KR20210097839A - 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents
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Abstract
구동 전압이 낮고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공한다. 발광 소자에서, 게스트 재료와 호스트 재료의 조합은 엑시플렉스를 형성한다. 게스트 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있다. 발광층으로부터의 발광은 게스트 재료로부터의 발광 및 엑시플렉스로부터의 발광을 포함한다. 발광층으로부터의 발광에 대한 엑시플렉스로부터의 발광의 비율은 0%보다 높고 60% 이하이다. 게스트 재료로부터의 발광의 에너지에서 엑시플렉스로부터의 발광의 에너지를 뺀 후의 에너지는 0eV보다 크고 0.23eV 이하이다.
Description
본 발명의 일 형태는 발광 소자, 또는 상기 발광 소자를 각각 포함하는 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)되는 발명의 일 형태의 기술분야는 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태의 기술분야의 예에는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 이들 중 임의의 것의 구동 방법, 및 이들 중 임의의 것의 제작 방법이 포함된다.
근년, EL(electroluminescence)을 사용한 발광 소자에 대한 연구 개발이 널리 진행되고 있다. 이러한 발광 소자의 기본적인 구조에서는, 발광성 물질을 포함하는 층(EL층)이 한 쌍의 전극 사이에 개재(介在)되어 있다. 이 소자의 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 발광성 물질로부터의 발광을 얻을 수 있다.
상기 발광 소자는 자발광형이기 때문에, 이 발광 소자를 사용한 표시 장치는 시인성이 높고, 백라이트가 불필요하고, 소비전력이 낮은 등의 이점을 갖는다. 또한, 상기 표시 장치는 얇고 가볍게 형성할 수 있고, 응답 속도가 빠르다는 이점도 갖는다.
EL층이 발광성 물질로서 유기 화합물을 포함하며 한 쌍의 전극 사이에 제공되어 있는 발광 소자(예를 들어, 유기 EL 소자)에서는, 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공이 발광성을 갖는 EL층에 주입되어 전류가 흐른다. 주입된 전자와 정공이 재결합함으로써, 발광성을 갖는 유기 화합물이 여기 상태가 되어 발광이 얻어진다.
또한, 유기 화합물에 의하여 형성되는 여기 상태는 단일항 여기 상태(S*) 또는 삼중항 여기 상태(T*)일 수 있다. 단일항 여기 상태로부터의 발광을 형광이라고 하고, 삼중항 여기 상태로부터의 발광을 인광이라고 한다. 발광 소자에서의 S* 대 T*의 생성비는 1:3이다. 따라서, 인광을 방출하는 화합물(인광성 화합물)을 포함하는 발광 소자는 형광을 방출하는 화합물(형광성 화합물)을 포함하는 발광 소자보다 발광 효율이 더 높다. 그러므로, 근년에는 삼중항 여기 상태의 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 인광성 화합물을 포함하는 발광 소자가 활발히 개발되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
유기 화합물을 여기시키기 위한 에너지는, 유기 화합물의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 의존한다. 이 에너지 차이는 실질적으로 단일항 여기 에너지에 상당한다. 인광성 화합물을 포함하는 발광 소자에서는, 삼중항 여기 에너지가 발광 에너지로 변환된다. 따라서, 유기 화합물의 단일항 여기 에너지와 삼중항 여기 에너지의 차이가 큰 경우, 유기 화합물을 여기시키기 위한 에너지는 상기 에너지 차이만큼 발광 에너지보다 높아진다. 유기 화합물을 여기시키기 위한 에너지와 발광 에너지의 차이는, 발광 소자의 구동 전압을 상승시켜 발광 소자의 소자 특성에 영향을 미친다. 이러한 이유로, 구동 전압을 저감하기 위한 방법이 모색되고 있다(특허문헌 2 참조).
인광성 화합물을 포함하는 발광 소자 중에서, 청색광을 방출하는 발광 소자는, 삼중항 여기 에너지 준위가 높은 안정적인 화합물의 개발이 어려운 것으로 인하여 아직 실용화에 이르지 못하고 있다. 따라서, 인광성 화합물을 사용하여 형성되며 발광 효율이 높은, 신뢰성이 높은 발광 소자의 개발이 요구되고 있다.
발광 효율이 높은 인광성 화합물로서 이리듐 착체가 알려져 있다. 발광 에너지가 높은 이리듐 착체로서, 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 배위자로서 포함하는 이리듐 착체가 알려져 있다. 상기 질소 함유 5원 헤테로고리 골격은 삼중항 여기 에너지가 높지만, 질소 함유 6원 헤테로고리 골격보다 전자 수용성이 낮다. 그러므로, 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 배위자로서 포함하는 이리듐 착체는, LUMO 준위가 높고 전자 캐리어가 쉽게 주입되지 않는다. 이러한 이유로, 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 배위자로서 포함하는 이리듐 착체에서는, 캐리어의 직접 재결합에 의한 캐리어의 여기가 어렵고, 이는 효율적인 발광이 어렵다는 것을 의미한다. 또한, 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 배위자로서 갖는 이리듐 착체는 HOMO 준위가 높은 경향이 있고, LUMO 준위가 낮은 다른 화합물과 상호 작용함으로써, 엑시플렉스를 형성하는 경우가 있다.
질소 함유 6원 헤테로고리 골격은 전자 수용성이 높다. 따라서, 질소 함유 6원 헤테로고리 골격을 배위자로서 포함하는 이리듐 착체는 LUMO 준위가 낮고, 전자 캐리어가 쉽게 주입된다. 질소 함유 6원 헤테로고리 골격을 배위자로서 포함하는 이리듐 착체는 LUMO 준위가 낮기 때문에, 질소 함유 6원 헤테로고리 골격을 배위자로서 포함하는 이리듐 착체가 HOMO 준위가 높은 다른 화합물과 상호 작용함으로써, 엑시플렉스를 형성하는 경우가 있다.
이리듐 착체 및 다른 화합물이 엑시플렉스를 형성하면, 이리듐 착체로부터 방출되는 광의 발광 효율의 저하 또는 발광 소자의 구동 전압의 상승 등의 문제가 발생한다. 그러므로, 이리듐 착체를 사용하는 발광 소자를 위하여, 발광 효율이 높고 낮은 전압으로 구동되는 발광 소자의 개발이 요구되고 있다.
상기 관점에서, 본 발명의 일 형태의 과제는 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신규 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신규 발광 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신규 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태에서, 모든 과제를 달성할 필요는 없다. 다른 과제는 명세서 등의 기재로부터 명백해질 것이며 추출될 수 있다.
본 발명의 다른 일 형태는 발광층을 포함하는 발광 소자이다. 발광층은 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함한다. 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽은 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위 이상의 LUMO 준위, 및 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 HOMO 준위 이상의 HOMO 준위를 갖는다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합은 제 1 엑시플렉스를 형성한다. 제 1 유기 화합물은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있다. 발광층으로부터의 발광은 제 1 유기 화합물로부터의 발광 및 제 1 엑시플렉스로부터의 발광을 포함한다. 발광층으로부터의 발광에 대한 제 1 엑시플렉스로부터의 발광의 비율은 0%보다 높고 60% 이하이다.
본 발명의 다른 일 형태는 발광층을 포함하는 발광 소자이다. 발광층은 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함한다. 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽은 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위 이상의 LUMO 준위, 및 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 HOMO 준위 이상의 HOMO 준위를 갖는다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합은 제 1 엑시플렉스를 형성한다. 제 1 유기 화합물은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있다. 제 1 유기 화합물로부터의 발광의 에너지가 EG_ em이고, 제 1 엑시플렉스로부터의 발광의 에너지가 EEx _ em인 경우, 이하의 관계식을 만족시킨다: 0eV<EG_em-EEx_em≤0.23eV.
상기 구조에서는, EG_ em은 제 1 유기 화합물의 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 발광 피크의 파장으로부터 산출된 에너지인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 발광층을 포함하는 발광 소자이다. 발광층은 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함한다. 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽은 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위 이상의 LUMO 준위, 및 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 HOMO 준위 이상의 HOMO 준위를 갖는다. 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합은 제 1 엑시플렉스를 형성한다. 제 1 유기 화합물은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있다. 제 1 유기 화합물의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출된 전이 에너지가 EG_ abs이고, 제 1 엑시플렉스로부터의 발광의 에너지가 EEx _ em인 경우, 이하의 관계식을 만족시킨다: 0eV<EG_abs-EEx_em≤0.30eV.
상기 구조 각각에서는, EEx _ em은 제 1 엑시플렉스의 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 발광 피크의 파장으로부터 산출된 에너지인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 발광층을 포함하는 발광 소자이다. 발광층은 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함한다. 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽은 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위 이상의 LUMO 준위, 및 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 HOMO 준위 이상의 HOMO 준위를 갖는다. 제 1 유기 화합물은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있다. 제 1 유기 화합물의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출되는 전이 에너지는 EG_ abs이고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 한쪽의 HOMO 준위와, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위의 에너지 차이는 ΔEEx인 경우, 이하의 관계식을 만족시킨다: 0eV<EG_abs-ΔEEx≤0.23eV.
상기 구조에서, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합은 제 1 엑시플렉스를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 구조 각각에서, 제 2 유기 화합물의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위는 제 1 유기 화합물의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위 이상인 것이 바람직하고, 제 1 유기 화합물의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위는 제 1 엑시플렉스의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위 이상인 것이 바람직하다.
상기 구조 각각에서, 발광층은 제 3 유기 화합물을 포함하는 것이 더 바람직하다. 제 2 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물 중 한쪽은 제 2 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위 이상의 LUMO 준위, 및 제 2 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물 중 다른 쪽의 HOMO 준위 이상의 HOMO 준위를 갖는 것이 바람직하다. 제 2 유기 화합물과 제 3 유기 화합물의 조합은 제 2 엑시플렉스를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 구조 각각에서, 제 2 유기 화합물의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위, 및 제 3 유기 화합물의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위는 제 2 엑시플렉스의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위 이상인 것이 바람직하다. 제 2 엑시플렉스의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위는 제 1 유기 화합물의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위 이상인 것이 바람직하다.
상기 구조 각각에서, 제 2 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물 중 한쪽은 정공을 수송할 수 있는 것이 바람직하고, 제 2 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물 중 다른 쪽은 전자를 수송할 수 있는 것이 바람직하다. 제 2 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물 중 한쪽은 π전자 과잉형 헤테로방향족 고리 골격 및 방향족 아민 골격 중 적어도 한쪽을 포함하는 것이 바람직하고, 제 2 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물 중 다른 쪽은 π전자 부족형 헤테로방향족 고리 골격을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구조 각각에서, 발광층으로부터의 발광은 제 1 유기 화합물로부터의 발광 및 제 1 엑시플렉스로부터의 발광을 포함하고, 발광층으로부터의 발광은, 발광 강도가 1% 이하로 저감되는 시간이 37μs 이하인 발광 성분을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구조 각각에서, 제 1 유기 화합물은 이리듐을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 유기 화합물은 이리듐에 배위하는 배위자를 포함하고, 배위자는 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 포함하는 것이 바람직하다. 제 2 유기 화합물은 π전자 부족형 헤테로방향족 고리 골격을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 상기 구조 중 임의의 것을 갖는 발광 소자, 및 컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 한쪽을 포함하는 표시 장치이다. 본 발명의 다른 일 형태는 상기 표시 장치, 및 하우징 및 터치 센서 중 적어도 한쪽을 포함하는 전자 기기이다. 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구조 중 임의의 것을 갖는 발광 소자, 및 하우징 및 터치 센서 중 적어도 한쪽을 포함하는 조명 장치이다. 본 발명의 일 형태의 범주에는 발광 소자를 포함하는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 포함하는 전자 기기도 포함된다. 따라서, 본 명세서에서 발광 장치란 화상 표시 장치 및 광원(예를 들어, 조명 장치)을 말한다. 발광 장치는, FPC(flexible printed circuit) 또는 TCP(tape carrier package) 등의 커넥터가 발광 소자에 접속된 표시 모듈, TCP 끝에 인쇄 배선판이 제공된 표시 모듈, 또는 COG(chip on glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 발광 소자에 직접 탑재된 표시 모듈을 그 범주에 포함할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 다른 일 형태는 소비전력이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 다른 일 형태는 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 다른 일 형태는 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 본 발명의 다른 일 형태는 신규 발광 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 다른 일 형태는 신규 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태는 상술한 모든 효과를 반드시 가질 필요는 없다. 다른 효과는 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 명백해질 것이며, 추출될 수 있다.
첨부 도면에 있어서:
도 1은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도이고;
도 2의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 발광층의 단면 모식도이고, 도 2의 (B) 및 (C)는 에너지 준위의 상관을 각각 나타낸 도면이고;
도 3의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 발광층의 단면 모식도이고, 도 3의 (B) 및 (C)는 에너지 준위의 상관을 각각 나타낸 도면이고;
도 4의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 발광층의 에너지 준위의 상관을 각각 나타낸 도면이고;
도 5는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도이고;
도 6은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도이고;
도 7의 (A) 및 (B)는 각각 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도이고;
도 8의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 도시한 상면도 및 단면도이고;
도 9의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 각각 도시한 단면 모식도이고;
도 10의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 각각 도시한 단면 모식도이고;
도 11은 본 발명의 일 형태의 표시 모듈을 도시한 사시도이고;
도 12의 (A) 내지 (G)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 도시한 것이고;
도 13의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 도시한 사시도이고;
도 14는 본 발명의 일 형태의 조명 장치를 도시한 것이고;
도 15의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이고;
도 16의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이고;
도 17의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고;
도 18의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고;
도 19의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 20의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 21의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 22의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 23의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 24의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 25의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 26의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 27은 실시예에서의 외부 양자 효율과 엑시플렉스의 발광 비율의 관계를 나타낸 것이고;
도 28의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고, 도 28의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 29의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고, 도 29의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 30의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고, 도 30의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 31은 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 32는 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 33은 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 34는 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 35는 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 36은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 37은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 38은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 39는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 40은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 41은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 42는 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 43은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 44는 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 45는 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 46은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 47은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 48의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과 발광 수명의 관계를 나타낸 것이고, 도 48의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과 발광 수명의 관계를 나타낸 것이고;
도 49는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 50은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 51의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이고;
도 52의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이고;
도 53의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고;
도 54의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고;
도 55의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 56의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 57의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 58의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 59의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 60의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 61의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 62의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 63은 실시예에서의, 외부 양자 효율과 엑시플렉스의 발광 비율의 관계를 나타낸 것이고;
도 64는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 65는 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 66은 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 67의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고, 도 67의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 68은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 69는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 70은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 71은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 72는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 73은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 74는 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 75는 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 76은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 77은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 78은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 79는 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 80의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과 발광 수명의 관계를 나타낸 것이고, 도 80의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과 발광 수명의 관계를 나타낸 것이고;
도 81의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이고;
도 82의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이고;
도 83의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고;
도 84의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고;
도 85의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 86의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 87의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 88의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 89의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 90의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 91의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 92의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 93은 실시예에서의, 외부 양자 효율과 엑시플렉스의 발광 비율의 관계를 나타낸 것이고;
도 94는 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 95의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고, 도 95의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 96의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고, 도 96의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이다.
도 1은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도이고;
도 2의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 발광층의 단면 모식도이고, 도 2의 (B) 및 (C)는 에너지 준위의 상관을 각각 나타낸 도면이고;
도 3의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 발광층의 단면 모식도이고, 도 3의 (B) 및 (C)는 에너지 준위의 상관을 각각 나타낸 도면이고;
도 4의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 발광층의 에너지 준위의 상관을 각각 나타낸 도면이고;
도 5는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도이고;
도 6은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도이고;
도 7의 (A) 및 (B)는 각각 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도이고;
도 8의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 도시한 상면도 및 단면도이고;
도 9의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 각각 도시한 단면 모식도이고;
도 10의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 각각 도시한 단면 모식도이고;
도 11은 본 발명의 일 형태의 표시 모듈을 도시한 사시도이고;
도 12의 (A) 내지 (G)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 도시한 것이고;
도 13의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 도시한 사시도이고;
도 14는 본 발명의 일 형태의 조명 장치를 도시한 것이고;
도 15의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이고;
도 16의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이고;
도 17의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고;
도 18의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고;
도 19의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 20의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 21의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 22의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 23의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 24의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 25의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 26의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 27은 실시예에서의 외부 양자 효율과 엑시플렉스의 발광 비율의 관계를 나타낸 것이고;
도 28의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고, 도 28의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 29의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고, 도 29의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 30의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고, 도 30의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 31은 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 32는 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 33은 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 34는 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 35는 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 36은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 37은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 38은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 39는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 40은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 41은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 42는 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 43은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 44는 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 45는 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 46은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 47은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 48의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과 발광 수명의 관계를 나타낸 것이고, 도 48의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과 발광 수명의 관계를 나타낸 것이고;
도 49는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 50은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 51의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이고;
도 52의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이고;
도 53의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고;
도 54의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고;
도 55의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 56의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 57의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 58의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 59의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 60의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 61의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 62의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 63은 실시예에서의, 외부 양자 효율과 엑시플렉스의 발광 비율의 관계를 나타낸 것이고;
도 64는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 65는 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 66은 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 67의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고, 도 67의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 68은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 69는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 70은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 71은 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 72는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 73은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 74는 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 75는 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 76은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 77은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 78은 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 79는 실시예에서의 박막의 과도 발광 특성을 나타낸 것이고;
도 80의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과 발광 수명의 관계를 나타낸 것이고, 도 80의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과 발광 수명의 관계를 나타낸 것이고;
도 81의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이고;
도 82의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이고;
도 83의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고;
도 84의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이고;
도 85의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 86의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 87의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 88의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 89의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 90의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 91의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 92의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 박막의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 93은 실시예에서의, 외부 양자 효율과 엑시플렉스의 발광 비율의 관계를 나타낸 것이고;
도 94는 실시예에서의 게스트 재료의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이고;
도 95의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고, 도 95의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고;
도 96의 (A)는 실시예에서의, 엑시플렉스의 발광 비율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이고, 도 96의 (B)는 실시예에서의, 외부 양자 효율과, 게스트 재료와 엑시플렉스의 에너지 차이의 관계를 나타낸 것이다.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 이하에서 자세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 범위 및 취지에서 벗어남이 없이 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 이하의 실시형태의 내용에 한정하여 해석되지 않는다.
또한, 도면 등에 도시된 각 구조의 위치, 크기, 또는 범위 등은 이해를 쉽게 하기 위하여 정확히 표시되지 않는 경우가 있다. 그러므로, 개시된 발명은 도면 등에 개시된 바와 같은 위치, 크기, 또는 범위 등에 반드시 한정될 필요는 없다.
또한, 본 명세서 등에서 "제 1" 및 "제 2" 등의 서수는 편의상 사용하는 것이고, 단계의 순서 또는 적층 순서를 나타내는 것은 아닌 경우가 있다. 따라서, 예를 들어, "제 1"을 "제 2" 또는 "제 3"으로 적절히 바꿔도 설명이 가능하다. 또한, 본 명세서 등에서의 서수는 본 발명의 일 형태를 특정하는 것과 반드시 같을 필요는 없다.
본 명세서 등에서 도면을 참조하여 발명의 구조를 설명하는 데 있어, 상이한 도면의 같은 구성요소는 같은 부호로 공통적으로 나타내는 경우가 있다.
본 명세서 등에서는, "막" 및 "층"이라는 용어를 서로 교체할 수 있다. 예를 들어, "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다. 또한, "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
본 명세서 등에서, 단일항 여기 상태(S*)는 여기 에너지를 갖는 단일항 상태를 말한다. S1 준위는 단일항 여기 에너지 준위의 가장 낮은 준위, 즉 가장 낮은 단일항 여기 상태(S1 상태)의 여기 에너지 준위를 의미한다. 삼중항 여기 상태(T*)는 여기 에너지를 갖는 삼중항 상태를 말한다. T1 준위는 삼중항 여기 에너지 준위의 가장 낮은 준위, 즉 가장 낮은 삼중항 여기 상태(T1 상태)의 여기 에너지 준위를 의미한다. 또한, 본 명세서 등에서, "단일항 여기 상태" 및 "단일항 여기 에너지 준위" 등의 단순한 표현은 각각 S1 상태 및 S1 준위를 의미하는 경우가 있다. 또한, "삼중항 여기 상태" 및 "삼중항 여기 에너지 준위" 등의 표현은 각각 T1 상태 및 T1 준위를 의미하는 경우가 있다.
본 명세서 등에서 형광성 화합물이란, 단일항 여기 상태로부터 기저 상태로 완화될 때, 가시광 영역의 광을 방출하는 화합물을 말한다. 인광성 화합물이란, 삼중항 여기 상태로부터 기저 상태로 완화될 때, 실온에서 가시광 영역의 광을 방출하는 화합물을 말한다. 즉, 인광성 화합물이란, 삼중항 여기 에너지를 가시광으로 변환할 수 있는 화합물을 말한다.
인광 발광 에너지 또는 삼중항 여기 에너지는 인광 발광의 가장 짧은 파장 측의, 발광 피크(최대 값, 또는 숄더를 포함함) 또는 상승 부분의 파장으로부터 얻을 수 있다. 또한, 실온에서 광을 방출하지 않는 화합물의 인광 발광은 저온(예를 들어, 10K) 환경에서 시간 분해 광 루미네선스에 의하여 관찰될 수 있다. 열활성화 지연 형광의 발광 에너지는, 열활성화 지연 형광의 가장 짧은 파장 측의, 발광 피크(최대 값, 또는 숄더를 포함함) 또는 상승 부분의 파장으로부터 얻을 수 있다.
또한, 본 명세서 등에서 "실온"이란, 0℃ 이상 40℃ 이하의 범위에서의 온도를 말한다.
본 명세서 등에서, 청색의 파장 영역이란 400nm 이상 490nm 미만인 파장 영역을 말하고, 청색광은 발광 스펙트럼의 파장 영역에 적어도 하나의 피크를 갖는다. 녹색의 파장 영역이란 490nm 이상 580nm 미만인 파장 영역을 말하고, 녹색광은 발광 스펙트럼의 파장 영역에 적어도 하나의 피크를 갖는다. 적색의 파장 영역이란 580nm 이상 680nm 이하인 파장 영역을 말하고, 적색광은 발광 스펙트럼의 파장 영역에 적어도 하나의 피크를 갖는다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 대하여 도 1, 도 2의 (A) 내지 (C), 도 3의 (A) 내지 (C), 그리고 도 4의 (A) 및 (B)를 참조하여 이하에서 설명한다.
<발광 소자의 구조예 1>
우선, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 구조에 대하여 도 1을 참조하여 이하에서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 형태의 발광 소자(150)의 단면 모식도이다.
발광 소자(150)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)), 및 상기 한 쌍의 전극 사이의 EL층(100)을 포함한다. EL층(100)은 적어도 발광층(130)을 포함한다.
도 1에 도시된 EL층(100)은 발광층(130)에 더하여 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 등의 기능층을 포함한다.
본 실시형태에서는 한 쌍의 전극의 전극(101) 및 전극(102)이 각각 양극 및 음극으로서 기능하는 것으로 가정하여 설명하지만, 발광 소자(150)의 구조는 이에 한정되지 않는다. 즉 전극(101)이 음극이어도 좋고, 전극(102)이 양극이어도 좋고, 전극들 사이의 층들의 적층 순서가 거꾸로 되어도 좋다. 바꿔 말하면, 양극 측으로부터 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(130), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)이 이 순서대로 적층되어도 좋다.
또한, EL층(100)의 구조는 도 1에 도시된 구조에 한정되지 않고, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 중에서 선택된 적어도 하나의 층이 포함되는 구조를 채용하여도 좋다. 또는 EL층(100)은 예를 들어 정공 또는 전자의 주입 장벽을 낮추거나, 정공 또는 전자의 수송성을 향상시키거나, 정공 또는 전자의 수송성을 억제하거나, 또는 전극에 의한 퀀칭 현상을 억제할 수 있는 기능층을 포함하여도 좋다. 또한 기능층은 각각 단층이어도 좋고 적층이어도 좋다.
<발광 소자의 발광 기구 1>
다음으로 발광층(130)의 발광 기구에 대하여 이하에서 설명한다.
도 2의 (A)는 도 1의 발광층(130)의 예를 도시한 단면 모식도이다. 도 2의 (A)에 도시된 발광층(130)은 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)를 포함한다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자(150)에서는, 한 쌍의 전극(전극(101 및 102)) 사이에 전압을 인가함으로써 음극 및 양극으로부터 각각 전자 및 정공이 EL층(100)에 주입되어 전류가 흐른다. 주입된 전자와 정공의 재결합에 의하여 여기자가 형성된다. 캐리어(전자 및 정공)의 재결합에 의하여 생성되는 단일항 여기자 대 삼중항 여기자의 비율(이하, 여기자의 생성 확률이라고 함)은 통계적으로 얻어진 확률에 따르면 약 1:3이다. 바꿔 말하면, 단일항 여기자의 생성 확률은 25%이고, 삼중항 여기자의 생성 확률은 75%이기 때문에, 삼중항 여기자를 발광에 기여시키는 것이 발광 소자의 발광 효율을 높이는 데 중요하다.
그러므로, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는 재료를, 발광층(130)에 사용되는 게스트 재료(131)에 사용하는 것이 바람직하다. 발광성을 갖는 화합물 중, 인광을 방출할 수 있는 화합물(이하, 인광성 화합물이라고도 함)은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는다. 따라서, 발광 소자(150)의 게스트 재료(131)에 인광성 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 인광성 화합물을 게스트 재료(131)로서 사용하는 구조에 대하여 이하에서 설명한다. 또한, 게스트 재료(131)를 인광성 화합물로 바꿔 말하여도 좋다.
인광성 화합물은, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 효율적으로 변환하기 위하여, 중금속을 포함하는 것이 바람직하다. 인광성 화합물이 중금속을 포함하는 경우, 단일항 상태와 삼중항 상태 사이의 항간 교차는 스핀 궤도 상호 작용(전자의 스핀 각운동량과 궤도 각운동량의 상호 작용)에 의하여 촉진되고, 인광성 화합물의 단일항 기저 상태와 삼중항 여기 상태의 전이가 허용된다. 이는, 인광성 화합물의 단일항 기저 상태와 삼중항 여기 상태의 전이 확률이 높아지기 때문에, 상기 전이에 관련되는 발광 효율 및 흡수 확률을 높일 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 인광성 화합물은 스핀 궤도 상호 작용이 큰 금속 원소, 구체적으로는 전이 금속 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 백금족 원소(루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 또는 백금(Pt)), 특히 이리듐을 포함하면, 단일항 기저 상태와 삼중항 여기 상태의 직접 전이의 확률을 높일 수 있기 때문에 특히 바람직하다.
유기 화합물을 여기시키기 위한 여기 에너지는, 유기 화합물의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 준위와 HOMO(highest occupied molecular orbital) 준위의 에너지 차이에 의존한다. 이 에너지 차이는 실질적으로 단일항 여기 에너지에 상당한다. 또한 훈트 규칙에 따르면, 에너지는 단일항 여기 상태보다 삼중항 여기 상태에서 더 안정적이다. 따라서, 게스트 재료(131)는 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)보다 에너지가 작은 광을 방출할 수 있다. 게스트 재료(131)의 ΔEG는, 게스트 재료(131)의 발광 에너지(EG_ em), 및 흡수 스펙트럼으로부터 얻어지는 전이 에너지(EG_abs)보다 크기 때문에, 게스트 재료(131)를 직접 여기시키는 경우에는, ΔEG에 상당하는 높은 여기 에너지가 필요하므로 발광 소자(150)의 구동 전압이 상승된다.
따라서, 본 발명의 일 형태에서는, 게스트 재료(131)를 ΔEG보다 작은 여기 에너지로 여기시켜, 발광 효율이 높고 낮은 전압으로 구동되는 발광 소자를 제공한다. 본 발명의 일 형태의 발광 소자(150)에서는, 게스트 재료(131)와 호스트 재료(132)의 조합은 엑시플렉스(Exciplex라고도 나타냄)를 형성하는 것이 바람직하다.
게스트 재료(131)와 호스트 재료(132)의 조합은 엑시플렉스를 형성할 수 있으면 좋지만, 이들 중 한쪽이 정공을 수송하는 기능(정공 수송성)을 갖는 화합물이고 다른 쪽이 전자를 수송하는 기능(전자 수송성)을 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 이 경우, 도너 수용성 엑시플렉스가 쉽게 형성되기 때문에, 엑시플렉스의 효율적인 형성이 가능하다. 게스트 재료(131)와 호스트 재료(132)의 조합이 정공 수송성을 갖는 화합물과 전자 수송성을 갖는 화합물의 조합인 경우, 그 혼합비에 따라 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있다. 구체적으로는, 정공 수송성을 갖는 화합물 대 전자 수송성을 갖는 화합물의 중량비가 1:19 내지 19:1의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 구조로 함으로써 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있기 때문에, 캐리어 재결합 영역도 쉽게 제어할 수 있다.
<<에너지 준위의 상관>>
효율적으로 엑시플렉스를 형성하기 위하여, 조합은 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132) 중 한쪽의 HOMO 준위가 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132) 중 다른 쪽의 HOMO 준위 이상이고, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132) 중 한쪽의 LUMO 준위가 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132) 중 다른 쪽의 LUMO 준위 이상인 것을 만족시키는 것이 바람직하다.
또한, 화합물의 LUMO 준위 및 HOMO 준위는 CV(cyclic voltammetry)에 의하여 측정되는 화합물의 전기 화학적 특성(환원 전위 및 산화 전위)으로부터 추출할 수 있다.
예를 들어, 게스트 재료(131)가 정공 수송성을 갖고, 호스트 재료(132)가 전자 수송성을 갖는 경우에는, 도 2의 (B)의 에너지 밴드도에 나타낸 바와 같이, 게스트 재료(131)의 HOMO 준위는 호스트 재료(132)의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하고, 게스트 재료(131)의 LUMO 준위는 호스트 재료(132)의 LUMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 이에 의하여, 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))으로부터 주입된 전자 및 정공은 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 쉽게 주입되기 때문에 바람직하다.
또한 도 2의 (B)에서, "Guest(131)"는 게스트 재료(131)를 나타내고, "Host(132)"는 호스트 재료(132)를 나타내고, "Exciplex(136)"는 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 형성된 엑시플렉스(136)를 나타내고, ΔEG는 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타내고, ΔEH1은 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타내고, ΔEEx는 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 게스트 재료(131)의 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타낸다.
또한 이 경우, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 형성된 엑시플렉스(136)는 게스트 재료(131)의 HOMO 및 호스트 재료(132)의 LUMO를 갖는다. 엑시플렉스(136)의 여기 에너지는, 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 게스트 재료(131)의 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEEx)에 실질적으로 상당하고, 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG), 및 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEH1)보다 작다. 이에 의하여, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)가 엑시플렉스(136)를 형성하면, 더 낮은 여기 에너지로 여기 상태를 형성할 수 있다. 또한, 엑시플렉스(136)는 여기 에너지가 더 낮기 때문에, 엑시플렉스(136)는 안정적인 여기 상태를 형성할 수 있다.
도 2의 (C)는 발광층(130)에서의 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)의 에너지 준위의 상관을 나타낸 것이다. 도 2의 (C)에서의 용어 및 부호가 무엇을 나타내는지는 다음과 같다:
Guest(131): 게스트 재료(131)(인광성 화합물);
Host(132): 호스트 재료(132);
SG: 게스트 재료(131)의 S1 준위;
TG: 게스트 재료(131)의 T1 준위;
SH1: 호스트 재료(132)의 S1 준위;
TH1: 호스트 재료(132)의 T1 준위;
SE: 엑시플렉스(136)의 S1 준위; 및
TE: 엑시플렉스(136)의 T1 준위.
본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는, 엑시플렉스(136)를 발광층(130)에 포함되는 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 형성한다. 엑시플렉스(136)의 S1 준위(SE) 및 엑시플렉스(136)의 T1 준위(TE)는 서로 가깝다(도 2의 (C)의 루트 E1 참조). 구체적으로, 엑시플렉스(136)의 단일항 여기 에너지 준위(SE)와 삼중항 여기 에너지 준위(TE)의 에너지 차이는 0eV보다 크고 0.2eV 이하인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 것이 더 바람직하다.
엑시플렉스는 2종류의 물질로 형성되는 여기 상태이다. 광 여기에서는, 여기 상태에 있는 한쪽의 물질과 기저 상태에 있는 다른 쪽의 물질의 상호 작용에 의하여 엑시플렉스가 형성된다. 엑시플렉스를 형성한 2종류의 물질은 광의 방출에 의하여 기저 상태로 되돌아간 다음에, 원래의 2종류의 물질로서 기능한다. 전기 여기에서는, 한쪽의 물질이 여기 상태가 되면, 이는 바로 다른 쪽의 물질과 상호 작용하여 엑시플렉스를 형성한다. 또는, 한쪽의 물질이 정공을 받고 다른 쪽의 물질이 전자를 받아, 이들이 서로 상호 작용하여 즉시 엑시플렉스가 형성된다. 엑시플렉스(136)의 여기 에너지 준위(SE 및 TE)는 엑시플렉스(136)를 형성하는 물질(게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132))의 S1 준위(SG 및 SH1)보다 낮기 때문에, 더 낮은 여기 에너지로 여기 상태를 형성할 수 있다. 따라서, 발광 소자(150)의 구동 전압을 저감시킬 수 있다.
엑시플렉스(136)의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지의 양쪽을 엑시플렉스(136)의 S1 준위(SE) 및 T1 준위(TE)로부터 게스트 재료(131)(인광성 화합물)의 T1 준위(TG)로 이동시킴으로써, 게스트 재료(131)로부터 발광을 얻을 수 있다(도 2의 (C)의 루트 E2 참조).
엑시플렉스(136)의 불활성화를 억제하기 위하여, 엑시플렉스(136)의 T1 준위(TE)는 호스트 재료(132)의 T1 준위(TH1)보다 낮은 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는, 엑시플렉스(136)의 삼중항 여기 에너지로부터 단일항 여기 에너지로의 역항간 교차가 필요 없고, 단일항 에너지 준위(SE)로부터의 발광 양자 수율이 반드시 높을 필요가 없으므로, 재료를 폭넓은 선택지에서 선택할 수 있다.
여기서 본 발명자들은, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 형성되는 엑시플렉스(136)의 S1 준위(SE) 및 T1 준위(TE)가 게스트 재료(131)의 T1 준위(TG)보다 낮은 경우에도, 엑시플렉스(136)의 S1 준위(SE) 및 T1 준위(TE)와, 게스트 재료(131)의 T1 준위(TG)가 가깝기만 하면, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 형성되는 엑시플렉스(136)로부터 게스트 재료(131)에 열활성화에 의하여 여기 에너지가 이동할 수 있어, 게스트 재료(131)로부터의 효율적인 발광을 실현할 수 있다는 것을 발견하였다. 또한 본 발명자들은, 엑시플렉스(136)의 형성이 발광 소자의 수명을 더 길게 하여, 발광 소자의 신뢰성을 높인다는 것을 발견하였다.
게스트 재료(131)는 인광성 화합물이기 때문에, 게스트 재료(131)의 발광은 게스트 재료(131)의 삼중항 여기 상태로부터 기저 상태로의 전이에 기초하고, 게스트 재료(131)의 흡수 스펙트럼의 흡수단은 게스트 재료(131)의 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 전이에 기초한다. 엑시플렉스(136)의 발광은 엑시플렉스의 단일항 여기 상태로부터 단일항 기저 상태로의 전이에 기초하고, 엑시플렉스의 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위는 서로 가깝다.
따라서, 게스트 재료(131)로부터의 발광의 에너지(EG_ em)와 엑시플렉스(136)로부터의 발광의 에너지(EEx _ em)가 가까운 것이 바람직하고, 또는 게스트 재료(131)의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출되는 전이 에너지(EG_abs)와, 엑시플렉스(136)로부터의 발광의 에너지(EEx _ em)가 가까운 것이 바람직하다. 또한, 엑시플렉스를 형성하기 위해서는, EEx _ em이 EG_ em 및 EG_abs보다 작은 것이 바람직하다. 따라서 구체적으로는, EG_ em-EEx _ em이 0eV보다 크고 0.23eV 이하(0eV<EG_em-EEx_em≤0.23eV)인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.18eV 이하(0eV<EG_em-EEx_em≤0.18eV)인 것이 더 바람직하다. 또한, EG_abs-EEx _ em이 0eV보다 크고 0.30eV 이하(0eV<EG_abs-EEx_em≤0.30eV)인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.25eV 이하(0eV<EG_abs-EEx_em≤0.25eV)인 것이 더 바람직하다.
또한, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 형성되는 엑시플렉스(136)의 여기 에너지는, 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 게스트 재료(131)의 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEEx)에 실질적으로 상당한다. 따라서, 상기 구조에서는, 게스트 재료(131)의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출되는 전이 에너지(EG_abs)와, 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 게스트 재료(131)의 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEEx)가 가까운 것이 바람직하다. 또한, 엑시플렉스를 형성하기 위해서는, ΔEEx가 EG_abs보다 작은 것이 바람직하다. 따라서 구체적으로는, EG_abs-ΔEEx가 0eV보다 크고 0.23eV 이하(0eV<EG_abs-ΔEEx≤0.23eV)인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.18eV 이하(0eV<EG_abs-ΔEEx≤0.18eV)인 것이 더 바람직하다.
상술한 에너지 관계로 함으로써, 여기 에너지가, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 형성되는 엑시플렉스(136)로부터 게스트 재료(131)로 이동할 수 있어, 게스트 재료(131)로부터의 효율적인 발광을 실현할 수 있다.
본 발명의 일 형태에서는, ΔEEx(ΔEG보다 작음)에 상당하는 여기 에너지에 의하여 엑시플렉스(136)가 여기되고, 엑시플렉스(136)로부터의 에너지 이동에 의하여 게스트 재료(131)로부터의 발광을 얻을 수 있기 때문에, 게스트 재료(131)로부터의 발광을 낮은 구동 전압으로 얻을 수 있다. 즉, ΔEG가 게스트 재료(131)의 발광 에너지(EG_ em) 또는 게스트 재료(131)의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출되는 전이 에너지(EG_abs)보다 상당히 큰 경우(예를 들어 게스트 재료가 청색 발광 재료인 경우)에 본 발명의 일 형태는 특히 유용하다. 구체적으로는 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)가 게스트 재료(131)의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출되는 전이 에너지(EG_abs)보다 0.3eV 이상 큰 것이 바람직하고 0.4eV 이상 큰 것이 더 바람직하다. 게스트 재료(131)의 발광 에너지(EG_em)는 EG_abs와 동등하거나 EG_abs보다 작기 때문에, 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)는 게스트 재료(131)의 발광 에너지(EG_ em)보다 0.3eV 이상 큰 것이 바람직하고, 0.4eV 이상 큰 것이 더 바람직하다. 또한 발광 에너지(EG_em 및 EEx _ em)는 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 발광 피크(최대값, 또는 숄더를 포함함) 또는 상승 부분의 파장으로부터 추출할 수 있다.
또한, 게스트 재료(131)의 발광 파장이 짧을수록(발광 에너지(EG_ em)가 높을수록) 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)는 커지기 때문에, 게스트 재료(131)를 여기시키기 위해서는 더 큰 에너지가 필요하다. 그러나, 본 발명의 일 형태에 따르면 게스트 재료(131)의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출되는 전이 에너지(EG_abs)가 ΔEEx보다 크고 ΔEEx+0.23eV 이하(ΔEEx<EG_abs≤ΔEEx+0.23eV)인 경우, ΔEG보다 작은 ΔEEx 정도의 작은 에너지로 게스트 재료(131)를 여기시킬 수 있기 때문에 발광 소자의 소비전력을 저감할 수 있다. 그러므로 게스트 재료(131)의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출되는 전이 에너지(EG_abs)와, 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)의 에너지 차이가 큰 경우(즉, 특히, 게스트 재료가 청색 발광 재료인 경우)에, 본 발명의 일 형태의 발광 기구의 효과가 드러난다.
