KR20220109476A - 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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

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KR20220109476A
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사치코 가와카미
츠네노리 스즈키
유스케 다키타
사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

신규 발광 소자를 제공한다. 수명이 긴 발광 소자를 제공한다. 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공한다. 신규 유기 화합물을 제공한다. 정공 수송성을 갖는 신규 유기 화합물을 제공한다. 신규 정공 수송 재료를 제공한다. 치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨란 골격 및 치환 또는 비치환된 아민 골격을 갖는 유기 화합물을 포함하는 정공 수송 재료를 제공한다. 상기 정공 수송 재료를 사용하는 발광 소자를 제공한다. 탄소수 6 내지 60의 2개의 방향족 탄화수소기를 포함하는 아민 골격이 벤조나프토퓨란 골격의 6위치 또는 8위치에 결합되는 유기 화합물을 제공한다.

Description

발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING ELEMENT, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 발광 소자, 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 표시 장치, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 일 형태는 상술한 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)된 발명의 일 형태의 기술분야는 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서에 개시된 본 발명의 일 형태의 기술분야의 예에는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들 중 어느 것의 구동 방법, 및 이들 중 어느 것의 제작 방법이 포함된다.
유기 화합물을 포함하고 일렉트로루미네선스(EL)를 이용하는 발광 소자(유기 EL 소자)가 실용화되고 있다. 이러한 발광 소자의 기본적인 구조에서는, 한 쌍의 전극 사이에 발광 재료를 포함하는 유기 화합물층(EL층)이 제공되어 있다. 이 소자에 전압을 인가함으로써 캐리어를 주입하고, 상기 캐리어의 재결합 에너지를 사용함으로써, 발광 재료로부터 발광을 얻을 수 있다.
상기 발광 소자는 자기 발광 소자이기 때문에, 디스플레이의 화소로서 사용하면, 액정 디스플레이에 비하여, 시인성이 높고 백라이트가 불필요하다는 등의 이점이 있고, 평판 디스플레이 소자로서 적합하다. 또한, 이러한 발광 소자를 포함하는 디스플레이는 얇고 가벼운 디스플레이로서 제작할 수 있다는 큰 이점도 있다. 또한, 응답 속도가 매우 빠르다는 것도 이의 특징이다.
이러한 발광 소자에서는, 발광층을 2차원으로 연속적으로 형성할 수 있기 때문에, 면 발광을 얻을 수 있다. 이 특징은 백열등 및 LED로 대표되는 점 광원 또는 형광등으로 대표되는 선 광원에 의해서는 실현하기 어렵다. 따라서, 발광 소자는 조명 장치 등에 응용되는 면 광원으로서의 이용 가치도 높다.
상술한 바와 같이 발광 소자를 포함하는 디스플레이 또는 조명 장치는 다양한 전자 기기에 적합하게 사용될 수 있고, 더 높은 효율 또는 더 긴 수명을 위하여 발광 소자의 연구 및 개발이 진행되고 있다.
억셉터성을 갖는 유기 화합물은, 캐리어, 특히 정공의 EL층으로의 주입을 용이하게 하기 위하여 사용되는 정공 주입층의 재료이다. 억셉터성을 갖는 유기 화합물은 증착에 의하여 쉽게 퇴적할 수 있으므로, 양산에 적합하고 널리 사용되고 있다. 그러나, 억셉터성을 갖는 유기 화합물의 LUMO 준위가 정공 수송층에 포함되는 유기 화합물의 HOMO 준위와 떨어져 있으면, EL층으로의 정공의 주입이 어렵다. 한편, 정공 수송층에 포함되는 유기 화합물의 HOMO 준위가 억셉터성을 갖는 유기 화합물의 LUMO 준위와 가까워지도록 상승되면, 발광층의 HOMO 준위와 정공 수송층에 포함되는 유기 화합물의 HOMO 준위 사이의 차이가 크므로, 정공을 EL층에 주입할 수 있는 경우에도, 정공 수송층으로부터 발광층의 호스트 재료로의 정공 주입이 어려워진다.
특허문헌 1에 개시된 구성에서는, 발광층과, 정공 주입층과 접촉하는 제 1 정공 수송층 사이에, HOMO 준위가 제 1 정공 주입층의 HOMO 준위와 호스트 재료의 HOMO 준위 사이에 있는 정공 수송 재료가 제공되어 있다.
발광 소자의 특성은 현저히 향상되어 왔지만, 효율 및 내구성을 포함한 다양한 특성에 대한 고도의 요구를 아직 만족시키지 못하고 있다.
국제공개공보 WO2011/065136호
상술한 관점에서, 신규 발광 소자를 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 과제로 한다. 수명이 긴 발광 소자를 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다. 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다. 신규 유기 화합물을 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다. 정공 수송성을 갖는 신규 유기 화합물을 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다. 신규 정공 수송 재료를 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다.
신뢰성이 높은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다. 소비전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 제공하는 것을 본 발명의 일 형태의 또 다른 과제로 한다.
본 발명에서는 상술한 과제들 중 적어도 하나를 달성할 수 있으면 된다.
본 발명의 일 형태는 치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨란 골격 및 치환 또는 비치환된 아민 골격을 갖는 유기 화합물을 포함하는 정공 수송 재료이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨란 골격 및 하나의 치환 또는 비치환된 아민 골격을 갖는 유기 화합물을 포함하는 정공 수송 재료이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상기 아민 골격이 상기 벤조나프토퓨란 골격의 6위치 또는 8위치에 결합되는, 상술한 구성 중 어느 하나를 갖는 정공 수송 재료이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상기 벤조나프토퓨란 골격이 상기 아민 골격의 질소 원자에 직접 결합되는, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 정공 수송 재료이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 양극, 음극, 및 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 상기 EL층은 발광층을 포함하고 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치한다. 상기 EL층은 상술한 것 중 어느 하나에 따른 정공 수송 재료를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 양극, 음극, 및 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 상기 EL층은 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하고, 발광층 및 정공 수송층을 포함한다. 상기 정공 수송층은 상기 발광층과 상기 양극 사이에 위치하고, 상술한 것 중 어느 하나에 따른 정공 수송 재료를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상기 발광층이 발광 재료 및 상기 정공 수송 재료를 포함하는, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상기 발광층이 전자 수송 재료를 더 포함하는, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 1]
Figure pat00001
또한 일반식(G1)에 있어서, R1 내지 R8은 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다. A 및 B 중 한쪽은 일반식(g1)으로 나타내어지는 기를 나타내고, 다른 쪽은 수소, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다.
[화학식 2]
Figure pat00002
또한 일반식(g1)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 및 일반식(g2)으로 나타내어지는 기 중 어느 하나를 나타낸다. Ar1 및 Ar2가 각각 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기이고 치환기를 포함하는 경우에는, 치환기는 벤조나프토퓨란일기 및 다이나프토퓨란일기를 포함한다.
[화학식 3]
Figure pat00003
또한 일반식(g2)에 있어서, R11 내지 R18은 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다. Z1 및 Z2 중 한쪽은 일반식(g1)에서 질소 원자에 결합되고, 다른 쪽은 수소, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 일반식(g1)으로 나타내어지는 상기 기가 일반식(g3)으로 나타내어지는 기인, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 유기 화합물이다.
[화학식 4]
Figure pat00004
또한 일반식(g3)에 있어서, Ar3 및 Ar4는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨란일기, 및 치환 또는 비치환된 다이나프토퓨란일기 중 어느 하나를 나타낸다. Ar5 및 Ar6은 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 54의 2가의 방향족 탄화수소기를 나타내고, n 및 m은 독립적으로 0 내지 2를 나타낸다. 또한, Ar3과 Ar5의 탄소수의 합은 60 이하이고, Ar4와 Ar6의 탄소수의 합은 60 이하이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, Ar3 및 Ar4가 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라센일기, 및 치환 또는 비치환된 피렌일기 중 어느 하나를 나타내는, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 유기 화합물이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, Ar5 및 Ar6이 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 나프틸렌기, 치환 또는 비치환된 안트라센일렌기, 및 치환 또는 비치환된 피렌일렌기 중 어느 하나를 나타내는, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 유기 화합물이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, Ar3 및 Ar4가 각각 페닐기인, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 유기 화합물이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, Ar5 및 Ar6이 각각 페닐렌기인, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 유기 화합물이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, n 및 m 중 한쪽이 1이고 다른 쪽이 0인, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 유기 화합물이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 양극, 음극, 및 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 상기 EL층은 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치한다. 상기 EL층은 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 유기 화합물을 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 양극, 음극, 및 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 상기 EL층은 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하고, 발광층을 포함한다. 상기 발광층은 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 유기 화합물을 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상기 발광층이 발광 재료를 더 포함하는, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상기 발광층이 전자 수송성을 갖는 재료를 더 포함하는, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 양극, 음극, 및 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 상기 EL층은 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치한다. 상기 EL층은 발광층 및 정공 수송층을 포함한다. 상기 정공 수송층은 상기 발광층과 상기 양극 사이에 위치한다. 상기 정공 수송층은 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 유기 화합물을 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상기 EL층이 정공 주입층을 더 포함하고, 상기 정공 주입층이 상기 양극 및 상기 정공 수송층과 접촉하고, 상기 정공 주입층이 억셉터성을 갖는 유기 화합물을 포함하는, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 억셉터성을 갖는 유기 화합물이 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌인, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상기 정공 수송층이 제 1 층, 제 2 층, 및 제 3 층을 포함하고, 상기 제 1 층이 상기 정공 주입층과 상기 제 2 층 사이에 위치하고, 상기 제 3 층이 상기 제 2 층과 상기 발광층 사이에 위치하고, 상기 제 1 층이 상기 정공 주입층과 접촉하고, 상기 제 3 층이 상기 발광층과 접촉하고, 상기 제 1 층이 제 1 정공 수송 재료를 포함하고, 상기 제 2 층이 상기 유기 화합물을 포함하고, 상기 제 3 층이 제 3 정공 수송 재료를 포함하고, 상기 발광층이 호스트 재료 및 발광 재료를 포함하고, 상기 유기 화합물의 HOMO 준위가 상기 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊고, 상기 호스트 재료의 HOMO 준위가 상기 유기 화합물의 HOMO 준위보다 깊고, 상기 유기 화합물의 HOMO 준위와 상기 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이가 0.3eV 이하인, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위가 -5.4eV 이상인, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 상기 유기 화합물의 HOMO 준위의 차이가 0.3eV 이하인, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 유기 화합물의 HOMO 준위와 상기 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이가 0.2eV 이하인, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 상기 유기 화합물의 HOMO 준위의 차이가 0.2eV 이하인, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 발광 재료의 HOMO 준위가 상기 호스트 재료의 HOMO 준위보다 높은, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는, 상기 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위가 상기 호스트 재료의 HOMO 준위보다 깊거나 동등한, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 발광 재료가 형광 물질인, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 발광 재료가 청색 형광을 방출하는, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 발광 재료가 축합 방향족 다이아민 화합물인, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상기 발광 재료가 다이아미노피렌 화합물인, 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상술한 구성 중 임의의 것을 갖는 발광 소자, 및 트랜지스터 또는 기판을 포함하는 발광 장치이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상술한 발광 장치, 및 센서, 조작 버튼, 스피커, 또는 마이크로폰을 포함하는 전자 기기이다.
본 발명의 또 다른 일 형태는 상술한 발광 장치, 및 하우징을 포함하는 조명 장치이다.
또한, 본 명세서에서의 발광 장치는 발광 소자를 사용한 화상 표시 장치를 포함한다. 발광 장치는 발광 소자에 이방성 도전막 또는 TCP(tape carrier package) 등의 커넥터가 제공된 모듈, TCP 끝에 인쇄 배선판이 제공된 모듈, 및 발광 소자에 COG(chip on glass)법에 의하여 IC(integrated circuit)가 직접 실장된 모듈을 포함하여도 좋다. 또한, 발광 장치는 조명 기구 등에 포함되어도 좋다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 신규 유기 화합물을 제공할 수 있다. 정공 수송성을 갖는 신규 유기 화합물을 제공할 수 있다. 신규 정공 수송 재료를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 형태에 따르면, 신뢰성이 높은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 제공할 수 있다. 소비전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 및 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태는 상술한 모든 효과를 반드시 달성할 필요는 없다. 다른 효과는 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 명백해질 것이고 추출될 수 있다.
도 1의 (A) 내지 (C)는 발광 소자의 개략도이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스 발광 장치의 개념도이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스 발광 장치의 개념도이다.
도 4는 액티브 매트릭스 발광 장치의 개념도이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 패시브 매트릭스 발광 장치의 개념도이다.
도 6의 (A) 및 (B)는 조명 장치를 도시한 것이다.
도 7의 (A) 내지 (D)는 전자 기기를 도시한 것이다.
도 8은 광원 장치를 도시한 것이다.
도 9는 조명 장치를 도시한 것이다.
도 10은 조명 장치를 도시한 것이다.
도 11은 차재용 표시 장치 및 조명 장치를 도시한 것이다.
도 12의 (A) 내지 (C)는 전자 기기를 도시한 것이다.
도 13의 (A) 내지 (C)는 전자 기기를 도시한 것이다.
도 14의 (A) 및 (B)는 BnfABP의 1H NMR 차트를 나타낸 것이다.
도 15는 BnfABP의 용액의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 16은 BnfABP의 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 17의 (A) 및 (B)는 BBABnf의 1H NMR 차트를 나타낸 것이다.
도 18은 BBABnf의 용액의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 19는 BBABnf의 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 20은 발광 소자 1의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다.
도 21은 발광 소자 1의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 22는 발광 소자 1의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 23은 발광 소자 1의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 24는 발광 소자 1의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 25는 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 26은 발광 소자 1의 정규화된 휘도의 시간 의존성을 나타낸 것이다.
도 27은 발광 소자 2 및 3의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다.
도 28은 발광 소자 2 및 3의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 29는 발광 소자 2 및 3의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 30은 발광 소자 2 및 3의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 31은 발광 소자 2 및 3의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 32는 발광 소자 2 및 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 33은 발광 소자 2 및 3의 정규화된 휘도의 시간 의존성을 나타낸 것이다.
도 34의 (A) 내지 (D)는 EL층의 제작 방법을 도시한 단면도이다.
도 35는 액적 토출 장치를 나타낸 개념도이다.
도 36의 (A) 및 (B)는 BBABnf(6)의 1H NMR 차트를 나타낸 것이다.
도 37은 BBABnf(6)의 용액의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 38은 BBABnf(6)의 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 39의 (A) 및 (B)는 BBABnf(8)의 1H NMR 차트를 나타낸 것이다.
도 40은 BBABnf(8)의 용액의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 41은 BBABnf(8)의 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 42는 발광 소자 4 및 5의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다.
도 43은 발광 소자 4 및 5의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 44는 발광 소자 4 및 5의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 45는 발광 소자 4 및 5의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 46은 발광 소자 4 및 5의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 47은 발광 소자 4 및 5의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 48은 발광 소자 4 및 5의 정규화된 휘도의 시간 의존성을 나타낸 것이다.
도 49는 발광 소자 6 및 7의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다.
도 50은 발광 소자 6 및 7의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 51은 발광 소자 6 및 7의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 52는 발광 소자 6 및 7의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 53은 발광 소자 6 및 7의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 54는 발광 소자 6 및 7의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 55는 발광 소자 8의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다.
도 56은 발광 소자 8의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 57은 발광 소자 8의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 58은 발광 소자 8의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다.
도 59는 발광 소자 8의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다.
도 60은 발광 소자 8의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 61은 발광 소자 8의 정규화된 휘도의 시간 의존성을 나타낸 것이다.
본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 이하에서 자세히 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자에 의하여 용이하게 이해된다. 따라서, 본 발명은 이하의 실시형태의 내용에 한정하여 해석되어서는 안 된다.
(실시형태 1)
유기 재료를 포함하는 발광 소자의 수명은 특히 정공 수송 재료의 특성에 의하여 영향을 받는 경우가 있다. 무엇보다도, 정공 수송 재료의 수송성은 수명에 크게 영향을 미치고, 수명은 정공 수송 재료의 종류에 따라 크게 다르다.
본 발명자들은, 치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨란 골격 및 치환 또는 비치환된 아민 골격을 갖는 유기 화합물을 포함하는 정공 수송 재료가 적합한 수송성을 갖고, 상기 정공 수송 재료를 포함하는 발광 소자의 수명을 높이는 데 기여한다는 것을 발견하였다.
특히, 정공 수송 재료는 치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨란 골격 및 하나의 치환 또는 비치환된 아민 골격을 갖는 유기 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 상기 정공 수송 재료의 유기 화합물의 벤조나프토퓨란 골격이 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란 골격이면, 신뢰성이 높은 소자를 제공할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 정공 수송 재료는, 상기 아민 골격이 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란 골격의 6위치 또는 8위치에 결합되는 유기 화합물을 포함한다.
정공 수송 재료는, 아민 골격의 질소 원자가 치환기 없이 벤조나프토퓨란 골격과 직접 결합되는 유기 화합물을 포함하면, 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있고 정공 수송 재료의 HOMO 준위가 적합하므로, 바람직하다. 아민 골격의 질소 원자가 치환기 없이 벤조나프토퓨란 골격과 직접 결합되는 유기 화합물을 포함하는 상기 정공 수송 재료는, 정공 수송성이 높으므로 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제공할 수 있기 때문에 바람직하다.
EL층에 정공 수송 재료를 사용하는 발광 소자는 수명을 길게 할 수 있다.
도 1의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 도시한 것이다. 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 양극(101), 음극(102), 및 상술한 유기 화합물을 포함하는 정공 수송 재료를 사용하는 EL층(103)을 각각 포함한다.
EL층(103)은 발광층(113)을 포함하고, 정공 수송층(112)도 포함하여도 좋다. 발광층(113)은 발광 재료 및 호스트 재료를 포함하고, 광은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 발광 재료로부터 방출된다. 본 발명의 일 형태의 정공 수송 재료는 발광층(113) 및 정공 수송층(112) 중 한쪽 또는 양쪽에 포함되어 있어도 좋다.
또한, 도 1의 (A) 내지 (C)는 정공 주입층(111), 전자 수송층(114), 및 전자 주입층(115)을 추가로 도시한 것이지만, 발광 소자의 구성은 이들에 한정되지 않는다.
상기 정공 수송 재료는 호스트 재료로서 사용할 수도 있다. 또한, 전자 수송 재료 및 상기 정공 수송 재료로 들뜬 복합체가 형성되도록, 상기 정공 수송 재료 및 상기 전자 수송 재료를 공증착에 의하여 퇴적하여도 좋다. 적절한 발광 파장을 갖는 들뜬 복합체에 의하여 발광 재료로의 효율적인 에너지 이동이 가능해져, 효율이 높고 수명이 긴 발광 소자를 실현하는 것이 가능해진다.
상술한 정공 수송 재료는 양호한 정공 수송성을 나타내므로, 정공 수송층(112)에 적합하다. 특히 정공 수송 재료는, 정공 주입층(111)이 정공 수송층(112)과 양극(101) 사이에 제공되고, 전극으로부터의 정공의 주입을 용이하게 하는 억셉터성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 경우에 사용하는 것이 바람직하다.
억셉터성을 갖는 유기 화합물을 사용하여 정공 주입을 수행하는 경우, 정공 주입층(111)과 접촉하는 정공 수송층(112)에 포함되는 화합물은, 억셉터성을 갖는 유기 화합물에 의한 전자의 추출을 용이하게 하기 위하여, HOMO 준위가 비교적으로 얕은 정공 수송 재료인 것이 바람직하다. 그러나, 정공을 HOMO 준위가 비교적으로 얕은 정공 수송 재료로부터 발광층(113)으로 쉽게 주입할 수 없고, 발광층(113)을 HOMO 준위가 비교적으로 얕은 정공 수송 재료로 이루어진 정공 수송층(112)과 접촉하도록 형성하는 경우에는, 그 계면에 캐리어가 축적되어, 발광 소자의 수명 및 효율이 저하된다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 층을 발광층(113)과, HOMO 준위가 비교적으로 얕은 정공 수송 재료 사이에 제공하면, 정공을 발광층에 쉽게 주입할 수 있고, 발광 소자의 수명 및 효율을 향상시킬 수 있다.
