KR20200012045A - 유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

신규 물질로서, 색 순도가 높은 청색 광을 발하고 수명이 긴, 일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물을 제공한다. 상기 유기 화합물은 벤조나프토퓨란일아민이 피렌 골격의 1위치 및 6위치에 결합된 구조를 갖는 형광 유기 화합물이다.
Figure pat00049

Description

유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{ORGANIC COMPOUND, LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC APPLIANCE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 형광을 발하는 신규 유기 화합물에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 각각 형광을 발하는 신규 유기 화합물이 사용된 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
전계 발광(EL)을 이용한 발광 소자는 차세대 디스플레이 기술로서 크게 기대되고 있다. 근년에 들어, 이러한 발광 소자에 대한 연구 개발이 널리 이루어지고 있다. 발광 소자의 기본 구조에서는, 한 쌍의 전극 사이에 발광 물질을 함유하는 층이 제공된다. 이 소자에 전압을 인가함으로써, 들뜬 상태의 발광 물질로부터 발광을 얻을 수 있다.
상기 발광 소자는 자발광(self-luminous) 소자이기 때문에, 액정 표시 소자에 비하여, 화소의 시인성(visibility)이 높고 백라이트가 불필요한 등의 장점이 있어, 평판 표시 소자로서 적합하다고 생각된다. 상기 발광 소자의 또 다른 큰 장점은 얇고 가볍게 제작할 수 있다는 것이다. 게다가, 응답 속도가 매우 빠른 것도 상기 발광 소자의 특징이다.
또한, 상기 발광 소자는 막 형태로 형성될 수 있기 때문에, 평면 발광을 쉽게 얻을 수 있게 된다. 따라서, 평면 발광을 이용한 대면적의 소자를 형성할 수 있다. 이것은 백열등 및 LED로 대표되는 점 광원 또는 형광등으로 대표되는 선 광원에 의해서는 얻기 어려운 특징이다. 따라서, 상기 발광 소자는 조명 장치 등에 사용할 수 있는 평면 광원으로서의 가능성도 높다.
발광 소자는 발광 물질로서 유기 화합물을 사용하는지 또는 무기 화합물을 사용하는지에 따라 대별된다. 발광 물질로서 유기 화합물을 사용하는 경우, 발광 소자에 전압을 인가함으로써, 한 쌍의 전극으로부터 발광 유기 화합물을 포함하는 층으로 전자 및 정공이 주입되어, 전류가 흐른다. 그리고 전자와 정공(즉, 캐리어)이 재결합되어, 발광 유기 화합물이 들뜨게 된다. 발광 유기 화합물이 그 들뜬 상태로부터 기저 상태로 되돌아감으로써 발광한다. 또한, 유기 화합물의 들뜬 상태는 단일항 들뜬 상태와 삼중항 들뜬 상태의 2종류가 될 수 있고, 단일항 들뜬 상태(S*)로부터의 발광을 형광이라 하고, 삼중항 들뜬 상태(T*)로부터의 발광을 인광이라 한다. 또한, 발광 소자의 제작에 있어서, 그 발광 소자의 특성은 이러한 발광 물질에 의하여 큰 영향을 받는다.
고효율 발광 소자를 제공하기 위해서, 발광 소자에 포함되는 발광층에 발광 효율이 높은 신규 형광 재료가 사용되는 방법이 개시(開示)되었다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개 특허 제 2005-75868호
특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 우수한 특성을 갖는 신규 형광 재료가 개발되고 있지만, 더 양호한 특성을 갖는 신규 재료의 개발이 요구된다.
상술한 관점에서, 본 발명의 일 형태는 신규 물질로서 색 순도가 높은 광을 발하고 수명이 긴 형광 유기 화합물을 제공한다. 또한 본 발명의 일 형태는 색 순도가 높은 청색 광을 발하고 수명이 긴 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공한다.
본 발명의 일 형태는 벤조나프토퓨란일아민이 피렌 골격의 1위치 및 6위치의 각각에 결합된 구조를 갖는 청색 형광 유기 화합물이다. 따라서, 본 발명의 일 형태는 일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물이다.
Figure pat00001
상기 일반식에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 고리를 형성하는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R1~R8은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타내고, X1 및 X2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란일기를 나타낸다.
상술한 구조를 갖는 일반식(G1)에서의 각 질소 원자는 상기 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란일기의 6위치 또는 8위치에 결합되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G2)으로 표시되는 유기 화합물이다.
Figure pat00002
상기 일반식에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 고리를 형성하는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R1~R17 및 R19~R27은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G3)으로 표시되는 유기 화합물이다.
Figure pat00003
상기 일반식에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 고리를 형성하는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R1~R8, R10~R18, 및 R20~R28은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G4)으로 표시되는 유기 화합물이다.
Figure pat00004
상기 일반식에 있어서, R1~R8 및 R29~R38은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G5)으로 표시되는 유기 화합물이다.
Figure pat00005
상기 일반식에 있어서, R1~R8 및 R29~R38은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태는 구조식(100)으로 표시되는 유기 화합물이다.
Figure pat00006
본 발명의 다른 일 형태는 구조식(101)으로 표시되는 유기 화합물이다.
Figure pat00007
본 발명의 다른 일 형태는 일반식(G1)~(G5)으로 표시되는 유기 화합물 각각의 합성 방법 및 일반식(G1)~(G5)으로 표시되는 유기 화합물 중 어느 것을 사용하여 합성된 신규 유기 화합물 8-할로젠화 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란이다. 또한, 8-할로젠화 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란에서의 할로젠은 염소, 브로민, 또는 아이오딘인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 일반식 (G1)~(G5)으로 표시되는 유기 화합물 중 어느 것을 함유하는 발광 소자 및 상기 발광 소자를 포함하는 발광 장치이다.
본 발명의 다른 형태는 발광 소자를 포함하는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 포함하는 조명 장치이다. 본 명세서에서의 발광 장치란, 화상 표시 디바이스 및 광원(예를 들어, 조명 장치)을 말한다. 또한, 발광 장치는 그 범주에, FPC(Flexible Printed Circuit), TCP(Tape Carrier Package) 등의 커넥터에 발광 장치가 접속된 모듈, TCP의 끝에 프린트 배선판이 제공된 모듈, 및 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 발광 소자에 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈 모두를 포함한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 신규 물질로서 색 순도가 높은 청색 광(발광 피크 파장: 약 450nm)을 발하고 효율이 높고 수명이 긴 형광 유기 화합물을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용함으로써, 색 순도가 높은 청색 광을 발하는 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다. 또한, 소비 전력이 낮고 수명이 긴 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 발광 소자의 구조를 도시한 것.
도 2의 (A) 및 (B)는 각각 발광 소자의 구조를 도시한 것.
도 3의 (A) 및 (B)는 발광 장치를 도시한 것.
도 4의 (A)~(D)는 전자 기기를 도시한 것.
도 5는 조명 장치를 도시한 것.
도 6의 (A) 및 (B)는 구조식(100)으로 표시되는 유기 화합물의 1H NMR 차트.
도 7의 (A) 및 (B)는 구조식(100)으로 표시되는 유기 화합물의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 8의 (A) 및 (B)는 구조식(101)으로 표시되는 유기 화합물의 1H NMR 차트.
도 9의 (A) 및 (B)는 구조식(101)으로 표시되는 유기 화합물의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 10의 (A) 및 (B)는 8-할로젠화 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 1H NMR 차트.
도 11은 발광 소자를 도시한 것.
도 12는 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 나타낸 것.
도 13은 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 것.
도 14는 발광 소자 1의 전압-전류 특성을 나타낸 것.
도 15는 발광 소자 1의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 것.
도 16은 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 17은 발광 소자 1의 신뢰성을 나타낸 것.
도 18은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 전압-휘도 특성을 나타낸 것.
도 19는 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 것.
도 20은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 전압-전류 특성을 나타낸 것.
도 21은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 것.
도 22는 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 23은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3 각각의 신뢰성을 나타낸 것.
도 24의 (A) 및 (B)는 구조식(100)으로 표시되는 유기 화합물의 LC-MS 해석의 결과를 나타낸 것.
도 25의 (A) 및 (B)는 구조식(101)으로 표시되는 유기 화합물의 LC-MS 해석의 결과를 나타낸 것.
도 26의 (A) 및 (B)는 구조식(138)으로 표시되는 유기 화합물의 1H NMR 차트.
도 27의 (A) 및 (B)는 구조식(138)으로 표시되는 유기 화합물의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 28은 발광 소자 4의 전압-휘도 특성을 나타낸 것.
도 29는 발광 소자 4의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 것.
도 30은 발광 소자 4의 전압-전류 특성을 나타낸 것.
도 31은 발광 소자 4의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 것.
도 32는 발광 소자 4의 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 33은 발광 소자 4의 신뢰성을 나타낸 것.
아래에서는 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않으며, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 일탈하지 않고 다양하게 변경 및 수정할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 이하의 실시형태의 설명에 한정되는 것으로 해석(解釋)되어서는 안 된다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 실시형태의 신규 유기 화합물에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 벤조나프토퓨란일아민이 피렌 골격의 1위치 및 6위치의 각각에 결합된 구조를 갖고 청색 광을 발하는 형광 유기 화합물이다. 또한, 본 실시형태에서 설명되는 유기 화합물의 일 형태는 일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물이다.
Figure pat00008
일반식(G1)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 고리를 형성하는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R1~R8은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타내고, X1 및 X2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란일기를 나타낸다.
일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물은 일반식(G2)으로 표시되는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
Figure pat00009
일반식(G2)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 고리를 형성하는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R1~R17 및 R19~R27은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타낸다.
일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물은 일반식(G3)으로 표시되는 유기 화합물인 것이 바람직하다. 또한, 일반식(G3)으로 표시되는 유기 화합물은 그 발광 파장이 짧아질 수 있으므로 바람직하다.
Figure pat00010
일반식(G3)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 고리를 형성하는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, R1~R8, R10~R18, 및 R20~R28은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타낸다. 일반식(G3)으로 표시되는 물질에 있어서, R18 및 R28이 각각 치환 또는 비치환된 페닐기인 경우, 물질의 발광 파장이 짧아질 수 있으므로 바람직하다. R18 및 R28이 치환 또는 비치환된 페닐기인 물질을 발광 소자에 사용하는 경우, 발광 소자는 반치폭(half-width)이 좁고 발광 효율이 높고 신뢰성이 높은 발광 스펙트럼을 가질 수 있으므로 바람직하다. 입체 구조의 변형을 피하기 위하여, R18 및 R28은 비치환된 페닐기인 것이 더 바람직하다. R18 및 R28이 각각 치환기를 갖는 페닐기인 경우에는 상기 치환기는 탄소수 1~6의 알킬기 또는 페닐기인 것이 바람직하다.
일반식(G2)으로 표시되는 유기 화합물은 일반식(G4)으로 표시되는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
Figure pat00011
일반식(G4)에 있어서, R1~R8 및 R29~R38은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타낸다.
일반식(G3)으로 표시되는 유기 화합물은 일반식(G5)으로 표시되는 유기 화합물인 것이 바람직하다. 또한, 일반식(G5)으로 표시되는 유기 화합물은 그 발광 파장이 짧아질 수 있으므로 바람직하다.
Figure pat00012
일반식(G5)에 있어서, R1~R8 및 R29~R38은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타낸다.
일반식(G1)~(G3)에 있어서 고리를 형성하는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기 및 일반식(G4) 및 (G5)에 있어서 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 오쏘-톨릴기, 메타-톨릴기, 파라-톨릴기, 오쏘-바이페닐기, 메타-바이페닐기, 파라-바이페닐기, 9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일기, 9,9-다이페닐-9H-플루오렌-2-일기, 9H-플루오렌-2-일기, 파라-tert-뷰틸페닐기, 및 메시틸기가 포함된다.
일반식(G1)~(G5)에 있어서 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, n-뷰틸기, sec-뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, n-펜틸기, 아이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 네오펜틸기, n-헥실기, 아이소헥실기, sec-헥실기, tert-헥실기, 네오-헥실기, 사이클로헥실기, 3-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 2-에틸뷰틸기, 1,2-다이메틸뷰틸기, 및 2,3-다이메틸뷰틸기가 포함된다.
일반식(G1)~(G5)에 있어서 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기의 구체적인 예에는 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, 아이소프로폭시기, n-뷰톡시기, sec-뷰톡시기, 아이소뷰톡시기, tert-뷰톡시기, n-펜틸옥시기, 아이소펜틸옥시기, sec-펜틸옥시기, tert-펜틸옥시기, 네오-펜틸옥시기, n-헥실옥시기, 아이소헥실옥시기, sec-헥실옥시기, tert-헥실옥시기, 네오-헥실옥시기, 사이클로헥실옥시기, 3-메틸펜틸옥시기, 2-메틸펜틸옥시기, 2-에틸뷰톡시기, 1,2-다이메틸뷰톡시기, 2,3-다이메틸뷰톡시기, 사이아노기, 플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 및 트라이플루오로메틸기가 포함된다.