게스트 재료(131)의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출되는 전이 에너지(EG_abs)가 저감됨에 따라, 게스트 재료(131)의 발광 에너지(EG_ em)도 저감된다. 이 경우, 청색 발광 등의 높은 에너지가 필요한 발광을 얻기 어렵다. 즉, EG_abs와 ΔEG의 차이가 지나치게 크면, 청색 발광 등의 에너지가 높은 발광을 얻기 어렵다.
이러한 이유로 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)는 게스트 재료(131)의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출되는 전이 에너지(EG_abs)보다 0.3eV 내지 0.8eV 큰 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.4eV 내지 0.8eV, 더욱 바람직하게는 0.5eV 내지 0.8eV이다. 게스트 재료(131)의 발광 에너지(EG_em)는 EG_abs 이하이기 때문에, 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG)는 게스트 재료(131)의 발광 에너지(EG_ em)보다 0.3eV 내지 0.8eV 큰 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.4eV 내지 0.8eV, 더욱 바람직하게는 0.5eV 내지 0.8eV이다.
게스트 재료(131)가 발광 에너지가 높은 광(파장이 짧은 광)을 방출할 수 있게 하기 위하여, 게스트 재료(131)의 T1 준위는 높은 것이 바람직하다. 게스트 재료(131)의 T1 준위를 높게 하기 위하여, 게스트 재료(131)의 중금속 원자에 배위하는 배위자는 T1 준위가 높고, 전자 수용성이 낮고, LUMO 준위가 높은 것이 바람직하다.
이러한 게스트 재료는 HOMO 준위가 높고 정공 수용성이 높은 분자 구조를 갖는 경향이 있다. 게스트 재료(131)가 정공 수용성이 높은 분자 구조를 갖는 경우, 게스트 재료(131)의 HOMO 준위가 호스트 재료(132)의 HOMO 준위보다 높아지는 경우가 있다.
게스트 재료(131)가 정공 수송성을 갖고, 호스트 재료(132)가 전자 수송성을 갖는 경우, 적당한 정공 트랩에 의하여 발광층에서의 캐리어 밸런스의 제어가 쉬워지고 발광 소자의 수명이 길어지기 때문에, 적당한 정공 트랩은 바람직하지만, 게스트 재료(131)의 HOMO 준위가 지나치게 높으면 ΔEEx가 작아져, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)를 사용하여 형성되는 엑시플렉스로부터 게스트 재료(131)에 여기 에너지가 이동하기 어려워진다. 따라서, 게스트 재료(131)의 HOMO 준위와 호스트 재료(132)의 HOMO 준위의 차이는 바람직하게는 0.05eV 이상 0.4eV 이하이다. 또한, 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 호스트 재료(132)의 LUMO 준위의 에너지 차이는 0.05eV 이상인 것이 바람직하고, 0.1eV 이상인 것이 더 바람직하고, 또는 0.2eV 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이는, 이러한 에너지 준위의 상관에 의하여 호스트 재료(132)에 전자 캐리어가 쉽게 주입되기 때문이다.
게스트 재료(131)가 전자 수송성을 갖고 호스트 재료(132)가 정공 수송성을 갖는 구조를 사용하여도 좋다. 이 경우, 도 4의 (A)의 에너지 밴드도에 나타낸 바와 같이, 호스트 재료(132)의 HOMO 준위는 게스트 재료(131)의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하고, 호스트 재료(132)의 LUMO 준위는 게스트 재료(131)의 LUMO 준위 이상인 것이 바람직하다.
또한, 이 경우, 적당한 정공 트랩에 의하여 발광층에서의 캐리어 밸런스의 제어가 쉬워지고 발광 소자의 수명이 길어지기 때문에, 적당한 정공 트랩은 바람직하지만, 게스트 재료(131)의 LUMO 준위가 지나치게 낮으면 상술한 ΔEEx가 작아져, 엑시플렉스(136)로부터 게스트 재료(131)에 여기 에너지가 이동하기 어려워진다. 따라서, 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 호스트 재료(132)의 LUMO 준위의 차이는 바람직하게는 0.05eV 이상 0.4eV 이하이다. 또한, 게스트 재료(131)의 HOMO 준위와 호스트 재료(132)의 HOMO 준위의 에너지 차이는 0.05eV 이상인 것이 바람직하고, 0.1eV 이상인 것이 더 바람직하고, 또는 0.2eV 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이는, 이러한 에너지 준위의 상관에 의하여 호스트 재료(132)에 정공이 쉽게 주입되기 때문이다.
또한, 엑시플렉스(136)의 S1 준위(SE) 및 T1 준위(TE)가 게스트 재료(131)의 T1 준위(TG)보다 낮으면, 엑시플렉스(136)의 여기 에너지의 일부가 게스트 재료(131)로 이동되지 않고, 엑시플렉스(136)가 광을 방출하는 경우가 있다. 엑시플렉스(136)의 발광이 우세하게 되면, 게스트 재료(131)의 여기 상태가 형성되기 어려워져 발광 소자(150)의 발광 효율이 낮아진다. 따라서, 발광 소자(150)의 효율을 높이기 위하여, 발광 소자(150)로부터의 발광에서는, 엑시플렉스(136)로부터의 발광이 게스트 재료(131)로부터의 발광보다 작은 것이 바람직하다. 구체적으로, 발광 소자(150)로부터의 발광에 대한 엑시플렉스(136)로부터의 발광의 비율은 0%보다 높고 60% 이하인 것이 바람직하고, 0%보다 높고 40% 이하인 것이 더 바람직하다.
또한, 중금속 원자를 포함하는 화합물을 엑시플렉스를 형성하는 화합물 중 한쪽으로서 사용하면, 단일항 상태와 삼중항 상태 사이의 항간 교차가 스핀 궤도 상호 작용(전자의 스핀 각운동량과 궤도 각운동량의 상호 작용)에 의하여 촉진된다. 바꿔 말하면, 엑시플렉스의 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태로의 역항간 교차가 촉진되기 때문에, 엑시플렉스에서의 단일항 여기 상태의 생성 확률을 높일 수 있다. 또는, 삼중항 여기 상태로부터 단일항 기저 상태로의 전이 확률을 높일 수 있다. 이를 실현하기 위하여, 엑시플렉스를 형성하는 화합물 중 한쪽은 스핀 궤도 상호 작용이 큰 금속 원소, 구체적으로는 전이 금속 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 백금족 원소(루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 또는 백금(Pt)), 특히 이리듐이 포함되면, 엑시플렉스의 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태 사이의 항간 교차 또는 전이를 증가시킬 수 있기 때문에, 특히 바람직하다.
인광성 화합물을 게스트 재료(131)에 사용하는 경우, 게스트 재료(131)의 T1 준위(TG)가 발광층(130)에 포함되는 다른 재료의 T1 준위(예를 들어, 호스트 재료(132)의 T1 준위(TH1))보다 낮은 것이 바람직하다. 이 경우, 게스트 재료(131)의 삼중항 여기 에너지의 불활성화가 발생되기 어려워져, 게스트 재료(131)로부터의 효율적인 발광을 실현할 수 있다.
또한, 엑시플렉스는 여기 상태에서만 존재하고, 엑시플렉스(136)의 여기 에너지 준위(SE 및 TE)는 엑시플렉스(136)가 형성되는 상태에서만 존재하기 때문에, 엑시플렉스(136)를 형성하는 물질(게스트 재료(131) 또는 호스트 재료(132))의 기저 상태로부터 엑시플렉스(136)의 여기 상태로의 직접 전이는 발생하지 않는다. 그러므로, 게스트 재료(131) 단체(單體)의 여기 에너지 준위(SG 및 TG) 또는 호스트 재료(132) 단체의 여기 에너지 준위(SH1 및 TH1)로부터, 엑시플렉스(136)의 여기 에너지 준위(SE 및 TE)로의 여기 에너지의 이동은 발생하지 않는다. 따라서, 엑시플렉스(136)의 S1 준위(SE) 및 T1 준위(TE)가 게스트 재료(131)의 T1 준위(TG)보다 낮은 경우에도, 게스트 재료(131)로부터의 효율적인 발광을 실현할 수 있다.
<<에너지 이동 기구>>
여기서는, 분자간 에너지 이동의 과정을 제어하는 인자에 대하여 설명한다. 분자간 에너지 이동의 기구로서는, 2개의 기구, 즉 푀르스터 기구(쌍극자-쌍극자 상호 작용)와, 덱스터 기구(전자 교환 상호 작용)가 제안되었다. 여기서는, 여기 상태에서의 제 1 재료로부터 기저 상태에서의 제 2 재료로의 여기 에너지의 부여에 관하여, 여기 상태에서의 제 1 재료 및 기저 상태에서의 제 2 재료의 분자들 사이에서의 에너지 이동 과정에 대하여 설명하지만, 이들 중 한쪽이 엑시플렉스인 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
<<푀르스터 기구>>
푀르스터 기구에서는, 에너지 이동에 분자간의 직접적인 접촉이 필요하지 않고, 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 쌍극자 진동의 공명 현상을 통하여 에너지가 이동한다. 쌍극자 진동의 공명 현상에 의하여, 제 1 재료가 제 2 재료에 에너지를 제공하여, 여기 상태의 제 1 재료가 기저 상태가 되고 기저 상태의 제 2 재료가 여기 상태가 된다. 또한, 푀르스터 기구의 속도 상수 k h *→ g 는 식(1)으로 표현된다.
[식 1]
식(1)에서 ν는 진동 수를 나타내고, f' h (ν)는 제 1 재료의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 형광 스펙트럼, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε g (ν)는 제 2 재료의 몰 흡수 계수를 나타내고, N은 아보가드로 수를 나타내고, n은 매체의 굴절률을 나타내고, R는 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 분자간 거리를 나타내고, τ는 측정되는 여기 상태의 수명(형광 수명 또는 인광 수명)을 나타내고, c는 광의 속도를 나타내고, φ는 발광 양자 수율(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 형광 양자 수율, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 인광 양자 수율)을 나타내고, K 2는 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 전이 쌍극자 모멘트의 배향의 계수(0 내지 4)를 나타낸다. 또한 랜덤 배향의 경우, K 2=2/3이다.
<<덱스터 기구>>
덱스터 기구에서 제 1 재료와 제 2 재료는 이들의 궤도가 중첩되는 접촉 유효 범위에 가깝고, 여기 상태의 제 1 재료와 기저 상태의 제 2 재료가 전자를 교환하여 에너지 이동이 일어난다. 또한, 덱스터 기구의 속도 상수 k h *→ g 는 식(2)으로 표현된다.
[식 2]
식(2)에서, h는 플랑크 상수를 나타내고, K는 에너지 차원을 갖는 상수를 나타내고, ν는 진동 수를 나타내고, f' h (ν)는 제 1 재료의 정규화된 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 형광 스펙트럼, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 인광 스펙트럼)을 나타내고, ε' g (ν)는 제 2 재료의 정규화된 흡수 스펙트럼을 나타내고, L은 실효 분자 반경을 나타내고, R는 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 분자간 거리를 나타낸다.
여기서, 제 1 재료로부터 제 2 재료로의 에너지 이동의 효율(에너지 이동 효율 
ET )은 식(3)으로 표현된다. 상기 식에서 k r 는 제 1 재료의 발광 과정(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 형광, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 인광)의 속도 상수를 나타내고, k n 은 제 2 재료의 비발광 과정(열실활(熱失活) 또는 항간 교차)의 속도 상수를 나타내고, τ는 측정되는 제 1 재료의 여기 상태의 수명을 나타낸다.
[식 3]
식(3)에 따르면, 에너지 이동 효율 
ET 는 에너지 이동의 속도 상수 k h *→ g 의 증가에 의하여 높아질 수 있어, 다른 경합하는 속도 상수 k r +k n (=1/τ)이 상대적으로 작아지는 것을 알 수 있다.
<<인광성 화합물 또는 엑시플렉스로의 여기 에너지 이동>>
우선, 푀르스터 기구에 의한 에너지 이동을 생각한다. 식(3)에 식(1)을 대입하면 τ를 소거할 수 있다. 그러므로, 푀르스터 기구에 있어서 에너지 이동 효율 
ET 는 제 1 재료의 여기 상태의 수명 τ에 의존하지 않는다. 또한, 높은 에너지 이동 효율 
ET 는 발광 양자 수율 
(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 형광 양자 수율, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 인광 양자 수율)가 높을 때 얻어진다고 할 수 있다.
또한, 제 1 재료의 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 형광 스펙트럼, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 인광 스펙트럼)이 제 2 재료의 흡수 스펙트럼(단일항 기저 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)과 크게 중첩되는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 재료의 몰 흡수 계수도 높은 것이 바람직하다. 이는 제 1 재료의 발광 스펙트럼이 제 2 재료의 흡수 스펙트럼의 가장 긴 파장 측에 있는 흡수대와 중첩되는 것을 의미한다. 또한, 제 2 재료로서 인광성 화합물을 사용하는 경우, 단일항 기저 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이뿐만 아니라, 단일항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 전이도 가능하다. 제 2 재료로서 엑시플렉스를 사용하는 경우, 단일항 기저 상태로부터 단일항 여기 상태로의 직접 전이, 및 단일항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 직접 전이가 금지되어 있기 때문에, 제 2 재료(엑시플렉스)의 몰 흡수 계수를 무시할 수 있다. 따라서, 푀르스터 기구에 의한 제 1 재료로부터 제 2 재료(엑시플렉스)로의 여기 에너지 이동 과정을 무시할 수 있다.
다음으로 덱스터 기구에 의한 에너지 이동을 생각한다. 식(2)에 따르면, 속도 상수 k h *→ g 를 증가시키기 위해서는, 제 1 재료의 발광 스펙트럼(단일항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 형광 스펙트럼, 그리고 삼중항 여기 상태로부터의 에너지 이동을 논하는 경우는 인광 스펙트럼)이 제 2 재료의 흡수 스펙트럼(단일항 기저 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이에 상당하는 흡수)과 크게 중첩되는 것이 바람직하다. 그러므로 제 1 재료의 발광 스펙트럼을 제 2 재료의 흡수 스펙트럼의 가장 긴 파장 측에 있는 흡수대와 중첩시킴으로써, 에너지 이동 효율을 최적화할 수 있다. 이 경우에도, 제 2 재료로서 인광성 화합물을 사용하는 경우, 단일항 기저 상태로부터 단일항 여기 상태로의 전이뿐만 아니라, 단일항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 전이도 가능하다. 제 2 재료에 엑시플렉스를 사용하는 경우, 단일항 기저 상태로부터 단일항 여기 상태로의 직접 전이, 및 단일항 기저 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 직접 전이가 금지되어 있기 때문에, 제 2 재료(엑시플렉스)의 흡수 스펙트럼을 무시할 수 있다. 따라서, 덱스터 기구에 의한 제 1 재료로부터 제 2 재료(엑시플렉스)로의 여기 에너지 이동 과정을 무시할 수 있다.
따라서, 제 2 재료로서 인광성 화합물을 사용하는 경우, 제 1 재료로부터 제 2 재료(인광성 화합물)로의 에너지 이동 과정에서 푀르스터 기구 및 덱스터 기구에 의한 에너지 이동이 발생한다. 제 2 재료로서 엑시플렉스를 사용하는 경우, 제 1 재료로부터 제 2 재료(엑시플렉스)로의 에너지 이동 과정에서 푀르스터 기구 또는 덱스터 기구에 의한 에너지 이동이 발생하지 않는다. 즉, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 형성되는 엑시플렉스(136)로부터, 게스트 재료(131)로의 에너지 이동이 발생하지만, 게스트 재료(131)로부터 엑시플렉스(136)로의 에너지 이동은 발생하지 않는다.
또한, 게스트 재료(131)에서 캐리어의 직접 재결합 과정이 우세가 되면, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 엑시플렉스(136)를 형성하는 과정이 발생하기 어려워지고, 발광 소자(150)의 구동 전압이 상승된다. 따라서, 게스트 재료(131)는 엑시플렉스(136)의 형성 과정(도 2의 (C)에서의 루트 E1 및 루트 E2) 후에 에너지 이동 과정을 거쳐 광을 방출하는 것이 바람직하다. 이를 실현하기 위하여, 호스트 재료(132)에 대한 게스트 재료(131)의 중량비는 낮은 것이 바람직하고, 구체적으로는 0.01 이상 0.5 이하인 것이 바람직하고, 0.05 이상 0.3 이하인 것이 더 바람직하다.
발광층(130)의 여기 에너지의 불활성화를 억제하기 위하여, 발광층(130)으로부터 방출되는 광의 발광 수명은 짧은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 발광층(130)으로부터의 발광의 강도가 1% 이하로 저감되는 시간이 10ns 이상 37μs 이하인 것이 바람직하고, 10ns 이상 30μs 이하인 것이 더 바람직하다.
<발광 소자의 발광 기구 2>
다음으로, 도 2의 (A)에 도시된 발광층과 상이한 구조예에 대하여, 도 3의 (A)를 참조하여 이하에서 설명한다.
도 3의 (A)는 도 1의 발광층(130)의 예를 도시한 단면 모식도이다. 도 3의 (A)의 발광층(130)은 게스트 재료(131), 호스트 재료(132), 및 호스트 재료(133)를 포함한다.
발광층(130)에서, 호스트 재료(132) 또는 호스트 재료(133)는 가장 높은 중량비로 존재하고, 게스트 재료(131)는 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)에 분산된다. 여기서, 게스트 재료(131)는 인광성 화합물인 것이 바람직하다. 또한, 게스트 재료(131)와 호스트 재료(132)의 조합은 엑시플렉스(136)를 형성하는 것이 바람직하다.
효율적으로 엑시플렉스(136)를 형성하기 위하여, 게스트 재료(131)와 호스트 재료(132)의 조합은, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132) 중 한쪽의 HOMO 준위가 발광층(130)의 재료 중 가장 높고, 다른 쪽의 LUMO 준위가 발광층(130)의 재료 중 가장 낮다는 것을 만족시키는 것이 바람직하다. 바꿔 말하면, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132) 중 한쪽의 HOMO 준위가 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132) 중 다른 쪽의 HOMO 준위, 및 호스트 재료(133)의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하고, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132) 중 다른 쪽의 LUMO 준위가 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132) 중 한쪽의 LUMO 준위, 및 호스트 재료(133)의 LUMO 준위 이하인 것이 바람직하다.
예를 들어, 게스트 재료(131)가 정공 수송성을 갖고, 호스트 재료(132)가 전자 수송성을 갖는 경우에는, 도 3의 (B)의 에너지 밴드도에 나타낸 바와 같이, 게스트 재료(131)의 HOMO 준위는 호스트 재료(132)의 HOMO 준위 및 호스트 재료(133)의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하고, 호스트 재료(132)의 LUMO 준위는 게스트 재료(131)의 LUMO 준위 및 호스트 재료(133)의 LUMO준위 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 호스트 재료(133)의 LUMO 준위는 게스트 재료(131)의 LUMO 준위보다 높아도 좋고 낮아도 좋다.
또한, 호스트 재료(132)와 호스트 재료(133)의 조합이 엑시플렉스(138)를 형성하는 것이 바람직하다. 호스트 재료(132)와 호스트 재료(133)의 조합이 엑시플렉스를 형성할 수 있기만 하면 되지만, 이들 중 한쪽이 정공을 수송하는 기능(정공 수송성)을 갖는 화합물이고 다른 쪽이 전자를 수송하는 기능(전자 수송성)을 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 즉, 예를 들어 호스트 재료(132)가 전자 수송성을 갖는 화합물인 경우, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(133)는 정공 수송성을 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 호스트 재료(132)가 정공 수송성을 갖는 화합물인 경우, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(133)는 전자 수송성을 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 호스트 재료(132)와 호스트 재료(133)의 조합이 정공 수송성을 갖는 화합물과 전자 수송성을 갖는 화합물의 조합인 경우, 그 혼합비에 따라 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있다. 구체적으로는, 정공 수송성을 갖는 화합물 대 전자 수송성을 갖는 화합물의 중량비가 1:9 내지 9:1의 범위 내인 것이 바람직하다. 이 구조로 함으로써 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있기 때문에, 캐리어 재결합 영역도 쉽게 제어할 수 있다.
효율적으로 엑시플렉스(138)를 형성하기 위하여, 호스트 재료(132)와 호스트 재료(133)의 조합은 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133) 중 한쪽의 HOMO 준위가 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133) 중 다른 쪽의 HOMO 준위 이상이고, 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133) 중 한쪽의 LUMO 준위가 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133) 중 다른 쪽의 LUMO 준위 이상인 것을 만족시키는 것이 바람직하다.
예를 들어, 호스트 재료(133)가 정공 수송성을 갖는 경우에는, 도 3의 (B)의 에너지 밴드도에 나타낸 바와 같이, 호스트 재료(133)의 HOMO 준위는 호스트 재료(132)의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하고, 호스트 재료(133)의 LUMO 준위는 호스트 재료(132)의 LUMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 구체적으로, 호스트 재료(132)의 HOMO 준위와 호스트 재료(133)의 HOMO 준위의 에너지 차이는 0.1eV 이상인 것이 바람직하고, 0.2eV 이상인 것이 더 바람직하고, 또는 0.3eV 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 호스트 재료(133)의 LUMO 준위의 에너지 차이는 0.1eV 이상인 것이 바람직하고, 0.2eV 이상인 것이 더 바람직하고, 또는 0.3eV 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이 경우, 호스트 재료(133)의 HOMO 준위는 게스트 재료(131)의 HOMO 준위 이하인 것이 바람직하다. 엑시플렉스(136)를 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 형성하고, 엑시플렉스(138)를 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)에 의하여 형성하기 위해서는, 게스트 재료(131)의 HOMO 준위와 호스트 재료(133)의 HOMO 준위의 에너지 차이가 0eV 이상 0.3eV 이하인 것이 바람직하고, 0eV 이상 0.2eV 이하인 것이 더 바람직하고, 0eV 이상 0.1eV 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한 도 3의 (B)에서, "Guest(131)"는 게스트 재료(131)를 나타내고, "Host(132)"는 호스트 재료(132)를 나타내고, "Host(133)"는 호스트 재료(133)를 나타내고, "Exciplex(136)"는 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 형성되는 엑시플렉스(136)를 나타내고, "Exciplex(138)"는 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)에 의하여 형성되는 엑시플렉스(138)를 나타내고, ΔEG는 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타내고, ΔEH1은 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타내고, ΔEH2는 호스트 재료(133)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타내고, ΔEEx1은 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 게스트 재료(131)의 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타내고, ΔEEx2는 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 호스트 재료(133)의 HOMO 준위의 에너지 차이를 나타낸다.
또한 이 경우, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 형성되는 엑시플렉스(136)의 여기 에너지는 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 게스트 재료(131)의 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEEx1)에 실질적으로 상당하고, 호스트 재료(133)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEH2)보다 작은 것이 바람직하다.
또한 이 경우, 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)에 의하여 형성된 엑시플렉스(138)는 호스트 재료(132)의 HOMO 및 호스트 재료(133)의 LUMO를 갖는다. 엑시플렉스(138)의 여기 에너지는, 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 호스트 재료(133)의 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEEx2)에 실질적으로 상당하고, 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEG), 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEH1), 및 호스트 재료(133)의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(ΔEH2)보다 작다.
이에 의하여, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)가 엑시플렉스(136)를 형성하고, 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)가 엑시플렉스(138)를 형성하면, 더 낮은 여기 에너지로 여기 상태를 형성할 수 있다. 또한, 엑시플렉스(136) 및 엑시플렉스(138)는 여기 에너지가 더 낮기 때문에, 엑시플렉스(136) 및 엑시플렉스(138)는 안정적인 여기 상태를 형성할 수 있다.
도 3의 (C)는, 도 3의 (A)에 도시된 발광층(130)에서의 게스트 재료(131), 호스트 재료(132), 및 호스트 재료(133)의 에너지 준위의 상관을 나타낸 것이다. 도 3의 (C)에서의 용어 및 부호가 무엇을 나타내는지는 다음과 같다:
Guest(131): 게스트 재료(131)(인광성 화합물);
Host(132): 호스트 재료(132);
Host(133): 호스트 재료(133);
SG: 게스트 재료(131)의 S1 준위;
TG: 게스트 재료(131)의 T1 준위;
SH1: 호스트 재료(132)의 S1 준위;
TH1: 호스트 재료(132)의 T1 준위;
SH2: 호스트 재료(133)의 S1 준위;
TH2: 호스트 재료(133)의 T1 준위;
SE1: 엑시플렉스(136)의 S1 준위;
TE1: 엑시플렉스(136)의 T1 준위;
SE2: 엑시플렉스(138)의 S1 준위; 및
TE2: 엑시플렉스(138)의 T1 준위.
본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는, 발광층(130)에 포함되는 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 엑시플렉스(136)를 형성하고, 발광층(130)에 포함되는 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)에 의하여 엑시플렉스(138)를 형성한다. 엑시플렉스(136)의 S1 준위(SE1) 및 엑시플렉스(136)의 T1 준위(TE1)는 서로 가깝다(도 3의 (C)의 루트 E1 참조). 엑시플렉스(138)의 S1 준위(SE2) 및 엑시플렉스(138)의 T1 준위(TE2)는 서로 가깝다(도 3의 (C)의 루트 E3 참조). 구체적으로, 엑시플렉스(136)의 단일항 여기 에너지 준위(SE1)와 삼중항 여기 에너지 준위(TE1)의 에너지 차이는 0eV보다 크고 0.2eV 이하인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 것이 더 바람직하고, 엑시플렉스(138)의 단일항 여기 에너지 준위(SE2)와 삼중항 여기 에너지 준위(TE2)의 에너지 차이는 0eV보다 크고 0.2eV 이하인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 것이 더 바람직하다.
엑시플렉스(136)의 여기 에너지 준위(SE1 및 TE1)는 엑시플렉스(136)를 형성하는 물질(게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132))의 S1 준위(SG 및 SH1)보다 낮고, 엑시플렉스(138)의 여기 에너지 준위(SE2 및 TE2)는 엑시플렉스(138)를 형성하는 물질(호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133))의 S1 준위(SH1 및 SH2)보다 낮기 때문에, 더 낮은 여기 에너지로 여기 상태를 형성할 수 있다. 따라서, 발광 소자(150)의 구동 전압을 저감시킬 수 있다.
엑시플렉스(136)의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지의 양쪽 모두를 엑시플렉스(136)의 S1 준위(SE1) 및 T1 준위(TE1)로부터 게스트 재료(131)(인광성 화합물)의 T1 준위(TG)로 이동시키고, 엑시플렉스(138)의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지의 양쪽 모두를 엑시플렉스(138)의 S1 준위(SE2) 및 T1 준위(TE2)로부터 게스트 재료(131)(인광성 화합물)의 T1 준위(TG)로 이동시킴으로써, 게스트 재료(131)로부터 발광을 얻을 수 있다(도 3의 (C)의 루트 E2 및 루트 E4 참조).
호스트 재료(132)의 T1 준위(TH1) 및 호스트 재료(133)의 T1 준위(TH2)는 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)에 의하여 형성되는 엑시플렉스(138)의 T1 준위(TE2) 이상인 것이 바람직하다. 또한, 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)에 의하여 형성되는 엑시플렉스(138)의 T1 준위(TE2)는 게스트 재료(131)의 T1 준위(TG) 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)에 의하여 형성되는 엑시플렉스(138)의 여기 에너지는 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)에 의하여 소광되기 어려워지기 때문에, 여기 에너지를 엑시플렉스(138)로부터 게스트 재료(131)에 효율적으로 이동시킬 수 있다. 또한, 게스트 재료(131)의 여기 에너지의 소광도 발생되기 어려워지기 때문에, 게스트 재료(131)로부터의 효율적인 발광을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는, 엑시플렉스(138)의 삼중항 여기 에너지로부터 엑시플렉스(138)의 단일항 여기 에너지로의 역항간 교차가 필요 없고, 단일항 여기 에너지 준위(SE2)로부터의 발광 양자 수율이 반드시 높을 필요가 없으므로, 재료를 폭넓은 선택지에서 선택할 수 있다.
또한, 게스트 재료(131)에서 캐리어의 직접 재결합 과정이 우세가 되면, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 엑시플렉스(136)를 형성하는 과정 및 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)에 의하여 엑시플렉스(138)를 형성하는 과정이 발생하기 어려워지고, 발광 소자(150)의 구동 전압이 상승된다. 따라서, 게스트 재료(131)는 엑시플렉스(136) 및 엑시플렉스(138)의 형성 과정 후에 에너지 이동 과정(도 3의 (C)에서의 루트 E1 내지 루트 E4)을 거쳐 광을 방출하는 것이 바람직하다. 이를 실현하기 위하여, 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)의 총량에 대한 게스트 재료(131)의 중량비는 낮은 것이 바람직하고, 구체적으로는 0.01 이상 0.5 이하인 것이 바람직하고, 0.05 이상 0.3 이하인 것이 더 바람직하다.
또한, 게스트 재료(131)가 전자 수송성을 갖고 호스트 재료(132)가 정공 수송성을 갖는 구조를 사용하여도 좋다. 이 경우, 도 4의 (B)의 에너지 밴드도에 나타낸 바와 같이, 호스트 재료(132)의 HOMO 준위는 게스트 재료(131)의 HOMO 준위 및 호스트 재료(133)의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하고, 게스트 재료(131)의 LUMO 준위는 호스트 재료(132)의 LUMO 준위 및 호스트 재료(133)의 LUMO 준위 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 호스트 재료(133)의 HOMO 준위는 게스트 재료(131)의 HOMO 준위보다 높아도 좋고, 낮아도 좋다.
호스트 재료(133)의 HOMO 준위는 호스트 재료(132)의 HOMO 준위 이하인 것이 바람직하고, 호스트 재료(133)의 LUMO 준위는 호스트 재료(132)의 LUMO 준위 이하인 것이 바람직하다. 구체적으로, 호스트 재료(132)의 HOMO 준위와 호스트 재료(133)의 HOMO 준위의 에너지 차이는 0.1eV 이상인 것이 바람직하고, 0.2eV 이상인 것이 더 바람직하고, 또는 0.3eV 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 호스트 재료(132)의 LUMO 준위와 호스트 재료(133)의 LUMO 준위의 에너지 차이는 0.1eV 이상인 것이 바람직하고, 0.2eV 이상인 것이 더 바람직하고, 또는 0.3eV 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이 경우, 호스트 재료(133)의 LUMO 준위는 게스트 재료(131)의 LUMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 엑시플렉스(136)를 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132)에 의하여 형성하고, 엑시플렉스(138)를 호스트 재료(132) 및 호스트 재료(133)에 의하여 형성하기 위해서는, 게스트 재료(131)의 LUMO 준위와 호스트 재료(133)의 LUMO 준위의 에너지 차이가 0eV보다 크고 0.3eV 이하인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.2eV 이하인 것이 더 바람직하고, 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 도 3의 (B) 및 (C)에서 도 2의 (B) 및 (C)의 부분과 비슷한 기능을 갖는 부분은 같은 부호로 나타내고, 그 부분에 대한 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다. 이 경우, 상기 설명을 참조할 수 있다.
<재료>
다음으로, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 구성요소에 대하여 이하에서 자세히 설명한다.
<<발광층>>
발광층(130)에 사용할 수 있는 재료에 대하여 이하에서 설명한다.
게스트 재료(131)와 호스트 재료(132)의 조합이 엑시플렉스를 형성할 수 있기만 하면 호스트 재료(132)의 재료에 특별한 한정은 없지만, 게스트 재료(131) 및 호스트 재료(132) 중 한쪽이 전자를 수송하는 기능을 갖고, 다른 쪽이 정공을 수송하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
호스트 재료(132)가 정공을 수송하는 기능을 갖는 경우, 호스트 재료(132)는 π전자 과잉형 헤테로방향족 골격 및 방향족 아민 골격 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
호스트 재료(132)에 포함되는 π전자 과잉형 헤테로방향족 골격으로서는, 그 높은 안정성 및 신뢰성 때문에 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격 중 하나 이상이 바람직하다. 퓨란 골격으로서는 다이벤조퓨란 골격이 바람직하다. 싸이오펜 골격으로서는 다이벤조싸이오펜 골격이 바람직하다. 또한, 피롤 골격으로서는 인돌 골격, 카바졸 골격, 또는 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 바람직하다. 이들 골격의 각각은 치환기를 더 가져도 좋다.
호스트 재료(132)에 포함되는 방향족 아민 골격으로서는, NH 결합을 포함하지 않는 3급 아민, 특히 트라이아릴아민 골격을 사용하는 것이 바람직하다. 트라이아릴아민 골격의 아릴기로서는, 고리에 포함되는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 사용하는 것이 바람직하고, 그 예에는 페닐기, 나프틸기, 플루오렌일기, 페난트렌일기, 및 트라이페닐렌일기 등이 포함된다.
정공 수송성이 우수하기 때문에 안정적이고 신뢰성이 높은, π전자 과잉형 헤테로방향족 골격 및 방향족 아민 골격을 포함하는 구조가 특히 바람직하다. 이러한 구조의 예는 카바졸 골격 및 아릴아민 골격을 포함하는 구조이다.
상술한 π전자 과잉형 헤테로방향족 골격 및 방향족 아민 골격의 예로서는, 이하의 일반식(101) 내지 일반식(117)으로 나타내어지는 골격을 들 수 있다. 또한, 일반식(115) 내지 일반식(117)에서의 X는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
또한, 호스트 재료(132)가 전자를 수송하는 기능을 갖는 경우, 호스트 재료(132)는 π전자 부족형 헤테로방향족 골격을 포함하는 것이 바람직하다. π전자 부족형 헤테로방향족 골격으로서는, 피리딘 골격, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 또는 피리다진 골격), 또는 트라이아진 골격이 바람직하고, 특히 그 높은 안정성 및 신뢰성 때문에 다이아진 골격 또는 트라이아진 골격이 바람직하다.
상술한 π전자 부족형 헤테로방향족 골격의 예로서는, 이하의 일반식(201) 내지 일반식(218)으로 나타내어지는 골격을 들 수 있다. 또한, 일반식(209) 내지 일반식(211)에서의 X는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
또는, 정공 수송성을 갖는 골격(예를 들어, π전자 과잉형 헤테로방향족 골격 및 방향족 아민 골격 중 적어도 한쪽)과 전자 수송성을 갖는 골격(예를 들어, π전자 부족형 헤테로방향족 골격)이 서로 직접, 또는 아릴렌기를 통하여 결합되는 화합물을 사용하여도 좋다. 또한, 상기 아릴렌기의 예에는 페닐렌기, 바이페닐다이일기, 나프탈렌다이일기, 및 플루오렌다이일기 등이 포함된다.
상기 정공 수송성을 갖는 골격과 상기 전자 수송성을 갖는 골격을 결합하는 결합기의 예로서, 이하의 일반식(301) 내지 일반식(315)으로 나타내어지는 골격을 들 수 있다.
상기 방향족 아민 골격(예를 들어 트라이아릴아민 골격), 상기 π전자 과잉형 헤테로방향족 고리 골격(예를 들어 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 피롤 골격을 포함하는 고리), 및 상기 π전자 부족형 헤테로방향족 고리 골격(예를 들어 다이아진 골격 또는 트라이아진 골격을 포함하는 고리), 또는 상기 일반식(101) 내지 일반식(115), 일반식(201) 내지 일반식(218), 및 일반식(301) 내지 일반식(315)은 각각 치환기를 가져도 좋다. 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 12의 치환 또는 비치환된 아릴기를 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 12의 아릴기의 구체적인 예는 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 및 치환 또는 비치환된 바이페닐기 등이다. 상기 치환기는 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 예를 들어, 플루오렌 골격에서의 9위치의 탄소 원자가 치환기로서 2개의 페닐기를 갖는 경우, 페닐기들이 결합하여 스파이로플루오렌 골격을 형성한다. 또한 비치환된 기는 합성이 쉽고 원재료가 저렴하다는 장점을 갖는다.
또한 Ar는 단일 결합의 아릴렌기 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기를 나타낸다. 아릴렌기는 하나 이상의 치환기를 포함하여도 좋고, 치환기들은 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 예를 들어 플루오렌일기에서의 9위치의 탄소 원자는 치환기로서 2개의 페닐기를 갖고, 페닐기들은 결합하여 스파이로플루오렌 골격을 형성한다. 탄소수 6 내지 13의 아릴렌기의 구체적인 예는 페닐렌기, 나프탈렌다이일기, 바이페닐다이일기, 및 플루오렌다이일기 등이다. 아릴렌기가 치환기를 갖는 경우에는 치환기로서 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기를 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 12의 아릴기의 구체적인 예는 페닐기, 나프틸기, 및 바이페닐기 등이다.
Ar로 나타내어지는 아릴렌기로서는, 예를 들어 이하의 구조식(Ar-1) 내지 구조식(Ar-18)으로 나타내어지는 기를 사용할 수 있다. 또한 Ar로서 사용할 수 있는 기는 이들에 한정되지 않는다.
또한, R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기 등이다. 상기 아릴기 또는 페닐기는 치환기를 포함하여도 좋고, 치환기들은 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 12의 아릴기를 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기 등이 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기 등이 포함된다. 탄소수 6 내지 12의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 및 바이페닐기 등이 포함된다.
예를 들어, R1 및 R2로 나타내어지는 알킬기 또는 아릴기로서 이하의 구조식(R-1) 내지 구조식(R-29)으로 나타내어지는 기를 사용할 수 있다. 또한 알킬기 또는 아릴기로서 사용할 수 있는 기는 이에 한정되지 않는다.
일반식(101) 내지 일반식(117), 일반식(201) 내지 일반식(218), 및 일반식(301) 내지 일반식(315), Ar, R1, 및 R2에 포함될 수 있는 치환기로서는 예를 들어, 상기 구조식(R-1) 내지 구조식(R-24)으로 나타내어지는 알킬기 또는 아릴기를 사용할 수 있다. 또한 알킬기 또는 아릴기로서 사용할 수 있는 기는 이에 한정되지 않는다.
호스트 재료(132)로서는, 예를 들어 이하의 정공 수송 재료 및 전자 수송 재료 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
정공 수송 재료로서는 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상의 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 방향족 아민 또는 카바졸 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한, 정공 수송 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
정공 수송성이 높은 재료의 예에는, N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 및 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등의 방향족 아민 화합물이 있다.
카바졸 유도체의 구체적인 예에는 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 및 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1) 등이 있다.
카바졸 유도체의 다른 예에는 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 및 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등이 있다.
정공 수송성이 높은 재료의 예에는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 4,4',4''-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: m-MTDATA), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-다이메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPASF), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 4-페닐다이페닐-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)아민(약칭: PCA1BP), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-(4-페닐)페닐아닐린(약칭: YGA1BP), 및 N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F) 등의 방향족 아민 화합물이 있다. 다른 예에는 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)-벤젠(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV), 및 4-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: mDBTPTp-II) 등의 아민 화합물, 카바졸 화합물, 싸이오펜 화합물, 퓨란 화합물, 플루오렌 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 및 페난트렌 화합물 등이 있다. 여기서 열거한 물질은 주로 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 또한 이들 물질 외에, 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖는 임의의 물질을 사용하여도 좋다.
