KR20210090555A - 유기 금속 착체, 톱 이미션용 발광 재료, 발광 디바이스, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

유기 금속 착체, 톱 이미션용 발광 재료, 발광 디바이스, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 Download PDF

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도모야 야마구치
히데코 요시즈미
유타 가와노
다케요시 와타베
사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 신규 유기 금속 착체를 제공한다.
하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체를 제공한다. 다만, A1 내지 A4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 사이아노기 중 어느 하나를 나타내고, R1 내지 R5 중 적어도 하나가 사이아노기이다. 또한 R11 내지 R14는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타내고, R15 및 R16은 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 및 에틸기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R11 및 R12는 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 또한 R13 및 R14는 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다.

Description

유기 금속 착체, 톱 이미션용 발광 재료, 발광 디바이스, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{ORGANOMETALLIC COMPLEX, LIGHT-EMITTING MATERIAL FOR TOP EMISSION, LIGHT-EMITTING DEVICE, LIGHT-EMITTING APPARATUS, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 유기 화합물, 발광 소자, 발광 디바이스, 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 표시 장치, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 발명의 일 형태가 속하는 기술분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서 본 명세서에서 개시하는 본 발명의 일 형태가 속하는 기술분야의 더 구체적인 예로서는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다.
유기 화합물을 사용하고 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용하는 발광 디바이스(유기 EL 디바이스)의 실용화가 진행되고 있다. 이들 발광 디바이스의 기본적인 구성은 발광 재료를 포함하는 유기 화합물층(EL층)을 한 쌍의 전극 사이에 끼운 것이다. 이 소자에 전압을 인가하여 캐리어를 주입하고, 상기 캐리어의 재결합 에너지를 이용함으로써, 발광 재료로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이러한 발광 디바이스는 자발광형이기 때문에, 디스플레이의 화소로서 사용하면 액정에 비하여 시인성이 높고 백라이트가 불필요하다는 등의 장점이 있어, 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합하다. 또한 이러한 발광 디바이스를 사용한 디스플레이는 얇고 가볍게 제작할 수 있다는 것도 큰 장점이다. 또한 응답 속도가 매우 빠르다는 것도 특징 중 하나이다.
또한 이들 발광 디바이스는 발광층을 이차원으로 연속하여 형성할 수 있기 때문에 면발광을 얻을 수 있다. 이것은 백열 전구 또는 LED로 대표되는 점광원, 또는 형광등으로 대표되는 선광원으로는 얻기 어려운 특색이기 때문에, 조명 등에 응용할 수 있는 면광원으로서의 이용 가치도 높다.
이와 같이 발광 디바이스를 사용한 디스플레이 또는 조명 장치는 다양한 전자 기기에 적합하지만(예를 들어 특허문헌 1 참조), 특성이 더 양호한 발광 디바이스가 요구되고 있다.
일본 공개특허공보 특개2017-114853호 일본 공개특허공보 특개2013-147496호 일본 공개특허공보 특개2007-284432호 일본 공개특허공보 특개2015-10093호
본 발명의 일 형태에서는 신규 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 양호한 적색 발광을 나타내는 신규 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 수명이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있는 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 특히 고온에서 수명이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있는 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있는 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 반치 폭이 좁은 발광 스펙트럼을 가지는 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 톱 이미션형 발광 장치에 적합하게 적용되는 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 색 순도가 높고 양자 효율이 높은 적색 발광을 나타내고, 또한 발광 디바이스의 발광 재료로서 사용한 경우에 수명이 양호하며 전류 효율, 파워 효율이 높은 발광 디바이스를 실현하는 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다.
또는 본 발명의 일 형태에서는 수명이 양호한 발광 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 양호한 발광 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 색 순도가 양호한 적색 발광 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 톱 이미션형 발광 장치에 적합하게 적용되는 발광 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다.
또는 본 발명의 일 형태에서는 수명이 양호한 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 소비전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 표시 품질이 양호한 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공하는 것을 과제로 한다.
또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 반드시 해결할 필요는 없다. 또한 이들 외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 상술한 과제 중 어느 하나를 해결하면 좋은 것으로 한다.
본 발명의 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 1]
Figure pat00001
다만, 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체에서, A1 내지 A4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 사이아노기 중 어느 하나를 나타내고, R1 내지 R5 중 적어도 하나가 사이아노기이다. 또한 R11 내지 R14는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타내고, R15 및 R16은 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 및 에틸기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R11 및 R12는 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 또한 R13 및 R14는 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다.
또는 본 발명의 일 형태는 상기 구성에서 상기 R15 및 상기 R16이 모두 수소인 유기 금속 착체이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 R11 및 상기 R12가 동일한 기인 유기 금속 착체이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 R11 및 상기 R12가 동일한 기이고, 상기 R13 및 상기 R14가 동일한 기인 유기 금속 착체이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 R11 내지 상기 R14가 동일한 기인 유기 금속 착체이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G1-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 2]
Figure pat00002
다만, 상기 일반식(G1-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체에서, A1 내지 A4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 사이아노기 중 어느 하나를 나타내고, R1 내지 R5 중 적어도 하나가 사이아노기이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 3]
Figure pat00003
다만, 상기 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체에서, A1 내지 A4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R11 내지 R14는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타내고, R15 및 R16은 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 및 에틸기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R11 및 R12는 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 또한 R13 및 R14는 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다.
또는 본 발명의 일 형태는 상기 구성에서 상기 R15 및 상기 R16이 모두 수소인 유기 금속 착체이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 R11 및 상기 R12가 동일한 기인 유기 금속 착체이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 R11 및 상기 R12가 동일한 기이고, 상기 R13 및 상기 R14가 동일한 기인 유기 금속 착체이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 R11 내지 상기 R14가 동일한 기인 유기 금속 착체이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G2-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 4]
Figure pat00004
다만, 상기 일반식(G2-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체에서, A1 내지 A4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R6 및 R7은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 A1 내지 상기 A4가 각각 독립적으로 메틸기 또는 t-뷰틸기인 유기 금속 착체이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 5]
Figure pat00005
다만, 상기 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 금속 착체에서, R6 및 R7은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 R6 및 상기 R7이 각각 독립적으로 수소 또는 메틸기이고, 상기 R6 및 상기 R7 중 적어도 하나가 메틸기이고, 상기 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 발광 스펙트럼의 피크 파장이 600nm 이상인 유기 금속 착체이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 유기 금속 착체 중 어느 것을 포함하는 톱 이미션 구조용 발광 재료이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 유기 금속 착체 중 어느 것을 포함하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 유기 금속 착체 중 어느 것을 포함하는 광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 발광 디바이스와, 센서, 조작 버튼, 스피커, 또는 마이크로폰을 가지는 전자 기기이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 발광 디바이스와, 트랜지스터 또는 기판을 가지는 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 발광 디바이스와 하우징을 가지는 조명 장치이다.
또한 본 명세서에서 발광 장치는, 발광 디바이스를 사용한 화상 표시 디바이스를 포함한다. 또한 발광 디바이스에 커넥터, 예를 들어 이방 도전성 필름 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TCP 끝에 인쇄 배선 기판이 제공된 모듈, 또는 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 발광 디바이스에 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 발광 장치에 포함되는 경우가 있다. 또한 조명 기구 등은 발광 장치를 가지는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태에서는 신규 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 양호한 적색 발광을 나타내는 신규 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 수명이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있는 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 특히 고온에서 수명이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있는 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있는 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 반치 폭이 좁은 발광 스펙트럼을 가지는 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 톱 이미션형 발광 장치에 적합하게 적용되는 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 색 순도가 높고 양자 효율이 높은 적색 발광을 나타내고, 또한 발광 디바이스의 발광 재료로서 사용한 경우에 수명이 양호하며 전류 효율, 파워 효율이 높은 발광 디바이스를 실현하는 유기 금속 착체를 제공할 수 있다.
또는 본 발명의 일 형태에서는 수명이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 색 순도가 양호한 적색 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 톱 이미션형 발광 장치에 적합하게 적용되는 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
또는 본 발명의 일 형태에서는 수명이 양호한 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 소비전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 표시 품질이 양호한 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 각각 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 이들 외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1의 (A), (B), 및 (C)는 발광 디바이스의 개략도이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도이다.
도 4는 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 패시브 매트릭스형 발광 장치의 개념도이다.
도 6의 (A) 및 (B)는 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 7의 (A), (B1), (B2), 및 (C)는 전자 기기를 나타낸 도면이다.
도 8의 (A), (B), 및 (C)는 전자 기기를 나타낸 도면이다.
도 9는 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 10은 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 차량 탑재 표시 장치 및 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 12의 (A) 및 (B)는 전자 기기를 나타낸 도면이다.
도 13의 (A), (B), 및 (C)는 전자 기기를 나타낸 도면이다.
도 14는 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]의 1H NMR 차트이다.
도 15는 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]의 용액 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 16은 [Ir(dmdppr-m3CP)2(debm)]의 1H NMR 차트이다.
도 17은 [Ir(dmdppr-m3CP)2(debm)]의 용액 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 18은 [Ir(dmdppr-25dmCP)2(debm)]의 1H NMR 차트이다.
도 19는 [Ir(dmdppr-25dmCP)2(debm)]의 용액 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 20은 [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)]의 1H NMR 차트이다.
도 21은 [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)]의 용액 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 22는 [Ir(tBumdppr-m3CP)2(debm)]의 1H NMR 차트이다.
도 23은 [Ir(tBumdppr-m3CP)2(debm)]의 용액 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 24는 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)], [Ir(dmdppr-m5CP)2(dpm)], 및 [Ir(dmdppr-m5CP)2(dibm)]의 다이클로로메테인 용액에서의 PL 스펙트럼이다.
도 25는 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 1의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 26은 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 1의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 27은 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 1의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 28은 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 1의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 29는 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 1의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 30은 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 1의 파워 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 31은 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 32는 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 1의 구동 시간에 대한 휘도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 33은 발광 디바이스 2 및 비교 발광 디바이스 2의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 34는 발광 디바이스 2 및 비교 발광 디바이스 2의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 35는 발광 디바이스 2 및 비교 발광 디바이스 2의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 36은 발광 디바이스 2 및 비교 발광 디바이스 2의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 37은 발광 디바이스 2 및 비교 발광 디바이스 2의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 38은 발광 디바이스 2 및 비교 발광 디바이스 2의 파워 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 39는 발광 디바이스 2 및 비교 발광 디바이스 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 40은 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-12 및 비교 발광 디바이스 2-1 내지 비교 발광 디바이스 2-12의 외부 양자 효율-x 색도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 41은 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-12 및 비교 발광 디바이스 2-1 내지 비교 발광 디바이스 2-12의 전류 효율-x 색도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 42는 발광 디바이스 2-5, 발광 디바이스 2-6, 및 비교 발광 디바이스 2-5의 발광 강도의 시야각 의존성을 나타낸 그래프이다.
도 43은 발광 디바이스 2-5, 발광 디바이스 2-6, 및 비교 발광 디바이스 2-5의 색도의 시야각 의존성을 나타낸 그래프이다.
도 44는 [Ir(dmdppr-dmCP)2(debm)]의 1H NMR 차트이다.
도 45는 [Ir(dmdppr-dmCP)2(debm)]의 용액 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 46은 [Ir(dmdppr-eCP)2(debm)]의 1H NMR 차트이다.
도 47은 [Ir(dmdppr-eCP)2(debm)]의 용액 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 48은 [Ir(dmdppr-24dm3CP)2(debm)]의 1H NMR 차트이다.
도 49는 [Ir(dmdppr-24dm3CP)2(debm)]의 용액 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 50은 [Ir(dmdppr-mCP)2(dchm)]의 1H NMR 차트이다.
도 51은 [Ir(dmdppr-mCP)2(dchm)]의 용액 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 52는 [Ir(dmdppr-mCP)2(dppem)]의 1H NMR 차트이다.
도 53은 [Ir(dmdppr-mCP)2(dppem)]의 용액 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 54는 발광 디바이스 3, 발광 디바이스 4, 및 비교 발광 디바이스 3의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 55는 발광 디바이스 3, 발광 디바이스 4, 및 비교 발광 디바이스 3의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 56은 발광 디바이스 3, 발광 디바이스 4, 및 비교 발광 디바이스 3의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 57은 발광 디바이스 3, 발광 디바이스 4, 및 비교 발광 디바이스 3의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 58은 발광 디바이스 3, 발광 디바이스 4, 및 비교 발광 디바이스 3의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 59는 발광 디바이스 3, 발광 디바이스 4, 및 비교 발광 디바이스 3의 파워 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 60은 발광 디바이스 3, 발광 디바이스 4, 및 비교 발광 디바이스 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
이하에서, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 다만 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 쉽게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하에 기재하는 실시형태의 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
인광 발광을 나타내는 유기 금속 착체에서, 2,3-다이페닐피라진 골격을 가지는 유기 화합물을 배위자로서 사용한 유기 금속 착체는, 효율이 높은 적색 발광을 나타내는 것이 알려져 있다(일본 공개특허공보 특개2007-284432호). 또한 2,3-다이페닐피라진이 가지는 페닐기의 3위치 및 5위치에 메틸기가 치환기로서 결합됨으로써, 상기 유기 화합물을 배위자로서 사용한 유기 금속 착체의 발광 스펙트럼이 협선(狹線)화하여, 색 순도가 양호한 적색 발광이 얻어지는 것도 보고되어 있다(일본 공개특허공보 특개2013-147496호). 또한 2,3,5-트라이페닐피라진의 5위치의 페닐기에 사이아노기가 치환기로서 결합된 유기 화합물을 배위자로서 사용한 유기 금속 착체는 분해가 억제됨으로써 수명이 양호한 발광 디바이스를 제작하는 것이 가능해진다(일본 공개특허공보 특개2017-114853호).
상술한 바와 같은 피라진 배위자를 사용한 유기 금속 착체는, 색 순도가 높은 적색 발광을 효율적으로 나타내고, 수명이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있는 우수한 적색 인광 발광 재료이다. 그러나, 2,3,5-트라이페닐피라진의 5위치의 페닐기에 사이아노기를 사용한 유기 금속 착체는 발광 스펙트럼이 장파장화되어 매우 짙은 적색 발광을 나타낸다.
짙은 적색 발광은 색 표현의 관점에 있어서, 더 풍부한 적색의 표현을 실현하는 것이 용이하기 때문에 바람직하지만, 발광 스펙트럼이 장파장이면 시감도가 낮기 때문에 높은 외부 양자 효율을 유지하더라도 전류 효율, 파워 효율 등이 낮아진다. 또한 이를 피하기 위하여, 발광 스펙트럼을 지나치게 단파장화하면 색 표현에 지장이 생기기 때문에, 적색 발광 재료는 색 순도를 유지하면서 시감도를 최대한 높일 수 있도록 설계할 필요가 있다. 그러나, 이와 같이 섬세하게 제어하는 것은 매우 어렵고, 또한 새로 설계한 유기 금속 착체가 종래와 같이 양호한 특성을 가진다는 보증은 없다.
또한 발광 디바이스의 장수명화를 위하여, 2,3,5-트라이페닐피라진의 5위치의 페닐기에서의 사이아노기는 불가결하다.
그러므로 본 발명의 일 형태에서는, 색 순도가 높고 양자 효율이 높은 적색 발광을 나타내고, 또한 발광 디바이스의 발광 재료로서 사용한 경우에 수명이 양호하며 전류 효율, 파워 효율이 높은 발광 디바이스를 실현하는 유기 금속 착체를 제공한다. 또한 상술한 종래의 유기 금속 착체는 재료의 합성 시의 수율에도 문제가 있었기 때문에, 본 발명의 일 형태에서는 합성 시의 수율이 개선된 유기 금속 착체를 제공한다. 본 발명의 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다.
[화학식 6]
Figure pat00006
다만, 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체에서, A1 내지 A4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다. 이 구성을 가지면, 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 그 발광 스펙트럼의 반치 폭이 좁고, 색 순도가 양호한 적색 발광을 나타낸다. 또한 A1 내지 A4는 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기인 것이 바람직하고, 특히 메틸기 또는 t-뷰틸기인 것이 바람직하고, 또한 메틸기인 것이 더 바람직하다.
또한 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 사이아노기 중 어느 하나를 나타내고, R1 내지 R5 중 적어도 하나가 사이아노기이다. R1 내지 R5는 적어도 하나가 사이아노기이면, 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 분해가 억제된다. 이에 의하여, 발광 디바이스 제작 시에 분해물 등으로 인한 불순물의 혼입이 억제되어, 수명이 양호한 발광 디바이스를 제작하는 것이 용이해진다.
또한 R1 내지 R5 중 사이아노기 외의 적어도 하나 또는 2개가 치환기인 것이 바람직하다. 즉, 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체가 바람직하다. 또한 R6 및 R7은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다.
[화학식 7]
Figure pat00007
또한 보조 배위자의 치환기인 R11 내지 R14는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타내고, R15 및 R16은 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 및 에틸기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R11 및 R12는 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 또한 R13 및 R14는 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 또한 R15 및 R16은 수소인 것이 바람직하다.
또한 상기 보조 배위자는 R11과 R12가 동일한 기인 것이 바람직하고, 마찬가지로 R13과 R14가 동일한 기인 것이 바람직하다. 또한 R11 내지 R14가 모두 같은 기인 것이 더 바람직하다.
또한 상기 일반식(G1) 및 상기 일반식(G2)에서, R11 내지 R14가 에틸기이고, R15 및 R16이 수소인 것이 더 바람직하다. 즉, 하기 일반식(G1-1), 일반식(G2-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체가 더 바람직하다.
[화학식 8]
Figure pat00008
[화학식 9]
Figure pat00009
상기 일반식(G1-1)에서, A1 내지 A4 및 R1 내지 R5는 상기 일반식(G1)과 동일하고, 또한 상기 일반식(G2-1)에서, A1 내지 A4, R6, 및 R7은 상기 일반식(G2)과 동일하다.
치환기가 R11 내지 R16인 보조 배위자를 사용함으로써, 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는, 발광 스펙트럼을 약간 단파장화시킬 수 있다. 이에 의하여, 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 양호한 적색 발광을 나타내면서 시감도가 향상되어, 전류 효율, 파워 효율이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있게 된다.
또한 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 발광 스펙트럼의 반치 폭도 좁다. 발광 스펙트럼의 반치 폭이 좁으면, 종래의 유기 금속 착체와 비교하여 시감도가 낮은 장파장 영역의 발광이 저감되고, 그 만큼 발광 피크 파장 부근의 발광 강도가 높아진다. 이에 의하여 전류 효율, 파워 효율이 높은 발광 디바이스를 얻는 것이 용이해진다. 또한 발광 스펙트럼의 반치 폭이 좁으면, 마이크로캐비티 구조를 사용한 발광 디바이스에 적용한 경우에, 감쇠로 인하여 손실되는 광이 적어 효율적으로 증폭시킬 수 있기 때문에, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 마이크로캐비티 구조를 적용한 발광 디바이스에 적합하다. 또한 마이크로캐비티 구조는 톱 이미션 구조를 가지는 발광 장치에 적합하기 때문에, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는, 톱 이미션 구조를 가지는 발광 장치용 발광 재료로서 매우 적합하다고 할 수 있다.
또한 상술한 바와 같은 보조 배위자를 사용한, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체를 사용하면, 발광 양자 수율이 향상되기 때문에 외부 양자 효율이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
즉, 짙은 적색 발광을 나타내는 다이메틸기 및 사이아노기가 결합된 2,3,5-트라이페닐피라진 배위자와, 단파장화시킬 수 있는 상기 보조 배위자 사이에는 큰 상승 효과가 존재한다. 또한 상기 보조 배위자는 발광 스펙트럼을 협선화시키는 효과를 가지므로, 마이크로캐비티 구조를 가지는 톱 이미션형 발광 장치에 사용하는 발광 재료로서 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체는 매우 적합하다고 할 수 있다.
