 하우징(7000)에 표시부(7001), 조작 키(7005) 등을 가질 수 있다. 또한 휴대 정보 단말에는 스피커, 접속 단자, 센서 등을 제공하여도 좋다. 또한 휴대 정보 단말은 복수의 면에 문자나 화상 정보를 표시할 수 있다. 여기서는 3개의 아이콘(7050)을 표시한 예를 나타내었다. 또한 파선의 사각형으로 나타낸 정보(7051)를 표시부(7001)의 다른 면에 표시할 수도 있다. 정보(7051)의 일례로서는 전자 메일, SNS, 전화 등의 착신 알림, 전자 메일이나 SNS 등의 제목 및 송신자명, 일시, 시각, 배터리 잔량, 안테나의 수신 강도 등이 있다. 또는 정보(7051)가 표시되어 있는 위치에 아이콘(7050) 등을 표시하여도 좋다.
도 4의 (F)는 대형 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함)를 도시한 것이며, 하우징(7000), 표시부(7001) 등을 가질 수 있다. 또한 여기서는 스탠드(7018)에 의하여 하우징(7000)을 지지한 구성을 나타낸다. 또한 텔레비전 장치는 별체의 리모트 컨트롤러(7111) 등에 의하여 조작할 수 있다. 또한 표시부(7001)에 터치 센서를 가져도 좋고, 손가락 등으로 표시부(7001)를 터치함으로써 조작하여도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)는 상기 리모트 컨트롤러(7111)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부를 가져도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)가 갖는 조작 키 또는 터치 패널에 의하여 채널을 조작하고 음량을 조절할 수 있고, 표시부(7001)에 표시되는 화상을 조작할 수 있다.
도 4의 (A) 내지 (F)에 도시된 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속하는 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 데이터를 송수신하는 기능, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 복수의 표시부를 갖는 전자 기기에서는 하나의 표시부에 주로 화상 정보를 표시하고, 다른 하나의 표시부에 주로 문자 정보를 표시하는 기능, 또는 복수의 표시부에 시차(視差)를 고려한 화상을 표시함으로써 입체적인 화상을 표시하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 수상부를 갖는 전자 기기에서는 정지 화상을 촬영하는 기능, 동영상을 촬영하는 기능, 촬영한 화상을 자동 또는 수동으로 보정하는 기능, 촬영한 화상을 기록 매체(외부 또는 카메라에 내장)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 도 4의 (A) 내지 (F)에 도시된 전자 기기가 가질 수 있는 기능은 이들에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다.
도 4의 (G)는 손목시계형 휴대 정보 단말이며, 예를 들어 스마트 워치로서 사용할 수 있다. 이 손목시계형 휴대 정보 단말은 하우징(7000), 표시부(7001), 조작용 버튼(7022, 7023), 접속 단자(7024), 밴드(7025), 마이크로폰(7026), 센서(7029), 스피커(7030) 등을 갖는다. 표시부(7001)는 표시면이 만곡되어 있고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 할 수 있다. 또한 이 휴대 정보 단말은 예를 들어 무선 통신이 가능한 헤드세트와 상호 통신함으로써 핸즈프리로 통화할 수 있다. 또한 접속 단자(7024)에 의하여, 다른 정보 단말과 데이터를 주고받고 하거나 충전할 수도 있다. 충전 동작은 무선 급전에 의하여 실시할 수도 있다.
베젤 부분을 겸하는 하우징(7000)에 탑재된 표시부(7001)는 비직사각형의 표시 영역을 갖는다. 표시부(7001)는 시각을 나타내는 아이콘(7027), 기타 아이콘(7028) 등을 표시할 수 있다. 또한 표시부(7001)는 터치 센서(입력 장치)를 탑재한 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다.
또한 도 4의 (G)에 도시된 스마트 워치는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속하는 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 데이터를 송수신하는 기능, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다.
또한 하우징(7000) 내부에 스피커, 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 빛, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰 등을 가질 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치 및 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 갖는 표시 장치는 본 실시형태에 기재된 전자 기기의 각 표시부에 사용할 수 있어, 장수명의 전자 기기를 실현할 수 있다.
또한 발광 장치를 적용한 전자 기기로서 도 5의 (A) 내지 (C)에 도시된 접을 수 있는 휴대 정보 단말을 들 수 있다. 도 5의 (A)에는 펼친 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시하였다. 또한 도 5의 (B)에는 펼친 상태로부터 접은 상태로, 또는 그 반대로 변화되는 도중의 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시하였다. 또한 도 5의 (C)에는 접은 상태의 휴대 정보 단말(9310)을 도시하였다. 휴대 정보 단말(9310)은 접은 상태에서는 가반성(可搬性)이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없는 넓은 표시 영역을 가지므로 표시의 일람성(一覽性)이 우수하다.
표시부(9311)는 힌지(9313)로 연결된 3개의 하우징(9315)에 의하여 지지되어 있다. 또한 표시부(9311)는 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 또한 표시부(9311)는 힌지(9313)를 이용하여 2개의 하우징(9315) 사이를 굴곡시킴으로써, 휴대 정보 단말(9310)을 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 표시부(9311)에 사용할 수 있다. 또한 장수명의 전자 기기를 실현할 수 있다. 표시부(9311)의 표시 영역(9312)은 휴대 정보 단말(9310)을 접은 상태로 하였을 때 측면에 위치하는 표시 영역이다. 표시 영역(9312)에는 정보 아이콘이나 사용 빈도가 높은 애플리케이션 및 프로그램의 바로가기 등을 표시할 수 있어, 정보의 확인이나 애플리케이션 등의 기동을 원활하게 할 수 있다.
