KR20220031517A - 발광 디바이스, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

발광 디바이스, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 Download PDF

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KR20220031517A
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사토시 세오
다케요시 와타베
아이리 우에다
도모히로 구보타
다카시 히라하라
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명은 발광 효율이 높고 구동 전압이 작은 발광 디바이스를 제공한다. 소비 전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치를 제공한다.
아릴아민 구조를 가지고, 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하이고, 또한 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 복굴절 Δn이 0 이상 0.008 이하, 또는 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크가 나타나는 가장 장파장에 대응하는 파장의 광에 대한 증착막의 배향 순서 파라미터가 -0.07 이상 0.00 이하인 유기 화합물을 제공한다.

Description

발광 디바이스, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING DEVICE, LIGHT-EMITTING APPARATUS, ELECTRONIC APPARATUS, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 유기 화합물, 발광 소자, 발광 디바이스, 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 표시 장치, 발광 장치, 전자 기기, 조명 장치, 및 전자 디바이스에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 발명의 일 형태가 속하는 기술분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서 본 명세서에서 개시하는 본 발명의 일 형태가 속하는 기술분야의 더 구체적인 예로서는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다.
유기 화합물을 사용한 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용하는 발광 디바이스(유기 EL 디바이스)의 실용화가 진행되고 있다. 이들 발광 디바이스의 기본적인 구성은 발광 재료를 포함하는 유기 화합물층(EL층)을 한 쌍의 전극 사이에 끼운 것이다. 이 디바이스에 전압을 인가하여 캐리어를 주입하고, 상기 캐리어의 재결합 에너지를 이용함으로써, 발광 재료로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이러한 발광 디바이스는 자발광형이기 때문에, 디스플레이의 화소로서 사용하면 액정에 비하여 시인성이 높고, 백라이트가 불필요하다는 등의 장점이 있어, 플랫 패널 디스플레이에는 특히 적합하다. 또한 이러한 발광 디바이스를 사용한 디스플레이는 얇고 가볍게 제작할 수 있다는 것도 큰 장점이다. 또한 응답 속도가 매우 빠르다는 것도 특징 중 하나이다.
또한 이들 발광 디바이스는 발광층을 평면 형상으로 연속하여 형성할 수 있기 때문에 면발광을 얻을 수 있다. 이는 백열 전구, LED(Light-emitting diode)로 대표되는 점광원, 또는 형광등으로 대표되는 선광원으로는 얻기 어려운 특색이기 때문에 조명 등에 응용할 수 있는 면광원으로서의 이용 가치도 높다.
이와 같이 발광 디바이스를 사용한 디스플레이, 조명 장치는 다양한 전자 기기에 적합하지만, 더 양호한 특성을 가지는 발광 디바이스를 위하여 연구 개발이 진행되고 있다.
광 추출 효율이 낮다는 것이, 유기 EL 디바이스의 문제 중 하나로서 자주 제기된다. 굴절률이 낮은 재료로 이루어지는 층을 EL층 내부에 형성함으로써 광 추출 효율을 개선하고, 외부 양자 효율을 향상시키는 구성이 제안되고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
미국 특허출원 공개공보 US2020/0176692호
상술한 바와 같이 유기 EL 디바이스의 내부에 굴절률이 낮은 층을 제공함으로써 광 추출 효율을 개선시킬 수 있지만, 일반적으로 높은 캐리어 수송성과 낮은 굴절률은 트레이드오프의 관계에 있다. 이것은 유기 화합물의 캐리어 수송성은 불포화 결합의 존재에 크게 의존하고, 불포화 결합을 많이 가지는 유기 화합물은 굴절률이 높은 경향이 있기 때문이다.
또한 굴절률이 낮은 유기 화합물을 얻기 위해서는 그 분자 내에 분자 굴절이 낮은 치환기(예를 들어 포화 탄화수소기, 고리식 포화 탄화수소기)를 도입하는 것이 바람직하지만, 이들 치환기가 캐리어의 이동을 저해함으로써 캐리어 수송성이 저하되는 경우가 있다.
캐리어 수송성이 낮은 재료를 사용하여 유기 EL 디바이스를 제작하면 상기 EL 디바이스의 구동 전압이 높아지므로 소비 전력이 높아진다. 유기 EL 디바이스는 얇고 가볍다는 특징을 가지기 때문에 배터리를 사용하여 구동시키는 용도가 많고, 따라서 소비 전력의 크기는 매우 중요하다.
그래서 본 발명의 일 형태에서는 굴절률이 낮고, 또한 EL 디바이스에 사용한 경우에도 구동 전압의 상승을 억제할 수 있는 유기 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또는 본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 높고 구동 전압이 낮은 발광 디바이스를 제작할 수 있는 유기 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 높고 구동 전압이 낮은 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 소비 전력이 낮은 발광 디바이스, 발광 장치, 전자 기기, 표시 장치, 및 전자 디바이스 중 어느 것을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 과제 중 어느 하나를 해결하면 좋은 것으로 한다.
본 발명의 일 형태는 양극과, 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 EL층을 가지고, 상기 EL층은 발광층과 정공 수송 영역을 가지고, 상기 정공 수송 영역은 상기 양극과 상기 발광층 사이에 위치하고, 상기 정공 수송 영역에 아릴아민 구조를 가지고, 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하이고, 또한 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 복굴절 Δn이 0 이상 0.008 이하인 유기 화합물을 포함하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 양극과, 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 EL층을 가지고, 상기 EL층은 발광층과, 정공 수송 영역을 가지고, 상기 정공 수송 영역은 상기 양극과 상기 발광층 사이에 위치하고, 상기 정공 수송 영역에 아릴아민 구조를 가지고, 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하이고, 또한 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크가 나타나는 가장 장파장에 대응하는 파장의 광에 대한 증착막의 배향 순서 파라미터(alignment order parameter)가 -0.07 이상 0.00 이하인 유기 화합물을 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 유기 화합물에서의 상기 아릴아민 구조의 아민의 질소 중 적어도 하나에, 파라바이페닐 구조를 포함하는 기가 결합되어 있는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 양극과, 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 EL층을 가지고, 상기 EL층은 발광층과 정공 수송 영역을 가지고, 상기 정공 수송 영역은 상기 양극과 상기 발광층 사이에 위치하고, 상기 정공 수송 영역은 아릴아민 구조를 가지고, 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하이고, 또한 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 복굴절 Δn이 0 이상 0.04 이하이고, 1,1'-바이페닐-4-일기가 아민의 질소에 결합된 유기 화합물을 포함하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 양극과, 음극과, 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 EL층을 가지고, 상기 EL층은 발광층과 정공 수송 영역을 가지고, 상기 정공 수송 영역은 상기 양극과 상기 발광층 사이에 위치하고, 상기 정공 수송 영역은 아릴아민 구조를 가지고, 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하이고, 또한 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크가 나타나는 가장 장파장에 대응하는 파장의 광에 대한 증착막의 배향 순서 파라미터가 -0.10 이상 0.00 이하이고, 1,1'-바이페닐-4-일기가 아민의 질소에 결합된 유기 화합물을 포함하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 유기 화합물이 상기 1,1'-바이페닐-4-일기의 2', 3', 4', 5'위치 중 적어도 하나에 탄소수 3 내지 8의 알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 사이클로알킬기 중 적어도 하나를 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 유기 화합물이 상기 1,1'-바이페닐-4-일기의 3', 5'위치에 tert-뷰틸기를 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 유기 화합물의 상기 아릴아민 구조에 포함되는 하나 또는 복수의 아닐린 구조에서의 메타 위치의 탄소에 수소가 결합된 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 유기 화합물의 상기 아릴아민 구조에 포함되는 하나 또는 복수의 아닐린 구조에서의 벤젠 고리가 각각 독립적으로 파라 위치에 치환기를 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 유기 화합물의 상기 아릴아민 구조에 포함되는 복수의 아닐린 구조에서의 벤젠 고리 중 하나가 파라 위치에 사이클로헥실기를 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 유기 화합물의 상기 아릴아민 구조에 포함되는 복수의 아닐린 구조에서의 벤젠 고리 중 하나가 오쏘 위치에 페닐기를 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 유기 화합물이 트라이아릴아민 구조를 가지는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 유기 화합물의 상기 아릴아민 구조의 아민의 질소에 플루오렌일기가 결합되어 있는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 유기 화합물이 모노아민 화합물인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 정공 수송 영역은 정공 주입층과 정공 수송층을 가지고, 상기 정공 주입층은 상기 양극과 상기 정공 수송층 사이에 위치하고, 상기 유기 화합물이 상기 정공 수송층에 포함되는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 정공 수송 영역은 정공 주입층과 정공 수송층을 가지고, 상기 정공 주입층은 상기 양극과 상기 정공 수송층 사이에 위치하고, 상기 유기 화합물이 상기 정공 주입층과 상기 정공 수송층 양쪽에 포함되는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 정공 주입층의 상기 유기 화합물에 억셉터성을 나타내는 물질이 포함되는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 억셉터성을 나타내는 물질이 유기 화합물인 발광 디바이스이다.
본 발명의 일 형태는 아릴아민 구조를 가지고, 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하이고, 또한 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 복굴절 Δn이 0 이상 0.008 이하인 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 아릴아민 구조를 가지고, 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하이고, 또한 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크가 나타나는 가장 장파장에 대응하는 파장의 광에 대한 증착막의 배향 순서 파라미터가 -0.07 이상 0.00 이하인 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 아릴아민 구조의 아민의 질소에, 적어도 하나의 파라바이페닐 구조를 포함하는 기가 결합되어 있는 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 아릴아민 구조를 가지고, 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하이고, 또한 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 복굴절 Δn이 0 이상 0.04 이하이고, 1,1'-바이페닐-4-일기가 아민의 질소에 결합된 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 아릴아민 구조를 가지고, 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하이고, 또한 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크가 나타나는 가장 장파장에 대응하는 파장의 광에 대한 증착막의 배향 순서 파라미터가 -0.10 이상 0.00 이하이고, 1,1'-바이페닐-4-일기가 아민의 질소에 결합된 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 1,1'-바이페닐-4-일기의 2', 3', 4', 5'위치 중 적어도 하나에 탄소수 3 내지 8의 알킬기와 탄소수 6 내지 12의 사이클로알킬기 중 적어도 하나를 가지는 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 1,1'-바이페닐-4-일기의 3', 5'위치에 tert-뷰틸기를 가지는 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 아릴아민 구조에 포함되는 하나 또는 복수의 아닐린 구조에서의 벤젠 고리의 메타 위치의 탄소에 수소가 결합된 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 아릴아민 구조에 포함되는 하나 또는 복수의 아닐린 구조에서의 벤젠 고리가 각각 독립적으로 파라 위치에 치환기를 가지는 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 아릴아민 구조에 포함되는 복수의 아닐린 구조에서의 벤젠 고리 중 하나가 파라 위치에 사이클로헥실기를 가지는 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 아릴아민 구조에 포함되는 복수의 아닐린 구조에서의 벤젠 고리 중 하나가 오쏘 위치에 페닐기를 가지는 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 유기 화합물이 트라이아릴아민 구조를 가지는 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 질소에 플루오렌일기가 결합되어 있는 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구성에서 상기 유기 화합물이 모노아민 화합물인 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 어느 것에 기재된 유기 화합물을 포함하는 정공 수송층용 재료이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 어느 것에 기재된 유기 화합물을 포함하는 정공 주입층용 재료이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 어느 것에 기재된 유기 화합물을 포함하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 어느 것에 기재된 발광 디바이스와, 센서, 조작 버튼, 스피커, 또는 마이크로폰을 가지는 전자 기기이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 어느 것에 기재된 발광 디바이스와, 트랜지스터 또는 기판을 가지는 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 어느 것에 기재된 발광 디바이스와 하우징을 가지는 조명 장치이다.
또한 본 명세서 중에서 발광 장치란 발광 디바이스를 사용한 화상 표시 디바이스를 포함한다. 또한 발광 디바이스에 커넥터, 예를 들어 이방 도전성 필름 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TCP 끝에 인쇄 배선 기판이 제공된 모듈, 또는 COG(Chip On Glass) 방식에 의하여 발광 디바이스에 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 발광 장치에 포함되는 경우가 있다. 또한 조명 기구 등은 발광 장치를 가지는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 높고 구동 전압이 낮은 발광 디바이스를 제작할 수 있는 유기 화합물을 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 높고 구동 전압이 낮은 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 소비 전력이 낮은 발광 디바이스, 발광 장치, 전자 기기, 표시 장치, 및 전자 디바이스 중 어느 것을 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 이들 외의 효과가 추출될 수 있다.
도 1은 굴절률이 낮은 유기 화합물을 적용한 발광 디바이스의, 상기 유기 화합물의 증착막의 복굴절 Δn에 대한 종래의 발광 디바이스와의 구동 전압의 차이(ΔV)를 나타낸 그래프이다.
도 2는 굴절률이 낮은 유기 화합물을 적용한 발광 디바이스의, 상기 유기 화합물의 증착막의 배향 순서 파라미터 S에 대한 종래의 발광 디바이스와의 구동 전압의 차이(ΔV)를 나타낸 그래프이다.
도 3의 (A), (B), 및 (C)는 발광 디바이스의 개략도이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 액티브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 7의 (A) 및 (B)는 패시브 매트릭스형 발광 장치를 나타낸 도면이다.
도 8의 (A) 및 (B)는 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 9의 (A), (B1), (B2), 및 (C)는 전자 기기를 나타낸 도면이다.
도 10의 (A), (B), 및 (C)는 전자 기기를 나타낸 도면이다.
도 11은 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 12는 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 13은 차량 탑재 표시 장치 및 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 14의 (A) 및 (B)는 전자 기기를 나타낸 도면이다.
도 15의 (A), (B), 및 (C)는 전자 기기를 나타낸 도면이다.
도 16은 발광 디바이스 1 내지 발광 디바이스 7의, 상기 발광 디바이스가 가지는 굴절률이 낮은 유기 화합물의 증착막의 복굴절 Δn에 대한 종래의 발광 디바이스와의 구동 전압의 차이(ΔV)를 나타낸 그래프이다.
도 17은 발광 디바이스 1 내지 발광 디바이스 7의, 상기 발광 디바이스가 가지는 굴절률이 낮은 유기 화합물의 증착막의 배향 순서 파라미터 S에 대한 종래의 발광 디바이스와의 구동 전압의 차이(ΔV)를 나타낸 그래프이다.
도 18은 발광 디바이스 1-2, 발광 디바이스 2-4, 발광 디바이스 3-3, 및 비교 발광 디바이스 10의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다.
도 19는 발광 디바이스 1-2, 발광 디바이스 2-4, 발광 디바이스 3-3, 및 비교 발광 디바이스 10의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 20은 발광 디바이스 1-2, 발광 디바이스 2-4, 발광 디바이스 3-3, 및 비교 발광 디바이스 10의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 21은 발광 디바이스 1-2, 발광 디바이스 2-4, 발광 디바이스 3-3, 및 비교 발광 디바이스 10의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 22는 발광 디바이스 1-2, 발광 디바이스 2-4, 발광 디바이스 3-3, 및 비교 발광 디바이스 10의 파워 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 23은 발광 디바이스 1-2, 발광 디바이스 2-4, 발광 디바이스 3-3, 및 비교 발광 디바이스 10의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 24는 발광 디바이스 1-2, 발광 디바이스 2-4, 발광 디바이스 3-3, 및 비교 발광 디바이스 10의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 25는 발광 디바이스 1-2, 발광 디바이스 2-4, 발광 디바이스 3-3, 및 비교 발광 디바이스 10의 구동 시간에 대한 휘도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 26은 사용한 low-n HTM의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 27은 mmtBuBioFBi를 사용한 정공만을 캐리어로 하는 측정용 소자의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 28은 mmtBuBioFBi의 정공 이동도를 나타낸 도면이다.
도 29는 발광 디바이스 20 및 비교 발광 디바이스 20의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 30은 발광 디바이스 20 및 비교 발광 디바이스 20의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 31은 발광 디바이스 20 및 비교 발광 디바이스 20의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 32는 발광 디바이스 20 및 비교 발광 디바이스 20의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 33은 발광 디바이스 20 및 비교 발광 디바이스 20의 블루 인덱스-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 34는 발광 디바이스 20 및 비교 발광 디바이스 20의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 35는 발광 디바이스 20 및 비교 발광 디바이스 20의 정규화 휘도-시간 변화 특성을 나타낸 도면이다.
도 36은 발광 디바이스 30, 발광 디바이스 31, 비교 발광 디바이스 30, 및 비교 발광 디바이스 31의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 37은 발광 디바이스 30, 발광 디바이스 31, 비교 발광 디바이스 30, 및 비교 발광 디바이스 31의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 38은 발광 디바이스 30, 발광 디바이스 31, 비교 발광 디바이스 30, 및 비교 발광 디바이스 31의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 39는 발광 디바이스 30, 발광 디바이스 31, 비교 발광 디바이스 30, 및 비교 발광 디바이스 31의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 40은 발광 디바이스 30, 발광 디바이스 31, 비교 발광 디바이스 30, 및 비교 발광 디바이스 31의 블루 인덱스-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 41은 발광 디바이스 30, 발광 디바이스 31, 비교 발광 디바이스 30, 및 비교 발광 디바이스 31의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 42는 발광 디바이스 30, 발광 디바이스 31, 비교 발광 디바이스 30, 및 비교 발광 디바이스 31의 정규화 휘도-시간 변화 특성을 나타낸 도면이다.
이하에서, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 다만 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 쉽게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하에 기재하는 실시형태의 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
어떤 재료의 광축에 대하여 광을 수직으로 입사하는 경우, 상기 광축에 대하여 수직인 진동면의 광을 정상광(정상 광선(ordinary ray))이라고 부르고, 상기 광축에 대하여 평행인 진동면의 광을 이상광(이상 광선(extraordinary ray))이라고 부른다. 정상광 굴절률 no, 이상광 굴절률 ne는 각각 측정 대상인 재료의 정상광, 이상광에 대응하는 굴절률이다. 정상광 굴절률 no와 이상광 굴절률 ne는 이방성 해석을 실시함으로써, 각각 산출할 수 있다. 복굴절 Δn은 정상광 굴절률 no와 이상광 굴절률 ne의 차이(Δn=|no-ne|)로 나타내어진다. 재료에 이방성이 생기면, 정상광에 대한 굴절률 no와 이상광에 대한 굴절률 ne가 상이한 경우가 있고, 이 차이를 나타낸 것이 복굴절 Δn이다.
본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물은 아릴아민 구조를 가지고, 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하이고, 또한 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 복굴절 Δn이 0 이상 0.008 이하인 유기 화합물이다.
도 1에 정공 수송 영역(정공 주입층, 정공 수송층)에 사용된 유기 화합물의 복굴절 Δn과 발광 디바이스의 구동 전압과의 관계를 나타낸 그래프를 나타내었다.
도 1에서 세로축은 정공 수송 영역에 굴절률이 낮은 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스의 구동 전압과, 기준이 되는 발광 디바이스의 구동 전압의 차이(ΔV, 1mA일 때)를 나타낸다. 기준이 되는 발광 디바이스의 정공 수송 영역에는 발광 디바이스에 통상적으로 사용되는 굴절률 1.8 내지 1.9 정도의 재료를 사용하였다. 또한, 소자 구조에 대해서는, 상기 유기 화합물 이외는 거의 동일하다. 또한 도 1에서 가로축은 상기 발광 디바이스의 정공 수송 영역에 사용한 유기 화합물의 복굴절 Δn을 나타낸다. 또한 도 1에서는 십자의 플롯을 제외하고, 같은 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스의 플롯은 같은 심벌을 사용하여 나타내었다.
굴절률이 낮은 유기 화합물을 포함하는 발광 디바이스는 상술한 바와 같이 분자 굴절이 작은 기 등을 가지는 관계로 통상의 굴절률을 나타내는 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스보다 구동 전압이 높아지는 경우가 있다. 실제로 도 1에서도 많은 발광 디바이스에 있어서, 굴절률이 낮은 재료를 사용하지 않은 레퍼런스의 발광 디바이스보다 구동 전압이 0.3V 이상 높아졌다.
그러나 도 1에 나타낸 바와 같이 파장 458nm에서의 복굴절 Δn이 0.008 이하로 매우 작은 값을 나타낸 재료를 사용한 유기 EL 디바이스는 복굴절 Δn이 큰 재료를 사용한 디바이스와 비교하여 구동 전압이 유의하게 작은 결과를 나타내었다. 따라서 증착막의 굴절률이 낮고(파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하), 또한 증착막의 복굴절 Δn이 작은(파장 458nm의 광에 대한 증착막의 복굴절 Δn이 0 이상 0.008 이하) 유기 화합물을 사용함으로써 구동 전압이 작고, 또한 EL층 내부에 굴절률이 낮은 층을 가지며, 외부 양자 효율이 높은 발광 디바이스를 제작하는 것이 가능하게 된다.
또한 복굴절 Δn이 작다는 것은 상기 재료가 정상광과 이상광에 주는 광학적인 영향에는 큰 차이가 없다는 것을 의미한다. 따라서 마찬가지의 디바이스 구조에 굴절률이 낮은 유기 화합물을 적용한 발광 디바이스의, 상기 유기 화합물의 배향 순서 파라미터 S와 종래의 재료를 사용한 발광 디바이스와의 구동 전압의 차이(ΔV, 1mA일 때)의 관계를 나타낸 그래프를 도 2에 나타내었다. 배향 순서 파라미터 S는 S=(ke-ko)/(ke+2ko)(다만, ko는 광축에 대하여 수직인 광에 대한 소광 계수를 나타내고, ke는 광축에 대하여 평행인 광에 대한 소광 계수를 나타냄)로 나타내어지고, 어떤 재료의 배향 상태를 나타내는 지표로서 사용된다. 배향 순서 파라미터 S는 -0.5로부터 +1까지의 범위의 수치를 취하고, 완전히 수평 배향인 경우에는 -0.5이고, 기판에 대하여 완전히 수직 배향인 경우에는 +1이고, 랜덤 배향의 경우에는 0이다.
도 1과 도 2에서 같은 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스의 결과는 같은 심벌로 나타내었다. 도 2를 보면, 복굴절 Δn이 작은 재료는 배향 순서 파라미터 S도 작은 경향이 있고, ΔV와의 상관이 보였다. 구체적으로는 증착막의 굴절률이 낮고(파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하), 또한 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크가 나타나는 가장 장파장에 대응하는 파장의 광에 대한 증착막의 배향 순서 파라미터 S가 -0.07 이상 0.00 이하의 값을 나타내는 유기 화합물을 사용함으로써 구동 전압이 작고, 또한 EL층 내부에 굴절률이 낮은 층을 가지며, 외부 양자 효율이 높은 발광 디바이스를 제작하는 것이 가능하게 된다. 이 값은, 0에 가까운 값이고, 배향이 랜덤 배향에 가까운 재료를 사용함으로써 발광 디바이스의 구동 전압을 낮게 할 수 있다는 것을 나타내었다.
상기 발광 디바이스에 사용되는 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하의 유기 화합물은, 아민 구조를 가지면, 캐리어 수송성이 양호하게 되기 때문에 바람직하다. 상기 아민 구조는 아릴아민 구조임으로써 캐리어 수송성이 더 양호하게 되기 때문에 더 바람직하다. 또한 같은 이유로 아릴아민 구조는 특히 트라이아릴아민 구조인 것이 더 바람직하다.
또한 상기 아민 구조에서의 질소에는 바이페닐 구조를 포함하는 기가 하나 또는 복수 결합되어 있는 것이 바람직하다. 상기 바이페닐 구조를 포함하는 기로서 오쏘바이페닐 구조를 포함하는 기가 결합한 유기 화합물은 캐리어 수송성이 양호하게 되기 때문에 바람직하다. 또한 상기 바이페닐 구조를 포함하는 기로서 플루오렌 구조를 가지는 기가 결합한 유기 화합물은 캐리어 수송성이 양호하게 되기 때문에 바람직하다. 또한 상기 바이페닐 구조를 포함하는 기로서, 파라바이페닐 구조를 포함하는 기가 결합한 유기 화합물은 캐리어 수송성이 양호하고, 유리 전이 온도(Tg)가 향상되기 때문에 바람직하다.
