KR20220131872A - 발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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

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KR20220131872A
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교코 다케다
간타 아베
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Abstract

본 발명은 구동 전압이 낮고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공한다.
제 1 유기 화합물과, 제 2 유기 화합물과, 게스트 재료를 가지는 발광 소자이다. 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고, 그 차이는 0eV보다 크고 0.5eV보다 작다. 또한 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮다. 게스트 재료는 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 기능을 가진다. 제 1 유기 화합물과, 제 2 유기 화합물이 들뜬 복합체를 형성하는 조합이다.

Description

발광 소자, 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING ELEMENT, DISPLAY DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 들뜬 복합체를 형성하는 유기 화합물의 조합을 사용한 발광 소자, 또는 상기 발광 소자를 가지는 표시 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상술한 기술 분야에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 형태는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명은 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 특히 본 발명의 일 형태는 반도체 장치, 발광 장치, 표시 장치, 조명 장치, 발광 소자, 이들의 제작 방법에 관한 것이다.
근년에 들어, 일렉트로루미네선스(Electroluminescence: EL)를 사용한 발광 소자의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 이들 발광 소자의 기본적인 구성은, 한 쌍의 전극 사이에 발광성 재료를 포함하는 층(EL층)을 끼운 구성이다. 이 소자의 전극들 사이에 전압을 인가함으로써 발광성 재료로부터의 발광을 얻을 수 있다.
상술한 발광 소자는 자발광(自發光)형이기 때문에, 이를 사용한 표시 장치는 시인성(視認性)이 우수하고, 백라이트가 불필요하고, 소비전력이 적은 등의 이점을 가진다. 또한 얇고 가볍게 제작할 수 있고, 응답 속도가 빠른 등의 이점도 가진다.
발광 재료에 유기 재료를 사용하여, 한 쌍의 전극 사이에 상기 발광 재료를 포함하는 EL층을 제공한 발광 소자(예를 들어, 유기 EL 소자)의 경우, 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가함으로써 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공(홀)이 각각 발광성 EL층에 주입되어, 전류가 흐른다. 그리고 주입된 전자 및 정공이 재결합함으로써 발광성 유기 재료가 들뜬 상태가 되어, 들뜨게 된 발광성 유기 재료로부터 발광을 얻을 수 있다.
유기 재료가 형성하는 들뜬 상태의 종류로서는, 단일항 들뜬 상태(S＊)와 삼중항 들뜬 상태(T＊)가 있고, 단일항 들뜬 상태로부터의 발광이 형광, 삼중항 들뜬 상태로부터의 발광이 인광이라고 불린다. 또한 발광 소자에 있어서 이들의 통계적인 생성 비율은 S＊:T＊=1:3이다. 그러므로, 형광을 발하는 재료(형광 재료)를 사용한 발광 소자보다 인광을 발하는 재료(인광 재료)를 사용한 발광 소자가 더 높은 발광 효율을 얻을 수 있다. 따라서, 삼중항 들뜬 상태의 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 인광 재료를 사용한 발광 소자의 개발이 근년 활발히 진행되고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
유기 재료를 들뜨게 하기 위하여 필요한 에너지는 유기 재료의 최고점유분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO라고도 함)와, 최저준위 비점유 분자궤도(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO라고도 함)와의 에너지 차이에 의존하고, 그 에너지 차이는 단일항 들뜬 상태의 에너지에 대략 상당한다. 인광을 발하는 유기 재료를 사용한 발광 소자에 있어서는, 삼중항 들뜬 에너지가 발광 에너지로 변환된다. 그러므로 유기 재료가 형성하는 단일항 들뜬 상태와 삼중항 들뜬 상태와의 에너지 차이가 큰 경우, 유기 재료를 들뜨게 하기 위하여 필요한 에너지는 상기 에너지 차이에 상당하는 에너지의 분량만큼 발광의 에너지보다 높아진다. 유기 재료를 들뜨게 하기 위하여 필요한 에너지와 발광의 에너지와의 차이는 발광 소자에 있어서 구동 전압의 상승으로서 소자 특성에 영향을 미치지만, 상기 구동 전압의 상승을 억제하는 방법이 요구되고 있다.
일본 공개특허공보 특개2010-182699호
구동 전압을 저감시키기 위해서는 캐리어(전자 및/또는 정공) 수송층이 양호한 유기 재료를 발광 소자에 사용할 필요가 있지만, 상기 유기 재료를 사용한 경우, 캐리어 밸런스의 조정이나 발광 소자를 효율 좋게 발광시키는 것이 어려운 경우가 있기 때문에 양호한 발광 효율과 낮은 구동 전압을 양립하는 것은 쉬운 일이 아니다.
따라서 본 발명의 일 형태에서는 인광 재료를 가지는 발광 소자에서 신규 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 특히 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 특히 본 발명의 일 형태에서는 전압이 저감된 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 신뢰성이 우수한 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다.
또는 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 신규 발광 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 또는 본 발명의 일 형태에서는 신규 표시 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한 상술한 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는, 이들 모든 과제를 반드시 해결할 필요는 없다. 상술한 것 외의 과제는 명세서 등의 기재로부터 저절로 명확해지는 것이며, 명세서 등의 기재로부터 상술한 것 외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 인광 재료를 효율 좋게 들뜨게 할 수 있는 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 발광 소자이다.
따라서 본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 가지고, 상기 발광층은 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물과 게스트 재료를 가지고, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위의 차이는 0eV보다 크고 0.5eV 이하이고, 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮고, 게스트 재료는 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 기능을 가지고, 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물이 들뜬 복합체를 형성하는 조합인 발광 소자이다.
또한 상기 구성에서, 제 1 유기 화합물은 제 1 전자 수송성 골격과 제 1 정공 수송성 골격을 가지고, 제 2 유기 화합물은 제 2 전자 수송성 골격과 제 2 정공 수송성 골격을 가지는 것이 바람직하다.
또한 상기 구성에서, 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위와 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위의 차이는 0eV보다 크고 0.3eV 이하인 것이 바람직하다.
또한 상기 구성에서, 제 1 전자 수송성 골격 및 제 2 전자 수송성 골격은 π전자 부족 헤테로 방향족 고리, 아릴보레인 골격, 포스핀 옥사이드 골격 중 임의의 것이고, 제 1 정공 수송성 골격 및 제 2 정공 수송성 골격은 π전자 과잉 헤테로 방향족 고리, 방향족 아민 골격 중 임의의 것이 바람직하다.
또한 상기 구성에서, 제 1 전자 수송성 골격은 탄소수 8 내지 18의 함질소 헤테로 방향족 고리이고, 제 2 전자 수송성 골격은 탄소수 3 내지 8의 함질소 헤테로 방향족 고리인 것이 바람직하다.
또한 상기 구성에서, 제 1 정공 수송성 골격은 π전자 과잉 헤테로 방향족 고리를 가지고, 제 2 정공 수송성 골격은 방향족 아민 골격, 특히 트라이아릴아민 골격을 가지는 것이 바람직하다.