또한 발광 장치를 적용한 자동차를 도 6의 (A) 및 (B)에 도시하였다. 즉, 발광 장치를 자동차와 일체로 하여 제공할 수 있다. 구체적으로는 도 6의 (A)에 도시된 자동차 외측의 라이트(5101)(차체 뒷부분도 포함함), 타이어의 휠(5102), 도어(5103)의 일부 또는 전체 등에 적용할 수 있다. 또한 도 6의 (B)에 도시된 자동차 내측의 표시부(5104), 핸들(5105), 시프트 레버(5106), 좌석 시트(5107), 백미러(inner rearview mirror)(5108) 등에 적용할 수 있다. 이 외에, 유리창의 일부에 적용하여도 좋다.
이로써, 본 발명의 일 형태의 발광 장치나 표시 장치를 적용한 전자 기기나 자동차를 얻을 수 있다. 또한 그 경우에는 장수명의 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 적용할 수 있는 전자 기기나 자동차는 본 실시형태에 기재된 것에 한정되지 않고, 다양한 분야에서 적용할 수 있다.
또한 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 장치, 또는 그 일부인 발광 소자를 적용하여 제작되는 조명 장치의 구성에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7의 (A) 및 (B)에는 조명 장치의 단면도의 일례를 도시하였다. 또한 도 7의 (A)는 기판 측으로 빛을 추출하는 보텀 이미션형 조명 장치를 도시한 것이고, 도 7의 (B)는 밀봉 기판 측으로 빛을 추출하는 톱 이미션형 조명 장치를 도시한 것이다.
도 7의 (A)에 도시된 조명 장치(4000)는 기판(4001) 위에 발광 소자(4002)를 갖는다. 또한 기판(4001) 외측에 요철을 갖는 기판(4003)을 갖는다. 발광 소자(4002)는 제 1 전극(4004), EL층(4005), 및 제 2 전극(4006)을 갖는다.
제 1 전극(4004)은 전극(4007)과 전기적으로 접속되고, 제 2 전극(4006)은 전극(4008)과 전기적으로 접속된다. 또한 제 1 전극(4004)과 전기적으로 접속되는 보조 배선(4009)을 제공하여도 좋다. 또한 보조 배선(4009) 위에는 절연층(4010)이 형성된다.
또한 기판(4001)과 밀봉 기판(4011)은 실재(4012)로 접착된다. 또한 밀봉 기판(4011)과 발광 소자(4002) 사이에는 건조제(4013)가 제공되는 것이 바람직하다. 또한 기판(4003)은 도 7의 (A)와 같은 요철을 갖기 때문에 발광 소자(4002)에서 발생한 빛의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7의 (B)에 도시된 조명 장치(4200)는 기판(4201) 위에 발광 소자(4202)를 갖는다. 발광 소자(4202)는 제 1 전극(4204), EL층(4205), 및 제 2 전극(4206)을 갖는다.
제 1 전극(4204)은 전극(4207)과 전기적으로 접속되고, 제 2 전극(4206)은 전극(4208)과 전기적으로 접속된다. 또한 제 2 전극(4206)과 전기적으로 접속되는 보조 배선(4209)을 제공하여도 좋다. 또한 보조 배선(4209) 아래에 절연층(4210)을 제공하여도 좋다.
기판(4201)과, 요철을 갖는 밀봉 기판(4211)은 실재(4212)로 접착된다. 또한 밀봉 기판(4211)과 발광 소자(4202) 사이에 배리어막(4213) 및 평탄화막(4214)을 제공하여도 좋다. 또한 밀봉 기판(4211)은 도 7의 (B)와 같은 요철을 갖기 때문에 발광 소자(4202)에서 발생한 빛의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 이들 조명 장치의 응용예로서는 실내의 조명용 천장등을 들 수 있다. 천장등에는 천장 직부형이나 천장 매립형 등이 있다. 또한 이러한 조명 장치는 발광 장치를 하우징이나 커버와 조합됨으로써 구성된다.
이 외에도, 바닥에 빛을 조사하여 발밑의 안전성을 높일 수 있는 풋라이트 등으로의 응용도 가능한다. 풋라이트는 예를 들어 침실, 계단, 또는 통로 등에 사용하는 것이 유효하다. 그 경우, 방의 넓이나 구조에 따라 크기나 형상을 적절히 변경할 수 있다. 또한 발광 장치와 지지대를 조합하여 구성되는 거치형 조명 장치로 할 수도 있다.
또한 시트형 조명 장치(시트형 조명)으로서 응용할 수도 있다. 시트형 조명은 벽면에 붙여서 사용하기 때문에 장소를 차지하지 않고 폭넓은 용도에 사용할 수 있다. 또한 대면적화도 용이하다. 또한 곡면을 갖는 벽면이나 하우징에 사용할 수도 있다.
또한 상기 외에도 실내에 설치된 가구의 일부에 본 발명의 일 형태의 발광 장치, 또는 그 일부인 발광 소자를 적용하여 가구로서의 기능을 갖는 조명 장치로 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 장치를 적용한 다양한 조명 장치를 얻을 수 있다. 또한 이들 조명 장치는 본 발명의 일 형태에 포함되는 것으로 한다.
또한 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
<<합성예 1>>
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(100)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h][1]벤조퓨로[2,3-b]퀴녹살린(약칭: 13mDBtPBfdbq)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한 13mDBtPBfdbq의 구조를 아래에 나타낸다.
[화학식 33]
Figure pat00033
<단계 1: 1,4-다이하이드로페난트로[9,10-b]피라진-2,3-다이온의 합성>
페난트렌-9,10-다이아민염산염 5.97g과, 탄산 수소 소듐 16.51g과, 옥살산다이에틸 230mL를 환류관이 설치된 삼구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다. 이 후 130℃에서 23시간 동안 교반하여 반응시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 이것에 물 1L를 첨가하고, 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이 후, 얻어진 혼합물을 흡인 여과하고, 에탄올에 의하여 세척함으로써, 목적으로 하는 피라진 유도체를 얻었다(황토색 분말, 수량 3.91g, 수율 61%). 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(a-1)에 나타낸다.