또한 상기 아민 구조에서의 질소에 1,1'-바이페닐-4-일기가 결합한 유기 화합물은 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 복굴절 Δn이 0.008 이상 0.04 이하의 범위이거나 또는 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크가 나타나는 가장 장파장에 대응하는 파장의 광에 대한 증착막의 배향 순서 파라미터 S가 -0.10 이상 0.00 이하이면 구동 전압이 작은 발광 디바이스를 얻을 수 있어 바람직한 구성이다.
즉 아릴아민 구조를 가지고, 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하이고, 또한 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 복굴절 Δn이 0 이상 0.04 이하이고, 또한 1,1'-바이페닐-4-일기를 가지는 유기 화합물, 또는 아릴아민 구조를 가지고, 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하이고, 또한 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크가 나타나는 가장 장파장에 대응하는 파장의 광에 대한 증착막의 배향 순서 파라미터 S가 -0.10 이상 0.00 이하이고, 또한 1,1'-바이페닐-4-일기를 가지는 유기 화합물이 바람직하다. 상기 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스는 외부 양자 효율이 높고, 구동 전압이 낮고, 소비 전력이 낮은 디바이스로 할 수 있다.
또한 낮은 굴절률을 실현하기 위해서는, 상기 유기 화합물에는 포화 탄화수소기 및 고리식 포화 탄화수소기 중 한쪽 또는 양쪽이 복수 결합되어 있는 것이 바람직하다. 상기 포화 탄화수소기 및 고리식 포화 탄화수소기는 탄소수 1 내지 12의 기인 것이 바람직하고, 탄소수 3 내지 8의 알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 사이클로알킬기인 것이 더 바람직하고, tert-뷰틸기 및 사이클로헥실기인 것이 더욱 바람직하다. 다만 이들 기는 아민 골격의 질소에 직접 결합하는 벤젠 고리의 메타 위치에 결합되면 캐리어의 수송을 크게 막을 수 있어, 이와 같은 위치에는 결합되지 않는 것이 바람직하다. 즉, 아닐린 구조의 메타 위치에는 상기 포화 탄화수소기 및 고리식 포화 탄화수소기가 결합되지 않는 것이 바람직하다.
또한 상술한 1,1'-바이페닐-4-일기는 그 2', 3', 4', 5'위치 중 적어도 하나에, 탄소수 3 내지 8의 알킬기, 및 탄소수 6 내지 12의 사이클로알킬기가 결합되어 있는 것이 바람직하고, 특히 3', 5'위치에 tert-뷰틸기가 결합되어 있는 것이 바람직하다.
또한 상기 포화 탄화수소기, 고리식 포화 탄화수소기에 포함되는 탄소는 모두 sp3 혼성 궤도로 결합을 형성하지만, 분자 내의 총 탄소수에 대한 sp3 혼성 궤도로 결합을 형성하는 탄소의 비율은 23% 이상 55% 이하인 것이 바람직하다.
또한 1H-NMR로 상기 유기 화합물의 측정을 수행한 결과에서, 4ppm 미만의 시그널의 적분값이 4ppm 이상의 시그널의 적분값을 웃도는 화합물인 것이 바람직하다.
또한 상기 유기 화합물은 적어도 하나의 플루오렌 구조를 포함하는 기를 가지면 캐리어 수송성이 양호하게 되기 때문에 바람직하다.
상술한 바와 같은 정공 수송성을 가지는 유기 화합물의 예로서는 이하 일반식(Gh11) 내지 일반식(Gh14), 일반식(Gh21) 내지 일반식(Gh23)과 같은 구조를 가지는 유기 화합물을 들 수 있다. 이들과 같은 구성을 가지는 유기 화합물은 파장 458nm의 광에 대한 증착막의 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하의 유기 화합물이다. 이들 중에서 파장 458nm의 광에 대한 복굴절 Δn 또는 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크가 나타나는 가장 장파장에 대응하는 파장의 광에 대한 배향 순서 파라미터 S가 상술한 범위인 유기 화합물을 선택하여 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 일반식(Gh11)에서 Ar1, Ar2는 각각 독립적으로 벤젠 고리를 가지는 치환기, 혹은 2개 또는 3개의 벤젠 고리가 서로 결합된 치환기를 나타낸다. 다만 Ar1 및 Ar2 중 한쪽 또는 양쪽은 탄소가 sp3 혼성 궤도만으로 결합을 형성하는 탄소수 1 내지 12의 탄화수소기를 하나 또는 복수로 기지고, Ar1 및 Ar2에 결합한 모든 상기 탄화수소기에 포함되는 탄소의 합계는 8 이상이고, 또한 Ar1 및 Ar2 중 어느 한쪽에 결합된 모든 상기 탄화수소기에 포함되는 탄소의 합계는 6 이상이다. 또한 상기 탄화수소기로서 Ar1 또는 Ar2에 탄소수 1 또는 2의 직쇄 알킬기가 복수로 결합되는 경우, 상기 직쇄 알킬기들이 결합되어 고리를 형성하여도 좋다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 일반식(Gh12)에서 m 및 r는 각각 독립적으로 1 또는 2를 나타내고, m+r는 2 또는 3이다. 또한 t는 0 내지 4의 정수(整數)를 나타내고, 0인 것이 바람직하다. R5는 탄소수 1 내지 3의 탄화수소기 중 어느 것을 나타내고, t가 2 내지 4의 정수인 경우, 복수의 R5는 각각 같아도 좋고 상이하여도 좋고, 또한 R5가 복수인 경우, 인접된 기(R5)들이 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 또한 m가 2인 경우, 2개의 페닐렌기가 가지는 치환기의 종류, 치환기의 개수, 및 결합손의 위치는 같아도 좋고 상이하여도 좋고, r가 2인 경우, 2개의 페닐기가 가지는 치환기의 종류, 치환기의 개수, 및 결합손의 위치는 같아도 좋고 상이하여도 좋다.
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 일반식(Gh12) 및 일반식(Gh13)에서 n 및 p는 각각 독립적으로 1 또는 2를 나타내고, n+p는 2 또는 3이다. 또한 s는 0 내지 4의 정수를 나타내고, 0인 것이 바람직하다. R4는 탄소수 1 내지 3의 탄화수소기 중 어느 것을 나타내고, s가 2 내지 4의 정수인 경우, 복수의 R4는 각각 같아도 좋고 상이하여도 좋고, 또한 R4가 복수인 경우, 인접된 기(R4)들이 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다. 또한 n이 2인 경우, 2개의 페닐렌기가 가지는 치환기의 종류, 치환기의 개수, 및 결합손의 위치는 같아도 좋고 상이하여도 좋고, p가 2인 경우 2개의 페닐기가 가지는 치환기의 종류, 치환기의 개수, 및 결합손의 위치는 같아도 좋고 상이하여도 좋다.
[화학식 4]
Figure pat00004
상기 일반식(Gh12) 내지 일반식(Gh14)에서 R10 내지 R14 및 R20 내지 R24는 각각 독립적으로 수소, 또는 탄소가 sp3 혼성 궤도만으로 결합을 형성하는 탄소수 1 내지 12의 탄화수소기를 나타낸다. 또한 R10 내지 R14 중 적어도 3개, 및 R20 내지 R24 중 적어도 3개가 수소인 것이 바람직하다. 탄소가 sp3 혼성 궤도만으로 결합을 형성하는 탄소수 1 내지 12의 탄화수소기로서는 tert-뷰틸기 및 사이클로헥실기가 바람직하다. 다만 R10 내지 R14 및 R20 내지 R24에 포함되는 탄소의 합계는 8 이상이며, R10 내지 R14 및 R20 내지 R24 중 어느 한쪽에 포함되는 탄소의 합계는 6 이상인 것으로 한다. 또한 R10 내지 R14 및 R20 내지 R24는 인접된 기들이 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다.
또한 상기 일반식(Gh11) 내지 일반식(Gh14)에서 u는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수를 나타내고, 0인 것이 바람직하다. u가 2 내지 4의 정수인 경우, 복수의 R3은 각각 같아도 좋고 상이하여도 좋다. 또한 R1, R2, 및 R3은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, R1 및 R2는 서로 결합되어 고리를 형성하여도 좋다.
또한 상기 정공 수송성을 가지는 재료 중 하나로서는 하기 일반식(Gh21) 내지 일반식(Gh23)과 같이 적어도 하나의 방향족기를 가지고, 상기 방향족기는 제 1 벤젠 고리 내지 제 3 벤젠 고리와, 적어도 3개의 알킬기를 가지는 아릴아민 화합물인 것이 바람직하다. 또한 제 1 벤젠 고리 내지 제 3 벤젠 고리는 이 순서대로 결합되고, 제 1 벤젠 고리가 아민의 질소에 직접 결합되어 있는 것으로 한다.
또한 상기 제 1 벤젠 고리는 치환 또는 비치환된 페닐기를 더 가져도 좋고, 비치환된 페닐기를 가지는 것이 바람직하다. 또한 상기 제 2 벤젠 고리 또는 상기 제 3 벤젠 고리가 알킬기로 치환된 페닐기를 가져도 좋다.
또한 상기 제 1 벤젠 고리 내지 상기 제 3 벤젠 고리 중 2개 이상의 벤젠 고리, 바람직하게는 모든 벤젠 고리의 1위치 및 3위치의 탄소에는 수소가 직접 결합되지 않고, 상술한 제 1 벤젠 고리 내지 제 3 벤젠 고리, 상술한 알킬기로 치환된 페닐기, 상술한 적어도 3개의 알킬기, 및 상술한 아민의 질소 중 어느 것과 결합되어 있는 것으로 한다.
또한 상기 아릴아민 화합물은 제 2 방향족기를 더 가지는 것이 바람직하다. 제 2 방향족기로서는, 비치환된 단일 고리(monocyclic ring), 혹은 치환 또는 비치환된 삼중 고리(tricyclic ring) 이하의 축합 고리를 가지는 기인 것이 바람직하고, 그 중에서도 치환 또는 비치환된 삼중 고리 이하의 축합 고리이고 상기 축합 고리가 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 축합 고리를 가지는 기인 것이 더 바람직하고, 플루오렌 고리를 가지는 기인 것이 더욱 바람직하다. 또한 제 2 방향족기로서는 다이메틸플루오렌일기가 바람직하다.
또한 상기 아릴아민 화합물은 제 3 방향족기를 더 가지는 것이 바람직하다. 제 3 방향족기로서는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 1개 내지 3개 가지는 기이다.
상술한 적어도 3개의 알킬기, 페닐기로 치환하는 알킬기는, 탄소수 2 내지 5의 쇄식 알킬기인 것이 바람직하다. 특히 상기 알킬기로서는 분기된 탄소수 3 내지 5의 쇄식 알킬기가 바람직하고, t-뷰틸기가 더 바람직하다.
[화학식 5]
Figure pat00005
또한 상기 일반식(Gh21)에서 Ar101은 치환 또는 비치환된 벤젠 고리, 혹은 2개 또는 3개의 치환 또는 비치환된 벤젠 고리가 서로 결합된 치환기를 나타낸다.
[화학식 6]
Figure pat00006
또한 상기 일반식(Gh22)에서 x 및 y는 각각 독립적으로 1 또는 2를 나타내고, x+y는 2 또는 3이다. 또한 R109는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, w는 0 내지 4의 정수를 나타낸다. 또한 R141 내지 R145는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 5 내지 12의 사이클로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다. w가 2 이상인 경우, 복수의 R109는 각각 같아도 좋고 상이하여도 좋다. 또한 x가 2인 경우 2개의 페닐렌기가 가지는 치환기의 종류, 치환기의 개수, 및 결합손의 위치는 같아도 좋고 상이하여도 좋다. 또한 y가 2인 경우, 2개의 R141 내지 R145를 가지는 페닐기가 가지는 치환기의 종류 및 치환기의 개수는 같아도 좋고 상이하여도 좋다.
[화학식 7]
Figure pat00007
또한 상기 일반식(Gh23)에서 R101 내지 R105는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 6 내지 12의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다.
또한 상기 일반식(Gh21) 내지 일반식(Gh23)에서 R106, R107, 및 R108은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 나타내고, v는 0 내지 4의 정수를 나타낸다. 또한 v가 2 이상인 경우, 복수의 R108은 각각 같아도 좋고 상이하여도 좋다. 또한 R111 내지 R115는 그 중 하나가 상기 일반식(g1)으로 나타내어지는 치환기이고, 나머지가 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 치환 또는 비치환된 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 상기 일반식(g1)에서 R121 내지 R125는 그 중 하나가 상기 일반식(g2)으로 나타내어지는 치환기이고, 나머지가 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 1 내지 6의 알킬기로 치환된 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 상기 일반식(g2)에서 R131 내지 R135는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 1 내지 6의 알킬기로 치환된 페닐기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한 R111 내지 R115, R121 내지 R125, 및 R131 내지 R135 중 적어도 3개 이상이 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, R111 내지 R115에서의 치환 또는 비치환된 페닐기는 1 이하이고, R121 내지 R125, 및 R131 내지 R135에서의 탄소수 1 내지 6의 알킬기로 치환된 페닐기는 1 이하인 것으로 한다. 또한 R112 및 R114, R122 및 R124, 그리고 R132 및 R134의 3개의 조합 중 적어도 2개의 조합에서 적어도 한쪽의 R가 수소 이외의 상기 치환기인 것으로 한다.
또한 본 명세서 중에서 "치환 또는 비치환된"이라고 하는 경우, 이를 부여된 기가 치환기를 가지는 경우, 이 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 5 내지 12의 사이클로알킬기를 사용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물은 굴절률이 낮으며 발광 디바이스에 사용하였을 때 구동 전압의 상승이 작다. 그러므로 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스는 외부 양자 효율이 높고, 또한 구동 전압이 낮은 발광 디바이스로 할 수 있다.
(실시형태 2)
도 3의 (A)는 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스를 나타낸 것이다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는 제 1 전극(101), 제 2 전극(102), 및 EL층(103)을 가지고, 상기 EL층에 실시형태 1에서 나타낸 유기 화합물을 사용한다.
EL층(103)은 발광층(113)을 가지고, 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112) 중 한쪽 또는 양쪽을 가져도 좋다. 발광층(113)에는 발광 재료가 포함되고, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는 상기 발광 재료로부터 발광을 얻는다. 발광층(113)에는 이 발광 재료 외에 호스트 재료나 기타 재료가 포함되어도 좋다. 실시형태 1에서 나타낸 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물은 발광층(113)에 포함되어도 좋고, 정공 수송층(112)에 포함되어도 좋고, 정공 주입층에 포함되어도 좋고, 이들 모두에 포함되어도 좋다.
또한 도 3의 (A)에는 이들에 더하여 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)이 도시되었지만, 발광 디바이스의 구성은 이들에 한정되지는 않는다.
상기 유기 화합물은 양호한 정공 수송성을 가지기 때문에 정공 수송층(112)에 사용하는 것이 유효하다. 또한 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물은 상기 유기 화합물과 억셉터 물질을 혼합한 막을 사용하여 정공 주입층(111)으로서 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물은 호스트 재료로서 사용할 수도 있다. 또한 발광 층 내에서 전자 수송 재료와 공증착함으로써, 상기 전자 수송 재료와 상기 정공 수송 재료를 사용한 들뜬 복합체를 형성하는 구성이어도 좋다. 적절한 발광 파장을 가지는 들뜬 복합체를 형성함으로써, 발광 재료에 대한 유효한 에너지 이동을 실현하여, 효율이 높고 수명이 긴 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물은 굴절률이 낮기 때문에, EL층 내부에 사용되면 외부 양자 효율이 양호한 발광 디바이스를 얻을 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물은 발광 디바이스에 사용되면 굴절률이 낮은 다른 유기 화합물을 사용한 경우와 비교하여 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다. 그러므로 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스는 외부 양자 효율이 높고, 또한 구동 전압이 낮은 발광 디바이스로 할 수 있다.
이어서 상술한 발광 디바이스의 자세한 구조 및 재료의 예에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는 상술한 바와 같이 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)의 한 쌍의 전극 사이에 복수의 층으로 이루어지는 EL층(103)을 가지고, 상기 EL층(103) 중 어느 부분에 실시형태 1에 개시된 유기 화합물이 포함된다.
제 1 전극(101)은 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 구체적인 예로서는, 인듐 주석 산화물(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물, 산화 인듐-산화 아연, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐(IWZO) 등을 들 수 있다. 이들 도전성 금속 산화물막은 일반적으로 스퍼터링법에 의하여 형성되지만, 졸겔법 등을 응용하여 제작되어도 좋다. 제작 방법의 예로서는 산화 인듐에 대하여 1wt% 내지 20wt%의 산화 아연이 첨가된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 인듐-산화 아연을 형성하는 방법 등이 있다. 또한 산화 인듐에 대하여 산화 텅스텐이 0.5wt% 내지 5wt%, 산화 아연이 0.1wt% 내지 1wt% 함유된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 텅스텐 및 산화 아연이 함유된 산화 인듐(IWZO)을 형성할 수도 있다. 이 외에 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어 질화 타이타늄) 등을 들 수 있다. 그래핀을 사용할 수도 있다. 또한 후술하는 복합 재료를 EL층(103)에서 제 1 전극(101)과 접하는 층에 사용함으로써 일함수에 상관없이 전극 재료를 선택할 수 있게 된다.
EL층(103)은 적층 구조를 가지는 것이 바람직하지만, 상기 적층 구조에 대해서는 특별히 한정은 없고 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 캐리어 블록층, 여기자 블록층, 전하 발생층 등 다양한 층 구조를 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는 도 3의 (A)에 나타낸 바와 같이 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113)에 더하여 전자 수송층(114) 및 전자 주입층(115)을 가지는 구성, 그리고 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113)에 더하여 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 및 전하 발생층(116)을 가지는 구성의 2종류의 구성에 대하여 설명한다. 각층을 구성하는 재료에 대하여 이하에서 구체적으로 설명한다.
정공 주입층(111)은 억셉터성을 가지는 물질을 포함한 층이다. 억셉터성을 가지는 물질로서는 유기 화합물 및 무기 화합물 중 어느 것이든 사용할 수 있다.
억셉터성을 가지는 물질로서는 전자 흡인기(할로젠기, 사이아노기 등)를 가지는 화합물을 사용할 수 있고, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN), 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ), 2-(7-다이사이아노메틸렌-1,3,4,5,6,8,9,10-옥타플루오로-7H-피렌-2-일리덴)말로노나이트릴 등을 들 수 있다. 특히 HAT-CN과 같이 복수의 헤테로 원자를 가지는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물은 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 또한 전자 흡인기(특히 플루오로기와 같은 할로젠기, 사이아노기 등)를 가지는 [3]라디알렌 유도체는 전자 수용성이 매우 높기 때문에 바람직하고, 구체적으로는 α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[4-사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,6-다이클로로-3,5-다이플루오로-4-(트라이플루오로메틸)벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠아세토나이트릴] 등을 들 수 있다. 억셉터성을 가지는 물질로서는 상술한 유기 화합물 외에도 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등을 사용할 수 있다. 이 외에, 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc), 구리프탈로사이아닌(CuPc) 등의 프탈로사이아닌계의 착체 화합물, 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민 화합물, 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)(PEDOT/PSS) 등의 고분자 화합물 등에 의하여 정공 주입층(111)을 형성할 수도 있다. 억셉터성을 가지는 물질은 인접한 정공 수송층(또는 정공 수송 재료)으로부터, 전계의 인가에 의하여 전자를 추출할 수 있다.
또한 정공 주입층(111)으로서 정공 수송성을 가지는 재료에 상기 억셉터성 물질을 함유시킨 복합 재료를 사용할 수도 있다. 또한 정공 수송성을 가지는 재료에 억셉터성 물질을 함유시킨 복합 재료를 사용함으로써, 일함수에 상관없이 전극을 형성하는 재료를 선택할 수 있다. 즉 제 1 전극(101)으로서 일함수가 큰 재료뿐만 아니라, 일함수가 작은 재료도 사용할 수 있게 된다.
복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 가지는 재료로서는 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 다양한 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한 복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 가지는 재료로서는 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질인 것이 바람직하다. 이하에서는 복합 재료에서의 정공 수송성을 가지는 재료로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 열거한다.
복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 아민 화합물로서는 N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 들 수 있다. 카바졸 유도체로서는 구체적으로 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐안트라센-9-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다. 방향족 탄화수소로서는 예를 들어, 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한 이 외에 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 가지는 방향족 탄화수소로서는 예를 들어 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등이 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료는 카바졸 골격, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 안트라센 골격 중 어느 것을 가지는 것이 더 바람직하다. 특히 다이벤조퓨란 고리 또는 다이벤조싸이오펜 고리를 포함하는 치환기를 가지는 방향족 아민, 나프탈렌 고리를 가지는 방향족 모노아민, 또는 9-플루오렌일기가 아릴렌기를 통하여 아민의 질소와 결합되는 방향족 모노아민이어도 좋다. 또한 이들 정공 수송성을 가지는 재료가 N,N-비스(4-바이페닐)아미노기를 가지는 물질이면, 수명이 긴 발광 디바이스를 제작할 수 있기 때문에 바람직하다. 상술한 정공 수송성을 가지는 재료로서는 구체적으로 N-(4-바이페닐)-6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BnfABP), N,N-비스(4-바이페닐)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf), 4,4'-비스(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: BnfBB1BP), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-아민(약칭: BBABnf(6)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf(8)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란-4-아민(약칭: BBABnf(II)(4)), N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP), N-[4-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-N-페닐-4-바이페닐아민(약칭: ThBA1BP), 4-(2-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNB), 4-[4-(2-나프틸)페닐]-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNBi), 4,4'-다이페닐-4''-(6;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB), 4,4'-다이페닐-4''-(7;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(7-페닐)나프틸-2-일트라이페닐아민(약칭: BBAPβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(6;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B), 4,4'-다이페닐-4''-(7;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B-03), 4,4'-다이페닐-4''-(4;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB), 4,4'-다이페닐-4''-(5;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB-02), 4-(4-바이페닐릴)-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNB), 4-(3-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: mTPBiAβNBi), 4-(4-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNBi), 4-페닐-4'-(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBA1BP), 4,4'-비스(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBB1BP), 4,4'-다이페닐-4''-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]트라이페닐아민(약칭: YGTBi1BP), 4'-[4-(3-페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]트리스(1,1'-바이페닐-4-일)아민(약칭: YGTBi1BP-02), 4-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: YGTBiβNB), N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-[4-(1-나프틸)페닐]-9,9'-스파이로바이(9H-플루오렌)-2-아민(약칭: PCBNBSF), N,N-비스(4-바이페닐릴)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: BBASF), N,N-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: BBASF(4)), N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이(9H-플루오렌)-4-아민(약칭: oFBiSF), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)다이벤조퓨란-4-아민(약칭: FrBiF), N-[4-(1-나프틸)페닐]-N-[3-(6-페닐다이벤조퓨란-4-일)페닐]-1-나프틸아민(약칭: mPDBfBNBN), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-[4-(9-페닐플루오렌-9-일)페닐]트라이페닐아민(약칭: BPAFLBi), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-4-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-3-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-2-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-1-아민 등을 들 수 있다.
또한 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료는 HOMO 준위가 -5.7eV 이상 -5.4eV 이하로 비교적 깊은 물질인 것이 더 바람직하다. 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료가 비교적 깊은 HOMO 준위를 가짐으로써 정공 수송층(112)에 정공을 주입하기 쉬워지고, 수명이 긴 발광 디바이스를 얻기 쉬워진다.
