KR20210030278A - 발광 디바이스, 표시 장치, 전자 기기, 유기 화합물, 및 조명 장치 - Google Patents

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노부하루 오사와
사또시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

발광 효율이 높은 다색 발광 디바이스를 제공한다. 발광 디바이스는 발광층에 에너지 도너로서 기능하는 재료, 형광성 재료, 및 인광성 재료를 포함한다. 에너지 도너로서 기능하는 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는다. 형광성 재료의 분자 구조는 발광단 및 보호기를 포함하고, 5개 이상의 보호기가 게스트 재료의 하나의 분자에 포함된다. 보호기를 분자 내에 도입함으로써, 에너지 도너로서 기능하는 재료로부터 발광 재료로의 덱스터 기구에 의한 삼중항 여기 에너지 이동이 억제된다. 보호기의 각각은 알킬기 또는 분지쇄 알킬기이다. 발광 디바이스에서는, 형광성 재료 및 인광성 재료의 양쪽으로부터의 발광이 얻어진다.

Description

발광 디바이스, 표시 장치, 전자 기기, 유기 화합물, 및 조명 장치
본 발명의 일 형태는 발광 디바이스, 유기 화합물, 및 상기 발광 디바이스를 각각 포함하는 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)되는 발명의 일 형태의 기술분야는 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태의 기술분야의 예에는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 이들 중 어느 것의 구동 방법, 및 이들 중 어느 것의 제작 방법이 포함된다.
근년, EL(electroluminescence)을 사용한 발광 디바이스의 연구 개발이 활발하게 수행되고 있다. 이러한 발광 디바이스의 기본적인 구조에서는, 발광 물질을 포함하는 층(EL층)이 한 쌍의 전극 사이에 제공되어 있다. 이 디바이스의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 발광 물질로부터의 발광을 일으킬 수 있다.
상기 발광 디바이스는 자발광형 디바이스이기 때문에, 이 발광 디바이스를 사용한 표시 장치는 시인성이 높고, 백라이트가 필요하지 않고, 소비전력이 낮다는 등의 장점을 갖는다. 또한 이러한 발광 디바이스는, 예를 들어 얇고 가볍게 형성할 수 있고, 응답 속도가 빠르다는 장점도 갖는다.
발광 물질로서 유기 화합물을 포함하는 EL층이 한 쌍의 전극 사이에 제공된 발광 디바이스(예를 들어 유기 EL 디바이스)에서는, 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 발광성을 갖는 EL층에 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공이 주입되기 때문에 전류가 흐른다. 주입된 전자와 정공이 재결합됨으로써, 발광성 유기 화합물은 여기 상태가 되어 발광이 얻어진다.
유기 화합물에 의하여 형성될 수 있는 여기 상태에는 단일항 여기 상태(S*) 및 삼중항 여기 상태(T*)가 있다. 단일항 여기 상태로부터의 발광을 형광이라고 하고, 삼중항 여기 상태로부터의 발광을 인광이라고 한다. 발광 디바이스에서의 S* 대 T*의 통계적인 생성 비율은 1:3이다. 그러므로 인광을 방출하는 화합물(인광성 재료)을 포함하는 발광 디바이스는, 형광을 방출하는 화합물(형광성 재료)을 포함하는 발광 디바이스보다 발광 효율이 높다. 따라서 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 인광성 재료를 포함하는 발광 디바이스가 근년 활발하게 개발되고 있다.
인광성 재료를 포함하는 발광 디바이스 중, 특히 청색광을 방출하는 발광 디바이스는 삼중항 여기 에너지 준위가 높은 안정적인 화합물을 개발하기가 어렵기 때문에 아직 실용화에 이르지 못하고 있다. 이러한 이유로, 더 안정적인 형광성 재료를 포함하는 발광 디바이스의 개발이 수행되고 있고, 형광성 재료를 포함하는 발광 디바이스(형광 디바이스)의 발광 효율을 높이는 기술이 모색되고 있다.
삼중항 여기 에너지를 부분적으로 또는 전체적으로 발광으로 변환할 수 있는 재료로서는, 인광성 화합물에 더하여 TADF(thermally activated delayed fluorescent) 재료가 알려져 있다. TADF 재료에서는, 역 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태가 생성되고, 단일항 여기 상태가 발광으로 변환된다.
TADF 재료를 사용한 발광 디바이스의 발광 효율을 높이기 위해서는, TADF 재료에서, 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태가 효율적으로 생성되는 것에 더하여, 단일항 여기 상태로부터의 효율적인 발광, 즉 형광 양자 수율이 높다는 것이 중요하다. 그러나 이들 2개를 만족시키는 발광 재료를 설계하는 것은 어렵다.
TADF 재료 및 형광성 재료를 포함하는 발광 디바이스에서, TADF 재료의 단일항 여기 에너지를 형광성 재료로 이동시키고, 형광성 재료로부터 발광을 얻는 방법이 특허문헌 1에 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 특개2014-045179호
Hiroki Noda et al., Sci. Adv. 2018, 4, eaao6910. S. Wang et al., Angew. Chem., Int. Ed. 2015, 54, 13068.
백색 발광 디바이스로 대표되는 다색(多色) 발광 디바이스는, 디스플레이 등에 대한 응용이 기대되고 있다. 상기 다색 발광 디바이스를 위한 디바이스 구조의 예로서는, 전하 발생층을 개재(介在)하여 복수의 EL층이 제공된 발광 디바이스(이러한 발광 디바이스를 탠덤 디바이스라고도 함)의 구조가 있다. 상기 탠덤 디바이스는 상이한 색의 광을 방출하는 재료를 상이한 EL층에 사용할 수 있기 때문에, 다색 발광 디바이스를 제작하는 데 적합하다. 그러나 탠덤 디바이스는 층수가 많아 제작 단계의 수가 많아진다는 문제가 있다.
상기 관점에서, 하나의 EL층이 복수의 색의 광을 방출하는 발광 디바이스가 요구되고 있다. 복수의 발광색을 얻기 위하여, 발광층에는 2종류 이상의 게스트 재료가 사용되지만, 신뢰성의 관점에서 형광성 재료를 사용한 다색 발광 디바이스의 개발이 요구되고 있다.
상술한 바와 같이, 형광성 재료를 사용한 발광 디바이스의 효율은, 예를 들어 호스트 재료의 삼중항 여기자를 단일항 여기자로 변환한 다음, 게스트 재료인 형광성 재료로 단일항 여기 에너지를 이동시킴으로써 높인다. 그러나 발광 디바이스의 발광층에서 형광성 재료를 게스트 재료로서 사용한 경우, 형광성 재료의 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 발광에 기여하지 않지만, 삼중항 여기 에너지의 불활성화 경로가 될 수 있다. 따라서 형광성 재료를 사용하여 발광 디바이스의 효율을 높이기 어려웠다.
형광성 재료를 사용한 발광 디바이스의 발광 효율 및 신뢰성을 높이기 위해서는, 발광층 내의 삼중항 여기 에너지가 단일항 여기 에너지로 효율적으로 변환되고, 단일항 여기 에너지로서 형광성 재료에 효율적으로 이동되는 것이 바람직하다. 따라서 호스트 재료의 삼중항 여기 상태로부터 게스트 재료의 단일항 여기 상태를 생성시켜, 발광 디바이스의 발광 효율 및 신뢰성을 더 높이는 방법의 개발이 요구되고 있다.
따라서 본 발명의 일 형태의 과제는 하나의 EL층이 복수의 색의 광을 방출하는 발광 디바이스를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 발광 효율이 높은 발광 디바이스를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 소비전력이 낮은 발광 디바이스를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신규 발광 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신규 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한 상기 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태는 상기 과제 모두를 달성할 필요는 없다. 상기 과제 이외의 과제는 명세서 등의 기재에서 명백해질 것이며 추출될 수 있다.
상술한 바와 같이, 형광을 방출하는 발광 디바이스에서, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 효율적으로 변환하는 방법의 개발이 요구되고 있다. 그러므로 발광층에 사용하는 재료들 사이의 에너지 이동 효율을 높일 필요가 있다. 이를 위해서는, 에너지 도너와 에너지 억셉터 사이의 덱스터 기구에 의한 삼중항 여기 에너지의 이동을 억제할 필요가 있다. 동시에, 다색 발광을 효율적으로 나타내는 발광 디바이스의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 디바이스이고, 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 1 재료, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 2 재료, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 3 재료를 포함하고, 제 2 재료는 발광단 및 5개 이상의 보호기를 포함하고, 발광단은 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리이고, 5개 이상의 보호기는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 갖고, 제 1 재료의 T1 준위는 제 3 재료의 T1 준위보다 높고, 제 2 재료 및 제 3 재료의 양쪽으로부터 발광이 얻어진다.
상기 구조에서는, 5개의 보호기 중 적어도 4개가 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나이다.
본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 디바이스이고, 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 1 재료, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 2 재료, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 3 재료를 포함하고, 제 2 재료는 발광단 및 4개의 보호기를 포함하고, 발광단은 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리이고, 4개의 보호기는 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리와 직접 결합되지 않고, 4개의 보호기는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 갖고, 제 1 재료의 T1 준위는 제 3 재료의 T1 준위보다 높고, 제 2 재료 및 제 3 재료의 양쪽으로부터 발광이 얻어진다.
본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 디바이스이고, 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 1 재료 및 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 2 재료를 포함하고, 제 2 재료는 발광단 및 2개 이상의 다이아릴아미노기를 포함하고, 발광단은 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리이고, 2개 이상의 다이아릴아미노기는 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리와 결합되고, 2개 이상의 다이아릴아미노기는 각각 독립적으로 적어도 하나의 보호기를 갖고, 보호기는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 갖고, 제 1 재료 및 제 2 재료의 양쪽으로부터 발광이 얻어진다.
본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 디바이스이고, 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 1 재료, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 2 재료, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 3 재료를 포함하고, 제 2 재료는 발광단 및 2개 이상의 다이아릴아미노기를 포함하고, 발광단은 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리이고, 2개 이상의 다이아릴아미노기는 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리와 결합되고, 2개 이상의 다이아릴아미노기는 각각 독립적으로 적어도 2개의 보호기를 갖고, 보호기는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 갖고, 제 1 재료의 T1 준위는 제 3 재료의 T1 준위보다 높고, 제 2 재료 및 제 3 재료의 양쪽으로부터 발광이 얻어진다.
상기 구조에서, 다이아릴아미노기가 다이페닐아미노기인 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 알킬기가 분지쇄 알킬기인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 디바이스이고, 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 1 재료, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 2 재료, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 3 재료를 포함하고, 제 2 재료는 발광단 및 복수의 보호기를 포함하고, 발광단은 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리이고, 복수의 보호기의 원자 중 적어도 하나가 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리의 한쪽 면 바로 위에 위치하고, 복수의 보호기의 다른 원자 중 적어도 하나가 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리의 다른 쪽 면 바로 위에 위치하고, 제 1 재료의 T1 준위는 제 3 재료의 T1 준위보다 높고, 제 2 재료 및 제 3 재료의 양쪽으로부터 발광이 얻어진다.
본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 디바이스이고, 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 1 재료, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 2 재료, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 3 재료를 포함하고, 제 2 재료는 발광단 및 2개 이상의 다이페닐아미노기를 포함하고, 발광단은 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리이고, 2개 이상의 다이페닐아미노기는 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리와 결합되고, 2개 이상의 다이페닐아미노기 중의 페닐기는 각각 독립적으로 3위치 및 5위치에 보호기를 갖고, 보호기는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 갖고, 제 1 재료의 T1 준위는 제 3 재료의 T1 준위보다 높고, 제 2 재료 및 제 3 재료의 양쪽으로부터 발광이 얻어진다.
상기 구조에서, 알킬기가 분지쇄 알킬기인 것이 바람직하다.
상기 구조에서, 분지쇄 알킬기가 4급 탄소를 갖는 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리가 나프탈렌, 안트라센, 플루오렌, 크리센, 트라이페닐렌, 테트라센, 피렌, 페릴렌, 쿠마린, 퀴나크리돈, 및 나프토비스벤조퓨란 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 제 1 재료가 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함하고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물이 들뜬 복합체를 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 유기 화합물은 인광을 방출하는 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 제 1 재료의 발광 스펙트럼의 피크 파장이 제 2 재료의 발광 스펙트럼의 피크 파장보다 단파장 측에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 제 1 재료가 인광 또는 지연 형광을 방출하는 화합물인 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 제 1 재료의 발광 스펙트럼이 제 2 재료의 흡수 스펙트럼의 가장 긴 파장 측의 흡수대와 중첩되는 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 발광층 내의 제 2 재료의 농도가 제 3 재료의 농도보다 높은 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 제 3 재료가 인광을 방출하는 화합물인 것이 바람직하다.
상기 구조 중 어느 것에서, 제 2 재료의 발광 스펙트럼의 피크 파장이 제 3 재료의 발광 스펙트럼의 피크 파장보다 단파장 측에 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 구조 중 어느 것을 갖는 발광 디바이스와, 컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는 표시 장치이다. 본 발명의 다른 일 형태는 상기 표시 장치와, 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는 전자 기기이다. 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구조 중 어느 것을 갖는 발광 디바이스와, 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는 조명 장치이다. 본 발명의 일 형태의 범주에는 발광 디바이스를 포함하는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 디바이스를 포함하는 전자 기기도 포함된다. 따라서 본 명세서에서 발광 디바이스란 화상 표시 장치 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 말한다. 발광 디바이스는, 발광 디바이스에 FPC(flexible printed circuit) 또는 TCP(tape carrier package) 등의 커넥터가 접속된 표시 모듈, TCP 끝에 인쇄 배선 기판이 제공된 표시 모듈, 또는 COG(chip on glass)법에 의하여 발광 디바이스에 IC(집적 회로)가 직접 실장된 표시 모듈을 그 범주에 포함할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 하나의 EL층이 복수의 색의 광을 방출하는 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 발광 효율이 높은 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 소비전력이 낮은 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 신규 발광 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 신규 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하지 않는다. 또한 본 발명의 일 형태는 상기 효과 모두를 달성할 필요는 없다. 다른 효과는 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재에서 명백해질 것이며 추출될 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 발광층의 단면 모식도이고, 도 1의 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 발광층의 에너지 준위의 상관을 나타낸 것이다.
도 2의 (A)는 종래의 게스트 재료의 개념도이고, 도 2의 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에 사용하는 게스트 재료의 개념도이다.
도 3의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에 사용하는 게스트 재료의 구조식을 나타낸 것이고, 도 3의 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에 사용하는 게스트 재료의 볼 스틱(ball-and-stick) 이미지를 나타낸 것이다.
도 4의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 발광층의 단면 모식도이고, 도 4의 (B) 내지 (D)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 발광층의 에너지 준위의 상관을 각각 나타낸 것이다.
도 5의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 발광층의 단면 모식도이고, 도 5의 (B) 및 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 발광층의 에너지 준위의 상관을 각각 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 발광층의 단면 모식도이다.
도 7의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 도시한 상면도이고, 도 7의 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 도시한 단면 모식도이다.
도 8의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 각각 도시한 단면 모식도이다.
도 9의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 각각 도시한 단면 모식도이다.
도 10의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 모듈을 도시한 사시도이다.
도 11의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기를 도시한 것이다.
도 12의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 형태에 따른 조명 장치를 도시한 것이다.
도 14는 실시예에서의 발광 디바이스의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 15는 실시예에서의 발광 디바이스의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 16은 발광 디바이스의 전계 발광 스펙트럼과, 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 관계를 나타낸 것이다.
도 17은 실시예에서의 발광 디바이스의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 18은 실시예에서의 발광 디바이스의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 19는 실시예에서의 발광 디바이스의 색도-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 20은 실시예에서의 발광 디바이스의 신뢰성 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 21은 신뢰성 시험 전후에서의 발광 디바이스의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 22의 (A) 및 (B)는 참고예에서의 화합물의 NMR 차트를 나타낸 것이다.
도 23은 참고예에서의 화합물의 NMR 차트를 나타낸 것이다.
도 24의 (A) 및 (B)는 참고예에서의 화합물의 NMR 차트를 나타낸 것이다.
도 25는 참고예에서의 화합물의 NMR 차트를 나타낸 것이다.
도 26은 실시예에서의 발광 디바이스의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 27은 실시예에서의 발광 디바이스의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 28은 실시예에서의 발광 디바이스의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 29는 실시예에서의 발광 디바이스의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 30의 (A) 및 (B)는 참고예에서의 화합물의 NMR 차트를 나타낸 것이다.
도 31은 참고예에서의 화합물의 NMR 차트를 나타낸 것이다.
이하에서 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 또한 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어나지 않고 본 발명의 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하의 실시형태의 내용에 한정하여 해석되지 말아야 한다.
또한 도면 등에 도시된 각 구성 요소의 위치, 크기, 또는 범위 등은 이해를 쉽게 하기 위하여 정확하게 나타내지 않은 경우가 있다. 따라서 개시된 발명은 도면 등에 개시된 위치, 크기, 또는 범위 등에 반드시 한정될 필요는 없다.
또한 본 명세서 등에서 제 1 및 제 2 등의 서수는 편의상 사용되는 것이고, 단계의 순서 또는 적층 순서를 나타내지 않는 경우가 있다. 따라서 예를 들어 "제 1"을 "제 2" 또는 "제 3"으로 적절히 바꿔도 설명이 가능하다. 또한 본 명세서 등에서의 서수는 본 발명의 일 형태를 특정하기 위하여 사용되는 것과 반드시 같지는 않다.
본 명세서 등에서 도면을 참조하여 본 발명의 형태를 설명하는 데 있어, 다른 도면에서의 같은 구성 요소를 같은 부호로 나타내는 경우가 있다.
본 명세서 등에서는, "막" 및 "층"이라는 용어를 서로 교체할 수 있다. 예를 들어 "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다. 또한 예를 들어 "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
본 명세서 등에서, 단일항 여기 상태(S*)란 여기 에너지를 갖는 단일항 상태를 말한다. S1 준위란 단일항 여기 에너지 준위의 가장 낮은 준위, 즉 가장 낮은 단일항 여기 상태(S1 상태)의 여기 에너지 준위를 말한다. 삼중항 여기 상태(T*)란 여기 에너지를 갖는 삼중항 상태를 말한다. T1 준위란 삼중항 여기 에너지 준위의 가장 낮은 준위, 즉 가장 낮은 삼중항 여기 상태(T1 상태)의 여기 에너지 준위를 말한다. 또한 본 명세서 등에서, "단일항 여기 상태" 및 "단일항 여기 에너지 준위"라는 단순한 표현은 각각 S1 상태 및 S1 준위를 의미하는 경우가 있다. 또한 "삼중항 여기 상태" 및 "삼중항 여기 에너지 준위"라는 표현은 각각 T1 상태 및 T1 준위를 의미하는 경우가 있다.
본 명세서 등에서 형광성 재료란, 단일항 여기 상태로부터 바닥 상태로 완화될 때에 가시광 영역의 광을 방출하는 화합물을 말한다. 인광성 재료란, 삼중항 여기 상태로부터 바닥 상태로 완화될 때에 실온에서 가시광 영역의 광을 방출하는 화합물을 말한다. 즉, 인광성 재료란, 삼중항 여기 에너지를 가시광으로 변환할 수 있는 화합물을 말한다.
또한 본 명세서 등에서 실온이란 0℃ 이상 40℃ 이하의 온도를 말한다.
본 명세서 등에서, 청색의 파장 영역이란 400nm 이상 490nm 미만의 파장 영역을 말하고, 청색광은 상기 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 갖는다. 녹색의 파장 영역이란 490nm 이상 580nm 미만의 파장 영역을 말하고, 녹색광은 상기 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 갖는다. 적색의 파장 영역이란 580nm 이상 680nm 이하의 파장 영역을 말하고, 적색광은 상기 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 갖는다. 2종류의 발광 스펙트럼이 같은 파장 영역에 발광 스펙트럼 피크를 갖고, 피크 파장이 서로 다른 경우, 상기 2종류의 발광 스펙트럼을 다른 색의 발광으로 간주하는 경우가 있다. 발광 스펙트럼 피크는 극댓값 또는 숄더를 포함하는 것으로 가정한다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에 대하여 도 1의 (A) 내지 (C), 도 2의 (A) 및 (B), 도 3의 (A) 및 (B), 도 4의 (A) 내지 (D), 그리고 도 5의 (A) 내지 (C)를 참조하여 이하에서 설명한다.
<발광 디바이스의 구조예>
먼저, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 구조에 대하여 도 1의 (A) 내지 (C)를 참조하여 이하에서 설명한다.
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스(150)의 단면 모식도이다.
발광 디바이스(150)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 및 상기 한 쌍의 전극 사이의 EL층(100)을 포함한다. EL층(100)은 적어도 발광층(130)을 포함한다.
도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)은 발광층(130)에 더하여 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 등의 기능층을 포함한다.
본 실시형태에서는 한 쌍의 전극인 전극(101) 및 전극(102)이 각각 양극 및 음극으로서 기능하는 것으로 가정하여 설명하지만, 발광 디바이스(150)의 구조는 이에 한정되지 않는다. 즉, 전극(101)이 음극이어도 좋고, 전극(102)이 양극이어도 좋고, 전극들 사이의 층들의 적층 순서가 거꾸로 되어도 좋다. 바꿔 말하면, 양극 측으로부터 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(130), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)이 이 순서대로 적층될 수 있다.
EL층(100)의 구조는 도 1의 (A)에 도시된 구조에 한정되지 않고, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 중에서 선택된 적어도 1층을 포함하는 구조가 적용된다. 또는 EL층(100)은, 예를 들어 정공 또는 전자의 주입 장벽을 저감하거나, 정공 또는 전자의 수송성을 향상시키거나, 정공 또는 전자의 수송성을 저해하거나, 혹은 전극에 의한 퀀칭을 억제하는 기능을 갖는 기능층을 포함하여도 좋다. 또한 기능층은 단층이어도 좋고 적층이어도 좋다.
<발광 디바이스의 발광 기구>
다음으로, 발광층(130)의 발광 기구에 대하여 이하에서 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스(150)에서는, 한 쌍의 전극(전극(101 및 102)) 사이에 전압을 인가함으로써, 전자 및 정공이 각각 음극 및 양극으로부터 EL층(100)에 주입되기 때문에, 전류가 흐른다. 캐리어(전자 및 정공)의 재결합에 의하여 생성된 단일항 여기자의 삼중항 여기자에 대한 비율(이하, 여기자의 생성 확률이라고 함)은 통계적으로 얻어진 확률에 따르면 약 1:3이다. 바꿔 말하면, 단일항 여기자의 생성 확률은 25%이고, 삼중항 여기자의 생성 확률은 75%이기 때문에, 삼중항 여기자를 발광에 기여시키는 것이 발광 디바이스의 발광 효율을 높이는 데 중요하다. 이러한 이유로, 발광층(130)에는, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는 재료의 예로서, 인광을 방출할 수 있는 화합물(이하, 인광성 재료라고도 함)이 있다. 본 명세서 등에서 인광성 재료는, 저온(예를 들어 77K) 이상 실온 이하의 온도(즉, 77K 이상 313K 이하)에서 인광은 방출하지만 형광은 방출하지 않는 화합물이다. 인광성 재료는 스핀 궤도 상호 작용이 큰 금속 원소, 구체적으로는 전이 금속 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 인광성 재료가 백금족 원소(루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 또는 백금(Pt)), 특히 이리듐을 포함하면, 단일항 바닥 상태와 삼중항 여기 상태 사이의 직접 전이의 확률을 높일 수 있기 때문에 특히 바람직하다.
삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는 재료의 다른 예로서는, TADF 재료가 있다. 또한 TADF 재료는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작고, 역 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 갖는 재료이다. 그러므로 TADF 재료는, 소량의 열 에너지를 사용하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 업컨버트(즉, 역 항간 교차)하고 단일항 여기 상태를 효율적으로 생성할 수 있다. 2종류의 물질로 여기 상태를 형성하는 들뜬 복합체는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 매우 작고, 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환할 수 있는 TADF 재료로서 기능한다.
저온(예를 들어 10K)에서 관측되는 인광 스펙트럼을 T1 준위의 지표로서 사용한다. 단파장 측의 꼬리에서 형광 스펙트럼에 접선을 외삽함으로써 얻어지는 선의 파장의 에너지 준위가 S1 준위이고, 단파장 측의 꼬리에서 인광 스펙트럼에 접선을 외삽함으로써 얻어지는 선의 파장의 에너지 준위가 T1 준위일 때, TADF 재료의 S1 준위와 T1 준위의 차이는 0.2eV 이하인 것이 바람직하다.
삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는 재료의 예로서는, 페로브스카이트 구조를 갖는 전이 금속 화합물의 나노 구조체가 있다. 특히, 금속 할로젠화물 페로브스카이트 재료의 나노 구조체를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 나노 구조체는 나노 입자 또는 나노 로드인 것이 바람직하다.
도 1의 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 발광층(130)을 도시한 단면 모식도이다. 본 발명의 일 형태에서, 발광층(130)은 화합물(131), 화합물(132), 및 화합물(136)을 포함한다. 화합물(131)은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖고, 화합물(132)은 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖고, 화합물(136)은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는다. 형광성 재료는 안정성이 높기 때문에, 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 얻기 위하여 화합물(132)로서 사용되는 것이 바람직하다. 화합물(131)은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖기 때문에, 발광 효율이 높은 발광 디바이스를 얻기 위하여 화합물(131)에서 캐리어의 재결합이 일어나는 것이 바람직하다. 따라서 화합물(131)에서 캐리어가 재결합하여 생성된 여기자의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지의 양쪽이, 최종적으로 화합물(132)의 단일항 여기 상태 및 화합물(136)의 여기 상태(인광성 재료를 사용하는 경우에는 삼중항 여기 상태, 또는 TADF 재료를 사용하는 경우에는 단일항 여기 상태)로 이동되고, 화합물(132) 및 화합물(136)이 광을 방출하는 것이 바람직하다. 발광층(130)에서, 화합물(131)은 에너지 도너로서 기능하고, 화합물(132) 및 화합물(136)은 각각 에너지 억셉터로서 기능한다. 도 1의 (C)에서, 발광층(130)은 화합물(131)을 호스트 재료로서, 화합물(132) 및 화합물(136)을 게스트 재료로서 포함하는 형광층이다. 즉, 도 1의 (C)에서는, 호스트 재료는 에너지 도너로서 기능하고, 게스트 재료는 각각 에너지 억셉터로서 기능한다. 또한 발광층(130)은 게스트 재료인 화합물(132) 및 화합물(136)로부터 광을 방출할 수 있다.
<발광층의 구조예 1>
도 1의 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 발광층의 에너지 준위의 상관의 예를 나타낸 것이다. 본 구조예에서는, TADF 재료를 화합물(131)로서 사용하고, 인광성 재료를 화합물(136)로서 사용한다.
도 1의 (C)에는 발광층(130)에서의 화합물(131, 132, 및 136)의 에너지 준위의 상관을 나타내었다. 도 1의 (C)에서의 표기 및 부호가 무엇을 나타내는지 이하에 설명한다.
