KR20200088367A - 유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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

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KR20200088367A
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도모야 야마구치
히데코 요시즈미
히로미쓰 기도
사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

신규 유기 금속 착체를 제공한다. 또한 내열성이 우수한 신규 유기 금속 착체를 제공한다. 또한 색 순도가 높은 신규 유기 금속 착체를 제공한다. Ir에 배위한 피리미딘 고리가, 치환기로서 사이아노기를 가지는 페닐기를 적어도 하나 가지며, 사이아노기를 가지는 페닐기가 피리미딘 고리의 6위치에 결합하는 것을 특징으로 하는, 다음의 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
Figure pct00051

(식 중, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다. 또한 L은 일가음이온성의 배위자를 나타낸다. 또한 n은 1 내지 3의 정수를 나타낸다.)

Description

유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
본 발명의 일 형태는 유기 화합물, 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다. 단, 본 발명의 일 형태는 이들에 한정되지 않는다. 즉 본 발명의 일 형태는 물건, 방법, 제작 방법, 또는 구동 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 또한 구체적으로는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치 등을 일례로 들 수 있다.
한 쌍의 전극 사이에 EL층을 끼워 이루어진 발광 소자(유기 EL 소자라고도 함)는 박형 경량, 입력 신호에 대한 고속 응답성, 저소비전력 등의 특성을 가지기 때문에, 이것이 적용된 디스플레이는 차세대 플랫 패널 디스플레이로서 주목을 받고 있다.
발광 소자는 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 각 전극으로부터 주입된 전자 및 정공이 EL층에서 재결합하여, EL층에 포함되는 발광 물질(유기 화합물)이 들뜬 상태가 되고, 그 들뜬 상태가 바닥 상태로 되돌아갈 때 발광한다. 또한 들뜬 상태의 종류로서는, 단일항 들뜬 상태(S*)와 삼중항 들뜬 상태(T*)가 있고, 단일항 들뜬 상태로부터의 발광이 형광, 삼중항 들뜬 상태로부터의 발광이 인광이라고 불리고 있다. 또한 발광 소자에서의 그들의 통계적인 생성 비율은 S*:T*=1:3인 것으로 생각된다.
또한 상기 발광 물질 중, 단일항 들뜬 상태에서의 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 화합물은 형광성 화합물(형광 재료)이라고 불리고, 삼중항 들뜬 상태에서의 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 화합물은 인광성 화합물(인광 재료)이라고 불린다.
따라서, 상기 생성 비율을 근거로 한 경우의 상기 각 발광 물질을 사용한 발광 소자에서의 내부 양자 효율(주입한 캐리어에 대하여 발생하는 포톤의 비율)의 이론적 한계는, 형광 재료를 사용하면 25%, 인광 재료를 사용하면 75%가 된다.
즉 형광 재료를 사용한 발광 소자에 비하여 인광 재료를 사용한 발광 소자에서는 더 높은 효율을 얻을 수 있게 된다. 그러므로 근년에서는 여러 종류의 인광 재료의 개발이 활발히 진행되고 있다. 특히, 이리듐 등 인광 양자 수율이 높은 금속을 중심 금속으로서 가지는 유기 금속 착체가 주목을 받고 있다(예를 들어, 특허문헌 1).
일본 공개특허공보 특개2009-023938호
상술한 특허문헌 1에서 보고되어 있는 바와 같이, 우수한 특성을 나타내는 인광 재료의 개발이 진행되고 있지만, 더 양호한 특성을 나타내는 신규 재료의 개발이 요구되고 있다.
여기서, 본 발명의 일 형태에서는 신규 유기 금속 착체를 제공한다. 또한 본 발명의 일 형태에서는 내열성이 우수한 신규 유기 금속 착체를 제공한다. 또한 본 발명의 일 형태에서는 승화할 때 분해되기 어려운 신규 유기 금속 착체를 제공한다. 또한 본 발명의 일 형태에서는 색 순도가 높은 신규 유기 금속 착체를 제공한다. 또한 본 발명의 일 형태에서는 분자의 배향성이 높은 신규 유기 금속 착체를 제공한다. 또한 본 발명의 일 형태에서는 발광 소자에 사용할 수 있는 신규 유기 금속 착체를 제공한다. 또한 본 발명의 일 형태에서는 발광 소자의 EL층에 사용할 수 있는 신규 유기 금속 착체를 제공한다. 또한 본 발명의 일 형태인 신규 유기 금속 착체를 사용한, 고효율이고 신뢰성이 높은 신규 발광 소자를 제공한다. 또한 신규 발광 장치, 신규 전자 기기, 또는 신규 조명 장치를 제공한다. 또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 반드시 해결할 필요는 없다. 또한 이들 이외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 분명해질 것이고, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 이외의 과제를 추출하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 형태는 Ir에 배위한 피리미딘 고리가 치환기로서 사이아노기를 가지는 페닐기를 적어도 하나 가지며, 사이아노기를 가지는 페닐기가 피리미딘 고리의 6위치에 결합하는, 다음의 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 1]
Figure pct00001
다만 일반식(G1) 중, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다. 또한 L은 일가음이온성의 배위자를 나타낸다. 또한 n은 1 내지 3의 정수를 나타낸다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 다음의 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 2]
Figure pct00002
다만 일반식(G1) 중, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R6 내지 R8 중 어느 하나는 사이아노기를 나타낸다. 또한 L은 일가음이온성의 배위자를 나타낸다. 또한 n은 1 내지 3의 정수를 나타낸다.
상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 구성에서, n은 2이다.
또한 상기 각 구성에서 일가음이온성의 배위자는, β-다이케톤 구조를 가지는 일가음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 카복실기를 가지는 일가음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 페놀성 수산기를 가지는 일가음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 2개의 배위 원소가 모두 질소인 일가음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 및 사이클로메탈화에 의하여 이리듐과 금속-탄소 결합을 형성하는 방향족 복소 고리 2좌 배위자 중 어느 하나이다.
또한 상기 각 구성에서 일가음이온성의 배위자는 다음의 일반식(L1) 내지 일반식(L8) 중 어느 하나이다.
[화학식 3]
Figure pct00003
다만 상기 일반식(L1) 내지 일반식(L8) 중, R71 내지 R77 및 R87 내지 R131은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 할로젠기, 바이닐기 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬싸이오기, 또는 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 또한 A1 내지 A3은 각각 독립적으로 질소 또는 수소와 결합하는 sp2 혼성 탄소, 또는 치환기를 가지는 sp2 혼성 탄소를 나타내고, 치환기는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 할로젠기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 페닐기 중 어느 것을 나타낸다.
또한 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 구성에서, n은 3이다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 다음의 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 4]
Figure pct00004
다만 일반식(G2) 중, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다. 또한 R71 및 R73은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 할로젠기, 바이닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬싸이오기, 또는 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 다음의 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 5]
Figure pct00005
다만 일반식(G2) 중, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R6 내지 R8 중 어느 하나는 사이아노기를 나타낸다. 또한 R71 및 R73은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 할로젠기, 바이닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬싸이오기, 또는 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태는 Ir에 배위한 피리미딘 고리가 치환기로서 사이아노기를 가지는 페닐기를 적어도 하나 가지며, 파라 위치 또는 메타 위치에 사이아노기를 가지는 페닐기가 피리미딘 고리의 6위치에 결합하는 유기 금속 착체이다.
본 발명의 다른 일 형태는 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 6]
Figure pct00006
본 발명의 다른 일 형태는, Ir에 배위한 피리미딘 고리가 치환기로서 사이아노기를 가지는 페닐기를 적어도 하나 가지며, 사이아노기를 가지는 페닐기가 피리미딘 고리의 6위치에 결합하는, 유기 금속 착체를 사용한 발광 소자이다. 또한 상기 유기 금속 착체에 더하여 다른 유기 화합물을 가지는 발광 소자도 본 발명의 일 형태에 포함된다.
본 발명의 다른 일 형태는 상술한 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체를 사용한 발광 소자이다. 또한 한 쌍의 전극 사이에 가지는 EL층이나, EL층에 포함되는 발광층에 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체를 사용하여 형성된 발광 소자도 본 발명의 일 형태에 포함되는 것으로 한다. 또한 상기 발광 소자에 더하여, 트랜지스터, 기판 등을 가지는 발광 장치도 발명의 범주에 포함된다. 또한 이들 발광 장치에 더하여, 마이크로폰, 카메라, 조작용 버튼, 외부 접속부, 하우징, 커버, 지지대, 또는 스피커 등을 가지는 전자 기기나 조명 장치도 발명의 범주에 포함된다.
본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체는 다른 유기 화합물과 조합하여 발광 소자의 발광층에 사용할 수 있다. 즉, 발광층에서 삼중항 들뜬 상태로부터의 발광을 얻을 수 있기 때문에 발광 소자의 고효율화가 가능해져 매우 효과적이다. 따라서, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체와, 다른 유기 화합물을 조합하여 발광층에 사용한 발광 소자는, 본 발명의 일 형태에 포함되는 것으로 한다. 또한 상기 발광층에 제 3 물질을 더한 구성으로 하여도 좋다.
또한 본 발명의 일 형태는 발광 소자를 가지는 발광 장치를 포함하고, 또한 발광 장치를 가지는 조명 장치도 범주에 포함되는 것으로 한다. 따라서, 본 명세서에서 발광 장치란, 화상 표시 디바이스 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한 발광 장치에 커넥터, 예를 들어, FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 모듈, 또는 발광 장치에 COG(Chip On Glass) 방식으로 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함되는 것으로 한다.
본 발명의 일 형태는 신규 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한 내열성이 우수한 신규 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한 승화할 때 분해되기 어려운 신규 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태는 색 순도가 높은 신규 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에서는 분자의 배향성이 높은 신규 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에서는 발광 소자에 사용할 수 있는 신규 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에서는 발광 소자의 EL층에 사용할 수 있는 신규 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태인 신규 유기 금속 착체를 사용한, 고효율이고 신뢰성이 높은 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 신규 발광 장치, 신규 전자 기기, 또는 신규 조명 장치를 제공할 수 있다. 또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 이외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해질 것이고, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 이외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1은 발광 소자의 구조에 대하여 설명하는 도면.
도 2는 발광 장치에 대하여 설명하는 도면.
도 3은 발광 장치에 대하여 설명하는 도면.
도 4는 전자 기기에 대하여 설명하는 도면.
도 5는 전자 기기에 대하여 설명하는 도면.
도 6은 자동차에 대하여 설명하는 도면.
도 7은 조명 장치에 대하여 설명하는 도면.
도 8은 구조식(100)에 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트.
도 9는 구조식(100)에 나타낸 유기 금속 착체의 용액 중의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 10은 발광 소자에 대하여 설명하는 도면.
도 11은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 전류 밀도-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 12는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 전압-휘도 특성을 나타낸 도면.
도 13은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 휘도-전류 효율 특성을 나타낸 도면.
도 14는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 전압-전류 특성을 나타낸 도면.
도 15는 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 16은 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 신뢰성을 나타낸 도면.
도 17은 사중극형 질량 분석계에 의한 측정 결과를 나타낸 도면.
도 18은 구조식(112)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트.
도 19는 구조식(112)으로 나타낸 유기 금속 착체의 용액 중의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
도 20은 구조식(114)으로 나타낸 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트.
도 21은 구조식(114)으로 나타낸 유기 금속 착체의 용액 중의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한 도면 등에 나타낸 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은 이해하기 쉽게 하기 위하여 실제의 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않은 경우가 있다. 따라서, 개시(開示)하는 발명은 도면 등에 개시된 위치, 크기, 범위 등에 반드시 한정되는 것은 아니다.
또한 본 명세서 등에서 도면을 사용하여 발명의 구성을 설명하는 데 있어서, 같은 것을 가리키는 부호는 상이한 도면 간에서도 공통적으로 사용한다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 금속 착체에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체는 Ir에 배위한 피리미딘 고리가 치환기로서 사이아노기를 가지는 페닐기를 적어도 하나 가지며, 사이아노기를 가지는 페닐기가 피리미딘 고리의 6위치에 결합하는 것을 특징으로 하는, 다음의 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 가진다.
[화학식 7]
Figure pct00007
일반식(G1)에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다. 또한 L은 일가음이온성의 배위자를 나타낸다. 또한 n은 1 내지 3의 정수를 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태인 유기 금속 착체는 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 가지고, 상기 일반식(G1)에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 12의 헤테로아릴기, 사이아노기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R6 내지 R8 중 어느 하나는 사이아노기를 나타낸다. L은 일가음이온성의 배위자를 나타낸다. 또한 n은 1 내지 3의 정수를 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태인 유기 금속 착체는 상기 일반식(G1) 중에서 n이 2이다.
본 발명의 다른 일 형태인 유기 금속 착체는 상기 일반식(G1) 중의 일가음이온성의 배위자가 β-다이케톤 구조를 가지는 일가음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 카복실기를 가지는 일가음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 페놀성 수산기를 가지는 일가음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 2개의 배위 원소가 모두 질소인 일가음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 및 사이클로메탈화에 의하여 이리듐과 금속-탄소 결합을 형성하는 방향족 복소 고리 2좌 배위자 중 어느 하나이다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 일반식(G1) 중의 일가음이온성의 배위자가 다음의 일반식(L1) 내지 일반식(L8) 중 어느 하나인 유기 금속 착체이다.
[화학식 8]
Figure pct00008
일반식(L1) 내지 일반식(L8)에서, R71 내지 R77 및 R87 내지 R131은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 할로젠기, 바이닐기 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬싸이오기, 또는 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 또한 A1 내지 A3은 각각 독립적으로 질소 또는 수소와 결합하는 sp2 혼성 탄소, 또는 치환기를 가지는 sp2 혼성 탄소를 나타내고, 이 치환기는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 할로젠기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 페닐기 중 어느 것을 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태인 유기 금속 착체는 상기 일반식(G1) 중에서 n이 3이다.
또한 본 발명의 다른 일 형태인 유기 금속 착체는 다음의 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 가진다.
[화학식 9]
Figure pct00009
일반식(G2)에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다. 또한 R71 및 R73은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 할로젠기, 바이닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬싸이오기, 또는 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태인 유기 금속 착체는 상기 일반식(G2)으로 나타내어지는 구조를 가지고, 상기 일반식(G2)에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R6 내지 R8 중 어느 하나는 사이아노기를 나타낸다. 또한 R71 및 R73은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 할로젠기, 바이닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬싸이오기, 또는 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다.