[화학식 34]
Figure pat00034
<단계 2: 2,3-다이클로로다이벤조[f,h]퀴녹살린의 합성>
다음에, 상기 단계 1에서 얻은 1,4-다이하이드로페난토로[9,10-b]파라진-2,3-다이온 3.91g과, 탈수 DMF 60mL를 환류관이 설치된 삼구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다. 플라스크를 얼음을 사용하여 냉각시킨 후, 염화 포스포릴 5.4mL를 첨가하고, 100℃에서 7시간 반 동안 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 혼합물을 1M 수산화 소듐 수용액 130mL에 붓고, 흡인 여과하였다. 얻어진 고체를 물 및 에탄올을 사용하여 세척한 후, 톨루엔에 용해시키고, 셀라이트를 통하여 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축함으로써, 목적으로 하는 퀴녹살린 유도체를 얻었다(황백색 분말, 수량 1.00g, 수율 22%). 단계 2의 합성 스킴을 하기 식(a-2)에 나타낸다.
[화학식 35]
Figure pat00035
<단계 3: 2-클로로-3-(5-클로로-2-메톡시페닐)퀴녹살린의 합성>
다음에, 상기 단계 2에서 얻은 2,3-다이클로로다이벤조[f,h]퀴녹살린 1.85g과, 5-클로로-2-메톡시페닐보론산 1.16g과, 탄산 소듐 0.66g과, 에틸렌글라이콜다이메틸에터(약칭: DME) 27mL와, 물 27mL를 환류관이 설치된 삼구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다. 감압하에서 플라스크 내를 교반함으로써 탈기한 후, 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0)(약칭: Pd(PPh3)4) 0.48g을 첨가하고, 100℃에서 20시간 반 동안 교반하여 반응시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 이것에 물을 첨가하고, 흡인 여과에 의하여 얻어진 고체를 다이클로로메테인에 용해시키고, 여과하고, 여과액을 농축하였다. 얻어진 고체를 톨루엔:헥세인=1:2를 전개 용매로 하는 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제함으로써, 목적으로 하는 퀴녹살린 유도체를 얻었다(백색 분말, 수량 1.86g, 수율 74%). 단계 3의 합성 스킴을 하기 식(a-3)에 나타낸다.
[화학식 36]
Figure pat00036
<단계 4: 2-클로로-3-(5-클로로-2-하이드록시페닐)퀴녹살린의 합성>
다음에, 상기 단계 3에서 얻은 2-클로로-3-(5-클로로-2-메톡시페닐)퀴녹살린 2.56g과, 탈수 다이클로로메테인 70mL를 삼구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다. 플라스크를 -20℃로 냉각시킨 후, 3브로민화 붕소(1M다이클로로메테인 용액) 13mL를 적하하고, 실온에서 16시간 동안 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 물을 첨가하고, 다이클로로메테인을 사용한 추출을 수행하였다. 추출에 의하여 얻어진 고체를 다이클로로메테인을 전개 용매로 하는 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제함으로써, 목적으로 하는 퀴녹살린 유도체를 얻었다(황색 분말, 수량 2.12g, 수율 84%). 단계 4의 합성 스킴을 하기 식(a-4)에 나타낸다.
[화학식 37]
Figure pat00037
<단계 5: 13-클로로다이벤조[f,h][1]벤조퓨로[2,3-b]퀴녹살린의 합성>
다음에 상기 단계 4에서 얻은 2-클로로-3-(5-클로로-2-하이드록시페닐)퀴녹살린 2.12g과, 탈수 N-메틸-2-피롤리돈(약칭: NMP) 27mL를 환류관이 설치된 삼구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다. 여기에 탄산 포타슘 1.51g을 첨가한 후, 120℃에서 8시간 동안 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 물을 첨가하고, 얻어진 혼합물을 흡인 여과하였다. 얻어진 고체를 에탄올에 의하여 세척함으로써, 목적으로 하는 퀴녹살린 유도체를 얻었다(담황색 분말, 수량 1.56g, 수율 84%). 단계 5의 합성 스킴을 하기 식(a-5)에 나타낸다.
[화학식 38]
Figure pat00038
<단계 6: 13-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h][1]벤조퓨로[2,3-b]퀴녹살린(약칭: 13mDBtPBfdbq)의 합성>
또한 상기 단계 5에서 얻은 13-클로로다이벤조[f,h][1]벤조퓨로[2,3-b]퀴녹살린 0.78g과, (다이벤조싸이오펜-4-일)페닐-3-보론산 1.10g과, 플루오린화 세슘 1.26g과, 메시틸렌 44mL를 환류관이 설치된 삼구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다. 플라스크 내를 감합하에서 교반함으로써 탈기한 후, 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0)(약칭: Pd2(dba)3) 0.075g과 2'-(다이사이클로헥실포스피노)아세토페논에틸렌케탈 0.059g을 첨가하고, 120℃에서 17시간 반 동안 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 혼합물에 에탄올을 첨가하고, 흡인 여과하고, 물 및 에탄올을 사용하여 세척하였다. 얻어진 고체를 톨루엔에 용해시키고, 셀라이트, 알루미나, 셀라이트의 순서로 적층한 여과 보조제를 통하여 여과하고, 농축하고 건고시킨 후, 톨루엔을 사용하여 재결정함으로써, 목적물을 얻었다(황백색 분말, 수량 0.71g, 수율 56%). 얻어진 황백색 분말 0.70g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 압력을 2.7 Pa로 하고, 아르곤 가스를 유량 10.5mL/min으로 흘리면서, 330℃에서 고체를 가열하는 조건에서 수행하였다. 승화 정제 후, 목적물인 황백색 고체를 수량 0.56g, 수율 80%로 얻었다. 단계 6의 합성 스킴을 하기 식(a-6)에 나타낸다.