또한 상기 구성에서 제 2 유기 화합물이 하기 구조식(100) 내지 구조식(109)으로 나타내어지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
또한 상기 각 구성에서, 들뜬 복합체는 게스트 재료에 들뜬 에너지를 부여하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
또한 상기 각 구성에서, 게스트 재료는 이리듐을 가지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구조식(100) 내지 구조식(109)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 상기 구조식(100) 내지 구조식(109)으로 나타내어지는 유기 화합물 중 어느 하나 또는 복수를 가지는 발광 소자이다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 상기 각 구성의 발광 소자와, 컬러필터, 밀봉재, 또는 트랜지스터를 가지는 표시 장치이다. 또한 본 발명의 다른 일 형태는 상기 표시 장치와, 하우징 또는 터치 센서를 가지는 전자 기기이다. 또한 본 발명의 다른 일 형태는 상기 각 구성의 발광 소자와, 하우징 또는 터치 센서를 가지는 조명 장치이다. 또한 본 발명의 일 형태는 발광 소자를 가지는 발광 장치뿐만 아니라 발광 장치를 가지는 전자 기기도 범주에 포함된다. 따라서 본 명세서 중에서의 발광 장치란, 화상 표시 디바이스 또는 광원(조명 장치를 포함함)을 가리킨다. 또한 발광 소자에 커넥터, 예를 들어 FPC(flexible printed circuit), TCP(tape carrier package)가 장착된 모듈, TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 모듈, 또는 발광 소자에 COG(chip on glass) 방식에 의하여 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 발광 장치의 범주에 포함되는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태에서는, 인광 재료를 가지는 발광 소자에서 신규 발광 소자를 제공할 수 있다. 특히 본 발명의 일 형태에 의하여 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 특히 본 발명의 일 형태에 의하여 전압이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여 신뢰성이 우수한 발광 소자를 제공할 수 있다.
또는 본 발명의 일 형태에 의하여 소비전력이 저감된 발광 소자를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여 신규 발광 장치를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여 신규 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 모든 효과를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구범위 등의 기재로부터 저절로 명확해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구범위 등의 기재로부터 이들 외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도, 및 에너지 준위의 상관을 설명한 도면.
도 2는 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 발광층에서의 에너지 준위의 상관을 설명한 도면.
도 3은 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 단면 모식도.
도 4는 본 발명의 일 형태에 따른 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 5는 본 발명의 일 형태에 따른 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 6은 본 발명의 일 형태에 따른 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도.
도 7은 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치의 개략도.
도 8은 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치의 회로도.
도 9는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치의 회로도.
도 10은 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치의 개략도.
도 11은 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치의 개략도.
도 12는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치의 개략도.
도 13은 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기의 개략도.
도 14는 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기의 개략도.
도 15는 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기의 개략도.
도 16은 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기의 개략도.
도 17은 본 발명의 일 형태에 따른 조명 장치를 나타낸 도면.
도 18은 본 발명의 일 형태에 따른 조명 장치를 나타낸 도면.
도 19는 실시예에 따른 NMR 차트를 설명한 도면.
도 20은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 21은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 22는 실시예에 따른 NMR 차트를 설명한 도면.
도 23은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 24는 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 25는 실시예에 따른 NMR 차트를 설명한 도면.
도 26은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 27은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 28은 실시예에 따른 NMR 차트를 설명한 도면.
도 29는 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 30은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 31은 실시예에 따른 NMR 차트를 설명한 도면.
도 32는 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 33은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 34는 실시예에 따른 NMR 차트를 설명한 도면.
도 35는 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 36은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 37은 실시예에 따른 NMR 차트를 설명한 도면.
도 38은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 39는 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 40은 실시예에 따른 NMR 차트를 설명한 도면.
도 41은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 42는 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 43은 실시예에 따른 NMR 차트를 설명한 도면.
도 44는 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 45는 실시예에 따른 NMR 차트를 설명한 도면.
도 46은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 47은 실시예에 따른 화합물의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 48은 실시예에 따른 발광 소자의 개략도.
도 49는 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 50은 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전압 특성을 설명한 도면.
도 51은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 밀도-전압 특성을 설명한 도면.
도 52는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 53은 실시예에 따른 발광 소자의 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 54는 실시예에 따른 구동 전압과 호스트 재료 간의 LUMO 준위와의 차이의 관계를 설명한 도면.
도 55는 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 56은 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전압 특성을 설명한 도면.
도 57은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 밀도-전압 특성을 설명한 도면.
도 58은 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 59는 실시예에 따른 발광 소자의 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 60은 실시예에 따른 구동 전압과 호스트 재료 간의 LUMO 준위와의 차이의 관계를 설명한 도면.
도 61은 실시예에 따른 발광 소자의 신뢰성 시험의 결과를 설명한 도면.
도 62는 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 63은 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전압 특성을 설명한 도면.
도 64는 실시예에 따른 발광 소자의 전류 밀도-전압 특성을 설명한 도면.
도 65는 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 66은 실시예에 따른 발광 소자의 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 67은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 68은 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전압 특성을 설명한 도면.
도 69는 실시예에 따른 발광 소자의 전류 밀도-전압 특성을 설명한 도면.
도 70은 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 71은 실시예에 따른 발광 소자의 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
도 72는 실시예에 따른 발광 소자의 신뢰성 시험의 결과를 설명한 결과.
도 73은 실시예에 따른 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 74는 실시예에 따른 발광 소자의 휘도-전압 특성을 설명한 도면.
도 75는 실시예에 따른 발광 소자의 전류 밀도-전압 특성을 설명한 도면.
도 76은 실시예에 따른 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 설명한 도면.
도 77은 실시예에 따른 발광 소자의 발광 스펙트럼을 설명한 도면.
이하, 본 발명의 일 형태에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 다만 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위로부터 벗어남이 없이 그 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다. 따라서, 본 발명은 아래에 나타낸 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한 도면 등에 나타낸 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은, 쉽게 이해하기 위하여 실제의 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않는 경우가 있다. 그러므로, 기재된 발명은 도면 등에 기재된 위치, 크기, 범위 등에 반드시 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서 등에서 부여되는 '제 1', '제 2' 등의 서수사는 편의상 사용되는 것이며, 공정 순서 또는 적층 순서를 제시하지 않는 경우가 있다. 그러므로 예를 들어, '제 1'을 '제 2' 또는 '제 3' 등으로 적절히 바꿔 설명할 수 있다. 또한, 본 명세서 등에 기재된 서수사와 본 발명의 일 형태를 특정하기 위하여 사용되는 서수사는 일치되지 않는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에 있어서, 도면을 사용하여 발명의 구성을 설명하는 데 있어서, 같은 것을 가리키는 부호는 상이한 도면 간에서도 공통적으로 사용하는 경우가 있다.
또한, 본 명세서 등에서 '막'이라는 용어와 '층'이라는 용어는 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어, '도전층'이라는 용어를 '도전막'이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다. 또는 예를 들어, '절연막'이라는 용어를 '절연층'이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서, 단일항 들뜬 상태(S＊)는 들뜬 에너지를 가지는 단일항 상태를 말한다. 또한 S1 준위는 단일항 들뜬 에너지 준위의 가장 낮은 준위이며, 가장 낮은 단일항 들뜬 상태의 들뜬 에너지 준위를 말한다. 또한 삼중항 들뜬 상태(T＊)는 들뜬 에너지를 가지는 삼중항 상태를 말한다. 또한 T1 준위는 삼중항 들뜬 에너지 준위의 가장 낮은 준위이며, 가장 낮은 삼중항 들뜬 상태의 들뜬 에너지 준위를 말한다. 또한 본 명세서 등에서, 단순히 단일항 들뜬 상태 또는 단일항 들뜬 에너지 준위라고 나타낸 경우라도, 가장 낮은 단일항 들뜬 상태 또는 S1 준위를 나타내는 경우가 있다. 또한 삼중항 들뜬 상태 또는 삼중항 들뜬 에너지 준위라고 나타낸 경우라도, 가장 낮은 삼중항 들뜬 상태 또는 T1 준위를 나타내는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서 형광 재료란, 단일항 들뜬 상태로부터 기저 상태로 완화할 때 가시광 영역에 발광을 부여하는 재료이다. 한편, 인광 재료란 삼중항 들뜬 상태로부터 기저 상태로 완화할 때, 실온에서 가시광 영역에 발광을 부여하는 재료이다. 바꿔 말하면 인광 재료란 삼중항 들뜬 에너지를 가시광으로 변환할 수 있는 재료 중 하나이다.