즉, 정공 수송층(112)은 정공 주입층(111) 측으로부터 제 1 정공 수송층(112-1) 및 제 2 정공 수송층(112-2)을 포함하고, 제 1 정공 수송층(112-1)은 제 1 정공 수송 재료를 포함하지만 제 2 정공 수송층(112-2)은 본 발명의 일 형태의 정공 수송 재료를 포함한다. 본 발명의 일 형태의 정공 수송 재료의 HOMO 준위가 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊어, 수명이 길고 효율이 높은 발광 소자가 실현된다. 또한, 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위가 -5.4eV 이상이면, 억셉터성을 갖는 유기 화합물로부터 전자를 쉽게 추출할 수 있기 때문에 바람직하다.
바람직하게는 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위와 본 발명의 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이는 0.3eV 이하, 더 바람직하게는 0.2eV 이하이고, 이 경우, 정공이 제 1 정공 수송층(112-1)으로부터 제 2 정공 수송층(112-2)으로 쉽게 주입될 수 있다.
정공 수송층(112)은 제 2 정공 수송층(112-2)과 발광층 사이에 제 3 정공 수송층(112-3)을 더 포함하여도 좋고, 제 3 정공 수송층(112-3)은 제 3 정공 수송 재료를 포함하여도 좋다. 이 경우, 제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위는, 제 2 정공 수송층(112-2)에 포함되는 본 발명의 일 형태의 정공 수송 재료의 HOMO 준위보다 깊은 것이 바람직하고, HOMO 준위의 차이는 바람직하게는 0.3eV 이하, 더 바람직하게는 0.2eV 이하이다.
제 3 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 호스트 재료의 HOMO 준위보다 깊거나 동등한 것이 바람직하고, 이 경우, 정공이 발광층으로 적합하게 수송되어 수명 및 효율이 높아진다.
또한, 발광 재료의 HOMO 준위가 호스트 재료의 HOMO 준위보다 얕은(높은) 경우, 발광 재료에 주입되는 정공의 비율은 정공 수송층의 HOMO 준위의 위치에 따라 증가하고, 게다가 정공이 발광 재료에 트랩되어, 불균일하게 위치하는 발광 영역으로 인한 수명의 저하가 일어날 수 있다. 본 발명의 발광 소자의 구성을 이러한 경우, 예를 들어 청색 형광 소자에 적용하는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명의 구성은 우수한 청색 형광을 방출하는 방향족 다이아민 화합물, 더 구체적으로는 피렌다이아민 화합물 등에 바람직하게 사용할 수 있어, 수명, 효율, 및 색도가 우수한 발광 소자를 실현할 수 있다.
다음으로, 상술한 발광 소자의 구체적인 구조 및 재료의 예에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 한 쌍의 전극(양극(101) 및 음극(102)) 사이에 위치하고 복수의 층을 갖는 EL층(103)을 포함한다. EL층(103)에서는, 양극(101) 측으로부터 적어도 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 발광층(113)이 제공된다.
EL층(103)에 포함되는 그 외의 층에 대한 특별한 한정은 없고, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 캐리어 차단층, 여기자 차단층, 및 전하 발생층 등 다양한 층을 채용할 수 있다.
양극(101)은 일함수가 높은(구체적으로는, 일함수가 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등 중 임의의 것을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 구체적인 예에는, 산화 인듐-산화 주석(ITO: indium tin oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연, 및 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함하는 산화 인듐(IWZO)이 포함된다. 이러한 도전성 금속 산화물막은 일반적으로 스퍼터링법에 의하여 형성되지만, 졸-겔법 등을 응용하여 형성되어도 좋다. 형성 방법의 예에서는, 산화 인듐에 대하여 1wt% 내지 20wt%의 산화 아연을 첨가하여 얻은 타깃을 사용하는 스퍼터링법에 의하여 산화 인듐-산화 아연을 퇴적한다. 또한, 산화 인듐에 대하여 산화 텅스텐이 0.5wt% 내지 5wt% 및 산화 아연이 0.1wt% 내지 1wt% 첨가된 타깃을 사용하는 스퍼터링법에 의하여 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함하는 산화 인듐(IWZO)의 막을 형성할 수 있다. 또는, 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 사용할 수 있다. 그래핀을 사용할 수도 있다. 또한, 나중에 설명하는 복합 재료를 EL층(103)에서의 양극(101)과 접촉하는 층에 사용하면, 일함수에 상관없이 전극 재료를 선택할 수 있다.
정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 발광층(113)에 더하여 전자 수송층(114) 및 전자 주입층(115)을 포함하는 도 1의 (A)에 도시된 구성과, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 및 발광층(113)에 더하여 전자 수송층(114), 전자 주입층(115), 및 전하 발생층(116)을 포함하는 도 1의 (B)에 도시된 구성의 2종류의 EL층(103)의 적층 구조에 대하여 설명한다. 각 층을 형성하는 재료에 대하여 이하에서 구체적으로 설명한다.
정공 주입층(111)은 억셉터성을 갖는 물질을 포함한다. 본 발명의 일 형태의 구성은 억셉터성을 갖는 유기 화합물을 사용하는 경우에 사용되는 것이 바람직하다. 억셉터성을 갖는 유기 화합물로서는, 전자 흡인기(할로젠기 또는 사이아노기)를 포함하는 화합물, 예를 들어, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 3,6-다이플루오로-2,5,7,7,8,8-헥사사이아노퀴노다이메테인, 클로라닐, 또는 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN)을 사용할 수 있다. 억셉터성을 갖는 유기 화합물은, HAT-CN과 같이 복수의 헤테로 원자를 갖는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물이 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 억셉터성을 갖는 유기 화합물은 인접한 정공 수송층(또는 정공 수송 재료)으로부터, 전계를 인가함으로써 전자를 추출할 수 있다.
억셉터성을 갖는 유기 화합물을 정공 주입층(111)에 사용하지 않는 경우, 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 또는 망가니즈 산화물 등을 억셉터성을 갖는 물질로서 사용할 수 있다. 또는, 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc) 또는 구리 프탈로사이아닌(CuPc) 등의 프탈로사이아닌계 화합물, 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB) 또는 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)과 같은 고분자 화합물을 사용하여 정공 주입층(111)을 형성할 수 있다.
또는, 정공 주입층(111)에, 정공 수송성을 갖는 물질이 억셉터성 물질을 포함하는 복합 재료를 사용할 수 있다. 정공 수송성을 갖는 물질이 억셉터성 물질을 포함하는 복합 재료를 사용함으로써, 전극을 형성하기 위하여 사용되는 재료를 일함수에 상관없이 선택할 수 있다. 바꿔 말하면, 일함수가 높은 재료 이외에, 일함수가 낮은 재료도 양극(101)에 사용할 수 있다. 억셉터성 물질의 예에는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 또는 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ) 등의 억셉터성을 갖는 유기 화합물, 및 전이 금속 산화물이 포함된다. 또는, 주기율표의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 주기율표의 제 4 족 내지 제 8 족에 속하는 금속의 산화물로서, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 또는 산화 레늄 등을 사용하면, 이들의 전자 수용성이 높기 때문에 바람직하다. 그 중에서, 산화 몰리브데넘은, 대기 중에서 안정적이고, 흡습성이 낮으며 취급하기 쉽기 때문에 특히 바람직하다.
복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 갖는 물질로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 및 고분자 화합물(예를 들어, 올리고머, 덴드리머, 또는 폴리머) 등 다양한 유기 화합물 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 또한 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 물질은 정공 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 물질인 것이 바람직하다. 복합 재료에서 정공 수송성을 갖는 물질로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 이하에서 구체적으로 제시한다.
복합 재료에 사용될 수 있는 방향족 아민 화합물의 예에는, N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 및 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B)이 포함된다. 카바졸 유도체의 구체적인 예에는, 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), 및 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠이 포함된다. 방향족 탄화수소의 예에는, 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 및 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌이 포함된다. 이 이외에 펜타센 또는 코로넨 등을 사용할 수 있다. 방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 갖는 방향족 탄화수소의 예에는, 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi) 및 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA)이 있다. 또한, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용할 수도 있다. 이 경우, 억셉터성 물질로서 F6-TCNNQ를 사용하는 것이 바람직하다.
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), 또는 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
정공 주입층을 제공함으로써, 높은 정공 주입성을 실현하여 발광 소자를 저전압으로 구동시킬 수 있다.
또한, 정공 주입층은 상술한 억셉터성 재료 단독으로 또는 다른 재료와 조합하여 형성하여도 좋다. 이 경우, 억셉터 재료가 정공 수송층으로부터 전자를 추출함으로써, 정공 수송층에 정공이 주입될 수 있다. 억셉터 재료는 추출한 전자를 양극으로 수송한다.
정공 주입층(111)을 제공함으로써, 높은 정공 주입성을 실현하여 발광 소자를 저전압으로 구동시킬 수 있다. 또한, 억셉터성을 갖는 유기 화합물은 증착에 의하여 쉽게 퇴적되기 때문에 사용하기 쉽다.
정공 수송층(112)은 정공 수송 재료를 포함한다. 정공 수송 재료는 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 것이 바람직하다. 정공 수송층(112)이 본 발명의 일 형태의 정공 수송 재료를 포함하면, 수명이 길고 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있어, 바람직하다.
특히, 억셉터성을 갖는 유기 화합물을 정공 주입층(111)에 사용하는 경우에는, 적어도 정공 주입층(111)을 제 1 및 제 2 정공 수송층의 2층으로 구성하고, HOMO 준위가 비교적으로 얕은 제 1 정공 수송 재료를 제 1 정공 주입층에 사용하고, 본 발명의 일 형태의 정공 수송 재료를 제 2 정공 수송층에 사용함으로써, 수명이 길고 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다.
억셉터성을 갖는 유기 화합물의 LUMO 준위와 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위의 차이는 억셉터성을 갖는 유기 화합물의 억셉터성의 강도에 따르기 때문에 특별히 한정되지 않지만, 준위들 사이의 차이가 약 1eV 이하이면 정공을 주입할 수 있다. HAT-CN의 LUMO 준위는 사이클릭 볼타메트리 측정에 의하여 -4.41eV로 추산되므로, HAT-CN가 억셉터성을 갖는 유기 화합물로서 사용되는 경우에는 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 -5.4eV 이상인 것이 바람직하다. 또한, 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위가 지나치게 높으면, 제 2 정공 수송 재료에 대한 정공 주입성이 열화된다. 또한, ITO 등의 양극의 일함수는 약 -5eV이기 때문에, 제 1 정공 수송 재료로서 HOMO 준위가 -5eV보다 높은 재료를 사용하면 불리해진다. 그러므로, 제 1 정공 수송 재료의 HOMO 준위는 -5.0eV 이하인 것이 바람직하다.
제 3 정공 수송층을 제 2 정공 수송층과 발광층 사이에 형성하여도 좋다. 제 3 정공 수송층은 제 3 정공 수송 재료를 포함한다.
제 1 내지 제 3 정공 수송층에 대해서는 상술하였고, 반복하여 설명하지 않는다. 또한, 각 정공 수송층에 포함되는 정공 수송 재료는, 층들이 적절한 관계를 갖도록, 정공 수송성을 갖는 상술한 재료 또는 정공 수송성을 갖는 다른 다양한 재료로부터 선택할 수 있다.
발광층(113)은 호스트 재료 및 발광 재료를 포함한다. 발광 재료로서는, 형광 재료, 인광 재료, 열활성화 지연 형광(TADF)을 나타내는 물질, 또는 다른 발광 재료를 사용하여도 좋다. 또한, 발광층(113)은 단층이어도 좋고, 또는 상이한 발광 재료를 포함하는 복수의 층을 포함하여도 좋다. 또한, 본 발명의 일 형태는, 발광층(113)이 형광, 구체적으로는 청색 형광을 방출하는 경우에 사용되는 것이 더 바람직하다.
발광층(113)에서 형광 물질로서 사용할 수 있는 재료의 예에 대하여 이하에서 설명한다. 이하에 제시하는 것 외의 형광 물질을 사용할 수도 있다.
형광 물질의 예에는, 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-비스[4-(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), 쿠마린 30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린 545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), 및 N,N'-다이페닐-N,N'-(1,6-필렌-다이일)비스[(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-03)이 포함된다. 1,6FLPAPrn, 1,6mMemFLPAPrn, 및 1,6BnfAPrn-03 등의 피렌다이아민 화합물로 대표되는 축합 방향족 다이아민 화합물은 정공 트랩성이 높고, 발광 효율이 높고, 신뢰성이 높기 때문에 특히 바람직하다.
발광층(113)에서 인광 물질로서 사용할 수 있는 재료의 예는 다음과 같다.
상기 예에는 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]), 및 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrptz-3b)3]) 등의 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz1-mp)3]) 및 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Prptz1-Me)3]) 등의 1H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; fac-트리스[(1-2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrpmi)3]) 및 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dmpimpt-Me)3]) 등의 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 및 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C 2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: [Ir(CF3ppy)2(pic)]), 및 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac) 등의 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체가 배위자인 유기 금속 이리듐 착체가 포함된다. 이들은 청색의 인광을 방출하는 화합물이며, 440nm 내지 520nm에 발광 피크를 갖는다.
다른 예에는 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)3]), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)3]), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[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)]), 및 (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)]) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]) 및 (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)]) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(ppy)2(acac)]), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bzq)2(acac)]), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(bzq)3]), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: [Ir(pq)3]), 및 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(pq)2(acac)]) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 및 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)]) 등의 희토류 금속 착체가 포함된다. 이들은 주로 녹색 인광을 방출하는 화합물이며 500nm 내지 600nm에 발광 피크를 갖는다. 또한, 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 및 발광 효율이 두드러지게 높기 때문에 특히 바람직하다.
다른 예에는, (다이아이소뷰틸일메타네이토)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)]) 등의 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(acac)]), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)]), 및 (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)]) 등의 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: [Ir(piq)3]) 및 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(piq)2(acac)]) 등의 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체; 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP) 등의 백금 착체; 및 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(DBM)3(Phen)]) 및 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(TTA)3(Phen)]) 등의 희토류 금속 착체가 포함된다. 이들은 적색 인광을 방출하는 화합물이며 600nm 내지 700nm에 발광 피크를 갖는다. 또한, 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 양호한 적색 발광을 제공할 수 있다.
상술한 인광성 화합물 외에, 공지의 인광 재료를 선택하여 사용하여도 좋다.
TADF 재료의 예에는, 풀러렌, 그 유도체, 아크리딘, 그 유도체, 에오신 유도체, 및 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd)을 포함하는 포르피린 등의 금속-함유 포르피린이 포함된다. 금속-함유 포르피린의 예에는, 아래의 구조식으로 나타낸, 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린 테트라메틸 에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 및 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2(OEP))가 포함된다.
[화학식 5]
Figure pat00005
또는, 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), 또는 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 고리의 양쪽 모두를 갖는 헤테로 고리 화합물을 사용할 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 높아 바람직하다. 또한, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리가 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리와 직접 결합된 물질은, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 도너성 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 억셉터성 양쪽 모두가 높아지고, S1 준위와 T1 준위의 에너지 차이가 작아지므로 열활성화 지연 형광을 높은 효율로 얻을 수 있기 때문에 특히 바람직하다. 또한, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 대신에, 사이아노기 등 전자 흡인기가 결합된 방향족 고리를 사용하여도 좋다.
[화학식 6]
Figure pat00006
발광층의 호스트 재료로서는, 전자 수송성을 갖는 재료 및 정공 수송성을 갖는 재료 등 다양한 캐리어 수송 재료를 사용할 수 있다.
이하는 정공 수송성을 갖는 재료의 예이다: 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), 및 N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 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), 및 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 갖는 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), 및 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 갖는 화합물, 및 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II) 및 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 갖는 화합물. 상술한 재료 중에서, 방향족 아민 골격을 갖는 화합물 및 카바졸 골격을 갖는 화합물은, 신뢰성이 높고 정공 수송성이 높고 구동 전압의 저감에 기여하기 때문에 바람직하다.
이하는 전자 수송성을 갖는 재료의 예이다: 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 및 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체; 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 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), 및 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물; 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 및 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물; 및 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy) 및 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물. 상술한 재료 중에서, 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물 및 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은, 신뢰성이 높기 때문에 바람직하다. 특히, 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높아 구동 전압의 저감에 기여한다.
발광 재료로서 형광 물질을 사용하는 경우, 호스트 재료로서는 안트라센 골격을 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 형광 물질을 위한 호스트 재료로서 안트라센 골격을 갖는 물질을 사용하면, 발광 효율이 높고 내구성이 높은 발광층을 얻을 수 있다. 안트라센 골격을 갖는 재료의 대부분은 HOMO 준위가 깊기 때문에, 이러한 재료를 본 발명의 일 형태에 바람직하게 사용할 수 있다. 안트라센 골격을 갖는 물질로서는, 다이페닐안트라센 골격을 갖는 물질, 특히 9,10-다이페닐안트라센 골격을 갖는 물질이 화학적으로 안정적이므로 호스트 재료로서 사용되는 것이 바람직하다. 호스트 재료가 카바졸 골격을 가지면, 정공 주입성 및 정공 수송성이 높아지기 때문에 바람직하고, 카바졸에 벤젠 고리가 더 축합된 벤조카바졸 골격을 호스트 재료가 가지면, 카바졸보다 HOMO 준위가 약 0.1eV 얕아지기 때문에 호스트 재료에 정공이 쉽게 들어가므로 더 바람직하다. 특히, 호스트 재료가 다이벤조카바졸 골격을 포함하면, 카바졸보다 HOMO 준위가 약 0.1eV 높기 때문에 호스트 재료에 정공이 들어가기 쉬워지고, 정공 수송성이 향상되고, 내열성이 높아지기 때문에 바람직하다. 따라서, 호스트 재료로서는 9,10-다이페닐안트라센 골격 및 카바졸 골격(또는 벤조카바졸 또는 다이벤조카바졸 골격)의 양쪽 모두를 갖는 물질이 더 바람직하다. 또한, 상술한 정공 주입성 및 정공 수송성의 관점에서, 카바졸 골격 대신에 벤조플루오렌 골격 또는 다이벤조 플루오렌 골격을 사용하여도 좋다. 이러한 물질의 예에는, 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), 및 9-페닐-10-{4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)-바이페닐-4'-일}안트라센(약칭: FLPPA)이 포함된다. 특히, CzPA, cgDBCzPA, 2mBnfPPA, 및 PCzPA는 특성이 우수하므로 바람직한 선택이다.
또한, 본 발명의 일 형태의 발광 소자는 청색 형광을 방출하는 발광 소자에 적용되는 것이 특히 바람직하다.
또한, 호스트 재료는 복수 종류의 물질의 혼합물이어도 좋고, 혼합된 호스트 재료를 사용하는 경우에는, 전자 수송성을 갖는 재료를 정공 수송성을 갖는 재료와 혼합하는 것이 바람직하다. 전자 수송성을 갖는 재료를 정공 수송성을 갖는 재료와 혼합함으로써, 발광층(113)의 수송성을 쉽게 조절할 수 있고 재결합 영역을 쉽게 제어할 수 있다. 정공 수송성을 갖는 재료의 함유량과 전자 수송성을 갖는 재료의 함유량의 비율은 1:9 내지 9:1로 하여도 좋다.
이들 혼합 재료에 의하여 들뜬 복합체를 형성하여도 좋다. 발광 재료의 가장 낮은 에너지 흡수대의 파장과 중첩되는 파장을 갖는 광을 방출하는 들뜬 복합체가 형성되도록 이들 재료의 조합을 선택하면, 에너지가 원활하게 이동되고, 발광을 효율적으로 얻을 수 있고, 구동 전압이 저감되기 때문에 바람직하다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성을 갖는 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송성을 갖는 물질로서는, 호스트 재료로서 사용할 수 있는 전자 수송성을 갖는 상술한 물질 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
전자 수송층(114)과 음극(102) 사이에, 전자 주입층(115)으로서, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 또는 플루오린화 칼슘(CaF2) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 포함하는 층을 제공하여도 좋다. 예를 들어, 전자화물(electride), 또는 전자 수송성을 갖는 물질을 사용하여 형성되며 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 포함하는 층을 전자 주입층(115)으로서 사용할 수 있다. 전자화물의 예에는, 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물(calcium oxide-aluminum oxide)에 높은 농도로 전자를 첨가한 물질이 포함된다.