또한, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 벤조나프토퓨란일아민이 피렌 골격의 1위치 및 6위치의 각각에 결합된 구조를 갖는다. 이 구조에 의하여, 피렌 골격으로부터 벤조나프토퓨란일아민까지의 유효 공액 길이(effective conjugation length)를 늘릴 수 있다. 유효 공액 길이를 늘림으로써, 발광 피크 파장을 최적의 파장으로 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태에서 색 순도가 높은 청색 광을 발하는 유기 화합물을 얻을 수 있다. 특히 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란일기의 8위치에 아민 골격이 결합된 벤조나프토퓨란일아민의 경우에는 청색의 순도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물과 같이 벤조나프토퓨란일아민이 피렌 골격의 1위치 및 6위치의 각각에 결합된 구조의 경우에는 아민 골격이 벤조나프토 퓨란일기에 의하여 안정화되어 그 신뢰성의 향상이 기대된다. 따라서, 본 발명의 일 형태에서는 효율이 높고 수명이 긴 유기 화합물을 얻을 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시형태의 유기 화합물의 구체적인 구조식(일반식(G1)~(G5))을 나타낸다(구조식(100)~(137)). 다만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
또한, 본 발명의 실시형태의 유기 화합물의 합성 방법에는 다양한 반응을 적용할 수 있다. 예를 들어, 아래에 설명되는 합성 반응에 의하여 일반식(G1)으로 표시되는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 합성할 수 있다.
Figure pat00018
일반식(G1)으로 표시되는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물의 합성 방법의 일례에 대하여 설명한다.
≪일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물의 합성 방법≫
일반식(G1)으로 표시되는 유기 화합물은 아래에 나타내는 합성 스킴(A-1) 및 (A-2)에 의하여 합성할 수 있다. 바꿔 말하면, 합성 스킴(A-1)에 나타낸 바와 같이 피렌 화합물(화합물 1), 아릴아민(화합물 2), 및 아릴아민(화합물 3)을 커플링시켜 피렌 화합물(화합물 4)을 얻은 후, 합성 스킴(A-2)에 나타낸 바와 같이 피렌 화합물(화합물 4), 할로젠화 아릴(화합물 5), 및 할로젠화 아릴(화합물 6)을 커플링시킴으로써, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물(G1)을 얻을 수 있다.
Figure pat00019
Figure pat00020
합성 스킴(A-1) 및 (A-2)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 고리를 형성하는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~13의 아릴기를 나타내고, X3~X6은 각각 독립적으로, 할로젠, 트라이플루오로메테인설포네이트기, 보론산기, 유기 보론기, 할로젠화 마그네슘기, 주석, 유기 주석기 등을 나타내고, R1~R8은 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타내고, X1 및 X2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란일기를 나타낸다. 합성 스킴(A-1) 및 (A-2)에 있어서, 화합물 2와 화합물 3(즉, Ar1과 Ar2)은 같은 것이 바람직하고, 화합물 5와 화합물 6(즉, X1과 X2, 및 X5와 X6)은 같은 것이 바람직하다.
팔라듐 촉매를 사용하는 Buchwald-Hartwig 반응을 합성 스킴(A-1) 및 (A-2)에 적용하는 경우, X3~X6은 할로젠 또는 트라이플레이트기를 나타내고, 할로젠은 아이오딘, 브로민, 또는 염소인 것이 바람직하다. 상기 반응에 있어서, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 또는 팔라듐(II) 아세테이트 등의 팔라듐 화합물 및 트라이(tert-뷰틸)포스핀, 트라이(n-헥실)포스핀, 트라이사이클로헥실포스핀, 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀, 또는 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐 등의 리간드를 사용할 수 있다. 또한, 상기 반응에 있어서, 소듐 tert-뷰톡사이드 등의 유기 염기, 포타슘 카보네이트, 세슘 카보네이트, 또는 소듐 카보네이트 등의 무기 염기 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 반응에 있어서, 톨루엔, 자일렌, 벤젠, 테트라하이드로퓨란, 다이옥세인 등을 용매로서 사용할 수 있다. 다만, 상기 반응에서 사용될 수 있는 시약은 이들에 한정되지 않는다.
합성 스킴(A-1) 및 (A-2)에 적용하는 반응은 Buchwald-Hartwig 반응에 한정되지 않는다. 유기 주석 화합물을 사용한 Migita-Kosugi-Stille 커플링 반응, 그리냐르 시약을 사용한 커플링 반응, 구리 또는 구리 화합물을 사용한 울만 반응 등을 사용할 수도 있다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물(G1)을 합성하는 방법은 합성 스킴(A-1) 및 (A-2)에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 형태의 유기 화합물(G1)은 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란 화합물과 아민 화합물(화합물 2 또는 화합물 3)을 커플링시켜 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란 화합물의 아민체를 얻은 후, 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란 화합물의 아민체와 피렌 화합물(화합물 1)을 커플링시킴으로써 얻을 수도 있다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 합성하는 방법의 예에 대하여 위에서 설명하였지만, 본 발명은 상기 예에 한정되지 않고 다른 합성 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 색 순도가 높은 청색 광을 발한다. NTSC(National Television Standards Committee)에 의하여 정의된 청색 색도, 즉 (x, y)=(0.14, 0.08)에 가까운 색도를 갖는 청색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 수명이 길다. 게다가, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 형광을 발하기 때문에, 발광 재료 또는 발광 소자의 발광 물질로서 사용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용함으로써, 색 순도가 높은 청색 광을 발하고 수명이 긴 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태로서, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 발광층에 사용한 발광 소자에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
본 실시형태에서 설명하는 발광 소자에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극(제 1 전극(양극)(101)과 제 2 전극(음극)(103)) 사이에 발광층(113)을 포함하는 EL층(102)이 개재(介在)되고, EL층(102)은 발광층(113)에 더하여 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 전하 발생층(E)(116) 등을 포함한다.
이러한 발광 소자에 전압을 인가하면, 제 1 전극(101) 측으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(103) 측으로부터 주입된 전자가 발광층(113)에서 재결합하여, 발광 물질을 들뜬 상태로 올린다. 들뜬 상태의 발광 물질은 기저 상태로 돌아올 때 발광한다.
EL층(102)에 포함되는 정공 주입층(111)은 정공 수송성이 높은 물질 및 억셉터 물질을 함유한다. 억셉터 물질에 의하여 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 추출될 때, 정공이 발생한다. 따라서, 정공 주입층(111)으로부터 정공 수송층(112)을 통하여 발광층(113)으로 정공이 주입된다.
전하 발생층(E)(116)은 정공 수송성이 높은 물질 및 억셉터 물질을 함유한다. 억셉터 물질에 의하여 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 추출되고, 추출된 전자는 전자 주입성을 갖는 전자 주입층(115)으로부터 전자 수송층(114)을 통하여 발광층(113)으로 주입된다.
본 실시형태에서 설명하는 발광 소자를 제작하는 구체적인 예에 대하여 아래에서 설명한다.
제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(103)으로서는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 그 혼합물 등을 사용할 수 있다. 구체적인 예에는 산화 인듐-산화 주석(인듐 주석 산화물(ITO)), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유하는 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연(인듐 아연 산화물), 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유하는 산화 인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 및 타이타늄(Ti)이 있다. 또한, 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 예를 들어 리튬(Li) 또는 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 칼슘(Ca) 또는 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토금속, 마그네슘(Mg), 및 이러한 원소를 함유하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu) 또는 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 이러한 원소를 함유하는 합금, 그래핀 등을 사용할 수 있다. 제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(103)은, 예를 들어 스퍼터링법 또는 증착법(진공 증착법을 포함함)에 의하여 형성할 수 있다.
정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 전하 발생층(E)(116)에는 정공 수송성이 높은 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 정공 수송성을 갖는 물질의 구체적인 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,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: MTDATA), 및 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물, 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 및 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1)이 포함된다. 다른 예에는 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 및 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA) 등의 카바졸 유도체가 포함된다. 여기에 열거한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높기만 하면, 여기에 열거한 물질 이외의 어느 물질을 사용하여도 좋다.
정공 수송성이 높은 물질로서는, 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 또는 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
정공 주입층(111) 및 전하 발생층(E)(116)에는 억셉터 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 억셉터 물질의 구체적인 예에는 전이 금속 산화물 및 원소 주기율표의 4족~8족에 속하는 금속의 산화물이 포함된다. 구체적으로는, 산화 몰리브데넘이 특히 바람직하다.
발광층(113)은 발광 물질을 함유하는 층이다. 발광층(313)은 발광 물질만을 함유하여도 좋고, 또는 발광층(313) 중의 호스트 재료에 발광 중심 물질(게스트 재료)이 분산되어도 좋다. 다만, 발광층(113)에 호스트 재료 및 게스트 재료가 함유되는 경우에는, 호스트 재료는 게스트 재료보다 높은 삼중항 들뜬 에너지를 갖는 것이 바람직하다.
발광층(313)에 있어서, 발광 물질, 및 발광 중심 물질로서 사용할 수 있는 재료에는 특별한 한정은 없으며, 이들 물질로부터 발해지는 광은 형광이든 인광이든 어느 쪽이라도 좋다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 발광층(313)에 사용할 수 있다. 그 외에도, 발광 물질 및 발광 중심 물질로서는, 예를 들어 형광 또는 인광을 발하는 아래와 같은 물질을 들 수 있다.
형광을 발하는 물질의 예에는, 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 545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), {2-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-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 및 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM)이 포함된다.
인광을 발하는 물질의 예에는 비스[2-(3',5'-비스트라이플루오로메틸페닐)피리디네이토-N,C 2' ]이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2' ]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac), 트리스(2-페닐피리디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 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)), 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C 2' )이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)), 비스[2-(2'-벤조[4,5-α]싸이엔일)피리디네이토-N,C 3' ]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2' )이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)), (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)]), (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(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)]), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP), 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))이 포함된다.
발광 물질로서, 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환하고 열 활성화 지연 형광을 나타내는 열 활성화 지연 형광(TADF) 재료를 사용할 수도 있다. 또한, TADF 재료에 의하여 나타내어지는 '지연 형광'이란, 보통의 형광과 같은 스펙트럼 및 현저하게 긴 수명을 갖는 발광을 말한다. 그 수명은 10-6초 이상, 바람직하게는 10-3초 이상이다. TADF 재료의 구체적 예에는, 풀러린, 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 및 에오신이 포함된다. 그 외의 예에는, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd)을 함유하는 포르피린 등의 금속-함유 포르피린이 포함된다. 상기 금속-함유 포르피린의 예에는, 프로토포르피린-불화 주석 복합체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-불화 주석 복합체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-불화 주석 복합체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린 테트라메틸 에스터-불화 주석 복합체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-불화 주석 복합체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-불화 주석 복합체(SnF2(Etio I)), 및 옥타에틸포르피린-염화 백금 복합체(PtCl2OEP)가 포함된다. 또는, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(PIC-TRZ) 등의 π전자 과잉 복소 방향족 고리 및 π전자 부족 복소 방향족 고리를 포함하는 복소 고리 화합물을 사용할 수 있다.
인광을 발하는 물질로서 위와 같은 유기 금속 이리듐 복합체를 분산시키기 위하여 사용하는 물질(즉, 호스트 재료)의 바람직한 예에는 2,3-비스(4-다이페닐아미노페닐)퀴녹살린(약칭: TPAQn) 및 NPB 등 아릴아민 골격을 갖는 화합물, CBP 및 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA) 등의 카바졸 유도체, 비스[2-(2-하이드록시페닐)피리디네이토]아연(약칭: Znpp2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤즈옥사졸레이토]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(약칭: BAlq), 및 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭: Alq3) 등의 금속 복합체가 포함된다. 또는, PVK 등의 고분자 화합물을 사용할 수 있다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성이 높은 물질을 함유하는 층이다. 전자 수송층(114)에는 Alq3, 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(약칭: BeBq2), BAlq, Zn(BOX)2, 또는 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조싸이아졸레이토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 금속 복합체를 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), 3-(4-tert-뷰틸페닐)-4-페닐-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-뷰틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 또는 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 복소 방향족 화합물을 사용할 수도 있다. 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 수도 있다. 이와 같은 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높기만 하면, 여기에 열거한 물질 이외의 어느 물질을 전자 수송층(114)에 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수송층(114)은 단일 층에 한정되지 않고, 위와 같은 물질의 어느 것을 각각 함유하는 2개 이상의 층의 적층이어도 좋다.