또한 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체를 사용한 발광 디바이스는 특히 고온에서 수명이 양호한 발광 디바이스로 할 수 있다.
또한 상기 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서는 구체적으로, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 및 헥실기 등을 들 수 있다. 상기 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기로서는 구체적으로, 사이클로프로필기, 사이클로헥실기 등을 들 수 있다. 또한 상기 탄소수 2 내지 6의 알킬기로서는 구체적으로, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 헥실기 등을 들 수 있다.
상기 구성을 가지는 유기 화합물의 구체적인 예를 이하에 나타낸다.
[화학식 10]
Figure pat00010
[화학식 11]
Figure pat00011
[화학식 12]
Figure pat00012
[화학식 13]
Figure pat00013
여기서, 일반식(G1)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 금속 착체의 합성 방법의 일례에 대하여 설명한다.
<<일반식(G1)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체의 합성 방법>>
일반식(G1)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체는, 하기 합성 스킴(A1)에 나타낸 바와 같이 일반식(G0)으로 나타내어지는 피라진 유도체와, 할로젠을 포함하는 이리듐 화합물(염화 이리듐, 브로민화 이리듐, 오이오드화 이리듐 등)을 용매를 사용하지 않거나, 혹은 알코올계 용매(글리세롤, 에틸렌 글라이콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올 등) 단독, 또는 1종류 이상의 알코올계 용매와 물의 혼합 용매를 사용하여, 불활성 가스 분위기에서 가열함으로써, 할로젠으로 가교된 구조를 가지는 유기 금속 착체의 1종이며 신규 물질인 복핵(複核) 착체(B)를 얻을 수 있다. 가열 수단으로서 특별히 한정은 없고, 오일 배스, 샌드 배스, 또는 알루미늄 블록을 사용하여도 좋다. 또한 마이크로파를 가열 수단으로서 사용할 수도 있다.
[화학식 14]
Figure pat00014
합성 스킴(A1)에서, X는 할로젠을 나타내고, A1 내지 A4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 사이아노기 중 어느 하나를 나타내고, R1 내지 R5 중 적어도 하나가 사이아노기이다.
또한 하기 합성 스킴(A2)에 나타낸 바와 같이, 상술한 합성 스킴(A1)으로 얻어진 복핵 착체(B)와 배위자의 원료를 불활성 가스 분위기에서 반응시킴으로써, 배위자의 원료의 양성자가 이탈되고 중심 금속인 이리듐에 배위하기 때문에, 일반식(G1)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체가 얻어진다. 가열 수단으로서 특별히 한정은 없고, 오일 배스, 샌드 배스, 또는 알루미늄 블록을 사용하여도 좋다. 또한 마이크로파를 가열 수단으로서 사용할 수도 있다.
[화학식 15]
Figure pat00015
합성 스킴(A2)에서, X는 할로젠을 나타내고, A1 내지 A4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 사이아노기 중 어느 하나를 나타내고, R1 내지 R5 중 적어도 하나가 사이아노기이다. 또한 R11 내지 R14는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타내고, R15 및 R16은 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 및 에틸기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R11 및 R12는 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 또한 R13 및 R14는 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다.
<<일반식(G0)으로 나타내어지는 피라진 유도체의 합성 방법>>
여기서, 상기 합성 스킴(A1)에서 사용된, 일반식(G0)으로 나타내어지는 피라진 유도체의 합성 방법에 대해서도 설명한다.
피라진의 할로젠화물(a1)과, 벤젠 유도체의 보론산 또는 보론산 에스터(a2 및 a3)를 커플링시킴으로써 화합물(a4)을 얻을 수 있고, 이 화합물(a4)을 트라이플레이트화하여 얻은 화합물(a5)과, 벤젠 유도체의 보론산 또는 보론산 에스터(a6)를 커플링시킴으로써 일반식(G0-1)으로 나타내어지는 피라진 유도체를 얻을 수 있다.
[화학식 16]
Figure pat00016
상기 합성 스킴(A)에서, X1 및 X2는 할로젠을 나타내고, B는 보론산 또는 보론산 에스터를 나타내고, A1 내지 A4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 사이아노기 중 어느 하나를 나타낸다.
또한 상기 합성 스킴(A)에서, R1 내지 R5 중 적어도 하나가 사이아노기인 벤젠 유도체의 보론산 또는 보론산 에스터(a6)를 사용함으로써, 일반식(G0)으로 나타내어지는 피라진 유도체를 합성할 수 있다.
또한 상기 합성 스킴(A)에서, X1 및 X2로서 상이한 할로젠을 적용함으로써, (a2) 및 (a3)을 상이한 화합물로 할 수 있다. 즉, A1과 A2의 조합과, A3과 A4의 조합을 상이한 조합으로 할 수 있다. 그 결과, 최종적인 유기 금속 착체의 발광 색의 변동 및 발광 스펙트럼의 협선화를 도모할 수 있다.
또한 상술한 방법 외에도, 상기 피라진 유도체의 합성 방법으로서 복수의 공지의 합성 방법이 존재한다. 따라서, 상기 피라진 유도체를 어느 공지의 방법을 사용하여 합성하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태인 유기 금속 착체의 합성 방법의 일례에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다른 어떠한 합성 방법에 의하여 합성되어도 좋다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에 대하여 설명한다.
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 나타낸 도면이다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 제 1 전극(101), 제 2 전극(102), EL층(103)을 가진다. 또한 EL층(103)은 실시형태 1에서 나타낸 유기 화합물을 가지는 것이 바람직하다.
EL층(103)은 발광층(113)을 가지고, 발광층(113)에는 발광 재료가 포함된다. 발광층(113)과 제 1 전극(101) 사이에는 정공 주입층(111), 정공 수송층(112) 등이 제공된다. 실시형태 1에 기재된 유기 금속 착체는 적색의 인광을 효율적으로 발하기 때문에 발광 재료로서 사용되는 것이 바람직하다.
또한 발광층(113)에서 발광 재료와 함께 호스트 재료가 포함되는 구성이어도 좋다. 호스트 재료는 캐리어 수송성을 가지는 유기 화합물이다. 또한 호스트 재료는 1종류뿐만 아니라, 복수 종류 포함되어도 좋다. 이때, 복수의 유기 화합물이, 전자 수송성을 가지는 유기 화합물과 정공 수송성을 가지는 유기 화합물이면, 발광층(113) 내에서의 캐리어 밸런스를 조정하는 것이 가능하기 때문에 바람직하다. 또한 복수의 유기 화합물이, 모두 전자 수송성을 가지는 유기 화합물이어도 좋지만, 그 전자 수송성이 상이하면 발광층(113)에서의 전자 수송성을 조절하는 것도 가능해진다. 캐리어 밸런스를 적절히 조정할 수 있으면 수명이 양호한 발광 디바이스를 제공하는 것이 가능해진다. 또한 호스트 재료인 복수의 유기 화합물 간, 또는 호스트 재료와 발광 재료 사이에서 들뜬 복합체를 형성하는 구성이어도 좋다. 적절한 발광 파장을 가지는 들뜬 복합체를 형성함으로써, 발광 재료로의 유효한 에너지 이동을 실현하여, 효율이 높고 수명이 양호한 발광 디바이스를 제공하는 것이 가능해진다.
또한 도 1의 (A)에는, EL층(103)으로서 발광층(113), 정공 주입층(111), 및 정공 수송층(112) 외에, 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)이 도시되어 있지만, 발광 디바이스의 구성은 이에 한정되지 않는다. 이들 층 중 어느 것을 형성하지 않아도 되고, 다른 기능을 가지는 층을 가져도 좋다.
이어서, 상술한 발광 디바이스의 자세한 구조, 재료의 예에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는, 상술한 바와 같이 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)의 한 쌍의 전극 사이에 복수의 층으로 이루어지는 EL층(103)을 가지고, 상기 EL층(103) 중 어느 부분에 실시형태 1에 개시된 유기 화합물이 포함된다.
제 1 전극(101)은 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들어, 산화 인듐-산화 주석(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐(IWZO) 등이 있다. 이들 도전성 금속 산화물막은 일반적으로 스퍼터링법에 의하여 형성되지만, 졸-겔법 등을 응용하여 제작되어도 좋다. 제작 방법의 예로서는, 산화 인듐에 대하여 1wt% 내지 20wt%의 산화 아연이 첨가된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 인듐-산화 아연을 형성하는 방법 등이 있다. 또한 산화 인듐에 대하여 산화 텅스텐이 0.5wt% 내지 5wt%, 산화 아연이 0.1wt% 내지 1wt% 함유된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 텅스텐 및 산화 아연이 함유된 산화 인듐(IWZO)을 형성할 수도 있다. 이 외에 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어 질화 타이타늄) 등을 들 수 있다. 그래핀을 사용할 수도 있다. 또한, 후술하는 복합 재료를 EL층(103)에서 제 1 전극(101)과 접하는 층에 사용함으로써 일함수에 상관없이 전극 재료를 선택할 수 있게 된다.
EL층(103)은 적층 구조를 가지는 것이 바람직하지만, 상기 적층 구조는 특별히 한정되지 않고, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 캐리어 차단층, 여기자 차단층, 전하 발생층 등 다양한 층 구조를 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113)에 더하여, 전자 수송층(114) 및 전자 주입층(115)을 가지는 구성, 그리고 도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113)에 더하여, 전자 수송층(114) 및 전하 발생층(116)을 가지는 구성의 2종류의 구성에 대하여 설명한다. 각 층을 구성하는 재료에 대하여 이하에서 구체적으로 설명한다.
정공 주입층(111)은 억셉터성을 가지는 물질을 포함한 층이다. 억셉터성을 가지는 물질로서는, 유기 화합물과 무기 화합물의 양쪽 모두를 사용할 수 있다.
억셉터성을 가지는 물질로서는 전자 흡인기(할로젠기, 사이아노기)를 가지는 화합물을 사용할 수 있고, 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), 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ), 2-(7-다이사이아노메틸렌-1,3,4,5,6,8,9,10-옥타플루오로-7H-피렌-2-일리덴)말로노나이트릴 등을 들 수 있다. 특히 HAT-CN과 같이 복수의 헤테로 원자를 가지는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물은 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 또한 전자 흡인기(특히 플루오로기와 같은 할로젠기, 사이아노기)를 가지는 [3]라디알렌 유도체는 전자 수용성이 매우 높기 때문에 바람직하고, 구체적으로는 α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[4-사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,6-다이클로로-3,5-다이플루오로-4-(트라이플루오로메틸)벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠아세토나이트릴] 등을 들 수 있다. 억셉터성을 가지는 물질로서는, 상술한 유기 화합물 외에도 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등을 사용할 수 있다. 이 외에, 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc), 구리프탈로사이아닌(CuPc) 등의 프탈로사이아닌계의 착체 화합물, 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) 등의 방향족 아민 화합물, 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)(PEDOT/PSS) 등의 고분자 화합물 등에 의하여 정공 주입층(111)을 형성할 수도 있다. 억셉터성을 가지는 물질은 인접한 정공 수송층(또는 정공 수송 재료)으로부터, 전계의 인가에 의하여 전자를 추출할 수 있다.
또한 정공 주입층(111)으로서, 정공 수송성을 가지는 재료에 상기 억셉터성 물질을 함유시킨 복합 재료를 사용할 수도 있다. 또한 정공 수송성을 가지는 재료에 억셉터성 물질을 함유시킨 복합 재료를 사용함으로써, 일함수에 상관없이 전극을 형성하는 재료를 선택할 수 있다. 즉, 제 1 전극(101)으로서 일함수가 큰 재료뿐만 아니라, 일함수가 작은 재료도 사용할 수 있게 된다.
복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 가지는 재료로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 다양한 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한 복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 가지는 재료는, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질인 것이 바람직하다. 이하에서는, 복합 재료에서의 정공 수송성을 가지는 재료로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 열거한다.
복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 아민 화합물로서는, N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 들 수 있다. 카바졸 유도체로서는 구체적으로, 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(N-카바졸릴)]페닐-10-페닐안트라센(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다. 방향족 탄화수소로서는 예를 들어, 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, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한 이 외에, 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 가지는 방향족 탄화수소로서는, 예를 들어 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등을 들 수 있다.
또한 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료로서는, 카바졸 골격, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 안트라센 골격 중 어느 것을 가지는 것이 더 바람직하다. 특히, 다이벤조퓨란 고리 또는 다이벤조싸이오펜 고리를 포함하는 치환기를 가지는 방향족 아민, 나프탈렌 고리를 가지는 방향족 모노아민, 또는 9-플루오렌일기가 아릴렌기를 통하여 아민의 질소와 결합되는 방향족 모노아민이어도 좋다. 또한 이들 제 2 유기 화합물이 N,N-비스(4-바이페닐)아미노기를 가지는 물질이면, 수명이 양호한 발광 디바이스를 제작할 수 있기 때문에 바람직하다. 상기 제 2 유기 화합물로서는 구체적으로 N-(4-바이페닐)-6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BnfABP), N,N-비스(4-바이페닐)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf), 4,4'-비스(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: BnfBB1BP), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-아민(약칭: BBABnf(6)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf(8)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란-4-아민(약칭: BBABnf(II)(4)), N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP), N-[4-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-N-페닐-4-바이페닐아민(약칭: ThBA1BP), 4-(2-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNB), 4-[4-(2-나프틸)페닐]-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNBi), 4,4'-다이페닐-4''-(6;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB), 4,4'-다이페닐-4''-(7;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(7-페닐)나프틸-2-일트라이페닐아민(약칭: BBAPβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(6;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B), 4,4'-다이페닐-4''-(7;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B-03), 4,4'-다이페닐-4''-(4;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB), 4,4'-다이페닐-4''-(5;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB-02), 4-(4-바이페닐릴)-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNB), 4-(3-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: mTPBiAβNBi), 4-(4-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNBi), 4-페닐-4'-(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBA1BP), 4,4'-비스(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBB1BP), 4,4'-다이페닐-4''-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]트라이페닐아민(약칭: YGTBi1BP), 4'-[4-(3-페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]트리스(1,1'-바이페닐-4-일)아민(약칭: YGTBi1BP-02), 4-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: YGTBiβNB), N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-[4-(1-나프틸)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBNBSF), N,N-비스([1,1'-바이페닐]-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: BBASF), N,N-비스([1,1'-바이페닐]-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: BBASF(4)), N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로-바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: oFBiSF), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)다이벤조퓨란-4-아민(약칭: FrBiF), N-[4-(1-나프틸)페닐]-N-[3-(6-페닐다이벤조퓨란-4-일)페닐]-1-나프틸아민(약칭: mPDBfBNBN), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-[4-(9-페닐플루오렌-9-일)페닐]트라이페닐아민(약칭: BPAFLBi), 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), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-3-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-1-아민 등을 들 수 있다.
또한 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료는, -5.7eV 이상 -5.4eV 이하의 비교적 깊은 HOMO 준위를 가지는 물질인 것이 더 바람직하다. 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료가 비교적 깊은 HOMO 준위를 가짐으로써 정공 수송층(112)에 정공을 주입하기 쉬워지고, 수명이 양호한 발광 디바이스를 얻기 쉬워진다.
또한 상기 복합 재료에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 플루오린화물을 더 혼합(바람직하게는 상기 층 내의 플루오린 원자의 원자 비율이 20% 이상)함으로써, 상기 층의 굴절률을 저하시킬 수 있다. 이와 같이 함으로써, EL층(103) 내부에 굴절률이 낮은 층을 형성할 수 있고, 발광 디바이스의 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
정공 주입층(111)을 형성함으로써, 정공 주입성이 양호해져 구동 전압이 작은 발광 디바이스를 얻을 수 있다. 또한 억셉터성을 가지는 유기 화합물은 증착이 용이하여 성막하기 쉬우므로 사용하기 쉬운 재료이다.
정공 수송층(112)은 정공 수송성을 가지는 재료를 포함하여 형성된다. 정공 수송성을 가지는 재료는 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 것이 바람직하다. 상기 정공 수송성을 가지는 재료로서는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 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), 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]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 가지는 화합물이 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 카바졸 골격을 가지는 화합물은, 신뢰성이 양호하고 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 정공 주입층(111)의 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료로서 든 물질도 정공 수송층(112)을 구성하는 재료로서 적합하게 사용할 수 있다. 실시형태 1에 기재된 유기 화합물은 정공 수송성이 높기 때문에, 정공 수송층(112)을 구성하는 재료로서 매우 적합하게 사용할 수 있다. 또한 실시형태 1에 기재된 유기 화합물은 정공 수송성이 높기 때문에, 정공 수송층(112)을 100nm 이상으로 후막화하여 형성하여도, 구동 전압의 상승이 작고 양호한 소자 특성을 가지는 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 정공 수송층(112)을 후막화함으로써, 전극 간의 광로 길이를 용이하게 조정할 수 있으므로, 마이크로캐비티 구조를 적절하게 구성하는 것이 용이해진다.
실시형태 1에 기재된 유기 화합물은 부피가 큰 알킬기가 결합되기 때문에, 굴절률이 낮은 막을 얻을 수 있다. 그러므로, 발광 소자에서 사용한 경우에 광 추출 효율이 높아지고, 발광 효율이 높은 소자를 얻을 수 있다.
발광층(113)은 발광 물질과 호스트 재료를 가진다. 또한 발광층(113)은 그 외의 재료를 동시에 포함하여도 좋다. 또한 조성이 다른 2층의 적층이어도 좋다.
발광 물질은 형광 발광 물질이어도 좋고, 인광 발광 물질이어도 좋고, 열 활성화 지연 형광(TADF)을 나타내는 물질이어도 좋고, 그 외의 발광 물질이어도 좋다.
발광층(113)에서, 형광 발광 물질로서 사용할 수 있는 재료로서는, 예를 들어 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N''-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민](약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린 30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린 545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-03), 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02), 3,10-비스[N-(다이벤조퓨란-3-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10FrA2Nbf(IV)-02) 등이 있다. 특히, 1,6FLPAPrn, 1,6mMemFLPAPrn, 1,6BnfAPrn-03과 같은 피렌다이아민 화합물로 대표되는 축합 방향족 다이아민 화합물은 정공 트랩성이 높고, 발광 효율, 신뢰성이 우수하므로 바람직하다. 또한 이들 외의 형광 발광 물질을 사용할 수도 있다.
실시형태 1에서 설명한 유기 금속 착체는 인광 발광 물질로서 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에는, 실시형태 1에서 설명한 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다. 실시형태 1에서 설명한 유기 금속 착체는, 장제하기 쉽고, 증착이 용이한 유기 화합물이기 때문에, 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또한 높은 색 순도를 유지하면서, 열 물성을 향상시킬 수 있으므로, 색 순도가 양호하고 신뢰성이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또한 고온에서의 구동 수명이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
발광층(113)에서, 발광 물질로서 인광 발광 물질을 사용하는 경우, 사용할 수 있는 재료로서는, 예를 들어 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: [Ir(mpptz-dmp)3]), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz)3]), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrptz-3b)3])과 같은 4H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz1-mp)3]), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Prptz1-Me)3])과 같은 1H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrpmi)3]), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dmpimpt-Me)3])과 같은 이미다졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2 ']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: [Ir(CF3ppy)2(pic)]), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac))와 같은 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체 등이 있다. 이들은 청색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 440nm 내지 520nm에 발광 스펙트럼의 피크를 가지는 화합물이다.
또한 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)3]), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)3]), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[6-(2-노보닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(nbppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(mpmppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)])과 같은 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(ppy)2(acac)]), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bzq)2(acac)]), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(bzq)3]), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(pq)3]), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(pq)2(acac)]), [2-d3-메틸-8-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(5-d3-메틸-2-피리딜-κN2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3)]), [2-d3-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)])과 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체 등을 들 수 있다. 이들은 주로 녹색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 500nm 내지 600nm에 발광 스펙트럼의 피크를 가진다. 또한 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는, 신뢰성, 발광 효율도 매우 우수하기 때문에, 특히 바람직하다.