전자 주입층(115) 대신에 전하 발생층(116)을 제공하여도 좋다(도 1의 (B) 참조). 전하 발생층(116)이란, 전위가 인가될 때 전하 발생층(116)의 음극 측과 접촉하는 층에 정공을, 그 양극 측과 접촉하는 층에 전자를 주입할 수 있는 층을 말한다. 전하 발생층(116)은 적어도 p형층(117)을 포함한다. p형층(117)은, 정공 주입층(111)에 사용할 수 있는 재료의 예로서 상술한 복합 재료들 중 임의의 것을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. p형층(117)은, 복합 재료에 포함되는 재료로서 상술한 억셉터 재료를 포함하는 막과, 정공 수송 재료를 포함하는 막을 적층시켜 형성되어도 좋다. p형층(117)에 전위를 인가하면, 전자 수송층(114)에 전자가 주입되고, 음극으로서 기능하는 음극(102)에 정공이 주입되므로, 발광 소자가 동작된다.
또한, 전하 발생층(116)은 p형층(117)에 더하여 전자 릴레이층(118) 및 전자 주입 버퍼층(119) 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 포함하는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(118)은 전자 수송성을 갖는 물질을 적어도 포함하고, 전자 주입 버퍼층(119)과 p형층(117)의 상호 작용을 방지하고 전자를 원활하게 수송하는 기능을 갖는다. 전자 릴레이층(118)에 포함되는 전자 수송성을 갖는 물질의 LUMO 준위는, p형층(117)에서의 억셉터성 물질의 LUMO 준위와, 전자 수송층(114) 중 전하 발생층(116)과 접촉하는 층에 포함되는 물질의 LUMO 준위 사이에 있는 것이 바람직하다. 에너지 준위의 구체적인 값으로서는, 전자 릴레이층(118)에서의 전자 수송성을 갖는 물질의 LUMO 준위가 -5.0eV 이상인 것이 바람직하고, -5.0eV 이상 -3.0eV 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, 전자 릴레이층(118)에서의 전자 수송성을 갖는 물질로서는, 프탈로사이아닌계 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 배위자를 갖는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
전자 주입 버퍼층(119)에는 전자 주입성이 높은 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 또는 이들의 화합물(예를 들어, 알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 및 탄산 리튬 또는 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함)), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 및 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 및 탄산염을 포함함)을 사용할 수 있다.
전자 주입 버퍼층(119)이 전자 수송성을 갖는 물질 및 도너 물질을 포함하는 경우, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 상술한 금속의 화합물(예를 들어, 알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 및 탄산 리튬 또는 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 및 탄산염을 포함함), 및 희토류 금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 및 탄산염을 포함함))에 더하여, 테트라싸이아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센, 또는 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 도너 물질로서 사용할 수 있다. 또한, 전자 수송성을 갖는 물질로서는, 전자 수송층(114)에 사용되는 상술한 재료와 비슷한 재료를 사용할 수 있다.
음극(102)에는, 예를 들어 일함수가 낮은(구체적으로는 일함수가 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 이러한 음극 재료의 구체적인 예에는, 알칼리 금속(예를 들어, 리튬(Li) 및 세슘(Cs)), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 및 스트론튬(Sr) 등의 주기율표에서 제 1 족 또는 제 2 족에 속하는 원소, 그 합금(예를 들어, MgAg 및 AlLi), 유로퓸(Eu) 및 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들의 합금이 있다. 그러나, 음극(102)과 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 제공하는 경우에는, 음극(102)에 대하여, Al, Ag, ITO, 또는 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함한 산화 인듐-산화 주석 등 다양한 도전성 재료 중 임의의 것을 일함수에 상관없이 사용할 수 있다. 이들 도전성 재료의 막은, 진공 증착법 또는 스퍼터링법 등의 건식법, 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법 등에 의하여 형성할 수 있다. 또한, 막은, 졸-겔법을 사용한 습식법에 의하여 형성하여도 좋고, 또는 금속 재료의 페이스트를 사용한 습식법에 의하여 형성하여도 좋다.
건식 공정이든 습식 공정이든 간에 상관없이, EL층(103)의 형성에는 다양한 방법들 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 진공 증착법, 그라비어 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 스크린 인쇄법, 잉크젯법, 또는 스핀 코팅법을 사용하여도 좋다.
상술한 전극들 또는 층들을 다른 방법으로 형성하여도 좋다.
양극(101)과 음극(102) 사이에 제공되는 층의 구성은 상술한 구성에 한정되지 않는다. 발광 영역과 전극 및 캐리어 주입층에 사용되는 금속의 근접으로 인한 소광이 억제되도록, 정공과 전자가 재결합되는 발광 영역이 양극(101) 및 음극(102)으로부터 떨어져 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 발광층에서 생성된 여기자로부터의 에너지 이동을 억제할 수 있도록, 발광층(113)과 접촉하는 정공 수송층 및 전자 수송층, 특히 발광층(113)의 재결합 영역과 가까운 캐리어 수송층은, 발광층의 발광 재료 또는 발광층에 포함되는 발광 재료보다 밴드 갭이 넓은 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
다음으로, 복수의 발광 유닛이 적층된 구성을 갖는 발광 소자(이 형태의 발광 소자를 적층 소자 또는 탠덤 소자라고도 함)의 일 형태에 대하여 도 1의 (C)를 참조하여 설명한다. 이 발광 소자에서는, 양극과 음극 사이에 복수의 발광 유닛이 제공된다. 하나의 발광 유닛은 도 1의 (A)에 도시된 EL층(103)과 실질적으로 같은 구성을 갖는다. 바꿔 말하면, 도 1의 (C)에 도시된 발광 소자는 복수의 발광 유닛을 포함하는 발광 소자이고, 도 1의 (A) 및 (B)에 도시된 각 발광 소자는 하나의 발광 유닛을 포함하는 발광 소자이다.
도 1의 (C)에서, 양극(501)과 음극(502) 사이에 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)이 적층되고, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512) 사이에 전하 발생층(513)이 제공된다. 양극(501) 및 음극(502)은 각각, 도 1의 (A)에 도시된 양극(101) 및 음극(102)에 상당하며, 도 1의 (A)의 설명에서 제시한 재료가 사용될 수 있다. 또한, 제 1 발광 유닛(511) 및 제 2 발광 유닛(512)은 같은 구성을 가져도 좋고 다른 구성을 가져도 좋다.
전하 발생층(513)은, 양극(501)과 음극(502) 사이에 전압이 인가될 때, 발광 유닛들 중 한쪽에 전자를 주입하고 발광 유닛들 중 다른 쪽에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 즉, 도 1의 (C)에서, 양극의 전위가 음극의 전위보다 높아지도록 전압이 인가되면, 전하 발생층(513)은 제 1 발광 유닛(511)에 전자를, 제 2 발광 유닛(512)에 정공을 주입한다.
전하 발생층(513)은 도 1의 (B)를 참조하여 설명한 전하 발생층(116)과 비슷한 구성을 갖는 것이 바람직하다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료는 캐리어 주입성 및 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동 또는 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한, 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(513)과 접촉하는 경우에는, 전하 발생층(513)이 발광 유닛에서 정공 주입층으로서도 기능할 수 있어 발광 유닛에 정공 주입층을 반드시 형성할 필요는 없다.
전자 주입 버퍼층(119)이 제공되는 경우, 전자 주입 버퍼층(119)은 양극 측의 발광 유닛에서의 전자 주입층으로서 기능하여, 양극 측의 발광 유닛은 전자 주입층을 필요로 하지 않는다.
2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에 대하여 도 1의 (C)를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 3개 이상의 발광 유닛이 적층되는 발광 소자에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이 한 쌍의 전극 사이에서 복수의 발광 유닛이 전하 발생층(513)에 의하여 분할됨으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 휘도가 높은 광을 방출할 수 있는 수명이 긴 소자를 제공할 수 있다. 또한, 낮은 전압으로 구동되는, 소비전력이 낮은 발광 장치를 제작할 수 있다.
또한, 발광 유닛들의 발광색을 다르게 하면, 발광 소자 전체로서 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 소자에서, 제 1 발광 유닛의 발광색이 적색 및 녹색이고 제 2 발광 유닛의 발광색이 청색이면, 발광 소자는 소자 전체로서 백색광을 방출할 수 있다.
상술한 전극, 및 EL층(103), 제 1 발광 유닛(511), 제 2 발광 유닛(512), 및 전하 발생층 등의 층은, 증착법(진공 증착법을 포함함), 액적 토출법(잉크젯법이라고도 함), 도포법, 또는 그라비어 인쇄법 등의 방법으로 퇴적할 수 있다. 저분자 재료, 중분자 재료(올리고머 및 덴드리머를 포함함), 또는 고분자 재료를 층 및 전극에 포함하여도 좋다.
여기서, 액적 토출법으로 EL층(786)을 형성하는 방법에 대하여 도 34의 (A) 내지 (D)를 참조하여 설명한다. 도 34의 (A) 내지 (D)는 EL층(786)을 형성하는 방법을 도시한 단면도이다.
먼저, 도전막(772)을 평탄화 절연막(770) 위에 형성하고, 절연막(730)을 도전막(772)의 일부를 덮도록 형성한다(도 34의 (A) 참조).
다음으로, 액적 토출 장치(783)로부터 절연막(730)의 개구인 도전막(772)의 노출된 부분에 액적(784)을 토출하여, 조성물을 포함하는 층(785)을 형성한다. 액적(784)은 용매를 포함하는 조성물이며, 도전막(772)에 부착된다(도 34의 (B) 참조).
또한, 액적(784)을 토출하는 단계는 감압하에서 수행되어도 좋다.
다음으로, 조성물을 포함하는 층(785)에서 용매를 제거하고, 그 층을 고체화함으로써 EL층(786)을 형성한다(도 34의 (C) 참조).
용매는 건조 또는 가열에 의하여 제거하여도 좋다.
다음으로, EL층(786) 위에 도전막(788)을 형성하여, 발광 소자(782)를 형성한다(도 34의 (D) 참조).
상술한 바와 같이 액적 토출법에 의하여 EL층(786)을 형성하면, 조성물을 선택적으로 토출할 수 있고, 이에 따라 재료의 낭비를 삭감할 수 있다. 또한, 성형을 위한 리소그래피 공정 등이 불필요하기 때문에 공정이 간략화되고, 비용이 저감된다.
상술한 액적 토출법은, 조성물의 토출구를 갖는 노즐, 또는 하나 또는 복수의 노즐을 갖는 헤드 등의 액적 토출 수단의 총칭이다.
다음으로 액적 토출법에 사용하는 액적 토출 장치에 대하여 도 35를 참조하여 설명한다. 도 35는 액적 토출 장치(1400)를 도시한 개념도이다.
액적 토출 장치(1400)는 액적 토출 수단(1403)을 포함한다. 또한, 액적 토출 수단(1403)은 헤드(1405), 헤드(1412), 및 헤드(1416)를 구비한다.
헤드(1405, 1412, 및 1416)는 컴퓨터(1410)로 제어되는 제어 수단(1407)에 접속되기 때문에, 미리 프로그램된 패턴을 묘화할 수 있다.
묘화는 예를 들어, 기판(1402) 위에 형성되는 마커(1411)에 기초한 타이밍에서 수행하여도 좋다. 또는, 기판(1402)의 외단부에 기초하여 기준점을 결정하여도 좋다. 여기서는, 촬상 수단(1404)에 의하여 마커(1411)를 검출하고, 화상 처리 수단(1409)에 의하여 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호를 컴퓨터(1410)로 인식한 다음, 제어 신호를 생성하여 제어 수단(1407)으로 전송한다.
촬상 수단(1404)으로서는 전하 결합 소자(CCD) 또는 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS)를 사용한 이미지 센서 등을 사용할 수 있다. 또한, 기판(1402) 위에 형성될 패턴에 대한 정보는 기억 매체(1408)에 저장되어 있고, 이 정보에 기초하여 제어 신호가 제어 수단(1407)으로 전송됨으로써, 액적 토출 수단(1403)의 각 헤드(1405, 1412, 및 1416)가 독립적으로 제어될 수 있다. 토출하는 재료는, 재료 공급원(1413, 1414, 및 1415)으로부터 배관을 통하여 헤드(1405, 1412, 및 1416)로 각각 공급된다.
헤드(1405)의 내부는, 점선(1406)으로 가리킨 바와 같이 액상의 재료로 충전되어 있는 공간 및 토출구인 노즐이 제공되어 있다. 도시하지 않았지만, 헤드(1412및 1416)의 내부 구조는 헤드(1405)의 내부 구조와 비슷하다. 헤드들(1405 및 1412)은 노즐의 크기가 다르면, 상이한 재료를 상이한 폭으로 동시에 토출할 수 있다. 각 헤드는 복수의 발광 재료를 토출하고 묘화할 수 있다. 넓은 영역에 묘화하는 경우, 스루풋을 향상시키기 위하여 복수의 노즐로부터 같은 재료를 동시에 토출하여 묘화할 수 있다. 대형 기판을 사용하는 경우, 헤드(1405, 1412, 및 1416)는 도 35에서 화살표 X, Y, 및 Z로 가리킨 방향으로 기판을 자유로이 주사할 수 있고, 패턴을 묘화하는 영역을 자유로이 설정할 수 있다. 그러므로, 복수의 같은 패턴을 하나의 기판 위에 묘화할 수 있다.
조성물을 토출하는 단계는 감압하에서 수행되어도 좋다. 또한, 조성물을 토출할 때, 기판을 가열하여도 좋다. 조성물을 토출한 후, 건조 및 베이킹 중 한쪽 또는 양쪽 모두를 수행한다. 건조와 베이킹은 양쪽 모두 가열 처리이지만, 목적, 온도, 및 시간이 상이하다. 건조 및 베이킹의 단계는 상압하 또는 감압하에서 레이저 조사, 순간 열 어닐, 또는 가열로를 사용한 가열 등에 의하여 수행된다. 또한, 이 가열 처리의 타이밍 및 가열 처리의 횟수는 특별히 한정되지 않는다. 건조 및 베이킹의 단계를 적절하게 수행하기 위한 온도는 기판의 재료 및 조성물의 성질에 의존한다.
상술한 식으로, EL층(786)을 액적 토출 장치를 사용하여 형성할 수 있다.
EL층(786)을 액적 토출 장치를 사용하여 형성하는 경우, 본 발명의 정공 수송 재료를 용매에 용해시킨 조성물을 사용하는 습식법으로 정공 수송층을 형성할 수 있다. 이 경우, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 테트라하이드로퓨란, 다이옥세인, 에탄올, 메탄올, n-프로판올, 아이소프로판올, n-뷰탄올, t-뷰탄올, 아세토나이트릴, 다이메틸설폭사이드, 다이메틸폼아마이드, 클로로폼, 메틸렌클로라이드, 사염화 탄소, 아세트산 에틸, 헥세인, 및 사이클로헥세인 등 다양한 유기 용매를 사용하여 도포 조성물을 형성할 수 있다. 특히, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 및 메시틸렌 등의 극성이 낮은 벤젠 유도체는 적합한 농도의 용액을 얻을 수 있고, 잉크에 포함되는 본 발명의 정공 수송 재료가 산화 등으로 인하여 열화되는 것을 방지할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 균일한 막 또는 균일한 두께를 갖는 막을 실현하기 위하여, 비점이 100℃ 이상의 용매를 사용하는 것이 바람직하고, 톨루엔, 자일렌, 또는 메시틸렌을 사용하는 것이 더 바람직하다.
또한, 상술한 구성은 본 실시형태 및 다른 실시형태의 구성 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물에 대하여 설명한다.
제 2 정공 수송 재료로서 사용할 수 있는, 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물의 일부는 신규 화합물이므로, 본 발명의 일 형태이다. 본 발명의 일 형태의 유기 화합물에 대해서는 이하에서 설명한다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 일반식(G1)으로 나타내어진다.
[화학식 7]
Figure pat00007
또한 일반식(G1)에 있어서, R1 내지 R8은 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다.
일반식(G1)에서의 R1 내지 R8의 구체적인 예는 식(1-1) 내지 (1-40)으로 나타내어진다. R1 내지 R8이 각각 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기인 경우, 치환기의 골격의 방향족 탄화수소는 식(2-1) 내지 (2-13)으로 나타내어진다. 또한, 식(2-1) 내지 (2-13)으로 나타내어지는 방향족 탄화수소의 치환 위치에 대한 제한은 없고, 복수의 방향족 탄화수소기를 연결하여 골격을 형성하여도 좋다.
[화학식 8]
Figure pat00008
[화학식 9]
Figure pat00009
또한, R1 내지 R8이 각각 치환기를 포함하는 방향족 탄화수소기인 경우에는, 상기 치환기는, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기, 다이벤조퓨란일기, 다이벤조싸이오페닐기, 벤조나프토퓨란일기, 및 벤조나프토싸이오페닐기 중 임의의 것으로 할 수 있다. R1 내지 R8이 각각 치환기를 포함하는 방향족 탄화수소기이고, 상기 치환기가 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 및 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기 중 임의의 것인 경우, R1 내지 R8의 구체적인 구성예는, R1 내지 R8의 구체적인 예로서 위에 나타낸 식(1-1) 내지 (1-40)으로 나타내어지는 구성과 같다.
R1 내지 R8이 각각 치환기를 포함하는 방향족 탄화수소기이고, 상기 치환기가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기, 다이벤조퓨란일기, 다이벤조싸이오페닐기, 벤조나프토퓨란일기, 및 벤조나프토싸이오페닐기 중 임의의 것인 경우에는, R1 내지 R8의 구체적인 예는 식(1-41) 내지 (1-81)으로 나타내어진다. 식(1-41) 내지 (1-81)으로 나타내어지는 모든 치환기에 있어서, 치환 위치에 제한은 없다.
[화학식 10]
Figure pat00010
[화학식 11]
Figure pat00011
A 및 B 중 한쪽은 일반식(g1)으로 나타내어지는 기를 나타내고, 다른 쪽은 수소, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다. 구체적인 예는 치환기 R1 내지 R8과 같다.
[화학식 12]
Figure pat00012
또한 일반식(g1)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 및 일반식(g2)으로 나타내어지는 기 중 어느 하나를 나타낸다. Ar1 및 Ar2가 각각 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기이고 치환기를 포함하는 경우에는, 상기 치환기는 벤조나프토퓨란일기 및 다이나프토퓨란일기를 포함한다.
[화학식 13]
Figure pat00013
또한 일반식(g2)에 있어서, R11 내지 R18은 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다. Z1 및 Z2 중 한쪽은 일반식(g1)에서 질소 원자에 결합되고, 다른 쪽은 수소, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, 일반식(g2)으로 나타내어지는 기에서의 R11 내지 R18의 구체적인 예는, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물에서의 R1 내지 R8과 같다. 또한, 일반식(g1)으로 나타내어지는 기에 있어서 질소 원자에 결합되지 않는, Z1 및 Z2 중 한쪽의 구체적인 예는, 일반식(g1)으로 나타내어지지 않는, 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물에서의 A 및 B 중 한쪽과 같다. 즉, 일반식(g1)으로 나타내어지는 기에 있어서 질소 원자에 결합되지 않는, Z1 및 Z2 중 한쪽은 수소, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, 이들의 구체적인 예는 상술한 치환기 R1 내지 R8과 같다.
일반식(g1)에서 Ar1 및 Ar2로서 사용될 수 있는, 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기의 구체적인 골격의 예는, 구조식(2-1) 내지 (2-13)으로 나타내어지는 골격이다. 또한, 치환 위치에 제한은 없고, 각 기는 복수의 골격으로 구성되어도 좋다.
[화학식 14]
Figure pat00014
또한, 일반식(g1)에서의 Ar1 및 Ar2가 각각 치환기를 포함하는 방향족 탄화수소기인 경우에는, 상기 치환기는, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기, 다이벤조퓨란일기, 다이벤조싸이오페닐기, 벤조나프토퓨란일기, 및 벤조나프토싸이오페닐기 중 임의의 것으로 할 수 있다. Ar1 및 Ar2가 각각 치환기를 포함하는 방향족 탄화수소기이고, 상기 치환기가 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 및 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기 중 임의의 것인 경우, Ar1 및 Ar2의 구체적인 구성예는, 일반식(G1)에서의 R1 내지 R8의 구체적인 예로서 위에 나타낸 식(1-1) 내지 (1-40)으로 나타내어지는 구성과 같다.
일반식(g1)에서의 Ar1 및 Ar2가 각각 치환기를 포함하는 방향족 탄화수소기이고, 상기 치환기가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기, 다이벤조퓨란일기, 다이벤조싸이오페닐기, 벤조나프토퓨란일기, 및 벤조나프토싸이오페닐기 중 임의의 것인 경우에는, Ar1 및 Ar2의 구체적인 예는 식(1-41) 내지 (1-135)으로 나타내어진다. 식(1-41) 내지 (1-135)으로 나타내어지는 모든 치환기에 있어서, 치환 위치에 제한은 없다.