전자 수송 재료로서는 정공보다 전자를 더 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 재료(전자 수송성을 갖는 재료)로서, 질소 함유 헤테로방향족 화합물 등의 π전자 부족형 헤테로방향족 화합물, 또는 아연계 금속 착체 또는 알루미늄계 금속 착체를 사용할 수 있다. 금속 착체의 구체적인 예에는 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 및 싸이아졸 배위자를 갖는 금속 착체가 포함된다. 또한, π전자 부족형 헤테로방향족 화합물로서, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 및 트라이아진 유도체 등을 들 수 있다.
예에는 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 및 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq)과 같은, 퀴놀린 또는 벤조퀴놀린 골격을 갖는 금속 착체 등이 포함된다. 또는, 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이트]아연(II)(약칭: ZnPBO) 또는 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계 또는 싸이아졸계 배위자를 갖는 금속 착체를 사용할 수 있다. 이러한 금속 착체 외에, 다음 중 임의의 것을 사용할 수 있다: 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 3-(4-바이페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)-트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 및 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen) 등의 헤테로고리 화합물; 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 및 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로고리 화합물; 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn) 등의 트라이아진 골격을 갖는 헤테로고리 화합물; 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy) 및 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)-페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로고리 화합물, 및 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 헤테로방향족 화합물. 또는, 폴리(2,5-피리딘다이일) (약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)] (약칭: PF-Py), 또는 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy) 등의 고분자 화합물이 사용될 수 있다. 여기서 열거한 물질은 주로 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 그러나, 전자 수송성이 정공 수송성보다 높은 물질이기만 하면 상술한 물질 외의 임의의 물질을 사용하여도 좋다.
<<피리미딘 유도체의 구체적인 예>>
피리미딘 유도체의 예로서, 구조식(500) 내지 구조식(502)으로 나타내어지는 화합물을 들 수 있다. 구조식(500) 내지 구조식(502)으로 나타내어지는 화합물은 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 사용되는 호스트 재료(132)에 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 피리미딘 유도체는 이하의 예에 한정되지 않는다.
게스트 재료(131)는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 게스트 재료(131)가 중금속을 포함하는 경우, 단일항 상태와 삼중항 상태 사이의 항간 교차는 스핀 궤도 상호 작용(전자의 스핀 각운동량과 궤도 각운동량의 상호 작용)에 의하여 촉진되고, 게스트 재료(131)의 단일항 기저 상태와 삼중항 여기 상태의 전이가 허용된다. 그러므로 게스트 재료(131)의 단일항 기저 상태와 삼중항 여기 상태의 전이에 관한 발광 효율 및 흡수 확률을 높일 수 있다. 따라서 게스트 재료(131)는 스핀 궤도 상호 작용이 큰 금속 원소, 특히, 백금족 원소(루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 또는 백금(Pt))를 포함하는 것이 바람직하다. 특히 이리듐은 단일항 기저 상태와 삼중항 여기 상태의 직접 전이에 관한 전이 확률을 높일 수 있기 때문에 바람직하다.
게스트 재료(131)(인광성 화합물)로서는, 이리듐계, 로듐계, 또는 백금계의 유기 금속 착체 또는 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한, 포르피린 배위자를 갖는 백금 착체, 및 유기 이리듐 착체 등을 들 수 있고, 구체적으로는 이리듐계 오쏘 금속 착체 등의 유기 이리듐 착체가 바람직하다. 오쏘 금속화되는 배위자로서는 4H-트라이아졸 배위자, 1H-트라이아졸 배위자, 이미다졸 배위자, 피리딘 배위자, 피리미딘 배위자, 피라진 배위자, 또는 아이소퀴놀린 배위자 등을 들 수 있다. 이 경우, 게스트 재료(131)(인광성 화합물)은 삼중항 MLCT(metal to ligand charge transfer) 전이를 기초로 하는 흡수대를 갖는다.
또한, 게스트 재료(131)(인광성 화합물)와 호스트 재료(132)의 조합은 엑시플렉스를 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 구조로 함으로써, 발광 효율이 높고 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있다.
청색 또는 녹색의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 물질의 예에는 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN 2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-dmp)3), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz)3), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrptz-3b)3), 및 트리스[3-(5-바이페닐)-5-아이소프로필-4-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPr5btz)3) 등의 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3) 및 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3) 등의 1H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrpmi)3) 및 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(dmpimpt-Me)3) 등의 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 및 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2 ']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C 2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 및 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac)) 등의 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체가 포함된다. 상술한 재료 중에서 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격, 또는 이미다졸 골격 등의 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 포함하는 유기 금속 이리듐 착체는 삼중항 여기 에너지, 신뢰성, 및 발광 효율이 높기 때문에 특히 바람직하다.
녹색 또는 황색의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 물질의 예에는 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)3), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)3), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[4-(2-노본일)-6-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(nbppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(mpmppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(dmppm-dmp)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac)) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-Me)2(acac)) 및 (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-iPr)2(acac)) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(bzq)3), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(pq)3), 및 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(pq)2(acac)) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C 2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 및 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)) 등의 유기 금속 이리듐 착체; 및 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)) 등의 희토류 금속 착체가 포함된다. 상술한 재료 중에서 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 및 발광 효율이 두드러지게 높기 때문에 특히 바람직하다.
황색 또는 적색의 파장 범위에 발광 피크를 갖는 물질의 예에는 (다이아이소뷰틸릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dibm)), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dpm)), 및 (다이피발로일메타네이토)비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(d1npm)2(dpm)) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(dpm)), 및 (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(piq)3) 및 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP) 등의 백금 착체; 및 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)) 및 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen)) 등의 희토류 금속 착체가 포함된다. 상술한 재료 중에서 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 및 발광 효율이 두드러지게 높기 때문에 특히 바람직하다. 또한 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 양호한 적색 발광을 제공할 수 있다.
4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격, 및 이미다졸 골격 등의 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 갖는 상술한 유기 금속 이리듐 착체 및 피리딘 골격을 갖는 상술한 이리듐 착체는 전자 수용성이 낮은 배위자를 갖고 HOMO 준위가 높아지기 쉽기 때문에 이들 착체는 본 발명의 일 형태에 적합하다.
상기 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체 중에서, 적어도 사이아노기를 포함하는 치환기를 갖는 이리듐 착체는 사이아노기의 높은 전자 흡인성으로 인하여 LUMO 준위 및 HOMO 준위가 적절하게 낮아지기 때문에 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있다. 또한 상기 이리듐 착체는 삼중항 여기 에너지 준위가 높기 때문에 이 이리듐 착체를 포함하는 발광 소자는 높은 발광 효율로 청색광을 방출할 수 있다. 상기 이리듐 착체는 산화 및 환원의 반복에 대한 내성이 높기 때문에, 이 이리듐 착체를 포함하는 발광 소자의 구동 수명을 길게 할 수 있다.
또한 소자 특성의 안정성 및 신뢰성의 관점에서는, 상기 이리듐 착체는 사이아노기를 포함하는 아릴기가 질소 함유 5원 헤테로고리 골격과 결합한 배위자를 포함하고, 이 아릴기의 탄소수가 6 내지 13인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 이리듐 착체는 비교적 저온에서 진공 증착될 수 있으므로 증착 시에 열분해 등으로 인하여 열화되기 어렵다.
질소 함유 5원 헤테로고리 골격의 질소 원자에 아릴렌기를 통하여 사이아노기가 결합한 배위자를 포함하는 이리듐 착체는 삼중항 여기 에너지 준위를 높게 유지할 수 있기 때문에 청색광 등 에너지가 높은 광을 방출하는 발광 소자에 바람직하게 사용될 수 있다. 사이아노기가 결합되는 배위자를 포함하는 이리듐 착체를 포함하는 발광 소자는 사이아노기를 포함하지 않는 발광 소자와 비교하여, 청색광 등의 에너지가 높은 광을 높은 발광 효율로 방출할 수 있다. 또한 상술한 바와 같이, 특정한 위치에 사이아노기를 결합시킴으로써 청색광 등 에너지가 높은 광을 방출하는 신뢰성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한 질소 함유 5원 헤테로고리 골격 및 사이아노기는 페닐렌기 등의 아릴렌기를 통하여 결합하는 것이 바람직하다.
상기 아릴렌기의 탄소수가 6 내지 13인 경우, 상기 이리듐 착체는 분자량이 비교적 낮은 화합물이기 때문에 진공 증착에 적합하다(비교적 저온에서 진공 증착될 수 있음). 일반적으로 분자량이 낮은 화합물은 막 형성 후에 내열성이 낮아지는 경향이 있다. 그러나 상기 이리듐 착체는 복수의 배위자를 포함하기 때문에 배위자의 분자량이 낮더라도 충분한 내열성을 확보할 수 있다는 장점을 갖는다.
즉 상기 이리듐 착체는 증착의 용이성 및 전기 화학적 안정성에 더하여 삼중항 여기 에너지 준위가 높다는 특징을 갖는다. 그러므로, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서, 특히 청색 발광 소자에서 이 이리듐 착체를 발광층의 게스트 재료로서 사용하는 것이 바람직하다.
<<이리듐 착체의 예>>
이 이리듐 착체는 일반식(G1)으로 나타내어진다.
일반식(G1)에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 N 또는 C-R를 나타내고, R는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. Q1 및 Q2 중 적어도 한쪽은 C-R를 포함한다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 제 17 족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
Ar1 및 Ar2로 나타내어지는 아릴기 및 R로 나타내어지는 아릴키 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있는 이리듐 착체는 오쏘 금속 착체인 것이 바람직하다. 이 이리듐 착체는 일반식(G2)으로 나타내어진다.
일반식(G2)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 사이아노기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 N 또는 C-R를 나타내고, R는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. Q1 및 Q2 중 적어도 한쪽은 C-R를 포함한다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 제 17 족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
Ar1 및 R1 내지 R4로 나타내어지는 아릴기, R로 나타내어지는 아릴기, 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있는 이리듐 착체는 배위자로서 4H-트라이아졸 골격을 포함하고, 상기 이리듐 착체는 삼중항 여기 에너지 준위가 높고 청색 광 등의 에너지가 높은 광을 방출하는 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있어 바람직하다. 이 이리듐 착체를 일반식(G3)으로 나타내어진다.
일반식(G3)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기, 및 사이아노기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
R5는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는 적어도 하나의 수소가 제 17 족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴키의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
Ar1 및 R1 내지 R5로 나타내어지는 아릴기 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있는 이리듐 착체는 배위자로서 이미다졸 골격을 포함하고, 상기 이리듐 착체는 삼중항 여기 에너지 준위가 높고 청색 광 등의 에너지가 높은 광을 방출하는 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있기 때문에 바람직하다. 이 이리듐 착체는 일반식(G4)으로 나타내어진다.
일반식(G4)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 제 17 족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
Ar1 및 R1 내지 R6으로 나타내어지는 아릴기 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있는 이리듐 착체는 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 포함하고, 상기 골격의 질소에 결합되는 아릴기는 치환 또는 비치환된 페닐기인 것이 바람직하다. 이 경우, 이리듐 착체는 비교적 낮은 온도로 진공 증착될 수 있고, 삼중항 여기 에너지 준위가 높아질 수 있기 때문에, 청색 광 등의 에너지가 높은 광을 방출하는 발광 소자에 사용할 수 있다. 상기 이리듐 착체는 일반식(G5) 또는 일반식(G6)으로 나타내어진다.
일반식(G5)에서, R7 및 R11은 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R7 및 R11은 같은 구조를 갖는다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다.
R8 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 사이아노기를 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 또한, R8 내지 R10 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함하는 것이 바람직하다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
R5는 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 제 17 족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
일반식(G6)에서, R7 및 R11은 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R7 및 R11은 같은 구조를 갖는다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다.
R8 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 사이아노기를 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 또한, R8 내지 R10 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함하는 것이 바람직하다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
R5 및 R6은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 제 17 족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있는 이리듐 착체는 배위자로서 1H-트라이아졸 골격을 포함하고, 상기 이리듐 착체는 삼중항 여기 에너지 준위가 높고 청색 광 등의 에너지가 높은 광을 방출하는 발광 소자에 적합하게 사용될 수 있기 때문에 바람직하다. 이 이리듐 착체는 일반식(G7) 또는 일반식(G8)으로 나타내어진다.
일반식(G7)에서, Ar1은 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타낸다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기가 치환기를 갖는 경우, 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
R6은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 제 17 족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
Ar1, R1 내지 R4, 및 R6으로 나타내어지는 아릴기 및 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함한다.
일반식(G8)에서, R7 및 R11은 각각 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R7 및 R11은 같은 구조를 갖는다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다.
R8 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 사이아노기를 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 또한, R8 내지 R10 중 적어도 하나는 사이아노기를 포함하는 것이 바람직하다.
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. R1 내지 R4가 모두 수소인 경우, 합성의 용이성 및 원료의 가격에 장점이 있다.
R6은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 탄소수 6 내지 13의 치환 또는 비치환된 아릴기 중 임의의 것을 나타낸다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기는, 적어도 하나의 수소가 제 17 족 원소(플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 아스타틴)에 의하여 치환된 알킬기이다. 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기의 예에는, 플루오린화 알킬기, 염화 알킬기, 브로민화 알킬기, 및 아이오딘화 알킬기가 포함된다. 이들의 구체적인 예에는 플루오린화 메틸기, 염화 메틸기, 플루오린화 에틸기, 및 염화 에틸기가 포함된다. 또한, 이들의 할로젠 원소의 개수 및 종류는 하나이어도 좋고 2개 이상이어도 좋다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다. 상기 아릴기는 치환기를 가져도 좋고, 상기 아릴기의 치환기는 결합하여 고리를 형성하여도 좋다. 상기 치환기로서는, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기, 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기도 선택할 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 탄소수 3 내지 6의 사이클로알킬기의 구체적인 예에는 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 및 플루오렌일기가 포함된다.
일반식(G2) 내지 일반식(G8)에서 R1 내지 R4로 나타내어지는 알킬기 및 아릴기로서, 예를 들어, 상술한 구조식(R-1) 내지 구조식(R-29)으로 나타내어지는 기를 사용할 수 있다. 또한, 알킬기 및 아릴기로서 사용할 수 있는 기는 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 구조식(R-12) 내지 구조식(R-29)으로 나타내어지는 기는, 일반식(G1) 내지 일반식(G4) 및 일반식(G7)에서 Ar1로 나타내어지는 아릴기 및 일반식(G1)에서 Ar2로 나타내어지는 아릴기로서 사용될 수 있다. 또한, Ar1 및 Ar2로서 사용될 수 있는 기는 이들 기에 한정되지 않는다.
예를 들어, 구조식(R-1) 내지 구조식(R-10)으로 나타내어지는 기는, 일반식(G5), 일반식(G6), 및 일반식(G8)에서 R7 및 R11로 나타내어지는 알킬기로서 사용될 수 있다. 또한, 알킬기로서 사용할 수 있는 기는 이들 기에 한정되지 않는다.
일반식(G5), 일반식(G6), 및 일반식(G8)에서 R8 내지 R10으로 나타내어지는 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 페닐기로서, 예를 들어, 상기 구조식(R-1) 내지 구조식(R-22)으로 나타내어지는 기를 사용할 수 있다. 또한, 알킬기 또는 페닐기로서 사용할 수 있는 기는 이에 한정되지 않는다.
예를 들어, 구조식(R-1) 내지 구조식(R-29) 및 구조식(R-30) 내지 구조식(R-37)으로 나타내어지는 기는, 일반식(G3) 내지 일반식(G6)에서 R5로, 그리고 일반식(G4) 및 일반식(G6) 내지 일반식(G8)에서 R6으로 나타내어지는 알킬기, 아릴기, 및 할로알킬기로서 사용할 수 있다. 또한, 알킬기, 아릴기, 또는 할로알킬기로서 사용할 수 있는 기는 이들 기에 한정되지 않는다.
<<이리듐 착체의 구체적인 예>>
일반식(G1) 내지 일반식(G8)으로 나타내어지는 이리듐 착체의 구조의 구체적인 예에는 구조식(300) 내지 구조식(334)으로 나타내어지는 화합물이 있다. 또한, 일반식(G1) 내지 일반식(G8)으로 나타내어지는 이리듐 착체는 이하에 나타낸 예에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이 상기에서 예시한 이리듐 착체는 HOMO 준위 및 LUMO 준위가 비교적 낮기 때문에 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 게스트 재료로서 바람직하다. 이 경우, 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다. 또한 상기에서 예시한 이리듐 착체는 삼중항 여기 에너지 준위가 높기 때문에 특히 청색 발광 소자의 게스트 재료로서 바람직하다. 이 경우, 청색 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다. 또한 상기에서 예시한 이리듐 착체는 산화 및 환원의 반복에 대한 내성이 높기 때문에 상기 이리듐 착체를 포함하는 발광 소자의 구동 수명을 길게 할 수 있다.
발광층(130)에서 호스트 재료(133)로서 사용할 수 있는 재료로서는, 호스트 재료(132)와 엑시플렉스를 형성할 수 있는 재료가 바람직하다. 구체적으로는, π전자 과잉형 헤테로방향족 고리 골격 또는 방향족 아민 골격 등의 도너성이 높은 골격, 및 π전자 부족형 헤테로방향족 고리 골격 등의 억셉터성이 높은 골격 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. π전자 과잉형 헤테로방향족 고리 골격을 갖는 화합물의 예는 상술한 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 및 카바졸 유도체 등의 헤테로방향족 화합물을 포함한다. π전자 부족형 헤테로방향족 고리 골격을 갖는 화합물의 예는 상술한 피리딘 유도체, 다이아진 유도체(피리미딘 유도체, 피라진 유도체, 및 피리다진 골격), 및 트라이아진 유도체 등의 헤테로방향족 화합물을 포함한다. 이 경우, 호스트 재료(133 및 132)에 의하여 형성된 엑시플렉스의 발광 피크가 게스트 재료(131)(인광성 화합물)의 삼중항 MLCT(metal to ligand charge transfer) 전이의 흡수대, 구체적으로는 가장 긴 파장 측의 흡수대와 중첩되도록, 호스트 재료(133 및 132) 및 게스트 재료(131)(인광성 화합물)를 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 발광 효율이 대폭으로 향상된 발광 소자를 제공할 수 있게 된다. 또한, 인광성 화합물 대신에 열활성화 지연 형광 재료를 사용하는 경우에는, 가장 긴 파장 측의 흡수대는 단일항 흡수대인 것이 바람직하다.
호스트 재료(133)로서 사용할 수 있는 재료로서는, 상기 정공 수송 재료 및 상기 전자 수송 재료 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 재료의 예에는 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 및 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체; 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)-트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 및 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11) 등의 헤테로고리 화합물; 및 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N '-비스(3-메틸페닐)-N,N '-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 및 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB) 등의 방향족 아민 화합물이 포함된다. 또한, 안트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 및 다이벤조[g,p]크리센 유도체 등의 축합 다환 방향족 화합물을 들 수 있으며, 구체적인 예에는 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), N,N-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: DPhPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), N,9-다이페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPBA), N,9-다이페닐-N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), 6,12-다이메톡시-5,11-다이페닐크리센, N,N,N ',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 3,6-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: DPCzPA), 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 9,9'-바이안트릴(약칭: BANT), 9,9'-(스틸벤-3,3'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS2), 및 1,3,5-트라이(1-피렌일)벤젠(약칭: TPB3) 등이 있다. 이들 물질 및 공지의 물질 중에서, 게스트 재료(131)보다 에너지 갭이 넓은 하나 이상의 물질을 선택하는 것이 바람직하다.
발광층(130)은 2층 이상의 층이 적층된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 이 순서대로 적층하여 발광층(130)을 형성하는 경우, 제 1 발광층은 정공 수송성을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성되고, 제 2 발광층은 전자 수송성을 갖는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성된다.
발광층(130)은 게스트 재료(131), 호스트 재료(132), 및 호스트 재료(133) 외의 재료를 포함하여도 좋다.
또한, 형광성 화합물을 발광층(130)에 사용하여도 좋다. 형광성 화합물은, 특별히 한정되지 않지만 안트라센 유도체, 테트라센 유도체, 크리센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 스틸벤 유도체, 아크리돈 유도체, 쿠마린 유도체, 페녹사진 유도체, 또는 페노싸이아진 유도체 등이 바람직하다.
예에는 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-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-비스(4-tert-뷰틸페닐)피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6tBu-FLPAPrn), N,N '-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-3,8-다이사이클로헥실피렌-1,6-다이아민(약칭: ch-1,6FLPAPrn), 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 6, 쿠마린 545T, N,N '-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 2,8-다이-tert-뷰틸-5,11-비스(4-tert-뷰틸페닐)-6,12-다이페닐테트라센(약칭: TBRb), Nile red, 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), 및 5,10,15,20-테트라페닐비스벤조[5,6]인데노[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]페릴렌 등이 포함된다.
또한, 게스트 재료(131)로서, 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 갖는 임의의 재료를 사용하여도 좋다. 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 갖는 재료로서, 인광성 화합물에 더하여, 열활성화 지연 형광(TADF) 재료를 들 수 있다. 또한, 열활성화 지연 형광 재료는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 작고 역항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 갖는 재료이다. 따라서, TADF 재료는 적은 열 에너지를 사용하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지에 업컨버트할 수 있고(즉, 역항간 교차가 가능함), 단일항 여기 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타낼 수 있다. 그러므로, 설명에서의 "인광성 화합물"을 "열활성화 지연 형광 재료"로 바꿔도 좋다. 열활성화 지연 형광은 S1 준위와 T1 준위의 차이가 0eV보다 크고 0.2eV 이하, 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 조건하에서 효율적으로 얻어진다.
열활성화 지연 형광을 나타내는 재료는, 역항간 교차에 의하여 단독으로 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태를 형성할 수 있는 재료이어도 좋다. 열활성화 지연 형광 재료가 1종류의 재료로 구성되는 경우, 예를 들어 이하의 재료 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
우선, 풀러렌, 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 및 에오신 등을 들 수 있다. 다른 예에는, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd)을 포함하는 포르피린 등의 금속 함유 포르피린이 포함된다. 금속 함유 포르피린의 예에는 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린 테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 및 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2OEP) 등이 포함된다.
1종류의 재료로 구성되는 열활성화 지연 형광 재료로서는, π전자 과잉형 헤테로방향족 골격 및 π전자 부족형 헤테로방향족 골격을 포함하는 헤테로고리 화합물도 사용할 수 있다. 구체적으로는, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 또는 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등을 사용할 수 있다. 상기 헤테로고리 화합물은, π전자 과잉형 헤테로방향족 골격 및 π전자 부족형 헤테로방향족 골격을 갖기 때문에 전자 수송성 및 정공 수송성이 높아 바람직하다. 또한, π전자 과잉형 헤테로방향족 골격이 π전자 부족형 헤테로방향족 골격에 직접 결합된 물질은, π전자 과잉형 헤테로방향족 골격의 도너성 및 π전자 부족형 헤테로방향족 골격의 억셉터성이 모두 높아지고 S1 준위와 T1 준위의 차이가 작아지므로 특히 바람직하다.
<<한 쌍의 전극>>
전극(101) 및 전극(102)은 정공 및 전자를 발광층(130)에 주입하는 기능을 갖는다. 전극(101 및 102)은 예를 들어 금속, 합금, 또는 도전성 화합물, 또는 이들의 혼합물 또는 적층체를 사용하여 형성될 수 있다. 금속의 대표적인 예는 알루미늄(Al)이고, 이 외에 은(Ag), 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 구리, 또는 타이타늄 등의 전이 금속, 리튬(Li) 또는 세슘 등의 알칼리 금속, 또는 칼슘 또는 마그네슘(Mg) 등의 제 2족 금속을 사용할 수 있다. 전이 금속으로서 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속을 사용하여도 좋다. 상기 금속 중 임의의 것을 포함하는 합금은 합금으로서 사용할 수 있고, MgAg 및 AlLi를 예로서 들 수 있다. 도전성 화합물의 예에는 인듐 주석 산화물(이하 ITO라고 함), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO), 인듐 아연 산화물, 및 텅스텐 및 아연을 포함하는 인듐 산화물 등의 금속 산화물이 포함된다. 도전성 화합물로서 그래핀 등의 무기 탄소계 재료를 사용할 수도 있다. 상술한 바와 같이, 이들 재료 중 2개 이상을 적층함으로써 전극(101) 및/또는 전극(102)을 형성하여도 좋다.
발광층(130)으로부터 방출되는 광은 전극(101) 및/또는 전극(102)을 통하여 추출된다. 그러므로 전극들(101 및 102) 중 적어도 하나는 가시광을 투과시킨다. 광을 투과시키는 도전성 재료로서는 가시광 투과율이 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 60% 이상 100% 이하이고, 저항률이 1×10- 2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 사용할 수 있다. 광을 추출하는 측의 전극은 광을 투과시키는 기능 및 광을 반사하는 기능을 갖는 도전성 재료를 사용하여 형성하여도 좋다. 도전성 재료로서는 가시광 반사율이 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하이고, 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 사용할 수 있다. 광이 추출되는 전극이 금속 또는 합금 등의 광 투과율이 낮은 재료를 사용하여 형성되는 경우, 전극(101) 및/또는 전극(102)은 가시광을 투과시킬 정도로 얇은 두께(예를 들어, 두께 1nm 내지 10nm)로 형성된다.
또한, 본 명세서 등에서는 광을 투과시키는 전극으로서 가시광을 투과시키고 도전성을 갖는 재료를 사용한다. 상기 재료의 예에는 상술한 ITO로 대표되는 산화물 도전체층에 더하여, 산화물 반도체층, 및 유기 물질을 포함하는 유기 도전층이 포함된다. 유기 물질을 포함하는 유기 도전층의 예에는 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합한 복합 재료를 포함하는 층, 및 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터)를 혼합한 복합 재료를 포함하는 층이 포함된다. 투명 도전층의 저항률은 바람직하게는 1×105Ω·cm 이하, 더 바람직하게는 1×104Ω·cm 이하이다.
전극(101) 및 전극(102)의 형성 방법으로서는 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 도포법, MBE(molecular beam epitaxy)법, CVD법, 펄스 레이저 퇴적법, 또는 ALD(atomic layer deposition)법 등을 적절히 사용할 수 있다.
<<정공 주입층>>
정공 주입층(111)은 한 쌍의 전극 중 하나(전극(101) 또는 전극(102))로부터의 정공 주입의 장벽을 저감하여 정공 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌 유도체, 또는 방향족 아민을 사용하여 형성된다. 전이 금속 산화물로서는 산화 몰리브데넘, 산화 바나듐, 산화 루테늄, 산화 텅스텐, 또는 산화 망가니즈 등을 들 수 있다. 프탈로사이아닌 유도체로서는 프탈로사이아닌 또는 금속 프탈로사이아닌 등을 들 수 있다. 방향족 아민으로서는 벤지딘 유도체 또는 페닐렌다이아민 유도체 등을 들 수 있다. 폴리싸이오펜 또는 폴리아닐린 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있고, 그 대표적인 예는 자기 도핑된 폴리싸이오펜인 폴리(에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)이다.
정공 주입층(111)으로서, 정공 수송 재료와, 정공 수송 재료로부터 전자를 받는 성질을 갖는 재료의 복합 재료를 포함하는 층을 사용할 수도 있다. 또는 전자 수용성을 갖는 재료를 포함하는 층과 정공 수송 재료를 포함하는 층의 적층을 사용하여도 좋다. 정상(定常) 상태 또는 전계 존재하에서 이들 재료 사이를 전하가 이동할 수 있다. 전자 수용성을 갖는 재료의 예로서는 퀴노다이메테인 유도체, 클로라닐 유도체, 및 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터를 들 수 있다. 구체적인 예는 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 또는 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등의 전자 흡인기(할로젠기 또는 사이아노기)를 갖는 화합물이다. 또는 제 4 족 내지 제 8 족 금속의 산화물 등의 전이 금속 산화물을 사용할 수도 있다. 구체적으로는 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 또는 산화 레늄 등을 사용할 수 있다. 특히, 산화 몰리브데넘은 대기 중에서 안정적이고 흡습성이 낮고 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
정공 수송 재료로서는 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있고, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 구체적으로는 발광층(130)에 사용할 수 있는 정공 수송 재료로서 상기 방향족 아민, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 및 스틸벤 유도체 등 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 또한 정공 수송 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
방향족 탄화수소의 예에는, 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 및 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등이 있다. 다른 예에는 펜타센 및 코로넨 등이 있다. 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상이고 탄소수가 14 내지 42인 방향족 탄화수소가 특히 바람직하다.
방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 갖는 방향족 탄화수소로서, 예를 들어 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi) 및 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등이 들어진다.
다른 예에는 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 및 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물이 있다.
<<정공 수송층>>
정공 수송층(112)은 정공 수송 재료를 포함하는 층이며 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 재료 중 임의의 것을 사용하여 형성할 수 있다. 정공 수송층(112)이 정공 주입층(111)에 주입된 정공을 발광층(130)에 수송하는 기능을 갖기 위해서는, 정공 수송층(112)의 HOMO 준위가 정공 주입층(111)의 HOMO 준위와 동등하거나 가까운 것이 바람직하다.
정공 수송 재료로서, 정공 주입층(111)의 재료의 예로서 든 재료 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 또한, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이들 물질 외에, 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 갖는 임의의 물질을 사용하여도 좋다. 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층은 단층에 한정되지 않고, 상술한 물질을 포함하는 2층 이상의 층을 적층하여도 좋다.
<<전자 수송층>>
전자 수송층(118)은, 전자 주입층(119)을 통하여 한 쌍의 전극(전극(101) 또는 전극(102)) 중 다른 쪽으로부터 주입된 전자를 발광층(130)에 수송하는 기능을 갖는다. 정공보다 전자를 더 수송하는 성질을 갖는 재료는 전자 수송 재료로서 사용될 수 있고, 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료인 것이 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성을 갖는 재료)로서는, 아연 또는 알루미늄을 포함하는 금속 착체, 또는 질소 함유 헤테로방향족 화합물 등의 π전자 부족형 헤테로방향족 화합물 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 발광층(130)에 사용할 수 있는 전자 수송 재료로서 설명한 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 갖는 금속 착체를 들 수 있다. 또한 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 및 피리미딘 유도체 등을 들 수 있다. 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 또한 정공 수송성보다 전자 수송성이 높기만 하면, 상기 물질 외의 물질을 사용하여도 좋다. 전자 수송층(118)은 단층에 한정되지 않고, 상술한 물질을 포함하는 2층 이상의 적층을 포함하여도 좋다.
전자 수송층(118)과 발광층(130) 사이에, 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층을 제공하여도 좋다. 상기 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층은 상술한 바와 같은 전자 수송성이 높은 재료에 전자 트랩성이 높은 물질을 소량 첨가하여 형성되는 층이고, 상기 층은 전자 캐리어의 이동을 억제하여 캐리어 밸런스를 조정할 수 있다. 이러한 구조는 발광층을 전자가 통과할 때 발생되는 문제(소자 수명의 저하 등)를 방지하는 데 매우 효과적이다.
<<전자 주입층>>
전자 주입층(119)은 전극(102)으로부터의 전자 주입의 장벽을 저감하여 전자 주입을 촉진하는 기능을 갖고, 예를 들어 제 1 족 금속 또는 제 2 족 금속, 또는 상기 금속들 중 임의의 것의 산화물, 할로젠화물, 또는 탄산염을 사용하여 형성될 수 있다. 또는, 전자 수송 재료(상술함) 및 전자 수송 재료에 대하여 전자를 공여하는 성질을 갖는 재료를 포함하는 복합 재료를 사용할 수도 있다. 전자 공여성을 갖는 재료로서는, 제 1 족 금속, 제 2 족 금속, 또는 상기 금속의 산화물 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 소듐(NaF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 또는 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 그 화합물을 사용할 수 있다. 플루오린화 어븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수도 있다. 전자 주입층(119)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 상기 전자화물의 예에는 칼슘 산화물-산화 알루미늄(calcium oxide-aluminum oxide)에 고농도로 전자를 첨가한 물질이 포함된다. 전자 주입층(119)은 전자 수송층(118)에 사용할 수 있는 물질을 사용하여 형성될 수 있다.
전자 주입층(119)에는, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합한 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에서 전자가 발생되기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물은 발생된 전자의 수송이 우수한 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 상술한 전자 수송층(118)을 형성하는 물질(예를 들어, 금속 착체 및 헤테로방향족 화합물)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질을 사용하여도 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 및 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 및 이터븀 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 산화 리튬, 산화 칼슘, 및 산화 바륨 등을 들 수 있다. 또는, 산화 마그네슘 등의 루이스 염기를 사용할 수 있다. 또는, 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한, 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 노즐 인쇄법, 또는 그라비어 인쇄법 등에 의하여 형성할 수 있다. 상술한 재료 외에도, 상기 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층에는 퀀텀닷(quantum dot) 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(예를 들어, 올리고머, 덴드리머, 또는 폴리머)을 사용하여도 좋다.
퀀텀닷은 예를 들어, 콜로이드 퀀텀닷, 합금 퀀텀닷, 코어셸 퀀텀닷, 또는 코어 퀀텀닷이어도 좋다. 제 2 족 및 제 16 족에 속하는 원소, 제 13 족 및 제 15 족에 속하는 원소, 제 13 족 및 제 17 족에 속하는 원소, 제 11 족 및 제 17 족에 속하는 원소, 또는 제 14 족 및 제 15 족에 속하는 원소를 포함하는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다. 또는, 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn), 황(S), 인(P), 인듐(In), 텔루륨(Te), 납(Pb), 갈륨(Ga), 비소(As), 또는 알루미늄(Al) 등의 원소를 포함하는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다.
웨트 프로세스에 사용되는 액체 매체의 예는 메틸에틸케톤 및 사이클로헥사논 등의 케톤류; 아세트산에틸 등의 지방산 에스터류; 다이클로로벤젠 등의 할로젠화 탄화수소류; 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 및 사이클로헥실벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 사이클로헥세인, 데칼린, 및 도데케인 등의 지방족 탄화수소류; 다이메틸폼아마이드(DMF); 또는 다이메틸설폭사이드(DMSO) 등의 유기 용매이다.
발광층에 사용할 수 있는 고분자 화합물의 예에는, 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-페닐렌바이닐렌](약칭: MEH-PPV) 또는 폴리(2,5-다이옥틸-1,4-페닐렌바이닐렌) 등의 페닐렌바이닐렌(PPV) 유도체; 폴리(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)(약칭: PF8), 폴리[(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)-alt-(벤조[2,1,3]싸이아다이아졸-4,8-다이일)](약칭: F8BT), 폴리[(9,9-다이-n-옥틸플루오렌일-2,7-다이일)-alt-(2,2'-바이싸이오펜-5,5'-다이일)](약칭: F8T2), 폴리[(9,9-다이옥틸-2,7-다이바이닐렌플루오렌일렌)-alt-(9,10-안트라센)], 또는 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-alt-(2,5-다이메틸-1,4-페닐렌)] 등의 폴리플루오렌 유도체; 폴리(3-헥실싸이오펜-2,5-다이일)(약칭: P3HT) 등의 폴리알킬싸이오펜(PAT) 유도체; 또는 폴리페닐렌 유도체 등이 포함된다. 이들 고분자 화합물, 또는 폴리(9-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(2-바이닐나프탈렌), 폴리[비스(4-페닐)(2,4,6-트라이메틸페닐)아민](약칭: PTAA) 등의 고분자 화합물에 발광성을 갖는 화합물을 도핑하고 발광층에 사용하여도 좋다. 발광성을 갖는 화합물로서, 상술한 발광성을 갖는 화합물 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
<<기판>>
본 발명의 일 형태의 발광 소자는 유리 또는 플라스틱 등의 기판 위에 형성시켜도 좋다. 기판 위에 적층하는 방법으로서는 층들을 전극(101) 측으로부터 순차적으로 적층시켜도 좋고 전극(102) 측으로부터 순차적으로 적층시켜도 좋다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자를 형성할 수 있는 기판에는 예를 들어 유리, 석영, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또는 플렉시블 기판을 사용할 수 있다. 플렉시블 기판은, 예를 들어 폴리카보네이트 또는 폴리아릴레이트로 만들어진 플라스틱 기판 등의 구부릴 수 있는 기판이다. 필름 또는 무기 증착 필름 등을 사용할 수도 있다. 기판이 발광 소자 또는 광학 소자의 제작 공정에서 지지체로서 기능하기만 하면 다른 재료를 사용하여도 좋다. 발광 소자 또는 광학 소자를 보호하는 기능을 갖는 다른 재료를 사용하여도 좋다.
본 명세서 등에서 발광 소자는 예를 들어 다양한 기판 중 임의의 것을 사용하여 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 기판의 예에는 반도체 기판(예를 들어 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스 스틸 기판, 스테인리스 스틸 포일을 포함하는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 포함하는 기판, 플렉시블 기판, 접합 필름, 섬유상의 재료를 포함하는 CNF(cellulose nanofiber) 및 종이, 및 기재 필름 등이 포함된다. 유리 기판의 예로서는 바륨 붕규산 유리 기판, 알루미노붕규산 유리 기판, 또는 소다 석회 유리 기판 등을 들 수 있다. 플렉시블 기판, 접합 필름, 및 기재 필름 등의 예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에터 설폰(PES), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱의 기판이다. 다른 예는 아크릴 등의 수지이다. 또는, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화 바이닐, 또는 폴리염화 바이닐 등을 사용할 수 있다. 또는, 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 또는 종이 등을 사용할 수 있다.
또는 기판으로서 플렉시블 기판을 사용하여도 좋고, 발광 소자를 플렉시블 기판 위에 직접 제공하여도 좋다. 또는 기판과 발광 소자 사이에 분리층을 제공하여도 좋다. 분리층은 분리층 위에 형성된 발광 소자의 일부 또는 전체가 완성되고, 기판으로부터 분리되고, 그리고 다른 기판으로 전치될 때 사용할 수 있다. 이러한 경우, 발광 소자를 내열성이 낮은 기판 또는 플렉시블 기판으로도 전치할 수 있다. 상기 분리층에는 예를 들어, 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막을 포함하는 적층, 또는 기판 위에 형성된 폴리이미드 등의 수지막을 사용할 수 있다.
바꿔 말하면, 기판을 사용하여 발광 소자를 형성한 후에 발광 소자를 다른 기판으로 전치하여도 좋다. 발광 소자를 전치하는 기판의 예에는, 상술한 기판에 더하여, 셀로판 기판, 석재 기판, 목재 기판, 천 기판(천연 섬유(예를 들어 견, 면, 또는 마), 합성 섬유(예를 들어 나일론, 폴리우레탄, 또는 폴리에스터), 또는 재생 섬유(예를 들어 아세테이트, 큐프라, 레이온, 또는 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 및 고무 기판이 포함된다. 이러한 기판을 사용함으로써, 내구성이 높은 발광 소자, 내열성이 높은 발광 소자, 경량의 발광 소자, 또는 박형의 발광 소자를 얻을 수 있다.
발광 소자(150)는 예를 들어 상술한 기판 중 임의의 것 위에 형성된 전계 효과 트랜지스터(FET)에 전기적으로 접속된 전극 위에 형성되어도 좋다. 이에 따라, FET가 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스 표시 장치를 제작할 수 있다.
본 실시형태에서 상술한 구조는 다른 실시형태 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 설명한 구조와 상이한 구조를 갖는 발광 소자, 및 발광 소자의 발광 기구에 대하여 이하에서 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에서, 도 1과 비슷한 기능을 갖는 부분은 도 1과 같은 해치 패턴으로 나타내고, 특별히 부호로 나타내지 않는 경우가 있다. 또한, 비슷한 기능을 갖는 부분에는 공통된 부호를 사용하고, 그 부분에 대한 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
<발광 소자의 구조예>
도 5는 발광 소자(250)의 단면 모식도이다.