또한 상기 일반식(G1) 및 상기 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체에서, 치환이란 바람직하게는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, sec-뷰틸기, tert-뷰틸기, n-펜틸기, n-헥실기 등의 탄소수 1 내지 6의 알킬기나, 페닐기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 2-바이페닐기, 3-바이페닐기, 4-바이페닐기 등의 탄소수 6 내지 12의 아릴기 등의 치환기에 의한 치환을 가리킨다. 또한 이들 치환기는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 예를 들어, 상기 아릴기가 치환기로서 9위치에 2개의 페닐기를 가지는 2-플루오렌일기인 경우, 이 페닐기가 서로 결합하여 스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일기가 되어도 좋다. 더 구체적으로는, 예를 들어 페닐기, 톨릴기, 자일릴기, 바이페닐기, 인덴일기, 나프틸기, 플루오렌일기 등을 들 수 있다.
또한 상기 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체에서, 식 중의 R1 내지 R9에서의 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, sec-뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 아이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 아이소헥실기, sec-헥실기, tert-헥실기, 네오헥실기, 3-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 2-에틸뷰틸기, 1,2-다이메틸뷰틸기, 2,3-다이메틸뷰틸기 등을 들 수 있다.
또한 상기 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체에서 식 중의 R1 내지 R9에서의 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기의 구체적인 예로서는 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 또는 사이클로헵틸기 등을 들 수 있다.
또한 상기 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체에서 식 중의 R1 내지 R9에서의 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기의 구체적인 예로서는 페닐기, 바이페닐기, 나프틸기, 인덴일기, 또는 플루오렌일기 등을 들 수 있다.
또한 상기 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체에서 식 중의 R1 내지 R9에서의 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기의 구체적인 예로서는 트라이아진일기, 피라진일기, 피리미딘일기, 피리딘일기, 퀴노린일기, 아이소퀴노린일기, 벤조싸이엔일기, 벤조퓨란일기, 인돌일기, 다이벤조싸이엔일기, 다이벤조퓨란일기, 또는 카바졸릴기 등을 들 수 있다.
이어서, 상술한 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체의 구체적인 구조식을 다음에 나타낸다.
[화학식 10]
Figure pct00010
[화학식 11]
Figure pct00011
[화학식 12]
Figure pct00012
[화학식 13]
Figure pct00013
[화학식 14]
Figure pct00014
또한 상기 구조식(100) 내지 구조식(134)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 일례이며, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체는 이에 한정되지 않는다.
다음으로 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체의 합성 방법의 일례에 대하여 설명한다. 또한 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체는 다음의 일반식(G1)으로 나타내어지지만, 여기서는 식 중, n=2의 경우(다음의 일반식(G1-1))의 유기 금속 착체와, n=3의 경우(다음의 일반식(G1-2))의 유기 금속 착체의 합성 방법에 대하여 설명한다.
[화학식 15]
Figure pct00015
<<일반식(G0)으로 나타내어지는 피리미딘 유도체의 합성 방법>>
우선, 상기 일반식(G1)에 포함되는 피리미딘 유도체(일반식(G0))의 합성 방법에 대하여 설명한다.
다음의 일반식(G0)으로 나타내어지는 피리미딘 유도체(일반식(G1)에 포함되는 배위자)는 예를 들어 이하에서 나타내는 합성 방법으로 간편하게 합성할 수 있다. 여기서는 제 1 합성 방법, 제 2 합성 방법, 및 제 3 합성 방법의 3종류의 합성 방법을 나타낸다.
[화학식 16]
Figure pct00016
상기 일반식(G0)에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다.
<제 1 합성 방법>
상기 일반식(G0)으로 나타내어지는 피리미딘 유도체는 다음의 합성 스킴(A-1)에 나타낸 바와 같이 할라이드 벤젠 유도체(A1)를 알킬 리튬 등으로 리튬화시켜, 피리미딘의 할로젠화물(A2)과 반응시킴으로써 얻을 수 있다.
[화학식 17]
Figure pct00017
상기 합성 스킴(A-1)에서 X1 및 X2는 할로젠을 나타내고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다.
<제 2 합성 방법>
상기 일반식(G0)으로 나타내어지는 피리미딘 유도체는 다음의 합성 스킴(A-1')에 나타낸 바와 같이, 벤젠 유도체의 보론산(A1')과 피리미딘의 할로젠화물(A2')을 커플링함으로써 얻을 수 있다.
[화학식 18]
Figure pct00018
상기 합성 스킴(A-1')에서 X3은 할로젠을 나타내고, B1은 보론산 또는 보론산 에스터 또는 고리상 트라이올보레이트 염 등을 나타낸다. 또한 고리상 트라이올보레이트 염은 리튬 염 외에 포타슘 염, 소듐 염을 사용하여도 좋다. R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다.
<제 3 합성 방법>
상기 일반식(G0)으로 나타내어지는 피리미딘 유도체는 다음의 합성 스킴(A-1'')에 나타낸 바와 같이 벤젠 유도체 치환의 다이케톤(A1'')과 폼아마이드(A2'')를, 마이크로파를 사용하여 반응시킴으로써 얻을 수 있다.
[화학식 19]
Figure pct00019
상기 합성 스킴(A-1'')에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다.
또한, 상기 합성 방법에서 사용한 화합물(A1, A2, A1', A2', A1'', 및 A2'')은 다양한 종류가 시판되고 있거나 또는 합성 가능하기 때문에, 일반식(G0)으로 나타내어지는 피리미딘 유도체는, 수많은 종류를 용이하게 합성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체는 그 배위자의 베리에이션이 풍부하다는 특징을 가진다.
<<일반식(G1-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법 1>>
상기 일반식(G1-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법에 대하여 설명한다.
상기 일반식(G1-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는, 다음의 합성 스킴(A-2)에 나타낸 바와 같이, 할로젠을 포함하는 9족 또는 10족의 금속 화합물(염화 로듐 수화물, 염화 팔라듐, 염화 이리듐, 브로민화 이리듐, 아이오딘화 이리듐, 테트라클로로 백금산 포타슘 등)과, 일반식(G0)으로 나타내어지는 피리미딘 유도체를 무용매, 또는 알코올계 용매(글리세롤, 에틸렌 글라이콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올 등) 단독, 또는 알코올계 용매 1종류 이상과 물의 혼합 용매를 사용하여, 불활성 가스 분위기하에서 가열함으로써, 할로젠으로 가교된 구조를 가지는 유기 금속 착체의 한 종류이며, 신규 물질인 복핵(複核) 착체(B)를 얻을 수 있다. 가열 수단으로서 특별히 한정은 없으며, 오일 배스, 샌드 배스(sand bath), 또는 알루미늄 블록을 사용하여도 좋다. 또한 마이크로파를 가열 수단으로서 사용할 수도 있다.
[화학식 20]
Figure pct00020
상기 합성 스킴(A-2)에서 X는 할로젠을 나타내고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다.
이어서 다음의 합성 스킴(A-3)에 나타낸 바와 같이, 상술한 합성 스킴(A-2)에서 얻어지는 복핵 착체(B)와 일가음이온성의 배위자의 원료 HL을 불활성 가스 분위기에서 반응시킴으로써, HL의 프로톤(proton)이 이탈되어 L이 중심 금속 M에 배위하고, 일반식(G1-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체를 얻을 수 있다. 가열 수단으로서 특별히 한정은 없으며, 오일 배스, 샌드 배스, 또는 알루미늄 블록을 사용하여도 좋다. 또한 마이크로파를 가열 수단으로서 사용할 수도 있다.
[화학식 21]
Figure pct00021
상기 합성 스킴(A-3)에서 L은 일가음이온성의 배위자를 나타내고, X는 할로젠을 나타내고, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다.
<<일반식(G1-2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법>>
상기 일반식(G1-2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법에 대하여 설명한다.
상기 일반식(G1-2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 하기 합성 스킴(A-4)에 나타낸 바와 같이, 할로젠을 포함한 이리듐 화합물(염화 이리듐 수화물, 브로민화 이리듐, 아이오드화 이리듐, 아세트산 이리듐, 헥사클로로이리듐산 암모늄 등), 또는 유기 이리듐 착체 화합물(아세틸아세토네이토 착체, 다이에틸설파이드 착체, 다이-μ-클로로 가교 이핵(二核) 착체, 다이-μ-하이드록소 가교 이핵 착체 등)과 일반식(G0)으로 나타내어지는 피리미딘 유도체를 혼합하고, 무용매, 또는 알코올계 용매(글리세롤, 에틸렌 글라이콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올 등)에 용해시킨 후에 가열함으로써 얻을 수 있다.
[화학식 22]
Figure pct00022
상기 합성 스킴(A-4)에서 R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다.
여기까지 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체로서, 일반식(G1), 일반식(G1-1), 및 일반식(G1-2)으로 각각 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 다른 합성 방법으로 합성하여도 좋다.
또한 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체를 사용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 실현할 수 있다. 또한 신뢰성이 높은 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 실현할 수 있다.
또한 본 실시형태에서 본 발명의 일 형태에 대하여 설명하였다. 또한 다른 실시형태에서 본 발명의 일 형태에 대하여 설명한다. 다만 본 발명의 일 형태는 이들에 한정되지 않는다. 즉 본 실시형태 및 다른 실시형태에는 다양한 발명의 형태가 기재되어 있기 때문에, 본 발명의 일 형태는 특정한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 일 형태로서 발광 소자에 적용한 경우의 예로 나타내었지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 또한 상황에 따라 본 발명의 일 형태는 발광 소자 이외의 것에 적용하여도 좋다. 또한 상황에 따라 본 발명의 일 형태는 발광 소자에 적용하지 않아도 된다.
본 실시형태에서 나타낸 구성은 다른 실시형태에서 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자에 대하여 설명한다. 또한 본 실시형태에서 설명하는 발광 소자에는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체를 사용할 수 있다.
<<발광 소자의 기본적인 구조>>
도 1의 (A)에는 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 끼워 이루어지는 발광 소자를 도시하였다. 구체적으로는 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 발광층을 포함하는 EL층(103)이 끼워진 구조를 가진다.
도 1의 (B)에는 한 쌍의 전극 사이에 복수(도 1의 (B)에서는 2층)의 EL층(103a, 103b)을 가지고, EL층 사이에 전하 발생층(104)을 끼워 이루어지는 적층 구조(탠덤 구조)의 발광 소자를 도시하였다. 이와 같은 탠덤 구조의 발광 소자는 저전압 구동이 가능하고 소비전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한 전하 발생층(104)은 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)에 전압이 인가되었을 때에, 한쪽 EL층(103a 또는 103b)에 전자를 주입하고, 다른 쪽 EL층(103b 또는 103a)에 정공을 주입하는 기능을 가진다. 따라서, 도 1의 (B)에서 제 1 전극(101)의 전위가 제 2 전극(102)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가하면 전하 발생층(104)으로부터 EL층(103a)에 전자가 주입되고, EL층(103b)에 정공이 주입된다.
전하 발생층(104)은 광 추출 효율의 관점에서 가시광에 대하여 투광성을 가지는(구체적으로는, 전하 발생층(104)에 대한 가시광의 투과율이 40% 이상) 것이 바람직하다. 또한 전하 발생층(104)은 제 1 전극(101)이나 제 2 전극(102)보다 도전율이 낮아도 기능한다.
도 1의 (C)에는 EL층(103)의 적층 구조에 대하여 도시하였다. 도 1의 (C)에서 제 1 전극(101)이 양극으로서 기능하는 경우, EL층(103)은 제 1 전극(101) 위에 정공(홀) 주입층(111), 정공(홀) 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 도 1의 (B)에 도시된 탠덤 구조와 같이 복수의 EL층을 가지는 경우에도, 각 EL층이 양극 측으로부터 상술한 바와 같이 순차적으로 적층되는 구조로 한다. 또한 제 1 전극(101)이 음극이고 제 2 전극(102)이 양극인 경우, 적층 순서는 반대가 된다.
EL층(103, 103a, 103b)에 포함되는 발광층(113)은 각각 발광 물질이나 복수의 물질을 적절히 조합하여 가지고, 원하는 발광색을 나타내는 형광 발광이나 인광 발광을 얻을 수 있는 구성으로 할 수 있다. 또한 발광층(113)을 발광색이 상이한 적층 구조로 하여도 좋다. 또한 이 경우 적층된 각 발광층에 사용되는 발광 물질이나 기타 물질은 각각 상이한 재료를 사용하면 좋다. 또한 도 1의 (B)에 도시된 복수의 EL층(103a, 103b)으로부터 각각 상이한 발광색이 얻어지는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우에도 각 발광층에 사용되는 발광 물질이나 기타 물질을 상이한 재료로 하면 좋다.
또한 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서 EL층(103, 103a, 103b)에서 얻어진 발광을 양쪽 전극 사이에서 공진시킴으로써, 얻어지는 발광을 강하게 하는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어 도 1의 (C)에서 제 1 전극(101)을 반사 전극으로 하고, 제 2 전극(102)을 반투과·반반사 전극으로 함으로써 미소광 공진기(마이크로캐비티) 구조를 형성함으로써, EL층(103)으로부터 얻어지는 발광을 강하게 할 수 있다.
또한 발광 소자의 제 1 전극(101)이 반사성을 가지는 도전성 재료와 투광성을 가지는 도전성 재료(투명 도전막)의 적층 구조로 이루어지는 반사 전극인 경우, 투명 도전막의 막 두께를 제어함으로써 광학 조정을 수행할 수 있다. 구체적으로는, 발광층(113)으로부터 얻어지는 광의 파장 λ에 대하여 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)의 전극 사이의 거리가 mλ/2(다만, m은 자연수) 근방이 되도록 조정하는 것이 바람직하다.
또한 발광층(113)으로부터 얻어지는 원하는 광(파장: λ)을 증폭시키기 위하여 제 1 전극(101)으로부터 발광층(113)의 원하는 광이 얻어지는 영역(발광 영역)까지의 광학 거리와, 제 2 전극(102)으로부터 발광층(113)의 원하는 광이 얻어지는 영역(발광 영역)까지의 광학 거리를 각각 (2m'+1)λ/4(다만, m'는 자연수) 근방이 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 또한 여기서 발광 영역이란 발광층(113)에서의 정공(홀)과 전자와의 재결합 영역을 말한다.
이와 같은 광학 조정을 수행함으로써 발광층(113)으로부터 얻어지는 특정한 단색광의 스펙트럼을 협선화(狹線化)시켜 색 순도가 좋은 발광을 얻을 수 있다.