[화학식 15]
Figure pat00015
[화학식 16]
Figure pat00016
[화학식 17]
Figure pat00017
[화학식 18]
Figure pat00018
[화학식 19]
Figure pat00019
식(g2)으로 나타내어지는 치환기의 구체적인 예는 이하와 같다.
[화학식 20]
Figure pat00020
[화학식 21]
Figure pat00021
[화학식 22]
Figure pat00022
본 발명의 또 다른 일 형태는, 일반식(g1)으로 나타내어지는 상기 기가 일반식(g3)으로 나타내어지는 기인, 유기 화합물이다.
[화학식 23]
Figure pat00023
또한 일반식(g3)에 있어서, Ar3 및 Ar4는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨란일기, 및 치환 또는 비치환된 다이나프토퓨란일기 중 어느 하나를 나타낸다. Ar3 및 Ar4는 일반식(g1)에서의 Ar1 및 Ar2와 같다. 또한, Ar3과 Ar5의 탄소수의 합은 60 이하이고, Ar4와 Ar6의 탄소수의 합은 60 이하이다.
Ar5 및 Ar6은 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 54의 2가의 방향족 탄화수소기를 나타내고, n 및 m은 독립적으로 0 내지 2를 나타낸다. 또한, Ar3과 Ar5의 탄소수의 합은 60 이하이고, Ar4와 Ar6의 탄소수의 합은 60 이하이다. Ar5 및 Ar6의 구체적인 예는 구조식(2-1) 내지 (2-13)으로 나타내어지는 골격을 갖는 2가의 기이다.
[화학식 24]
Figure pat00024
상술한 구성을 갖는 유기 화합물에 있어서, Ar3 및 Ar4가 각각 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라센일기, 및 치환 또는 비치환된 피렌일기 중 어느 하나를 나타내면, 내열성이 높고 막 품질이 양호하고 정공 수송성이 양호한 수송층으로 할 수 있기 때문에 바람직하다. 특히, Ar3 및 Ar4 각각이 페닐기를 나타내면, 정공 수송성이 양호한 층을 효율적으로 퇴적할 수 있기 때문에 바람직하다.
상술한 구성을 갖는 유기 화합물에 있어서, Ar5 및 Ar6이 각각 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 나프틸렌기, 치환 또는 비치환된 안트라센일렌기, 및 치환 또는 비치환된 피렌일렌기 중 어느 하나를 나타내면, 내열성이 높고 막 품질이 양호하고 정공 수송성이 양호한 수송층으로 할 수 있기 때문에 바람직하다. 특히, Ar5 및 Ar6 각각이 페닐렌기를 나타내면, 정공 수송성이 양호한 층을 효율적으로 퇴적할 수 있기 때문에 바람직하다.
상술한 구성을 갖는 유기 화합물에 있어서, n 및 m 중 한쪽이 1이고 다른 쪽이 0이면, 정공 수송성이 양호한 고품질의 막이 실현되므로 특히 바람직하다.
상술한 구성을 갖는 유기 화합물의 구체적인 예는 이하와 같다.
[화학식 25]
Figure pat00025
[화학식 26]
Figure pat00026
[화학식 27]
Figure pat00027
[화학식 28]
Figure pat00028
[화학식 29]
Figure pat00029
[화학식 30]
Figure pat00030
[화학식 31]
Figure pat00031
[화학식 32]
Figure pat00032
[화학식 33]
Figure pat00033
[화학식 34]
Figure pat00034
[화학식 35]
Figure pat00035
[화학식 36]
Figure pat00036
[화학식 37]
Figure pat00037
[화학식 38]
Figure pat00038
[화학식 39]
Figure pat00039
[화학식 40]
Figure pat00040
[화학식 41]
Figure pat00041
[화학식 42]
Figure pat00042
[화학식 43]
Figure pat00043
[화학식 44]
Figure pat00044
[화학식 45]
Figure pat00045
[화학식 46]
Figure pat00046
[화학식 47]
Figure pat00047
상술한 유기 화합물을 이하에 나타낸 합성 스킴(a-1), (a-2), (b-1), 및 (b-2)에 의하여 합성할 수 있다.
일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법에 대하여 설명한다. 일반식(G1)에 있어서, R1 내지 R8은 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다. A 및 B 중 한쪽은 일반식(g1)으로 나타내어지는 기를 나타내고, 다른 쪽은 수소, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다.
[화학식 48]
Figure pat00048
또한 일반식(g1)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기를 나타낸다. Ar1 및 Ar2가 각각 치환기를 포함하는 경우에는, 치환기는 벤조나프토퓨란일기 및 다이나프토퓨란일기를 포함한다.
[화학식 49]
Figure pat00049
따라서, 일반식(G1)을 일반식(G1-a) 또는 (G1-b)으로 나타낼 수 있다. 일반식(G1-a) 및 (G1-b)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법에는 다양한 반응을 적용할 수 있다. 또한, 일반식(G1-a) 및 (G1-b)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물의 합성 방법은 이하의 합성 방법에 한정되지 않는다.
[화학식 50]
Figure pat00050
[화학식 51]
Figure pat00051
<일반식(G1-a)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법>
일반식(G1-a)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 이하에 나타내는 합성 스킴(a-1) 또는 (a-2)에 의하여 합성할 수 있다.
즉, 벤조나프토퓨란 화합물(화합물 1)을 다이아릴아민(화합물 2)과 결합함으로써, 벤조나프토퓨란일아미노 화합물(G1-a)을 얻을 수 있다. 또는, 벤조나프토퓨란일아민(화합물 3)을 아릴 골격(화합물 4)을 갖는 화합물과 결합함으로써, 벤조나프토퓨란일아미노 화합물(G1-a)을 얻을 수 있다. 합성 스킴(a-1) 및 (a-2)은 이하에 나타낸다.
[화학식 52]
Figure pat00052
[화학식 53]
Figure pat00053
합성 스킴(a-1) 및 (a-2)에 있어서, R1 내지 R8은 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다. A는 수소, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다. Ar1 및 Ar2는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기를 나타낸다. Ar1 및 Ar2가 각각 치환기를 포함하는 경우에는, 상기 치환기는 벤조나프토퓨란일기 및 다이나프토퓨란일기를 포함하고, 아미노기를 포함하지 않는다.
X1 및 X4는 독립적으로 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 트라이플레이트기를 나타내고, X2 및 X3은 독립적으로 수소 또는 유기 주석기 등을 나타낸다.
합성 스킴(a-1) 및 (a-2)에서, 팔라듐 촉매를 사용하는 Buchwald-Hartwig 반응을 적용하는 경우, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0), 아세트산 팔라듐(II), [1,1-비스(다이페닐포스피노)페로센]팔라듐(II) 다이클로라이드, 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0), 또는 알릴팔라듐(II)클로라이드(다이머) 등의 팔라듐 화합물, 및 트라이(tert-뷰틸)포스핀, 트라이(n-헥실)포스핀, 트라이사이클로헥실포스핀, 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀, 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐, 트라이(오쏘-톨릴)포스핀, 또는 (S)-(6,6'-다이메톡시바이페닐-2,2'-다이일)비스(다이아이소프로필포스핀)(약칭: cBRIDP(등록 상표)) 등의 배위자를 사용할 수 있다. 상기 반응에서, 소듐 tert-뷰톡사이드 등의 유기 염기, 또는 탄산 포타슘, 탄산 세슘, 또는 탄산 소듐 등의 무기 염기 등을 사용할 수 있다. 상기 반응에서, 톨루엔, 자일렌, 벤젠, 테트라하이드로퓨란, 또는 다이옥세인 등을 용매로서 사용할 수 있다. 상기 반응에 사용할 수 있는 시약은 상술한 시약에 한정되지 않는다.
구리 또는 구리 화합물을 사용하는 울만 반응을 합성 스킴(a-1), (a-2), 및 (b-1)에서 수행하는 경우, X1 및 X4는 독립적으로 염소, 브로민, 또는 아이오딘을 나타내고, X2 및 X3은 수소를 나타낸다. 구리 또는 구리 화합물을 상기 반응에 사용할 수 있다. 사용되는 염기의 예에는, 탄산 포타슘 등의 무기 염기가 포함된다. 상기 반응에 사용할 수 있는 용매의 예에는, 1,3-다이메틸-3,4,5,6-테트라하이드로-2(1H)피리미디논(DMPU), 톨루엔, 자일렌, 및 벤젠이 포함된다. 울만 반응에서는, 반응 온도가 100℃ 이상이면 더 짧은 시간에 더 높은 수율로 목적의 결과물을 얻을 수 있기 때문에, 비점이 높은 DMPU 또는 자일렌을 사용하는 것이 바람직하다. 반응 온도가 150℃ 이상인 것이 더 바람직하므로, DMPU를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 반응에서 사용할 수 있는 시약은 상술한 시약에 한정되지 않는다.
<일반식(G1-b)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법>
일반식(G1-b)으로 나타내어지는 본 발명의 유기 화합물은 이하에 나타내는 합성 스킴(b-1) 또는 (b-2)에 의하여 합성할 수 있다.
즉, 벤조나프토퓨란 화합물(화합물 5)을 다이아릴아민(화합물 6)과 결합함으로써, 벤조나프토퓨란일아미노 화합물(G1-b)을 얻을 수 있다. 또는, 벤조나프토퓨란일아민(화합물 7)을 아릴 골격(화합물 8)을 갖는 화합물과 결합함으로써, 벤조나프토퓨란일아미노 화합물(G1-b)을 얻을 수 있다. 합성 스킴(b-1) 및 (b-2)은 이하에 나타낸다.
[화학식 54]
Figure pat00054
[화학식 55]
Figure pat00055
합성 스킴(b-1) 및 (b-2)에 있어서, R1 내지 R8은 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다. A는 수소, 탄소수 3 내지 6의 환상 탄화수소기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 사이아노기, 할로젠, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 탄소수 1 내지 6의 탄화수소기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기 중 어느 하나를 나타낸다. Ar1 및 Ar2는 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소기를 나타낸다. Ar1 및 Ar2가 각각 치환기를 포함하는 경우에는, 상기 치환기는 벤조나프토퓨란일기 및 다이나프토퓨란일기를 포함하고, 아미노기를 포함하지 않는다.
X1 및 X4는 독립적으로 염소, 브로민, 아이오딘, 또는 트라이플레이트기를 나타내고, X2 및 X3은 독립적으로 수소 또는 유기 주석기 등을 나타낸다.
합성 스킴(b-1) 및 (b-2)에서, 팔라듐 촉매를 사용하는 Buchwald-Hartwig 반응을 적용하는 경우, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0), 아세트산 팔라듐(II), [1,1'-비스(다이페닐포스피노)페로센]팔라듐(II) 다이클로라이드, 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0), 또는 알릴팔라듐(II)클로라이드(다이머) 등의 팔라듐 화합물, 및 트라이(tert-뷰틸)포스핀, 트라이(n-헥실)포스핀, 트라이사이클로헥실포스핀, 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀, 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐, 트라이(오쏘-톨릴)포스핀, 또는 (S)-(6,6'-다이메톡시바이페닐-2,2'-다이일)비스(다이아이소프로필포스핀)(약칭: cBRIDP(등록 상표)) 등의 배위자를 사용할 수 있다. 상기 반응에서, 소듐 tert-뷰톡사이드 등의 유기 염기, 또는 탄산 포타슘, 탄산 세슘, 또는 탄산 소듐 등의 무기 염기 등을 사용할 수 있다. 상기 반응에서, 톨루엔, 자일렌, 벤젠, 테트라하이드로퓨란, 또는 다이옥세인 등을 용매로서 사용할 수 있다. 상기 반응에서 사용할 수 있는 시약은 상술한 시약에 한정되지 않는다.
구리 또는 구리 화합물을 사용하는 울만 반응을 합성 스킴(b-1) 및 (b-2)에서 수행하는 경우, X1 및 X4는 독립적으로 염소, 브로민, 또는 아이오딘을 나타내고, X2 및 X3은 수소를 나타낸다. 구리 또는 구리 화합물을 상기 반응에 사용할 수 있다. 사용되는 염기의 예에는, 탄산 포타슘 등의 무기 염기가 포함된다. 상기 반응에 사용할 수 있는 용매의 예에는, 1,3-다이메틸-3,4,5,6-테트라하이드로-2(1H)피리미디논(DMPU), 톨루엔, 자일렌, 및 벤젠이 포함된다. 울만 반응에서는, 반응 온도가 100℃ 이상이면 더 짧은 시간에 더 높은 수율로 목적의 결과물을 얻을 수 있기 때문에, 비점이 높은 DMPU 또는 자일렌을 사용하는 것이 바람직하다. 반응 온도가 150℃ 이상인 것이 더 바람직하므로, DMPU를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 반응에 사용할 수 있는 시약은 상술한 시약에 한정되지 않는다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 포함하는 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 사용하여 제작된 발광 장치에 대하여 도 2의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다. 또한, 도 2의 (A)는 발광 장치의 상면도이고, 도 2의 (B)는 도 2의 (A)의 선 A-B 및 C-D를 따라 취한 단면도이다. 이 발광 장치는, 발광 소자의 발광을 제어하는, 점선으로 도시된 구동 회로부(소스선 구동 회로)(601), 화소부(602), 및 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(603)를 포함한다. 부호 604는 밀봉 기판을 나타내고, 605는 밀봉 재료를 나타내고, 607은 밀봉 재료(605)로 둘러싸인 공간을 나타낸다.
부호 608은, 소스선 구동 회로(601) 및 게이트선 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송하며, 외부 입력 단자로서 기능하는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 및 리셋 신호 등의 신호를 수신하기 위한 배선을 나타낸다. 여기서는 FPC만을 도시하였지만, FPC에 인쇄 배선판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서의 발광 장치는 발광 장치 자체뿐만 아니라, FPC 또는 PWB가 제공된 발광 장치도 그 범주에 포함한다.
다음으로, 도 2의 (B)를 참조하여 단면 구조에 대하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있으며, 도 2의 (B)에는 구동 회로부인 소스선 구동 회로(601), 및 화소부(602)에서의 하나의 화소를 나타내었다.
소자 기판(610)은 유리, 석영, 유기 수지, 금속, 합금, 또는 반도체 등을 포함하는 기판이어도 좋고, 또는 FRP(fiber reinforced plastic), PVF(poly(vinyl fluoride)), 폴리에스터, 또는 아크릴로 형성된 플라스틱 기판이어도 좋다.
화소 및 구동 회로에 사용되는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 역 스태거형 트랜지스터를 사용하여도 좋고, 스태거형 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 또한, 톱 게이트형 트랜지스터 또는 보텀 게이트형 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 트랜지스터에 사용되는 반도체 재료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 실리콘, 저마늄, 탄소화 실리콘, 또는 질화 갈륨 등을 사용할 수 있다. 또는, In-Ga-Zn계 금속 산화물 등, 인듐, 갈륨, 및 아연 중 적어도 하나를 포함하는 산화물 반도체를 사용하여도 좋다.
트랜지스터에 사용하는 반도체 재료의 결정성에 특별한 한정은 없고, 비정질 반도체 또는 결정성을 갖는 반도체(미결정(microcrystalline) 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 부분적으로 결정 영역을 포함하는 반도체)를 사용하여도 좋다. 결정성을 갖는 반도체가 사용되는 경우, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
여기서, 화소 및 구동 회로에 제공되는 트랜지스터, 및 후술하는 터치 센서에 사용되는 트랜지스터 등의 반도체 장치에는 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 사용하면, 트랜지스터의 오프 상태 전류를 저감시킬 수 있다.
산화물 반도체는 적어도 인듐(In) 또는 아연(Zn)을 포함하는 것이 바람직하다. 산화물 반도체는 In-M-Zn계 산화물(M은 Al, Ti, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, 또는 Hf 등의 금속을 나타냄)로 나타내어지는 산화물을 포함하는 것이 더 바람직하다.
반도체층이 형성되는 표면, 또는 반도체층의 상면에 대하여 c축이 수직으로 배향되고, 또한 인접한 결정부가 결정립계를 갖지 않는 복수의 결정부를 포함하는 산화물 반도체막을 반도체층으로서 사용하는 것이 특히 바람직하다.
반도체층에 이러한 재료를 사용함으로써, 전기 특성의 변동이 억제된, 신뢰성이 높은 트랜지스터를 제공할 수 있다.
트랜지스터의 오프 상태 전류는 낮기 때문에, 상술한 반도체층을 포함하는 트랜지스터를 통하여 용량에 축적된 전하는 오랫동안 유지될 수 있다. 이러한 트랜지스터를 화소에 사용하면, 각 표시 영역에 표시된 화상의 계조를 유지하면서, 구동 회로의 동작을 정지할 수 있다. 결과적으로, 소비전력이 매우 낮은 전자 기기를 얻을 수 있다.
트랜지스터의 안정적인 특성을 위하여, 하지막을 제공하는 것이 바람직하다. 하지막은 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화 질화 실리콘막, 또는 질화 산화 실리콘막 등의 무기 절연막을 사용하여 단층 구조 또는 적층 구조로 형성할 수 있다. 하지막을 스퍼터링법, CVD(chemical vapor deposition)법(예를 들어, 플라스마 CVD법, 열 CVD법, 또는 MOCVD(metal organic CVD)법), ALD(atomic layer deposition)법, 도포법, 또는 인쇄법 등에 의하여 형성할 수 있다. 또한, 하지막은 반드시 제공할 필요는 없다.
또한, 구동 회로부(601)에 형성되는 트랜지스터로서 FET(623)를 도시하였다. 또한, CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로 등 다양한 회로 중 임의의 것을 사용하여 구동 회로를 형성하여도 좋다. 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로가 형성되는 드라이버 일체형을 도시하였지만, 구동 회로를 기판 위에 반드시 형성할 필요는 없고, 구동 회로를 기판 위가 아닌 외부에 형성할 수도 있다.
화소부(602)는 스위칭 FET(611), 전류 제어 FET(612), 및 전류 제어 FET(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 양극(613)을 포함하는 복수의 화소를 포함한다. 본 발명의 일 형태는 이 구조에 한정되지 않는다. 화소부(602)는 3개 이상의 FET와 용량 소자를 조합하여 포함하여도 좋다.
또한, 양극(613)의 단부를 덮도록, 여기서는 포지티브 감광성 아크릴 수지막을 사용하여 절연물(614)을 형성한다.
나중에 형성되는 EL층 등과의 피복성을 향상시키기 위하여, 절연물(614)은 그 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면을 갖도록 형성된다. 예를 들어, 절연물(614)의 재료로서 포지티브 감광성 아크릴을 사용하는 경우, 절연물(614)의 상단부만이 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 갖는 곡면을 갖는 것이 바람직하다. 절연물(614)로서, 네거티브 감광성 수지 또는 포지티브 감광성 수지를 사용할 수 있다.
양극(613) 위에는 EL층(616) 및 음극(617)이 형성되어 있다. 여기서, 양극(613)에 사용되는 재료로서는, 일함수가 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, ITO막, 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물막, 산화 아연을 2wt% 내지 20wt% 포함하는 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, 또는 Pt막 등의 단층막, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로 포함하는 막의 적층, 또는 질화 타이타늄막, 알루미늄을 주성분으로 포함하는 막, 및 질화 타이타늄막의 3개의 층의 적층 등을 사용할 수 있다. 상기 적층 구조는 낮은 배선 저항 및 양호한 옴 콘택트(ohmic contact)를 가능하게 한다.
EL층(616)은 증착 마스크를 사용하는 증착법, 잉크젯법, 및 스핀 코팅법 등 각종 방법 중 임의의 것에 의하여 형성된다. EL층(616)은 실시형태 1에서 설명한 구성을 갖는다. EL층(616)에 포함되는 또 다른 재료로서, 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머 또는 덴드리머를 포함함)을 사용하여도 좋다.
EL층(616) 위에 형성되는 음극(617)에 사용되는 재료로서는, 일함수가 낮은 재료(예를 들어, Al, Mg, Li, 및 Ca, 또는 이들의 합금 또는 화합물(MgAg, MgIn, 또는 AlLi 등))가 사용되는 것이 바람직하다. EL층(616)에서 발생된 광이 음극(617)을 통과하는 경우에는, 금속 박막과 투명 도전막(예를 들어 ITO, 2wt% 내지 20wt% 산화 아연을 포함하는 산화 인듐, 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물, 또는 산화 아연(ZnO))의 적층이 음극(617)에 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 발광 소자는 양극(613), EL층(616), 및 음극(617)으로 형성되어 있다. 상기 발광 소자는 실시형태 1에서 설명한 발광 소자이다. 본 실시형태의 발광 장치에서, 복수의 발광 소자를 포함하는 화소부는 실시형태 1에서 설명한 발광 소자와, 다른 구성을 갖는 발광 소자의 양쪽을 포함하여도 좋다.