Host(131): 화합물(131);
Fluorecent Guest(132): 화합물(132);
Phosphorecent Guest(136): 화합물(136);
TC1: 화합물(131)의 T1 준위;
SC1: 화합물(131)의 S1 준위;
SFG: 화합물(132)의 S1 준위;
TFG: 화합물(132)의 T1 준위; 및
TPG: 화합물(136)의 T1 준위.
여기서, 전류 여기에 의하여 생성된 화합물(131)의 삼중항 여기 에너지에 주목한다. 화합물(131)은 TADF성을 갖기 때문에, 업컨버전에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 갖는다(도 1의 (C)의 루트 A1). 화합물(131)의 단일항 여기 에너지는 화합물(132)로 신속하게 이동할 수 있다(도 1의 (C)의 루트 A2). 이때, SC1≥SFG를 만족시키는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 단파장 측의 꼬리에서 화합물(131)의 형광 스펙트럼에 접선을 외삽함으로써 얻어지는 선의 파장의 에너지 준위가 SC1이고, 화합물(132)의 흡수 스펙트럼의 흡수단의 파장의 에너지 준위가 SFG일 때, SC1≥SFG를 만족시키는 것이 바람직하다. 화합물(136)은 인광성 재료이기 때문에, 화합물(131)의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지를 받을 수 있다(도 1의 (C)의 루트 A3). 이때, SC1≥TC1≥TPG를 만족시키는 것이 바람직하다. 또한 화합물(136)의 흡수 스펙트럼의 흡수단의 파장의 에너지 준위를 TPG로 간주할 수 있다. 화합물(131)의 저온(예를 들어 10K)에서의 발광 스펙트럼의 단파장 측의 발광단(emission edge)의 파장의 에너지 준위를 TC1로 간주할 수 있다.
화합물(131)에서 생성된 삼중항 여기 에너지가 상술한 루트 A1 및 루트 A2를 통하여 게스트 재료인 화합물(132)의 S1 준위로 이동하고, 화합물(132)이 광을 방출함으로써, 삼중항 여기 에너지를 형광으로 변환할 수 있기 때문에, 발광 디바이스의 발광 효율을 높일 수 있다. 또한 화합물(136)도 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있기 때문에, 화합물(132) 및 화합물(136)이 서로 다른 발광색의 광을 방출함으로써, 다색 발광을 효율적으로 얻을 수 있다.
여기서, 발광층(130)에서, 화합물(131), 화합물(132), 및 화합물(136)은 혼합되어 있다. 그러므로 루트 A1, 루트 A2, 및 루트 A3과 경합하여 화합물(131)의 삼중항 여기 에너지가 화합물(132)의 삼중항 여기 에너지로 변환되는 과정(도 1의 (C)의 루트 A4)이 일어날 수 있다. 형광성 재료인 화합물(132)의 삼중항 여기 에너지는 발광에 기여하지 않는다. 즉, 루트 A4의 에너지 이동이 일어나면, 발광 디바이스의 발광 효율이 저하된다. 또한 실제로는, 에너지 이동 과정의 루트 A4는 TC1로부터 TFG로의 직접적인 루트가 아니라, TC1이 화합물(132)의 TFG보다 준위가 높은 삼중항 여기 상태로 한번 이동한 다음, 내부 변환에 의하여 삼중항 여기 상태가 TFG로 변환되는 루트일 수 있으며, 도면에서는 그 과정을 생략하였다. 이것은 본 명세서에서의 바람직하지 않은 열 불활성화 과정, 즉 TFG로의 모든 불활성화 과정에 대해서도 마찬가지이다.
도 1의 (C)와 같이 SFG≥TPG를 만족시키는 경우, 화합물(132)의 단일항 여기 에너지가 형광으로 변환되는 과정과, 화합물(132)의 단일항 여기 에너지가 TPG로 이동하는 과정(도 1의 (C)의 루트 A5)이 서로 경합한다. 즉, 화합물(136)은 루트 A3 및 루트 A5를 통하여 여기 에너지를 받는다. 따라서 화합물(132) 및 화합물(136)의 양쪽으로부터의 발광을 높은 비율로 얻기 위해서는, 발광층(130)에서의 화합물(132)의 농도가 화합물(136)의 농도보다 높은 것이 바람직하다. 또한 발광층(130)에서의 화합물(136)의 농도가 낮으면, 화합물(136)에서 캐리어가 재결합하기 어렵기 때문에 바람직하다.
화합물(136)의 삼중항 여기 에너지가 발광으로 변환되는 과정과, 화합물(136)의 삼중항 여기 에너지가 화합물(132)의 삼중항 여기 에너지로 변환되는 과정(도 1의 (C)의 루트 A6)은 서로 경합할 수 있다. 형광성 재료인 화합물(132)의 삼중항 여기 에너지는 발광에 기여하지 않는다. 즉, 루트 A6을 통한 에너지 이동이 일어나면, 발광 디바이스의 발광 효율이 저하된다.
또한 발광 파장이 짧은 광을 방출하는 화합물일수록, 더 높은 에너지로 여기된다. 이러한 이유로, 발광 디바이스의 높은 신뢰성을 달성하기 위해서는, 파장이 짧은 광을 방출하는 화합물로서 발광 속도 상수가 높은 발광 재료, 즉 형광성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 화합물(132)로부터의 발광이, 화합물(136)로부터의 발광보다 단파장에 발광 피크를 갖는 것이 바람직하다.
분자 간의 에너지 이동 기구로서, 푀르스터 기구(쌍극자-쌍극자 상호 작용) 및 덱스터 기구(전자 교환 상호 작용)가 알려져 있다. 에너지 억셉터로서 기능하는 화합물(132)은 형광성 재료이기 때문에, 루트 A4를 통한 에너지 이동 및 루트 A6을 통한 에너지 이동의 기구로서는 덱스터 기구가 지배적이다. 일반적으로, 덱스터 기구는, 에너지 억셉터인 화합물(132)과, 에너지를 제공하는 화합물(131) 및 화합물(136)의 각각 사이의 거리가 1nm 이하일 때 현저하게 발생한다. 따라서 루트 A4를 통한 에너지 이동 및 루트 A6을 통한 에너지 이동을 억제하기 위해서는, 에너지 도너와 에너지 억셉터를 서로 멀어지게 하는 것이 중요하다.
또한 화합물(132)에서의 단일항 바닥 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 직접 전이가 금지되어 있어, 화합물(131)의 단일항 여기 에너지 준위(SC1)로부터 화합물(132)의 삼중항 여기 에너지 준위(TFG)로의 에너지 이동 과정은 주된 에너지 이동 과정이 되기 어렵기 때문에, 도면에는 이 에너지 이동 과정을 도시하지 않았다.
또한 도 1의 (C)에서의 TFG는 형광성 화합물의 발광단에서 유래하는 에너지 준위인 경우가 많다. 따라서 구체적으로는 루트 A4를 통한 에너지 이동 및 루트 A6을 통한 에너지 이동을 억제하기 위해서는, 에너지 도너와, 에너지를 받는 형광성 화합물의 발광단을 서로 멀어지게 하는 것이 중요하다. 에너지 도너와 형광성 화합물의 발광단을 서로 멀어지게 하는 일반적인 방법으로서, 이들 화합물의 혼합막 내의 형광성 화합물의 농도를 낮추는 것이 있다. 그러나 혼합막 내의 에너지 억셉터의 농도를 낮추면, 에너지 도너로부터 형광성 화합물로의 덱스터 기구에 의한 에너지 이동뿐만 아니라, 에너지 도너로부터 형광성 화합물로의 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동도 억제된다. 이 경우, 루트 A2가 푀르스터 기구에 기초하기 때문에, 발광 디바이스의 발광 효율 및 신뢰성이 저하된다.
상기 관점에서, 본 발명자들은 에너지 도너와의 거리를 유지하는 보호기를 갖는 형광성 재료를 에너지 억셉터로서 사용함으로써, 발광 효율의 저하를 억제할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한 본 발명자들은 상기 형광성 재료를 사용함으로써, 형광성 재료와 인광성 재료가 혼합된 발광층으로부터 형광 및 인광의 양쪽을 얻을 수 있다는 것을 발견하였다.
<보호기를 갖는 형광성 재료의 개념>
도 2의 (A)는 보호기를 갖지 않는 일반적인 형광성 재료가 게스트 재료로서 호스트 재료로 분산된 경우를 도시한 개념도이다. 도 2의 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에 사용되는, 보호기를 갖는 형광성 재료가 게스트 재료로서 호스트 재료로 분산된 경우를 도시한 개념도이다. 호스트 재료를 에너지 도너와 교체하여도 좋고, 게스트 재료를 에너지 억셉터와 교체하여도 좋다. 여기서, 보호기는 발광단과 호스트 재료를 서로 멀어지게 하는 기능을 갖는다. 도 2의 (A)에서, 게스트 재료(301)는 발광단(310)을 포함한다. 게스트 재료(301)는 에너지 억셉터로서 기능한다. 도 2의 (B)에서, 게스트 재료(302)는 발광단(310) 및 보호기(320)를 포함한다. 도 2의 (A) 및 (B)에서, 게스트 재료(301) 및 게스트 재료(302)는 호스트 재료(330)로 둘러싸여 있다. 도 2의 (A)에서 발광단은 호스트 재료에 가깝기 때문에, 호스트 재료(330)로부터 게스트 재료(301)로의 에너지 이동으로서, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동(도 2의 (A) 및 (B)에서의 루트 A7) 및 덱스터 기구에 의한 에너지 이동(도 2의 (A) 및 (B)에서의 루트 A8)의 양쪽이 일어날 수 있다. 게스트 재료가 형광성 재료이고, 덱스터 기구에 의한 호스트 재료로부터 게스트 재료로의 삼중항 여기 에너지 이동이 일어나고, 게스트 재료의 삼중항 여기 상태가 생성되면, 삼중항 여기 에너지의 비복사 감쇠(non-radiative decay)가 일어나기 때문에, 발광 디바이스의 발광 효율이 저하된다.
한편, 도 2의 (B)에서 게스트 재료(302)는 보호기(320)를 포함한다. 따라서 발광단(310)과 각 호스트 재료(330)를 서로 멀어지게 할 수 있다. 이에 의하여 덱스터 기구에 의한 에너지 이동(루트 A8)이 억제된다. 따라서 게스트 재료(302)와 같은 보호기를 갖는 형광성 재료를 도 1의 (A) 및 (B)에서의 발광층(130)에 사용함으로써, 도 1의 (C)의 루트 A4를 통한 에너지 이동 및 루트 A6을 통한 에너지 이동을 억제할 수 있다.
여기서, 게스트 재료(302)가 광을 방출하기 위해서는, 덱스터 기구가 억제되어 있기 때문에, 게스트 재료(302)는 푀르스터 기구에 의하여 호스트 재료(330)로부터 에너지를 받을 필요가 있다. 바꿔 말하면, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제하면서, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동을 효율적으로 이용하는 것이 바람직하다. 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동도 호스트 재료와 게스트 재료 사이의 거리에 영향을 받는 것이 알려져 있다. 일반적으로, 호스트 재료(330)와 게스트 재료(302) 사이의 거리가 1nm 이하이면 덱스터 기구가 지배적이고, 상기 거리가 1nm 이상 10nm 이하이면 푀르스터 기구가 지배적이다. 또한 호스트 재료(330)와 게스트 재료(302) 사이의 거리가 10nm 이상이면, 에너지 이동은 일반적으로 일어나기 어렵다. 또한 호스트 재료(330)와 게스트 재료(302) 사이의 거리를 호스트 재료(330)와 발광단(310) 사이의 거리로 바꿔 읽을 수 있다.
따라서 보호기(320)는 발광단(310)으로부터 1nm 내지 10nm, 바람직하게는 1nm 내지 5nm의 범위로 확장되는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제하면서, 호스트 재료(330)로부터 게스트 재료(302)로의 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동을 효율적으로 이용할 수 있다. 그러므로 발광 효율이 높은 발광 디바이스로 할 수 있다.
또한 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동의 효율(에너지 이동 속도)을 높이기 위해서는, 호스트 재료(330)에 대한 게스트 재료(301) 또는 게스트 재료(302)의 농도를 높이는 것이 바람직하다. 그러나 게스트 재료의 농도가 높아지면, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동의 속도가 보통 높아지기 때문에, 발광 효율이 저하된다. 따라서 게스트 재료의 농도를 높이는 것은 어렵다. 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는 재료를 호스트 재료로서 사용한 형광 디바이스로서는, 게스트 재료의 농도가 1wt% 이하로 낮은 발광 디바이스가 보고되어 있다.
한편, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 발광단이 보호기를 갖는 형광성 재료를 발광층에 사용한다. 그러므로 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제하면서, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동을 효율적으로 이용할 수 있기 때문에, 에너지 억셉터인 형광성 재료의 농도를 높일 수 있다. 이 결과, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제하면서, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동의 속도를 높인다는, 원래는 모순되는 현상을 일으킬 수 있다. 호스트 재료에 대한 형광성 재료의 농도는 1wt% 이상 30wt% 이하가 바람직하고, 5wt% 이상 20wt% 이하가 더 바람직하고, 5wt% 이상 15wt% 이하가 더욱 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동의 속도를 높일 수 있기 때문에, 발광 효율이 높은 발광 디바이스를 얻을 수 있다. 또한 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는 재료를 호스트 재료로서 사용함으로써, 인광 디바이스와 동등한 높은 발광 효율을 갖는 형광 디바이스를 제작할 수 있다. 안정성이 높은 형광성 재료를 사용하여 발광 효율을 높일 수 있기 때문에, 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 제작할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는 인광성 재료도 포함한다. 따라서 형광 및 인광의 양쪽을 높은 발광 효율로 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 효과는, 안정성이 높은 형광성 재료를 사용하는 것에 기인한 신뢰성 향상만이 아니다. 상술한 에너지 이동은 항상 감손 물질 및 불순물의 영향으로 인하여 소광 과정과 경합한다. 이 소광 과정의 소광 속도 상수가 시간이 지나면서 커지면, 발광 디바이스로부터의 발광의 비율이 감소된다. 즉, 발광 디바이스의 휘도가 저하된다. 그러나 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태에서는 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제하면서, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동의 속도를 원래의 발광 디바이스와 비교하여 높일 수 있기 때문에, 소광 과정과의 경합의 영향이 작아져, 디바이스의 수명을 길게 할 수 있다.
여기서, 발광단이란 형광성 재료에서 발광을 일으키는 원자단(골격)을 말한다. 발광단은 일반적으로 π결합을 갖고 있으며, 방향족 고리를 포함하는 것이 바람직하고, 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리를 포함하는 것이 더 바람직하다. 다른 형태로서, 발광단을, 고리 평면 상에 전이 쌍극자 벡터를 갖는 방향족 고리를 포함하는 원자단(골격)으로 간주할 수 있다.
축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리의 예에는 페난트렌 골격, 스틸벤 골격, 아크리돈 골격, 페녹사진 골격, 및 페노싸이아진 골격이 포함된다. 구체적으로는, 나프탈렌 골격, 안트라센 골격, 플루오렌 골격, 크리센 골격, 트라이페닐렌 골격, 테트라센 골격, 피렌 골격, 페릴렌 골격, 쿠마린 골격, 퀴나크리돈 골격, 및 나프토비스벤조퓨란 골격 중 어느 것을 갖는 형광성 재료는 형광 양자 수율이 높기 때문에 바람직하다.
보호기는 발광단 및 호스트 재료의 T1 준위보다 높은 삼중항 여기 에너지 준위를 가질 필요가 있다. 따라서 포화 탄화수소기를 사용하는 것이 바람직하다. 이것은 π결합을 갖지 않는 치환기는 삼중항 여기 에너지 준위가 높기 때문이다. 또한 π결합을 갖지 않는 치환기는 캐리어(전자 또는 정공)를 수송하는 기능을 갖지 않는다. 따라서 포화 탄화수소기는 호스트 재료의 여기 상태 또는 캐리어 수송성에 실질적으로 영향을 미치지 않고 발광단과 호스트 재료를 서로 멀어지게 할 수 있다. π결합을 갖지 않는 치환기와 π공액계를 갖는 치환기를 포함하는 유기 화합물에서는, π공액계를 갖는 치환기 측에 프런티어 궤도(HOMO(highest occupied molecular orbital) 및 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital))가 존재하는 경우가 많고, 특히 발광단이 프런티어 궤도를 갖는 경향이 있다. 나중에 설명하는 바와 같이, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동에는, 에너지 도너 및 에너지 억셉터의 HOMO의 중첩과, 에너지 도너 및 에너지 억셉터의 LUMO의 중첩이 중요하다. 그러므로 포화 탄화수소기를 보호기로서 사용함으로써, 에너지 도너로서 기능하는 호스트 재료의 프런티어 궤도와, 에너지 억셉터로서 기능하는 게스트 재료의 프런티어 궤도 사이의 거리를 크게 할 수 있기 때문에, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제할 수 있다.
보호기의 구체적인 예로서는, 탄소수 1 내지 10의 알킬기가 있다. 또한 보호기는 발광단과 호스트 재료를 서로 멀어지게 할 필요가 있기 때문에, 부피가 큰 치환기인 것이 바람직하다. 그러므로 탄소수 3 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 3 내지 10의 트라이알킬실릴기를 양호하게 사용할 수 있다. 특히, 알킬기는 부피가 큰 분지쇄 알킬기인 것이 바람직하다. 또한 상기 치환기는 4급 탄소를 가지면 부피가 커지므로 특히 바람직하다.
하나의 발광단이 5개 이상의 보호기를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써, 발광단을 보호기로 전체적으로 덮을 수 있기 때문에, 호스트 재료와 발광단 사이의 거리를 적절히 조정할 수 있다. 도 2의 (B)에서는, 보호기가 발광단과 직접 결합되어 있지만, 보호기는 발광단과 직접 결합되지 않는 것이 바람직하다. 예를 들어 보호기는 아릴렌기 또는 아미노기 등, 2가 이상의 치환기를 통하여 발광단과 각각 결합되어도 좋다. 상기 치환기를 통하여 각 보호기가 발광단과 결합됨으로써, 발광단과 호스트 재료를 효과적으로 멀어지게 할 수 있다. 그러므로 보호기가 발광단과 직접 결합되지 않는 경우, 하나의 발광단에 대하여 4개 이상의 보호기가 있으면 덱스터 기구에 의한 에너지 이동이 효과적으로 억제된다.
또한 발광단과 각 보호기를 결합하는 2가 이상의 치환기는 π공액계를 갖는 치환기인 것이 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써, 게스트 재료의 발광색, HOMO 준위, 및 유리 전이점 등의 물성을 조정할 수 있다. 또한 보호기는, 발광단을 중심으로 하여 분자 구조를 보았을 때 가장 외측에 위치하는 것이 바람직하다.
<보호기를 갖는 형광성 재료 및 그 분자 구조의 예>
구조식(102)으로 나타내어지고, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에 사용할 수 있는 형광성 재료인 N,N'-[(2-tert-뷰틸안트라센)-9,10-다이일]-N,N'-비스(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)아민(약칭: 2tBu-mmtBuDPhA2Anth)의 구조를 나타낸다. 2tBu-mmtBuDPhA2Anth에서는, 안트라센 고리가 발광단이고, 삼차뷰틸(tBu)기가 보호기로서 기능한다.
[화학식 1]
Figure pct00001
도 3의 (B)는 2tBu-mmtBuDPhA2Anth의 볼 스틱 모델 이미지를 나타낸 것이다. 또한 도 3의 (B)는, 도 3의 (A)의 화살표의 방향(안트라센 고리면에 대하여 평행한 방향)으로부터 2tBu-mmtBuDPhA2Anth를 본 상태를 나타낸 것이다. 도 3의 (B)의 해치 부분은 발광단인 안트라센 고리의 면의 윗부분을 나타내고, 이 윗부분에는 보호기인 tBu기와 중첩되는 영역이 포함된다. 예를 들어 도 3의 (B)에서 화살표(a)로 나타내어지는 원자는, 해치 부분과 중첩되는 tBu기의 탄소 원자이고, 화살표(b)로 나타내어지는 원자는, 해치 부분과 중첩되는 tBu기의 수소 원자이다. 즉, 2tBu-mmtBuDPhA2Anth에서는, 발광단의 한쪽 면 바로 위에 보호기에 포함되는 원자가 위치하고, 다른 쪽 면 바로 위에도 보호기에 포함되는 원자가 위치한다. 이러한 구조로 함으로써, 게스트 재료가 호스트 재료로 분산된 상태에서도, 발광단인 안트라센 고리의 수평 방향 및 수직 방향에서 호스트 재료와 안트라센 고리를 서로 멀어지게 할 수 있기 때문에, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제할 수 있다.
또한 예를 들어 에너지 이동에 관련된 전이가 HOMO와 LUMO 사이의 전이인 경우, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동에는, 호스트 재료와 게스트 재료의 HOMO의 중첩 및 LUMO의 중첩이 중요하다. 양쪽 재료의 HOMO의 중첩 및 LUMO의 중첩은 덱스터 기구를 현저하게 발생시킨다. 따라서 덱스터 기구를 억제하기 위해서는, 양쪽 재료의 HOMO의 중첩 및 LUMO의 중첩을 방지하는 것이 중요하다. 즉, 여기 상태에 관련된 골격과, 호스트 재료 사이의 거리를 크게 하는 것이 중요하다. 형광성 재료에서는, HOMO 및 LUMO의 양쪽이 발광단에 포함되는 경우가 많다. 예를 들어 게스트 재료의 HOMO 및 LUMO가 발광단의 면의 상방 및 하방(2tBu-mmtBuDPhA2Anth에서는 안트라센 고리의 상방 및 하방)으로 확장되는 경우, 발광단의 위쪽 및 아래쪽 면을 보호기로 덮는 것이 중요하다.
피렌 고리 및 안트라센 고리 등의 발광단으로서 기능하는 축합 방향족 고리 및 축합 헤테로 방향족 고리는, 상기 고리 평면 상에 전이 쌍극자 벡터를 갖는다. 따라서 도 3의 (B)에서 2tBu-mmtBuDPhA2Anth는 전이 쌍극자 벡터가 존재하는 면, 즉 안트라센 고리의 면의 바로 위에 보호기인 tBu기와 중첩되는 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 복수의 보호기(도 3의 (B)에서는 tBu기)의 원자 중 적어도 하나가 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리(도 3의 (B)에서는 안트라센 고리)의 한쪽 면 바로 위에 위치하고, 상기 복수의 보호기의 원자 중 적어도 하나가 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리의 다른 쪽 면 바로 위에 위치한다. 이러한 구조로 함으로써, 게스트 재료가 호스트 재료로 분산된 상태에서도, 발광단과 호스트 재료를 서로 멀어지게 할 수 있기 때문에, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제할 수 있다. 또한 안트라센 고리 등의 발광단을 덮어 tBu기가 위치하는 것이 바람직하다.
<발광층의 구조예 2>
도 4의 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스(150)의 발광층(130)의 에너지 준위의 상관의 예를 나타낸 것이다. 도 4의 (A)에 도시된 발광층(130)은 화합물(131), 화합물(132), 화합물(136), 및 화합물(133)을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 화합물(132)은 형광성 재료이고 화합물(136)은 인광성 재료인 것이 바람직하다. 본 구조예에서, 화합물(131 및 133)은 조합하여 들뜬 복합체를 형성한다.
화합물(131)과 화합물(133)은 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 임의의 조합으로 할 수 있지만, 이들 중 한쪽이 정공 수송성을 갖는 화합물이고 다른 쪽이 전자 수송성을 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 이 경우, 도너-억셉터 들뜬 복합체가 쉽게 형성되기 때문에, 들뜬 복합체의 효율적인 형성이 가능하다. 화합물(131 및 133)이 정공 수송성을 갖는 화합물과 전자 수송성을 갖는 화합물의 조합인 경우에는, 그 혼합비에 따라 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있다. 구체적으로는, 전자 수송성을 갖는 화합물에 대한 정공 수송성을 갖는 화합물의 중량비가 1:9 내지 9:1의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 상기 구성을 가지면 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있기 때문에, 캐리어 재결합 영역도 쉽게 제어할 수 있다.
들뜬 복합체를 효율적으로 형성하는 호스트 재료의 조합으로서는, 화합물(131 및 133) 중 한쪽의 HOMO 준위가 상기 화합물 중 다른 쪽의 HOMO 준위보다 높고, 상기 화합물 중 한쪽의 LUMO 준위가 상기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 화합물(131)의 HOMO 준위가 화합물(133)의 HOMO 준위와 동등하거나, 화합물(131)의 LUMO 준위가 화합물(133)의 LUMO 준위와 동등하여도 좋다.
또한 화합물의 LUMO 준위 및 HOMO 준위는, 사이클릭 볼타메트리(CV)에 의하여 측정되는 화합물의 전기 화학적 특성(환원 전위 및 산화 전위)에서 도출할 수 있다.
예를 들어 화합물(131)이 정공 수송성을 갖고, 화합물(133)이 전자 수송성을 갖는 경우에는, 도 2의 (A)의 에너지 밴드도에서와 같이, 화합물(131)의 HOMO 준위가 화합물(133)의 HOMO 준위보다 높고, 화합물(131)의 LUMO 준위가 화합물(133)의 LUMO 준위보다 높은 것이 바람직하다. 이러한 에너지 준위의 상관으로 하면 한 쌍의 전극(전극(101 및 102))으로부터 주입된 캐리어인 전자 및 정공이 화합물(131) 및 화합물(133)에 쉽게 주입되므로 적합하다.
도 4의 (B)에서, Comp(131)는 화합물(131)을 나타내고, Comp(133)는 화합물(133)을 나타내고, △EC1은 화합물(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타내고, △EC3은 화합물(133)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타내고, △EE는 화합물(133)의 LUMO 준위와 화합물(131)의 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타낸다.
화합물(131) 및 화합물(133)에 의하여 형성되는 들뜬 복합체는 화합물(131)에 HOMO를 갖고 화합물(133)에 LUMO를 갖는다. 상기 들뜬 복합체의 여기 에너지는 화합물(133)의 LUMO 준위와 화합물(131)의 HOMO 준위의 에너지 차이(△EE)에 실질적으로 상당하고, 이는 화합물(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(△EC1) 및 화합물(133)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(△EC3)보다 작다. 그러므로 화합물(131) 및 화합물(133)이 들뜬 복합체를 형성하면, 더 낮은 여기 에너지로 여기 상태를 형성할 수 있다. 더 낮은 여기 에너지를 갖기 때문에, 상기 들뜬 복합체는 안정적인 여기 상태를 형성할 수 있다.
도 4의 (C)에는 발광층(130)에서의 화합물(131, 132, 및 133)의 에너지 준위의 상관을 나타내었다. 도 4의 (C)에서의 표기 및 부호가 무엇을 나타내는지 이하에 설명한다.