다만, 상술한 경우에 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이의 광학 거리는 엄밀하게는 제 1 전극(101)에서의 반사 영역으로부터 제 2 전극(102)에서의 반사 영역까지의 총두께라고 할 수 있다. 그러나, 제 1 전극(101)이나 제 2 전극(102)에서의 반사 영역을 엄밀하게 결정하는 것은 어렵기 때문에, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)의 임의의 위치를 반사 영역으로 가정함으로써 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있는 것으로 한다. 또한 제 1 전극(101)과, 원하는 광이 얻어지는 발광층의 광학 거리는, 엄밀하게는 제 1 전극(101)에서의 반사 영역과, 원하는 광이 얻어지는 발광층에서의 발광 영역의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나, 제 1 전극(101)에서의 반사 영역이나, 원하는 광이 얻어지는 발광층에서의 발광 영역을 엄밀하게 결정하는 것은 어렵기 때문에, 제 1 전극(101)의 임의의 위치를 반사 영역으로, 원하는 광이 얻어지는 발광층의 임의의 위치를 발광 영역으로 가정함으로써 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있는 것으로 한다.
도 1의 (C)에 도시된 발광 소자가 마이크로캐비티 구조를 가지는 경우, EL층이 공통되더라도 파장이 상이한 광(단색광)을 추출할 수 있다. 따라서, 다른 발광색을 얻기 위한 구분 착색(예를 들어, RGB)이 불필요하게 되어, 고정세화가 가능하게 된다. 또한 착색층(컬러 필터)과 조합할 수도 있다. 또한 특정 파장을 가지는 정면 방향의 발광 강도를 강하게 하는 것이 가능해지기 때문에, 저소비전력화를 도모할 수 있다.
또한 상술한 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 적어도 한쪽을 투광성을 가지는 전극(투명 전극, 반투과·반반사 전극 등)으로 한다. 투광성을 가지는 전극이 투명 전극인 경우, 투명 전극의 가시광의 투과율은 40% 이상으로 한다. 또한 반투과·반반사 전극인 경우, 반투과·반반사 전극의 가시광의 반사율은 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하로 한다. 또한 이들 전극은 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 것이 바람직하다.
또한 상술한 본 발명의 일 형태인 발광 소자에서 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 한쪽이 반사성을 가지는 전극(반사 전극)인 경우, 반사성을 가지는 전극의 가시광의 반사율은 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 70% 이상 100% 이하로 한다. 또한 이 전극은 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 것이 바람직하다.
<<발광 소자의 구체적인 구조 및 제작 방법>>
다음으로 본 발명의 일 형태인 발광 소자의 구체적인 구조 및 제작 방법에 대하여 설명한다. 또한 도 1의 (A) 내지 (E)에서 부호가 공통된 경우에는 설명도 공통된 것으로 한다.
<제 1 전극 및 제 2 전극>
제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)을 형성하는 재료로서는, 상술한 소자 구조에서의 양쪽 전극의 기능을 만족시킬 수 있다면 이하에 나타내는 재료를 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 적절히 사용할 수 있다. 구체적으로는 In-Sn 산화물(ITO라고도 함), In-Si-Sn 산화물(ITSO라고도 함), In-Zn 산화물, In-W-Zn 산화물을 들 수 있다. 그 외에 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 몰리브데넘(Mo), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd) 등의 금속, 및 이들을 적절히 조합하여 포함하는 합금을 사용할 수도 있다. 그 외에, 위에서 예시하지 않은 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소(예를 들어, 리튬(Li), 세슘(Cs), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr)), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속 및 이들을 적절히 조합하여 포함하는 합금, 그리고 그래핀 등을 사용할 수 있다.
도 1에 도시된 발광 소자에서 도 1의 (C)에 도시된 바와 같이 적층 구조를 가지는 EL층(103)을 가지고, 제 1 전극(101)이 양극인 경우, 제 1 전극(101) 위에 EL층(103)의 정공 주입층(111), 정공 수송층(112)이 진공 증착법으로 순차적으로 적층 형성된다. 또한 도 1의 (D)에 도시된 바와 같이, 적층 구조를 가지는 복수의 EL층(103a, 103b)이 전하 발생층(104)을 끼워 적층되고, 제 1 전극(101)이 양극인 경우, 제 1 전극(101) 위에 EL층(103a)의 정공 주입층(111a), 정공 수송층(112a)이 진공 증착법으로 순차적으로 적층 형성될 뿐만 아니라, EL층(103a), 전하 발생층(104)이 순차적으로 적층 형성된 후, 전하 발생층(104) 위에 EL층(103b)의 정공 주입층(111b), 정공 수송층(112b)이 마찬가지로 순차적으로 적층 형성된다.
<정공 주입층 및 정공 수송층>
정공 주입층(111, 111a, 111b)은 양극인 제 1 전극(101)이나 전하 발생층(104)으로부터 EL층(103, 103a, 103b)에 정공(홀)을 주입하는 층이고, 정공 주입성이 높은 재료를 포함하는 층이다.
정공 주입성이 높은 재료로서는, 몰리브데넘 산화물이나 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등의 전이 금속 산화물을 들 수 있다. 그 외에 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc)이나, 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPC) 등의 프탈로사이아닌계 화합물 등을 사용할 수 있다.
또한 저분자의 화합물인 4,4',4"-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다.
또한 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)인, 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등을 사용할 수 있다. 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리(스타이렌설폰산)(PAni/PSS) 등의 산을 첨가한 고분자계 화합물 등을 사용할 수도 있다.
또한 정공 주입성이 높은 재료로서는 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 복합 재료를 사용할 수도 있다. 이 경우, 억셉터성 재료에 의하여 정공 수송성 재료로부터 전자가 추출되어 정공 주입층(111, 111a, 111b)에서 정공이 발생되고, 정공 수송층(112, 112a, 112b)을 통하여 발광층(113, 113a, 113b)에 정공이 주입된다. 또한 정공 주입층(111, 111a, 111b)은 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 복합 재료로 이루어지는 단층으로 형성하여도 좋지만, 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 각각 다른 층으로 적층하여 형성하여도 좋다.
정공 수송층(112, 112a, 112b)은 정공 주입층(111, 111a, 111b)에 의하여 제 1 전극(101)이나 전하 발생층(104)으로부터 주입된 정공을 발광층(113, 113a, 113b)으로 수송하는 층이다. 또한 정공 수송층(112, 112a, 112b)은 정공 수송성 재료를 포함하는 층이다. 정공 수송층(112, 112a, 112b)에 사용되는 정공 수송성 재료는, 특히 정공 주입층(111, 111a, 111b)과 동일한 HOMO 준위, 또는 가까운 HOMO 준위를 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
정공 주입층(111, 111a, 111b)에 사용되는 억셉터성 재료로서는, 원소 주기율표에서 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 몰리브데넘, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄을 들 수 있다. 그 중에서도 특히, 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮아 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다. 그 외에, 퀴노다이메테인 유도체나 클로라닐 유도체, 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등을 사용할 수 있다. 특히 HAT-CN과 같이 헤테로 원자를 복수로 가지는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물은 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 또한 전자 흡인기(특히 플루오로기와 같은 할로젠기나 사이아노기)를 가지는 [3]라디알렌 유도체는 전자 수용성이 매우 높으므로 바람직하고, 구체적으로는 α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[4-사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,6-다이클로로-3,5-다이플루오로-4-(트라이플루오로메틸)벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠아세토나이트릴] 등을 들 수 있다.
정공 주입층(111, 111a, 111b) 및 정공 수송층(112, 112a, 112b)에 사용되는 정공 수송성 재료로서는 정공 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 또한 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면 이들 외의 물질을 사용할 수 있다.
정공 수송성 재료로서는 π전자 과잉형 복소 방향족 화합물(예를 들어 카바졸 골격을 가지는 화합물이나 퓨란 골격을 가지는 화합물)이나, 방향족 아민 골격을 가지는 화합물 등의 정공 수송성이 높은 재료가 바람직하다.
정공 수송성 재료의 구체적인 예로서는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-다이메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPASF), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 4-페닐다이페닐-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)아민(약칭: PCA1BP), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-(4-페닐)페닐아닐린(약칭: YGA1BP), N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1-TNATA), 4,4',4''-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: m-MTDATA), N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등의 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA) 등의 카바졸 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 가지는 화합물을 들 수 있다.
또한 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
다만, 정공 수송성 재료는 상기에 한정되지 않고, 공지의 다양한 재료를 한 종류 또는 복수 종류 조합하여 정공 수송성 재료로서 정공 주입층(111, 111a, 111b) 및 정공 수송층(112, 112a, 112b)에 사용할 수 있다. 또한 정공 수송층(112, 112a, 112b)은 각각 복수의 층으로 형성되어도 좋다. 즉, 예를 들어 제 1 정공 수송층과 제 2 정공 수송층이 적층되어도 좋다.
도 1의 (D)에 도시된 발광 소자에서는, EL층(103a)의 정공 수송층(112a) 위에 발광층(113a)이 진공 증착법으로 형성된다. 또한 EL층(103a) 및 전하 발생층(104)이 형성된 후, EL층(103b)의 정공 수송층(112b) 위에 발광층(113b)이 진공 증착법으로 형성된다.
<발광층>
발광층(113, 113a, 113b, 113c)은 발광 물질을 포함하는 층이다. 또한 발광 물질로서는 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 발광색을 나타내는 물질을 적절히 사용한다. 또한 복수의 발광층(113a, 113b, 113c)에 상이한 발광 물질을 사용함으로써 상이한 발광색을 나타내는 구성(예를 들어, 보색 관계에 있는 발광색을 조합하여 얻어지는 백색 발광)으로 할 수 있다. 또한 하나의 발광층이 상이한 발광 물질을 가지는 적층 구조이어도 좋다.
또한 발광층(113, 113a, 113b, 113c)은 발광 물질(게스트 재료)에 더하여 한 종류 또는 복수 종류의 유기 화합물(호스트 재료, 어시스트 재료)을 가져도 좋다. 또한 발광 물질로서는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한 한 종류 또는 복수 종류의 유기 화합물로서는 본 실시형태에서 설명하는 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다.
발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 사용할 수 있는 발광 물질로서는, 특별한 한정은 없고, 단일항 들뜬 에너지를 가시광 영역의 발광으로 변환하는 발광 물질, 또는 삼중항 들뜬 에너지를 가시광 영역의 발광으로 변환하는 발광 물질을 사용할 수 있다. 또한 상기 발광 물질로서는 예를 들어 다음과 같은 것을 들 수 있다.
단일항 들뜬 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질로서는, 형광을 발하는 물질(형광 재료)을 들 수 있고, 예를 들어 피렌 유도체, 안트라센 유도체, 트라이페닐렌 유도체, 플루오렌 유도체, 카바졸 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 페난트렌 유도체, 나프탈렌 유도체 등을 들 수 있다. 특히 피렌 유도체는 발광 양자 수율이 높아 바람직하다. 피렌 유도체의 구체적인 예로서는, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(다이벤조퓨란-2-일)-N,N'-다이페닐피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FrAPrn), N,N'-비스(다이벤조싸이오펜-2-일)-N,N'-다이페닐피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6ThAPrn), N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(N-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-6-아민](약칭: 1,6BnfAPrn), N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(N-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-02), N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-03) 등을 들 수 있다.
그 이외에도, 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), 4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPBA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP), N,N''-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민](약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA) 등을 사용할 수 있다.
또한 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질로서는, 예를 들어 인광을 발하는 물질(인광 재료)이나 열 활성화 지연 형광을 발하는 열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료를 들 수 있다.
인광 재료로서는 유기 금속 착체, 금속 착체(백금 착체), 희토류 금속 착체 등을 들 수 있다. 이들은 물질마다 다른 발광색(발광 피크)을 나타내기 때문에 필요에 따라 적절히 선택하여 사용한다.
청색 또는 녹색을 나타내고 발광 스펙트럼의 피크 파장이 450nm 이상 570nm 이하인 인광 재료로서는 다음과 같은 물질을 들 수 있다.
예를 들어, 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: [Ir(mpptz-dmp)3]), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz)3]), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrptz-3b)3]), 트리스[3-(5-바이페닐)-5-아이소프로필-4-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPr5btz)3]) 등의 4H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 착체, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz1-mp)3]), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Prptz1-Me)3]) 등의 1H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 착체, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrpmi)3]), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dmpimpt-Me)3]) 등의 이미다졸 골격을 가지는 유기 금속 착체, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: [Ir(CF3ppy)2(pic)]), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac) 등의 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 착체 등을 들 수 있다.
녹색 또는 황색을 나타내고 발광 스펙트럼의 피크 파장이 495nm 이상 590nm 이하인 인광 재료로서는 다음과 같은 물질을 들 수 있다.
예를 들어, 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)3]), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)3]), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[6-(2-노보닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(nbppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(mpmppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: [Ir(dmppm-dmp)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)]) 등의 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 착체, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)]) 등의 피라진 골격을 가지는 유기 금속 착체, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(ppy)2(acac)]), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bzq)2(acac)]), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(bzq)3]), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(pq)3]), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(pq)2(acac)]) 등의 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 착체, 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(dpo)2(acac)]), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(p-PF-ph)2(acac)]), 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bt)2(acac)]) 등의 유기 금속 착체 외에 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)]) 등의 희토류 금속 착체를 들 수 있다.
황색 또는 적색을 나타내고 발광 스펙트럼의 피크 파장이 570nm 이상 750nm 이하인 인광 재료로서는 다음과 같은 물질을 들 수 있다.
예를 들어 (다이아이소부틸일메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(Ⅲ)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dibm)]), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(Ⅲ)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dpm)]), (다이피발로일메타네이토)비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토]이리듐(Ⅲ)(약칭: [Ir(d1npm)2(dpm)])과 같은 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 착체, (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(Ⅲ)(약칭: [Ir(tppr)2(acac)]), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(Ⅲ)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)]), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(Ⅲ)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(Ⅲ)(약칭: [Ir(piq)3]), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(Ⅲ)(약칭: [Ir(piq)2(acac)])과 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 착체, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: [PtOEP])과 같은 백금 착체, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(Ⅲ)(약칭: [Eu(DBM)3(Phen)]), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(Ⅲ)(약칭: [Eu(TTA)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다.
발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 사용하는 유기 화합물(호스트 재료, 어시스트 재료)로서는 발광 물질(게스트 재료)의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 가지는 물질을 한 종류 또는 복수 종류 선택하여 사용하면 좋다. 또한 정공 수송성 재료로서 사용할 수 있는 상술한 재료나, 전자 수송성 재료로서 사용할 수 있는 후술하는 재료를, 이와 같은 유기 화합물(호스트 재료, 어시스트 재료)로서 사용할 수도 있다.
발광 물질이 형광 재료인 경우, 호스트 재료로서는 단일항 들뜬 상태의 에너지 준위가 크고, 삼중항 들뜬 상태의 에너지 준위가 작은 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 본 실시형태에서 나타내는 정공 수송성 재료나 전자 수송성 재료 외에, 바이폴러성 재료를 호스트 재료로서 사용할 수 있지만, 상기 조건을 만족시키는 물질이면 더 바람직하다. 예를 들어, 안트라센 유도체나 테트라센 유도체 등도 바람직하다.