또한 (다이아이소뷰티릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dibm)]), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dpm)]), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(d1npm)2(dpm)])과 같은 피리미딘 골격을 가지는 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)])과 같은 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(piq)3]), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(piq)2(acac)])와 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP)과 같은 백금 착체, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(DBM)3(Phen)]), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(TTA)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체 등을 들 수 있다. 이들은 적색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 600nm 내지 700nm에 발광 피크를 가진다. 또한 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 좋은 적색 발광이 얻어진다. 또한 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체도 색도가 높고 효율이 높은 적색 발광을 나타내는 물질이다.
또한 상술한 인광성 화합물 외에, 공지의 인광성 발광 물질을 선택하여 사용하여도 좋다.
TADF 재료로서는 풀러렌 및 그 유도체, 아크리딘 및 그 유도체, 에오신 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 상기 금속 함유 포르피린으로서는, 예를 들어 이하의 구조식으로 나타내어지는 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2OEP) 등도 들 수 있다.
[화학식 17]
Figure pat00017
또한 이하의 구조식으로 나타내어지는 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 9-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: PCCzTzn), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등의 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 한쪽 또는 양쪽을 가지는 헤테로 고리 화합물도 사용할 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 모두 높아 바람직하다. 이들 중에서도, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 골격 중, 피리딘 골격, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격), 및 트라이아진 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히, 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 벤조퓨로피라진 골격, 벤조티에노피라진 골격은 억셉터성이 높고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 가지는 골격 중에서도, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로, 상기 골격 중 적어도 하나를 가지는 것이 바람직하다. 또한 퓨란 골격으로서는 다이벤조퓨란 골격이 바람직하고, 싸이오펜 골격으로서는 다이벤조싸이오펜 골격이 바람직하다. 또한 피롤 골격으로서는 인돌 골격, 카바졸 골격, 인돌로 카바졸 골격, 바이카바졸 골격, 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 물질은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 전자 공여성과 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 전자 수용성이 모두 강해지고, S1 준위와 T1 준위의 에너지 차이가 작아지기 때문에, 열 활성화 지연 형광을 효율적으로 얻을 수 있어 특히 바람직하다. 또한 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 대신에, 사이아노기와 같은 전자 흡인기가 결합된 방향족 고리를 사용하여도 좋다. 또한 π전자 과잉형 골격으로서 방향족 아민 골격, 페나진 골격 등을 사용할 수 있다. 또한 π전자 부족형 골격으로서 크산텐 골격, 싸이오크산텐다이옥사이드 골격, 옥사다이아졸 골격, 트라이아졸 골격, 이미다졸 골격, 안트라퀴논 골격, 페닐보레인, 보레인트렌 등의 붕소 함유 골격, 벤조나이트릴 또는 사이아노벤젠 등의 나이트릴기 또는 사이아노기를 가지는 방향족 고리, 헤테로 방향족 고리, 벤조페논 등의 카보닐 골격, 포스핀옥사이드 골격, 설폰 골격 등을 사용할 수 있다. 이와 같이, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 적어도 한쪽 대신에 π전자 부족형 골격 및 π전자 과잉형 골격을 사용할 수 있다.
[화학식 18]
Figure pat00018
또한 TADF 재료는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작고, 역 항간 교차에 의하여 에너지를 삼중항 여기 에너지로부터 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 가지는 재료이다. 그러므로 삼중항 여기 에너지를 미량의 열 에너지에 의하여 단일항 여기 에너지로 업컨버트(역 항간 교차)할 수 있고, 단일항 여기 상태를 효율적으로 생성할 수 있다. 또한 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있다.
또한 2종류의 물질로 여기 상태를 형성하는 들뜬 복합체(엑사이플렉스, 엑시플렉스, 또는 Exciplex라고도 함)는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 매우 작고, 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환할 수 있는 TADF 재료로서의 기능을 가진다.
또한 T1 준위의 지표로서는, 저온(예를 들어 77K 내지 10K)에서 관측되는 인광 스펙트럼을 사용하면 좋다. TADF 재료는, 그 형광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 S1 준위로 하고, 인광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 T1 준위로 한 경우에 그 S1과 T1의 차이가 0.3eV 이하인 것이 바람직하고, 0.2eV 이하인 것이 더 바람직하다.
또한 TADF 재료를 발광 물질로서 사용하는 경우, 호스트 재료의 S1 준위는 TADF 재료의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 호스트 재료의 T1 준위는 TADF 재료의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
발광층의 호스트 재료로서는, 전자 수송성을 가지는 재료, 정공 수송성을 가지는 재료, 상기 TADF 재료 등 다양한 캐리어 수송 재료를 사용할 수 있다.
정공 수송성을 가지는 재료로서는, 아민 골격, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 골격 등을 가지는 유기 화합물이 바람직하다. 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 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), 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]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 가지는 화합물이 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 카바졸 골격을 가지는 화합물은, 신뢰성이 양호하고 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다.
전자 수송성을 가지는 재료로서는 예를 들어 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), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 유기 화합물이 바람직하다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 유기 화합물로서는 예를 들어, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 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), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 가지는 헤테로 고리 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), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]벤조[h]퀴나졸린(약칭: 4,8mDBtP2Bqn) 등의 다이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 2-[3'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mFBPTzn), 2-[(1,1'-바이페닐)-4-일]-4-페닐-6-[9,9'-스파이로바이(9H-플루오렌)-2-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: BP-SFTzn), 2-{3-[3-(벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mBnfBPTzn), 2-{3-[3-(벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mBnfBPTzn-02) 등의 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물이 있다. 상술한 것 중에서도 다이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 피리딘 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히, 다이아진(피리미딘, 피라진) 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여한다.
호스트 재료로서 사용할 수 있는 TADF 재료로서는, 상술한 TADF 재료를 마찬가지로 사용할 수 있다. TADF 재료를 호스트 재료로서 사용하면, TADF 재료에서 생성된 삼중항 여기 에너지가 역 항간 교차에 의하여 단일항 여기 에너지로 변환되고, 발광 물질로 에너지 이동함으로써, 발광 디바이스의 발광 효율을 높일 수 있다. 이때 TADF 재료가 에너지 도너로서 기능하고, 발광 물질이 에너지 억셉터로서 기능한다.
이는 상기 발광 물질이 형광 발광 물질인 경우에 매우 유효하다. 또한 이때 높은 발광 효율을 얻기 위해서는, TADF 재료의 S1 준위가 형광 발광 물질의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 TADF 재료의 T1 준위가 형광 발광 물질의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 따라서 TADF 재료의 T1 준위는 형광 발광 물질의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
또한 형광 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩되는 발광을 나타내는 TADF 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, TADF 재료로부터 형광 발광 물질로 여기 에너지가 원활하게 이동하여, 발광을 효율적으로 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
또한 역 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지로부터 단일항 여기 에너지가 효율적으로 생성되기 위해서는, TADF 재료에서 캐리어 재결합이 일어나는 것이 바람직하다. 또한 TADF 재료에서 생성된 삼중항 여기 에너지가 형광 발광 물질의 삼중항 여기 에너지로 이동하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 형광 발광 물질은 형광 발광 물질에 포함되는 발광단(발광의 원인이 되는 골격)의 주위에 보호기를 가지는 것이 바람직하다. 상기 보호기로서는, π결합을 가지지 않는 치환기 및 포화 탄화수소가 바람직하고, 구체적으로는 탄소수 3 이상 10 이하의 알킬기, 탄소수 3 이상 10 이하의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 탄소수 3 이상 10 이하의 트라이알킬실릴기를 들 수 있고, 복수의 보호기를 가지는 것이 더 바람직하다. π결합을 가지지 않는 치환기는 캐리어를 수송하는 기능이 부족하기 때문에, 캐리어 수송, 캐리어 재결합 등에 영향을 거의 미치지 않고 TADF 재료와 형광 발광 물질의 발광단의 거리를 멀어지게 할 수 있다. 여기서, 발광단이란 형광 발광 물질에서 발광의 원인이 되는 원자단(골격)을 말한다. 발광단은 π결합을 가지는 골격인 것이 바람직하고, 방향족 고리를 포함하는 것이 바람직하고, 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리를 가지는 것이 바람직하다. 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리로서는 페난트렌 골격, 스틸벤 골격, 아크리돈 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격 등을 들 수 있다. 특히 나프탈렌 골격, 안트라센 골격, 플루오렌 골격, 크리센 골격, 트라이페닐렌 골격, 테트라센 골격, 피렌 골격, 페릴렌 골격, 쿠마린 골격, 퀴나크리돈 골격, 나프토비스벤조퓨란 골격을 가지는 형광 발광 물질은 형광 양자 수율이 높기 때문에 바람직하다.
형광 발광 물질을 발광 물질로서 사용하는 경우, 호스트 재료로서는 안트라센 골격을 가지는 재료가 적합하다. 안트라센 골격을 가지는 물질을 형광 발광 물질의 호스트 재료로서 사용하면, 발광 효율 및 내구성 모두가 양호한 발광층을 실현할 수 있다. 호스트 재료로서 사용하는 안트라센 골격을 가지는 물질로서는 다이페닐안트라센 골격, 특히 9,10-다이페닐안트라센 골격을 가지는 물질이 화학적으로 안정적이기 때문에 바람직하다. 또한 호스트 재료가 카바졸 골격을 가지는 경우, 정공의 주입성·수송성이 높아지기 때문에 바람직하지만, 카바졸에 벤젠 고리가 더 축합된 벤조카바졸 골격을 포함하는 경우에는, 카바졸보다 HOMO가 0.1eV 정도 얕아져 정공이 들어가기 쉬워지기 때문에 더 바람직하다. 특히, 호스트 재료가 다이벤조카바졸 골격을 포함하는 경우, 카바졸보다 HOMO가 0.1eV 정도 얕아져 정공이 들어가기 쉬워질 뿐만 아니라, 정공 수송성도 우수하고 내열성도 높아지므로 바람직하다. 따라서 호스트 재료로서 더 바람직한 것은, 9,10-다이페닐안트라센 골격 및 카바졸 골격(또는 벤조카바졸 골격, 다이벤조카바졸 골격)을 동시에 가지는 물질이다. 또한 상기 정공 주입성·수송성의 관점에서, 카바졸 골격 대신에 벤조플루오렌 골격, 다이벤조플루오렌 골격을 사용하여도 좋다. 이러한 물질의 예로서는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 6-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 2mBnfPPA), 9-페닐-10-{4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)바이페닐-4'-일}안트라센(약칭: FLPPA), 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-βNPAnth) 등을 들 수 있다. 특히 CzPA, cgDBCzPA, 2mBnfPPA, PCzPA는 매우 양호한 특성을 나타내기 때문에 바람직하다.
또한 호스트 재료는 복수 종류의 물질이 혼합된 재료이어도 좋고, 혼합된 호스트 재료를 사용하는 경우에는 전자 수송성을 가지는 재료와 정공 수송성을 가지는 재료를 혼합하는 것이 바람직하다. 전자 수송성을 가지는 재료와 정공 수송성을 가지는 재료를 혼합함으로써, 발광층(113)의 수송성을 쉽게 조정할 수 있어 재결합 영역을 쉽게 제어할 수도 있다. 정공 수송성을 가지는 재료와 전자 수송성을 가지는 재료의 함유량의 중량비는 정공 수송성을 가지는 재료:전자 수송성을 가지는 재료=1:19 내지 19:1로 하면 좋다.
또한 상기 혼합된 재료의 일부로서는, 인광 발광 물질을 사용할 수 있다. 인광 발광 물질은, 발광 물질로서 형광 발광 물질을 사용하는 경우에 형광 발광 물질에 여기 에너지를 공여하는 에너지 도너로서 사용할 수 있다.
또한 이 혼합된 재료들로 들뜬 복합체를 형성하여도 좋다. 상기 들뜬 복합체는 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩되는 발광을 나타내는 들뜬 복합체를 형성하는 조합을 선택함으로써, 에너지 이동이 원활하게 수행되어 발광을 효율적으로 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 상기 구성을 사용함으로써, 구동 전압도 저하되기 때문에 바람직하다.
또한 들뜬 복합체를 형성하는 재료 중 적어도 한쪽은 인광 발광 물질이어도 좋다. 이 경우, 역 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 효율적으로 변환할 수 있다.
들뜬 복합체를 효율적으로 형성하는 재료의 조합으로서는, 정공 수송성을 가지는 재료의 HOMO 준위가 전자 수송성을 가지는 재료의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 정공 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위가 전자 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 재료의 LUMO 준위 및 HOMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정되는 재료의 전기 화학 특성(환원 전위 및 산화 전위)에서 도출할 수 있다.
또한 들뜬 복합체의 형성은, 예를 들어 정공 수송성을 가지는 재료의 발광 스펙트럼, 전자 수송성을 가지는 재료의 발광 스펙트럼, 및 이들 재료를 혼합한 혼합막의 발광 스펙트럼을 비교하여, 혼합막의 발광 스펙트럼이 각 재료의 발광 스펙트럼보다 장파장 측으로 시프트하는(또는 장파장 측에 새로운 피크를 가지는) 현상을 관측함으로써 확인할 수 있다. 또는 정공 수송성을 가지는 재료의 과도 포토루미네선스(PL), 전자 수송성을 가지는 재료의 과도 PL, 및 이들 재료를 혼합한 혼합막의 과도 PL을 비교하여, 혼합막의 과도 PL 수명이 각 재료의 과도 PL 수명보다 장수명 성분을 가지거나 지연 성분의 비율이 커지는 등의 과도 응답의 차이를 관측함으로써 확인할 수 있다. 또한 상술한 과도 PL을 과도 일렉트로루미네선스(EL)로 바꿔 읽어도 된다. 즉, 정공 수송성을 가지는 재료의 과도 EL, 전자 수송성을 가지는 재료의 과도 EL, 및 이들의 혼합막의 과도 EL을 비교하여 과도 응답의 차이를 관측하는 것에 의해서도 들뜬 복합체의 형성을 확인할 수 있다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성을 가지는 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송성을 가지는 물질로서는, 상기 호스트 재료에 사용할 수 있는 전자 수송성을 가지는 물질로서 열거한 것을 사용할 수 있다.
또한 전자 수송층(114)은 전계 강도[V/cm]의 제곱근이 600인 경우의 전자 이동도가 1×10-7cm2/Vs 이상 5×10-5cm2/Vs 이하인 것이 바람직하다. 전자 수송층(114)에서의 전자의 수송성을 저하시킴으로써 발광층에 대한 전자의 주입량을 제어할 수 있어, 발광층이 전자 과다 상태가 되는 것을 방지할 수 있다. 또한 전자 수송층(114)은 전자 수송성을 가지는 재료와, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 이들의 화합물, 또는 이들의 착체를 포함하는 것이 바람직하다. 이들 구성은, 특히 정공 주입층을 복합 재료로 형성하고, 상기 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료의 HOMO 준위가 -5.7eV 이상 -5.4eV 이하로 비교적 깊은 경우에, 수명이 양호해지기 때문에 특히 바람직하다. 또한 이때, 전자 수송성을 가지는 재료는 HOMO 준위가 -6.0eV 이상인 것이 바람직하다. 또한 상기 전자 수송성을 가지는 재료는 안트라센 골격을 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하고, 안트라센 골격과 헤테로 고리 골격의 양쪽을 포함하는 유기 화합물인 것이 더 바람직하다. 상기 헤테로 고리 골격으로서는 질소 함유 5원 고리 골격 또는 질소 함유 6원 고리 골격이 바람직하고, 이들 헤테로 고리 골격으로서는 피라졸 고리, 이미다졸 고리, 옥사졸 고리, 싸이아졸 고리, 피라진 고리, 피리미딘 고리, 피리다진 고리 등과 같이, 2개의 헤테로 원자를 고리에 포함하는 질소 함유 5원 고리 골격 또는 질소 함유 6원 고리 골격을 가지는 것이 특히 바람직하다. 또한 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 이들의 화합물, 또는 이들의 착체로서는, 8-하이드록시퀴놀리네이토 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq), 8-하이드록시퀴놀리네이토-소듐(약칭: Naq) 등이 있다. 특히, 1가의 금속 이온의 착체, 그 중에서도 리튬의 착체가 바람직하고, Liq가 더 바람직하다. 또한 8-하이드록시퀴놀리네이토 구조를 포함하는 경우, 그 메틸 치환체(예를 들어 2-메틸 치환체, 5-메틸 치환체) 등을 사용할 수도 있다. 또한 전자 수송층 내에서 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 이들의 화합물, 또는 이들의 착체는, 두께 방향에서 농도차(0인 경우도 포함함)가 존재하는 것이 바람직하다.
전자 수송층(114)과 제 2 전극(102) 사이에는 전자 주입층(115)으로서 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq) 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 포함한 층을 제공하여도 좋다. 전자 주입층(115)으로서는 전자 수송성을 가지는 물질로 이루어지는 층 내에 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 포함시킨 것이나, 전자화물을 사용하여도 좋다. 전자화물로서는, 예를 들어 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등이 있다.
또한 전자 주입층(115)으로서, 전자 수송성을 가지는 물질(바람직하게는 바이피리딘 골격을 가지는 유기 화합물)에, 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 플루오린화물을 미결정 상태가 되는 농도 이상(50wt% 이상) 포함시킨 층을 사용할 수도 있다. 상기 층은 굴절률이 낮기 때문에, 외부 양자 효율이 더 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
또한 전자 주입층(115) 대신에 전하 발생층(116)을 제공하여도 좋다(도 1의 (B) 참조). 전하 발생층(116)은 전위를 인가함으로써 상기 층의 음극 측과 접하는 층에 정공을, 양극 측과 접하는 층에 전자를 주입할 수 있는 층을 말한다. 전하 발생층(116)에는 적어도 P형층(117)이 포함된다. P형층(117)은 상술한 정공 주입층(111)을 구성할 수 있는 재료로서 열거한 복합 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한 P형층(117)은 복합 재료를 구성하는 재료로서 상술한 억셉터 재료를 포함하는 막과 정공 수송성 재료를 포함하는 막을 적층하여 구성하여도 좋다. P형층(117)에 전위를 인가함으로써, 전자 수송층(114)에 전자가, 음극인 제 2 전극(102)에 정공이 주입되어, 발광 디바이스가 동작한다. 또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 굴절률이 낮은 유기 화합물이기 때문에, P형층(117)에 사용하면 외부 양자 효율이 양호한 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
또한 전하 발생층(116)에는 P형층(117) 외에, 전자 릴레이층(118) 및 전자 주입 버퍼층(119) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두가 제공되는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(118)은 적어도 전자 수송성을 가지는 물질을 포함하고, 전자 주입 버퍼층(119)과 P형층(117)의 상호 작용을 방지하여 전자를 원활하게 수송하는 기능을 가진다. 전자 릴레이층(118)에 포함되는 전자 수송성을 가지는 물질의 LUMO 준위는 P형층(117)에서의 억셉터성 물질의 LUMO 준위와, 전자 수송층(114)에서의 전하 발생층(116)과 접하는 층에 포함되는 물질의 LUMO 준위 사이인 것이 바람직하다. 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 가지는 물질에서의 LUMO 준위의 구체적인 에너지 준위는 -5.0eV 이상, 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하인 것이 좋다. 또한 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 가지는 물질로서는 프탈로사이아닌계 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 배위자를 가지는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
전자 주입 버퍼층(119)에는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬, 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함)) 등 전자 주입성이 높은 물질을 사용할 수 있다.
또한 전자 주입 버퍼층(119)이 전자 수송성을 가지는 물질과 도너성 물질을 포함하여 형성되는 경우에는, 도너성 물질로서 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬, 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함))을 사용할 수 있고, 이 외에도 테트라싸이아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센, 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다. 또한 전자 수송성을 가지는 물질로서는, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 재료와 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
제 2 전극(102)을 형성하는 물질로서는, 일함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 음극 재료의 구체적인 예로서는, 리튬(Li), 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 다만 제 2 전극(102)과 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 제공함으로써, 일함수의 크기에 상관없이 Al, Ag, ITO, 실리콘, 또는 산화 실리콘을 함유하는 산화 인듐-산화 주석 등 다양한 도전성 재료를 제 2 전극(102)에 사용할 수 있다. 이들 도전성 재료는 진공 증착법, 스퍼터링법 등의 건식법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등을 사용하여 성막할 수 있다. 또한 졸-겔법을 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋고, 금속 재료의 페이스트를 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋다.