[화학식 39]
Figure pat00039
상기 단계 6에서 얻은 황백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 아래에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 8에 나타내었다. 이 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서 상술한 구조식(100)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13mDBtPBfdbq가 얻어졌다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 7.49-7.51(m, 2H), 7.63-7.64(m, 2H), 7.71(t, 1H), 7.80-7.89(m, 8H), 8.06(d, 1H), 8.16(s, 1H), 8.22-8.25(m, 2H), 8.70-8.74(m, 3H), 9.36(d, 1H), 9.49-9.51(m, 1H).
다음에, 13mDBtPBfdbq의 톨루엔 용액 및 고체 박막의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이후, 단순히 '흡수 스펙트럼'이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다.
톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계(V550형, JASCO Corporation 제조)를 사용하였다. 또한 톨루엔 용액의 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(FS920, Hamamatsu Photonics K.K. 제조)를 사용하였다. 얻어진 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 9의 (A)에 나타내었다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이, 13mDBtPBfdbq의 톨루엔 용액에서는 281nm 및 397nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 405nm(여기 파장 372nm) 부근에 발광 파장의 피크가 확인되었다.
고체 박막의 흡수 스펙트럼의 측정에는 석영 기판 위에 진공 증착법에 의하여 제작한 고체 박막을 사용하고, 자외 가시 분광 광도계(U4100형, Hitachi High-Technologies Corporation 제조)를 사용하여 측정하였다. 또한 고체 박막의 발광 스펙트럼의 측정에는 상기와 같은 고체 박막을 사용하고, 형광 광도계(FS920, Hamamatsu Photonics K.K. 제조)를 사용하였다. 얻어진 고체 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 9의 (B)에 나타내었다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 9의 (B)에 나타낸 바와 같이, 13mDBtPBfdbq의 고체 박막에서는 383nm 및 403nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 511nm(여기 파장 380nm) 부근에 발광 파장의 피크가 확인되었다.
또한 13mDBtPBfdbq의 시차 주사 열량 측정을 수행하였다. 측정에는 시차 주사 열량 측정 장치(Pyris 1, PerkinElmer Japan, Co., Ltd. 제조)를 사용하였다. 측정은 -10℃ 내지 350℃의 범위에서 40℃/min의 속도로 온도를 올린 후 350℃에서 1분 동안 유지하고, 이 후, 350℃ 내지 -10℃의 범위에서 100℃/min의 속도로 온도를 낮추는 것을 1 사이클로 하였다. 또한 본 실시에서는 측정을 3사이클 수행하였다. 그리고 2번째 사이클에서 온도를 올렸을 때의 결과에 의거하여 유리 전이 온도(Tg)가 141℃인 것을 알았다. 따라서, 본 실시예에서 합성한 13mDBtPBfdbq는 매우 내열성이 우수한 재료인 것을 알았다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자로서, 실시예 1에서 설명한 13-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h][1]벤조퓨로[2,3-b]퀴녹살린(약칭: 13mDBtPBfdbq)(구조식(100))을 발광층에 사용한 발광 소자 1과, 비교를 위한 발광 소자로서 2-[3-(3'-다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II)(구조식(200))을 발광층에 사용한 비교 발광 소자 2의 소자 구조, 제작 방법, 및 그 특성에 대하여 설명한다. 또한 본 실시예에서 사용하는 발광 소자의 소자 구조를 도 10에 나타내고, 구체적인 구성을 표 1에 나타내었다. 또한 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 아래에 나타낸다.
제 1 전극 정공 주입층 정공 수송층 발광층 전자
수송층		 전자
주입층		 제 2 전극
901 911 912 913 914 915 903
발광
소자
1		 ITSO
(70nm)		 DBT3P-II:
MoOx
(2:1 70nm)		 PCBBi1BP
(20nm)		 * mPCCz
PTzn
-02
(30nm)		 NBphen
(15nm)		 LiF
(1nm)		 Al
(200
nm)
비교
발광
소자
2		 ITSO
(70nm)		 DBT3P-II:
MoOx
(2:1 70nm)		 PCBBi1BP
(20nm)		 ** mPCCz
PTzn
-02
(30nm)		 NBphen
(15nm)		 LiF
(1nm)		 Al
(200
nm)
*13mDBtPBfdbq:PCBBiF:[Ir(dmpqn)2(acac)](0.75:0.25:0.1 40nm)
**2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(dmpqn)2(acac)](0.75:0.25:0.1 40nm)
[화학식 40]
Figure pat00040
<<발광 소자의 제작>>
본 실시예에서 설명하는 발광 소자는 도 10에 도시된 바와 같이, 기판(900) 위에 형성된 제 1 전극(901) 위에 정공 주입층(911), 정공 수송층(912), 발광층(913), 전자 수송층(914), 전자 주입층(915)이 순차적으로 적층되고, 전자 주입층(915) 위에 제 2 전극(903)이 적층된 구조를 갖는다.
우선, 기판(900) 위에 제 1 전극(901)을 형성하였다. 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다. 또한 기판(900)에는 유리 기판을 사용하였다. 또한 제 1 전극(901)은 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 70nm의 두께로 성막하여 형성하였다.