따라서, 형광성 발광 물질과 조합하는 호스트 재료로서는, 예를 들어 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), PCPN, CzPA, 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 6-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 2mBnfPPA), 9-페닐-10-{4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)바이페닐-4'-일}안트라센(약칭: FLPPA), 5,12-다이페닐테트라센, 5,12-비스(바이페닐-2-일)테트라센 등을 들 수 있다.
발광 물질이 인광 재료인 경우, 호스트 재료로서는 발광 물질의 삼중항 들뜬 에너지(바닥 상태와 삼중항 들뜬 상태의 에너지차)보다 삼중항 들뜬 에너지가 큰 유기 화합물을 선택하면 좋다. 또한 본 실시형태에서 나타내는 정공 수송성 재료나 전자 수송성 재료 외에, 바이폴러성 재료를 호스트 재료로서 사용할 수 있지만, 상기 조건을 만족시키는 물질이면 더 바람직하다. 예를 들어 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 다이벤조[g,p]크리센 유도체 등의 축합 다환 방향족 화합물 등도 바람직하다.
따라서, 인광성 발광 물질과 조합하는 호스트 재료로서는 예를 들어 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), N,N-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: DPhPA), YGAPA, PCAPA, PCAPBA, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), 6,12-다이메톡시-5,11-다이페닐크리센, N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), CzPA, 3,6-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: DPCzPA), 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 9,9'-바이안트릴(약칭: BANT), 9,9'-(스틸벤-3,3'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS2), 1,3,5-트라이(1-피렌일)벤젠(약칭: TPB3) 등을 들 수 있다.
또한 발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 복수의 유기 화합물을 사용하는 경우, 들뜬 착체를 형성하는 화합물을 인광 발광 물질과 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이와 같은 구성으로 함으로써, 들뜬 착체로부터 발광 물질로의 에너지 이동인 ExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)을 사용한 발광을 얻을 수 있다. 이 경우, 다양한 유기 화합물을 적절히 조합하여 사용할 수 있지만, 들뜬 착체를 효율적으로 형성하기 위해서는, 정공을 받기 쉬운 화합물(정공 수송성 재료)과, 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성 재료)을 조합하는 것이 특히 바람직하다.
TADF 재료란, 삼중항 들뜬 상태를 미량의 열 에너지에 의하여 단일항 들뜬 상태로 업 컨버트(역 항간 교차)할 수 있고, 단일항 들뜬 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타내는 재료를 말한다. 또한 열 활성화 지연 형광이 효율적으로 얻어지는 조건으로서는 삼중항 들뜬 상태의 에너지 준위와 단일항 들뜬 상태의 에너지 준위의 에너지 차가 0eV 이상 0.2eV 이하, 바람직하게는 0eV 이상 0.1eV 이하인 것을 들 수 있다. 또한 TADF 재료에서의 지연 형광이란, 일반적인 형광과 마찬가지의 스펙트럼을 가지면서 수명이 현저히 긴 발광을 말한다. 그 수명은 10-6초 이상, 바람직하게는 10-3초 이상이다.
TADF 재료로서는, 예를 들어 풀러렌이나 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 에오신 등을 들 수 있다. 또한 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 금속 함유 포르피린으로서는, 예를 들어 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2OEP) 등을 들 수 있다.
그 외의 TADF 재료로서는 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등의 π전자 과잉형 헤테로 방향 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향 고리를 가지는 헤테로 고리 화합물을 사용할 수 있다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향 고리가 직접 결합된 물질은 π전자 과잉형 헤테로 방향 고리의 도너성과 π전자 부족형 헤테로 방향 고리의 억셉터성이 모두 강해져, 단일항 들뜬 상태와 삼중항 들뜬 상태의 에너지 차가 작아지기 때문에 특히 바람직하다.
또한 TADF 재료를 사용하는 경우, 다른 유기 화합물과 조합하여 사용할 수도 있다.
상기 재료를 적절히 사용함으로써, 발광층(113, 113a, 113b, 113c)을 형성할 수 있다. 또한 상기 재료는 저분자 재료나 고분자 재료와 조합함으로써 발광층(113, (113a, 113b, 113c)의 형성에 사용할 수 있다.
도 1의 (D)에 도시된 발광 소자에서는, EL층(103a)의 발광층(113a) 위에 전자 수송층(114a)이 형성된다. 또한 EL층(103a) 및 전하 발생층(104)이 형성된 후, EL층(103b)의 발광층(113b) 위에 전자 수송층(114b)이 형성된다.
<전자 수송층>
전자 수송층(114, 114a, 114b)은 전자 주입층(115, 115a, 115b)에 의하여, 제 2 전극(102)이나 전하 발생층(104)으로부터 주입된 전자를 발광층(113, 113a, 113b)에 수송하는 층이다. 또한 전자 수송층(114, 114a, 114b)은 전자 수송성 재료를 포함하는 층이다. 전자 수송층(114, 114a, 114b)에 사용하는 전자 수송성 재료는 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질이 바람직하다. 또한 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질을 사용할 수 있다.
전자 수송성 재료로서는, 퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 옥사졸 골격을 가지는 금속 착체, 싸이아졸 골격을 가지는 금속 착체 등 외에, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 옥사졸 유도체, 싸이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 퀴놀린 배위자를 가지는 퀴놀린 유도체, 벤조퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 그 외에 질소 함유 복소 방향족 화합물을 포함한 π전자 부족형 복소 방향족 화합물 등의 전자 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있다.
전자 수송성 재료의 구체적인 예로서는, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq3), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq) 등의 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토] 아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조싸이아졸레이토]아연(II)(약칭: Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸 골격 또는 싸이아졸 골격을 가지는 금속 착체 등을 들 수 있다.
또한 금속 착체 외에도 2-(4-바이페닐일)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11) 등의 옥사다이아졸 유도체, 3-(4'-tert-뷰틸페닐)-4-페닐-5-(4''-바이페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-뷰틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐일)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ) 등의 트라이아졸 유도체, 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 이미다졸 유도체(벤즈이미다졸 유도체를 포함함)나, 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 옥사졸 유도체, 바소페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBphen) 등의 페난트롤린 유도체, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 및 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II) 등의 퀴녹살린 유도체, 또는 다이벤조퀴녹살린 유도체, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 유도체, 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm) 등의 피리미딘 유도체, 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn) 등의 트라이아진 유도체를 사용할 수 있다.
또한 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한 전자 수송층(114, 114a, 114b)은 단층뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어지는 층이 2층 이상 적층된 구조이어도 좋다.
다음으로, 도 1의 (D)에 도시된 발광 소자에서, EL층(103a)의 전자 수송층(114a) 위에 전자 주입층(115a)이 진공 증착법에 의하여 형성된다. 그 후, EL층(103a) 및 전하 발생층(104)이 형성되고, EL층(103b)의 전자 수송층(114b)까지 형성된 후, 그 위에 전자 주입층(115b)이 진공 증착법으로 형성된다.
<전자 주입층>
전자 주입층(115, 115a, 115b)은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입층(115, 115a, 115b)에는 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한 플루오린화 어븀(ErF3) 등의 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한 전자 주입층(115, 115a, 115b)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 전자화물로서는, 예를 들어, 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등이 포함된다. 또한 상술한 전자 수송층(114, 114a, 114b)을 구성하는 물질을 사용할 수도 있다.
또한 전자 주입층(115, 115a, 115b)에, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어지는 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이와 같은 복합 재료는, 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는 발생한 전자의 수송이 우수한 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는 예를 들어 상술한 전자 수송층(114, 114a, 114b)에 사용하는 전자 수송성 재료(금속 착체나 헤테로 방향족 화합물 등)를 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 및 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 이터븀 등을 들 수 있다. 또한 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한 산화 마그네슘과 같은 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한 도 1의 (D)에 도시된 발광 소자에서, 발광층(113b)으로부터 얻어지는 광을 증폭시키는 경우에는, 제 2 전극(102)과 발광층(113b)의 광학 거리가, 발광층(113b)이 나타내는 광의 파장 λ의 1/4 미만이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 전자 수송층(114b) 또는 전자 주입층(115b)의 두께를 변화시킴으로써 광학 거리를 조정할 수 있다.
<전하 발생층>
도 1의 (D)에 도시된 발광 소자에서, 전하 발생층(104)은 제 1 전극(양극)(101)과 제 2 전극(음극)(102) 사이에 전압을 인가하였을 때, EL층(103a)에 전자를 주입하고 EL층(103b)에 정공을 주입하는 기능을 가진다. 또한 전하 발생층(104)은 정공 수송성 재료에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성이어도 좋고, 전자 수송성 재료에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성이어도 좋다. 또한 이들 양쪽의 구성이 적층되어 있어도 좋다. 또한 상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(104)을 형성함으로써, EL층이 적층된 경우의 구동 전압 상승을 억제할 수 있다.
전하 발생층(104)에서 정공 수송성 재료에 전자 수용체가 첨가된 구성으로 하는 경우, 정공 수송성 재료로서는 본 실시형태에서 나타낸 재료를 사용할 수 있다. 또한 전자 수용체로서는 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한 원소 주기율표에서 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄 등을 들 수 있다.
하 발생층(104)에서, 전자 수송성 재료에 전자 공여체가 첨가된 구성으로 하는 경우, 전자 수송성 재료로서는 본 실시형태에서 나타낸 재료를 사용할 수 있다. 또한 전자 공여체로서는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 또는 희토류 금속 또는 원소 주기율표에서 2족, 13족에 속하는 금속 및 그 산화물, 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이터븀(Yb), 인듐(In), 산화 리튬, 탄산 세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 테트라싸이아나프타센 등의 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
<기판>
본 실시형태에서 나타낸 발광 소자는 다양한 기판 위에 형성할 수 있다. 또한 기판의 종류는 특정한 것에 한정되지 않는다. 기판의 일례로서는 반도체 기판(예를 들어, 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스강 기판, 스테인리스강 포일을 가지는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 가지는 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유상의 재료를 포함하는 종이, 또는 기재 필름 등을 들 수 있다.
또한 유리 기판의 재료의 일례로서는 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다석회 유리 등을 들 수 있다. 또한 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 일례로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES)으로 대표되는 플라스틱, 아크릴 수지 등의 합성 수지, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화바이닐, 폴리염화바이닐, 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드 수지, 에폭시 수지, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등을 들 수 있다.
또한 본 실시형태에서 나타낸 발광 소자의 제작에는 증착법 등의 진공 프로세스나, 스핀 코팅법, 잉크젯법 등의 용액 프로세스를 사용할 수 있다. 증착법을 사용하는 경우에는 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 이온 빔 증착법, 분자선 증착법, 진공 증착법 등의 물리 증착법(PVD법)이나, 화학 증착법(CVD법) 등을 사용할 수 있다. 특히, 발광 소자의 EL층에 포함되는 기능층(정공 주입층(111, 111a, 111b), 정공 수송층(112, 112a, 112b), 발광층(113, 113a, 113b, 113c), 전자 수송층(114, 114a, 114b), 전자 주입층(115, 115a, 115b)), 및 전하 발생층(104, 104a, 104b)에 대해서는, 증착법(진공 증착법 등), 도포법(딥 코팅법, 다이 코팅법, 바 코팅법, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법 등), 인쇄법(잉크젯법, 스크린(공판 인쇄)법, 오프셋(평판 인쇄)법, 플렉소(철판 인쇄)법, 그라비어법, 마이크로 콘택트법, 나노 임프린트법 등) 등의 방법으로 형성할 수 있다.
또한 본 실시형태에서 나타내는 발광 소자의 EL층(103, 103a, 103b)을 구성하는 각 기능층(정공 주입층(111, 111a, 111b), 정공 수송층(112, 112a, 112b), 발광층(113, 113a, 113b, 113c), 전자 수송층(114, 114a, 114b), 전자 주입층(115, 115a, 115b))이나 전하 발생층(104, 104a, 104b)은, 상술한 재료에 한정되지 않고, 이 외의 재료이어도 각 층의 기능을 만족시킬 수 있으면 조합하여 사용할 수 있다. 일례로서는, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등), 중분자 화합물(저분자와 고분자의 중간 영역의 화합물: 분자량 400 내지 4000), 무기 화합물(퀀텀닷(quantum dot) 재료 등) 등을 사용할 수 있다. 또한 퀀텀닷 재료로서는, 콜로이드상 퀀텀닷 재료, 합금형 퀀텀닷 재료, 코어·셸형 퀀텀닷 재료, 코어형 퀀텀닷 재료 등을 사용할 수 있다.
본 실시형태에서 나타낸 구성은 다른 실시형태에서 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 장치에 대하여 설명한다. 또한 도 2의 (A)에 도시된 발광 장치는 제 1 기판(201) 위의 트랜지스터(FET)(202)와 발광 소자(203R, 203G, 203B, 203W)가 전기적으로 접속되어 이루어지는 액티브 매트릭스형 발광 장치이고, 복수의 발광 소자(203R, 203G, 203B, 203W)는 공통의 EL층(204)을 가지고, 각 발광 소자의 발광색에 따라 각 발광 소자의 전극 사이의 광학 거리가 조정된 마이크로캐비티 구조를 가진다. 또한 EL층(204)으로부터 얻어진 발광이, 제 2 기판(205)에 형성된 컬러 필터(206R, 206G, 206B)를 통하여 사출되는 톱 이미션형 발광 장치이다.
도 2의 (A)에 도시된 발광 장치는 제 1 전극(207)이 반사 전극으로서 기능하도록 형성된다. 또한 제 2 전극(208)이 반투과·반반사 전극으로서 기능하도록 형성된다. 또한 제 1 전극(207) 및 제 2 전극(208)을 형성하는 전극 재료로서는 다른 실시형태의 기재를 참조하여 적절히 사용하면 좋다.
또한 도 2의 (A)에서, 예를 들어 발광 소자(203R)를 적색 발광 소자로, 발광 소자(203G)를 녹색 발광 소자로, 발광 소자(203B)를 청색 발광 소자로, 발광 소자(203W)를 백색 발광 소자로 하는 경우, 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이, 발광 소자(203R)는 제 1 전극(207)과 제 2 전극(208) 사이가 광학 거리(200R)가 되도록 조정되고, 발광 소자(203G)는 제 1 전극(207)과 제 2 전극(208) 사이가 광학 거리(200G)가 되도록 조정되고, 발광 소자(203B)는 제 1 전극(207)과 제 2 전극(208) 사이가 광학 거리(200B)가 되도록 조정된다. 또한 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이, 발광 소자(203R)에서 도전층(210R)을 제 1 전극(207) 위에 적층하고, 발광 소자(203G)에서 도전층(210G)을 적층함으로써 광학 조정을 할 수 있다.