또한, 인광 발광 에너지 또는 삼중항 들뜬 에너지는, 인광 발광의 가장 단파장 쪽의 발광 피크(셜더를 포함함)의 파장으로부터 도출할 수 있다. 또한, 상기 인광 발광은 저온(예를 들어, 10K) 환경에서, 시간 분해 포토루미네선스법을 행함으로써 관측할 수 있다. 또한 열활성화 지연 형광의 발광 에너지는, 열활성화 지연 형광의 가장 단파장 쪽의 발광 피크(셜더를 포함함)의 파장으로부터 도출할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서, 실온이란 0℃ 이상 40℃ 이하 중 어느 온도를 말한다.
또한 본 명세서 등에서, 청색의 파장 영역이란 400nm 이상 500nm 미만의 파장 영역이며, 청색의 발광이란 상기 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 가지는 발광이다. 또한 녹색의 파장 영역이란 500nm 이상 580nm 미만의 파장 영역이며, 녹색의 발광이란 상기 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 가지는 발광이다. 또한 적색의 파장 영역이란 580nm 이상 680nm 이하의 파장 영역이며, 적색의 발광이란 상기 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 가지는 발광이다.
또한 본 명세서에서 바이폴러 재료란, 정공 수송성과 전자 수송성의 양쪽 모두의 기능을 가지며, 1분자 중에 전자 수송성 골격과 정공 수송성 골격의 양쪽 모두를 가지는 유기 화합물이다. 전자 수송성 골격으로서는 π전자 부족 헤테로 방향족 고리, 정공 수송성 골격은 아민 골격 또는 π전자 과잉 헤테로 방향족 고리를 예로 들 수 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 이하에서 설명한다.
<발광 소자의 구성예 1>
우선, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 구성에 대하여 도 1의 (A) 내지 (C)를 참조하여 이하에서 설명한다.
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자(150)의 단면 모식도이다.
발광 소자(150)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))을 가지고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 제공된 EL층(100)을 가진다. EL층(100)은 적어도 발광층(140)을 가진다.
또한 도 1의 (A)에 나타낸 EL층(100)은, 발광층(140)에 더하여 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 등의 기능층을 가진다.
또한 본 실시형태에서는, 한 쌍의 전극 중 전극(101)을 양극으로 하고, 전극(102)을 음극으로 하여 설명하지만, 발광 소자(150)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 즉, 전극(101)을 음극으로 하고 전극(102)을 양극으로 하고 상기 전극 간의 각 층의 적층을 반대의 순서로 하여도 좋다. 즉, 양극 측으로부터, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(140), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)이 적층되는 순서로 하면 좋다.
또한 EL층(100)의 구성은, 도 1의 (A)에 도시된 구성에 한정되지 않고, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 중으로부터 선택된 적어도 하나를 가지는 구성으로 하면 좋다. 또는 EL층(100)은, 정공 또는 전자 주입 장벽의 저감, 정공 또는 전자 수송성의 향상, 정공 또는 전자 수송성의 저해, 또는 전극에 의한 소광 현상의 억제 등의 기능을 가지는 기능층을 가지는 구성으로 하여도 좋다. 또한 기능층은 각각 단층이라도, 복수의 층이 적층된 구성이라도 좋다.
도 1의 (B)는 도 1의 (A)에 나타낸 발광층(140)의 일례를 나타낸 단면 모식도이다. 도 1의 (B)에 나타낸 발광층(140)은 호스트 재료(141)와 게스트 재료(142)를 가진다. 또한 호스트 재료(141)는 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)을 가진다.
또한 게스트 재료(142)로서는, 발광성의 유기 재료를 사용하면 좋고, 상기 발광성의 유기 재료로서는, 형광을 발할 수 있는 재료(이하, 형광 재료라고도 함)나, 인광을 발할 수 있는 재료(이하, 인광 재료라고도 함)를 들 수 있다. 이하의 설명에서는 게스트 재료(142)로서 인광 재료를 사용하는 구성에 대하여 설명한다. 또한 게스트 재료(142)를 인광 재료로 바꿔 읽어도 좋다.
발광층에, 유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2)과 같이 2종류의 호스트 재료를 사용하는 경우(co-host계)(도 1의 (B) 참조), 2종류의 호스트 재료에는 전자 수송성의 재료와 정공 수송성의 재료가 1종류씩 사용되는 것이 일반적이다. 이와 같은 구성은 정공 수송층(112)과 발광층(140) 사이의 정공 주입 장벽과 전자 수송층(118)과 발광층(140) 사이의 전자 주입 장벽이 작아지기 때문에 구동 전압을 저감시킬 수 있어 바람직하다.
<발광 소자의 발광 기구>
다음에 발광층(140)의 발광 기구에 대하여 이하에서 설명한다.
발광층(140)에서의 호스트 재료(141)가 가지는 유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2)은 들뜬 복합체(엑시플렉스 또는 Exciplex라고도 함)를 형성한다.
발광층(140)에서의 유기 화합물(141_1), 유기 화합물(141_2), 및 게스트 재료(142)와의 에너지 준위의 상관을 도 1의 (C)에 나타내었다. 또한 도 1의 (C)에서의 표기 및 부호는 이하와 같다.
·Host(141_1): 유기 화합물(141_1)(호스트 재료)
·Host(141_2): 유기 화합물(141_2)(호스트 재료)
·Guest(142): 게스트 재료(142)(인광성 화합물)
·SPH1: 유기 화합물(141_1)(호스트 재료)의 S1 준위
·TPH1: 유기 화합물(141_1)(호스트 재료)의 T1 준위
·SPH2: 유기 화합물(141_2)(호스트 재료)의 S1 준위
·TPH2: 유기 화합물(141_2)(호스트 재료)의 T1 준위
·SPG: 게스트 재료(142)(인광성 화합물)의 S1 준위
·TPG: 게스트 재료(142)(인광성 화합물)의 T1 준위
·SPE: 들뜬 복합체의 S1 준위
·TPE: 들뜬 복합체의 T1 준위
유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)은 들뜬 복합체를 형성하고, 상기 들뜬 복합체의 S1 준위(SPE)와 T1 준위(TPE)는 서로 인접하는 에너지가 된다(도 1의 (C)에서의 경로(E1) 참조).
유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2)은 한쪽이 홀을 나타내고, 다른 쪽이 전자를 받음으로써 신속히 들뜬 복합체를 형성한다. 또는 한쪽이 들뜬 상태가 되면, 신속히 다른 쪽과 상호 작용함으로써 들뜬 복합체를 형성한다. 따라서 발광층(140)에서의 여기자의 대부분이 들뜬 복합체로서 존재한다. 들뜬 복합체의 들뜬 에너지 준위(SPE 또는 TPE)는 들뜬 복합체를 형성하는 호스트 재료(유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2))의 S1 준위(SPH1 및 SPH2)보다 낮게 되기 때문에 더 낮은 들뜬 에너지로 호스트 재료(141)의 들뜬 상태를 형성할 수 있다. 이에 의하여 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.
그리고 들뜬 복합체의 SPE와 TPE 양쪽 모두의 에너지를, 게스트 재료(142)(인광성 과합물)의 T1 준위로 이동시켜 발광을 얻는다(도 1의 (C)에서의 경로(E2) 및 경로(E3) 참조).
또한, 들뜬 복합체의 T1 준위(TPE)는 게스트 재료(142)의 T1 준위(TPG)보다 큰 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써, 생성된 들뜬 복합체의 단일항 들뜬 에너지 및 삼중항 들뜬 에너지를, 들뜬 복합체의 S1 준위(SPE) 및 T1 준위(TPE)로부터 게스트 재료(142)의 T1 준위(TPG)로 에너지 이동시킬 수 있다.