여기서, 전(前) 처리로서 기판 표면을 물을 사용하여 세척하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다. 그 후, 내부 압력이 약 10-4Pa까지 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음에, 제 1 전극(901) 위에 정공 주입층(911)을 형성하였다. 정공 주입층(911)은 진공 증착 장치 내의 압력을 1×10-4Pa까지 감압한 후, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브데넘을 DBT3P-II:산화 몰리브데넘=2:1(질량비)로 하고, 두께가 70nm가 되도록 동시증착하여 형성하였다.
다음에, 정공 주입층(911) 위에 정공 수송층(912)을 형성하였다. 정공 수송층(912)은 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP)을 두께가 20nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
다음에, 정공 수송층(912) 위에 발광층(913)을 형성하였다.
발광 소자 1의 경우의 발광층(913)은 호스트 재료로서 사용한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13mDBtPBfdbq와, 어시스트 재료로서 사용한 PCBBiF와, 게스트 재료(인광 재료)로서 사용한 비스[4,6-다이메틸-2-(2-퀴노린일-κN)페닐-κC](2,4-펜탄다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmpqn)2(acac)])을 중량비가 13mDBtPBfdbq:PCBBiF:[Ir(dmpqn)2(acac)]=0.75:0.25:0.1이 되도록 동시증착하였다. 또한 두께는 40nm로 하였다.
비교 발광 소자 2의 경우의 발광층(913)은 호스트 재료로서 사용한 2mDBTBPDBq-II와, 어시스트 재료로서 사용한 PCBBiF와, 게스트 재료(인광 재료)로서 사용한 [Ir(dmpqn)2(acac)]을 중량비가 2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(dmpqn)2(acac)]=0.75:0.25:0.1이 되도록 동시증착하였다. 또한 두께는 40nm로 하였다.
다음에, 발광층(913) 위에 전자 수송층(914)을 형성하였다. 전자 수송층(914)은 9-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-2,3'-바이-9H-카바졸(약칭: mPCCzPTzn-02)의 두께가 30nm이고, 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBphen)의 두께가 15nm가 되도록 순차적으로 증착하여 형성하였다.
다음에, 전자 수송층(914) 위에 전자 주입층(915)을 형성하였다. 전자 주입층(915)은 플루오린화 리튬(LiF)을 두께가 1nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
다음에, 전자 주입층(915) 위에 제 2 전극(903)을 형성하였다. 제 2 전극(903)은 알루미늄을 사용하여 증착법에 의하여 두께가 200nm가 되도록 형성하였다. 또한 본 실시예에서 제 2 전극(903)은 음극으로서 기능한다.
상술한 공정을 거쳐 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 포함하는 발광 소자를 기판(900) 위에 형성하였다. 또한 상기 공정에서 설명한 정공 주입층(911), 정공 수송층(912), 발광층(913), 전자 수송층(914), 전자 주입층(915)은 본 발명의 일 형태에서의 EL층을 구성하는 기능층이다. 또한 상술한 제작 방법에서의 증착 공정에서는 모두 저항 가열법에 의한 증착법을 사용하였다.
또한 상술한 바와 같이 제작한 발광 소자는 다른 기판(미도시)에 의하여 밀봉된다. 또한 다른 기판(미도시)을 사용하여 밀봉할 때, 질소 분위기의 글러브 박스 내에서 자외광에 의하여 고체화되는 실재가 도포된 다른 기판(미도시)을 기판(900) 위에 고정하고, 기판(900) 위에 형성된 발광 소자의 주위에 실재가 부착되도록 기판들을 접착시켰다. 밀봉 시에는 365nm의 자외광을 6J/cm2 조사하여 실재를 고체화시키고, 80℃에서 1시간 동안 가열 처리함으로써 실재를 안정화시켰다.
<<발광 소자의 동작 특성>>
제작한 각 발광 소자의 동작 특성을 측정하였다. 또한 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다. 또한 결과를 도 11내지 도 14에 나타내었다.
아래의 표 2에 1000cd/m2 부근에서의 각 발광 소자의 주된 초기 특성값을 나타낸다.
전압
(V)		 전류
(mA)		 전류
밀도
(mA/cm2)		 색도
(x,y)		 휘도
(cd/m2)		 전류
효율
(cd/A)		 파워 효율
(lm/W)		 외부 양자 효율 (%)
발광 소자 1 3.2 0.25 6.3 (0.68,0.32) 1000 16 15 19
비교 발광 소자 2 3.4 0.21 5.3 (0.68,0.32) 910 17 16 19
또한 상기 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서 제작한 발광 소자 1은 비교 발광 소자 2와 비교하여 양호한 전류-전압 특성을 나타낸다. 이것은 발광 소자 1의 발광층에 사용한 본 발명의 일 형태의 13mDBtPBfdbq가 산소를 갖는 오원환에 의하여 축합된 구조에 기인하여 깊은 LUMO 준위를 갖기 때문이라고 할 수 있다. 또한 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 환원 전위를 측정한 결과, 2mDBTBPDBq-II의 LUMO 준위는 -2.94eV인 한편, 13mDBtPBfdbq의 LUMO 준위는 -3.17eV이었다.
또한 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘린 경우의 발광 스펙트럼을 도 15에 나타내었다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼은 628nm 부근에 피크를 갖고, 어느 쪽도 발광층(913)에 포함되는 유기 금속 착체인 [Ir(dmpqn)2(acac)]의 발광에서 유래하는 것으로 시사된다.
다음에 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2에 대하여 신뢰성 시험을 수행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 16에 나타내었다. 도 16에서, 세로축은 초기 휘도를 100%로 하였을 때의 정규화 휘도(%)를 나타내고, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한 신뢰성 시험에서는 전류 밀도를 75mA/cm2로 설정하여 발광 소자를 구동시켰다.