도 5에 도시된 발광 소자(250)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이에 복수의 발광 유닛(도 5에서는 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108))을 포함한다. 하나의 발광 유닛은 도 1에 도시된 EL층(100)과 같은 구조를 갖는다. 즉, 도 1에 도시된 발광 소자(150)는 하나의 발광 유닛을 포함하고, 도 5에 도시된 발광 소자(250)는 복수의 발광 유닛을 포함한다. 또한, 발광 소자(250)에 대한 이하의 설명에 있어서 전극(101)은 양극으로서 기능하고 전극(102)은 음극으로서 기능하지만, 발광 소자(250)에서 상기 기능은 교환되어도 좋다.
도 5에 도시된 발광 소자(250)에서, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)이 적층되어 있고, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에는 전하 발생층(115)이 제공되어 있다. 또한, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)은 같은 구조를 가져도 좋고 상이한 구조를 가져도 좋다. 예를 들어, 도 1에 도시된 EL층(100)의 구조가 발광 유닛(106)에 사용되는 것이 바람직하다.
발광 소자(250)는 발광층(130) 및 발광층(140)을 포함한다. 발광 유닛(106)은 발광층(130)에 더하여, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(113), 및 전자 주입층(114)을 포함한다. 발광 유닛(108)은 발광층(140)에 더하여, 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 포함한다.
전하 발생층(115)은 정공 수송 재료에 전자 수용체인 억셉터 재료가 첨가된 구조를 가져도 좋고, 전자 수송 재료에 전자 공여체인 도너 물질이 첨가된 구조를 가져도 좋다. 또는, 이들 구조 양쪽이 적층되어도 좋다.
전하 발생층(115)이 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 경우, 상기 복합 재료에는, 실시형태 1에서 설명한 정공 주입층(111)에 사용할 수 있는 복합 재료를 사용하여도 좋다. 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 화합물, 방향족 탄화수소, 및 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 또는 폴리머 등) 등의 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 유기 화합물로서는, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전자보다 정공의 수송성이 높기만 하면, 임의의 다른 물질을 사용하여도 좋다. 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료는 캐리어 주입성 및 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동 및 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한, 발광 유닛(108)과 같이 양극 측의 발광 유닛의 표면이 전하 발생층(115)에 접촉되는 경우에는, 전하 발생층(115)이 발광 유닛의 정공 주입층 또는 정공 수송층으로서도 기능할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛에 정공 주입층 또는 정공 수송층이 포함될 필요는 없다.
전하 발생층(115)은, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 다른 재료를 포함하는 층의 적층 구조를 가져도 좋다. 예를 들어, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 전자 공여성 재료 중에서 선택된 하나의 화합물 및 전자 수송성이 높은 화합물을 포함하는 층의 조합을 사용하여 전하 발생층(115)을 형성하여도 좋다. 또한, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 투명 도전성 재료를 포함하는 층의 조합을 사용하여 전하 발생층(115)을 형성하여도 좋다.
발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에 제공되는 전하 발생층(115)은, 전극(101)과 전극(102) 사이에 전압을 인가하였을 때, 한쪽의 발광 유닛에 전자가 주입되고 다른 쪽의 발광 유닛에 정공이 주입될 수 있기만 하면, 어떤 구조를 가져도 좋다. 예를 들어, 도 5에서, 전극(101)의 전위가 전극(102)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가할 때, 전하 발생층(115)은 발광 유닛(106)에 전자를 주입하고 발광 유닛(108)에 정공을 주입한다.
또한, 광 추출 효율의 관점에서, 전하 발생층(115)은 가시광 투광성(구체적으로는, 가시광 투과율이 40% 이상)을 갖는 것이 바람직하다. 전하 발생층(115)은 한 쌍의 전극(전극(101 및 102))보다 도전율이 낮더라도 기능한다. 전하 발생층(115)의 도전율이 한 쌍의 전극과 같은 정도로 높은 경우, 전하 발생층(115)에서 발생된 캐리어가, 막 면 방향으로 흐름으로써, 전극(101)과 전극(102)이 중첩되지 않는 영역에서 광이 방출되는 경우가 있다. 이러한 불량을 억제하기 위해서는, 전하 발생층(115)은 한 쌍의 전극보다 도전율이 낮은 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 재료 중 임의의 것을 사용하여 전하 발생층(115)을 형성함으로써, 발광층의 적층에 의하여 일어나는 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 대하여 도 5를 참조하여 설명하였지만, 비슷한 구조를 3개 이상의 발광 유닛이 적층된 발광 소자에 적용할 수 있다. 발광 소자(250)와 같이, 한 쌍의 전극 사이에서 복수의 발광 유닛을 전하 발생층으로 칸을 막으면, 전류 밀도를 낮게 유지한 채 높은 휘도로 광을 방출할 수 있고 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 소비전력이 낮은 발광 소자를 실현할 수 있다.
복수의 유닛 중 적어도 하나에 도 1에 나타낸 EL층(100)의 구조를 적용하면, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
발광 유닛(106)에 포함되는 발광층(130)은 실시형태 1에서 설명한 구조와 비슷한 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 발광 소자(250)는 발광 효율이 높다.
또한, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 사용되는 게스트 재료는 같아도 좋고, 상이하여도 좋다. 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 같은 게스트 재료가 사용되는 경우, 발광 소자(250)는 작은 전류값으로 높은 발광 휘도를 나타낼 수 있어, 바람직하다. 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 상이한 게스트 재료를 사용하는 경우, 발광 소자(250)는 다색(多色) 발광을 나타낼 수 있어, 바람직하다. 연색성이 높은 백색 발광 또는 적어도 적색, 녹색, 및 청색의 발광을 얻을 수 있도록 게스트 재료를 선택하는 것이 특히 바람직하다.
또한 발광 유닛(106 및 108) 및 전하 발생층(115)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 또는 그라비어 인쇄 등에 의하여 형성할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명한 구조 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 것과 상이한 구조를 갖는 발광 소자의 예에 대하여 도 6, 그리고 도 7의 (A) 및 (B)를 참조하여 이하에서 설명한다.
<발광 소자의 구조예 1>
도 6은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면도이다. 도 6에서, 도 1과 비슷한 기능을 갖는 부분은 도 1과 같은 해치 패턴으로 나타내고, 특별히 부호로 나타내지 않는 경우가 있다. 또한, 비슷한 기능을 갖는 부분에는 공통된 부호를 사용하고, 그 부분에 대한 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 6의 발광 소자(260)는 기판(200)을 통하여 광이 추출되는 보텀 이미션 구조를 가져도 좋고, 발광 소자로부터 방출되는 광이 기판(200)과는 반대의 방향으로 추출되는 톱 이미션 구조를 가져도 좋다. 그러나, 본 발명의 일 형태는 이 구조에 한정되지 않고, 발광 소자로부터 방출되는 광이 기판(200)의 상하 양쪽의 방향으로 추출되는 듀얼 이미션 구조를 갖는 발광 소자를 사용하여도 좋다.
발광 소자(260)가 보텀 이미션 구조를 갖는 경우, 전극(101)은 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 발광 소자(260)가 톱 이미션 구조를 갖는 경우, 전극(101)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
발광 소자(260)는 기판(200) 위에 전극(101) 및 전극(102)을 포함한다. 전극들(101 및 102) 사이에는, 발광층(123B), 발광층(123G), 및 발광층(123R)이 제공된다. 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)도 제공된다.
또한, 전극(101)은 복수의 도전층으로 형성되어도 좋다. 이 경우, 광을 반사하는 기능을 갖는 도전층 및 광을 투과시키는 기능을 갖는 도전층이 적층되는 구조가 바람직하다.
전극(101)에 실시형태 1에서 설명한 전극(101 또는 102)의 구조 및 재료를 사용할 수 있다.
도 6에서는 전극(101)과 전극(102) 사이에 끼워진 영역(221B), 영역(221G), 및 영역(221R) 사이에 격벽(145)이 제공되어 있다. 격벽(145)은 절연성을 갖는다. 격벽(145)은 전극(101)의 단부를 덮고, 상기 전극과 중첩되는 개구를 갖는다. 격벽(145)에 의하여, 상기 영역에서 기판(200) 위에 제공된 전극(101)을 섬 형상으로 분할할 수 있다.
또한, 발광층(123B)과 발광층(123G)은 격벽(145)과 중첩되는 영역에서 서로 중첩되어도 좋다. 발광층(123G)과 발광층(123R)은 격벽(145)과 중첩되는 영역에서 서로 중첩되어도 좋다. 발광층(123R)과 발광층(123B)은 격벽(145)과 중첩되는 영역에서 서로 중첩되어도 좋다.
격벽(145)은 절연성을 가지며 무기 또는 유기 재료를 사용하여 형성된다. 무기 재료의 예에는 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 및 질화 알루미늄 등이 포함된다. 유기 재료의 예에는 아크릴 수지 및 폴리이미드 수지 등의 감광성 수지 재료가 포함된다.
발광층(123R, 123G, 및 123B)은 상이한 색의 광을 방출하는 기능을 갖는 발광 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발광층(123R)이 적색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 포함하는 경우, 영역(221R)은 적색 광을 방출한다. 발광층(123G)이 녹색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 포함하는 경우, 영역(221G)은 녹색 광을 방출한다. 발광층(123B)이 청색을 나타내는 기능을 갖는 발광 재료를 포함하는 경우, 영역(221B)은 청색 광을 방출한다. 표시 장치의 화소에 이 구조를 갖는 발광 소자(260)를 사용함으로써, 풀 컬러의 표시 장치를 제작할 수 있다. 발광층들의 두께는 같아도 좋고 상이하여도 좋다.
발광층(123B), 발광층(123G), 및 발광층(123R) 중 하나 이상은 실시형태 1에서 설명한 발광층(130)의 구조와 비슷한 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다.
발광층들(123B, 123G, 및 123R) 중 하나 이상이, 2층 이상의 적층을 포함하여도 좋다.
상술한 바와 같이 적어도 하나의 발광층이 실시형태 1에서 설명한 발광층을 포함하고, 상기 발광층을 포함하는 발광 소자(260)를 표시 장치의 화소에 사용하면, 발광 효율이 높은 표시 장치를 제작할 수 있다. 따라서, 발광 소자(260)를 포함하는 표시 장치의 소비전력을 낮게 할 수 있다.
광을 추출하는 전극 위에 컬러 필터를 제공함으로써, 발광 소자(260)의 색 순도를 향상시킬 수 있다. 그러므로, 발광 소자(260)를 포함하는 표시 장치의 색 순도를 향상시킬 수 있다.
광을 추출하는 전극 위에 편광판을 제공함으로써, 발광 소자(260)에 의한 외광의 반사를 저감시킬 수 있다. 그러므로, 발광 소자(260)를 포함하는 표시 장치의 명암비를 향상시킬 수 있다.
또한, 발광 소자(260)의 다른 구성요소에 대해서는, 실시형태 1의 발광 소자의 구성요소를 참조할 수 있다.
<발광 소자의 구조예 2>
다음으로, 도 6에 도시된 발광 소자와 상이한 구조예에 대하여 도 7의 (A) 및 (B)를 참조하여 이하에서 설명한다.
도 7의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 각각 도시한 단면도이다. 도 7의 (A) 및 (B)에서, 도 6과 비슷한 기능을 갖는 부분은 도 6과 같은 해치 패턴으로 나타내고, 특별히 부호로 나타내지 않는 경우가 있다. 또한, 비슷한 기능을 갖는 부분에는 공통된 부호를 사용하고, 그 부분에 대한 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 7의 (A) 및 (B)는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 소자의 구조예를 도시한 것이다. 도 7의 (A)에 도시된 발광 소자(262a)는 기판(200)과는 반대의 방향으로 광이 추출되는 톱 이미션 구조를 갖고, 도 7의 (B)에 도시된 발광 소자(262b)는 기판(200) 측으로 광이 추출되는 보텀 이미션 구조를 갖는다. 그러나, 본 발명의 일 형태는 이들 구조에 한정되지 않고, 발광 소자로부터 방출되는 광이, 발광 소자가 형성되는 기판(200)에 대하여 상하 양쪽의 방향으로 추출되는 듀얼 이미션 구조를 가져도 좋다.
발광 소자들(262a 및 262b)은 각각 기판(200) 위에 전극(101), 전극(102), 전극(103), 및 전극(104)을 포함한다. 전극(101)과 전극(102) 사이, 전극(102)과 전극(103) 사이, 그리고 전극(102)과 전극(104) 사이에는, 적어도 발광층(130) 및 전하 발생층(115)이 제공된다. 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(140), 전자 수송층(113), 전자 주입층(114), 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)이 더 제공된다.
전극(101)은 도전층(101a), 및 도전층(101a) 위에 있고 도전층(101a)과 접촉되는 도전층(101b)을 포함한다. 전극(103)은 도전층(103a), 및 도전층(103a) 위에 있고 도전층(103a)과 접촉되는 도전층(103b)을 포함한다. 전극(104)은 도전층(104a), 및 도전층(104a) 위에 있고 도전층(104a)과 접촉되는 도전층(104b)을 포함한다.
도 7의 (A)에 도시된 발광 소자(262a) 및 도 7의 (B)에 도시된 발광 소자(262b)는 각각 전극(101)과 전극(102) 사이에 끼워진 영역(222B)과, 전극(102)과 전극(103) 사이에 끼워진 영역(222G)과, 전극(102)과 전극(104) 사이에 끼워진 영역(222R) 사이에, 격벽(145)을 포함한다. 격벽(145)은 절연성을 갖는다. 격벽(145)은 전극(101, 103, 및 104)의 단부를 덮고, 상기 전극과 중첩되는 개구를 갖는다. 격벽(145)에 의하여, 상기 영역에서 기판(200) 위에 제공된 전극을 섬 형상으로 분리할 수 있다.
발광 소자들(262a 및 262b)은 각각 영역(222B)으로부터 방출되는 광, 영역(222G)으로부터 방출되는 광, 및 영역(222R)으로부터 방출되는 광이 추출되는 방향으로 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)가 제공된 기판(220)을 포함한다. 각 영역으로부터 방출되는 광은 대응하는 광학 소자를 통하여 발광 소자 외부로 방출된다. 바꿔 말하면, 영역(222B)으로부터의 광, 영역(222G)으로부터의 광, 및 영역(222R)으로부터의 광은 각각, 광학 소자(224B), 광학 소자(224G), 및 광학 소자(224R)를 통하여 방출된다.
광학 소자들(224B, 224G, 및 224R)은 각각 입사광으로부터 특정의 색의 광을 선택적으로 투과시키는 기능을 갖는다. 예를 들어, 광학 소자(224B)를 통하여 영역(222B)으로부터 방출되는 광은 청색 광이고, 광학 소자(224G)를 통하여 영역(222G)으로부터 방출되는 광은 녹색 광이고, 광학 소자(224R)를 통하여 영역(222R)으로부터 방출되는 광은 적색 광이다.
예를 들어, 광학 소자(224R, 224G, 및 224B)에는 착색층(컬러 필터라고도 함), 밴드 패스 필터, 또는 다층 필터 등을 사용할 수 있다. 또는, 광학 소자로서 색 변환 소자를 사용할 수 있다. 색 변환 소자는 입사광을, 이 입사광보다 파장이 긴 광으로 변환하는 광학 소자이다. 색 변환 소자로서는 퀀텀닷 소자를 적합하게 사용할 수 있다. 퀀텀닷을 사용함으로써 표시 장치의 색재현성을 높일 수 있다.
또한, 각 광학 소자(224R, 224G, 및 224B) 위에 복수의 광학 소자를 적층하여도 좋다. 다른 광학 소자로서는, 예를 들어 원편광판 또는 반사 방지막 등을 제공할 수 있다. 표시 장치의 발광 소자로부터 방출되는 광이 추출되는 측에 제공된 원편광판에 의하여, 표시 장치 외부로부터 들어오는 광이 표시 장치의 내부에서 반사되어 외부로 되돌아가는 현상을 방지할 수 있다. 반사 방지막은 표시 장치의 표면으로 반사되는 외광을 약하게 할 수 있다. 이에 의하여 표시 장치로부터 방출되는 광을 선명하게 관찰할 수 있게 된다.
또한, 도 7의 (A) 및 (B)에서는 광학 소자를 통하여 영역으로부터 방출되는 청색 광(B), 녹색 광(G), 및 적색 광(R)을 파선(破線)의 화살표로 모식적으로 나타내었다.
광학 소자들 사이에는 차광층(223)이 제공된다. 차광층(223)은 인접한 영역들로부터 방출되는 광을 차단하는 기능을 갖는다. 또한, 차광층(223)이 없는 구조를 채용하여도 좋다.
차광층(223)은 외광의 반사를 저감하는 기능을 갖는다. 차광층(223)은 인접한 발광 소자로부터 방출되는 광이 섞이는 것을 방지하는 기능을 갖는다. 차광층(223)으로서는, 금속, 흑색 안료를 포함하는 수지, 카본 블랙, 금속 산화물, 또는 복수의 금속 산화물의 고용체를 포함하는 복합 산화물 등을 사용할 수 있다.
기판(200), 및 광학 소자가 제공되는 기판(220)에 대해서는 실시형태 1의 기판을 참조할 수 있다.
또한, 발광 소자(262a 및 262b)는 마이크로캐비티 구조를 갖는다.
<<마이크로캐비티 구조>>
발광층(130) 및 발광층(140)으로부터 방출되는 광은 한 쌍의 전극(예를 들어, 전극(101) 및 전극(102)) 사이에서 공진된다. 발광층(130) 및 발광층(140)은 방출되는 광 중 원하는 파장의 광이 강화되는 위치에 형성된다. 예를 들어, 전극(101)의 반사 영역에서 발광층(130)의 발광 영역까지의 광로의 길이 및 전극(102)의 반사 영역에서 발광층(130)의 발광 영역까지의 광로의 길이를 조정함으로써, 발광층(130)으로부터 방출되는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 또한, 전극(101)의 반사 영역에서 발광층(140)의 발광 영역까지의 광로의 길이 및 전극(102)의 반사 영역에서 발광층(140)의 발광 영역까지의 광로의 길이를 조정함으로써, 발광층(140)으로부터 방출되는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 복수의 발광층(여기서는, 발광층(130 및 140))이 적층된 발광 소자의 경우, 발광층(130 및 140)의 광로의 길이를 최적화하는 것이 바람직하다.
발광 소자들(262a 및 262b)의 각각에서 각 영역에서의 도전층(도전층(101b), 도전층(103b), 및 도전층(104b))의 두께를 조정함으로써, 발광층(130 및 140)으로부터 방출되는 광 중 원하는 파장의 광을 강화시킬 수 있다. 또한, 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112) 중 적어도 하나의 두께를 영역들 사이에서 상이하게 하여 발광층(130 및 140)으로부터 방출되는 광을 강화시켜도 좋다.
예를 들어, 전극(101 내지 104)의 광을 반사하는 기능을 갖는 도전성 재료의 굴절률이 발광층(130) 또는 발광층(140)의 굴절률보다 낮은 경우, 전극(101)의 도전층(101b)의 두께를 조정하여 전극(101)과 전극(102) 사이의 광로의 길이가 m BλB/2(m B는 자연수이고 λB는 영역(222B)에서 강화되는 광의 파장임)가 되도록 한다. 마찬가지로, 전극(103)의 도전층(103b)의 두께를 조정하여 전극(103)과 전극(102) 사이의 광로의 길이가 m GλG/2(m G는 자연수이고 λG는 영역(222G)에서 강화되는 광의 파장임)가 되도록 한다. 또한, 전극(104)의 도전층(104b)의 두께를 조정하여 전극(104)과 전극(102) 사이의 광로의 길이가 m RλR/2(m R는 자연수이고 λR는 영역(222R)에서 강화되는 광의 파장임)가 되도록 한다.
상술한 식으로, 각 영역에서의 한 쌍의 전극 사이의 광로의 길이를 조정하는 마이크로캐비티 구조에 의하여, 전극 근방에서의 광의 산란 및 흡수를 억제할 수 있고, 이에 따라 광 추출 효율이 높아진다. 상기 구조에서 도전층(101b, 103b, 및 104b)은 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 도전층들(101b, 103b, 및 104b)의 재료는 같아도 좋고 상이하여도 좋다. 도전층들(101b, 103b, 및 104b)의 각각은 2층 이상의 적층 구조를 가져도 좋다.
도 7의 (A)에 도시된 발광 소자(262a)는 톱 이미션 구조를 갖기 때문에, 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
도 7의 (B)에 도시된 발광 소자(262b)는 보텀 이미션 구조를 갖기 때문에, 도전층(101a), 도전층(103a), 및 도전층(104a)은 광을 투과시키는 기능과 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.
발광 소자들(262a 및 262b)의 각각에서, 도전층들(101a, 103a, 및 104a)은 상이한 재료로 형성되어도 좋고, 같은 재료로 형성되어도 좋다. 도전층들(101a, 103a, 및 104a)을 같은 재료로 형성하면, 발광 소자(262a 및 262b)의 제작 비용을 저감할 수 있다. 또한, 도전층들(101a, 103a, 및 104a)의 각각은 2개 이상의 층을 포함하는 적층 구조를 가져도 좋다.
또한, 발광 소자(262a) 및 발광 소자(262b)의 발광층(130)은 실시형태 1에서 설명한 구조와 비슷한 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 발광 소자의 발광 효율을 높일 수 있다.
발광층들(130 및 140) 중 한쪽 또는 양쪽은, 예를 들어 발광층들(140a 및 140b)과 같이 2층으로 이루어진 적층 구조를 가져도 좋다. 상이한 색의 광을 방출하는 2종류의 발광 재료(제 1 발광 재료 및 제 2 발광 재료)를 포함하는 2개의 발광층에 의하여, 복수의 색의 발광이 가능해진다. 발광층(130)으로부터의 발광과 발광층(140)으로부터의 발광을 조합하여 백색 광이 얻어질 수 있도록, 발광층의 발광 재료를 선택하는 것이 특히 바람직하다.
발광층들(130 및 140) 중 한쪽 또는 양쪽은, 3층 이상으로 이루어지는 적층 구조를 가져도 좋고, 발광 재료를 포함하지 않는 층을 포함하여도 좋다.
상술한 식으로, 실시형태 1에서 설명한 구조 중 어느 하나를 갖는 발광층을 포함하는 발광 소자(262a 또는 262b)를 표시 장치의 화소에 사용함으로써, 발광 효율이 높은 표시 장치를 제작할 수 있다. 이에 의하여, 발광 소자(262a 또는 262b)를 포함하는 표시 장치의 소비전력을 낮게 할 수 있다.
발광 소자(262a 및 262b)의 다른 구성요소에 대해서는, 발광 소자(260), 또는 실시형태 1 및 2에서 설명한 발광 소자의 구성요소를 참조할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 포함하는 표시 장치에 대하여 도 8의 (A) 및 (B), 도 9의 (A) 및 (B), 그리고 도 10의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
<표시 장치의 구조예 1>
도 8의 (A)는 표시 장치(600)를 도시한 상면도이고, 도 8의 (B)는 도 8의 (A)의 일점쇄선 A-B 및 일점쇄선 C-D를 따라 취한 단면도이다. 표시 장치(600)는 구동 회로부(신호선 구동 회로부(601) 및 주사선 구동 회로부(603)) 및 화소부(602)를 포함한다. 또한, 신호선 구동 회로부(601), 주사선 구동 회로부(603), 및 화소부(602)는 발광 소자로부터의 발광을 제어하는 기능을 갖는다.
또한, 표시 장치(600)는 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 실재(605), 실재(605)로 둘러싸인 영역(607), 리드 배선(608), 및 FPC(609)를 포함한다.
또한, 리드 배선(608)은 신호선 구동 회로부(601) 및 주사선 구동 회로부(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이며, 외부 입력 단자로서 기능하는 FPC(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 및 리셋 신호 등을 받기 위한 배선이다. 여기서는 FPC(609)만을 도시하였지만, FPC(609)에는 인쇄 배선판(PWB: printed wiring board)이 제공되어 있어도 좋다.
신호선 구동 회로부(601)로서는, n채널 트랜지스터(623)와 p채널 트랜지스터(624)를 조합한 CMOS 회로를 형성한다. 신호선 구동 회로부(601) 또는 주사선 구동 회로부(603)로서는 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로 등의 다양한 종류의 회로를 사용할 수 있다. 본 실시형태의 표시 장치에서는 구동 회로부가 형성된 드라이버 및 화소가 기판의 같은 표면 위에 형성되어 있지만, 구동 회로부를 반드시 기판 위에 형성할 필요는 없고, 기판 외부에 형성할 수 있다.
화소부(602)는 스위칭 트랜지스터(611), 전류 제어 트랜지스터(612), 및 전류 제어 트랜지스터(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 하부 전극(613)을 포함한다. 또한, 하부 전극(613)의 단부를 덮도록 격벽(614)이 형성된다. 격벽(614)으로서는 예를 들어, 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용할 수 있다.
양호한 피복성을 얻기 위해서는, 격벽(614)을, 그 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면을 갖도록 형성한다. 예를 들어, 격벽(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴을 사용하는 경우, 격벽(614)의 상단부만이 곡률(곡률 반경 0.2μm 내지 3μm)을 갖는 곡면을 갖는 것이 바람직하다. 격벽(614)으로서는, 네거티브형 감광성 수지 또는 포지티브형 감광성 수지를 사용할 수 있다.
또한, 각 트랜지스터(트랜지스터(611, 612, 623, 및 624))의 구조에 대한 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 스태거형 트랜지스터를 사용할 수 있다. 또한, 이들 트랜지스터의 극성에 대한 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 이들 트랜지스터에는 n채널 및 p채널 트랜지스터를 사용하여도 좋고, n채널 트랜지스터 또는 p채널 트랜지스터 중 어느 한쪽을 사용하여도 좋다. 또한, 트랜지스터에 사용되는 반도체막의 결정성에 대한 특별한 한정은 없다. 예를 들어, 비정질 반도체막 또는 결정성 반도체막을 사용하여도 좋다. 반도체 재료의 예에는 제 14 족 반도체(예를 들어, 실리콘을 포함하는 반도체), 화합물 반도체(산화물 반도체를 포함함), 및 유기 반도체 등이 포함된다. 예를 들어, 트랜지스터에는 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상인 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하고, 이로써 트랜지스터의 오프 상태 전류를 저감할 수 있다. 산화물 반도체의 예에는 In-Ga 산화물 및 In-M-Zn 산화물(M은 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 란타넘(La), 세륨(Ce), 주석(Sn), 하프늄(Hf), 또는 네오디뮴(Nd)임) 등이 포함된다.
하부 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 상부 전극(617)이 형성되어 있다. 여기서 하부 전극(613)은 양극으로서 기능하고, 상부 전극(617)은 음극으로서 기능한다.
또한, EL층(616)은 증착 마스크에 의한 증착법(진공 증착법을 포함함), 액적 토출법(잉크젯법이라고도 함), 스핀 코팅법 등의 도포법, 및 그라비어 인쇄법을 포함하는 다양한 방법 중 임의의 것에 의하여 형성된다. EL층(616)에 포함되는 다른 재료로서는 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머 또는 덴드리머를 포함함)을 사용하여도 좋다.
또한, 발광 소자(618)는 하부 전극(613), EL층(616), 및 상부 전극(617)으로 형성된다. 발광 소자(618)는 실시형태 1 내지 실시형태 3에서 설명한 구조들 중 임의의 것을 갖는 것이 바람직하다. 화소부가 복수의 발광 소자를 포함하는 경우, 화소부는 실시형태 1 내지 실시형태 3에서 설명한 발광 소자 중 임의의 것과, 이와 상이한 구조를 갖는 발광 소자의 양쪽 모두를 포함하여도 좋다.
실재(605)로 밀봉 기판(604)과 소자 기판(610)을 서로 접합하면, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 영역(607)에 발광 소자(618)가 제공된다. 영역(607)에는 충전재가 충전되어 있다. 영역(607)에는 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등)가 충전되거나, 또는 실재(605)에 사용할 수 있는 자외선 경화 수지 또는 열 경화 수지가 충전되는 경우가 있다. 예를 들어, PVC(polyvinyl chloride)계 수지, 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, PVB(polyvinyl butyral)계 수지, 또는 EVA(ethylene vinyl acetate)계 수지를 사용할 수 있다. 밀봉 기판에는 오목부를 제공하고, 오목부에 건조제를 제공하면 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
발광 소자(618)와 중첩되도록, 밀봉 기판(604) 아래에 광학 소자(621)를 제공한다. 밀봉 기판(604) 아래에는 차광층(622)이 제공된다. 광학 소자(621) 및 차광층(622)의 구조는 각각, 실시형태 3의 광학 소자 및 차광층과 같게 할 수 있다.
또한, 실재(605)에는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 재료는 수분 또는 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 밀봉 기판(604)으로서는 유리 기판, 석영 기판, 또는 FRP(fiber reinforced plastic), PVF(poly(vinyl fluoride)), 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 형성된 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 식으로, 실시형태 1 내지 실시형태 3에서 설명한 발광 소자 및 광학 소자 중 임의의 것을 포함하는 표시 장치를 얻을 수 있다.
<표시 장치의 구조예 2>
다음으로, 표시 장치의 다른 예에 대하여 도 9의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다. 또한, 도 9의 (A) 및 (B)는 각각 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 단면도이다.
도 9의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 및 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 하부 전극(1024R, 1024G, 및 1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 소자의 상부 전극(1026), 밀봉층(1029), 밀봉 기판(1031), 및 실재(1032) 등이 도시되어 있다.
도 9의 (A)에서는 광학 소자의 예로서, 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 및 청색의 착색층(1034B))이 투명 기재(1033)에 제공되어 있다. 또한, 차광층(1035)이 제공되어도 좋다. 착색층 및 차광층이 제공된 투명 기재(1033)는 위치를 맞추고 기판(1001)에 고정된다. 또한, 착색층 및 차광층은 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 도 9의 (A)에서는, 적색 광, 녹색 광, 및 청색 광이 착색층을 통과하므로 3가지 색의 화소를 사용하여 화상을 표시할 수 있다.
도 9의 (B)는 광학 소자의 예로서 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 및 청색의 착색층(1034B))을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 제공하는 예를 도시한 것이다. 이 구조에서와 같이 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
광학 소자의 예로서는, 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 및 청색의 착색층(1034B))을 제 1 층간 절연막(1020)과 제 2 층간 절연막(1021) 사이에 제공한다.
상술한 표시 장치는 트랜지스터가 형성되어 있는 기판(1001) 측으로부터 광을 추출하는 구조(보텀 이미션 구조)를 갖지만, 밀봉 기판(1031) 측으로부터 광을 추출하는 구조(톱 이미션 구조)를 가져도 좋다.
<표시 장치의 구조예 3>
도 10의 (A) 및 (B)는 각각 톱 이미션 구조를 갖는 표시 장치의 단면도의 예이다. 또한, 도 10의 (A) 및 (B)는 각각 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 도시한 단면도이고, 도 9의 (A) 및 (B)에 도시된 구동 회로부(1041) 및 주변부(1042) 등은 도시되어 있지 않다.
이 경우, 기판(1001)으로서는 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. 트랜지스터와 발광 소자의 양극을 접속하는 접속 전극을 형성하는 단계까지의 공정은, 보텀 이미션 구조를 갖는 표시 장치와 마찬가지로 수행한다. 그리고, 전극(1022)을 덮도록 제 3 층간 절연막(1037)을 형성한다. 이 절연막은 평탄화 기능을 가져도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 비슷한 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 또는 다양한 다른 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
여기서, 발광 소자의 하부 전극들(1024R, 1024G, 및 1024B)은 각각 양극으로서 기능하지만, 음극으로서 기능하여도 좋다. 또한, 도 10의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같은 톱 이미션 구조를 갖는 표시 장치의 경우, 하부 전극(1024R, 1024G, 및 1024B)은 광을 반사하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. EL층(1028) 위에 상부 전극(1026)이 제공된다. 상부 전극(1026)은 광을 반사하는 기능 및 광을 투과시키는 기능을 갖는 것이 바람직하고, 상부 전극(1026)과 하부 전극(1024R, 1024G, 및 1024B) 사이에 마이크로캐비티 구조를 사용하여, 특정의 파장을 갖는 광의 강도를 높이는 것이 바람직하다.
도 10의 (A)에 도시된 바와 같은 톱 이미션 구조의 경우, 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G), 및 청색의 착색층(1034B))이 제공되어 있는 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 수행할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치하는 차광층(1035)을 제공하여도 좋다. 또한, 밀봉 기판(1031)으로서는 투광성 기판이 적합하게 사용된다.
도 10의 (A)는 발광 소자들 및 상기 발광 소자들의 착색층들을 제공하는 구조를 예로서 도시한 것이지만, 구조는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 10의 (B)에 나타낸 바와 같이, 적색의 착색층(1034R) 및 청색의 착색층(1034B)을 포함하고 녹색의 착색층을 포함하지 않는 구조를 채용하여, 적색, 녹색, 및 청색의 3가지 색으로 풀 컬러 표시를 실현하여도 좋다. 발광 소자들에 착색층들을 제공하는 도 10의 (A)에 도시된 바와 같은 구조는, 외광의 반사를 억제하는 데 효과적이다. 한편, 발광 소자에 적색의 착색층 및 청색의 착색층이 제공되지만 녹색의 착색층이 제공되지 않는 도 10의 (B)에 도시된 바와 같은 구조는, 녹색의 발광 소자로부터 방출되는 광의 에너지 손실이 적기 때문에 소비전력을 저감하는 데 효과적이다.
3가지 색(적색, 녹색, 및 청색)의 부화소를 포함하는 표시 장치에 대하여 상술하였지만, 부화소의 색의 수는 4가지(적색, 녹색, 청색, 및 황색, 또는 적색, 녹색, 청색, 및 백색)이어도 좋다. 이 경우, 황색 광을 투과시키는 기능 또는 청색, 녹색, 황색, 및 적색 중에서 선택된 복수의 색의 광을 투과시키는 기능을 갖는 착색층을 사용할 수 있다. 착색층이 청색, 녹색, 황색, 및 적색 중에서 선택된 복수의 색의 광을 투과시킬 수 있는 경우, 착색층을 통과하는 광은 백색 광이어도 좋다. 황색 또는 백색의 광을 나타내는 발광 소자는 발광 효율이 높기 때문에, 이러한 구조를 갖는 표시 장치의 소비전력을 더 낮게 할 수 있다.
또한, 도 8의 (A) 및 (B)에 나타낸 표시 장치(600)에서는, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)에 의하여 둘러싸여 있는 영역(607)에 밀봉층을 형성하여도 좋다. 밀봉층에는 PVC(polyvinyl chloride)계 수지, 아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, PVB(polyvinyl butyral)계 수지, 또는 EVA(ethylene vinyl acetate)계 수지 등의 수지를 사용할 수 있다. 또는, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 또는 질화 알루미늄 등의 무기 재료를 사용할 수 있다. 영역(607)에 밀봉층을 형성함으로써, 물 등의 불순물로 인한 발광 소자(618)의 열화를 방지할 수 있어 바람직하다. 또한, 밀봉층을 형성하는 경우, 실재(605)를 반드시 제공할 필요는 없다.
밀봉층이 다층 구조를 갖는 경우, 표시 장치(600) 외부로부터 물 등의 불순물이 표시 장치 내부에 있는 발광 소자(618)에 들어가는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 밀봉층이 다층 구조를 갖는 경우, 수지와 무기 재료를 적층하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 본 실시형태 및 다른 실시형태의 다른 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 각각 포함하는 표시 모듈, 전자 기기, 발광 장치, 및 조명 장치에 대하여 도 11, 도 12의 (A) 내지 (G), 도 13의 (A) 내지 (C), 및 도 14를 참조하여 설명한다.
<표시 모듈>
도 11의 표시 모듈(8000)에서, 상부 커버(8001)와 하부 커버(8002) 사이에, FPC(8003)에 접속된 터치 센서(8004), FPC(8005)에 접속된 표시 장치(8006), 프레임(8009), 프린트 기판(8010), 및 배터리(8011)가 제공된다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자는 예를 들어 표시 장치(8006)에 사용될 수 있다.
상부 커버(8001) 및 하부 커버(8002)의 형상 및 크기는, 터치 센서(8004) 및 표시 장치(8006)의 크기에 따라 적절히 변화될 수 있다.
터치 센서(8004)는 저항식 터치 센서 또는 정전 용량식 터치 센서일 수 있고 표시 장치(8006)와 중첩되도록 형성될 수 있다. 표시 장치(8006)의 대향 기판(밀봉 기판)은 터치 센서 기능을 가질 수 있다. 광학식 터치 센서가 얻어지도록 표시 장치(8006)의 각 화소에 포토센서를 제공하여도 좋다.
프레임(8009)은 표시 장치(8006)를 보호하고 프린트 기판(8010)의 동작에 의하여 발생되는 전자기파를 차단하기 위한 전자기 실드로서 기능하기도 한다. 프레임(8009)은 방열판으로서 기능할 수도 있다.
프린트 기판(8010)은 전원 회로와, 비디오 신호 및 클록 신호를 출력하기 위한 신호 처리 회로를 갖는다. 전원 회로에 전력을 공급하기 위한 전원으로서는 외부 상용 전원 또는 별도 제공된 배터리(8011)를 사용하여도 좋다. 상용 전원을 사용하는 경우에는 배터리(8011)를 생략할 수 있다.
표시 모듈(8000)에, 편광판, 위상차판, 또는 프리즘 시트 등의 부재를 추가적으로 제공하여도 좋다.
<전자 기기>
도 12의 (A) 내지 (G)는 전자 기기를 나타낸 것이다. 이들 전자 기기는 각각 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작 키(9005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(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 측정 또는 검출하는 기능을 갖는 센서), 및 마이크로폰(9008) 등을 포함할 수 있다. 또한 센서(9007)는 맥박 센서 및 지문 센서와 같이 생체 정보를 측정하는 기능을 가져도 좋다.
도 12의 (A) 내지 (G)에 도시된 전자 기기는 예를 들어, 여러 가지 데이터(정지 화상, 동영상, 및 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 센서 기능, 달력, 일자, 및 시간 등을 표시하는 기능, 여러 가지 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 여러 가지 컴퓨터 네트워크에 접속되는 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 여러 가지 데이터를 송신 또는 수신하는 기능, 및 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하고 표시부에 프로그램 또는 데이터를 표시하는 기능 등의 다양한 기능을 가질 수 있다. 또한 도 12의 (A) 내지 (G)에 도시된 전자 기기는, 상술한 기능에 한정되지 않고 다양한 기능을 가질 수 있다. 도 12의 (A) 내지 (G)에는 도시되지 않았지만, 전자 기기는 복수의 표시부를 포함하여도 좋다. 전자 기기는 카메라 등을 가져도 좋고 정지 화상을 촬영하는 기능, 동영상을 촬영하는 기능, 촬영한 화상을 기억 매체(외부 기억 매체 또는 카메라에 포함되는 기억 매체)에 저장하는 기능, 또는 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 12의 (A) 내지 (G)에서의 전자 기기에 대하여 이하에서 자세히 설명한다.
도 12의 (A)는 휴대 정보 단말(9100)의 사시도이다. 휴대 정보 단말(9100)의 표시부(9001)에는 가요성을 있다. 그러므로, 구부러진 하우징(9000)의 곡면을 따라 표시부(9001)를 제공할 수 있다. 또한, 표시부(9001)는 터치 센서를 포함하고, 손가락 또는 스타일러스 등으로 화면을 터치함으로써 조작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 표시부(9001)에 표시된 아이콘을 터치하면, 애플리케이션을 기동시킬 수 있다.