또한 들뜬 복합체로부터 게스트 재료(142)로 효율 좋게 들뜬 에너지를 이동시키기 위해서는, 들뜬 복합체의 T1 준위(TPE)가 들뜬 복합체를 형성하는 각 유기 화합물(유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2))의 T1 준위(TPH1 및 TPH2)와 동등하거나, 또는 보다 작은 것이 바람직하다. 이에 의하여, 각 유기 화합물(유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2))로 인한 들뜬 복합체의 삼중항 들뜬 에너지의 ◎치(quench)가 생기기 어렵게 되어, 들뜬 복합체로부터 게스트 재료(142)로의 에너지 이동이 효율좋게 발생한다.
또한, 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)의 조합이 정공 수송성을 가지는 화합물과 전자 수송성을 가지는 화합물의 조합인 경우, 그 혼합 비율에 의하여 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있다. 구체적으로는, 정공 수송성을 가지는 화합물:전자 수송성을 가지는 화합물=1:9 내지 9:1(중량비)의 범위인 것이 바람직하다. 또한 상기 구성을 가짐으로써 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있어, 캐리어 재결합 영역의 제어도 쉽게 행할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서, 상술한 경로(E2) 및 경로(E3)의 과정을 ExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)라고 호칭하는 경우가 있다. 바꿔 말하면 발광층(140)은, 들뜬 복합체로부터 게스트 재료(142)로의 들뜬 에너지의 공여가 있다. 또한 이 경우, TPE로부터 SPE로의 역항간 교차 효율이 반드시 높을 필요는 없고, SPE로부터의 발광 양자 수율이 높을 필요도 없기 때문에 재료를 폭넓게 선택할 수 있다.
유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)의 조합은 들뜬 복합체를 형성할 수 있으면 좋지만, 한쪽이 다른 쪽의 최고점유분자궤도(HOMO라고도 함)보다 낮은 HOMO 준위를 가지고, 또한 다른 쪽의 최저비점유분자궤도보다 낮은 LUMO 준위를 가지는 것이 바람직하다.
상기 ExTET는 인광 발광 소자의 효율 향상, 신뢰성 향상, 구동 전압 저감에 크게 기여하는 기술이다. ExTET에는 엑시플렉스의 형성이 필요하기 때문에 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)의 선택이 중요하다.
여기서 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)과의 LUMO 준위의 차이가 0eV보다 크고 0.5eV 이하인 유기 화합물의 조합을 사용함으로써, 발광 소자의 구동 전압을 더 저감시킬 수 있는 것을, 본 발명자들이 발견하였다. 더 바람직하게는 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)과의 LUMO 준위의 차이가 0eV보다 크고 0.3eV 이하이다.
유기 재료의 HOMO 준위 및 LUMO 준위는 일반적으로, CV(사이클릭 볼타메트리)나 광전자 분광법, 광흡수 분광법, 역광전자 분광법 등에 의하여 추산된다. 재료 간의 값을 비교하는 경우는, 같은 측정 방법으로 추산된 값을 사용하여 비교하는 것이 바람직하다.
또한 상술한 바와 같이, 유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2)은 한쪽이 정공을, 다른 쪽이 전자를 받음으로써 들뜬 복합체를 신속히 형성한다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자에서는 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)의 양쪽 모두가 바이폴러 재료인 것이 바람직하다. 바이폴러 재료는 1분자 중에 정공 수송성 골격과 전자 수송성 골격의 양쪽 모두를 가지기 때문에 발광층 중의 캐리어 수송성을 향상시킬 수 있어 구동 전압을 저감하는 데 기여할 수 있다.
유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2) 각각에 바이폴러 재료를 사용한 경우, 유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2)로 엑시플렉스를 형성하기 위해서는, 한쪽이 정공을 받고, 다른 쪽이 전자를 받을 필요가 있다. 그러므로 발광층(140) 중에서 정공을 받는 바이폴러 재료는 전자를 받는 바이폴러 재료보다 높은 HOMO 준위를 가지고, 전자를 받는 바이폴러 재료는 정공을 받는 바이폴러 재료보다 낮은 LUMO 준위를 가지는 것이 바람직하다.
여기서 예를 들어 유기 화합물(141_1)에 전자 수송성 재료, 유기 화합물(141_2)에 정공 수송성 재료를 사용한 경우, 발광층에 있어서 그 혼합비에 따라서는 전자 또는 정공의 캐리어 수송성이 저하되는 경우가 있다. 즉, 들뜬 복합체를 형성하기 위해서는 일정한 양의 전자 수송 재료 및 정공 수송 재료를 층 내에 필요로 하는 것이 일반적이지만, 전자 수송 재료는 정공 수송성을, 정공 수송 재료는 전자 수송성을 각각 저해하기 때문에 구동 전압이 상승되는 경우가 있다. 한편, 유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2)의 양쪽 모두에 바이폴러 재료를 사용한 경우, 바이폴러 재료는 전자 수송성과 정공 수송성 양쪽 모두의 기능을 가지기 때문에 혼합비에 상관없이 구동 전압을 저감시킬 수 있다.
<발광 소자의 구성예 2>
도 2에 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 발광층(140) 중의 유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2)의 HOMO 준위와 LUMO 준위의 에너지 관계를 나타내었다. 도 2에서는, 유기 화합물(141_1)이 전자를 받는 바이폴러 재료, 유기 화합물(141_2)이 정공을 받는 바이폴러 재료인 것으로 하여, 이하에서 설명한다.
바이폴러 재료는 전자 수송성 골격과 정공 수송성 골격의 양쪽 모두를 동일한 분자 중에 가지기 때문에 정공 수송성과 전자 수송성의 양쪽 모두가 우수한 특성을 가진다. 또한 바이폴러 재료의 LUMO 준위는 전자 수송성 골격과 관련이 있는 경우가 많고, HOMO 준위는 정공 수송성 골격과 관련이 있는 경우가 많다. 그러므로 적절한 골격을 선택함으로써 2종류의 바이폴러 재료 간의 LUMO 준위의 차이 및 HOMO 준위의 차이를 조정할 수 있다. 따라서 적절한 골격을 가지는 재료를 선택함으로써 2종류의 재료 간에서의 전자 주입 장벽 및 정공 주입 장벽을 저감시킬 수 있다. 예로서, 도 2의 (A) 내지 (C)와 같은 에너지 관계가 되는 엑시플렉스를 형성하는 바이폴러 재료의 조합이 있다.
도 2의 (A)는 ExTET를 사용하는 경우에서의 LUMO 준위의 차이가 2종류의 유기 재료 간에서 작아지는 조합을 사용한 예이다. LUMO 준위의 차이는 0eV보다 크고 0.5eV 이하가 바람직하고, 0eV보다 크고 0.3eV 이하가 더 바람직하다. LUMO 준위의 차이가 작기 때문에 전자 주입 장벽이 경감되어 구동 전압을 저감시킬 수 있다. 이 경우, 바이폴러 재료를 구성하는 정공 수송성 골격에 특별한 한정은 없다. 그러므로 재료 선택의 폭이 넓어 바람직한 구성이다. 또한 HOMO 준위가 높은 재료를 선택하여도 좋으므로 HOMO 준위가 높은 게스트 재료를 발광층에 사용하여도 상기 게스트 재료가 홀 트랩 재료가 되기 어렵다. 따라서 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
ExTET를 사용하기 위해서는, 상술한 바와 같이, 정공을 받는 바이폴러 재료는 전자를 받는 바이폴러 재료보다 높은 HOMO 준위를 가지고, 전자를 받는 바이폴러 재료는 정공을 받는 바이폴러 재료보다 낮은 LUMO 준위를 가지는 것이 바람직하다.