제 2 기판(205)에는 컬러 필터(206R, 206G, 206B)가 형성된다. 또한 컬러 필터는 가시광 중 특정 파장 영역의 광을 투과시키고 특정 파장 영역의 광을 막는 필터이다. 따라서, 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이, 발광 소자(203R)와 중첩되는 위치에 적색의 파장 영역의 광만을 투과시키는 컬러 필터(206R)를 제공함으로써, 발광 소자(203R)로부터 적색 발광을 얻을 수 있다. 또한 발광 소자(203G)와 중첩되는 위치에 녹색의 파장 영역의 광만을 투과시키는 컬러 필터(206G)를 제공함으로써, 발광 소자(203G)로부터 녹색 발광을 얻을 수 있다. 또한 발광 소자(203B)와 중첩되는 위치에 청색의 파장 영역의 광만을 투과시키는 컬러 필터(206B)를 제공함으로써, 발광 소자(203B)로부터 청색 발광을 얻을 수 있다. 다만, 발광 소자(203W)는 컬러 필터를 제공하지 않아도 백색 발광을 얻을 수 있다. 또한 한 종류의 컬러 필터의 단부에는 흑색층(블랙 매트릭스)(209)이 제공되어도 좋다. 또한 컬러 필터(206R, 206G, 206B)나 흑색층(209)은 투명한 재료를 사용한 오버코트층으로 덮여 있어도 좋다.
도 2의 (A)에는 제 2 기판(205) 측으로 발광을 추출하는 구조(톱 이미션형)의 발광 장치를 도시하였지만, 도 2의 (C)에 도시된 바와 같이 FET(202)가 형성되어 있는 제 1 기판(201) 측으로 광을 추출하는 구조(보텀 이미션형)의 발광 장치로 하여도 좋다. 또한 보텀 이미션형 발광 장치의 경우에는, 제 1 전극(207)이 반투과·반반사 전극으로서 기능하도록 형성되고, 제 2 전극(208)이 반사 전극으로서 기능하도록 형성된다. 또한 제 1 기판(201)에는 적어도 투광성 기판을 사용한다. 또한 컬러 필터(206R', 206G', 206B')는 도 2의 (C)에 도시된 바와 같이 발광 소자(203R, 203G, 203B)보다 제 1 기판(201) 측에 제공하면 좋다.
또한 도 2의 (A)에서 발광 소자가 적색 발광 소자, 녹색 발광 소자, 청색 발광 소자, 백색 발광 소자인 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 일 형태인 발광 소자는 그 구성에 한정되지 않고, 황색의 발광 소자나 주황색의 발광 소자를 가지는 구성이어도 좋다. 또한 이들 발광 소자를 제작하기 위하여 EL층(발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등)에 사용하는 재료로서는 다른 실시형태의 기재를 참조하여 적절히 사용하면 좋다. 또한 그 경우에는 발광 소자의 발광색에 따라 컬러 필터를 적절히 선택할 필요가 있다.
상술한 구성으로 함으로써, 복수의 발광색을 나타내는 발광 소자를 구비한 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한 본 실시형태에서 나타낸 구성은 다른 실시형태에서 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있는 것으로 한다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태인 발광 소자의 소자 구성을 적용함으로써, 액티브 매트릭스형 발광 장치나 패시브 매트릭스형 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한 액티브 매트릭스형 발광 장치는 발광 소자와 트랜지스터(FET)를 조합한 구성을 가진다. 따라서, 패시브 매트릭스형 발광 장치 및 액티브 매트릭스형 발광 장치는 양쪽 모두 본 발명의 일 형태에 포함된다. 또한 본 실시형태에서 나타내는 발광 장치에는 다른 실시형태에서 설명한 발광 소자를 적용할 수 있다.
본 실시형태에서는 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 도 3을 사용하여 설명한다.
또한 도 3의 (A)는 발광 장치(21)를 도시한 상면도이고, 도 3의 (B)는 도 3의 (A)를 쇄선 A-A'를 따라 자른 단면도이다. 액티브 매트릭스형 발광 장치는 제 1 기판(301) 위에 제공된 화소부(302), 구동 회로부(소스선 구동 회로)(303), 및 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(304a, 304b)를 가진다. 화소부(302) 및 구동 회로부(303, 304a, 304b)는 실재(305)에 의하여 제 1 기판(301)과 제 2 기판(306) 사이에 밀봉된다.
또한 제 1 기판(301) 위에는 리드 배선(307)이 제공된다. 리드 배선(307)은 외부 입력 단자인 FPC(308)와 전기적으로 접속된다. 또한 FPC(308)는 구동 회로부(303, 304a, 304b)에 외부로부터의 신호(예를 들어, 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등)나 전위를 전달한다. 또한 FPC(308)에는 인쇄 배선 기판(PWB)이 장착되어도 좋다. 또한 이들 FPC나 PWB가 제공된 상태는 발광 장치에 포함된다.
다음으로, 도 3의 (B)에 단면 구조를 도시하였다.
화소부(302)는 FET(스위칭용 FET)(311), FET(전류 제어용 FET)(312), 및 FET(312)와 전기적으로 접속된 제 1 전극(313)을 가지는 복수의 화소로 형성된다. 또한 각 화소가 가지는 FET의 개수는 특별히 한정되지 않고, 필요에 따라 적절히 제공할 수 있다.
FET(309, 310, 311, 312)는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 스태거형이나 역 스태거형 등의 트랜지스터를 적용할 수 있다. 또한 톱 게이트형이나 보텀 게이트형 등의 트랜지스터 구조이어도 좋다.
또한 이들 FET(309, 310, 311, 312)에 사용할 수 있는 반도체의 결정성에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 가지는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 또한 결정성을 가지는 반도체를 사용함으로써 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
또한 이들 반도체로서는 예를 들어 14족 원소, 화합물 반도체, 산화물 반도체, 유기 반도체 등을 사용할 수 있다. 대표적으로는, 실리콘을 포함하는 반도체, 갈륨 비소를 포함하는 반도체, 인듐을 포함하는 산화물 반도체 등을 적용할 수 있다.
구동 회로부(303)는 FET(309)와 FET(310)를 가진다. 또한 FET(309)와 FET(310)는 단극성(N형 및 P형 중 어느 한쪽만)의 트랜지스터를 포함하는 회로로 형성되어도 좋고, N형 트랜지스터와 P형 트랜지스터를 포함하는 CMOS 회로로 형성되어도 좋다. 또한 외부에 구동 회로를 가지는 구성으로 하여도 좋다.
제 1 전극(313)의 단부는 절연물(314)로 덮여 있다. 또한 절연물(314)에는 네거티브형 감광성 수지나 포지티브형 감광성 수지(아크릴 수지) 등의 유기 화합물이나, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화 실리콘 등의 무기 화합물을 사용할 수 있다. 절연물(314)의 상단부 또는 하단부에는 곡률을 가지는 곡면을 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 절연물(314) 상층에 형성되는 막의 피복성을 양호한 것으로 할 수 있다.
제 1 전극(313) 위에는 EL층(315) 및 제 2 전극(316)이 적층 형성된다. EL층(315)은 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등을 가진다.
또한 본 실시형태에서 나타내는 발광 소자(317)의 구성에는 다른 실시형태에서 설명한 구성이나 재료를 적용할 수 있다. 또한 여기서는 도시하지 않았지만, 제 2 전극(316)은 외부 입력 단자인 FPC(308)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한 도 3의 (B)에 도시된 단면도에서는 발광 소자(317)를 하나만 도시하였지만, 화소부(302)에서는 복수의 발광 소자가 매트릭스 형태로 배치되어 있는 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 3종류(R, G, B)의 발광이 얻어지는 발광 소자 외에, 예를 들어 백색(W), 황색(Y), 마젠타(M), 시안(C) 등의 발광이 얻어지는 발광 소자를 형성하여도 좋다. 예를 들어, 3종류(R, G, B)의 발광이 얻어지는 발광 소자에 상술한 여러 종류의 발광이 얻어지는 발광 소자를 추가함으로써, 색 순도의 향상, 소비전력의 저감 등의 효과를 얻을 수 있다. 또한 컬러 필터와 조합함으로써 풀 컬러 표시가 가능한 발광 장치로 하여도 좋다. 또한 컬러 필터의 종류로서는 적색(R), 녹색(G), 청색(B), 시안(C), 마젠타(M), 황색(Y) 등을 사용할 수 있다.
제 1 기판(301) 위의 FET(309, 310, 311, 312)나 발광 소자(317)는, 제 2 기판(306)과 제 1 기판(301)을 실재(305)에 의하여 접합함으로써, 제 1 기판(301), 제 2 기판(306), 및 실재(305)로 둘러싸인 공간(318)에 제공된 구조를 가진다. 또한 공간(318)에는 불활성 가스(질소나 아르곤 등)나 유기물(실재(305)를 포함함)이 충전되어 있어도 좋다.
실재(305)에는 에폭시계 수지나 유리 프릿을 사용할 수 있다. 또한 실재(305)에는 수분이나 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 제 2 기판(306)에는 제 1 기판(301)에 사용할 수 있는 것을 마찬가지로 사용할 수 있다. 따라서, 다른 실시형태에서 설명한 다양한 기판을 적절히 사용할 수 있는 것으로 한다. 기판으로서는, 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(Fiber-Reinforced Plastics), PVF(Polyvinyl Fluoride), 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 실재로서 유리 프릿을 사용하는 경우에는, 접착성의 관점에서 제 1 기판(301) 및 제 2 기판(306)은 유리 기판인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 액티브 매트릭스형 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한 액티브 매트릭스형 발광 장치를 가요성 기판에 형성하는 경우, 가요성 기판 위에 FET와 발광 소자를 직접 형성하여도 좋지만, 박리층을 가지는 다른 기판에 FET와 발광 소자를 형성한 후에, 열, 힘을 가하거나 레이저 조사 등을 수행함으로써 FET와 발광 소자를 박리층에서 박리하고, 또한 가요성 기판으로 전치하여 제작하여도 좋다. 또한 박리층으로서는 예를 들어, 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막 적층이나, 폴리이미드 등의 유기 수지막 등을 사용할 수 있다. 또한 가요성 기판으로서는 트랜지스터를 형성할 수 있는 기판에 더하여, 종이 기판, 셀로판 기판, 아라미드 필름 기판, 폴리이미드 필름 기판, 직물 기판(천연 섬유(비단, 솜, 삼), 합성 섬유(나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터), 또는 재생 섬유(아세테이트, 큐프라, 레이온, 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 또는 고무 기판 등을 들 수 있다. 이들 기판을 사용함으로써, 내구성이나 내열성이 우수하고, 경량화 및 박형화를 도모할 수 있다.
또한 본 실시형태에서 나타낸 구성은 다른 실시형태에서 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자, 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 가지는 발광 장치를 적용하여 완성시킨 다양한 전자 기기나 자동차의 일례에 대하여 설명한다. 또한 발광 장치는 본 실시형태에서 설명하는 전자 기기에 있어서, 주로 표시부에 적용할 수 있다.
도 4의 (A) 내지 (E)에 도시된 전자 기기는 하우징(7000), 표시부(7001), 스피커(7003), LED 램프(7004), 조작 키(7005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(7006), 센서(7007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(7008) 등을 가질 수 있다.
도 4의 (A)는 모바일 컴퓨터이며, 상술한 것 외에 스위치(7009), 적외선 포트(7010) 등을 가질 수 있다.
도 4의 (B)는 기록 매체를 구비한 휴대형 화상 재생 장치(예를 들어, DVD 재생 장치)이며, 상술한 것 외에 제 2 표시부(7002), 기록 매체 판독부(7011) 등을 가질 수 있다.
도 4의 (C)는 텔레비전 수상 기능을 가지는 디지털 카메라이며, 상술한 것 외에 안테나(7014), 셔터 버튼(7015), 수상부(7016) 등을 가질 수 있다.
도 4의 (D)는 휴대 정보 단말기이다. 휴대 정보 단말기는 표시부(7001)의 3면 이상에 정보를 표시하는 기능을 가진다. 여기서는 정보(7052), 정보(7053), 정보(7054)가 각각 다른 면에 표시되어 있는 예를 도시하였다. 예를 들어, 사용자는 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말기를 수납한 상태에서, 휴대 정보 단말기 위쪽에서 볼 수 있는 위치에 표시된 정보(7053)를 확인할 수 있다. 사용자는 휴대 정보 단말기를 포켓으로부터 꺼내지 않고 표시를 확인하고, 예를 들어 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 4의 (E)는 휴대 정보 단말기(스마트폰을 포함함)이며, 하우징(7000)에 표시부(7001), 조작 키(7005) 등을 가질 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기에는 스피커(7003), 접속 단자(7006), 센서(7007) 등을 제공하여도 좋다. 또한 휴대 정보 단말기는 문자나 화상 정보를 그 복수의 면에 표시할 수 있다. 여기서는 3개의 아이콘(7050)을 표시한 예를 도시하였다. 또한 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(7051)를 표시부(7001)의 다른 면에 표시할 수도 있다. 정보(7051)의 예로서는 전자 메일, SNS(소셜 네트워크 서비스), 전화 등의 착신의 알림, 전자 메일이나 SNS 등의 제목, 송신자명, 일시, 시각, 배터리의 잔량, 안테나 수신의 강도 등이 있다. 또는 정보(7051)가 표시되는 위치에는 아이콘(7050) 등을 표시하여도 좋다.
도 4의 (F)는, 대형 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함)이며, 하우징(7000), 표시부(7001) 등을 가질 수 있다. 또한 여기서는 스탠드(7018)에 의하여 하우징(7000)을 지지한 구성을 나타낸다. 또한 텔레비전 장치의 조작은 별도의 리모트 컨트롤러(7111) 등에 의하여 수행할 수 있다. 또한 표시부(7001)에 터치 센서를 구비하여도 좋고, 손가락 등으로 표시부(7001)를 터치함으로써 조작하여도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)는 상기 리모트 컨트롤러(7111)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부를 가져도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)가 구비하는 조작 키 또는 터치 패널에 의하여 채널 및 음량의 조작을 수행할 수 있고, 표시부(7001)에 표시되는 화상을 조작할 수 있다.
도 4의 (A) 내지 (F)에 도시된 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속하는 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 데이터의 송신 또는 수신을 수행하는 기능, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 복수의 표시부를 가지는 전자 기기에서는, 하나의 표시부에 화상 정보를 주로 표시하고, 다른 하나의 표시부에 문자 정보를 주로 표시하는 기능, 또는 복수의 표시부에 시차(視差)를 고려한 화상을 표시함으로써 입체적인 화상을 표시하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 수상부를 가지는 전자 기기에서는, 정지 화상을 촬영하는 기능, 동영상을 촬영하는 기능, 촬영한 화상을 자동 또는 수동으로 보정하는 기능, 촬영한 화상을 기록 매체(카메라 내 또는 외부에 제공됨)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 도 4의 (A) 내지 (F)에 도시된 전자 기기가 가질 수 있는 기능은 이들에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다.