또한 EL층(103)의 형성 방법으로서는 건식법, 습식법을 불문하고 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어 진공 증착법, 그라비어 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 스크린 인쇄법, 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법 등을 사용하여도 좋다.
또한 상술한 각 전극 또는 각 층을 상이한 성막 방법을 사용하여 형성하여도 좋다.
또한 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 제공되는 층의 구성은 상술한 것에 한정되지 않는다. 다만 발광 영역과, 전극 및 캐리어 주입층에 사용되는 금속이 근접하여 일어나는 소광이 억제되도록, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)에서 떨어진 부분에 정공과 전자가 재결합되는 발광 영역을 제공하는 구성이 바람직하다.
또한 발광층(113)과 접하는 정공 수송층, 전자 수송층, 특히 발광층(113)에서의 재결합 영역에 가까운 캐리어 수송층은, 발광층에서 생성된 여기자로부터의 에너지 이동을 억제하기 위하여, 발광층을 구성하는 발광 재료 또는 발광층에 포함되는 발광 재료가 가지는 밴드 갭보다 큰 밴드 갭을 가지는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
이어서, 복수의 발광 유닛이 적층된 구성을 가지는 발광 디바이스(적층형 소자, 탠덤형 소자라고도 함)의 형태에 대하여 도 1의 (C)를 참조하여 설명한다. 이 발광 디바이스는 양극과 음극 사이에 복수의 발광 유닛을 가지는 발광 디바이스이다. 하나의 발광 유닛은 도 1의 (A)에 나타낸 EL층(103)과 거의 같은 구성을 가진다. 즉, 도 1의 (C)에 나타낸 발광 디바이스는 복수의 발광 유닛을 가지는 발광 디바이스이고, 도 1의 (A) 또는 (B)에 나타낸 발광 디바이스는 하나의 발광 유닛을 가지는 발광 디바이스라고 할 수 있다.
도 1의 (C)에서, 양극(501)과 음극(502) 사이에는 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)이 적층되어 있고, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512) 사이에는 전하 발생층(513)이 제공되어 있다. 양극(501)과 음극(502)은 각각 도 1의 (A)에서의 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)에 상당하고, 도 1의 (A)의 설명에서 기재한 것과 같은 것을 적용할 수 있다. 또한 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)의 구성은 같아도 좋고 상이하여도 좋다.
전하 발생층(513)은, 양극(501)과 음극(502)에 전압이 인가되었을 때 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입하고 다른 쪽 발광 유닛에 정공을 주입하는 기능을 가진다. 즉, 도 1의 (C)에서, 양극의 전위가 음극의 전위보다 높아지도록 전압이 인가된 경우, 전하 발생층(513)은 제 1 발광 유닛(511)에 전자를 주입하고 제 2 발광 유닛(512)에 정공을 주입하는 것이면 좋다.
전하 발생층(513)은 도 1의 (B)에서 설명한 전하 발생층(116)과 같은 구성으로 형성되는 것이 바람직하다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료는 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동, 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(513)과 접하는 경우에는, 전하 발생층(513)이 발광 유닛의 정공 주입층으로서의 역할도 할 수 있기 때문에, 이 발광 유닛에는 정공 주입층을 제공하지 않아도 된다.
또한 전하 발생층(513)에 전자 주입 버퍼층(119)을 제공하는 경우에는, 이 전자 주입 버퍼층(119)이 양극 측의 발광 유닛에서의 전자 주입층으로서의 역할을 하기 때문에, 양극 측의 발광 유닛에는 전자 주입층을 반드시 형성할 필요는 없다.
도 1의 (C)에서는 2개의 발광 유닛을 가지는 발광 디바이스에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 디바이스에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 디바이스와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층(513)으로 칸막이하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 발광을 가능하게 하고 수명이 더 긴 디바이스를 실현할 수 있다. 또한 저전압 구동이 가능하고 소비전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한 각 발광 유닛의 발광색을 상이하게 함으로써, 발광 디바이스 전체로 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 발광 유닛을 가지는 발광 디바이스에서, 제 1 발광 유닛으로 적색과 녹색의 발광색을, 제 2 발광 유닛으로 청색의 발광색을 얻음으로써, 발광 디바이스 전체로 백색 발광하는 발광 디바이스를 얻을 수도 있다.
또한 상술한 EL층(103), 제 1 발광 유닛(511), 제 2 발광 유닛(512), 및 전하 발생층(513) 등의 각 층, 전극 등은 예를 들어 증착법(진공 증착법을 포함함), 액적 토출법(잉크젯법이라고도 함), 도포법, 그라비어 인쇄법 등의 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 이들은 저분자 재료, 중분자 재료(올리고머, 덴드리머를 포함함), 또는 고분자 재료를 포함하여도 좋다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용한 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하여 제작한 발광 장치에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 또한 도 2의 (A)는 발광 장치를 도시한 상면도이고, 도 2의 (B)는 도 2의 (A)를 선 A-B 및 선 C-D를 따라 취한 단면도이다. 이 발광 장치는 발광 디바이스의 발광을 제어하는 것으로서, 점선으로 나타낸 구동 회로부(소스선 구동 회로)(601), 화소부(602), 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(603)를 포함한다. 또한 604는 밀봉 기판을, 605는 실재를 나타내고, 실재(605)로 둘러싸인 내측은 공간(607)이다.
또한 리드 배선(608)은 소스선 구동 회로(601) 및 게이트선 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송(傳送)하기 위한 배선이고, 외부 입력 단자가 되는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한 여기서는 FPC만을 도시하였지만, 이 FPC에 인쇄 배선 기판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서는, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 이에 FPC 또는 PWB가 장착된 것도 발광 장치의 범주에 포함하는 것으로 한다.
다음으로, 단면 구조에 대하여 도 2의 (B)를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 구동 회로부인 소스선 구동 회로(601)와, 화소부(602) 내의 하나의 화소를 나타내었다.
소자 기판(610)은 유리, 석영, 유기 수지, 금속, 합금, 반도체 등으로 이루어지는 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용하여 제작하면 좋다.
화소, 구동 회로에 사용되는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 역 스태거형 트랜지스터로 하여도 좋고, 스태거형 트랜지스터로 하여도 좋다. 또한 톱 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋고, 보텀 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋다. 트랜지스터에 사용되는 반도체 재료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 실리콘, 저마늄, 탄소화 실리콘, 질화 갈륨 등을 사용할 수 있다. 또는 In-Ga-Zn계 금속 산화물 등 인듐, 갈륨, 및 아연 중 적어도 하나를 포함한 산화물 반도체를 사용하여도 좋다.
트랜지스터에 사용하는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 가지는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 결정성을 가지는 반도체를 사용하면, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
여기서, 상기 화소, 구동 회로에 제공되는 트랜지스터 외에, 후술하는 터치 센서 등에 사용되는 트랜지스터 등의 반도체 장치에는 산화물 반도체를 적용하는 것이 바람직하다. 특히 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 적용하는 것이 바람직하다. 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 사용함으로써, 트랜지스터의 오프 상태에서의 전류를 저감할 수 있다.
상기 산화물 반도체는 적어도 인듐(In) 또는 아연(Zn)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 In-M-Zn계 산화물(M은 Al, Ti, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, 또는 Hf 등의 금속)로 표기되는 산화물을 포함하는 산화물 반도체인 것이 더 바람직하다.
특히, 반도체층으로서는, 복수의 결정부를 가지고, 상기 결정부는 c축이 반도체층의 피형성면 또는 반도체층의 상면에 대하여 수직으로 배향되고, 또한 인접한 결정부들 사이에 입계를 가지지 않는 산화물 반도체막을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층으로서 이와 같은 재료를 사용함으로써, 전기 특성의 변동이 억제되어 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다.
또한 상술한 반도체층을 가지는 트랜지스터는 오프 전류가 낮기 때문에, 트랜지스터를 통하여 용량 소자에 축적된 전하가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 이와 같은 트랜지스터를 화소에 적용함으로써, 각 표시 영역에 표시된 화상의 계조를 유지하면서 구동 회로를 정지할 수도 있다. 이 결과, 소비전력이 매우 저감된 전자 기기를 실현할 수 있다.
트랜지스터의 특성 안정화 등을 위하여 하지막을 제공하는 것이 바람직하다. 하지막으로서는 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등의 무기 절연막을 사용하고, 단층으로 또는 적층하여 제작할 수 있다. 하지막은 스퍼터링법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법(플라스마 CVD법, 열 CVD법, MOCVD(Metal Organic CVD)법 등), ALD(Atomic Layer Deposition)법, 도포법, 인쇄법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 하지막은 필요에 따라 제공하면 된다.
또한 FET(623)는 구동 회로부(601)에 형성되는 트랜지스터 중 하나를 나타낸 것이다. 또한 구동 회로는 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로로 형성되면 좋다. 또한 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형에 대하여 설명하지만, 반드시 그럴 필요는 없고 구동 회로를 기판 위가 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
또한 화소부(602)는 스위칭용 FET(611), 전류 제어용 FET(612), 및 전류 제어용 FET(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 복수의 화소로 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고 3개 이상의 FET와, 용량 소자를 조합한 화소부로 하여도 좋다.
또한 제 1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 여기서는, 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용함으로써 절연물(614)을 형성할 수 있다.
또한 나중에 형성하는 EL층 등의 피복성을 양호하게 하기 위하여, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들어, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용한 경우에는, 절연물(614)의 상단부에만 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 가지는 곡면을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 또한 절연물(614)로서는, 네거티브형 감광성 수지 및 포지티브형 감광성 수지 중 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 각각 형성되어 있다. 여기서, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(613)에 사용되는 재료로서는 일함수가 큰 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO막, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물막, 2wt% 내지 20wt%의 산화 아연을 포함한 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층막 외에, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막의 적층, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막과 질화 타이타늄막의 3층 구조 등을 사용할 수 있다. 또한 적층 구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 옴 접촉(ohmic contact)이 얻어지며, 양극으로서 기능시킬 수 있다.
또한 EL층(616)은 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등의 다양한 방법으로 형성된다. EL층(616)은 실시형태 2에서 설명한 바와 같은 구성을 포함한다. 또한 EL층(616)을 구성하는 다른 재료로서는, 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머를 포함함)을 사용하여도 좋다.
또한 EL층(616) 위에 형성되고 음극으로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 작은 재료(Al, Mg, Li, Ca, 혹은 이들의 합금 또는 화합물(MgAg, MgIn, AlLi 등) 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 EL층(616)에서 생긴 광이 제 2 전극(617)을 투과하는 경우에는, 제 2 전극(617)으로서 막 두께가 얇은 금속 박막과, 투명 도전막(ITO, 2wt% 내지 20wt%의 산화 아연을 포함한 산화 인듐, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물, 산화 아연(ZnO) 등)의 적층을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 제 1 전극(613), EL층(616), 제 2 전극(617)으로 발광 디바이스가 형성되어 있다. 이 발광 디바이스는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스이다. 또한 화소부에는 복수의 발광 디바이스가 형성되어 있지만, 본 실시형태의 발광 장치에는, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스와, 이 외의 구성을 가지는 발광 디바이스의 양쪽이 혼재되어 있어도 좋다.
또한 실재(605)로 밀봉 기판(604)과 소자 기판(610)을 접합함으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 디바이스(618)가 제공된 구조가 된다. 또한 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있고, 불활성 기체(질소, 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 실재로 충전되는 경우도 있다. 밀봉 기판에 오목부를 형성하고 거기에 건조재를 제공함으로써, 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
또한 실재(605)에는 에폭시계 수지, 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이들 재료는 수분, 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한 밀봉 기판(604)에 사용하는 재료로서는 유리 기판, 석영 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
도 2에는 나타내지 않았지만, 제 2 전극 위에 보호막을 제공하여도 좋다. 보호막은 유기 수지막, 무기 절연막으로 형성하면 좋다. 또한 실재(605)의 노출된 부분을 덮도록 보호막이 형성되어도 좋다. 또한 보호막은 한 쌍의 기판의 표면 및 측면, 밀봉층, 절연층 등의 노출된 측면을 덮어 제공할 수 있다.
보호막에는 물 등의 불순물을 투과시키기 어려운 재료를 사용할 수 있다. 따라서 물 등의 불순물이 외부로부터 내부로 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
보호막을 구성하는 재료로서는 산화물, 질화물, 플루오린화물, 황화물, 삼원 화합물, 금속, 또는 폴리머 등을 사용할 수 있고, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 하프늄실리케이트, 산화 란타넘, 산화 실리콘, 타이타늄산 스트론튬, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 아연, 산화 나이오븀, 산화 지르코늄, 산화 주석, 산화 이트륨, 산화 세륨, 산화 스칸듐, 산화 어븀, 산화 바나듐, 산화 인듐 등을 포함하는 재료, 질화 알루미늄, 질화 하프늄, 질화 실리콘, 질화 탄탈럼, 질화 타이타늄, 질화 나이오븀, 질화 몰리브데넘, 질화 지르코늄, 또는 질화 갈륨 등을 포함하는 재료, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 질화물, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 알루미늄 및 아연을 포함하는 산화물, 망가니즈 및 아연을 포함하는 황화물, 세륨 및 스트론튬을 포함하는 황화물, 어븀 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 이트륨 및 지르코늄을 포함하는 산화물 등을 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
보호막은 단차 피복성(step coverage)이 양호한 성막 방법을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 방법 중 하나에 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법이 있다. ALD법을 사용하여 형성할 수 있는 재료를 보호막에 사용하는 것이 바람직하다. ALD법을 사용함으로써, 크랙, 핀홀 등의 결함이 저감되거나 두께가 균일한, 치밀한 보호막을 형성할 수 있다. 또한 보호막의 형성 시에 가공 부재에 가해지는 손상을 저감할 수 있다.
예를 들어 ALD법을 사용함으로써, 복잡한 요철 형상을 가지는 표면, 터치 패널의 상면, 측면, 및 뒷면에도 균일하고 결함이 적은 보호막을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하여 제작된 발광 장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태에서의 발광 장치에는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 양호하기 때문에, 소비전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
도 3에는, 백색 발광을 나타내는 발광 디바이스를 형성하고 착색층(컬러 필터) 등을 제공함으로써 풀 컬러 표시를 실현한 발광 장치의 예를 나타내었다. 도 3의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 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, 1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 디바이스의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 실재(1032) 등을 나타내었다.
또한 도 3의 (A)에서는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))이 투명한 기재(1033)에 제공되어 있다. 또한 블랙 매트릭스(1035)를 더 제공하여도 좋다. 착색층 및 블랙 매트릭스가 제공된 투명한 기재(1033)는, 위치를 맞추어 기판(1001)에 고정된다. 또한 착색층 및 블랙 매트릭스(1035)는 오버 코트층(1036)으로 덮여 있다. 또한 도 3의 (A)에서는 광이 착색층을 투과하지 않고 외부로 방출되는 발광층과, 광이 각 색의 착색층을 투과하여 외부로 방출되는 발광층이 있고, 착색층을 투과하지 않는 광은 백색이 되고, 착색층을 투과하는 광은 적색, 녹색, 청색이 되기 때문에, 4색의 화소로 영상을 표현할 수 있다.
도 3의 (B)에는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성하는 예를 나타내었다. 이와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
또한 상술한 발광 장치는, FET가 형성된 기판(1001) 측으로 광이 추출되는 구조(보텀 이미션형)의 발광 장치이지만, 밀봉 기판(1031) 측으로 광이 추출되는 구조(톱 이미션형)의 발광 장치이어도 좋다. 톱 이미션형 발광 장치의 단면도를 도 4에 나타내었다. 이 경우, 기판(1001)으로서는 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. FET와 발광 디바이스의 양극을 접속하는 접속 전극을 제작하는 단계까지는 보텀 이미션형 발광 장치와 같은 식으로 형성한다. 그 후, 전극(1022)을 덮어 제 3 층간 절연막(1037)을 형성한다. 이 절연막은 평탄화의 역할을 가져도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 다른 공지의 재료를 사용하여 형성할 수도 있다.
여기서는 발광 디바이스의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 1024B)을 양극으로 하지만, 음극이어도 좋다. 또한, 도 4와 같은 톱 이미션형 발광 장치의 경우, 제 1 전극을 반사 전극으로 하는 것이 바람직하다. EL층(1028)의 구성은 실시형태 2에서 설명한 EL층(103)과 유사한 구성으로 하고, 또한 백색 발광이 얻어지는 소자 구조로 한다.
도 4와 같은 톱 이미션 구조의 경우, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 제공한 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치하도록 블랙 매트릭스(1035)를 제공하여도 좋다. 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B)), 블랙 매트릭스(1035)는 오버 코트층(1036)으로 덮여 있어도 좋다. 또한 밀봉 기판(1031)에는 투광성을 가지는 기판을 사용한다. 또한 여기서는 적색, 녹색, 청색, 백색의 4색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하는 예를 제시하였지만, 이에 특별히 한정되지 않고, 적색, 황색, 녹색, 청색의 4색, 또는 적색, 녹색, 청색의 3색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다.
톱 이미션형 발광 장치에서는 마이크로캐비티 구조를 바람직하게 적용할 수 있다. 마이크로캐비티 구조를 가지는 발광 디바이스는, 제 1 전극을 반사 전극으로 하고, 제 2 전극을 반투과·반반사 전극으로 함으로써 얻을 수 있다. 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에는 적어도 EL층을 가지고, 적어도 발광 영역이 되는 발광층을 가진다.
또한 반사 전극은 가시광의 반사율이 40% 내지 100%, 바람직하게는 70% 내지 100%이고, 또한 저항률이 1×10- 2Ωcm 이하인 막이다. 또한 반투과·반반사 전극은 가시광의 반사율이 20% 내지 80%, 바람직하게는 40% 내지 70%이고, 또한 저항률이 1×10- 2Ωcm 이하인 막이다.
EL층에 포함되는 발광층으로부터 사출되는 발광은 반사 전극과 반투과·반반사 전극에 의하여 반사되어 공진된다.
상기 발광 디바이스에서는, 투명 도전막, 상술한 복합 재료, 캐리어 수송 재료 등의 두께를 바꿈으로써 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이의 광학적 거리를 변경할 수 있다. 이에 의하여, 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에서, 공진하는 파장의 광을 강하게 하고, 공진하지 않는 파장의 광을 감쇠시킬 수 있다.
또한 반사 전극에 의하여 반사되어 되돌아온 광(제 1 반사광)은 발광층으로부터 반투과·반반사 전극에 직접 입사하는 광(제 1 입사광)과의 큰 간섭을 일으키기 때문에, 반사 전극과 발광층의 광학적 거리를 (2n-1)λ/4(다만 n은 1 이상의 자연수이고, λ는 증폭하고자 하는 발광의 파장임)로 조절하는 것이 바람직하다. 상기 광학적 거리를 조절함으로써, 제 1 반사광과 제 1 입사광의 위상을 맞추어 발광층으로부터의 발광을 더 증폭시킬 수 있다.
또한 상기 구성에서, EL층은 복수의 발광층을 가지는 구조이어도 좋고, 하나의 발광층을 가지는 구조이어도 좋고, 예를 들어, 상술한 탠덤형 발광 디바이스의 구성과 조합하여, 하나의 발광 디바이스에 전하 발생층을 끼우는 복수의 EL층을 제공하고, 각 EL층이 하나 또는 복수의 발광층으로 형성되는 구성으로 하여도 좋다.