도 12의 (B)는 휴대 정보 단말(9101)을 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말(9101)은 예를 들어 전화기, 수첩, 및 정보 열람 장치 등 중 하나 이상으로서 기능한다. 구체적으로는, 이 휴대 정보 단말은 스마트폰으로서 사용될 수 있다. 또한 도 12의 (A)에는 도시되지 않은 스피커(9003), 접속 단자(9006), 및 센서(9007) 등은, 도 12의 (A)에 도시된 휴대 정보 단말(9100)과 같이 휴대 정보 단말(9101)에 배치될 수 있다. 휴대 정보 단말(9101)은 문자 및 화상 정보를 그 복수의 면에 표시할 수 있다. 예를 들어, 3개의 조작 버튼(9050)(조작 아이콘 또는 단순히 아이콘이라고도 함)을 표시부(9001)의 일 표면에 표시할 수 있다. 또한, 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수 있다. 정보(9051)의 예에는 이메일, SNS(social networking service) 메시지, 및 전화 등의 수신을 알리는 표시; 이메일 및 SNS 메시지의 제목 및 송신자; 날짜; 시각; 배터리의 잔량; 및 전파 등의 수신 신호의 강도를 나타내는 표시 등이 포함된다. 정보(9051)가 표시되는 위치에 정보(9051) 대신에 조작 버튼(9050) 등을 표시하여도 좋다.
하우징(9000)의 재료로서는, 예를 들어 합금, 플라스틱, 또는 세라믹을 사용할 수 있다. 플라스틱으로서는 강화 플라스틱을 사용할 수도 있다. 강화 플라스틱의 한 종류인 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)은 경량이며 부식하지 않는다는 이점을 갖는다. 다른 강화 플라스틱의 예에는, 유리 섬유를 포함한 것 및 아라미드 섬유를 포함한 것이 포함된다. 합금으로서 알루미늄 합금 및 마그네슘 합금을 들 수 있다. 특히 지르코늄, 구리, 니켈, 및 타이타늄을 포함한 비정질 합금(금속 유리라고도 함)은 탄성 강도가 높다는 면에서 우수하다. 이 비정질 합금은 실온에서 유리 전이 영역을 포함하고, 벌크 응고 비정질 합금이라고도 하고 실질적으로 비정질 원자 구조를 포함한다. 응고 주조법(solidification casting method)에 의하여 적어도 일부의 하우징의 주형(鑄型) 내에 합금 재료를 넣어 응고시킴으로써 일부의 하우징을, 벌크 응고 비정질 합금을 사용하여 형성한다. 비정질 합금은 지르코늄, 구리, 니켈, 및 타이타늄에 더하여 베릴륨, 실리콘, 나이오븀, 붕소, 갈륨, 몰리브데넘, 텅스텐, 망가니즈, 철, 코발트, 이트륨, 바나듐, 인, 또는 탄소 등을 포함하여도 좋다. 비정질 합금은 응고 주조법 대신에 진공 증착법, 스퍼터링법, 전해 도금법, 또는 무전해 도금법 등에 의하여 형성하여도 좋다. 비정질 합금은 전체로서 장거리 질서(주기 구조)를 갖지 않는 상태를 유지하기만 하면 미결정 또는 나노 결정을 포함하여도 좋다. 또한 합금이란 용어는 단일 고체상 구조를 갖는 완전 고용체 합금과, 2개 이상의 상을 갖는 부분 용체의 양쪽을 말한다. 비정질 합금을 사용한 하우징(9000)은 높은 탄성을 가질 수 있다. 휴대 정보 단말(9101)이 낙하되고 이 충격으로 일시적으로 변형되더라도 하우징(9000)에 비정질 합금을 사용하면 원래의 형상으로 되돌아가게 되기 때문에 휴대 정보 단말(9101)의 내충격성을 향상시킬 수 있다.
도 12의 (C)는 휴대 정보 단말(9102)을 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말(9102)은 표시부(9001)의 3개 이상의 면에 정보를 표시하는 기능을 갖는다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 및 정보(9054)가 상이한 다른 면에 표시된다. 예를 들어 휴대 정보 단말(9102)의 사용자는 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말(9102)을 넣은 채 그 표시(여기서는 정보(9053))를 볼 수 있다. 구체적으로는 착신한 전화의 발신 번호 또는 이름 등을 휴대 정보 단말(9102) 위로부터 볼 수 있는 위치에 표시한다. 따라서, 사용자는 휴대 정보 단말(9102)을 포켓에서 꺼내지 않아도 표시를 보고 전화를 받을지 여부를 결정할 수 있다.
도 12의 (D)는 손목시계형의 휴대 정보 단말(9200)의 사시도이다. 휴대 정보 단말(9200)은 휴대 전화 통화, 전자 메일, 문장 열람 및 문장 작성, 음악 재생, 인터넷 통신, 및 컴퓨터 게임 등의 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있다. 표시부(9001)의 표시면이 휘어지고, 휘어진 표시면에 화상을 표시할 수 있다. 휴대 정보 단말(9200)은 기존의 통신 표준에 기초한 통신 방식인 근거리 무선 통신을 채용할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 무선 통신 가능한 헤드셋과 휴대 정보 단말(9200) 간의 상호 통신을 수행할 수 있어 핸즈프리로 통화할 수 있다. 휴대 정보 단말(9200)은 접속 단자(9006)를 포함하고, 커넥터를 통하여 다른 정보 단말과 데이터를 직접 주고받을 수 있다. 접속 단자(9006)를 통하여 충전이 가능하다. 또한, 충전 동작은 접속 단자(9006)를 사용하지 않고 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 12의 (E), (F), 및 (G)는 폴더블(foldable) 휴대 정보 단말(9201)의 사시도이다. 도 12의 (E)는 펼쳐진 휴대 정보 단말(9201)을 도시한 사시도이다. 도 12의 (F)는 펼쳐진 상태로부터 접힌 상태로, 또는 접힌 상태로부터 펼쳐진 상태로 시프트되는 휴대 정보 단말(9201)을 도시한 사시도이다. 도 12의 (G)는 접힌 휴대 정보 단말(9201)을 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말(9201)은 접힌 경우 휴대성이 높다. 휴대 정보 단말(9201)이 펼쳐져 있을 때 이음매가 없는 넓은 표시 영역에 의하여 일람성이 높다. 휴대 정보 단말(9201)의 표시부(9001)는 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)에 의하여 지지된다. 힌지(9055)를 이용하여 2개의 하우징(9000) 사이의 연결부에서 휴대 정보 단말(9201)을 접음으로써, 휴대 정보 단말(9201)을 펼친 상태에서 접은 상태로 가역적으로 변형할 수 있다. 예를 들어, 휴대 정보 단말(9201)은 곡률 반경 1mm 이상 150mm 이하로 휘어질 수 있다.
전자 기기의 예에는 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터 등의 모니터, 디지털 카메라 또는 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화 또는 휴대 전화 장치라고도 함), 고글형 디스플레이(헤드 마운트 디스플레이), 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 및 파친코기 등의 대형 게임기가 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 전자 기기는 이차 전지를 포함하여도 좋다. 이차 전지는 비접촉 전력 전송에 의하여 충전될 수 있는 것이 바람직하다.
이차 전지의 예에는 겔 전해질을 사용한 리튬 폴리머 전지(리튬 이온 폴리머 전지) 등의 리튬 이온 이차 전지, 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지, 유기 라디칼 전지, 납 축전지, 공기 이차 전지, 니켈 아연 전지, 및 은 아연 전지가 포함된다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기는 안테나를 포함하여도 좋다. 안테나에 의하여 신호가 수신되면 전자 기기는 화상 또는 데이터 등을 표시부에 표시할 수 있다. 전자 기기가 이차 전지를 포함하는 경우에는 안테나를 비접촉 전력 전송에 사용하여도 좋다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기 또는 조명 장치는 가요성을 갖기 때문에 집 또는 빌딩의 내벽/외벽의 곡면 또는 자동차의 내장/외장의 곡면을 따라 제공될 수 있다. 예를 들어 전자 기기 또는 조명 장치는 자동차의 대시보드, 앞유리, 및 천장 등의 조명에 사용될 수 있다.
<발광 장치>
도 13의 (A)는 본 실시형태에 나타낸 발광 장치(3000)의 사시도이고, 도 13의 (B)는 도 13의 (A)의 일점쇄선 E-F를 따르는 단면도이다. 또한 도 13의 (A)에서는 도면의 복잡함을 피하기 위하여 구성요소의 일부를 파선으로 나타내었다.
도 13의 (A) 및 (B)에 도시된 발광 장치(3000)는 기판(3001), 기판(3001) 위의 발광 소자(3005), 발광 소자(3005)의 주위에 제공된 제 1 밀봉 영역(3007), 및 제 1 밀봉 영역(3007)의 주위에 제공된 제 2 밀봉 영역(3009)을 포함한다.
광은 발광 소자(3005)로부터 기판(3001) 및 기판(3003) 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 통하여 방출된다. 도 13의 (A) 및 (B)에는 발광 소자(3005)로부터 광이 아래쪽(기판(3001) 측)으로 방출되는 구조를 도시하였다.
도 13의 (A) 및 (B)에 도시된 바와 같이 발광 장치(3000)는 발광 소자(3005)가 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)으로 둘러싸이는 이중 밀봉 구조를 갖는다. 이중 밀봉 구조에 의하여, 외부로부터 발광 소자(3005)에 불순물(예를 들어 물 및 산소 등)이 들어가는 것을 적합하게 억제할 수 있다. 또한 제 1 밀봉 영역(3007)과 제 2 밀봉 영역(3009)의 양쪽 모두를 반드시 제공할 필요는 없다. 예를 들어 제 1 밀봉 영역(3007)만을 제공하여도 좋다.
또한 도 13의 (B)에서 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)은 각각 기판(3001) 및 기판(3003)과 접촉하여 제공되어 있다. 그러나 이러한 구조에 한정되지 않고 예를 들어 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009) 중 한쪽 또는 양쪽 모두는 기판(3001)에 제공된 절연막 또는 도전막과 접촉하여 제공되어도 좋다. 또는 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009) 중 한쪽 또는 양쪽 모두는 기판(3003)에 제공된 절연막 또는 도전막과 접촉하여 제공되어도 좋다.
기판(3001) 및 기판(3003)은 각각 상술한 실시형태에서 설명한 기판(200) 및 기판(220)과 같은 구조를 가질 수 있다. 발광 소자(3005)는 상술한 실시형태에서 설명한 발광 소자 중 어느 것과 같은 구조를 가질 수 있다.
제 1 밀봉 영역(3007)에는 유리를 포함한 재료(예를 들어 유리 프릿 및 유리 리본 등)를 사용할 수 있다. 제 2 밀봉 영역(3009)에는 수지를 포함한 재료를 사용할 수 있다. 제 1 밀봉 영역(3007)에 유리를 포함한 재료를 사용함으로써 생산성 및 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 또한 제 2 밀봉 영역(3009)에 수지를 포함한 재료를 사용함으로써 내충격성 및 내열성을 향상시킬 수 있다. 다만 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009)에 사용되는 재료는 이들에 한정되지 않고, 수지를 포함한 재료를 사용하여 제 1 밀봉 영역(3007)을 형성하고, 유리를 포함한 재료를 사용하여 제 2 밀봉 영역(3009)을 형성하여도 좋다.
유리 프릿은 예를 들어 산화 마그네슘, 산화 칼슘, 산화 스트론튬, 산화 바륨, 산화 세슘, 산화 소듐, 산화 포타슘, 산화 붕소, 산화 바나듐, 산화 아연, 산화 텔루륨, 산화 알루미늄, 이산화 실리콘, 산화 납, 산화 주석, 산화 인, 산화 루테늄, 산화 로듐, 산화 철, 산화 구리, 이산화 망가니즈, 산화 몰리브데넘, 산화 나이오븀, 산화 타이타늄, 산화 텅스텐, 산화 비스무트, 산화 지르코늄, 산화 리튬, 산화 안티모니, 납 붕산염 유리, 인산 주석 유리, 바나듐산염 유리, 또는 붕규산염 유리를 포함하여도 좋다. 유리 프릿은 적외광을 흡수하기 위하여 적어도 1종류의 전이 금속을 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 유리 프릿으로서는 예를 들어 기판에 프릿 페이스트를 도포하고, 가열 처리 또는 레이저 광 조사 등을 실시한다. 프릿 페이스트는 상기 유리 프릿과, 유기 용매로 희석된 수지(바인더라고도 함)를 포함한다. 또한 유리 프릿에 레이저 광의 파장의 광을 흡수하는 흡수제를 첨가하여도 좋다. 예를 들어 레이저로서는 Nd:YAG 레이저 또는 반도체 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. 레이저 광의 형상은 원형이어도 좋고 사각형이어도 좋다.
수지를 포함하는 상술한 재료로서는 예를 들어 폴리에스터, 폴리올레핀, 폴리아마이드(예를 들어 나일론 또는 아라미드), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 또는 아크릴 수지, 폴리우레탄, 또는 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 또는 실리콘 등의 실록산 결합을 갖는 수지를 포함한 재료를 사용할 수 있다.
또한 제 1 밀봉 영역(3007) 및 제 2 밀봉 영역(3009) 중 한쪽 또는 양쪽 모두에 유리를 포함한 재료를 사용하는 경우, 유리를 포함하는 상기 재료는 기판(3001)과 가까운 열 팽창 계수를 갖는 것이 바람직하다. 상술한 구조에 의하여, 열응력으로 인하여 유리를 포함한 재료 또는 기판(3001)에 크랙이 생기는 것을 억제할 수 있다.
예를 들어 제 1 밀봉 영역(3007)에 유리를 포함한 재료를 사용하고 제 2 밀봉 영역(3009)에 수지를 포함한 재료를 사용하는 경우 다음과 같은 유리한 효과를 얻을 수 있다.
제 2 밀봉 영역(3009)은 제 1 밀봉 영역(3007)보다 발광 장치(3000)의 외주부에 가깝게 제공된다. 발광 장치(3000)에서는 외주부를 향할수록 외력 등으로 인한 변형이 커진다. 그러므로 더 큰 변형이 생기는 발광 장치(3000)의 외주부, 즉 제 2 밀봉 영역(3009)을 수지를 포함한 재료를 사용하여 밀봉하고, 제 2 밀봉 영역(3009)보다 내측에 제공되는 제 1 밀봉 영역(3007)을 유리를 포함한 재료를 사용하여 밀봉함으로써, 외력 등으로 인한 변형이 생겨도 발광 장치(3000)가 손상되기 어려워진다.
또한 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이 제 1 영역(3011)은 기판(3001), 기판(3003), 제 1 밀봉 영역(3007), 및 제 2 밀봉 영역(3009)으로 둘러싸인 영역에 상당한다. 제 2 영역(3013)은 기판(3001), 기판(3003), 발광 소자(3005), 및 제 1 밀봉 영역(3007)으로 둘러싸인 영역에 상당한다.
제 1 영역(3011) 및 제 2 영역(3013)은 예를 들어 희가스 또는 질소 가스 등의 불활성 가스로 충전되는 것이 바람직하다. 또는 제 1 영역(3011) 및 제 2 영역(3013)은 아크릴 수지 또는 에폭시 수지 등의 수지로 충전되는 것이 바람직하다. 또한 제 1 영역(3011) 및 제 2 영역(3013)에 대해서는 대기압 상태보다 감압 상태가 적합하다.
도 13의 (C)는 도 13의 (B)의 구조의 변형예를 도시한 것이다. 도 13의 (C)는 발광 장치(3000)의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 13의 (C)는 기판(3003)의 일부에 제공된 오목부에 건조제(3018)를 제공하는 구조를 도시한 것이다. 그 외의 구성요소는 도 13의 (B)에 도시한 구조와 같다.
건조제(3018)로서는 화학 흡착에 의하여 수분 등을 흡착하는 물질 또는 물리 흡착에 의하여 수분 등을 흡착하는 물질을 사용할 수 있다. 건조제(3018)로서 사용할 수 있는 물질의 예에는 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 산화물(예를 들어 산화 칼슘, 및 산화 바륨 등), 황산염, 금속 할로젠화물, 과염소산염, 제올라이트, 및 실리카겔 등이 포함된다.
<조명 장치에 대한 설명>
도 14는 상기 발광 소자를 실내 조명 장치(8501)에 사용한 예를 도시한 것이다. 상기 발광 소자는 보다 대면적으로 할 수 있기 때문에 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 또한 곡면을 갖는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 갖는 조명 장치(8502)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에서 설명한 발광 소자는 박막 형태이기 때문에 하우징을 더 자유로이 설계하는 것이 가능하다. 그러므로 조명 장치를 다양한 형태로 정교하게 설계할 수 있다. 또한 방의 벽에 대형 조명 장치(8503)를 제공하여도 좋다. 조명 장치의 전원 온/오프를 제어하기 위하여 조명 장치(8501, 8502, 및 8503)에 터치 센서를 제공하여도 좋다.
또한 발광 소자를 테이블 표면 측에 사용하면 테이블로서의 기능을 갖는 조명 장치(8504)를 얻을 수 있다. 발광 소자를 다른 가구의 일부로서 사용하면 그 가구로서의 기능을 갖는 조명 장치를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 적용함으로써 표시 모듈, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 얻을 수 있다. 또한 상기 발광 소자는 본 실시형태에서 설명한 조명 장치 및 전자 기기에 한정되지 않고 다양한 분야의 전자 기기에 사용될 수 있다.
본 실시형태에서 설명한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조들 중 임의의 것과 적절히 조합하여 사용될 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작예 및 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 각 발광 소자의 구조는 도 1에 도시된 것과 동일하다. 표 1 및 표 2에 소자의 자세한 구조를 나타내었다. 또한 여기서, 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타내었다.
<발광 소자의 제작>
본 실시예의 발광 소자의 제작 방법에 대하여 이하에서 설명한다.
<<발광 소자 1의 제작>>
전극(101)으로서, 유리 기판 위에 ITSO막을 두께 70nm로 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음으로, 정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II와 산화 몰리브데넘(MoO3)을, 중량비 DBT3P-II:MoO3=1:0.5가 되도록 또한 두께 20nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
다음으로, 정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 PCCP를 두께 20nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적하였다.
다음으로, 정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 트리스{2-[4-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN 2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-diBuCNp)3)을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-diBuCNp)3=0.4:0.6:0.125가 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-diBuCNp)3=0.8:0.2:0.125가 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(mpptz-diBuCNp)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,6mCzP2Pm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,6mCzP2Pm 및 BPhen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다. 그리고, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 LiF을 두께 1nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적하였다.
다음으로, 전극(102)으로서는, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm가 되도록 퇴적하였다.
다음으로, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서, 유기 재료를 퇴적한 유리 기판에 유기 EL 장치용 실재를 사용하여 밀봉을 위한 유리 기판을 고정함으로써, 발광 소자 1을 밀봉하였다. 구체적으로는, 유리 기판에 퇴적한 유기 재료를 둘러싸도록 실재를 도포한 후, 이들 유리 기판을 서로 접합하고, 파장 365nm의 자외광을 6J/cm2에서 조사하고 80℃에서 1시간 동안의 가열 처리를 수행하였다. 상기 공정을 거쳐, 발광 소자 1을 얻었다.
<<발광 소자 2의 제작>>
발광층(130) 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계를 제외하고는, 발광 소자 1과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 2를 제작하였다.
발광 소자 2의 발광층(130)으로서, 2,4,6-트리스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: mCzP3Pm), PCCP, 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 퇴적한 층의 중량비가 mCzP3Pm:PCCP:Ir(mpptz-diBuCNp)3=0.2:0.8:0.06이 되도록 또한 두께 20nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적한 다음, mCzP3Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 퇴적한 층의 중량비가 mCzP3Pm:PCCP:Ir(mpptz-diBuCNp)3=0.6:0.4:0.06이 되도록 또한 두께 20nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(mpptz-diBuCNp)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, mCzP3Pm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로, 전자 수송층(118)으로서는, 발광층(130) 위에 mCzP3Pm 및 BPhen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 3의 제작>>
정공 수송층(112) 및 발광층(130)을 형성하는 단계를 제외하고는, 발광 소자 1과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 3을 제작하였다.
발광 소자 3의 정공 수송층(112)으로서, 4,4'-비스(9-카바졸)-2,2'-다이메틸바이페닐(약칭: dmCBP)을 두께 20nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적하였다.
다음으로, 정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서, 4,6mCzP2Pm, 12-[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]-5,12-다이하이드로-5-페닐-인돌로[3,2-a]카바졸(약칭: mCzPICz), 및 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3)을 중량비 4,6mCzP2Pm:mCzPICz:Ir(Mptz1-mp)3=0.6:0.4:0.125가 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4,6mCzP2Pm, mCzPICz, 및 Ir(Mptz1-mp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:mCzPICz:Ir(Mptz1-mp)3=0.8:0.2:0.125가 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(Mptz1-mp)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,6mCzP2Pm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, mCzPICz는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
<<발광 소자 4의 제작>>
정공 주입층(111), 발광층(130), 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계를 제외하고는, 발광 소자 1과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 4를 제작하였다.
발광 소자 4의 정공 주입층(111)으로서, DBT3P-II 및 MoO3을, 퇴적한 층의 중량비가 DBT3P-II:MoO3=1:0.5가 되도록 또한 두께 25nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
발광층(130)으로서, 9,9'-[피리미딘-4,6-다이일비스(바이페닐-3,3'-다이일)]비스(9H-카바졸)(약칭: 4,6mCzBP2Pm), PCCP, 및 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이아이소프로필페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN 2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-diPrp)3)을 중량비 4,6mCzBP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-diPrp)3=0.4:0.6:0.125가 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 정공 수송층(112) 위에 퇴적하고, 이어서 4,6mCzBP2Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzBP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-diPrp)3=0.8:0.2:0.125가 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(mpptz-diPrp)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,6mCzBP2Pm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,6mCzBP2Pm 및 Bphen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 5 내지 발광 소자 7의 제작>>
발광층(130)을 형성하는 단계를 제외하고는, 발광 소자 1과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 5 내지 발광 소자 7을 제작하였다.
발광 소자 5의 발광층(130)으로서는, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-diPrp)3=0.2:0.8:0.125가 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-diPrp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpptz-diPrp)3=0.8:0.2:0.125가 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(mpptz-diPrp)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,6mCzP2Pm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
발광 소자 6의 발광층(130)으로서는, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 트리스{2-[1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-1H-이미다졸-2-일-κN 3]페닐-κC}이리디듐(III)(약칭: Ir(pim-diBuCNp)3)을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(pim-diBuCNp)3=0.2:0.8:0.125가 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(pim-diBuCNp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(pim-diBuCNp)3=0.6:0.4:0.06이 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(pim-diBuCNp)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,6mCzP2Pm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
발광 소자 7의 발광층(130)으로서는, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 트리스{2-[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-1H-이미다졸-2-일-κN 3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(iPrpim)3)을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(iPrpim)3=0.2:0.8:0.125가 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(iPrpim)3=0.8:0.2:0.125가 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(iPrpim)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,6mCzP2Pm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
<발광 소자의 특성>
다음으로, 상기 제작한 발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 특성을 측정하였다. 휘도 및 CIE 색도를 측정하기 위하여, 색채 휘도계(TOPCON TECHNOHOUSE CORPORATION 제조의 BM-5A)를 사용하였다. 전계 발광 스펙트럼을 측정하기 위해서는 멀티-채널 분광기(Hamamatsu Photonics K.K. 제조의 PMA-11)를 사용하였다.
도 15의 (A) 및 (B)는 발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 16의 (A) 및 (B)는 그 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 17의 (A) 및 (B)는 그 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 18의 (A) 및 (B)는 그 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 19의 (A) 및 (B)는 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급한 발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
표 3은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 소자 특성을 나타낸 것이다.
발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 각각 489nm, 485nm, 473nm, 478nm, 477nm, 498nm, 및 472nm이고, 이들은 청색 파장 영역에 있다. 상기 발광은 게스트 재료에서 유래한다. 발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼의 반치전폭은 각각 66nm, 64nm, 70nm, 71nm, 75nm, 70nm, 및 137nm이고, 발광 소자 3 내지 발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼은 발광 소자 1 및 발광 소자 2보다 넓은 스펙트럼 형상을 갖는다. 특히 발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼은 넓은 스펙트럼 형상을 갖고, 게스트 재료인 Ir(iPrpim)3에 기인하는 발광, 및 녹색에서 황색의 파장 범위에서 넓은 발광을 나타낸다.
또한 발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 발광 시작 전압(휘도가 1cd/m2보다 높은 전압)은 각각 2.5V, 2.5V, 2.7V, 2.5V, 2.4V, 2.7V, 및 2.5V이다. 이 전압은 각 발광 소자의 게스트 재료의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 전압보다 작고, 이에 대해서는 나중에 설명한다. 이 결과는, 발광 소자 1 내지 발광 소자 7에서 캐리어가 게스트 재료에서 직접 재결합되지 않고 더 작은 에너지 갭을 갖는 재료에서 재결합되는 것을 시사한다.
발광 소자 1 내지 발광 소자 4의 높은 휘도 영역에서의 구동 전압은, 발광 소자 5 및 발광 소자 6의 구동 전압보다 낮다. 발광 소자 1 및 발광 소자 2는 낮은 구동 전압 및 높은 전류 효율을 갖기 때문에, 높은 파워 효율을 갖는다.
발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 최대 외부 양자 효율은 각각 33.8%, 31.9%, 30.3%, 29.1%, 20.0%, 24.7%, 및 10.3%이고, 발광 소자 1 내지 발광 소자 4는 25%를 넘는 높은 외부 양자 효율을 갖는다.
<CV 측정의 결과>
제작한 발광 소자에 사용한 화합물의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정하였다. 또한, 전기 화학 분석기(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc. 제조)를 측정에 사용하였다. 측정에서는, 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시킴으로써, 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 각각 얻었다. 또한 각 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를, -4.94eV로 추산된 참조 전극의 산화 환원 전위 및 얻어진 피크 전위로부터 산출하였다.
호스트 재료(제 2 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물)인 4,6mCzP2Pm, mCzP3Pm, 4,6mCzBP2Pm, PCCP, 및 mCzPICz의 산화 반응 특성 및 환원 반응 특성의 측정에는, N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF)에 각 화합물을 용해시켜 얻어진 용액을 사용하였다. 일반적으로, 유기 EL 소자에 사용되는 유기 화합물의 비유전율은 약 3이다. 따라서 극성이 높은 용매인 DMF(비유전율: 38)를 fac형 이리듐 착체 등의 극성이 비교적 높은 화합물(특히 높은 전자 흡인성을 갖는 치환기를 포함하는 화합물)의 산화 반응 특성의 측정에 사용하면, 정확성이 저하될 수 있다. 이러한 이유로, 본 실시예에서, 게스트 재료(제 1 유기 화합물)인 Ir(mpptz-diBuCNp)3, Ir(Mptz1-mp)3, Ir(mpptz-diPrp)3, Ir(pim-diBuCNp)3, 및 Ir(iPrpim)3에 대해서는, 극성이 낮은 클로로폼(비유전율: 4.8)에 각 화합물을 용해시킴으로써 얻은 용액을 산화 반응 특성의 측정에 사용하였다. 게스트 재료의 환원 반응 특성의 측정에는, DMF에 각 화합물을 용해시킴으로써 얻은 용액을 사용하였다.
표 4는, CV 측정의 결과로부터 얻어진 화합물의 산화 전위 및 환원 전위, 그리고 CV 측정의 결과로부터 산출된 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 나타낸 것이다. 또한 Ir(iPrpim)3의 환원 전위가 낮고 명확한 환원 피크 전위가 관찰되지 않았기 때문에, Ir(iPrpim)3의 LUMO 준위는 높다고 추정된다.
표 4에 나타낸 바와 같이, 게스트 재료인 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diBuCNp)3, Ir(Mptz1-mp)3, Ir(mpptz-diPrp)3, Ir(pim-diBuCNp)3, 및 Ir(iPrpim)3)의 HOMO 준위는 호스트 재료인 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, mCzP3Pm, 및 4,6mCzBP2Pm)의 HOMO 준위 이상이다. 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diBuCNp)3, Ir(Mptz1-mp)3, Ir(mpptz-diPrp)3, Ir(pim-diBuCNp)3, 및 Ir(iPrpim)3)의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, mCzP3Pm, 및 4,6mCzBP2Pm)의 LUMO 준위 이상이다. 그러므로 발광 소자 1 내지 발광 소자 7에서와 같이 발광층에 상기 화합물을 사용한 경우, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어인 전자 및 정공이 제 2 유기 화합물(호스트 재료) 및 제 1 유기 화합물(게스트 재료)에 효율적으로 주입되기 때문에, 제 2 유기 화합물(호스트 재료)과 제 1 유기 화합물(게스트 재료)의 조합은 엑시플렉스를 형성할 수 있다.
이 경우, 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diBuCNp)3, Ir(Mptz1-mp)3, Ir(mpptz-diPrp)3, Ir(pim-diBuCNp)3, 또는 Ir(iPrpim)3) 및 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, mCzP3Pm, 또는 4,6mCzBP2Pm)에 의하여 형성되는 엑시플렉스에서는, 제 2 유기 화합물에 LUMO 준위를 갖고, 제 1 유기 화합물에 HOMO 준위를 갖는다.
<박막의 발광 스펙트럼 1>
여기서, 발광 소자 1 내지 발광 소자 7에 사용된 제 1 유기 화합물(게스트 재료) 및 제 2 유기 화합물(호스트 재료)을 포함하는 박막 시료를 제작하고, 상기 박막의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 또한 비교를 위하여, 높은 LUMO 준위를 갖는 유기 화합물인 35DCzPPy, 및 제 1 유기 화합물(게스트 재료)을 포함하는 비교 박막 시료를 제작하였다.
박막 1로서, 4,6mCzP2Pm 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 석영 기판 위에, 중량비 4,6mCzP2Pm:Ir(mpptz-diBuCNp)3=1:0.125가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 1은 발광 소자 1의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 2로서, mCzP3Pm 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 석영 기판 위에, 중량비 mCzP3Pm:Ir(mpptz-diBuCNp)3=1:0.125가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 2는 발광 소자 2의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
비교 박막 1로서, 35DCzPPy 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3을 석영 기판 위에, 중량비 35DCzPPy:Ir(mpptz-diBuCNp)3=1:0.125가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
박막 3으로서, 4,6mCzP2Pm 및 Ir(Mptz1-mp)3을 석영 기판 위에, 중량비 4,6mCzP2Pm:Ir(Mptz1-mp)3=1:0.125가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 3은 발광 소자 3의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
비교 박막 2로서, 35DCzPPy 및 Ir(Mptz1-mp)3을 석영 기판 위에, 중량비 35DCzPPy:Ir(Mptz1-mp)3=1:0.125가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
박막 4로서, 4,6mCzBP2Pm 및 Ir(mpptz-diPrp)3을 석영 기판 위에, 중량비 4,6mCzBP2Pm:Ir(mpptz-diPrp)3=1:0.125가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 4는 발광 소자 4의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 5로서, 4,6mCzP2Pm 및 Ir(mpptz-diPrp)3을 석영 기판 위에, 중량비 4,6mCzP2Pm:Ir(mpptz-diPrp)3=1:0.125가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 5는 발광 소자 5의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
비교 박막 3으로서, 35DCzPPy 및 Ir(mpptz-diPrp)3을 석영 기판 위에, 중량비 35DCzPPy:Ir(mpptz-diPrp)3=1:0.125가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
박막 6으로서, 4,6mCzBP2Pm 및 Ir(pim-diBuCNp)3을 석영 기판 위에, 중량비 4,6mCzBP2Pm:Ir(pim-diBuCNp)3=1:0.125가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 6은 발광 소자 6의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
비교 박막 4로서, 35DCzPPy 및 Ir(pim-diBuCNp)3을 석영 기판 위에, 중량비 35DCzPPy:Ir(pim-diBuCNp)3=1:0.125가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
박막 7로서, 4,6mCzP2Pm 및 Ir(iPrpim)3을 석영 기판 위에, 중량비 4,6mCzP2Pm:Ir(iPrpim)3=1:0.125가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 7은 발광 소자 7의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
비교 박막 5로서, 35DCzPPy 및 Ir(iPrpim)3을 석영 기판 위에, 중량비 35DCzPPy:Ir(iPrpim)3=1:0.125가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
상기 제작한 박막 1 내지 박막 7 및 상기 제작한 비교 박막 1 내지 비교 박막 5의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 발광 스펙트럼은 절대 양자 수율 측정 시스템(Hamamatsu Photonics K.K. 제조의 C9920-02)에 의하여 측정되고, 조사된 여기 광의 파장은 250nm이다. 측정은 실온에서(23℃로 유지된 분위기에서) 수행하였다. 측정 결과를 도 20의 (A) 및 (B), 도 21의 (A) 및 (B), 도 22의 (A) 및 (B), 도 23의 (A) 및 (B), 도 24의 (A) 및 (B), 도 25의 (A) 및 (B), 그리고 도 26의 (A) 및 (B)에 나타내었다.
또한 35DCzPPy의 LUMO 준위 및 HOMO 준위는 상술한 방법과 비슷한 방법에 의하여 측정하였다. LUMO 준위는 -2.39eV이고 HOMO 준위는 -5.90eV이었다. 따라서, 35DCzPPy의 LUMO 준위는 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diBuCNp)3, Ir(Mptz1-mp)3, Ir(mpptz-diPrp)3, Ir(pim-diBuCNp)3, 및 Ir(iPrpim)3) 중 임의의 것의 LUMO 준위와 실질적으로 같기 때문에, 35DCzPPy와 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diBuCNp)3, Ir(Mptz1-mp)3, Ir(mpptz-diPrp)3, Ir(pim-diBuCNp)3, 및 Ir(iPrpim)3) 중 임의의 것의 조합은 엑시플렉스를 형성하기 어렵다고 말할 수 있다. 그러므로 상기 제작한 비교 박막 1 내지 비교 박막 5로부터의 발광은 35DCzPPy와 제 1 유기 화합물에 의하여 형성되는 엑시플렉스로부터의 발광을 포함하지 않고, 제 1 유기 화합물로부터의 발광을 포함한다고 말할 수 있다.
발광 스펙트럼을 측정하였으며, 도 20의 (A) 및 도 21의 (A)에 나타낸 바와 같이, 비교 박막 1에서는 인광성 화합물인 Ir(mpptz-diBuCNp)3으로부터의 청색 광의 발광 스펙트럼이 관측되었다. 박막 1 및 박막 2의 발광 스펙트럼에서는, 비교 박막 1의 발광 스펙트럼보다 긴 파장 측으로 약간 시프트된 발광 스펙트럼이 관측되었다.
다음으로, 박막 1 및 박막 2 각각의 발광 스펙트럼으로부터 비교 박막 1의 발광 스펙트럼을 뺌으로써 얻은 차이 스펙트럼을 도 20의 (B) 및 도 21의 (B)에 나타내었다. 결과적으로, 박막 1로부터의 발광 및 박막 2로부터의 발광은, Ir(mpptz-diBuCNp)3에 기인하는 487nm의 피크 파장에 더하여, 각각 486nm 및 494nm의 피크 파장을 갖는 것을 알았다. 박막 1 및 박막 2의 발광 스펙트럼에 대한 차이 스펙트럼(박막 1의 스펙트럼-비교 박막 1의 스펙트럼, 및 박막 2의 스펙트럼-비교 박막 1의 스펙트럼)의 비율(면적비)은 각각 10.1% 및 34.0%이다.
CV 측정의 결과는, Ir(mpptz-diBuCNp)3(제 1 유기 화합물)과 4,6mCzP2Pm(제 2 유기 화합물)의 조합이 엑시플렉스를 형성한다는 것을 나타낸다. 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(mpptz-diBuCNp)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.52eV이다. 이 에너지 차이는, 도 20의 (B)에 나타낸 박막 1에 대한 차이 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출되는 발광 에너지(2.55eV)와 실질적으로 일치한다. 그러므로 박막 1에서 관측되는 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물에 기인하는 발광에 더하여 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다.
도 19의 (A)에서의 발광 소자 1의 전계 발광 스펙트럼은, 도 20의 (A)에서의 박막 1의 전계 발광 스펙트럼과 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 1의 전계 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diBuCNp)3)과 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광, 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다. 엑시플렉스에서는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에, 엑시플렉스의 발광 에너지는 엑시플렉스의 S1 준위 및 T1 준위 각각의 에너지(2.55eV)로 간주할 수 있다.
4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(mpptz-diBuCNp)3의 HOMO 준위의 에너지 차이(2.52eV)는, Ir(mpptz-diBuCNp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(2.92eV)보다 작다. 그러므로, 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diBuCNp)3)에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diBuCNp)3) 및 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)에 의하여 형성된 엑시플렉스에 의하여 캐리어가 재결합될 수 있기 때문에, 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.
CV 측정의 결과는, Ir(mpptz-diBuCNp)3(제 1 유기 화합물)과 mCzP3Pm(제 2 유기 화합물)의 조합이 엑시플렉스를 형성한다는 것을 나타낸다. mCzP3Pm의 LUMO 준위와 Ir(mpptz-diBuCNp)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.49eV이다. 이 에너지 차이는, 도 21의 (B)에 나타낸 박막 2의 차이 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출되는 발광 에너지(2.51eV)와 실질적으로 일치한다. 그러므로 박막 2에서 관측되는 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물에 기인하는 발광에 더하여 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다.
도 19의 (A)에서의 발광 소자 2의 전계 발광 스펙트럼은, 도 21의 (A)에서의 박막 2의 전계 발광 스펙트럼과 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 2의 전계 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diBuCNp)3)과 제 2 유기 화합물(mCzP3Pm)에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광, 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다. 엑시플렉스에서는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에, 엑시플렉스의 발광 에너지는 엑시플렉스의 S1 준위 및 T1 준위 각각의 에너지(2.51eV)로 간주할 수 있다.
mCzP3Pm의 LUMO 준위와 Ir(mpptz-diBuCNp)3의 HOMO 준위의 에너지 차이(2.49eV)는, Ir(mpptz-diBuCNp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(2.92eV)보다 작다. 그러므로, 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diBuCNp)3)에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diBuCNp)3) 및 제 2 유기 화합물(mCzP3Pm)에 의하여 형성된 엑시플렉스에 의하여 캐리어가 재결합될 수 있기 때문에, 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.
도 22의 (A)에 나타낸 바와 같이, 비교 박막 2에서는 인광성 화합물인 Ir(Mptz1-mp)3으로부터의 청색의 발광 스펙트럼이 관측되었다. 박막 3의 발광 스펙트럼에서는, 비교 박막 2의 발광 스펙트럼보다 긴 파장 측으로 시프트된 발광 스펙트럼이 관측되었다.
다음으로, 박막 3의 발광 스펙트럼으로부터 비교 박막 2의 발광 스펙트럼을 뺌으로써 얻은 차이 스펙트럼을 도 22의 (B)에 나타내었다. 결과적으로, 박막 3으로부터의 발광은, Ir(Mptz1-mp)3에 기인하는 470nm의 피크 파장에 더하여, 497nm의 피크 파장을 갖는 것을 알았다. 박막 3의 발광 스펙트럼에 대한 차이 스펙트럼(박막 3의 스펙트럼-비교 박막 2의 스펙트럼)의 비율(면적비)은 22.9%이다.
CV 측정의 결과는, Ir(Mptz1-mp)3(제 1 유기 화합물)과 4,6mCzP2Pm(제 2 유기 화합물)의 조합이 엑시플렉스를 형성한다는 것을 나타낸다. 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(Mptz1-mp)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.66eV이다. 이 에너지 차이는, 도 22의 (B)에 나타낸 박막 3의 차이 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출되는 발광 에너지(2.49eV)와 실질적으로 일치한다. 그러므로 박막 3에서 관측되는 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물에 기인하는 발광에 더하여 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다.