제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에서의 전자 수송성 골격으로서는 π전자 부족 헤테로 방향족 고리나, 아릴보레인 골격, 포스핀 옥사이드 골격을 들 수 있다. 특히 상기 π전자 부족 헤테로 방향족 고리로서는 6원 고리의 함질소 헤테로 고리가 바람직하고, 구체적으로는 피리딘 고리, 피리다진 고리, 피리미딘 고리, 파라진 고리, 또는 트라이아진 고리이다. 한편 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에서의 정공 수송성 골격으로서는, π전자 과잉 헤테로 방향족 고리나 방향족 아민 골격을 들 수 있다. 특히 상기 π전자 과잉 헤테로 방향족 고리로서는, 5원 고리의 함질소 헤테로 고리가 바람직하고, 구체적으로는 피롤 고리, 퓨란 고리, 또는 싸이오펜 고리이다. 또한 특히, 방향족 아민 골격으로서는 트라이아릴아민 골격이 바람직하다. 또한 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물에서는 상기 헤테로 방향족 고리가 벤젠 고리 등의 방향족 고리 또는 헤테로 방향족 고리와 축합 고리를 형성하여도 좋다.
본 발명의 일 형태에서는 상기 골격을 적절히 선택하여 ExTET를 사용할 수 있는 제 1 유기 화합물과 제 2 유기 화합물의 조합을 적절히 선택하면 좋다. 이하에서는 그 조합에 대하여 구체적인 골격을 열거하여 설명한다.
바이폴러 재료를 사용하여 이와 같은 재료의 조합(ExTET를 사용할 수 있는 재료의 조합)을 구현하는 경우, 전자를 받는 바이폴러 재료로서는, 전자 수송성 골격으로서 함질소 방향족 고리를 가지는 재료가 바람직하고, 정공 수송성 골격으로서는 π전자 과잉 헤테로 방향족 고리를 가지는 재료가 바람직하다. 전자 수송성 골격으로서는, LUMO 준위가 쉽게 낮아지기 때문에 탄소수 8 내지 18의 함질소 헤테로 방향족 고리를 가지는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다. 또한 전자 수송성 골격으로서 더 바람직하게는 퀴놀린 골격, 퀴나졸린 골격, 퀴녹살린 골격, 벤조퓨로피리미딘 골격을 들 수 있고, 더욱 바람직하게는 다이벤조퀴녹살린 골격을 들 수 있다. 또한 정공 수송성 골격으로서 더 바람직하게는 카바졸 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 다이벤조퓨란 골격을 들 수 있다. 이들의 정공 수송성 골격을 가지면 HOMO 준위가 비교적 쉽게 낮아지기 때문에 바람직하다. 또한 낮은 HOMO 준위를 유지하기 위하여 전자를 받는 바이폴러 재료는 트라이아릴아민 골격을 가지지 않는 것이 바람직하다.
ExTET를 사용하는 경우에서의 정공을 받는 바이폴러 재료로서는, 전자 수송성 골격으로서 함질소 헤테로 방향족 고리를 가지는 재료가 바람직하고, 정공 수송성 골격으로서는 방향족 아민 골격, 특히 트라이아릴아민 골격을 가지는 재료가 바람직하다. 또한 정공을 받는 바이폴러 재료는 π전자 과잉 헤테로 방향족 고리를 가져도 좋다. 또한 전자 수송성 골격으로서는, LUMO 준위가 쉽게 높아지기 때문에 탄소수 3 내지 8의 함질소 헤테로 방향족 고리를 가지는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다. 더 구체적으로는 트라이아진 골격 또는 다이아진 골격이 바람직하고, 다이아진 골격으로서는 피리미딘 골격, 파라진 골격, 퀴녹살린 골격, 다이벤조퀴녹살린 골격, 퀴나졸린 골격, 벤조퓨로피리미딘 골격 등을 들 수 있다. 전자 수송성 골격으로서 더 바람직하게는 피리미딘 골격이다. 이들의 전자 수송성 골격을 가지는 재료는 상술한 전자를 받는 바이폴러 재료(탄소수 8 내지 18의 함질소 헤테로 방향족 고리를 가지는 재료)보다 LUMO 준위가 높아지기 쉽다. 한편, 방향족 아민 골격을 가지는 재료는 전자를 받는 바이폴러 재료(π전자 과잉 헤테로 방향족 고리를 가지는 재료)에 비하여 HOMO 준위가 높아지기 쉽다. 따라서 전자를 받는 바이폴러 재료와 정공을 받는 바이폴러 재료 사이에서 들뜬 복합체를 형성할 수 있다.
ExTET를 사용하는 경우에서의, 정공을 받는 바이폴러 재료로서는, 하기 구조식(100) 내지 구조식(109)으로 나타내어지는 화합물을 들 수 있다. 정공을 받는 바이폴러 재료는 이하에 한정되지 않는다.
[화학식 4]
Figure pat00004
[화학식 5]
Figure pat00005
[화학식 6]
Figure pat00006
도 2의 (B)는 ExTET를 사용하는 경우에서의, HOMO 준위의 차이가 2종류의 유기 재료, 바람직하게는 바이폴러 재료 사이에서 작아지는 조합을 사용한 예이다. HOMO 준위의 차이는 0eV보다 크고 0.5eV 이하가 바람직하고, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.3eV 이하이다. HOMO 준위의 차이가 작기 때문에 정공 주입 장벽이 경감되어 구동 전압을 저감시킬 수 있다. 이와 같은 구성에서 바이폴러 재료를 사용하는 경우, 바이폴러 재료를 구성하는 전자 수송성 골격에 특별한 한정은 없다. 그러므로 재료 선택의 폭이 넓어 바람직한 구성이다. 또한 LUMO 준위가 낮은 재료를 선택하여도 좋으므로 LUMO 준위가 낮은 게스트 재료를 발광층에 사용하여도 상기 게스트 재료가 전자 트랩 재료가 되기 어렵다. 따라서 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
도 2의 (C)는 ExTET를 사용하는 경우에서의 HOMO 준위 및 LUMO 준위의 차이가 2종류의 유기 재료, 바람직하게는 바이폴러 재료 사이에서 작아지는 조합을 사용한 예이다. LUMO 준위의 차이 및 HOMO 준위의 차이가 작기 때문에 전자 주입 장벽 및 정공 주입 장벽이 경감되어 구동 전압을 저감시킬 수 있다.
<재료>
다음에 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자의 구성 요소의 상세한 사항에 대하여 이하에서 설명한다.
≪발광층≫
발광층(140) 중에서는 호스트 재료(141)가 중량비에서 가장 많이 존재하고, 게스트 재료(142)(인광 재료)는 호스트 재료(141) 중으로 분산된다. 발광층(140)의 호스트 재료(141)(유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2))의 T1 준위는 발광층(140)의 게스트 재료(게스트 재료(142))의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
유기 화합물(141_1)로서는, 전자 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 재료인 것이 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 재료(전자 수송성을 가지는 재료)로서는, 함질소 헤테로 방향족 화합물과 같은 π전자 부족 헤테로 방향족 골격을 가지는 화합물, 및 아연이나 알루미늄계 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 특히 함질소 헤테로 축합 고리가 바람직하다. 구체적으로는 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 가지는 금속 착체나, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 트라이아진 유도체 등의 화합물을 들 수 있다.