전자 주입층(115)은 전자 주입성이 높은 물질을 함유한다. 전자 주입층(115)에는 불화 리튬(LiF), 불화 세슘(CsF), 불화 칼슘(CaF2), 또는 산화 리튬(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 그 화합물을 사용할 수 있다. 불화 어븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수도 있다. 또한, 위와 같은 전자 수송층(114)을 형성하는 물질을 사용할 수 있다.
전자 주입층(115)에, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)가 혼합된 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생되기 때문에 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물은 발생한 전자의 수송에 우수한 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 위와 같은 전자 수송층(114)을 형성하기 위한 물질(예를 들어, 금속 복합체 또는 복소 방향족 화합물)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대하여 전자공여성을 나타내는 물질을 사용하여도 좋다. 구체적인 예로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 및 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 및 이터븀이 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 산화 리튬, 산화 칼슘, 및 산화 바륨을 들 수 있다. 산화 마그네슘과 같은 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한, 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 상술한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 및 전하 발생층(E)(116)은 각각 증착법(예를 들어, 진공 증착법), 잉크젯법, 또는 도포법 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다.
상술한 발광 소자에 있어서, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(103) 사이에 발생된 전위차에 의하여 전류가 흘러 EL층(102)에서 정공과 전자가 재결합됨으로써 발광한다. 그리고, 이 발광은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 하나 또는 양쪽을 통하여 외부로 추출된다. 따라서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 하나 또는 양쪽은 투광성을 갖는 전극이다.
상술한 발광 소자의 일부에 본 발명의 일 형태의 유기 화합물이 사용됨으로써, 발광 소자는 샌 순도가 높은 청색 형광을 발하고 긴 수명을 가질 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 발광 소자는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용하여 제작된 발광 소자의 일례이다. 상술한 발광 소자를 포함하는 발광 장치로서, 패시브 매트릭스(passive matrix) 발광 장치 및 액티브 매트릭스(active matrix) 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한, 다른 실시형태에서 설명하는, 상술한 발광 소자와는 다른 발광 소자를 포함하는 마이크로 캐비티 구조의 발광 장치를 제작할 수 있다. 이들 발광 장치 각각이 본 발명에 포함된다.
또한, 액티브 매트릭스 발광 장치를 제작하는 경우에 트랜지스터(FET)의 구조에 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 스태거 FET 또는 역스태거 FET를 적절히 사용할 수 있다. FET 기판 위에 형성되는 구동 회로는 n형 FET 및 p형 FET의 양쪽, 또는 n형 FET 및 p형 FET 중 하나만으로 형성되어도 좋다. 또한, FET에 사용되는 반도체막의 결정성에 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 비정질 반도체막 및 결정성 반도체막 중 어느 것이나 사용할 수 있다. 반도체 재료의 예에는 IV족 반도체(예를 들어, 실리콘 및 갈륨), 화합물 반도체(산화물 반도체를 포함함), 및 유기 반도체가 포함된다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태로서, 복수의 EL층 사이에 전하 발생층이 제공된 발광 소자(이하에서, 탠덤 발광 소자라고 함)에 대해서 설명한다.
본 실시형태에서 설명하는 발광 소자는 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(201)과 제 2 전극(204)) 사이에 복수의 EL층(제 1 EL층(202(1)) 및 제 2 EL층(202(2)))을 포함하는 탠덤 발광 소자이다.
본 실시형태에 있어서, 제 1 전극(201)은 양극으로서 기능하고, 제 2 전극(204)은 음극으로서 기능한다. 또한, 제 1 전극(201) 및 제 2 전극(204)은 실시형태 2에서 설명한 구조와 같은 구조를 가질 수 있다. 또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(202(1)) 및 제 2 EL층(202(2)))의 모두 또는 어느 것은 실시형태 2에서 설명한 것과 같은 구조를 가져도 좋다. 바꿔 말하면, 제 1 EL층(202(1)) 및 제 2 EL층(202(2))의 구조는 서로 같아도 좋고 달라도 좋고, 실시형태 2에서 설명한 EL층의 구조와 같을 수 있다.
또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(202(1))과 제 2 EL층(202(2))) 사이에 전하 발생층(I)(205)이 제공된다. 전하 발생층(I)(205)은 제 1 전극(201)과 제 2 전극(204) 사이에 전압을 인가하였을 때, 한쪽 EL층에 전자를 주입하고 다른 쪽 EL층에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 본 실시형태에서는, 제 1 전극(201)의 전위가 제 2 전극(204)보다 높게 되도록 전압을 인가하면, 전하 발생층(I)(205)은 제 1 EL층(202(1))에 전자를 주입하고 제 2 EL층(202(2))에 정공을 주입한다.
또한, 전하 발생층(I)(205)은 광 추출 효율의 관점에서 가시광을 투과시키는 특성을 갖는(구체적으로는, 전하 발생층(I)(205)은 40% 이상의 가시광 투과율을 갖는) 것이 바람직하다. 전하 발생층(I)(205)은 제 1 전극(201) 또는 제 2 전극(204)보다 도전율이 낮아도 기능한다.
전하 발생층(I)(205)은 정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구조 또는 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구조를 가져도 좋다. 또는 이 두가지 구조가 적층되어도 좋다.
정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체가 첨가된 구조의 경우, 정공 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 예를 들어, NPB, TPD, TDATA, MTDATA, 또는 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기에 열거한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높기만 하면, 여기에 열거한 화합물 이외의 어느 유기 화합물을 사용하여도 좋다.
전자 수용체로서는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 전이 금속 산화물을 들 수도 있다. 또한, 원소 주기율표의 4족~8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 및 산화 레늄은 그 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 이들 중에서도, 산화 몰리브데넘은 대기 중에서 안정적이고, 흡습성이 낮고, 취급하기 쉽기 때문에 특히 바람직하다.
한편, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체가 첨가된 구조의 경우에는, 전자 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 예를 들어, Alq, Almq3, BeBq2, 또는 BAlq 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조 퀴놀린 골격을 갖는 금속 복합체 등을 사용할 수 있다. 또는, Zn(BOX)2 또는 Zn(BTZ)2 등 옥사졸계 리간드 또는 싸이아졸계 리간드를 갖는 금속 복합체를 사용할 수 있다. 또는, 이러한 금속 복합체에 더하여 PBD, OXD-7, TAZ, Bphen, BCP 등을 사용할 수 있다. 여기에 열거한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 정공 수송성보다 전자 수송성이 높기만 하면, 여기에 열거한 화합물 이외의 어느 유기 화합물을 사용하여도 좋다.
전자 공여체로서는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 원소 주기율표의 2족 및 13족에 속하는 금속, 또는 그 산화물이나 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이터븀(Yb), 인듐(In), 산화 리튬, 세슘 카보네이트 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또는, 테트라싸이아나프타센 등의 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
또한, 상술한 재료 중 어느 것을 사용하여 전하 발생층(I)(205)을 형성하면, EL층의 적층에 의하여 일어나는 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는 2개의 EL층을 포함하는 발광 소자에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 n개의 EL층(202(1)∼202(n))(n은 3 이상)이 적층된 발광 소자에 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 포함하는 경우, EL층들 사이에 전하 발생층(I)(205(1)~205(n-1))을 제공함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 영역에서의 발광을 얻을 수 있다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있기 때문에, 소자는 긴 수명을 가질 수 있다. 상기 발광 소자를 조명에 적용하면, 전극 재료의 저항으로 인한 전압 강하를 억제할 수 있어, 대면적에서의 균일한 발광을 초래한다. 또한, 낮은 전압으로 구동할 수 있는 저소비 전력 발광 장치를 실현할 수 있다.
EL층들의 발광색이 다른 경우, 발광 소자 전체로부터 원하는 발광색을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 EL층을 갖는 발광 소자에 있어서, 제 1 EL층의 발광색과 제 2 EL층의 발광색을 보색으로 함으로써, 발광 소자 전체로서 백색 광을 발하는 발광 소자를 얻을 수도 있다. 또한, '보색'이란, 혼합하면 무채색을 생성하는 색들을 말한다. 바꿔 말하면, 발광색이 보색인 물질로부터 발해지는 광의 혼합에 의하여 백색의 발광을 얻을 수 있다.
3개의 EL층을 갖는 발광 소자의 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 예를 들어, 제 1 EL층의 발광색이 적색이고, 제 2 EL층의 발광색이 녹색이고, 제 3 EL층의 발광색이 청색일 때, 발광 소자 전체로서 백색 발광을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 발광층에 사용한 발광 소자를 포함하는 발광 장치에 대하여 설명한다.
상기 발광 장치는 패시브 매트릭스형 발광 장치든 액티브 매트릭스형 발광 장치든 어느 쪽이라도 좋다. 다른 실시형태에서 설명되는 발광 소자 중 어느 것을 본 실시형태에서 설명되는 발광 장치에 적용할 수 있다.
본 실시형태에서는 도 3의 (A) 및 (B)를 참조하여 액티브 매트릭스 발광 장치에 대하여 설명한다.
또한, 도 3의 (A)는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 3의 (B)는 도 3의 (A) 내의 쇄선 A-A'를 따른 단면도이다. 본 실시형태에 따른 액티브 매트릭스 발광 장치는 소자 기판(301) 위에 제공된 화소부(302), 구동 회로부(소스선 구동 회로)(303), 및 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(304a 및 304b)를 포함한다. 화소부(302), 구동 회로부(303), 및 구동 회로부(304a 및 304b)는 실란트(sealant)(305)를 이용하여 소자 기판(301)과 밀봉 기판(306) 사이에 밀봉된다.
또한, 소자 기판(301) 위에는, 외부로부터의 신호(예를 들어, 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등) 또는 전위를 구동 회로부(303) 및 구동 회로부(304a 및 304b)에 전송하는 외부 입력 단자를 접속하기 위한 리드(lead) 배선(307)이 제공된다. 여기서, 외부 입력 단자로서 FPC(Flexible Printed Circuit)(308)를 제공하는 예에 대하여 설명한다. 여기서는 FPC만 도시하였지만, 이 FPC에 PWB(Printed Wiring Board)가 제공되어도 좋다. 본 명세서에서의 발광 장치는, 그 범주에 발광 장치 자체뿐만 아니라, FPC 또는 PWB가 제공된 발광 장치도 포함된다.
다음에, 도 3의 (B)를 참조하여 단면 구조에 대하여 설명한다. 소자 기판(301) 위에 구동 회로부 및 화소부가 형성되지만, 여기서는 소스선 구동 회로인 구동 회로부(303)와, 화소부(302)를 도시하였다.
구동 회로부(303)는 n채널 FET(309)와 p채널 FET(310)의 조합인 CMOS 회로가 형성되는 예이다. 또한, CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로 등 다양한 회로 중 어느 것을 구동 회로부에 포함되는 회로로서 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로가 형성된 드라이버 일체형을 나타내지만, 구동 회로는 반드시 기판 위에 형성될 필요는 없으며 기판 외부에 형성되어도 좋다.
화소부(302)는 스위칭 FET(311), 전류 제어 FET(312), 및 전류 제어 FET(312)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)에 전기적으로 접속된 제 1 전극(양극)(313)을 각각 포함하는 복수의 화소를 포함한다. 또한, 제 1 전극(양극)(313)의 단부를 덮도록 절연체(314)가 형성된다. 본 실시형태에서는 포지티브 감광성 아크릴 수지를 사용하여 절연체(314)를 형성한다.
절연체(314) 위에 적층되는 막에 의한 피복성을 양호하게 하기 위하여, 절연체(314)는 그 상단부(upper end portion) 또는 하단부(lower end portion)에 곡률을 갖는 곡면을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 절연체(514)는 예를 들어, 네거티브 감광성 수지 또는 포지티브 감광성 수지 중 어느 것이나 사용할 수 있다. 절연체(314)의 재료는 유기 화합물에 한정되지 않고, 산화 실리콘 또는 산화질화 실리콘 등의 무기 화합물을 사용할 수도 있다.
제 1 전극(양극)(313) 위에 EL층(315) 및 제 2 전극(음극)(316)이 적층된다. EL층(315)에는 적어도 발광층이 제공되고, 발광층은 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 함유한다. EL층(315)에는 발광층에 더하여 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등이 적절히 제공될 수 있다.
발광 소자(317)는 제 1 전극(양극)(313), EL층(315), 및 제 2 전극(음극)(316)의 적층 구조로 형성된다. 제 1 전극(양극)(313), EL층(315), 및 제 2 전극(음극)(316)에는 실시형태 2에서 열거한 재료 중 어느 것을 사용할 수 있다. 도시하지 않았지만, 제 2 전극(음극)(316)은 외부 입력 단자인 FPC(308)에 전기적으로 접속된다.