신뢰성 시험의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 발광 소자 1은 비교 발광 소자 2와 비교하여 신뢰성이 높다. 이것은 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13mDBtPBfdbq(구조식(100))를 발광 소자 1의 발광층에 사용한 효과가 나타난 것으로 볼 수 있다. 즉 13mDBtPBfdbq는 실시형태 1에서 설명한 바와 같이, 다이벤조퀴녹살린 골격의 2위치와 3위치를 축합 위치로 하고 산소를 갖는 오원환에 의하여 축합된 구조를 갖기 때문에 2mDBTBPDBq-II(구조식(200))와 같이 다이벤조퀴녹살린 골격의 2위치의 치환된 페닐렌기가 3위치의 수소와 입체 반발함으로써 꼬이는 일이 없고 분자의 견고성 및 안정성이 향상되는 특징을 갖는다. 또한 표 2에서 발광 소자 1이 비교 발광 소자 2와 비교하여 양호한 전류-전압 특성을 나타낸 것은 발광층에서의 캐리어의 재결합 영역이 좁고 국소적인 열화가 생기기 쉬운 소자 구조인 것을 시사하지만, 도 16에 나타낸 바와 같이 신뢰성을 향상시킬 수 있었다는 것은 본 발명의 일 형태의 유기 화합물이 입체 장벽이 작은 특징에 더하여 양호한 견고성 및 안정성을 갖기 때문이라고 이해할 수 있다. 즉 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 발광 소자에서 흔히 보이는, 구동 전압이 저하되면 신뢰성도 저하되는 트레이드오프 현상을 극복한 재료라고 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13mDBtPBfdbq는 상술한 분자 구조를 가짐으로써 신뢰성의 향상을 도모할 뿐만 아니라 산소를 갖는 오원환에 의하여 축합된 구조를 가짐으로써 다환의 축합 분자 구조를 가질 때 문제가 되는 T1 준위의 저하를 최소한으로 억제하는 것을 가능하게 하였다. 구체적으로는 T1 준위가 액화 질소 온도(77K)에서 관측된 인광 스펙트럼의 단파장 측 피크에 대응하는 것으로 가정하여 계산한 결과, 2mDBTBPDBq-II의 T1 준위가 515nm인 한편, 13mDBtPBfdbq의 T1 준위는 538nm이며 약 20nm만 장파장 측으로 시프트되었다. 따라서 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13mDBtPBfdbq(구조식(100))을 발광 소자의 EL층에 사용하는 것은 발광 소자의 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라 T1 준위를 어느 정도 유지할 수 있다는 점에서 유용하다고 할 수 있다.
(실시예 3)
<<합성예 2>>
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(101)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13-[3-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]다이벤조[f,h][1]벤조퓨로[2,3-b]퀴녹살린(약칭: 13mDBfPBfdbq)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한 13mDBfPBfdbq의 구조를 아래에 나타낸다.
[화학식 41]
Figure pat00041
<13mDBfPBfdbq의 합성>
본 실시예에서 설명하는 13mDBfPBfdbq는 실시예 1에서 설명한 13mDBtPBfdbq의 합성 방법과 마찬가지로 하기 합성 스킴(b-1)에 나타낸 방법을 사용하여 합성한다.
[화학식 42]
Figure pat00042
상술한 바와 같이 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13mDBfPBfdbq를 얻을 수 있다.
(실시예 4)
<<합성예 3>>
본 실시예에서는, 실시형태 1의 구조식(102)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13-[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h][1]벤조퓨로[2,3-b]퀴녹살린(약칭: 13mCzPBfdbq)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한 13mCzPBfdbq의 구조를 아래에 나타낸다.
[화학식 43]
Figure pat00043
<13mCzPBfdbq의 합성>
본 실시예에서 설명하는 13mCzPBfdbq는 실시예 1에서 설명한 13mDBtPBfdbq의 합성 방법과 마찬가지로 하기 합성 스킴(c-1)에 나타낸 방법을 사용하여 합성한다.
[화학식 44]
Figure pat00044
상술한 바와 같이 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13mCzPBfdbq를 얻을 수 있다.
(실시예 5)
<<합성예 4>>
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(110)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조[f,h][1]벤조퓨로[2,3-b]퀴녹살린(약칭: 13mTpPBfdbq)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한 13mTpPBfdbq의 구조를 아래에 나타낸다.
[화학식 45]
Figure pat00045
<13mTpPBfdbq의 합성>
본 실시예에서 설명하는 13mTpPBfdbq는 실시예 1에서 설명한 13mDBtPBfdbq의 합성 방법과 마찬가지로 하기 합성 스킴(d-1)에 나타낸 방법을 사용하여 합성한다.
[화학식 46]
Figure pat00046
상술한 바와 같이 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13mTpPBfdbq를 얻을 수 있다.
(실시예 6)
<<합성예 5>>
본 실시예에서는, 실시형태 1의 구조식(123)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13-[3-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h][1]벤조퓨로[2,3-b]퀴녹살린(약칭: 13mPCCzPBfdbq)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한 13mPCCzPBfdbq의 구조를 아래에 나타낸다.
[화학식 47]
Figure pat00047
<13mPCCzPBfdbq의 합성>
본 실시예에서 설명하는 13mPCCzPBfdbq는 실시예 1에서 설명한 13mDBtPBfdbq의 합성 방법과 마찬가지로 하기 합성 스킴(e-1)에 나타낸 방법을 사용하여 합성한다.
[화학식 48]
Figure pat00048
상술한 바와 같이 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13mPCCzPBfdbq를 얻을 수 있다.
(실시예 7)
<<합성예 6>>
본 실시예에서는, 실시형태 1의 구조식(125)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)다이벤조[f,h][1]벤조퓨로[2,3-b]퀴녹살린(약칭: 13PCCzBfdbq)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한 13PCCzBfdbq의 구조를 아래에 나타낸다.