밀봉 재료(605)로 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)에 접착시켜, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 밀봉 재료(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 소자(618)를 제공한다. 공간(607)은 충전제로 충전되거나, 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등) 또는 밀봉 재료로 충전될 수 있다. 밀봉 기판에 오목부가 제공되고 상기 오목부에 건조제가 제공되면, 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
밀봉 재료(605)에는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 재료는 수분 또는 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 밀봉 기판(604)으로서는 유리 기판, 석영 기판, 또는 FRP(fiber reinforced plastic), PVF(poly(vinyl fluoride)), 폴리에스터, 또는 아크릴로 형성된 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
도 2의 (A) 및 (B)에는 도시되지 않았지만, 음극 위에 보호막을 제공하여도 좋다. 보호막으로서는, 유기 수지막 또는 무기 절연막을 형성하여도 좋다. 보호막은, 밀봉 재료(605)의 노출된 부분을 덮도록 형성되어도 좋다. 보호막은, 한 쌍의 기판의 표면과 측면, 및 밀봉층 및 절연층 등의 노출된 측면을 덮도록 제공하여도 좋다.
보호막은, 물 등의 불순물을 쉽게 투과시키지 않는 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 따라서, 물 등의 불순물이 외부로부터 내부로 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
보호막의 재료로서는, 산화물, 질화물, 플루오린화물, 황화물, 3원 화합물, 금속, 또는 폴리머 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 재료는 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 하프늄 실리케이트, 산화 란타넘, 산화 실리콘, 타이타늄산 스트론튬, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 아연, 산화 네오디뮴, 산화 지르코늄, 산화 주석, 산화 이트륨, 산화 세륨, 산화 스칸듐, 산화 어븀, 산화 바나듐, 산화 인듐, 질화 알루미늄, 질화 하프늄, 질화 실리콘, 질화 탄탈럼, 질화 타이타늄, 질화 네오디뮴, 질화 몰리브데넘, 질화 지르코늄, 질화 갈륨, 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, 또는 이트륨 및 지르코늄을 포함하는 산화물 등을 포함하여도 좋다.
보호막은 단차 피복성(step coverage)이 양호한 퇴적 방법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 방법의 하나는 ALD(atomic layer deposition)법이다. ALD법에 의하여 퇴적할 수 있는 재료를 보호막에 사용하는 것이 바람직하다. ALD법에 의하여, 크랙 또는 핀홀 등의 결함이 저감되며 두께가 균일하며 치밀한 보호막을 형성할 수 있다. 또한, 보호막의 형성 시에 가공 부재에 생기는 손상을 저감시킬 수 있다.
ALD법에 의하여, 예를 들어 복잡한 요철 형상을 갖는 표면, 또는 터치 패널의 상면, 측면, 및 하면에도 결함이 적고 균일한 보호막을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 사용하여 제작된 발광 장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태에서의 발광 장치는, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 사용하여 제작되기 때문에, 양호한 특성을 가질 수 있다. 구체적으로는, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자는 수명이 길기 때문에, 신뢰성이 높은 발광 장치로 할 수 있다. 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 사용한 발광 장치는 발광 효율이 높기 때문에, 소비전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
도 3의 (A) 및 (B)는 각각 백색 발광을 나타내는 발광 소자의 형성 및 착색층(컬러 필터) 등의 사용에 의하여 풀 컬러 표시를 실현한 발광 장치의 예를 도시한 것이다. 도 3의 (A)는, 기판(1001), 하지 절연막(base insulating film)(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 및 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 양극(1024W, 1024R, 1024G, 및 1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 소자의 음극(1029), 밀봉 기판(1031), 및 밀봉 재료(1032) 등을 도시한 것이다.
도 3의 (A)에서는, 투명 기재(1033) 상에 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 제공되어 있다. 블랙 매트릭스(1035)가 추가적으로 제공되어도 좋다. 착색층 및 블랙 매트릭스가 제공된 투명 기재(1033)는 기판(1001)에 배치 및 고정된다. 또한, 착색층 및 블랙 매트릭스(1035)는 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 도 3의 (A)에서는, 발광층의 일부로부터 방출된 광은 착색층을 통과하지 않고, 발광층의 다른 일부로부터 방출된 광은 착색층을 통과한다. 착색층을 통과하지 않는 광은 백색이고 착색층들 중 어느 하나를 통과하는 광은 적색, 녹색, 또는 청색이기 때문에, 그 4가지 색의 화소를 사용하여 화상을 표시할 수 있다.
도 3의 (B)는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 제공된 예를 도시한 것이다. 이 구조와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
상술한 발광 장치는, FET가 형성되는 기판(1001) 측으로부터 광이 추출되는 구조(보텀 이미션 구조(bottom emission structure))를 갖는 발광 장치이지만, 밀봉 기판(1031) 측으로부터 광이 추출되는 구조(톱 이미션 구조(top emission structure))를 갖는 발광 장치이어도 좋다. 도 4는 톱 이미션 구조를 갖는 발광 장치의 단면도이다. 이 경우, 기판(1001)으로서 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. FET와 발광 소자의 양극을 접속시키는 접속 전극을 형성하는 단계까지의 공정은, 보텀 이미션 구조를 갖는 발광 장치와 비슷한 식으로 수행된다. 그리고, 제 3 층간 절연막(1037)이 전극(1022)을 덮도록 형성된다. 이 절연막은 평탄화 기능을 가져도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 비슷한 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 다른 공지의 재료 중 임의의 것을 사용하여 형성할 수도 있다.
여기서, 발광 소자의 양극(1024W, 1024R, 1024G, 및 1024B)은 각각 양극으로서 기능하지만, 음극으로서 기능하여도 좋다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같은 톱 이미션 구조를 갖는 발광 장치의 경우, 양극은 반사 전극인 것이 바람직하다. EL층(1028)은, 실시형태 1에서 설명한 EL층(103)의 구조와 비슷한 구조를 갖도록 형성되고, 이로써 백색 발광을 얻을 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같은 톱 이미션 구조의 경우, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 제공되는 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 수행할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치하는 블랙 매트릭스(1035)가 제공되어도 좋다. 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))과 블랙 매트릭스는 오버코트층(1036)으로 덮여도 좋다. 또한, 밀봉 기판(1031)으로서 투광성 기판이 사용된다. 여기서는 적색, 녹색, 청색, 및 백색의 4가지 색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하는 예를 나타내었지만, 특별한 제한은 없으며, 적색, 황색, 녹색, 및 청색의 4가지 색, 또는 적색, 녹색, 및 청색의 3가지 색을 사용하는 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다.
톱 이미션 구조를 갖는 발광 장치에서는, 마이크로캐비티 구조를 바람직하게 채용할 수 있다. 마이크로캐비티 구조를 갖는 발광 소자는 양극으로서 반사 전극을, 음극으로서 반투과·반반사 전극을 사용하여 형성된다. 마이크로캐비티 구조를 갖는 발광 소자는 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에, 발광 영역으로서 기능하는 발광층을 적어도 포함하는 EL층을 적어도 포함한다.
또한, 반사 전극은 가시광의 반사율이 40% 내지 100%, 바람직하게는 70% 내지 100%이고, 저항률이 1×10-2Ωcm 이하이다. 또한, 반투과·반반사 전극은 가시광의 투과율이 20% 내지 80%, 바람직하게는 40% 내지 70%이고, 저항률이 1×10-2Ωcm 이하이다.
EL층에 포함되는 발광층으로부터 방출되는 광은, 반사 전극 및 반투과·반반사 전극에 의하여 반사되어 공진한다.
상기 발광 소자에 있어서, 투명 도전막, 복합 재료, 및 캐리어 수송 재료 등의 두께를 바꿈으로써 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이의 광로의 길이를 변경할 수 있다. 그러므로, 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에서 공진하는 파장의 광을 강하게 할 수 있고, 이들 사이에서 공진하지 않는 파장의 광을 약하게 할 수 있다.
또한, 반사 전극에 의하여 반사되어 되돌아온 광(제 1 반사광)은, 발광층으로부터 반투과·반반사 전극으로 직접 들어가는 광(제 1 입사광)과 상당히 간섭한다. 이러한 이유로, 반사 전극과 발광층 사이의 광로의 길이를 (2n-1)λ/4(n은 1 이상의 자연수이고 λ는 증폭될 색의 파장임)로 조절하는 것이 바람직하다. 광로의 길이를 조절함으로써, 제 1 반사광과 제 1 입사광의 위상을 서로 일치시키고 발광층으로부터 방출되는 광을 더 증폭시킬 수 있다.
또한, 상술한 구성에서, EL층은 복수의 발광층을 포함하여도 좋고, 단층의 발광층을 포함하여도 좋다. 상술한 탠덤 발광 소자는 복수의 EL층과 조합되어도 좋고, 예를 들어 발광 소자는, 복수의 EL층이 제공되고, EL층들 사이에 전하 발생층이 제공되고, 각 EL층이 복수의 발광층 또는 단층의 발광층을 포함하는 구성을 가져도 좋다.
마이크로캐비티 구조에 의하여, 정면 방향에서의 특정 파장의 발광 강도를 높일 수 있고, 이에 의하여 소비전력을 저감시킬 수 있다. 또한, 적색, 황색, 녹색, 및 청색의 4가지 색의 부화소로 화상을 표시하는 발광 장치의 경우에는, 황색 발광에 의하여 휘도를 증가시킬 수 있고, 각 부화소가 상당하는 색의 파장에 적합한 마이크로캐비티 구조를 채용할 수 있기 때문에, 발광 장치는 양호한 특성을 가질 수 있다.
본 실시형태에서의 발광 장치는, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 사용하여 제작되기 때문에, 양호한 특성을 가질 수 있다. 구체적으로는, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자는 수명이 길기 때문에, 신뢰성이 높은 발광 장치로 할 수 있다. 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 사용한 발광 장치는 발광 효율이 높기 때문에, 소비전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
위에서는 액티브 매트릭스 발광 장치에 대하여 설명하였지만, 아래에서는 패시브 매트릭스 발광 장치에 대하여 설명한다. 도 5의 (A) 및 (B)는 본 발명을 사용하여 제작된 패시브 매트릭스 발광 장치를 도시한 것이다. 또한, 도 5의 (A)는 발광 장치의 사시도이고, 도 5의 (B)는 도 5의 (A)의 선 X-Y를 따라 취한 단면도이다. 도 5의 (A) 및 (B)에서, 기판(951) 위에는, 전극(952)과 전극(956) 사이에 EL 층(955)이 제공되어 있다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮여 있다. 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 제공되어 있다. 격벽층(954)의 측벽은, 양쪽 측벽 사이의 거리가 기판 표면을 향하여 서서히 좁아지도록 경사져 있다. 바꿔 말하면, 격벽층(954)의 짧은 변 방향을 따라 취한 단면은 사다리꼴이고, 저변(절연층(953)의 표면에 평행하며 절연층(953)과 접촉하는 사다리꼴의 변)은 윗변(절연층(953)의 표면에 평행하며 절연층(953)과 접촉하지 않는 사다리꼴의 변)보다 짧다. 따라서, 제공된 격벽층(954)에 의하여 정전기 등으로 인한 발광 소자의 결함을 방지할 수 있다. 패시브 매트릭스 발광 장치도 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 포함하기 때문에, 신뢰성이 높고 소비전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
상술한 발광 장치에서는 매트릭스로 배열된 다수의 미세한 발광 소자를 각각 제어할 수 있기 때문에, 상기 발광 장치는 화상을 표시하기 위한 표시 장치로서 적합하게 사용할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태 중 임의의 것과 자유로이 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자가 조명 장치에 사용된 예에 대하여 도 6의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다. 도 6의 (B)는 조명 장치의 상면도이고, 도 6의 (A)는 도 6의 (B)의 선 e-f를 따라 취한 단면도이다.
본 실시형태의 조명 장치에서는, 지지체이며 투광성을 갖는 기판(400) 위에 양극(401)이 형성된다. 양극(401)은 실시형태 1의 양극(101)에 상당한다. 양극(401) 측을 통하여 광이 추출될 때, 양극(401)은 투광성을 갖는 재료를 사용하여 형성된다.
기판(400) 위에는, 음극(404)에 전압을 인가하기 위한 패드(412)가 제공된다.
양극(401) 위에 EL층(403)이 형성된다. EL층(403)의 구성은, 예를 들어, 실시형태 1에서의 EL층(103)의 구성, 또는 발광 유닛(511 및 512)과 전하 발생층(513)이 조합된 구성에 상당한다. 이 구성에는 상기 설명을 참조한다.
EL층(403)을 덮도록 음극(404)을 형성한다. 음극(404)은 실시형태 1에서의 음극(102)에 상당한다. 음극(404)은, 양극(401) 측을 통하여 광이 추출될 때, 반사성이 높은 재료를 사용하여 형성된다. 음극(404)은 패드(412)에 접속됨으로써, 전압이 인가된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에서 설명한 조명 장치는 양극(401), EL층(403), 및 음극(404)을 포함하는 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자는 발광 효율이 높은 발광 소자이기 때문에, 본 실시형태에서의 조명 장치를 소비전력이 낮은 조명 장치로 할 수 있다.
상술한 구성을 갖는 발광 소자가 제공된 기판(400)을 밀봉 재료(405 및 406)에 의하여 밀봉 기판(407)에 고정하고 밀봉함으로써, 조명 장치가 완성된다. 밀봉 재료(405) 또는 밀봉 재료(406) 중 한쪽만을 사용할 수 있다. 내부 밀봉 재료(406)(도 6의 (B)에는 미도시)는 건조제와 혼합될 수 있어, 수분을 흡착할 수 있기 때문에, 신뢰성이 향상된다.
패드(412) 및 양극(401)의 일부가 밀봉 재료(405 및 406)의 외부로 연장되어 있으면, 그 연장된 부분은 외부 입력 단자로서 기능할 수 있다. 외부 입력 단자 위에는 컨버터 등이 실장된 IC칩(420)을 제공하여도 좋다.
본 실시형태에서 설명한 조명 장치는 본 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 EL 소자로서 포함하기 때문에, 신뢰성이 높은 발광 장치로 할 수 있다. 또한, 소비전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 각각 포함하는 전자 기기의 예에 대하여 설명한다. 실시형태 1에서 설명한 발광 소자는 수명이 길고 신뢰성이 높다. 결과적으로, 본 실시형태에서 설명한 전자 기기는 신뢰성이 높은 발광부를 각각 포함할 수 있다.
상술한 발광 소자를 적용하는 전자 기기의 예에는 텔레비전 장치(TV 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라 및 디지털 비디오 카메라 등의 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화(휴대폰 또는 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 및 파친코 기기 등의 대형 게임기 등이 포함된다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 이하에서 제시한다.
도 7의 (A)는 텔레비전 장치의 예를 도시한 것이다. 상기 텔레비전 장치에서는, 하우징(7101)에 표시부(7103)가 내장되어 있다. 여기서는, 하우징(7101)이 스탠드(7105)로 지지되어 있다. 표시부(7103)에 화상을 표시할 수 있고, 표시부(7103)에서는, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자들이 매트릭스로 배열된다.
텔레비전 장치의 조작은 하우징(7101)의 조작 스위치 또는 별체의 리모트 컨트롤러(7110)에 의하여 수행할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)의 조작 키(7109)에 의하여 채널 및 음량을 제어할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 화상을 제어할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)에는 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 데이터를 표시하기 위한 표시부(7107)가 제공되어도 좋다.
또한, 텔레비전 장치에는 수신기 및 모뎀 등이 제공된다. 수신기를 사용하여, 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한, 모뎀을 통하여 유선 또는 무선의 통신 네트워크에 텔레비전 장치를 접속하면, 단방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 사이 또는 수신자들 사이)의 정보 통신을 수행할 수 있다.
도 7의 (B1)은, 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 및 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함하는 컴퓨터를 도시한 것이다. 또한, 이 컴퓨터는, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 표시부(7203)에서 매트릭스로 배열함으로써 제작된다. 도 7의 (B1)에 도시된 컴퓨터는 도 7의 (B2)에 도시된 구성을 가져도 좋다. 도 7의 (B2)에 도시된 컴퓨터에는 키보드(7204)와 포인팅 디바이스(7206) 대신에 제 2 표시부(7210)가 제공되어 있다. 제 2 표시부(7210)는 터치스크린을 가지며, 제 2 표시부(7210)에 표시되는 화상을 손가락 또는 전용 펜으로 조작함으로써 입력을 수행할 수 있다. 제 2 표시부(7210)는 입력용 표시 외의 화상을 표시할 수도 있다. 표시부(7203)가 터치스크린을 가져도 좋다. 상기 2개의 스크린을 힌지로 접속시킴으로써, 예를 들어, 컴퓨터를 보관 또는 운반하는 동안에 스크린이 긁히거나 파손되는 문제를 방지할 수 있다.
도 7의 (C)는, 휴대용 게임기를 펼치거나 접을 수 있도록 연결부(7303)에 의하여 접속된 하우징(7301) 및 하우징(7302)의 2개의 하우징을 갖는 휴대용 게임기를 도시한 것이다. 하우징(7301)은, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자들이 매트릭스로 배열된 표시부(7304)를 내장하고, 하우징(7302)은 표시부(7305)를 내장한다. 또한, 도 7의 (C)에 도시된 휴대용 게임기는 스피커부(7306), 기록 매체 삽입부(7307), LED 램프(7308), 입력 수단(조작 키(7309), 접속 단자(7310), 센서(7311)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 갖는 센서), 및 마이크로폰(7312)) 등을 포함한다. 물론, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자들이 매트릭스로 배열된 표시부를 표시부(7304) 또는 표시부(7305), 또는 양쪽 모두에 사용하기만 하면, 휴대용 게임기의 구성은 상기에 한정되지 않고, 상기 구성은 기타 부속물을 적절히 포함할 수 있다. 도 7의 (C)에 도시된 휴대용 게임기는, 기록 매체에 저장되는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 이를 표시부에 표시하는 기능, 및 무선 통신에 의하여 또 다른 휴대용 게임기와 정보를 공유하는 기능을 갖는다. 또한, 도 7의 (C)에 도시된 휴대용 게임기의 기능은 이들에 한정되지 않고, 휴대용 게임기는 다양한 기능을 가질 수 있다.
도 7의 (D)는 휴대 단말의 예를 도시한 것이다. 휴대 전화(7400)에는 하우징(7401)에 내장된 표시부(7402), 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 및 마이크로폰(7406) 등이 제공되어 있다. 또한, 휴대 전화(7400)는, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자들이 매트릭스로 배열된 표시부(7402)를 갖는다.
도 7의 (D)에 도시된 휴대 단말의 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치하면, 휴대 단말에 데이터를 입력할 수 있다. 이 경우, 전화를 걸거나 이메일을 작성하는 등의 조작은, 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 수행할 수 있다.
표시부(7402)에는 주로 3가지 화면 모드가 있다. 제 1 모드는 주로 화상을 표시하기 위한 표시 모드이다. 제 2 모드는 주로 문자 등의 정보를 입력하기 위한 입력 모드이다. 제 3 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2가지 모드가 조합된 표시 및 입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 또는 이메일을 작성하는 경우에는, 표시부(7402)에 대하여 문자 입력 모드를 선택하여, 화면에 표시된 문자를 입력할 수 있다. 이 경우, 표시부(7402)의 거의 전체 화면에 키보드 또는 번호 버튼을 표시하는 것이 바람직하다.
기울기를 검출하기 위한 자이로스코프 또는 가속도 센서 등의 센서를 포함하는 검지 장치가 휴대 단말 내에 제공되어 있으면, 휴대 단말의 방향(휴대 단말이 가로로 배치되는지 세로로 배치되는지)을 판정함으로써 표시부(7402)의 화면의 표시의 방향을 자동적으로 변경할 수 있다.
화면 모드는 표시부(7402)를 터치하거나 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)으로 조작함으로써 전환된다. 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 화면 모드를 전환할 수 있다. 예를 들어, 표시부에 표시되는 화상의 신호가 동영상 데이터의 신호이면 화면 모드는 표시 모드로 전환된다. 상기 신호가 텍스트 데이터의 신호이면 화면 모드는 입력 모드로 전환된다.
