KR20200062124A - 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 조명 장치, 및 피렌계 화합물 - Google Patents

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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 복수의 발광색이 얻어지는 고효율 발광 소자를 제작하는 경우에, 발광층이 적층 구조를 가지고 있어도 열화되기 어렵고 외부 양자 효율의 저하를 최소한으로 억제할 수 있는 발광 소자를 제공한다. 또한, 소비 전력이 낮고 장수명의 발광 소자, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공한다.
상기 발광 소자는 한 쌍의 전극 사이에 복수의 층을 적층하여 이루어진 발광층을 갖는 발광 소자이며, 각 발광층은 각각 호스트 재료와 게스트 재료를 갖고, 각 발광층의 게스트 재료는 HOMO 준위가 상이하지만 LUMO 준위가 같은 정도이며, 상이한 발광색을 나타내는 물질인 것을 특징으로 한다. 또한, 이 발광 소자를 적용하여 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제작한다.

Description

발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 조명 장치, 및 피렌계 화합물{LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, LIGHTING DEVICE, AND PYRENE-BASED COMPOUND}
본 발명의 일 형태는 복수의 발광색을 갖는 발광 소자에 관한 것이다. 또한, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다. 또한, 신규의 피렌계 화합물에 관한 것이다.
최근, 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용한 발광 소자의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은 발광성 물질을 함유한 층을 한 쌍의 전극 사이에 끼운 것이다. 이 소자에 전압을 인가함으로써 발광성 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이러한 발광 소자는 자발광(自發光)형이기 때문에, 액정 디스플레이와 비교하여 화소의 시인성(視認性)이 높고, 백 라이트가 불필요하다 등의 장점이 있어, 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합하다고 생각된다. 또한, 이와 같은 발광 소자는 박형 경량으로 제작할 수 있는 것도 큰 장점이다. 또한, 응답 속도가 매우 빠른 것도 특징 중의 하나이다.
그리고, 이들 발광 소자는 막 형상으로 형성할 수 있기 때문에, 면 형상의 발광을 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 면 형상의 발광을 이용한 대면적의 소자를 형성할 수 있다. 이것은 백열전구나 LED로 대표되는 점 광원 또는 형광등으로 대표되는 선 광원에서 얻기 힘든 특성이기 때문에, 조명 등에 응용할 수 있는 면 광원으로서의 이용 가치도 높다.
일렉트로루미네선스를 이용한 발광 소자는 발광성 물질이 유기 화합물인지, 또는 무기 화합물인지에 따라 크게 분류할 수 있다. 발광성 물질에 유기 화합물을 사용하는 경우, 발광 소자에 전압을 인가함으로써, 한 쌍의 전극으로부터 전자 및 정공 각각이 발광성 유기 화합물을 함유한 층에 주입되어, 전류가 흐른다. 그리고, 이들 캐리어(전자 및 정공)가 재결합함으로써, 발광성 유기 화합물이 여기 상태를 형성하고, 이 여기 상태가 기저 상태로 되돌아올 때 발광한다. 또한, 유기 화합물이 형성하는 여기 상태의 종류로서는 일중항 여기 상태와 삼중항 여기 상태가 가능하며, 일중항 여기 상태(S')로부터의 발광이 형광, 삼중항 여기 상태(T')로부터의 발광이 인광이라고 불린다.
발광성 유기 화합물을 사용한 발광 소자의 발광층에 발광성 유기 화합물을 단독으로 사용함으로써, 그 기능을 얻을 수 있지만, 발광성 유기 화합물의 농도 소광(消光) 등을 억제하기 위하여, 다른 물질로 이루어진 매트릭스 내에 발광성 유기 화합물을 분산시켜 형성하는 방법도 이용되고 있다. 또한, 매트릭스가 되는 물질은 호스트 재료, 매트릭스 내에 분산되는 물질은 게스트 재료라고 불린다.
이 경우에는 양쪽의 전극으로부터 주입된 캐리어(전자 및 정공)는 발광층 내의 호스트 재료에서 재결합하고, 이 에너지를 게스트 재료가 받음으로써 발광한다. 따라서, 고휘도이고 색 순도가 높은 발광이 얻어지는 것이 알려져 있다.
또한, 근년에 들어 조명의 용도로서 백색을 발광하는 발광 소자가 적용되어 있다. 이 경우에는 복수의 발광 재료를 사용함으로써, 백색 발광을 얻을 수 있다. 그러나, 복수 종류의 발광 재료를 함유한 발광층이 형성되면, 발광 재료간에서 에너지가 이동하여, 색도 변화나 외부 양자 효율의 저하 등의 문제가 발생한다.
이 문제를 해결하기 위해서, 서로 상이한 발광 재료를 함유한 복수의 발광층을 적층시킨다는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 그러나, 이 경우에는 적층된 층의 계면에서 전하가 축적되는 등의 이유로, 열화가 발생하기 쉽다는 문제가 있다.
일본국 특개2006-269232호 공보
본 발명의 일 형태는 복수의 발광색이 얻어지는 고효율의 발광 소자를 제작하는 경우에 있어서, 발광층이 적층 구조를 가져 있어도 열화되기 어렵고, 외부 양자 효율의 저하를 최소한으로 억제할 수 있는 발광 소자를 제공한다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상기 발광 소자의 발광층에 적합한 신규의 피렌계 화합물을 제공한다. 또한, 본 발명의 일 형태는 신규의 피렌계 화합물을 적용함으로써, 고효율의 발광 소자를 제공한다. 또한, 본 발명의 일 형태는 신규의 피렌계 화합물을 적용한 발광 소자를 사용함으로써, 소비 전력이 낮고 장수명의 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공한다.
본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 복수의 층을 적층하여 이루어진 발광층을 갖는 발광 소자이며, 각 발광층은 각각 호스트 재료와 게스트 재료를 갖고, 각 발광층의 게스트 재료는 HOMO 준위가 상이하지만 LUMO 준위가 같은 정도이고, 상이한 발광색을 나타내는 물질인 것을 특징으로 한다. 또한, 'LUMO 준위가 같은 정도'란 LUMO 준위들이 ±0.2eV 이내, 바람직하게는 ±0.1eV 이내의 범위에 있는 것을 말한다.
또한, 복수의 발광층에 있어서, 발광층마다 상이한 게스트 재료를 사용하고, 각각 HOMO 준위는 상이하지만 LUMO 준위가 같은 정도인 재료를 상이한 게스트 재료로서 사용함으로써, 적층된 발광층의 계면에 정공 트랩 특성(hole-trapping property)을 부여하고, 전자의 이동을 저해하기 어려운 구조를 갖는 적층형 발광층을 형성할 수 있다. 따라서, 발광 효율이 높고 장수명의 발광 소자를 형성할 수 있다.
상기 발광 소자에 있어서, 각 발광층에 사용하는 호스트 재료로서는 공통의 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 양극성(bipolar)을 갖는 재료가 바람직하다. 양극성을 갖는 공통의 재료를 호스트 재료로서 사용함으로써, 적층 구조를 갖는 발광층이어도 호스트 재료가 캐리어 수송성에 미치는 영향을 억제하여, 소자 설계를 용이하게 할 수 있다.
또한, 각 발광층에 사용하는 공통의 호스트 재료로서는 양극성일 뿐만 아니라, 축합 방향족 탄화 수소를 함유한 재료인 것이 더 바람직하다. 축합 방향족 탄화 수소를 함유함으로써 분자량이 커져, 열 물성이 양호하게 되기 때문이다. 축합 방향족 탄화 수소를 함유한 재료를 사용하여 발광 소자를 제작한 경우에는 내열성이 높은 발광 소자를 형성할 수 있다. 또한, 축합 방향족 탄화 수소를 함유한 재료로서는 안트라센, 트라이페닐렌, 피렌, 페난트렌, 또는, 플루오란텐을 함유한 재료를 들 수 있다.
상기 발광 소자에 있어서, 각 발광층에 사용하는 게스트 재료로서는 각각 구조가 상이한 피렌계 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 피렌계 화합물은 피렌다이아민 화합물, 특히 피렌-1,6-다이아민 화합물이 바람직하다. 또한 이 때, 호스트 재료로서는 안트라센을 함유한 재료가 바람직하고, 특히 아민 골격을 갖지 않고 안트라센을 함유한 재료가 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태이며, 상기 발광 소자의 각 발광층에 사용할 수 있는 게스트 재료는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 신규의 피렌계 화합물이다.
[일반식(G1)]
Figure pat00001
다만, 일반식(G1)에서 Ar는 치환 또는 무치환의 탄소수가 6 내지 10인 아릴기를 나타내고, α는 치환 또는 무치환의 페닐렌기를 나타내고, R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 4인 알킬기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, R13 내지 R20은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 6인 알킬기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, n은 0 또는 1이다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 신규의 피렌계 화합물이다.
[일반식(G2)]
Figure pat00002
다만, 일반식(G2)에서 Ar는 치환 또는 무치환의 탄소수가 6 내지 10인 아릴기를 나타내고, R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 4인 알킬기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, R13 내지 R20은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 6인 알킬기 중 어느 것을 나타낸다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G3)으로 나타내어지는 신규의 피렌계 화합물이다.
[일반식(G3)]
Figure pat00003
다만, 일반식(G3)에서 R1 내지 R12 및 R21 내지 R25는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 4인 알킬기 중 어느 것을 나타낸다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는 하기 구조식(100)으로 나타내어지는 신규의 피렌계 화합물이다.
[구조식(100)]
Figure pat00004
상술한 본 발명의 일 형태인 신규의 피렌계 화합물로부터는 색 순도가 높은 청록색의 발광이 얻어진다. 따라서, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 층을 적층하여 이루어진 발광층을 갖는 발광 소자이며, 각 발광층은 각각 호스트 재료와 게스트 재료를 갖고, 각 발광층의 게스트 재료로서 복수 종류의 피렌계 화합물을 사용하는 발광 소자를 형성하는 경우, 상술한 본 발명의 일 형태인 신규의 피렌계 화합물 중 적어도 1종류를 게스트 재료로서 사용하고, HOMO 준위가 상이하지만 LUMO 준위가 같은 정도인 다른 피렌계 화합물을 다른 게스트 재료로서 사용하여 발광층을 형성함으로써, 각각의 게스트 재료의 발광색이 동시에 얻어지는 발광 소자를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태인 발광 소자이며, 각각 상이한 게스트 재료를 함유하여 형성된 적층 구조를 갖는 발광층에, 주황색을 나타내는 발광성 물질을 함유한 발광층을 추가적으로 적층함으로써, 우수한 백색을 발광할 수 있는 발광 소자를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태는 발광 소자를 갖는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 갖는 전자 기기 및 조명 장치도 범주에 포함한다. 따라서, 본 명세서에서 말하는 발광 장치란 화상 표시 디바이스, 발광 디바이스, 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한, 발광 장치에 커넥터, 예를 들어 FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 TAB(Tape Automated Bonding) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TAB 테이프나 TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 모듈, 또는 발광 소자에 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함한다.
본 발명의 일 형태는 복수의 발광색이 얻어지는 고효율의 발광 소자를 제작하는 경우에 있어서, 발광층이 적층 구조를 가져 있어도 열화되기 어렵고, 외부 양자 효율의 저하를 최소한으로 억제할 수 있는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상기 발광 소자의 발광층에 적합한 신규의 피렌계 화합물을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태는 신규의 피렌계 화합물을 적용함으로써, 고효율의 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태는 신규의 피렌계 화합물을 적용한 발광 소자를 사용함으로써, 소비 전력이 낮고 장수명의 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공할 수 있다.
도 1(A) 및 도 1(B)는 발광 소자의 구조에 대해 설명하기 위한 도면.
도 2(A) 및 도 2(B)는 발광 소자의 구조에 대해 설명하기 위한 도면.
도 3(A) 및 도 3(B)는 발광 장치에 대해 설명하기 위한 도면.
도 4(A) 내지 도 4(D)는 전자 기기에 대해 설명하기 위한 도면.
도 5(A) 내지 도 5(C)는 전자 기기에 대해 설명하기 위한 도면.
도 6은 조명 장치에 대해 설명하기 위한 도면.