[화학식 49]
Figure pat00049
<13PCCzBfdbq의 합성>
실시예 1의 단계 5에서 얻은 13-클로로다이벤조[f,h][1]벤조퓨로[2,3-b]퀴녹살린 0.78g과, 9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸 0.90g과, 메시틸렌 22mL를 환류관이 설치된 삼구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다. 플라스크 내를 감압하에서 교반함으로써 탈기한 후, 소듐 tert-뷰톡사이드 0.42g과, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)(약칭: Pd(dba)2) 0.013g과, 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(약칭: S-Phos) 0.018g을 첨가하고, 150℃에서 13시간 동안 교반하였다.
소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 혼합물에 에탄올을 첨가하고, 흡인 여과하고, 물 및 에탄올을 사용하여 세척하였다. 얻어진 고체를 톨루엔을 전개 용매로 하는 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 톨루엔을 사용하여 재결정함으로써 목적물을 얻었다(황색 고체, 수량 0.56g, 수율 35%). 본 실시예에 나타낸 합성 방법의 합성 스킴을 하기 식(f-1)에 나타낸다.
[화학식 50]
Figure pat00050
또한 상기에서 얻은 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 아래에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 17에 나타내었다. 이 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에서 상술한 구조식(125)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 13PCCzBfdbq가 얻어졌다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 7.33(t, 1H), 7.39(t, 1H), 7.45-7.56(m, 6H), 7.62-7.69(m, 5H), 7.79-7.90(m, 6H), 7.95(d, 1H), 8.06(d, 1H), 8.27(d, 1H), 8.32(d, 1H), 8.56(d, 2H), 8.70-8.76(m, 3H), 9.36(d, 1H), 9.44(d, 1H).
101: 제 1 전극
102: 제 2 전극
103: EL층
103a, 103b: EL층
104: 전하 발생층
111, 111a, 111b: 정공 주입층
112, 112a, 112b: 정공 수송층
113, 113a, 113b: 발광층
114, 114a, 114b: 전자 수송층
115, 115a, 115b: 전자 주입층
200R, 200G, 200B: 광학 거리
201: 제 1 기판
202: 트랜지스터(FET)
203R, 203G, 203B, 203W: 발광 소자
204: EL층
205: 제 2 기판
206R, 206G, 206B: 컬러 필터
206R', 206G', 206B': 컬러 필터
207: 제 1 전극
208: 제 2 전극
209: 흑색층(블랙 매트릭스)
210R, 210G: 도전층
301: 제 1 기판
302: 화소부
303: 구동 회로부(소스선 구동 회로)
304a, 304b: 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
305: 실재
306: 제 2 기판
307: 리드 배선
308: FPC
309: FET
310: FET
311: FET
312: FET
313: 제 1 전극
314: 절연물
315: EL층
316: 제 2 전극
317: 발광 소자
318: 공간
900: 기판
901: 제 1 전극
902: EL층
903: 제 2 전극
911: 정공 주입층
912: 정공 수송층
913: 발광층
914: 전자 수송층
915: 전자 주입층
4000: 조명 장치
4001: 기판
4002: 발광 소자
4003: 기판
4004: 제 1 전극
4005: EL층
4006: 제 2 전극
4007: 전극
4008: 전극
4009: 보조 배선
4010: 절연층
4011: 밀봉 기판
4012: 실재
4013: 건조제
4015: 확산판
4200: 조명 장치
4201: 기판
4202: 발광 소자
4204: 제 1 전극
4205: EL층
4206: 제 2 전극
4207: 전극
4208: 전극
4209: 보조 배선
4210: 절연층
4211: 밀봉 기판
4212: 실재
4213: 배리어막
4214: 평탄화막
4215: 확산판
5101: 라이트
5102: 타이어의 휠
5103: 도어
5104: 표시부
5105: 핸들
5106: 시프트 레버
5107: 좌석 시트
5108: 백미러
7000: 하우징
7001: 표시부
7002: 제 2 표시부
7003: 스피커
7004: LED 램프
7005: 조작 키
7006: 접속 단자
7007: 센서
7008: 마이크로폰
7009: 스위치
7010: 적외선 포트
7011: 기록 매체 판독부
7012: 지지부
7013: 이어폰
7014: 안테나
7015: 셔터 버튼
7016: 수상부
7018: 스탠드
7020: 카메라
7021: 외부 접속부
7022, 7023: 조작용 버튼
7024: 접속 단자
7025: 밴드
7026: 마이크로폰
7027: 시각을 나타내는 아이콘
7028: 기타 아이콘
7029: 센서
7030: 스피커
7052: 7053, 7054: 정보
9310: 휴대 정보 단말
9311: 표시부
9312: 표시 영역
9313: 힌지
9315: 하우징

Claims (28)

  1. 식(G1)으로 나타내어지는, 화합물:
    Figure pat00051

    상기 식(G1)에서
    Q는 O 또는 S를 나타내고,
    R1 내지 R12 중 적어도 하나는 탄소수 3 내지 30의 치환 또는 비치환된 축합 방향 고리 또는 축합 헤테로 방향 고리인 제 1 기를 나타내고,
    R1 내지 R12의 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 및 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 하나를 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기는 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은, 화합물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기는 플루오렌 골격, 페난트렌 골격, 트라이페닐렌 골격, 나프탈렌 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 다이벤조퓨란 골격, 및 카바졸 골격 중 어느 하나를 포함하는, 화합물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기는 식(A-1) 내지 식(A-21)으로 나타내어지는 구조 중에서 선택된 하나를 포함하고,
    Figure pat00052

    R1 내지 R12의 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 및 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 하나를 나타내고,
    Q'는 O 또는 S를 나타내고,
    R13 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 및 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 중 어느 하나를 나타내는, 화합물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    식(A-1) 내지 식(A-21)으로 나타내어지는 구조 중에서 선택된 상기 하나는 고리를 형성하는 탄소수 6 내지 24의 치환 또는 비치환된 아릴렌기 또는 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 24의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기를 통하여 다이벤조벤조퓨로퀴녹살린 골격 또는 다이벤조벤조티에노퀴녹살린 골격에 결합되는, 화합물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기는 식(A-1) 내지 식(A-21) 중 어느 하나를 나타내고,
    Figure pat00053

    R1 내지 R12의 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 및 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 하나를 나타내고,
    Q'는 O 또는 S를 나타내고,
    R13 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 및 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 중 어느 하나를 나타내는, 화합물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소수 1 내지 50의 기는 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬기가 결합된 아미노기, 아릴기가 결합된 아미노기, 사이아노기, 카복실기, 알킬옥시카보닐기, 아릴옥시카보닐기, 알킬기가 결합된 실릴기, 아릴기가 결합된 실릴기, 알킬기, 사이클로알킬기, 헤테로아릴기, 및 아릴기 중 어느 하나인, 화합물.