도 3의 (B)의 단면도에서는 발광 소자(317)를 하나만 도시하였지만, 화소부(302)에 복수의 발광 소자가 매트릭스 형태로 배치된다. 3종류의 색(R, G, 및 B)의 광을 발하는 발광 소자를 화소부(302)에 선택적으로 형성함으로써, 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치를 얻을 수 있다. 또는, 컬러 필터와 조합함으로써, 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치를 제작하여도 좋다.
또한, 실란트(305)를 이용하여 밀봉 기판(306)을 소자 기판(301)과 접착시켜, 소자 기판(301), 밀봉 기판(306), 및 실란트(305)에 의하여 둘러싸인 공간(318)에 발광 소자(317)가 제공된다. 공간(318)은 불활성 가스(예를 들어, 질소 또는 아르곤) 또는 실란트(305)가 충전되어도 좋다.
실란트(305)에는 에폭시계 수지 또는 글라스 프릿을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 재료는 가능한 한 적은 수분 및 산소가 투과되는 것이 바람직하다. 밀봉 기판(306)으로서는, 유리 기판, 석영 기판, 또는 FRP(Fiber Reinforced Plastic), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 아크릴 등으로 형성되는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 실란트로서 글라스 프릿을 사용하는 경우에는 소자 기판(301) 및 밀봉 기판(306)은 접착성의 관점에서 유리 기판인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 하여, 액티브 매트릭스 발광 장치를 제작할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 발광 장치를 사용하여 완성된 다양한 전자 기기의 예에 대해서 도 4의 (A)~(D)를 참조하여 설명한다. 상기 발광 장치는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 사용하여 제작된다.
발광 장치를 포함하는 전자 기기의 예에는, 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라 및 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화(휴대 전화 장치라고도 함), 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 및 핀볼 머신 등의 대형 게임기가 포함된다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 도 4의 (A)~(D)에 나타내었다.
도 4의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 도시한 것이다. 텔레비전 장치(7100)에서, 표시부(7103)는 하우징(7101)에 내장된다. 표시부(7103)에 의하여 화상을 표시할 수 있고, 발광 장치를 표시부(7103)에 사용할 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(7105)로 하우징(7101)이 지탱된다.
텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)의 조작 스위치 또는 별체의 리모트 컨트롤러(7110)로 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)의 조작 키(7109)로 채널 및 음량을 제어할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 화상을 제어할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(7110)에, 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 데이터를 표시하기 위한 표시부(7107)가 제공되어도 좋다.
또한, 텔레비전 장치(7100)에 수신기, 모뎀 등이 제공된다. 수신기를 사용하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한, 모뎀을 통하여 유선 또는 무선의 통신 네트워크에 텔레비전 장치를 접속하면, 단방향(송신기로부터 수신기) 또는 쌍방향(송신기와 수신기 사이 또는 수신기들 사이)의 정보 통신을 수행할 수 있다.
도 4의 (B)는 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함하는 컴퓨터를 도시한 것이다. 또한, 이 컴퓨터는 발광 장치를 표시부(7203)에 사용하여 제작될 수 있다.
도 4의 (C)는 하우징(7302), 표시 패널(7304), 조작 버튼(7311 및 7312), 접속 단자(7313), 밴드(7321), 클래스프(clasp)(7322) 등을 포함하는 스마트 워치를 도시한 것이다.
베젤의 역할을 하는 하우징(7302)에 탑재된 표시 패널(7304)은 비(非)직사각형의 표시 영역을 포함한다. 표시 패널(7304)은 시간을 나타내는 아이콘(7305), 다른 아이콘(7306) 등을 표시할 수 있다.
도 4의 (C)의 스마트 워치는 다양한 기능을 가질 수 있고, 예를 들어 다양한 정보(예를 들어 정지 화상, 동영상, 및 텍스트 화상)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 시간 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능으로 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속되는 기능, 무선 통신 기능으로 다양한 데이터를 송신 및 수신하는 기능, 및 기록 매체에 저장된 프로그램 또는 데이터를 판독하고 그 프로그램 또는 데이터를 표시부에 표시하는 기능을 가질 수 있다.
하우징(7302)은 스피커, 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기(magnetism), 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 갖는 센서), 마이크로폰 등을 포함할 수 있다. 또한, 스마트 워치는 발광 장치를 표시 패널(7304)에 사용하여 제작될 수 있다.
도 4의 (D)는 휴대 전화의 일례를 도시한 것이다. 휴대 전화(7400)는 하우징(7401)에 내장된 표시부(7402), 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등을 포함한다. 또한, 휴대 전화(7400)는 발광 장치를 표시부(7402)에 사용하여 제작된다.
도 4의 (D)에 도시된 휴대 전화(7400)의 표시부(7402)에 손가락 등으로 터치하면, 휴대 전화(7400)에 데이터를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 걸거나 이메일을 작성하는 등의 조작은, 표시부(7402)에 손가락 등으로 터치하여 수행할 수 있다.
표시부(7402)에는 주로 3가지 화면 모드가 있다. 제 1 모드는 주로 화상을 표시하기 위한 표시 모드이다. 제 2 모드는 주로 글자 등의 데이터를 입력하기 위한 입력 모드이다. 제 3 모드는 표시 모드 및 입력 모드의 2개의 모드가 조합된 표시-입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 또는 이메일을 작성하는 경우에는 표시부(7402)에 대하여, 주로 글자를 입력하기 위한 글자 입력 모드를 선택하여, 화면에 표시된 글자를 입력할 수 있다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시하는 것이 바람직하다.
휴대 전화(7400) 내부에 자이로스코프 또는 가속도 센서 등 기울기를 검출하기 위한 센서를 포함하는 검출 장치를 제공하면, 휴대 전화(7400)의 방향(풍경 모드 또는 사진 모드로 하기 위하여, 휴대 전화가 수평으로 놓여 있는지 또는 수직으로 놓여 있는지)을 알아냄으로써 표시부(7402)의 화면 표시를 자동적으로 바꿀 수 있다.
화면 모드는 표시부(7402)에 터치 또는 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)의 조작에 의하여 바뀐다. 화면 모드는 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시되는 화상의 신호가 동영상 데이터의 신호이면 화면 모드는 표시 모드로 전환된다. 신호가 텍스트 데이터의 신호이면 화면 모드는 입력 모드로 전환된다.
또한, 입력 모드에 있어서, 표시부(7402)의 광 센서에 의하여 검출되는 신호를 검출하고, 표시부(7402)의 터치에 의한 입력이 일정 기간 수행되지 않으면 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 화면 모드를 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는, 이미지 센서로서 기능하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(7402)에 손바닥 또는 손가락으로 터치하여, 장문 또는 지문 등의 화상을 촬영함으로써, 개인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발하는 백 라이트 또는 센싱 광원을 제공하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등의 화상을 촬영할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 사용하여 전자 기기를 얻을 수 있다. 발광 장치의 응용 범위는 매우 넓으므로, 다양한 분야의 전자 기기에 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 발광 장치를 사용한 조명 장치의 예에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 발광 장치를 실내 조명 장치(8001)로서 사용한 일례를 도시한 것이다. 상기 발광 장치는 넓은 면적을 가질 수 있기 때문에, 대면적의 조명 장치에 사용할 수 있다. 또한, 곡면을 갖는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8002)를 얻을 수도 있다. 본 실시형태에서 설명하는 발광 장치에 포함되는 발광 소자는 박막 형태이며, 이에 따라 하우징을 더 자유롭게 설계할 수 있다. 따라서, 조명 장치는 다양한 방법으로 정교하게 설계될 수 있다. 또한, 방의 벽에 대형 조명 장치(8003)를 제공하여도 좋다.
발광 장치를 테이블 표면으로서 테이블에 사용하면, 테이블로서의 기능을 갖는 조명 장치(8004)를 얻을 수 있다. 다른 가구의 일부에 발광 장치를 사용하면, 가구로서의 기능을 갖는 조명 장치를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 장치를 사용한 다양한 조명 장치를 얻을 수 있다. 또한, 이들 조명 장치도 본 발명의 일 형태이다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 1)
≪합성예 1≫
본 실시예에서는, 실시형태 1의 구조식(100)으로 표시되는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(N-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-6-아민](약칭: 1,6BnfAPrn)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 1,6BnfAPrn의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pat00021
<단계 1: 6-아이오도벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 합성>
500mL 3구 플라스크에 12g(55mmol)의 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란 및 220mL의 테트라하이드로퓨란을 넣고 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 그리고, 이 용액을 -80℃까지 냉각하였다. 그 다음에, 이 용액에 40mL(64mmol)의 n-뷰틸리튬(1.6mol/L n-헥세인 용액)을 -80℃에서 시린지에 의하여 적하하였다. 이 적하 후, 생성 용액을 실온에서 1시간 동안 교반하였다.
교반 후, 이 용액을 -80℃까지 냉각하였다. 그리고, 이 용액에 17g(66mmol)의 아이오딘을 60mL의 테트라하이드로퓨란에 용해한 용액을 -80℃에서 적하 깔때기에 의하여 적하하였다. 적하 후, 이 용액을 그 온도를 실온으로 되돌리면서 17시간 동안 교반하였다. 교반 후, 생성 혼합물에 싸이오황산 소듐의 수용액을 첨가하고, 그 혼합물을 1시간 동안 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물의 유기층을 탄산 수소 소듐의 포화 수용액과 물을 이용하여 세정하고 나서, 유기층에 황산 마그네슘을 첨가하였다. 이 혼합물을 중력 여과하여 여과액을 얻은 후, 여과액을 농축시켜 고체를 얻었다.
생성 고체를 톨루엔/헥세인에서 재결정하여 엷은 갈색의 고체를 얻었다. 생성 고체에 에탄올을 첨가하고, 초음파 조사를 수행하고, 흡인 여과에 의하여 고체를 회수하여, 목적 물질의 엷은 황색 분말 11g(31mmol)을 수율 56%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 (a-1)에 나타낸다.
Figure pat00022
<단계 2: N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(N-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-6-아민](약칭: 1,6BnfAPrn)의 합성>
300mL 3구 플라스크에 1.2g(3.3mmol)의 1,6-다이브로모피렌, 1.5g(15mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드, 및 80mg(0.14mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 그리고, 이 혼합물에 15mL의 톨루엔, 0.6mL의 아닐린, 및 0.5mL의 트라이(tert-뷰틸)포스핀(10% 헥세인 용액)을 첨가하였다.
생성 혼합물을 80℃에서 5시간 동안 교반하고 나서, 이 혼합물에 2.3g(6.6mmol)의 6-아이오도벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란, 0.50g(5.1mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드, 0.5mL의 트라이(tert-뷰틸)포스핀(10% 헥세인 용액), 및 80mg(0.14mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가하였다. 생성 혼합물을 80℃에서 17시간 동안 교반하였다. 소정 시간 후, 생성 혼합물을 셀라이트(Catalog No. 531-16855, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조)를 통하여 여과하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 에탄올과 톨루엔으로 세정하여 목적 물질의 황색 고체 1.2g(1.5mmol)을 수율 46%로 얻었다.
1.3g의 얻어진 황색 고체를 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 1.0×10-2Pa 이하의 압력에서 황색 고체를 340℃에서 가열하여 수행하였다. 승화 정제의 결과로서, 0.62g의 황색 고체를 수율 51%로 회수하였다. 단계 2의 합성 스킴을 (a-2)에 나타낸다.
Figure pat00023
단계 2에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명(1H-NMR) 분광법에 의한 해석 결과를 아래에 기재한다. 도 6의 (A) 및 (B)는 1H NMR 차트이다. 1H NMR 차트는 구조식(100)으로 표시되는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 1,6BnfAPrn이 합성예 1에서 얻어진 것을 제시하였다.
1H NMR(CDCl3, 500MHz): d=6.94(d, J=7.5Hz, 4H), 6.99(t, J=7.5Hz, 2H), 7.20(t, J=7.8Hz, 4H), 7.41-7.50(m, 10H), 7.61(t, J=7.5Hz, 2H), 7.68(d, J=8.0Hz, 2H), 7.90(d, J=9.5Hz, 2H), 7.95(d, J=8.5Hz, 2H), 8.09(d, J=8.0Hz, 2H), 8.30(d, J=9.0Hz, 2H), 8.43(d, J=7.0Hz, 2H), 8.60(d, J=8.0Hz, 2H).