구체적으로는 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq) 등, 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체 등을 들 수 있다. 또한, 이 외에 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계, 또는 싸이아졸계 배위자를 가지는 금속 착체 등도 사용할 수 있다. 또한 금속 착체 외에도, 2-(4-바이페닐일)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD)이나, 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 3-(4-바이페닐일)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 9-[4-(4,5-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzTAZ1), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소큐프로인(약칭: BCP) 등의 헤테로 고리 화합물이나, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 및 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 2-[3-(3,9'-바이-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzCzPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이에닐)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm) 등의 다이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물이나, 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn) 등의 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물이나, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 헤테로 방향족 화합물도 사용할 수 있다. 상술한 헤테로 고리 화합물 중에서도, 트라이아진 골격, 다이아진(피리미딘, 피라진, 피리다진) 골격, 및 피리딘 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 안정적이고 신뢰성이 양호하기 때문에 바람직하다. 또한, 상기 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높고, 구동 전압 저감에도 기여한다. 또한, 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 상술한 물질은, 주로 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가진다. 또한 전자의 수송성이 높은 물질이라면, 상기 외의 물질을 사용하여도 좋다.
유기 화합물(141_2)로서는, 유기 화합물(141_1)과 들뜬 복합체를 형성할 수 있는 조합이 바람직하다. 구체적으로는, π전자 과잉 헤테로 방향족 고리 골격이나 방향족 아민 골격과 같은 도너성이 높은 골격을 가지는 것이 바람직하다. π전자 과잉 헤테로 방향족 고리 골격을 가지는 화합물로서는, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 카바졸 유도체 등의 헤테로 방향족 화합물을 들 수 있다. 이 경우, 유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2)로 형성되는 들뜬 복합체의 발광의 피크가 게스트 재료(142)(인광 재료)의 삼중항 MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer) 전이의 흡수대, 더 구체적으로는 가장 장파장 측(낮은 에너지 측)의 흡수대와 겹치도록 유기 화합물(141_1), 유기 화합물(141_2), 및 게스트 재료(142)(인광 재료)를 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 발광 효율이 비약적으로 향상된 발광 소자로 할 수 있다. 다만, 인광 재료 대신에 열활성화 지연 형광 재료를 사용하는 경우에서는, 가장 장파장 측의 흡수대는 단일항의 흡수대인 것이 바람직하다.
또한 유기 화합물(141_2)로서는, 이하의 정공 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있다.
정공 수송성이 높은 재료로서는, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는 방향족 아민, 카바졸유도체, 방향족 탄화수소, 스틸벤 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
이들 정공 수송성이 높은 재료의 구체적인 예로서, 방향족아민 화합물로서는, N,N'-다이(p-툴릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 들 수 있다.
또한 카바졸 유도체로서는 구체적으로, 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1) 등을 들 수 있다.
또한 카바졸 유도체로서는, 상술한 것 외에 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다.
또한 방향족 탄화수소로서는, 예를 들어 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한 상술한 것 외에 펜타센, 코로넨 등도 사용할 수 있다. 이와 같이 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지고 탄소수 14 내지 42인 방향족 탄화수소를 사용하는 것이 더 바람직하다.
또한 방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 가지는 방향족 탄화수소로서는, 예를 들어 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등이 있다.
또한 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK)나 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한 정공 수송성이 높은 재료로서는, 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD)이나 N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 4,4',4''-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N―페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-다이메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPASF), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 4-페닐다이페닐-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)아민(약칭: PCA1BP), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-(4-페닐)페닐아닐린(약칭: YGA1BP), N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F) 등의 방향족아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,6-다이(9H-카바졸-9-일)-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PhCzGI), 2,8-다이(9H-카바졸-9-일)-다이벤조싸이오펜(약칭: Cz2DBT), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)-벤젠(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV), 4-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: mDBTPTp-II) 등의 아민 화합물, 카바졸 화합물, 싸이오펜 화합물, 퓨란 화합물, 플루오렌 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 페난트렌 화합물 등을 사용할 수 있다. 상술한 화합물 중에서도 피롤 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 방향족아민 골격을 가지는 화합물은 안정적이고 신뢰성이 양호하기 때문에 바람직하다. 또한 상기 골격을 가지는 화합물은 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여한다.
게스트 재료(142)(인광 재료)로서는 이리듐, 로듐, 또는 백금계 유기 금속 착체, 또는 금속 착체를 들 수 있고, 그 중에서도 유기 이리듐 복합체, 예를 들어 이리듐계 오쏘 메탈 복합체(ortho-metalated complex)가 바람직하다. 오쏘 메탈화하는 배위자로서는 4H-트라이아졸 배위자, 1H-트라이아졸 배위자, 이미다졸 배위자, 피리딘 배위자, 피리미딘 배위자, 피라진 배위자, 또는 아이소퀴놀린 배위자 등을 들 수 있다. 금속 착체로서는, 포르피린 배위자를 가지는 백금 착체 등을 들 수 있다.
또한 게스트 재료(142)(인광 재료)로서는, 유기 화합물(141_1)의 LUMO 준위보다 낮은 LUMO 준위를 가지고, 유기 화합물(141_2)의 HOMO 준위보다 낮은 HOMO 준위를 가지도록, 유기 화합물(141_1), 유기 화합물(141_2), 및 게스트 재료(142)(인광 재료)를 선택하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 발광 효율이 높고, 낮은 전압으로 구동하는 발광 소자로 할 수 있다.
청색 또는 녹색에 발광 피크를 가지는 물질로서는, 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-dmp)3), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz)3), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrptz-3b)3), 트리스[3-(5-바이페닐)-5-아이소프로필-4-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPr5btz)3) 등의 4H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3) 등의 1H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrpmi)3), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(dmpimpt-Me)3) 등의 이미다졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac)) 등의 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체를 예로서 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격 및 이미다졸 골격 등의 함질소 5원 헤테로 고리 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 높은 삼중항 들뜬 에너지를 가지고 신뢰성이나 발광 효율이 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한 녹색 또는 황색에 발광 피크를 가지는 물질로서는, 예를 들어 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)3), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)3), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[4-(2-노보닐)-6-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(nbppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(mpmppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(dmppm-dmp)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac))과 같은 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-Me)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-iPr)2(acac))과 같은 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(bzq)3), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(pq)3), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(pq)2(acac))와 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)) 등 유기 금속 이리듐 착체에 더하여, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen))과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율이 극히 우수하기 때문에 특히 바람직하다.
또한 황색 또는 적색에 발광 피크를 가지는 물질로서는, 예를 들어 (다이아이소뷰틸릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dibm)), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dpm)), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(d1npm)2(dpm))과 같은 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(dpm)), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac))과 같은 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체나, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: Ir(piq)3), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac))와 같은 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체에 더하여 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP)과 같은 백금 착체나, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen))과 같은 희토류 금속 착체를 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성이나 발광 효율에도 극히 우수하기 때문에, 특히 바람직하다. 또한 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 좋은 적색 발광이 얻어진다.
또한 상술한 이리듐 착체 중, 피리미딘 골격이나 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 배위자의 전자 수용성이 높고, LUMO 준위가 낮게 되기 쉽기 때문에, 본 발명의 일 형태에 바람직하다. 또한 플루오로기와 같은 할로젠기, 또는 사이아노기와 같은 전자 흡인성의 치환기를 가지는 화합물(예를 들어 이리듐 착체)도 LUMO 준위가 낮게 되기 쉽기 때문에 바람직하다.
발광층(140)에 포함되는 발광 재료로서는, 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료라면 좋다. 상기 삼중항 들뜬 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료로서는 인광 재료 외에, 열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료를 들 수 있다. 따라서 인광 재료라고 기재한 부분에 관해서는, 열활성화 지연 형광 재료라고 바꿔 읽어도 좋다. 또한, 열 활성화 지연 형광 재료는 삼중항 들뜬 에너지 준위와 단일항 들뜬 에너지 준위의 차이가 작고, 역항간 교차에 의하여 삼중항 들뜬 상태로부터 단일항 들뜬 상태로 에너지를 변환하는 기능을 가지는 재료이다. 그러므로, 삼중항 들뜬 상태를 미소한 열 에너지에 의하여 단일항 들뜬 상태로 역항간 교차(up-convert)할 수 있고, 단일항 들뜬 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타낼 수 있다. 또한 열 활성화 지연 형광을 효율적으로 얻을 수 있는 조건으로서는, 삼중항 들뜬 에너지 준위와 단일항 들뜬 에너지 준위의 에너지 차이가 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 것을 들 수 있다.