또한 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물도 정공 수송성을 가지는 재료이고, 상기 복합 재료에 사용하는 정공 주입층용 재료로서 적합하게 사용할 수 있다. 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 사용함으로써 EL층(103) 내부에 굴절률이 낮은 층을 형성할 수 있어, 발광 디바이스의 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 복합 재료에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 플루오린화물을 더 혼합(바람직하게는 상기 층 내의 플루오린 원자의 원자 비율이 20% 이상)함으로써, 상기 층의 굴절률을 저하시킬 수 있다. 이에 따라서도 EL층(103) 내부에 굴절률이 낮은 층을 형성할 수 있어, 발광 디바이스의 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
정공 주입층(111)을 형성함으로써, 정공 주입성이 양호해져 구동 전압이 작은 발광 디바이스를 얻을 수 있다. 또한 억셉터성을 가지는 유기 화합물은 증착이 용이하여 성막하기 쉬우므로 사용하기 쉬운 재료이다.
정공 수송층(112)은 정공 수송성을 가지는 재료를 포함하여 형성된다.정공 수송성을 가지는 재료로서는 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 것이 바람직하다. 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물은 정공 수송성을 가지는 재료이고, 정공 수송층용 재료로서 적합하게 사용할 수 있다. 그러므로 정공 수송층(112)에는 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물이 포함되는 것이 바람직하고, 정공 수송층(112)은 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물로 구성되는 것이 더 바람직하다. 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물이 정공 수송층(112)에 포함됨으로써, EL층(103) 내부에 굴절률이 낮은 층을 형성할 수 있어, 발광 디바이스의 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
정공 수송층(112)에 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물 이외의 재료를 사용하는 경우, 상기 정공 수송성을 가지는 재료로서는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 가지는 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 카바졸 골격을 가지는 화합물은, 신뢰성이 양호하고 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 정공 주입층(111)의 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료로서 든 물질도 정공 수송층(112)을 구성하는 재료로서 적합하게 사용할 수 있다.
발광층(113)은 발광 물질과 호스트 재료를 가진다. 또한 발광층(113)은 그 외의 재료를 동시에 포함하여도 좋다. 또한 조성이 다른 2층의 적층이어도 좋다.
발광 물질은 형광 발광 물질이어도 좋고, 인광 발광 물질이어도 좋고, 열 활성화 지연 형광(TADF)을 나타내는 물질이어도 좋고, 그 외의 발광 물질이어도 좋다. 또한 본 발명의 일 형태는 발광층(113)이 형광 발광을 나타내는 층, 특히 청색 형광 발광을 나타내는 층인 경우에 더 적합하게 적용할 수 있다.
발광층(113)에서 형광 발광 물질로서 사용할 수 있는 재료의 예로서는 다음과 같은 것을 들 수 있다. 또한 이들 외의 형광 발광 물질을 사용할 수도 있다.
5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-뷰틸페릴렌(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), 쿠마린30, 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), 쿠마린545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-피렌-다이일)비스[(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-03), 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02), 3,10-비스[N-(다이벤조퓨란-3-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10FrA2Nbf(IV)-02) 등을 들 수 있다. 특히, 1,6FLPAPrn, 1,6mMemFLPAPrn, 1,6BnfAPrn-03과 같은 피렌다이아민 화합물로 대표되는 축합 방향족 다이아민 화합물은 정공 트랩성이 높고, 발광 효율, 신뢰성이 우수하므로 바람직하다.
발광층(113)에서 발광 물질로서 인광 발광 물질을 사용하는 경우, 사용할 수 있는 재료의 예로서는 다음과 같은 것을 들 수 있다.
트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: [Ir(mpptz-dmp)3]), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz)3]), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrptz-3b)3])과 같은 4H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz1-mp)3]), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Prptz1-Me)3])과 같은 1H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, fac-트리스[(1-2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrpmi)3]), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dmpimpt-Me)3])과 같은 이미다졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: [Ir(CF3ppy)2(pic)]), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac)와 같은 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 유도체를 리간드로 하는 유기 금속 이리듐 착체를 들 수 있다. 이들은 청색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 440nm 내지 520nm에 발광의 피크를 가지는 화합물이다.
또한 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)3]), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)3]), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[6-(2-노보닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(nbppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(mpmppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)])과 같은 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(ppy)2(acac)]), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bzq)2(acac)]), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(bzq)3]), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(pq)3]), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(pq)2(acac)])와 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 이들은 주로 녹색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 500nm 내지 600nm에 발광 피크를 가진다. 또한 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성, 발광 효율도 매우 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한 (다이아이소뷰티릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dibm)]), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dpm)]), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(d1npm)2(dpm)])과 같은 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(acac)]), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)]), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(piq)3]), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(piq)2(acac)])와 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP)과 같은 백금 착체나, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(DBM)3(Phen)]), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(TTA)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 이들은 적색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 600nm 내지 700nm에 발광 피크를 가진다. 또한 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 좋은 적색 발광이 얻어진다.
또한 상술한 인광성 화합물 외에, 공지의 인광성 발광 물질을 선택하여 사용하여도 좋다.
TADF 재료로서는 풀러렌 및 그 유도체, 아크리딘 및 그 유도체, 에오신 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 상기 금속 함유 포르피린으로서는 예를 들어, 이하의 구조식으로 나타내어지는 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2OEP) 등도 있다.
[화학식 8]
Figure pat00008
또한 이하의 구조식으로 나타내어지는 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 9-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: PCCzTzn), 9-[4-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 헤테로 고리 화합물도 사용할 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 모두 높아 바람직하다. 이들 중에서도, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 골격 중, 피리딘 골격, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격), 및 트라이아진 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히, 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 벤조퓨로피라진 골격, 벤조티에노피라진 골격은 억셉터성이 높고 신뢰성이 높으므로 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 가지는 골격 중에서도, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로, 상기 골격 중 적어도 하나를 가지는 것이 바람직하다. 또한 퓨란 골격으로서는 다이벤조퓨란 골격이 바람직하고, 싸이오펜 골격으로서는 다이벤조싸이오펜 골격이 바람직하다. 또한 피롤 골격으로서는 인돌 골격, 카바졸 골격, 인돌로 카바졸 골격, 바이카바졸 골격, 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 물질은, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 전자 공여성과 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 전자 수용성이 모두 강해지고, S1 준위와 T1 준위의 에너지 차이가 작아지기 때문에, 열 활성화 지연 형광을 효율적으로 얻을 수 있어 특히 바람직하다. 또한 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 대신에, 사이아노기와 같은 전자 흡인기가 결합된 방향족 고리를 사용하여도 좋다. 또한 π전자 과잉형 골격으로서 방향족 아민 골격, 페나진 골격 등을 사용할 수 있다. 또한 π전자 부족형 골격으로서 크산텐 골격, 싸이오크산텐다이옥사이드 골격, 옥사다이아졸 골격, 트라이아졸 골격, 이미다졸 골격, 안트라퀴논 골격, 페닐보레인, 보레인트렌 등의 보론 함유 골격, 벤조나이트릴 또는 사이아노벤젠 등의 나이트릴기 또는 사이아노기를 가지는 방향족 고리, 헤테로 방향족 고리, 벤조페논 등의 카보닐 골격, 포스핀옥사이드 골격, 설폰 골격 등을 사용할 수 있다. 이와 같이, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 중 적어도 한쪽 대신에 π전자 부족형 골격 및 π전자 과잉형 골격을 사용할 수 있다.
[화학식 9]
Figure pat00009
또한 TADF 재료는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 작고, 역 항간 교차에 의하여 에너지를 삼중항 여기 에너지로부터 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 가지는 재료이다. 그러므로 삼중항 여기 에너지를 미량의 열 에너지에 의하여 단일항 여기 에너지로 업컨버트(역 항간 교차)할 수 있고, 단일항 여기 상태를 효율적으로 생성할 수 있다. 또한 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있다.
또한 2종류의 물질로 여기 상태를 형성하는 들뜬 복합체(엑시플렉스 또는 Exciplex라고도 함)는, S1 준위와 T1 준위의 차이가 매우 작고, 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환할 수 있는 TADF 재료로서의 기능을 가진다.
또한 T1 준위의 지표로서는 저온(예를 들어 77K 내지 10K)에서 관측되는 인광 스펙트럼을 사용하면 좋다. TADF 재료로서는, 그 형광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리(tail)에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 S1 준위로 하고, 인광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 T1 준위로 한 경우에 그 S1과 T1의 차이가 0.3eV 이하인 것이 바람직하고, 0.2eV 이하인 것이 더 바람직하다.
또한 TADF 재료를 발광 물질로서 사용하는 경우, 호스트 재료의 S1 준위는 TADF 재료의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 호스트 재료의 T1 준위는 TADF 재료의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
발광층의 호스트 재료로서는 전자 수송성을 가지는 재료, 정공 수송성을 가지는 재료, 상기 TADF 재료 등 다양한 캐리어 수송 재료를 사용할 수 있다.
정공 수송성을 가지는 재료로서는 아민 골격, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 유기 화합물 등이 바람직하다. 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 가지는 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도 방향족 아민 골격을 가지는 화합물, 카바졸 골격을 가지는 화합물은, 신뢰성이 양호하고 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물도 사용할 수 있다.
전자 수송성을 가지는 재료로서는 예를 들어 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 유기 화합물이 바람직하다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 유기 화합물로서는 예를 들어 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물이나, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II) 등의 다이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 2-[3'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mFBPTzn), 2-[(1,1'-바이페닐)-4-일]-4-페닐-6-[9,9'-스파이로바이(9H-플루오렌)-2-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: BP-SFTzn), 2-{3-[3-(벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mBnfBPTzn), 2-{3-[3-(벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mBnfBPTzn-02) 등의 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 다이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물이나, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 피리딘 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 신뢰성이 양호하기 때문에 바람직하다. 특히, 다이아진(피리미딘, 피라진 등) 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여한다.
호스트 재료로서 사용할 수 있는 TADF 재료로서는 상술한 TADF 재료를 마찬가지로 사용할 수 있다. TADF 재료를 호스트 재료로서 사용하면, TADF 재료에서 생성된 삼중항 여기 에너지가 역 항간 교차에 의하여 단일항 여기 에너지로 변환되고, 발광 물질로 에너지 이동함으로써, 발광 디바이스의 발광 효율을 높일 수 있다. 이때 TADF 재료가 에너지 도너로서 기능하고, 발광 물질이 에너지 억셉터로서 기능한다.
이는 상기 발광 물질이 형광 발광 물질인 경우에 매우 유효하다. 또한 이때 높은 발광 효율을 얻기 위해서는 TADF 재료의 S1 준위가 형광 발광 물질의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 TADF 재료의 T1 준위가 형광 발광 물질의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 따라서 TADF 재료의 T1 준위는 형광 발광 물질의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
또한 형광 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩되는 발광을 나타내는 TADF 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, TADF 재료로부터 형광 발광 물질로의 여기 에너지의 이동이 원활하게 되어, 발광을 효율적으로 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
또한 역 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지로부터 단일항 여기 에너지가 효율적으로 생성되기 위해서는 TADF 재료에서 캐리어 재결합이 일어나는 것이 바람직하다. 또한 TADF 재료에서 생성된 삼중항 여기 에너지가 형광 발광 물질의 삼중항 여기 에너지로 이동하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 형광 발광 물질은 형광 발광 물질에 포함되는 발광단(발광의 원인이 되는 골격)의 주위에 보호기를 가지는 것이 바람직하다. 상기 보호기로서는, π결합을 가지지 않는 치환기 및 포화 탄화수소가 바람직하고, 구체적으로는 탄소수 3 이상 10 이하의 알킬기, 탄소수 3 이상 10 이하의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 탄소수 3 이상 10 이하의 트라이알킬실릴기를 들 수 있고, 복수의 보호기를 가지는 것이 더 바람직하다. π결합을 가지지 않는 치환기는 캐리어를 수송하는 기능이 부족하기 때문에, 캐리어 수송 및 캐리어 재결합에 영향을 거의 미치지 않고 TADF 재료와 형광 발광 물질의 발광단의 거리를 멀어지게 할 수 있다. 여기서 발광단이란 형광 발광 물질에서 발광의 원인이 되는 원자단(골격)을 말한다. 발광단은 π결합을 가지는 골격인 것이 바람직하고, 방향족 고리를 포함하는 것이 바람직하고, 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리를 가지는 것이 바람직하다. 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리로서는 페난트렌 골격, 스틸벤 골격, 아크리돈 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격 등을 들 수 있다. 특히 나프탈렌 골격, 안트라센 골격, 플루오렌 골격, 크리센 골격, 트라이페닐렌 골격, 테트라센 골격, 피렌 골격, 페릴렌 골격, 쿠마린 골격, 퀴나크리돈 골격, 나프토비스벤조퓨란 골격을 가지는 형광 발광 물질은 형광 양자 수율이 높기 때문에 바람직하다.
형광 발광 물질을 발광 물질로서 사용하는 경우, 호스트 재료로서는 안트라센 골격을 가지는 재료가 적합하다. 안트라센 골격을 가지는 물질을 형광 발광 물질의 호스트 재료로서 사용하면, 발광 효율 및 내구성 모두가 양호한 발광층을 실현할 수 있다. 호스트 재료로서 사용하는 안트라센 골격을 가지는 물질로서는 다이페닐안트라센 골격, 특히 9,10-다이페닐안트라센 골격을 가지는 물질이 화학적으로 안정적이기 때문에 바람직하다. 또한 호스트 재료가 카바졸 골격을 가지는 경우, 정공의 주입성·수송성이 높아지기 때문에 바람직하지만, 카바졸에 벤젠 고리가 더 축합된 벤조카바졸 골격을 포함하는 경우에는 카바졸보다 HOMO가 0.1eV 정도 얕아져 정공이 들어가기 쉬워지기 때문에 더 바람직하다. 특히 호스트 재료가 다이벤조카바졸 골격을 포함하는 경우, 카바졸보다 HOMO가 0.1eV 정도 얕아져 정공이 들어가기 쉬워질 뿐만 아니라, 정공 수송성도 우수하고 내열성도 높아지므로 바람직하다. 따라서 호스트 재료로서 더 바람직한 것은, 9,10-다이페닐안트라센 골격 및 카바졸 골격(또는 벤조카바졸 골격, 다이벤조카바졸 골격)을 동시에 가지는 물질이다. 또한 상기 정공 주입성·수송성의 관점에서, 카바졸 골격 대신에 벤조플루오렌 골격 또는 다이벤조플루오렌 골격을 사용하여도 좋다. 이러한 물질의 예로서는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 6-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 2mBnfPPA), 9-페닐-10-{4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)바이페닐-4'-일} 안트라센(약칭: FLPPA), 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-βNPAnth) 등을 들 수 있다. 특히 CzPA, cgDBCzPA, 2mBnfPPA, PCzPA는 매우 양호한 특성을 나타내기 때문에 바람직한 선택이다.
또한 호스트 재료는 복수 종류의 물질이 혼합된 재료이어도 좋고, 혼합된 호스트 재료를 사용하는 경우에는 전자 수송성을 가지는 재료와 정공 수송성을 가지는 재료를 혼합하는 것이 바람직하다. 전자 수송성을 가지는 재료와 정공 수송성을 가지는 재료를 혼합함으로써, 발광층(113)의 수송성을 쉽게 조정할 수 있어 재결합 영역을 쉽게 제어할 수도 있다. 정공 수송성을 가지는 재료와 전자 수송성을 가지는 재료의 함유량의 중량비는 정공 수송성을 가지는 재료:전자 수송성을 가지는 재료=1:19 내지 19:1로 하면 좋다.
또한 상기 혼합된 재료의 일부로서는 인광 발광 물질을 사용할 수 있다. 인광 발광 물질은 발광 물질로서 형광 발광 물질을 사용하는 경우에 형광 발광 물질에 여기 에너지를 공여하는 에너지 도너로서 사용할 수 있다.
또한 이 혼합된 재료들로 들뜬 복합체를 형성하여도 좋다. 상기 들뜬 복합체는 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩되는 발광을 나타내는 들뜬 복합체를 형성하는 조합을 선택함으로써, 에너지 이동이 원활하게 수행되어 발광을 효율적으로 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 상기 구성을 사용함으로써, 구동 전압도 저하되기 때문에 바람직하다.
또한 들뜬 복합체를 형성하는 재료 중 적어도 한쪽은 인광 발광 물질이어도 좋다. 이 경우 역 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 효율적으로 변환할 수 있다.
들뜬 복합체를 효율적으로 형성하는 재료의 조합으로서는 정공 수송성을 가지는 재료의 HOMO 준위가 전자 수송성을 가지는 재료의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 정공 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위가 전자 수송성을 가지는 재료의 LUMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 재료의 LUMO 준위 및 HOMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정되는 재료의 전기 화학 특성(환원 전위 및 산화 전위)에서 도출할 수 있다.
또한 들뜬 복합체의 형성은 예를 들어 정공 수송성을 가지는 재료의 발광 스펙트럼, 전자 수송성을 가지는 재료의 발광 스펙트럼, 및 이들 재료를 혼합한 혼합막의 발광 스펙트럼을 비교하여, 혼합막의 발광 스펙트럼이 각 재료의 발광 스펙트럼보다 장파장 측으로 시프트하는(또는 장파장 측에 새로운 피크를 가지는) 현상을 관측함으로써 확인할 수 있다. 또는 정공 수송성을 가지는 재료의 과도 포토루미네선스(PL), 전자 수송성을 가지는 재료의 과도 PL, 및 이들 재료를 혼합한 혼합막의 과도 PL을 비교하여, 혼합막의 과도 PL 수명이 각 재료의 과도 PL 수명보다 장수명 성분을 가지거나 지연 성분의 비율이 커지는 등의 과도 응답의 차이를 관측함으로써 확인할 수 있다. 또한 상술한 과도 PL을 과도 일렉트로루미네선스(EL)로 바꿔 읽어도 된다. 즉 정공 수송성을 가지는 재료의 과도 EL, 전자 수송성을 가지는 재료의 과도 EL, 및 이들의 혼합막의 과도 EL을 비교하여 과도 응답의 차이를 관측하는 것에 의해서도 들뜬 복합체의 형성을 확인할 수 있다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성을 가지는 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송성을 가지는 물질로서는, 상기 호스트 재료에 사용할 수 있는 전자 수송성을 가지는 물질로서 예를 든 것을 사용할 수 있다.
또한 전자 수송층은 전자 수송성을 가지는 재료와, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 단체(單體), 화합물, 또는 착체를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 전자 수송층(114)은 전계 강도[V/cm]의 제곱근이 600일 때의 전자 이동도가 1×10-7cm2/Vs 이상 5×10-5cm2/Vs 이하인 것이 바람직하다. 전자 수송층(114)에서의 전자의 수송성을 저하시킴으로써 발광층에 대한 전자의 주입량을 제어할 수 있어, 발광층이 전자 과다 상태가 되는 것을 방지할 수 있다. 이 구성은 정공 주입층을 복합 재료로 형성하고, 상기 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 가지는 재료의 HOMO 준위가 -5.7eV 이상 -5.4eV 이하로 비교적 깊은 경우에, 수명이 길어지기 때문에 특히 바람직하다. 또한 이때 전자 수송성을 가지는 재료는 HOMO 준위가 -6.0eV 이상인 것이 바람직하다. 또한 상기 전자 수송성을 가지는 재료는 안트라센 골격을 가지는 유기 화합물인 것이 바람직하고, 안트라센 골격과 헤테로 고리 골격의 양쪽을 포함하는 유기 화합물인 것이 더 바람직하다. 상기 헤테로 고리 골격으로서는 질소 함유 5원자 고리 골격 또는 질소 함유 6원자 고리 골격이 바람직하고, 이들 헤테로 고리 골격으로서는 피라졸 고리, 이미다졸 고리, 옥사졸 고리, 싸이아졸 고리, 피라진 고리, 피리미딘 고리, 피리다진 고리 등과 같이, 2개의 헤테로 원자를 고리에 포함하는 질소 함유 5원자 고리 골격 또는 질소 함유 6원자 고리 골격을 가지는 것이 특히 바람직하다. 또한 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 단체, 이들의 화합물, 또는 이들의 착체로서는 8-하이드록시퀴놀리네이토 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들어 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq), 8-하이드록시퀴놀리네이토-소듐(약칭: Naq) 등이 있다. 특히 1가의 금속 이온의 착체, 그 중에서도 리튬의 착체가 바람직하고, Liq가 더 바람직하다. 또한 8-하이드록시퀴놀리네이토 구조를 포함하는 경우, 그 메틸 치환체(예를 들어 2-메틸 치환체 또는 5-메틸 치환체) 등을 사용할 수도 있다. 또한 전자 수송층 내에서 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 단체, 이들의 화합물, 또는 이들의 착체는 그 두께 방향에서 농도차(0인 경우도 포함함)가 존재하는 것이 바람직하다.
전자 수송층(114)과 제 2 전극(102) 사이에 전자 주입층(115)으로서 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 포함한 층을 제공하여도 좋다. 전자 주입층(115)으로서는 전자 수송성을 가지는 물질로 이루어지는 층 내에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속, 혹은 이들의 화합물을 포함시킨 것, 아니면 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 전자화물로서는 예를 들어 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등이 있다.
또한 전자 주입층(115)으로서 전자 수송성을 가지는 물질(바람직하게는 바이피리딘 골격을 가지는 유기 화합물)에 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 플루오린화물을 미결정 상태가 되는 농도 이상(50wt% 이상) 포함시킨 층을 사용할 수도 있다. 상기 층은 굴절률이 낮기 때문에, 외부 양자 효율이 더 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
또한 전자 주입층(115) 대신에 전하 발생층(116)을 제공하여도 좋다(도 3의 (B) 참조). 전하 발생층(116)은 전위를 인가함으로써 상기 층의 음극 측과 접하는 층에 정공을, 양극 측과 접하는 층에 전자를 주입할 수 있는 층을 말한다. 전하 발생층(116)에는 적어도 P형층(117)이 포함된다. P형층(117)은 상술한 정공 주입층(111)을 구성할 수 있는 재료로서 열거한 복합 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 또한 P형층(117)은 복합 재료를 구성하는 재료로서 상술한 억셉터 재료를 포함하는 막과 정공 수송 재료를 포함하는 막을 적층하여 구성하여도 좋다. P형층(117)에 전위를 인가함으로써, 전자 수송층(114)에 전자가, 음극인 제 2 전극(102)에 정공이 주입되어, 발광 디바이스가 동작한다. 또한 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물은 굴절률이 낮은 유기 화합물이기 때문에, P형층(117)에 사용하면 외부 양자 효율이 양호한 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
또한 전하 발생층(116)에는 P형층(117) 외에, 전자 릴레이층(118) 및 전자 주입 버퍼층(119) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두가 제공되는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(118)은 적어도 전자 수송성을 가지는 물질을 포함하고, 전자 주입 버퍼층(119)과 P형층(117)의 상호 작용을 방지하여 전자를 원활하게 수송하는 기능을 가진다. 전자 릴레이층(118)에 포함되는 전자 수송성을 가지는 물질의 LUMO 준위는 P형층(117)에서의 억셉터성 물질의 LUMO 준위와, 전자 수송층(114)에서의 전하 발생층(116)과 접하는 층에 포함되는 물질의 LUMO 준위 사이인 것이 바람직하다. 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 가지는 물질에서의 LUMO 준위의 구체적인 에너지 준위는 -5.0eV 이상, 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하인 것이 좋다. 또한 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 가지는 물질로서는 프탈로사이아닌계 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 리간드를 가지는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
전자 주입 버퍼층(119)에는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬, 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함)) 등 전자 주입성이 높은 물질을 사용할 수 있다.