도 7(A) 및 도 7(B)는 구조식(100)으로 나타내어지는 피렌계 화합물의 1H-NMR 차트.
도 8(A) 및 도 8(B)는 구조식(100)으로 나타내어지는 피렌계 화합물의 자외선 가시광선 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 9(A) 및 도 9(B)는 구조식(108)으로 나타내어지는 피렌계 화합물의 1H-NMR 차트.
도 10(A) 및 도 10(B)는 구조식(108)으로 나타내어지는 피렌계 화합물의 자외선 가시광선 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 11은 발광 소자 1에 대해 설명하기 위한 도면.
도 12는 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 도면.
도 13은 발광 소자 1의 전압-전류 특성을 도시한 도면.
도 14는 발광 소자 1의 색도를 도시한 색도도.
도 15는 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 도시한 도면.
도 16은 발광 소자 1의 신뢰성을 도시한 도면.
도 17은 발광 소자 2에 대해 설명하기 위한 도면.
도 18은 발광 소자 2의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 도면.
도 19는 발광 소자 2의 색도를 도시한 색도도.
도 20은 발광 소자 2의 발광 스펙트럼을 도시한 도면.
도 21은 구조식(100)으로 나타내어지는 복소환 화합물의 LC-MS 측정 결과를 도시한 도면.
이하에서, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하에 기재되는 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하에 제시되는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자에 대해 도 1(A) 및 도 1(B)를 사용하여 설명한다.
본 실시형태에 제시되는 발광 소자는 도 1(A)에 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)되어 있고, EL층(102)은 발광층(113) 이외에 정공(또는 홀) 주입층(111), 정공(또는 홀) 수송층(112), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 전하 발생층(E)(116) 등을 포함하여 형성된다.
이러한 발광 소자에 전압을 인가함으로써, 제 1 전극(101) 측으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(103) 측으로부터 주입된 전자가 발광층(113)에서 재결합하여 발광층(113)에 함유되는 물질을 여기 상태로 한다. 그리고, 여기 상태의 물질이 기저 상태로 되돌아올 때 발광한다.
또한, EL층(102)에서의 발광층(113)은 복수의 층으로 이루어진 적층 구조를 갖는다. 예를 들어, 발광층(113)이 2층으로 이루어진 적층 구조를 갖는 경우에는, 도 1(B)에 도시된 바와 같이 제 1 발광층(113a)과 제 2 발광층(113b)을 갖는 구조가 된다.
제 1 발광층(113a)과 제 2 발광층(113b)에 있어서, LUMO 준위는 같은 정도(LUMO(a)≒LUMO(b))이지만, HOMO 준위가 상이하게(HOMO(a)≠HOMO(b)) 되도록 형성된다. 도 1(B)에 도시된 바와 같이, 제 1 발광층(113a)의 HOMO 준위(HOMO(a))가 제 2 발광층(113b)의 HOMO 준위(HOMO(b))보다 깊은 준위를 갖는 경우에는, 이로 인하여 정공 트랩 특성이 생기기 때문에, 정공(홀)과 전자의 재결합 영역을 발광층의 내부에 가둘 수 있다. 따라서, 발광 소자에서의 발광 효율을 종래보다 높일 수 있다. 그러므로, 발광층의 양극 측(제 1 발광층)에 포함되는 게스트 재료는 음극 측(제 2 발광층)에 포함되는 게스트 재료보다 짧은 파장의 빛을 발광하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 발광층(113a)과 제 2 발광층(113b)에 있어서, LUMO 준위를 같은 정도(LUMO(a)≒LUMO(b))로 하고, HOMO 준위가 상이하게(HOMO(a)≠HOMO(b)) 되도록 형성하는 경우에는, 제 1 발광층(113a)과 제 2 발광층(113b)에 같은 호스트 재료를 사용하고, 게스트 재료를 각각 상이한 재료로 형성하면 좋다. 또한, 각각의 발광층(제 1 발광층(113a), 제 2 발광층(113b))에서 상이한 발광색이 얻어지는 경우에도, 상이한 게스트 재료를 사용함으로써, 제 1 발광층(113a)과 제 2 발광층(113b) 사이의 계면에서 정공(홀)이 트랩되기 때문에, 발광색이 상이한 빛을 동시에 발광시킬 수 있다. 이것은 예를 들어, 다른 발광층과 조합하여 백색광을 얻는 경우에는 연색성을 향상시킬 수 있기 때문에 매우 유리하다.
EL층(102)에서의 정공 주입층(111)은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터(acceptor)성 물질을 포함하는 층이며, 억셉터성 물질에 의해 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 추출됨으로써 정공(홀)이 발생한다. 따라서, 정공 주입층(111)으로부터 정공 수송층(112)을 통하여 발광층(113)으로 정공이 주입된다.
또한, 전하 발생층(E)(116)은 정공 수송성이 높은 물질과 억셉터성 물질을 포함하는 층이다. 억셉터성 물질에 의해 정공 수송성이 높은 물질로부터 전자가 추출되므로, 추출된 전자는 전자 주입성을 갖는 전자 주입층(115)으로부터 전자 수송층(114)을 통하여 발광층(113)으로 주입된다.
이하에 본 실시형태에 제시되는 발광 소자를 제작하는 경우의 구체적인 예에 대해 설명한다.
제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(103)에는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 인듐-산화 주석(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연(Indium Zinc Oxide), 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti) 외에, 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 즉 리튬(Li)이나 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 알칼리 토금속, 및 이들을 함유한 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이테르븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 함유한 합금, 그래핀 등을 사용할 수 있다. 아울러 제 1 전극(양극)(101) 및 제 2 전극(음극)(103)은 예를 들어, 스퍼터링법이나 증착법(진공 증착법을 포함함) 등에 의해 형성할 수 있다.
정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 전하 발생층(E)(116)에 사용하는 정공 수송성이 높은 물질로서는, 예를 들어, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD)이나 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1, 1'-비페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카르바졸-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), 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물, 3-[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카르바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카르바졸-3-일)아미노]-9-페닐카르바졸(약칭: PCzPCN1) 등을 들 수 있다. 그 외에, 4,4'-다이(N-카르바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카르바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라세닐)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA) 등의 카르바졸 유도체 등을 사용할 수 있다. 여기서 기술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 이들 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 폴리(N-비닐카르바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-비닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아미드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 정공 주입층(111) 및 전하 발생층(E)(116)에 사용하는 억셉터성 물질로서는, 전이(轉移) 금속 산화물이나 원소 주기율표의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 몰리브덴이 특히 바람직하다. 또한, 유기 화합물의 억셉터성 물질을 사용하여도 좋다.
발광층(113)은 적층 구조를 가지며, 각 발광층은 각각 호스트 재료와 게스트 재료를 갖는다. 또한, 각 발광층의 호스트 재료는 게스트 재료보다 삼중항 여기 에너지가 큰 공통의 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 양극성을 갖는 재료가 바람직하다. 더 바람직하게는 양극성일 뿐만 아니라 축합 방향족 탄화 수소를 함유한 재료를 사용한다. 구체적으로는 안트라센, 트라이페닐렌, 피렌, 페난트렌, 또는, 플루오란텐을 함유한 재료를 들 수 있다.
또한, 각 발광층의 게스트 재료는 HOMO 준위가 상이하지만 LUMO 준위가 같은 정도이며, 상이한 발광색을 나타내는 물질이다. 각 발광층에 사용하는 게스트 재료로서는 각각 구조가 상이한 피렌계 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 피렌계 화합물은 피렌다이아민 화합물, 특히 피렌-1,6-다이아민 화합물이 바람직하다. 피렌다이아민 화합물은 아민 골격을 변경함으로써, 피렌에서 유래한 LUMO 준위를 같은 정도로 유지한 채 발광색 및 HOMO 준위를 변경할 수 있기 때문이다. 또한 이 때, 호스트 재료로서는 안트라센을 함유한 재료가 바람직하고, 특히 아민 골격을 갖지 않고 안트라센을 함유한 재료가 바람직하다. 이러한 재료는 LUMO가 피렌다이아민 화합물과 같은 정도이기 때문에, 전자 수송이 윤활하게 되는 한편, HOMO 준위는 피렌다이아민 화합물보다 깊기 때문에, 정공 트랩이 유효하게 작용한다. 이러한 구성에 의해, 구동 전압이 낮고 발광 효율이 높은 소자를 제작할 수 있다. 또한, 정공이 통과되기 어렵기 때문에, 전자 수송층이나 음극의 전자 수송성이나 전자 주입성이 경시적으로 저하되어도 정전류 구동시에 휘도가 저하되기 어렵다. 따라서, 장수명의 발광 소자를 얻을 수 있다.
또한, 게스트 재료로서 사용할 수 있는 피렌계 화합물의 일 형태에 대해서는 후술하는 실시형태 2 및 실시예 1 내지 실시예 3에서 제시하는 것으로 한다. 또한, 본 실시형태에서 제시하는 발광 소자에 포함되는 적층 구조를 갖는 발광층에 있어서, 각 발광층에서 사용하는 게스트 재료는 각각 상이한 재료를 사용하고, 또 실시형태 2에서 제시하는 피렌계 화합물 중 적어도 1 종류를 사용하는 것으로 한다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성이 높은 물질을 함유한 층이다. 전자 수송층(114)에는 Alq3, 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(약칭: BeBq2), BAlq, Zn(BOX)2, 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한, 2-(4-비페닐릴)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸―2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐―5-(4-비페닐릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소쿠프로인(약칭: BCP), 4,4'-비스(5-메틸벤조옥사졸―2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 복소 방향족 화합물도 사용할 수 있다. 또한, 폴리(2,5-피리딘-다이일)(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'-비피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 여기에 기술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면, 상기 이외의 물질을 전자 수송층으로서 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수송층은 단층뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층된 구조로 하여도 좋다.
전자 주입층(115)은 전자 주입성이 높은 물질을 함유한 층이다. 전자 주입층(115)에는 불화 리튬(LiF), 불화 세슘(CsF), 불화 칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 불화 에르븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질을 사용할 수도 있다.
또는, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어진 복합 재료를 전자 주입층(115)에 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의해 유기 화합물에 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는 발생한 전자를 우수하게 수송할 수 있는 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는 예를 들어, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질(금속 착체나 복소 방향족 화합물 등)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대해 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이나 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 에르븀, 이테르븀 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한, 산화 마그네슘과 같은 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한, 테트라티아풀바렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 전하 발생층(E)(116)은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 발광층(113)이 적층 구조를 갖는 경우에는, 증착법으로 형성되는 층과, 잉크젯법으로 형성되는 층을 조합하여 형성하여도 좋다.
상술한 발광 소자는 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 사이에 발생한 전위차에 기인하여 전류가 흘러 EL층(102)에서 정공과 전자가 재결합함으로써 발광한다. 그리고 이 발광은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 어느 하나 또는 양쪽 모두를 통하여 외부로 추출된다. 따라서, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(103) 중 어느 하나 또는 양쪽 모두가 투광성을 갖는 전극이다.
또한, 본 실시형태에서 제시한 발광 소자는 본 발명의 일 형태이며, 발광층에 상이한 HOMO 준위를 갖지만 같은 정도의 LUMO 준위를 갖는 발광 소자의 일례이다. 이러한 발광 소자는 각 발광층에 상이한 HOMO 준위를 제공함으로써 발생하는 정공 트랩 특성에 의해, 정공(홀)과 전자의 재결합 영역을 발광층의 내부에 가둘 수 있기 때문에, 종래의 발광 소자에 비해 고효율의 발광 소자를 실현할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자를 구비한 발광 장치의 구성으로서는 패시브 매트릭스형 발광 장치나 액티브 매트릭스형 발광 장치 등을 제작할 수 있으며, 본 발명은 이들 양쪽 발광 장치를 포함한다.
또한, 액티브 매트릭스형 발광 장치의 경우, TFT의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 스태거형이나 역스태거형(inverted staggered) TFT를 적절히 사용할 수 있다. 또한, TFT 기판에 형성되는 구동용 회로에 관해서도, N형 및 P형 TFT로 이루어진 것이어도 좋고, N형 TFT 또는 P형 TFT 중 어느 하나로 이루어진 것이어도 좋다. 또한, TFT에 사용되는 반도체막의 결정성에 관해서도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 비정질 반도체막, 결정성 반도체막, 또는 산화물 반도체막 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시되는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 실시형태 1에 제시된 발광 소자에 적용할 수 있는 본 발명의 일 형태인 신규의 피렌계 화합물에 대해서 설명한다.