열 활성화 지연 형광 재료가 1종류의 재료로 구성되는 경우에는, 예를 들어 이하의 재료를 사용할 수 있다.
우선, 풀러렌이나 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 에오신 등을 들 수 있다. 또한, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 함유하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 이 금속 함유 포르피린으로서는, 예를 들어 프로토포르피린-플루오린화 주석 복합체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 복합체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 복합체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-플루오린화 주석 복합체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 복합체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 복합체(SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 복합체(PtCl2OEP) 등을 들 수 있다.
또한, 1종류의 재료로 구성되는 열 활성화 지연 형광 재료로서는 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족 헤테로 방향족 고리를 가지는 헤테로 고리 화합물도 사용할 수 있다. 구체적으로는, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등을 들 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족 헤테로 방향족 고리를 가지기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 높으므로 바람직하다. 이들 중에서도, π전자 부족 헤테로 방향족 고리를 가지는 골격 중, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격), 및 트라이아진 골격은 안정되고 신뢰성이 양호하기 때문에 바람직하다. 또한, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 가지는 골격 중에서도, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 싸이어펜 골격, 퓨란 골격, 및 피롤 골격은 안정되고 신뢰성이 양호하기 때문에, 상기 골격 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 가지는 것이 바람직하다. 또한 피롤 골격으로서는, 인돌 골격, 카바졸 골격, 및 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 물질은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 도너성과 π전자 부족 헤테로 방향족 고리의 억셉터성이 둘 다 강하고, 단일항 들뜬 에너지 준위와 삼중항 들뜬 에너지 준위의 차이가 작으므로 특히 바람직하다.
또한 발광층(140)은 2층 이상의 복수의 층으로 구성할 수 있다. 예를 들어 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 순차적으로 적층하여 발광층(140)을 형성하는 경우, 제 1 발광층의 호스트 재료로서 정공 수송성을 가지는 물질을 사용하고, 제 2 발광층의 호스트 재료로서 전자 수송성을 가지는 물질을 사용하는 구성 등이 있다. 또한, 제 1 발광층과 제 2 발광층이 가지는 발광 재료는 같은 재료라도 좋고 상이한 재료라도 좋고, 같은 색의 광을 발하는 기능을 가지는 재료라도 좋고, 상이한 색의 광을 발하는 기능을 가지는 재료라도 좋다. 2층의 발광층에 서로 상이한 색의 광을 발하는 기능을 가지는 발광 재료를 각각 사용함으로써, 복수의 발광을 동시에 얻을 수 있다. 특히 2층의 발광층이 나타내는 발광에 의하여, 백색이 되도록, 각 발광층에 사용하는 발광 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
또한 발광층(140)에서, 호스트 재료(141) 및 게스트 재료(142) 외의 재료를 가져도 좋다.
또한 발광층(140)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 상술한 재료에 더하여, 퀀텀닷(quantum dot) 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)을 가져도 좋다.
≪정공 수송층≫
정공 주입층(111)은, 한 쌍의 전극 중 한쪽(전극(101) 또는 전극(102))으로부터의 홀 주입 장벽을 저감함으로써 홀 주입을 촉진하는 기능을 가지고, 예를 들어 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌 유도체, 또는 방향족아민 등에 의하여 형성된다. 전이 금속 산화물로서는, 몰리브데넘 산화물이나 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등이 있다. 프탈로사이아닌 유도체로서는, 프탈로사이아닌이나 금속프탈로사이아닌 등을 들 수 있다. 방향족아민으로서는 벤지딘 유도체나 페닐렌다이아민 유도체 등을 들 수 있다. 폴리싸이오펜이나 폴리아닐린 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있고, 예를 들어 스스로 도핑된 폴리싸이오펜인 폴리(에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산) 등이 그 대표적인 예다.
정공 주입층(111)으로서, 정공 수송성 재료와, 이에 대하여 전자 수용성을 나타내는 재료의 복합 재료를 가지는 층을 사용할 수도 있다. 또는 전자 수용성을 나타내는 재료를 포함하는 층과 정공 수송성 재료를 포함하는 층의 적층을 사용하여도 좋다. 이들의 재료 사이에서는 정상상태 또는 전계의 존재하에서, 전하의 수수가 가능하다. 전자 수용성을 나타내는 재료로서는 퀴노다이메테인 유도체나 클로라닐 유도체, 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터를 들 수 있다. 구체적으로는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등의 전자 흡인기(할로젠기나 사이아노기)를 가지는 화합물이다. 또한, 전이 금속 산화물, 예를 들어 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄 등이 있다. 이들 중에서도 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정되고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
정공 수송성 재료로서는, 전자보다 정공의 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공이동도를 가지는 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 발광층(140)에 사용할 수 있는 정공 수송성 재료로서 든 방향족아민, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 스틸벤 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 정공 수송성 재료는 고분자 화합물이라도 좋다.
≪정공 수송층≫
정공 수송층(112)은 정공 수송성 재료를 포함하는 층이며, 정공 주입층(111)의 재료로서 예시한 정공 수송성 재료를 사용할 수 있다. 정공 수송층(112)은 정공 주입층(111)으로 주입된 정공을 발광층(140)으로 수송하는 기능을 가지기 때문에, 정공 주입층(111)의 최고점유분자궤도(HOMO라고도 함)와 같거나, 또는 가까운 HOMO 준위를 가지는 것이 바람직하다.
또한 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질인 것이 바람직하다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질을 사용하여도 좋다. 또한 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층은 단층뿐만 아니라, 상기 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층되어도 좋다.
≪전자 수송층≫
전자 수송층(118)은 전자 주입층(119)을 거쳐 한 쌍의 전극 중 다른 쪽(전극(101) 또는 전극(102))으로부터 주입된 전자를 발광층(140)으로 수송하는 기능을 가진다. 전자 수송성 재료로서는, 정공보다 전자의 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있고, 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 재료인 것이 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성을 가지는 재료)로서는, 함질소 헤테로 방향족 화합물과 같은 π전자 부족 헤테로 방향족이나 금속 착체 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 또는 싸이아졸 배위자를 가지는 금속 착체, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 페난트롤린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 트라이아진 유도체 등을 들 수 있다. 또한, 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질인 것이 바람직하다. 또한, 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면, 상술한 것 외의 물질을 전자 수송층으로서 사용하여도 좋다. 또한, 전자 수송층(118)은 단층뿐만 아니라 상기 물질로 이루어진 층이 2층 이상 적층되어도 좋다.
또한 전자 수송층(118)과 발광층(140) 사이에 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층을 제공하여도 좋다. 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층은 상술한 바와 같은 전자 수송성이 높은 재료에, 전자 트랩 성이 높은 물질을 소량 첨가한 층이고, 전자 캐리어의 이동을 억제함으로써 캐리어 밸런스를 조정할 수 있게 된다. 이와 같은 구성은 전자가 발광층을 통과하는 것으로 인하여 발생하는 문제(예를 들어 소자 수명의 저하)의 억제에 대하여 큰 효과를 발휘한다.
≪전자 주입층≫
전자 주입층(119)은 전극(102)으로부터의 전자 주입의 장벽을 저감함으로써 전자 주입을 촉진하는 기능을 가지고, 예를 들어 1족 금속, 2족 금속, 또는 이들의 산화물, 할로젠화물, 탄산염 등을 사용할 수 있다. 또한, 상술한 전자 수송성 재료와 이에 대하여 전자 공여성을 나타내는 재료의 복합 재료를 사용할 수도 있다. 전자 공여성을 나타내는 재료로서는, 1족 금속, 2족 금속, 또는 이들의 산화물 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 소듐(NaF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한 플루오린화 어븀(ErF3) 등의 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 전자 주입층(119)에 일렉트라이드를 사용하여도 좋다. 상기 일렉트라이드로서는, 예를 들어 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등을 들 수 있다. 또한 전자 주입층(119)에 전자 수송층(118)에서 사용할 수 있는 물질을 사용하여도 좋다.