또한 전자 주입 버퍼층(119)이 전자 수송성을 가지는 물질과 도너성 물질을 포함하여 형성되는 경우에는, 도너성 물질로서 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬, 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함))을 사용할 수 있고, 이 외에도 테트라싸이아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센, 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다. 또한 전자 수송성을 가지는 물질로서는 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 재료와 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
제 2 전극(102)을 형성하는 물질로서는 일함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 음극 재료의 구체적인 예로서는 리튬(Li), 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 다만 제 2 전극(102)과 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 제공함으로써, 일함수의 크기에 상관없이 Al, Ag, ITO, 실리콘, 또는 산화 실리콘을 함유하는 인듐 주석 산화물 등 다양한 도전 재료를 제 2 전극(102)에 사용할 수 있다. 이들 도전성 재료는 진공 증착법, 스퍼터링법 등의 건식법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등을 사용하여 성막할 수 있다. 또한 졸겔법을 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋고, 금속 재료의 페이스트를 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋다.
또한 EL층(103)의 형성 방법으로서는 건식법, 습식법을 불문하고 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어 진공 증착법, 그라비어 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 스크린 인쇄법, 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법 등을 사용하여도 좋다.
또한 상술한 각 전극 또는 각층을 상이한 성막 방법을 사용하여 형성하여도 좋다.
또한 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 제공되는 층의 구성은 상술한 것에 한정되지 않는다. 그러나 발광 영역과 전극 또는 캐리어 주입층에 사용되는 금속이 근접하여 일어나는 소광이 억제되도록, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)으로부터 떨어진 부분에 정공과 전자가 재결합되는 발광 영역을 제공한 구성이 바람직하다.
또한 발광층(113)과 접하는 정공 수송층, 전자 수송층, 특히 발광층(113)에서의 재결합 영역에 가까운 캐리어 수송층은, 발광층에서 생성된 여기자로부터의 에너지 이동을 억제하기 위하여, 발광층을 구성하는 발광 재료 또는 발광층에 포함되는 발광 재료가 가지는 밴드 갭보다 큰 밴드 갭을 가지는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
이어서, 복수의 발광 유닛이 적층된 구성을 가지는 발광 디바이스(적층형 소자, 탠덤형 소자라고도 함)의 형태에 대하여 도 3의 (C)를 참조하여 설명한다. 이 발광 디바이스는 양극과 음극 사이에 복수의 발광 유닛을 가지는 발광 디바이스이다. 하나의 발광 유닛은 도 3의 (A)에 나타낸 EL층(103)과 거의 같은 구성을 가진다. 즉 도 3의 (C)에 나타낸 발광 디바이스는 복수의 발광 유닛을 가지는 발광 디바이스이고, 도 3의 (A) 또는 (B)에 나타낸 발광 디바이스는 하나의 발광 유닛을 가지는 발광 디바이스라고 할 수 있다.
도 3의 (C)에서, 양극(501)과 음극(502) 사이에는 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)이 적층되어 있고, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512) 사이에는 전하 발생층(513)이 제공되어 있다. 양극(501)과 음극(502)은 각각 도 3의 (A)에서의 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)에 상당하고, 도 3의 (A)의 설명에서 기재한 것과 같은 것을 적용할 수 있다. 또한 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)의 구성은 같아도 좋고 상이하여도 좋다.
전하 발생층(513)은 양극(501)과 음극(502)에 전압이 인가되었을 때 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입하고 다른 쪽 발광 유닛에 정공을 주입하는 기능을 가진다. 즉 도 3의 (C)에서 양극의 전위가 음극의 전위보다 더 높아지도록 전압이 인가된 경우, 전하 발생층(513)은 제 1 발광 유닛(511)에 전자를 주입하고 제 2 발광 유닛(512)에 정공을 주입하는 것이면 좋다.
전하 발생층(513)은 도 3의 (B)에서 설명한 전하 발생층(116)과 같은 구성으로 형성되는 것이 바람직하다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료는 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동, 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(513)과 접하는 경우에는 전하 발생층(513)이 발광 유닛의 정공 주입층으로서의 역할도 할 수 있기 때문에, 이 발광 유닛에는 정공 주입층을 제공하지 않아도 된다.
또한 전하 발생층(513)에 전자 주입 버퍼층(119)을 제공하는 경우에는 이 전자 주입 버퍼층(119)이 양극 측의 발광 유닛에서의 전자 주입층으로서의 역할을 하기 때문에, 양극 측의 발광 유닛에는 전자 주입층을 반드시 형성할 필요는 없다.
도 3의 (C)에서는 2개의 발광 유닛을 가지는 발광 디바이스에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 디바이스에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 디바이스와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층(513)으로 칸막이하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 발광을 가능하게 하고 수명이 더 긴 소자를 실현할 수 있다. 또한 저전압 구동이 가능하고 소비 전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한 각 발광 유닛의 발광색을 상이하게 함으로써, 발광 디바이스 전체로 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어 2개의 발광 유닛을 가지는 발광 디바이스에서, 제 1 발광 유닛으로 적색과 녹색의 발광색을, 제 2 발광 유닛으로 청색의 발광색을 얻음으로써, 발광 디바이스 전체로 백색 발광하는 발광 디바이스를 얻을 수도 있다.
또한 상술한 EL층(103), 제 1 발광 유닛(511), 제 2 발광 유닛(512), 및 전하 발생층 등의 각층 및 전극은 예를 들어 증착법(진공 증착법을 포함함), 액적 토출법(잉크젯법이라고도 함), 도포법, 그라비어 인쇄법 등의 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 이들은 저분자 재료, 중분자 재료(올리고머, 덴드리머를 포함함), 또는 고분자 재료를 포함하여도 좋다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용한 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하여 제작한 발광 장치에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다. 또한 도 4의 (A)는 발광 장치를 나타낸 상면도이고, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)를 선 A-B 및 선 C-D를 따라 절단한 단면도이다. 이 발광 장치는 발광 디바이스의 발광을 제어하는 것으로서, 점선으로 나타낸 구동 회로부(소스선 구동 회로)(601), 화소부(602), 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(603)를 포함한다. 또한 604는 밀봉 기판을, 605는 실재를 나타내고, 실재(605)로 둘러싸인 내측은 공간(607)이다.
또한 리드 배선(608)은 소스선 구동 회로(601) 및 게이트선 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송(傳送)하기 위한 배선이고, 외부 입력 단자가 되는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한 여기서는 FPC만을 도시하였지만, 이 FPC에 인쇄 배선판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서는 발광 장치 본체뿐만 아니라, 이에 FPC 또는 PWB가 장착된 것도 발광 장치의 범주에 포함하는 것으로 한다.
다음으로 단면 구조에 대하여 도 4의 (B)를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 구동 회로부인 소스선 구동 회로(601)와, 화소부(602) 내의 하나의 화소를 나타내었다.
소자 기판(610)은 유리, 석영, 유기 수지, 금속, 합금, 반도체 등으로 이루어지는 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용하여 제작하면 좋다.
화소 및 구동 회로에 사용되는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 역 스태거형 트랜지스터로 하여도 좋고, 스태거형 트랜지스터로 하여도 좋다. 또한 톱 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋고, 보텀 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋다. 트랜지스터에 사용되는 반도체 재료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 실리콘, 저마늄, 탄소화 실리콘, 질화 갈륨 등을 사용할 수 있다. 또는 In-Ga-Zn계 금속 산화물 등 인듐, 갈륨, 및 아연 중 적어도 하나를 포함한 산화물 반도체를 사용하여도 좋다.
트랜지스터에 사용하는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체 및 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 가지는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 결정성을 가지는 반도체를 사용하면, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
여기서 상기 화소 및 구동 회로에 제공되는 트랜지스터 외에, 후술하는 터치 센서 등에 사용되는 트랜지스터 등의 반도체 장치에는 산화물 반도체를 적용하는 것이 바람직하다. 특히 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 적용하는 것이 바람직하다. 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 사용함으로써, 트랜지스터의 오프 상태에서의 전류를 저감할 수 있다.
상기 산화물 반도체는 적어도 인듐(In) 또는 아연(Zn)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 In-M-Zn계 산화물(M은 Al, Ti, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, 또는 Hf 등의 금속)로 표기되는 산화물을 포함하는 산화물 반도체인 것이 더 바람직하다.
특히 반도체층으로서는 복수의 결정부를 가지고, 상기 결정부는 c축이 반도체층의 피형성면 또는 반도체층의 상면에 대하여 수직으로 배향되고, 또한 인접한 결정부들 사이에 입계를 가지지 않는 산화물 반도체막을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층으로서 이와 같은 재료를 사용함으로써, 전기 특성의 변동이 억제되어 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다.
또한 상술한 반도체층을 가지는 트랜지스터는 오프 전류가 낮기 때문에, 트랜지스터를 통하여 용량 소자에 축적된 전하가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 이와 같은 트랜지스터를 화소에 적용함으로써, 각 표시 영역에 표시된 화상의 계조를 유지하면서 구동 회로를 정지할 수도 있다. 이 결과, 소비 전력이 매우 저감된 전자 기기를 실현할 수 있다.
트랜지스터의 특성 안정화 등을 위하여 하지막을 제공하는 것이 바람직하다. 하지막으로서는 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등의 무기 절연막을 사용하고, 단층으로 또는 적층하여 제작할 수 있다. 하지막은 스퍼터링법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법(플라스마 CVD법, 열 CVD법, MOCVD(Metal Organic CVD)법 등), ALD(Atomic Layer Deposition)법, 도포법, 인쇄법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 하지막은 필요에 따라 제공하면 된다.
또한 FET(623)는 구동 회로부(601)에 형성되는 트랜지스터 중 하나를 나타낸 것이다. 또한 구동 회로는 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로로 형성되면 좋다. 또한 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형에 대하여 설명하지만, 반드시 그럴 필요는 없고 구동 회로를 기판 위가 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
또한 화소부(602)는 스위칭용 FET(611), 전류 제어용 FET(612), 및 전류 제어용 FET(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 복수의 화소로 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고 3개 이상의 FET와, 용량 소자를 조합한 화소부로 하여도 좋다.
또한 제 1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 여기서는 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용함으로써 절연물(614)을 형성할 수 있다.
또한 나중에 형성하는 EL층 등의 피복성을 양호하게 하기 위하여, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들어, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용한 경우에는, 절연물(614)의 상단부에만 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 가지는 곡면을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 또한 절연물(614)로서는, 네거티브형 감광성 수지 및 포지티브형 감광성 수지 중 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 각각 형성되어 있다. 여기서 양극으로서 기능하는 제 1 전극(613)에 사용되는 재료로서는 일함수가 큰 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO막, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물막, 2wt% 내지 20wt%의 산화 아연을 포함한 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층막 외에, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막의 적층, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막과 질화 타이타늄막의 3층 구조 등을 사용할 수 있다. 또한 적층 구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 옴 접촉(ohmic contact)이 얻어지며, 양극으로서 기능시킬 수 있다.
또한 EL층(616)은 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등의 다양한 방법으로 형성된다. EL층(616)은 실시형태 2에서 설명한 바와 같은 구성을 포함한다. 또한 EL층(616)을 구성하는 다른 재료로서는 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머를 포함함)을 사용하여도 좋다.
또한 EL층(616) 위에 형성되고 음극으로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용하는 재료로서는 일함수가 작은 재료(Al, Mg, Li, Ca, 또는 이들의 합금이 및 화합물(MgAg, MgIn, AlLi 등) 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 EL층(616)에서 생긴 광이 제 2 전극(617)을 투과하는 경우에는 제 2 전극(617)으로서 막 두께가 얇은 금속 박막과, 투명 도전막(ITO, 2wt% 내지 20wt%의 산화 아연을 포함한 산화 인듐, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물, 산화 아연(ZnO) 등)의 적층을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 제 1 전극(613), EL층(616), 제 2 전극(617)으로 발광 디바이스가 형성되어 있다. 이 발광 디바이스는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스이다. 또한 화소부에는 복수의 발광 디바이스가 형성되어 있지만, 본 실시형태의 발광 장치에는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스와, 이 외의 구성을 가지는 발광 디바이스의 양쪽이 혼재되어 있어도 좋다.
또한 실재(605)로 밀봉 기판(604)과 소자 기판(610)을 접합함으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 디바이스(618)가 제공된 구조가 된다. 또한 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있고, 불활성 기체(질소, 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 실재로 충전되는 경우도 있다. 이 구성은 밀봉 기판에 오목부를 형성하고 거기에 건조제를 제공함으로써 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
또한 실재(605)에는 에폭시계 수지, 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이들 재료는 수분 및 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한 밀봉 기판(604)에 사용하는 재료로서는 유리 기판, 석영 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
도 4에는 나타내지 않았지만, 제 2 전극 위에 보호막을 제공하여도 좋다. 보호막은 유기 수지막, 무기 절연막으로 형성하면 좋다. 또한 실재(605)의 노출된 부분을 덮도록 보호막이 형성되어도 좋다. 또한 보호막은 한 쌍의 기판의 표면 및 측면, 밀봉층, 절연층 등의 노출된 측면을 덮어 제공할 수 있다.
보호막에는 물 등의 불순물을 투과시키기 어려운 재료를 사용할 수 있다. 따라서 물 등의 불순물이 외부로부터 내부로 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
호막을 구성하는 재료로서는 산화물, 질화물, 플루오린화물, 황화물, 삼원 화합물, 금속, 또는 폴리머 등을 사용할 수 있고, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 하프늄실리케이트, 산화 란타넘, 산화 실리콘, 타이타늄산 스트론튬, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 아연, 산화 나이오븀, 산화 지르코늄, 산화 주석, 산화 이트륨, 산화 세륨, 산화 스칸듐, 산화 어븀, 산화 바나듐, 또는 산화 인듐 등을 포함하는 재료나, 질화 알루미늄, 질화 하프늄, 질화 실리콘, 질화 탄탈럼, 질화 타이타늄, 질화 나이오븀, 질화 몰리브데넘, 질화 지르코늄, 또는 질화 갈륨 등을 포함하는 재료, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 질화물, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 알루미늄 및 아연을 포함하는 산화물, 망가니즈 및 아연을 포함하는 황화물, 세륨 및 스트론튬을 포함하는 황화물, 어븀 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 이트륨 및 지르코늄을 포함하는 산화물 등을 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
보호막은 단차 피복성(step coverage)이 양호한 성막 방법을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 방법 중 하나에 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법이 있다. ALD법을 사용하여 형성할 수 있는 재료를 보호막에 사용하는 것이 바람직하다. ALD법을 사용함으로써, 크랙, 핀홀 등의 결함이 저감되거나 두께가 균일한, 치밀한 보호막을 형성할 수 있다. 또한 보호막의 형성 시에 가공 부재에 가해지는 손상을 저감할 수 있다.
예를 들어 ALD법을 사용함으로써, 복잡한 요철 형상을 가지는 표면이나, 터치 패널의 상면, 측면, 및 뒷면에도 균일하고 결함이 적은 보호막을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하여 제작된 발광 장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태에서의 발광 장치에는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치를 얻을 수 있다. 구체적으로는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 양호하기 때문에, 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
도 5에는, 백색 발광을 나타내는 발광 디바이스를 형성하고 착색층(컬러 필터) 등을 제공함으로써 풀 컬러 표시를 실현한 발광 장치의 예를 나타내었다. 도 5의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006), 게이트 전극(1007), 게이트 전극(1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 디바이스의 제 1 전극(1024W), 제 1 전극(1024R), 제 1 전극(1024G), 제 1 전극(1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 디바이스의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 실재(1032) 등을 나타내었다.
또한 도 5의 (A)에서는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))이 투명한 기재(1033)에 제공되어 있다. 또한 블랙 매트릭스(1035)를 더 제공하여도 좋다. 착색층 및 블랙 매트릭스가 제공된 투명한 기재(1033)는 위치를 맞추어 기판(1001)에 고정된다. 또한 착색층 및 블랙 매트릭스(1035)는 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 또한 도 5의 (A)에서는 광이 착색층을 투과하지 않고 외부로 방출되는 발광층과, 광이 각 색의 착색층을 투과하여 외부로 방출되는 발광층이 있고, 착색층을 투과하지 않는 광은 백색이 되고, 착색층을 투과하는 광은 적색, 녹색, 청색이 되기 때문에, 4색의 화소로 영상을 표현할 수 있다.
도 5의 (B)에는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성하는 예를 나타내었다. 이와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
또한 상술한 발광 장치는 FET가 형성된 기판(1001) 측으로 광이 추출되는 구조(보텀 이미션형)의 발광 장치이지만, 밀봉 기판(1031) 측으로 광이 추출되는 구조(톱 이미션형)의 발광 장치이어도 좋다. 톱 이미션형 발광 장치의 단면도를 도 6에 나타내었다. 이 경우 기판(1001)으로서는 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. FET와 발광 디바이스의 양극을 접속하는 접속 전극을 제작하는 단계까지는 보텀 이미션형 발광 장치와 같은 식으로 형성한다. 그 후, 전극(1022)을 덮어 제 3 층간 절연막(1037)을 형성한다. 이 절연막은 평탄화하는 역할을 하여도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 다른 공지의 재료를 사용하여 형성할 수도 있다.
여기서는 발광 디바이스의 제 1 전극(1024W), 제 1 전극(1024R), 제 1 전극(1024G), 제 1 전극(1024B)을 양극으로 하지만, 음극이어도 좋다. 또한 도 6과 같은 톱 이미션형 발광 장치의 경우, 제 1 전극을 반사 전극으로 하는 것이 바람직하다. EL층(1028)의 구성은 실시형태 2에서 설명한 EL층(103)과 유사한 구성으로 하고, 또한 백색 발광이 얻어지는 소자 구조로 한다.
도 6과 같은 톱 이미션 구조의 경우, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 제공한 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치하도록 블랙 매트릭스(1035)를 제공하여도 좋다. 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B)), 블랙 매트릭스는 오버코트층(1036)으로 덮여 있어도 좋다. 또한 밀봉 기판(1031)에는 투광성을 가지는 기판을 사용한다. 또한 여기서는 적색, 녹색, 청색, 백색의 4색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하는 예를 제시하였지만, 이에 특별히 한정되지 않고, 적색, 황색, 녹색, 청색의 4색, 또는 적색, 녹색, 청색의 3색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다.
톱 이미션형 발광 장치에서는 마이크로캐비티 구조를 바람직하게 적용할 수 있다. 마이크로캐비티 구조를 가지는 발광 디바이스는 제 1 전극을 반사 전극으로 하고, 제 2 전극을 반투과·반반사 전극으로 함으로써 얻을 수 있다. 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에는 적어도 EL층을 가지고, 적어도 발광 영역이 되는 발광층을 가진다.
또한 반사 전극은 가시광의 반사율이 40% 내지 100%, 바람직하게는 70% 내지 100%이고, 또한 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막이다. 또한 반투과·반반사 전극은 가시광의 반사율이 20% 내지 80%, 바람직하게는 40% 내지 70%이고, 또한 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막이다.
EL층에 포함되는 발광층으로부터 사출되는 발광은 반사 전극과 반투과·반반사 전극에 의하여 반사되어 공진된다.
상기 발광 디바이스에서는 투명 도전막, 상술한 복합 재료, 캐리어 수송 재료 등의 두께를 바꿈으로써 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이의 광학적 거리를 변경할 수 있다. 이에 의하여, 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에서, 공진하는 파장의 광을 강하게 하고, 공진하지 않는 파장의 광을 감쇠시킬 수 있다.
또한 반사 전극에 의하여 반사되어 되돌아온 광(제 1 반사광)은 발광층으로부터 반투과·반반사 전극에 직접 입사하는 광(제 1 입사광)과의 큰 간섭을 일으키기 때문에, 반사 전극과 발광층의 광학적 거리를 (2n-1)λ/4(다만 n은 1 이상의 자연수이고, λ는 증폭하고자 하는 발광의 파장임)로 조절하는 것이 바람직하다. 상기 광학적 거리를 조절함으로써, 제 1 반사광과 제 1 입사광의 위상을 맞추어 발광층으로부터의 발광을 더 증폭시킬 수 있다.
또한 상기 구성에서, EL층은 복수의 발광층을 가지는 구조이어도 좋고, 하나의 발광층을 가지는 구조이어도 좋고, 예를 들어, 상술한 탠덤형 발광 디바이스의 구성과 조합하여, 하나의 발광 디바이스에 전하 발생층을 끼우는 복수의 EL층을 제공하고, 각 EL층에 하나 또는 복수의 발광층을 형성하는 구성으로 하여도 좋다.
마이크로캐비티 구조를 가짐으로써 정면 방향에서의 특정 파장의 발광 강도를 높일 수 있기 때문에, 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 또한 적색, 황색, 녹색, 청색의 4색의 부화소로 영상을 표시하는 발광 장치의 경우, 황색 발광에 의하여 휘도를 높이고, 모든 부화소에서 각색의 파장에 맞춘 마이크로캐비티 구조를 적용할 수 있기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치로 할 수 있다.
본 실시형태에서의 발광 장치에는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치를 얻을 수 있다. 구체적으로는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 양호하기 때문에, 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
여기까지는 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 설명하였지만, 이하에서는 패시브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 설명한다. 도 7에는 본 발명을 적용하여 제작한 패시브 매트릭스형 발광 장치를 나타내었다. 또한 도 7의 (A)는 발광 장치를 나타낸 사시도이고, 도 7의 (B)는 도 7의 (A)를 선 X-Y를 따라 절단한 단면도이다. 도 7에서, 기판(951) 위에는 전극(952)과 전극(956) 사이에 EL층(955)이 제공된다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮여 있다. 그리고 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 제공되어 있다. 격벽층(954)의 측벽은 기판면에 가까워짐에 따라, 한쪽 측벽과 다른 쪽 측벽 사이의 간격이 좁아지는 경사를 가진다. 즉 격벽층(954)의 짧은 변 방향의 단면은 사다리꼴 형상이고, 저변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고 절연층(953)과 접하는 변)이 상변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고 절연층(953)과 접하지 않는 변)보다 짧다. 이와 같이 격벽층(954)을 제공함으로써, 정전기 등에 기인한 발광 디바이스의 불량을 방지할 수 있다. 또한 패시브 매트릭스형 발광 장치에서도 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하기 때문에, 신뢰성이 양호한 발광 장치 또는 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
상술한 발광 장치는 매트릭스상으로 배치된 다수의 미소한 발광 디바이스를 각각 제어할 수 있기 때문에, 화상을 표현하는 표시 장치로서 적합하게 이용할 수 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태와 자유로이 조합될 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 조명 장치로서 사용하는 예를 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8의 (B)는 조명 장치의 상면도이고, 도 8의 (A)는 도 8의 (B)의 선 e-f를 따라 절단한 단면도이다.
본 실시형태에서의 조명 장치는 지지체인 투광성을 가지는 기판(400) 위에 제 1 전극(401)이 형성되어 있다. 제 1 전극(401)은 실시형태 1의 제 1 전극(101)에 상당한다. 제 1 전극(401) 측으로부터 발광을 추출하는 경우, 제 1 전극(401)을 투광성을 가지는 재료로 형성한다.
제 2 전극(404)에 전압을 공급하기 위한 패드(412)가 기판(400) 위에 형성된다.
제 1 전극(401) 위에는 EL층(403)이 형성되어 있다. EL층(403)의 구성은 실시형태 1에서의 EL층(103)의 구성, 또는 발광 유닛(511, 512)과 전하 발생층(513)을 조합시킨 구성 등에 상당한다. 또한 이들 구성에 대해서는 앞의 기재를 참조할 수 있다.
EL층(403)을 덮어 제 2 전극(404)을 형성한다. 제 2 전극(404)은 실시형태 1에서의 제 2 전극(102)에 상당한다. 발광을 제 1 전극(401) 측으로부터 추출하는 경우, 제 2 전극(404)은 반사율이 높은 재료로 형성된다. 제 2 전극(404)은 패드(412)와 접속됨으로써 전압이 공급된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 기재된 조명 장치는 제 1 전극(401), EL층(403), 및 제 2 전극(404)을 가지는 발광 디바이스를 포함한다. 이 발광 디바이스는 발광 효율이 높기 때문에, 본 실시형태의 조명 장치를 소비 전력이 낮은 조명 장치로 할 수 있다.