마이크로캐비티 구조를 가짐으로써 정면 방향에서의 특정 파장의 발광 강도를 높일 수 있기 때문에, 저소비전력화를 도모할 수 있다. 또한 적색, 황색, 녹색, 청색의 4색의 부화소로 영상을 표시하는 발광 장치의 경우, 황색 발광에 의하여 휘도를 높이고, 모든 부화소에서 각 색의 파장에 맞춘 마이크로캐비티 구조를 적용할 수 있기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치로 할 수 있다.
본 실시형태에서의 발광 장치에는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 양호하기 때문에, 소비전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
여기까지는, 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 설명하였지만, 이하에서는 패시브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 설명한다. 도 5에는 본 발명을 적용하여 제작한 패시브 매트릭스형 발광 장치를 나타내었다. 또한 도 5의 (A)는 발광 장치를 나타낸 사시도이고, 도 5의 (B)는 도 5의 (A)를 선 X-Y를 따라 취한 단면도이다. 도 5에서, 기판(951) 위에는, 전극(952)과 전극(956) 사이에 EL층(955)이 제공된다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮여 있다. 그리고 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 제공되어 있다. 격벽층(954)의 측벽은, 기판면에 가까워짐에 따라, 한쪽 측벽과 다른 쪽 측벽 사이의 간격이 좁아지는 경사를 가진다. 즉, 격벽층(954)의 짧은 변 방향의 단면은 사다리꼴 형상이고, 저변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고 절연층(953)과 접하는 변)이 상변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고 절연층(953)과 접하지 않는 변)보다 짧다. 이와 같이 격벽층(954)을 제공함으로써, 정전기 등에 기인한 발광 디바이스의 불량을 방지할 수 있다. 또한 패시브 매트릭스형 발광 장치에서도 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하기 때문에, 신뢰성이 양호한 발광 장치 또는 소비전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
상술한 발광 장치는 매트릭스로 배치된 다수의 미소한 발광 디바이스를 각각 제어할 수 있기 때문에, 화상을 표현하는 표시 장치로서 적합하게 이용할 수 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태와 자유로이 조합될 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 조명 장치로서 사용하는 예를 도 6의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다. 도 6의 (B)는 조명 장치의 상면도이고, 도 6의 (A)는 도 6의 (B)의 선 e-f를 따르는 단면도이다.
본 실시형태의 조명 장치는, 지지체인 투광성을 가지는 기판(400) 위에 제 1 전극(401)이 형성되어 있다. 제 1 전극(401)은 실시형태 2의 제 1 전극(101)에 상당한다. 제 1 전극(401) 측으로부터 발광을 추출하는 경우, 제 1 전극(401)을 투광성을 가지는 재료로 형성한다.
제 2 전극(404)에 전압을 공급하기 위한 패드(412)가 기판(400) 위에 형성된다.
제 1 전극(401) 위에는 EL층(403)이 형성되어 있다. EL층(403)의 구성은, 실시형태 2에서의 EL층(103)의 구성, 또는 발광 유닛(511, 512)과 전하 발생층(513)을 조합시킨 구성 등에 상당한다. 또한 이들 구성에 대해서는 앞의 기재를 참조할 수 있다.
EL층(403)을 덮어 제 2 전극(404)을 형성한다. 제 2 전극(404)은 실시형태 2에서의 제 2 전극(102)에 상당한다. 발광을 제 1 전극(401) 측으로부터 추출하는 경우, 제 2 전극(404)은 반사율이 높은 재료로 형성된다. 제 2 전극(404)은 패드(412)와 접속됨으로써 전압이 공급된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 기재된 조명 장치는 제 1 전극(401), EL층(403), 및 제 2 전극(404)을 가지는 발광 디바이스를 포함한다. 이 발광 디바이스는 발광 효율이 높기 때문에, 본 실시형태의 조명 장치를 소비전력이 낮은 조명 장치로 할 수 있다.
상기 구성을 가지는 발광 디바이스가 형성된 기판(400)을 실재(405) 및 실재(406)를 사용하여 밀봉 기판(407)에 고착하고 밀봉함으로써, 조명 장치가 완성된다. 실재(405) 및 실재(406) 중 어느 한쪽만을 사용하여도 좋다. 또한 내측의 실재(406)(도 6의 (B)에는 도시하지 않았음)에는 건조제를 섞을 수도 있고, 이로써 수분을 흡착시킬 수 있기 때문에 신뢰성이 향상된다.
또한 패드(412)와 제 1 전극(401)의 일부를 실재(405) 및 실재(406) 밖으로 연장시켜 제공함으로써 외부 입력 단자로 할 수 있다. 또한 그 위에 컨버터 등을 탑재한 IC칩(420) 등을 제공하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 기재된 조명 장치에서는 EL 소자에 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스가 사용되기 때문에, 소비전력이 낮은 조명 장치로 할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 그 일부에 포함하는 전자 기기의 예에 대하여 설명한다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 양호하고 소비전력이 낮은 발광 디바이스이다. 따라서, 본 실시형태에 기재되는 전자 기기를 소비전력이 낮은 발광부를 가지는 전자 기기로 할 수 있다.
상기 발광 디바이스를 적용한 전자 기기로서는, 예를 들어 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 이하에서 설명한다.
도 7의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 나타낸 것이다. 텔레비전 장치는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 제공되어 있다. 또한 여기서는 스탠드(7105)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타내었다. 표시부(7103)에 영상을 표시할 수 있고, 표시부(7103)는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 매트릭스로 배열하여 구성되어 있다.
텔레비전 장치는 하우징(7101)이 가지는 조작 스위치, 별체의 리모트 컨트롤러(7110)로 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)의 조작 키(7109)에 의하여, 채널, 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 상기 리모트 컨트롤러(7110)에 제공하는 구성으로 하여도 좋다.
또한 텔레비전 장치는 수신기, 모뎀 등을 가지는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 모뎀을 통하여 유선 또는 무선 통신 네트워크에 접속함으로써, 단방향(송신자로부터 수신자로) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 간, 또는 수신자들끼리 등)의 정보 통신을 할 수도 있다.
도 7의 (B1)에 나타낸 컴퓨터는 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 또한 이 컴퓨터는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 매트릭스로 배열하여 표시부(7203)에 사용함으로써 제작된다. 도 7의 (B1)의 컴퓨터는 도 7의 (B2)에 나타낸 구조를 가져도 좋다. 도 7의 (B2)의 컴퓨터에는 키보드(7204) 및 포인팅 디바이스(7206) 대신에 제 2 표시부(7210)가 제공되어 있다. 제 2 표시부(7210)는 터치 패널식이므로, 제 2 표시부(7210)에 표시된 입력용 표시를 손가락이나 전용 펜으로 조작함으로써 입력을 할 수 있다. 또한 제 2 표시부(7210)는 입력용 표시뿐만 아니라 기타 화상을 표시할 수도 있다. 또한 표시부(7203)도 터치 패널이어도 좋다. 2개의 화면이 힌지로 연결되어 있으면, 수납하거나 운반할 때에 화면을 손상시키거나 파손시키는 등의 문제의 발생도 방지할 수 있다.
도 7의 (C)는 휴대 단말기의 일례를 나타낸 것이다. 휴대 전화기는 하우징(7401)에 제공된 표시부(7402) 외에 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등을 가진다. 또한 휴대 전화기는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 매트릭스로 배열하여 제작한 표시부(7402)를 가진다.
도 7의 (C)에 나타낸 휴대 단말기는, 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 정보를 입력할 수 있는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써, 전화를 걸거나 메일을 작성하는 등의 조작을 할 수 있다.
표시부(7402)의 화면에는 주로 3가지 모드가 있다. 첫 번째 모드는 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이고, 두 번째 모드는 문자 등의 정보의 입력을 주로 하는 입력 모드이다. 세 번째 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2가지 모드가 혼합된 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 메일을 작성하는 경우에는, 표시부(7402)의 모드를 문자의 입력을 주로 하는 문자 입력 모드로 하여, 화면에 표시된 문자를 입력하면 좋다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼이 표시되는 것이 바람직하다.
또한 자이로스코프, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 가지는 검출 장치를 휴대 단말기 내부에 제공함으로써, 휴대 단말기의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여, 표시부(7402)의 화면 표시가 자동적으로 전환되도록 할 수 있다.
또한 화면 모드는 표시부(7402)를 터치하거나 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)을 조작함으로써 전환된다. 또한 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환되도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시되는 화상 신호가 동영상의 데이터이면 표시 모드로, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환된다.
또한 입력 모드에서 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하고, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)를 손바닥, 손가락으로 터치하여 장문, 지문 등을 촬상함으로써, 본인 인증을 할 수 있다. 또한 표시부에 근적외광을 발하는 백라이트 또는 근적외광을 발하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
도 8의 (A)는 로봇 청소기의 일례를 나타낸 모식도이다.
로봇 청소기(5100)는 상면에 배치된 디스플레이(5101), 측면에 배치된 복수의 카메라(5102), 브러시(5103), 조작 버튼(5104)을 가진다. 또한 도시되지 않았지만, 로봇 청소기(5100)의 하면에는 바퀴, 흡입구 등이 제공되어 있다. 로봇 청소기(5100)는 그 외에 적외선 센서, 초음파 센서, 가속도 센서, 피에조 센서, 광 센서, 자이로 센서 등의 각종 센서를 가진다. 또한 로봇 청소기(5100)는 무선 통신 수단을 가진다.
로봇 청소기(5100)는 자력으로 움직이고, 쓰레기(5120)를 검지하고, 하면에 제공된 흡입구로부터 쓰레기를 흡인할 수 있다.
또한 로봇 청소기(5100)는 카메라(5102)가 촬영한 화상을 해석하여 벽, 가구, 또는 단차 등의 장애물의 유무를 판단할 수 있다. 또한 화상을 해석함으로써 배선 등 브러시(5103)에 얽히기 쉬운 물체를 검지한 경우에는, 브러시(5103)의 회전을 멈출 수 있다.
디스플레이(5101)에는 배터리 잔량, 흡인한 쓰레기의 양 등을 표시할 수 있다. 로봇 청소기(5100)가 주행한 경로를 디스플레이(5101)에 표시하여도 좋다. 또한 디스플레이(5101)를 터치 패널로 하고, 조작 버튼(5104)을 디스플레이(5101)에 제공하여도 좋다.
로봇 청소기(5100)는 스마트폰 등의 휴대 전자 기기(5140)와 통신할 수 있다. 카메라(5102)가 촬영한 화상을 휴대 전자 기기(5140)에 표시할 수 있다. 그러므로 로봇 청소기(5100)의 소유자는 밖에 있어도 방의 상황을 알 수 있다. 또한 디스플레이(5101)의 표시를 스마트폰 등의 휴대 전자 기기(5140)로 확인할 수도 있다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치는 디스플레이(5101)에 사용할 수 있다.
도 8의 (B)에 나타낸 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 가진다.
마이크로폰(2102)은 사용자의 목소리 및 환경음 등을 검지하는 기능을 가진다. 또한 스피커(2104)는 음성을 출력하는 기능을 가진다. 로봇(2100)은 마이크로폰(2102) 및 스피커(2104)를 사용하여 사용자와 의사소통을 할 수 있다.
디스플레이(2105)는 각종 정보를 표시하는 기능을 가진다. 로봇(2100)은 사용자가 원하는 정보를 디스플레이(2105)에 표시할 수 있다. 디스플레이(2105)에는 터치 패널을 탑재하여도 좋다. 또한 디스플레이(2105)는 탈착 가능한 정보 단말기이어도 좋고, 로봇(2100)의 정위치에 설치되면 충전 및 데이터의 수수를 할 수 있다.
상부 카메라(2103) 및 하부 카메라(2106)는 로봇(2100)의 주위를 촬상하는 기능을 가진다. 또한 장애물 센서(2107)는, 이동 기구(2108)를 사용하여 로봇(2100)이 앞으로 가는 진행 방향에서의 장애물의 유무를 감지할 수 있다. 로봇(2100)은 상부 카메라(2103), 하부 카메라(2106), 및 장애물 센서(2107)를 사용하여 주위의 환경을 인식함으로써 안전하게 이동할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 디스플레이(2105)에 사용할 수 있다.
도 8의 (C)는 고글형 디스플레이의 일례를 나타낸 도면이다. 고글형 디스플레이는 예를 들어 하우징(5000), 표시부(5001), 스피커(5003), LED 램프(5004), 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 포함하는 것), 마이크로폰(5008), 표시부(5002), 지지부(5012), 이어폰(5013) 등을 가진다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치는 표시부(5001) 및 표시부(5002)에 사용할 수 있다.
도 9는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 조명 장치인 전기 스탠드에 사용한 예를 나타낸 것이다. 도 9에 나타낸 전기 스탠드는 하우징(2001)과 광원(2002)을 가지고, 광원(2002)에는 실시형태 3에 기재된 조명 장치를 사용하여도 좋다.
도 10은 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 실내의 조명 장치(3001)로서 사용한 예를 나타낸 것이다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 높은 발광 디바이스이기 때문에, 소비전력이 낮은 조명 장치로 할 수 있다. 또한 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 대면적화가 가능하므로, 대면적의 조명 장치로서 사용할 수 있다. 또한 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 얇기 때문에, 박형화된 조명 장치로서 사용할 수 있다.
실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 자동차의 앞유리, 대시보드(dashboard) 등에도 탑재될 수 있다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 자동차의 앞유리, 대시보드에 사용하는 일 형태를 도 11에 나타내었다. 표시 영역(5200) 내지 표시 영역(5203)은 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 포함한다.
표시 영역(5200)과 표시 영역(5201)은 자동차의 앞유리에 제공되고, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스가 탑재된 표시 장치이다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 제 1 전극과 제 2 전극을 투광성을 가지는 전극으로 제작함으로써, 반대편이 비쳐 보이는 소위 시스루 상태의 표시 장치로 할 수 있다. 시스루 상태의 표시 장치이면, 자동차의 앞유리에 설치하여도 시야를 가리지 않고 설치할 수 있다. 또한 구동을 위한 트랜지스터 등을 제공하는 경우에는, 유기 반도체 재료를 사용한 유기 트랜지스터, 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터 등 투광성을 가지는 트랜지스터를 사용하면 좋다.
표시 영역(5202)은 필러 부분에 제공되고, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스가 탑재된 표시 장치이다. 표시 영역(5202)은, 차체에 제공된 촬상 수단으로 촬영된 영상을 표시함으로써, 필러로 가려진 시야를 보완할 수 있다. 또한 마찬가지로, 대시보드 부분에 제공된 표시 영역(5203)은 차체로 가려진 시야를, 자동차의 외측에 제공된 촬상 수단으로 촬영된 영상을 표시함으로써, 사각을 보완하여 안전성을 높일 수 있다. 보이지 않는 부분을 보완하도록 영상을 표시함으로써, 더 자연스럽고 위화감 없이 안전을 확인할 수 있다.
표시 영역(5203)은 내비게이션 정보, 속도, 회전수 등, 기타 다양한 정보를 제공할 수 있다. 표시 항목, 레이아웃은 사용자의 취향에 맞추어 적절히 변경할 수 있다. 또한 이들 정보는 표시 영역(5200) 내지 표시 영역(5202)에도 표시할 수 있다. 또한 표시 영역(5200) 내지 표시 영역(5203)을 조명 장치로서 사용할 수도 있다.
또한 도 12의 (A) 및 (B)에 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)를 나타내었다. 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)는 하우징(5151), 표시 영역(5152), 및 굴곡부(5153)를 가진다. 도 12의 (A)는 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(5150)를 나타낸 것이다. 도 12의 (B)는 접은 상태의 휴대 정보 단말기를 나타낸 것이다. 휴대 정보 단말기(5150)는 큰 표시 영역(5152)을 가짐에도 불구하고, 접으면 작고 가반성(可搬性)이 우수하다.
표시 영역(5152)은 굴곡부(5153)에 의하여 반으로 접을 수 있다. 굴곡부(5153)는 신축 가능한 부재와 복수의 지지 부재로 구성되어 있고, 접을 때는 신축 가능한 부재가 신장하고, 굴곡부(5153)는 2mm 이상, 바람직하게는 3mm 이상의 곡률 반경을 가지도록 접힌다.
또한 표시 영역(5152)은 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 표시 영역(5152)에 사용할 수 있다.
또한 도 13의 (A) 내지 (C)에 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9310)를 나타내었다. 도 13의 (A)는 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(9310)를 나타낸 것이다. 도 13의 (B)는 펼친 상태에서 접은 상태로, 또는 접은 상태에서 펼친 상태로 변화하는 도중의 휴대 정보 단말기(9310)를 나타낸 것이다. 도 13의 (C)는 접은 상태의 휴대 정보 단말기(9310)를 나타낸 것이다. 접은 상태의 휴대 정보 단말기(9310)는 가반성이 우수하고, 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(9310)는 이음매가 없는 넓은 표시 영역을 가지므로 표시의 일람성(一覽性)이 높다.
표시 패널(9311)은 힌지(9313)로 연결된 3개의 하우징(9315)에 의하여 지지되어 있다. 또한 표시 패널(9311)은 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 또한 표시 패널(9311)은, 힌지(9313)를 이용하여 2개의 하우징(9315) 사이를 굴곡시킴으로써, 휴대 정보 단말기(9310)를 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 표시 패널(9311)에 사용할 수 있다.
또한 본 실시형태에 기재되는 구성은, 실시형태 1 내지 실시형태 4에 기재된 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 가지는 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓고, 이 발광 장치를 다양한 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용함으로써, 소비전력이 낮은 전자 기기를 얻을 수 있다.
(실시예 1)
<<합성예 1>>
본 합성예에서는, 실시형태 1에서 구조식(100)으로 나타내어지는 본 발명의 유기 금속 착체인 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(5-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)])의 합성 방법을 구체적으로 나타낸다. [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 19]
Figure pat00019
<단계 1; 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(5-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)])의 합성>
2-에톡시에탄올 32mL, 다이-μ-클로로-테트라키스{4,6-다이메틸-2-[5-(5-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m5CP)2Cl]2) 2.33g, 3,7-다이에틸노네인-4,6-다이온(약칭: Hdebm) 0.72g, 탄산 소듐 1.22g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 2시간 동안 조사하여 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 다이클로로메테인을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 다이클로로메테인과 메탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]을 적색 고체로서 얻었다(수량 1.39g, 수율 51%). 얻어진 적색 고체 1.33g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 조건은 압력 2.6Pa, 아르곤 가스 유량 10.5mL/min, 315℃로 하였다. 승화 정제 후, 목적물인 적색 고체를 수량 1.13g, 수율 81%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 20]
Figure pat00020
또한 상기 단계 1에서 얻은 적색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 14에 나타내었다. 이들로부터, 본 합성예에서 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]이 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3):0.31(t, 6H), 0.39(t, 6H), 1.19-1.29(m, 6H), 1.30-1.38(m, 2H), 1.44(s, 6H), 1.77-1.83(m, 2H), 1.97(s, 6H), 2.39(s, 12H), 2.45(s, 6H), 5.10(s, 1H), 6.51(s, 2H), 6.85(s, 2H), 7.18(s, 2H), 7.37-7.44(m, 6H), 7.58(d, 2H), 7.63(s, 2H), 8.43(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 15에 나타내었다. 다이클로로메테인 용액의 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하여 측정되고, 다이클로로메테인만을 석영 셀에 넣고 측정한 스펙트럼을 뺀 것이다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-8600)를 사용하였다.
도 15에 있어서, [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액은 595nm에 흡수 피크가 관찰되고, 발광 파장의 피크는 639nm(여기 파장 500nm)이었다. 이 결과로부터, [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]이 적색 발광하는 것이 확인되고, 발광 물질로서 이용 가능한 것을 알 수 있었다.