Comp(131): 화합물(131);
Comp(133): 화합물(133);
Fluorescent Guest(132): 화합물(132);
SC1: 화합물(131)의 S1 준위;
TC1: 화합물(131)의 T1 준위;
SC3: 화합물(133)의 S1 준위;
TC3: 화합물(133)의 T1 준위;
SFG: 화합물(132)의 S1 준위;
TFG: 화합물(132)의 T1 준위;
SE: 들뜬 복합체의 S1 준위; 및
TE: 들뜬 복합체의 T1 준위.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 발광층(130)에 포함되는 화합물(131) 및 화합물(133)이 들뜬 복합체를 형성한다. 들뜬 복합체의 S1 준위(SE)와 T1 준위(TE)는 서로 인접한다(도 4의 (C)의 루트 A9 참조).
들뜬 복합체의 여기 에너지 준위(SE 및 TE)는, 들뜬 복합체를 형성하는 물질(화합물(131 및 133))의 S1 준위(SC1 및 SC3)보다 낮기 때문에, 더 낮은 여기 에너지로 여기 상태를 형성할 수 있다. 이로써, 발광 디바이스(150)의 구동 전압을 저감할 수 있다.
들뜬 복합체의 S1 준위(SE)와 T1 준위(TE)는 서로 인접하기 때문에, 역 항간 교차가 쉽게 일어나고, 들뜬 복합체는 TADF성을 갖는다. 따라서 들뜬 복합체는 업컨버전에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 갖는다(도 4의 (C)의 루트 A10). 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지는 화합물(132)로 신속하게 이동할 수 있다(도 4의 (C)의 루트 A11). 이때, SE≥SFG를 만족시키는 것이 바람직하다. 루트 A11에서, 들뜬 복합체는 에너지 도너로서 기능하고, 화합물(132)은 에너지 억셉터로서 기능한다. 구체적으로는, 단파장 측의 꼬리에서 들뜬 복합체의 형광 스펙트럼에 접선을 외삽함으로써 얻어지는 선의 파장의 에너지 준위가 SE이고, 화합물(132)의 흡수 스펙트럼의 흡수단의 파장의 에너지 준위가 SFG일 때, SE≥SFG를 만족시키는 것이 바람직하다. 화합물(136)은 인광성 재료이기 때문에, 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지를 받을 수 있다(도 4의 (C)의 루트 A12). 즉, SE 및 TE의 각각으로부터 TPG로의 에너지 이동이 일어날 수 있다. 이때, SE≥TPG 및 TE≥TPG를 만족시키는 것이 바람직하다. SFG≥TPG를 만족시키는 경우, 화합물(132)의 단일항 여기 에너지가 형광으로 변환되는 과정과, 화합물(132)의 단일항 여기 에너지가 TPG로 이동하는 과정(도 4의 (C)의 루트 A5)이 서로 경합한다. 즉, 화합물(136)은 루트 A12 및 루트 A5를 통하여 여기 에너지를 받을 수 있다. 따라서 화합물(132) 및 화합물(136)의 양쪽의 발광을 발광층(130)으로부터 얻을 수 있다.
특별히 도시하지 않았지만, 화합물(131) 및 화합물(133)로부터 화합물(132) 및/또는 화합물(136)로의 에너지 이동도 가능하다.
또한 TADF성을 향상시키기 위해서는, 화합물(131 및 133)의 양쪽의 T1 준위, 즉 TC1 및 TC3이 TE 이상인 것이 바람직하다. TC1 및 TC3 등의 지표로서는, 화합물(131) 및 화합물(133)의 인광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 발광 피크 파장이 각각 들뜬 복합체의 최대 발광 피크 파장 이하인 것이 바람직하다. 단파장 측의 꼬리에서 들뜬 복합체의 형광 스펙트럼에 접선을 외삽함으로써 얻어지는 선의 파장의 에너지 준위가 SE이고, 단파장 측의 꼬리에서 화합물(131)의 인광 스펙트럼에 접선을 외삽함으로써 얻어지는 선의 파장의 에너지 준위가 TC1이고, 단파장 측의 꼬리에서 화합물(133)의 인광 스펙트럼에 접선을 외삽함으로써 얻어지는 선의 파장의 에너지 준위가 TC3인 경우, SE-TC1≤0.2eV 및 SE-TC3≤0.2eV를 만족시키는 것이 바람직하다.
루트 A9 및 들뜬 복합체의 S1 준위로부터 화합물(132)의 S1 준위로의 에너지 이동 과정(루트 A11)을 통한 발광층(130)에서 생성된 삼중항 여기 에너지의 이동에 의하여 화합물(132)이 광을 방출할 수 있다. 그러므로 발광층(130)에 들뜬 복합체를 형성하는 재료의 조합을 사용함으로써, 발광 디바이스의 발광 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 발광단이 보호기를 갖는 형광성 재료를 화합물(132)로서 사용한다. 이러한 구조는 상술한 바와 같이 루트 A13 및 루트 A6으로 나타내어지는 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제할 수 있기 때문에, 삼중항 여기 에너지의 불활성화를 억제할 수 있다. 따라서 발광 효율이 높은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
본 명세서 등에서는, 상술한 루트 A9 및 루트 A11을 통한 과정을 ExSET(exciplex-singlet energy transfer) 또는 ExEF(exciplex-enhanced fluorescence)라고 하는 경우가 있다. 바꿔 말하면, 발광층(130)에서는, 들뜬 복합체로부터 형광성 재료에 여기 에너지가 공급된다.
<발광층의 구조예 3>
본 구조예에서는, 상술한 ExEF를 이용한 발광 디바이스의 화합물(133)로서 인광성 재료를 사용한다. 즉, 들뜬 복합체를 형성하는 화합물 중 한쪽으로서 인광성 재료를 사용한다.
본 구조예에서는, 들뜬 복합체를 형성하는 화합물 중 한쪽으로서 중원자를 포함하는 화합물을 사용한다. 그러므로 단일항 상태와 삼중항 상태 사이의 항간 교차가 촉진된다. 따라서 삼중항 여기 상태로부터 단일항 바닥 상태로의 전이가 가능한(즉, 인광의 방출이 가능한) 들뜬 복합체를 형성할 수 있다. 이 경우, 일반적인 들뜬 복합체의 경우와 달리, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위(TE)가 에너지 도너의 준위이기 때문에, TE는 발광 재료인 화합물(132)의 단일항 여기 에너지 준위(SFG) 이상인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 중원자를 포함하는 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 외삽함으로써 얻어지는 선의 파장의 에너지 준위가 TE이고, 화합물(132)의 흡수 스펙트럼의 흡수단의 파장의 에너지 준위가 SFG인 경우, TE≥SFG를 만족시키는 것이 바람직하다.
이러한 에너지 준위의 상관으로 함으로써, 형성된 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지는 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위(TE)로부터 화합물(132)의 단일항 여기 에너지 준위(SFG)로 이동할 수 있다. 또한 들뜬 복합체의 S1 준위 및 T1 준위(SE 및 TE)는 서로 인접하기 때문에, 발광 스펙트럼에서 형광과 인광을 서로 명확하게 구별하기 어려운 경우가 있다. 이 경우에는, 발광 수명에 의하여 형광과 인광을 서로 구별할 수 있는 경우가 있다.
또한 상기 구조에서 사용하는 인광성 재료는 Ir, Pt, Os, Ru, 또는 Pd 등의 중원자를 포함하는 것이 바람직하다. 한편, 본 구조예에서는, 인광성 재료인 화합물(133)은 에너지 도너로서 기능하기 때문에, 양자 수율은 중요하지 않다. 즉, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지 준위로부터 형광성 재료의 단일항 여기 에너지 준위로의 에너지 이동이 허용 전이가 되기만 하면 좋다. 인광성 재료 또는 인광성 재료를 사용하여 형성되는 들뜬 복합체로부터 형광성 재료로의 에너지 이동은, 에너지 도너의 삼중항 여기 에너지 준위로부터 게스트 재료(에너지 억셉터)의 단일항 여기 에너지 준위로의 에너지 이동이 허용 전이가 되기 때문에 바람직하다. 그러므로 도 4의 (C)에서의 루트 A10의 과정을 통하지 않고, 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지를 루트 A11의 과정을 통하여 게스트 재료의 S1 준위(SFG)로 이동시킬 수 있다. 즉, 루트 A9 및 루트 A11의 과정만으로 삼중항 여기 에너지 및 단일항 여기 에너지를 게스트 재료의 S1 준위로 이동시킬 수 있다. 루트 A11에서, 들뜬 복합체는 에너지 도너로서 기능하고, 화합물(132) 및/또는 화합물(136)은 에너지 억셉터로서 기능한다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 발광단이 보호기를 갖는 형광성 재료를 화합물(132)로서 사용한다. 이러한 구조는 상술한 바와 같이 루트 A13 및 루트 A6으로 나타내어지는 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제할 수 있기 때문에, 삼중항 여기 에너지의 불활성화를 억제할 수 있다. 따라서 발광 효율이 높은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
<발광층의 구조예 4>
본 구조예에서는, 상술한 ExEF를 이용한 발광 디바이스의 화합물(133)로서, TADF성을 갖는 재료를 사용한 경우에 대하여 도 4의 (D)를 참조하여 설명한다.
화합물(133)은 TADF 재료이기 때문에, 들뜬 복합체를 형성하지 않는 화합물(133)은 업컨버전에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 갖는다(도 4의 (D)의 루트 A14). 화합물(133)의 단일항 여기 에너지는 화합물(132)로 신속하게 이동할 수 있다(도 4의 (D)의 루트 A15). 이때, SC3≥SFG를 만족시키는 것이 바람직하다.
앞의 발광층의 구조예에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는, 도 4의 (D)에서의 루트 A9 내지 루트 A11을 통하여 삼중항 여기 에너지가 형광성 재료인 화합물(132)로 이동하는 경로와, 도 4의 (D)에서의 루트 A14 및 루트 A15를 통하여 삼중항 여기 에너지가 화합물(132)로 이동하는 경로를 갖는다. 삼중항 여기 에너지가 형광성 재료로 각각 이동하는 경로가 복수로 있으면, 발광 효율을 더 높일 수 있다.
특별히 도시하지 않았지만, 화합물(131)로부터 화합물(132) 및/또는 화합물(136)로의 에너지 이동도 가능하다. 또한 화합물(133)로부터 화합물(136)로의 에너지 이동도 가능하다.
<발광층의 구조예 5>
도 5의 (B)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스(150)의 발광층(130)의 에너지 준위의 상관의 예를 나타낸 것이다. 도 5의 (A)에 도시된 발광층(130)은 화합물(131), 화합물(132), 화합물(136), 및 화합물(133)을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 화합물(132)은 보호기를 갖는 형광성 재료이고 화합물(136)은 인광성 재료이다. 화합물(133)은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는다. 본 구조예에서, 화합물(133)은 인광성 재료이다. 또한 도 5의 (B)에서의 표기 및 부호는 도 4의 (C)에서와 같다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 발광층(130)에 포함되는 화합물(131)에서 캐리어 재결합이 주로 일어나면, 단일항 여기자 및 삼중항 여기자가 생성된다. 화합물(133)은 인광성 재료이기 때문에, TC3≤TC1의 관계를 갖는 재료를 선택함으로써, 화합물(131)에서 생성된 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지의 양쪽을 화합물(133)의 TC3으로 이동시킬 수 있다(도 5의 (B)의 루트 A16). 일부의 캐리어는 화합물(133)에서 재결합할 수 있다.
또한 상기 구조에서 사용하는 인광성 재료는 Ir, Pt, Os, Ru, 또는 Pd 등의 중원자를 포함하는 것이 바람직하다. 한편, 본 구조예에서는, 인광성 재료인 화합물(133)은 에너지 도너로서 기능하기 때문에, 양자 수율은 중요하지 않다. 즉, 인광성 재료를 화합물(133)로서 사용한 경우, 에너지 도너의 삼중항 여기 에너지 준위로부터 게스트 재료(에너지 억셉터)의 단일항 여기 에너지 준위로의 에너지 이동이 허용 전이가 되기 때문에 바람직하다. 그러므로 루트 A17의 과정을 통하여 화합물(133)의 삼중항 여기 에너지를 게스트 재료의 S1 준위(SFG)로 이동시킬 수 있다. 루트 A17에서, 화합물(133)은 에너지 도너로서 기능하고, 화합물(132)은 에너지 억셉터로서 기능한다. 이 경우, TC3≥SFG를 만족시키면, 화합물(133)의 여기 에너지가 게스트 재료인 화합물(132)의 단일항 여기 상태로 효율적으로 이동하기 때문에 바람직하다. 구체적으로는, 화합물(133)의 인광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 외삽함으로써 얻어지는 선의 파장의 에너지 준위가 TC3이고, 화합물(132)의 흡수 스펙트럼의 흡수단의 파장의 에너지 준위가 SFG인 경우, TC3≥SFG를 만족시키는 것이 바람직하다. 화합물(136)은 인광성 재료이기 때문에, 화합물(133)의 삼중항 여기 에너지를 받을 수 있다(도 5의 (B)의 루트 A18). 즉, TC3으로부터 TPG로의 에너지 이동이 일어날 수 있다. 이때, TC3≥TPG를 만족시키는 것이 바람직하다. SFG≥TPG를 만족시키는 경우, 화합물(132)의 단일항 여기 에너지가 형광으로 변환되는 과정과, 화합물(132)의 단일항 여기 에너지가 TPG로 이동하는 과정(도 5의 (B)의 루트 A5)이 서로 경합한다. 즉, 화합물(136)은 루트 A18 및 루트 A5를 통하여 여기 에너지를 받을 수 있다. 따라서 화합물(132) 및 화합물(136)의 양쪽의 발광을 발광층(130)으로부터 얻을 수 있다.
특별히 도시하지 않았지만, 화합물(131)로부터 화합물(132) 및/또는 화합물(136)로의 에너지 이동도 가능하다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 발광단이 보호기를 갖는 게스트 재료를 화합물(132)로서 사용한다. 이러한 구조는 상술한 바와 같이 루트 A19 및 루트 A6으로 나타내어지는 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제할 수 있기 때문에, 삼중항 여기 에너지의 불활성화를 억제할 수 있다. 따라서 발광 효율이 높은 형광 디바이스를 얻을 수 있다.
<발광층의 구조예 6>
도 5의 (C)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스(150)의 발광층(130)의 에너지 준위의 상관의 예를 나타낸 것이다. 도 5의 (A)에 도시된 발광층(130)은 화합물(131), 화합물(132), 화합물(136), 및 화합물(133)을 포함한다. 본 발명의 일 형태에서, 화합물(132)은 보호기를 갖는 형광성 재료이고 화합물(136)은 인광성 재료이다. 화합물(133)은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는다. 본 구조예에서, 화합물(133)은 TADF성을 갖는 화합물이다. 또한 도 5의 (C)에서의 표기 및 부호는 도 4의 (C)에서와 같다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 발광층(130)에 포함되는 화합물(131)에서 캐리어 재결합이 주로 일어나면, 단일항 여기자 및 삼중항 여기자가 생성된다. 여기서, SC3≤SC1 및 TC3≤TC1의 관계를 갖는 재료를 선택함으로써, 화합물(131)에서 생성된 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지의 양쪽을 화합물(133)의 SC3 및 TC3으로 이동시킬 수 있다(도 5의 (C)의 루트 A20). 일부의 캐리어는 화합물(133)에서 재결합할 수 있다.
화합물(133)은 TADF 재료이기 때문에, 업컨버전에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 갖는다(도 5의 (C)의 루트 A21). 화합물(133)의 단일항 여기 에너지는 화합물(132)로 신속하게 이동할 수 있다(도 5의 (C)의 루트 A22). 이때, SC3≥SFG를 만족시키는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 화합물(133)의 형광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 외삽함으로써 얻어지는 선의 파장의 에너지 준위가 SC3이고, 화합물(132)의 흡수 스펙트럼의 흡수단의 파장의 에너지 준위가 SFG인 경우, SC3≥SFG를 만족시키는 것이 바람직하다. 루트 A20 내지 루트 A22를 통하여, 발광층(130)에서의 삼중항 여기 에너지를 화합물(132)의 형광으로 변환할 수 있다. 루트 A22에서, 화합물(133)은 에너지 도너로서 기능하고, 화합물(132)은 에너지 억셉터로서 기능한다. 화합물(136)은 인광성 재료이기 때문에, 화합물(133)의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지의 양쪽을 받을 수 있다(도 5의 (C)의 루트 A23). 즉, SC3 및 TC3으로부터 TPG로의 에너지 이동이 일어날 수 있다. SFG≥TPG를 만족시키는 경우, 화합물(132)의 단일항 여기 에너지가 형광으로 변환되는 과정과, 화합물(132)의 단일항 여기 에너지가 TPG로 이동하는 과정(도 5의 (C)의 루트 A5)이 서로 경합한다. 즉, 화합물(136)은 루트 A23 및 루트 A5를 통하여 여기 에너지를 받을 수 있다. 따라서 화합물(132) 및 화합물(136)의 양쪽의 발광을 발광층(130)으로부터 얻을 수 있다.
특별히 도시하지 않았지만, 화합물(131)로부터 화합물(132) 및/또는 화합물(136)로의 에너지 이동도 가능하다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 발광단이 보호기를 갖는 게스트 재료를 화합물(132)로서 사용한다. 이러한 구조는 상술한 바와 같이 루트 A24 및 루트 A6으로 나타내어지는 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제할 수 있기 때문에, 삼중항 여기 에너지의 불활성화를 억제할 수 있다. 따라서 발광 효율이 높은 형광 디바이스를 얻을 수 있다.
<에너지 이동 기구>
여기서, 푀르스터 기구 및 덱스터 기구에 대하여 설명한다. 여기서는, 여기 상태에 있는 제 1 재료로부터 바닥 상태에 있는 제 2 재료로의 여기 에너지의 공여에 관하여, 제 1 재료와 제 2 재료의 분자 간의 에너지 이동 과정에 대하여 설명하지만, 이는 이들 재료 중 한쪽이 들뜬 복합체인 경우에도 마찬가지이다.
<<푀르스터 기구>>
푀르스터 기구에서는, 에너지 이동에 분자 간의 직접적인 접촉이 필요하지 않고, 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 쌍극자 진동의 공명 현상을 통하여 에너지가 이동한다. 쌍극자 진동의 공명 현상에 의하여, 제 1 재료가 제 2 재료에 에너지를 제공하기 때문에, 여기 상태에 있는 제 1 재료가 바닥 상태가 되고 바닥 상태에 있는 제 2 재료가 여기 상태가 된다. 또한 푀르스터 기구의 속도 상수 k h* → g 는 수학식 (1)로 나타내어진다.
[수학식 1]
Figure pct00002
…(1)
수학식 (1)에서 ν는 진동수를 나타내고, f' h (ν)는 제 1 재료의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε g (ν)는 제 2 재료의 몰 흡광 계수를 나타내고, N은 아보가드로 수를 나타내고, n은 매체의 굴절률을 나타내고, R는 제 1 재료와 제 2 재료의 분자 간 거리를 나타내고, τ는 측정되는 여기 상태의 수명(형광 수명 또는 인광 수명)을 나타내고, c는 광의 속도를 나타내고, φ는 발광 양자 수율(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 양자 수율, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 양자 수율)을 나타내고, K 2는 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 전이 쌍극자 모멘트의 배향의 계수(0 내지 4)를 나타낸다. 또한 랜덤 배향에서는, K 2=2/3이다.
<<덱스터 기구>>
덱스터 기구에서는 제 1 재료와 제 2 재료가 이들의 궤도가 중첩되는 접촉 유효 범위에 접근하므로, 여기 상태에 있는 제 1 재료와 바닥 상태에 있는 제 2 재료가 전자를 교환하여 에너지 이동이 일어난다. 또한 덱스터 기구의 속도 상수 k h*→g 는 수학식 (2)로 나타내어진다.
[수학식 2]
Figure pct00003
…(2)
수학식 (2)에서, h는 플랑크 상수를 나타내고, K는 에너지 차원을 갖는 상수를 나타내고, ν는 진동수를 나타내고, f' h (ν)는 제 1 재료의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε' g (ν)는 제 2 재료의 정규화된 흡수 스펙트럼을 나타내고, L은 실효 분자 반경을 나타내고, R는 제 1 재료와 제 2 재료의 분자 간 거리를 나타낸다.
여기서, 제 1 재료로부터 제 2 재료로의 에너지 이동 효율(에너지 이동 효율 φ ET )은 수학식 (3)으로 나타내어진다. 이 수학식에서, k r는 제 1 재료의 발광 과정(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광)의 속도 상수를 나타내고, k n 은 제 2 재료의 비발광 과정(열 불활성화 또는 항간 교차)의 속도 상수를 나타내고, τ는 측정되는 제 1 재료의 여기 상태의 수명을 나타낸다.
[수학식 3]
Figure pct00004
…(3)
수학식 (3)에 따르면, 에너지 이동 효율 φ ET 는, 에너지 이동의 속도 상수 k h*→g 를 크게 하여 다른 경합하는 속도 상수 k r +k n (=1/τ)이 상대적으로 작아지도록 함으로써 높일 수 있다는 것을 알 수 있다.
<<에너지 이동을 촉진하기 위한 개념>>
먼저, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동에 대하여 논한다. 수학식 (3)에 수학식 (1)을 대입하면, τ를 소거할 수 있다. 그러므로 푀르스터 기구에서 에너지 이동 효율 φ ET 는 제 1 재료의 여기 상태의 수명 τ에 의존하지 않는다. 또한 발광 양자 수율 φ가 높으면 높은 에너지 이동 효율 φ ET 가 얻어진다고 할 수 있다.
또한 제 1 재료의 발광 스펙트럼이 제 2 재료의 흡수 스펙트럼(단일항 바닥 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)과 크게 중첩되는 것이 바람직하다. 또한 제 2 재료의 몰 흡광 계수도 높은 것이 바람직하다. 이는 제 1 재료의 발광 스펙트럼이 제 2 재료의 가장 긴 파장 측의 흡수대와 중첩되는 것을 의미한다. 제 2 재료에서 단일항 바닥 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 직접 전이는 금지되기 때문에, 제 2 재료의 삼중항 여기 상태에서의 몰 흡광 계수는 무시할 수 있다. 그러므로 푀르스터 기구에 의한 제 1 재료의 여기 상태로부터 제 2 재료의 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동의 과정은 무시할 수 있고, 제 2 재료의 단일항 여기 상태로의 에너지 이동의 과정만을 고려한다.
푀르스터 기구에 의한 에너지 이동의 속도는, 수학식 (1)에 따르면 제 1 재료와 제 2 재료의 분자 간 거리 R의 6제곱에 반비례한다. 상술한 바와 같이, R가 1nm 이하인 경우에는, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동이 지배적이다. 따라서 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제하면서, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동의 속도를 높이기 위해서는, 분자 간 거리가 1nm 이상 10nm 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 보호기의 부피가 지나치게 커지지 않을 필요가 있기 때문에, 보호기의 탄소수는 3 내지 10인 것이 바람직하다.
다음으로, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동에 대하여 논한다. 수학식 (2)에 따르면, 속도 상수 k h* → g 를 크게 하기 위해서는, 제 1 재료의 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 형광 스펙트럼, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우에는 인광 스펙트럼)이 제 2 재료의 흡수 스펙트럼(단일항 바닥 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)과 크게 중첩되는 것이 바람직하다. 그러므로 에너지 이동 효율은, 제 1 재료의 발광 스펙트럼을 제 2 재료의 가장 긴 파장 측의 흡수대와 중첩시킴으로써 최적화할 수 있다.
수학식 (3)에 수학식 (2)를 대입하면, 덱스터 기구에서의 에너지 이동 효율 φ ET 가 τ에 의존한다는 것을 알 수 있다. 전자 교환에 기초한 에너지 이동 과정인 덱스터 기구에서는, 제 1 재료의 단일항 여기 상태로부터 제 2 재료의 단일항 여기 상태로의 에너지 이동에 더하여, 제 1 재료의 삼중항 여기 상태로부터 제 2 재료의 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동이 일어난다.
제 2 재료가 형광성 화합물인 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 제 2 재료의 삼중항 여기 상태로의 에너지 이동 효율이 낮은 것이 바람직하다. 즉, 제 1 재료로부터 제 2 재료로의 덱스터 기구에 기초한 에너지 이동 효율은 낮은 것이 바람직하고, 제 1 재료로부터 제 2 재료로의 푀르스터 기구에 기초한 에너지 이동 효율은 높은 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 푀르스터 기구에서의 에너지 이동 효율은 제 1 재료의 여기 상태의 수명 τ에 의존하지 않는다. 한편, 덱스터 기구에서의 에너지 이동 효율은 제 1 재료의 여기 수명 τ에 의존한다. 덱스터 기구에서의 에너지 이동 효율을 저하시키기 위해서는, 제 1 재료의 여기 수명 τ가 짧은 것이 바람직하다.
따라서 본 발명의 일 형태에서는, 제 1 재료로서 들뜬 복합체, 인광성 재료, 또는 TADF 재료를 사용한다. 이들 재료는 각각 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는다. 푀르스터 기구의 에너지 이동 효율은 에너지 도너의 발광 양자 수율에 의존하기 때문에, 인광성 재료, 들뜬 복합체, 또는 TADF 재료와 같이 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 1 재료의 여기 에너지는, 푀르스터 기구에 의하여 제 2 재료로 이동할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 구조에 의하여, 제 1 재료(들뜬 복합체 또는 TADF 재료)의 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태로의 역 항간 교차를 촉진시키고, 제 1 재료의 삼중항 여기 상태의 여기 수명 τ를 짧게 할 수 있다. 또는 제 1 재료(인광성 재료 또는 인광성 재료를 사용하여 형성된 들뜬 복합체)의 삼중항 여기 상태로부터 단일항 바닥 상태로의 전이를 촉진시키고, 제 1 재료의 삼중항 여기 상태의 여기 수명 τ를 짧게 할 수 있다. 이 결과, 제 1 재료의 삼중항 여기 상태로부터 형광성 재료(제 2 재료)의 삼중항 여기 상태로의 덱스터 기구에 의한 에너지 이동 효율을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 상술한 바와 같이 제 2 재료로서 보호기를 갖는 형광성 재료를 사용한다. 그러므로 제 1 재료와 제 2 재료의 분자 간 거리를 크게 할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 제 1 재료로서 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는 재료를 사용하고, 제 2 재료로서 보호기를 갖는 형광성 재료를 사용함으로써, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동 효율을 저하시킬 수 있다. 이 결과, 발광층(130)에서의 삼중항 여기 에너지의 비복사 감쇠를 억제할 수 있고, 발광 효율이 높은 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
<재료>
다음으로, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 구성 요소에 대하여 이하에서 자세히 설명한다.
<<발광층>>
발광층(130)에 사용할 수 있는 재료에 대하여 이하에서 설명한다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 발광층에는, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는 에너지 억셉터와, 발광단이 보호기를 갖는 에너지 도너를 사용한다. 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는 재료의 예에는 TADF 재료 및 인광성 재료가 포함된다.