도 4의 (G)는 손목시계형 휴대 정보 단말기이고, 예를 들어 스마트 워치로서 사용할 수 있다. 이 손목시계형 휴대 정보 단말기는 하우징(7000), 표시부(7001), 조작용 버튼(7022, 7023), 접속 단자(7024), 밴드(7025), 마이크로폰(7026), 센서(7029), 스피커(7030) 등을 가진다. 표시부(7001)는 그 표시면이 만곡되며, 만곡된 표시면을 따라 표시를 수행할 수 있다. 또한 이 휴대 정보 단말기는 예를 들어 무선 통신이 가능한 헤드세트와의 상호 통신에 의하여 핸즈프리로 통화를 할 수 있다. 또한 접속 단자(7024)에 의하여 다른 정보 단말기와 서로 데이터를 주고받고 하거나 충전할 수도 있다. 무선 급전에 의하여 충전할 수도 있다.
베젤 부분을 겸하는 하우징(7000)에 탑재된 표시부(7001)는 비직사각형의 표시 영역을 가진다. 표시부(7001)는 시각을 나타내는 아이콘, 기타 아이콘 등을 표시할 수 있다. 또한 표시부(7001)는 터치 센서(입력 장치)를 탑재한 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다.
또한 도 4의 (G)에 도시된 스마트 워치는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속하는 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 데이터의 송신 또는 수신을 수행하는 기능, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다.
또한 하우징(7000) 내부에 스피커, 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰 등을 가질 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태인 발광 장치 및 본 발명의 일 형태인 발광 소자를 가지는 표시 장치는, 본 실시형태에 나타내어지는 전자 기기의 각 표시부에 사용할 수 있어, 장수명의 전자 기기를 실현할 수 있다.
또한 발광 장치를 적용한 전자 기기로서, 도 5의 (A) 내지 (C)에 도시된 바와 같은 접을 수 있는 휴대 정보 단말기를 들 수 있다. 도 5의 (A)에는 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(9310)를 도시하였다. 또한 도 5의 (B)에는 펼친 상태로부터 접은 상태로, 또는 그 반대로 변화되는 도중의 상태의 휴대 정보 단말기(9310)를 도시하였다. 또한 도 5의 (C)에는 접은 상태의 휴대 정보 단말기(9310)를 도시하였다. 휴대 정보 단말기(9310)는 접은 상태에서는 가반성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없고 넓은 표시 영역에 의하여 표시의 일람성이 우수하다.
표시부(9311)는 힌지(9313)로 연결된 3개의 하우징(9315)에 의하여 지지되어 있다. 또한 표시부(9311)는 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 또한 표시부(9311)는 힌지(9313)를 개재하여 2개의 하우징(9315) 사이를 굴곡시킴으로써, 휴대 정보 단말기(9310)를 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 표시부(9311)에 사용할 수 있다. 또한 장수명의 전자 기기를 실현할 수 있다. 표시부(9311)의 표시 영역(9312)은, 휴대 정보 단말기(9310)를 접은 상태로 하였을 때에 측면에 위치하는 표시 영역이다. 표시 영역(9312)에는 정보 아이콘이나, 사용 빈도가 높은 애플리케이션이나 프로그램의 바로가기 등을 표시시킬 수 있고, 정보의 확인이나 애플리케이션 등의 기동을 원활하게 수행할 수 있다.
또한 발광 장치를 적용한 자동차에 대하여 도 6의 (A), (B)에 도시하였다. 즉, 발광 장치를 자동차와 일체로 하여 제공할 수 있다. 구체적으로는 도 6의 (A)에 도시된 자동차 외측의 라이트(5101)(차체 뒷부분도 포함함), 타이어의 휠(5102), 도어(5103)의 일부 또는 전체 등에 적용할 수 있다. 또한 도 6의 (B)에 도시된 자동차 내측의 표시부(5104), 핸들(5105), 시프트 레버(5106), 좌석 시트(5107), 백미러(inner rearview mirror)(5108) 등에 적용할 수 있다. 그 외에, 유리창의 일부에 적용하여도 좋다.
이로써, 본 발명의 일 형태인 발광 장치나 표시 장치를 적용한 전자 기기나 자동차를 얻을 수 있다. 또한 그 경우에는 장수명의 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 적용할 수 있는 전자 기기나 자동차는 본 실시형태에서 나타낸 것에 한정되지 않고, 다양한 분야에서 적용할 수 있다.
또한 본 실시형태에서 나타낸 구성은 다른 실시형태에서 나타내는 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 장치 또는 그 일부인 발광 소자를 적용하여 제작되는 조명 장치의 구성에 대하여 도 7을 사용하여 설명한다.
도 7의 (A), (B)에는 조명 장치의 단면도의 일례를 도시하였다. 또한 도 7의 (A)는 기판 측으로 광을 추출하는 보텀 이미션형 조명 장치이고, 도 7의 (B)는 밀봉 기판 측으로 광을 추출하는 톱 이미션형 조명 장치이다.
도 7의 (A)에 도시된 조명 장치(4000)는 기판(4001) 위에 발광 소자(4002)를 가진다. 또한 기판(4001) 외측에, 요철을 가지는 기판(4003)을 가진다. 발광 소자(4002)는 제 1 전극(4004), EL층(4005), 및 제 2 전극(4006)을 가진다.
제 1 전극(4004)은 전극(4007)과 전기적으로 접속되고, 제 2 전극(4006)은 전극(4008)과 전기적으로 접속된다. 또한 제 1 전극(4004)과 전기적으로 접속되는 보조 배선(4009)을 제공하여도 좋다. 또한 보조 배선(4009) 위에는 절연층(4010)이 형성된다.
또한 기판(4001)과 밀봉 기판(4011)은 실재(4012)로 접착된다. 또한 밀봉 기판(4011)과 발광 소자(4002) 사이에는 건조제(4013)가 제공되는 것이 바람직하다. 또한 기판(4003)은 도 7의 (A)와 같은 요철을 가지기 때문에, 발광 소자(4002)에서 발생한 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7의 (B)에 도시된 조명 장치(4200)는 기판(4201) 위에 발광 소자(4202)를 가진다. 발광 소자(4202)는 제 1 전극(4204), EL층(4205), 및 제 2 전극(4206)을 가진다.
제 1 전극(4204)은 전극(4207)과 전기적으로 접속되고, 제 2 전극(4206)은 전극(4208)과 전기적으로 접속된다. 또한 제 2 전극(4206)과 전기적으로 접속되는 보조 배선(4209)을 제공하여도 좋다. 또한 보조 배선(4209) 하부에 절연층(4210)을 제공하여도 좋다.
기판(4201)과, 요철을 가지는 밀봉 기판(4211)은 실재(4212)로 접착된다. 또한 밀봉 기판(4211)과 발광 소자(4202) 사이에 배리어막(4213) 및 평탄화막(4214)을 제공하여도 좋다. 또한 밀봉 기판(4211)은 도 7의 (B)와 같은 요철을 가지기 때문에, 발광 소자(4202)에서 발생한 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 이들의 조명 장치의 응용예로서는 실내의 조명용인 천장등(ceiling light)을 들 수 있다. 천장등에는 천장 직부형이나 천장 매립형 등이 있다. 또한 이와 같은 조명 장치는 발광 장치를 하우징이나 커버와 조합함으로써 구성된다.
그 외에도 바닥에 빛을 조사하여 발밑의 안전성을 높일 수 있는, 풋라이트(foot light) 등으로 응용할 수도 있다. 풋라이트는 예를 들어, 침실, 계단, 또는 통로 등에 사용하는 것이 효과적이다. 그 경우, 방의 넓이나 구조에 따라 크기나 형상을 적절히 변경할 수 있다. 또한 발광 장치와 지지대를 조합하여 구성되는 거치형 조명 장치로 할 수도 있다.
또한 시트형의 조명 장치(시트형 조명)로서 응용할 수도 있다. 시트형 조명은 벽면에 부착시켜 사용하기 때문에 장소를 차지하지 않고 폭넓은 용도에 사용할 수 있다. 또한 대면적화도 용이하다. 또한 곡면을 가지는 벽면이나 하우징에 사용할 수도 있다.
또한 상기 외에도 실내에 설치된 가구의 일부에 본 발명의 일 형태인 발광 장치, 또는 그 일부인 발광 소자를 적용하여 가구로서의 기능을 가지는 조명 장치로 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 장치를 적용한 다양한 조명 장치를 얻을 수 있다. 또한 이들 조명 장치는 본 발명의 일 형태에 포함되는 것으로 한다.
또한 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
<<합성예 1>>
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(100)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체, 비스{2-[6-(4-사이아노-2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}(2,4-펜탄다이오네이토-κO,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppm-dmCP)2(acac)])의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한 [Ir(ppm-dmCP)2(acac)]의 구조는 다음과 같다.
[화학식 23]
Figure pct00023
<단계 1: 3,5-다이메틸-4-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보란-2-일)벤조나이트릴의 합성>
4-브로모-3,5-다이메틸벤조나이트릴 10.06g, 비스(피나콜레이토)다이보론 18.35g, 아세트산 포타슘 21.73g, 다이메틸설폭사이드 240mL를 환류관이 제공된 3구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다. 플라스크 내를 감압하에서 교반함으로써 탈기한 후, 0.59g의 [1,1'-비스(다이페닐포스피노)페로센]팔라듐(II)다이클로라이드 다이클로로메테인 부가물(약칭: Pd(dppf)2Cl2·CH2Cl2), 0.59g의 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(약칭: S-Phos)을 더하여, 100℃에서 32시간 반 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 톨루엔으로 추출을 수행하였다. 그 후, 헥세인:아세트산 에틸=10:1을 전개 용매로 하는 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하여, 목적물을 얻었다(백색 고체, 수량 5.89g, 수율 48%). 단계 1의 합성 스킴은 다음의 식(a-1)과 같다.
[화학식 24]
Figure pct00024
<단계 2: 4-(4-사이아노-2,6-다이메틸페닐)-6-페닐피리미딘(약칭: Hppm-dmCP)의 합성>
다음으로, 4-클로로-6-페닐피리미딘 0.74g, 상기 단계 1에서 얻어진 3,5-다이메틸-4-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤레인-2-일)벤조나이트릴 1.28g, 인산 삼포타슘 3.23g, 톨루엔 43mL, 물 4.3mL를 환류관이 제공된 3구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다.
플라스크 내를 감압하에서 교반함으로써 탈기한 후, 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0)(약칭: Pd2(dba)3) 0.094g, 트리스(2,6-다이메톡시페닐)포스핀(약칭: P(2,6-MeOPh)3) 0.19g을 더하고, 110℃에서 23시간 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 톨루엔으로 추출을 수행하였다. 그 후, 헥산:아세트산 에틸=5:1을 전개 용매로 하는 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하여, 목적으로 하는 피리미딘 유도체, Hppm-dmCP를 얻었다(백색 고체, 수량 0.97g, 수율 88%). 단계 2의 합성 스킴은 다음의 식(a-2)과 같다.
[화학식 25]
Figure pct00025
<단계 3: 다이-μ-클로로-테트라키스{2-[6-(4-사이아노-2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(ppm-dmCP)2Cl]2)의 합성>
다음으로, 2-에톡시에탄올 15mL와 물 5mL, 상기 단계 2에서 얻은 Hppm-dmCP 1.60g, 염화 이리듐 수화물(IrCl3·H2O)(Furuya Metal Co., Ltd. 제조) 0.81g을 환류관이 제공된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 3시간 조사하여 반응시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 잔사를 에탄올로 흡인 여과, 세정하여, 복핵 착체 [Ir(ppm-dmCP)2Cl]2를 얻었다(주황색 고체, 수량 1.45g, 수율 67%). 단계 3의 합성 스킴은 다음의 식(a-3)과 같다.
[화학식 26]
Figure pct00026
<단계 4;[Ir(ppm-dmCP)2(acac)]의 합성>
2-에톡시에탄올 20mL, 상기 단계 3에서 얻은 복핵 착체, [Ir(ppm-dmCP)2Cl]2 1.44g, 아세틸아세톤(약칭: Hacac) 0.41g, 탄산 나트륨 0.93g을 환류관이 제공된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 4시간 조사하였다. 얻어진 잔사를 다이클로로메테인을 이용하여 흡인 여과한 후, 여과액을 농축하였다. 얻어진 고체를 헥산:아세트산 에틸=2:1을 전개 용매로 하는 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 다이클로로메테인과 에탄올의 혼합 용매로 재결정함으로써, 유기 금속 착체, [Ir(ppm-dmCP)2(acac)]를 주황색 분말로 얻었다(수량 0.19g, 수율 7%). 얻어진 주황색 분말 0.19g을 트레인 승화법(train sublimation method)에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 조건은 2.7Pa의 압력하에서, 아르곤 가스를 유량 11mL/min으로 흘리면서, 고체를 355℃에서 가열하였다. 승화 정제 후, 목적물인 주황색 고체를 수량 0.092g, 수율 48%로 얻었다. 단계 4의 합성 스킴은 다음의 식(a-4)과 같다.
[화학식 27]
Figure pct00027
상기 단계 4에서 얻어진 주황색 고체를 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의하여 분석한 결과를 다음에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 8에 나타내었다. 이 결과로부터, 본 실시예에서 상술한 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 금속 착체, [Ir(ppm-dmCP)2(acac)]가 얻어진 것을 알았다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 1.86(s,6H), 2.29(s,12H), 5.36(s,1H), 6.44(d,2H), 6.86(t,2H), 6.91(t,2H), 7.52(s,4H), 7.66(d,2H), 7.68(s,2H), 9.25(s,2H).
다음으로 [Ir(ppm-dmCP)2(acac)]의 다이클로로메테인 용액의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 "흡수 스펙트럼"이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다.
흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하고, 다이클로로메테인 용액(0.011mmol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정하였다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 절대 PL 양자 수율 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, C11347-01)를 사용하고, 질소 분위기하에서 다이클로로메테인 탈산소 용액(0.011mmol/L)을 석영 셀에 넣고 밀봉하여, 실온에서 측정하였다.
얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 9에 나타내었다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한 도 9에서 가는 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고, 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 또한 도 9에 나타낸 흡수 스펙트럼은 다이클로로메테인 용액(0.011mmol/L)을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼으로부터, 다이클로로메테인만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼을 뺀 결과를 나타낸다.