상기 구성을 가지는 발광 디바이스가 형성된 기판(400)을, 실재(405) 및 실재(406)를 사용하여 밀봉 기판(407)에 고착하고 밀봉함으로써, 조명 장치가 완성된다. 실재(405) 및 실재(406) 중 어느 한쪽만을 사용하여도 좋다. 또한 내측의 실재(406)(도 8의 (B)에는 도시하지 않았음)에는 건조제를 섞을 수도 있고, 이로써 수분을 흡착시킬 수 있기 때문에 신뢰성이 향상된다.
또한 패드(412)와 제 1 전극(401)의 일부를 실재(405) 및 실재(406) 밖으로 연장시켜 제공함으로써 외부 입력 단자로 할 수 있다. 또한 그 위에 컨버터 등을 탑재한 IC칩(420) 등을 제공하여도 좋다.
본 실시형태에 기재된 조명 장치에서는 EL 소자에 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스가 사용되기 때문에, 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 그 일부에 포함하는 전자 기기의 예에 대하여 설명한다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 양호하고 소비 전력이 낮은 발광 디바이스이다. 따라서 본 실시형태에 기재되는 전자 기기를 소비 전력이 낮은 발광부를 가지는 전자 기기로 할 수 있다.
상기 발광 디바이스를 적용한 전자 기기로서는 예를 들어 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등이 있다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 이하에서 설명한다.
도 9의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 나타낸 것이다. 텔레비전 장치는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 제공되어 있다. 또한 여기서는 스탠드(7105)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타내었다. 표시부(7103)에 영상을 표시할 수 있고, 표시부(7103)는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 매트릭스상으로 배열하여 구성되어 있다.
텔레비전 장치는 하우징(7101)이 가지는 조작 스위치, 별체의 리모트 컨트롤러(7110)로 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)의 조작 키(7109)에 의하여, 채널, 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 상기 리모트 컨트롤러(7110)에 제공하는 구성으로 하여도 좋다.
또한 텔레비전 장치는 수신기, 모뎀 등을 가지는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 모뎀을 통하여 유선 또는 무선 통신 네트워크에 접속함으로써, 단방향(송신자로부터 수신자로) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 간, 또는 수신자들끼리 등)의 정보 통신을 할 수도 있다.
도 9의 (B1)에 나타낸 컴퓨터는 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 또한 이 컴퓨터는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 매트릭스상으로 배열하여 표시부(7203)에 사용함으로써 제작된다. 도 9의 (B1)의 컴퓨터는 도 9의 (B2)에 나타낸 형태를 가져도 좋다. 도 9의 (B2)의 컴퓨터에는 키보드(7204) 및 포인팅 디바이스(7206) 대신에 제 2 표시부(7210)가 제공되어 있다. 제 2 표시부(7210)는 터치 패널식이므로, 제 2 표시부(7210)에 표시된 입력용 표시를 손가락 또는 전용 펜으로 조작함으로써 입력을 할 수 있다. 또한 제 2 표시부(7210)는 입력용 표시뿐만 아니라 기타 화상을 표시할 수도 있다. 또한 표시부(7203)도 터치 패널이어도 좋다. 2개의 화면이 힌지로 연결되어 있으면, 수납하거나 운반할 때에 화면을 손상시키거나 파손시키는 등의 문제의 발생도 방지할 수 있다.
도 9의 (C)는 휴대 단말기의 일례를 나타낸 것이다. 휴대 전화기는 하우징(7401)에 제공된 표시부(7402) 외에 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등을 가진다. 또한 휴대 전화기는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 매트릭스상으로 배열하여 제작한 표시부(7402)를 가진다.
도 9의 (C)에 나타낸 휴대 단말기는 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 정보를 입력할 수 있는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써, 전화를 걸거나 메일을 작성하는 등의 조작을 할 수 있다.
표시부(7402)의 화면에는 주로 3가지 모드가 있다. 첫 번째 모드는 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이고, 두 번째 모드는 문자 등의 정보의 입력을 주로 하는 입력 모드이다. 세 번째 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2가지 모드가 혼합된 표시+입력 모드이다.
예를 들어 전화를 걸거나 또는 메일을 작성하는 경우에는 표시부(7402)의 모드를 문자의 입력을 주로 하는 문자 입력 모드로 하여, 화면에 표시된 문자를 입력하면 좋다. 이 경우 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼이 표시되는 것이 바람직하다.
또한 자이로스코프, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 가지는 검출 장치를 휴대 단말기 내부에 제공함으로써, 휴대 단말기의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여, 표시부(7402)의 화면 표시가 자동적으로 전환되도록 할 수 있다.
또한 화면 모드는 표시부(7402)를 터치하거나, 또는 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)을 조작함으로써 전환된다. 또한 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환되도록 할 수도 있다. 예를 들어 표시부에 표시되는 화상 신호가 동영상의 데이터이면 표시 모드로, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환된다.
또한 입력 모드에서 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하고, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)를 손바닥 또는 손가락으로 터치하여 장문, 지문 등을 촬상함으로써, 본인 인증을 할 수 있다. 또한 표시부에 근적외광을 발하는 백라이트 또는 근적외광을 발하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
또한 본 실시형태에 기재되는 구성은 실시형태 1 내지 실시형태 4에 기재된 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 가지는 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓고, 이 발광 장치를 다양한 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용함으로써, 소비 전력이 낮은 전자 기기를 얻을 수 있다.
도 10의 (A)는 로봇 청소기의 일례를 나타낸 모식도이다.
로봇 청소기(5100)는 상면에 배치된 디스플레이(5101), 측면에 배치된 복수의 카메라(5102), 브러시(5103), 조작 버튼(5104)을 가진다. 또한 도시되지 않았지만, 로봇 청소기(5100)의 하면에는 바퀴, 흡입구 등이 제공되어 있다. 로봇 청소기(5100)는 그 외에 적외선 센서, 초음파 센서, 가속도 센서, 피에조 센서, 광 센서, 자이로 센서 등의 각종 센서를 가진다. 또한 로봇 청소기(5100)는 무선 통신 수단을 가진다.
로봇 청소기(5100)는 자력으로 움직이고, 먼지(5120)를 검지하고, 하면에 제공된 흡입구로부터 먼지를 흡인할 수 있다.
또한 로봇 청소기(5100)는 카메라(5102)가 촬영한 화상을 해석하여 벽, 가구, 또는 단차 등의 장애물의 유무를 판단할 수 있다. 또한 화상을 해석함으로써 배선 등 브러시(5103)에 얽히기 쉬운 물체를 검지한 경우에는 브러시(5103)의 회전을 멈출 수 있다.
디스플레이(5101)에는 배터리 잔량, 흡인한 쓰레기의 양 등을 표시할 수 있다. 로봇 청소기(5100)가 주행한 경로를 디스플레이(5101)에 표시하여도 좋다. 또한 디스플레이(5101)를 터치 패널로 하고, 조작 버튼(5104)을 디스플레이(5101)에 제공하여도 좋다.
로봇 청소기(5100)는 스마트폰 등의 휴대 전자 기기(5140)와 통신할 수 있다. 카메라(5102)가 촬영한 화상을 휴대 전자 기기(5140)에 표시할 수 있다. 그러므로 로봇 청소기(5100)의 소유자는 밖에 있어도 방의 상황을 알 수 있다. 또한 디스플레이(5101)의 표시를 스마트폰 등의 휴대 전자 기기로 확인할 수도 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치는 디스플레이(5101)에 사용할 수 있다.
도 10의 (B)에 나타낸 로봇(2100)은 연산 장치(2110), 조도 센서(2101), 마이크로폰(2102), 상부 카메라(2103), 스피커(2104), 디스플레이(2105), 하부 카메라(2106), 장애물 센서(2107), 및 이동 기구(2108)를 가진다.
마이크로폰(2102)은 사용자의 목소리 및 환경음 등을 검지하는 기능을 가진다. 또한 스피커(2104)는 음성을 출력하는 기능을 가진다. 로봇(2100)은 마이크로폰(2102) 및 스피커(2104)를 사용하여 사용자와 의사소통을 할 수 있다.
디스플레이(2105)는 각종 정보를 표시하는 기능을 가진다. 로봇(2100)은 사용자가 원하는 정보를 디스플레이(2105)에 표시할 수 있다. 디스플레이(2105)에는 터치 패널을 탑재하여도 좋다. 또한 디스플레이(2105)는 탈착 가능한 정보 단말기이어도 좋고, 로봇(2100)의 정위치에 설치되면 충전 및 데이터의 수수를 할 수 있다.
상부 카메라(2103) 및 하부 카메라(2106)는 로봇(2100)의 주위를 촬상하는 기능을 가진다. 또한 장애물 센서(2107)는 이동 기구(2108)를 사용하여 로봇(2100)이 앞으로 가는 진행 방향에서의 장애물의 유무를 감지할 수 있다. 로봇(2100)은 상부 카메라(2103), 하부 카메라(2106), 및 장애물 센서(2107)를 사용하여 주위의 환경을 인식함으로써 안전하게 이동할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치는 디스플레이(2105)에 사용할 수 있다.
도 10의 (C)는 고글형 디스플레이의 일례를 나타낸 도면이다. 고글형 디스플레이는 예를 들어 하우징(5000), 표시부(5001), 스피커(5003), LED 램프(5004), 접속 단자(5006), 센서(5007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(5008), 표시부(5002), 지지부(5012), 이어폰(5013) 등을 가진다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치는 표시부(5001) 및 표시부(5002)에 사용할 수 있다.
도 11은 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 조명 장치인 전기 스탠드에 사용한 예를 나타낸 것이다. 도 11에 나타낸 전기 스탠드는 하우징(2001)과 광원(2002)을 기지고, 광원(2002)에는 실시형태 3에 기재된 조명 장치를 사용하여도 좋다.
도 12는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 실내의 조명 장치(3001)로서 사용한 예를 나타낸 것이다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 높은 발광 디바이스이기 때문에, 소비 전력이 낮은 조명 장치로 할 수 있다. 또한 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 대면적화가 가능하므로, 대면적의 조명 장치로서 사용할 수 있다. 또한 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 얇기 때문에, 박형화된 조명 장치로서 사용할 수 있다.
실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 자동차의 앞유리, 대시 보드(dashboard) 등에도 탑재될 수 있다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 자동차의 앞유리, 대시 보드 등에 사용하는 일 형태를 도 13에 나타내었다. 표시 영역(5200) 내지 표시 영역(5203)은 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 포함한다.
표시 영역(5200)과 표시 영역(5201)은 자동차의 앞유리에 제공되고, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스가 탑재된 표시 장치이다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 제 1 전극과 제 2 전극을 투광성을 가지는 전극으로 제작함으로써, 반대편이 비쳐 보이는 소위 시스루 상태의 표시 장치로 할 수 있다. 시스루 상태의 표시이면, 자동차의 앞유리에 설치하여도 시야를 가리지 않고 설치할 수 있다. 또한 구동을 위한 트랜지스터 등을 제공하는 경우에는 유기 반도체 재료를 사용한 유기 트랜지스터, 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터 등 투광성을 가지는 트랜지스터를 사용하면 좋다.
표시 영역(5202)은 필러 부분에 제공되고, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스가 탑재된 표시 장치이다. 표시 영역(5202)은 차체에 제공된 촬상 수단으로 촬영된 영상을 표시함으로써, 필러로 가려진 시야를 보완할 수 있다. 또한 마찬가지로, 대시 보드 부분에 제공된 표시 영역(5203)은 차체로 가려진 시야를, 자동차의 외측에 제공된 촬상 수단으로 촬영된 영상을 표시함으로써 사각을 보완하여 안전성을 높일 수 있다. 보이지 않는 부분을 보완하도록 영상을 표시함으로써, 더 자연스럽고 위화감 없이 안전을 확인할 수 있다.
표시 영역(5203)은 내비게이션 정보, 속도, 회전수, 에어컨디셔너의 설정 등, 그리고 이 외의 다양한 정보를 제공할 수 있다. 표시 항목, 레이아웃은 사용자의 취향에 맞추어 적절히 변경할 수 있다. 또한 이들 정보는 표시 영역(5200) 내지 표시 영역(5202)에도 표시할 수 있다. 또한 표시 영역(5200) 내지 표시 영역(5203)을 조명 장치로서 사용할 수도 있다.
또한 도 14의 (A), (B)에 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)를 나타내었다. 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)는 하우징(5151), 표시 영역(5152), 및 굴곡부(5153)를 가진다. 도 14의 (A)는 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(5150)를 나타낸 것이다. 도 14의 (B)는 접은 상태의 휴대 정보 단말기를 나타낸 것이다. 휴대 정보 단말기(5150)는 큰 표시 영역(5152)을 가짐에도 불구하고, 접으면 작고 가반성(可搬性)이 우수하다.
표시 영역(5152)은 굴곡부(5153)에 의하여 반으로 접을 수 있다. 굴곡부(5153)는 신축 가능한 부재와 복수의 지지 부재로 구성되어 있고, 접을 때는 신축 가능한 부재가 신장되고, 굴곡부(5153)는 2mm 이상, 바람직하게는 3mm 이상의 곡률 반경으로 접힌다.
또한 표시 영역(5152)은 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시 영역(5152)에 사용할 수 있다.
또한 도 15의 (A) 내지 (C)에 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9310)를 나타내었다. 도 15의 (A)는 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(9310)를 나타낸 것이다. 도 15의 (B)는 펼친 상태에서 접은 상태로, 또는 접은 상태에서 펼친 상태로 변화하는 도중의 휴대 정보 단말기(9310)를 나타낸 것이다. 도 15의 (C)는 접은 상태의 휴대 정보 단말기(9310)를 나타낸 것이다. 접은 상태의 휴대 정보 단말기(9310)는 가반성이 우수하고, 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(9310)는 이음매가 없는 넓은 표시 영역을 가지므로 표시의 일람성이 높다.
표시 패널(9311)은 힌지(9313)로 연결된 3개의 하우징(9315)에 의하여 지지되어 있다. 또한 표시 패널(9311)은 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 또한 표시 패널(9311)은 힌지(9313)를 이용하여 2개의 하우징(9315) 사이를 굴곡시킴으로써, 휴대 정보 단말기(9310)를 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시 패널(9311)에 사용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 굴절률이 낮은 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스와, 비교 재료를 사용한 발광 디바이스의 구동 전압에 관하여 자세히 조사한 결과를 나타낸다. 본 실시예에서 사용한 주된 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 10]
Figure pat00010
[화학식 11]
Figure pat00011
(발광 디바이스 1 내지 발광 디바이스 7의 제작 방법)
먼저 유리 기판 위에 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법으로 성막하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 그 막 두께는 55nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전(前)처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 굴절률이 낮은 유기 화합물(low-n HTM)과 전자 억셉터 재료(OCHD-001)를, 중량비가 1:0.1(=low-n HTM:OCHD-001)이고, 막 두께가 10nm가 되도록 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
또한 상기 low-n HTM으로서 발광 디바이스 1-1에서는 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 N-3',5'-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일-N-1,1'-바이페닐-2-일-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBioFBi)을 사용하고, 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-3에서는 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 N,N-비스(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: dchPAF)을 사용하고, 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2에서는 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 N-[(3',5'-다이삼차뷰틸)-1,1'-바이페닐-4-일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBichPAF)을 사용하고, 발광 디바이스 4에서는 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 N-(3,5-다이삼차뷰틸페닐)-N-(3',5',-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBimmtBuPAF)을 사용하고, 발광 디바이스 5-1 내지 발광 디바이스 5-3에서는 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9,-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPoFBi-02)을 사용하고, 발광 디바이스 6-1 내지 발광 디바이스 6-3에서는 상기 구조식(vi)으로 나타내어지는 N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPChPAF-02)을 사용하고, 발광 디바이스 7-1 내지 발광 디바이스 7-4에서는 상기 구조식(vii)으로 나타내어지는 N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF)을 사용하였다.
같은 low-n HTM을 사용한 발광 디바이스가 복수 있는 경우, 합쳐 같은 부호로 나타낼 수 있다. 예를 들어 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-3은 합쳐 발광 디바이스 2로 나타낼 수 있다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에, 발광 디바이스 1-1에서는 mmtBuBioFBi를, 발광 디바이스 2-1 내지 발광 디바이스 2-3에서는 dchPAF를, 발광 디바이스 3-1 및 발광 디바이스 3-2에서는 mmtBuBichPAF를, 발광 디바이스 4에서는 mmtBuBimmtBuPAF를, 발광 디바이스 5-1 내지 발광 디바이스 5-3에서는 mmtBumTPoFBi-02를, 발광 디바이스 6-1 내지 발광 디바이스 6-3에서는 mmtBumTPChPAF-02를, 발광 디바이스 7-1 내지 발광 디바이스 7-4에서는 mmtBumTPchPAF를 막 두께가 30nm가 되도록 증착한 후, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP)을, 발광 디바이스 1-1 및 발광 디바이스 2-1에서는 막 두께가 15nm가 되도록, 이 이외의 발광 디바이스에서는 막 두께가 10nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 형성하였다.
이어서, 상기 구조식(ix)으로 나타내어지는 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-βNPAnth)과 상기 구조식(x)으로 나타내어지는 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02)을 중량비가 1:0.015(=αN-βNPAnth:3,10PCA2Nbf(IV)-02)이고, 막 두께가 25nm가 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에, 상기 구조식(xi)으로 나타내어지는 2-{4-[9,10-다이(나프탈렌-2-일)-2-안트릴]페닐}-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: ZADN)과, 상기 구조식(xii)으로 나타내어지는 8-퀴놀리놀레이토-리튬(약칭: Liq)을 중량비가 1:1(=ZADN: Liq)이고, 막 두께가 25nm가 되도록 공증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, Liq를 막 두께가 1nm가 되도록 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 이어서 알루미늄을 막 두께가 200nm가 되도록 증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써 발광 디바이스를 제작하였다.
(비교 발광 디바이스 1의 제작 방법)
비교 발광 디바이스 1은 발광 디바이스 1-1에서의 mmtBuBioFBi를 상기 구조식(xiii)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)으로 바꾼 것을 제외하고는 발광 디바이스 1-1과 마찬가지로 제작하였다.
상기 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스 1의 소자 구조를 아래의 표에 정리하였다.
[표 1]
Figure pat00012
또한 상기 발광 디바이스 중 발광 디바이스 1 내지 발광 디바이스 3이 실시예의 발광 디바이스이다.
또한 정공 주입층과 정공 수송층에 사용한 low-n HTM과, 레퍼런스인 PCBBiF의 파장 458nm의 광에서의 정상광 굴절률 no, 복굴절 Δn, 및 배향 순서 파라미터 S를 아래의 표에 나타낸다.
[표 2]
Figure pat00013
상기 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리, 80℃에서 1시간 열처리)을 수행하였다.
1mA로 구동하였을 때의 비교 발광 디바이스와 각 발광 디바이스의 구동 전압의 차이(ΔV)를 y축의 값, 사용한 low-n HTM의 458nm의 광에서의 복굴절 Δn을 x축의 값으로서 플롯한 그래프를 도 16에 나타내었다. 또한 십자로 나타낸 플롯은 자세한 사항을 생략하였지만 발광 디바이스 1 내지 발광 디바이스 7과 마찬가지의 구조를 가지고, 상이한 low-n HTM을 사용하여 제작한 발광 디바이스의 결과를 나타낸 것이다.
도 16을 보면, 복굴절 Δn이 0 이상 0.008 이하의 low-n HTM을 사용한 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 2는 다른 발광 디바이스와 비교하여 ΔV가 명확하게 작고, 구동 전압이 낮은 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다.
또한 마찬가지로 1mA로 구동하였을 때의 비교 발광 디바이스와 각 발광 디바이스의 구동 전압의 차이(ΔV)를 y축의 값, 사용한 low-n HTM의 증착막에서의 배향 순서 파라미터 S(low-n HTM의 흡수 스펙트럼에서의 가장 장파장에 위치하는 흡수 피크에 대응하는 파장의 광에 대한 배향 순서 파라미터)를 x축의 값으로서 플롯한 그래프를 도 17에 나타내었다. 도 16과 마찬가지로, 십자로 나타낸 플롯은 발광 디바이스 1 내지 발광 디바이스 7과 마찬가지의 구조를 가지고, 상이한 low-n HTM을 사용하여 제작한 발광 디바이스의 결과를 나타낸 것이다. 또한 각 low-n HTM의 증착막에서의 흡수 스펙트럼은 도 26에 나타낸 바와 같다.
도 17을 보면, 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크가 나타나는 가장 장파장에 대응하는 파장의 광에 대한 증착막의 배향 순서 파라미터 S가 -0.070 이상 0.00 이하의 범위에 있는 low-n HTM을 사용한 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 2는 다른 발광 디바이스와 비교하여 ΔV가 명확하게 작고, 구동 전압이 낮은 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다.
또한 발광 디바이스 3은 복굴절 Δn이 0.036으로 높고, 배향 순서 파라미터 S가 -0.095로 낮음에도 불구하고 다른 low-n HTM을 사용한 발광 디바이스와 비교하여 ΔV가 작게 억제된다. 상기 발광 디바이스에 사용되는 low-n HTM은 발광 디바이스 1에 사용되는 low-n HTM과 마찬가지로, 파라바이페닐 구조, 특히 1,1'-바이페닐-4-일기가 아민의 질소에 직접 결합된 구조를 가짐으로써 낮은 구동 전압으로 구동한다.
또한 low-n HTM은 낮은 굴절률을 가지기 위하여 탄소수 3 내지 8의 알킬기, 및 탄소수 6 내지 12의 사이클로알킬기를 복수로 가지지만, 상기 1,1'-바이페닐-4-일기에 이들의 기가 결합되는 경우, 2', 3', 4', 5'위치 중 어느 위치, 특히 3'위치 및 5'위치에 결합되는 것이 low-n HTM의 캐리어 수송성을 저해하지 않고, 구동 전압의 저감으로 이어지기 때문에 바람직하다.
한편으로 발광 디바이스 4의 low-n HTM과 같이, 1,1'-바이페닐-4-일기가 질소에 직접 결합되어도, 같은 질소에 결합되는 다른 아릴기에서 상기 질소에 가장 가까운 위치에 있는 벤젠 고리의 상기 질소에 결합되는 탄소를 기점으로 한 메타 위치에, 상기 탄소수 3 내지 8의 알킬기, 및 탄소수 6 내지 12의 사이클로알킬기가 결합되면, 캐리어 수송성이 저하되기 때문에 구동 전압이 상승되는 것을 알 수 있었다.
이상과 같이 low-n HTM을 사용한 발광 디바이스에서 복굴절 Δn 또는 배향 순서 파라미터 S가 일정한 범위에 있는 low-n HTM을 사용함으로써 구동 전압이 낮은 발광 디바이스를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 low-n HTM을 사용한 발광 디바이스에서 특정의 구조를 가지는 low-n HTM을 사용함으로써 복굴절 Δn 또는 배향 순서 파라미터 S가 상기 범위보다 넓은 범위에 있을 때도 구동 전압이 낮은 발광 디바이스를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스에 대하여 자세히 설명한다. 본 실시예에서 사용한 대표적인 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 12]
Figure pat00014
(발광 디바이스 1-2, 발광 디바이스 2-4, 발광 디바이스 3-3의 제작 방법)
먼저 유리 기판 위에 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법으로 성막하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 그 막 두께는 55nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 굴절률이 낮은 유기 화합물(low-n HTM)과 전자 억셉터 재료(OCHD-001)를 중량비가 1:0.1(=low-n HTM:OCHD-001)이고, 막 두께가 10nm가 되도록 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
또한 상기 low-n HTM으로서 발광 디바이스 1-2에서는 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 N-3',5'-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일-N-1,1'-바이페닐-2-일-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBioFBi)을 사용하고, 발광 디바이스 2-4에서는 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 N,N-비스(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: dchPAF)을 사용하고, 발광 디바이스 3-3에서는 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 N-[(3',5'-다이삼차뷰틸)-1,1'-바이페닐-4-일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBichPAF)을 사용하였다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에 발광 디바이스 1-2에서는 mmtBuBioFBi를, 발광 디바이스 2-4에서는 dchPAF를, 발광 디바이스 3-3에서는 mmtBuBichPAF를 막 두께가 30nm가 되도록 증착한 후, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP)을 막 두께가 15nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 형성하였다.