다음에, 톨루엔 용액 내의 1,6BnfAPrn의 자외-가시 흡수 스펙트럼(이하에서는 단순히 '흡수 스펙트럼'이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼은 자외-가시광 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)를 사용하여, 톨루엔 용액을 석영 셀에 넣은 상태에서 실온에서 측정하였다. 발광 스펙트럼은 형광 분광 광도계(FS920, Hamamatsu Photonics Corporation 제조)를 사용하여, 톨루엔 용액을 석영 셀에 넣은 상태에서 실온에서 측정하였다. 도 7의 (A)는 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장(nm)을 나타내고 세로축은 흡수 강도(임의 단위) 및 발광 강도(임의 단위)를 나타낸다. 도 7의 (A)에는 2개의 실선이 도시되어 있으며, 가는 선은 흡수 스펙트럼을 나타내고 굵은 선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 7의 (A)에 나타낸 흡수 스펙트럼은 측정한 석영 셀 내의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼으로부터 석영 셀 내의 톨루엔만의 흡수 스펙트럼을 제외하여 얻어진 결과이다.
도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 1,6BnfAPrn은 459nm에 발광 피크를 가지며, 이것은 톨루엔 용액에서 청색 발광이 관찰되었다는 뜻이다.
도 7의 (B)는 1,6BnfAPrn의 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 흡수 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)에 의하여 측정하였다. 측정은 각각 석영 기판에 박막을 성막함으로써 준비한 샘플을 이용하여 수행하였다. 흡수 스펙트럼은 석영 기판 상의 박막의 흡수 스펙트럼으로부터 석영 기판만의 흡수 스펙트럼을 제외하여 얻었다. 도 7의 (B)에 있어서, 가로축은 파장(nm)을 나타내고 세로축은 흡수 강도(임의 단위)를 나타낸다.
다음에, 본 실시예에서 얻어진 1,6BnfAPrn을 액체 크로마토그래피 질량 분석법(Liquid Chromatography Mass Spectrometry)(LC-MS)에 의하여 해석하였다.
LC-MS에 의한 해석에서, Thermo Fisher Scientific K.K.에 의하여 제조된 UltiMate 3000을 이용하여 액체 크로마토그래피(LC) 분리를 실시하고, Thermo Fisher Scientific K.K에 의하여 제조된 Q Exactive를 이용하여 질량 분석(MS) 해석을 실시하였다. LC 분리의 칼럼으로서 ACQUITY UPLC BEH C8(2.1×100mm, 1.7μm)을 사용하고, 칼럼 온도는 40℃로 하였다. 이동상 A에 아세토나이트릴을 사용하고, 이동상 B에 0.1% 폼산 수용액을 사용하였다. 시료는 임의의 농도의 1,6BnfAPrn을 톨루엔에 용해하고 그 혼합물을 아세토나이트릴로 희석하여 준비하였다. 주입량은 10.0μL이었다.
MS 해석에서는, 전자 분무 이온화법(ESI)에 의하여 이온화를 실시하고, targeted-MS2에 의하여 측정을 실시하였다. 이온 소스의 조건은 sheath 가스 유량을 50, Aux 가스 유량을 10, Sweep 가스 유량을 0, 스프레이 전압을 3.5kV, 모세관 온도를 350℃, S 렌즈 전압을 55.0, HESI 히터 온도를 350℃로 설정하였다. 분해능을 70000, AGC 타깃을 3e6, 질량 범위를 m/z=112~1690으로 하고, 검출을 포지티브 모드에서 수행하였다.
상술한 조건에서 이온화된 m/z 817.28250±10ppm의 성분을 충돌 셀 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜서 프로덕트 이온으로 해리시켜 MSMS 측정을 실시하였다. 도 24의 (A) 및 (B)는 아르곤과 충돌시키기 위한 normalized collision energy(NCE)를 50으로 하여 생성된 이온을 푸리에 변환 질량 분석계(FT MS)로 검출한 결과이다.
도 24의 (A) 및 (B)의 결과는 구조식(100)으로 표시되는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 1,6BnfAPrn의 프로덕트 이온이 약 m/z=218 및 약 m/z=202에서 검출된다는 것을 제시한다. 도 24의 (A) 및 (B)의 결과는 1,6BnfAPrn에서 유래하는 특징을 나타내므로, 혼합물에 함유되는 1,6BnfAPrn을 동정(同定)하는 데에 중요한 데이터라고 간주할 수 있다.
*약 m/z=218인 프로덕트 이온은 구조식(100)으로 표시되는 화합물 내의 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란에서 유래한 양이온인 것으로 추정되며, 이것은 본 발명의 일 형태의 1,6BnfAPrn의 부분 구조를 시사한다. 또한, 약 m/z=202인 프로덕트 이온은 피렌에서 유래한 양이온인 것으로 추정되며, 이것은 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 1,6BnfAPrn의 부분 구조를 시사한다.
(실시예 2)
≪합성예 2≫
본 실시예에서는, 실시형태 1의 구조식(101)으로 표시되는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(N-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-02)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 1,6BnfAPrn-02의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pat00024
<단계 1: N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(N-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-02)의 합성>
50mL 3구 플라스크에 0.71g(2.0mmol)의 1,6-다이브로모피렌, 1.0g(0.10mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드, 및 50mg(0.087mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 그리고, 이 혼합물에 10mL의 톨루엔, 0.4mL의 아닐린, 및 0.3mL의 트라이(tert-뷰틸)포스핀(10% 헥세인 용액)을 첨가하였다. 생성 혼합물을 80℃에서 3시간 동안 교반하였다.
소정 시간 후, 이 혼합물에 1.0g(4.0mmol)의 8-클로로[b]나프토[1,2-d]퓨란, 0.18g(0.44mmol)의 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(약칭: S-Phos), 및 50mg(0.087mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가하였다. 생성 혼합물을 80℃에서 10시간 동안 교반하였다. 소정 시간 후, 생성 혼합물을 셀라이트(Catalog No. 531-16855, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조)를 통하여 흡인 여과하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 톨루엔/에탄올에서 재결정하여 갈색 고체를 얻었다.
얻어진 고체를 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서는 톨루엔 및 헥세인(1:3의 비율)의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 톨루엔에서 재결정하여 목적 물질의 황색 고체 1.3g(1.6mmol)을 수율 82%로 얻었다.
1.3g의 얻어진 황색 고체를 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 아르곤 유량 10mL/min, 2.6Pa의 압력에서 황색 고체를 350℃에서 가열하여 수행하였다. 승화 정제의 결과로서, 0.78g의 황색 고체를 수율 58%로 회수하였다. 단계 2의 합성 스킴을 (b-1)에 나타낸다.
Figure pat00025
단계 1에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명(1H-NMR) 분광법에 의한 해석 결과를 아래에 기재한다. 도 8의 (A) 및 (B)는 1H NMR 차트이다. 1H NMR 차트는 구조식(101)으로 표시되는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 1,6BnfAPrn-02가 합성예 2에서 얻어진 것을 제시하였다.
1H NMR(CDCl3, 500MHz): d=6.90(d, J=8.0Hz, 4H), 6.95(t, J=7.2Hz, 2H), 7.19(t, J=8.0Hz, 6H), 7.33(t, J=8.0Hz, 2H), 7.54(d, J=8.0Hz, 2H), 7.57(d, J=9.0Hz, 2H), 7.73(t, J=7.2Hz, 2H), 7.86(d, J=9.0Hz, 2H), 7.91(d, J=9.0Hz, 2H), 7.96(d, J=8.5Hz, 2H), 8.01(d, J=9.0Hz, 2H), 8.10(d, J=8.5Hz, 2H), 8.17(d, J=8.0Hz, 2H), 8.29(d, J=9.5Hz, 2H), 8.64(d, J=8.5Hz, 2H).
다음에, 톨루엔 용액 내의 1,6BnfAPrn-02의 자외-가시 흡수 스펙트럼(이하에서는 단순히 '흡수 스펙트럼'이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼은 자외-가시광 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)를 사용하여, 톨루엔 용액을 석영 셀에 넣은 상태에서 실온에서 측정하였다. 발광 스펙트럼은 형광 분광 광도계(FS920, Hamamatsu Photonics Corporation 제조)를 사용하여, 톨루엔 용액을 석영 셀에 넣은 상태에서 실온에서 측정하였다. 도 9의 (A)는 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장(nm)을 나타내고 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 도 9의 (A)에는 2개의 실선이 도시되어 있으며, 가는 선은 흡수 스펙트럼을 나타내고 굵은 선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 9의 (A)에 나타낸 흡수 스펙트럼은 측정한 석영 셀 내의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼으로부터 석영 셀 내의 톨루엔만의 흡수 스펙트럼을 제외하여 얻어진 결과이다.
도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 1,6BnfAPrn-02는 453nm에 발광 피크를 가지며, 이것은 톨루엔 용액에서 청색 발광이 관찰되었다는 뜻이다.
도 9의 (B)는 1,6BnfAPrn-02의 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 흡수 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)에 의하여 측정하였다. 측정은 각각 석영 기판에 박막을 성막함으로써 준비한 샘플을 이용하여 수행하였다. 흡수 스펙트럼은 석영 기판 상의 박막의 흡수 스펙트럼으로부터 석영 기판만의 흡수 스펙트럼을 제외하여 얻었다. 도 9의 (B)에 있어서, 가로축은 파장(nm)을 나타내고 세로축은 흡수 강도(임의 단위)를 나타낸다.
다음에, 본 실시예에서 얻어진 1,6BnfAPrn-02를 액체 크로마토그래피 질량 분석법(Liquid Chromatography Mass Spectrometry)(LC-MS)에 의하여 해석하였다.
LC-MS에 의한 해석에서, Thermo Fisher Scientific K.K.에 의하여 제조된 UltiMate 3000을 이용하여 액체 크로마토그래피(LC) 분리를 실시하고, Thermo Fisher Scientific K.K에 의하여 제조된 Q Exactive를 이용하여 질량 분석(MS) 해석을 실시하였다. LC 분리의 칼럼으로서 ACQUITY UPLC BEH C8(2.1×100mm, 1.7μm)을 사용하고, 칼럼 온도는 40℃로 하였다. 이동상 A에 아세토나이트릴을 사용하고, 이동상 B에 0.1% 폼산 수용액을 사용하였다. 시료는 임의의 농도의 1,6BnfAPrn-02를 톨루엔에 용해하고 그 혼합물을 아세토나이트릴로 희석하여 준비하였다. 주입량은 10.0μL이었다.
MS 해석에서는, 전자 분무 이온화법(ESI)에 의하여 이온화를 실시하고, targeted-MS2에 의하여 측정을 실시하였다. 이온 소스의 조건은 sheath 가스 유량을 50, Aux 가스 유량을 10, Sweep 가스 유량을 0, 스프레이 전압을 3.5kV, 모세관 온도를 350℃, S 렌즈 전압을 55.0, HESI 히터 온도를 350℃로 설정하였다. 분해능을 70000, AGC 타깃을 3e6, 질량 범위를 m/z=112~1690으로 하고, 검출을 포지티브 모드에서 수행하였다.
상술한 조건에서 이온화된 m/z 817.28250±10ppm의 성분을 충돌 셀 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜서 프로덕트 이온으로 해리시켜 MSMS 측정을 실시하였다. 도 25의 (A) 및 (B)는 아르곤과 충돌시키기 위한 normalized collision energy(NCE)를 50으로 하여 생성된 이온을 푸리에 변환 질량 분석계(FT MS)로 검출한 결과이다.
도 25의 (A) 및 (B)의 결과는 구조식(101)으로 표시되는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 1,6BnfAPrn-02의 프로덕트 이온이 약 m/z=218 및 약 m/z=202에서 검출된다는 것을 제시한다. 도 25의 (A) 및 (B)의 결과는 1,6BnfAPrn-02에서 유래하는 특징을 나타내므로, 혼합물에 함유되는 1,6BnfAPrn-02를 동정하는 데에 중요한 데이터라고 간주할 수 있다.
약 m/z=218인 프로덕트 이온은 구조식(101)으로 표시되는 화합물 내의 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란에서 유래한 양이온인 것으로 추정되며, 이것은 본 발명의 일 형태의 1,6BnfAPrn-02의 부분 구조를 시사한다. 또한, 약 m/z=202인 프로덕트 이온은 피렌에서 유래한 양이온인 것으로 추정되며, 이것은 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 1,6BnfAPrn-02의 부분 구조를 시사한다.