도 9의 결과로부터, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체, [Ir(ppm-dmCP)2(acac)]는 571nm에 발광 피크를 나타내고, 다이클로로메테인 용액으로부터는 황색 발광이 관측되었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자로서 실시예 1에서 설명한 비스{2-[6-(4-사이아노-2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}(2,4-펜테인다이오네이토-κO,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppm-dmCP)2(acac)])(구조식(100))을 발광층에 사용한 발광 소자 1, 및 비교를 위한 발광 소자로서 비스{2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}(2,4-펜테인다이오네이토-κO,O’)이리듐(III)(약칭: [Ir(ppm-dmp)2(acac)])(구조식(200))을 발광층에 사용한 비교 발광 소자 2에 대하여, 소자 구조, 제작 방법, 및 그 특성에 대하여 설명한다. 또한 본 실시예에서 사용하는 발광 소자의 소자 구조를 도 10에 나타내고, 구체적인 구성에 대하여 표 1에 나타낸다. 또한 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식은 다음과 같다.
[표 1]
Figure pct00028
[화학식 28]
Figure pct00029
<<발광 소자의 제작>>
본 실시예에서 나타내는 발광 소자는 도 10에 도시된 바와 같이, 기판(900) 위에 형성된 제 1 전극(901) 위에 정공 주입층(911), 정공 수송층(912), 발광층(913), 전자 수송층(914), 전자 주입층(915)이 순차적으로 적층되고, 전자 주입층(915) 위에 제 2 전극(903)이 적층된 구조를 가진다.
우선, 기판(900) 위에 제 1 전극(901)을 형성하였다. 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다. 또한 기판(900)에는, 유리 기판을 사용하였다. 또한 제 1 전극(901)은 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법으로, 70nm의 막 두께로 성막하여 형성하였다.
여기서 전처리로서 기판의 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 수행하였다. 그 후, 내부 압력이 약 10-4Pa까지 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(901) 위에 정공 주입층(911)을 형성하였다. 정공 주입층(911)은 진공 증착 장치 내의 압력을 10-4Pa까지 감압한 후, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II))과 산화 몰리브데넘을 DBT3P-II:산화 몰리브데넘=2:1(질량비)로 하고, 두께가 55nm가 되도록 공증착하여 형성하였다.
다음으로 정공 주입층(911) 위에 정공 수송층(912)을 형성하였다. 정공 수송층(912)은 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP)을 사용하고, 두께가 20nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
다음으로 정공 수송층(912) 위에 발광층(913)을 형성하였다.
발광 소자 1의 경우의 발광층(913)은 호스트 재료로서 2mDBTBPDBq-II를 사용하고, 어시스트 재료로서 PCBBiF, 게스트 재료(인광 재료)로서 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체, 비스{2-[6-(4-사이아노-2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}(2,4-펜테인다이오네이토-κO,O’)이리듐(III)(약칭: [Ir(ppm-dmCP)2(acac)])(구조식:100)을 사용하고, 질량비가 2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(ppm-dmCP)2(acac)]=0.75:0.25:0.075가 되도록 공증착하였다. 또한 막 두께는 40nm로 하였다.
비교 발광 소자 2의 경우의 발광층(913)은 호스트 재료로서 2mDBTBPDBq-II를 사용하고, 어시스트 재료로서 PCBBiF, 게스트 재료(인광 재료)로서 비스{2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}(2,4-펜테인다이오네이토-κO,O’)이리듐(III)(약칭: [Ir(ppm-dmp)2(acac)])을 사용하고, 질량비가 2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(ppm-dmp)2(acac)]=0.75:0.25:0.075가 되도록 공증착하였다. 또한 막 두께는 40nm로 하였다.
다음으로, 발광층(913) 위에 전자 수송층(914)을 형성하였다. 전자 수송층(914)은 2mDBTBPDBq-II의 막 두께가 20nm, 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)의 막 두께가 15nm가 되도록 순차적으로 증착하여 형성하였다.
다음으로 전자 수송층(914) 위에 전자 주입층(915)을 형성하였다. 전자 주입층(915)은 플루오린화 리튬(LiF)을 사용하고, 두께가 1nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
다음으로 전자 주입층(915) 위에 제 2 전극(903)을 형성하였다. 제 2 전극(903)은 알루미늄을 사용하여 두께가 200nm가 되도록 증착법으로 형성하였다. 또한 본 실시예에서 제 2 전극(903)은 음극으로서 기능한다.
여기까지의 공정에 의하여, 한 쌍의 전극 사이에 EL층(902)을 끼워 이루어지는 발광 소자를 기판(900) 위에 형성하였다. 또한 상기 공정에서 설명한 정공 주입층(911), 정공 수송층(912), 발광층(913), 전자 수송층(914), 전자 주입층(915)은 본 발명의 일 형태에 따른 EL층을 구성하는 기능층이다. 또한 상술한 제작 방법에서의 증착 공정에서는 모두 저항 가열법에 의한 증착법을 사용하였다.
또한 상술한 바와 같이 제작한 발광 소자는, 다른 기판(도시 생략)에 의하여 밀봉된다. 또한 다른 기판(도시 생략)을 사용한 밀봉 시에는, 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 자외광에 의하여 고체화하는 밀봉제를 도포한 다른 기판(도시 생략)을 기판(900) 위에 고정하고, 기판(900) 위에 형성된 발광 소자의 주위에 밀봉제가 부착되도록 기판끼리를 접착시켰다. 밀봉 시에는 365nm의 자외광을 6J/cm2 조사하여 밀봉제를 고체화하고, 80℃에서 1시간 열처리함으로써 밀봉제를 안정화시켰다.
<<발광 소자의 동작 특성>>
제작한 각 발광 소자의 동작 특성에 대하여 측정하였다. 또한 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다. 또한 도 11 내지 도 14에 결과를 나타내었다.
다음의 표 2에 1000cd/m2 부근에서의 각 발광 소자의 주된 초기 특성값을 나타내었다.
[표 2]
Figure pct00030
상기 결과로부터 발광 소자 1은 양호한 소자 특성을 나타내었지만, 특히 비교 발광 소자 2와 비교하여 높은 외부 양자 효율이 얻어졌다. 이것은 발광 소자 1의 발광층에 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체, [Ir(ppm-dmCP)2(acac)]를 사용함으로써 얻어진 것으로 해석할 수 있다.
즉 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체 [Ir(ppm-dmCP)2(acac)]는 Ir에 배위한 피리미딘 고리가 치환기로서 사이아노기를 가지는 페닐기를 적어도 하나 가지며, 사이아노기를 가지는 페닐기가 피리미딘 고리의 6위치에 결합하는 구조를 가지기 때문에 피리미딘 고리의 6위치에 결합한 사이아노기를 가지는 페닐기에 기인하여 증착 기판면에 대한 수평 방향으로 분자의 배향성이 높아져, 광 추출 효율을 향상시키는 것으로 생각된다.
또한 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘린 경우의 발광 스펙트럼을 도 15에 나타내었다. 도 15에는 발광 소자 1, 발광층(913)에 포함되는 유기 금속 착체, [Ir(ppm-dmCP)2(acac)]의 발광에서 유래하여 574nm 부근에 피크를 가지는 발광 스펙트럼을 나타내었다. 또한 비교 발광 소자 2는 발광층(913)에 포함되는 유기 금속 착체, [Ir(ppm-dmp)2(acac)]의 발광에서 유래하여 559nm 부근에 피크를 가지는 발광 스펙트럼을 나타내었다. 또한 발광 소자 1은 비교 발광 소자 2에 비하여 극대 발광 파장이 긴 파장 방향으로 시프트되었다. 이것은 발광층(913)에 포함되는 유기 금속 착체, [Ir(ppm-dmCP)2(acac)]에서 배위자의 피리미딘 고리가 가지는 페닐기가, 치환기로서 사이아노기를 가짐으로써, 발광 소자 1은 배위자의 LUMO가 저하되기 때문이다. 따라서, 극대 발광 파장을 긴 파장 방향으로 시프트시켜, 적색 발광 영역에 발광 파장을 조정하고자 하는 경우에, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체는 바람직하다고 할 수 있다.
다음으로 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2에 대한 신뢰성 시험을 행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 16에 나타내었다. 도 16에서 세로축은 초기 휘도를 100%로 하였을 때의 정규화 휘도(%)를 나타내고, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한 신뢰성 시험은 전류 밀도를 50mA/cm2로 설정하고, 발광 소자를 구동시켰다.
신뢰성 시험의 결과로부터, 발광 소자 1은 비교 발광 소자 2에 비하여 신뢰성이 높다는 것을 알았다. 이것은 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체, [Ir(ppm-dmCP)2(acac)](구조식(100))를 발광 소자 1의 발광층에 사용한 것에 의한 효과로 볼 수 있다. 또한 [Ir(ppm-dmCP)2(acac)]는 분자 구조상 치환기로서 사이아노기를 가지기 때문에 승화 온도가 높음에도 불구하고, 분해되기 어렵고, 내열성이 높다는 특징을 가진다. 따라서, 승화 정제에 의한 열 분해를 문제로 하지 않고, 순도가 높은 [Ir(ppm-dmCP)2(acac)]를 사용할 수 있어, 발광 소자 1의 신뢰성이 향상되었다고 할 수 있다.
또한 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2의 발광층의 증착 시에 증착 체임버 내에서 발생하는 이탈 가스에 대하여 분석하기 위하여, 사중극형 질량 분석계(ULVAC, Inc.제조, 잔류 가스 분석계 Qulee BGM-202)를 사용하여 체임버 내부의 피측정 가스 중 질량 전하비에 대응하는 특정 가스의 압력(검출 분압: Pa)을 측정하였다. 결과를 도 17에 나타내었다. 또한 도 17에는 가로축에 질량 전하비(m/z), 세로축에 질량 전하비에 대응하는 특정 가스의 압력(검출 분압: Pa)을 나타내었다. 또한 도 17 중의 B.G.는 각 발광 소자를 증착하기 직전의 체임버 내부에서 측정된 가스 중 질량 전하비에 대응하는 특정 가스의 압력(검출 분압: Pa)을 측정한 결과이다. 이 결과로부터 발광 소자 1의 발광층에 사용한, [Ir(ppm-dmCP)2(acac)]는 비교 발광 소자 2의 발광층에 사용한, [Ir(ppm-dmp)2(acac)]에 비하여 승화 온도가 높음에도 불구하고 이탈 가스 성분의 검출이 적었다. 그러므로 [Ir(ppm-dmCP)2(acac)]는 [Ir(ppm-dmp)2(acac)]보다 열 분해되기 어렵다고 할 수 있다. 즉 본 실시예에서 합성한 유기 금속 착체[Ir(ppm-dmCP)2(acac)]는 사이아노기를 치환기에 포함함으로써 승화 온도가 높아짐에도 불구하고, 열 분해되기 어려운(저분자량의 분해물이 생성되기 어려운) 구조인 것이 확인되었다.
(실시예 3)
<<합성예 2>>
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(112)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체, 비스{4,6-다이메틸-2-[6-(5-사이아노-2-메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이트-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmppm-m5CP)2(dpm)])의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한 [Ir(dmppm-m5CP)2(dpm)]의 구조를 다음에 나타낸다.
[화학식 29]
Figure pct00031
<단계 1: 4-클로로-6-(3,5-다이메틸페닐)피리미딘의 합성>
4,6-다이클로로피리미딘 8.97g, 3,5-다이메틸페닐보론산 9.01g, 2M 탄산 소듐 수용액 95mL, 에틸렌 글라이콜다이메틸에터(약칭: DME) 360mL를, 환류관이 제공된 3구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다. 플라스크 내를 감압하에서 교반함으로써 탈기한 후, 아세트산 팔라듐(II)(약칭: Pd(OAc)2) 0.67g, 트라이페닐포스핀(약칭: PPh3) 1.61g을 더하고, 110℃에서 11시간 동안 교반하였다. 소정 시간이 경과한 후, 아세트산 에틸에 의한 추출을 수행하였다. 그 후, 다이클로로메테인을 전개 용매로 하는 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하여, 목적물을 얻었다(황백색 고체, 수량 7.60g, 수율 58%). 단계 1의 합성 스킴은 다음의 식(b-1)과 같다.
[화학식 30]
Figure pct00032
<단계 2: 4-(5-사이아노-2-메틸페닐)-6-(3,5-다이메틸페닐)피리미딘의 합성>
다음으로 상기 단계 1에서 얻어진 4-클로로-6-(3,5-다이메틸페닐)피리미딘 5.21g, 5-사이아노-2-메틸페닐보론산 5.00g, 인산 삼포타슘 15.32g, 톨루엔 240mL, 물 24mL를 환류관이 제공된 3구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다.
플라스크 내를 감압하에서 교반함으로써 탈기한 후, 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0)(약칭: Pd2(dba)3) 0.88g, 트리스(2,6-다이메톡시페닐)포스핀(약칭: (2,6-MeOPh)3P) 1.68g을 더하고, 110℃에서 65시간 반 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 톨루엔으로 추출을 수행하였다. 그 후, 다이클로로메테인:아세트산 에틸=20:1을 전개 용매로 하는 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하여, 목적으로 하는 피라진 유도체, Hdmppm-m5CP를 얻었다(백색 고체, 수량 4.31g, 수율 60%). 단계 2의 합성 스킴은 다음의 식(b-2)과 같다.
[화학식 31]
Figure pct00033
<단계 3: 다이-μ-클로로-테트라키스{4,6-다이메틸-2-[6-(5-사이아노-2-메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(dmppm-m5CP)2Cl]2)의 합성>
다음으로, 2-에톡시에탄올 30mL와 물 10 mL, 상기 단계 2에서 얻은 Hdmppm-m5CP(약칭) 3.92g, 염화 이리듐 수화물(IrCl3·H2O)(Furuya Metal Co., Ltd. 제조) 1.81g을 환류관이 제공된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 3시간 반 조사하여 반응시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 잔사를 메탄올로 흡인 여과, 세정하여, 복핵 착체 [Ir(dmppm-m5CP)2Cl]2를 얻었다(주황색 고체, 수량 4.49g, 수율 91%). 또한 단계 3의 합성 스킴은 다음의 식(b-3)과 같다.
[화학식 32]
Figure pct00034
<단계 4: 비스{4,6-다이메틸-2-[6-(5-사이아노-2-메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ(2O),O’)이리듐(III)(약칭: [Ir(dmppm-m5CP)2(dpm)]의 합성>
다음으로 2-에톡시에탄올 20mL, 상기 단계 3에서 얻은 복핵 착체, [Ir(dmppm-m5CP)2Cl]2 4.48g, 다이피발로일메테인(약칭: Hdpm) 1.51g, 탄산 소듐 2.90g을 환류관이 제공된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다.