또한, 입력 모드에 있어서, 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호가 검출되고, 표시부(7402)의 터치에 의한 입력이 일정 기간 수행되지 않는 경우에는, 화면 모드가 입력 모드에서 표시 모드로 변화되도록 제어되어도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(7402)를 손바닥 또는 손가락으로 터치하는 동안 장문 또는 지문 등의 화상을 찍음으로써, 개인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 근적외광을 방출하는 백라이트 또는 센싱 광원을 표시부에 제공함으로써, 손가락 정맥 또는 손바닥 정맥의 화상을 찍을 수 있다.
또한, 본 실시형태에 나타낸 구성은 실시형태 1 내지 4의 구성 중 임의의 것과 적절히 조합할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 포함하는 발광 장치의 적용 범위는 넓기 때문에, 이 발광 장치를 다양한 분야의 전자 기기에 적용할 수 있다. 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 사용함으로써, 신뢰성이 높은 전자 기기를 얻을 수 있다.
도 8은 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 백라이트에 사용한 액정 표시 장치의 예를 도시한 것이다. 도 8에 도시된 액정 표시 장치는 하우징(901), 액정층(902), 백라이트 유닛(903), 및 하우징(904)을 포함한다. 액정층(902)은 드라이버 IC(905)에 접속되어 있다. 실시형태 1에서 설명한 발광 소자는 백라이트 유닛(903)에 사용되고, 단자(906)를 통하여 전류가 공급된다.
실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 액정 표시 장치의 백라이트에 사용함으로써, 저소비전력의 백라이트로 할 수 있다. 또한, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 사용함으로써, 면 발광의 조명 장치, 그리고 대면적 면 발광의 조명 장치의 제작이 가능해지므로, 백라이트를 대면적 백라이트로 할 수 있고, 액정 표시 장치도 대면적 장치로 할 수 있다. 또한, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 포함하는 발광 장치는 종래의 장치보다 얇아질 수 있어, 표시 장치도 얇아질 수 있다.
도 9는, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 조명 장치인 테이블 램프에 사용한 예를 도시한 것이다. 도 9에 도시된 테이블 램프는 하우징(2001) 및 광원(2002)을 포함하고, 실시형태 4에서 설명한 조명 장치를 광원(2002)에 사용하여도 좋다.
도 10은, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 옥내 조명 장치(3001)에 사용한 예를 도시한 것이다. 실시형태 1에서 설명한 발광 소자는 신뢰성이 높기 때문에, 신뢰성이 높은 조명 장치로 할 수 있다. 또한, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자는 대면적을 가질 수 있으므로, 발광 소자를 대면적 조명 장치에 사용할 수 있다. 또한, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자는 얇기 때문에, 두께가 저감된 조명 장치에 발광 소자를 사용할 수 있다.
실시형태 1에서 설명한 발광 소자는 자동차의 앞유리 또는 자동차의 대시보드에 사용될 수도 있다. 도 11은 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 자동차의 앞유리 및 자동차의 대시보드에 사용한 일 형태를 도시한 것이다. 표시 영역(5000 내지 5005)은 각각 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 포함한다.
표시 영역(5000) 및 표시 영역(5001)은 자동차의 앞유리에 제공되며, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자가 내장된 표시 장치이다. 실시형태 1에서 설명한 발광 소자는, 투광성을 갖는 전극으로 형성된 양극 및 음극을 포함함으로써, 반대쪽을 볼 수 있는 이른바 시스루 표시 장치로 할 수 있다. 이러한 시스루 표시 장치는 시계를 방해하는 일 없이 자동차의 앞유리에도 제공할 수 있다. 또한, 구동 트랜지스터 등이 제공되는 경우, 유기 반도체 재료를 사용한 유기 트랜지스터 또는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터 등 투과성을 갖는 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
표시 영역(5002)은 필러(pillar) 부분에 제공되며, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자가 내장된 표시 장치이다. 표시 영역(5002)은 차체에 제공된 촬상 유닛으로 얻은 화상을 표시함으로써, 필러로 가려진 시야를 보완할 수 있다. 마찬가지로, 대시보드에 제공된 표시 영역(5003)은 차체의 외부에 제공된 촬상 유닛으로 얻은 화상을 표시함으로써, 차체로 가려진 시야를 보완할 수 있어, 시각 지대가 없어지고 안전성이 높아진다. 운전자가 볼 수 없는 영역을 보완하도록 화상을 표시함으로써, 운전자가 쉽게, 그리고 편하게 안전을 확인할 수 있다.
표시 영역(5004) 및 표시 영역(5005)은 내비게이션 데이터, 속도계, 태코미터, 주행 거리, 급유량, 변속 기어 상태, 및 에어컨디셔너의 설정 등, 다양한 종류의 정보를 제공할 수 있다. 표시의 내용 또는 레이아웃은 사용자에 의하여 자유롭게 적절히 변경될 수 있다. 또한, 이러한 정보는 표시 영역(5000 내지 5003)에 의해서도 표시할 수 있다. 표시 영역(5000 내지 5005)은 조명 장치로서 사용될 수도 있다.
도 12의 (A) 및 (B)는 폴더블 태블릿 단말의 일례를 도시한 것이다. 도 12의 (A)에는 펼쳐진 태블릿 단말을 도시하였다. 태블릿 단말은 하우징(9630), 표시부(9631a), 표시부(9631b), 표시 모드 스위치(9034), 전원 스위치(9035), 전력 절약 모드 스위치(9036), 클래스프(clasp)(9033), 및 조작 스위치(9038)를 포함한다. 또한, 태블릿 단말에서는, 표시부(9631a) 및 표시부(9631b) 중 한쪽 또는 양쪽이, 실시형태 1에서 설명한 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 사용하여 형성된다.
표시부(9631a)의 일부를 터치스크린 영역(9632a)으로 할 수 있고, 표시된 조작 키(9637)를 터치하면 데이터를 입력할 수 있다. 표시부(9631a)의 절반이 표시 기능만을 갖고 나머지 절반이 터치스크린 기능을 갖지만, 본 발명의 일 형태는 이 구성에 한정되지 않는다. 표시부(9631a) 전체가 터치스크린 기능을 가져도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a)가 터치스크린으로서 사용되도록 표시부(9631a)의 전체 영역에 키보드를 표시시킬 수 있고, 표시부(9631b)를 표시 화면으로서 사용할 수 있다.
표시부(9631a)와 같이, 표시부(9631b)의 일부를 터치스크린 영역(9632b)으로 할 수 있다. 터치스크린 상의 키보드를 표시하거나 숨기기 위한 전환 버튼(9639)을 손가락 또는 스타일러스 등으로 터치하면, 표시부(9631b)에 키보드를 표시할 수 있다.
터치 입력을 터치스크린 영역(9632a) 및 터치스크린 영역(9632b)에서 동시에 수행할 수 있다.
표시 모드 스위치(9034)는 예를 들어, 세로 모드와 가로 모드 등 사이, 및 흑백 표시와 컬러 표시 사이에서 표시를 전환할 수 있다. 전력 절약 모드 스위치(9036)는, 태블릿 단말에 내장된 광학 센서에 의하여 검지되는, 태블릿 단말 사용 시의 외광의 양에 따라 표시 휘도를 제어할 수 있다. 광학 센서에 더하여, 기울기를 검지하기 위한 자이로스코프 또는 가속도 센서 등의 센서를 포함하는 다른 검지 장치가 태블릿 단말에 내장되어도 좋다.
도 12의 (A)는 표시부(9631a) 및 표시부(9631b)가 같은 표시 면적을 갖는 예를 도시하였지만, 본 발명의 일 형태는 이 예에 한정되지 않는다. 표시부(9631a) 및 표시부(9631b)의 표시 면적 및 표시 품질은 상이하여도 좋다. 예를 들어, 표시부(9631a 및 9631b) 중 한쪽에 해상도가 더 높은 화상을 표시시켜도 좋다.
도 12의 (B)는 접힌 태블릿 단말을 도시한 것이다. 본 실시형태의 태블릿 단말은 하우징(9630), 태양 전지(9633), 충방전 제어 회로(9634), 배터리(9635), 및 DCDC 컨버터(9636)를 포함한다. 도 12의 (B)에는, 충방전 제어 회로(9634)의 일례로서 배터리(9635) 및 DCDC 컨버터(9636)를 포함하는 구성을 도시하였다.
태블릿 단말은 폴더블이기 때문에, 태블릿 단말이 사용되지 않을 때 하우징(9630)을 닫을 수 있다. 그 결과, 표시부(9631a) 및 표시부(9631b)를 보호할 수 있으므로, 내구성이 높고 장기 사용에 대한 신뢰성이 높은 태블릿 단말을 제공할 수 있다.
도 12의 (A) 및 (B)에 도시된 태블릿 단말은 다양한 데이터(예를 들어, 정지 화상, 동영상, 및 텍스트 화상)를 표시하는 기능, 달력, 날짜, 또는 시간 등을 표시부에 표시하는 기능, 터치 입력에 의하여 표시부에 표시된 데이터를 조작하거나 편집하는 터치 입력 기능, 및 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능 등의 다른 기능을 가질 수 있다.
태블릿 단말의 표면에 제공된 태양 전지(9633)는 전력을 터치스크린, 표시부, 또는 비디오 신호 처리부 등에 공급할 수 있다. 또한, 태양 전지(9633)가 하우징(9630)의 한쪽 또는 양쪽 면에 제공된 구조는 배터리(9635)를 효율적으로 충전할 수 있으므로 바람직하다.
도 12의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)의 구조 및 동작에 대하여 도 12의 (C)의 블록도를 참조하여 설명한다. 도 12의 (C)는 태양 전지(9633), 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 스위치(SW1 내지 SW3), 및 표시부(9631)를 도시한 것이다. 배터리(9635), DCDC 컨버터(9636), 컨버터(9638), 및 스위치(SW1 내지 SW3)는 도 12의 (B)에 도시된 충방전 제어 회로(9634)에 상당한다.
우선, 외광을 사용하여 태양 전지(9633)에 의하여 전력이 발생되는 경우의 동작의 예에 대하여 설명한다. 태양 전지에 의하여 발생된 전력의 전압은 배터리(9635)를 충전하기 위한 전압이 되도록 DCDC 컨버터(9636)에 의하여 상승 또는 강하된다. 그리고, 태양 전지(9633)로부터의 전력이 표시부(9631)의 동작에 사용될 때는 스위치(SW1)를 온으로 하고, 전력의 전압을 표시부(9631)를 위하여 필요한 전압이 되도록 컨버터(9638)에 의하여 상승 또는 강하시킨다. 표시부(9631)에 화상이 표시되지 않을 때는, 스위치(SW1)를 오프로 하고 스위치(SW2)를 온으로 하여 배터리(9635)를 충전한다.
태양 전지(9633)를 전력 발생 수단의 일례로서 설명하였지만, 전력 발생 수단은 특별히 한정되지 않고, 압전 소자 또는 열전 변환 소자(펠티에 소자) 등의 다른 전력 발생 수단에 의하여 배터리(9635)를 충전하여도 좋다. 무선(비접촉)으로 전력을 송수신하여 충전할 수 있는 비접촉 전력 전송 모듈, 또는 다른 충전 수단 중 임의의 것을 조합하는 것에 의하여 배터리(9635)를 충전하여도 좋고, 전력 발생 수단을 제공하지 않아도 된다.
표시부(9631)가 포함되기만 하면, 본 발명의 일 형태는 도 12의 (A) 내지 (C)에 도시된 형상을 갖는 태블릿 단말에 한정되지 않는다.
도 13의 (A) 내지 (C)는 폴더블 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 도 13의 (A)는 펼친 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 도 13의 (B)는 펼치거나 접히고 있는 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 도 13의 (C)는 접은 휴대 정보 단말(9310)을 도시한 것이다. 휴대 정보 단말(9310)은 접으면 가반성(可搬性)이 높다. 휴대 정보 단말(9310)을 펼쳤을 때는 이음매가 없고 큰 표시 영역에 의하여 일람성(一覽性)이 높다.
표시 패널(9311)은 힌지(9313)로 서로 연결된 3개의 하우징(9315)에 의하여 지지되어 있다. 표시 패널(9311)은 터치 센서(입력 장치)를 포함하는 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 힌지(9313)를 사용하여 표시 패널(9311)을, 2개의 하우징(9315) 사이의 연결부에서 구부림으로써, 휴대 정보 단말(9310)을 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형할 수 있다. 표시 패널(9311)에는 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 사용할 수 있다. 표시 패널(9311)의 표시 영역(9312)은, 접은 휴대 정보 단말(9310)의 측면에 위치하는 표시 영역을 포함한다. 표시 영역(9312)에는 정보 아이콘, 사용 빈도가 높은 애플리케이션, 및 프로그램의 바로가기 등을 표시할 수 있고, 정보의 확인 및 애플리케이션의 기동 등을 원활하게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태인, 치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨란 골격 및 하나의 치환 또는 비치환된 아민 골격을 갖는 유기 화합물을 유기 박막 태양 전지에 사용할 수 있다. 더 구체적으로는, 상기 화합물은 캐리어 수송성을 가지므로, 캐리어 수송층 또는 캐리어 주입층에 사용할 수 있다. 또한, 상기 화합물과 업셉터성 물질의 혼합막을 전하 발생층으로서 사용할 수 있다. 또한, 상기 화합물은 광 여기될 수 있어, 발전층에 사용할 수 있다.
(실시예 1)
<<합성예 1>>
본 합성예는, 실시형태에서 구조식(142)으로 나타낸 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인, N-(4-바이페닐)-6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BnfABP)의 합성예를 구체적으로 나타낸 것이다. BnfABP의 구조식은 이하와 같다.
[화학식 56]
Figure pat00056
<단계 1: 6-아이오도벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 합성>
500mL의 3구 플라스크에 8.5g(39mmol)의 벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란을 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 그리고, 거기에 195mL의 테트라하이드로퓨란(THF)을 첨가하였다. 이 용액을 -75℃까지 냉각한 후에, 이 용액에 25mL(40mmol)의 n-뷰틸리튬(1.59mol/L n-헥세인 용액)을 적하하였다. 적하 후, 결과적으로 생긴 용액을 실온에서 1시간 동안 교반하였다. 소정 시간 후, 결과적으로 생긴 용액을 -75℃까지 냉각하였다. 그리고, 10g(40mmol)의 아이오딘을 40mL의 THF에 용해한 용액을 이 용액에 적하하였다. 적하 후, 결과적으로 생긴 용액의 온도를 실온으로 되돌리면서 이 용액을 17시간 동안 교반하였다. 다음으로, 싸이오황산소듐의 수용액이 혼합물에 첨가되고, 결과적으로 생긴 혼합물이 1시간 동안 교반되었다. 그리고, 혼합물의 유기층을 물로 세정하고 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 건조 후, 이 혼합물을 중력 여과하여 용액을 얻었다. 결과적으로 생긴 용액을 플로리실(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호 066-05265) 및 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호 537-02305)를 통하여 흡인 여과하여 여과액을 얻었다. 결과적으로 생긴 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 결과적으로 생긴 고체를 톨루엔으로 재결정화하여 목적의 백색 분말 6.0g(18mmol)을 수율 45%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴(a-1)을 이하에 나타낸다.
[화학식 57]
Figure pat00057
<단계 2: 6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 합성>
200mL의 3구 플라스크에 6.0g(18mmol)의 6-아이오도벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란, 2.4g(19mmol)의 페닐보론산, 70mL의 톨루엔, 20mL의 에탄올, 및 22mL의 탄산 포타슘의 수용액(2.0mol/L)을 넣었다. 압력을 낮추면서 교반함으로써 이 혼합물을 탈기하였다. 탈기 후, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환한 다음, 혼합물에 480mg(0.42mmol)의 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0)을 첨가하였다. 결과적으로 생긴 혼합물을 질소 기류하에서 12시간 동안 90℃에서 교반하였다. 소정 시간 후, 이 혼합물에 물을 첨가하고, 수성층에 톨루엔을 사용한 추출을 수행하였다. 추출된 용액과 유기층을 혼합하고, 이 혼합물을 물로 세정한 다음, 황산 마그네슘을 사용하여 건조하였다. 이 혼합물을 중력 여과하여 여과액을 얻었다. 결과적으로 생긴 여과액을 농축하여 고체를 얻었고, 결과적으로 생긴 고체를 톨루엔에 용해하였다. 결과적으로 생긴 용액을 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호: 531-16855), 플로리실(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호: 540-00135), 및 알루미나를 통하여 흡인 여과하여 여과액을 얻었다. 결과적으로 생긴 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 결과적으로 생긴 고체를 톨루엔으로 재결정화하여 목적의 백색 고체 4.9g(17mmol)을 수율 93%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴(b-1)을 이하에 나타낸다.
[화학식 58]
Figure pat00058
<단계 3: 8-아이오도-6-페닐벤조[b]나프토[1,2,d]퓨란의 합성>
300mL의 3구 플라스크에 4.9g(17mmol)의 6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란을 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 그리고, 거기에 87mL의 테트라하이드로퓨란(THF)을 첨가하였다. 결과적으로 생긴 용액을 -75℃까지 냉각하였다. 그리고, 이 용액에 11mL(18mmol)의 n-뷰틸리튬(1.59mol/L n-헥세인 용액)을 적하하였다. 적하 후, 결과적으로 생긴 용액을 실온에서 1시간 동안 교반하였다. 소정 시간 후, 결과적으로 생긴 용액을 -75℃까지 냉각하였다. 그리고, 결과적으로 생긴 용액에, 4.6g(18mmol)의 아이오딘을 18mL의 THF에 용해한 용액을 적하하였다. 결과적으로 생긴 용액의 온도를 실온으로 되돌리면서 이 용액을 17시간 동안 교반하였다. 교반 후, 싸이오황산소듐의 수용액을 혼합물에 첨가하고, 결과적으로 생긴 혼합물을 1시간 동안 교반하였다. 그리고, 혼합물의 유기층을 물로 세정하고 황산 마그네슘을 사용하여 건조하였다. 이 혼합물을 중력 여과하여 여과액을 얻었다. 결과적으로 생긴 여과액을 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호: 531-16855), 플로리실(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호: 540-00135), 및 알루미나를 통하여 흡인 여과하여 여과액을 얻었다. 결과적으로 생긴 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 결과적으로 생긴 고체를 톨루엔으로 재결정화하여 목적의 백색 고체 3.7g(8.8mmol)을 수율 53%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴(c-1)을 이하에 나타낸다.
[화학식 59]
Figure pat00059
<단계 4: 6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민의 합성>
200mL의 3구 플라스크에 단계 3에서 합성된 5.0g(12mmol)의 8-아이오도-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란 및 2.9g(30mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드를 첨가하였다. 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 그 후, 60mL의 톨루엔, 1.4g(13mmol)의 아닐린, 및 0.4mL의 트라이(tert-뷰틸)포스핀(10wt% 헥세인 용액)을 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하에서 탈기한 후, 온도를 질소 기류하에 있어서 60℃로 설정하고, 60mg(0.1mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가하고, 이 혼합물을 60℃에서 40분 동안 교반하였다. 교반 후, 얻어진 혼합물을 물 및 염화 소듐의 포화 수용액으로 세정하고, 유기층을 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 황산 마그네슘을 중력 여과에 의하여 제거한 후, 얻어진 여과액을 농축하여 백색 고체를 얻었다. 이 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매는 톨루엔:헥세인＝1:2의 혼합 용매임)에 의하여 정제하여 목적의 백색 고체 3.5g을 수율 77%로 얻었다. 단계 4의 합성 스킴(d-1)을 이하에 나타낸다.
[화학식 60]
Figure pat00060
얻어진 백색 고체의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다.