도 19의 (A)에서의 발광 소자 3의 전계 발광 스펙트럼은, 도 22의 (A)에서의 박막 3의 전계 발광 스펙트럼과 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 3의 전계 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물(Ir(Mptz1-mp)3)과 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광, 및 Ir(Mptz1-mp)3에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다. 엑시플렉스에서는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에, 엑시플렉스의 발광 에너지는 엑시플렉스의 S1 준위 및 T1 준위 각각의 에너지(2.49eV)로 간주할 수 있다.
4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(Mptz1-mp)3의 HOMO 준위의 에너지 차이(2.66eV)는, Ir(Mptz1-mp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(3.36eV)보다 작다. 그러므로, 제 1 유기 화합물(Ir(Mptz1-mp)3)에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 제 1 유기 화합물(Ir(Mptz1-mp)3) 및 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)에 의하여 형성된 엑시플렉스에 의하여 캐리어가 재결합될 수 있기 때문에, 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.
발광 스펙트럼을 측정하였으며, 도 23의 (A) 및 도 24의 (A)에 나타낸 바와 같이, 비교 박막 3에서는 인광성 화합물인 Ir(mpptz-diPrp)3으로부터의 청색의 발광 스펙트럼이 관측되었다. 박막 4 및 박막 5의 발광 스펙트럼에서는, 긴 파장에서 발광 스펙트럼 피킹(peaking)이 관측되었다.
다음으로, 박막 4 및 박막 5 각각의 발광 스펙트럼으로부터 비교 박막 3의 발광 스펙트럼을 뺌으로써 얻은 차이 스펙트럼을 도 23의 (B) 및 도 24의 (B)에 나타내었다. 결과적으로, 박막 4 및 박막 5로부터의 발광은, Ir(mpptz-diPrp)3에 기인하는 475nm의 피크 파장에 더하여, 각각 519nm 및 539nm의 피크 파장을 갖는 것을 알았다. 박막 4 및 박막 5의 발광 스펙트럼에 대한 차이 스펙트럼(박막 4의 스펙트럼-비교 박막 3의 스펙트럼, 및 박막 5의 스펙트럼-비교 박막 3의 스펙트럼)의 비율(면적비)은 각각 38.1% 및 81.5%이다.
CV 측정의 결과는, Ir(mpptz-diPrp)3(제 1 유기 화합물)과 4,6mCzBP2Pm(제 2 유기 화합물)의 조합이 엑시플렉스를 형성한다는 것을 나타낸다. 4,6mCzBP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(mpptz-diPrp)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.44eV이다. 이 에너지 차이는, 도 23의 (B)에 나타낸 박막 4의 차이 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출되는 발광 에너지(2.39eV)와 실질적으로 일치한다. 그러므로 박막 4에서 관측되는 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물에 기인하는 발광에 더하여 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다.
도 19의 (A)에서의 발광 소자 4의 전계 발광 스펙트럼은, 도 23의 (A)에서의 박막 4의 전계 발광 스펙트럼과 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 4의 전계 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diPrp)3)과 제 2 유기 화합물(4,6mCzBP2Pm)에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광, 및 Ir(mpptz-diPrp)3에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다. 엑시플렉스에서는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에, 엑시플렉스의 발광 에너지는 엑시플렉스의 S1 준위 및 T1 준위 각각의 에너지(2.39eV)로 간주할 수 있다.
4,6mCzBP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(mpptz-diPrp)3의 HOMO 준위의 에너지 차이(2.44eV)는, Ir(mpptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(3.28eV)보다 작다. 그러므로, 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diPrp)3)에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diPrp)3) 및 제 2 유기 화합물(4,6mCzBP2Pm)에 의하여 형성된 엑시플렉스에 의하여 캐리어가 재결합될 수 있기 때문에, 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.
CV 측정의 결과는, Ir(mpptz-diPrp)3(제 1 유기 화합물)과 4,6mCzP2Pm(제 2 유기 화합물)의 조합이 엑시플렉스를 형성한다는 것을 나타낸다. 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(mpptz-diPrp)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.36eV이다. 이 에너지 차이는, 도 24의 (B)에 나타낸 박막 5의 차이 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출되는 발광 에너지(2.30eV)와 실질적으로 일치한다. 그러므로 박막 5에서 관측되는 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물에 기인하는 발광에 더하여 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다.
도 19의 (B)에서의 발광 소자 5의 전계 발광 스펙트럼은, 도 24의 (A)에서의 박막 5의 전계 발광 스펙트럼과 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 5의 전계 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diPrp)3)과 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광, 및 Ir(mpptz-diPrp)3에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다. 엑시플렉스에서는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에, 엑시플렉스의 발광 에너지는 엑시플렉스의 S1 준위 및 T1 준위 각각의 에너지(2.30eV)로 간주할 수 있다.
4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(mpptz-diPrp)3의 HOMO 준위의 에너지 차이(2.36eV)는, Ir(mpptz-diPrp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(3.28eV)보다 작다. 그러므로, 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diPrp)3)에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 제 1 유기 화합물(Ir(mpptz-diPrp)3) 및 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)에 의하여 형성된 엑시플렉스에 의하여 캐리어가 재결합될 수 있기 때문에, 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.
도 25의 (A)에 나타낸 바와 같이, 비교 박막 4에서는 인광성 화합물인 Ir(pim-diBuCNp)3으로부터의 청색의 발광 스펙트럼이 관측되었다. 박막 6의 발광 스펙트럼에서는, 비교 박막 4의 발광 스펙트럼보다 긴 파장 측으로 시프트된 발광 스펙트럼이 관측되었다.
다음으로, 박막 6의 발광 스펙트럼으로부터 비교 박막 4의 발광 스펙트럼을 뺌으로써 얻은 차이 스펙트럼을 도 25의 (B)에 나타내었다. 결과적으로, 박막 6으로부터의 발광은, Ir(pim-diBuCNp)3에 기인하는 497nm의 피크 파장에 더하여, 546nm의 피크 파장을 갖는 것을 알았다. 박막 6의 발광 스펙트럼에 대한 차이 스펙트럼(박막 6의 스펙트럼-비교 박막 4의 스펙트럼)의 비율(면적비)은 72.1%이다.
CV 측정의 결과는, Ir(pim-diBuCNp)3(제 1 유기 화합물)과 4,6mCzP2Pm(제 2 유기 화합물)의 조합이 엑시플렉스를 형성한다는 것을 나타낸다. 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(pim-diBuCNp)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.34eV이다. 이 에너지 차이는, 도 25의 (B)에 나타낸 박막 6의 차이 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출되는 발광 에너지(2.27eV)와 실질적으로 일치한다. 그러므로 박막 6에서 관측되는 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물에 기인하는 발광에 더하여 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다.
도 19의 (B)에서의 발광 소자 6의 전계 발광 스펙트럼은, 도 25의 (A)에서의 박막 6의 전계 발광 스펙트럼과 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 6의 전계 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물(Ir(pim-diBuCNp)3)과 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광, 및 Ir(pim-diBuCNp)3에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다. 엑시플렉스에서는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에, 엑시플렉스의 발광 에너지는 엑시플렉스의 S1 준위 및 T1 준위 각각의 에너지(2.27eV)로 간주할 수 있다.
4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(pim-diBuCNp)3의 HOMO 준위의 에너지 차이(2.34eV)는, Ir(pim-diBuCNp)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이(2.81eV)보다 작다. 그러므로, 제 1 유기 화합물(Ir(pim-diBuCNp)3)에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 제 1 유기 화합물(Ir(pim-diBuCNp)3) 및 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)에 의하여 형성된 엑시플렉스에 의하여 캐리어가 재결합될 수 있기 때문에, 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.
도 26의 (A)에 나타낸 바와 같이, 비교 박막 5에서는 인광성 화합물인 Ir(iPrpim)3으로부터의 청색의 발광 스펙트럼이 관측되었다. 박막 7에서는, 비교 박막 5의 발광 스펙트럼과 상이한 황색 광의 발광 스펙트럼이 관측되었다.
다음으로, 박막 7의 발광 스펙트럼으로부터 비교 박막 5의 발광 스펙트럼을 뺌으로써 얻은 차이 스펙트럼을 도 26의 (B)에 나타내었다. 결과적으로, 박막 7로부터의 발광은, 580nm의 피크 파장을 갖는 황색 발광을 포함하는 것에 더하여, Ir(iPrpim)3에 기인하는 472nm의 피크 파장을 갖는 발광을 약간 포함하는 것을 알았다. 박막 7의 발광 스펙트럼에 대한 차이 스펙트럼(박막 7의 스펙트럼-비교 박막 5의 스펙트럼)의 비율(면적비)은 98.7%이다.
CV 측정의 결과는, Ir(iPrpim)3(제 1 유기 화합물)과 4,6mCzP2Pm(제 2 유기 화합물)의 조합이 엑시플렉스를 형성한다는 것을 나타낸다. 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(iPrpim)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 2.21eV이다. 이 에너지 차이는, 도 26의 (B)에 나타낸 박막 7의 차이 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출되는 발광 에너지(2.14eV)와 실질적으로 일치한다. 따라서 박막 7에서 관측된 발광은, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광을 포함하고, 제 1 유기 화합물에 기인하는 발광을 약간 포함한다고 말할 수 있다.
도 19의 (B)에서의 발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼은, 도 26의 (A)에서의 박막 7의 전계 발광 스펙트럼과 실질적으로 일치한다. 따라서, 발광 소자 7의 전계 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물(Ir(iPrpim)3)과 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광, 및 Ir(iPrpim)3에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다. 엑시플렉스에서는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작기 때문에, 엑시플렉스의 발광 에너지는 엑시플렉스의 S1 준위 및 T1 준위 각각의 에너지(2.14eV)로 간주할 수 있다.
4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 Ir(iPrpim)3의 HOMO 준위의 에너지 차이(2.21eV)는, Ir(iPrpim)3의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이보다 작은 것으로 가정된다. 그러므로, 제 1 유기 화합물(Ir(iPrpim)3)에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고, 제 1 유기 화합물(Ir(iPrpim)3) 및 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm)에 의하여 형성된 엑시플렉스에 의하여 캐리어가 재결합될 수 있기 때문에, 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.
상술한 바와 같이, 박막 1 내지 박막 7로부터의 각 발광은, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광에 더하여, 제 1 유기 화합물(인광성 화합물)에 기인하는 발광을 포함하는 것을 알았다. 따라서, 박막 1 내지 박막 7 각각과 같은 화합물을 발광층(130)에 포함하는 발광 소자 1 내지 발광 소자 7로부터의 발광은, 제 1 유기 화합물(인광성 화합물)에 기인하는 발광에 더하여 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다.
<엑시플렉스의 발광 비율과 발광 소자의 특성과의 관계 1>
이에 따라, 박막 1 내지 박막 7의 엑시플렉스의 발광 비율은 각각 10.1%, 34.0%, 22.9%, 38.1%, 81.5%, 72.1%, 및 98.7%로 산출되었다. 다음으로, 발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 최대 외부 양자 효율과, 박막 1 내지 박막 7로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율과의 관계를 도 27에 나타내었다.
도 27에 나타낸 바와 같이, 엑시플렉스의 발광 비율이 낮은 박막 1 내지 박막 4에 포함되는 화합물을 포함하는 발광 소자 1 내지 발광 소자 4의 외부 양자 효율은 높고, 엑시플렉스의 발광 비율이 높은 박막 5 내지 박막 7에 포함되는 화합물을 포함하는 발광 소자 5 내지 발광 소자 7의 외부 양자 효율은 낮다. 박막 5 내지 박막 7의 엑시플렉스의 발광 비율과 발광 소자 5 내지 발광 소자 7의 외부 양자 효율과의 관계의 선형 근사(linear approximation)에 의하여 얻은 직선이 발광 소자 1 내지 발광 소자 4의 외부 양자 효율의 평균값(31.3%)에 도달할 때, 엑시플렉스의 발광 비율은 60%로 산출되었다. 즉, 발광 소자로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율이 60% 이하인 경우, 높은 외부 양자 효율을 갖는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 발광 소자 1 내지 발광 소자 4의 외부 양자 효율이 높기 때문에, 발광 소자로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율은 40% 이하인 것이 바람직하다. 발광 소자 1 내지 발광 소자 7과 같이, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물에 의하여 엑시플렉스를 형성함으로써, 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다. 따라서, 발광 소자로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율은 0%보다 높고 60% 이하인 것이 바람직하고, 0%보다 높고 40% 이하인 것이 더 바람직하다.
도 20의 (A) 및 (B) 내지 도 26의 (A) 및 (B)로부터, 박막 2 내지 박막 7에서의 제 1 유기 화합물(게스트 재료)에 기인하는 발광의 피크 파장은 각각 487nm, 470nm, 475nm, 475nm, 497nm, 및 472nm이기 때문에, 제 1 유기 화합물(게스트 재료)의 발광 에너지(EG_ em)는 각각 2.55eV, 2.64eV, 2.61eV, 2.61eV, 2.49eV, 및 2.63eV이다. 또한, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성된 엑시플렉스에 기인하는 발광의 피크 파장은 각각 494nm, 497nm, 519nm, 539nm, 546nm, 및 580nm이기 때문에, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성된 엑시플렉스의 발광 에너지(EEx _ em)는 각각 2.51eV, 2.49eV, 2.39eV, 2.30eV, 2.27eV, 및 2.14eV로 산출되었다. 따라서, 박막 2 내지 박막 7에서 EG_em은 EEx_em보다 크다.
박막 1 내지 박막 7로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율과 EG_ em-EEx_em와의 관계를 도 28의 (A)에 나타내었다. 도 28의 (A)는, 엑시플렉스의 발광 비율이 낮은 박막 1 내지 박막 4의 경향이, 엑시플렉스의 발광 비율이 높은 박막 5 내지 박막 7의 경향과 상이한 것을 나타낸 것이다. 이는, EG_ em-EEx _ em이 0.23eV인 경우, 경계에서 엑시플렉스의 발광 비율이 변화한다는 것을 나타낸다.
발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 최대 외부 양자 효율과 EG_ em-EEx _ em과의 관계를 도 28의 (B)에 나타내었다. 도 28의 (B)는, 엑시플렉스의 발광 비율이 낮은 박막 1 내지 박막 4의 경향이, 엑시플렉스의 발광 비율이 높은 박막 5 내지 박막 7의 경향과 상이한 것, 그리고 EG_ em-EEx _ em이 0.23eV인 경우, 경계에서 엑시플렉스의 발광 비율이 현저하게 변화한다는 것도 나타내었다. 즉, EG_ em-EEx _ em이 0.23eV 이하일 때, 엑시플렉스의 발광 비율이 저하되고, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다. 또한 박막 1 내지 박막 4의 EG_ em-EEx _ em과 발광 소자 1 내지 발광 소자 4의 외부 양자 효율과의 관계의 선형 근사에 의하여 얻은 직선과, 박막 4 내지 박막 7의 EG_ em-EEx _ em과 발광 소자 4 내지 발광 소자 7의 외부 양자 효율과의 관계의 선형 근사에 의하여 얻은 직선과의 교차점은 0.18eV로 산출되었다. 즉, EG_ em-EEx _ em이 0.18eV 이하이면 발광 소자가 높은 외부 양자 효율을 가질 수 있기 때문에 바람직하다. 따라서 EG_ em-EEx _ em은 0eV보다 크고 0.23eV 이하(0eV<EG_em-EEx_em≤0.23eV)인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.18eV 이하(0eV<EG_em-EEx_em≤0.18eV)인 것이 더 바람직하다.
<게스트 재료의 흡수 스펙트럼>
다음으로 도 31 내지 도 35에는, 상기 발광 소자에 사용된 게스트 재료인 Ir(mpptz-diBuCNp)3, Ir(Mptz1-mp)3, Ir(mpptz-diPrp)3, Ir(pim-diBuCNp)3, 및 Ir(iPrpim)3의 흡수 스펙트럼의 측정 결과를 나타내었다.
흡수 스펙트럼의 측정에는, 대응하는 게스트 재료가 용해된 다이클로로메테인 용액을 준비하고 석영 셀을 사용하였다. 흡수 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)를 사용하여 측정하였다. 측정된 시료의 스펙트럼으로부터 석영 셀 및 용매의 흡수 스펙트럼을 뺐다. 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 31에 나타낸 바와 같이, Ir(mpptz-diBuCNp)3의 흡수 스펙트럼의 가장 저에너지측(가장 긴 파장측)의 흡수단(吸收端)은 470nm 부근이다. 흡수단은 흡수 스펙트럼의 데이터로부터 얻어지고, 전이 에너지는 직접 전이를 가정하여 추산하였다. 결과적으로, Ir(mpptz-diBuCNp)3의 흡수단은 479nm이고 전이 에너지는 2.59eV로 산출되었다. Ir(mpptz-diBuCNp)3은 인광성 화합물이기 때문에, 가장 저에너지 측의 흡수단은 삼중항 여기 상태로의 전이에 기초한 흡수단이다. 따라서, Ir(mpptz-diBuCNp)3의 T1 준위는, 흡수단으로부터 2.59eV로 산출되었다.
Ir(mpptz-diBuCNp)3의 T1 준위(2.59eV)는, 4,6mCzP2Pm 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 T1 준위(2.55eV) 이상이고, mCzP3Pm 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 T1 준위(2.51eV) 이상이며, 이들 에너지 준위는 서로 가깝다.
따라서, Ir(mpptz-diBuCNp)3의 흡수 스펙트럼의 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수대는 4,6mCzP2Pm 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 발광 스펙트럼과 mCzP3Pm 및 Ir(mpptz-diBuCNp)3에 의하여 형성되는 엑시플렉스로부터의 발광과 중첩되는 영역을 포함하고, 이는 호스트 재료로서 이들 엑시플렉스를 포함하는 발광 소자 1 및 발광 소자 2에서 여기 에너지가 게스트 재료로 효율적으로 이동될 수 있다는 것을 의미한다.
도 32에 나타낸 바와 같이, Ir(Mptz1-mp)3의 흡수 스펙트럼의 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수단은 460nm 부근이다. 흡수단은 흡수 스펙트럼의 데이터로부터 얻어지고, 전이 에너지는 직접 전이를 가정하여 추산하였다. 결과적으로, Ir(Mptz1-mp)3의 흡수단은 463nm이고 전이 에너지는 2.68eV로 산출되었다. Ir(Mptz1-mp)3은 인광성 화합물이기 때문에, 가장 저에너지 측의 흡수단은 삼중항 여기 상태로의 전이에 기초한 흡수단이다. 따라서, Ir(Mptz1-mp)3의 T1 준위는, 흡수단으로부터 2.68eV로 산출되었다.
Ir(Mptz1-mp)3의 T1 준위(2.68eV)는 4,6mCzP2Pm 및 Ir(Mptz1-mp)3에 의하여 형성된 엑시플렉스의 T1 준위(2.49eV) 이상이고, 이들 에너지 준위는 서로 가깝다.
따라서, 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)의 Ir(Mptz1-mp)3의 흡수 스펙트럼의 흡수대는 4,6mCzP2Pm과 Ir(Mptz1-mp)3에 의하여 형성된 엑시플렉스의 발광 스펙트럼과 중첩되는 영역을 갖고, 이는 호스트 재료로서 엑시플렉스를 포함하는 발광 소자 3에서 여기 에너지가 게스트 재료로 효율적으로 이동될 수 있다는 것을 의미한다.
도 33에 나타낸 바와 같이, Ir(mpptz-diPrp)3의 흡수 스펙트럼에서의 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수단은 470nm 부근이다. 흡수단은 흡수 스펙트럼의 데이터로부터 얻어지고, 전이 에너지는 직접 전이를 가정하여 추산하였다. 결과적으로, Ir(mpptz-diPrp)3의 흡수단은 472nm이고 전이 에너지는 2.63eV로 산출되었다. Ir(mpptz-diPrp)3은 인광성 화합물이기 때문에, 가장 저에너지 측의 흡수단은 삼중항 여기 상태로의 전이에 기초한 흡수단이다. 따라서, Ir(mpptz-diPrp)3의 T1 준위는, 흡수단으로부터 2.63eV로 산출되었다.
Ir(mpptz-diPrp)3의 T1 준위(2.63eV)는, 4,6mCzBP2Pm 및 Ir(mpptz-diPrp)3에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 T1 준위(2.39eV), 및 4,6mCzP2Pm 및 Ir(mpptz-diPrp)3에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 T1 준위(2.30eV) 이상이며, 이들 에너지 준위는 서로 가깝다.
따라서, Ir(mpptz-diPrp)3의 흡수 스펙트럼의 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수대는 4,6mCzBP2Pm 및 Ir(mpptz-diPrp)3에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 발광 스펙트럼, 및 4,6mCzP2Pm 및 Ir(mpptz-diPrp)3에 의하여 형성되는 엑시플렉스로부터의 발광과 중첩되는 영역을 포함하고, 이는 호스트 재료로서 이들 엑시플렉스를 포함하는 발광 소자 4 및 발광 소자 5에서 여기 에너지가 게스트 재료로 효율적으로 이동될 수 있다는 것을 의미한다.
도 34에 나타낸 바와 같이, Ir(pim-diBuCNp)3의 흡수 스펙트럼의 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수단은 470nm 부근이다. 흡수단은 흡수 스펙트럼의 데이터로부터 얻어지고, 전이 에너지는 직접 전이를 가정하여 추산하였다. 결과적으로, Ir(pim-diBuCNp)3의 흡수단은 476nm이고 전이 에너지는 2.61eV로 산출되었다. Ir(pim-diBuCNp)3은 인광성 화합물이기 때문에, 가장 저에너지 측의 흡수단은 삼중항 여기 상태로의 전이에 기초한 흡수단이다. 따라서, Ir(pim-diBuCNp)3의 T1 준위는, 흡수단으로부터 2.61eV로 산출되었다.
Ir(pim-diBuCNp)3의 T1 준위(2.61eV)는 4,6mCzP2Pm 및 Ir(pim-diBuCNp)3에 의하여 형성된 엑시플렉스의 T1 준위(2.27eV) 이상이고, 이들 에너지 준위 간의 차이는 크다.
그러나, Ir(pim-diBuCNp)3의 흡수 스펙트럼의 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수대는 4,6mCzP2Pm 및 Ir(pim-diBuCNp)3에 의하여 형성된 엑시플렉스의 발광 스펙트럼과 중첩되는 영역을 포함하고, 이는 호스트 재료로서 엑시플렉스를 포함하는 발광 소자 6에서 여기 에너지가 게스트 재료로 효율적으로 이동될 수 있다는 것을 의미한다.
도 35에 나타낸 바와 같이, Ir(iPrpim)3의 흡수 스펙트럼에서의 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수단은 470nm 부근이다. 흡수단은 흡수 스펙트럼의 데이터로부터 얻어지고, 전이 에너지는 직접 전이를 가정하여 추산하였다. 결과적으로, Ir(iPrpim)3의 흡수단은 476nm이고 전이 에너지는 2.61eV로 산출되었다. Ir(iPrpim)3은 인광성 화합물이기 때문에, 가장 저에너지 측의 흡수단은 삼중항 여기 상태로의 전이에 기초한 흡수단이다. 따라서, Ir(iPrpim)3의 T1 준위는 흡수단으로부터 2.61eV로 산출되었다.
Ir(iPrpim)3의 T1 준위(2.61eV)는 4,6mCzP2Pm 및 Ir(iPrpim)3에 의하여 형성된 엑시플렉스의 T1 준위(2.27eV) 이상이고, 이들 에너지 준위 간의 차이는 크다.
따라서, 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)의 Ir(iPrpim)3의 흡수 스펙트럼의 흡수대는 4,6mCzP2Pm 및 Ir(iPrpim)3에 의하여 형성된 엑시플렉스의 발광 스펙트럼과 중첩되는 영역이 작고, 이는 호스트 재료로서 엑시플렉스를 포함하는 발광 소자 7에서 여기 에너지가 게스트 재료로 이동되기 어렵다는 것을 의미한다.
상술한 결과에 따르면, 상술한 게스트 재료에서는, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이가 흡수단으로부터 산출된 에너지보다 크다. Ir(mpptz-diBuCNp)3, Ir(Mptz1-mp)3, Ir(mpptz-diPrp)3, 및 Ir(pim-diBuCNp)3에서는, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이가 흡수단으로부터 산출된 에너지보다 각각 0.33eV, 0.68eV, 0.65eV, 및 0.20eV만큼 크다. 또한, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 발광 에너지보다 크다. Ir(mpptz-diBuCNp)3, Ir(Mptz1-mp)3, Ir(mpptz-diPrp)3, 및 Ir(pim-diBuCNp)3에서는, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이가 발광 에너지보다 각각 0.37eV, 0.72eV, 0.67eV, 및 0.32eV만큼 크다. 따라서, 발광 소자에서 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어가, 상기 게스트 재료에서 직접 재결합되는 경우, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 높은 에너지가 필요하고, 즉 높은 전압이 필요하다.
그러나, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는, 게스트 재료에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고 엑시플렉스로부터의 에너지 이동에 의하여 게스트 재료가 여기될 수 있기 때문에, 구동 전압을 낮출 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감할 수 있다.
<엑시플렉스의 발광 비율과 발광 소자의 특성과의 관계 2>
이상에 의하여, 박막 1 내지 박막 7에 포함되는 게스트 재료의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출된 전이 에너지(EG_abs)는 각각 2.59eV, 2.59eV, 2.68eV, 2.63eV, 2.63eV, 2.61eV, 및 2.61eV로 산출되었다. 따라서, 박막 1 내지 박막 7에서 EG_abs는 EEx_em보다 크다.
박막 1 내지 박막 7로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율과 EG_abs-EEx_em와의 관계를 도 29의 (A)에 나타내었다. 도 29의 (A)는, 엑시플렉스의 발광 비율이 낮은 박막 1 내지 박막 4의 경향이, 엑시플렉스의 발광 비율이 높은 박막 5 내지 박막 7의 경향과 상이한 것을 나타낸 것이다. 이는, EG_abs-EEx _ em이 0.30eV인 경우의 경계에서 엑시플렉스의 발광 비율이 현저하게 변화한다는 것을 나타낸다. 즉, EG_abs-EEx _ em이 0.30eV 이하일 때, 엑시플렉스의 발광 비율이 저하되고, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다.
발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 최대 외부 양자 효율과 EG_abs-EEx _ em과의 관계를 도 29의 (B)에 나타내었다. 도 29의 (B)에 나타낸 바와 같이, 박막 1 내지 박막 4의 EG_abs-EEx _ em과 발광 소자 1 내지 발광 소자 4의 외부 양자 효율과의 관계의 선형 근사에 의하여 얻은 직선과, 박막 5 내지 박막 7의 EG_abs-EEx _ em과 발광 소자 5 내지 발광 소자 7의 외부 양자 효율과의 관계의 선형 근사에 의하여 얻은 직선과의 교차점은 0.23eV로 산출되었다. 즉 EG_abs-EEx _ em이 0.23eV 이하이면 발광 소자가 높은 외부 양자 효율을 가질 수 있기 때문에 바람직하다. 따라서 EG_abs-EEx _ em은 0eV보다 크고 0.30eV 이하(0eV<EG_abs-EEx_em≤0.30eV)인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.23eV 이하(0eV<EG_abs-EEx_em≤0.23eV)인 것이 더 바람직하다.
상술한 바와 같이, 박막 1 내지 박막 7에 형성되는 각 엑시플렉스의 여기 에너지는, 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위와 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이에 실질적으로 상당한다. 박막 1 내지 박막 7에서의 제 2 유기 화합물(호스트 재료)의 LUMO 준위와 제 1 유기 화합물(게스트 재료)의 HOMO 준위의 에너지 차이는 각각 2.52eV, 2.49eV, 2.66eV, 2.44eV, 2.36eV, 2.34eV, 및 2.21eV이다. 따라서, 박막 1 내지 박막 7에서 EG_abs는 ΔEEx보다 크다.
박막 1 내지 박막 7로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율과 EG_abs-ΔEEx과의 관계를 도 30의 (A)에 나타내었다. 도 30의 (A)에 의하여, 엑시플렉스의 발광 비율이 낮은 박막 1 내지 박막 4의 경향이, 엑시플렉스의 발광 비율이 높은 박막 5 내지 박막 7의 경향과 상이한 것을 나타낸 것이다. 이는, EG_abs-ΔEEx가 0.23eV인 경우의 경계에서 엑시플렉스의 발광 비율이 변화한다는 것을 나타낸다. 즉, EG_abs-ΔEEx가 0.23eV 이하일 때, 엑시플렉스의 발광 비율이 저하되고, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다.
발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 최대 외부 양자 효율과 EG_abs-ΔEEx와의 관계를 도 30의 (B)에 나타내었다. 도 30의 (B)에 나타낸 바와 같이, 박막 1 내지 박막 4의 EG_abs-ΔEEx와 발광 소자 1 내지 발광 소자 4의 외부 양자 효율과의 관계의 선형 근사에 의하여 얻은 직선과, 박막 5 내지 박막 7의 EG_abs-ΔEEx와 발광 소자 5 내지 발광 소자 7의 외부 양자 효율과의 관계의 선형 근사에 의하여 얻은 직선과의 교차점은 0.18eV로 산출되었다. 즉 EG_abs-ΔEEx가 0.18eV 이하이면, 발광 소자가 높은 외부 양자 효율을 가질 수 있기 때문에 바람직하다. 따라서 EG_abs-ΔEEx는 0eV보다 크고 0.23eV 이하(0eV<EG_abs-ΔEEx≤0.23eV)인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.18eV 이하(0eV<EG_abs-ΔEEx≤0.18eV)인 것이 더 바람직하다.
<호스트 재료의 인광 스펙트럼>
다음으로, 발광 소자 1 내지 발광 소자 7에 포함되는 호스트 재료(제 2 및 제 3 유기 화합물)의 T1 준위를 얻기 위하여, 진공 증착법에 의하여, 석영 기판 위에 각 화합물의 박막을 형성하고, 상기 박막의 발광 스펙트럼을 저온(10K)에서 측정하였다.
이 측정은, 측정 온도 10K에서 PL 현미경 LabRAM HR-PL(HORIBA, Ltd. 제조), 여기 광으로서 파장 325nm의 He-Cd 레이저, 그리고 CCD 검출기를 이용하여 수행하였다.
또한, 발광 스펙트럼의 측정에서는, 통상의 발광 스펙트럼의 측정에 더하여, 수명이 긴 발광에 초점을 맞춘 시간 분해 발광 스펙트럼의 측정도 수행하였다. 이 발광 스펙트럼의 측정 방법에서는 측정 온도를 저온(10K)으로 설정하였기 때문에, 통상의 발광 스펙트럼의 측정에서는, 주된 발광 성분인 형광에 더하여 인광이 관찰되었다. 또한, 수명이 긴 발광에 초점을 맞춘 시간 분해 발광 스펙트럼의 측정에서는, 인광이 주로 관찰되었다. 도 36 내지 도 40은, 저온에서 측정한 4,6mCzP2Pm, mCzP3Pm, 4,6mCzBP2Pm, PCCP, 및 mCzPICz의 시간 분해 발광 스펙트럼의 인광 성분을 각각 나타낸 것이다.
도 36에 나타낸 바와 같이, 4,6mCzP2Pm의 발광 스펙트럼의 인광 성분은 가장 짧은 파장 측의 피크(숄더를 포함함)를 459nm에 갖는다. 따라서, 4,6mCzP2Pm의 T1 준위는 2.70eV로 산출되었다.
도 37에 나타낸 바와 같이, mCzP3Pm의 발광 스펙트럼의 인광 성분은 가장 짧은 파장 측의 피크(숄더를 포함함)를 464nm에 갖는다. 따라서, mCzP3Pm의 T1 준위는 2.67eV로 산출되었다.
도 38에 나타낸 바와 같이, 4,6mCzBP2Pm의 발광 스펙트럼의 인광 성분은 가장 짧은 파장 측의 피크(숄더를 포함함)를 452nm에 갖는다. 따라서, 4,6mCzBP2Pm의 T1 준위는 2.74eV로 산출되었다.
도 39에 나타낸 바와 같이, PCCP의 발광 스펙트럼의 인광 성분은 가장 짧은 파장 측의 피크(숄더를 포함함)를 467nm에 갖는다. 따라서, PCCP의 T1 준위는 2.66eV로 산출되었다.
도 40에 나타낸 바와 같이, mCzPICz의 발광 스펙트럼의 인광 성분은 가장 짧은 파장 측의 피크(숄더를 포함함)를 441nm에 갖는다. 따라서, mCzPICz의 T1 준위는 2.81eV로 산출되었다.
따라서, 발광 소자 1 내지 발광 소자 7에서 호스트 재료(제 2 및 제 3 유기 화합물)의 T1 준위는 게스트 재료(제 1 유기 화합물)의 T1 준위 이상이고, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성된 엑시플렉스의 T1 준위 이상이다. 그러므로, 발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 제 2 및 제 3 유기 화합물은 호스트 재료로서 충분히 높은 T1 준위를 갖는다.
<시간 분해 발광 측정>
다음으로, 제작한 박막 1 내지 박막 7의 과도 발광 특성에 대하여 시간 분해 발광 측정을 사용하여 측정하였다.
측정에는 피코초 형광 수명 측정 시스템(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)을 사용하였다. 이 측정에서, 박막으로부터의 발광의 수명을 측정하기 위하여 박막에 펄스 레이저를 조사하고 스트리크(streak) 카메라를 사용하여 레이저 조사부터 약화된 박막으로부터의 발광에 대하여 시간 분해 측정을 수행하였다. 펄스 레이저로서 파장 337nm의 질소 가스 레이저를 사용하였다. 박막에는 펄스 폭 500ps의 펄스 레이저를 10Hz의 반복률로 조사하였다. 반복적인 측정에 의하여 얻어진 데이터를 적산함으로써 S/N비가 높은 데이터를 얻었다. 발광의 측정 파장 범위는 435nm 이상 570nm 이하이고, 측정 시간 범위는 50μs 이하로 하였다. 또한 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기))에서 수행하였다.
박막 1 내지 박막 7의 측정된 과도 발광 특성을 도 41 내지 도 47에 각각 나타내었다.
박막 1 내지 박막 7 각각의 과도 발광 특성은 초기 발광 성분에 더하여, 지연 발광 성분을 포함하는 것을 알았다. 바꿔 말하면, 박막 1 내지 박막 7의 각 발광은 적어도 2개의 성분으로부터의 발광을 포함하는 것이 시사되었다.
박막 1 내지 박막 7의 과도 발광 특성에서 발광 강도가 1%로 저하되는 시간(이하, 1% 발광 수명이라고도 함)은 각각 9.5μs, 8.8μs, 9.6μs, 35μs, 70μs, 38μs, 및 80μs이다.
다음으로, 박막 1 내지 박막 7로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율과, 과도 발광 특성의 1% 발광 수명과의 관계를 도 48의 (A)에 나타내었다. 도 48의 (A)는, 엑시플렉스의 발광 비율이 낮은 박막 1 내지 박막 4의 경향이, 엑시플렉스의 발광 비율이 높은 박막 5 내지 박막 7의 경향과 상이한 것을 나타낸 것이다. 이는, 1% 발광 수명이 37μs인 경우의 경계에서 엑시플렉스의 발광 비율이 현저하게 변화한다는 것을 나타낸다. 즉, 1% 발광 수명이 37μs 이하일 때, 엑시플렉스의 발광 비율이 저하되고, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다.
발광 소자 1 내지 발광 소자 7의 최대 외부 양자 효율과, 박막 1 내지 박막 7의 과도 발광 특성에서의 1% 발광 수명과의 관계를 도 48의 (B)에 나타내었다. 도 48의 (B)에 나타낸 바와 같이, 박막 1 내지 박막 4의 1% 발광 수명과 발광 소자 1 내지 발광 소자 4의 외부 양자 효율과의 관계의 선형 근사에 의하여 얻은 직선과, 박막 4 내지 박막 7의 1% 발광 수명과 발광 소자 4 내지 발광 소자 7의 외부 양자 효율과의 관계의 선형 근사에 의하여 얻은 직선과의 교차점은 30μs로 산출되었다. 즉, 1% 발광 수명이 30μs 이하이면, 발광 소자가 높은 외부 양자 효율을 가질 수 있기 때문에 바람직하다. 따라서, 1% 발광 수명이 37μs 이하인 것이 바람직하고, 30μs 이하인 것이 더 바람직하다.
<박막의 발광 스펙트럼 2>
또한 표 4에 나타낸 바와 같이, 호스트 재료인 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, mCzP3Pm, 및 4,6mCzBP2Pm)의 각 HOMO 준위는, 호스트 재료인 제 3 유기 화합물(PCCP 및 mCzPICz)의 각 HOMO 준위 이하이다. 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, mCzP3Pm, 및 4,6mCzBP2Pm)의 각 LUMO 준위는 제 3 유기 화합물(PCCP 및 mCzPICz)의 각 LUMO 준위 이하이다. 따라서, 발광 소자 1 내지 발광 소자 7과 같이, 발광층에 상기 화합물이 사용되는 경우, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어인 전자 및 정공이 제 2 유기 화합물(호스트 재료) 및 제 3 유기 화하물(호스트 재료)에 효율적으로 주입되기 때문에, 제 2 유기 화합물(호스트 재료)과 제 3 유기 화합물(호스트 재료)의 조합은 엑시플렉스를 형성할 수 있다.
따라서 다음으로, 상술한 발광 소자의 호스트 재료(제 2 유기 화합물 및 제 3 유기 화합물)로서 사용된 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 mCzPICz의 박막의 각 발광 스펙트럼, 4,6mCzP2Pm과 PCCP의 혼합 박막의 발광 스펙트럼, 및 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz의 혼합 박막의 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 49 및 도 50에 나타내었다.
상기 발광 스펙트럼의 측정을 위하여, 석영 기판 위에 박막 시료들을 진공 증착법에 의하여 형성하였다. 발광 스펙트럼은 PL-EL 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)를 사용하여 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 측정하였다. 각 박막의 두께는 50nm로 하였다. 각 혼합 박막에서의 2종류의 화합물의 혼합비는 1:1로 하였다.
도 49에 나타낸 바와 같이, 4,6mCzP2Pm과 PCCP의 혼합 박막의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 501nm이다. 4,6mCzP2Pm과 PCCP의 혼합 박막의 발광 스펙트럼은, 4,6mCzP2Pm(피크 파장: 440nm)의 박막의 발광 스펙트럼 및 PCCP(피크 파장: 412nm)의 박막의 발광 스펙트럼과 상이하다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위는 PCCP의 LUMO 준위보다 낮고, 4,6mCzP2Pm의 HOMO 준위는 PCCP의 HOMO 준위보다 낮다. 4,6mCzP2Pm과 PCCP의 혼합 박막으로부터의 발광 에너지는 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 PCCP의 HOMO 준위의 에너지 차이에 실질적으로 상당한다. 4,6mCzP2Pm과 PCCP의 혼합 박막으로부터의 발광은, 4,6mCzP2Pm의 박막으로부터의 발광 및 PCCP의 박막으로부터의 발광보다 긴 파장(저에너지)을 갖는다. 따라서, 4,6mCzP2Pm과 PCCP의 혼합 박막으로부터의 발광은 4,6mCzP2Pm과 PCCP에 의하여 형성되는 엑시플렉스로부터의 발광이라고 말할 수 있다. 즉, 4,6mCzP2Pm 및 PCCP는 서로 조합되어 엑시플렉스를 형성하는 유기 화합물이다.