(실시예 3)
≪합성예 3≫
본 실시예에서는, 실시예 2에서 사용한 유기 화합물인 8-클로로벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 8-ClBnf)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 8-클로로벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pat00026
<단계 1: 3-클로로-2-플루오로벤젠보론산의 합성>
500mL 3구 플라스크에 16g(72mmol)의 1-브로모-3-클로로-플루오로벤젠을 넣고 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 그 후, 200mL의 테트라하이드로퓨란을 용액에 첨가하고, 이 혼합 용액을 -80℃까지 냉각하였다. 이 혼합 용액에 48mL(76mmol)의 n-BuLi(1.6mol/L 헥세인 용액)를 시린지에 의하여 적하한 후, 생성 혼합물을 -80℃에서 1.5시간 동안 교반하였다.
교반 후, 이 혼합물에 9.0mL(80mmol)의 트라이메틸 보레이트를 첨가하였다. 이 혼합물을 그 온도를 실온으로 되돌리면서 약 19시간 동안 교반하였다. 교반 후, 약 100mL의 1mol/L 염산을 얻어진 용액에 첨가하고, 그 혼합물을 교반하였다. 이 혼합물의 유기층을 물로 세정하고, 수성층에 대하여 톨루엔으로 2번 추출을 수행하였다. 추출된 용액과 유기층을 합하고, 포화 식염수로 세정하였다. 얻어진 유기층을 황산 마그네슘으로 건조하고, 이 혼합물을 중력 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 목적 물질의 엷은 황색 고체 4.5g을 수율 35%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 (c-1)에 나타낸다.
Figure pat00027
<단계 2: 1-(3-클로로-2-플루오로페닐)-2-나프톨의 합성>
200mL 3구 플라스크에 5.8g(26mmol)의 1-브로모-2-나프톨, 4.5g(26mmol)의 3-클로로-2-플루오로벤젠보론산, 및 0.40g(1.3mol)의 트라이(오쏘-톨릴)포스핀을 넣고 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 150mL의 톨루엔, 50mL의 에탄올, 및 21mL의 포타슘 카보네이트의 수용액(2.0mol/L)을 첨가하였다. 플라스크 내의 압력을 낮추면서 혼합물을 교반함으로써 혼합물을 탈기한 후, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 58mg(0.26mmol)의 팔라듐(II) 아세테이트를 첨가하고, 생성 혼합물을 90℃에서 7시간 동안 질소 기류하에서 교반하였다.
교반 후, 혼합물의 유기층을 물로 세정하고 나서, 수성층에 대하여 톨루엔으로 추출을 수행하였다. 유기층과 합한 추출 용액을 염화 소듐의 포화 수용액으로 세정하고, 유기층을 황산 마그네슘으로 건조하였다. 생성 혼합물을 중력 여과하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 갈색 액체를 얻었다. 이 액체를 전개 용매로서 혼합 용매(톨루엔:헥세인=9:1)를 사용하여 실리카 젤 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하여, 목적 물질의 갈색 액체 3.1g을 수율 44%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 (c-2)에 나타낸다.
Figure pat00028
<단계 3: 8-클로로벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 합성>
300mL 가지형 플라스크(recovery flask)에 3.1g(11mmol)의 1-(3-클로로-2-플루오로페닐)-2-나프톨, 70mL의 N-메틸-2-피롤리돈, 및 4.2g(31mmol)의 포타슘 카보네이트를 넣고, 이 혼합물을 150℃에서 7시간 동안 공기 중에서 교반하였다. 교반 후, 약 50mL의 물 및 약 50mL의 염산(1.0mol/L)을 생성 혼합물에 첨가하였다.
생성 용액에 약 100mL의 에틸 아세테이트를 첨가하고 나서, 수성층에 대하여 에틸 아세테이트로 3번 추출을 수행하였다. 추출 용액과 유기층을 합하고 탄산 수소 소듐의 포화 수용액 및 염화 소듐의 포화 수용액으로 세정하고, 이어서 황산 마그네슘을 첨가하였다. 이 혼합물을 중력 여과하였다. 생성 여과액을 농축하여, 목적 물질의 엷은 갈색 고체 2.9g을 수율 99% 이상으로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 (c-3)에 나타낸다.
Figure pat00029
단계 3에서 얻어진 엷은 갈색 고체의 핵자기 공명(1H-NMR) 분광법에 의한 해석 결과를 아래에 기재한다. 도 10의 (A) 및 (B)는 1H NMR 차트이다. 그 결과는 합성예 3에 기재된 방법으로 합성된 유기 화합물인 8-클로로[b]나프토[1,2-d]퓨란이 얻어진 것을 제시하였다.
1H NMR(CDCl3, 500MHz): d=7.42(t, J=4.7Hz, 1H), 7.51(d, J=4.5Hz, 1H), 7.58(t, J=4.5Hz, 1H), 7.75(t, J=4.5Hz, 1H), 7.85(d, J=5.4Hz, 1H), 7.98(d, J=5.1Hz, 1H), 8.05(d, J=4.8Hz, 1H), 8.30(d, J=4.2Hz, 1H), 8.59(d, J=4.8Hz, 1H).
(실시예 4)
본 실시예에서는, 발광 소자 1을 제작하였다. 발광 소자 1에 있어서, 발광층에 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 1,6BnfAPrn(구조식(100))을 사용하였다. 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 또한, 발광 소자 1의 제작에 대해서는 도 11을 참조하여 설명한다. 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 아래에 나타낸다.
Figure pat00030
≪발광 소자 1의 제작≫
우선, 스퍼터링법에 의하여 유리 기판(900) 위에 산화 실리콘을 함유하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 성막하여, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(901)을 형성하였다. 제 1 전극(901)의 두께는 110nm로 하였다. 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음에, 기판(900) 위에 발광 소자 1을 제작하기 위한 전(前)처리로서, 기판의 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성을 수행한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 압력을 약 10-4Pa로 낮춘 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치의 가열 체임버에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판(900)을 약 30분 동안 방랭(放冷)하였다.
다음에, 제 1 전극(901)이 형성된 기판(900)의 면이 아래 쪽을 향하도록, 기판(900)을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정하였다. 본 실시예에서는, EL층(902)에 포함되는, 정공 주입층(911), 정공 수송층(912), 발광층(913), 전자 수송층(914), 및 전자 주입층(915)이 진공 증착법에 의하여 순차적으로 형성되는 경우에 대하여 설명한다.
진공 증착 장치 내의 압력을 10-4Pa로 낮춘 후, 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA) 및 산화 몰리브데넘을 공증착에 의하여 PCzPA 대 산화 몰리브데넘의 질량비를 4:2로 하여 성막함으로써 제 1 전극(901) 상에 정공 주입층(911)을 형성하였다. 정공 주입층(911)의 두께는 50nm로 하였다. 또한, 공증착은 복수의 상이한 물질이 상이한 증착원으로부터 동시에 증발되는 증착법이다.
다음에, 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA)을 증착에 의하여 두께 10nm로 성막함으로써 정공 수송층(912)을 형성하였다.
다음에, 정공 수송층(912) 상에 발광층(913)을 형성하였다. 공증착에 의하여 CzPA 및 1,6BnfAPrn을 CzPA 대 1,6BnfAPrn의 질량비가 1:0.01이 되도록 성막하였다. 발광층(913)의 두께는 25nm로 하였다.
다음에, 발광층(913) 상에, CzPA를 증착에 의하여 두께 10nm로 성막하고 나서, 바소페난트롤린(약칭: Bphen)을 증착에 의하여 두께 15nm로 성막함으로써, 전자 수송층(914)을 형성하였다. 또한, 전자 수송층(914) 상에 불화 리튬을 증착에 의하여 두께 1nm로 성막함으로써, 전자 주입층(915)을 형성하였다.
마지막에, 전자 주입층(915) 상에 알루미늄을 증착에 의하여 두께 200nm로 성막함으로써, 음극의 역할을 하는 제 2 전극(903)을 형성하였다. 이렇게 하여, 발광 소자 1을 얻었다. 또한, 상술한 모든 증착 공정에서, 증착은 저항 가열법에 의하여 수행하였다.
표 1은 상술한 바와 같이 하여 얻어진 발광 소자 1의 소자 구조를 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure pat00031
제작한 발광 소자 1은 공기에 노출되지 않도록 질소 분위기를 함유하는 글로브 박스 내에서 밀봉하였다(구체적으로는, 실란트를 소자의 외연부(outer edge)에 도포하고, 밀봉 시에, UV 처리를 수행하고 나서 80℃에서 1시간 동안 가열 처리를 수행하였다).
≪발광 소자 1의 동작 특성≫
제작한 발광 소자 1의 동작 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 실시하였다.
도 12는 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 12에 있어서, 세로축은 휘도(cd/m2)를 나타내고 가로축은 전압(V)을 나타낸다. 도 13은 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 것이다. 도 13에 있어서, 세로축은 전류 효율(cd/A)을 나타내고 가로축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 도 14는 발광 소자 1의 전압-전류 특성을 나타낸 것이다. 도 14에 있어서, 세로축은 전류(mA)를 나타내고 가로축은 전압(V)을 나타낸다. 도 15는 발광 소자 1의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 15에 있어서, 세로축은 휘도(cd/m2)를 나타내고 가로축은 전류 밀도(mA/cm2)를 나타낸다.
도 13에 따르면, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 1,6BnfAPrn을 포함하는 발광 소자 1은 고효율 소자이다. 표 2는 휘도 약 730cd/m2에서의 발광 소자 1의 주된 특성의 초기값을 나타낸 것이다.
[표 2]
Figure pat00032
상술한 결과는 본 실시예에서 제작한 발광 소자 1이 색 순도가 높은 청색 광을 발하는 것을 제시하였다. 또한, 발광 소자 1은 높은 전류 효율을 갖는다.
도 16은 발광 소자 1에 전류 밀도 25mA/cm2로 전류를 흘렸을 때의 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1의 발광 스펙트럼은 약 457nm에 피크를 갖고, 이것은 이 피크가 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 1,6BnfAPrn의 발광에서 유래하는 것을 의미한다.
발광 소자 1에 대하여 신뢰성 시험을 수행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 17에 나타내었다. 도 17에 있어서, 세로축은 초기 휘도를 100%로 한 정규화 휘도(%)를 나타내고 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험에 있어서, 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고 전류 밀도를 일정하게 한 조건하에서 발광 소자 1을 구동시켰다. 39시간 구동한 후의 발광 소자 1의 휘도는 초기 휘도의 약 81%라는 결과를 보여줬다. 이것은 발광 소자 1이 긴 수명을 갖는다는 것을 의미한다.
이와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용함으로써, 수명이 긴 발광 소자를 얻을 수 있다.
(실시예 5)
본 실시예에서는, 발광 소자 2를 제작하였다. 발광 소자 2에 있어서, 발광층에 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 1,6BnfAPrn-02(구조식(101))를 사용하였다. 또한, 발광 소자 2의 1,6BnfAPrn-02 대신에 N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(N-페닐다이벤조퓨란)-4-아민](약칭: 1,6FrAPrn-II)을 함유하는 비교 발광 소자 3을 같은 방법으로 제작하였다. 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3을 비교하였다. 또한, 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 제작에 대해서는 도 11을 참조하여 설명한다. 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 아래에 나타낸다.
Figure pat00033
≪발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 제작≫
우선, 스퍼터링법에 의하여 유리 기판(900) 위에 산화 실리콘을 함유하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 성막하여 양극으로서 기능하는 제 1 전극(901)을 형성하였다. 제 1 전극(901)의 두께는 110nm로 하였다. 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음에, 기판(900) 위에 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3을 제작하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성을 수행한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 압력을 약 10-4Pa로 낮춘 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치의 가열 체임버에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판(900)을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음에, 제 1 전극(901)이 형성된 기판(900)의 면이 아래 쪽을 향하도록, 기판(900)을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정하였다. 본 실시예에서는, EL층(902)에 포함되는, 정공 주입층(911), 정공 수송층(912), 발광층(913), 전자 수송층(914), 및 전자 주입층(915)이 진공 증착법에 의하여 순차적으로 형성되는 경우에 대하여 설명한다.
진공 증착 장치 내의 압력을 10-4Pa로 낮춘 후, 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA) 및 산화 몰리브데넘을 공증착에 의하여 PCzPA 대 산화 몰리브데넘의 질량비를 4:2로 하여 성막함으로써 제 1 전극(901) 상에 정공 주입층(911)을 형성하였다. 정공 주입층(911)의 두께는 50nm로 하였다. 또한, 공증착은 복수의 상이한 물질이 상이한 증착원으로부터 동시에 증발되는 증착법이다.
다음에, 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA)을 증착에 의하여 두께 10nm로 성막함으로써 정공 수송층(912)을 형성하였다.