  8. 발광 장치로서,
    제 1 항에 따른 화합물을 포함하는, 한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하는, 발광 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 발광층은 유기 금속 착체를 더 포함하는, 발광 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유기 금속 착체는 페닐퀴놀린 골격을 갖는 이리듐 착체인, 발광 장치.
  11. 전자 기기로서,
    제 8 항에 따른 발광 장치; 및
    마이크로폰, 카메라, 조작용 버튼, 외부 접속부, 및 스피커 중 어느 하나를 포함하는, 전자 기기.
  12. 조명 장치로서,
    제 8 항에 따른 발광 장치; 및
    하우징, 커버, 및 지지대 중 어느 하나를 포함하는, 조명 장치.
  13. 식(G1)으로 나타내어지는, 화합물:
    Figure pat00054

    상기 식(G1)에서
    Q는 O 또는 S를 나타내고,
    R3은 탄소수 3 내지 30의 치환 또는 비치환된 축합 방향 고리 또는 축합 헤테로 방향 고리를 갖는 제 1 기를 나타내고,
    R1, R2 및 R4 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 및 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 하나를 나타낸다.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 기는 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은, 화합물.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 기는 플루오렌 골격, 페난트렌 골격, 트라이페닐렌 골격, 나프탈렌 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 다이벤조퓨란 골격, 및 카바졸 골격 중 어느 하나를 포함하는, 화합물.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 기는 식(A-1) 내지 식(A-21)으로 나타내어지는 구조 중에서 선택된 하나를 포함하고,
    Figure pat00055

    R1, R2 및 R4 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 및 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 하나를 나타내고,
    Q'는 O 또는 S를 나타내고,
    R13 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 및 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 중 어느 하나를 나타내는, 화합물.
  17. 제 16 항에 있어서,
    식(A-1) 내지 식(A-21)으로 나타내어지는 구조 중에서 선택된 상기 하나는 고리를 형성하는 탄소수 6 내지 24의 치환 또는 비치환된 아릴렌기 또는 고리를 형성하는 탄소수 3 내지 24의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기를 통하여 다이벤조벤조퓨로퀴녹살린 골격 또는 다이벤조벤조티에노퀴녹살린 골격에 결합되는, 화합물.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 기는 식(A-1) 내지 식(A-21) 중 어느 하나를 나타내고,
    Figure pat00056

    R1 내지 R12의 나머지는 각각 독립적으로 수소, 할로제노기, 하이드록시기, 아미노기, 나이트로기, 및 탄소수 1 내지 50의 기 중 어느 하나를 나타내고,
    Q'는 O 또는 S를 나타내고,
    R13 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 및 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 중 어느 하나를 나타내는, 화합물.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 탄소수 1 내지 50의 기는 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬기가 결합된 아미노기, 아릴기가 결합된 아미노기, 사이아노기, 카복실기, 알킬옥시카보닐기, 아릴옥시카보닐기, 알킬기가 결합된 실릴기, 아릴기가 결합된 실릴기, 알킬기, 사이클로알킬기, 헤테로아릴기, 및 아릴기 중 어느 하나인, 화합물.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 화합물은 식(100) 또는 식(125)으로 나타내어지는, 화합물:
    Figure pat00057
    .
  21. 발광 장치로서,
    제 13 항에 따른 화합물을 포함하는, 한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하는, 발광 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 발광층은 유기 금속 착체를 더 포함하는, 발광 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 유기 금속 착체는 페닐퀴놀린 골격을 갖는 이리듐 착체인, 발광 장치.
  24. 전자 기기로서,
    제 21 항에 따른 발광 장치; 및
    마이크로폰, 카메라, 조작용 버튼, 외부 접속부, 및 스피커 중 어느 하나를 포함하는, 전자 기기.
  25. 조명 장치로서,
    제 21 항에 따른 발광 장치; 및
    하우징, 커버, 및 지지대 중 어느 하나를 포함하는, 조명 장치.
  26. 발광 장치로서,
    다이벤조벤조퓨로퀴녹살린 골격 및 다이벤조벤조티에노퀴녹살린 골격 중 하나를 포함하는 유기 화합물을 포함하는, 발광 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 물질을 더 포함하는, 발광 장치.
  28. 제 26 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 다이벤조[f,h][1]벤조퓨로[2,3-b]퀴녹살린 골격 및 다이벤조[f,h][1]벤조티에노[2,3-b]퀴녹살린 골격 중 하나를 포함하는, 발광 장치.
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