그 후, 마이크로파(2.45GHz 100W)를 6시간 동안 조사하였다. 얻어진 잔사를 다이클로로메테인을 이용하여 흡인 여과한 후, 여과액을 농축하였다. 얻어진 고체를 다이클로로메테인을 전개 용매로 하는 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제함으로써, 유기 금속 착체, [Ir(dmppm-m5CP)2(dpm)]을 적색 고체로서 얻었다(수량 0.028g, 수율 0.5%). 단계 4의 합성 스킴은 다음의 식(b-4)과 같다.
[화학식 33]
Figure pct00035
단계 4에서 얻어진 적색 고체를 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의하여 분석한 결과를 다음에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 18에 나타내었다. 이 결과로부터, 본 실시예에서 상술한 구조식(112)으로 나타내어지는 유기 금속 착체, [Ir(dmppm-m5CP)2(dpm)]가 얻어진 것을 알았다.
1H-NMR.δ(CDCl3): 0.89(s,18H), 1.52(s,6H), 2.29(s,6H), 2.54(s,6H), 5.62(s,1H), 6.66(s,2H), 7.48-7.52(m,4H), 7.68(d,2H) ,7.86(d,4H), 8.89(s,2H).
다음으로, [Ir(dmppm-m5CP)2(dpm)]의 다이클로로메테인 용액의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 "흡수 스펙트럼"이라고도 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다.
흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하고, 다이클로로메테인 용액(0.010mmol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정하였다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 절대 PL 양자 수율 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, C11347-01)를 사용하고, 질소 분위기하에서 다이클로로메테인 탈산소 용액(0.010mmol/L)을 석영 셀에 넣고 밀봉하여, 실온에서 측정하였다.
얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 19에 나타내었다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한 도 19에서의 가는 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고, 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 또한 도 19에 나타낸 흡수 스펙트럼은 다이클로로메테인 용액(0.010mmol/L)을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼으로부터 다이클로로메탄만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼을 뺀 결과를 나타낸다.
도 19의 결과로부터 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체, [Ir(dmppm-m5CP)2(dpm)]은 613nm에 발광 피크를 나타내고, 다이클로로메테인 용액으로부터는 적색의 발광이 관측되었다.
(실시예 4)
<<합성예 3>>
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(114)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체, 비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2-사이아노-6-메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ(2O),O’)이리듐(III)(약칭: [Ir(dmppm-m2CP)2(dpm)])의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한 [Ir(dmppm-m2CP)2(dpm)]의 구조를 다음에 나타낸다.
[화학식 34]
Figure pct00036
<단계 1: 4-(2-사이아노-6-메틸페닐)-6-(3,5-다이메틸페닐)피리미딘의 합성>
4-클로로-6-(3,5-다이메틸페닐)피리미딘 2.18g, 3-메틸-2-(테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤레인-2-일)벤조나이트릴 2.90g, 인산 삼포타슘 6.36g, 톨루엔 100mL, 물 10mL를, 환류관이 제공된 3구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다.
플라스크 내를 감압하에서 교반함으로써 탈기한 후, 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0)(약칭: Pd2(dba)3) 0.28g, 트리스(2,6-다이메톡시페닐)포스핀(약칭: (2,6-MeOPh)3P) 0.54g을 더하고, 110℃에서 17시간 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 톨루엔으로 추출을 수행하였다. 그 후, 헥산:아세트산 에틸=2:1을 전개 용매로 하는 플래시 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하여, 목적으로 하는 피리미딘 유도체, Hdmppm-m2CP를 얻었다(백색 고체, 수량 2.08g, 수율 70%). 단계 1의 합성 스킴은 다음의 식(c-1)과 같다.
[화학식 35]
Figure pct00037
<단계 2: 다이-μ-클로로-테트라키스{4,6-다이메틸-2-[6-(2-사이아노-6-메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(dmppm-m2CP)2Cl]2)의 합성>
다음으로 2-에톡시에탄올 30mL와 물 10mL, 상기 단계 1에서 얻은 Hdmppm-m2CP(약칭)2.08g, 염화 이리듐 수화물(IrCl3·H2O)(Furuya Metal Co., Ltd. 제조) 1.01g을 환류관이 제공된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 2시간 조사하여 반응시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 잔사를 메탄올로 흡인 여과, 세정하여, 복핵 착체 [Ir(dmppm-m2CP)2Cl]2를 얻었다(적갈색 고체, 수량 1.88g, 수율 69%). 또한 단계 2의 합성 스킴은 다음의 식(c-2)과 같다.
[화학식 36]
Figure pct00038
<단계 3: [Ir(dmppm-m2CP)2(dpm)]의 합성>
다음으로 2-에톡시에탄올 30mL, 상기 단계 2에서 얻어진 복핵 착체 [Ir(dmppm-m2CP)2Cl]2 1.86g, 다이피발로일메테인(약칭: Hdpm) 0.61g, 탄산 소듐 1.18g을 환류관이 제공된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 5시간 조사하였다. 얻어진 잔사를 다이클로로메테인을 이용하여 흡인 여과한 후, 여과액을 농축하였다. 얻어진 고체를 다이클로로메테인을 전개 용매로 하는 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제함으로써, 유기 금속 착체, [Ir(dmppm-m2CP)2(dpm)]을 적색 고체로서 얻었다(수량 0.050g, 수율 2%). 단계 3의 합성 스킴은 다음의 식(c-3)과 같다.
[화학식 37]
Figure pct00039
단계 3으로 얻어진 적색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의하여 분석한 결과를 다음에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 20에 나타내었다. 이 결과로부터, 본 실시예에서 상술한 구조식(114)으로 나타내어지는 유기 금속 착체 [Ir(dmppm-m2CP)2(dpm)]가 얻어진 것을 알았다.
1H-NMR.δ(CDCl3):0.92(s,18H), 1.53(s,6H), 2.27(s,6H), 2.31(s,6H), 5.65(s,1H), 6.65(s,2H), 7.48-7.51(m,4H), 7.61(d,2H), 7.70(d,2H), 7.85(s,2H), 8.97(s,2H).
다음으로, [Ir(dmppm-m2CP)2(dpm)]의 다이클로로메테인 용액의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 "흡수 스펙트럼"이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다.
흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하고, 다이클로로메테인 용액(0.010mmol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정하였다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 절대 PL 양자 수율 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, C11347-01)를 사용하고, 질소 분위기하에서 다이클로로메테인 탈산소 용액(0.010mmol/L)을 석영 셀에 넣고 밀봉하여, 실온에서 측정하였다.
얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 21에 나타내었다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 또한 도 21에서의 가는 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고, 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 또한 도 21에 나타낸 흡수 스펙트럼은 다이클로로메테인 용액(0.010mmol/L)을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼으로부터 다이클로로메탄만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼을 뺀 결과를 나타낸다.
도 21에 나타낸 결과로부터, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체, [Ir(dmppm-m2CP)2(dpm)]은 621nm에 발광 피크를 나타내고, 다이클로로메테인 용액으로부터는 적색의 발광이 관측되었다.
(실시예 5)
<<합성예 4>>
본 실시예에서는 실시형태 1의 구조식(117)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체, 비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2,6-다이사이아노페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κO,O’)이리듐(III)(약칭: [Ir(dmppm-dCP)2(dpm)])의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한 [Ir(dmppm-dCP)2(dpm)]의 구조를 다음에 나타낸다.
[화학식 38]
Figure pct00040
또한 [Ir(dmppm-dCP)2(dpm)]의 합성 방법의 합성 스킴은 다음의 식(d-1) 내지 식(d-4)과 같다.
[화학식 39]
Figure pct00041
[화학식 40]
Figure pct00042
[화학식 41]
Figure pct00043
[화학식 42]
Figure pct00044
101: 제 1 전극, 102: 제 2 전극, 103:EL층, 103a, 103b:EL층, 104: 전하 발생층, 111, 111a, 111b: 정공 주입층, 112, 112a, 112b: 정공 수송층, 113, 113a, 113b, 113c: 발광층, 114, 114a, 114b: 전자 수송층, 115, 115a, 115b: 전자 주입층, 200R, 200G, 200B: 광학 거리, 201: 제 1 기판, 202: 트랜지스터(FET), 203R, 203G, 203B, 203W: 발광 소자, 204: EL층, 205: 제 2 기판, 206R, 206G, 206B: 컬러 필터, 206R', 206G', 206B': 컬러 필터, 207: 제 1 전극, 208: 제 2 전극, 209: 흑색층(블랙 매트릭스), 210R, 210G: 도전층, 301: 제 1 기판, 302: 화소부, 303: 구동 회로부(소스선 구동 회로), 304a, 304b: 구동 회로부(게이트선 구동 회로), 305: 실재, 306: 제 2 기판, 307: 리드 배선, 308: FPC, 309: FET, 310: FET, 311: FET, 312: FET, 313: 제 1 전극, 314: 절연물, 315: EL층, 316: 제 2 전극, 317: 발광 소자, 318: 공간, 900: 기판, 901: 제 1 전극, 902: EL층, 903: 제 2 전극, 911: 정공 주입층, 912: 정공 수송층, 913: 발광층, 914: 전자 수송층, 915: 전자 주입층, 4000: 조명 장치, 4001: 기판, 4002: 발광 소자, 4003: 기판, 4004: 제 1 전극, 4005: EL층, 4006: 제 2 전극, 4007: 전극, 4008: 전극, 4009: 보조 배선, 4010: 절연층, 4011: 밀봉 기판, 4012: 실재, 4013: 건조제, 4015: 확산판, 4200: 조명 장치, 4201: 기판, 4202: 발광 소자, 4204: 제 1 전극, 4205: EL층, 4206: 제 2 전극, 4207: 전극, 4208: 전극, 4209: 보조 배선, 4210: 절연층, 4211: 밀봉 기판, 4212: 실재, 4213: 배리어막, 4214: 평탄화막, 4215: 확산판, 5101: 라이트, 5102: 휠, 5103: 도어, 5104: 표시부, 5105: 핸들, 5106: 시프트 레버, 5107: 좌석 시트, 5108:백미러, 7000: 하우징, 7001: 표시부, 7002: 제 2 표시부, 7003: 스피커, 7004: LED 램프, 7005: 조작 키, 7006: 접속 단자, 7007: 센서, 7008: 마이크로폰, 7009: 스위치, 7010: 적외선 포트, 7011: 기록 매체 판독부, 7012: 지지부, 7013: 이어폰, 7014: 안테나, 7015: 셔터 버튼, 7016: 수상부, 7018: 스탠드, 7020: 카메라, 7021: 외부 접속부, 7022, 7023: 조작용 버튼, 7024: 접속 단자, 7025: 밴드, 7026: 마이크로폰, 7027: 시각을 나타내는 아이콘, 7028: 그 다른 아이콘, 7029: 센서, 7030: 스피커, 7052, 7053, 7054: 정보, 9310: 휴대 정보 단말, 9311: 표시부, 9312: 표시 영역, 9313: 힌지, 9315: 하우징

Claims (16)

  1. 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체.
    [화학식 1]
    Figure pct00045

    (일반식(G1) 중, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다. 또한 L은 일가음이온성의 배위자를 나타낸다. 또한 n은 1 내지 3의 정수를 나타낸다.)
  2. 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체
    [화학식 2]
    Figure pct00046

    (일반식(G1) 중, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R6 내지 R8 중 어느 하나는 사이아노기를 나타낸다. 또한 L은 일가음이온성의 배위자를 나타낸다. 또한 n은 1 내지 3의 정수를 나타낸다.)
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 n은 2인, 유기 금속 착체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일가음이온성의 배위자는 β-다이케톤 구조를 가지는 일가음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 카복실기를 가지는 일가음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 페놀성 수산기를 가지는 일가음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 2개의 배위 원소가 모두 질소인 일가음이온성의 2좌 킬레이트 배위자, 및 사이클로메탈화에 의하여 이리듐과 금속-탄소 결합을 형성하는 방향족 복소 고리 2좌 배위자 중 어느 하나인, 유기 금속 착체.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일가음이온성의 배위자는 다음의 일반식(L1) 내지 일반식(L8) 중 어느 하나인, 유기 금속 착체.
    [화학식 3]
    Figure pct00047

    (식 중, R71 내지 R77 및 R87 내지 R131은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 할로젠기, 바이닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬싸이오기, 또는 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 또한 A1 내지 A3은 각각 독립적으로 질소 또는 수소와 결합하는 sp2 혼성 탄소, 또는 치환기를 가지는 sp2 혼성 탄소를 나타내고, 상기 치환기는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 할로젠기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 페닐기 중 어느 것을 나타낸다.)
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 n은 3인, 유기 금속 착체.
  7. 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체.
    [화학식 4]
    Figure pct00048

    (일반식(G2) 중, R1 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 사이아노기 중 어느 것을 나타내고, 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다. 또한 R71 및 R73은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 할로젠기, 바이닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬싸이오기, 또는 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다.)
  8. 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체.
    [화학식 5]
    Figure pct00049

    (일반식(G2) 중, R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R5 내지 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 고리를 형성하는 탄소수가 3 내지 12의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 및 사이아노기 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R6 내지 R8 중 어느 하나는 사이아노기를 나타낸다. 또한 R71 및 R73은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 고리를 형성하는 탄소수가 5 내지 7의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 할로젠기, 바이닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬싸이오기, 또는 고리를 형성하는 탄소수가 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다.)
  9. 다음의 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 금속 착체.
    [화학식 6]
    Figure pct00050
  10. 발광 소자로서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 유기 금속 착체를 사용한, 발광 소자.
  11. 발광 소자로서,
    한 쌍의 전극 사이에 EL층을 가지고,
    상기 EL층은 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 유기 금속 착체를 가지는, 발광 소자.
  12. 발광 소자로서,
    한 쌍의 전극 사이에 EL층을 가지고,
    상기 EL층은 발광층을 가지고,
    상기 발광층은 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 유기 금속 착체를 가지는, 발광 소자.
  13. 발광 소자로서,
    한 쌍의 전극 사이에 EL층을 가지고,
    상기 EL층은 발광층을 가지고,
    상기 발광층은 복수의 유기 화합물을 가지고,
    상기 복수의 유기 화합물 중 하나는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 유기 금속 착체인, 발광 소자.
  14. 발광 장치로서,
    제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 발광 소자와,
    트랜지스터 또는 기판을 가지는, 발광 장치.
  15. 전자 기기로서,
    제 14 항에 따른 발광 장치와,
    마이크로폰, 카메라, 조작용 버튼, 외부 접속부, 또는 스피커를 가지는, 전자 기기.
  16. 조명 장치로서,
    제 14 항에 따른 발광 장치와,
    하우징, 커버, 또는 지지대를 가지는, 조명 장치
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