본 발명의 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 갖는 피렌계 화합물이다.
[일반식(G1)]
Figure pat00005
일반식(G1)에서 Ar는 치환 또는 무치환의 탄소수가 6 내지 10인 아릴기를 나타내고, α는 치환 또는 무치환의 페닐렌기를 나타내고, R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 4인 알킬기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, R13 내지 R20은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 6인 알킬기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, n은 0 또는 1이다.
여기서, α의 구체적인 예로서는 페닐렌기, 탄소수가 1 내지 4인 하나 이상의 알킬기로 치환된 페닐렌기를 들 수 있다.
또한, 일반식(G1)에서, n=0이면 합성이 용이하게 되기 때문에 더 바람직하다. 따라서, 본 발명의 일 형태는 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 피렌계 화합물이다.
[일반식(G2)]
Figure pat00006
일반식(G2)에 있어서, Ar는 치환 또는 무치환의 탄소수가 6 내지 10인 아릴기를 나타내고, R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 4인 알킬기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, R13 내지 R20은 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 6인 알킬기 중 어느 것을 나타낸다.
또한, 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 피렌계 화합물 중 하기 일반식(G3)으로 나타내어지는 피렌계 화합물이 바람직하다.
[일반식(G3)]
Figure pat00007
일반식(G3)에 있어서, R1 내지 R12 및 R21 내지 R25는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 4인 알킬기 중 어느 것을 나타낸다.
또한, 일반식(G1) 내지 일반식(G3)에 있어서, R1 내지 R12에서의 탄소수가 1 내지 4인 알킬기의 구체적인 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기 등을 들 수 있다. 또한, R13내지 R20에서의 탄소수가 1 내지 6인 알킬기의 구체적인 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 이소펜틸기, 헥실기, 사이크로헥실기 등을 들 수 있다.
다음에, 상술한 본 발명의 일 형태인 피렌계 화합물의 구체적인 구조식을 나타낸다(하기 구조식(100) 내지 구조식(114)). 다만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다.
[구조식(100) 내지 구조식(103)]
Figure pat00008
[구조식(104) 내지 구조식(107)]
Figure pat00009
[구조식(108) 내지 구조식(111)]
Figure pat00010
[구조식(112) 내지 구조식(114)]
Figure pat00011
상술한 본 발명의 일 형태인 신규의 피렌계 화합물의 합성 방법으로서는, 다양한 반응을 적용할 수 있다. 예를 들어, 이하에 나타내는 합성 반응을 수행함으로써 일반식(G1)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 피렌계 화합물을 합성할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 형태인 신규의 피렌계 화합물의 합성 방법은 이하의 합성 방법에 한정되지 않는다.
≪일반식(G1)으로 나타내어지는 피렌계 화합물의 합성 방법≫
하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 피렌계 화합물의 합성 방법의 일례에 대해서 설명한다.
[일반식(G1)]
Figure pat00012
하기 합성 스킴(A-1)으로 나타내어지는 바와 같이, 카르바졸 유도체의 할로겐화물(a1)과 아민을 갖는 아릴 화합물(a2)을 커플링(coupling)시킴으로써, 아민 유도체(a3)가 얻어진다.
[합성 스킴(A-1)]
Figure pat00013
또한, 합성 스킴(A-1)에 있어서, Ar는 치환 또는 무치환의 탄소수가 6 내지 10인 아릴기를 나타낸다. 또한, R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 4인 알킬기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, α는 치환 또는 무치환의 페닐렌기를 나타낸다. n은 0 또는 1이다. 또한, X1은 할로겐을 나타내며, 반응성이 높다는 이유로, 브롬 또는 아이오딘이면 바람직하고, 이들 중에서 아이오딘이 더 바람직하다.
합성 스킴(A-1)에 있어서, 아민을 갖는 아릴 화합물(1급 아릴 아민 화합물, 또는 2급 아릴 아민 화합물)과 카르바졸 유도체의 할로겐화물의 커플링 반응에는 다양한 반응 조건의 합성 방법이 있고, 예를 들어, 염기 존재 하에서 금속 촉매를 사용한 합성 방법(하트위그-부흐바르트(Hartwig-Buchwald) 반응이나 울만(Ullmann) 반응 등)을 적용할 수 있다.
그래서, 합성 스킴(A-1)에 있어서, 하트위그-부흐바르트 반응을 사용하는 경우에 대해서 설명한다. 금속 촉매로서는 팔라듐 촉매를 사용할 수 있으며, 팔라듐 촉매로서는 팔라듐 착체와 그 배위자의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적인 팔라듐 착체로서는, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0), 초산 팔라듐(II) 등을 들 수 있다. 또한, 배위자로서는 트라이(tert-부틸)포스파인이나, 트라이(n-헥실)포스파인이나, 트라이사이클로헥실포스파인이나, 1,1-비스(다이페닐포스피노)페로센(약칭: DPPF) 등을 들 수 있다. 또한, 염기로서 사용할 수 있는 물질로서는 나트륨 tert-부톡사이드 등의 유기 염기, 탄산 칼륨 등의 무기 염기 등을 들 수 있다.
또한, 이 반응은 용액 중에서 수행하는 것이 바람직하고, 사용할 수 있는 용매로서는 톨루엔, 자일렌, 벤젠 등을 들 수 있다. 다만, 사용할 수 있는 촉매 및 그 배위자, 염기, 용매는 이들에 한정되지 않는다. 또한, 이 반응은 질소나 아르곤 등 불활성 분위기 하에서 수행하는 것이 바람직하다.
다음에, 합성 스킴(A-1)에 있어서, 울만 반응을 이용하는 경우에 대해서 설명한다. 금속 촉매로서는 구리 촉매를 사용할 수 있고, 구체적으로는 아이오딘화 구리(I) 또는 초산 구리(II)를 들 수 있다. 또한, 염기로서 사용할 수 있는 물질로서는 탄산 칼륨 등의 무기 염기를 들 수 있다.
이 반응도 용액 중에서 수행하는 것이 바람직하고, 사용할 수 있는 용매로서는 1,3-다이메틸-3,4,5,6-테트라하이드로-2(1H)-피리미디논(약칭: DMPU), 톨루엔, 자일렌, 벤젠 등을 들 수 있다. 다만, 사용할 수 있는 촉매, 염기, 용매는 이들에 한정되지 않는다. 또한, 이 반응은 질소나 아르곤 등 불활성 분위기 하에서 수행하는 것이 바람직하다.
또한 울만 반응에서는, 반응 온도가 100℃ 이상이면, 보다 단시간, 또 고수율로 목적물이 얻어지기 때문에, DMPU, 자일렌 등 비점이 높은 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 반응 온도는 더 높은 150℃ 이상의 온도가 더 바람직하기 때문에, 상술한 물질 중에서 DMPU를 사용하는 것이 더 바람직하다.
다음에, 합성 스킴(A-2)을 나타낸다. 하기 합성 스킴(A-2)으로 나타내어지는 바와 같이, 아민 유도체(a3)와 할로겐화 피렌 유도체(a4)를 커플링시킴으로써, 일반식(G1)으로 나타내어지는 아민 유도체를 얻을 수 있다.
[합성 스킴(A-2)]
Figure pat00014
또한, 합성 스킴(A-2)에 있어서, Ar는 치환 또는 무치환의 탄소수가 6 내지 10인 아릴기를 나타낸다. 또한, R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 4인 알킬기 중 어느 것을 나타낸다. R13 내지 R20는 각각 독립적으로 수소 원자, 탄소수가 1 내지 6인 알킬기 중 어느 것을 나타낸다. 또한, α는 치환 또는 무치환의 페닐렌기를 나타낸다. n은 0 또는 1이다. 또한, X2 및 X3은 할로겐을 나타낸다. 할로겐으로서는 브롬 또는 아이오딘이 바람직하지만, 반응성이 높다는 이유로 아이오딘이 더 바람직하다.
또한, 합성 스킴(A-2)에 있어서, 아민 유도체(a3)를 할로겐화 피렌 유도체(a4)에 대해 2당량 반응시키는 것으로 한다.
합성 스킴(A-2)에 있어서도, 합성 스킴(A-1)과 마찬가지로, 아민을 갖는 아릴 화합물(1급 아릴 아민 화합물, 또는 2급 아릴 아민 화합물)과 할로겐기를 갖는 아릴 화합물의 커플링 반응에는 다양한 반응 조건의 합성 방법이 있고, 예를 들어, 염기 존재 하에서 금속 촉매를 사용한 합성 방법(하트위그-부흐바르트 반응이나 울만 반응 등)을 적용할 수 있다.
여기까지 본 발명의 일 형태인 피렌계 화합물(G1)의 합성 방법의 일례에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 다른 합성 방법에 의해 합성되어도 좋다.
또한, 본 발명의 일 형태인 피렌계 화합물을 사용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 실현할 수 있다. 또한, 소비 전력이 낮은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 실현할 수 있다.
본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시되는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태로서, 전하 발생층을 개재하여 복수의 EL층을 갖는 구조의 발광 소자(이하에서, 탠덤형 발광 소자라고 함)에 대해서 설명한다.
본 실시형태에 제시되는 발광 소자는 도 2(A)에 도시된 바와 같이 한 쌍의 전극(제 1 전극(201) 및 제 2 전극(204)) 사이에 복수의 EL층(제 1 EL층(202(1)), 제 2 EL층(202(2)))을 갖는 탠덤형 발광 소자이다.
본 실시형태에 있어서, 제 1 전극(201)은 양극으로서 기능하는 전극이고, 제 2 전극(204)은 음극으로서 기능하는 전극이다. 또한, 제 1 전극(201) 및 제 2 전극(204)은 실시형태 1과 같은 구성을 사용할 수 있다. 또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(202(1)), 제 2 EL층(202(2)))은 실시형태 1에 제시된 EL층과 같은 구성이어도 좋지만, 적어도 어느 한쪽이 동일한 구성이면 좋다. 즉, 제 1 EL층(202(1)), 제 2 EL층(202(2))은 같은 구성이든 다른 구성이든 어느 쪽이라도 좋고, 이들의 구성은 실시형태 1에 제시된 것과 같은 것을 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태인 실시형태 2에 제시된 피렌계 화합물은 본 실시형태에 제시되는 복수의 EL층(제 1 EL층(202(1)), 제 2 EL층(202(2))) 중 어느 하나, 또는 양쪽 모두에 사용할 수 있다.
또한, 복수의 EL층(제 1 EL층(202(1)), 제 2 EL층(202(2))) 사이에는 전하 발생층(I)(205)이 제공되어 있다. 전하 발생층(I)(205)은 제 1 전극(201)과 제 2 전극(204)에 전압을 인가하였을 때, 한쪽의 EL층에 전자를 주입하고, 다른 쪽의 EL층에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 본 실시형태의 경우에는, 제 2 전극(204)보다 전위가 높게 되도록 제 1 전극(201)에 전압을 인가하면, 전하 발생층(I)(205)으로부터 제 1 EL층(202(1))에 전자가 주입되고, 제 2 EL층(202(2))에 정공이 주입된다.
또한, 전하 발생층(I)(205)은 광 추출 효율의 관점에서 가시광에 대해 투광성을 갖는(구체적으로는, 전하 발생층(I)(205)에 대한 가시광의 투과율이 40% 이상인) 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(I)(205)은 제 1 전극(201)이나 제 2 전극(204)보다 낮은 도전율인 경우에도 기능한다.
전하 발생층(I)(205)은 정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성이어도 좋고, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성이어도 좋다. 또한, 이들의 구성이 적층되어 있어도 좋다.