(실시예 2)
<<합성예 2>>
본 합성예에서는, 실시형태 1에서 구조식(101)으로 나타내어지는 본 발명의 유기 금속 착체인 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(3-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m3CP)2(debm)])의 합성 방법을 구체적으로 나타낸다. [Ir(dmdppr-m3CP)2(debm)]의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 21]
Figure pat00021
<단계 1; 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(3-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m3CP)2(debm)])의 합성>
2-에톡시에탄올 20mL, 다이-μ-클로로-테트라키스{4,6-다이메틸-2-[5-(3-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m3CP)2Cl]2) 1.37g, 3,7-다이에틸노네인-4,6-다이온(약칭: Hdebm) 0.44g, 탄산 소듐 0.72g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 2시간 동안 조사하여 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 다이클로로메테인:헥세인=4:1(체적비)을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 다이클로로메테인과 메탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-m3CP)2(debm)]을 적색 고체로서 얻었다(수량 0.81g, 수율 51%). 얻어진 적색 고체 0.80g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 조건은 압력 2.7Pa, 아르곤 가스 유량 10.5mL/min, 320℃로 하였다. 승화 정제 후, 목적물인 적색 고체를 수량 0.36g, 수율 45%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 22]
Figure pat00022
또한 상기 단계 1에서 얻은 적색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 16에 나타내었다. 이들로부터, 본 합성예에서 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-m3CP)2(debm)]이 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3):0.28(t, 6H), 0.34(t, 6H), 1.17-1.25(m, 6H), 1.31-1.37(m, 2H), 1.44(s, 6H), 1.74-1.79(m, 2H), 1.97(s, 6H), 2.38(s, 12H), 2.58(s, 6H), 5.06(s, 1H), 6.51(s, 2H), 6.84(s, 2H), 7.17(s, 2H), 7.31(t, 2H), 7.40(s, 4H), 7.53(d, 2H), 7.66(d, 2H), 8.41(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-m3CP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 17에 나타내었다. 다이클로로메테인 용액의 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하여 측정되고, 다이클로로메테인만을 석영 셀에 넣고 측정한 스펙트럼을 뺀 것이다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-8600)를 사용하였다.
도 17에 있어서, [Ir(dmdppr-m3CP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액은 590nm에 흡수 피크가 관찰되고, 발광 파장의 피크는 638nm(여기 파장 500nm)이었다. 이 결과로부터, [Ir(dmdppr-m3CP)2(debm)]이 적색 발광하는 것이 확인되고, 발광 물질로서 이용 가능한 것을 알 수 있었다.
(실시예 3)
<<합성예 3>>
본 합성예에서는, 실시형태 1에서 구조식(102)으로 나타내어지는 본 발명의 유기 금속 착체인 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2,5-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-25dmCP)2(debm)])의 합성 방법을 구체적으로 나타낸다. [Ir(dmdppr-25dmCP)2(debm)]의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 23]
Figure pat00023
<단계 1; 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2,5-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-25dmCP)2(debm)])의 합성>
2-에톡시에탄올 20mL, 다이-μ-클로로-테트라키스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2,5-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-25dmCP)2Cl]2) 1.64g, 3,7-다이에틸노네인-4,6-다이온(약칭: Hdebm) 0.49g, 탄산 소듐 0.82g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 2시간 동안 조사하여 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 다이클로로메테인:헥세인=4:1(체적비)을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 다이클로로메테인과 메탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-25dmCP)2(debm)]을 짙은 적색 고체로서 얻었다(수량 1.16g, 수율 61%). 얻어진 짙은 적색 고체 1.14g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 조건은 압력 2.6Pa, 아르곤 가스 유량 10.5mL/min, 308℃로 하였다. 승화 정제 후, 목적물인 짙은 적색 고체를 수량 0.85g, 수율 75%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 24]
Figure pat00024
또한 상기 단계 1에서 얻은 짙은 적색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 18에 나타내었다. 이들로부터, 본 합성예에서 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-25dmCP)2(debm)]이 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2):0.30(t, 6H), 0.37(t, 6H), 1.21-1.37(m, 8H), 1.42(s, 6H), 1.79-1.83(m, 2H), 1.96(s, 6H), 2.32-2.46(m, 18H), 2.49(s, 6H), 5.13(s, 1H), 6.51(s, 2H), 6.81(s, 2H), 7.21(s, 2H), 7.20-7.39(m, 6H), 7.51(s, 2H), 8.46(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-25dmCP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 19에 나타내었다. 다이클로로메테인 용액의 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하여 측정되고, 다이클로로메테인만을 석영 셀에 넣고 측정한 스펙트럼을 뺀 것이다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-8600)를 사용하였다.
도 19에 있어서, [Ir(dmdppr-25dmCP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액은 592nm에 흡수 피크가 관찰되고, 발광 파장의 피크는 641nm(여기 파장 503nm)이었다. 이 결과로부터, [Ir(dmdppr-25dmCP)2(debm)]이 적색 발광하는 것이 확인되고, 발광 물질로서 이용 가능한 것을 알 수 있었다.
(실시예 4)
<<합성예 4>>
본 합성예에서는, 실시형태 1에서 구조식(103)으로 나타내어지는 본 발명의 유기 금속 착체인 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)])의 합성 방법을 구체적으로 나타낸다. [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)]의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 25]
Figure pat00025
<단계 1; 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)])의 합성>
2-에톡시에탄올 20mL, 다이-μ-클로로-테트라키스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2,5-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-mCP)2Cl]2) 1.68g, 3,7-다이에틸노네인-4,6-다이온(약칭: Hdebm) 0.52g, 탄산 소듐 0.87g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 2시간 동안 조사하여 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 다이클로로메테인:헥세인=4:1(체적비)을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 다이클로로메테인과 메탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)]을 짙은 적색 고체로서 얻었다(수량 0.85g, 수율 43%). 얻어진 짙은 적색 고체 0.84g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 조건은 압력 2.5Pa, 아르곤 가스 유량 10.5mL/min, 307℃로 하였다. 승화 정제 후, 목적물인 짙은 적색 고체를 수량 0.71g, 수율 85%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 26]
Figure pat00026
또한 상기 단계 1에서 얻은 짙은 적색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 20에 나타내었다. 이들로부터, 본 합성예에서 상술한 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)]이 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2):0.29(t, 6H), 0.36(t, 6H), 1.20-1.36(m, 8H), 1.42(s, 6H), 1.78-1.83(m, 2H), 1.96(s, 6H), 2.35-2.41(s, 18H), 5.13(s, 1H), 6.51(s, 2H), 6.83(s, 2H), 7.21(s, 2H), 7.33(s, 4H), 7.43(d, 2H), 7.53(d, 2H), 7.58(s, 2H), 8.46(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 21에 나타내었다. 다이클로로메테인 용액의 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하여 측정되고, 다이클로로메테인만을 석영 셀에 넣고 측정한 스펙트럼을 뺀 것이다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-8600)를 사용하였다.
도 21에 있어서, [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액은 596nm에 흡수 피크가 관찰되고, 발광 파장의 피크는 647nm(여기 파장 506nm)이었다. 이 결과로부터, [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)]이 적색 발광하는 것이 확인되고, 발광 물질로서 이용 가능한 것을 알 수 있었다.
(실시예 5)
<<합성예 5>>
본 합성예에서는, 실시형태 1에서 구조식(128)으로 나타내어지는 본 발명의 유기 금속 착체인 비스{4-tert-뷰틸-6-메틸-2-[5-(3-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3-tert-뷰틸-5-메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(tBumdppr-m3CP)2(debm)])의 합성 방법을 구체적으로 나타낸다. [Ir(tBumdppr-m3CP)2(debm)]의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 27]
Figure pat00027
<단계 1; 5,6-비스(3-tert-뷰틸-5-메틸페닐)-2(1H)-피라지논의 합성>
5-브로모-6-클로로-2(1H)-피라지논 2.92g, 3-tert-뷰틸-5-메틸페닐보론산 5.72g, 인산 삼포타슘 8.91g, 톨루엔 60mL, 물 12mL를 환류관이 장착된 3구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다. 플라스크 내를 감압하에서 교반함으로써 탈기한 후, 아세트산 팔라듐(II)(약칭: Pd(OAc)2) 0.094g, 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(약칭: S-Phos) 0.35g을 첨가하고, 100℃에서 6시간 반 동안 교반하여 반응시켰다.
소정의 시간이 경과한 후, 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 그 후, 헥세인:아세트산 에틸=5:1(체적비)을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하고, 목적물인 피라진 유도체를 얻었다(백색 고체, 수량 4.12g, 수율 76%). 단계 1의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 28]
Figure pat00028
<단계 2; 2,3-비스(3-tert-뷰틸-5-메틸페닐)-5-트라이플레이트피라진의 합성>
다음으로, 상기 단계 1에서 얻은 5,6-비스(3-tert-뷰틸-5-메틸페닐)-2(1H)-피라지논 4.09g, 트라이에틸아민 3.0mL, 탈수 다이클로로메테인 53mL를 200mL의 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 플라스크를 -20℃까지 냉각시킨 후, 트라이플루오로메테인설폰산 무수물 2.3mL를 적하하고, 실온에서 19시간 동안 교반하였다. 반응 용액에 물 40mL, 1M 염산 4mL를 첨가한 후, 다이클로로메테인을 사용하여 추출을 수행하였다. 그 후, 헥세인:아세트산 에틸=10:1(체적비)을 전개 용매로 한 플래시 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하고, 목적물인 피라진 유도체를 얻었다(무색 오일, 수량 5.36g, 수율 98%). 단계 2의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 29]
Figure pat00029
<단계 3; 5-(3-사이아노-2-메틸페닐)-2,3-비스(3-tert-뷰틸-5-메틸페닐)피라진(약칭: HtBumdppr-m3CP)의 합성>
다음으로, 상기 단계 2에서 얻은 2,3-비스(3-tert-뷰틸-5-메틸페닐)-5-트라이플레이트피라진 1.84g, 3-사이아노-2-메틸페닐보론산 0.68g, 인산 삼포타슘 2.71g, 톨루엔 28mL, 물 2.8mL를 200mL의 3구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환하였다. 플라스크 내를 감압하에서 교반함으로써 탈기한 후, 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0)(약칭: Pd2(dba)3) 0.032g, 트리스(2,6-다이메톡시페닐)포스핀(약칭: (2,6-MeOPh)3P) 0.062g을 첨가하고, 7시간 동안 환류시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 그 후, 헥세인:아세트산 에틸=10:1(체적비)을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하고, 목적물의 피라진 유도체인 HtBumdppr-m3CP를 얻었다(황백색 고체, 수량 1.62g, 수율 93%). 단계 3의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 30]
Figure pat00030
<단계 4; 다이-μ-클로로-테트라키스{4-tert-뷰틸-6-메틸-2-[5-(3-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3-tert-뷰틸-5-메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(tBumdppr-m3CP)2Cl]2)의 합성>
2-에톡시에탄올 15mL, 물 5mL, 상기 단계 3에서 얻은 HtBumdppr-m3CP 1.62g, 염화 이리듐 수화물(IrCl3·H2O)(Furuya Metal Co., Ltd. 제조) 0.48g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 1시간 동안 조사하여 반응시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 잔사를 메탄올을 사용하여 흡인 여과하고 세정하고, 복핵 착체인 [Ir(tBumdppr-m3CP)2Cl]2를 얻었다(주황색 고체, 수량 1.14g, 수율 59%). 또한 단계 4의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 31]
Figure pat00031
<단계 5; 비스{4-tert-뷰틸-6-메틸-2-[5-(3-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3-tert-뷰틸-5-메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(tBumdppr-m3CP)2(debm)])의 합성>
또한 2-에톡시에탄올 20mL, 상기 단계 4에서 얻은 복핵 착체인 [Ir(tBumdppr-m3CP)2Cl]2 1.13g, 3,7-다이에틸노네인-4,6-다이온(약칭: Hdebm) 0.30g, 탄산 소듐 0.50g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 2시간 동안 조사하여 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 다이클로로메테인:헥세인=4:1(체적비)을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 다이클로로메테인과 메탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(tBumdppr-m3CP)2(debm)](약칭)을 짙은 적색 고체로서 얻었다(수량 0.52g, 수율 41%). 얻어진 짙은 적색 고체 0.51g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 조건은 압력 2.5Pa, 아르곤 가스 유량 10.5mL/min, 303℃로 하였다. 승화 정제 후, 목적물인 짙은 적색 고체를 수량 0.17g, 수율 33%로 얻었다. 단계 5의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 32]
Figure pat00032
또한 상기 단계 5에서 얻은 짙은 적색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 22에 나타내었다. 이들로부터, 본 합성예에서 상술한 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(tBumdppr-m3CP)2(debm)]이 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2):0.34(t, 6H), 0.41(t, 6H), 0.94(s, 18H), 1.38-1.45(m, 34H), 1.84(s, 2H), 2.33(s, 3H), 2.47(s, 1H), 2.55(s, 6H), 5.18(s, 1H), 6.69(s, 2H), 7.04(s, 2H), 7.17(s, 1H), 7.34(t, 3H), 7.40(s, 3H), 7.53(d, 2H), 7.63(d, 1H), 7.68(d, 2H), 8.48(s, 2H).
다음으로, [Ir(tBumdppr-m3CP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 23에 나타내었다. 다이클로로메테인 용액의 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하여 측정되고, 다이클로로메테인만을 석영 셀에 넣고 측정한 스펙트럼을 뺀 것이다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-8600)를 사용하였다.
도 23에 있어서, [Ir(tBumdppr-m3CP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액은 585nm에 흡수 피크가 관찰되고, 발광 파장의 피크는 631nm(여기 파장 500nm)이었다. 이 결과로부터, [Ir(tBumdppr-m3CP)2(debm)]이 적색 발광하는 것이 확인되고, 발광 물질로서 이용 가능한 것을 알 수 있었다.
(실시예 6)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체인 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(5-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)])과, 비교예의 유기 금속 착체인 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(5-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m5CP)2(dpm)]) 및 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(5-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(2,6-다이메틸-3,5-헵타다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m5CP)2(dibm)])을 비교한 결과를 나타낸다.
[Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)], [Ir(dmdppr-m5CP)2(dpm)], 및 [Ir(dmdppr-m5CP)2(dibm)]의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 33]
Figure pat00033
상기 3개의 유기 금속 착체는, 같은 복핵 착체, 다이-μ-클로로-테트라키스{4,6-다이메틸-2-[5-(5-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m5CP)2Cl]2)에 각 보조 배위자를 배위시킴으로써 합성된다. [Ir(dmdppr-m5CP)2Cl]2의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 34]
Figure pat00034
여기서, 합성할 때 사용한 [Ir(dmdppr-m5CP)2Cl]2의 양, 수량, 및 수율에 대하여 이하에 나타낸다.
[표 1]
Figure pat00035
이와 같이, 보조 배위자가 3,7-다이에틸노네인-4,6-다이온(약칭: Hdebm)인, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]은, [Ir(dmdppr-m5CP)2(dpm)] 및 [Ir(dmdppr-m5CP)2(dibm)]과 비교하여 양호한 수율로 얻어지는 것을 알 수 있었다.
다음으로, 도 24에 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)], [Ir(dmdppr-m5CP)2(dpm)], 및 [Ir(dmdppr-m5CP)2(dibm)]의 다이클로로메테인 용액에서의 PL 스펙트럼을 나타내었다.
도 24에 있어서, 각 유기 금속 착체의 발광 스펙트럼은 적색 영역에 발광 스펙트럼을 가지고, 그 피크 파장은 단파장 측으로부터 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)], [Ir(dmdppr-m5CP)2(dpm)], [Ir(dmdppr-m5CP)2(dibm)]의 순서로 존재하는 것을 알 수 있었다.
여기서, 각 유기 금속 착체의 발광의 피크 파장, 반치 폭, 및 PL 양자 효율을 정리한 표를 이하에 나타낸다.
[표 2]
Figure pat00036
상기 표로부터, [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]은 가장 단파장이고 시감도가 높은 유기 금속 착체인 것을 알 수 있다. 즉, Hdebm을 보조 배위자로서 사용한 유기 금속 착체는, 다른 보조 배위자를 사용한 유기 금속 착체와 비교하여 발광 스펙트럼이 약간 단파장화된다. 또한 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]은 반치 폭도 좁기 때문에, 색 순도도 양호하고, 캐비티 구조를 사용한 발광 디바이스에 적용한 경우의 손실이 적은 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]은 시감도가 높으며 양자 효율도 높기 때문에 매우 효율적으로 발광하고, 이에 더하여, 마이크로캐비티 구조를 적용한 경우의 에너지 등의 손실도 적어, 발광 디바이스의 발광 재료로서 매우 적합한 유기 금속 착체인 것을 알 수 있었다. 또한 마이크로캐비티 구조는 톱 이미션 구조를 가지는 발광 디바이스에 적합하게 적용되고, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체는 톱 이미션 구조를 가지는 발광 디바이스용 발광 재료로서 특히 적합하다.
(실시예 7)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체를 사용한 발광 디바이스 및 상기 유기 금속 착체를 사용하지 않는 비교 발광 디바이스에 대하여 설명한다. 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 1에 사용한 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 35]
Figure pat00037
(발광 디바이스 1의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 그 막 두께는 70nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브데넘(VI)을 중량비 2:1(=DBT3P-II:MoOx)이 되도록 70nm의 막 두께로 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(111) 위에, 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP)을 막 두께가 20nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 형성하였다.
이어서, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 9-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mDBtBPNfpr)과, 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(5-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)])을, 중량비 0.7:0.3:0.1(=9mDBtBPNfpr:PCBBiF:[Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)])이 되도록 40nm의 막 두께로 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에 9mDBtBPNfpr를 막 두께가 30nm가 되도록 형성하고 나서, 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 2,9-다이(2-나프틸)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 막 두께가 15nm가 되도록 증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 막 두께가 1nm가 되도록 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 이어서 알루미늄을 막 두께가 200nm가 되도록 증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써, 본 실시예의 발광 디바이스 1을 제작하였다.
(비교 발광 디바이스 1의 제작 방법)
비교 발광 디바이스 1은, 발광 디바이스 1에서의 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]을, 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(5-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m5CP)2(dpm)])으로 변경하고, 그 중량비를 0.8:0.2:0.1(=9mDBtBPNfpr:PCBBiF:[Ir(dmdppr-m5CP)2(dpm)])로 한 것 외에는 발광 디바이스 1과 마찬가지로 제작하였다.
상기 발광 디바이스의 소자 구조를 이하의 표에 정리하였다.
[표 3]
Figure pat00038
상기 발광 디바이스를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서의 1시간의 열처리를 수행함)을 수행한 후, 발광 디바이스의 초기 특성을 측정하였다.
발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 1의 휘도-전류 밀도 특성을 도 25에, 전류 효율-휘도 특성을 도 26에, 휘도-전압 특성을 도 27에, 전류-전압 특성을 도 28에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 29에, 파워 효율-휘도 특성을 도 30에, 발광 스펙트럼을 도 31에 나타내었다. 또한 각 발광 디바이스의 1000cd/m2 부근에서의 주요한 특성을 이하에 나타낸다.
[표 4]
Figure pat00039
도 25 내지 도 30으로부터, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 1은 비교 발광 디바이스 1과 비교하여, 구동 전압이 낮고, 전류 효율, 외부 양자 효율, 파워 효율이 높은, 특성이 매우 양호한 발광 소자인 것을 알 수 있다. 특히 전류 효율 및 파워 효율에서의 차이가 큰 것은, 구동 전압의 저하의 영향뿐만 아니라 발광 피크 파장이 약간 단파장화된 것에 의한 효과라고 할 수도 있다. 즉, 발광 피크 파장이 단파장화됨으로써, 시감도가 비교적 높은 영역의 광이 증가되어 외부 양자 효율보다 전류 효율 및 파워 효율에서 큰 향상 효과가 얻어졌다고 할 수 있다. 또한 발광 디바이스 1에서 사용한 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]의 발광 스펙트럼은 반치 폭이 좁고, 색 순도가 양호한 발광을 나타낸다. 반치 폭이 좁으면 발광 스펙트럼이 단파장화되어도 양호한 색도를 유지할 수 있다. 또한 반치 폭이 좁으면 시감도가 낮은 장파장 영역의 발광도 적기 때문에, 발광 디바이스 1은 더 효율적인 발광 디바이스라고 할 수 있다.