에너지 억셉터로서 기능하는 화합물(132)에 포함되는 발광단의 예에는 페난트렌 골격, 스틸벤 골격, 아크리돈 골격, 페녹사진 골격, 및 페노싸이아진 골격이 포함된다. 특히, 나프탈렌 골격, 안트라센 골격, 플루오렌 골격, 크리센 골격, 트라이페닐렌 골격, 테트라센 골격, 피렌 골격, 페릴렌 골격, 쿠마린 골격, 퀴나크리돈 골격, 및 나프토비스벤조퓨란 골격 중 어느 것을 갖는 형광성 화합물은 형광 양자 수율이 높기 때문에 바람직하다.
보호기는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 탄소수 3 내지 10의 분지쇄 알킬기, 또는 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기가 바람직하다.
탄소수 1 내지 10의 알킬기의 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 펜틸기, 및 헥실기가 포함되고, 후술하는 탄소수 3 내지 10의 분지쇄 알길기가 특히 바람직하다. 또한 상기 알킬기는 이들에 한정되지 않는다.
탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기의 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로헥실기, 노보닐기, 및 아다만틸기가 포함된다. 상기 사이클로알킬기는 이들에 한정되지 않는다. 상기 사이클로알킬기가 치환기를 갖는 경우, 치환기의 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, sec-뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 또는 헥실기 등의 탄소수 1 내지 7의 알킬기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 사이클로헵틸기, 또는 8,9,10-트라이노보난일기 등의 탄소수 5 내지 7의 사이클로알킬기, 및 페닐기, 나프틸기, 또는 바이페닐기 등의 탄소수 6 내지 12의 아릴기가 포함된다.
탄소수 3 내지 10의 분지쇄 알킬기의 예에는 아이소프로필기, sec-뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 아이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 네오펜틸기, 아이소헥실기, 3-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 2-에틸뷰틸기, 1,2-다이메틸뷰틸기, 및 2,3-다이메틸뷰틸기가 포함된다. 상기 분지쇄 알킬기는 이들에 한정되지 않는다.
탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기의 예에는 트라이메틸실릴기, 트라이에틸실릴기, 및 tert-뷰틸다이메틸실릴기가 포함된다. 상기 트라이알킬실릴기는 이들에 한정되지 않는다.
상기 에너지 억셉터의 분자 구조에서는, 2개 이상의 다이아릴아미노기가 발광단과 결합되고, 다이아릴아미노기의 아릴기가 각각 적어도 하나의 보호기를 갖는 것이 바람직하다. 상기 아릴기의 각각에 적어도 2개의 보호기가 결합되는 것이 더 바람직하다. 이는 보호기의 개수가 많을수록, 발광층에 상기 게스트 재료를 사용한 경우에 덱스터 기구에 의한 에너지 이동이 더 효과적으로 억제되기 때문이다. 분자량의 증가를 억제하고 승화성을 유지하기 위하여, 다이아릴아미노기는 다이페닐아미노기인 것이 바람직하다.
또한 발광단에 2개 이상의 다이아릴아미노기를 결합시키면, 발광색을 조정할 수 있고 양자 수율이 높은 형광성 재료를 얻을 수 있다. 상기 다이아릴아미노기는 발광단에 대하여 대칭의 위치에서 결합되는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써, 양자 수율이 높은 형광성 재료로 할 수 있다.
보호기는 발광단에 직접 도입되는 것이 아니라, 다이아릴아미노기의 아릴기를 통하여 발광단에 도입되어도 좋다. 이러한 구조는 발광단을 덮어 보호기를 배치할 수 있기 때문에, 어느 방향으로부터도 호스트 재료와 발광단을 서로 멀어지게 할 수 있어 바람직하다. 발광단에 보호기가 직접 결합되지 않는 경우, 4개 이상의 보호기를 하나의 발광단에 도입하는 것이 바람직하다.
또한 도 3의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이, 복수의 보호기의 원자 중 적어도 하나가 발광단, 즉 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리의 한쪽 면 바로 위에 위치하고, 복수의 보호기의 원자 중 적어도 하나가 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리의 다른 쪽 면 바로 위에 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 구조의 구체적인 예로서는, 발광단인 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리가 2개 이상의 다이페닐아미노기와 결합되고, 상기 2개 이상의 다이페닐아미노기의 페닐기가 각각 독립적으로 3위치 및 5위치에서 보호기를 갖는 것이 있다.
이러한 구조로 하면, 도 3의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 페닐기의 3위치 및 5위치의 보호기가 발광단인 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리의 바로 위에 위치하는 입체적인 구성을 취할 수 있다. 이 결과, 상기 축합 방향족 고리 또는 상기 축합 헤테로 방향족 고리의 위쪽 및 아래쪽 면을 효율적으로 덮을 수 있어, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제할 수 있다.
상술한 에너지 억셉터로서는, 예를 들어 일반식(G1) 또는 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 화합물을 양호하게 사용할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pct00005
일반식(G1) 및 일반식(G2)에서, A는 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 축합 방향족 고리, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 헤테로 방향족 고리를 나타내고, Ar1 내지 Ar6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기를 나타내고, X1 내지 X12는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 10의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 나타내고, R1 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 3 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 나타낸다.
탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기의 예에는 페닐기, 바이페닐기, 나프틸기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 또한 상기 방향족 탄화수소기는 이들에 한정되지 않는다. 상기 방향족 탄화수소기가 치환기를 갖는 경우, 치환기의 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, sec-뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 또는 헥실기 등의 탄소수 1 내지 7의 알킬기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 사이클로헵틸기, 또는 8,9,10-트라이노보난일기 등의 탄소수 5 내지 7의 사이클로알킬기, 및 페닐기, 나프틸기, 또는 바이페닐기 등의 탄소수 6 내지 12의 아릴기가 포함된다.
일반식(G1)에서, 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 축합 방향족 고리, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 축합 헤테로 방향족 고리는 상기 발광단을 나타내고, 상기 골격 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 일반식(G1) 및 일반식(G2)에서, X1 내지 X12는 보호기를 나타낸다.
일반식(G2)에서, 보호기는 아릴렌기를 통하여 발광단인 퀴나크리돈 골격과 결합되어 있다. 이 구조로 함으로써, 발광단을 덮어 보호기를 배치할 수 있기 때문에, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제할 수 있다. 또한 보호기 중 어느 것이 발광단과 직접 결합되어도 좋다.
상기 에너지 억셉터 재료로서는, 일반식(G3) 또는 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물을 양호하게 사용할 수 있다.
[화학식 3]
Figure pct00006
일반식(G3) 및 일반식(G4)에서, A는 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 축합 방향족 고리, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 축합 헤테로 방향족 고리를 나타내고, X1 내지 X12는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 10의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 나타낸다.
보호기는 각각 페닐기를 통하여 발광단과 결합되는 것이 바람직하다. 이 구조로 함으로써, 발광단을 덮어 보호기를 배치할 수 있기 때문에, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제할 수 있다. 보호기가 각각 페닐렌기를 통하여 발광단과 결합되고, 상기 페닐렌기에 2개의 보호기가 결합되는 경우, 일반식(G3) 및 일반식(G4)에 나타낸 바와 같이, 2개의 보호기가 메타 위치에서 페닐렌기와 결합되는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써, 발광단을 효율적으로 덮을 수 있기 때문에, 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 억제할 수 있다. 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 화합물의 예로서는 상술한 2tBu-mmtBuDPhA2Anth가 있다. 즉, 본 발명의 일 형태에서, 일반식(G3)은 특히 바람직하다.
상기 에너지 억셉터 재료로서는, 하기 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물을 양호하게 사용할 수 있다.
[화학식 4]
Figure pct00007
일반식(G5)에서, X1 내지 X8은 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 10의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 나타내고, R11 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 3 내지 10의 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 탄소수 3 내지 10의 트라이알킬실릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기 중 어느 하나를 나타낸다.
탄소수 6 내지 25의 아릴기의 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 플루오렌일기, 및 스파이로플루오렌일기가 포함된다. 또한 탄소수 6 내지 25의 아릴기는 이들에 한정되지 않는다. 상기 아릴기가 치환기를 갖는 경우, 치환기의 예에는 상술한 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 3 내지 10의 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 10의 트라이알킬실릴기가 포함된다.
안트라센 화합물은 발광 양자 수율이 높고 발광단의 면적이 작기 때문에, 안트라센의 위쪽 및 아래쪽 면을 보호기로 효율적으로 덮을 수 있다. 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물의 예로서는 상술한 2tBu-mmtBuDPhA2Anth가 있다.
일반식(G1) 내지 일반식(G5)으로 나타내어지는 화합물의 예를 이하에 구조식(102 내지 105) 및 구조식(200 내지 284)으로 나타낸다. 또한 일반식(G1) 내지 일반식(G5)으로 나타내어지는 화합물은 이들에 한정되지 않는다. 구조식(102 내지 105) 및 구조식(200 내지 284)으로 나타내어지는 화합물은 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 게스트 재료로서 양호하게 사용할 수 있다. 또한 상기 게스트 재료는 이들에 한정되지 않는다.
[화학식 5]
Figure pct00008
[화학식 6]
Figure pct00009
[화학식 7]
Figure pct00010
[화학식 8]
Figure pct00011
[화학식 9]
Figure pct00012
[화학식 10]
Figure pct00013
[화학식 11]
Figure pct00014
[화학식 12]
Figure pct00015
[화학식 13]
Figure pct00016
[화학식 14]
Figure pct00017
[화학식 15]
Figure pct00018
[화학식 16]
Figure pct00019
[화학식 17]
Figure pct00020
[화학식 18]
Figure pct00021
[화학식 19]
Figure pct00022
[화학식 20]
Figure pct00023
[화학식 21]
Figure pct00024
[화학식 22]
Figure pct00025
[화학식 23]
Figure pct00026
[화학식 24]
Figure pct00027
[화학식 25]
Figure pct00028
[화학식 26]
Figure pct00029
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스의 게스트 재료로서 양호하게 사용할 수 있는 재료의 예를 구조식(100) 및 구조식(101)으로 나타낸다. 또한 상기 게스트 재료는 이들에 한정되지 않는다.
[화학식 27]
Figure pct00030
화합물(133)이 에너지 도너로서 기능하는 경우, 예를 들어 TADF 재료를 사용할 수 있다. 화합물(133)의 S1 준위와 T1 준위의 에너지 차이는 작은 것이 바람직하고, 구체적으로는 0eV보다 크고 0.2eV 이하이다. TADF 재료는 화합물(136)로서 사용할 수도 있다.
화합물(133) 및/또는 화합물(136)은 정공 수송성을 갖는 골격 및 전자 수송성을 갖는 골격을 포함하는 것이 바람직하다. 또는 화합물(133) 및/또는 화합물(136)은 π전자 과잉 골격 및 방향족 아민 골격 중 하나와, π전자 부족 골격을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 분자 내에서 도너-억셉터 여기 상태가 형성되기 쉬워진다. 또한 화합물(133) 및/또는 화합물(136)의 분자 내에서 도너성 및 억셉터성의 양쪽을 높이기 위하여, 전자 수송성을 갖는 골격과 정공 수송성을 갖는 골격이 서로 직접 결합되는 것이 바람직하다. 또는 π전자 과잉 골격 및 방향족 아민 골격 중 하나와, π전자 부족 골격이 직접 결합되는 것이 바람직하다. 분자 내에서의 도너성 및 억셉터성의 양쪽을 향상시킴으로써, 화합물(133) 및/또는 화합물(136)에서 HOMO가 분포되는 영역과 LUMO가 분포되는 영역의 중첩을 작게 할 수 있고, 화합물(133) 및/또는 화합물(136)의 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 에너지 차이를 작게 할 수 있다. 또한 화합물(133) 및/또는 화합물(136)의 삼중항 여기 에너지 준위를 높게 유지할 수 있다.
TADF 재료가 1종류의 재료로 구성되는 경우, 예를 들어 이하의 재료 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
먼저, 풀러렌, 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 및 에오신 등을 들 수 있다. 다른 예에는 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd)을 포함하는 포르피린 등의 금속 함유 포르피린이 포함된다. 금속 함유 포르피린의 예에는, 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린 테트라메틸 에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 및 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2(OEP))가 포함된다.
[화학식 28]
Figure pct00031
1종류의 재료로 구성되는 TADF 재료로서는, π전자 과잉 골격 및 π전자 부족 골격 중 한쪽 또는 양쪽을 갖는 헤테로고리 화합물을 사용할 수도 있다. 구체적인 예에는 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), 4-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4PCCzBfpm), 4-[4-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)페닐]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4PCCzPBfpm), 및 9-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-2,3'-바이-9H-카바졸(약칭: mPCCzPTzn-02)이 포함된다. 상기 헤테로고리 화합물은 이에 포함되는 π전자 과잉 골격 및 π전자 부족 골격 때문에 전자 수송성 및 정공 수송성이 높아 바람직하다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 골격 중에서, 피리딘 골격, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 및 피리다진 골격), 및 트라이아진 골격은 안정성 및 신뢰성이 높기 때문에 바람직하다. 특히 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 벤조퓨로피라진 골격, 및 벤조티에노피라진 골격은 수용성 및 신뢰성이 높기 때문에 바람직하다. π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 갖는 골격 중에서, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격은 안정성 및 신뢰성이 높기 때문에, 이들 골격 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 퓨란 골격으로서는 다이벤조퓨란 골격이 바람직하다. 싸이오펜 골격으로서는 다이벤조싸이오펜 골격이 바람직하다. 피롤 골격으로서는 인돌 골격, 카바졸 골격, 바이카바졸 골격, 및 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리가 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리와 직접 결합된 물질을 사용하면, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 도너성 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 억셉터성이 모두 높아지고, 단일항 여기 상태의 준위와 삼중항 여기 상태의 준위의 차이가 작아지기 때문에 특히 바람직하다. 또한 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 대신에, 사이아노기 등 전자 흡인기가 결합된 방향족 고리를 사용하여도 좋다.
[화학식 29]
Figure pct00032
화합물(133)이 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖지 않는 경우, 화합물(131)과 화합물(133)로서는 조합하여 들뜬 복합체를 형성하는 화합물을 사용하는 것이 바람직하지만, 이 화합물에 특별히 한정되지 않는다. 화합물 중 한쪽이 전자를 수송하는 기능을 갖고, 다른 쪽이 정공을 수송하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
화합물(131)의 예에는 아연 또는 알루미늄계 금속 착체, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 피리미딘 유도체, 트라이아진 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 및 페난트롤린 유도체 등이 포함된다. 다른 예로서는 방향족 아민 및 카바졸 유도체가 있다.
또는 화합물(131)로서는, 이하의 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
정공 수송성 재료로서는, 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 정공 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 방향족 아민, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 또는 스틸벤 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
정공 수송성이 높은 재료의 예에는 N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 및 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등의 방향족 아민 화합물이 포함된다.
카바졸 유도체의 구체적인 예에는 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 및 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1)이 포함된다.
카바졸 유도체의 다른 예에는 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 및 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠이 포함된다.
방향족 탄화수소의 예에는 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 및 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌이 포함된다. 다른 예에는 펜타센 및 코로넨이 포함된다. 정공 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상이고 탄소수가 14 내지 42인 방향족 탄화수소가 특히 바람직하다.
방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 갖는 방향족 탄화수소의 예에는 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi) 및 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA)이 포함된다.
다른 예에는 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 및 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: poly-TPD) 등의 고분자 화합물이 포함된다.
정공 수송성이 높은 재료의 예에는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 4,4',4''-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: m-MTDATA), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-다이메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPASF), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 4-페닐다이페닐-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)아민(약칭: PCA1BP), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-(4-페닐)페닐아닐린(약칭: YGA1BP), 및 N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F) 등의 방향족 아민 화합물이 포함된다. 다른 예에는 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)-벤젠(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV), 및 4-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: mDBTPTp-II) 등의 아민 화합물, 카바졸 화합물, 싸이오펜 화합물, 퓨란 화합물, 플루오렌 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 및 페난트렌 화합물 등이 포함된다. 여기에 기재된 물질은 주로 정공 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 다만 이들 물질 외에, 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖는 임의의 물질을 사용하여도 좋다.
전자 수송성 재료로서는 정공보다 전자를 더 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 전자 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 전자를 쉽게 받는 재료(전자 수송성을 갖는 재료)로서는, 질소 함유 헤테로 방향족 화합물 등의 π전자 부족형 헤테로 방향족 화합물, 또는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 구체적인 예에는 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 갖는 금속 착체, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 및 피리미딘 유도체가 포함된다.
전자 수송성 재료의 예에는 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 및 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체가 포함된다. 또는 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 혹은 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계 또는 싸이아졸계 배위자를 갖는 금속 착체를 사용할 수 있다. 이러한 금속 착체 외에는 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen), 및 바소큐프로인(약칭: BCP) 등의 헤테로고리 화합물, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 및 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로고리 화합물, 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 골격을 갖는 헤테로고리 화합물, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy) 및 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로고리 화합물, 및 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 헤테로 방향족 화합물 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 또는 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 또는 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy) 등의 고분자 화합물을 사용할 수 있다. 여기에 기재된 물질은 주로 전자 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 또한 이들 물질 외에, 정공보다 전자를 더 수송하는 성질을 갖는 임의의 물질을 사용하여도 좋다.
화합물(133)로서는, 화합물(131)과 함께 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 정공 수송성 재료 및 상기 전자 수송성 재료 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 이 경우, 화합물(131)과 화합물(133)에 의하여 형성되는 들뜬 복합체의 발광 피크가 화합물(132)(형광성 재료)의 가장 긴 파장 측(저에너지 측)의 흡수대와 중첩되도록 화합물(131), 화합물(133), 및 화합물(132)(형광성 재료)을 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 발광 효율이 대폭적으로 향상된 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
화합물(133) 및/또는 화합물(136)로서는 인광성 재료를 사용할 수 있다. 인광성 재료의 예로서는 이리듐계, 로듐계, 또는 백금계 유기 금속 착체, 혹은 금속 착체가 있다. 다른 예로서는 포르피린 배위자를 갖는 백금 착체 또는 유기 이리듐 착체가 있고, 특히 이리듐계 오쏘 금속화 착체(iridium-based ortho-metalated complex) 등의 유기 이리듐 착체가 바람직하다. 오쏘 금속화 배위자(ortho-metalated ligand)로서는 4H-트라이아졸 배위자, 1H-트라이아졸 배위자, 이미다졸 배위자, 피리딘 배위자, 피리미딘 배위자, 피라진 배위자, 및 아이소퀴놀린 배위자 등을 사용할 수 있다. 이 경우, 화합물(133)(인광성 재료)은 삼중항 MLCT(metal to ligand charge transfer) 전이의 흡수대를 갖는다. 화합물(133)의 발광 피크가 화합물(132)(형광성 재료)의 가장 긴 파장 측(저에너지 측)의 흡수대와 중첩되도록 화합물(133) 및 화합물(132)(형광성 재료)을 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 발광 효율이 대폭적으로 향상된 발광 디바이스로 할 수 있다. 화합물(133)이 인광성 재료인 경우에도, 화합물(131)과 함께 들뜬 복합체를 형성하여도 좋다. 들뜬 복합체를 형성하는 경우, 인광성 재료는 실온에서 광을 방출할 필요는 없고, 들뜬 복합체를 형성한 후에 실온에서 광을 방출한다. 이 경우, 예를 들어 트리스[2-(1H-피라졸-1-일-κN 2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppz)3)을 인광성 재료로서 사용할 수 있다. 화합물(132)의 발광 피크가 화합물(136)의 가장 긴 파장 측(저에너지 측)의 흡수대와 중첩되도록 화합물(132) 및 화합물(136)을 선택하는 것이 바람직하다. 이 경우, 발광 효율이 높은 다색 발광 디바이스를 제작할 수 있다.
청색 또는 녹색의 파장 영역에 발광 피크를 갖는 물질의 예에는 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN 2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-dmp)3), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz)3), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrptz-3b)3), 및 트리스[3-(5-바이페닐)-5-아이소프로필-4-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPr5btz)3) 등의 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3) 및 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3) 등의 1H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrpmi)3) 및 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(dmpimpt-Me)3) 등의 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 및 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Firpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C 2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 및 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac)) 등의 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체가 포함된다. 상술한 재료 중에서, 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격, 또는 이미다졸 골격 등의 질소 함유 5원 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는, 삼중항 여기 에너지, 신뢰성, 및 발광 효율이 높기 때문에 특히 바람직하다.
녹색 또는 황색의 파장 영역에 발광 피크를 갖는 물질의 예에는 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)3), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)3), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[4-(2-노보닐)-6-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(nbppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(mpmppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN 3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(dmppm-dmp)2(acac)), 및 (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac)) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-Me)2(acac)) 및 (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-iPr)2(acac)) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(bzq)3), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(pq)3), 및 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(pq)2(acac)) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C 2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 및 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)) 등의 유기 금속 이리듐 착체, 및 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)) 등의 희토류 금속 착체가 포함된다. 상술한 재료 중에서, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 및 발광 효율이 두드러지게 높기 때문에 특히 바람직하다.
황색 또는 적색의 파장 영역에 발광 피크를 갖는 물질의 예에는 (다이아이소뷰타이릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dibm)), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dpm)), 및 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(d1npm)2(dpm)) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(dpm)), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)), 및 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-kN]페닐-kC}(2,2',6,6'-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-k2O,O')이리듐(III)(약칭: Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(piq)3) 및 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP) 등의 백금 착체, 및 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)) 및 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen)) 등의 희토류 금속 착체가 포함된다. 상술한 재료 중에서, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 및 발광 효율이 두드러지게 높기 때문에 특히 바람직하다. 또한 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 양호한 적색 발광을 제공할 수 있다.
상술한 에너지 도너로서 사용할 수 있는 재료의 예에는 금속 할로젠화물 페로브스카이트 재료가 포함된다. 상기 금속 할로젠화물 페로브스카이트 재료는 하기 일반식(g1) 내지 일반식(g3) 중 임의의 것으로 나타내어질 수 있다.
(SA)MX3: (g1)
(LA)2(SA) n -1M n X3 n +1: (g2)
(PA)(SA) n -1M n X3 n +1: (g3)
상기 일반식에서, M은 2가의 금속 이온을 나타내고, X는 할로젠 이온을 나타낸다.
2가의 금속 이온의 구체적인 예로서는 납 또는 주석 등의 2가의 양이온이 있다.
할로젠 이온의 구체적인 예로서는 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 플루오린 등의 음이온이 있다.
또한 n은 1 내지 10의 정수(整數)를 나타낸다. 일반식(g2) 또는 일반식(g3)에서 n이 10보다 큰 경우, 금속 할로젠화물 페로브스카이트 재료는 일반식(g1)으로 나타내어지는 금속 할로젠화물 페로브스카이트 재료와 비슷한 성질을 갖는다.
또한 LA는 R30-NH3 +로 나타내어지는 암모늄 이온이다.
일반식 R30-NH3 +로 나타내어지는 암모늄 이온에서, R30은 탄소수 2 내지 20의 알킬기, 탄소수 2 내지 20의 아릴기, 및 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 또는 R30은 탄소수 2 내지 20의 알킬기, 탄소수 2 내지 20의 아릴기, 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기가 탄소수 1 내지 12의 알킬렌기, 탄소수 1 내지 12의 바이닐렌기, 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기, 및 탄소수 6 내지 13의 헤테로아릴렌기와 조합된 기를 나타낸다. 후자의 경우, 복수의 알킬렌기, 바이닐렌기, 아릴렌기, 및 헤테로아릴렌기가 결합되어도 좋고, 같은 종류의 복수의 기가 포함되어도 좋다. 복수의 알킬렌기, 바이닐렌기, 아릴렌기, 및 헤테로아릴렌기가 결합되는 경우, 알킬렌기, 바이닐렌기, 아릴렌기, 및 헤테로아릴렌기의 총수는 35 이하인 것이 바람직하다.
또한 SA는 1가의 금속 이온, 또는 R31-NH3 +로 나타내어지고 R31이 탄소수 1 내지 6의 알킬기인 암모늄 이온을 나타낸다.
또한 PA는 NH3 +-R32-NH3 +, NH3 +-R33-R34-R35-NH3 +, 또는 암모늄 양이온을 포함하는 분지쇄 폴리에틸렌이민의 일부 또는 전부를 나타내고, PA의 가수는 +2이다. 또한 일반식에서 전하는 실질적으로 균형을 이루고 있다.
여기서, 금속 할로젠화물 페로브스카이트 재료의 전하는, 재료 전체에서 중성이 실질적으로 유지되어 있기만 하면, 상기 식에 있어서 재료의 모든 부분에서 균형을 엄밀하게 이루고 있을 필요는 없다. 재료 내에는 유리(遊離)된 암모늄 이온, 유리된 할로젠 이온, 또는 불순물 이온 등의 다른 이온이 국소적으로 존재하고, 전하를 중화시키는 경우가 있다. 또한 입자 또는 막의 표면, 혹은 결정의 그레인 바운더리 등에서도 중성이 국소적으로 유지되지 않는 경우가 있기 때문에, 중성은 모든 위치에서 반드시 유지될 필요는 없다.
또한 상기 식(g2)에서, (LA)는 예를 들어 하기 일반식(a-1) 내지 일반식(a-11) 및 일반식(b-1) 내지 일반식(b-6)으로 나타내어지는 물질 중 임의의 것으로 할 수 있다.
[화학식 30]
Figure pct00033
[화학식 31]
Figure pct00034
또한 일반식(g3)에서 (PA)는 대표적으로 하기 일반식(c-1), 일반식(c-2), 및 일반식(d)으로 나타내어지는 물질 중 어느 것, 또는 암모늄 양이온을 포함하는 분지쇄 폴리에틸렌이민의 일부 또는 전부이고, (PA)의 가수는 +2이다. 이들 폴리머는 복수의 단위 격자에 걸쳐 전하를 중화시키는 경우가 있다. 또는 다른 2개의 폴리머 분자 각각의 하나의 전하가 하나의 단위 격자의 전하를 중화시키는 경우가 있다.
[화학식 32]
Figure pct00035
[화학식 33]
Figure pct00036
또한 상기 일반식에서, R20은 탄소수 2 내지 18의 알킬기를 나타내고, R21, R22, 및 R23은 수소 또는 탄소수 1 내지 18의 알킬기를 나타내고, R24는 하기 구조식 또는 일반식(R24-1) 내지 일반식(R24-14) 중 어느 것을 나타낸다. 또한 R25 및 R26은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타낸다. 또한 X는 상기 일반식(d-1) 내지 일반식(d-6) 중 어느 것으로 나타내어지는 모노머 유닛 A와 모노머 유닛 B의 조합을 나타내고, u개의 모노머 유닛 A와 v개의 모노머 유닛 B를 포함하는 구조를 갖는다. 또한 모노머 유닛 A와 모노머 유닛 B의 배치 순서는 한정되지 않는다. 또한 m 및 l은 각각 독립적으로 0 내지 12의 정수이고, t는 1 내지 18의 정수이다. 또한 u는 0 내지 17의 정수이고, v는 1 내지 18의 정수이고, u+v는 1 내지 18의 정수이다.
[화학식 34]
Figure pct00037
(LA) 및 (PA)로서 사용할 수 있는 물질은 상술한 예로 할 수 있지만 이들에 한정되지 않는다.