이어서, 상기 구조식(ix)으로 나타내어지는 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-βNPAnth)과 상기 구조식(x)으로 나타내어지는 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02)을, 중량비가 1:0.015(=αN-βNPAnth:3,10PCA2Nbf(IV)-02)이고, 막 두께가 25nm가 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에, 상기 구조식(xi)으로 나타내어지는 2-{4-[9,10-다이(나프탈렌-2-일)-2-안트릴]페닐}-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: ZADN)과, 상기 구조식(xii)으로 나타내어지는 8-퀴놀리놀레이토-리튬(약칭: Liq)을, 중량비가 1:1(=ZADN:Liq)이고, 막 두께가 25nm가 되도록 공증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, Liq를 막 두께가 1nm가 되도록 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 이어서 알루미늄을 막 두께가 200nm가 되도록 증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써 발광 디바이스를 제작하였다.
(비교 발광 디바이스 10의 제작 방법)
비교 발광 디바이스 10은 발광 디바이스 1-2에서의 mmtBuBioFBi를 상기 구조식(xiii)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)으로 바꾼 것을 제외하고는 발광 디바이스 1-2와 마찬가지로 제작하였다.
상기 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스의 소자 구조를 아래의 표에 정리하였다.
[표 3]
Figure pat00015
[표 4]
Figure pat00016
또한 정공 주입층과, 정공 수송층에 사용한 low-n HTM의 증착막과, 비교 재료인 PCBBiF의 증착막의 정상광 굴절률 no, 복굴절 Δn, 및 배향 순서 파라미터 S를 아래의 표에 나타낸다.
[표 5]
Figure pat00017
상기 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스 10에 대하여, 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 유리 기판에 의하여 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서 1시간의 열처리)을 수행한 후, 이들 발광 디바이스의 초기 특성을 측정하였다. 또한 발광 디바이스를 제작한 유리 기판에, 추출 효율 향상을 위한 특별한 조치는 수행하지 않았다.
발광 디바이스 1-2, 발광 디바이스 2-4, 발광 디바이스 3-3, 및 비교 발광 디바이스 10의 휘도-전류 밀도 특성을 도 18에 나타내고, 휘도-전압 특성을 도 19에 나타내고, 전류 효율-휘도 특성을 도 20에 나타내고, 전류 밀도-전압 특성을 도 21에 나타내고, 파워 효율-휘도 특성을 도 22에 나타내고, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 23에 나타내고, 발광 스펙트럼을 도 24에 나타내었다. 또한 각 발광 디바이스의 1000cd/m2 부근에서의 주요한 특성을 표 6에 나타내었다. 또한 휘도, CIE 색도, 및 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사 휘도계(Topcon Technohouse Corporation 제조, UR-UL1R)를 사용하고, 상온에서 측정하였다. 또한 외부 양자 효율은, 측정한 휘도와 발광 스펙트럼을 사용하고, 배광 특성이 램버시안형인 것으로 가정하여 산출하였다.
[표 6]
Figure pat00018
도 18 내지 도 24를 보면, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는 비교 발광 디바이스 10과 동등한 구동 전압을 나타내면서 굴절률이 낮은 유기 화합물을 정공 주입층 및 정공 수송층에 사용함으로써 외부 양자 효율이 유의하게 향상된, 발광 효율이 양호한 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다. 그러므로 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는 소비 전력이 낮은 발광 디바이스이다.
또한 상기 발광 디바이스 1-2, 발광 디바이스 2-4, 발광 디바이스 3-3, 및 비교 발광 디바이스 10의 전류 밀도 50mA/cm2에서의 구동 시간에 대한 휘도의 변화를 나타내는 그래프를 도 25에 나타내었다. 도 25에 나타낸 바와 같이 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스인 발광 디바이스 1-2, 발광 디바이스 2-4, 발광 디바이스 3-3은 수명이 긴 발광 디바이스인 것도 알 수 있었다.
(실시예 3)
<<합성예 1>>
본 합성예에서는 실시예에서 사용한 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물인, N-(3',5'-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일)-N-(1,1'-바이페닐-2-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBioFBi)의 합성 방법에 대하여 설명한다. mmtBuBioFBi의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 13]
Figure pat00019
3구 플라스크에 2.22g(7.4mmol)의 4-클로로-3',5'-다이-tert-뷰틸-1,1'-바이페닐, 2.94g(8.1mmol)의 2-(2-바이페닐릴)아미노-9,9-다이메틸플루오렌, 2.34g(24.4mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드(약칭: tBuONa), 37mL의 자일렌을 넣고, 감압하에서 탈기 처리를 수행한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 107.6mg(0.31mmol)의 다이-t-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀(약칭: cBRIDP(등록 상표)), 28.1mg(0.077mmol)의 알릴팔라듐클로라이드 다이머(약칭: [PdCl(allyl)]2)를 첨가하였다. 이 혼합물을 100℃에서 약 4시간 동안 가열하였다. 그 후, 플라스크의 온도를 약 70℃까지 낮추고, 약 4mL의 물을 첨가하여, 고체를 석출하였다. 석출된 고체를 여과하여 분리하였다. 여과액을 농축하여 얻어진 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하고, 에탄올을 첨가하고 다시 농축하는 것을 3번 반복함으로써 에탄올 현탁액으로서 재결정하였다. 약 -10℃까지 냉각하고 나서 석출물을 여과하고, 얻어진 고체를 약 130℃에서 감압 건조시킴으로써, 목적물인 백색 고체를 2.07g, 수율 45%로 얻었다. 본 합성예의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 14]
Figure pat00020
또한 본 합성예에서 얻어진 백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 이를 보면 본 합성예에서 mmtBuBioFBi가 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR(CDCl3, 500MHz): δ=1.29(s, 6H), 1.38(s, 18H), 6.76(dd, J1=8.0Hz, J2=2.0Hz, 1H), 6.87(d, J=2.5Hz, 1H), 7.00-7.08(m, 5H), 7.18-7.23(m, 3H), 7.27-7.43(m, 12H), 7.55(d, J=7.5Hz, 1H).
다음으로 얻어진 고체 2.0g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 3.77Pa의 압력하에서, 아르곤 유량을 15.0mL/min으로 하여, 225℃에서 가열함으로써 수행하였다. 승화 정제 후, 백색 고체를 1.9g, 회수율 95%로 얻었다.
또한 분광 엘립소미터(J.A. Woollam JAPAN Corp. 제조, M-2000U)를 사용하여 mmtBuBioFBi의 굴절률을 측정하였다. 측정에는 진공 증착법에 의하여 석영 기판 위에 각층의 재료를 약 50nm 성막한 막을 사용하였다.
이 결과를 보면 mmtBuBioFBi는 청색 발광 영역(455nm 이상 465nm 이하) 전체에서 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하의 범위 내에 있고, 633nm에서의 정상광 굴절률도 1.45 이상 1.70 이하의 범위 내에 있고, 굴절률이 낮은 재료인 것을 알 수 있었다.
이어서 mmtBuBioFBi의 정공 이동도를 산출하였다. 정공 이동도는 정공만을 캐리어로 하는 측정용 소자의 전기 특성으로부터 시뮬레이션으로 산출하는 방법과, 임피던스 분광법(IS법)으로 측정하는 방법의 2종류로 산출하였다.
IS법에서는, EL 소자에 미소 정현파 전압 신호(V=V0[exp(jωt)])를 인가하고, 그 응답 전류 신호(I=I0exp[j(ωt+φ)])의 전류 진폭과 입력 신호의 위상차로부터 EL 소자의 임피던스(Z=V/I)를 구한다. 전압의 주파수를 고주파 전압에서 저주파 전압까지 변화시켜 소자에 인가하면, 임피던스에 기여하는 다양한 완화 시간을 가지는 성분을 분리하고 측정할 수 있다.
여기서, 임피던스의 역수인 어드미턴스 Y(=1/Z)는 아래의 식(1)과 같이 컨덕턴스 G와 서셉턴스 B로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00021
또한 단일 전하 주입(single injection) 모델에 의하여, 각각 아래의 식(2) 및 식(3)을 산출할 수 있다. 여기서 g(식(4))는 미분 컨덕턴스이다. 또한 식 내의 C는 정전 용량(커패시턴스)을 나타내고, θ는 주행각(ωt)을 나타내고, ω는 각주파수를 나타낸다. t는 주행 시간을 나타내고, d는 막 두께를 나타낸다. 해석에서는 전류의 식, 푸아송의 식, 전류 연속의 식을 사용하고, 확산 전류 및 트랩 준위의 존재는 무시한다.
[수학식 2]
Figure pat00022
정전 용량의 주파수 특성에서 이동도를 산출하는 방법이 -ΔB법이다. 또한 컨덕턴스의 주파수 특성에서 이동도를 산출하는 방법이 ωΔG법이다.
실제로는 우선 캐리어 이동도를 구하고자 하는 재료를 사용한 측정용 소자를 제작한다. 본 실시예에서의 측정용 소자란 캐리어로서 정공만이 흐르도록 설계된 소자이다. 본 명세서에서는 정전 용량의 주파수 특성에서 이동도를 산출하는 방법(-ΔB법)에 대하여 설명한다.
아래의 표에 측정용 소자의 소자 구조를 나타낸다. 또한 이 표에서, APC는 은(Ag)과 팔라듐(Pd)과 구리(Cu)의 합금막, ITSO는 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물이고, OCHD-001은 전자 억셉터 재료이고, MoOx는 몰리브데넘 산화물이고, Al은 알루미늄이다. 500nm의 막 두께로 형성한 제 2 층에 사용된 재료의 이동도를 산출할 수 있다.
[표 7]
Figure pat00023
측정용 소자의 전류 밀도-전압 특성을 도 27에 나타내었다.
임피던스는 5.0V 내지 9.0V의 범위에서 직류 전압을 인가하면서 교류 전압이 70mV이고, 주파수가 1Hz 내지 3MHz인 조건하에서 측정하였다. 여기서, 얻어진 임피던스의 역수인 어드미턴스(상술한 식(1))로부터 커패시턴스를 산출한다.
커패시턴스 C의 주파수 특성은 미소 전압 신호에 의하여 주입된 캐리어가 생성하는 공간 전하가 미소 교류 전압을 완전히 따라가지는 못하여, 전류에 위상차가 생김으로써 얻어진다. 여기서, 막 내의 캐리어의 주행 시간은 주입된 캐리어가 대향 전극에 도달하는 시간 T로 정의되고, 이하의 식(5)으로 나타내어진다. 또한 L은 막 두께를 나타낸다.
[수학식 3]
Figure pat00024
음의 서셉턴스 변화(-ΔB)는 정전 용량 변화 -ΔC에 각주파수 ω를 곱한 값(-ωΔC)에 대응한다. 그 가장 저주파 측의 피크 주파수 f'max(=ωmax/2π)와 주행 시간 T 사이에는, 아래의 식(6)의 관계가 있다는 것이 식(3)으로부터 도출된다.
[수학식 4]
Figure pat00025
상기 측정에 의하여 산출한(즉 직류 전압이 7.0V일 때의) -ΔB의 주파수 특성으로부터 구할 수 있는 가장 저주파 측의 피크 주파수 f'max로부터, 주행 시간 T를 구할 수 있어(상기 식(6) 참조), 상기 식(5)에서 이번에는 전압 7.0V에서의 정공 이동도를 구할 수 있다. 같은 측정을 직류 전압 5.0V 내지 9.0V의 범위에서 수행함으로써, 각 전압(전계 강도)에서의 정공 이동도를 산출할 수 있기 때문에, 이동도의 전계 강도 의존성도 측정할 수 있다.
이상과 같은 산출법에 의하여 얻어진 mmtBuBioFBi의 정공 이동도의 전계 강도 의존성을 도 28에 나타내었다. 또한 동시에 시뮬레이션에 의하여 산출된 정공 이동도를 점선으로 나타내었다. 또한 도 28의 가로축은 전압으로부터 환산한 전계 강도의 1/2승으로 나타내었다.
시뮬레이션에는 Setfos(CYBERNET SYSTEMS Co., Ltd. 제조)의 Drift-Diffusion 모듈을 사용하였다. 시뮬레이션 파라미터로서 양극인 ITSO의 일함수를 5.36eV로 하고, 음극인 Al의 일함수를 4.2eV로 하고, mmtBuBioFBi의 HOMO 준위를 -5.42eV로 하였다. 또한 제 2 층에서의 전하 밀도를 1.0×1018cm-3로 하였다.
전극의 일함수는 대기 중에서 광전자 분광법(Riken Keiki, Co., Ltd. 제조, AC-2)으로 측정하였다.
유기 화합물의 HOMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정하였다. 또한 측정에는 전기 화학 애널라이저(BAS Inc. 제조, 형식 번호: ALS 모델 600A 또는 600C)를 사용하여, 각 화합물을 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF)에 용해시킨 용액을 측정하였다. 측정에서는 참조 전극에 대한 작용 전극의 전위를 적절한 범위 내에서 변화시켜 각각 산화 피크 전위 및 환원 피크 전위를 얻었다. 또한 참조 전극의 산화 환원 전위(Redox potential)가 -4.94eV로 추산되어 있기 때문에, 이 수치와 얻어진 피크 전위로부터 각 유기 화합물의 HOMO 준위를 산출하였다.
이와 같이, mmtBuBioFBi는 1×10-3cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지고, 정공 이동도가 높고, 양호한 특성을 가지는 유기 화합물인 것을 알 수 있었다.
(실시예 4)
<<합성예 2>>
본 합성예에서는 실시예에서 사용한 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물인 N,N-비스(4-사이클로헥실페닐)-9,9,-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: dchPAF)의 합성 방법에 대하여 설명한다. dchPAF의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 15]
Figure pat00026
<단계 1: N,N-비스(4-사이클로헥실페닐)-9,9,-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: dchPAF)의 합성>
3구 플라스크에 10.6g(51mmol)의 9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민, 18.2g(76mmol)의 4-사이클로헥실-1-브로모벤젠, 21.9g(228mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드, 255mL의 자일렌을 넣고, 감압하에서 탈기 처리를 수행한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물을 약 50℃까지 가열 교반하였다. 여기서 370mg(1.0mmol)의 아릴 염화 팔라듐 이량체(II)(약칭: [(Allyl)PdCl]2), 1660mg(4.0mmol)의 다이-tert-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀(약칭: cBRIDP(등록 상표))을 첨가하고, 이 혼합물을 120℃에서 약 5시간 동안 가열하였다. 그 후, 플라스크의 온도를 약 60℃까지 낮추고, 약 4mL의 물을 첨가하여, 고체를 석출하였다. 석출된 고체를 여과하여 분리하였다. 여과액을 농축하여 얻어진 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 짙은 톨루엔 용액을 얻었다. 이 톨루엔 용액을 에탄올에 적하하여 다시 침전시켰다. 약 10℃에서 석출물을 여과하고, 얻어진 고체를 약 80℃에서 감압 건조시킴으로써, 목적물인 백색 고체를 10.1g, 수율 40%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 16]
Figure pat00027
또한 상기 단계 1에서 얻은 백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 이 결과로부터, 본 합성예에서 dchPAF가 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3):7.60(d, 1H, J=7.5Hz), 7.53(d, 1H, J=8.0Hz), 7.37(d, 2H, J=7.5Hz), 7.29(td, 1H, J=7.5Hz, 1.0Hz), 7.23(td, 1H, J=7.5Hz, 1.0Hz), 7.19(d, 1H, J=1.5Hz), 7.06(m, 8H), 6.97(dd, 1H, J=8.0Hz, 1.5Hz), 2.41-2.51(brm, 2H), 1.79-1.95(m, 8H), 1.70-1.77(m, 2H), 1.33-1.45(brm, 14H), 1.19-1.30(brm, 2H).
다음으로 얻어진 고체 5.6g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 3.0Pa의 압력하에서, 아르곤 유량을 12.0mL/min으로 하여, 215℃에서 가열함으로써 수행하였다. 승화 정제 후, 5.2g의 미황백색 고체를 회수율 94%로 얻었다.
또한 분광 엘립소미터(J.A. Woollam JAPAN Corp. 제조, M-2000U)를 사용하여 dchPAF의 굴절률을 측정하였다. 측정에는 진공 증착법에 의하여 석영 기판 위에 각층의 재료를 약 50nm 성막한 막을 사용하였다.
이 결과를 보면, dchPAF는 청색 발광 영역(455nm 이상 465nm 이하) 전체에서 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하의 범위 내에 있고, 633nm에서의 정상광 굴절률도 1.45 이상 1.70 이하의 범위 내에 있고, 굴절률이 낮은 재료인 것을 알 수 있었다.
(실시예 5)
<<합성예 3>>
본 합성예에서는 실시예에서 사용한 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물인 N-[(3',5'-삼차뷰틸)-1,1'-바이페닐-4-일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBichPAF)의 합성 방법에 대하여 설명한다. mmtBuBichPAF의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 17]
Figure pat00028
<단계 1: 3',5'-다이삼차뷰틸-4-클로로-1,1'-바이페닐의 합성>
3구 플라스크에 13.5g(50mmol)의 3,5-다이삼차뷰틸-1-브로모벤젠, 8.2g(52.5mmol)의 4-클로로페닐보론산, 21.8g(158mmol)의 탄산 포타슘, 125mL의 톨루엔, 31mL의 에탄올, 40mL의 물을 넣고, 감압하에서 탈기 처리를 수행한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 225mg(1.0mmol)의 아세트산 팔라듐, 680mg(2.0mmol)의 트리스(2-메틸페닐)포스핀(약칭: P(o-Tol)3)을 첨가하고, 80℃에서 약 3시간 동안 가열 환류하였다. 그 후, 실온으로 되돌리고 유기층과 수성층을 분액하였다. 이 용액에 황산 마그네슘을 첨가하여 수분을 건조시켜 농축하였다. 얻어진 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 건고시켰다. 그 후, 헥세인을 첨가하고 재결정하였다. 백색 고체를 석출한 혼합 용액을 얼음으로 냉각한 후, 여과하였다. 얻어진 고체를 진공하에 있어서 약 60℃에서 건조시킴으로써, 목적물인 백색 고체를 9.5g, 수율 63%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 이하의 식으로 나타낸다.
[화학식 18]
Figure pat00029
<단계 2: N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2일)아민의 합성>
3구 플라스크에 10.5g(50mmol)의 9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민, 12.0g(50mmol)의 4-사이클로헥실-1-브로모벤젠, 14.4g(150mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드, 250mL의 자일렌을 넣고, 감압하에서 탈기 처리를 수행한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물을 약 50℃까지 가열 교반하였다. 여기서 183mg(0.50mmol)의 아릴 염화 팔라듐 이량체(II)(약칭: [(Allyl)PdCl]2), 821mg(2.0mmol)의 다이-tert-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀(약칭: cBRIDP(등록 상표))을 첨가하고, 이 혼합물을 90℃에서 약 6시간 동안 가열하였다. 그 후, 플라스크의 온도를 약 60℃까지 낮추고, 약 4mL의 물을 첨가하고, 석출된 고체를 여과하여 분별하였다. 여과액을 농축하여 얻어진 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 짙은 톨루엔 용액을 얻었다. 이 톨루엔 용액을 진공하에 있어서 약 60℃에서 건조시킴으로써, 목적물인 다갈색 유상 물질을 17.3g, 수율 92%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 이하의 식으로 나타낸다.
[화학식 19]
Figure pat00030
<단계 3: N-[(3',5'-다이삼차뷰틸)-1,1'-바이페닐-4-일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBichPAF)의 합성>
3구 플라스크에 단계 1에서 얻은 3.2g(10.6mmol)의 3',5'-다이삼차뷰틸-4-클로로-1,1'-바이페닐, 단계 2에서 얻은 3.9g(10.6mmol)의 N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2일)아민, 3.1g(31.8mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드, 53mL의 자일렌을 넣고, 감압하에서 탈기 처리를 수행한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물을 약 50℃까지 가열 교반하였다. 여기서 39mg(0.11mmol)의 아릴 염화 팔라듐 이량체(II)(약칭: [(Allyl)PdCl]2), 150mg(0.42mmol)의 다이-tert-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀(약칭: cBRIDP(등록 상표))을 첨가하고, 이 혼합물을 120℃에서 약 3시간 동안 가열하였다. 그 후, 플라스크의 온도를 약 60℃까지 낮추고, 약 1mL의 물을 첨가하여, 고체를 석출하였다. 석출된 고체를 여과하여 분리하였다. 여과액을 농축하여 얻어진 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 짙은 톨루엔 용액을 얻었다. 이 톨루엔 용액에 에탄올을 첨가하고, 감압 농축하여 에탄올 현탁액을 얻었다. 약 20℃에서 석출된 고체를 여과하고, 얻어진 고체를 약 80℃에서 감압 건조시킴으로써, 목적물인 백색 고체를 5.8g, 수율 87%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 하기의 식으로 나타낸다.
[화학식 20]
Figure pat00031
또한 상기 단계 3에서 얻은 백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 이 결과를 보면, 본 합성예에서 N-[(3',5'-다이삼차뷰틸)-1,1'-바이페닐-4-일]-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBichPAF)이 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3):7.63(d, 1H, J=7.5Hz), 7.57(d, 1H, J=8.0Hz), 7.44-7.49(m, 2H), 7.37-7.42(m, 4H), 7.31(td, 1H, J=7.5Hz, 2.0Hz), 7.23-7.27(m, 2H), 7.15-7.19(m, 2H), 7.08-7.14(m, 4H), 7.05(dd, 1H, J=8.0Hz, 2.0Hz), 2.43-2.53(brm, 1H), 1.81-1.96(m, 4H), 1.75(d, 1H, J=12.5Hz), 1.32-1.48(m, 28H), 1.20-1.31(brm, 1H).
다음으로, 얻어진 고체 3.5g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 3.0Pa의 압력하에서, 아르곤 유량을 11.8mL/min으로 하여, 255℃에서 가열함으로써 수행하였다. 승화 정제 후, 미황백색 고체를 3.1g, 회수율 89%로 얻었다.
또한 분광 엘립소미터(J.A. Woollam JAPAN Corp. 제조, M-2000U)를 사용하여 mmtBuBichPAF의 굴절률을 측정하였다. 측정에는 진공 증착법에 의하여 석영 기판 위에 각층의 재료를 약 50nm 성막한 막을 사용하였다.
이 결과를 보면, mmtBuBichPAF는 청색 발광 영역(455nm 이상 465nm 이하) 전체에서 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하의 범위 내에 있고, 633nm에서의 정상광 굴절률도 1.45 이상 1.70 이하의 범위 내에 있고, 굴절률이 낮은 재료인 것을 알 수 있었다.
(실시예 6)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스에 대하여 자세히 설명한다. 본 실시예에서 사용한 대표적인 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 21]
Figure pat00032
(발광 디바이스 20의 제작 방법)
먼저, 유리 기판 위에 은(Ag)을 100nm 성막하여 반사 전극을 형성하였다. 그 후, 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법으로 성막하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 그 막 두께는 10nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 굴절률이 낮은 유기 화합물(low-n HTM)과 전자 억셉터 재료(OCHD-001)를, 중량비가 1:0.1(=low-n HTM:OCHD-001)이고, 막 두께가 10nm가 되도록 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
또한 상기 low-n HTM으로서는 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 N-3',5'-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일-N-1,1'-바이페닐-2-일-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBioFBi)을 사용하였다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에, mmtBuBioFBi를 막 두께가 120nm가 되도록 증착하고 정공 수송층(112)을 형성한 후, 상기 구조식(xiv)으로 나타내어지는 N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-[4-(4-다이벤조퓨란일)페닐]-[1,1':4',1''-터페닐]-4-아민(약칭: YGTPDBfB)을 막 두께가 10nm가 되도록 증착하여 전자 블록층을 형성하였다.