4,6mCzP2Pm 및 PCCP를 호스트 재료로서 포함하는 발광 소자 1, 발광 소자 5, 발광 소자 6, 및 발광 소자 7의 게스트 재료인 Ir(mpptz-diBuCNp)3, Ir(mpptz-diPrp)3, Ir(pim-diBuCNp)3, 및 Ir(iPrpim)3의 각 흡수 스펙트럼의 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수대는, 4,6mCzP2Pm과 PCCP의 혼합 박막으로부터의 발광(즉 4,6mCzP2Pm 및 PCCP에 의하여 형성된 엑시플렉스의 발광)과 중첩되는 영역을 포함한다. 그러므로, 4,6mCzP2Pm 및 PCCP에 의하여 형성된 엑시플렉스로부터 게스트 재료로 여기 에너지가 효율적으로 이동될 수 있다. 따라서, 4,6mCzP2Pm 및 PCCP를 호스트 재료로서 포함함으로써, 낮은 전압으로 구동하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한 엑시플렉스의 S1 준위와 T1 준위의 에너지 차이가 작기 때문에, 엑시플렉스의 S1 준위와 T1 준위는 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장에 의하여 얻을 수 있다. 즉, 4,6mCzP2Pm 및 PCCP에 의하여 형성된 엑시플렉스의 S1 준위 및 T1 준위는 2.47eV로 간주할 수 있다. T1 준위의 에너지는 4,6mCzP2Pm의 T1 준위(2.70eV)보다 낮고 PCCP의 T1 준위(2.66eV)보다 낮다. 따라서 4,6mCzP2Pm 및 PCCP는, 4,6mCzP2Pm 및 PCCP에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지의 불활성화를 억제하는 데 충분히 높은 T1 준위를 갖고, 이들 화합물에 의하여, 높은 발광 효율을 갖고 낮은 전압으로 구동하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 50에 나타낸 바와 같이, 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz의 혼합 박막의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 477nm이다. 상기 발광 스펙트럼은 4,6mCzP2Pm의 박막의 발광 스펙트럼(피크 파장: 440nm) 및 mCzPICz의 박막의 발광 스펙트럼(피크 파장: 372nm)과 상이하다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위는 mCzPICz의 LUMO 준위보다 낮고, 4,6mCzP2Pm의 HOMO 준위는 mCzPICz의 HOMO 준위보다 낮다. 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz의 혼합 박막으로부터의 발광 에너지는 4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 mCzPICz의 HOMO 준위의 에너지 차이에 실질적으로 상당한다. 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz의 혼합 박막으로부터의 발광은, 4,6mCzP2Pm의 박막으로부터의 발광 및 mCzPICz의 박막으로부터의 발광보다 긴 파장(저에너지)을 갖는다. 따라서, 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz의 혼합 박막으로부터의 발광은 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz에 의하여 형성되는 엑시플렉스로부터의 발광이라고 말할 수 있다. 즉, 4,6mCzP2Pm 및 mCzPICz는 서로 조합되어 엑시플렉스를 형성하는 유기 화합물이다.
4,6mCzP2Pm 및 mCzPICz를 호스트 재료로서 포함하는 발광 소자 3의 게스트 재료인 Ir(Mptz1-mp)3의 흡수 스펙트럼의 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수대는, 4,6mCzP2Pm과 mCzPICz의 혼합 박막으로부터의 발광(즉 4,6mCzP2Pm 및 mCzPICz에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 발광)과 중첩되는 영역을 포함한다. 그러므로, 4,6mCzP2Pm 및 mCzPICz에 의하여 형성되는 엑시플렉스로부터 게스트 재료로 여기 에너지가 효율적으로 이동될 수 있다. 따라서, 4,6mCzP2Pm 및 mCzPICz를 호스트 재료로서 포함함으로써 낮은 전압으로 구동하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한 엑시플렉스의 S1 준위와 T1 준위의 에너지 차이가 작기 때문에, 엑시플렉스의 S1 준위와 T1 준위는 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장에 의하여 얻을 수 있다. 즉, 4,6mCzP2Pm 및 mCzPICz에 의하여 형성된 엑시플렉스의 S1 준위 및 T1 준위는 2.60eV로 간주할 수 있다. T1 준위의 에너지는 4,6mCzP2Pm의 T1 준위(2.70eV) 및 mCzPICz의 T1 준위(2.81eV)보다 낮다. 따라서 4,6mCzP2Pm 및 mCzPICz는, 4,6mCzP2Pm 및 mCzPICz에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 삼중항 여기 에너지의 불활성화를 무시하는 데 충분히 높은 T1 준위를 갖고, 이들 화합물에 의하여, 높은 발광 효율을 갖고 낮은 전압으로 구동하는 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여, 구동 전압이 낮고 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작예 및 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 각 발광 소자의 구조는 도 1에 도시된 것과 동일하다. 표 5 및 표 6에 소자의 자세한 구조를 나타내었다. 또한 여기서, 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타내었다.
<발광 소자의 제작>
본 실시예의 발광 소자의 제작 방법에 대하여 이하에서 설명한다.
<<발광 소자 8의 제작>>
정공 주입층(111), 발광층(130) 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계를 제외하고는, 발광 소자 1과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 8을 제작하였다.
정공 주입층(111)으로서, DBT3P-II 및 산화 몰리브데넘(MoO3)을 전극(101)위에, 퇴적한 층의 중량비가 DBT3P-II:MoO3=1:0.5가 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서, 4,8-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mCzP2Bfpm), PCCP, 및 GD270(Jilin Optical and Electronic Materials Co., Ltd. 제조)을 중량비 4,8mCzP2Bfpm:PCCP:GD270=0.5:0.5:0.05가 되도록 또한 두께 20nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4,8mCzP2Bfpm, PCCP, 및 GD270을 중량비 4,8mCzP2Bfpm:PCCP:GD270=0.8:0.2:0.05가 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, GD270은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,8mCzP2Bfpm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,8mCzP2Bfpm 및 BPhen을, 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 9 내지 발광 소자 14의 제작>>
발광층(130) 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계를 제외하고는, 발광 소자 1과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 9 내지 발광 소자 14를 제작하였다.
<<발광 소자 9의 제작>>
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서는, 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm), PCCP, 및 GD270을 중량비 4,8mCzP2Bfpm:PCCP:GD270=0.5:0.5:0.05가 되도록 또한 두께 20nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4,8mDBtP2Bfpm, PCCP, 및 GD270을 중량비 4,8mDBtP2Bfpm:PCCP:GD270=0.8:0.2:0.05가 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, GD270은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,8mDBtP2Bfpm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,8mDBtP2Bfpm 및 BPhen을, 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 10의 제작>>
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서, 4-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4mDBTBPBfpm-II), PCCP, 및 GD270을 중량비 4mDBTBPBfpm-II:PCCP:GD270=0.5:0.5:0.05가 되도록 또한 두께 20nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4mDBTBPBfpm-II, PCCP, 및 GD270을 중량비 4mDBTBPBfpm-II:PCCP:GD270=0.8:0.2:0.05가 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, GD270은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4mDBTBPBfpm-II는 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4mDBTBPBfpm-II 및 BPhen을, 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 11의 제작>>
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 GD270을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:GD270=0.5:0.5:0.05가 되도록 또한 두께 20nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 GD270을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:GD270=0.8:0.2:0.05가 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, GD270은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,6mCzP2Pm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,6mCzP2Pm 및 BPhen을 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 12의 제작>>
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서, 4,6-비스[3-다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), PCCP, 및 GD270을 중량비 4,6mDBTP2Pm-II:PCCP:GD270=0.5:0.5:0.05가 되도록 또한 두께 20nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4,6mDBTP2Pm-II, PCCP, 및 GD270을 중량비 4,6mDBTP2Pm-II:PCCP:GD270=0.8:0.2:0.05가 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, GD270은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,6mDBTP2Pm-II는 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,6mDBTP2Pm-II 및 BPhen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 13의 제작>>
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서, 4,6mCzBP2Pm, PCCP, 및 GD270을 중량비 4,6mCzBP2Pm:PCCP:GD270=0.5:0.5:0.05가 되도록 또한 두께 20nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4,6mCzBP2Pm, PCCP, 및 GD270을 중량비 4,6mCzBP2Pm:PCCP:GD270=0.8:0.2:0.05가 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, GD270은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,6mCzBP2Pm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,6mCzBP2Pm 및 Bphen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 14의 제작>>
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서, 5-메틸-4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 5Me-4,6mCzP2Pm), PCCP, 및 GD270을 중량비 5Me-4,6mCzP2Pm:PCCP:GD270=0.5:0.5:0.05가 되도록 또한 두께 20nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 5Me-4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 GD270을 중량비 5Me-4,6mCzP2Pm:PCCP:GD270=0.8:0.2:0.05가 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, GD270은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 5Me-4,6mCzP2Pm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 5Me-4,6mCzP2Pm 및 Bphen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<발광 소자의 특성>
다음으로, 상기 제작한 발광 소자 8 내지 14의 특성을 측정하였다. 측정의 조건은 실시예 1과 비슷하다.
도 51의 (A) 및 (B)는 발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 52의 (A) 및 (B)는 그 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 53의 (A) 및 (B)는 그 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 54의 (A) 및 (B)는 그 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 55의 (A) 및 (B)는 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급한 발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
또한 표 7은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 소자 특성을 나타낸 것이다.
발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 각각 519nm, 518nm, 516nm, 516nm, 516nm, 517nm, 및 517nm이고, 광은 녹색 파장 영역에 피크를 갖는다. 상기 발광은 게스트 재료에서 유래한다. 발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 전계 발광 스펙트럼의 반치전폭은 각각 64nm, 60nm, 60nm, 60nm, 58nm, 59nm, 및 60nm이다.
또한 발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 발광 시작 전압(휘도가 1cd/m2보다 높은 전압)은 각각 2.3V, 2.3V, 2.3V, 2.4V, 2.4V, 2.5V, 및 2.6V이다. 이 전압은 각 발광 소자의 게스트 재료의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 전압보다 작고, 이에 대해서는 나중에 설명한다. 이 결과는, 발광 소자 8 내지 발광 소자 14에서 캐리어가 게스트 재료에서 직접 재결합되지 않고 더 작은 에너지 갭을 갖는 재료에서 재결합되는 것을 시사한다.
발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 최대 외부 양자 효율은 각각 25.3%, 22.0%, 24.0%, 26.3%, 23.9%, 25.9%, 24.7%, 및 24.7%이고, 발광 소자 8 내지 발광 소자 14는 20%를 넘는 높은 최대 외부 양자 효율을 갖는다.
<CV 측정의 결과>
발광 소자의 발광층에 사용한 상기 화합물 및 4,4'-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: 4,4'mCzP2BPy)의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정하였다. GD270의 측정에는, 클로로폼을 용매로서 사용하였지만, 측정은 실시예 1에서 설명한 것과 비슷한 식으로 수행하였다.
표 8은, CV 측정의 결과로부터 얻어진 화합물의 산화 전위 및 환원 전위, 그리고 CV 측정 결과로부터 산출된 화합물의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 나타낸 것이다.
또한 표 8에 나타낸 바와 같이, 게스트 재료인 제 1 유기 화합물(GD270)의 HOMO 준위는, 호스트 재료인 제 2 유기 화합물(4,8mCzP2Bfpm, 4,8mDBtP2Bfpm, 4mDBTBPBfpm-II, 4,6mCzP2Pm, 4,6mDBTP2Pm-II, 4,6mCzBP2Pm, 및 5Me-4,6mCzP2Pm)의 각 HOMO 준위 이상이다. 제 1 유기 화합물(GD270)의 LUMO 준위는, 제 2 유기 화합물(4,8mCzP2Bfpm, 4,8mDBtP2Bfpm, 4mDBTBPBfpm-II, 4,6mCzP2Pm, 4,6mDBTP2Pm-II, 4,6mCzBP2Pm, 및 5Me-4,6mCzP2Pm)의 각 LUMO 준위 이상이다. 그러므로 발광 소자 8 내지 발광 소자 14에서와 같이 발광층에 상기 화합물을 사용한 경우, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어인 전자 및 정공이 제 2 유기 화합물(호스트 재료) 및 제 1 유기 화합물(게스트 재료)에 효율적으로 주입되기 때문에, 제 2 유기 화합물(호스트 재료)과 제 1 유기 화합물(게스트 재료)의 조합은 엑시플렉스를 형성할 수 있다.
이 경우, 제 1 유기 화합물(GD270)과 제 2 유기 화합물(4,8mCzP2Bfpm, 4,8mDBtP2Bfpm, 4mDBTBPBfpm-II, 4,6mCzP2Pm, 4,6mDBTP2Pm-II, 4,6mCzBP2Pm, 및 5Me-4,6mCzP2Pm)에 의하여 형성된 엑시플렉스에서는, 제 2 유기 화합물에 LUMO 준위를 갖고 제 1 유기 화합물에 HOMO 준위를 갖는다.
<박막의 발광 스펙트럼>
여기서, 발광 소자 8 내지 발광 소자 14에 사용된 제 1 유기 화합물(게스트 재료) 및 제 2 유기 화합물(호스트 재료)을 포함하는 박막 시료를 제작하고, 상기 박막의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 또한 비교를 위하여, 높은 LUMO 준위를 갖는 유기 화합물인 4,4'mCzP2BPy, 및 제 1 유기 화합물(게스트 재료)을 포함하는 비교 박막 시료를 제작하였다.
박막 8로서, 4,8mCzP2Bfpm 및 GD270을 석영 기판 위에, 중량비 4,8mCzP2Bfpm:GD270=1:0.05가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 8은 발광 소자 8의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 9로서, 4,8mDBTP2Bfpm 및 GD270을 석영 기판 위에, 중량비 4,8mDBTP2Bfpm:GD270=1:0.05가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 9는 발광 소자 9의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 10으로서, 4mDBTBPBfpm-II 및 GD270을 석영 기판 위에, 중량비 4mDBTBPBfpm-II:GD270=1:0.05가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 10은 발광 소자 10의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 11로서, 4,6mCzP2Pm 및 GD270을 석영 기판 위에, 중량비 4,6mCzP2Pm:GD270=1:0.05가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 11은 발광 소자 11의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 12로서, 4,6mDBTP2Pm-II 및 GD270을 석영 기판 위에, 중량비 4,6mDBTP2Pm-II:GD270=1:0.05가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 12는 발광 소자 12의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 13으로서, 4,6mCzBP2Pm 및 GD270을 석영 기판 위에, 중량비 4,6mCzBP2Pm:GD270=1:0.05가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 13은 발광 소자 13의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 14로서, 5Me-4,6mCzP2Pm 및 GD270을 석영 기판 위에, 중량비 5Me-4,6mCzP2Pm:GD270=1:0.05가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 14는 발광 소자 14의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
비교 박막 6으로서, 4,4'mCzP2BPy 및 GD270을 석영 기판 위에, 중량비 4,4'mCzP2BPy:GD270=1:0.05가 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
상기 제작한 박막 8 내지 박막 14 및 상기 제작한 비교 박막 6의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 발광 스펙트럼을 다음과 같이 측정하였다: 상기 제작한 각 박막을 밴드패스 필터(Edmund Optics Japan Ltd. 제조의 U-360 25 X 25 46-085)와 롱패스 필터(longpass filter)(Edmund Optics Japan Ltd. 제조의 425NM 25MM 84-742) 사이에 끼우고, 이 박막에 대하여, 밴드패스 필터 측으로부터 LED 광(NICHIA CORPORATION 제조의 NCSU033B)을 조사하고, 롱패스 필터 측으로부터 멀티채널 분광기(multi-channel spectrometer)(Hamamatsu Photonics K.K. 제조의 PMA-11)를 사용하였다. 측정 결과를 도 56의 (A) 및 (B), 도 57의 (A) 및 (B), 도 58의 (A) 및 (B), 도 59의 (A) 및 (B), 도 60의 (A) 및 (B), 도 61의 (A) 및 (B), 그리고 도 62의 (A) 및 (B)에 나타내었다.
또한 4,4'mCzP2BPy의 LUMO 준위와 GD270의 HOMO 준위의 에너지 차이는 매우 크고, 4,4'mCzP2BPy와 GD270의 조합은 엑시플렉스를 형성하기 어렵다고 말할 수 있다. 그러므로, 상기 제작한 비교 박막 6에서는 4,4'mCzP2BPy와 GD270에 의한 엑시플렉스가 형성되지 않고, 상기 제작한 비교 박막 6은 GD270으로부터의 발광을 나타낸다고 말할 수 있다.
발광 스펙트럼을 측정하였으며, 도 56의 (A), 도 57의 (A), 도 58의 (A), 도 59의 (A), 도 60의 (A), 도 61의 (A), 및 도 62의 (A)에 나타낸 바와 같이, 비교 박막 6에서, 인광성 화합물인 GD270으로부터의 녹색 광의 발광 스펙트럼이 관측되었다. 박막 8 내지 박막 14의 각각에서는, 비교 박막 6의 발광 스펙트럼과 약간 상이한 발광 스펙트럼이 관측되었다.
다음으로, 박막 8 내지 박막 14 각각의 발광 스펙트럼으로부터 비교 박막 6의 발광 스펙트럼을 뺌으로써 얻은 차이 스펙트럼을 도 56의 (B), 도 57의 (B), 도 58의 (B), 도 59의 (B), 도 60의 (B), 도 61의 (B), 및 도 62의 (B)에 나타내었다. 결과적으로, 박막 8 내지 박막 14 각각으로부터의 발광은, GD270에 기인하는 발광과 상이한 발광에 더하여, 520nm의 피크 파장을 갖는 GD270에 기인하는 발광을 포함하는 것을 알았다. 박막 8 내지 박막 14의 발광 스펙트럼에 대한 차이 스펙트럼(박막 8 내지 박막 14 각각의 스펙트럼-비교 박막 6의 스펙트럼)의 비율(면적비)은 각각 19.1%, 11.8%, 2.2%, 1.9%, 2.4%, 1.0%, 및 1.2%로 산출되었다.
CV 측정 결과는, GD270(제 1 유기 화합물)과 4,8mCzP2Bfpm, 4,8mDBtP2Bfpm, 4mDBTBPBfpm-II, 4,6mCzP2Pm, 4,6mDBTP2Pm-II, 4,6mCzBP2Pm, 및 5Me-4,6mCzP2Pm(제 2 유기 화합물) 중 어느 것과의 조합이 엑시플렉스를 형성한다는 것을 나타낸다. 4,8mCzP2Bfpm, 4,8mDBtP2Bfpm, 4mDBTBPBfpm-II, 4,6mCzP2Pm, 4,6mDBTP2Pm-II, 4,6mCzBP2Pm, 및 5Me-4,6mCzP2Pm의 LUMO 준위와 GD270의 HOMO 준위의 에너지 차이는 각각 2.25eV, 2.29eV, 2.35eV, 2.43eV, 2.49eV, 2.51eV, 및 2.59eV이다. 이들 에너지 차이는, 도 56의 (B), 도 57의 (B), 도 58의 (B), 도 59의 (B), 도 60의 (B), 도 61의 (B), 및 도 62의 (B)에 나타낸 박막 8 내지 박막 14의 차이 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출된 발광 에너지에 실질적으로 일치한다. 그러므로, 박막 8 내지 박막 14에서 관측된 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물인 GD270에 기인하는 발광에 더하여, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성된 엑시플렉스에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다.
<엑시플렉스의 발광 비율과 발광 소자의 특성과의 관계 1>
이상에 의하여, 박막 8 내지 박막 14의 엑시플렉스의 발광 비율은 각각 19.1%, 11.8%, 2.2%, 1.9%, 2.4%, 1.0%, 및 1.2%로 산출되었다. 다음으로, 발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 최대 외부 양자 효율과, 박막 8 내지 박막 14로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율과의 관계를 도 63에 나타내었다.
도 63에 나타낸 바와 같이, 엑시플렉스의 발광 비율이 낮은 박막 8 내지 박막 14에 포함되는 화합물을 포함하는 발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 외부 양자 효율은 높다. 실시예 1과 같이, 발광 소자로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율이 60% 이하인 경우, 외부 양자 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 도 63에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서는, 발광 소자로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율은 0%보다 높고 60% 이하인 것이 바람직하고, 0%보다 높고 40% 이하인 것이 더 바람직하다.
도 56의 (A) 및 (B) 내지 도 62의 (A) 및 (B)로부터, 박막 8 내지 박막 14 및 비교 박막 6에서의 제 1 유기 화합물(GD270)에 기인하는 발광의 피크 파장은 521nm이기 때문에, 박막 8 내지 박막 14 및 비교 박막 6에서의 제 1 유기 화합물(GD270)의 발광 에너지(EG_ em)는 2.38eV로 산출되었다. 또한 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물(4,8mCzP2Bfpm, 4,8mDBtP2Bfpm, 4mDBTBPBfpm-II, 4,6mCzP2Pm, 4,6mDBTP2Pm-II, 4,6mCzBP2Pm, 및 5Me-4,6mCzP2Pm)에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광의 피크 파장은 각각 551nm, 538nm, 503nm, 538nm, 524nm, 532nm, 및 512nm이기 때문에, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 발광 에너지(EEx _ em)는 각각 2.25eV, 2.30eV, 2.47eV, 2.30eV, 2.37eV, 2.33eV, 및 2.42eV로 산출되었다.
여기서, 발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 최대 외부 양자 효율과 EG_ em-EEx _ em과의 관계를 도 64에 나타내었다. 도 64로부터, EG_ em-EEx _ em이 0eV보다 크고 0.23eV 이하인 경우, 높은 외부 양자 효율을 달성할 수 있다고 말할 수 있다. 이것은, 실시예 1과 같이, EG_ em-EEx _ em이 0.23eV 이하일 때, 엑시플렉스의 발광 비율이 작은 발광 소자를 제공할 수 있기 때문이다. 또한 실시예 1과 같이, EG_ em-EEx _ em이 0eV보다 크고 0.23eV 이하(0eV<EG_em-EEx_em≤0.23eV)인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.18eV 이하(0eV<EG_em-EEx_em≤0.18eV)인 것이 더 바람직하다고 말할 수 있다.
<게스트 재료의 흡수 스펙트럼>
다음으로 도 65에는, 상기 발광 소자에 사용된 게스트 재료인 GD270의 흡수 스펙트럼의 측정 결과를 나타내었다. 측정은 실시예 1에서의 방법과 비슷한 방법에 의하여 수행하였다.
도 65에 나타낸 바와 같이, GD270의 흡수 스펙트럼의 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수단은 480nm 부근이다. 흡수단은 흡수 스펙트럼의 데이터로부터 얻어지고, 전이 에너지는 직접 전이를 가정하여 추산하였다. 결과적으로, GD270의 흡수단은 486nm이고, 전이 에너지는 2.55eV로 산출되었다. GD270이 인광성 화합물이기 때문에, 가장 저에너지 측의 흡수단은 삼중항 여기 상태로의 전이에 기초한 흡수단이다. 따라서, GD270의 T1 준위는 흡수단으로부터 2.55eV로 산출되었다.
제 1 유기 화합물인 GD270의 T1 준위는, 상술한 바와 같이 2.55eV이다. 제 2 유기 화합물(4,8mCzP2Bfpm, 4,8mDBtP2Bfpm, 4mDBTBPBfpm-II, 4,6mCzP2Pm, 4,6mDBTP2Pm-II, 4,6mCzBP2Pm, 및 5Me-4,6mCzP2Pm)과 GD270에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 T1 준위는 각각 2.25eV, 2.30eV, 2.47eV, 2.30eV, 2.37eV, 2.33eV, 및 2.42eV이다. 따라서 GD270의 T1 준위는 제 2 유기 화합물 중 어느 것과 GD270에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 T1 준위 이상이고, 이들 에너지 준위는 서로 가깝다.
따라서, 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)에서의 GD270의 흡수 스펙트럼의 흡수대는 제 2 유기 화합물(4,8mCzP2Bfpm, 4,8mDBtP2Bfpm, 4mDBTBPBfpm-II, 4,6mCzP2Pm, 4,6mDBTP2Pm-II, 4,6mCzBP2Pm, 및 5Me-4,6mCzP2Pm) 중 어느 것과 GD270에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 발광 스펙트럼과 중첩되는 영역을 갖고, 이는 호스트 재료로서 이들 엑시플렉스를 포함하는 발광 소자 8 내지 발광 소자 14에서 여기 에너지가 게스트 재료로 효율적으로 이동될 수 있다는 것을 의미한다.
상술한 결과에 따르면, GD270에서, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이가 흡수단으로부터 산출된 에너지보다 0.4eV만큼 크다. 마찬가지로, GD270에서는, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 발광 에너지보다 0.57eV만큼 크다. 따라서, 발광 소자에서 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어가 게스트 재료에서 직접 재결합되는 경우, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 높은 에너지가 필요하고, 즉 높은 전압이 필요하다.
그러나, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서는, 게스트 재료에서 캐리어가 직접 재결합되지 않아도 엑시플렉스로부터의 에너지 이동에 의하여 게스트 재료가 여기될 수 있기 때문에, 구동 전압을 낮출 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감할 수 있다.
<엑시플렉스의 발광 비율과 발광 소자의 특성과의 관계 2>
상술한 바와 같이, 박막 8 내지 박막 14에 포함되는 게스트 재료인 GD270의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출된 전이 에너지(EG_abs)는, 2.55eV이었다. 따라서, 박막 8 내지 박막 14에서 EG_abs는 EEx_em보다 크다.
여기서, 발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 최대 외부 양자 효율과 EG_abs-EEx _ em과의 관계를 도 66에 나타내었다. 도 66은, 박막 8 내지 박막 14의 EG_abs-EEx _ em과 발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 외부 양자 효율과의 관계를 나타낸 것이다. 실시예 1과 같이, EG_abs-EEx _ em이 0.3eV 이하인 경우, 발광 소자는 높은 외부 양자 효율을 가질 수 있다. 따라서, 실시예 1과 같이, EG_abs-EEx _ em은 0eV보다 크고 0.30eV 이하(0eV<EG_abs-EEx_em≤0.30eV)인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.23eV 이하(0eV<EG_abs-EEx_em≤0.23eV)인 것이 더 바람직하다.
상술한 바와 같이, 박막 8 내지 박막 14 각각에 형성되는 각 엑시플렉스의 여기 에너지는, 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위와 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이에 실질적으로 상당한다. 박막 8 내지 박막 14에서의 제 2 유기 화합물(호스트 재료)의 LUMO 준위와 제 1 유기 화합물(게스트 재료)의 HOMO 준위의 에너지 차이는 각각 2.25eV, 2.29eV, 2.35eV, 2.43eV, 2.49eV, 2.51eV, 및 2.59eV이다. 따라서, 박막 8 내지 박막 14에서 EG_abs는 ΔEEx와 동등하거나 또는 ΔEEx보다 크다.
박막 8 내지 박막 14로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율과 EG_abs-ΔEEx과의 관계를 도 67의 (A)에 나타내었다. 도 67의 (A)로부터, 박막 8 내지 박막 14는 각각 엑시플렉스의 형성 비율이 작은 것을 알았다. 도 67의 (A)로부터, 실시예 1과 같이, EG_abs-ΔEEx가 0.23eV 이하인 경우, 엑시플렉스의 발광 비율이 저하되기 때문에, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다고 말할 수 있다.
발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 최대 외부 양자 효율과 EG_abs-ΔEEx와의 관계를 도 67의 (B)에 나타내었다. 도 67의 (B)로부터, 박막 8 내지 박막 14의 EG_abs-ΔEEx가 0eV보다 크고 0.23eV 이하인 경우, 높은 외부 양자 효율을 달성할 수 있다는 것을 알았다. 도 67의 (B)로부터, 실시예 1과 같이, EG_abs-ΔEEx는 0eV보다 크고 0.23eV 이하(0eV<EG_abs-ΔEEx≤0.23eV)인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.18eV 이하(0eV<EG_abs-ΔEEx≤0.18eV)인 것이 더 바람직하다고 말할 수 있다.
<호스트 재료의 인광 스펙트럼>
다음으로, 발광 소자 8 내지 발광 소자 14에 포함되는 호스트 재료(제 2 및 제 3 유기 화합물)의 T1 준위를 얻기 위하여, 진공 증착법에 의하여, 석영 기판 위에 각 화합물의 박막을 형성하고, 상기 박막의 발광 스펙트럼을 저온(10K)에서 측정하였다. 측정 방법은 실시예 1에서의 측정 방법과 비슷하다. 측정 결과를 도 68, 도 69, 도 70, 도 71, 및 도 72에 나타내었다. 4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 및 PCCP의 T1 준위에 대해서는 실시예 1을 참조할 수 있다.
도 68에 나타낸 바와 같이, 4,8mCzP2Bfpm의 발광 스펙트럼의 인광 성분은 가장 짧은 파장 측의 피크(숄더를 포함함)를 477nm에 갖는다. 따라서, 4,8mCzP2Bfpm의 T1 준위는 2.60eV로 산출되었다.
도 69에 나타낸 바와 같이, 4,8mDBtP2Bfpm의 발광 스펙트럼의 인광 성분은 가장 짧은 파장 측의 피크(숄더를 포함함)를 475nm에 갖는다. 따라서, 4,8mDBtP2Bfpm의 T1 준위는 2.61eV로 산출되었다.
도 70에 나타낸 바와 같이, 4mDBTBPBfpm-II의 발광 스펙트럼의 인광 성분은 가장 짧은 파장 측의 피크(숄더를 포함함)를 465nm에 갖는다. 따라서, 4mDBTBPBfpm-II의 T1 준위는 2.67eV로 산출되었다.
도 71에 나타낸 바와 같이, 4,6mDBTP2Pm-II의 발광 스펙트럼의 인광 성분은 가장 짧은 파장 측의 피크(숄더를 포함함)를 473nm에 갖는다. 따라서, 4,6mDBTP2Pm-II의 T1 준위는 2.62eV로 산출되었다.
도 72에 나타낸 바와 같이, 5Me-4,6mCzP2Pm의 발광 스펙트럼의 인광 성분은 가장 짧은 파장 측의 피크(숄더를 포함함)를 446nm에 갖는다. 따라서, 5Me-4,6mCzP2Pm의 T1 준위는 2.78eV로 산출되었다.
따라서 발광 소자 8 내지 발광 소자 14에서, 호스트 재료(제 2 및 제 3 유기 화합물)의 T1 준위는 게스트 재료(제 1 유기 화합물)의 T1 준위 이상이고, 제 1 유기 화합물과, 제 2 유기 화합물 중 어느 것에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 T1 준위 이상이다. 그러므로, 발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 제 2 및 제 3 유기 화합물은 호스트 재료로서 충분히 높은 T1 준위를 갖는다.
<시간 분해 발광 측정>
다음으로, 박막 8 내지 박막 14의 과도 발광 특성에 대하여 시간 분해 발광 측정을 사용하여 측정하였다. 측정은 실시예 1에서의 방법과 비슷한 방법에 의하여 수행하였다.
박막 8 내지 박막 14의 측정된 과도 발광 특성을 도 73 내지 도 79에 각각 나타내었다.
박막 8 내지 박막 14 각각의 과도 발광 특성은 초기 발광 성분에 더하여, 지연 발광 성분을 포함하는 것을 알았다.
박막 8 내지 박막 14의 과도 발광 특성에서의 발광 강도가 1%로 저하되는 시간(이하, 1% 발광 수명이라고도 함)은 각각 10.5μs, 8.0μs, 7.3μs, 6.8μs, 6.7μs, 6.6μs, 및 6.6μs이다.
박막 8 내지 박막 14로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율과, 과도 발광 특성의 1% 발광 수명과의 관계를 도 80의 (A)에 나타내었다. 도 80의 (A)는, 엑시플렉스의 발광 비율이 작은 박막 8 내지 박막 14 각각이, 짧은 발광 수명을 갖는 것을 나타낸 것이다. 실시예 1과 같이 도 80의 (A)로부터, 1% 발광 수명이 37μs 이하인 경우, 엑시플렉스의 발광 비율이 저하되기 때문에, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다고 말할 수 있다.
발광 소자 8 내지 발광 소자 14의 최대 외부 양자 효율과, 박막 8 내지 박막 14의 과도 발광 특성에서의 1% 발광 수명과의 관계를 도 80의 (B)에 나타내었다. 도 80의 (B)로부터, 1% 발광 수명이 37μs 이하인 경우, 높은 외부 양자 효율을 달성할 수 있다는 것을 알았다. 실시예 1과 같이 도 80의 (B)로부터, 발광 소자가 높은 외부 양자 효율을 가질 수 있기 때문에 1% 발광 수명이 30μs 이하인 것이 바람직하다고 말할 수 있다. 따라서, 1% 발광 수명이 37μs 이하인 것이 바람직하고, 30μs 이하인 것이 더 바람직하다.
녹색을 나타내는 게스트 재료를 사용한 경우에도, 본 발명의 일 형태에 의하여 높은 발광 효율을 갖는 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여, 구동 전압이 낮고 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 제작예 및 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 각 발광 소자의 구조는 도 1에 도시된 것과 동일하다. 표 9 및 표 10에 소자의 자세한 구조를 나타내었다. 또한 여기서, 사용한 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타내었다.
<<발광 소자 15 내지 발광 소자 21의 제작>>
본 실시예의 발광 소자의 제작 방법에 대하여 이하에서 설명한다. 발광층(130) 및 전자 수송층(118)을 형성하는 단계를 제외하고는, 발광 소자 8과 같은 단계를 거쳐 발광 소자 15 내지 발광 소자 21을 제작하였다.
<<발광 소자 15의 제작>>
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서, 4,6mCzP2Pm, PCCP, 및 트리스{3-(2,4,6-트라이메틸페닐)-4H-이미다졸-3-일-κN 2}페닐-κC이리듐(III)(약칭: Ir(tmppim)3)을 중량비 4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(tmppim)3=0.5:0.5:0.06이 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4,6mCzP2Pm 및 Ir(tmppim)3을 중량비 4,6mCzP2Pm:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(tmppim)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,6mCzP2Pm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,6mCzP2Pm 및 BPhen을 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 16의 제작>>
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서는, 4,6mCzBP2Pm 및 Ir(tmppim)3을 중량비 4,6mCzBP2Pm:PCCP:Ir(tmppim)3=0.5:0.5:0.06이 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4,6mCzBP2Pm 및 Ir(tmppim)3을 중량비 4,6mCzBP2Pm:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(tmppim)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,6mCzBP2Pm은 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로, 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,6mCzBP2Pm 및 Bphen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 17의 제작>>
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서는, 4,4'mCzP2BPy, PCCP, 및 Ir(tmppim)3을 중량비 4,4'mCzP2BPy:PCCP:Ir(tmppim)3=0.5:0.5:0.06이 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4,4'mCzP2Bpy 및 Ir(tmppim)3을 중량비 4,4'mCzP2BPy:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(tmppim)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4,4'mCzP2BPy는 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4,4'mCzP2BPy 및 Bphen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 18의 제작>>
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서는, 9-{3-[4'-페닐-(2,2'-바이피리딘)-4-일]-페닐}-9H-카바졸(약칭: 4'Ph-4mCzBPBPy), PCCP, 및 Ir(tmppim)3을 중량비 4'Ph-4mCzBPBPy:PCCP:Ir(tmppim)3=1:0.5:0.06이 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 4'Ph-4mCzBPBPy 및 Ir(tmppim)3을 중량비 4'Ph-4mCzBPBPy:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(tmppim)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 4'Ph-4mCzBPBPy는 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 4'Ph-4mCzBPBPy 및 Bphen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 19의 제작>>
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서는, 9,9'-(2,4-피리딘다이일-3,1-페닐렌)비스-9H-카바졸(약칭: 2,4mCzP2Py), PCCP, 및 Ir(tmppim)3을 중량비 2,4mCzP2Py:PCCP:Ir(tmppim)3=1:0.5:0.06이 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 2,4mCzP2Py 및 Ir(tmppim)3을 중량비 2,4mCzP2Py:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(tmppim)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 2,4mCzP2Py는 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 2,4mCzP2Py 및 Bphen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 20의 제작>>
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서는, 8-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]벤조[4,5]퓨로[3,2-b]피리딘(약칭: mCzBPBfpy), PCCP, 및 Ir(tmppim)3을 중량비 mCzBPBfpy:PCCP:Ir(tmppim)3=1:0.5:0.06이 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 mCzBPBfpy 및 Ir(tmppim)3을 중량비 mCzBPBfpy:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(tmppim)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, mCzBPBfpy는 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 mCzBPBfpy 및 Bphen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<<발광 소자 21의 제작>>
정공 수송층(112) 위의 발광층(130)으로서는, 35DCzPPy, PCCP, 및 Ir(tmppim)3을 중량비 35DCzPPy:PCCP:Ir(tmppim)3=1:0.5:0.06이 되도록 또한 두께 30nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하고, 이어서 35DCzPPy 및 Ir(tmppim)3을 중량비 35DCzPPy:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 10nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 발광층(130)에서, Ir(tmppim)3은 게스트 재료(제 1 유기 화합물)이고, 35DCzPPy는 호스트 재료(제 2 유기 화합물)이고, PCCP는 호스트 재료(제 3 유기 화합물)이다.
다음으로 전자 수송층(118)으로서, 발광층(130) 위에 35DCzPPy 및 Bphen을 각각 두께 10nm 및 15nm가 되도록 증착에 의하여 순차적으로 퇴적하였다.
<발광 소자의 특성>
다음으로, 상기 제작한 발광 소자 15 내지 21의 특성을 측정하였다. 측정은 실시예 1에서의 방법과 비슷한 방법에 의하여 수행하였다.
도 81의 (A) 및 (B)는 발광 소자 15 내지 발광 소자 21의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 82의 (A) 및 (B)는 그 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 83의 (A) 및 (B)는 그 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 84의 (A) 및 (B)는 그 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 85의 (A) 및 (B)는 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급한 발광 소자 15 내지 발광 소자 21의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 발광 소자의 측정은 실온(23℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
또한 표 11은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 15 내지 발광 소자 21의 소자 특성을 나타낸 것이다.
발광 소자 15 내지 발광 소자 21의 전계 발광 스펙트럼의 가장 짧은 파장 측의 피크 파장은 각각 471nm, 472nm, 473nm, 472nm, 472nm, 472nm, 및 472nm이고, 광은 청색 파장 영역에 피크를 갖는다. 상기 발광은 게스트 재료에서 유래한다. 발광 소자 15 내지 발광 소자 21의 전계 발광 스펙트럼의 반치전폭은 각각 129 nm, 94 nm, 60 nm, 57 nm, 57 nm, 56 nm, 및 55nm이고, 발광 소자 15 및 발광 소자 17의 전계 발광 스펙트럼은 발광 소자 18 내지 발광 소자 21보다 넓은 스펙트럼 형상을 갖는다. 특히 발광 소자 15 및 발광 소자 16의 각 전계 발광 스펙트럼은 넓은 스펙트럼 형상을 갖고, 게스트 재료인 Ir(iPrpim)3에 기인하는 발광, 및 녹색에서 황색의 파장 범위에서 넓은 발광을 나타낸다.
또한 발광 소자 15 내지 발광 소자 21의 발광 시작 전압(휘도가 1cd/m2보다 높은 전압)은 각각 2.6V, 2.6V, 2.6V, 2.6V, 2.7V, 3.0V, 및 3.1V이다. 이 전압은 각 발광 소자의 게스트 재료의 LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 전압보다 작고, 이에 대해서는 나중에 설명한다. 이 결과는, 발광 소자 15 내지 발광 소자 21에서 캐리어가 게스트 재료에서 직접 재결합되지 않고 더 작은 에너지 갭을 갖는 재료에서 재결합되는 것을 시사한다.
발광 소자 15 내지 발광 소자 18의 높은 휘도 영역에서의 구동 전압은, 발광 소자 19 내지 발광 소자 21보다 낮다.