또한 도 32는 전류 밀도 75mA/cm2에서의 구동 시간에 대한 휘도의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 32에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 1과 비교 발광 디바이스 1은 모두 양호한 특성을 나타내었다.
여기서, 상기 그래프는 2개의 발광 디바이스에 같은 전류 밀도로 전류를 흘린 경우의 결과를 나타낸 것이지만, 도 25 내지 도 30에 나타낸 바와 같이 발광 디바이스 1은 비교 발광 디바이스 1보다 양호한 발광 효율로 발광을 나타내는 발광 소자이다. 그러므로, 2개의 발광 디바이스에 같은 전류 밀도로 전류를 흘린 경우의 휘도는, 비교 발광 디바이스 1보다 발광 디바이스 1이 더 높다. 실제로 3mA 부근의 전류를 흘린 경우의 휘도는, 발광 디바이스 1이 약 10000cd/m2, 비교 발광 디바이스 1이 약 7000cd/m2로 차이가 큰 것을 알 수 있다. 즉, 같은 휘도를 얻을 수 있는 전류값에 큰 차이가 있고, 발광 디바이스 1은 비교 발광 디바이스 1보다 훨씬 작은 전류 밀도로 같은 휘도의 광을 얻을 수 있다. 이는, 같은 휘도로 발광시킨 경우, 발광 디바이스 1에 가해지는 부하가 더 작기 때문에, 같은 전류 밀도로 전류를 흘린 경우의 결과가 거의 같더라도, 실질적으로 발광 디바이스 1이 비교 발광 디바이스 1보다 수명이 길다는 것을 의미한다.
(실시예 8)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체를 사용한 발광 디바이스 및 상기 유기 금속 착체를 사용하지 않는 비교 발광 디바이스에 대하여 설명한다. 발광 디바이스 2 및 비교 발광 디바이스 2에 사용한 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 36]
Figure pat00040
(발광 디바이스 2의 제작 방법)
우선, 반사 전극으로서 유리 기판 위에 은(Ag)과 팔라듐(Pd)과 구리(Cu)의 합금막(Ag-Pd-Cu(APC)막)을 스퍼터링법에 의하여 막 두께가 100nm가 되도록 형성한 후, 투명 전극으로서 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 막 두께가 10nm가 되도록 성막하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 그 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과 전자 억셉터 재료(OCHD-001)를 중량비 1:0.1(=PCBBiF:OCHD-001)이 되도록 10nm의 막 두께로 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에 PCBBiF를 막 두께가 210nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 형성하였다.
이어서, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 9-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mDBtBPNfpr)과, 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(5-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)])을, 중량비 0.7:0.3:0.1(=9mDBtBPNfpr:PCBBiF:[Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)])이 되도록 40nm의 막 두께로 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에 9mDBtBPNfpr를 막 두께가 30nm가 되도록 형성하고 나서, 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 2,9-다이(2-나프틸)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 막 두께가 10nm가 되도록 증착하여 전자 수송층(114)을 형성하고, 플루오린화 리튬(LiF)을 막 두께가 1nm가 되도록 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하였다.
전자 주입층(115)을 형성한 후, 은(Ag)과 마그네슘(Mg)의 합금을 체적비가 10:1, 막 두께가 15nm가 되도록 증착함으로써 제 2 전극(102)을 형성하여 발광 디바이스 2를 제작하였다. 또한 제 2 전극(102)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 가지는 반투과·반반사 전극이고, 본 실시예의 발광 디바이스 2는 제 2 전극(102)으로부터 광을 추출하는 톱 이미션 소자이다. 또한 제 2 전극(102) 위에는 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 막 두께가 80nm가 되도록 증착하여, 광 추출 효율을 향상시켰다.
(비교 발광 디바이스 2의 제작 방법)
비교 발광 디바이스 2는, 발광 디바이스 2에서의 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]을, 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(5-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-m5CP)2(dpm)])으로 변경하고, 그 중량비를 0.8:0.2:0.1(=9mDBtBPNfpr:PCBBiF:[Ir(dmdppr-m5CP)2(dpm)])로 한 것 외에는 발광 디바이스 2와 마찬가지로 제작하였다.
상기 발광 디바이스의 소자 구조를 이하의 표에 정리하였다.
[표 5]
Figure pat00041
상기 발광 디바이스를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서의 1시간의 열처리를 수행함)을 수행한 후, 발광 디바이스의 초기 특성을 측정하였다.
발광 디바이스 2 및 비교 발광 디바이스 2의 휘도-전류 밀도 특성을 도 33에, 전류 효율-휘도 특성을 도 34에, 휘도-전압 특성을 도 35에, 전류-전압 특성을 도 36에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 37에, 파워 효율-휘도 특성을 도 38에, 발광 스펙트럼을 도 39에 나타내었다. 또한 각 발광 디바이스의 1000cd/m2 부근에서의 주요한 특성을 이하에 나타낸다.
[표 6]
Figure pat00042
도 33 내지 도 38로부터, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 2는 비교 발광 디바이스 2와 비교하여, 구동 전압이 낮고, 전류 효율, 외부 양자 효율, 파워 효율이 높은, 특성이 매우 양호한 발광 소자인 것을 알 수 있다. 외부 양자 효율의 차이보다 전류 효율 및 파워 효율의 차이가 큰 것은, 구동 전압 저하의 영향뿐만 아니라 발광 피크 파장이 약간 단파장화된 것에 의한 효과가 크다. 즉, 발광 피크 파장이 단파장화됨으로써, 시감도가 비교적 높은 영역의 광이 증가되어 외부 양자 효율보다 전류 효율 및 파워 효율에서 큰 향상 효과가 얻어졌다고 할 수 있다.
또한 발광 디바이스 2에서 사용한 [Ir(dmdppr-m5CP)2(debm)]의 발광 스펙트럼은 반치 폭이 좁고, 색 순도가 양호한 발광을 나타낸다. 반치 폭이 좁으면 발광 스펙트럼이 단파장화되어도 양호한 색도를 유지할 수 있다. 또한 반치 폭이 좁으면 시감도가 낮은 장파장 영역의 발광도 적기 때문에, 발광 디바이스 2는 더 효율적인 발광 디바이스라고 할 수 있다.
발광 디바이스 2와 비교 발광 디바이스 2의 발광 스펙트럼에서, 그 단파장 측의 상승 부분의 파장은 거의 같지만, 발광 디바이스 2는 비교 발광 디바이스 2보다 기울기가 약간 크기 때문에 피크가 4nm 정도 단파장화되어 있는 것을 알 수 있다. 발광 디바이스 2는, 피크 파장보다 장파장 측의 스펙트럼이 단파장 측의 스펙트럼과 비교하여 크게 단파장 측으로 시프트되어 있어, 시감도가 낮은 장파장 측의 발광이 적은 것을 알 수 있다.
이상으로부터, 발광 디바이스 2는 비교 발광 디바이스 2와의 외부 양자 효율의 차이 이상으로, 전류 효율이나 파워 효율의 차이가 큰, 특성이 매우 양호한 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다.
이어서, 발광 디바이스 2 및 비교 발광 디바이스 2에서의 정공 수송층(112)의 막 두께를 이하의 표와 같이 변경하여 발광 디바이스 2-X 및 비교 발광 디바이스 2-X를 제작하였다.
[표 7]
Figure pat00043
이들 발광 디바이스는, 정공 수송층(112)의 막 두께가 상이하기 때문에, 발광 디바이스 내부에 형성된 미소 공진 구조의 광로 길이가 상이하다. 공진 구조에서의 광로 길이가 상이하면 증폭되는 광의 파장도 상이하기 때문에, 이들 발광 디바이스는 조금씩 발광색이 상이하다. 표 8에는 각 발광 디바이스의 적색의 지표가 되는 CIE 색도도에서의 x 색도를 나타낸다.
[표 8]
Figure pat00044
여기서, 상기 발광 디바이스의 CIE 색도도에서의 x 색도를 가로축으로 하고, 외부 양자 효율을 세로축으로 한 그래프를 도 40에 나타내고, 전류 효율을 세로축으로 한 그래프를 도 41에 나타내었다. 도면으로부터, 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-12는 적색 영역에서 양호한 외부 양자 효율, 전류 효율을 나타내는 것을 알 수 있었다.
다음으로 발광 디바이스 2-5, 발광 디바이스 2-6, 및 비교 발광 디바이스 2-5의 발광 강도와 색도의 시야각 의존성을 나타낸 그래프를 도 42 및 도 43에 각각 나타내었다. 도면으로부터, 이들 발광 디바이스는 정면 방향으로 지향성을 가지는 디스플레이 모듈에 유효한 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다.
(실시예 9)
<<합성예 6>>
본 합성예에서는, 실시형태 1에서 구조식(104)으로 나타내어지는 본 발명의 유기 금속 착체인 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-dmCP)2(debm)])의 합성 방법을 구체적으로 나타낸다. [Ir(dmdppr-dmCP)2(debm)]의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 37]
Figure pat00045
<단계 1; 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-dmCP)2(debm)])의 합성>
2-에톡시에탄올 34mL, 복핵 착체인 다이-μ-클로로-테트라키스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-dmCP)2Cl]2) 3.58g, 3,7-다이에틸노네인-4,6-다이온(약칭: Hdebm) 1.10g, 탄산 소듐 1.81g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 75분 동안 조사하여 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 다이클로로메테인:헥세인=6:1(체적비)을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 다이클로로메테인과 메탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-dmCP)2(debm)]을 적색 고체로서 얻었다(수량 1.37g, 수율 33%). 얻어진 적색 고체 1.36g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 2.6Pa의 압력하에서, 아르곤 가스의 유량을 11mL/min으로 하고, 318℃에서 승화 정제하였다. 승화 정제 후, 목적물인 적색 고체를 수량 1.13g, 수율 83%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 38]
Figure pat00046
또한 상기 단계 1에서 얻은 적색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 44에 나타내었다. 이들로부터, 본 합성예에서 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-dmCP)2(debm)]이 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3):0.40(t, 6H), 0.46(t, 6H), 1.15-1.35(m, 8H), 1.42(s, 6H), 1.77-1.83(m, 2H), 1.95(s, 6H), 2.14(s, 12H), 2.36(s, 12H), 5.14(s, 1H), 6.50(s, 2H), 6.82(s, 2H), 7.15(s, 2H), 7.32-7.40(s, 8H), 8.22(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-dmCP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 45에 나타내었다. 다이클로로메테인 용액의 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V-550DS)를 사용하여 측정되고, 다이클로로메테인만을 석영 셀에 넣고 측정한 스펙트럼을 뺀 것이다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-8600)를 사용하였다.
도 45에 있어서, [Ir(dmdppr-dmCP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액은 590nm에 흡수 피크가 관찰되고, 발광 파장의 피크는 631nm(여기 파장 495nm)이었다. 이 결과로부터, [Ir(dmdppr-dmCP)2(debm)]이 적색 발광하는 것이 확인되고, 발광 물질로서 이용 가능한 것을 알 수 있었다.
(실시예 10)
<<합성예 7>>
본 합성예에서는, 실시형태 1에서 구조식(110)으로 나타내어지는 본 발명의 유기 금속 착체인 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2-에틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-eCP)2(debm)])의 합성 방법을 구체적으로 나타낸다. [Ir(dmdppr-eCP)2(debm)]의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 39]
Figure pat00047
<단계 1; 3-에틸-4-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤레인-2-일)벤조나이트릴의 합성>
우선, 3-브로모-4-에틸벤조나이트릴 2.01g, 비스(피나콜레이토)다이보론 3.62g, 아세트산 포타슘 4.06g, 다이메틸설폭사이드(약칭: DMSO) 48mL를 환류관이 장착된 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이에 [1,1'-비스(다이페닐포스피노)페로센]팔라듐(II)다이클로라이드 다이클로로메테인 부가물(약칭: Pd(dppf)Cl2·CH2Cl2) 0.16g, 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(약칭: S-Phos) 0.16g을 첨가하여, 100℃에서 14시간 반 동안 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 그 후, 헥세인:아세트산 에틸=10:1을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하고, 목적물을 얻었다(백색 고체, 수량 1.34g, 수율 55%). 단계 1의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 40]
Figure pat00048
<단계 2; 5-(4-사이아노-2-에틸페닐)-2,3-비스(3,5-다이메틸페닐)피라진(약칭: Hdmdppr-eCP)의 합성>
다음으로, 5,6-비스(3,5-다이메틸페닐)피라진-2-일트라이플루오로메테인설폰산 1.91g, 3-에틸-4-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤레인-2-일)벤조나이트릴 1.34g, 인산 삼포타슘 3.25g, 톨루엔 30mL, 물 3mL를 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 플라스크 내를 감압하에서 교반함으로써 탈기한 후, 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0) 0.040g, 트리스(2,6-다이메톡시페닐)포스핀 0.077g을 첨가하여 110℃에서 5시간 동안 가열하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 그 후, 헥세인:아세트산 에틸=10:1(체적비)을 전개 용매로 한 플래시 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하고, 목적물의 피라진 유도체인 Hdmdppr-eCP(약칭)를 얻었다(황백색 고체, 수량 1.65g, 수율 90%). 단계 2의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 41]
Figure pat00049
<단계 3; 다이-μ-클로로-테트라키스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2-에틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-eCP)2Cl]2)의 합성>
다음으로, 2-에톡시에탄올 15mL, 물 5mL, 상기 단계 2에서 얻은 Hdmdppr-eCP 1.65g, 염화 이리듐 수화물(IrCl3·H2O)(Furuya Metal Co., Ltd. 제조) 0.57g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 1시간 동안 조사하여 반응시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 잔사를 메탄올을 사용하여 흡인 여과하고 세정하고, 복핵 착체인 [Ir(dmdppr-eCP)2Cl]2를 얻었다(적색 고체, 수량 1.34g, 수율 66%). 또한 단계 3의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 42]
Figure pat00050
<단계 4; 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2-에틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-eCP)2(debm)])의 합성>
또한 2-에톡시에탄올 20mL, 상기 단계 3에서 얻은 복핵 착체인 [Ir(dmdppr-eCP)2Cl]2 1.34g, 3,7-다이에틸노네인-4,6-다이온(약칭: Hdebm) 0.40g, 탄산 소듐 0.67g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 1시간 반 동안 조사하여 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 다이클로로메테인:헥세인=4:1(체적비)을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 다이클로로메테인과 메탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-eCP)2(debm)]을 짙은 적색 고체로서 얻었다(수량 0.61g, 수율 39%). 얻어진 짙은 적색 고체 0.60g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 2.5Pa의 압력하에서, 아르곤 가스의 유량을 10.5mL/min으로 하고, 300℃에서 승화 정제하였다. 승화 정제 후, 목적물인 짙은 적색 고체를 수량 0.34g, 수율 57%로 얻었다. 단계 4의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 43]
Figure pat00051
또한 상기 단계 4에서 얻은 짙은 적색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 46에 나타내었다. 이들로부터, 본 합성예 7에서 상술한 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-eCP)2(debm)]이 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2):0.32(t, 6H), 0.37(t, 6H), 1.10(t, 6H), 1.20-1.36(m, 8H), 1.41(s, 6H), 1.78-1.83(m, 2H), 1.96(s, 6H), 2.38(s, 12H), 2.71-2.82(m, 4H), 5.15(s, 1H), 6.51(s, 2H), 6.84(s, 2H), 7.20(s, 2H), 7.30-7.38(m, 6H), 7.52(d, 2H), 7.62(s, 2H), 8.45(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-eCP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 47에 나타내었다. 다이클로로메테인 용액의 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V-550DS)를 사용하여 측정되고, 다이클로로메테인만을 석영 셀에 넣고 측정한 스펙트럼을 뺀 것이다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-8600)를 사용하였다.
도 47에 있어서, [Ir(dmdppr-eCP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액은 592nm에 흡수 피크가 관찰되고, 발광 파장의 피크는 641nm(여기 파장 505nm)이었다. 이 결과로부터, [Ir(dmdppr-eCP)2(debm)]이 적색 발광하는 것이 확인되고, 발광 물질로서 이용 가능한 것을 알 수 있었다.
(실시예 11)
<<합성예 8>>
본 합성예에서는, 실시형태 1에서 구조식(112)으로 나타내어지는 본 발명의 유기 금속 착체인 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(3-사이아노-2,4-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-24dm3CP)2(debm)])의 합성 방법을 구체적으로 나타낸다. [Ir(dmdppr-24dm3CP)2(debm)]의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 44]
Figure pat00052
<단계 1; 2,6-다이메틸-3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤레인-2-일)벤조나이트릴의 합성>
우선, 3-브로모-2,6-다이메틸벤조나이트릴 2.00g, 비스(피나콜레이토)다이보론 3.59g, 아세트산 포타슘 4.09g, 다이메틸설폭사이드(약칭: DMSO) 48mL를 환류관이 장착된 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이에 [1,1'-비스(다이페닐포스피노)페로센]팔라듐(II)다이클로라이드 다이클로로메테인 부가물(약칭: Pd(dppf)Cl2·CH2Cl2) 0.078g, 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(약칭: S-Phos) 0.078g을 첨가하여, 100℃에서 14시간 반 동안 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 그 후, 헥세인:아세트산 에틸=10:1을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하고, 목적물을 얻었다(백색 고체, 수량 2.35g, 수율 99%). 단계 1의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 45]
Figure pat00053
<단계 2; 5-(3-사이아노-2,4-다이메틸페닐)-2,3-비스(3,5-다이메틸페닐)피라진(약칭: Hdmdppr-24dm3CP)의 합성>
다음으로, 5,6-비스(3,5-다이메틸페닐)피라진-2-일트라이플루오로메테인설폰산 2.58g, 2,6-다이메틸-3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤레인-2-일)벤조나이트릴 2.35g, 인산 삼포타슘 5.81g, 톨루엔 50mL, 물 5mL를 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 플라스크 내를 감압하에서 교반함으로써 탈기한 후, 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0) 0.054g, 트리스(2,6-다이메톡시페닐)포스핀 0.11g을 첨가하여 110℃에서 6시간 동안 가열하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 그 후, 헥세인:아세트산 에틸=5:1(체적비)을 전개 용매로 한 플래시 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하고, 목적물의 피라진 유도체인 Hdmdppr-24dm3CP를 얻었다(백색 고체, 수량 1.28g, 수율 52%). 단계 2의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 46]
Figure pat00054
<단계 3; 다이-μ-클로로-테트라키스{4,6-다이메틸-2-[5-(3-사이아노-2,4-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-24dm3CP)2Cl]2)의 합성>
다음으로, 2-에톡시에탄올 15mL, 물 5mL, 상기 단계 2에서 얻은 Hdmdppr-24dm3CP 1.27g, 염화 이리듐 수화물(IrCl3·H2O)(Furuya Metal Co., Ltd. 제조) 0.45g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 1시간 동안 조사하여 반응시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 잔사를 메탄올을 사용하여 흡인 여과하고 세정하고, 복핵 착체인 [Ir(dmdppr-24dm3CP)2Cl]2를 얻었다(주황색 고체, 수량 1.04g, 수율 63%). 단계 3의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 47]
Figure pat00055
<단계 4; 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(3-사이아노-2,4-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-24dm3CP)2(debm)])의 합성>
또한 2-에톡시에탄올 20mL, 상기 단계 3에서 합성된 복핵 착체인 [Ir(dmdppr-24dm3CP)2Cl]2 1.04g, 3,7-다이에틸노네인-4,6-다이온(약칭: Hdebm) 0.30g, 탄산 소듐 0.50g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 2시간 동안 조사하여 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 다이클로로메테인:헥세인=4:1(체적비)을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 다이클로로메테인과 메탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-24dm3CP)2(debm)]을 적색 고체로서 얻었다(수량 0.45g, 수율 39%). 얻어진 적색 고체 0.43g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 2.7Pa의 압력하에서, 아르곤 가스의 유량을 10.5mL/min으로 하고, 313℃에서 승화 정제하였다. 승화 정제 후, 목적물인 적색 고체를 수량 0.33g, 수율 77%로 얻었다. 단계 4의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 48]
Figure pat00056
또한 상기 단계 4에서 얻은 적색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 48에 나타내었다. 이들로부터, 본 합성예에서 상술한 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-24dm3CP)2(debm)]이 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3):0.27(t, 6H), 0.35(t, 6H), 1.16-1.25(m, 6H), 1.31-1.37(m, 2H), 1.43(s, 6H), 1.74-1.79(s, 2H), 1.97(s, 6H), 2.38(s, 12H), 2.57(s, 12H), 5.05(s, 1H), 6.50(s, 2H), 6.83(s, 2H), 7.15-7.17(m, 4H), 7.36-7.44(m, 6H), 8.39(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-24dm3CP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 49에 나타내었다. 다이클로로메테인 용액의 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V-550DS)를 사용하여 측정되고, 다이클로로메테인만을 석영 셀에 넣고 측정한 스펙트럼을 뺀 것이다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-8600)를 사용하였다.