다음에, 정공 수송층(912) 상에 발광층(913)을 형성하였다. 발광 소자 2의 경우에는 공증착에 의하여 CzPA 및 1,6BnfAPrn-02를 CzPA 대 1,6BnfAPrn-02의 질량비가 1:0.01이 되도록 성막하였다. 발광 소자 2의 발광층(913)의 두께는 25nm로 하였다. 비교 발광 소자 3의 경우에는 공증착에 의하여 CzPA 및 1,6FrAPrn-II를 CzPA 대 1,6FrAPrn-II의 질량비가 1:0.03이 되도록 성막하였다. 비교 발광 소자 3의 발광층(913)의 두께는 25nm로 하였다.
다음에, 발광층(913) 상에, CzPA를 증착에 의하여 두께 10nm로 성막하고 나서, 바소페난트롤린(약칭: Bphen)을 증착에 의하여 두께 15nm로 성막함으로써, 전자 수송층(914)을 형성하였다. 또한, 전자 수송층(914) 상에 불화 리튬을 증착에 의하여 두께 1nm로 성막함으로써, 전자 주입층(915)을 형성하였다.
마지막에, 전자 주입층(915) 상에 알루미늄을 증착에 의하여 두께 200nm로 성막함으로써, 음극의 역할을 하는 제 2 전극(903)을 형성하였다. 이렇게 하여, 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3을 얻었다. 또한, 상술한 모든 증착 공정에서, 증착은 저항 가열법에 의하여 수행하였다.
표 3은 상술한 바와 같이 하여 얻어진 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 소자 구조를 나타낸 것이다.
*[표 3]
Figure pat00034
제작한 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3은 각각 공기에 노출되지 않도록 질소 분위기를 함유하는 글로브 박스 내에서 밀봉하였다(구체적으로는, 실란트를 소자의 외연부에 도포하고, 밀봉 시에, UV 처리를 수행하고 나서 80℃에서 1시간 동안 가열 처리를 수행하였다).
≪발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 동작 특성≫
제작한 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 동작 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 실시하였다.
도 18은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 전압-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 18에 있어서, 세로축은 휘도(cd/m2)를 나타내고 가로축은 전압(V)을 나타낸다. 도 19는 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 것이다. 도 19에 있어서, 세로축은 전류 효율(cd/A)을 나타내고 가로축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 도 20은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 전압-전류 특성을 나타낸 것이다. 도 20에 있어서, 세로축은 전류(mA)를 나타내고 가로축은 전압(V)을 나타낸다. 도 21은 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 21에 있어서, 세로축은 휘도(cd/m2)를 나타내고 가로축은 전류 밀도(mA/cm2)를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 1,6BnfAPrn-02를 포함하는 발광 소자 2는 약 1000cd/m2에서 비교 발광 소자 3보다 효율이 높다는 것을 제시하였다. 표 4는 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 주된 특성의 초기값을 나타낸 것이다.
[표 4]
Figure pat00035
상술한 결과는 본 실시예에서 제작한 발광 소자 2가 비교 발광 소자 3과 같은 색 순도의 청색 광을 발하지만, 발광 소자 2가 비교 발광 소자 3보다 높은 전류 효율을 갖는 것을 제시하였다.
도 22는 발광 소자에 전류 밀도 25mA/cm2로 전류를 흘렸을 때의 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 22에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3의 발광 스펙트럼은 양쪽 모두 약 452nm에 피크를 갖고, 이것은 이 피크가 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 1,6BnfAPrn-02의 발광, 및 비교를 위하여 사용한 유기 화합물 1,6FrAPrn-II의 발광에서 유래하는 것을 시사한다.
발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3에 대하여 신뢰성 시험을 수행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 23에 나타내었다. 도 23에 있어서, 세로축은 초기 휘도를 100%로 한 정규화 휘도(%)를 나타내고 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험에 있어서, 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고 전류 밀도를 일정하게 한 조건하에서 발광 소자 2 및 비교 발광 소자 3을 구동시켰다. 100시간 구동한 후의 발광 소자 2의 휘도는 초기 휘도의 약 65%라는 결과를 보여줬다. 바꿔 말하면, 발광 소자 2는 100시간 구동한 후의 휘도가 초기 휘도의 56%이었던 비교 발광 소자 3에 비하여 수명이 더 길다. 이와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 발광 소자 2는 색 순도가 높을 뿐만 아니라, 비교 발광 소자 3보다 수명이 더 길다. 상술한 결과는, 본 발명의 일 형태이고 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란이 1,6-다이아미노피렌에 결합된 구조를 갖는 유기 화합물 1,6BnfAPrn-02의 사용은, 비교를 위하여 사용하고 다이벤조퓨란이 1,6-다이아미노피렌에 결합된 구조를 갖는 유기 화합물 1,6FrAPrn-II를 사용하는 경우보다 더 긴 수명을 갖고, 색 순도가 높은 청색 광을 발하는 발광 소자를 제공할 수 있게 한다는 것을 의미한다.
이와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용함으로써, 효율이 높고 수명이 긴 발광 소자를 얻을 수 있다.
(실시예 6)
≪합성예 4≫
본 실시예에서는, 실시형태 1의 구조식(138)으로 표시되는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-03)의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한, 1,6BnfAPrn-03의 구조를 아래에 나타낸다.
Figure pat00036
<단계 1: 6-아이오도벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 합성>
500mL 3구 플라스크에 8.5g(39mmol)의 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란을 넣고 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 그리고, 그것에 195mL의 테트라하이드로퓨란을 첨가하였다. 이 용액을 -75℃까지 냉각하였다. 그리고, 이 용액에 25mL(40mmol)의 n-뷰틸리튬(1.59mol/L n-헥세인 용액)을 적하하였다. 이 적하 후, 생성 용액을 실온에서 1시간 동안 교반하였다.
소정 시간 후, 생성 용액을 -75℃까지 냉각하였다. 그리고, 이 용액에 10g(40mmol)의 아이오딘이 40mL의 THF에 용해된 용액을 적하하였다. 이 적하 후, 생성 용액을 그 온도를 실온으로 되돌리면서 17시간 동안 교반하였다. 소정 시간 후, 이 혼합물에 싸이오황산 소듐의 수용액을 첨가하고, 생성 혼합물을 1시간 동안 교반하였다. 그리고, 혼합물의 유기층을 물로 세정하고 환산 마그네슘으로 건조하였다. 건조 후, 혼합물을 중력 여과하여 용액을 얻었다. 생성 용액을 셀라이트(Catalog No. 531-16855, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조) 및 플로리실(Catalog No. 540-00135, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조)을 통하여 흡인 여과하여 여과액을 얻었다. 생성 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 생성 고체를 톨루엔에서 재결정하여 목적 물질의 백색 분말 6.0g(18mmol)을 수율 45%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 (d-1)에 나타낸다.
Figure pat00037
<단계 2: 6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 합성>
200mL 3구 플라스크에 6.0g(18mmol)의 6-아이오도벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란, 2.4g(19mmol)의 페닐보론산, 70mL의 톨루엔, 20mL의 에탄올, 및 22mL의 포타슘 카보네이트의 수용액(2.0mol/L)을 넣었다. 이 혼합물을 압력을 낮추면서 교반함으로써 탈기하였다. 탈기 후, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하고 나서 480mg(0.42mmol)의 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0)을 혼합물에 첨가하였다. 이 생성 혼합물을 질소 기류하에서 90℃에서 12시간 동안 교반하였다.
소정 시간 후, 물을 상기 혼합물에 첨가하고, 수성층을 톨루엔으로 추출하였다. 생성 용액과 유기층을 합하고, 그 혼합물을 물로 세정하고 나서 황산 마그네슘으로 건조하였다. 혼합물을 중력 여과하여 여과액을 얻었다. 생성 여과액을 농축하여 고체를 얻고, 생성 고체를 톨루엔에 용해하였다. 생성 용액은 셀라이트(Catalog No. 531-16855, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조), 플로리실(Catalog No. 540-00135, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조), 및 알루미나를 통하여 흡인 여과하여 여과액을 얻었다. 생성 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 생성 고체를 톨루엔에서 재결정하여 목적 물질의 백색 고체 4.9g(17mmol)을 수율 93%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 (d-2)에 나타낸다.
Figure pat00038
<단계 3: 8-아이오도-6-페닐벤조[b]나프토[1,2,d]퓨란의 합성>
300mL 3구 플라스크에 4.9g(17mmol)의 6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란을 넣고 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 그리고, 그것에 87mL의 테트라하이드로퓨란(THF)을 첨가하였다. 그 생성 용액을 -75℃까지 냉각하였다. 그리고, 이 용액에 11mL(18mmol)의 n-뷰틸리튬(1.59mol/L n-헥세인 용액)을 적하하였다. 이 적하 후, 생성 용액을 실온에서 1시간 동안 교반하였다. 소정 시간 후, 생성 용액을 -75℃까지 냉각하였다. 그리고, 생성 용액에 4.6g(18mmol)의 아이오딘이 18mL의 THF에 용해된 용액을 적하하였다.
생성 용액을 그 온도를 실온으로 되돌리면서 17시간 동안 교반하였다. 소정 시간 후, 그 혼합물에 싸이오황산 소듐의 수용액을 첨가하고, 생성 혼합물을 1시간 동안 교반하였다. 그리고, 혼합물의 유기층을 물로 세정하고 환산 마그네슘으로 건조하였다. 혼합물을 중력 여과하여 여과액을 얻었다. 생성 여과액을 셀라이트(Catalog No. 531-16855, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조), 플로리실(Catalog No. 540-00135, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조), 및 알루미나를 통하여 흡인 여과하여 여과액을 얻었다. 생성 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 생성 고체를 톨루엔에서 재결정하여 목적의 백색 고체 3.7g(8.8mmol)을 수율 53%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 (d-3)에 나타낸다.
Figure pat00039
<단계 4: 1,6BnfAPrn-03의 합성>
100mL 3구 플라스크에 0.71g(2.0mmol)의 1,6-다이브로모피렌, 1.0g(10.4mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드, 10mL의 톨루엔, 0.36mL(4.0mmol)의 아닐린, 및 0.3mL의 트라이(tert-뷰틸)포스핀(10wt% 헥세인 용액)을 넣고, 및 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 50mg(85μmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가하고, 생성 혼합물을 80℃에서 2시간 동안 교반하였다.
소정 시간 후, 생성 혼합물에 1.7g(4.0mmol)의 8-아이오도-6-페닐벤조[b]나프토[1,2,d]퓨란, 180mg(0.44mmol)의 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(약칭: S-Phos), 및 50mg(85μmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가하고, 생성 혼합물을 100℃에서 15시간 동안 교반하였다. 소정 시간 후, 생성 혼합물을 셀라이트(Catalog No. 531-16855, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조)를 통하여 여과하여 여과액을 얻었다. 생성 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 생성 고체를 에탄올로 세정하고 톨루엔에서 재결정하여 목적 물질의 황색 고체 1.38g(1.4mmol)을 수율 71%로 얻었다.
1.37mg(1.4mmol)의 생성 황색 고체를 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 황색 고체를 아르곤 유량 10mL/min, 2.3Pa의 압력에서 370℃에서 가열하여 수행하였다. 승화 정제의 결과로서, 0.68g(0.70mmol)의 황색 고체를 수율 50%로 회수하였다. 단계 4의 합성 스킴을 (d-4)에 나타낸다.
Figure pat00040
단계 4에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명(1H-NMR) 분광법에 의한 해석 결과를 아래에 기재한다. 도 26의 (A) 및 (B)는 1H NMR 차트이다. 도 26의 (B)는 도 26의 (A) 중 가로축(δ)이 6.7(ppm)~8.8(ppm)인 범위가 확대된 차트이다. 이 결과는 합성예 4에서 기재된 방법으로 합성된 유기 화합물 1,6BnfAPrn-03이 얻어진 것을 제시하였다.
1H NMR(다이클로로메테인-d2, 500MHz):d=6.88(t, J=7.7Hz, 4H), 7.03-7.06(m, 6H), 7.11(t, J=7.5Hz, 2H), 7.13(d, J=8.0Hz, 2H), 7.28-7.32(m, 8H), 7.37(t, J=8.0Hz, 2H), 7.59(t, J=7.2Hz, 2H), 7.75(t, J=7.7Hz, 2H), 7.84(d, J=9.0Hz, 2H), 7.88(d, J=8.0Hz, 2H), 8.01(s, 2H), 8.07(d, J=8.0Hz, 4H), 8.14(d, J=9.0Hz, 2H), 8.21(d, J=8.0Hz, 2H), 8.69(d, J=8.5Hz, 2H).