1H NMR(클로로폼-d,500MHz):δ=6.23(s,1H), 7.04(t,J=7.5Hz,1H), 7.24-7.26(m,2H), 7.34-7.41(m,4H), 7.47(t,J=8.0Hz,1H), 7.54-7.60(m,3H), 7.74(t,J=7.5Hz,1H), 7.95(d,J=6.5Hz,2H), 7.99(dd,J1=1.5Hz, J2=7.0Hz,1H), 8.03(s,1H), 8.08(d,J=8.0Hz,1H), 8.66(d,J=9.0Hz,1H)
<단계 5: N-4-바이페닐-6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민의 합성>
200mL의 3구 플라스크에 1.3g(5.0mmol)의 4-브로모바이페닐, 단계 4에서 합성된 1.9g(5.0mmol)의 6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민, 0.14g(0.30mmol)의 2-다이사이클로헥실포스피노-2',4',6'-트라이아이소프로필바이페닐(약칭: X-Phos), 및 1.5g(15mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드를 넣었다. 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하고 나서, 25mL의 톨루엔을 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하에서 탈기한 후, 온도를 질소 기류하에 있어서 60℃로 설정하고, 61mg(0.10mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가하고, 이 혼합물을 80℃에서 3시간 동안 교반하였다. 교반 후, 얻어진 혼합물을 물 및 염화 소듐의 포화 수용액으로 세정하고, 유기층을 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 황산 마그네슘을 중력 여과에 의하여 제거한 후, 얻어진 여과액을 농축하여 갈색 고체를 얻었다. 이 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매는 톨루엔:헥세인＝3:7의 혼합 용매임)에 의하여 정제하여 목적의 연한 황색 고체 2.0g을 수율 67%로 얻었다. 단계 5의 합성 스킴(e-1)을 이하에 나타낸다.
[화학식 61]
Figure pat00061
얻어진 연한 황색 고체의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 도 14의 (A) 및 (B)는 1H NMR 차트이다. 또한, 도 14의 (B)는 도 14의 (A) 중 7.00ppm 내지 9.00ppm의 범위의 부분을 확대하여 나타낸 차트이다. 이들 결과는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 BnfABP를 얻었다는 것을 나타낸다.
1H NMR(다이클로로메테인-d2, 500MHz):δ=7.11(t,J=7.0Hz,1H), 7.16(t,J=7.0Hz,4H), 7.22-7.33(m,7H), 7.39-7.47(m,5H), 7.53-7.60(m,5H), 7.74(t,J=7.0Hz,1H), 8.02(s,1H), 8.06(d,J=8.0Hz,1H), 8.23(d,J=8.0Hz,1H), 8.66(d,J=8.0Hz,1H)
트레인 서블리메이션(train sublimation)에 의하여, 얻어진 연한 황색 고체 1.5g을 정제하였다. 승화에 의한 정제는 3.6Pa의 압력하에 있어서, 15mL/min의 아르곤 가스의 유량으로, 235℃ 내지 250℃의 온도에서, 16시간 동안 수행하였다. 승화에 의한 정제 후, 목적의 연한 황색 고체 1.4g을 회수율 90%로 얻었다.
다음으로, BnfABP의 톨루엔 용액 및 고체 박막의 자외-가시 흡수 스펙트럼(이하에서는 단순히 "흡수 스펙트럼"이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 고체 박막은 진공 증착법에 의하여 석영 기판 위에 형성하였다. 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼은 자외 가시광 분광 광도계(V550형, JASCO Corporation제조)를 사용하여 측정하고, 측정된 스펙트럼으로부터 석영 셀에 넣은 톨루엔만의 스펙트럼을 뺐다. 박막의 흡수 스펙트럼은 분광 광도계(U-4100 분광 광도계, Hitachi High-Technologies Corporation 제조)를 사용하여 측정하였다. 발광 스펙트럼은 형광 분광 광도계(FS920, Hamamatsu Photonics K.K. 제조)를 사용하여 측정하였다. 도 15는 얻어진 톨루엔 용액의 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이고, 도 16은 얻어진 박막의 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 15로부터, BnfABP의 톨루엔 용액은 376nm, 340nm, 및 321nm 부근에 흡수 피크를 갖고, 발광은 417nm(여기 파장: 370nm)에 피크를 갖는다.
도 16으로부터, BnfABP의 박막은 387nm, 346nm, 326nm, 294nm, 및 262nm 부근에 흡수 피크를 갖고, 발광은 440nm(여기 파장: 360nm)에 피크를 갖는다.
BnfABP의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 통하여 얻었다. 산출 방법에 대해서는 이하에서 설명한다.
측정 장치로서는 전기 화학 애널라이저(ALS 모델 600A 또는 600C, BAS Inc. 제조)를 사용하였다. CV 측정에 사용되는 용액으로서는, 용매로서 탈수 다이메틸폼아마이드(DMF, Sigma-Aldrich Inc.의 제품, 99.8%, 카탈로그 번호 22705-6)를 사용하고, 지지 전해질인 과염소산 테트라-n-뷰틸암모늄(n-Bu4NClO4, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.의 제품, 카탈로그 번호 T0836)을 과염소산 테트라-n-뷰틸암모늄의 농도가 100mmol/L가 되도록 용매에 용해시켰다. 또한, 측정 대상도 농도가 2mmol/L가 되도록 용매에 용해시켰다. 작용 전극으로서는 백금 전극(PTE 백금 전극, BAS Inc. 제조)을 사용하고, 보조 전극으로서는 다른 백금 전극(VC-3용 Pt 대향 전극(5cm), BAS Inc. 제조)을 사용하고, 참조 전극으로서는 Ag/Ag+ 전극(RE7 비수용매용 참조 전극, BAS Inc. 제조)을 사용하였다. 또한, 측정은 실온(20℃ 내지 25℃)에서 수행하였다. 또한, CV 측정 시의 스캔 속도는 0.1V/sec로 하고, 참조 전극에 대한 산화 전위 Ea[V] 및 환원 전위 Ec[V]를 측정하였다. 전위 Ea는 산화-환원파의 중간 전위이고, Ec는 환원-산화파의 중간 전위이다. 여기서, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극의 진공 준위에 대한 퍼텐셜 에너지는 -4.94[eV]인 것이 알려져 있기 때문에, HOMO 준위 및 LUMO 준위를 다음의 식으로부터 얻을 수 있다: HOMO 준위[eV]=-4.94-Ea 및 LUMO 준위[eV]=-4.94-Ec. 또한, CV 측정은 100번 반복하고, 100사이클째의 산화-환원파와 1사이클째의 산화-환원파를 비교하여 화합물의 전기 안정성을 조사하였다.
이 결과, BnfABP의 HOMO 준위는 -5.59eV이고, 이의 LUMO 준위는 -2.53eV인 것을 알았다. 100사이클째 후, 산화-환원파의 피크 강도는 1사이클째의 산화-환원파의 피크 강도의 83%를 유지하였고, 이는 BnfABP의 산화에 대한 내성이 우수한 것을 나타낸다. BnfABP의 열 중량-시차 열 분석(TG/DTA)을 수행하였다. 이 측정은 고진공 차동형 시차 열 천칭(TG-DTA 2410SA, Bruker AXS K.K. 제조)을 사용하여 수행하였다. 이 측정은 질소 기류하(유량: 200mL/min)에 있어서, 상압에서, 승온 속도 10℃/min으로 수행하였다. 중량과 온도의 관계(열 중량 측정)로부터, BnfABP의 5% 중량 감소 온도는 약 370℃이었다. 이는 BnfABP의 내열성이 높은 것을 나타낸다. 또한, PerkinElmer, Inc.가 제조한 Pyris1DSC에 의하여 시차 주사 열량 측정(DSC 측정)을 수행하였다. 시차 주사 열량 측정에서는, 승온 속도 40℃/min으로 -10℃에서 300℃까지 온도를 올린 후, 이 온도를 1분 동안 유지하고 나서, 강온(降溫) 속도 40℃/min으로 -10℃까지 냉각시켰다. 이 조작을 2번 연속적으로 반복하였다. DSC 측정으로부터, BnfABP의 유리 전이 온도는 97℃이므로, 내열성이 높다는 것을 알았다.
(실시예 2)
<<합성예 2>>
본 합성예는, 실시형태에서 구조식(146)으로 나타낸 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인, N,N-비스(바이페닐-4-일)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf)의 합성예를 나타낸 것이다. BBABnf의 구조식은 이하와 같다.
[화학식 62]
Figure pat00062
<단계 1: 6-아이오도벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 합성>
이 합성 단계는 합성예 1의 단계 1과 마찬가지이다.
<단계 2: 6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 합성>
이 합성 단계는 합성예 1의 단계 2와 마찬가지이다.
<단계 3: 8-아이오도-6-페닐벤조[b]나프토[1,2,d]퓨란의 합성>
이 합성 단계는 합성예 1의 단계 3과 마찬가지이다.
<단계 4: (9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2,7-다이일)비스(6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민의 합성>
200mL의 3구 플라스크에, 실시예 1의 단계 3에서 얻어진 2.1g(5.0mmol)의 8-아이오도-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란, 1.6g(5.0mmol)의 다이(1,1'-바이페닐-4-일)아민, 0.17g(0.40mmol)의 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시-1,1'-바이페닐(약칭: S-Phos), 및 0.97g(10mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드를 넣었다. 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하고 나서, 25mL의 자일렌을 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하에서 탈기한 후, 온도를 질소 기류하에 있어서 80℃로 설정하고, 0.12g(0.20mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가하고, 이 혼합물을 80℃에서 5.5시간 동안 교반하고, 100℃에서 5시간 동안 더 교반하였다. 교반 후, 얻어진 혼합물을 물 및 염화 소듐의 포화 수용액으로 세정하고, 유기층을 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 황산 마그네슘을 중력 여과에 의하여 제거한 후, 얻어진 여과액을 농축하여 갈색 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 톨루엔에 용해시키고, 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호: 537-02305) 및 알루미나를 통하여 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 목적의 황색 고체 2.0g을 수율 67%로 얻었다. 단계 4의 합성 스킴(d-2)을 이하에 나타낸다.
[화학식 63]
Figure pat00063
얻어진 황색 고체의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 도 17의 (A) 및 (B)는 1H NMR 차트이다. 또한, 도 17의 (B)는 도 17의 (A) 중 7.00ppm 내지 9.00ppm의 범위의 부분을 확대하여 나타낸 차트이다. 이들 결과는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 BBABnf를 얻었다는 것을 나타낸다.
1H NMR(다이클로로메테인-d2, 500MHz):δ=7.14-7.19(m,3H), 7.22(d,J=8.5Hz,4H), 7.29-7.33(m,3H), 7.41(t,J=8.0Hz,4H), 7.44-7.49(m,3H), 7.55-7.58(m, 5H), 7.61(d,J=8.0Hz,4H), 7.74(t,J=8.0Hz,1H), 8.02(s,1H), 8.06(d,J=8.0Hz,1H), 8.26(d,1H), 8.67(d,J=8.0Hz,1H)
트레인 서블리메이션에 의하여, 얻어진 황색 고체 2.0g을 정제하였다. 승화에 의한 정제는 3.8Pa의 압력하에 있어서, 15mL/min의 아르곤 가스의 유량으로, 270℃의 온도에서, 16시간 동안 수행하였다. 승화에 의한 정제 후, 목적의 황색 고체 1.7g을 회수율 81%로 얻었다.
다음으로, BBABnf의 톨루엔 용액 및 고체 박막의 자외-가시 흡수 스펙트럼(이하에서는 단순히 "흡수 스펙트럼"이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 측정은 BnfABP의 측정과 비슷한 장치 및 방법으로 수행하였다. 도 18은 얻어진 톨루엔 용액의 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이고, 도 19는 얻어진 박막의 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 18로부터, BBABnf의 톨루엔 용액은 343nm 부근에 흡수 피크를 갖고, 발광은 420nm(여기 파장: 340nm)에 피크를 갖는다.
도 19로부터, BBABnf의 박막은 344nm, 325nm, 및 257nm 부근에 흡수 피크를 갖고, 발광은 439nm(여기 파장: 361nm)에 피크를 갖는다.
BBABnf의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 통하여 얻었다. 산출 방법은 실시예 1에서 설명한 것과 비슷하다.
이 결과, BBABnf의 HOMO 준위는 -5.56eV이고, 이의 LUMO 준위는 -2.51eV인 것을 알았다. 100사이클째 후, 산화-환원파의 피크 강도는 1사이클째의 산화-환원파의 피크 강도의 90%를 유지하였고, 이는 BBABnf의 산화에 대한 내성이 우수한 것을 나타낸다. BBABnf의 TG-DTA 측정 및 DSC 측정은 BnfABP와 비슷한 식으로 수행하였다. 또한, DSC 측정에서는, 온도를 330℃까지 상승시켰다. TG-DTA 측정으로부터, BBABnf의 5% 중량 감소 온도는 약 410℃이었다. 이는 BBABnf의 내열성이 높은 것을 나타낸다. DSC 측정으로부터, BBABnf의 유리 전이 온도는 117℃이므로, 내열성이 높다는 것을 알았다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 발광 소자 1에 대하여 설명한다. 발광 소자 1에 사용되는 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 64]
Figure pat00064
(발광 소자 1의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에, 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)의 막을 스퍼터링법에 의하여 형성하여 양극(101)을 형성하였다. 그 두께를 70nm로 하고, 전극 면적을 2mm×2mm로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판의 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 다음, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 압력이 저감된 진공 증착 장치에 기판을 이동하고, 진공 증착 장치의 가열 체임버에서 진공 소성을 170℃에서 30분 동안 수행한 다음, 기판을 약 30분 동안 냉각시켰다.
다음으로, 양극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 양극(101)이 제공된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정시켰다. 그리고, 양극(101) 위에, 구조식(i)으로 나타내어지는 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN)을 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의하여 두께 5nm로 퇴적함으로써 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로, 구조식(ii)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-N-[4-(9-패닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9H-풀루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)을 정공 주입층(111) 위에 증착에 의하여 두께 25nm로 퇴적하고, 구조식(iii)으로 나타내어지는 N,N-비스(바이페닐-4-일)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf)을 증착에 의하여 두께 5nm로 퇴적하여, 정공 수송층(112)을 형성하였다.
그 후, 구조식(iv)으로 나타내어지는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA) 및 구조식(v)으로 나타내어지는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 중량비 1:0.03(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)에서 두께 25nm로 공증착함으로써 발광층(113)을 형성하였다.
그리고, 발광층(113) 위에, cgDBCzPA를 증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적하고, 구조식(vi)으로 나타내어지는 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 증착에 의하여 두께 15nm로 퇴적함으로써 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적하여 전자 주입층(115)을 형성하였다. 그리고, 알루미늄을 증착에 의하여 두께 200nm로 퇴적하여 음극(102)을 형성하였다. 이에 의하여, 본 실시예의 발광 소자 1을 제작하였다.
발광 소자 1의 소자 구조를 이하의 표에 나타내었다.
Figure pat00065
발광 소자 1은, 대기에 노출되지 않도록, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서 유리 기판을 사용하여 밀봉하였다(구체적으로는, 소자를 둘러싸도록 밀봉 재료를 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서의 가열 처리 1시간을 수행하였음). 그리고, 이 발광 소자의 초기 특성 및 신뢰성을 측정하였다. 또한, 이 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 20은 발광 소자 1의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 21은 발광 소자 1의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 22는 발광 소자 1의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 23은 발광 소자 1의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 24는 발광 소자 1의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 25는 발광 소자 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 표 2는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 1의 주요 특성을 나타낸 것이다.
Figure pat00066
도 20 내지 25 및 표 2로부터, 본 발명의 일 형태의 발광 소자 1은 효율이 양호하고 구동 전압이 낮은 청색 발광 소자인 것을 알았다.
도 26은, 전류 값을 2mA로 설정하고 전류 밀도가 일정한 조건하에서의 발광 소자의 휘도의 구동 시간-의존 변화를 나타낸 것이다. 도 26에 나타낸 바와 같이 발광 소자는, 구동 시간에 따른 휘도의 저하가 작은 수명이 긴 발광 소자인 것을 알았다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 발광 소자 2 및 3에 대하여 설명한다. 발광 소자 2 및 3에 사용되는 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 65]
Figure pat00067
(발광 소자 2의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에, 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)의 막을 스퍼터링법에 의하여 형성하여 양극(101)을 형성하였다. 그 두께를 70nm로 하고, 전극 면적을 2mm×2mm로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판의 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 다음, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 압력이 저감된 진공 증착 장치에 기판을 이동하고, 진공 증착 장치의 가열 체임버에서 진공 소성을 170℃에서 30분 동안 수행한 다음, 기판을 약 30분 동안 냉각시켰다.
다음으로, 양극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 양극(101)이 제공된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정시켰다. 그리고, 양극(101) 위에, 구조식(i)으로 나타내어지는 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN)을 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의하여 두께 5nm로 퇴적함으로써 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(111) 위에, 구조식(ii)으로 나타내어지는 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)을 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적함으로써 제 1 정공 수송층(112-1)을 형성하고; 제 1 정공 수송층(112-1) 위에, 구조식(iii)으로 나타내어지는 N,N-비스(바이페닐-4-일)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf)을 증착에 의하여 두께 5nm로 퇴적함으로써 제 2 정공 수송층(112-2)을 형성하고; 제 2 정공 수송층(112-2) 위에, 구조식(vii)으로 나타내어지는 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn)을 증착에 의하여 두께 5nm로 퇴적함으로써 제 3 정공 수송층(112-3)을 형성하였다.
그 후, 구조식(iv)으로 나타내어지는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA) 및 구조식(v)으로 나타내어지는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 중량비 1:0.03(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)에서 두께 25nm로 공증착함으로써 발광층(113)을 형성하였다.
그리고, 발광층(113) 위에, cgDBCzPA를 증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적하고, 구조식(vi)으로 나타내어지는 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 증착에 의하여 두께 15nm로 퇴적함으로써 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적하여 전자 주입층(115)을 형성하였다. 그리고, 알루미늄을 증착에 의하여 두께 200nm로 퇴적하여 음극(102)을 형성하였다. 이에 의하여, 본 실시예의 발광 소자 2를 제작하였다.
(발광 소자 3의 제작 방법)
발광 소자 3은, 제 2 정공 수송층(112-2)을 BBABnf 대신에 N-(4-바이페닐)-6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BnfABP)을 사용하여 형성한 것을 제외하고 발광 소자 2와 같은 식으로 형성되었다.
발광 소자 2 및 3의 소자 구조를 이하의 표에 나타낸다.
Figure pat00068
발광 소자 2 및 3은, 대기에 노출되지 않도록, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서 유리 기판을 사용하여 밀봉하였다(구체적으로는, 소자를 둘러싸도록 밀봉 재료를 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서의 가열 처리 1시간을 수행하였음). 그리고, 이 발광 소자의 초기 특성 및 신뢰성을 측정하였다. 또한, 이 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 27은 발광 소자 2 및 3의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 28은 발광 소자 2 및 3의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 29는 발광 소자 2 및 3의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 30은 발광 소자 2 및 3의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 31은 발광 소자 2 및 3의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 32는 발광 소자 2 및 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 표 4는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 2 및 3의 주요 특성을 나타낸 것이다.
Figure pat00069
도 27 내지 32 및 표 4로부터, 본 발명의 일 형태의 발광 소자 2 및 3은 효율이 양호하고 구동 전압이 낮은 청색 발광 소자인 것을 알았다.
도 33은, 전류 값을 2mA로 설정하고 전류 밀도가 일정한 조건하에서의 발광 소자의 휘도의 구동 시간-의존 변화를 나타낸 것이다. 도 33에서 나타낸 바와 같이, 발광 소자 2 및 3은 40시간 구동 후에 초기 휘도의 94% 이상을 유지하고 구동 시간에 따른 휘도의 저하가 매우 작은 수명이 긴 발광 소자인 것을 알았다.
(실시예 5)
<<합성예 3>>
본 합성예는, 실시형태에서 구조식(229)으로 나타낸 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인, N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-아민(약칭: BBABnf(6))의 합성예를 나타낸 것이다. BBABnf(6)의 구조식은 이하와 같다.
[화학식 66]
Figure pat00070
<단계 1: 6-아이오도벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 합성>
6-아이오도벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란의 합성 단계는 실시예 1의 합성예 1에서의 단계 1과 비슷하다.
<단계 2: BBABnf(6)의 합성>
200mL의 3구 플라스크에, 단계 1에서 얻어진 2.7g(8.0mmol)의 6-아이오도벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란, 2.6g(8.0mmol)의 비스(1,1'-바이페닐-4-일)아민, 0.19g(0.40mmol)의 2-다이사이클로헥실포스피노-2',4',6'-트라이아이소프로필바이페닐(약칭: X-Phos), 및 1.5g(15mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드를 넣었다. 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하고 나서, 40mL의 자일렌을 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하에서 탈기한 후, 온도를 질소 기류하에 있어서 80℃로 설정하고, 0.11g(0.20mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가하고, 이 혼합물을 120℃에서 3시간 동안 교반하고, 140℃에서 6.5시간 동안 더 교반하였다. 교반 후, 얻어진 혼합물을 물 및 염화 소듐의 포화 수용액으로 세정하고, 유기층을 황산 마그네슘으로 건조시켰다. 황산 마그네슘을 중력 여과에 의하여 제거한 후, 얻어진 여과액을 농축하여 갈색 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 고성능 액체 크로마토그래피(이동상: 클로로폼)에 의하여 정제하여, 목적의 연한 황색 고체 3.4g을 수율 79%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴(d-3)을 이하에 나타낸다.