이어서 상기 구조식(xv)으로 나타내어지는 2-(10-페닐-9-안트라센일)-벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란(약칭: Bnf(II)PhA)과, 상기 구조식(x)으로 나타내어지는 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02)을 중량비가 1:0.015(=Bnf(II)PhA:3,10PCA2Nbf(IV)-02)이고, 막 두께가 25nm가 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에 상기 구조식(xvi)으로 나타내어지는 2-[3'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mFBPTzn)을, 막 두께가 10nm가 되도록 증착하여 정공 블록층을 형성하였다.
정공 블록층 위에, 상기 구조식(xvii)으로 나타내어지는 2-[3-(2,6-다이메틸-3-피리딘일)-5-(9-페난트렌일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mPn-mDMePyPTzn)과, 상기 구조식(xii)으로 나타내어지는 8-퀴놀리놀레이토-리튬(약칭: Liq)을, 중량비가 1:1(=mPn-mDMePyPTzn:Liq)이고, 막 두께가 25nm가 되도록 공증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 막 두께가 1nm가 되도록 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 이어서 은(Ag)과 마그네슘(Mg)을 체적비가 10:1(=Ag:Mg)이고, 막 두께가 15nm가 되도록 공증착하여 제 2 전극(102)을 형성하여 발광 디바이스 20을 제작하였다. 또한 제 2 전극(102)은 투광성을 가지고, 발광 디바이스 20은 제 2 전극 측으로부터 발광을 추출하는 톱 이미션형 발광 디바이스이다. 또한 제 2 전극(102) 위에는 상기 구조식(xviii)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 막 두께가 70nm가 되도록 성막하여 추출 효율을 향상시켰다.
(비교 발광 디바이스 20의 제작 방법)
비교 발광 디바이스 20은 발광 디바이스 20에서의 mmtBuBioFBi를 상기 구조식(xiii)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)으로 바꾼 것을 제외하고는 발광 디바이스 20과 마찬가지로 제작하였다.
상기 발광 디바이스 20 및 비교 발광 디바이스 20의 소자 구조를 아래의 표에 정리하였다.
[표 8]
Figure pat00033
[표 9]
Figure pat00034
또한 정공 주입층과 정공 수송층에 사용한 low-n HTM의 증착막과, 비교 재료인 PCBBiF의 증착막의 정상광 굴절률 no, 복굴절 Δn, 및 배향 순서 파라미터 S를 아래의 표에 나타낸다.
[표 10]
Figure pat00035
상기 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스에 대하여, 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 유리 기판에 의하여 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서 1시간의 열처리)을 수행한 후, 이들 발광 디바이스의 초기 특성을 측정하였다.
발광 디바이스 20 및 비교 발광 디바이스 20의 휘도-전류 밀도 특성을 도 29에 나타내고, 휘도-전압 특성을 도 30에 나타내고, 전류 효율-휘도 특성을 도 31에 나타내고, 전류 밀도-전압 특성을 도 32에 나타내고, 블루 인덱스-휘도 특성을 도 33에 나타내고, 발광 스펙트럼을 도 34에 나타내었다. 또한 각 발광 디바이스의 1000cd/m2 부근에서의 주요한 특성을 표 11에 나타내었다. 또한 휘도, CIE 색도, 및 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사 휘도계(Topcon Technohouse Corporation 제조, UR-UL1R)를 사용하고, 상온에서 측정하였다. 또한 블루 인덱스(BI)란, 전류 효율(cd/A)을 색도 y로 나눈 값이고, 청색 발광의 발광 특성을 나타내는 지표 중 하나이다. 청색 발광은 색도 y가 작을수록 색 순도가 높은 발광이 되는 경향이 있다. 색 순도가 높은 청색 발광은 휘도 성분이 작아도 넓은 범위의 청색을 표현할 수 있기 때문에, 색 순도가 높은 청색 발광을 사용함으로써, 청색을 표현하기 위하여 필요한 휘도가 저하되므로 소비 전력의 저감 효과를 얻을 수 있다. 그러므로 청색 순도의 지표 중 하나인 색도 y를 고려한 BI가 청색 발광의 효율을 나타내는 수단으로서 적합하게 사용되고, 발광 디바이스의 BI가 높을수록 디스플레이에 사용되는 청색 발광 디바이스로서의 효율이 양호하다고 할 수 있다.
[표 11]
Figure pat00036
도 29 내지 도 34를 보면, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스 20은 비교 발광 디바이스 20과 동등한 구동 전압을 나타내면서 굴절률이 낮은 유기 화합물을 정공 주입층 및 정공 수송층에 사용함으로써 블루 인덱스가 유의하게 향상된, 발광 효율 및 색도가 양호한 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다. 그러므로 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는 소비 전력이 낮은 발광 디바이스이다.
또한 상기 발광 디바이스 20 및 비교 발광 디바이스 20의 전류 밀도 50mA/cm2에서의 구동 시간에 대한 휘도의 변화를 나타내는 그래프를 도 35에 나타내었다. 도 35에 나타낸 바와 같이 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스인 발광 디바이스 20은 비교 발광 디바이스 20과 비교하여 수명이 긴 발광 디바이스인 것도 알 수 있었다.
(실시예 7)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스 및 사용하지 않는 비교 발광 디바이스에 대하여 자세히 설명한다. 본 실시예에서 사용한 대표적인 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 22]
Figure pat00037
(발광 디바이스 30의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에 은(Ag)을 100nm 성막하여 반사 전극을 형성하였다. 그 후 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법으로 성막하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 그 막 두께는 10nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여 굴절률이 낮은 유기 화합물(low-n HTM)과 전자 억셉터 재료(OCHD-001)를, 중량비가 1:0.1(=low-n HTM:OCHD-001)이고, 막 두께가 10nm가 되도록 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
또한 상기 low-n HTM은 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 N-3',5'-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일-N-1,1'-바이페닐-2-일-9, 9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBioFBi)을 사용하였다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에 mmtBuBioFBi를 막 두께가 125nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 형성하고, 상기 구조식(viii)으로 나타내어지는 N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP)을 막 두께가 10nm가 되도록 증착하여 전자 블록층을 형성하였다.
이어서 상기 구조식(ix)으로 나타내어지는 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-βNPAnth)과 상기 구조식(x)으로 나타내어지는 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02)을, 중량비가 1:0.015(=αN-βNPAnth:3,10PCA2Nbf(IV)-02)이고, 막 두께가 20nm가 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에 상기 구조식(xix)으로 나타내어지는 6-(1,1'-바이페닐-3-일)-4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐피리미딘(약칭: 6mBP-4Cz2PPm)을 막 두께가 10nm가 되도록 증착하여 정공 블록층을 형성하고, 상기 구조식(xvii)으로 나타내어지는 2-[3-(2,6-다이메틸-3-피리딘일)-5-(9-페난트렌일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mPn-mDMePyPTzn)과 상기 구조식(xii)으로 나타내어지는 8-퀴놀리놀레이토-리튬(약칭: Liq)을, 중량비가 1:1(=mPn-mDMePyPTzn:Liq)이고, 막 두께가 20nm가 되도록 공증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 막 두께가 1nm가 되도록 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 은(Ag)과 마그네슘(Mg)을 체적비가 10:1(=Ag:Mg)이고, 막 두께가 15nm가 되도록 공증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써 발광 디바이스 30을 제작하였다. 또한 제 2 전극(102)은 투광성을 가지고, 발광 디바이스 30은 제 2 전극 측으로부터 발광을 추출하는 톱 이미션형 발광 디바이스이다. 또한 제 2 전극(102) 위에는 상기 구조식(xviii)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)을 막 두께가 70nm가 되도록 성막하여, 추출 효율을 향상시켰다.
(발광 디바이스 31의 제작 방법)
발광 디바이스 31은 발광 디바이스 30에서의 mPn-mDMePyPTzn을 상기 구조식(xx)으로 나타내어지는 2-{(3',5'-다이-tert-뷰틸)-1,1'-바이페닐-3-일}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mmtBumBPTzn)으로 바꾸고, Liq를 상기 구조식(xxi)으로 나타내어지는 6-메틸-8-퀴놀리놀레이토-리튬(약칭: Li-6mq)으로 바꾼 것을 제외하고는 발광 디바이스 30과 마찬가지로 제작하였다.
(비교 발광 디바이스 30의 제작 방법)
비교 발광 디바이스 30은 발광 디바이스 31에서의 mmtBuBioFBi를 상기 구조식(xiii)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)으로 바꾸고, 정공 수송층의 막 두께를 115nm로 한 것을 제외하고는 발광 디바이스 31과 마찬가지로 제작하였다.
(비교 발광 디바이스 31의 제작 방법)
비교 발광 디바이스 31은 발광 디바이스 30에서의 mmtBuBioFBi를 PCBBiF로 바꾸고, 정공 수송층의 막 두께를 115nm로 한 것을 제외하고는 발광 디바이스 30과 마찬가지로 제작하였다.
상기 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스의 소자 구조를 아래의 표에 정리하였다.
[표 12]
Figure pat00038
[표 13]
Figure pat00039
또한 정공 주입층과 정공 수송층에 사용한 low-n HTM의 증착막과, 비교 재료인 PCBBiF의 증착막의 정상광 굴절률 no, 복굴절 Δn, 및 배향 순서 파라미터 S를 아래의 표에 나타낸다.
[표 14]
Figure pat00040
상기 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스에 대하여, 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 유리 기판에 의하여 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서 1시간의 열처리)을 수행한 후, 이들 발광 디바이스의 초기 특성을 측정하였다. 또한 발광 디바이스를 제작한 유리 기판에, 추출 효율 향상을 위한 특별한 조치는 수행하지 않았다.
발광 디바이스 30, 발광 디바이스 31, 비교 발광 디바이스 30, 및 비교 발광 디바이스 31의 휘도-전류 밀도 특성을 도 36에 나타내고, 휘도-전압 특성을 도 37에 나타내고, 전류 효율-휘도 특성을 도 38에 나타내고, 전류 밀도-전압 특성을 도 39에 나타내고, 블루 인덱스-휘도 특성을 도 40에 나타내고, 발광 스펙트럼을 도 41에 나타내었다. 또한 각 발광 디바이스의 1000cd/m2 부근에서의 주요한 특성을 표 15에 나타내었다. 또한 휘도, CIE 색도, 및 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사 휘도계(Topcon Technohouse Corporation 제조, UR-UL1R)를 사용하고, 상온에서 측정하였다.
[표 15]
Figure pat00041
도 36 내지 도 41을 보면, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는 굴절률이 낮은 유기 화합물을 정공 주입층 및 정공 수송층에 사용함으로써 비교 발광 디바이스보다 블루 인덱스가 유의하게 향상된, 발광 효율이 양호한 발광 디바이스인 것을 알 수 있었다. 그러므로 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는 소비 전력이 낮은 발광 디바이스라고 할 수 있다. 또한 발광 디바이스 31 및 비교 발광 디바이스 30의 전자 수송층에 사용한 mmtBumBPTzn 및 Li-6mq는 발광 디바이스 30 및 비교 발광 디바이스 31에 사용한 PCBBiF 및 Liq와 비교하여 굴절률이 낮은 재료이다.
또한 상기 발광 디바이스 30, 발광 디바이스 31, 비교 발광 디바이스 30, 및 비교 발광 디바이스 31의 전류 밀도 50mA/cm2에서의 구동 시간에 대한 휘도의 변화를 나타내는 그래프를 도 42에 나타내었다. 도 42에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스인 발광 디바이스 30, 발광 디바이스 31은 수명이 긴 발광 디바이스인 것도 알 수 있었다.
<참고예>
<<참고 합성예 1>>
본 실시예에서는, 실시예 1에서 굴절률이 낮은 유기 화합물로서 사용한 N-(3,5-다이삼차뷰틸페닐)-N-(3',5',-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일)-9,9,-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBimmtBuPAF)의 합성 방법에 대하여 설명한다. mmtBuBimmtBuPAF의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 23]
Figure pat00042
<단계 1: 3',5'-다이삼차뷰틸-4-클로로-1,1'-바이페닐의 합성>
실시예 3에서의 합성예 3의 단계 1과 마찬가지로 합성하였다.
<단계 2: N-(3',5'-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아민의 합성>
3구 플라스크에 2.8g(13.5mmol)의 9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민, 단계 1에서 얻은 6.1g(20.3mmol)의 3',5'-다이삼차뷰틸-4-클로로-1,1'-바이페닐, 5.8g(60.8mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드, 70mL의 자일렌을 넣고, 감압하에서 탈기 처리를 수행한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물을 약 50℃까지 가열 교반하였다. 여기서 100mg(0.27mmol)의 아릴 염화 팔라듐 이량체(II)(약칭: [(Allyl)PdCl]2), 381mg(1.08mmol)의 다이-tert-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀(약칭: cBRIDP(등록 상표))을 첨가하고, 120℃에서 약 3시간 동안 가열하였다. 그 후, 플라스크의 온도를 약 60℃까지 낮추고, 약 1mL의 물을 첨가하고, 석출된 고체를 여과하여 분별하였다. 여과액을 농축하여 얻어진 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 짙은 톨루엔 용액을 얻었다. 이 톨루엔 용액에 에탄올을 첨가하고, 감압 농축하여 에탄올 현탁액을 얻었다. 약 20℃에서 석출물을 여과하고, 얻어진 고체를 약 80℃에서 감압 건조시킴으로써, 다갈색 유상 물질로서 N-(3',5'-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아민을 2.9g, 수율 46%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 하기의 식으로 나타낸다.
[화학식 24]
Figure pat00043
<단계 3: N-(3,5-다이삼차뷰틸페닐)-N-(3',5'-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBimmtBuPAF)의 합성>
3구 플라스크에 단계 2에서 얻은 2.7g(5.7mmol)의 N-(3',5'-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아민, 1.5g(5.7mmol)의 3,5-다이삼차뷰틸-1-브로모벤젠, 1.6g(17.0mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드, 30mL의 자일렌을 넣고, 감압하에서 탈기 처리를 수행한 후, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물을 약 50℃까지 가열 교반하였다. 여기서 21mg(0.057mmol)의 아릴 염화 팔라듐 이량체(II)(약칭: [(Allyl)PdCl]2), 73mg(0.208mmol)의 다이-tert-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀(약칭: cBRIDP(등록 상표))을 첨가하고, 120℃에서 약 7시간 동안 가열하였다. 그 후, 플라스크의 온도를 약 60℃까지 낮추고, 약 1mL의 물을 첨가하고, 석출된 고체를 여과하여 분별하였다. 여과액을 농축하여 얻어진 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 짙은 톨루엔 용액을 얻었다. 이 톨루엔 용액에 에탄올을 첨가하고, 감압 농축하여 에탄올 현탁액을 얻었다. 약 20℃에서 석출물을 여과하고, 얻어진 고체를 약 80℃에서 감압 건조시킴으로써, 목적물인 백색 고체를 3.6g, 수율 95%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 하기의 식으로 나타낸다.
[화학식 25]
Figure pat00044
또한 단계 3에서 얻은 백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 이 결과를 보면, 본 합성예에서 N-(3,5-다이삼차뷰틸페닐)-N-(3',5',-다이삼차뷰틸-1,1'-바이페닐-4-일)-9,9,-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBuBimmtBuPAF)이 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3):7.64(d, 1H, J=7.5Hz), 7.57(d, 1H, J=8.0Hz), 7.48(d, 2H, J=8.0Hz), 7.43(m, 2H), 7.39(m, 2H), 7.31(td, 1H, J=6.0Hz, 1.5Hz), 7.15-7.25(m, 4H), 6.97-7.02(m, 4H), 1.42(s, 6H), 1.38(s, 18H), 1.25(s, 18H).
다음으로, 얻어진 고체 3.2g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 3.0Pa의 압력하에서, 아르곤 유량을 19.3mL/min으로 하여, 210℃에서 가열함으로써 수행하였다. 승화 정제 후, 3.0g의 미황백색 고체를 회수율 94%로 얻었다.
또한 분광 엘립소미터(J.A. Woollam JAPAN Corp. 제조, M-2000U)를 사용하여 mmtBuBimmtBuPAF의 굴절률을 측정하였다. 측정에는 진공 증착법에 의하여 석영 기판 위에 각층의 재료를 약 50nm 성막한 막을 사용하였다.
이 결과를 보면, mmtBuBimmtBuPAF는 청색 발광 영역(455nm 이상 465nm 이하) 전체에서 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하의 범위 내에 있고, 633nm에서의 정상광 굴절률도 1.45 이상 1.70 이하의 범위 내에 있고, 굴절률이 낮은 재료인 것을 알 수 있었다.
<<참고 합성예 2>>
본 실시예에서는 실시예 1에서 굴절률이 낮은 유기 화합물로서 사용한 N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF)의 합성 방법에 대하여 설명한다. mmtBumTPchPAF의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 26]
Figure pat00045
<단계 1: 3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-5'-클로로-1,1':3',1''-터페닐의 합성>
3구 플라스크에 1.66g(6.14mmol)의 1,3-다이브로모-5-클로로벤젠, 4.27g(13.5mmol)의 2-(3,5-다이-t-뷰틸페닐)-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤레인, 187mg(0.614mmol)의 트리스(2-메틸페닐)포스핀(약칭: P(o-tolyl)3), 13.5mL의 2M 탄산 포타슘 수용액, 20mL의 톨루엔, 10mL의 에탄올을 첨가하고, 감압하에서 교반함으로써 탈기한 후에 질소 치환하였다. 이 혼합물에 27.5mg(0.122mmol)의 아세트산 팔라듐(II)을 첨가하고, 질소 기류하에 있어서 80℃에서 약 4시간 동안 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물에 물을 첨가하고 유기층과 수성층으로 분액하였다. 수성층에 대하여 톨루엔으로 추출하였다. 얻어진 추출 용액과 유기층을 합하여 물과 포화 식염수로 세정한 후, 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 이 혼합물을 자연 여과에 의하여 분리하고, 여과액을 농축하여 황색 유상 물질을 얻었다. 이 유상 물질을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축함으로써, 목적물인 백색 고체를 수량 2.98g, 수율 99%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 이하의 식으로 나타낸다.
[화학식 27]
Figure pat00046
또한 상기 단계 1에서 얻어진 백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 이 결과를 보면 단계 1에서 유기 화합물 3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-5'-클로로-1,1':3',1''-터페닐이 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR(300MHz, CDCl3):δ=7.63-7.64(m, 1H), 7.52-7.47(m, 4H), 7.44-7.40(m, 4H), 1.38(s, 36H).
<단계 2: N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2일)아민의 합성>
실시예 3에서의 합성예 3의 단계 2와 마찬가지로 합성하였다.
<단계 3: N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF)의 합성>
3구 플라스크에 단계 2에서 얻은 2.69g(7.32mmol)의 N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2일)아민, 단계 1에서 얻은 2.98g(6.09mmol)의 3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-5'-클로로-1,1':3',1''-터페닐, 0.103g(0.292mmol)의 다이-tert-뷰틸(1-메틸-2,2-다이페닐사이클로프로필)포스핀(약칭: cBRIDP(등록 상표)), 1.76g(18.3mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드, 30mL의 자일렌을 첨가하고, 감압하에서 교반하여 탈기한 후 질소 치환하였다. 이 혼합물에 26.7mg(0.0730mmol)의 아릴 염화 팔라듐 이량체(II)(약칭: [(Allyl)PdCl]2)를 첨가하고, 질소 기류하에 있어서 120℃에서 약 10시간 동안 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물에 물을 첨가하고 유기층과 수성층으로 분액하였다. 얻어진 수성층에 대하여 톨루엔으로 추출하였다. 얻어진 추출 용액과 유기층을 합하여 물과 포화 식염수로 세정한 후, 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 이 혼합물을 자연 여과에 의하여 분리하고, 여과액을 농축하여 흑색 유상 물질을 얻었다. 이 유상 물질을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 담황색 유상 물질을 얻었다. 이 유상 물질을 고속 액체 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 클로로폼)로 정제하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 백색 고체를 얻었다. 이 고체에 에탄올을 첨가하고 초음파를 조사하고, 고체를 흡인 여과하여 얻은 결과, 목적물인 백색 고체를 수량 3.36g, 수율 67%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 하기의 식으로 나타낸다.
[화학식 28]
Figure pat00047
얻어진 백색 고체 3.36g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 5.0Pa의 압력하에서, 아르곤 유량을 10mL/min으로 하여, 백색 고체를 240℃에서 가열함으로써 수행하였다. 승화 정제 후, 무색 투명 유리상 고체를 수량 1.75g, 회수율 52%로 얻었다.
또한 상기 단계 3에서 얻어진 백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 이 결과를 보면, 본 합성예에서 유기 화합물 N-(3,3'',5,5''-테트라-t-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-N-(4-사이클로헥실페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF)이 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR(300MHz, CDCl3):δ=7.63(d, J=6.6Hz, 1H), 7.58(d, J=8.1Hz, 1H), 7.42-7.37(m, 4H), 7.36-7.09(m, 14H), 2.55-2.39(m, 1H), 1.98-1.20(m, 51H).
또한 분광 엘립소미터(J.A. Woollam JAPAN Corp. 제조, M-2000U)를 사용하여 mmtBumTPchPAF의 굴절률을 측정하였다. 측정에는 진공 증착법에 의하여 석영 기판 위에 각층의 재료를 약 50nm 성막한 막을 사용하였다.
이 결과를 보면, mmtBumTPchPAF는 청색 발광 영역(455nm 이상 465nm 이하) 전체에서 정상광 굴절률이 1.50 이상 1.75 이하의 범위 내에 있고, 633nm에서의 정상광 굴절률도 1.45 이상 1.70 이하의 범위 내에 있고, 굴절률이 낮은 재료인 것을 알 수 있었다.
<<참고 합성예 3>>
본 실시예에서는 실시예 1에서 굴절률이 낮은 유기 화합물로서 사용한 N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPoFBi-02)의 합성 방법에 대하여 설명한다. mmtBumTPoFBi-02의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 29]
Figure pat00048
<단계 1: 3-브로모-3',5,5'-트라이-tert-뷰틸바이페닐의 합성>
3구 플라스크에 37.2g(128mmol)의 1,3-다이브로모-5-tert-뷰틸벤젠, 20.0g(85mmol)의 3,5-다이-tert-뷰틸페닐보론산, 35.0g(255mmol)의 탄산 소듐, 570mL의 톨루엔, 170mL의 에탄올, 130mL의 수돗물을 넣고, 감압하에서 탈기 처리를 수행한 후, 플라스크 내를 질소 치환하고, 382mg(1.7mmol)의 아세트산 팔라듐, 901mg(3.4mmol)의 트라이페닐포스핀을 첨가하고, 약 5시간 동안 40℃에서 가열하였다. 그 후, 실온으로 되돌리고 유기층과 수성층을 분액하였다. 이 유기층에 황산 마그네슘을 첨가하여 수분을 제거하여 농축하였다. 얻어진 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하고, 목적물인 무색 유상(油狀) 물질을 21.5g, 수율 63%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 이하의 식으로 나타낸다.