정공 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 수용체가 첨가된 구성으로 하는 경우에 있어서, 정공 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 예를 들어, NPB나 TPD, TDATA, MTDATA, 4,4'-비스[N-(스피로-9,9'-비플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 여기에 기술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 유기 화합물이라면 상기 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 수용체로서는 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오르퀴노디메탄(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한, 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 또한, 원소 주기율표의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 니오븀, 산화 탄탈, 산화 크롬, 산화 몰리브덴, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄은 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그 중에서도 특히 산화 몰리브덴은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
한편, 전자 수송성이 높은 유기 화합물에 전자 공여체가 첨가된 구성으로 하는 경우에, 전자 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 예를 들어, Alq, Almq3, BeBq2, BAlq 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조 퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 또한, 이 외에 Zn(BOX)2, Zn(BTZ)2 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 갖는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한, 금속 착체 이외에 PBD나 OXD-7, TAZ, BPhen, BCP 등도 사용할 수 있다. 여기에 기술한 물질은 주로 10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 갖는 물질이다. 다만, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이라면 상기 이외의 물질을 사용하여도 좋다.
또한, 전자 공여체로서는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 또는 원소 주기율표의 2족, 13족에 속하는 금속이나 이것의 산화물, 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이테르븀(Yb), 인듐(In), 산화 리튬, 탄산 세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 테트라티아나프타센과 같은 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
또한, 상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(I)(205)을 형성함으로써, EL층이 적층된 경우에 구동 전압이 상승되는 것을 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는 2층의 EL층을 갖는 발광 소자에 대해 설명하였으나, 도 2(B)에 도시된 바와 같이 n층(다만, n은 3 이상)의 EL층을 적층한 발광 소자에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 갖는 경우, EL층과 EL층 사이에 전하 발생층(I)을 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채, 고휘도 영역에서 발광이 가능하다. 전류 밀도를 낮게 유지할 수 있기 때문에, 장수명 소자를 실현할 수 있다. 또한, 조명을 응용예로 한 경우에는 전극 재료의 저항으로 인한 전압 강하를 작게 할 수 있으므로, 대면적에서의 균일한 발광이 가능하게 된다. 또한, 저전압 구동이 가능하고 소비 전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시되는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 갖는 발광 장치에 대해서 설명한다.
또한, 상기 발광 장치는 패시브 매트릭스형 발광 장치든 액티브 매트릭스형 발광 장치든 어느 쪽이어도 좋다. 본 실시형태에 제시되는 발광 장치에는 다른 실시형태에서 설명한 발광 소자를 적용할 수 있다.
본 실시형태에서는 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대해 도 3(A) 및 도 3(B)를 사용하여 설명한다.
또한, 도 3(A)는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 3(B)는 도 3(A)에 도시된 쇄선 A-A'에서 절단한 경우의 단면도이다. 본 실시형태에 따른 액티브 매트릭스형 발광 장치는 소자 기판(301) 위에 형성된 화소부(302)와, 구동 회로부(소스라인 구동 회로)(303)와, 구동 회로부(게이트라인 구동 회로)(304a, 304b)를 갖는다. 화소부(302), 구동 회로부(303), 및 구동 회로부(304a, 304b)는 씰재(305)에 의하여, 소자 기판(301)과 밀봉 기판(306) 사이에 밀봉된다.
또한, 소자 기판(301) 위에는 구동 회로부(303), 및 구동 회로부(304a, 304b)에 외부로부터의 신호(예를 들어, 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 또는 리셋 신호 등)나 전위를 전달하는 외부 입력 단자를 접속하기 위한 리드 배선(307)이 제공된다. 여기서는, 외부 입력 단자로서 FPC(플렉시블 프린트 서킷)(308)를 제공하는 예를 도시하였다. 또한, 여기서는 FPC만 도시되었지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)이 부착되어도 좋다. 본 명세서에 있어서 발광 장치란 발광 장치 본체뿐만 아니라, 발광 장치에 FPC 또는 PWB가 부착된 상태도 포함한다.
다음에, 단면 구조에 대해서 도 3(B)를 참조하여 설명하기로 한다. 소자 기판(301) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 소스라인 구동 회로인 구동 회로부(303)와, 화소부(302)가 도시되어 있다.
구동 회로부(303)에 n채널형 TFT(309)와 p채널형 TFT(310)를 조합한 CMOS회로가 형성되는 예를 도시하였다. 또한, 구동 회로부를 형성하는 회로는 다양한 CMOS회로, PMOS회로 또는 NMOS회로로 형성하여도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형을 제시하지만, 반드시 이 구조로 할 필요는 없고, 기판 위가 아니라 외부에 구동 회로를 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(302)는 스위칭용 TFT(311)와, 전류 제어용 TFT(312)와, 전류 제어용 TFT(312)의 배선(소스 전극 또는 드레인 전극)에 전기적으로 접속된 제 1 전극(양극)(313)을 포함하는 복수의 화소로 형성된다. 또한, 제 1 전극(양극)(313)의 단부를 덮어 절연물(314)이 형성되어 있다. 여기서는, 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용하여 형성한다.
또한, 절연물(314) 위에 적층되는 막의 피복성을 양호하게 하기 위해서, 절연물(314)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 절연물(314)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 이용한 경우, 절연물(314)의 상단부에 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 갖는 곡면을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(314)로서 네거티브형 감광성 수지 또는 포지티브형 감광성 수지 중 어느 것이나 사용할 수 있으며, 유기 화합물에 한정되지 않고, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘 등과 같은 무기 화합물도 사용할 수 있다.
제 1 전극(양극)(313) 위에 EL층(315) 및 제 2 전극(음극)(316)이 적층으로 형성되어 있다. EL층(315)은 적어도 발광층이 제공되어 있으며, 발광층은 실시형태 1에 제시된 적층 구조를 갖는다. 또한, 실시형태 2에 제시된 피렌계 화합물을 사용할 수 있다. 또한, EL층(315)에는 발광층 외에도 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등을 적절히 제공할 수 있다.
또한, 발광 소자(317)는 제 1 전극(양극)(313), EL층(315) 및 제 2 전극(음극)(316)이 적층된 구조로 형성되어 있다. 제 1 전극(양극)(313), EL층(315) 및 제 2 전극(음극)(316)에 사용되는 재료로서는 실시형태 1에서 제시한 재료를 사용할 수 있다. 또한, 여기서는 도시하지 않았지만, 제 2 전극(음극)(316)은 외부 입력 단자인 FPC(308)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 3(B)에 도시된 단면도에서는 발광 소자(317)를 하나만 도시하였지만, 화소부(302)에 있어서, 복수의 발광 소자가 매트릭스 형상으로 배치되는 것으로 한다. 화소부(302)에는 3종류(R, G, B)의 발광이 얻어지는 발광 소자를 각각 선택적으로 형성하여, 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치를 형성할 수 있다. 또한, 컬러 필터와 조합함으로써 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치로 하여도 좋다.
또한, 밀봉 기판(306)과 소자 기판(301)을 씰재(305)로 접착시킴으로써, 소자 기판(301), 밀봉 기판(306), 및 씰재(305)로 둘러싸인 공간(318)에 발광 소자(317)가 구비된 구조로 되어 있다. 또한, 공간(318)에는 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 씰재(305)가 충전되는 구성도 포함한다.
또한, 씰재(305)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 수분 또는 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 재료를 이들 재료로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(306)에 사용하는 재료로서는, 유리 기판이나 석영 기판 이외에, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐 플로라이드), 폴리에스테르 또는 아크릴 등으로 이루어진 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 액티브 매트릭스형 발광 장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 적용하여 제작된 발광 장치를 사용하여 완성된 다양한 전자 기기의 일례에 관해서, 도 4(A) 내지 도 5(C)를 사용하여 설명한다.
발광 장치를 적용한 전자 기기로서, 예를 들어, 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파친코(pachinko)기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 도 4(A) 내지 도 4(D)에 도시하였다.
도 4(A)는 텔레비전 장치의 일례를 도시한 도면이다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 내장되어 있다. 표시부(7103)에 의해 영상을 표시할 수 있으며, 발광 장치를 표시부(7103)에 사용할 수 있다. 또한, 여기서는 스탠드(7105)에 의해 하우징(7101)을 지탱한 구성을 도시하였다.
텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)이 구비하는 조작 스위치나, 별도로 제공된 리모트 컨트롤러(7110)에 의해 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)가 구비하는 조작 키(7109)에 의해 채널이나 음량을 조작할 수 있으며, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한, 리모트 컨트롤러(7110)에, 상기 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 제공하는 구성으로 하여도 좋다.
이 때, 텔레비전 장치(7100)는 수신기나 모뎀 등을 구비한 구성으로 한다. 수신기에 의해 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있으며, 추가로 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의한 통신 네트워크에 접속함으로써, 한 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자간 또는 수신자들간 등)의 정보 통신을 할 수도 있다.
도 4(B)는 컴퓨터이며, 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 상기 컴퓨터는 발광 장치를 그 표시부(7203)에 사용하여 제작된다.
도 4(C)는 휴대형 게임기이며, 하우징(7301)과 하우징(7302)의 2개의 하우징으로 구성되어 있고, 연결부(7303)에 의해 개폐 가능하게 연결되어 있다. 하우징(7301)에는 표시부(7304)가 내장되고, 하우징(7302)에는 표시부(7305)가 내장되어 있다. 또한, 도 4(C)에 도시된 휴대형 게임기는 그 외, 스피커부(7306), 기록 매체 삽입부(7307), LED 램프(7308), 입력 수단(조작 키(7309), 접속 단자(7310), 센서(7311)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 빛, 액(液), 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경도(傾度), 진동, 냄새 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(7312)) 등을 구비하고 있다. 물론, 휴대형 게임기의 구성은 상술한 것에 한정되지 않고, 적어도 표시부(7304) 및 표시부(7305) 중 양쪽 또는 한쪽에 발광 장치를 사용하면 좋고, 그 이외의 부속 설비가 적절히 설치된 구성으로 할 수 있다. 도 4(C)에 도시된 휴대형 게임기는 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능이나, 다른 휴대형 게임기와 무선 통신을 실시하여 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 또한, 도 4(C)에 도시된 휴대형 게임기가 갖는 기능은 이것에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다.
도 4(D)는 휴대 전화기의 일례를 도시한 도면이다. 휴대 전화기(7400)는 하우징(7401)에 삽입된 표시부(7402) 외에, 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크(7406) 등을 구비하고 있다. 또한, 휴대 전화기(7400)는 발광 장치를 표시부(7402)에 사용하여 제작된다.
도 4(D)에 도시된 휴대 전화기(7400)는 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 정보를 입력할 수 있다. 또한, 전화를 걸거나 메일을 작성하는 등의 조작은 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 수행할 수 있다.
표시부(7402)의 화면은 주로 3가지 모드가 있다. 제 1 모드는 화상의 표시가 주된 표시 모드이고, 제 2 모드는 글자 등의 정보의 입력이 주된 입력 모드이다. 제 3 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2개의 모드가 혼합한 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 메일을 작성하는 경우에는, 표시부(7402)를 글자의 입력이 주된 글자 입력 모드로 하고, 화면에 표시시킨 글자의 입력 조작을 수행하면 좋다. 이 경우에는 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼을 표시시키는 것이 바람직하다.
또한, 휴대 전화기(7400) 내부에 자이로(gyroscope), 가속도 센서 등의 기울기를 검출하는 센서를 갖는 검출 장치를 제공함으로써, 휴대 전화기(7400)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여 표시부(7402)의 화면 표시를 자동적으로 전환하도록 할 수 있다.
또한, 화면 모드는 표시부(7402)를 터치하거나 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)을 조작함으로써 전환된다. 또한, 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환하도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시하는 화상 신호가 동영상 데이터라면, 표시 모드, 텍스트 데이터라면 입력 모드로 전환한다.
또한, 입력 모드에서 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하고, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능시킬 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)를 손바닥이나 손가락으로 터치하여 장문(掌紋)이나 지문 등을 촬상(撮像)함으로써 본인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 표시부에 근적외광을 발광하는 백 라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
도 5(A) 및 도 5(B)는 폴더형 태블릿 단말이다. 도 5(A)는 펼친 상태를 도시한 것이며, 태블릿 단말은 하우징(9630), 표시부(9631a), 표시부(9631b), 표시 모드 전환 스위치(9034), 전원 스위치(9035), 전력 절약 모드 전환 스위치(9036), 후크(9033), 조작 스위치(9038)를 갖는다. 또한 상기 태블릿 단말은 발광 장치를 표시부(9631a) 및 표시부(9631b) 중 한쪽 또는 양쪽에 사용하여 제작된다.