[화학식 67]
Figure pat00071
얻어진 연한 황색 고체의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 도 36의 (A) 및 (B)는 1H NMR 차트이다. 또한, 도 36의 (B)는 도 36의 (A) 중 7.00ppm 내지 9.00ppm의 범위의 부분을 확대하여 나타낸 차트이다. 이들 결과는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 BBABnf(6)을 본 합성예에서 얻었다는 것을 나타낸다.
1H NMR(클로로폼-d,500MHz):δ=7.25(d,J=8.5Hz,4H), 7.31(t,J=7.5Hz,2H), 7.41-7.48(m,6H), 7.51-7.54(m,6H), 7.60(d,J=8.0Hz,4H), 7.67(t,J=7.5Hz,1H), 7.73(s,1H), 7.88(d,J=8.0Hz,1H), 8.42(d,J=7.0Hz,1H), 6.83(d,J=8.0Hz,1H)
트레인 서블리메이션에 의하여, 얻어진 연한 황색 고체 3.4g을 정제하였다. 승화에 의한 정제는 3.8Pa의 압력하에 있어서, 15mL/min의 아르곤 가스의 유량으로, 275℃의 온도에서, 15시간 동안 수행하였다. 승화에 의한 정제 후, 목적의 황색 고체 3.0g을 회수율 87%로 얻었다.
다음으로, BBABnf(6)의 톨루엔 용액 및 고체 박막의 자외-가시 흡수 스펙트럼(이하에서는 단순히 "흡수 스펙트럼"이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 측정은 실시예 1의 측정과 비슷한 장치 및 방법으로 수행하였다. 도 37은 얻어진 톨루엔 용액의 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이고, 도 38은 얻어진 박막의 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 37로부터, BBABnf(6)의 톨루엔 용액은 382nm 부근에 흡수 피크를 갖고, 발광은 429nm(여기 파장: 337nm)에 피크를 갖는다.
도 38로부터, BBABnf(6)의 박막은 390nm 부근에 흡수 피크를 갖고, 발광은 453nm(여기 파장: 390nm)에 피크를 갖는다.
(실시예 6)
<<합성예 4>>
본 합성예는, 실시형태에서 구조식(189)으로 나타낸 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인, N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf(8))의 합성예를 나타낸 것이다. BBABnf(8)의 구조식은 이하와 같다.
[화학식 68]
Figure pat00072
<단계 1: BBABnf(8)의 합성>
200mL의 3구 플라스크에, 2.0g(8.0mmol)의 8-클로로벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란, 2.6g(8.0mmol)의 비스(1,1'-바이페닐-4-일)아민, 0.19g(0.40mmol)의 2-다이사이클로헥실포스피노-2',4',6'-트라이아이소프로필바이페닐(약칭: X-Phos), 및 1.5g(15mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드를 넣었다. 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하고 나서, 40mL의 자일렌을 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하에서 탈기한 후, 온도를 질소 기류하에 있어서 80℃로 설정하고, 0.11g(0.20mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가하고, 이 혼합물을 120℃에서 3시간 동안 교반하고, 140℃에서 6.5시간 동안 더 교반하였다. 교반 후, 얻어진 혼합물을 120℃에서 가열하고, 냉각하지 않고 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호 537-02305), 플로리실(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호 066-05265), 및 알루미나를 통하여 여과하였다. 결과적으로 생긴 여과액을 농축하여 밝은 갈색 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 고성능 액체 크로마토그래피(이동상: 클로로폼)에 의하여 정제하여, 목적의 연한 황색 고체 2.9g을 수율 68%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴(d-4)을 이하에 나타낸다.
[화학식 69]
Figure pat00073
얻어진 연한 황색 고체의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다. 도 39의 (A) 및 (B)는 1H NMR 차트이다. 또한, 도 39의 (B)는 도 39의 (A) 중 7.00ppm 내지 9.00ppm의 범위의 부분을 확대하여 나타낸 차트이다. 이들 결과는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 BBABnf(8)을 얻었다는 것을 나타낸다.
1H NMR(클로로폼-d,500MHz):δ=7.23(d,J=8.5Hz,4H), 7.31(t,J=7.5Hz,2H), 7.36(d,J=8.0Hz,1H), 7.42(t,J=8.0Hz,4H), 7.47(d,J=8.0Hz,1H), 7.52(d,J=9.0Hz,4H), 7.56(t,J=7.5Hz,1H), 7.59-7.61(m,5H), 7.74(t,J=8.5Hz,1H), 7.87(d,J=8.0Hz,1H), 8.01(d,J=8.0Hz,1H), 8.25(d,J=8.0Hz,1H), 8.65(d,J=8.0Hz,1H)
트레인 서블리메이션에 의하여, 얻어진 연한 황색 고체 3.9g을 정제하였다. 승화에 의한 정제는 3.8Pa의 압력하에 있어서, 15mL/min의 아르곤 가스의 유량으로, 275℃의 온도에서, 15시간 동안 수행하였다. 승화에 의한 정제 후, 목적의 황색 고체 2.1g을 회수율 72%로 얻었다.
다음으로, BBABnf(8)의 톨루엔 용액 및 고체 박막의 자외-가시 흡수 스펙트럼(이하에서는 단순히 "흡수 스펙트럼"이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 측정은 실시예 1의 측정과 비슷한 장치 및 방법으로 수행하였다. 도 40은 얻어진 톨루엔 용액의 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이고, 도 41은 얻어진 박막의 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 40으로부터, BBABnf(8)의 톨루엔 용액은 337nm 부근에 흡수 피크를 갖고, 발광은 410nm(여기 파장: 337nm)에 피크를 갖는다.
도 41로부터, BBABnf(8)의 박막은 370nm 부근에 흡수 피크를 갖고, 발광은 431nm(여기 파장: 358nm)에 피크를 갖는다.
(실시예 7)
본 실시예에서는, 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 발광 소자 4 및 5에 대하여 설명한다. 발광 소자 4 및 5에 사용되는 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 70]
Figure pat00074
(발광 소자 4의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에, 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)의 막을 스퍼터링법에 의하여 형성하여 양극(101)을 형성하였다. 그 두께를 70nm로 하고, 전극 면적을 2mm×2mm로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판의 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 다음, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 압력이 저감된 진공 증착 장치에 기판을 이동하고, 진공 증착 장치의 가열 체임버에서 진공 소성을 170℃에서 30분 동안 수행한 다음, 기판을 약 30분 동안 냉각시켰다.
다음으로, 양극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 양극(101)이 제공된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정시켰다. 그리고, 양극(101) 위에, 구조식(i)으로 나타내어지는 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN)을 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의하여 두께 5nm로 퇴적함으로써 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(111) 위에, 구조식(ix)으로 나타내어지는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB)을 증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적함으로써 제 1 정공 수송층(112-1)을 형성하고; 제 1 정공 수송층(112-1) 위에, 구조식(229)으로 나타내어지는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 N,N-다이(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-아민(약칭: BBABnf(6))을 증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적함으로써 제 2 정공 수송층(112-2)을 형성하고; 제 2 정공 수송층(112-2) 위에, 구조식(x)으로 나타내어지는 3,6-비스[4-(2-나프틸)페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: βNP2PC)을 증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적함으로써 제 3 정공 수송층(112-3)을 형성하였다.
그 후, 구조식(iv)으로 나타내어지는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA) 및 구조식(v)으로 나타내어지는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 중량비 1:0.03(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)에서 두께 25nm로 공증착함으로써 발광층(113)을 형성하였다.
그리고, 발광층(113) 위에, cgDBCzPA를 증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적하고, 구조식(vi)으로 나타내어지는 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 증착에 의하여 두께 15nm로 퇴적함으로써 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적하여 전자 주입층(115)을 형성하였다. 그리고, 알루미늄을 증착에 의하여 두께 200nm로 퇴적하여 음극(102)을 형성하였다. 이에 의하여, 본 실시예의 발광 소자 4를 제작하였다.
(발광 소자 5의 제작 방법)
발광 소자 5는, 제 2 정공 수송층(112-2)을 BBABnf(6) 대신에 N,N-다이(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf(8))을 사용하여 형성한 것을 제외하고 발광 소자 4와 같은 식으로 형성되었다.
발광 소자 4 및 5의 소자 구조를 이하의 표에 나타낸다.
Figure pat00075
발광 소자 4 및 5는, 대기에 노출되지 않도록, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서 유리 기판을 사용하여 밀봉하였다(구체적으로는, 소자를 둘러싸도록 밀봉 재료를 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서의 가열 처리 1시간을 수행하였음). 그리고, 이 발광 소자의 초기 특성 및 신뢰성을 측정하였다. 또한, 이 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 42는 발광 소자 4 및 5의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 43은 발광 소자 4 및 5의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 44는 발광 소자 4 및 5의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 45는 발광 소자 4 및 5의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 46은 발광 소자 4 및 5의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 47은 발광 소자 4 및 5의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 표 6은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 4 및 5의 주요 특성을 나타낸 것이다.
Figure pat00076
도 42 내지 46 및 표 6으로부터, 본 발명의 일 형태의 발광 소자 4 및 5는 효율이 양호하고 구동 전압이 낮은 청색 발광 소자인 것을 알았다.
도 48은, 전류 값을 2mA로 설정하고 전류 밀도가 일정한 조건하에서의 발광 소자의 휘도의 구동 시간-의존 변화를 나타낸 것이다. 도 48에서 나타낸 바와 같이, 발광 소자 4 및 5는 100시간 구동 후에 초기 휘도의 85% 이상을 유지하고, 구동 시간에 따른 휘도의 저하가 매우 작은 수명이 긴 발광 소자인 것을 알았다.
(실시예 8)
본 실시예에서는, 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 발광 소자 6및 7에 대하여 설명한다. 발광 소자 6 및 7에 사용되는 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 71]
Figure pat00077
(발광 소자 6의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에, 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)의 막을 스퍼터링법에 의하여 형성하여 양극(101)을 형성하였다. 그 두께를 70nm로 하고, 전극 면적을 2mm×2mm로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판의 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 다음, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 압력이 저감된 진공 증착 장치에 기판을 이동하고, 진공 증착 장치의 가열 체임버에서 진공 소성을 170℃에서 30분 동안 수행한 다음, 기판을 약 30분 동안 냉각시켰다.
다음으로, 양극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 양극(101)이 제공된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정시켰다. 그리고, 양극(101) 위에, 구조식(i)으로 나타내어지는 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN)을 저항 가열을 사용한 증착 방법에 의하여 두께 5nm로 퇴적함으로써 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(111) 위에, 구조식(ix)으로 나타내어지는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB)을 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적함으로써 제 1 정공 수송층(112-1)을 형성하고; 제 1 정공 수송층(112-1) 위에, 구조식(229)으로 나타내어지는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 N,N-다이(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-아민(약칭: BBABnf(6))을 증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적함으로써 제 2 정공 수송층(112-2)을 형성하였다.
그 후, 구조식(iv)으로 나타내어지는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA) 및 구조식(v)으로 나타내어지는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 중량비 1:0.03(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)에서 두께 25nm로 공증착함으로써 발광층(113)을 형성하였다.
그리고, 발광층(113) 위에, cgDBCzPA를 증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적하고, 구조식(vi)으로 나타내어지는 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 증착에 의하여 두께 15nm로 퇴적함으로써 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적하여 전자 주입층(115)을 형성하였다. 그리고, 알루미늄을 증착에 의하여 두께 200nm로 퇴적하여 음극(102)을 형성하였다. 이에 의하여, 본 실시예의 발광 소자 6을 제작하였다.
(발광 소자 7의 제작 방법)
발광 소자 7은, 제 2 정공 수송층(112-2)을 BBABnf(6) 대신에 N,N-다이(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf(8))을 사용하여 형성한 것을 제외하고 발광 소자 6과 같은 식으로 형성되었다.
발광 소자 6 및 7의 소자 구조를 이하의 표에 나타낸다.
Figure pat00078
발광 소자 6 및 7은, 대기에 노출되지 않도록, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서 유리 기판을 사용하여 밀봉하였다(구체적으로는, 소자를 둘러싸도록 밀봉 재료를 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서의 가열 처리 1시간을 수행하였음). 그리고, 이 발광 소자의 초기 특성 및 신뢰성을 측정하였다. 또한, 이 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 49는 발광 소자 6 및 7의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 50은 발광 소자 6 및 7의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 51은 발광 소자 6 및 7의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 52는 발광 소자 6 및 7의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 53은 발광 소자 6 및 7의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 54는 발광 소자 6 및 7의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 표 8은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 6 및 7의 주요 특성을 나타낸 것이다.
Figure pat00079
도 49 내지 54 및 표 8로부터, 본 발명의 일 형태의 발광 소자 6 및 7은 효율이 양호하고 구동 전압이 낮은 청색 발광 소자인 것을 알았다.
(실시예 9)
본 실시예에서는, 실시형태 1에서 설명한 본 발명의 일 형태의 발광 소자 8에 대하여 설명한다. 발광 소자 8에 사용되는 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 72]
Figure pat00080
(발광 소자 8의 제작 방법)
우선, 유리 기판 위에, 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)의 막을 스퍼터링법에 의하여 형성하여 양극(101)을 형성하였다. 그 두께를 70nm로 하고, 전극 면적을 2mm×2mm로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판의 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 다음, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 약 10-4Pa까지 압력이 저감된 진공 증착 장치에 기판을 이동하고, 진공 증착 장치의 가열 체임버에서 진공 소성을 170℃에서 30분 동안 수행한 다음, 기판을 약 30분 동안 냉각시켰다.
다음으로, 양극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 양극(101)이 제공된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정시켰다. 그리고, 구조식(146)으로 나타내어지는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 N,N-비스(바이페닐-4-일)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf), 및 구조식(xi)으로 나타내어지는 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ)을 중량비 2:1(=BBABnf:F6-TCNNQ)에서 양극(101) 위에 공증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적함으로써, 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로, BBABnf를 정공 주입층(111) 위에 증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적함으로써, 제 1 정공 수송층(112-1)을 형성하고, 구조식(vii)으로 나타내어지는 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn)을 제 1 정공 수송층(112-1) 위에 증착에 의하여 두께 20nm로 퇴적함으로써, 제 2 정공 수송층(112-2)을 형성하였다.
그 후, 구조식(iv)으로 나타내어지는 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA) 및 구조식(v)으로 나타내어지는 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn)을 중량비 1:0.03(=cgDBCzPA:1,6mMemFLPAPrn)에서 두께 25nm로 공증착함으로써 발광층(113)을 형성하였다.
그리고, 발광층(113) 위에, 구조식(xii)에 의하여 나타내어지는 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II)을 증착에 의하여 두께 10nm로 퇴적하고, 구조식(xiii)에 의하여 나타내어지는 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 증착에 의하여 두께 15nm로 퇴적함으로써, 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 증착에 의하여 두께 1nm로 퇴적하여 전자 주입층(115)을 형성하였다. 그리고, 알루미늄을 증착에 의하여 두께 200nm로 퇴적하여 음극(102)을 형성하였다. 이에 의하여, 본 실시예의 발광 소자 8을 제작하였다.
발광 소자 8의 소자 구조를 이하의 표에 나타낸다.
Figure pat00081
발광 소자 8은, 대기에 노출되지 않도록, 질소 분위기를 포함하는 글로브 박스에서 유리 기판을 사용하여 밀봉하였다(구체적으로는, 소자를 둘러싸도록 밀봉 재료를 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서의 가열 처리 1시간을 수행하였음). 그리고, 이 발광 소자의 초기 특성 및 신뢰성을 측정하였다. 또한, 이 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 55는 발광 소자 8의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 것이다. 도 56은 발광 소자 8의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 57은 발광 소자 8의 휘도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 58은 발광 소자 8의 전류-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 59는 발광 소자 8의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 60은 발광 소자 8의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 표 10은 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 8의 주요 특성을 나타낸 것이다.
Figure pat00082
도 55 내지 60 및 표 10으로부터, 본 발명의 일 형태의 발광 소자 8은 효율이 양호하고 구동 전압이 낮은 청색 발광 소자인 것을 알았다.
도 61은, 전류 값을 2mA로 설정하고 전류 밀도가 일정한 조건하에서의 발광 소자의 휘도의 구동 시간-의존 변화를 나타낸 것이다. 도 61에서 나타낸 바와 같이, 발광 소자 8은 100시간 구동 후에 초기 휘도의 90% 이상을 유지하고 구동 시간에 따른 휘도의 저하가 매우 작은 수명이 긴 발광 소자인 것을 알았다.
본 출원은 2016년 1월 29일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2016-016262의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.
101: 양극, 102: 음극, 103: EL층, 111: 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 112-1: 제 1 정공 수송층, 112-2: 제 2 정공 수송층, 112-3: 제 3 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: 밀봉 재료, 406: 밀봉 재료, 407: 밀봉 기판, 412: 패드, 420: IC칩, 501: 양극, 502: 음극, 511: 제 1 발광 유닛, 512: 제 2 발광 유닛, 513: 전하 발생층, 601: 구동 회로부(소스선 구동 회로), 602: 화소부, 603: 구동 회로부(게이트선 구동 회로), 604: 밀봉 기판, 605: 밀봉 재료, 607: 공간, 608: 배선, 609: FPC(flexible printed circuit), 610: 소자 기판, 611: 스위칭 FET, 612: 전류 제어 FET, 613: 양극, 614: 절연물, 616: EL층, 617: 음극, 618: 발광 소자, 730: 절연막, 770: 평탄화 절연막, 772: 도전막, 782: 발광 소자, 783: 액적 토출 장치, 784: 액적, 785: 층, 786: EL층, 788: 도전막, 901: 하우징, 902: 액정층, 903: 백라이트 유닛, 904: 하우징, 905: 드라이버 IC, 906: 단자, 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: 밀봉 재료, 1033: 투명 기재, 1034R: 적색 착색층, 1034G: 녹색 착색층, 1034B: 청색 착색층, 1035: 블랙 매트릭스, 1036: 오버 코트층, 1037: 제 3 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 1400: 액적 토출 장치, 1402: 기판, 1403: 액적 토출 수단, 1404: 촬상 수단, 1405: 헤드, 1406: 점선, 1407: 제어 수단, 1408: 기억 매체, 1409: 화상 처리 수단, 1410: 컴퓨터, 1411: 마커, 1412: 헤드, 1413: 재료 공급원, 1414: 재료 공급원, 1415: 재료 공급원, 1416: 헤드, 2001: 하우징, 2002: 광원, 3001: 조명 장치, 5000: 표시 영역, 5001: 표시 영역, 5002: 표시 영역, 5003: 표시 영역, 5004: 표시 영역, 5005: 표시 영역, 7101: 하우징, 7103: 표시부, 7105: 스탠드, 7107: 표시부, 7109: 조작 키, 7110: 리모트 컨트롤러, 7201: 본체, 7202: 하우징, 7203: 표시부, 7204: 키보드, 7205: 외부 접속 포트, 7206: 포인팅 디바이스, 7210: 제 2 표시부, 7301: 하우징, 7302: 하우징, 7303: 연결부, 7304: 표시부, 7305: 표시부, 7306: 스피커부, 7307: 기록 매체 삽입부, 7308: LED 램프, 7309: 조작 키, 7310: 접속 단자, 7311: 센서, 7401: 하우징, 7402: 표시부, 7403: 조작 버튼, 7404: 외부 접속 포트, 7405: 스피커, 7406: 마이크로폰, 7400: 휴대 전화, 9033: 클래스프, 9034: 스위치, 9035: 전원 스위치, 9036: 스위치, 9038: 조작 스위치, 9310: 휴대 정보 단말, 9311: 표시 패널, 9312: 표시 영역, 9313: 힌지, 9315: 하우징, 9630: 하우징, 9631: 표시부, 9631a: 표시부, 9631b: 표시부, 9632a: 터치스크린 영역, 9632b: 터치스크린 영역, 9633: 태양 전지, 9634: 충방전 제어 회로, 9635: 배터리, 9636: DCDC 컨버터, 9637: 조작 키, 9638: 컨버터, 9639: 버튼

Claims (1)

  1. 정공 수송 재료로서,
    치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨란 골격 및 치환 또는 비치환된 아민 골격을 갖는 유기 화합물을 포함하는, 정공 수송 재료.
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