발광 소자 15 내지 발광 소자 21의 최대 외부 양자 효율은 각각 14.9%, 20.3%, 27.1%, 28.0%, 29.2%, 29.3%, 및 30.8%이고, 발광 소자 17 내지 발광 소자 21은 25%보다 큰, 높은 최대 외부 양자 효율을 갖는다.
<CV 측정의 결과>
다음으로, 상기 제작한 발광 소자에 사용한 화합물 및 후술하는 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB)의 전기 화학적 특성(산화 반응 특성 및 환원 반응 특성)을 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정하였다. 측정은 실시예 1에서 설명한 것과 비슷한 식으로 수행하였다.
표 12는, CV 측정의 결과로부터 얻어진 화합물의 산화 전위 및 환원 전위, 그리고 CV 측정의 결과로부터 산출된 화합물의 HOMO 준위와 LUMO 준위를 나타낸 것이다. Ir(tmppim)3의 측정에는, 클로로폼을 용매로서 사용하였지만, 측정은 실시예 1에서 설명한 방법과 비슷한 식으로 수행하였다.
표 12에 나타낸 바와 같이, 게스트 재료인 제 1 유기 화합물(Ir(tmppim)3)의 HOMO 준위는, 발광 소자 15 내지 발광 소자 21에 사용한 호스트 재료인 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 4,4'mCzP2BPy, 4'Ph-4mCzBPBPy, 2,4mCzP2Py, mCzBPBfpy, 및 35DCzPPy)의 HOMO 준위 이상이고, 제 1 유기 화합물(Ir(tmppim)3)의 LUMO 준위는, 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 4,4'mCzP2BPy, 4'Ph-4mCzBPBPy, 2,4mCzP2Py, mCzBPBfpy, 및 35DCzPPy)의 LUMO 준위 이상이다. 그러므로 발광 소자 15 내지 발광 소자 21과 같이 발광층에 상기 화합물을 사용한 경우, 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어인 전자 및 정공이 제 2 유기 화합물(호스트 재료) 및 제 1 유기 화합물(게스트 재료)에 효율적으로 주입되기 때문에, 제 2 유기 화합물(호스트 재료)과 제 1 유기 화합물(게스트 재료)의 조합은 엑시플렉스를 형성할 수 있다. 제 1 유기 화합물(Ir(tmppim)3)과, 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 4,4'mCzP2BPy, 4'Ph-4mCzBPBPy, 2,4mCzP2Py, mCzBPBfpy, 및 35DCzPPy) 중 어느 것에 의하여 형성된 엑시플렉스에서는, 제 2 유기 화합물에 LUMO 준위를 갖고 제 1 유기 화합물에 HOMO 준위를 갖는다.
<박막의 발광 스펙트럼>
여기서, 발광 소자 15 내지 발광 소자 21에 사용된 제 1 유기 화합물(게스트 재료) 및 제 2 유기 화합물(호스트 재료)을 포함하는 박막 시료를 제작하고, 상기 박막의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 또한 비교 박막 7로서, TmPyPB 및 Ir(tmppim)3을 포함하는 박막을 제작하였다. TmPyPB는 높은 LUMO 준위를 갖기 때문에, Ir(tmppim)3과는 엑시플렉스를 형성하지 않을 것이다.
박막 15로서, 4,6mCzP2Pm 및 Ir(tmppim)3을 석영 기판 위에, 중량비 4,6mCzP2Pm:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 15는 발광 소자 15의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 16으로서, 4,6mCzBP2Pm 및 Ir(tmppim)3을 석영 기판 위에, 중량비 4,6mCzBP2Pm:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 16은 발광 소자 16의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 17로서, 4,4'mCzP2BPy 및 Ir(tmppim)3을 석영 기판 위에, 중량비 4,4'mCzP2BPy:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 17은 발광 소자 17의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 18로서, 4'Ph-4mCzBPBPy 및 Ir(tmppim)3을 석영 기판 위에, 중량비 4'Ph-4mCzBPBPy:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 18은 발광 소자 18의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 19로서, 2,4mCzP2Py 및 Ir(tmppim)3을 석영 기판 위에, 중량비 2,4mCzP2Py:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 19는 발광 소자 19의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 20으로서, mCzBPBfpy 및 Ir(tmppim)3을 석영 기판 위에, 중량비 mCzBPBfpy:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 20은 발광 소자 20의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
박막 21로서, 35DCzPPy 및 Ir(tmppim)3을 석영 기판 위에, 중량비 35DCzPPy:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다. 즉, 박막 21은 발광 소자 21의 발광층(130)에 사용된 화합물을 포함한다.
비교 박막 7로서, TmPyPB 및 Ir(tmppim)3을 석영 기판 위에, 중량비 TmPyPB:Ir(tmppim)3=1:0.06이 되도록 또한 두께 50nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
상기 제작한 박막 15 내지 박막 21 및 상기 제작한 비교 박막 7의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 발광 스펙트럼은 실시예 2와 비슷한 식으로 측정하였다. 측정 결과를 도 86의 (A) 및 (B), 도 87의 (A) 및 (B), 도 88의 (A) 및 (B), 도 89의 (A) 및 (B), 도 90의 (A) 및 (B), 도 91의 (A) 및 (B), 그리고 도 92의 (A) 및 (B)에 나타내었다.
또한 상술한 바와 같이, TmPyPB의 LUMO 준위와 Ir(tmppim)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 매우 크고, TmPyPB와 Ir(tmppim)3의 조합은 엑시플렉스를 형성하기 어렵다고 말할 수 있다. 그러므로, 상기 제작한 비교 박막 7에서는 TmPyPB와 Ir(tmppim)3에 의한 엑시플렉스가 형성되지 않고, 상기 제작한 비교 박막 7은 Ir(tmppim)3으로부터의 발광을 포함한다고 말할 수 있다.
발광 스펙트럼을 측정하였으며, 도 86의 (A), 도 87의 (A), 도 88의 (A), 도 89의 (A), 도 90의 (A), 도 91의 (A), 및 도 92의 (A)에 나타낸 바와 같이, 비교 박막 7에서, 인광성 화합물인 Ir(tmppim)3으로부터의 청색의 발광 스펙트럼이 관측되었다. 박막 15 내지 박막 18의 각각에서, 비교 박막 7의 발광 스펙트럼과 상이한 발광 스펙트럼이 관측되었다. 박막 19 내지 박막 21의 각각에서, 비교 박막 7의 발광 스펙트럼과 약간 상이한 발광 스펙트럼이 관측되었다.
다음으로, 박막 15 내지 박막 21 각각의 발광 스펙트럼으로부터 비교 박막 7의 발광 스펙트럼을 뺌으로써 얻은 차이 스펙트럼을 도 86의 (B), 도 87의 (B), 도 88의 (B), 도 89의 (B), 도 90의 (B), 도 91의 (B), 및 도 92의 (B)에 나타내었다. 결과적으로, 박막 15 내지 박막 21 각각으로부터의 발광은, Ir(tmppim)3과 상이한 발광에 더하여, 471nm 및 502nm의 피크 파장을 갖는 Ir(tmppim)3에 기인하는 발광을 포함하는 것을 알았다. 박막 15 내지 박막 21의 발광 스펙트럼에 대한 차이 스펙트럼(박막 15 내지 박막 21 각각의 스펙트럼-비교 박막 7의 스펙트럼)의 비율(면적비)은 각각 95.4%, 92.7%, 47.0%, 28.7%, 14.5%, 3.2%, 및 2.8%이다.
CV 측정의 결과는, Ir(tmppim)3(제 1 유기 화합물)과 4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 4,4'mCzP2BPy, 4'Ph-4mCzBPBPy, 2,4mCzP2Py, mCzBPBfpy, 및 35DCzPPy(제 2 유기 화합물) 중 어느 것의 조합은 엑시플렉스를 형성하는 것을 나타낸다. 4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 4,4'mCzP2BPy, 4'Ph-4mCzBPBPy 2,4mCzP2Py, mCzBPBfpy, 및 35DCzPPy의 LUMO 준위와 Ir(tmppim)3의 HOMO 준위의 에너지 차이는 각각 2.17eV, 2.25eV, 2.40eV, 2.46eV, 2.48eV, 2.59eV, 및 2.67eV이다. 이 에너지 차이는, 도 86의 (B), 도 87의 (B), 도 88의 (B), 도 89의 (B), 도 90의 (B), 도 91의 (B), 및 도 92의 (B)에 나타낸 박막 15 내지 박막 21의 차이 스펙트럼의 스펙트럼의 피크 파장으로부터 산출된 발광 에너지에 실질적으로 일치한다. 그러므로, 박막 15 내지 박막 21에서 관측된 발광 스펙트럼은, 제 1 유기 화합물인 Ir(tmppim)3에 기인하는 발광에 더하여, 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에 의하여 형성된 엑시플렉스에 기인하는 발광을 포함한다고 말할 수 있다.
<엑시플렉스의 발광 비율과 발광 소자의 특성과의 관계 1>
따라서, 박막 15 내지 박막 21의 엑시플렉스의 발광 비율은 각각 95.4%, 92.7%, 47.0%, 28.7%, 14.5%, 3.2%, 및 2.8%로 산출되었다. 다음으로, 발광 소자 15 내지 발광 소자 21의 최대 외부 양자 효율과, 박막 15 내지 박막 21로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율과의 관계를 도 93에 나타내었다.
도 93에 나타낸 바와 같이, 엑시플렉스의 발광 비율이 낮은 박막 17 내지 박막 21에 포함되는 화합물을 포함하는 발광 소자 17 내지 발광 소자 21의 외부 양자 효율은 높고, 엑시플렉스의 발광 비율이 높은 박막 15 및 박막 16에 포함되는 화합물을 포함하는 박막 15 및 박막 16의 외부 양자 효율은 낮다. 실시예 1과 같이, 발광 소자로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율이 60% 이하인 경우, 외부 양자 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한 도 93에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에서는, 발광 소자로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율은 0%보다 높고 60% 이하인 것이 바람직하고, 0%보다 높고 40% 이하인 것이 더 바람직하다.
도 86의 (A) 및 (B) 내지 도 92의 (A) 및 (B)로부터, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물에 의하여 형성되는 엑시플렉스에 기인하는 발광의 피크 파장은 각각 569nm, 557nm, 531nm, 535nm, 534nm, 458nm, 및 469nm이기 때문에, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 발광 에너지(EEx _ em)는 각각 2.18eV, 2.23eV, 2.34eV, 2.32eV, 2.32eV, 2.71eV, 및 2.64eV로 산출되었다.
<게스트 재료의 흡수 스펙트럼>
다음으로 도 94에는, 상기 발광 소자에 사용된 게스트 재료인 Ir(tmppim)3의 흡수 스펙트럼의 측정 결과를 나타내었다. 측정은 실시예 1에서의 방법과 비슷한 방법에 의하여 수행하였다.
도 94에 나타낸 바와 같이, Ir(tmppim)3의 흡수 스펙트럼의 가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)의 흡수단은 440nm 부근이다. 흡수단은 흡수 스펙트럼의 데이터로부터 얻어지고, 전이 에너지는 직접 전이를 가정하여 추산하였다. 결과적으로, Ir(tmppim)3의 흡수단은 438nm이고 전이 에너지는 2.83eV로 산출되었다. Ir(tmppim)3은 인광성 화합물이기 때문에, 가장 저에너지 측의 흡수단은 삼중항 여기 상태로의 전이에 기초한 흡수단이다. 따라서, Ir(tmppim)3의 T1 준위는 흡수단으로부터 2.83eV로 산출되었다.
CV 측정의 결과는, Ir(tmppim)3과 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 4,4'mCzP2BPy, 4'Ph-4mCzBPBPy, 2,4mCzP2Py mCzBPBfpy, 및 35DCzPPy) 중 어느 것의 조합은 엑시플렉스를 형성한다는 것을 나타낸다. 엑시플렉스의 T1 준위는 각각 2.18eV, 2.23eV, 2.34eV, 2.32eV, 2.32eV, 2.71eV, 및 2.64eV이다. 따라서 Ir(tmppim)3의 T1 준위는 제 2 유기 화합물 중 어느 것과 Ir(tmppim)3에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 T1 준위 이상이다.
가장 저에너지 측(가장 긴 파장 측)에서의 Ir(tmppim)3의 흡수 스펙트럼의 흡수대는 제 2 유기 화합물(4,6mCzP2Pm, 4,6mCzBP2Pm, 4,4'mCzP2BPy, 4'Ph-4mCzBPBPy, 2,4mCzP2Py, mCzBPBfpy, 및 35DCzPPy) 중 어느 것과 Ir(tmppim)3에 의하여 형성되는 엑시플렉스의 발광 스펙트럼과 중첩되는 영역을 갖고, 이는 호스트 재료로서 이들 엑시플렉스를 포함하는 발광 소자 15 내지 발광 소자 21에서 여기 에너지가 게스트 재료로 효율적으로 이동될 수 있다는 것을 의미한다.
상술한 결과에 따르면, Ir(tmppim)3에서, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이가 흡수단으로부터 산출된 에너지보다 0.49eV만큼 크다. 마찬가지로, Ir(tmppim)3에서는, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이는 발광 에너지보다 0.69eV만큼 크다. 따라서, 발광 소자에서 한 쌍의 전극으로부터 주입된 캐리어가 게스트 재료에서 직접 재결합되는 경우, LUMO 준위와 HOMO 준위의 에너지 차이에 상당하는 높은 에너지가 필요하고, 즉 높은 전압이 필요하다.
그러나, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에서는, 게스트 재료에서 캐리어가 직접 재결합되지 않고 엑시플렉스로부터의 에너지 이동에 의하여 게스트 재료가 여기될 수 있기 때문에, 구동 전압을 낮출 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 소비전력을 저감할 수 있다.
<엑시플렉스의 발광 비율과 발광 소자의 특성과의 관계 2>
상술한 바와 같이, 박막 15 내지 박막 21에 포함되는 게스트 재료인 Ir(tmppim)3의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출된 전이 에너지(EG_abs)는, 2.83eV로 산출되었다. 따라서, 박막 15 내지 박막 21에서 EG_abs는 EEx_em보다 크다.
박막 15 내지 박막 21로부터의 발광에 대한 엑시플렉스의 발광 비율과 EG_abs-EEx_em과의 관계를 도 95의 (A)에 나타내었다. 도 95의 (A)로부터, 실시예 1과 같이, 엑시플렉스의 발광 비율은 EG_abs-EEx _ em의 범위에 따라 변화하는 것을 알았다. 따라서 실시예 1과 같이, EG_abs-EEx _ em이 0.30eV 이하인 경우, 엑시플렉스의 발광 비율이 저하되고, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다고 말할 수 있다.
또한 발광 소자 15 내지 발광 소자 21의 최대 외부 양자 효율과 EG_abs-EEx _ em과의 관계를 도 95의 (B)에 나타내었다. 도 95의 (B)는, 박막 15 내지 박막 21의 EG_abs-EEx_em과 발광 소자 15 내지 발광 소자 21의 외부 양자 효율과의 관계를 나타낸 것이다. 실시예 1과 같이, EG_abs-EEx _ em이 0eV보다 크고 0.23eV 이하인 경우, 발광 소자는 높은 외부 양자 효율을 가질 수 있다. 따라서, 실시예 1과 같이, EG_abs-EEx_em은 0eV보다 크고 0.30eV 이하(0eV<EG_abs-EEx_em≤0.30eV)인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.23eV 이하(0eV<EG_abs-EEx_em≤0.23eV)인 것이 더 바람직하다.
상술한 바와 같이, 각 박막 15 내지 박막 21에 형성되는 각 엑시플렉스의 여기 에너지는, 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위와 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이에 실질적으로 상당한다. 박막 15 내지 박막 21에서의 제 2 유기 화합물(호스트 재료)의 LUMO 준위와 제 1 유기 화합물(게스트 재료)의 HOMO 준위의 에너지 차이는 각각 2.17eV, 2.25eV, 2.40eV, 2.46eV, 2.48eV, 2.59eV, 및 2.67eV이다. 따라서, 박막 15 내지 박막 21에서 EG_abs는 ΔEEx보다 크다.
도 96의 (A)로부터, 박막 20 및 박막 21은 각각 엑시플렉스의 형성 비율이 작은 것을 알았다. 도 96의 (A)로부터, 실시예 1과 같이, EG_abs-ΔEEx가 0.23eV 이하인 경우, 엑시플렉스의 발광 비율이 저하되고, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다고 말할 수 있다.
발광 소자 15 내지 발광 소자 21의 최대 외부 양자 효율과 EG_abs-ΔEEx과의 관계를 도 96의 (B)에 나타내었다. 도 96의 (B)로부터, 박막 15 내지 박막 21의 EG_abs-ΔEEx가 0eV보다 크고 0.23eV 이하인 경우, 높은 외부 양자 효율을 달성할 수 있는 것을 알았다. 도 96의 (B)로부터, 실시예 1과 같이, EG_abs-ΔEEx는 0eV보다 크고 0.23eV 이하(0eV<EG_abs-ΔEEx≤0.23eV)인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.18eV 이하(0eV<EG_abs-ΔEEx≤0.18eV)인 것이 더 바람직하다고 말할 수 있다.
(참고예 1)
본 참고예에서는 실시예 1에서 게스트 재료로서 사용한 유기 금속 착체인, 트리스{2-[4-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-5-(2-메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN 2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-diBuCNp)3)의 합성 방법에 대하여 설명한다.
<합성예 1>
<<단계 1: 4-아미노-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴의 합성>>
1000mL의 3구 플라스크에, 4-아미노-3,5-다이클로로벤조나이트릴 9.4g(50mmol), 아이소뷰틸보론산 26g(253mmol), 인산 삼포타슘 54g(253mmol), 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(S-phos) 2.0g(4.8mmol), 및 톨루엔 500mL를 넣었다. 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환하고, 감압하에서 교반하면서 이 혼합물을 탈기하였다. 탈기 후, 트리스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 0.88g(0.96mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 질소 기류하, 130℃에서 8시간 동안 교반하여 반응시켰다. 이 반응 용액에 톨루엔을 첨가하고, 셀라이트, 산화 알루미늄, 및 셀라이트의 순서로 적층된 여과 보조제를 통하여 이 용액을 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서는 톨루엔을 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 황색 유상 물질 10g을 수율 87%로 얻었다. 핵자기 공명 분광법(NMR)에 의하여, 얻어진 황색 유상 물질이 4-아미노-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴인 것을 확인하였다. 단계 1의 합성 스킴을 이하의 (a-1)에 나타낸다.
<<단계 2: Hmpptz-diBuCNp의 합성>>
300mL의 3구 플라스크에, 단계 1에서 합성한 4-아미노-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴 11g(48mmol), N-(2-메틸페닐)클로로메틸리덴-N'-페닐클로로메틸리덴하이드라진 4.7g(16mmol), 및 N,N-다이메틸아닐린 40mL를 넣고, 질소 기류하, 160℃에서 7시간 동안 이 혼합물을 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 300mL의 1M 염산에 이 반응 용액을 첨가하고 3시간 동안 교반을 수행하였다. 이 혼합물에 아세트산 에틸을 첨가하고, 수성층에 대하여 아세트산 에틸을 사용하여 추출을 수행하였다. 유기층과 추출로 얻어진 용액을 조합하고, 탄산수소소듐 포화수용액, 이어서 포화식염수로 세정하고, 건조시키기 위하여 유기층에 무수 황산 마그네슘을 첨가하였다. 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하고, 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 헥세인-아세트산 에틸=5:1의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 헥세인을 첨가하고, 이 혼합물에 초음파를 조사하고 나서 흡인 여과를 수행하여, 백색 고체 2.0g을 수율 28%로 얻었다. 핵자기 공명 분광법(NMR)에 의하여, 얻어진 백색 고체가 4-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-3-(2-메틸페닐)-5-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸(약칭: Hmpptz-diBuCNp)인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 이하의 (b-1)에 나타낸다.
<<단계 3: Ir(mpptz-diBuCNp)3의 합성>>
3방 콕이 제공된 반응 용기에, 단계 2에서 합성한 Hmpptz-diBuCNp 2.0g(4.5mmol) 및 트리스(아세틸아세토네이토)이리듐(III) 0.44g(0.89mmol)을 넣고, 이 혼합물을 아르곤 기류하, 250℃에서 43시간 동안 교반하여 반응시켰다. 얻어진 반응 혼합물을 다이클로로메테인에 첨가하고, 불용물을 제거하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 실리카 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 다이클로로메테인을 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 아세트산 에틸/헥세인으로부터 재결정시켜, 황색 고체 0.32g을 수율 23%로 얻었다. 그 후, 얻어진 황색 고체 0.31g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 아르곤 유량 5.0mL/min, 2.6Pa의 압력하, 310℃에서 19시간 동안 가열함으로써 승화에 의한 정제를 수행하였다. 승화에 의한 정제 후, 황색 고체 0.26g을 회수율 84%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 이하의 (c-1)에 나타낸다.
단계 3에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)을 핵자기 공명 분광법(NMR)에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 이하에 나타낸다. 이들 결과에 의하여, 본 합성예에서 Ir(mpptz-diBuCNp)3이 얻어진 것이 밝혀졌다.
1H-NMR δ (CDCl3): 0.33 (d, 18H), 0.92 (d, 18H), 1.51-1.58 (m, 3H), 1.80-1.88 (m, 6H), 2.10-2.15 (m, 6H), 2.26-2.30 (m, 3H), 2.55 (s, 9H), 6.12 (d, 3H), 6.52 (t, 3H), 6.56 (d, 3H), 6.72 (t, 3H), 6.83 (t, 3H), 6.97 (d, 3H), 7.16 (t, 3H), 7.23 (d, 3H), 7.38 (s, 3H), 7.55 (s, 3H).
(참고예 2)
본 참고예에서는, 실시예 3에서 게스트 재료로서 사용한 유기 금속 착체인, 트리스{2-[1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-1H-이미다졸-2-일-κN 3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(pim-diBuCNp)3)의 합성 방법에 대하여 설명한다.
<합성에 2>
<<단계 1: 1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-2-페닐-4,5-다이하이드로-1H-이미다졸의 합성>>
1000mL의 3구 플라스크에 N-(2-클로로에틸)벤즈아마이드 22g(117mmol) 및 탈수 자일렌 260mL를 넣었다. 이 혼합 용액에 오염화 인 33g(158mmol)을 첨가하고, 이 혼합물을 140℃에서 1시간 동안 가열 교반하여 반응시켰다. 반응 후, 이 혼합물을 실온까지 냉각하고, 여기에 4-아미노-3,5-다이아이소뷰틸벤조나이트릴 28g(120mmol)과 탈수 자일렌 60mL의 혼합 용액을 적하하고, 140℃에서 5시간 동안 가열 교반하였다. 이 반응 혼합물을 500mL의 물에 천천히 첨가하고 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이 혼합물에 클로로폼을 첨가하였다. 추출로 얻어진 용액을 1M 수산화 소듐 수용액에 천천히 첨가하고 이 혼합물을 실온에서 30분 동안 교반하였다. 이 혼합물의 수성층과 유기층을 분리하였다. 추출로 얻어진 용액을 탄산수소소듐 포화수용액, 이어서 포화식염수로 세정하였다. 세정 후, 건조시키기 위하여 유기층에 무수 황산 마그네슘을 첨가하고, 얻어진 혼합물에 중력 여과를 수행하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체에 아세트산 에틸과 헥세인의 혼합 용매를 첨가하고, 이 혼합물에 흡인 여과를 수행함으로써, 백색 고체 33g을 수율 79%로 얻었다. 핵자기 공명 분광법(NMR)에 의하여, 얻어진 백색 고체가 1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-2-페닐-4,5-다이하이드로-1H-이미다졸인 것을 확인하였다. 단계 1의 합성 스킴을 이하의 (a-2)에 나타낸다.
<<단계 2: Hpim-diBuCNp의 합성>>
200mL의 3구 플라스크에, 단계 1에서 합성한 1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-2-페닐-4,5-다이하이드로-1H-이미다졸 15g(42mmol) 및 아세토나이트릴을 넣었다. 이 혼합 용액에, 과망가니즈산 포타슘 13g(84mmol) 및 산화 알루미늄 29g을 유발에 넣고 마쇄하여 얻어진 분말을 첨가하고, 이 혼합물을 실온에서 17시간 동안 교반하여 반응시켰다. 이 반응 혼합물을 셀라이트를 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질에 톨루엔을 첨가하고, 이 혼합물을 셀라이트, 산화 알루미늄, 및 셀라이트의 순서로 적층된 여과 보조제를 통하여 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 헥세인-아세트산 에틸=5:1의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 무색 유상 물질 8.0g을 수율 53%로 얻었다. 핵자기 공명 분광법(NMR)에 의하여, 얻어진 무색 유상 물질이 1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-2-페닐-1H-이미다졸(약칭: Hpim-diBuCNp)인 것을 확인하였다. 단계 2의 합성 스킴을 이하의 (b-2)에 나타낸다.
<<단계 3: Ir(pim-diBuCNp)3의 합성>>
3방 콕이 제공된 반응 용기에, 단계 2에서 합성한 Hpim-diBuCNp 5.0g(14mmol) 및 트리스(아세틸아세토네이토)이리듐(III) 1.4g(2.8mmol)을 넣고, 이 혼합물을 아르곤 기류하, 250℃에서 38시간 동안 가열하여 반응시켰다. 얻어진 반응 혼합물에 톨루엔을 첨가하고 불용물을 제거하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 전개 용매로서 먼저 톨루엔을 사용하였다. 다음으로, 톨루엔-아세트산 에틸=9:1의 혼합 용매를 사용하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 아세트산 에틸/헥세인으로부터 재결정시켜, 황색 고체 0.6g을 수율 18%로 얻었다. 그 후, 얻어진 황색 고체 0.6g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 아르곤 유량 5.0mL/min, 2.6Pa의 압력하, 280℃에서 17시간 동안 가열함으로써 승화에 의한 정제를 수행하였다. 승화에 의한 정제 후, 황색 고체 0.4g을 회수율 67%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 이하의 (c-2)에 나타낸다.
단계 3에서 얻은 황색 고체의 프로톤(1H)을 핵자기 공명 분광법(NMR)에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 이하에 나타낸다. 이들 결과에 의하여, 본 합성예에서 Ir(pim-diBuCNp)3이 얻어진 것이 밝혀졌다.
1H-NMR δ (CDCl3): 0.43 (d, 9H), 0.56 (d, 9H), 0.79 (t, 18H), 1.42-1.50 (m, 3H), 1.73-1.81 (m, 3H), 1.97-2.02 (m, 3H), 2.12-2.17 (m, 3H), 2.24-2.29 (m, 3H), 2.46-2.50 (m, 3H), 6.05 (d, 3H), 6.40 (t, 3H), 6.59 (t, 3H), 6.71-6.76 (m, 9H), 7.54 (d, 6H).
(참고예 3)
본 참고예에서는, 구조식(500)으로 나타내어지고, 실시예 3에서 호스트 재료로서 사용된 유기 화합물인 9-{3-[4'-페닐-(2,2'-바이피리딘)-4-일]-페닐}-9H-카바졸(약칭: 4'Ph-4mCzBPBPy)의 합성 방법에 대하여 설명한다.
<합성예 3>
<<단계 1: 1-(4-사이아노-2,6-다이아이소뷰틸페닐)-2-페닐-4,5-다이하이드로-1H-이미다졸의 합성>>
100mL의 3구 플라스크에 4-브로모-4'-페닐-2,2'-바이피리딘 1.2g(3.9mmol) 및 3-[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]페닐보론산 1.4g(3.9mmol)을 넣었다. 다음으로, 이 혼합물에 2M 탄산 소듐 수용액 3.9mL, 톨루엔 19mL, 및 에탄올 6.5mL를 첨가하고, 이 혼합물을 감압하에서 교반함으로써 탈기하였다. 이 혼합물에 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0) 90mg(78.0μmol)을 2개의 단계에서 첨가하고, 질소 기류하 90℃에서 16시간 동안 교반을 수행하였다. 교반 후, 이 혼합물에 물을 첨가하고, 수성층에 대하여 클로로폼을 사용하여 추출을 수행하였다. 추출액과 유기층을 조합하고, 이 혼합물을 물과 포화 식염수로 세정하였다. 다음으로 황산 마그네슘으로 수분을 흡착하였다. 이 혼합물을 중력식 여과에 의하여 분리하고, 얻어진 여과액을 농축하여 갈색 유상 물질을 얻었다. 이 유상 물질을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매로서, 아세트산 에틸-헥세인=1:10의 혼합 용매를 사용하고, 그 다음으로 클로로폼-아세트산 에틸=10:1의 혼합 용매를 사용함)에 의하여 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 연한 황색 고체를 얻었다. 이 고체에 톨루엔을 첨가하여 이 고체를 용해하고, 이 용액을 클로로폼을 사용하여 적하하고 셀라이트 및 알미나를 통하여 흡인 여과하고, 이 여과액을 농축하여 연한 황색 고체를 얻었다. 이 고체를 아세트산 에틸(20mL)로 재결정하여 합성의 목적물인 백색 고체 1.3g을 수율 62%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 (a-3)에 나타낸다.
트레인 서블리메이션법에 의하여, 단계 1에서 얻어진 백색 고체 1.3g을 압력 2.7Pa, 아르곤 가스 유량 5mL/min의 조건하에서, 240℃(첫 번째 정제) 및 225℃(두 번째 정제)에서 2번 정제하였다. 승화에 의한 정제 후, 0.71g의 무색 투명한 유리상 고체를 회수율 54%로 얻었다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자에 사용된 유기 화합물로서는, 유기 화합물(구조식(501)으로 나타내어지는 5-{3-[4'-페닐-(2,2'-바이피리딘)-4-일]-페닐}-5H-벤조퓨로[3,2-c]카바졸(약칭: 4'Ph-4mBFcPBPy) 및 구조식(502)으로 나타내어지는 5-{3-[4'-페닐-(2,2'-바이피리딘)-4-일]-페닐}-5H-벤조싸이오[3,2-c]카바졸(약칭: 4'Ph-4mBTcPBPy)을 적합하게 사용할 수 있다.
구조식(501) 및 구조식(502)에 의하여 나타내어지는 유기 화합물은 (a-3)에 나타낸 방법에 의하여 합성할 수 있다. (a-3)에서 구조식(500-a)에 의하여 나타내어지는 유기 화합물 대신에 구조식(501-a)에 의하여 나타내어지는 유기 화합물을 사용하면, 구조식(501)에 의하여 나타내어지는 유기 화합물을 합성할 수 있다. 마찬가지로, (a-3)에서 구조식(500-a)에 의하여 나타내어지는 유기 화합물 대신에 구조식(502-a)에 의하여 나타내어지는 유기 화합물을 사용하면, 구조식(502)에 의하여 나타내어지는 유기 화합물을 합성할 수 있다.
100: EL층, 101: 전극, 101a: 도전층, 101b: 도전층, 102: 전극, 103: 전극, 103a: 도전층, 103b: 도전층, 104: 전극, 104a: 도전층, 104b: 도전층, 106: 발광 유닛, 108: 발광 유닛, 111: 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 113: 전자 수송층, 114: 전자 주입층, 115: 전하 발생층, 116: 정공 주입층, 117: 정공 수송층, 118: 전자 수송층, 119: 전자 주입층, 123B: 발광층, 123G: 발광층, 123R: 발광층, 130: 발광층, 131: 게스트 재료, 132: 호스트 재료, 133: 호스트 재료, 136: 엑시플렉스, 138: 엑시플렉스, 140: 발광층, 140a: 발광층, 140b: 발광층, 145: 격벽, 150: 발광 소자, 200: 기판, 220: 기판, 221B: 영역, 221G: 영역, 221R: 영역, 222B: 영역, 222G: 영역, 222R: 영역, 223: 차광층, 224B: 광학 소자, 224G: 광학 소자, 224R: 광학 소자, 250: 발광 소자, 260: 발광 소자, 262a: 발광 소자, 262b: 발광 소자, 600: 표시 장치, 601: 신호선 구동 회로부, 602: 화소부, 603: 주사선 구동 회로부, 604: 밀봉 기판, 605: 실재, 607: 영역, 608: 배선, 609: FPC, 610: 소자 기판, 611: 트랜지스터, 612: 트랜지스터, 613: 하부 전극, 614: 격벽, 616: EL층, 617: 상부 전극, 618: 발광 소자, 621: 광학 소자, 622: 차광층, 623: 트랜지스터, 624: 트랜지스터, 1001: 기판, 1002: 하지 절연막, 1003: 게이트 절연막, 1006: 게이트 전극, 1007: 게이트 전극, 1008: 게이트 전극, 1020: 층간 절연막, 1021: 층간 절연막, 1022: 전극, 1024B: 하부 전극, 1024G: 하부 전극, 1024R: 하부 전극, 1025: 격벽, 1026: 상부 전극, 1028: EL층, 1029: 밀봉층, 1031: 밀봉 기판, 1032: 실재, 1033: 기재, 1034B: 착색층, 1034G: 착색층, 1034R: 착색층, 1035: 차광층, 1036: 오버코트층, 1037: 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 3000: 발광 장치, 3001: 기판, 3003: 기판, 3005: 발광 소자, 3007: 밀봉 영역, 3009: 밀봉 영역, 3011: 영역, 3013: 영역, 3018: 건조제, 8000: 표시 모듈, 8001: 상부 커버, 8002: 하부 커버, 8003: FPC, 8004: 터치 센서, 8005: FPC, 8006: 표시 장치, 8009: 프레임, 8010: 프린트 기판, 8011: 배터리, 8501: 조명 장치, 8502: 조명 장치, 8503: 조명 장치, 8504: 조명 장치, 9000: 하우징, 9001: 표시부, 9003: 스피커, 9005: 조작 키, 9006: 접속 단자, 9007: 센서, 9008: 마이크로폰, 9050: 조작 버튼, 9051: 정보, 9052: 정보, 9053: 정보, 9054: 정보, 9055: 힌지, 9100: 휴대 정보 단말, 9101: 휴대 정보 단말, 9102: 휴대 정보 단말, 9200: 휴대 정보 단말, 및 9201: 휴대 정보 단말.
본 출원은 2016년 5월 20일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2016-101787의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.
본 출원은 2016년 5월 20일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2016-101787의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.
Claims (14)
- 발광 소자로서,
제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함하는 발광층을 포함하고,
상기 제 1 유기 화합물은 상기 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위 이상의 LUMO 준위를 갖고, 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위 이상의 HOMO 준위를 갖고,
상기 제 1 유기 화합물은 인광성 화합물이고,
EG_abs가 상기 제 1 유기 화합물의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출되는 전이 에너지이고, ΔEEx가 상기 제 1 유기 화합물의 상기 HOMO 준위와, 상기 제 2 유기 화합물의 상기 LUMO 준위의 에너지 차이인 경우, 0eV<EG_abs-ΔEEx≤0.23eV의 관계를 만족시키는, 발광 소자. - 발광 소자로서,
제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함하는 발광층을 포함하고,
상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 한쪽은 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위 이상의 LUMO 준위를 갖고, 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 상기 다른 쪽의 HOMO 준위 이상의 HOMO 준위를 갖고,
상기 제 1 유기 화합물은 인광성 화합물이고,
EG_abs가 상기 제 1 유기 화합물의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출되는 전이 에너지이고, ΔEEx가 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 상기 한쪽의 상기 HOMO 준위와, 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 상기 다른 쪽의 상기 LUMO 준위의 에너지 차이인 경우, 0eV<EG_abs-ΔEEx≤0.18eV의 관계를 만족시키는, 발광 소자. - 발광 소자로서,
제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물을 포함하는 발광층을 포함하고,
상기 제 1 유기 화합물은 상기 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위 이상의 LUMO 준위를 갖고, 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위 이상의 HOMO 준위를 갖고,
상기 제 1 유기 화합물은 인광성 화합물이고,
상기 제 2 유기 화합물은 피리딘 골격, 다이아진 골격, 및 트라이아진 골격 중 적어도 하나를 포함하고,
EG_abs가 상기 제 1 유기 화합물의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출되는 전이 에너지이고, ΔEEx가 상기 제 1 유기 화합물의 상기 HOMO 준위와, 상기 제 2 유기 화합물의 상기 LUMO 준위의 에너지 차이인 경우, 0eV<EG_abs-ΔEEx≤0.23eV의 관계를 만족시키는, 발광 소자. - 발광 소자로서,
제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 제 3 유기 화합물을 포함하는 발광층을 포함하고,
상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 한쪽은 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 다른 쪽의 LUMO 준위 이상의 LUMO 준위를 갖고, 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 상기 다른 쪽의 HOMO 준위 이상의 HOMO 준위를 갖고,
상기 제 1 유기 화합물의 상기 HOMO 준위와 상기 제 3 유기 화합물의 HOMO 준위의 에너지 차이가 0eV 이상 0.3eV 이하이고,
상기 제 1 유기 화합물은 인광성 화합물이고,
EG_abs가 상기 제 1 유기 화합물의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 산출되는 전이 에너지이고, ΔEEx가 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 상기 한쪽의 상기 HOMO 준위와, 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물 중 상기 다른 쪽의 상기 LUMO 준위의 에너지 차이인 경우, 0eV<EG_abs-ΔEEx≤0.23eV의 관계를 만족시키는, 발광 소자. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 유기 화합물은 이리듐을 포함하는, 발광 소자. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물은 제 1 엑시플렉스를 형성하는, 발광 소자. - 제 6 항에 있어서,
상기 발광층으로부터의 발광은 상기 제 1 유기 화합물로부터의 발광 및 상기 제 1 엑시플렉스로부터의 발광을 포함하고,
상기 발광층으로부터의 상기 발광은 발광 강도가 1% 이하로 저감되는 시간이 37μs 이하인 발광 성분을 포함하는, 발광 소자. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 유기 화합물의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위는 상기 제 1 유기 화합물의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위 이상인, 발광 소자. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 유기 화합물의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위는 상기 제 1 엑시플렉스의 가장 낮은 삼중항 여기 에너지 준위 이상인, 발광 소자. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광층은 제 3 유기 화합물을 더 포함하고,
상기 제 2 유기 화합물의 상기 LUMO 준위 및 상기 제 3 유기 화합물의 LUMO 준위 중 한쪽은 상기 제 2 유기 화합물의 상기 LUMO 준위 및 상기 제 3 유기 화합물의 상기 LUMO 준위 중 다른 쪽 이상이고,
상기 제 2 유기 화합물의 상기 HOMO 준위 및 상기 제 3 유기 화합물의 HOMO 준위 중 한쪽은 상기 제 2 유기 화합물의 상기 HOMO 준위 및 상기 제 3 유기 화합물의 상기 HOMO 준위 중 다른 쪽 이상인, 발광 소자. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 2 유기 화합물과 상기 제 3 유기 화합물은 제 2 엑시플렉스를 형성하는, 발광 소자. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 2 유기 화합물의 상기 LUMO 준위 및 상기 제 3 유기 화합물의 LUMO 준위 중 한쪽은 상기 제 2 유기 화합물의 상기 LUMO 준위 및 상기 제 3 유기 화합물의 상기 LUMO 준위 중 다른 쪽 이상이고,
상기 제 2 유기 화합물의 상기 HOMO 준위 및 상기 제 3 유기 화합물의 상기 HOMO 준위 중 한쪽은 상기 제 2 유기 화합물의 상기 HOMO 준위 및 상기 제 3 유기 화합물의 상기 HOMO 준위 중 다른 쪽 이상인, 발광 소자. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 유기 화합물과 상기 제 3 유기 화합물은 제 2 엑시플렉스를 형성하는, 발광 소자. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자, 및 트랜지스터를 포함하는 표시 장치.
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