일반식(g1)으로 나타내어지는 (SA)MX3의 조성을 포함하는 3차원 구조를 갖는 금속 할로젠화물 페로브스카이트 재료는, 중심에 금속 원자 M을 갖고, 꼭짓점에 6개의 할로젠 원자를 갖는 정팔면체 구조를 포함한다. 이러한 정팔면체 구조는 꼭짓점에서 할로젠 원자를 공유하여 3차원으로 배치됨으로써 골격을 형성한다. 각 꼭짓점에 할로젠 원자를 포함하는 이 정팔면체 구조를 페로브스카이트 유닛이라고 한다. 페로브스카이트 유닛이 고립되어 존재하는 0차원 구조체, 페로브스카이트 유닛이 꼭짓점의 할로젠 원자와 1차원적으로 연결된 선상 구조체, 페로브스카이트 유닛이 2차원적으로 연결된 시트상 구조체, 페로브스카이트 유닛이 3차원적으로 연결된 구조체, 페로브스카이트 유닛이 각각 2차원적으로 연결된 시트상 구조체가 복수로 적층되어 형성되는 복잡한 2차원 구조체, 및 더 복잡한 구조체가 있다. 페로브스카이트 유닛을 갖는 이들 구조체를 모두 총괄하여 금속 할로젠화물 페로브스카이트 재료라고 정의한다.
발광층(130)은 2개 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측에서부터 이 순서대로 적층하여 발광층(130)을 형성하는 경우, 제 1 발광층은 정공 수송성을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성되고, 제 2 발광층은 전자 수송성을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성된다.
발광층(130)은 화합물(131, 132, 및 133) 외의 재료(화합물(135))를 포함하여도 좋다. 이 경우, 화합물(131) 및 화합물(133)이 들뜬 복합체를 효율적으로 형성하기 위해서는, 화합물(131) 및 화합물(133) 중 한쪽의 HOMO 준위가 발광층(130)의 재료에서 가장 높고, 다른 쪽의 LUMO 준위가 발광층(130)의 재료에서 가장 낮은 것이 바람직하다. 이러한 에너지 준위의 상관으로 함으로써, 화합물(131) 및 화합물(135)에 의하여 들뜬 복합체를 형성하는 반응을 억제할 수 있다.
예를 들어 화합물(131)이 정공 수송성을 갖고, 화합물(133)이 전자 수송성을 갖는 경우, 화합물(131)의 HOMO 준위는 화합물(133)의 HOMO 준위 및 화합물(135)의 HOMO 준위보다 높은 것이 바람직하고, 화합물(133)의 LUMO 준위는 화합물(131)의 LUMO 준위 및 화합물(135)의 LUMO 준위보다 낮은 것이 바람직하다. 이 경우, 화합물(135)의 LUMO 준위는 화합물(131)의 LUMO 준위보다 높아도 좋고 낮아도 좋다. 또한 화합물(135)의 HOMO 준위는 화합물(133)의 HOMO 준위보다 높아도 좋고 낮아도 좋다.
발광층(130)에 사용할 수 있는 재료(화합물(135))에 특별한 한정은 없지만, 다음 재료 중 임의의 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 및 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)-트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 및 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11) 등의 헤테로고리 화합물, 및 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 및 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물이 있다. 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 및 다이벤조[g,p]크리센 유도체 등의 축합 다환 방향족 화합물을 사용할 수도 있으며, 구체적인 예에는 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), N,N-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: DPhPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), N,9-다이페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPBA), N,9-다이페닐-N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), 6,12-다이메톡시-5,11-다이페닐크리센, N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 3,6-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: DPCzPA), 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 9,9'-바이안트릴(약칭: BANT), 9,9'-(스틸벤-3,3'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS2), 및 3,3',3''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이피렌(약칭: TPB3) 등이 포함된다. 이들 물질 및 공지의 물질 중에서, 화합물(131) 및 화합물(132)보다 에너지 갭이 넓은 하나 이상의 물질을 선택한다.
<<한 쌍의 전극>>
전극(101) 및 전극(102)은 발광층(130)에 정공 및 전자를 주입하는 기능을 갖는다. 전극(101) 및 전극(102)은 금속, 합금, 또는 도전성 화합물, 혹은 이들의 혼합물 또는 적층체 등을 사용하여 형성할 수 있다. 금속의 대표적인 예로서는 알루미늄(Al)이 있고, 이 외에 은(Ag), 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 구리, 또는 타이타늄 등의 전이 금속, 리튬(Li) 또는 세슘 등의 알칼리 금속, 혹은 칼슘 또는 마그네슘(Mg) 등의 2족 금속을 사용할 수 있다. 전이 금속으로서는, 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속을 사용하여도 좋다. 합금으로서는 상기 금속 중 어느 것을 포함하는 합금을 사용할 수 있고, MgAg 및 AlLi를 예로서 들 수 있다. 도전성 화합물의 예에는 인듐 주석 산화물(이하 ITO라고 함), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO), 인듐 아연 산화물, 그리고 텅스텐 및 아연을 포함하는 인듐 산화물 등의 금속 산화물이 포함된다. 도전성 화합물로서 그래핀 등의 무기 탄소계 재료를 사용할 수도 있다. 상술한 바와 같이, 이들 재료 중 2개 이상을 적층함으로써, 전극(101) 및/또는 전극(102)을 형성하여도 좋다.
발광층(130)으로부터 방출되는 광은 전극(101) 및/또는 전극(102)을 통하여 추출된다. 그러므로 전극(101 및 102) 중 적어도 한쪽은 가시광을 투과시킨다. 광을 투과시키는 도전성 재료로서는, 가시광 투과율이 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 60% 이상 100% 이하이고, 저항률이 1Х10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 사용할 수 있다. 광 추출 측의 전극은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 갖는 도전성 재료를 사용하여 형성되어도 좋다. 도전성 재료로서는, 가시광 반사율이 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하이고, 저항률이 1Х10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 사용할 수 있다. 광이 추출되는 쪽의 전극이 금속 또는 합금 등 광 투과성이 낮은 재료를 사용하여 형성되는 경우, 가시광을 투과시킬 수 있을 정도로 얇은 두께(예를 들어 두께 1nm 내지 10nm)로 전극(101) 및/또는 전극(102)을 형성한다.
본 명세서 등에서, 광을 투과시키는 전극으로서는, 가시광을 투과시키고 도전성을 갖는 재료를 사용한다. 상기 재료의 예에는 상술한 ITO로 대표되는 산화물 도전체층에 더하여, 산화물 반도체층, 및 유기 물질을 포함하는 유기 도전체층이 포함된다. 유기 물질을 포함하는 유기 도전체층의 예에는 유기 화합물과 전자 공여체(도너)가 혼합된 복합 재료를 포함하는 층, 및 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터)가 혼합된 복합 재료를 포함하는 층이 포함된다. 투명 도전층의 저항률은 바람직하게는 1Х105Ω·cm 이하, 더 바람직하게는 1Х104Ω·cm 이하이다.
전극(101) 및 전극(102)의 형성 방법으로서는 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 도포법, MBE(molecular beam epitaxy)법, CVD법, 펄스 레이저 퇴적법, 또는 ALD(atomic layer deposition)법 등을 적절히 사용할 수 있다.
<<정공 주입층>>
정공 주입층(111)은 한 쌍의 전극(전극(101) 또는 전극(102))으로부터의 정공 주입의 장벽을 저감하여 정공 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌 유도체, 또는 방향족 아민을 사용하여 형성된다. 전이 금속 산화물로서는, 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 또는 망가니즈 산화물 등을 들 수 있다. 프탈로사이아닌 유도체로서는, 프탈로사이아닌 또는 금속 프탈로사이아닌 등을 들 수 있다. 방향족 아민으로서는, 벤지딘 유도체 또는 페닐렌다이아민 유도체 등을 들 수 있다. 폴리싸이오펜 또는 폴리아닐린 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있고, 그 대표적인 예로서는 자기 도핑된 폴리싸이오펜인 폴리(에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)이 있다.
정공 주입층(111)으로서, 정공 수송성 재료와 정공 수송성 재료로부터 전자를 받는 성질을 갖는 재료의 복합 재료를 포함하는 층을 사용할 수도 있다. 또는 전자 수용성을 갖는 재료를 포함한 층과 정공 수송성 재료를 포함하는 층의 적층을 사용하여도 좋다. 정상(定常) 상태 또는 전계 존재하에서, 이들 재료 사이를 전하가 이동할 수 있다. 전자 수용성을 갖는 재료의 예로서는, 퀴노다이메테인 유도체, 클로라닐 유도체, 및 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터를 들 수 있다. 구체적인 예로서는 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN), 또는 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ) 등의 전자 흡인기(특히 사이아노기, 또는 플루오로기 등의 할로젠기)를 갖는 화합물이 있다. HAT-CN과 같이 헤테로 원자를 복수로 갖는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물은 열적으로 안정적이기 때문에 특히 바람직하다. 전자 흡인기(특히 사이아노기, 또는 플루오로기 등의 할로젠기)를 포함하는 [3]라디알렌 유도체는 전자 수용성이 매우 높기 때문에 바람직하다. 구체적인 예에는 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], 및 α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠아세토나이트릴]이 포함된다. 또는 4족 내지 8족 금속의 산화물 등의 전이 금속 산화물을 사용할 수도 있다. 구체적으로는 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 또는 산화 레늄 등을 사용할 수 있다. 특히, 산화 몰리브데넘은 대기 중에서 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉬우므로 바람직하다.
정공 수송성 재료로서는 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 정공 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 발광층(130)에 사용할 수 있는 정공 수송성 재료의 예로서 위에서 제시한 방향족 아민, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 및 스틸벤 유도체 등 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 또한 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
방향족 탄화수소의 예에는 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 및 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌이 포함된다. 다른 예에는 펜타센 및 코로넨이 포함된다. 정공 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상이고 탄소수가 14 내지 42인 방향족 탄화수소가 특히 바람직하다.
방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 갖는 방향족 탄화수소의 예에는 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi) 및 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA)이 포함된다.
다른 예에는 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 및 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: poly-TPD) 등의 고분자 화합물이 포함된다.
<<정공 수송층>>
정공 수송층(112)은 정공 수송성 재료를 포함하는 층이고 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 재료들 중 임의의 것을 사용하여 형성될 수 있다. 정공 수송층(112)이 정공 주입층(111)에 주입된 정공을 발광층(130)으로 수송하는 기능을 갖기 위해서는, 정공 수송층(112)의 HOMO 준위가 정공 주입층(111)의 HOMO 준위와 같거나 가까운 것이 바람직하다.
정공 수송성 재료로서는, 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 재료들 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 정공 수송성 재료로서는 정공 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 다만 이들 물질 외에, 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖는 임의의 물질을 사용하여도 좋다. 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층은 단층에 한정되지 않고, 상술한 물질을 포함하는 2층 이상을 적층하여도 좋다.
<<전자 수송층>>
전자 수송층(118)은, 전자 주입층(119)을 통하여 한 쌍의 전극 중 다른 쪽(전극(101) 또는 전극(102))으로부터 주입된 전자를 발광층(130)으로 수송하는 기능을 갖는다. 전자 수송성 재료로서는 정공보다 전자를 더 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 전자 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 전자를 쉽게 받는 화합물(전자 수송성을 갖는 재료)로서는, 질소 함유 헤테로 방향족 화합물 등의 π전자 부족형 헤테로 방향족 화합물, 또는 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 발광층(130)에 사용할 수 있는 전자 수송성 재료로서 설명한 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 갖는 금속 착체를 들 수 있다. 다른 예에는 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 및 피리미딘 유도체가 포함된다. 전자 수송성 재료로서는 전자 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이들 물질 외에, 정공보다 전자를 더 수송하는 성질을 갖는 임의의 물질을 전자 수송층에 사용하여도 좋다. 전자 수송층(118)은 단층에 한정되지 않고, 상술한 물질 중 임의의 것을 각각 포함하는 2층 이상의 적층이어도 좋다.
전자 수송층(118)과 발광층(130) 사이에, 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층을 제공하여도 좋다. 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층은, 상술한 전자 수송성이 높은 재료에 전자 트랩성이 높은 물질을 소량 첨가하여 형성되고, 전자 캐리어의 이동을 억제함으로써 캐리어 밸런스를 조절할 수 있다. 이러한 구조는 발광층을 전자가 통과할 때에 발생되는 문제(디바이스 수명의 저하 등)를 방지하는 데 매우 효과적이다.
<<전자 주입층>>
전자 주입층(119)은 전극(102)으로부터의 전자 주입의 장벽을 저감하여 전자 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 1족 금속 또는 2족 금속, 혹은 이들 금속 중 어느 것의 산화물, 할로젠화물, 또는 탄산염을 사용하여 형성될 수 있다. 또는 상술한 전자 수송성 재료와, 전자 수송성 재료에 대하여 전자를 공여하는 성질을 갖는 재료를 포함하는 복합 재료를 사용할 수 있다. 전자 공여성을 갖는 재료로서는, 1족 금속, 2족 금속, 또는 이들 금속 중 어느 것의 산화물 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 소듐(NaF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 또는 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 그 화합물을 사용할 수 있다. 또는 플루오린화 어븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 전자 주입층(119)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 이 전자화물의 예에는 산화 칼슘과 산화 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질이 포함된다. 전자 주입층(119)은 전자 수송층(118)에 사용할 수 있는 물질을 사용하여 형성되어도 좋다.
전자 주입층(119)에는, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합한 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에서 전자가 발생되기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물은 발생된 전자의 수송에 우수한 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 상술한 전자 수송층(118)을 형성하는 물질(예를 들어 금속 착체 및 헤테로 방향족 화합물)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질을 사용하여도 좋다. 구체적으로는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 및 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 및 이터븀 등을 들 수 있다. 또한 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 및 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또는 산화 마그네슘 등의 루이스 염기를 사용할 수 있다. 또는 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수 있다.
또한 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층의 각각은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 코팅법, 노즐 인쇄법, 또는 그라비어 인쇄법 등에 의하여 형성할 수 있다. 상술한 재료 외에도, 상기 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층에는 퀀텀닷(quantum dot) 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(예를 들어 올리고머, 덴드리머, 및 폴리머)을 사용하여도 좋다.
퀀텀닷은 예를 들어 콜로이드 퀀텀닷, 합금 퀀텀닷, 코어셸 퀀텀닷, 또는 코어 퀀텀닷이어도 좋다. 2족 및 16족에 속하는 원소, 13족 및 15족에 속하는 원소, 13족 및 17족에 속하는 원소, 11족 및 17족에 속하는 원소, 또는 14족 및 15족에 속하는 원소를 포함하는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다. 또는 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn), 황(S), 인(P), 인듐(In), 텔루륨(Te), 납(Pb), 갈륨(Ga), 비소(As), 또는 알루미늄(Al) 등의 원소를 포함하는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다.
웨트 프로세스에 사용되는 액체 매체의 예에는 메틸에틸케톤 및 사이클로헥사논 등의 케톤류, 아세트산 에틸 등의 지방산 에스터류, 다이클로로벤젠 등의 할로젠화 탄화수소류, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 및 사이클로헥실벤젠 등의 방향족 탄화수소류, 사이클로헥세인, 데칼린, 및 도데케인 등의 지방족 탄화수소류, 다이메틸폼아마이드(DMF), 및 다이메틸설폭사이드(DMSO) 등의 유기 용매가 포함된다.
발광층에 사용할 수 있는 고분자 화합물의 예에는 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌바이닐렌](약칭: MEH-PPV) 또는 폴리(2,5-다이옥틸-1,4-페닐렌바이닐렌) 등의 폴리페닐렌바이닐렌(PPV) 유도체, 폴리(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)(약칭: PF8), 폴리[(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)-alt-(벤조[2,1,3]싸이아다이아졸-4,8-다이일)](약칭: F8BT), 폴리[(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)-alt-(2,2'-바이싸이오펜-5,5'-다이일)](약칭: F8T2), 폴리[(9,9-다이옥틸-2,7-다이바이닐렌플루오렌일렌)-alt-(9,10-안트라센)], 또는 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-alt-(2,5-다이메틸-1,4-페닐렌)] 등의 폴리플루오렌 유도체, 폴리(3-헥실싸이오펜-2,5-다이일)(약칭: P3HT) 등의 폴리알킬싸이오펜(PAT) 유도체, 및 폴리페닐렌 유도체가 포함된다. 이들 고분자 화합물, PVK, 폴리(2-바이닐나프탈렌), 또는 폴리[비스(4-페닐)(2,4,6-트라이메틸페닐)아민](약칭: PTAA) 등에 발광성 화합물을 도핑하고 발광층에 사용하여도 좋다. 발광성 화합물로서는, 상술한 발광성 화합물 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
<<기판>>
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는 유리 또는 플라스틱 등의 기판 위에 형성될 수 있다. 기판 위에 적층하는 방법으로서는, 층들을 전극(101) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋고, 전극(102) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스를 형성할 수 있는 기판에는, 예를 들어 유리, 석영, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또는 플렉시블 기판을 사용할 수 있다. 플렉시블 기판은 예를 들어 폴리카보네이트 또는 폴리아릴레이트로 만들어진 플라스틱 기판 등의 구부릴 수 있는 기판이다. 필름 또는 무기 증착 필름 등을 사용할 수도 있다. 기판이 발광 디바이스 및 광학 디바이스(예를 들어 컬러 필터)의 제작 공정에서 지지체로서 기능하기만 하면, 또는 발광 디바이스 및 광학 디바이스를 보호하는 기능을 갖기만 하면, 다른 재료를 사용하여도 좋다.
예를 들어 본 명세서 등에서는, 다양한 기판 중 임의의 것을 사용하여 발광 디바이스를 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 기판의 예에는, 반도체 기판(예를 들어 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스 스틸 기판, 스테인리스 스틸 포일을 포함하는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 포함하는 기판, 플렉시블 기판, 접합 필름, 섬유상의 재료를 포함하는 CNF(cellulose nanofiber) 및 종이, 및 기재 필름이 포함된다. 유리 기판의 예에는 바륨 붕규산염 유리 기판, 알루미노 붕규산염 유리 기판, 및 소다 석회 유리 기판이 포함된다. 플렉시블 기판, 접합 필름, 및 기재 필름 등의 예에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에터 설폰(PES), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱의 기판이 포함된다. 다른 예로서는 아크릴 등의 수지가 있다. 또한 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화 바이닐, 및 폴리염화 바이닐을 예로 들 수 있다. 다른 예에는 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 및 종이가 포함된다.
또는 기판으로서 플렉시블 기판을 사용하여 플렉시블 기판에 발광 디바이스를 직접 제공하여도 좋다. 또는 기판과 발광 디바이스 사이에 분리층을 제공하여도 좋다. 분리층은, 분리층 위에 형성된 발광 디바이스의 일부 또는 전체를 기판으로부터 분리하고, 다른 기판으로 전치(轉置)하는 데 사용될 수 있다. 이러한 경우, 내열성이 낮은 기판 또는 플렉시블 기판으로도 발광 디바이스를 전치할 수 있다. 상기 분리층에는, 예를 들어 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막을 포함하는 적층, 또는 기판 위에 폴리이미드 등의 수지막이 형성된 구조를 사용할 수 있다.
바꿔 말하면, 기판을 사용하여 발광 디바이스를 형성한 후에 발광 디바이스를 다른 기판으로 전치하여도 좋다. 발광 디바이스가 전치되는 기판의 예에는, 상기 기판에 더하여 셀로판 기판, 석재 기판, 목재 기판, 천 기판(천연 섬유(예를 들어 견, 면, 및 마), 합성 섬유(예를 들어 나일론, 폴리우레탄, 및 폴리에스터), 및 재생 섬유(예를 들어 아세테이트, 큐프라, 레이온, 및 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 및 고무 기판이 포함된다. 이러한 기판을 사용하면, 내구성이 높거나, 내열성이 높거나, 가볍거나, 또는 얇은 발광 디바이스를 형성할 수 있다.
발광 디바이스(150)는, 예를 들어 상술한 기판 위에 형성된 전계 효과 트랜지스터(FET)에 전기적으로 접속되는 전극 위에 형성되어도 좋다. 이로써, FET가 발광 디바이스(150)의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스 표시 장치를 제작할 수 있다.
본 실시형태에서 상술한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 임의의 것과 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에 양호하게 사용할 수 있는 유기 화합물의 합성 방법의 예에 대하여, 일반식(G1) 및 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 화합물을 예로 들어 설명한다.
<일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법>
일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물은 다양한 반응 중 임의의 것을 사용한 합성 방법에 의하여 합성할 수 있다. 예를 들어 이하의 합성 스킴(S-1) 및 합성 스킴(S-2)에 의하여 상기 유기 화합물을 합성할 수 있다. 먼저, 화합물 1, 아릴아민(화합물 2), 및 아릴아민(화합물 3)을 커플링함으로써, 다이아민 화합물(화합물 4)을 얻는다.
다음으로, 다이아민 화합물(화합물 4), 할로젠화 아릴(화합물 5), 및 할로젠화 아릴(화합물 6)을 커플링함으로써, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물을 얻을 수 있다.
[화학식 35]
Figure pct00038
[화학식 36]
Figure pct00039
합성 스킴(S-1) 및 합성 스킴(S-2)에서, A는 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 축합 방향족 고리, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 축합 헤테로 방향족 고리를 나타내고, Ar 1 내지 Ar 4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 방향족 탄화수소기를 나타내고, X 1 내지 X 8은 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 나타낸다. 상기 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리의 예에는 크리센, 페난트렌, 스틸벤, 아크리돈, 페녹사진, 및 페노싸이아진이 포함된다. 안트라센, 피렌, 쿠마린, 퀴나크리돈, 페릴렌, 테트라센, 및 나프토비스벤조퓨란이 특히 바람직하다.
합성 스킴(S-1) 및 합성 스킴(S-2)에서 팔라듐 촉매를 사용한 부흐발트-하트위그 반응을 채용하는 경우, X 10 내지 X 13은 할로젠기 또는 트라이플레이트기를 나타낸다. 할로젠으로서는, 아이오딘, 브로민, 또는 염소가 바람직하다. 상기 반응에서는, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 또는 아세트산 팔라듐(II) 등의 팔라듐 화합물, 및 트라이(tert-뷰틸)포스핀, 트라이(n-헥실)포스핀, 트라이사이클로헥실포스핀, 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀, 또는 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시-1,1'-바이페닐 등의 배위자를 사용할 수 있다. 또한 소듐 tert-뷰톡사이드 등의 유기 염기, 또는 탄산 포타슘, 탄산 세슘, 또는 탄산 소듐 등의 무기 염기 등을 사용할 수 있다. 또한 용매로서 톨루엔, 자일렌, 벤젠, 테트라하이드로퓨란, 또는 다이옥세인 등을 사용할 수 있다. 상기 반응에서 사용할 수 있는 시약류는 이들에 한정되지 않는다.
합성 스킴(S-1) 및 합성 스킴(S-2)에서 채용되는 반응은 부흐발트-하트위그 반응에 한정되지 않는다. 유기 주석 화합물을 사용한 Migita-Kosugi-Stille 커플링 반응, 그리냐르 시약을 사용한 커플링 반응, 또는 구리 또는 구리 화합물을 사용한 울만 반응 등을 사용할 수 있다.
합성 스킴(S-1)에서 화합물 2와 화합물 3이 다른 구조를 갖는 경우, 화합물 1과 화합물 2를 먼저 반응시켜 커플링체(coupling product)를 형성한 다음, 커플링체와 화합물 3을 반응시키는 것이 바람직하다. 다른 단계에서 화합물 1을 화합물 2 및 화합물 3과 반응시키는 경우에는, 화합물 1은 다이할로젠 화합물인 것이 바람직하고, X 10 및 X 11은 다른 할로젠이고 아미노화 반응을 선택적으로 하나씩 수행하는 것이 바람직하다.
또한 합성 스킴(S-2)에서 화합물 5와 화합물 6이 다른 구조를 갖는 경우, 화합물 4와 화합물 5를 먼저 반응시켜 커플링체를 형성한 다음, 커플링체와 화합물 6을 반응시키는 것이 바람직하다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 설명한 것과 다른 구조를 갖는 발광 디바이스에 대하여 도 6을 참조하여 이하에서 설명한다. 도 6에서, 도 1의 (A)에서와 비슷한 기능을 갖는 부분은 도 1의 (A)와 같은 해치 패턴으로 나타내고, 특별히 부호로 나타내지 않은 경우가 있다. 또한 비슷한 기능을 갖는 부분에는 공통된 부호를 사용하고, 그 부분에 대한 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
<발광 디바이스의 구조예 2>
도 6은 발광 디바이스(250)의 단면 모식도이다.
도 6에 도시된 발광 디바이스(250)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이에 복수의 발광 유닛(발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108))을 포함한다. 상기 발광 유닛 중 한쪽은 도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)과 비슷한 구조를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 도 1의 (A)에 도시된 발광 디바이스(150)는 하나의 발광 유닛을 포함하고, 발광 디바이스(250)는 복수의 발광 유닛을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 발광 디바이스(250)에 대한 이하의 설명에 있어서, 전극(101)은 양극으로서 기능하고 전극(102)은 음극으로서 기능하지만, 발광 디바이스(250)에서 상기 기능은 교체되어도 좋다.
도 6에 도시된 발광 디바이스(250)에서는, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)이 적층되어 있고, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에 전하 발생층(115)이 제공되어 있다. 또한 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)은 같은 구조를 가져도 좋고 다른 구조를 가져도 좋다. 예를 들어, 발광 유닛(108)에 EL층(100)과 비슷한 구조를 사용하는 것이 바람직하다.
발광 디바이스(250)는 발광층(120) 및 발광층(170)을 포함한다. 발광 유닛(106)은 발광층(120)에 더하여 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(113), 및 전자 주입층(114)을 포함한다. 발광 유닛(108)은 발광층(170)에 더하여 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 포함한다.
발광 디바이스(250)에서는, 발광 유닛(106 및 108)의 각각에서의 어느 층이 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물을 포함한다. 또한 상기 유기 화합물을 포함하는 층은 발광층(120) 또는 발광층(170)이 바람직하다.
전하 발생층(115)은, 정공 수송성 재료에 억셉터 물질(전자 수용체)이 첨가된 구조를 가져도 좋고, 전자 수송성 재료에 도너 물질(전자 공여체)이 첨가된 구조를 가져도 좋다. 또는 전하 발생층(115)은 이들 구조 양쪽의 적층이어도 좋다.