다음에, 톨루엔 용액 내의 1,6BnfAPrn-03의 자외-가시 흡수 스펙트럼(이하에서는 단순히 '흡수 스펙트럼'이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼은 자외-가시광 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)를 사용하여, 톨루엔 용액을 석영 셀에 넣은 상태에서 실온에서 측정하였다. 발광 스펙트럼은 형광 분광 광도계(FS920, Hamamatsu Photonics Corporation 제조)를 사용하여, 톨루엔 용액을 석영 셀에 넣은 상태에서 실온에서 측정하였다. 도 27의 (A)는 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 가로축은 파장(nm)을 나타내고 세로축은 흡수 강도(임의 단위) 및 발광 강도(임의 단위)를 나타낸다. 도 27의 (A)에는 2개의 실선이 도시되어 있으며, 가는 선은 흡수 스펙트럼을 나타내고 굵은 선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 27의 (A)에 나타낸 흡수 스펙트럼은 측정한 석영 셀 내의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼으로부터 석영 셀 내의 톨루엔만의 흡수 스펙트럼을 제외하여 얻어진 결과이다.
도 27의 (A)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 1,6BnfAPrn-03은 464nm에 발광 피크를 가지며, 이것은 톨루엔 용액에서 청색 발광이 관찰되었다는 뜻이다.
도 27의 (B)는 1,6BnfAPrn-03의 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 흡수 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)에 의하여 측정하였다. 측정은 각각 석영 기판에 박막을 성막함으로써 준비한 샘플을 이용하여 수행하였다. 흡수 스펙트럼은 석영 기판 상의 박막의 흡수 스펙트럼으로부터 석영 기판만의 흡수 스펙트럼을 제외하여 얻었다. 도 27의 (B)에 있어서, 가로축은 파장(nm)을 나타내고 세로축은 흡수 강도(임의 단위)를 나타낸다.
(실시예 7)
본 실시예에서는, 발광 소자 4를 제작하였다. 발광 소자 4에 있어서, 발광층에 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 1,6BnfAPrn-03(구조식(138))을 사용하였다. 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 또한, 발광 소자 4의 제작에 대해서는 도 11을 참조하여 설명한다. 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 아래에 나타낸다.
Figure pat00041
≪발광 소자 4의 제작≫
우선, 스퍼터링법에 의하여 유리 기판(900) 위에 산화 실리콘을 함유하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 성막하여 양극으로서 기능하는 제 1 전극(901)을 형성하였다. 제 1 전극(901)의 두께는 110nm로 하였다. 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음에, 기판(900) 위에 발광 소자 4를 제작하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성을 수행한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 압력을 약 10-4Pa로 낮춘 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치의 가열 체임버에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판(900)을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음에, 제 1 전극(901)이 형성된 기판(900)의 면이 아래 쪽을 향하도록, 기판(900)을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정하였다. 본 실시예에서는, EL층(902)에 포함되는, 정공 주입층(911), 정공 수송층(912), 발광층(913), 전자 수송층(914), 및 전자 주입층(915)이 진공 증착법에 의하여 순차적으로 형성되는 경우에 대하여 설명한다.
진공 증착 장치 내의 압력을 10-4Pa로 낮춘 후, 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA) 및 산화 몰리브데넘을 공증착에 의하여 PCzPA 대 산화 몰리브데넘의 질량비를 4:2로 하여 성막함으로써 제 1 전극(901) 상에 정공 주입층(911)을 형성하였다. 정공 주입층(911)의 두께는 50nm로 하였다. 또한, 공증착은 복수의 상이한 물질이 상이한 증착원으로부터 동시에 증발되는 증착법이다.
다음에, PCzPA를 증착에 의하여 두께 10nm로 성막함으로써 정공 수송층(912)을 형성하였다.
다음에, 정공 수송층(912) 상에 발광층(913)을 형성하였다. 발광 소자 4의 경우에는, 공증착에 의하여 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA) 및 1,6BnfAPrn-03을 cgDBCzPA 대 1,6BnfAPrn-03의 질량비가 1:0.01이 되도록 성막하였다. 발광층(913)의 두께는 25nm로 하였다.
다음에, 발광층(913) 상에, cgDBCzPA를 증착에 의하여 두께 10nm로 성막하고 나서, 바소페난트롤린(약칭: Bphen)을 증착에 의하여 두께 15nm로 성막함으로써, 전자 수송층(914)을 형성하였다. 또한, 전자 수송층(914) 상에 불화 리튬을 증착에 의하여 두께 1nm로 성막함으로써, 전자 주입층(915)을 형성하였다.
마지막에, 전자 주입층(915) 상에 알루미늄을 증착에 의하여 두께 200nm로 성막함으로써, 음극으로서의 역할을 하는 제 2 전극(903)을 형성하였다. 이렇게 하여, 발광 소자 4를 얻었다. 또한, 상술한 모든 증착 공정에서, 증착은 저항 가열법에 의하여 수행하였다.
표 5는 상술한 바와 같이 하여 얻어진 발광 소자 4의 소자 구조를 나타낸 것이다.
[표 5]
Figure pat00042
제작한 발광 소자 1은 공기에 노출되지 않도록 질소 분위기를 함유하는 글로브 박스 내에서 밀봉하였다(구체적으로는, 실란트를 소자의 외연부에 도포하고, 밀봉 시에, UV 처리를 수행하고 나서 80℃에서 1시간 동안 가열 처리를 수행하였다).
≪발광 소자 4의 동작 특성≫
제작한 발광 소자 4의 동작 특성을 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 실시하였다.
도 28은 발광 소자 4의 전압-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 28에 있어서, 세로축은 휘도(cd/m2)를 나타내고 가로축은 전압(V)을 나타낸다. 도 29는 발광 소자 4의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 것이다. 도 29에 있어서, 세로축은 전류 효율(cd/A)을 나타내고 가로축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 도 30은 발광 소자 4의 전압-전류 특성을 나타낸 것이다. 도 30에 있어서, 세로축은 전류(mA)를 나타내고 가로축은 전압(V)을 나타낸다. 도 31은 발광 소자 4의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 31에 있어서, 세로축은 휘도(cd/m2)를 나타내고 가로축은 전류 밀도(mA/cm2)를 나타낸다.
도 29에 따르면, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 1,6BnfAPrn-03을 포함하는 발광 소자 4는 고효율 소자이다. 표 6은 발광 소자 4의 주된 특성의 초기값을 나타낸 것이다.
*[표 6]
Figure pat00043
상술한 결과는 본 실시예에서 제작한 발광 소자 4가 높은 전류 효율을 갖는 것을 제시하였다.
도 32는 발광 소자 1에 전류 밀도 25mA/cm2로 전류를 흘렸을 때의 발광 소자 4의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 32에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 4의 발광 스펙트럼은 약 454nm에 피크를 갖고, 이것은 이 피크가 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 1,6BnfAPrn-03의 발광에서 유래하는 것을 의미한다.
발광 소자 4에 대하여 신뢰성 시험을 수행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 33에 나타내었다. 도 33에 있어서, 세로축은 초기 휘도를 100%로 한 정규화 휘도(%)를 나타내고 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한, 신뢰성 시험에 있어서, 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고 전류 밀도를 일정하게 한 조건하에서 발광 소자 4를 구동시켰다. 100시간 구동한 후의 발광 소자 4의 휘도는 초기 휘도의 약 88%라는 결과를 보여줬다. 이와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 비교 발광 소자 3은 색 순도가 높을 뿐만 아니라 수명도 길다. 상술한 결과는 본 발명의 일 형태이고 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란이 1,6-다이아미노피렌에 결합된 구조를 갖는 유기 화합물 1,6BnfAPrn-03의 사용은, 색 순도가 높은 청색 광을 발하고 긴 수명을 갖는 발광 소자를 제공할 수 있게 한다는 것을 시사한다.
이와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용함으로써, 효율이 높고 수명이 긴 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한, 1,6BnfAPrn-03은 페닐기가 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 6위치에 결합된 구조를 갖기 때문에, 색 순도가 높고 효율이 높고 신뢰성이 높은 소자를 얻을 수 있다. 이것은, 본 발명의 화합물 중에서, 치환 또는 비치환된 페닐기, 특히 비치환된 페닐기가 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 6위치에 결합된 구조를 갖는 화합물이 바람직하다는 것을 제시하였다.
101: 제 1 전극, 102: EL층, 103: 제 2 전극, 111: 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 113: 발광층, 114: 전자 수송층, 115: 전자 주입층, 116: 전하 발생층, 201: 제 1 전극, 202(1): 제 1 EL층, 202(2): 제 2 EL층, 202(n-1): 제 (n-1) EL층, 202(n): 제 n EL층, 204: 제 2 전극, 205: 전하 발생층(I), 205(1): 제 1 전하 발생층(I), 205(2): 제 2 전하 발생층(I), 205(n-2): 제 (n-2) 전하 발생층(I), 205(n-1): 제 (n-1) 전하 발생층(I), 301: 소자 기판, 302: 화소부, 303: 구동 회로부(소스선 구동 회로), 304a, 304b: 구동 회로부(게이트선 구동 회로), 305: 실란트, 306: 밀봉 기판, 307: 배선, 308: FPC(Flexible Printed Circuit), 309: n채널 FET, 310: p채널 FET, 311: 스위칭 FET, 312: 전류 제어 FET, 313: 제 1 전극(양극), 314: 절연체, 315: EL층, 316: 제 2 전극(음극), 317: 발광 소자, 318: 공간, 7100: 텔레비전 장치, 7101: 하우징, 7103: 표시부, 7105: 스탠드, 7107: 표시부, 7109: 조작 키, 7110: 리모트 컨트롤러, 7201: 본체, 7202: 하우징, 7203: 표시부, 7204: 키보드, 7205: 외부 접속 포트, 7206: 포인팅 디바이스, 7302: 하우징, 7304: 표시 패널, 7305: 아이콘, 7306: 아이콘, 7311: 조작 버튼, 7312: 조작 버튼, 7313: 접속 단자, 7321: 밴드, 7322: 클래스프, 7400: 휴대 전화, 7401: 하우징, 7402: 표시부, 7403: 조작 버튼, 7404: 외부 접속 포트, 7405: 스피커, 7406: 마이크로폰, 900: 기판, 901: 제 1 기판, 902: EL층, 903: 제 2 전극, 911: 정공 주입층, 912: 정공 수송층, 913: 발광층, 914: 전자 수송층, 915: 전자 주입층, 8001: 조명 장치, 8002: 조명 장치, 8003: 조명 장치, 및 8004: 조명 장치.
본 출원은 2013년 7월 26일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2013-155318의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.

Claims (12)

  1. 발광 장치에 있어서,
    한 쌍의 전극 사이에, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 포함하고,
    상기 제 1 발광층과 상기 제 2 발광층 사이에, 정공 수송성 물질과 전자 수용체를 포함하고,
    상기 제 1 발광층은 식(G1)으로 표시되는 유기 화합물을 포함하는, 발광 장치.
    Figure pat00044

    (식 중, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 고리를 형성하는 치환 또는 비치환된 탄소수가 6~13의 아릴기를 나타내고, R1~R8은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타낸다. X1 및 X2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 벤조[b]나프토[1,2－d]퓨란일기를 나타낸다.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정공 수송성 물질은 방향족 아민 화합물인, 발광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층과 상기 제 2 발광층 사이에, 전자 수송성 물질과 전자 공여체를 더 포함하는, 발광 장치.
  4. 발광 장치에 있어서,
    한 쌍의 전극 사이에, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 포함하고,
    상기 제 1 발광층과 상기 제 2 발광층 사이에, 전자 수송성 물질과 전자 공여체를 포함하고,
    상기 제 1 발광층은 식(G1)으로 표시되는 유기 화합물을 포함하는, 발광 장치.
    Figure pat00045

    (식 중, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 고리를 형성하는 치환 또는 비치환된 탄소수가 6~13의 아릴기를 나타내고, R1~R8는 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기를 나타낸다. X1 및 X2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 벤조[b]나프토[1,2－d]퓨란일기를 나타낸다.)
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 전자 수송성 물질은 복소 방향족 화합물이며, 상기 전자 공여체는 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 또는 희토류 금속인, 발광 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    백색 발광하는, 발광 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층의 발광색과 상기 제 2 발광층의 발광색이 보색의 관계인, 발광 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 4 항에 기재된 발광 장치를 포함하는, 전자기기.
  9. 제 1 항 또는 제 4 항에 기재된 발광 장치를 포함하는, 조명 장치.
  10. 하기 식(12)로 표시되는, 화합물.
    Figure pat00046

    (식 중, X5는 염소 또는 아이오딘을 나타낸다. R10~R18은 각각 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1~6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6~10의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.)
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 식(12)는 식(14)로 표시되는, 화합물.
    Figure pat00047
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 식(12)는 식(15)로 표시되는, 화합물.

    Figure pat00048



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