표시부(9631a)는 일부를 터치 패널의 영역(9632a)으로 할 수 있으며, 표시된 조작 키(9637)를 터치함으로써 데이터를 입력할 수 있다. 또한 도면에서는 일례로서 표시부(9631a)에 있어서 영역의 반이 표시만 하는 기능을 갖는 구성이고 영역의 나머지 반이 터치 패널 기능을 갖는 구성을 도시하였지만, 이 구성에 한정되지 않는다. 표시부(9631a)의 모든 영역이 터치 패널의 기능을 갖는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a)의 전체면에 키보드 버튼을 표시시킨 터치 패널로 하여, 표시부(9631b)를 표시 화면으로서 사용할 수 있다.
또한, 표시부(9631b)에서도 표시부(9631a)와 마찬가지로, 표시부(9631b)의 일부를 터치 패널의 영역(9632b)으로 할 수 있다. 또한, 터치 패널의 키보드 표시 전환 버튼(9639)이 표시되어 있는 위치를 손가락이나 스타일러스 등으로 터치함으로써 표시부(9631b)에 키보드 버튼을 표시할 수 있다.
또한, 터치 패널의 영역(9632a)과 터치 패널의 영역(9632b)에 대해 동시적으로 터치 입력을 수행할 수도 있다.
또한 표시 모드 전환 스위치(9034)는 세로 표시 또는 가로 표시 등의 표시 방향을 전환하거나, 흑백 표시나 컬러 표시의 전환 등을 선택할 수 있다. 전력 절약 모드 전환 스위치(9036)는 태블릿 단말에 내장된 광 센서로 검출되는 사용시의 외광의 광량에 따라 표시의 휘도를 최적으로 할 수 있다. 태블릿 단말은 광 센서뿐만 아니라, 자이로, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서와 같은 다른 검출 장치를 내장하여도 좋다.
또한 도 5(A)에서는 표시부(9631b)와 표시부(9631a)의 표시 면적이 같은 예를 도시하였지만, 이것에 특별히 한정되지 않고, 서로 크기가 상이하여도 좋고 표시 품질도 상이하여도 좋다. 예를 들어, 한쪽의 표시 패널을 다른 쪽보다 고정세한 표시가 가능한 표시 패널로 하여도 좋다.
도 5(B)는 닫은 상태를 도시한 것이며, 태블릿 단말은 하우징(9630), 태양 전지(9633), 충방전 제어 회로(9634), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 갖는다. 또한, 도 5(B)에는 충방전 제어 회로(9634)의 일례로서 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636)를 갖는 구성을 도시하였다.
또한 태블릿 단말은 접을 수 있기 때문에, 사용하지 않을 때는 하우징(9630)을 닫은 상태로 할 수 있다. 따라서, 표시부(9631a), 표시부(9631b)를 보호할 수 있기 때문에 내구성이 우수하며 장기 사용의 관점에서 봐도 신뢰성이 우수한 태블릿 단말을 제공할 수 있다.
또한, 상술한 것 이외에도 도 5(A) 및 도 5(B)에 도시한 태블릿 단말은 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시하는 기능, 달력, 날짜 또는 시각 등을 표시부에 표시하는 기능, 표시부에 표시한 정보를 터치 입력 조작하거나 편집하는 터치 입력 기능, 각종 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능 등을 가질 수 있다.
태블릿 단말의 표면에 장착된 태양 전지(9633)에 의해, 전력을 터치 패널, 표시부, 또는 영상 신호 처리부 등에 공급할 수 있다. 또한 태양 전지(9633)를 하우징(9630)의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 설치하면, 배터리(9635)를 효율적으로 충전할 수 있는 구성으로 할 수 있기 때문에 적합하다. 또한, 배터리(9635)로서는 리튬 이온 전지를 사용하면, 소형화를 도모할 수 있는 등의 장점이 있다.
또한, 도 5(B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)의 구성 및 동작에 대해 도 5(C)의 블록도를 참조로 설명한다. 도 5(C)는 태양 전지(9633), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치(SW1) 내지 스위치(SW3), 표시부(9631)를 도시한 것이며, 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치(SW1) 내지 스위치(SW3)가 도 5(B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)에 대응하는 개소이다.
우선, 외광에 의하여 태양 전지(9633)에 의해 발전되는 경우의 동작의 예에 대해 설명한다. 태양 전지로 발전된 전력의 전압은 배터리(9635)를 충전하기 위한 전압이 되도록 DCDC 컨버터(9636)에 의해 승압 또는 강압된다. 또한 표시부(9631)의 동작에 태양 전지(9633)로부터의 전력이 사용될 때는 스위치(SW1)를 온 상태로 하여, 컨버터(9638)에 의해 표시부(9631)에 필요한 전압으로 승압 또는 강압을 수행한다. 또한, 표시부(9631)에 있어서 표시를 수행하지 않을 때는, 스위치(SW1)를 오프로 하고 스위치(SW2)를 온으로 하여, 배터리(9635)를 충전하는 구성으로 하면 좋다.
또한, 태양 전지(9633)에 대해서는 발전 수단의 일례로서 제시하였지만, 특별히 한정되지 않고 압전 소자(피에조 소자)나 열전 변환 소자(펠티어 소자) 등의 다른 발전 수단에 의하여 배터리(9635)를 충전하는 구성이어도 좋다. 예를 들어, 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전하는 무접점 전력 전송 모듈이나, 다른 충전 수단을 조합하여 수행하는 구성으로 하여도 좋다.
또한 상기 실시형태에서 설명한 표시부를 구비하고 있으면, 도 5(A) 내지 도 5(C)에 도시된 전자 기기에 특별히 한정되지 않는 것은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 발광 장치를 적용하여 전자 기기를 얻을 수 있다. 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓으며, 모든 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 적용한 조명 장치의 일례에 대해서 도 6을 사용하여 설명한다.
도 6은 발광 장치를 실내의 조명 장치(8001)로서 사용한 예이다. 또한, 발광 장치는 대면적화도 가능하므로 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 이 외에, 곡면을 갖는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8002)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에 제시되는 발광 장치에 포함되는 발광 소자는 박막 형상이며, 하우징의 디자인 자유도가 높다. 따라서, 다양한 의장을 집약한 조명 장치를 형성할 수 있다. 또한, 실내의 벽면에 대형 조명 장치(8003)를 설치하여도 좋다.
또한, 발광 장치를 테이블의 표면에 사용함으로써 테이블로서의 기능을 구비한 조명 장치(8004)를 구현할 수 있다. 또한, 그 외의 가구의 일부에 발광 장치를 사용함으로써 가구로서의 기능을 구비한 조명 장치를 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 장치를 적용한 다양한 조명 장치가 얻어진다. 또한, 이러한 조명 장치는 본 발명의 일 형태에 포함된다.
또한, 본 실시형태에 제시된 구성은 다른 실시형태에 제시된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
≪합성예 1≫
본 실시예에서는 실시형태 2에 제시된 구조식(100)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 피렌계 화합물, N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피레닐)-N,N'-비스(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)다이아민(약칭: 1,6PCAPrn)의 합성 방법에 대해서 설명한다. 또한, 1,6PCAPrn(약칭)의 구조를 이하에 나타낸다.
[구조식(100)]
Figure pat00015
<N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피레닐)-N,N'-비스(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)다이아민(약칭: 1,6PCAPrn)의 합성>
100mL 삼구 플라스크에 0.80g(2.2mmol)의 1,6-다이브로모피렌과, 1.5g(4.4mmol)의 N-페닐-N-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)아민과, 0.86g(9.0mmol)의 나트륨 tert-부톡시드를 넣었다. 플라스크 내를 질소 치환하고 나서, 이 혼합물에 25mL의 톨루엔과, 2.2mL의 트라이-tert-부틸-포스파인(10wt% 헥산 용액)을 첨가하였다.
이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기시켰다. 탈기 후, 이 혼합물에 0.12g(0.22mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가하였다. 이 혼합물을 질소 기류하, 110℃에서 7시간 교반한 결과, 고체가 석출되었다. 교반후, 이 혼합물을 흡인 여과하여 고체를 얻었다.
얻어진 고체를 가열된 약 500mL의 톨루엔에 용해하고, 이 용액을 셀라이트, 알루미나, 플로리실을 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과를 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 클로로폼/헥산으로 재결정한 결과, 목적물인 황색 분말상 고체를 0.84g, 수율 43%로 얻었다.
또한, 얻어진 0.84g의 황색 분말상 고체를 트레인 서블리메이션법(train sublimation method)으로 승화 정제하였다. 승화 정제의 조건으로서는 압력을 3.5Pa로 하고, 아르곤 가스를 유량 5.0mL/min으로 흘리고, 가열 조건을 328℃로 하였다. 승화 정제후, 1,6PCAPrn의 황색 고체를 0.31g, 수율 37%로 얻었다.
상기 합성 방법의 반응 스킴(a-1)을 하기에 나타낸다.
[반응 스킴(a-1)]
Figure pat00016
상기 합성법을 이용하여 얻어진 화합물의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 7(A) 및 도 7(B)에 도시하였다. 도 7(B)는 도 7(A)를 확대한 차트이다. 이 결과로부터, 상술한 구조식(100)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 피렌계 화합물인 N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피레닐)-N,N'-비스(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)다이아민(약칭: 1,6PCAPrn)이 얻어진 것을 알았다.
1H NMR(C2H4Cl4, 300MHz):δ=8.16(t,J=7.2Hz, 2H), 8.26(d,J=8.4Hz, 4H), 8.43-8.52(m, 9H), 8.59-8.74(m, 10H), 8.84-8.86(m, 8H), 9.15-9.22(m, 3H), 9.26(s, 2H), 9.36(d,J=8.1Hz, 2H), 9.54(d,J=8.7Hz, 2H).
다음에, 본 실시예에서 얻어진 1,6PCAPrn(약칭)을 액체 크로마토그래피 질량 분석(Liquid Chromatography Mass Spectrometry, 약칭: LC/MS 분석)에 의해 분석하였다.
LC/MS 분석은 Acquity UPLC(Waters사 제조) 및 Xevo G2 Tof MS(Waters사 제조)를 이용하여 수행하였다.
MS 분석으로는 일렉트로 스프레이-이온화법(Electrospray Ionization, 약칭: ESI)에 의한 이온화를 수행하였다. 이 때의 캐필러리(Capillary) 전압은 3.0kV, 샘플 콘 전압은 30V로 하고, 검출은 포지티브 모드로 하여 수행하였다.
또한, 상술한 조건으로 이온화된 성분을 충돌실(콜리전 셀) 내에서 아르곤 가스와 충돌시켜 복수의 프로덕트 이온(product ion)으로 해리시켰다. 아르곤을 충돌시킬 때의 에너지(콜리전 에너지)는 70eV로 하였다. 또한, 측정하는 질량 범위는 m/z=100 내지 1200으로 하였다.
측정 결과를 도 21에 도시하였다. 도 21의 결과로부터, 구조식(100)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 피렌계 화합물인 1,6PCAPrn(약칭)은 주로 m/z=790 부근, m/z=624 부근, m/z=532 부근에서 프로덕트 이온이 검출되는 것을 알았다.
또한, 도 21에 도시된 결과는 1,6PCAPrn(약칭)에서 유래하는 특징적인 결과를 나타낸 것이므로, 혼합물 중에 포함되는 1,6PCAPrn(약칭)을 동정(同定)하는 데에 중요한 데이터라고 할 수 있다.
또한, m/z=790 부근의 프로덕트 이온은 구조식(100)의 화합물로부터 하나의 페닐기가 탈리된 상태의 양이온(cation)으로 추정되고, 본 발명의 일 형태인 피렌계 화합물의 특징 중 하나이다. 또한, m/z=624 부근의 프로덕트 이온은 구조식(100)의 화합물로부터 하나의 9-페닐-9H-카르바졸릴기가 탈리된 상태의 양이온으로 추정되기 때문에, 본 발명의 일 형태인 피렌계 화합물 1,6PCAPrn(약칭)이 9-페닐-9H-카르바졸릴기를 포함하는 것을 시사하고 있다. 또한, m/z=381 부근의 프로덕트 이온은 피렌다이아민에 2개의 페닐기가 결합된 상태의 양이온이라고 추측된다.