전하 발생층(115)이 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 경우, 상기 복합 재료는 실시형태 1에서 설명한 정공 주입층(111)에 사용할 수 있는 임의의 복합 재료로 할 수 있다. 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 화합물, 방향족 탄화수소, 및 고분자 화합물(예를 들어 올리고머, 덴드리머, 및 폴리머) 등의 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 유기 화합물은 정공 이동도가 1Х10-6cm2/Vs 이상인 것이 바람직하다. 또한 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖기만 하면 다른 임의의 물질을 사용하여도 좋다. 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료는 캐리어 주입성 및 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동 또는 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(115)과 접하는 경우에는, 전하 발생층(115)이 상기 발광 유닛의 정공 주입층 또는 정공 수송층으로서도 기능할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛에 정공 주입층 또는 정공 수송층이 반드시 포함될 필요는 없다. 또는 발광 유닛의 음극 측의 면이 전하 발생층(115)과 접하는 경우에는, 전하 발생층(115)이 상기 발광 유닛의 전자 주입층 또는 전자 수송층으로서도 기능할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛에 전자 주입층 또는 전자 수송층이 반드시 포함될 필요는 없다.
전하 발생층(115)은, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 다른 재료를 포함하는 층의 적층 구조를 가져도 좋다. 예를 들어 전하 발생층(115)은, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 전자 공여성 물질 중에서 선택된 하나의 화합물 및 전자 수송성이 높은 화합물을 포함하는 층의 조합을 사용함으로써 형성되어도 좋다. 또는 전하 발생층(115)은, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 투명 도전막을 포함하는 층의 조합을 사용함으로써 형성되어도 좋다.
발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에 배치되는 전하 발생층(115)은, 전극(101) 및 전극(102)에 전압을 인가한 경우에, 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입하고, 다른 쪽 발광 유닛에 정공을 주입한다. 예를 들어 도 6에서 전극(101)의 전위가 전극(102)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가한 경우, 전하 발생층(115)은 발광 유닛(106)에 전자를 주입하고 발광 유닛(108)에 정공을 주입한다.
또한 광 추출 효율의 관점에서, 전하 발생층(115)은 가시광 투과성(구체적으로는, 40% 이상의 가시광 투과율)을 갖는 것이 바람직하다. 전하 발생층(115)은 한 쌍의 전극(전극(101 및 102))보다 도전율이 낮아도 기능한다.
상기 재료 중 임의의 것을 사용하여 형성된 전하 발생층(115)은, 발광층의 적층에 의하여 일어나는 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
도 6은 2개의 발광 유닛을 포함하는 발광 디바이스를 도시한 것이지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 것을 포함하는 발광 디바이스에도 비슷한 구조를 사용할 수 있다. 발광 디바이스(250)에서와 같이, 전하 발생층으로 나누어진 복수의 발광 유닛을 한 쌍의 전극 사이에 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채로 휘도가 높은 광을 방출할 수 있고 수명이 긴 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또한 소비전력이 낮은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
또한 상기 각 구조에서, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 사용되는 게스트 재료의 발광색은 같아도 좋고 달라도 좋다. 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 같은 색의 광을 방출하는 기능을 갖는 게스트 재료를 사용하는 경우, 발광 디바이스(250)는 작은 전류값으로 높은 휘도를 유리하게 얻는다. 한편, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 상이한 색의 광을 방출하는 기능을 갖는 게스트 재료를 사용하는 경우에는, 발광 디바이스(250)는 다색 발광을 유리하게 나타낸다. 이 경우, 발광층(120 및 170) 중 한쪽 또는 양쪽에 발광 파장이 다른 복수의 발광 재료를 사용하면, 발광 디바이스(250)는 발광 스펙트럼 피크가 다른 광을 합성하여 얻어지는 광을 방출한다. 즉, 발광 디바이스(250)의 발광 스펙트럼은 적어도 2개의 극댓값을 갖는다.
상기 구조는 백색 발광을 얻는 데에도 적합하다. 발광층(120) 및 발광층(170)이 보색의 광을 방출하는 경우, 백색 발광을 얻을 수 있다. 특히, 연색성이 높은 백색 발광, 또는 적어도 적색, 녹색, 및 청색의 발광을 얻을 수 있도록 게스트 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
발광층(120 및 170) 중 한쪽 또는 양쪽이 실시형태 1에서 설명한 발광층(130)의 구조를 가지면, 신뢰성 및 발광 효율이 높은 발광 디바이스를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 발광층(130)에 포함되는 게스트 재료는 형광성 재료 및 인광성 재료 또는 TADF 재료이기 때문에, 발광층(120 및 170) 중 한쪽 또는 양쪽에 실시형태 1에서 설명한 발광층(130)의 구조를 채용하면, 효율이 높고, 신뢰성이 높은 다색 발광을 나타내는 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
3개 이상의 발광 유닛이 적층된 발광 디바이스의 경우, 발광 유닛에 사용되는 게스트 재료로부터 방출되는 광의 색은 서로 같아도 좋고 달라도 좋다. 발광 디바이스가 같은 색의 광을 방출하는 복수의 발광 유닛을 포함하는 경우, 이들 발광 유닛은 작은 전류로 높은 강도의 광을 방출할 수 있다. 이러한 구조는 발광색을 조정하는 데 적합하게 사용할 수 있다. 이 구조는 특히 발광 효율이 다르고 색이 다른 광을 방출하는 게스트 재료를 사용하는 경우에 적합하게 사용된다. 예를 들어 발광 디바이스가 3개의 발광 유닛을 포함하는 경우, 같은 색의 형광성 재료를 포함하는 2개의 발광 유닛과, 인광성 재료를 포함하고 상기 형광성 재료의 발광색과는 다른 색의 광을 방출하는 하나의 발광 유닛에 의하여 형광 및 인광의 강도를 조정할 수 있다. 즉, 발광 유닛의 개수를 변경함으로써, 각 색의 발광 강도를 조정할 수 있다.
상술한 식으로 발광 디바이스가 2개의 형광 유닛과 하나의 인광 유닛을 포함하는 경우, 청색 형광성 재료를 포함하는 2개의 발광 유닛과 황색 인광성 재료를 포함하는 하나의 발광 유닛을 포함한 발광 디바이스, 청색 형광성 재료를 포함하는 2개의 발광 유닛과 적색 인광성 재료 및 녹색 인광성 재료를 포함하는 하나의 발광 유닛을 포함한 발광 디바이스, 및 청색 형광성 재료를 포함하는 2개의 발광 유닛과 적색 인광성 재료, 황색 인광성 재료, 및 녹색 인광성 재료를 포함하는 하나의 발광 유닛을 포함한 발광 디바이스가 바람직하다. 이러한 발광 디바이스는 백색광을 효율적으로 방출할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는 인광층과 적절히 조합될 수 있다.
발광층(120 및 170) 중 적어도 하나가 층들로 분할되고, 이 분할된 각 층이 다른 발광 재료를 포함하여도 좋다. 즉, 발광층(120 및 170) 중 적어도 하나가 2개 이상의 층으로 구성되어도 좋다. 예를 들어 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 이 순서대로 적층하여 발광층을 형성하는 경우, 제 1 발광층은 정공 수송성을 갖는 재료를 호스트 재료로서 사용하여 형성되고, 제 2 발광층은 전자 수송성을 갖는 재료를 호스트 재료로서 사용하여 형성된다. 이 구조에서, 제 1 발광층에 포함되는 발광 재료는 제 2 발광층에 포함되는 발광 재료와 같아도 좋고 달라도 좋고, 이들 재료는 같은 색의 광 또는 다른 색의 광을 방출하는 기능을 가져도 좋다. 다른 색의 광을 방출하는 기능을 갖는 복수의 발광 재료를 사용함으로써, 3원색 또는 4가지 이상의 색으로 이루어지는 연색성이 높은 백색 발광을 얻을 수 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 실시형태 1 및 실시형태 3에서 설명한 발광 디바이스를 포함하는 발광 장치에 대하여 도 7의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
도 7의 (A)는 발광 장치의 상면도이고, 도 7의 (B)는 도 7의 (A)의 선 A-B 및 선 C-D를 따라 취한 단면도이다. 이 발광 장치는, 발광 디바이스의 발광을 제어하고, 점선으로 나타내어진 구동 회로부(소스 구동 회로)(601), 화소부(602), 및 구동 회로부(게이트 구동 회로)(603)를 포함한다. 또한 부호 604는 밀봉 기판을 나타내고, 부호 625는 건조제를 나타내고, 부호 605는 실재를 나타낸다. 실재(605)로 둘러싸인 부분은 공간(607)이다.
또한 리드 배선(608)은 소스 구동 회로(601) 및 게이트 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송(傳送)하고, 외부 입력 단자로서 기능하는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 및 리셋 신호 등을 받는 배선이다. 여기서는 FPC만을 도시하였지만, FPC에는 인쇄 배선판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서의 발광 장치는 발광 장치 자체뿐만 아니라, FPC 또는 PWB가 제공된 발광 장치도 그 범주에 포함한다.
다음으로, 상기 발광 장치의 단면 구조에 대하여 도 7의 (B)를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있다. 여기서는 구동 회로부인 소스 구동 회로(601)와, 화소부(602)의 하나의 화소를 도시하였다.
소스 구동 회로(601)에서는, n채널 TFT(623)와 p채널 TFT(624)가 조합되어 CMOS 회로가 형성된다. 구동 회로는 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로 등의 다양한 회로를 사용하여 형성되어도 좋다. 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로가 형성된 드라이버 일체형에 대하여 설명하지만, 구동 회로는 기판 위에 반드시 형성될 필요는 없고 기판 외부에 형성되어도 좋다.
화소부(602)는 스위칭 TFT(611), 전류 제어 TFT(612), 및 전류 제어 TFT(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 각각 포함하는 화소를 포함한다. 또한 제 1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 절연물(614)은 포지티브 감광성 수지막을 사용하여 형성될 수 있다.
절연물(614) 위에 형성되는 막의 피복성을 향상시키기 위하여, 절연물(614)은 그 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면을 갖도록 형성된다. 예를 들어 절연물(614)의 재료로서 감광성 아크릴을 사용하는 경우, 절연물(614)의 상단부만이 곡면을 갖는 것이 바람직하다. 상기 곡면의 곡률 반경은 0.2μm 이상 0.3μm 이하인 것이 바람직하다. 절연물(614)로서는, 네거티브 감광성 재료 및 포지티브 감광성 재료의 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 형성되어 있다. 양극으로서 기능하는 제 1 전극(613)에 사용되는 재료로서는, 일함수가 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO막, 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물막, 산화 아연을 2wt% 내지 20wt% 포함하는 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, 또는 Pt막 등의 단층막, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막을 포함한 적층, 또는 질화 타이타늄막, 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막, 및 질화 타이타늄막의 3개의 층을 포함한 적층 등을 사용할 수 있다. 적층 구조에 의하여 낮은 배선 저항, 양호한 옴 콘택트(ohmic contact), 및 양극의 기능이 실현된다.
EL층(616)은 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 및 스핀 코팅법 등의 다양한 방법 중 임의의 것으로 형성된다. EL층(616)에 포함되는 재료로서는, 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머 또는 덴드리머를 포함함)을 사용하여도 좋다.
EL층(616) 위에 형성되고 음극으로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 낮은 재료(예를 들어 Al, Mg, Li, Ca, 혹은 이들의 합금 또는 화합물(MgAg, MgIn, 또는 AlLi 등))를 사용하는 것이 바람직하다. EL층(616)에서 발생된 광이 제 2 전극(617)을 통과하는 경우에는, 금속 박막과 투명 도전막(예를 들어 ITO, 산화 아연을 2wt% 이상 20wt% 이하 포함하는 산화 인듐, 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물, 또는 산화 아연(ZnO))을 포함한 적층을 제 2 전극(617)에 사용하는 것이 바람직하다.
또한 제 1 전극(613), EL층(616), 및 제 2 전극(617)으로 발광 디바이스(618)가 형성되어 있다. 발광 디바이스(618)는 실시형태 1 및 실시형태 3에서 설명한 구조를 갖는 것이 바람직하다. 본 실시형태의 발광 장치에서, 복수의 발광 디바이스를 포함하는 화소부는 실시형태 1 및 실시형태 3에서 설명한 구조를 갖는 발광 디바이스와, 다른 구조를 갖는 발광 디바이스의 양쪽을 포함하여도 좋다.
실재(605)로 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)에 접착시킴으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 디바이스(618)가 제공된다. 공간(607)은 충전재로 충전되어 있다. 충전재는 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등), 또는 수지 및/또는 건조제이어도 좋다.
실재(605)에는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 재료는 수분 또는 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 밀봉 기판(604)으로서는 유리 기판, 석영 기판, 혹은 FRP(fiber reinforced plastic), PVF(polyvinyl fluoride), 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 형성된 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 식으로, 실시형태 1 및 실시형태 3에서 설명한 발광 디바이스를 포함하는 발광 장치를 얻을 수 있다.
<발광 장치의 구조예 1>
표시 장치의 예로서, 백색 발광을 나타내는 발광 디바이스 및 착색층(컬러 필터)을 포함하는 발광 장치를 도 8의 (A) 및 (B)에 각각 도시하였다.
도 8의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(base insulating film)(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 및 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 디바이스의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 및 1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 디바이스의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 및 실재(1032) 등을 도시하였다.
도 8의 (A) 및 (B)에서는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 투명 기재(1033)에 제공되어 있다. 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)을 추가로 제공하여도 좋다. 착색층 및 흑색층이 제공된 투명 기재(1033)는 위치가 맞추어져(positioned) 기판(1001)에 고정된다. 또한 착색층 및 흑색층은 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 도 8의 (A)에서는, 일부 발광층으로부터 방출된 광은 착색층을 통과하지 않고, 나머지 발광층으로부터 방출된 광은 착색층을 통과한다. 착색층을 통과하지 않는 광은 백색이고, 착색층들 중 어느 하나를 통과하는 광은 적색, 청색, 또는 녹색이기 때문에, 4색의 화소를 사용하여 화상을 표시할 수 있다.
도 8의 (B)는 적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B)을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성한 예를 도시한 것이다. 도 8의 (B)에 도시된 바와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
상술한 발광 장치는, TFT가 형성되는 기판(1001) 측으로부터 광이 추출되는 구조(보텀 이미션 구조(bottom emission structure))를 갖지만, 밀봉 기판(1031) 측으로부터 광이 추출되는 구조(톱 이미션 구조(top emission structure))를 가져도 좋다.
<발광 장치의 구조예 2>
도 9의 (A) 및 (B)는 각각 톱 이미션 구조를 갖는 발광 장치의 단면도이다. 이 경우, 기판(1001)으로서 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. TFT와 발광 디바이스의 양극을 접속시키는 접속 전극을 형성하는 단계까지의 공정은, 보텀 이미션 구조를 갖는 발광 장치와 비슷한 식으로 수행된다. 그리고 제 3 층간 절연막(1037)이 전극(1022)을 덮어 형성된다. 이 절연막은 평탄화 기능을 가져도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막(1021)과 비슷한 재료를 사용하여 형성될 수 있거나, 또는 다른 다양한 재료 중 임의의 것을 사용하여 형성될 수 있다.
여기서 발광 디바이스의 하부 전극들(1025W, 1025R, 1025G, 및 1025B)의 각각은 양극으로서 기능하지만, 음극으로서 기능하여도 좋다. 또한 도 9의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같은 톱 이미션 구조를 갖는 발광 장치의 경우에는, 하부 전극들(1025W, 1025R, 1025G, 및 1025B)은 반사 전극인 것이 바람직하다. 또한 제 2 전극(1029)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 제 2 전극(1029)과 하부 전극들(1025W, 1025R, 1025G, 및 1025B) 사이에 마이크로캐비티 구조를 사용하면, 특정 파장의 광이 증폭되기 때문에 바람직하다. EL층(1028)은, 백색 발광을 얻을 수 있는, 실시형태 1 및 실시형태 3에서 설명한 구조와 비슷한 구조를 갖도록 형성된다.
도 8의 (A) 및 (B), 그리고 도 9의 (A) 및 (B)에서, 백색 발광을 제공하는 EL층의 구조는, 예를 들어 복수의 발광층을 사용하거나 복수의 발광 유닛을 사용함으로써 실현될 수 있다. 또한 백색 발광을 제공하는 구조는 상기에 한정되지 않는다.
도 9의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같은 톱 이미션 구조의 경우, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 제공된 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치하는 흑색층(블랙 매트릭스)(1030)이 제공되어도 좋다. 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))과 흑색층(블랙 매트릭스)은 오버코트층으로 덮여도 좋다. 또한 밀봉 기판(1031)으로서는 투광성 기판을 사용한다.
도 9의 (A)에는 적색, 녹색, 및 청색의 3색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하는 구조를 도시하였지만, 도 9의 (B)에 도시된 바와 같이 적색, 녹색, 청색, 및 백색의 4색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다. 또한 풀 컬러 표시를 수행하는 구조는 이들에 한정되지 않는다. 예를 들어 적색, 녹색, 청색, 및 황색의 4색을 사용한 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 게스트 재료로서 형광성 재료 및 인광성 재료 또는 TADF 재료가 포함되기 때문에, 효율이 높은 다색 광을 방출할 수 있다. 따라서 상기 발광 장치를 사용함으로써, 본 실시형태에서 설명한 발광 장치를 발광 효율이 높은 것으로 할 수 있다.
상술한 식으로, 실시형태 1 및 실시형태 3에서 설명한 발광 디바이스를 포함하는 발광 장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기 및 표시 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 평면을 포함하며, 발광 효율이 양호하고 신뢰성이 높은 전자 기기 및 표시 장치를 제작할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 따르면, 곡면을 포함하며, 발광 효율이 양호하고 신뢰성이 높은 전자 기기 및 표시 장치를 제작할 수 있다. 또한 상술한 바와 같이 색 재현성이 높은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
전자 기기의 예에는 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 및 파친코기 등의 대형 게임기가 포함된다.
도 10의 (A) 및 (B)에 도시된 휴대 정보 단말기(900)는 하우징(901), 하우징(902), 표시부(903), 및 힌지부(905) 등을 포함한다.
하우징(901)과 하우징(902)은 힌지부(905)에 의하여 연결된다. 휴대 정보 단말기(900)는, 닫힌 상태(도 10의 (A))로부터 도 10의 (B)에 도시된 바와 같이 펼칠 수 있다. 따라서 휴대 정보 단말기(900)는 들고 다닐 때는 휴대성이 높고, 사용 시에는 표시 영역이 크기 때문에 시인성이 우수하다.
휴대 정보 단말기(900)에서는, 힌지부(905)에 의하여 서로 연결된 하우징(901)과 하우징(902)에 걸쳐 플렉시블한 표시부(903)가 제공된다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(903)에 사용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 휴대 정보 단말기로 할 수 있다.
표시부(903)는 문서 데이터, 정지 화상, 및 동영상 등 중 적어도 하나를 표시할 수 있다. 표시부(903)에 문서 데이터를 표시할 때, 휴대 정보 단말기(900)를 전자책 단말기로서 사용할 수 있다.
휴대 정보 단말기(900)가 펼쳐지면, 표시부(903)는 곡률 반경이 큰 상태로 유지된다. 예를 들어 곡률 반경 1mm 내지 50mm, 바람직하게는 5mm 내지 30mm로 만곡된 부분을 포함하면서 표시부(903)가 유지된다. 표시부(903)의 일부는 하우징(901)으로부터 하우징(902)까지 화소가 연속적으로 배치되기 때문에, 휘어진 채로 화상을 표시할 수 있다.
표시부(903)는 터치 패널로서 기능하고 손가락 또는 스타일러스 등으로 제어할 수 있다.
표시부(903)가 하나의 플렉시블 디스플레이를 사용하여 형성되면, 하우징(901)과 하우징(902) 사이에서 연속적인 화상을 표시할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 하우징들(901 및 902)의 각각에 디스플레이가 제공되어도 좋다.
힌지부(905)는, 휴대 정보 단말기(900)를 펼칠 때 하우징(901)과 하우징(902) 사이에 형성되는 각도가 소정의 각도보다 크게 되지 않도록 잠금 기구를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어 하우징(901)과 하우징(902)이 잠기는(이들이 더 이상 펼쳐지지 않는) 각도는 90° 이상 180° 미만인 것이 바람직하고, 대표적으로는 90°, 120°, 135°, 150°, 또는 175° 등으로 할 수 있다. 이 결과, 휴대 정보 단말기(900)의 편리성, 안전성, 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
힌지부(905)가 잠금 기구를 포함하면, 표시부(903)에 과도한 힘이 가해지지 않기 때문에, 표시부(903)가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로 신뢰성이 높은 휴대 정보 단말기를 제공할 수 있다.
하우징(901) 및 하우징(902)은 전원 버튼, 조작 버튼, 외부 접속 포트, 스피커, 또는 마이크로폰 등을 포함하여도 좋다.
하우징(901) 및 하우징(902) 중 한쪽에는 무선 통신 모듈이 제공되고, 인터넷, LAN(local area network), 또는 Wi-Fi(등록 상표) 등의 컴퓨터 네트워크를 통하여 데이터를 송수신할 수 있다.
도 10의 (C)에 도시된 휴대 정보 단말기(910)는 하우징(911), 표시부(912), 조작 버튼(913), 외부 접속 포트(914), 스피커(915), 마이크로폰(916), 및 카메라(917) 등을 포함한다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(912)에 사용할 수 있다. 따라서 높은 수율로 휴대 정보 단말기를 제작할 수 있다.
휴대 정보 단말기(910)는 표시부(912)에 터치 센서를 포함한다. 전화를 걸거나 문자를 입력하는 등의 조작을 표시부(912)를 손가락 또는 스타일러스 등으로 터치함으로써 수행할 수 있다.
조작 버튼(913)에 의하여 전원을 온 또는 오프로 할 수 있다. 또한 표시부(912)에 표시되는 화상의 종류를 전환할 수 있고, 예를 들어 조작 버튼(913)에 의하여 메일 작성 화면으로부터 메인 메뉴 화면으로 화상을 전환한다.
자이로스코프 센서 또는 가속도 센서 등의 검출 장치가 휴대 정보 단말기(910) 내부에 제공되는 경우, 표시부(912)의 화면의 표시의 방향은, 휴대 정보 단말기(910)의 방향(휴대 정보 단말기(910)가 수평으로 놓여 있는지 수직으로 놓여 있는지)을 판단하여 자동으로 전환될 수 있다. 또한 예를 들어 표시부(912)를 터치하는 것, 조작 버튼(913)의 조작, 또는 마이크로폰(916)을 사용한 음성 입력에 의하여 화면의 표시 방향을 변경할 수 있다.
휴대 정보 단말기(910)는 예를 들어 전화기, 노트, 및 정보 열람 시스템 중 하나 이상으로서 기능한다. 구체적으로는, 휴대 정보 단말기(910)는 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 휴대 정보 단말기(910)는 예를 들어 이동 전화, 이메일, 텍스트의 열람 및 편집, 음악 재생, 동영상 재생, 인터넷 통신, 및 컴퓨터 게임 등의 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있다.
도 10의 (D)에 도시된 카메라(920)는 하우징(921), 표시부(922), 조작 버튼(923), 및 셔터 버튼(924) 등을 포함한다. 또한 탈착 가능한 렌즈(926)가 카메라(920)에 장착된다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(922)에 사용할 수 있다. 따라서 신뢰성이 높은 카메라로 할 수 있다.
여기서 카메라(920)의 렌즈(926)는 교환을 위하여 하우징(921)으로부터 떼어낼 수 있지만, 렌즈(926)는 하우징(921)에 포함되어도 좋다.
셔터 버튼(924)을 눌러 카메라(920)로 정지 화상 또는 동영상을 촬상할 수 있다. 터치 패널의 기능을 갖는 표시부(922)를 터치함으로써 화상을 촬상할 수도 있다.
또한 스트로보스코프 또는 뷰파인더 등은 카메라(920)에 추가로 장착될 수 있거나, 또는 그 대신에 하우징(921)에 포함되어도 좋다.
도 11의 (A)는 로봇 청소기의 예를 도시한 모식도이다.
로봇 청소기(5100)는 그 상면에 있는 디스플레이(5101), 그 측면에 있는 복수의 카메라(5102), 솔(5103), 및 조작 버튼(5104)을 포함한다. 도시하지 않았지만 로봇 청소기(5100)의 밑면에는 타이어 및 흡입구 등이 제공되어 있다. 또한 로봇 청소기(5100)는 적외선 센서, 초음파 센서, 가속도 센서, 압전 센서, 광 센서, 및 자이로스코프 센서 등의 다양한 센서를 포함한다. 로봇 청소기(5100)는 무선 통신 수단을 갖는다.
로봇 청소기(5100)는 자주식이고, 먼지(5120)를 검지하고 밑면에 제공된 흡입구로부터 먼지를 흡인한다.
로봇 청소기(5100)는, 카메라(5102)로 촬영한 화상을 분석하여 벽, 가구, 또는 단차 등의 장애물의 유무를 판단할 수 있다. 화상 분석에 의하여 로봇 청소기(5100)가 솔(5103)에 걸릴 수 있는 물건(예를 들어 와이어)을 검지한 경우에는, 솔(5103)의 회전을 멈출 수 있다.
디스플레이(5101)에는 배터리의 잔량 및 모은 먼지의 양 등을 표시할 수 있다. 디스플레이(5101)에는 로봇 청소기(5100)가 주행한 경로를 표시하여도 좋다. 디스플레이(5101)는 터치 패널이어도 좋고, 조작 버튼(5104)을 디스플레이(5101)에 제공하여도 좋다.
로봇 청소기(5100)는 스마트폰 등의 휴대용 전자 기기(5140)와 통신할 수 있다. 휴대용 전자 기기(5140)는 카메라(5102)로 촬영한 화상을 표시할 수 있다. 따라서 로봇 청소기(5100)의 소유자는 집에 없을 때도 자신의 방을 모니터할 수 있다. 소유자는 디스플레이(5101)의 표시를 스마트폰 등의 휴대용 전자 기기(5140)로 확인할 수도 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치는 디스플레이(5101)에 사용할 수 있다.
도 11의 (B)에 도시된 로봇(2100)은 연산 장치(2110), 조도 센서(2101), 마이크로폰(2102), 상부 카메라(2103), 스피커(2104), 디스플레이(2105), 하부 카메라(2106), 장애물 센서(2107), 및 이동 기구(2108)를 포함한다.
마이크로폰(2102)은 사용자의 말하는 목소리 및 환경음 등을 검지하는 기능을 갖는다. 스피커(2104)는 음성을 출력하는 기능도 갖는다. 로봇(2100)은 마이크로폰(2102) 및 스피커(2104)를 사용하여 사용자와 의사소통할 수 있다.
디스플레이(2105)는 다양한 종류의 정보를 표시하는 기능을 갖는다. 로봇(2100)은 사용자가 원하는 정보를 디스플레이(2105)에 표시할 수 있다. 디스플레이(2105)에는 터치 패널이 제공되어도 좋다. 또한 디스플레이(2105)는 탈착 가능한 정보 단말기이어도 좋고, 이 경우 로봇(2100)의 정위치(定位置)에 디스플레이(2105)를 설치함으로써, 충전 및 데이터 통신을 수행할 수 있다.
상부 카메라(2103) 및 하부 카메라(2106)는 각각 로봇(2100)의 주변의 화상을 촬영하는 기능을 갖는다. 장애물 센서(2107)는 로봇(2100)이 이동 기구(2108)를 사용하여 전진하는 방향에서의 장애물을 검지할 수 있다. 로봇(2100)은 상부 카메라(2103), 하부 카메라(2106), 및 장애물 센서(2107)를 사용하여 주변의 환경을 인식함으로써 안전하게 이동할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치는 디스플레이(2105)에 사용할 수 있다.