도 49에 있어서, [Ir(dmdppr-24dm3CP)2(debm)]의 다이클로로메테인 용액은 587nm에 흡수 피크가 관찰되고, 발광 파장의 피크는 634nm(여기 파장 495nm)이었다. 이 결과로부터, [Ir(dmdppr-24dm3CP)2(debm)]이 적색 발광하는 것이 확인되고, 발광 물질로서 이용 가능한 것을 알 수 있었다.
(실시예 12)
<<합성예 9>>
본 합성예에서는, 실시형태 1에서 구조식(119)으로 나타내어지는 본 발명의 유기 금속 착체인 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(1,3-다이사이클로헥실-1,3-프로페인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-mCP)2(dchm)])의 합성 방법을 구체적으로 나타낸다. [Ir(dmdppr-mCP)2(dchm)]의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 49]
Figure pat00057
<단계 1; 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(1,3-다이사이클로헥실-1,3-프로페인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-mCP)2(dchm)])의 합성>
2-에톡시에탄올 25mL, 복핵 착체인 다이-μ-클로로-테트라키스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2,5-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-mCP)2Cl]2) 2.19g, 1,3-다이사이클로헥실-1,3-프로페인다이온(약칭: Hdchm) 0.78g, 탄산 소듐 1.17g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 2시간 반 동안 조사하여 반응시켰다. 용매를 증류하여 제거하고, 얻어진 잔사를 다이클로로메테인:헥세인=4:1(체적비)을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 다이클로로메테인과 메탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-mCP)2(dchm)]을 짙은 적색 고체로서 얻었다(수량 0.28g, 수율 11%). 얻어진 짙은 적색 고체 0.28g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 2.6Pa의 압력하에서, 아르곤 가스의 유량을 10.5mL/min으로 하고, 320℃에서 승화 정제하였다. 승화 정제 후, 목적물인 짙은 적색 고체를 수량 0.10g, 수율 36%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 50]
Figure pat00058
또한 상기 단계 1에서 얻은 짙은 적색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 50에 나타내었다. 이들로부터, 본 합성예에서 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-mCP)2(dchm)]이 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2):1.13-1.19(m, 12H), 1.39(s, 6H), 1.46-1.49(m, 2H), 1.55-1.62(m, 6H), 1.95(s, 6H), 2.00-2.04(m, 2H), 2.38(s, 12H), 2.45(s, 6H), 5.23(s, 1H), 6.48(s, 2H), 6.84(s, 2H), 7.20(s, 2H), 7.37(s, 4H), 7.52(d, 2H), 7.58(d, 2H), 7.61(s, 2H), 8.46(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-mCP)2(dchm)]의 다이클로로메테인 용액에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 51에 나타내었다. 다이클로로메테인 용액의 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V-550DS)를 사용하여 측정되고, 다이클로로메테인만을 석영 셀에 넣고 측정한 스펙트럼을 뺀 것이다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-8600)를 사용하였다.
도 51에 있어서, [Ir(dmdppr-mCP)2(dchm)]의 다이클로로메테인 용액은 599nm에 흡수 피크가 관찰되고, 발광 파장의 피크는 651nm(여기 파장 506nm)이었다. 이 결과로부터, [Ir(dmdppr-mCP)2(dchm)]이 적색 발광하는 것이 확인되고, 발광 물질로서 이용 가능한 것을 알 수 있었다.
(실시예 13)
<<합성예 10>>
본 합성예에서는, 본 발명의 유기 금속 착체인 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(4,8-다이프로필-5,7-운데케인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-mCP)2(dppem)])의 합성 방법을 구체적으로 나타낸다. [Ir(dmdppr-mCP)2(dppem)]의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 51]
Figure pat00059
<단계 1; 4,8-다이프로필-5,7-운데케인다이온(약칭: Hdppem)의 합성>
우선, N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF) 18mL, 포타슘-t-뷰톡사이드(약칭: tBuOK) 3.91g을 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하고, 50℃까지 가열하였다. 이 용액에, 2-프로필길초산 메틸 3.02g, 1.8mL의 DMF에 용해시킨 3-프로필-2-온 2.01g을 첨가하고, 50℃에서 10시간 동안 교반하였다. 얻어진 용액을 실온까지 냉각시키고, 20% 황산 8.5mL, 물 18mL를 첨가하고, 톨루엔을 사용하여 추출을 수행하였다. 얻어진 잔사를 헥세인을 전개 용매로 한 플래시 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하고, 목적물인 Hdppem을 얻었다(황색 오일, 수량 0.72g, 수율 19%). 단계 1의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 52]
Figure pat00060
<단계 2; 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(4,8-다이프로필-5,7-운데케인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-mCP)2(dppem)])의 합성>
또한 복핵 착체인 다이-μ-클로로-테트라키스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2,5-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-mCP)2Cl]2) 0.65g, 단계 1에서 얻은 Hdppem 0.25g, 탄산 소듐 0.33g을 환류관이 장착된 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이에 탈수 DMF 8mL를 첨가한 후, 153℃에서 2시간 동안 가열하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 톨루엔을 사용하여 흡인 여과를 수행하고, 여과액을 농축하였다. 얻어진 잔사를 다이클로로메테인:헥세인=4:1(체적비)을 전개 용매로 한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 다이클로로메테인과 메탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-mCP)2(dppem)]을 짙은 적색 고체로서 얻었다(수량 0.43g, 수율 54%). 얻어진 짙은 적색 고체 0.42g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 2.6Pa의 압력하에서, 아르곤 가스의 유량을 10.5mL/min으로 하고, 303℃에서 승화 정제하였다. 승화 정제 후, 목적물인 짙은 적색 고체를 수량 0.27g, 수율 64%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 53]
Figure pat00061
또한 상기 단계 2에서 얻은 짙은 적색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 52에 나타내었다. 이들로부터, 본 합성예 10에서 상술한 본 발명의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdppr-mCP)2(dppem)]이 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2):0.47(t, 6H), 0.49(t, 6H), 0.67-0.78(m, 6H), 0.96-1.02(m, 2H), 1.12-1.22(m, 6H), 1.24-1.32(m, 2H), 1.41(s, 6H), 1.95(s, 6H), 2.02-2.08(m, 2H), 2.30-2.50(m, 18H), 5.15(s, 1H), 6.50(s, 2H), 6.84(s, 2H), 7.20(s, 2H), 7.35(s, 4H), 7.44(d, 2H), 7.55(d, 2H), 7.60(s, 2H), 8.46(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdppr-mCP)2(dppem)]의 다이클로로메테인 용액에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 53에 나타내었다. 다이클로로메테인 용액의 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V-550DS)를 사용하여 측정되고, 다이클로로메테인만을 석영 셀에 넣고 측정한 스펙트럼을 뺀 것이다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-8600)를 사용하였다.
도 53에 있어서, [Ir(dmdppr-mCP)2(dppem)]의 다이클로로메테인 용액은 595nm에 흡수 피크가 관찰되고, 발광 파장의 피크는 645nm(여기 파장 505nm)이었다. 이 결과로부터, [Ir(dmdppr-mCP)2(dppem)]이 적색 발광하는 것이 확인되고, 발광 물질로서 이용 가능한 것을 알 수 있었다.
(실시예 14)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체를 사용한 발광 디바이스 3, 발광 디바이스 4, 및 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체를 사용하지 않는 비교 발광 디바이스 3에 대하여 설명한다. 발광 디바이스 3, 발광 디바이스 4, 및 비교 발광 디바이스 3에 사용한 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 54]
Figure pat00062
(발광 디바이스 3의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 그 막 두께는 70nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과 전자 억셉터 재료(OCHD-001)를 중량비 1:0.05(=PCBBiF:OCHD-001)이 되도록 10nm의 막 두께로 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에 PCBBiF를 막 두께가 90nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 형성하였다.
이어서, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 9-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mDBtBPNfpr)과, PCBBiF와, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(3,7-다이에틸-4,6-노네인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)])을, 중량비 0.7:0.3:0.1(=9mDBtBPNfpr:PCBBiF:[Ir(dmdppr-mCP)2(debm)])이 되도록 40nm의 막 두께로 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에 상기 구조식(ix)으로 나타내어지는 2-[3'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mFBPTzn)을 막 두께가 10nm가 되도록 증착하고, 상기 구조식(xiii)으로 나타내어지는 2-[3-(2,6-다이메틸-3-피리딘일)-5-(9-페난트렌일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mPn-mDMePyPTzn)과, 상기 구조식(x)으로 나타내어지는 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq)을 중량비 1:1이 되도록 35nm의 막 두께로 공증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 막 두께가 1nm가 되도록 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 이어서 알루미늄을 막 두께가 200nm가 되도록 증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써, 본 실시예의 발광 디바이스 3을 제작하였다.
(발광 디바이스 4의 제작 방법)
발광 디바이스 4는, 발광 디바이스 3에서의 [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)]을, 상기 구조식(xi)으로 나타내어지는 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(4,8-다이프로필-5,7-운데케인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-mCP)2(dppem)])으로 변경한 것 외에는 발광 디바이스 3과 마찬가지로 제작하였다.
(비교 발광 디바이스 3의 제작 방법)
비교 발광 디바이스 3은, 발광 디바이스 3에서의 [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)]을, 상기 구조식(xii)으로 나타내어지는 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2-메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-mCP)2(dpm)])으로 변경한 것 외에는 발광 디바이스 3과 마찬가지로 제작하였다.
상기 발광 디바이스의 소자 구조를 이하의 표에 정리하였다.
[표 9]
Figure pat00063
상기 발광 디바이스를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서, 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서의 1시간의 열처리를 수행함)을 수행한 후, 발광 디바이스의 초기 특성을 측정하였다.
발광 디바이스 3, 발광 디바이스 4, 및 비교 발광 디바이스 3의 휘도-전류 밀도 특성을 도 54에, 전류 효율-휘도 특성을 도 55에, 휘도-전압 특성을 도 56에, 전류-전압 특성을 도 57에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 58에, 파워 효율-휘도 특성을 도 59에, 발광 스펙트럼을 도 60에 나타내었다. 또한 각 발광 디바이스의 1000cd/m2 부근에서의 주요한 특성을 이하에 나타낸다.
[표 10]
Figure pat00064
도 54 내지 도 60으로부터, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 3 및 발광 디바이스 4는 비교 발광 디바이스 3과 비교하여, 구동 전압이 낮고, 전류 효율, 외부 양자 효율, 파워 효율이 유의하게 높은, 특성이 매우 양호한 발광 소자인 것을 알 수 있다. 특히 전류 효율 및 파워 효율에서의 차이가 큰 것은, 구동 전압의 저하의 영향뿐만 아니라 발광 피크 파장이 약간 단파장화된 것에 의한 효과라고 할 수도 있다. 즉, 발광 피크 파장이 단파장화됨으로써, 시감도가 비교적 높은 영역의 광이 증가되어 외부 양자 효율보다 전류 효율 및 파워 효율에서 큰 향상 효과가 얻어졌다고 할 수 있다. 또한 발광 디바이스 3 및 발광 디바이스 4에서 사용한 [Ir(dmdppr-mCP)2(debm)], [Ir(dmdppr-mCP)2(dppem)]의 발광 스펙트럼은 반치 폭이 좁고, 색 순도가 양호한 발광을 나타낸다. 반치 폭이 좁으면 발광 스펙트럼이 단파장화되어도 양호한 색도를 유지할 수 있다. 또한 반치 폭이 좁으면 시감도가 낮은 장파장 영역의 발광도 적기 때문에, 발광 디바이스 3 및 발광 디바이스 4는 더 효율적인 발광 디바이스라고 할 수 있다.
101: 제 1 전극
102: 제 2 전극
103: EL층
111: 정공 주입층
112: 정공 수송층
113: 발광층
114: 전자 수송층
115: 전자 주입층
116: 전하 발생층
117: P형층
118: 전자 릴레이층
119: 전자 주입 버퍼층
400: 기판
401: 제 1 전극
403: EL층
404: 제 2 전극
405: 실재
406: 실재
407: 밀봉 기판
412: 패드
420: IC칩
501: 양극
502: 음극
511: 제 1 발광 유닛
512: 제 2 발광 유닛
513: 전하 발생층
601: 구동 회로부(소스선 구동 회로)
602: 화소부
603: 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
604: 밀봉 기판
605: 실재
607: 공간
608: 배선
609: FPC(flexible printed circuit)
610: 소자 기판
611: 스위칭용 FET
612: 전류 제어용 FET
613: 제 1 전극
614: 절연물
616: EL층
617: 제 2 전극
618: 발광 디바이스
951: 기판
952: 전극
953: 절연층
954: 격벽층
955: EL층
956: 전극
1001: 기판
1002: 하지 절연막
1003: 게이트 절연막
1006: 게이트 전극
1007: 게이트 전극
1008: 게이트 전극
1020: 제 1 층간 절연막
1021: 제 2 층간 절연막
1022: 전극
1024W: 제 1 전극
1024R: 제 1 전극
1024G: 제 1 전극
1024B: 제 1 전극
1025: 격벽
1028: EL층
1029: 제 2 전극
1031: 밀봉 기판
1032: 실재
1033: 투명한 기재
1034R: 적색 착색층
1034G: 녹색 착색층
1034B: 청색 착색층
1035: 블랙 매트릭스
1036: 오버 코트층
1037: 제 3 층간 절연막
1040: 화소부
1041: 구동 회로부
1042: 주변부
2001: 하우징
2002: 광원
2100: 로봇
2110: 연산 장치
2101: 조도 센서
2102: 마이크로폰
2103: 상부 카메라
2104: 스피커
2105: 디스플레이
2106: 하부 카메라
2107: 장애물 센서
2108: 이동 기구
3001: 조명 장치
5000: 하우징
5001: 표시부
5002: 표시부
5003: 스피커
5004: LED 램프
5006: 접속 단자
5007: 센서
5008: 마이크로폰
5012: 지지부
5013: 이어폰
5100: 로봇 청소기
5101: 디스플레이
5102: 카메라
5103: 브러시
5104: 조작 버튼
5150: 휴대 정보 단말기
5151: 하우징
5152: 표시 영역
5153: 굴곡부
5120: 쓰레기
5200: 표시 영역
5201: 표시 영역
5202: 표시 영역
5203: 표시 영역
7101: 하우징
7103: 표시부
7105: 스탠드
7107: 표시부
7109: 조작 키
7110: 리모트 컨트롤러
7201: 본체
7202: 하우징
7203: 표시부
7204: 키보드
7205: 외부 접속 포트
7206: 포인팅 디바이스
7210: 제 2 표시부
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작 버튼
7404: 외부 접속 포트
7405: 스피커
7406: 마이크로폰
7400: 휴대 전화기
9310: 휴대 정보 단말기
9311: 표시 패널
9313: 힌지
9315: 하우징

Claims (22)

  1. 일반식(G1)으로 나타내어지는, 유기 금속 착체:
    Figure pat00065

    상기 일반식(G1)에 있어서,
    A1 내지 A4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기를 나타내고,
    R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 사이아노기 중 어느 하나를 나타내고,
    R1 내지 R5 중 적어도 하나는 사이아노기를 나타내고,
    R11 내지 R14는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기를 나타내고,
    R15 및 R16은 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 및 에틸기 중 어느 하나를 나타내고,
    R11 및 R12는 서로 결합되어 고리를 형성하고,
    R13 및 R14는 서로 결합되어 고리를 형성한다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    R15 및 R16은 각각 수소인, 유기 금속 착체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    R11 및 R12는 동일한 기인, 유기 금속 착체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    R11 및 R12는 동일한 기이고,
    R13 및 R14는 동일한 기인, 유기 금속 착체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    R11 내지 R14는 동일한 기인, 유기 금속 착체.
  6. 일반식(G1-1)으로 나타내어지는, 유기 금속 착체:
    Figure pat00066

    상기 일반식(G1-1)에 있어서,
    A1 내지 A4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기를 나타내고,
    R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 사이아노기 중 어느 하나를 나타내고,
    R1 내지 R5 중 적어도 하나는 사이아노기를 나타낸다.
  7. 일반식(G2)으로 나타내어지는, 유기 금속 착체:
    Figure pat00067

    상기 일반식(G2)에 있어서,
    A1 내지 A4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기를 나타내고,
    R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타내고,
    R11 내지 R14는 각각 독립적으로 탄소수 2 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기를 나타내고,
    R15 및 R16은 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 및 에틸기 중 어느 하나를 나타내고,
    R11 및 R12는 서로 결합되어 고리를 형성하고,
    R13 및 R14는 서로 결합되어 고리를 형성한다.
  8. 제 7 항에 있어서,
    R15 및 R16은 각각 수소인, 유기 금속 착체.
  9. 제 7 항에 있어서,
    R11 및 R12는 동일한 기인, 유기 금속 착체.
  10. 제 7 항에 있어서,
    R11 및 R12는 동일한 기이고,
    R13 및 R14는 동일한 기인, 유기 금속 착체.
  11. 제 7 항에 있어서,
    R11 내지 R14는 동일한 기인, 유기 금속 착체.
  12. 일반식(G2-1)으로 나타내어지는, 유기 금속 착체:
    Figure pat00068

    상기 일반식(G2-1)에 있어서,
    A1 내지 A4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기를 나타내고,
    R6 및 R7은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기를 나타낸다.
  13. 제 1 항에 있어서,
    A1 내지 A4는 각각 독립적으로 메틸기 또는 t-뷰틸기를 나타내는, 유기 금속 착체.
  14. 일반식(G3)으로 나타내어지는, 유기 금속 착체:
    Figure pat00069

    상기 일반식(G3)에 있어서,
    R6 및 R7은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기를 나타낸다.
  15. 제 7 항에 있어서,
    R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소 또는 메틸기를 나타내고,
    R6 및 R7 중 적어도 하나는 메틸기를 나타내는, 유기 금속 착체.
  16. 제 1 항에 있어서,
    발광 스펙트럼의 피크 파장은 600nm 이상인, 유기 금속 착체.
  17. 톱 이미션용 발광 재료로서,
    제 1 항에 따른 유기 금속 착체를 포함하는, 톱 이미션 구조용 발광 재료.
  18. 발광 디바이스로서,
    제 1 항에 따른 유기 금속 착체를 포함하는, 발광 디바이스.
  19. 광 디바이스로서,
    제 1 항에 따른 유기 금속 착체를 포함하는, 광 디바이스.
  20. 전자 기기로서,
    제 18 항에 따른 발광 디바이스; 및
    센서, 조작 버튼, 스피커, 및 마이크로폰 중 적어도 하나를 포함하는, 전자 기기.
  21. 발광 장치로서,
    제 18 항에 따른 발광 디바이스; 및
    트랜지스터 및 기판 중 적어도 하나를 포함하는, 발광 장치.
  22. 조명 장치로서,
    제 18 항에 따른 발광 디바이스; 및
    하우징을 포함하는, 조명 장치.
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