다음에, 1,6PCAPrn(약칭)의 자외선 가시광선 흡수 스펙트럼(이하에서, 단순히 '흡수 스펙트럼'이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외선 가시광선 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 이용하였다. 또한, 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, FS920)를 이용하였다. 또한, 1,6PCAPrn(약칭)의 톨루엔 용액과 1,6PCAPrn(약칭)의 박막 각각의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 톨루엔 용액의 경우에는 석영 셀에 넣고 실온에서 측정을 수행하였다. 박막의 경우에는 석영 기판에 증착한 박막을 사용하고, 흡수 스펙트럼을 측정하는 경우에는 박막의 흡수 스펙트럼으로부터 석영의 흡수 스펙트럼을 빼서 얻어지는 값을 나타낸다.
얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 8(A) 및 도 8(B)에 도시하였다. 또한, 도 8(A)에는 1,6PCAPrn(약칭)의 톨루엔 용액에 관해서 측정한 결과를 도시하였다. 또한, 도 8(B)에는 1,6PCAPrn(약칭)의 박막에 관해서 측정한 결과를 도시하였다. 도 8(A) 및 도 8(B)에 있어서, 가로축은 파장(nm), 세로축은 흡수 강도(임의 단위) 또는 발광 강도(임의 단위)를 나타낸다. 또한 도 8(A) 및 도 8(B)에 있어서, 2개의 실선이 도시되어 있지만, 가는 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다.
도 8(A)에 도시된 1,6PCAPrn(약칭)의 톨루엔 용액에서는 444nm 부근에 흡수 피크가 보이고, 도 8(B)에 도시된 1,6PCAPrn(약칭)의 박막에서는 450nm 부근에 흡수 피크가 보였다.
또한, 도 8(A)에 도시된 1,6PCAPrn(약칭)의 톨루엔 용액에서는 최대 발광 파장이 489nm(여기 파장 445nm), 도 8(B)에 도시된 1,6PCAPrn(약칭)의 박막에서는 최대 발광 파장이 526nm(여기 파장 450nm)이었다.
상술한 결과로부터, 1,6PCAPrn(약칭)은 색 순도가 양호한 청록색을 발광하는 것을 알았다. 따라서, 청록색의 발광 재료로서 사용할 수 있다.
또한, 1,6PCAPrn(약칭)의 HOMO 준위 및 LUMO 준위에 관해서, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 수행함으로써 구하였다. CV 측정에는 전기화학 분석기(BAS Inc. 제조, ALS 모델 600A 또는 600C)를 이용하였다.
또한, CV 측정에서의 용액은 용매로서 탈수 다이메틸폼아미드(DMF)(Sigma-Aldrich Inc. 제조, 99.8%, 카탈로그 번호; 22705-6)를 이용하고, 지지 전해질인 과염소산 테트라-n-부틸암모늄(n-Bu4NClO4)(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 제조, 카탈로그 번호; T0836)을 농도가 100mmol/L이 되도록 용해시키고, 또한 측정 대상을 농도가 2mmol/L이 되도록 용해시켜 조제하였다. 또한 작용 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, PTE 백금 전극)을 사용하고, 보조 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, VC-3용 Pt 카운터 전극(5cm))을 사용하고, 참조 전극으로서는 Ag/Ag+전극(BAS Inc. 제조, RE7 비수용매계 참조 전극)을 사용하였다. 또한, 측정은 실온(20℃ 내지 25℃)으로 수행하고, 측정시의 스캔 속도는 0.1V/sec로 통일하였다. 또한, 본 실시예에서는 참조 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지를 -4.94eV로 하였다.
CV 측정에서 얻어지는 산화 피크 전위 Epa와 환원 피크 전위 Epc의 중간의 전위(반파 전위)가 HOMO 준위에 상당하므로, 1,6PCAPrn(약칭)의 HOMO 준위는 -5.32eV로 산출되고, 1,6PCAPrn(약칭)의 LUMO 준위는 -2.75eV로 산출되었다.
또한, 본 실시예에서 합성한 1,6PCAPrn(약칭)을 사용하고, 이것과 HOMO 준위가 상이하지만 LUMO 준위가 같은 정도인 다른 피렌계 화합물의 적층으로 이루어진 발광층을 형성함으로써, 적층된 발광층의 계면에 정공 트랩 특성을 가지게 하면서 전자의 이동을 저해하기 어려운 구조를 갖는 적층형 발광층을 형성할 수 있다.
(실시예 2)
≪합성예 2≫
본 실시예에서는 실시형태 2에 제시된 구조식(108)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 피렌계 화합물, N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피레닐)-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)페닐]다이아민(약칭: 1,6PCBAPrn)의 합성 방법에 대해서 설명한다. 또한, 1,6PCBAPrn(약칭)의 구조를 이하에 나타낸다.
[구조식(108)]
Figure pat00017
<N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피레닐)-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)페닐]다이아민(약칭: 1,6PCBAPrn)의 합성>
1,6-다이브로모피렌 0.4g(1.2mmol), 4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)다이아민 1.5g(3.5mmol), 나트륨 tert-부톡사이드 0.5g(5.3mmol)을 50mL 삼구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다.
이 혼합물에 톨루엔 17.7mL, 트라이(tert-부틸)포스파인의 10% 헥산 용액 0.2mL를 첨가하였다. 이 혼합물을 80℃로 하고 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 33.4mg(0.05mmol)을 첨가하고 4.0시간 교반한 후, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 22.4mg(0.04mmol)을 첨가하고 0.5시간 교반하였다. 교반 후, 플로리실, 셀라이트, 알루미나를 통하여 흡인 여과하여, 여과액을 얻었다.
얻어진 여과액을 농축하여 얻은 고체를 실리카젤 칼럼 크로마토그래피(전개 용매는 헥산: 톨루엔=3:2)에 의하여 정제하고, 얻어진 플렉션을 농축하여, 목적물인 황색 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 클로로폼/헥산에 의해 재결정하여, 황색 고체를 수량 1.1g, 수율 90%로 얻었다.
얻어진 황색 고체 0.8g을 트레인 서블리메이션법으로 승화 정제하였다. 승화 정제 조건으로서는 압력을 1.1×10-2Pa로 하고, 가열 조건으로서는 400℃로 4.5시간, 408℃로 3.0시간으로 하였다. 승화 정제 후, 목적물인 황색 고체를 0.4g, 회수율 48%로 얻었다.
상기 합성 방법의 반응 스킴(b-1)을 하기에 나타낸다.
[반응 스킴(b-1)]
Figure pat00018
상기 합성법을 이용하여 얻어진 화합물의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 하기에 나타낸다. 또한, 1H-NMR 차트를 도 9(A) 및 도 9(B)에 도시하였다. 또한, 도 9(B)는 도 9(A)를 확대한 차트이다. 이 결과로부터, 상술한 구조식(108)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 피렌계 화합물인 N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피레닐)-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)페닐]다이아민(약칭: 1,6PCBAPrn)이 얻어진 것을 알았다.
1H NMR(CHCl3, 300MHz):δ=6.98(t,J=7.2Hz, 2H), 7.14-7.31(m, 14H), 7.38-7.50(m, 8H), 7.56-7.64(m, 14H), 7.89(d,J=7.8Hz, 2H), 7.97(d,J=9.3Hz, 2H), 8.13-8.17(m, 4H), 8.21(d,J=9.3Hz, 2H), 8.31(d,J=2.1Hz, 2H).
다음에, 1,6PCBAPrn(약칭)의 자외선 가시광선 흡수 스펙트럼(이하에서, 단순히 '흡수 스펙트럼'이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외선 가시광선 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 이용하였다. 또한, 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, FS920)를 이용하였다. 또한, 1,6PCBAPrn(약칭)의 톨루엔 용액과 1,6PCBAPrn(약칭)의 박막 각각의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 톨루엔 용액의 경우에는 석영 셀에 넣고 실온에서 측정을 수행하였다. 박막의 경우에는 석영 기판에 증착한 박막을 사용하고, 흡수 스펙트럼을 측정하는 경우에는 박막의 흡수 스펙트럼으로부터 석영의 흡수 스펙트럼을 빼서 얻어지는 값을 나타낸다.
얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 10(A) 및 도 10(B)에 도시하였다. 또한, 도 10(A)에는 1,6PCBAPrn(약칭)의 톨루엔 용액에 관해서 측정한 결과를 도시하였다. 도 10(B)에는 1,6PCBAPrn(약칭)의 박막에 관해서 측정한 결과를 도시하였다. 도 10(A) 및 도 10(B)에 있어서, 가로축은 파장(nm), 세로축은 흡수 강도(임의 단위) 또는 발광 강도(임의 단위)를 나타낸다. 또한 도 10(A) 및 도 10(B)에 있어서, 2개의 실선이 도시되어 있지만, 가는 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다.
도 10(A)에 도시된 1,6PCBAPrn(약칭)의 톨루엔 용액에서는 439nm 부근에 흡수 피크가 보이고, 도 10(B)에 도시된 1,6PCBAPrn(약칭)의 박막에서는 448nm 부근에 흡수 피크가 보였다.
또한, 도 10(A)에 도시된 1,6PCBAPrn(약칭)의 톨루엔 용액에서는 최대 발광 파장이 474nm(여기 파장 370nm), 도 10(B)에 도시된 1,6PCBAPrn(약칭)의 박막에서는 최대 발광 파장이 526nm(여기 파장 438nm)이었다.
상술한 결과로부터, 1,6PCBAPrn(약칭)은 색 순도가 양호한 청록색을 발광하는 것을 알았다. 따라서, 청록색의 발광 재료로서 사용할 수 있다.
또한, 1,6PCBAPrn(약칭)의 HOMO 준위 및 LUMO 준위에 관해서, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 수행함으로써 구하였다. CV 측정에는 전기화학 분석기(BAS Inc. 제조, ALS 모델 600A 또는 600C)를 이용하였다.
또한, CV 측정에서의 용액은 용매로서 탈수 다이메틸폼아미드(DMF)(Sigma-Aldrich Inc. 제조, 99.8%, 카탈로그 번호; 22705-6)를 이용하고, 지지 전해질인 과염소산 테트라-n-부틸암모늄(n-Bu4NClO4)(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 제조, 카탈로그 번호; T0836)을 농도가 100mmol/L이 되도록 용해시키고, 또한 측정 대상을 농도가 2mmol/L이 되도록 용해시켜 조제하였다. 또한 작용 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, PTE 백금 전극)을 사용하고, 보조 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, VC-3용 Pt 카운터 전극(5cm))을 사용하고, 참조 전극으로서는 Ag/Ag+전극(BAS Inc. 제조, RE7 비수용매계 참조 전극)을 사용하였다. 또한, 측정은 실온(20℃ 내지 25℃)으로 수행하고, 측정시의 스캔 속도는 0.1V/sec로 통일하였다. 또한, 본 실시예에서는 참조 전극의 진공 준위에 대한 포텐셜 에너지를 -4.94eV로 하였다.
CV 측정에서 얻어지는 산화 피크 전위 Epa와 환원 피크 전위 Epc의 중간의 전위(반파 전위)가 HOMO 준위에 상당하므로, 1,6PCBAPrn(약칭)의 HOMO 준위는 -5.19eV로 산출되고, 1,6PCBAPrn(약칭)의 LUMO 준위는 -2.62eV로 산출되었다.
또한, 본 실시예에서 합성한 1,6PCBAPrn(약칭)을 사용하고, 이것과 HOMO 준위가 상이하지만 LUMO 준위가 같은 정도인 다른 피렌계 화합물의 적층으로 이루어진 발광층을 형성함으로써, 적층된 발광층의 계면에 정공 트랩 특성을 가지게 하면서 전자의 이동을 저해하기 어려운 구조를 갖는 적층형 발광층을 형성할 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 피렌계 화합물 N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피레닐)-N,N'-비스(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)다이아민(약칭: 1,6PCAPrn)(구조식(100))을 발광층에 사용한 발광 소자 1에 대해서 도 11을 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
Figure pat00019
≪발광 소자 1의 제작≫
우선, 유리로 만들어진 기판(1100) 위에 산화 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의해 성막하여, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(1101)을 형성하였다. 또한, 이것의 막 두께는 110nm로 하고 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음에, 기판(1100) 위에 발광 소자 1을 형성하기 위한 전(前)처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃로 1시간 소성(燒成)한 후, UV 오존 처리를 370초 수행하였다.