[화학식 30]
Figure pat00049
<단계 2: 2-(3',5,5'-트라이-tert-뷰틸[1,1'-바이페닐]-3-일)-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤레인의 합성>
3구 플라스크에 단계 1에서 얻어진 15.0g(38mmol)의 3-브로모-3',5,5'-tert-뷰틸바이페닐, 10.5g(41mmol)의 4,4,4',4',5,5,5',5'-옥타메틸-2,2'-바이-1,3,2-다이옥사보롤레인, 11.0g(113mmol)의 아세트산 포타슘, 125mL의 N,N-다이메틸폼아마이드를 넣고, 감압하에서 탈기 처리를 수행한 후, 플라스크 내를 질소 치환하고, 1.5g(1.9mmol)의 [1,1'-비스(다이페닐포스피노)페로센]다이클로로 팔라듐(II)(약칭: Pd(dppf)Cl2)을 첨가하고, 약 3시간 동안 100℃에서 가열하였다. 그 후, 실온으로 되돌리고 유기층과 수성층을 분액하고, 아세트산 에틸로 추출을 수행하였다. 이 추출 용액에 황산 마그네슘을 첨가하여 수분을 제거하여 농축하였다. 얻어진 혼합물의 톨루엔 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하고 얻어진 용액을 농축하여 짙은 톨루엔 용액을 얻었다. 이 톨루엔 용액에 에탄올을 첨가하고, 감압 농축하여 에탄올 현탁액을 얻었다. 약 20℃에서 석출물을 여과하고, 얻어진 고체를 약 80℃에서 감압 건조시켜, 목적물인 백색 고체를 13.6g, 수율 81%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 하기의 식으로 나타낸다.
[화학식 31]
Figure pat00050
<단계 3: 3-브로모-3'',5,5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐의 합성>
3구 플라스크에 5.0g(11.1mmol)의 2-(3',5,5'-트라이-tert-뷰틸[1,1'-바이페닐]-3-일)-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤레인, 4.8g(16.7mmol)의 1,3-다이브로모-5-tert-뷰틸벤젠, 4.6g(33.3mmol)의 탄산 포타슘, 56mL의 톨루엔, 22mL의 에탄올, 17mL의 수돗물을 넣고, 감압하에서 탈기 처리를 수행한 후, 플라스크 내를 질소 치환하고, 50mg(0.22mmol)의 아세트산 팔라듐, 116mg(0.44mmol)의 트라이페닐포스핀을 첨가하고, 약 10시간 동안 80℃에서 가열하였다. 그 후, 실온으로 되돌리고 유기층과 수성층을 분액하였다. 이 용액에 황산 마그네슘을 첨가하여 수분을 제거하여 농축하였다. 얻어진 헥세인 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하고, 목적물의 백색 고체를 3.0g, 수율 51.0%로 얻었다. 또한 단계 3의 3-브로모-3'',5,5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐의 합성 스킴을 하기의 식으로 나타낸다.
[화학식 32]
Figure pat00051
<단계 4: mmtBumTPoFBi-02의 합성>
3구 플라스크에 단계 3에서 얻어진 5.8g(10.9mmol)의 3-브로모-3'',5,5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐, 3.9g(10.9mmol)의 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-페닐-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민, 3.1g(32.7mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드, 55mL의 톨루엔을 넣고, 감압하에서 탈기 처리를 수행한 후, 플라스크 내를 질소 치환하고, 64mg(0.11mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0), 132mg(0.65mmol)의 트라이-tert-뷰틸포스핀을 첨가하고, 약 2시간 동안 80℃에서 가열하였다. 그 후, 플라스크의 온도를 약 60℃로 되돌리고, 물 약 1mL를 첨가하고, 석출한 고체를 여과하여 분리하고, 톨루엔으로 세정하였다. 여과액을 농축하고, 얻어진 톨루엔 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 짙은 톨루엔 용액을 얻었다. 이 톨루엔 용액에 에탄올을 첨가하고, 감압 농축하여 에탄올 현탁액을 얻었다. 약 20℃에서 석출물을 여과하고, 얻어진 고체를 약 80℃에서 감압 건조시켜 목적물인 백색 고체를 8.1g, 수율 91%로 얻었다. mmtBumTPoFBi-02의 합성 스킴을 하기의 식으로 나타낸다.
[화학식 33]
Figure pat00052
또한 상기에서 얻어진 백색 분말의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 이 결과를 보면, 본 합성예에서 N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5'-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPoFBi-02)이 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3):7.56(d, 1H, J=7.4Hz), 7.50(dd, 1H, J=1.7Hz), 7.33-7.46(m, 11H), 7.27-7.29(m, 2H), 7.22(dd, 1H, J=2.3Hz), 7.15(d, 1H, J=6.9Hz), 6.98-7.07(m, 7H), 6.93(s, 1H), 6.84(d, 1H, J=6.3Hz), 1.38(s, 9H), 1.37(s, 18H), 1.31(s, 6H), 1.20(s, 9H).
또한 분광 엘립소미터(J.A. Woollam Japan Corp. 제조, M-2000U)를 사용하여 mmtBumTPoFBi-02의 굴절률을 측정하였다. 측정에는 진공 증착법에 의하여 석영 기판 위에 각층의 재료를 약 50nm 성막한 막을 사용하였다.
이 결과를 보면, mmtBumTPoFBi-02는 청색 발광 영역(455nm 이상 465nm 이하) 전체에서 정상광 굴절률이 1.69 내지 1.70으로 1.50 이상 1.75 이하의 범위 내에 있고, 또한 파장 633nm의 광에 있어서의 정상광 굴절률도 1.64로 1.45 이상 1.70 이하의 범위 내에 있어, 굴절률이 낮은 재료인 것을 알 수 있었다.
<<참고 합성예 4>>
본 실시예에서는 실시예 1에서 굴절률이 낮은 유기 화합물로서 사용한, N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF-02)의 합성 방법에 대하여 설명한다. mmtBumTPchPAF-02의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 34]
Figure pat00053
<단계 1: 3-브로모-3',5,5'-트라이-tert-뷰틸바이페닐의 합성>
참고 합성예 3의 단계 1과 마찬가지로 합성하였다.
<단계 2: 2-(3',5,5'-트라이-tert-뷰틸[1,1'-바이페닐]-3-일)-4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤레인의 합성>
참고 합성예 3의 단계 2와 마찬가지로 합성하였다.
<단계 3: 3-브로모-3'',5,5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐의 합성>
참고 합성예 3의 단계 3과 마찬가지로 합성하였다.
<단계 4: mmtBumTPchPAF-02의 합성>
3구 플라스크에 단계 3에서 얻어진 3.0g(5.6mmol)의 3-브로모-3'',5,5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐, 2.1g(5.6mmol)의 N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아민, 1.6g(16.9mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드, 28mL의 톨루엔을 넣고, 감압하에서 탈기 처리를 수행한 후, 플라스크 내를 질소 치환하고, 65mg(0.11mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)(약칭: Pd(dba)2), 139mg(0.34mmol)의 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(약칭: S-Phos)을 첨가하고, 약 2시간 동안 80℃에서 가열하였다. 그 후, 플라스크의 온도를 약 60℃로 되돌리고, 물 약 1mL를 첨가하고, 석출한 고체를 여과하여 분리하고, 톨루엔으로 세정하였다. 여과액을 농축하고, 얻어진 톨루엔 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하였다. 얻어진 용액을 농축하여 짙은 톨루엔 용액을 얻었다. 이 톨루엔 용액에 에탄올을 첨가하고, 감압 농축하여 에탄올 현탁액을 얻었다. 약 20℃에서 석출물을 여과하고, 얻어진 고체를 약 80℃에서 감압 건조시켜 목적물인 백색 고체를 3.7g, 수율 80%로 얻었다. mmtBumTPchPAF-02의 합성 스킴을 하기의 식으로 나타낸다.
[화학식 35]
Figure pat00054
또한 상기에서 얻어진 백색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 이 결과를 보면, 본 합성예에서 N-(4-사이클로헥실페닐)-N-(3,3'',5',5''-테트라-tert-뷰틸-1,1':3',1''-터페닐-5-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: mmtBumTPchPAF-02)이 합성된 것을 알 수 있었다.
1H-NMR.δ(CDCl3):7.62(d, 1H, J=7.5Hz), 7.56(d, 1H, J=8.0Hz), 7.50(dd, 1H, J=1.7Hz), 7.46-7.47(m, 2H), 7.43(dd, 1H, J=1.7Hz), 7.37-7.39(m, 3H), 7.29-7.32(m, 2H), 7.23-7.25(m, 2H), 7.20(dd, 1H, J=1.7Hz), 7.09-7.14(m, 5H), 7.05(dd, 1H, J=2.3Hz), 2.46(brm, 1H), 1.83-1.88(m, 4H), 1.73-1.75(brm, 1H), 1.42(s, 6H), 1.38(s, 9H), 1.36(s, 18H), 1.29(s, 9H)
다음으로, 얻어진 백색 고체 3.5g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 압력 4.0Pa, 아르곤 유량 15.0mL/min, 265℃의 조건으로 승화 정제를 수행하였다. 승화 정제 후, 미황백색 고체를 3.1g, 회수율 89%로 얻었다.
또한 분광 엘립소미터(J.A. Woollam Japan Corp. 제조, M-2000U)를 사용하여 mmtBumTPchPAF-02의 굴절률을 측정하였다. 측정에는 진공 증착법에 의하여 석영 기판 위에 각층의 재료를 약 50nm 성막한 막을 사용하였다.
이 결과를 보면, mmtBumTPchPAF-02는 청색 발광 영역(455nm 이상 465nm 이하) 전체에서의 정상광 굴절률이 1.67 내지 1.68로 1.50 이상 1.75 이하의 범위에 있고, 또한 파장 633nm의 광에 있어서의 정상광 굴절률도 1.62로 1.45 이상 1.70 이하의 범위에 있어, 굴절률이 낮은 재료인 것을 알 수 있었다.
101: 양극
102: 음극
103: EL층
111: 정공 주입층
112: 정공 수송층
113: 발광층
114: 전자 수송층
115: 전자 주입층
116: 전하 발생층
117: P형층
118: 전자 릴레이층
119: 전자 주입 버퍼층
400: 기판
401: 양극
403: EL층
404: 음극
405: 실재
406: 실재
407: 밀봉 기판
412: 패드
420: IC칩
601: 구동 회로부(소스선 구동 회로)
602: 화소부
603: 구동 회로부(게이트선 구동 회로)
604: 밀봉 기판
605: 실재
607: 공간
608: 배선
609: FPC(flexible printed circuit)
610: 소자 기판
611: 스위칭용 FET
612: 전류 제어용 FET
613: 양극
614: 절연물
616: EL층
617: 음극
618: 발광 디바이스
951: 기판
952: 전극
953: 절연층
954: 격벽층
955: EL층
956: 전극
1001: 기판
1002: 하지 절연막
1003: 게이트 절연막
1006: 게이트 전극
1007: 게이트 전극
1008: 게이트 전극
1020: 제 1 층간 절연막
1021: 제 2 층간 절연막
1022: 전극
1024W: 양극
1024R: 양극
1024G: 양극
1024B: 양극
1025: 격벽
1028: EL층
1029: 음극
1031: 밀봉 기판
1032: 실재
1033: 투명한 기재
1034R: 적색의 착색층
1034G: 녹색의 착색층
1034B: 청색의 착색층
1035: 블랙 매트릭스
1036: 오버코트층
1037: 제 3 층간 절연막
1040: 화소부
1041: 구동 회로부
1042: 주변부
2001: 하우징
2002: 광원
2100: 로봇
2110: 연산 장치
2101: 조도 센서
2102: 마이크로폰
2103: 상부 카메라
2104: 스피커
2105: 디스플레이
2106: 하부 카메라
2107: 장애물 센서
2108: 이동 기구
3001: 조명 장치
5000: 하우징
5001: 표시부
5002: 표시부
5003: 스피커
5004: LED 램프
5005: 조작 키
5006: 접속 단자
5007: 센서
5008: 마이크로폰
5012: 지지부
5013: 이어폰
5100: 로봇 청소기
5101: 디스플레이
5102: 카메라
5103: 브러시
5104: 조작 버튼
5150: 휴대 정보 단말기
5151: 하우징
5152: 표시 영역
5153: 굴곡부
5120: 먼지
5200: 표시 영역
5201: 표시 영역
5202: 표시 영역
5203: 표시 영역
7101: 하우징
7103: 표시부
7105: 스탠드
7107: 표시부
7109: 조작 키
7110: 리모트 컨트롤러
7201: 본체
7202: 하우징
7203: 표시부
7204: 키보드
7205: 외부 접속 포트
7206: 포인팅 디바이스
7210: 표시부
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 조작 버튼
7404: 외부 접속 포트
7405: 스피커
7406: 마이크로폰
7400: 휴대 전화기
9310: 휴대 정보 단말
9311: 표시 패널
9313: 힌지
9315: 하우징

Claims (48)

  1. 발광 디바이스로서,
    양극;
    음극; 및
    상기 양극과 상기 음극 사이의 EL층을 포함하고,
    상기EL층은 발광층과 정공 수송 영역을 포함하고,
    상기 정공 수송 영역은 상기 양극과 상기 발광층 사이에 있고,
    상기 정공 수송 영역은 유기 화합물을 포함하고,
    상기 유기 화합물은 아릴아민 구조를 포함하고,
    상기 유기 화합물이 증착막인 경우, 파장 458nm의 광에 대한 상기 증착막의 정상광 굴절률은 1.50 이상 1.75 이하이고, 파장 458nm의 광에 대한 상기 증착막의 복굴절 Δn은 0 이상 0.008 이하인, 발광 디바이스.
  2. 발광 디바이스로서,
    양극;
    음극; 및
    상기 양극과 상기 음극 사이의 EL층을 포함하고,
    상기EL층은 발광층과 정공 수송 영역을 포함하고,
    상기 정공 수송 영역은 상기 양극과 상기 발광층 사이에 있고,
    상기 정공 수송 영역은 유기 화합물을 포함하고,
    상기 유기 화합물은 아릴아민 구조를 포함하고,
    상기 유기 화합물이 증착막인 경우, 파장 458nm의 광에 대한 상기 증착막의 정상광 굴절률은 1.50 이상 1.75 이하이고, 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크가 나타나는 가장 장파장에 대응하는 파장의 광에 대한 상기 증착막의 배향 순서 파라미터(alignment order parameter)는 -0.07 이상 0.00 이하인, 발광 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    파라바이페닐 구조를 포함하는 기는 상기 유기 화합물에서의 상기 아릴아민 구조의 아민의 질소 중 적어도 하나에 결합되는, 발광 디바이스.
  4. 제 2 항에 있어서,
    파라바이페닐 구조를 포함하는 기는 상기 유기 화합물에서의 상기 아릴아민 구조의 아민의 질소 중 적어도 하나에 결합되는, 발광 디바이스.
  5. 발광 디바이스로서,
    양극;
    음극; 및
    상기 양극과 상기 음극 사이의 EL층을 포함하고,
    상기EL층은 발광층과 정공 수송 영역을 포함하고,
    상기 정공 수송 영역은 상기 양극과 상기 발광층 사이에 있고,
    상기 정공 수송 영역은 유기 화합물을 포함하고,
    상기 유기 화합물은 아릴아민 구조를 포함하고,
    상기 유기 화합물이 증착막인 경우, 파장 458nm의 광에 대한 상기 증착막의 정상광 굴절률은 1.50 이상 1.75 이하이고, 파장 458nm의 광에 대한 상기 증착막의 복굴절 Δn은 0 이상 0.04 이하이고,
    1,1'-바이페닐-4-일기가 상기 유기 화합물에서의 아민의 질소에 결합되어 있는, 발광 디바이스.
  6. 발광 디바이스로서,
    양극;
    음극; 및
    상기 양극과 상기 음극 사이의 EL층을 포함하고,
    상기EL층은 발광층과 정공 수송 영역을 포함하고,
    상기 정공 수송 영역은 상기 양극과 상기 발광층 사이에 있고,
    상기 정공 수송 영역은 유기 화합물을 포함하고,
    상기 유기 화합물은 아릴아민 구조를 포함하고,
    상기 유기 화합물이 증착막인 경우, 파장 458nm의 광에 대한 상기 증착막의 정상광 굴절률은 1.50 이상 1.75 이하이고, 흡수 스펙트럼에서 흡수 피크가 나타나는 가장 장파장에 대응하는 파장의 광에 대한 상기 증착막의 배향 순서 파라미터는 -0.10 이상 0.00 이하이고,
    1,1'-바이페닐-4-일기가 상기 유기 화합물에서의 아민의 질소에 결합되어 있는, 발광 디바이스.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 상기 1,1'-바이페닐-4-일기의 2', 3', 4', 5'위치 중 적어도 하나에 탄소수 3 내지 8의 알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 사이클로알킬기 중 적어도 하나를 포함하는, 발광 디바이스.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 상기 1,1'-바이페닐-4-일기의 2', 3', 4', 5'위치 중 적어도 하나에 탄소수 3 내지 8의 알킬기 및 탄소수 6 내지 12의 사이클로알킬기 중 적어도 하나를 포함하는, 발광 디바이스.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 상기 1,1'-바이페닐-4-일기의 3', 5'위치에 tert-뷰틸기를 포함하는, 발광 디바이스.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 상기 1,1'-바이페닐-4-일기의 3', 5'위치에 tert-뷰틸기를 포함하는, 발광 디바이스.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 아릴아민 구조에 포함되는 하나 또는 복수의 아닐린 구조에서의 벤젠 고리는 각각 독립적으로 상기 유기 화합물에서의 파라 위치에 치환기를 포함하는, 발광 디바이스.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 아릴아민 구조에 포함되는 하나 또는 복수의 아닐린 구조에서의 벤젠 고리는 각각 독립적으로 상기 유기 화합물에서의 파라 위치에 치환기를 포함하는, 발광 디바이스.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 아릴아민 구조에 포함되는 복수의 아닐린 구조에서의 상기 벤젠 고리 중 하나는 상기 유기 화합물에서의 파라 위치에 사이클로헥실기를 포함하는, 발광 디바이스.
  14. 제 4 항에 있어서,
    상기 아릴아민 구조에 포함되는 복수의 아닐린 구조에서의 상기 벤젠 고리 중 하나는 상기 유기 화합물에서의 파라 위치에 사이클로헥실기를 포함하는, 발광 디바이스.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 아릴아민 구조에 포함되는 상기 복수의 아닐린 구조에서의 상기 벤젠 고리 중 하나는 상기 유기 화합물에서의 파라 위치에 사이클로헥실기를 포함하는, 발광 디바이스.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 아릴아민 구조에 포함되는 상기 복수의 아닐린 구조에서의 상기 벤젠 고리 중 하나는 상기 유기 화합물에서의 파라 위치에 사이클로헥실기를 포함하는, 발광 디바이스.
  17. 제 3 항에 있어서,
    상기 아릴아민 구조에 포함되는 복수의 아닐린 구조에서의 상기 벤젠 고리 중 하나는 상기 유기 화합물에서의 오쏘 위치에 페닐기를 포함하는, 발광 디바이스.
  18. 제 4 항에 있어서,
    상기 아릴아민 구조에 포함되는 복수의 아닐린 구조에서의 상기 벤젠 고리 중 하나는 상기 유기 화합물에서의 오쏘 위치에 페닐기를 포함하는, 발광 디바이스.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 아릴아민 구조에 포함되는 상기 복수의 아닐린 구조에서의 상기 벤젠 고리 중 하나는 상기 유기 화합물에서의 오쏘 위치에 페닐기를 포함하는, 발광 디바이스.
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 아릴아민 구조에 포함되는 상기 복수의 아닐린 구조에서의 상기 벤젠 고리 중 하나는 상기 유기 화합물에서의 오쏘 위치에 페닐기를 포함하는, 발광 디바이스.
  21. 제 1 항에 있어서,
    플루오렌일기는 상기 유기 화합물에서의 상기 아릴아민 구조의 아민의 질소에 결합된, 발광 디바이스.
  22. 제 2 항에 있어서,
    플루오렌일기는 상기 유기 화합물에서의 상기 아릴아민 구조의 아민의 질소에 결합된, 발광 디바이스.
  23. 제 5 항에 있어서,
    플루오렌일기는 상기 유기 화합물에서의 상기 아릴아민 구조의 아민의 질소에 결합된, 발광 디바이스.
  24. 제 6 항에 있어서,
    플루오렌일기는 상기 유기 화합물에서의 상기 아릴아민 구조의 아민의 질소에 결합된, 발광 디바이스.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 모노아민 화합물인, 발광 디바이스.
  26. 제 2 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 모노아민 화합물인, 발광 디바이스.
  27. 제 5 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 모노아민 화합물인, 발광 디바이스.
  28. 제 6 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 모노아민 화합물인, 발광 디바이스.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은 정공 주입층 및 정공 수송층을 포함하고,
    상기 정공 주입층은 상기 양극과 상기 정공 수송층 사이에 있고,
    상기 유기 화합물은 상기 정공 주입층 및 상기 정공 수송층 중 적어도 하나에 포함되는, 발광 디바이스.
  30. 제 2 항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은 정공 주입층 및 정공 수송층을 포함하고,
    상기 정공 주입층은 상기 양극과 상기 정공 수송층 사이에 있고,
    상기 유기 화합물은 상기 정공 주입층 및 상기 정공 수송층 중 적어도 하나에 포함되는, 발광 디바이스.
  31. 제 5 항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은 정공 주입층 및 정공 수송층을 포함하고,
    상기 정공 주입층은 상기 양극과 상기 정공 수송층 사이에 있고,
    상기 유기 화합물은 상기 정공 주입층 및 상기 정공 수송층 중 적어도 하나에 포함되는, 발광 디바이스.
  32. 제 6 항에 있어서,
    상기 정공 수송 영역은 정공 주입층 및 정공 수송층을 포함하고,
    상기 정공 주입층은 상기 양극과 상기 정공 수송층 사이에 있고,
    상기 유기 화합물은 상기 정공 주입층 및 상기 정공 수송층 중 적어도 하나에 포함되는, 발광 디바이스.
  33. 제 29 항에 있어서,
    억셉터성을 나타내는 물질은 상기 정공 주입층의 상기 유기 화합물에 포함되는, 발광 디바이스.
  34. 제 30 항에 있어서,
    억셉터성을 나타내는 물질은 상기 정공 주입층의 상기 유기 화합물에 포함되는, 발광 디바이스.
  35. 제 31 항에 있어서,
    억셉터성을 나타내는 물질은 상기 정공 주입층의 상기 유기 화합물에 포함되는, 발광 디바이스.
  36. 제 32 항에 있어서,
    억셉터성을 나타내는 물질은 상기 정공 주입층의 상기 유기 화합물에 포함되는, 발광 디바이스.
  37. 전자 기기로서,
    제 1 항에 따른 발광 디바이스; 및
    센서, 조작 버튼, 스피커, 또는 마이크로폰을 포함하는, 전자 기기.
  38. 전자 기기로서,
    제 2 항에 따른 발광 디바이스; 및
    센서, 조작 버튼, 스피커, 또는 마이크로폰을 포함하는, 전자 기기.
  39. 전자 기기로서,
    제 5 항에 따른 발광 디바이스; 및
    센서, 조작 버튼, 스피커, 또는 마이크로폰을 포함하는, 전자 기기.
  40. 전자 기기로서,
    제 6 항에 따른 발광 디바이스; 및
    센서, 조작 버튼, 스피커, 또는 마이크로폰을 포함하는, 전자 기기.
  41. 발광 장치로서,
    제 1 항에 따른 발광 디바이스; 및
    트랜지스터 또는 기판을 포함하는, 발광 장치.
  42. 발광 장치로서,
    제 2 항에 따른 발광 디바이스; 및
    트랜지스터 또는 기판을 포함하는, 발광 장치.
  43. 발광 장치로서,
    제 5 항에 따른 발광 디바이스; 및
    트랜지스터 또는 기판을 포함하는, 발광 장치.
  44. 발광 장치로서,
    제 6 항에 따른 발광 디바이스; 및
    트랜지스터 또는 기판을 포함하는, 발광 장치.
  45. 조명 장치로서,
    제 1항에 따른 발광 디바이스; 및
    하우징을 포함하는, 조명 장치.
  46. 조명 장치로서,
    제 2항에 따른 발광 디바이스; 및
    하우징을 포함하는, 조명 장치.
  47. 조명 장치로서,
    제 5항에 따른 발광 디바이스; 및
    하우징을 포함하는, 조명 장치.
  48. 조명 장치로서,
    제 6 항에 따른 발광 디바이스; 및
    하우징을 포함하는, 조명 장치.
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