도 11의 (C)는 고글형 디스플레이의 예를 도시한 것이다. 고글형 디스플레이는 예를 들어 하우징(5000), 표시부(5001), 스피커(5003), LED 램프(5004), 조작 키(5005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(5006), 센서(5007)(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 갖는 센서), 마이크로폰(5008), 제 2 표시부(5002), 지지부(5012), 및 이어폰(5013)을 포함한다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시부(5001) 및 제 2 표시부(5002)에 사용할 수 있다.
도 12의 (A) 및 (B)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)를 도시한 것이다. 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)는 하우징(5151), 표시 영역(5152), 및 굴곡부(5153)를 포함한다. 도 12의 (A)는 펼친 휴대 정보 단말기(5150)를 도시한 것이다. 도 12의 (B)는 접은 휴대 정보 단말기(5150)를 도시한 것이다. 휴대 정보 단말기(5150)는 표시 영역(5152)이 큼에도 불구하고, 접으면 크기가 작고 휴대성이 우수하다.
표시 영역(5152)은 굴곡부(5153)에 의하여 반으로 접을 수 있다. 굴곡부(5153)는 가요성 부재 및 복수의 지지 부재를 포함한다. 표시 영역을 접는 경우에는 가요성 부재가 늘어나고 굴곡부(5153)가 2mm 이상, 바람직하게는 5mm 이상의 곡률 반경을 갖는다.
또한 표시 영역(5152)은 터치 센서(입력 장치)를 포함하는 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시 영역(5152)에 사용할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스를 다양한 조명 장치에 사용하는 예에 대하여 도 13을 참조하여 설명한다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스를 사용함으로써, 발광 효율이 양호하고 신뢰성이 높은 조명 장치를 제작할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스를 플렉시블 기판 위에 형성함으로써, 전자 기기 및 조명 장치가 곡면을 갖는 발광 영역을 가질 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스를 포함하는 발광 장치는 자동차의 조명, 구체적으로는 예를 들어 앞유리 및 천장의 조명에 사용할 수도 있다.
도 13은 상기 발광 디바이스를 실내 조명 장치(8501)에 사용한 예를 도시한 것이다. 상기 발광 디바이스는 면적을 더 크게 할 수 있기 때문에 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 또한 곡면을 갖는 하우징을 사용함으로써, 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8502)를 형성할 수 있다. 본 실시형태에서 설명한 발광 디바이스는 박막 형태이기 때문에 하우징을 더 자유로이 설계할 수 있다. 그러므로 조명 장치를 다양한 형태로 정교하게 설계할 수 있다. 또한 방의 벽에 대형 조명 장치(8503)를 제공하여도 좋다. 조명 장치(8501, 8502, 및 8503)에 터치 센서를 제공하여 조명 장치의 전원 온/오프를 제어하여도 좋다.
발광 디바이스를 테이블 표면에 제공하면, 테이블의 기능을 갖는 조명 장치(8504)를 얻을 수 있다. 또한 발광 디바이스를 다른 가구의 일부로서 사용하면, 그 가구의 기능을 갖는 조명 장치를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 사용함으로써, 조명 장치 및 전자 기기를 얻을 수 있다. 또한 본 실시형태에서 설명한 것에 한정되지 않고, 다양한 분야의 조명 장치 및 전자 기기에 상기 발광 디바이스를 사용할 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명한 구조 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스의 제작예 및 특성에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 각 발광 디바이스의 구조는 도 1의 (A)에 도시된 것과 같다. 표 1 및 표 2에는 디바이스 구조의 자세한 사항을 나타내었다. 여기서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타낸다.
[화학식 37]
Figure pct00040
[표 1]
Figure pct00041
[표 2]
Figure pct00042
<발광 디바이스의 제작>
이하에서는, 본 실시예에서의 발광 디바이스의 제작 방법에 대하여 설명한다.
<<발광 디바이스 1의 제작>>
전극(101)으로서, 유리 기판 위에 ITSO막을 두께가 70nm가 되도록 형성하였다. 또한 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mmХ2mm)로 하였다.
다음으로, 정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II 및 산화 몰리브데넘(MoO3)을 중량비 DBT3P-II:MoO3=1:0.5에서 두께가 40nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
그리고 정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 PCCP를 두께가 20nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적하였다.
다음으로, 발광층(130)으로서, 정공 수송층(112) 위에 4,6mCzP2Pm, Ir(ppz)3, 2-트라이메틸실릴-N,N,N',N'-테트라키스(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)-9,10-안트라센다이아민(약칭: 2TMS-mmtBuDPhA2Anth), 및 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)을 중량비 4,6mCzP2Pm:Ir(ppz)3:2TMS-mmtBuDPhA2Anth:Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)=0.8:0.2:0.025:0.01에서 두께가 40nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서 4,6mCzP2Pm과 Ir(ppz)3은 들뜬 복합체를 형성하는 조합이다. 2TMS-mmtBuDPhA2Anth는 보호기를 갖는 형광성 재료이고, Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)은 Ir을 포함하는 인광성 재료이다.
이어서, 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,6mCzP2Pm 및 NBPhen을 각각 두께가 20nm 및 10nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다. 그리고 전자 주입층(119)으로서, 전자 수송층(118) 위에 LiF를 두께가 1nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적하였다.
다음으로, 전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께가 200nm가 되도록 퇴적하였다.
그리고 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 EL용 실재를 사용하여, 밀봉을 위한 유리 기판을 유기 재료가 퇴적된 유리 기판에 고정함으로써, 발광 디바이스 1을 밀봉하였다. 구체적으로는, 유리 기판 위의 유기 재료를 둘러싸도록 실재를 도포하고, 상기 유리 기판을 밀봉을 위한 유리 기판에 접합시킨 후, 파장 365nm의 자외광을 6J/cm2에서 조사하고 80℃에서 1시간 동안 가열 처리를 수행하였다. 상기 단계를 거쳐 발광 디바이스 1을 제작하였다.
<<발광 디바이스 2 내지 4 및 비교 발광 디바이스 5의 제작>>
발광 디바이스 2 내지 4 및 비교 발광 디바이스 5는, 발광층(130)의 구조를 형성하는 단계를 제외하고는 상술한 발광 디바이스 1과 같은 단계를 거쳐 제작하였다. 디바이스 구조의 자세한 사항은 표 1 및 표 2에 나타내었기 때문에, 제작 방법의 자세한 사항은 생략한다. 발광 디바이스 1 내지 4에서 발광층(130)에 사용된 재료는 같지만, 혼합비는 서로 상이하다. 비교 발광 디바이스 5는 보호기를 갖는 형광성 재료인 2TMS-mmtBuDPhA2Anth를 포함하지만, 인광성 재료인 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)은 포함하지 않는다.
<발광 디바이스의 특성>
다음으로, 제작한 발광 디바이스 1 내지 4 및 비교 발광 디바이스 5의 특성을 측정하였다. 휘도 및 CIE 색도는 색채 휘도계(BM-5A, TOPCON TECHNOHOUSE CORPORATION 제조)를 사용하여 측정하고, 전계 발광 스펙트럼은 멀티 채널 분광기(PMA-11, Hamamatsu Photonics K.K. 제조)를 사용하여 측정하였다.
도 14는 발광 디바이스 1 내지 4 및 비교 발광 디바이스 5의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 15는 발광 디바이스 1 내지 4 및 비교 발광 디바이스 5에 2.5mA/cm2의 밀도로 전류를 공급한 경우에 얻어지는 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 또한 발광 디바이스의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다. 도 16은 톨루엔 용액에서의 2TMS-mmtBuDPhA2Anth의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼, 다이클로로메테인 용액에서의 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)의 흡수 스펙트럼, 및 나중에 설명하는 비교 발광 디바이스 9의 EL 스펙트럼(4,6mCzP2Pm 및 Ir(ppz)3으로 형성되는 들뜬 복합체의 EL 스펙트럼)을 나타낸 것이다.
톨루엔 용액에서의 2TMS-mmtBuDPhA2Anth의 흡수 스펙트럼 및 다이클로로메테인 용액에서의 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)의 흡수 스펙트럼을 자외 가시 분광 광도계(V550형, JASCO Corporation 제조)를 사용하여 측정하였다. 도 16은 톨루엔 용액에서의 2TMS-mmtBuDPhA2Anth 및 다이클로로메테인 용액에서의 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)의 흡수 스펙트럼으로부터 각각, 석영 셀 내의 톨루엔 용액만의 스펙트럼 및 석영 셀 내의 다이클로로메테인 용액만의 스펙트럼을 뺌으로써 얻어진 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이다. 발광 스펙트럼은 형광 분광 광도계(FS920, Hamamatsu Photonics K.K. 제조)를 사용하여 측정하였다.
표 3에는 1000cd/m2 부근에서의 발광 디바이스 1 내지 4 및 비교 발광 디바이스 5의 디바이스 특성을 나타내었다.
[표 3]
Figure pct00043
도 15에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 1 내지 4의 발광 스펙트럼은 각각 530nm 부근 및 610nm 부근에 2개의 피크를 갖는다. 530nm 부근의 피크는 2TMS-mmtBuDPhA2Anth에서 유래하고, 610nm 부근의 피크는 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)에서 유래한다. 즉, 발광 디바이스 1 내지 4는 2TMS-mmtBuDPhA2Anth에서 유래하는 광 및 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)에서 유래하는 광의 양쪽을 방출하였다. 비교 발광 디바이스 5는 피크 파장이 534nm이고 반치 폭이 65nm인 녹색광을 방출하였다. 이는 비교 발광 디바이스 5로부터 2TMS-mmtBuDPhA2Anth에 기인한 발광이 얻어진 것을 시사한다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 1 내지 4 및 비교 발광 디바이스 5는 형광성 재료에 기인한 발광을 나타내지만, 20%를 초과하는 높은 외부 양자 효율의 발광을 실현하였다. 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의한 단일항 여기자의 생성 확률은 최대 25%이기 때문에, 외부 광 추출 효율(outcoupling efficiency)을 25%로 한 경우의 일반적인 형광 디바이스의 외부 양자 효율은 최대 6.25%일 것이다. 예를 들어 형광성 재료와 인광성 재료가 1:1의 비율로 광을 방출한 EL 디바이스의 외부 양자 효율은 15.5%이다. 그러나 발광 디바이스 1 내지 4 및 비교 발광 디바이스 5는, 단일항 여기자만이 발광에 기여하는 경우, 그리고 형광성 재료 및 인광성 재료의 양쪽이 발광에 기여하는 일반적인 경우와 비교하여 효율이 높다. 이는 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어(정공 및 전자)의 재결합에 의하여 생성된 단일항 여기자에 기인한 발광에 더하여, 삼중항 여기자로부터의 에너지 이동에 기인한 발광, 또는 들뜬 복합체에서의 역 항간 교차에 의하여 삼중항 여기자로부터 생성된 단일항 여기자에 기인한 발광이 얻어지기 때문이다. 그러므로 보호기를 갖는 형광성 재료를 각각 포함하는 발광 디바이스에서는, 삼중항 여기자의 비복사 감쇠가 억제되고, 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지의 양쪽이 효율적으로 발광으로 변환되었다. 또한 발광 디바이스 1 내지 4 및 비교 발광 디바이스 5는 ExEF를 이용한 발광 디바이스이다.
도 14 및 도 15에서, 발광 재료로서 인광성 재료 및 형광성 재료의 양쪽을 각각 포함하는 발광 디바이스 1 내지 4, 및 발광 재료로서 형광성 재료만을 포함하는 비교 발광 디바이스 5는 동등한 효율을 갖는다. 즉, 발광단이 보호기를 갖는 형광성 재료를 사용함으로써, 발광 디바이스가 발광 재료로서 인광성 재료 및 형광성 재료의 양쪽을 포함하는 경우에도 발광 효율이 높은 발광 디바이스를 제작할 수 있다. 비교 발광 디바이스 5는 인광성 재료의 농도가 0인 발광 디바이스로 간주할 수 있다. 따라서 보호기를 갖는 형광성 재료의 농도 및 발광에 기여하는 인광성 재료의 농도 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 조정함으로써, 높은 발광 효율을 유지하면서 발광색을 조정할 수 있다. 이 경우에는, 형광성 재료로부터의 발광과 인광성 재료로부터의 발광의 적절한 균형을 얻을 수 있도록, 보호기를 갖는 형광성 재료의 농도가 인광성 재료의 농도보다 높은 것이 바람직하다.
<CV 측정 결과>
그리고 발광 디바이스의 발광층에 사용한 4,6mCzP2Pm 및 Ir(ppz)3의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정하였다.
측정 장치로서는 전기 화학 애널라이저(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc. 제조)를 사용하였다. CV 측정을 위한 용액은, 지지 전해질로서의 과염소산 테트라-n-뷰틸암모늄(n-Bu4NClO4, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 제조, 카탈로그 번호 T0836)을 용매로서의 탈수 다이메틸폼아마이드(DMF, Sigma-Aldrich Co. LLC. 제조, 99.8%, 카탈로그 번호 22705-6)에 100mmol/L의 농도로 용해시키고, 측정 대상을 2mmol/L의 농도로 그 안에 용해시키는 식으로 준비하였다. 작용 전극으로서는 백금 전극(PTE 백금 전극, BAS Inc. 제조)을 사용하고, 보조 전극으로서는 다른 백금 전극(VC-3용 Pt 대향 전극(5cm), BAS Inc. 제조)을 사용하고, 참조 전극으로서는 Ag/Ag+ 전극(RE7 비수용매용 참조 전극, BAS Inc. 제조)을 사용하였다. 또한 측정은 실온(20℃내지 25℃)에서 수행하였다. 또한 CV 측정 시의 스캔 속도는 0.1V/sec로 고정하고, 참조 전극에 대한 산화 전위 Ea[V] 및 환원 전위 Ec[V]를 측정하였다. 전위 Ea는 산화-환원파의 중간 전위이고, 전위 Ec는 환원-산화파의 중간 전위이다. 여기서, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극의 진공 준위에 대한 퍼텐셜 에너지는 -4.94[eV]인 것으로 알려져 있기 때문에, HOMO 준위[eV]=-4.94-Ea 및 LUMO 준위[eV]=-4.94-Ec라는 식으로부터 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 산출할 수 있다.
CV 측정 결과에 따르면, 4,6mCzP2Pm의 산화 전위 및 환원 전위는 각각 0.95V 및 -2.06V이었다. 또한 CV 측정 결과로부터 산출한 4,6mCzP2Pm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -5.89eV 및 -2.88eV이었다. Ir(ppz)3의 산화 전위 및 환원 전위는 각각 0.45V 및 -3.17V이었다. 또한 CV 측정 결과로부터 산출한 Ir(ppz)3의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 각각 -5.39eV 및 -1.77eV이었다.
상술한 바와 같이, 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위는 Ir(ppz)3의 LUMO 준위보다 낮고, Ir(ppz)3의 HOMO 준위는 4,6mCzP2Pm의 HOMO 준위보다 높다. 따라서 발광층에 상기 화합물을 사용한 경우, 전자 및 정공이 각각 4,6mCzP2Pm 및 Ir(ppz)3에 효율적으로 주입되기 때문에, 4,6mCzP2Pm 및 Ir(ppz)3으로 들뜬 복합체를 형성할 수 있다. 또한 4,6mCzP2Pm 및 Ir(ppz)3으로 형성된 들뜬 복합체는, 도 16에 나타낸 바와 같이 530nm 부근에 발광 피크를 갖는다.
도 16을 보면, 4,6mCzP2Pm 및 Ir(ppz)3으로 형성된 들뜬 복합체의 발광 스펙트럼이 2TMS-mmtBuDPhA2Anth의 흡수 스펙트럼 및 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)의 흡수 스펙트럼의 양쪽과 중첩된다는 것을 알 수 있다. 그러므로 상기 들뜬 복합체의 여기 에너지는 2TMS-mmtBuDPhA2Anth 및 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)으로 효율적으로 이동할 수 있다. 2TMS-mmtBuDPhA2Anth의 발광 스펙트럼은 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)의 흡수 스펙트럼과 중첩된다. 따라서 2TMS-mmtBuDPhA2Anth로부터 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)로의 에너지 이동도 가능하다. 그러므로 본 발명의 일 형태에 의하여 발광 효율이 높은 다색 발광 디바이스를 제작할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 상기 실시예와 다른, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스의 제작예 및 특성에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 각 발광 디바이스의 구조는 도 1에 도시된 것과 같다. 표 4 및 표 5에는 디바이스 구조의 자세한 사항을 나타내었다. 여기서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타낸다. 또한 다른 유기 화합물에 대해서는 실시예 1 및 상기 실시형태를 참조할 수 있다.
[화학식 38]
Figure pct00044
[표 4]
Figure pct00045
[표 5]
Figure pct00046
<<발광 디바이스 4 및 6, 그리고 비교 발광 디바이스 7 내지 9의 제작>>
발광 디바이스 4는 실시예 1 및 표 3에 나타낸 디바이스 구조를 갖는다. 발광 디바이스 6 및 비교 발광 디바이스 7 내지 9는, 발광층(130)을 형성하는 단계를 제외하고는 상술한 발광 디바이스 1과 같은 단계를 거쳐 제작하였다. 디바이스 구조의 자세한 사항은 표 3에 나타내었기 때문에, 자세한 설명은 생략한다. 비교 발광 디바이스 7 및 8은 각각 보호기를 갖지 않는 형광성 재료인 MeDPhA2A를 사용한 발광 디바이스이고, 비교 발광 디바이스 9는 형광성 재료를 포함하지 않는다.
<발광 디바이스의 특성>
다음으로, 제작한 발광 디바이스 4 및 6, 그리고 비교 발광 디바이스 7 내지 9의 특성을 측정하였다. 또한 측정 방법은 실시예 1에서 사용한 것과 비슷하다.
도 17은 발광 디바이스 4 및 6, 그리고 비교 발광 디바이스 7 내지 9의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 18은 발광 디바이스 4 및 6, 그리고 비교 발광 디바이스 7 내지 9에 2.5mA/cm2의 밀도로 전류를 공급한 경우의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 또한 발광 디바이스의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 6에는 1000cd/m2 부근에서의 발광 디바이스 4 및 6, 그리고 비교 발광 디바이스 7 내지 9의 디바이스 특성을 나타내었다.
[표 6]
Figure pct00047
도 18에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 4 및 6의 발광 스펙트럼은 각각 530nm 부근 및 610nm 부근에 2개의 피크를 갖는다. 530nm 부근의 피크는 2TMS-mmtBuDPhA2Anth에서 유래하고, 610nm 부근의 피크는 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)에서 유래한다. 즉, 발광 디바이스 4 및 6은 2TMS-mmtBuDPhA2Anth에서 유래하는 광 및 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)에서 유래하는 광의 양쪽을 방출하였다. 마찬가지로, 비교 발광 디바이스 7 및 8은 각각 530nm 부근 및 610nm 부근에 2개의 피크를 갖는다. 530nm 부근의 피크는 MeDPhA2A에서 유래하고, 610nm 부근의 피크는 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)에서 유래한다. 즉, 비교 발광 디바이스 7 및 8은 MeDPhA2A에서 유래하는 광 및 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)에서 유래하는 광의 양쪽을 방출하였다. 비교 발광 디바이스 9는 피크 파장이 531nm이고 반치 폭이 88nm인 녹색광을 방출하였다. 이는 비교 발광 디바이스 9로부터 4,6mCzP2Pm 및 Ir(ppz)3으로 형성된 들뜬 복합체에 기인한 발광이 얻어진 것을 시사한다.
도 17에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 4 및 6은 형광성 재료에서 유래하는 광을 방출하지만, 비교 발광 디바이스 9 이상의 외부 양자 효율을 나타낸다. 한편, 비교 발광 디바이스 7 및 8은, 비교 발광 디바이스 9보다 대폭 낮은 외부 양자 효율을 나타낸다. 발광 디바이스 4 및 6, 그리고 비교 발광 디바이스 7 및 8의 각각은, 비교 발광 디바이스 9에 형광성 재료 및 인광성 재료를 첨가함으로써 얻어지는 디바이스로 간주할 수 있다. 즉, 형광성 재료를 포함함에도 불구하고, 발광 디바이스 4 및 6은 비교 발광 디바이스 9와 동등한 발광 효율을 유지하면서 다색 광을 방출하였다. 한편, 비교 발광 디바이스 7 및 8은 형광성 재료 및 인광성 재료의 첨가로 인하여 발광 효율이 저하되어 있다. 발광 디바이스 4 및 6, 그리고 비교 발광 디바이스 7 및 8은 같은 인광성 재료를 사용하기 때문에, 형광성 재료를 비교 발광 디바이스 7 및 8의 효율 저하의 요인으로 가정할 수 있다. 보호기를 갖지 않는 형광성 재료를 사용함으로써, 삼중항 여기자의 불활성화가 일어나는 것이 시사된다. 그러나 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 삼중항 여기자의 비복사 감쇠가 억제되어, 발광으로 효율적으로 변환된다. 따라서 보호기를 갖는 형광성 재료를 발광층에 사용함으로써, 호스트 재료 및 인광성 재료로부터 형광성 재료로의 덱스터 기구에 의한 삼중항 여기 에너지 이동, 그리고 삼중항 여기 에너지의 비복사 감쇠를 억제할 수 있다는 것을 알았다.
발광 디바이스 4와 발광 디바이스 6 사이에서는, 보호기를 갖는 형광성 재료의 농도가 다르다. 마찬가지로, 비교 발광 디바이스 7과 비교 발광 디바이스 8 사이에서는, 보호기를 갖지 않는 형광성 재료의 농도가 다르다. 표 4에서, 발광 디바이스 4와 발광 디바이스 6 사이의 외부 양자 효율의 감소 비율((발광 디바이스 4의 외부 양자 효율-발광 디바이스 6의 외부 양자 효율)/발광 디바이스 4의 외부 양자 효율Х100)은 약 15%인데 반하여, 비교 발광 디바이스 7과 비교 발광 디바이스 8 사이의 외부 양자 효율의 감소 비율((비교 발광 디바이스 7의 외부 양자 효율-비교 발광 디바이스 8의 외부 양자 효율)/발광 디바이스 7의 외부 양자 효율Х100)은 약 30%이다. 이에 의하여, 보호기를 갖는 형광성 재료를 사용함으로써, 형광성 재료의 농도 증가에 기인한 효율 저하가 억제되는 것이 시사된다.
<발광 디바이스의 휘도 변화>
도 19는 발광 디바이스 4 및 6의 색도-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 19에 따르면, 발광 디바이스 4 및 6의 색도 x 및 색도 y는 휘도에 따라 거의 변화되지 않았다. 이는 발광 디바이스 4 및 6이 휘도 변화로 인한 변화가 매우 적은 안정된 발광색을 실현한다는 것을 의미한다. 이것은 발광 디바이스 4 및 6에서, 형광성 재료 및 인광성 재료가 에너지 도너의 여기 에너지의 이동을 거쳐 광을 방출하기 때문이다. 이는 본 발명의 일 형태에 의하여 휘도 변화로 인한 변화가 적은 다색 광을 방출하는 발광 디바이스를 제작할 수 있다는 것을 의미한다.
<발광 디바이스의 신뢰성 시험>
다음으로, 발광 디바이스 6, 그리고 비교 발광 디바이스 5 및 9에 대하여 2mA의 정전류에서 구동 시험을 수행하였다. 도 20에 결과를 나타내었다. 도 20에 따르면, 형광성 재료를 포함하는 비교 발광 디바이스 5의 구동 수명은, 형광성 재료도 인광성 재료도 포함하지 않는 비교 발광 디바이스 9보다 길고, 형광성 재료 및 인광성 재료의 양쪽을 포함하는 발광 디바이스 6은 구동 수명이 더 길다. 즉, 본 발명의 일 형태에 의하여, 효율이 높고, 신뢰성이 높은, 다색 광을 방출하는 발광 디바이스를 제작할 수 있다.
다음으로, 신뢰성 시험 전과, 신뢰성 시험을 통하여 휘도가 50%까지 감소된 후의 발광 디바이스 6의 2.5mA/cm2에서의 전계 발광 스펙트럼을 도 21에 나타내었다. 또한 도 21에 나타낸 스펙트럼 강도는, 스펙트럼 형상을 비교하기 위하여 정규하된 것이다. 도 21을 보면, 발광 디바이스 6의 전계 발광 스펙트럼은 신뢰성 시험 전후에서 거의 변형되지 않는다는 것을 알 수 있다. 이것은 발광 디바이스 6에서, 형광성 재료 및 인광성 재료가 에너지 도너로부터의 여기 에너지의 이동을 거쳐 광을 방출하기 때문이다. 이는 본 발명의 일 형태는 구동 전후의 변화가 적은 다색 광을 방출하는 발광 디바이스를 제작할 수 있다는 것을 의미한다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 상기 실시예와 다른, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스의 제작예, 그리고 상기 발광 디바이스의 특성에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 각 발광 디바이스의 구조는 도 1에 도시된 것과 같다. 표 7에는 디바이스 구조의 자세한 사항을 나타내었다. 여기서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타낸다. 또한 다른 유기 화합물에 대해서는 상기 실시예 및 상기 실시형태를 참조할 수 있다.
[화학식 39]
Figure pct00048
[표 7]
Figure pct00049
<<발광 디바이스 10, 그리고 비교 발광 디바이스 11 및 12의 제작>>
발광 디바이스 10, 그리고 비교 발광 디바이스 11 및 12는, 정공 수송층(112)을 형성하는 단계 및 발광층(130)을 형성하는 단계를 제외하고는 상술한 발광 디바이스 1과 같은 단계를 거쳐 제작하였다. 디바이스 구조의 자세한 사항은 표 7에 나타내었기 때문에, 자세한 설명은 생략한다. 발광 디바이스 10에서는, 보호기를 갖는 형광성 재료인 1,3,8,10-테트라-tert-뷰틸-7,14-비스(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)-5,12-다이하이드로퀴노[2,3-b]아크리딘-7,14-다이온(약칭: Oct-tBuDPQd) 및 인광성 재료인 Ir(dmdppr-dm)2(dpm)으로부터 발광이 얻어진다. 자세한 사항은 나중에 설명한다.
발광 디바이스 10은 비교 발광 디바이스 11에 인광성 재료를 첨가하여 얻어진 발광 디바이스로 간주할 수 있다. 비교 발광 디바이스 11은 비교 발광 디바이스 12에 보호기를 갖는 형광성 재료를 첨가하여 얻어진 발광 디바이스로 간주할 수 있다. 그러므로 발광 디바이스 10은 비교 발광 디바이스 12에 보호기를 갖는 형광성 재료 및 인광성 재료를 첨가하여 얻어진 발광 디바이스로 간주할 수 있다.
<발광 디바이스의 특성>
다음으로, 제작한 발광 디바이스 10, 그리고 비교 발광 디바이스 11 및 12의 특성을 측정하였다. 또한 측정 방법은 실시예 1에서 사용한 것과 비슷하다.