이 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃로 30분 동안의 진공 소성을 수행한 후, 기판(1100)을 30분 정도 방치하여 냉각하였다.
다음에, 진공 증착 장치 내부에 설치된 홀더에 기판(1100)을 제 1 전극(1101)이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록 고정하였다. 본 실시예에서는, 진공 증착법에 의해, EL층(1102)을 구성하는 정공 주입층(1111), 정공 수송층(1112), 발광층(1113), 전자 수송층(1114), 전자 주입층(1115)이 순차적으로 형성되는 경우에 대해 설명한다.
진공 장치 내를 10-4Pa로 감압한 후, 1,3,5-트라이(다이벤조티오펜-4-일)벤젠(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브덴(VI)을 DBT3P-II(약칭): 산화 몰리브덴=4:2(질량비)가 되도록 공증착시킴으로써 제 1 전극(1101) 위에 정공 주입층(1111)을 형성하였다. 막 두께는 70nm로 하였다. 또한, 공증착이란 상이한 복수의 물질을 각각 상이한 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법이다.
다음에, 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: PCzPA)을 30nm 증착함으로써, 정공 수송층(1112)을 형성하였다.
다음에, 정공 수송층(1112) 위에 발광층(1113)을 형성하였다. 또한, 본 실시예에서의 발광층(1113)은 제 1 발광층(1113a)과 제 2 발광층(1113b)의 2층이 적층된 구조를 갖는다. 우선, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA)과 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 CzPA(약칭): 1,6mMemFLPAPrn(약칭)=1:0.05(질량비)가 되도록 공증착하여, 막 두께 5nm의 제 1 발광층(1113a)을 형성한 후, 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA)과 N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피레닐)-N,N'-비스(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)다이아민(약칭: 1,6PCAPrn)을 CzPA(약칭): 1,6PCAPrn(약칭)=1:0.1(질량비)이 되도록 공증착하여, 막 두께 20nm의 제 2 발광층(1113b)을 형성하였다. 이와 같이 하여, 발광층(1113)이 형성되었다.
다음에, 발광층(1113) 위에 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA)을 10nm 증착한 후, 바소페난트롤린(약칭: Bphen)을 15nm 증착함으로써, 전자 수송층(1114)을 형성하였다. 더구나, 전자 수송층(1114) 위에 불화 리튬을 1nm 증착함으로써 전자 주입층(1115)을 형성하였다.
마지막에, 전자 주입층(1115) 위에 막 두께 200nm의 알루미늄을 증착하여, 음극이 되는 제 2 전극(1103)을 형성함으로써, 발광 소자 1을 얻었다. 또한, 상술한 증착 과정에 있어서, 증착은 모두 저항 가열법을 이용하여 수행하였다.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 발광 소자 1의 소자 구조를 표 1에 나타낸다.
Figure pat00020
또한, 제작한 발광 소자는 질소 분위기의 글러브 박스 내에서 발광 소자가 대기에 노출되지 않도록 밀봉하였다.
≪발광 소자 1의 동작 특성≫
제작한 발광 소자 1의 동작 특성에 대해서 측정하였다. 또한, 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
우선, 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 도 12에 도시하였다. 도 12에 있어서, 세로축은 전류 효율(cd/A), 가로축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광 소자 1의 전압-전류 특성을 도 13에 도시하였다. 도 13에 있어서, 세로축에 전류(mA), 가로축에 전압(V)을 나타낸다. 또한, 발광 소자 1의 CIE 색도 좌표를 도 14에 도시하였다. 도 14에 있어서, 세로축에 Y좌표, 가로축에 X좌표를 나타낸다. 또한, 1000cd/m2 부근의 발광 소자 1의 주된 초기 특성값을 다음 표 2에 나타낸다.
Figure pat00021
상술한 결과로부터, 본 실시예에서 제작한 발광 소자 1은 높은 외부 양자 효율을 나타내고 있으므로 높은 발광 효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 색 순도에 관해서는, 순도가 양호한 청록색을 발광하는 것을 알 수 있다.
도 15는 전류 밀도가 25mA/cm2인 전류를 발광 소자 1에 공급한 경우의 발광 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 발광 소자 1의 발광 스펙트럼은 491nm와 470nm 부근에 피크를 가지며, 피렌계 화합물 1,6PCAPrn(약칭)과 1,6mMemFLPAPrn(약칭)의 발광에서 유래한 것으로 시사된다.
또한, 발광 소자 1에 관한 신뢰성 시험을 수행하였다. 결과를 도 16에 도시하였다. 또한, 신뢰성 시험은 초기 휘도를 5000cd/m2로 설정하고 일정한 전류 밀도의 조건에서 발광 소자 1을 구동시켰다. 그랬더니 발광 소자 1의 300시간 후의 휘도는 초기 휘도의 약 74% 정도를 유지하고 있다는 결과가 나왔다. 따라서, 발광 소자 1은 높은 신뢰성을 나타내는 것을 알았다.
본 실시예에서 제시한 발광 소자는 발광층에 함유되는 게스트 재료의 1,6mMemFLPAPrn(약칭)에서 유래하는 청색 발광과, 1,6PCAPrn(약칭)에서 유래하는 청록색의 발광이 얻어지는 발광 소자이다. 1,6mMemFLPAPrn(약칭)을 게스트 재료로서 함유하고 청색 발광이 얻어지는 발광 소자의 외부 양자 효율(8.4%)에 비해, 1,6PCAPrn(약칭)을 게스트 재료로서 함유하고 청록색 발광이 얻어지는 발광 소자의 외부 양자 효율(7.2%)은 일반적으로 낮은 경향이 있지만, 본 실시예의 경우에는 양쪽 물질을 게스트 재료로서 함유하여도, 상술한 발광 소자와 같은 정도 이상의 외부 양자 효율인 8.5%를 얻었다.
따라서, 본 실시예에서 제시한 바와 같이, 공통의 호스트 재료와, HOMO 준위는 상이하지만 LUMO 준위가 같은 정도인 다른 피렌계 화합물(1,6PCBAPrn(약칭): HOMO 준위(-5.32eV), LUMO 준위(-2.75eV), 1,6mMemFLPAPrn(약칭): HOMO 준위(-5.50eV), LUMO 준위(-2.82eV))를 게스트 재료로서 각각 함유한 발광층이 적층된 발광 소자를 형성함으로써, 적층된 발광층의 계면에 2개의 게스트 재료의 HOMO 준위의 차이에 기인하여 생기는 정공 트랩 특성을 가지게 하면서, 2개의 게스트 재료의 LUMO 준위가 같은 정도인 것으로 인하여 전자의 이동을 저해하기 어려운 구조를 갖는 적층형 발광층을 형성할 수 있기 때문에, 발광 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다. 또한, 공통의 호스트 재료로서는 본 실시예에서 사용한 CzPA(HOMO 준위: -5.64eV, LUMO 준위: -2.71eV)와 같이, 안트라센을 함유한 재료가 바람직하다. 특히 아민 골격을 갖지 않고 안트라센을 함유한 재료가 바람직하다. 이로써, 발광 소자의 장수명화를 도모할 수도 있다. 또한, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 발광색이 상이한 발광층을 더 적층함으로써, 연색성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
(참고 예)
본 참고 예에서는 실시예 3에서 사용한 하기 구조식으로 나타내어지는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)의 합성예를 제시한다.
Figure pat00022
[단계 1: 3-메틸페닐-3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐아민(약칭: mMemFLPA)의 합성법]
9-(3-브로모페닐)-9-페닐플루오렌 3.2g(8.1mmol), 나트륨 tert-부톡사이드 2.3g(24.1mmol)을 200mL 삼구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 톨루엔 40.0mL, m-톨루이딘 0.9mL(8.3mmol), 트라이(tert-부틸)포스파인의 10% 헥산 용액 0.2mL를 첨가하였다. 이 혼합물을 60℃로 하여 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 44.5mg(0.1mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 80℃로 하여 2.0시간 교반하였다. 교반한 후, 플로리실, 셀라이트, 알루미나를 통하여 흡인 여과하여, 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 얻은 고체를, 실리카젤 칼럼 크로마토그래피(전개 용매는 헥산: 톨루엔=1:1)에 의하여 정제하고, 톨루엔과 헥산의 혼합 용매에 의하여 재결정하여 목적의 백색 고체 2.8g을 수율 82%로 얻었다. 상기 단계 1의 합성 스킴(C-1)을 하기에 나타낸다.
[합성 스킴(C-1)]
Figure pat00023
[단계 2: N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)의 합성법]
1,6-다이브로모피렌 0.6g(1.7mmol), 3-메틸페닐-3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐아민 1.4g(3.4mmol), 나트륨 tert-부톡사이드 0.5g(5.1mmol)을 100mL 삼구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 톨루엔 21.0mL와, 트라이(tert-부틸)포스파인의 10% 헥산 용액 0.2mL를 첨가하였다. 이 혼합물을 60℃로 하여, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 34.9mg(0.1mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 80℃로 하여 3.0시간 교반하였다. 교반한 후, 톨루엔을 400mL 첨가한 후에 가열하고, 고온을 유지한 채 플로리실, 셀라이트, 알루미나를 통하여 흡인 여과하여, 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 얻은 고체를 실리카젤 칼럼 크로마토그래피(전개 용매는 헥산: 톨루엔=3:2)에 의하여 정제하여 황색 고체를 얻었다. 얻어진 황색 고체를 톨루엔과 헥산의 혼합 용매에 의하여 재결정하여 목적의 황색 고체 1.2g을 수율 67%로 얻었다.
얻어진 황색 고체 1.0g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 조건으로서는 압력을 2.2Pa로 하고, 아르곤 가스를 유량 5.0mL/min로 흘리면서 317℃로 황색 고체를 가열하였다. 승화 정제 후, 목적물인 황색 고체를 1.0g, 회수율 93%로 얻었다. 상기 단계 2의 합성 스킴(C-2)을 하기에 나타낸다.
[합성 스킴(C-2)]
Figure pat00024
핵자기 공명법(NMR)에 의해, 이 화합물이 목적물인 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)인 것을 확인하였다.
얻어진 화합물의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다.
1H NMR(CDCl3, 300MHz): δ= 2.21(s, 6H), 6.67(d,J=7.2Hz, 2H), 6.74(d,J=7.2Hz, 2H), 7.17-7.23(m, 34H), 7.62(d,J=7.8Hz, 4H), 7.74(d,J=7.8Hz, 2H), 7.86(d, J=9.0Hz, 2H), 8.04(d,J=8.7Hz, 4H)
(실시예 4)
본 실시예에서는 실시예 1에서 합성한 피렌계 화합물 N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피레닐)-N,N'-비스(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)다이아민(약칭: 1,6PCAPrn)(구조식(100))을 발광층에 사용한 도 17에 도시된 발광 소자 2를 제작하고 그 동작 특성에 대해서 측정하였다. 또한, 본 실시예에서 제작한 발광 소자 2는 실시형태 3에서 설명한, 전하 발생층을 개재한 복수의 EL층을 갖는 구조의 발광 소자(이하에서, 탠덤형 발광 소자라고 함)이다. 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
Figure pat00025
Figure pat00026
≪발광 소자 2의 제작≫
우선, 유리로 만들어진 기판(3000) 위에 산화 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의해 성막시켜, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(3001)을 형성하였다. 또한, 이것의 막 두께는 110nm로 하고 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음에, 기판(3000) 위에 발광 소자 2를 형성하기 위한 전(前)처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고 200℃로 1시간 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 수행하였다.
이 후, 10-4Pa 정도까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃로 30분 동안의 진공 소성을 수행한 후, 기판(3000)을 30분 정도 방치하여 냉각하였다.
다음에, 진공 증착 장치 내부에 설치된 홀더에 기판(3000)을 제 1 전극(3001)이 형성된 면이 아래 쪽이 되도록 고정하였다. 본 실시예에서는, 진공 증착법에 의해, 제 1 EL층(3002a)을 구성하는 제 1 정공 주입층(3011a), 제 1 정공 수송층(3012a), 제 1 발광층(3013a), 제 1 전자 수송층(3014a), 제 1 전자 주입층(3015a)을 순차적으로 형성한 후, 전하 발생층(3016)을 형성하고, 다음에 제 2 EL층(3002b)을 구성하는 제 2 정공 주입층(3011b), 제 2 정공 수송층(3012b), 제 2 발광층(3013b), 제 2 전자 수송층(3014b), 제 2 전자 주입층(3015b)을 형성하는 경우에 대해 설명한다.
진공 장치 내를 10-4Pa로 감압한 후, 9-[4-(9-페닐카르바졸-3-일)]페닐-10-페닐안트라센(약칭: PCzPA)과 산화 몰리브덴(VI)을 PCzPA(약칭): 산화 몰리브덴=1:0.5(질량비)가 되도록 공증착시킴으로써 제 1 전극(3001) 위에 제 1 정공 주입층(3011a)을 형성하였다. 막 두께는 33.3nm로 하였다. 또한, 공증착이란 상이한 복수의 물질을 각각 상이한 증발원으로부터 동시에 증발시키는 증착법이다.
다음에, PCzPA(약칭)를 30nm 증착함으로써, 제 1 정공 수송층(3012a)을 형성하였다.
다음에, 제 1 정공 수송층(3012a) 위에 제 1 발광층(3013a)을 형성하였다. 9-[4-(10-페닐-9-안트라세닐)페닐]-9H-카르바졸(약칭: CzPA)과 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 CzPA(약칭): 1,6mMemFLPAPrn(약칭)=1:0.05(질량비)가 되도록 공증착하여 막 두께 5nm의 막을 형성한 후, CzPA(약칭)와 N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피레닐)-N,N'-비스(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)다이아민(약칭: 1,6PCAPrn)을 CzPA(약칭): 1,6PCAPrn(약칭)=1:0.01(질량비)이 되도록 공증착하여 막 두께 25nm의 막을 적층함으로써, 제 1 발광층(3013a)을 형성하였다.
다음에, 제 1 발광층(3013a) 위에 CzPA(약칭)를 5nm 증착한 후 바소페난트롤린(약칭:Bphen)을 15nm 증착함으로써 제 1 전자 수송층(3014a)를 형성하였다. 또한, 제 1 전자 수송층(3014a) 위에 산화 리튬(Li2O)을 0.1nm 증착함으로써 제 1 전자 주입층(3015a)를 형성하였다.
다음에, 제 1 전자 주입층(3015a) 위에 구리 프탈로시아닌(약칭: CuPc)을 막 두께 2nm로 증착함으로써 전하 발생층(3016)을 형성하였다.
다음에, 전하 발생층(3016) 위에 PCzPA(약칭)와 산화 몰리브덴(VI)을 PCzPA(약칭): 산화 몰리브덴=1:0.5(질량비)가 되도록 공증착함으로써 제 2 정공 주입층(3011b)을 형성하였다. 막 두께는 50nm로 하였다.
다음에, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP)을 20nm 증착함으로써 제 2 정공 수송층(3012b)을 형성하였다.
다음에, 제 2 정공 수송층(3012b) 위에 제 2 발광층(3013b)을 형성하였다. 2-[3-(다이벤조티오펜-4-일)페닐]다이벤조[f, h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II)과, 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP)과, (아세틸아세토나토)비스(4,6-다이페닐피리미디나토)이리듐(III)](약칭: [Ir(dppm)2(acac)])을 2mDBTPDBq-II(약칭): PCBA1BP(약칭): [Ir(dppm)2(acac)](약칭)= 0.8:0.2:0.06(질량비)이 되도록 공증착하여, 제 2 발광층(3013b)을 형성하였다. 막 두께는 40nm로 하였다.
다음에, 제 2 발광층(3013b) 위에 2mDBTPDBq-II(약칭)를 15nm 증착한 후, Bphen(약칭)을 15nm 증착함으로써 제 2 전자 수송층(3014b)을 형성하였다. 또한, 제 2 전자 수송층(3014b) 위에 불화 리튬(LiF)을 0.1nm 증착함으로써 제 2 전자 주입층(3015b)을 형성하였다.
마지막에, 제 2 전자 주입층(3015b) 위에 알루미늄을 200nm의 막 두께가 되도록 증착하여, 음극이 되는 제 2 전극(3003)을 형성하여 발광 소자 2를 얻었다. 또한, 상술한 증착 과정에서, 증착은 모두 저항 가열법을 이용하여 수행하였다.
상술한 바와 같이 하여 얻어진 발광 소자 2의 소자 구조를 표 3에 나타낸다.
Figure pat00027
또한, 제작한 발광 소자 2는 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글로브박스 내에서 밀봉하였다(씰재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉시에 80℃로 1시간의 열처리를 수행함).
《발광 소자 2의 동작 특성》
제작한 발광 소자 2의 동작 특성에 대해 측정하였다. 이 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
우선, 발광 소자 2의 휘도-전류 효율 특성을 도 18에 도시하였다. 도 18에 있어서, 세로축은 전류 효율(cd/A), 가로축은 휘도(cd/m2)를 나타낸다. 또한, 발광 소자 2의 CIE 색도 좌표를 도 19에 도시하였다. 도 19에 있어서, 세로축에 Y좌표, 가로축에 X좌표를 나타낸다. 또한, 1000cd/m2 부근의 발광 소자 2의 주된 초기 특성값을 다음 표 4에 나타낸다.
Figure pat00028
상술한 결과로부터, 본 실시예에서 제작한 발광 소자 2는 높은 외부 양자 효율을 나타내고 있으므로 높은 발광 효율을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 색도(x,y)를 보면, 백색(전구 색)을 발광하는 것을 알 수 있다.
도 20은 전류 밀도가 0.1mA/cm2인 전류를 발광 소자 2에 공급한 경우의 발광 스펙트럼을 도시한 것이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 발광 소자 2의 발광 스펙트럼은 471nm와 581nm에 각각 피크를 가지며, 발광층에 함유되는 피렌계 화합물 1,6PCAPrn(약칭), 1,6mMemFLPAPrn(약칭), 인광성 유기 금속 이리듐 착체, [Ir(dppm)2(acac)](약칭)의 발광에서 유래한 것으로 시사된다. 또한, 이 스펙트럼으로부터 산출되는 평균 연색 평가수(Ra)는 43.6이며, 높은 연색성을 나타낸다.
따라서, 본 실시예에서 제시한 바와 같이, 공통의 호스트 재료와, HOMO 준위는 상이하지만 LUMO 준위가 같은 정도인 상이한 피렌계 화합물을 게스트 재료로서 각각 함유한 발광층이 적층된 발광 소자를 형성함으로써, 적층된 발광층의 계면에 2개의 게스트 재료의 HOMO 준위의 차이에 기인하여 생기는 정공 트랩 특성을 가지게 하면서, 2개의 게스트 재료의 LUMO 준위가 같은 정도인 것으로 인하여 전자의 이동을 저해하기 어려운 구조를 갖는 적층형 발광층을 형성할 수 있기 때문에, 발광 효율이 높은 발광 소자를 실현할 수 있다. 또한, 본 실시예에서 제시한 발광 소자에서는 발광색이 상이한 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 갖는 발광층을 적층함으로써, 발광 효율이 더 높은 백색 발광 소자가 얻어진다.
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(E)
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-1): 제 (n-1) 전하 발생층(I)
205(n-2): 제 (n-2) 전하 발생층(I)
301: 소자 기판
302: 화소부
303: 구동 회로부(소스라인 구동 회로)
304a, 304b: 구동 회로부(게이트라인 구동 회로)
305: 씰재
306: 밀봉 기판
307: 배선
308: FPC(플렉시블 프린트 서킷)
309: n채널형 TFT
310: p채널형 TFT
311: 스위칭용 TFT
312: 전류 제어용 TFT
313: 제 1 전극(양극)
314: 절연물
315: EL층
316: 제 2 전극(음극)
317: 발광 소자
318: 공간
1100: 기판
1101: 제 1 전극
1102: EL층
1103: 제 2 전극
1111: 정공 주입층
1112: 정공 수송층
1113: 발광층
1114: 전자 수송층
1115: 전자 주입층
3000: 기판
3001: 제 1 전극
3002a: 제 1 EL층
3002b: 제 2 EL층
3003: 제 2 전극
3011a: 제 1 정공 주입층
3011b: 제 2 정공 주입층
3012a: 제 1 정공 수송층
3012b: 제 2 정공 수송층
3013a: 제 1 발광층
3013b: 제 2 발광층
3014a: 제 1 전자 수송층
3014b: 제 2 전자 수송층
3015a: 제 1 전자 주입층
3015b: 제 2 전자 주입층
3016: 전하 발생층
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
7301: 하우징
7302: 하우징
7303: 연결부
7304: 표시부
7305: 표시부
7306: 스피커부
7307: 기록 매체 삽입부
7308: LED 램프
7309: 조작 키
7310: 접속 단자
7311: 센서
7312: 마이크로폰
7400: 휴대 전화기
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작 버튼
7404: 외부 접속 포트
7405: 스피커
7406: 마이크
8001: 조명 장치
8002: 조명 장치
8003: 조명 장치
8004: 조명 장치
9033: 후크
9034: 표시 모드 전환 스위치
9035: 전원 스위치
9036: 전력 절약 모드 전환 스위치
9038: 조작 스위치
9630: 하우징
9631: 표시부
9631a: 표시부
9631b: 표시부
9632a: 터치 패널의 영역
9632b: 터치 패널의 영역
9633: 태양 전지
9634: 충방전 제어 회로
9635: 배터리
9636: DCDC 컨버터
9637: 조작 키
9638: 컨버터
9639: 버튼

Claims (11)

  1. 제 1 전극과 제 2 전극; 및
    제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 제공된 제 3 발광층을 포함하는 발광 소자로서,
    상기 제 1 발광층은 제 1 피렌계 화합물을 포함하고,
    상기 제 2 발광층은 제 2 피렌계 화합물을 포함하고, 그리고
    상기 제 3 발광층은 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하는, 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피렌계 화합물의 LUMO 준위와 상기 제 2 피렌계 화합물의 LUMO 준위는 ±0.2 eV 이내의 범위에 있는, 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 피렌계 화합물의 LUMO 준위와 상기 제 2 피렌계 화합물의 LUMO 준위는 ±0.1 eV 이내의 범위에 있는, 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층은 상기 제 1 피렌계 화합물 및 양극성 재료를 포함하고,
    상기 제 2 발광층은 상기 제 2 피렌계 화합물 및 상기 양극성 재료를 포함하는, 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 발광층은 상기 제 1 발광층 위에서 상기 제 1 발광층과 접촉하는, 발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 발광층은 상기 인광성 유기 금속 이리듐 착체, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  7. 제 1 전극과 제 2 전극; 및
    제 1 발광층, 제 2 발광층, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 제공된 제 3 발광층을 포함하는 발광 소자로서,
    상기 제 1 발광층은 축합 방향족 탄화수소 및 제 1 피렌계 화합물을 포함하고,
    상기 제 2 발광층은 상기 축합 방향족 탄화수소 및 제 2 피렌계 화합물을 포함하고, 그리고
    상기 제 3 발광층은 인광성 유기 금속 이리듐 착체를 포함하는, 발광 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 피렌계 화합물의 LUMO 준위와 상기 제 2 피렌계 화합물의 LUMO 준위는 ±0.2 eV 이내의 범위에 있는, 발광 소자.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 피렌계 화합물의 LUMO 준위와 상기 제 2 피렌계 화합물의 LUMO 준위는 ±0.1 eV 이내의 범위에 있는, 발광 소자.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 발광층은 상기 제 1 발광층 위에서 상기 제 1 발광층과 접촉하는, 발광 소자.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 발광층은 상기 인광성 유기 금속 이리듐 착체, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함하는, 발광 소자.
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