도 26은 발광 디바이스 10, 그리고 비교 발광 디바이스 11 및 12의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 27은 발광 디바이스 10, 그리고 비교 발광 디바이스 11 및 12에 2.5mA/cm2의 밀도로 전류를 공급한 경우의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 또한 발광 디바이스의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 8에는 1000cd/m2 부근에서의 발광 디바이스 10, 그리고 비교 발광 디바이스 11 및 12의 디바이스 특성을 나타내었다.
[표 8]
Figure pct00050
도 27에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 10의 발광 스펙트럼은 526nm 부근 및 608nm 부근에 2개의 피크를 갖는다. 526nm 부근의 피크는 Oct-tBuDPQd에서 유래하고, 608nm 부근의 피크는 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)에서 유래한다. 즉, 발광 디바이스 10은 Oct-tBuDPQd에서 유래하는 광 및 Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)에서 유래하는 광의 양쪽을 방출하였다. 비교 발광 디바이스 11은 526nm 부근에 피크를 갖는다. 526nm 부근의 피크는 Oct-tBuDPQd에서 유래한다. 비교 발광 디바이스 12의 발광 스펙트럼은 506nm 부근에 피크를 갖고 반치 폭이 81nm이다. 비교 발광 디바이스 12의 발광은 3Cz2DPhCzBN에서 유래한다. 또한 비특허문헌 1에는 3CzDPhCzBN이 TADF 재료라고 개시되어 있다.
도 26에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 10은 형광성 재료에서 유래하는 광을 방출하지만, 발광 디바이스 10은 비교 발광 디바이스 12 이상의 외부 양자 효율을 나타낸다. 또한 발광 디바이스 10은 비교 발광 디바이스 11보다 높은 외부 양자 효율을 나타낸다. 그러므로 발광 디바이스 10은 형광성 재료 및 인광성 재료의 양쪽으로부터의 발광을 나타내고, 비교 발광 디바이스 11 및 12보다 높은 발광 효율을 나타낸다. 이것은 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에서는, 삼중항 여기자의 비복사 감쇠가 억제되어, 발광으로 효율적으로 변환되기 때문이다.
발광 디바이스 10은 에너지 도너로서 TADF 재료를 사용한다. 그러므로 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에 TADF 재료를 양호하게 사용할 수 있다. 또한 발광 디바이스 10은 보호기를 갖는 형광성 재료로서, 발광단이 퀴나크리돈 골격을 갖는 유기 화합물을 사용한다. 그러므로 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스에 퀴나크리돈 골격을 갖는 유기 화합물을 양호하게 사용할 수 있다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 상기 실시예와 다른, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스의 제작예 및 특성에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 각 발광 디바이스의 구조는 도 1에 도시된 것과 같다. 표 7에는 디바이스 구조의 자세한 사항을 나타내었다. 여기서 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타낸다. 또한 다른 유기 화합물에 대해서는 실시예 1 및 상기 실시형태를 참조할 수 있다.
[화학식 40]
Figure pct00051
[표 9]
Figure pct00052
<<발광 디바이스 13의 제작>>
발광 디바이스 13은, 발광층(130)을 형성하는 단계를 제외하고는 상술한 발광 디바이스 10과 같은 단계를 거쳐 제작하였다. 디바이스 구조의 자세한 사항은 표 9에 나타내었기 때문에, 제작 방법의 자세한 사항은 생략한다.
<발광 디바이스의 특성>
다음으로, 제작한 발광 디바이스 13의 디바이스 특성을 측정하였다. 또한 측정 방법은 실시예 1에서 사용한 것과 비슷하다.
도 28은 발광 디바이스 13의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 29는 발광 디바이스 13에 2.5mA/cm2의 밀도로 전류를 공급한 경우의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 또한 발광 디바이스의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 10에는 3cd/m2 부근에서의 발광 디바이스 13의 디바이스 특성을 나타내었다.
[표 10]
Figure pct00053
도 29에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 13의 발광 스펙트럼은 527nm 부근 및 567nm 부근에 2개의 피크를 갖는다. 527nm 부근의 피크는 Oct-tBuDPQd에서 유래하고, 567nm 부근의 피크는 TADF 재료인 7,10-비스(4-(다이페닐아미노)페닐)-2,3-다이사이아노피라지노페난트렌(약칭: TPA-DCPP)에서 유래한다. 즉, 발광 디바이스 13은 Oct-tBuDPQd에서 유래하는 광 및 TPA-DCPP에서 유래하는 광의 양쪽을 방출하였다. 또한 비특허문헌 2에는 TPA-DCPP가 TADF 재료라고 개시되어 있다.
도 28에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 13은 형광성 재료에서 유래하는 광을 방출하지만, 발광 디바이스 13은 일반적인 형광 디바이스의 이론 효율을 초과하는 외부 양자 효율을 나타내었다.
(참고예 1)
본 참고예에서는, 실시예 1 및 실시예 2에서 사용한 보호기를 갖는 형광성 재료인 2TMS-mmtBuDPhA2Anth(구조식(229))의 합성 방법에 대하여 설명한다.
<단계 1: 9,10-다이브로모-2-트라이메틸실릴안트라센의 합성>
먼저, 500mL의 3구 플라스크에 2.7g(11mmol)의 2-트라이메틸실릴안트라센을 넣고, 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하고, 110mL의 N,N-다이메틸설폭사이드를 첨가하고, 혼합물을 실온에서 교반하였다. 그리고 4.0g(23mmol)의 N-브로모석신이미드를 첨가하고, 혼합물을 실온에서 15시간 동안 교반하였다. 교반 후, 이 반응 혼합물에 물을 첨가하여 수성층 및 유기층을 얻었다. 수성층에 대하여 톨루엔으로 추출을 수행하고, 추출된 용액과 유기층을 조합하고 물 및 염화 소듐의 포화 수용액으로 세정한 다음, 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 이 혼합물을 중력 여과에 의하여 분리하고, 여과액을 농축하여 황갈색 고체를 얻었다. 얻어진 황갈색 고체에 450mL의 헥세인과 50mL의 톨루엔을 첨가하고, 플로리실(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호 066-05265), 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호 537-02305), 및 산화 알루미늄을 통하여 흡인 여과를 수행하여, 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 황갈색 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 아세트산 에틸/에탄올을 사용하여 재결정하여, 황색 고체를 2.4g, 수율 54%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴(F-1)을 이하에 나타낸다.
[화학식 41]
Figure pct00054
단계 1에서 얻어진 황색 고체의 1H NMR 측정의 결과에 대하여 이하에서 설명한다. 도 22의 (A) 및 (B), 그리고 도 23에 1H NMR 차트를 나타내었다. 또한 도 22의 (B)는 도 22의 (A)에서의 6.5ppm 내지 9.0ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 도 23은 도 22의 (A)에서의 0.0ppm 내지 2.0ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 이들 결과는 9,10-다이브로모-2-트라이메틸실릴안트라센이 얻어진 것을 나타낸다.
1H NMR(CDCl3, 300MHz):σ=8.74(s, 1H), 8.63-8.56(m, 2H), 8.55(d, J=8.8Hz, 1H), 7.75(d, J=8.3Hz, 1H), 7.68-7.61(m, 2H), 0.42(s, 9H)
<단계 2: 2TMS-mmtBuDPhA2Anth의 합성>
200mL의 3구 플라스크에, 1.4g(3.3mmol)의 9,10-다이브로모-2-트라이메틸실릴안트라센, 2.6g(6.6mmol)의 비스(3,5-tert-뷰틸페닐)아민, 1.3g(14mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드, 60mg(0.15mmol)의 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시-1,1'-바이페닐(약칭: SPhos)을 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물에 33mL의 자일렌을 첨가하고, 얻어진 혼합물을 감압하에서 탈기하고, 이 혼합물에 40mg(70μmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가한 다음, 얻어진 혼합물을 질소 기류하에 있어서 150℃에서 6시간 동안 교반하였다. 교반 후, 얻어진 혼합물에 400mL의 톨루엔을 첨가하고, 플로리실, 셀라이트, 및 산화 알루미늄을 통하여 흡인 여과를 수행하여, 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 갈색 고체를 얻었다. 이 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 헥세인:톨루엔=9:1)에 의하여 정제하여 황색 고체를 얻었다. 얻어진 황색 고체를 아세트산 에틸 및 에탄올을 사용하여 재결정하여, 목적 물질인 황색 고체를 0.40g, 수율 12%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴(F-2)을 이하에 나타낸다.
[화학식 42]
Figure pct00055
트레인 서블리메이션법에 의하여, 얻어진 황색 고체 0.40g을 승화 정제하였다. 승화 정제에서는, 황색 고체를 3.5Pa의 압력하에 있어서 260℃에서 15시간 동안 가열하였다. 승화 정제 후, 목적의 황색 고체를 0.35g, 회수율 87%로 얻었다.
단계 2에서 얻어진 황색 고체의 1H NMR 측정의 결과에 대하여 이하에서 설명한다. 도 24의 (A) 및 (B), 그리고 도 25에 1H NMR 차트를 나타내었다. 또한 도 24의 (B)는 도 24의 (A)에서의 6.5ppm 내지 9.0ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 도 25는 도 24의 (A)에서의 0.0ppm 내지 2.0ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 이들 결과는 2TMS-mmtBuDPhA2Anth가 얻어진 것을 나타낸다.
1H NMR(CDCl3, 300MHz):σ=8.25(s, 1H), 8.24-8.21(m, 1H), 8.15-8.11(m, 2H), 7.40-7.37(m, 1H), 7.30-7.27(m, 2H), 6.97-6.94(m, 8H), 6.92-6.91(m, 4H), 1.14(s, 36H), 1.12(m, 36H), 0.09(s, 9H)
(참고예 2)
본 참고예에서는, 실시예 3 및 실시예 4에서 사용한 보호기를 갖는 형광성 재료인 Oct-tBuDPQd(구조식(104))의 합성 방법에 대하여 설명한다.
<단계 1: 1,4-사이클로헥사다이엔-1,4-다이카복실산 및 2,5-비스{(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)아미노}-다이메틸에스터의 합성>
환류관이 장착된 200mL의 3구 플라스크에, 5.6g(24mmol)의 1,4-사이클로헥세인다이온-2,5-다이카복실산다이메틸 및 10g(48mmol)의 3,5-다이-tert-뷰틸아닐린을 넣고, 이 혼합물을 170℃에서 2시간 동안 교반하였다. 얻어진 적주황색(red orange) 고체에 메탄올을 첨가하여 슬러리를 형성하고, 혼합물을 흡인 여과에 의하여 회수하였다. 얻어진 고체를 헥세인 및 메탄올로 세정하고 건조시킴으로써, 목적의 적주황색 고체를 12g, 수율 82%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴(E-1)을 이하에 나타낸다.
[화학식 43]
Figure pct00056
얻어진 고체의 1H NMR 수치 데이터는 다음과 같다. 이 데이터에 의하여 목적의 화합물이 얻어진 것을 알 수 있다.
1H NMR(클로로폼-d, 500MHz):δ=10.6(s, 2H), 7.20(t, J=1.5Hz, 2H), 6.94(d, J=2.0Hz, 4H), 3.65(s, 6H), 3.48(s, 4H), 1.33(s, 36H)
<단계 2: 1,4-벤젠다이카복실산 및 2,5-비스{(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)아미노}-다이메틸에스터의 합성>
환류관이 장착된 300mL의 3구 플라스크에, 단계 1에서 얻어진 12g(20mmol)의 1,4-사이클로헥사다이엔-1,4-다이카복실산 및 2,5-비스{(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)아미노}-다이메틸에스터와, 150mL의 톨루엔을 넣었다. 이 혼합물을 공기 버블링하면서 15시간 동안 환류하였다. 교반 후, 석출한 고체를 흡인 여과에 의하여 회수하고, 얻어진 고체를 헥세인 및 메탄올로 세정함으로써, 목적의 적색 고체를 7.3g 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 더 얻었다. 이 고체를 헥세인 및 메탄올로 세정하고, 흡인 여과에 의하여 회수함으로써, 목적의 적색 고체를 3.1g 얻었다. 그러므로 목적의 화합물을 총 10.4g, 수율 85%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴(E-2)을 이하에 나타낸다.
[화학식 44]
Figure pct00057
얻어진 고체의 1H NMR 수치 데이터는 다음과 같다. 이 데이터에 의하여 목적의 화합물이 얻어진 것을 알 수 있다.
1H NMR(클로로폼-d, 500MHz):δ=8.84(s, 2H), 8.18(s, 2H), 7.08(d, J=2.0Hz, 4H), 7.20(t, J=1.0Hz, 2H), 3.83(s, 6H), 1.34(s, 36H)
<단계 3: 1,4-벤젠다이카복실산 및 2,5-비스[N,N'-비스(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)아미노]-다이메틸에스터의 합성>
환류관이 장착된 200mL의 3구 플라스크에, 단계 2에서 얻어진 4.0g(6.7mmol)의 1,4-벤젠다이카복실산 및 2,5-비스{(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)아미노}-다이메틸에스터, 3.9g(14.6mmol)의 1-브로모-3,5-다이-tert-뷰틸벤젠, 0.46g(7.3mmol)의 구리, 50mg의 아이오딘화 구리(0.26mmol), 1.0g(7.3mmol)의 탄산 포타슘, 및 10mL의 자일렌을 넣고, 혼합물을 감압하에서 탈기하고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 이 혼합물을 20시간 동안 환류하였다. 얻어진 혼합물에 0.46g(7.3mmol)의 구리 및 50mg의 아이오딘화 구리(0.26mmol)를 첨가하고, 혼합물을 16시간 동안 더 환류하였다. 얻어진 혼합물에 다이클로로메테인을 첨가하여 슬러리를 형성하였다. 흡인 여과에 의하여 고체를 제거하고, 얻어진 여과액을 농축하였다. 얻어진 고체를 헥세인 및 에탄올로 세정하였다. 세정한 고체를 헥세인/톨루엔을 사용하여 재결정하여, 목적의 화합물인 황색 고체를 4.4g, 수율 72%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴(E-3)을 이하에 나타낸다.
[화학식 45]
Figure pct00058
얻어진 고체의 1H NMR 수치 데이터는 다음과 같다. 이 데이터에 의하여 목적의 화합물이 얻어진 것을 알 수 있다.
1H NMR(클로로폼-d, 500MHz):δ=7.48(s, 2H), 6.97(t, J=2.0Hz, 4H), 7.08(d, J=1.5Hz, 8H), 3.25(s, 6H), 1.23(s, 72H)
<단계 4: 1,3,8,10-테트라-tert-뷰틸-7,14-비스(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)-5,12-다이하이드로퀴노[2,3-b]아크리딘-7,14-다이온(약칭: Oct-tBuDPQd)의 합성>
환류관이 장착된 100mL의 3구 플라스크에, 단계 3에서 얻어진 4.4g(4.8mmol)의 1,4-벤젠다이카복실산 및 2,5-비스[N,N'-비스(3,5-다이-tert-뷰틸페닐)아미노]-다이메틸에스터와, 20mL의 메테인설폰산을 넣고, 이 혼합물을 160℃에서 7시간 동안 교반하였다. 이 혼합물을 실온까지 냉각하고, 300mL의 얼음물에 천천히 부은 다음, 실온이 될 때까지 방치하였다. 이 혼합물을 중력 여과에 의하여 여과하고, 얻어진 고체를 물 및 포화 탄산수소 소듐 수용액으로 세정하였다. 이 고체를 톨루엔에 용해시키고, 얻어진 톨루엔 용액을 물 및 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 이 혼합물을 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호 537-02305) 및 산화 알루미늄을 통하여 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 흑갈색 고체를 3.3g 얻었다. 얻어진 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 헥세인:아세트산 에틸=20:1)에 의하여 정제하여 목적의 화합물인 적주황색 고체를 150mg, 수율 5%로 얻었다. 단계 4의 합성 스킴(E-4)을 이하에 나타낸다.
[화학식 46]
Figure pct00059
단계 4에서 얻어진 황색 고체의 1H NMR 측정의 결과에 대하여 이하에서 설명한다. 도 30의 (A) 및 (B), 그리고 도 31에 1H NMR 차트를 나타내었다. 또한 도 30의 (B)는 도 30의 (A)에서의 6.5ppm 내지 9.0ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 도 31은 도 30의 (A)에서의 0.5ppm 내지 2.0ppm의 범위를 확대하여 나타낸 차트이다. 이들 결과는 Oct-tBuDPQd가 얻어진 것을 나타낸다.
1H NMR(클로로폼-d, 500MHz):δ=8.00(s, 2H), 7.65(t, J=2.0Hz, 2H), 7.39(d, J=1.0Hz, 4H), 7.20(d, J=2.0Hz, 2H), 6.50(d, J=1.0Hz, 2H), 1.60(s, 18H), 1.39(s, 36H), 1.13(s, 18H)
100: EL층, 101: 전극, 102: 전극, 106: 발광 유닛, 108: 발광 유닛, 111: 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 113: 전자 수송층, 114: 전자 주입층, 115: 전하 발생층, 116: 정공 주입층, 117: 정공 수송층, 118: 전자 수송층, 119: 전자 주입층, 120: 발광층, 130: 발광층, 131: 화합물, 132: 화합물, 133: 화합물, 135: 화합물, 136: 화합물, 150: 발광 디바이스, 170: 발광층, 250: 발광 디바이스, 301: 게스트 재료, 302: 게스트 재료, 310: 발광단, 320: 보호기, 330: 호스트 재료, 601: 소스 구동 회로, 602: 화소부, 603: 게이트 구동 회로, 604: 밀봉 기판, 605: 실재, 607: 공간, 608: 배선, 609: FPC, 610: 소자 기판, 611: 스위칭 TFT, 612: 전류 제어 TFT, 613: 전극, 614: 절연물, 616: EL층, 617: 전극, 618: 발광 디바이스, 623: n채널 TFT, 624: p채널 TFT, 625: 건조제, 900: 휴대 정보 단말기, 901: 하우징, 902: 하우징, 903: 표시부, 905: 힌지부, 910: 휴대 정보 단말기, 911: 하우징, 912: 표시부, 913: 조작 버튼, 914: 외부 접속 포트, 915: 스피커, 916: 마이크로폰, 917: 카메라, 920: 카메라, 921: 하우징, 922: 표시부, 923: 조작 버튼, 924: 셔터 버튼, 926: 렌즈, 1001: 기판, 1002: 하지 절연막(base insulating film), 1003: 게이트 절연막, 1006: 게이트 전극, 1007: 게이트 전극, 1008: 게이트 전극, 1020: 층간 절연막, 1021: 층간 절연막, 1022: 전극, 1024B: 전극, 1024G: 전극, 1024R: 전극, 1024W: 전극, 1025B: 하부 전극, 1025G: 하부 전극, 1025R: 하부 전극, 1025W: 하부 전극, 1026: 격벽, 1028: EL층, 1029: 전극, 1031: 밀봉 기판, 1032: 실재, 1033: 기재, 1034B: 착색층, 1034G: 착색층, 1034R: 착색층, 1036: 오버코트층, 1037: 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 2100: 로봇, 2101: 조도 센서, 2102: 마이크로폰, 2103: 상부 카메라, 2104: 스피커, 2105: 디스플레이, 2106: 하부 카메라, 2107: 장애물 센서, 2108: 이동 기구, 2110: 연산 장치, 5000: 하우징, 5001: 표시부, 5002: 표시부, 5003: 스피커, 5004: LED 램프, 5005: 조작 키, 5006: 접속 단자, 5007: 센서, 5008: 마이크로폰, 5012: 지지부, 5013: 이어폰, 5100: 로봇 청소기, 5101: 디스플레이, 5102: 카메라, 5103: 솔, 5104: 조작 버튼, 5120: 먼지, 5140: 휴대용 전자 기기, 5150: 휴대 정보 단말기, 5151: 하우징, 5152: 표시 영역, 5153: 굴곡부, 8501: 조명 장치, 8502: 조명 장치, 8503: 조명 장치, 8504: 조명 장치
본 출원은 2018년 7월 11일에 일본 특허청에 출원된 일련번호 2018-131254의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.

Claims (24)

  1. 발광 디바이스로서,
    한 쌍의 전극; 및
    상기 한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 1 재료, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 2 재료, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 3 재료를 포함하고,
    상기 제 2 재료는 발광단 및 5개 이상의 보호기를 포함하고,
    상기 발광단은 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리이고,
    상기 5개 이상의 보호기는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 갖고,
    상기 제 1 재료의 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 상기 제 3 재료의 T1 준위보다 높고,
    상기 제 2 재료 및 상기 제 3 재료의 양쪽으로부터 발광이 얻어지는, 발광 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 5개의 보호기 중 적어도 4개가 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나인, 발광 디바이스.
  3. 발광 디바이스로서,
    한 쌍의 전극; 및
    상기 한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 1 재료, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 2 재료, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 3 재료를 포함하고,
    상기 제 2 재료는 발광단 및 4개의 보호기를 포함하고,
    상기 발광단은 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리이고,
    상기 4개의 보호기는 상기 축합 방향족 고리 또는 상기 축합 헤테로 방향족 고리와 직접 결합되지 않고,
    상기 4개의 보호기는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 갖고,
    상기 제 1 재료의 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 상기 제 3 재료의 T1 준위보다 높고,
    상기 제 2 재료 및 상기 제 3 재료의 양쪽으로부터 발광이 얻어지는, 발광 디바이스.
  4. 발광 디바이스로서,
    한 쌍의 전극; 및
    상기 한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 1 재료, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 2 재료, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 3 재료를 포함하고,
    상기 제 2 재료는 발광단 및 2개 이상의 다이아릴아미노기를 포함하고,
    상기 발광단은 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리이고,
    상기 2개 이상의 다이아릴아미노기는 상기 축합 방향족 고리 또는 상기 축합 헤테로 방향족 고리와 결합되고,
    상기 2개 이상의 다이아릴아미노기 중의 아릴기는 각각 독립적으로 적어도 하나의 보호기를 갖고,
    상기 보호기는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 갖고,
    상기 제 1 재료의 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 상기 제 3 재료의 T1 준위보다 높고,
    상기 제 2 재료 및 상기 제 3 재료의 양쪽으로부터 발광이 얻어지는, 발광 디바이스.
  5. 발광 디바이스로서,
    한 쌍의 전극; 및
    상기 한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 1 재료, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 2 재료, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 3 재료를 포함하고,
    상기 제 2 재료는 발광단 및 2개 이상의 다이아릴아미노기를 포함하고,
    상기 발광단은 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리이고,
    상기 2개 이상의 다이아릴아미노기는 상기 축합 방향족 고리 또는 상기 축합 헤테로 방향족 고리와 결합되고,
    상기 2개 이상의 다이아릴아미노기 중의 아릴기는 각각 독립적으로 적어도 2개의 보호기를 갖고,
    상기 보호기는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 갖고,
    상기 제 1 재료의 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 상기 제 3 재료의 T1 준위보다 높고,
    상기 제 2 재료 및 상기 제 3 재료의 양쪽으로부터 발광이 얻어지는, 발광 디바이스.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 다이아릴아미노기는 다이페닐아미노기인, 발광 디바이스.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 알킬기는 분지쇄 알킬기인, 발광 디바이스.
  8. 발광 디바이스로서,
    한 쌍의 전극; 및
    상기 한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 1 재료, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 2 재료, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 3 재료를 포함하고,
    상기 제 2 재료는 발광단 및 복수의 보호기를 포함하고,
    상기 발광단은 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리이고,
    상기 복수의 보호기의 원자 중 적어도 하나가 상기 축합 방향족 고리 또는 상기 축합 헤테로 방향족 고리의 한쪽 면 바로 위에 위치하고, 상기 복수의 보호기의 다른 원자 중 적어도 하나가 상기 축합 방향족 고리 또는 상기 축합 헤테로 방향족 고리의 다른 쪽 면 바로 위에 위치하고,
    상기 제 1 재료의 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 상기 제 3 재료의 T1 준위보다 높고,
    상기 제 2 재료 및 상기 제 3 재료의 양쪽으로부터 발광이 얻어지는, 발광 디바이스.
  9. 발광 디바이스로서,
    한 쌍의 전극; 및
    상기 한 쌍의 전극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 1 재료, 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 2 재료, 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 제 3 재료를 포함하고,
    상기 제 2 재료는 발광단 및 2개 이상의 다이페닐아미노기를 포함하고,
    상기 발광단은 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리이고,
    상기 2개 이상의 다이페닐아미노기는 상기 축합 방향족 고리 또는 상기 축합 헤테로 방향족 고리와 결합되고,
    상기 2개 이상의 다이페닐아미노기 중의 페닐기는 각각 독립적으로 3위치 및 5위치에 보호기를 갖고,
    상기 보호기는 각각 독립적으로 탄소수 3 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10의 사이클로알킬기, 및 탄소수 3 내지 12의 트라이알킬실릴기 중 어느 하나를 갖고,
    상기 제 1 재료의 최저 삼중항 여기 에너지 준위(T1 준위)는 상기 제 3 재료의 T1 준위보다 높고,
    상기 제 2 재료 및 상기 제 3 재료의 양쪽으로부터 발광이 얻어지는, 발광 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 알킬기는 분지쇄 알킬기인, 발광 디바이스.
  11. 제 7 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 분지쇄 알킬기는 4급 탄소를 갖는, 발광 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축합 방향족 고리 또는 상기 축합 헤테로 방향족 고리는 나프탈렌, 안트라센, 플루오렌, 크리센, 트라이페닐렌, 테트라센, 피렌, 페릴렌, 쿠마린, 퀴나크리돈, 및 나프토비스벤조퓨란 중 어느 하나를 포함하는, 발광 디바이스.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 재료는 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하는, 발광 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 화합물은 인광을 방출하는 화합물인, 발광 디바이스.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 재료의 발광 스펙트럼의 피크 파장이 상기 제 2 재료의 발광 스펙트럼의 피크 파장보다 단파장 측에 위치하는, 발광 디바이스.
  16. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 재료는 인광을 방출하는 화합물인, 발광 디바이스.
  17. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 재료는 지연 형광을 방출하는 화합물인, 발광 디바이스.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 재료의 발광 스펙트럼이 상기 제 2 재료의 흡수 스펙트럼의 가장 긴 파장 측의 흡수대와 중첩되는, 발광 디바이스.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광층 내의 상기 제 2 재료의 농도가 상기 제 3 재료의 농도보다 높은, 발광 디바이스.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 재료는 인광을 방출하는 화합물인, 발광 디바이스.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 재료의 발광 스펙트럼의 피크 파장이 상기 제 3 재료의 발광 스펙트럼의 피크 파장보다 단파장 측에 위치하는, 발광 디바이스.
  22. 발광 장치로서,
    제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 따른 발광 디바이스; 및
    컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는, 발광 장치.
  23. 전자 기기로서,
    제 22 항에 따른 발광 장치; 및
    하우징 및 표시부 중 적어도 하나를 포함하는, 전자 기기.
  24. 조명 장치로서,
    제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 발광 디바이스; 및
    하우징을 포함하는, 조명 장치.
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