또한 전자 주입층(119)에, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어지는 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이와 같은 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는, 발생한 전자의 수송이 우수한 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는, 예를 들어 상술한 전자 수송층(118)을 구성하는 물질(금속 착체나 헤테로 방향족 화합물 등)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이나 희토류 금속이 바람직하고 리튬, 소듐, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 이터븀 등을 들 수 있다. 또한 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한 산화 마그네슘 등의 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층은, 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 그라비어 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다. 또한 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층에는, 상술한 재료에 더하여, 퀀텀닷 등의 무기 화합물이나, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)을 사용하여도 좋다.
또한 퀀텀닷으로서는 콜로이드 퀀텀닷, 합금형 퀀텀닷, 코어 쉘 퀀텀닷, 코어 퀀텀닷 등을 사용하여도 좋다. 또한 2족과 16족, 13족과 15족, 13족과 17족, 11족과 17족, 또는 14족과 15족의 원소군을 포함하는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다. 또는 카드뮴(Cd), 셀레늄(Se), 아연(Zn), 황(S), 인(P), 인듐(In), 텔루륨(Te), 납(Pb), 갈륨(Ga), 비소(As), 알루미늄(Al) 등의 원소를 가지는 퀀텀닷을 사용하여도 좋다.
≪한 쌍의 전극≫
전극(101) 및 전극(102)은, 발광 소자의 양극 또는 음극으로서의 기능을 가진다. 전극(101) 및 전극(102)은, 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물이나 적층체 등을 사용하여 형성할 수 있다.
전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽은 광을 반사하는 기능을 가지는 도전성 재료에 의하여 형성되는 것이 바람직하다. 상기 도전성 재료로서는, 알루미늄(Al) 또는 Al을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. Al을 포함하는 합금으로서는, Al과 L(L은 타이타늄(Ti), 네오디뮴(Nd), 니켈(Ni), 및 란타넘(La) 중 하나 또는 복수를 나타냄)을 포함하는 합금 등을 들 수 있고, 예를 들어 Al과 Ti, 또는 Al과 Ni과 La를 포함하는 합금 등이다. 알루미늄은, 저항 값이 낮고 광의 반사율이 높다. 또한, 알루미늄은 지각(地殼)에서의 존재량이 많고, 저렴하기 때문에 알루미늄을 사용함으로써 발광 소자의 제작 비용을 저감할 수 있다. 또한, 은(Ag), 또는 Ag와 N(N은 이트륨(Y), Nd, 마그네슘(Mg), 이터븀(Yb), Al, Ti, 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 텅스텐(W), 망가니즈(Mn), 주석(Sn), 철(Fe), Ni, 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 또는 금(Au) 중 하나 또는 복수를 나타냄)을 포함하는 합금 등을 사용하여도 좋다. 은을 포함하는 합금으로서는, 예를 들어, 은과 팔라듐과 구리를 포함하는 합금, 은과 구리를 포함하는 합금, 은과 마그네슘을 포함하는 합금, 은과 니켈을 포함하는 합금, 은과 금을 포함하는 합금, 은과 이터븀을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 이에 더하여, 텅스텐, 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 구리, 타이타늄 등의 전이 금속을 사용할 수 있다.
또한, 발광층으로부터 얻어지는 발광은 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 통하여 추출된다. 따라서 전극(101) 및 전극(102) 중 적어도 한쪽은, 광을 투과하는 기능을 가지는 도전성 재료에 의하여 형성되는 것이 바람직하다. 상기 도전성 재료로서는, 가시광의 투과율이 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 60% 이상 100% 이하이고, 또한 그 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전성 재료를 들 수 있다.
또한 전극(101) 및 전극(102)은, 광을 투과하는 기능과, 광을 반사하는 기능을 가지는 도전성 재료에 의하여 형성되어도 좋다. 상기 도전성 재료로서는, 가시광의 반사율이 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하이며, 그 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하의 도전성 재료를 들 수 있다. 예를 들어, 도전성을 가지는 금속, 합금, 도전성 화합물 등을 1종류 또는 복수 종류 사용하여 형성할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, 이하 ITO), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(약칭: ITSO), 산화 인듐 산화 아연(Indium Zinc Oxide), 타이타늄을 포함한 산화 인듐 주석 산화물, 인듐 타이타늄 산화물, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함한 산화 인듐 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한, 광을 투과할 정도(바람직하게는, 1nm 이상 30nm 이하의 막 두께)의 금속 박막을 사용할 수 있다. 금속으로서는, 예를 들어 Ag, 또는 Ag와 Al, Ag와 Mg, Ag와 Au, Ag와 Yb 등의 합금 등을 사용할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서, 광을 투과하는 기능을 가지는 재료는 가시광을 투과하는 기능을 가지며 도전성을 가지는 재료라면 좋고, 예를 들어 상술한 바와 같은 ITO로 대표되는 산화물 도전체에 더하여, 산화물 반도체, 또는 유기물을 포함하는 유기 도전체를 포함한다. 유기물을 포함하는 유기 도전체로서는, 예를 들어 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합하여 이루어진 복합 재료, 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터)를 혼합하여 이루어진 복합 재료 등을 들 수 있다. 또한 그래핀 등의 무기 탄소계 재료를 사용하여도 좋다. 또한 상기 재료의 저항률로서는, 바람직하게는 1×105Ω·cm 이하, 더 바람직하게는 1×104Ω·cm 이하이다.
또한 상술한 재료를 복수로 적층함으로써 전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽 또는 양쪽을 형성하여도 좋다.
또한 광 추출 효율을 향상시키기 위하여, 광을 투과하는 기능을 가지는 전극과 접하여, 상기 전극보다 굴절률이 높은 재료를 형성하여도 좋다. 이와 같은 재료로서는, 가시광을 투과하는 기능을 가지는 재료라면 좋고, 도전성을 가지는 재료라도 좋고 도전성을 가지지 않는 재료라도 좋다. 예를 들어 상술한 바와 같은 산화물 도전체에 더하여 산화물 반도체나 유기물을 들 수 있다. 유기물로서는, 예를 들어 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 또는 전자 주입층에 예시한 재료를 들 수 있다. 또한 무기 탄소계 재료나 광이 투과할 정도의 박막의 금속도 사용할 수 있다. 이들 굴절률이 높은 재료를 사용하여, 수nm 내지 수 십nm의 층을 복수로 적층시켜도 좋다.
전극(101) 또는 전극(102)이 음극으로서의 기능을 가지는 경우에는, 일함수가 작은(3.8eV 이하) 재료를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 원소 주기율표의 제 1족 또는 제 2족에 속하는 원소(리튬, 소듐, 세슘 등의 알칼리 금속, 칼슘, 스트론튬 등의 알칼리 토금속, 마그네슘 등), 이들 원소를 포함하는 합금(예를 들어, Ag와 Mg, Al과 Li), 유로퓸(Eu), Yb 등의 희토류 금속, 이들 희토류 금속을 포함하는 합금, 알루미늄, 은을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다.
또한 전극(101) 또는 전극(102)을 양극으로서 사용하는 경우, 일함수가 큰(4.0eV 이상) 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 전극(101) 및 전극(102)은, 광을 반사하는 기능을 가지는 도전성 재료와, 광을 투과하는 기능을 가지는 도전성 재료의 적층이라도 좋다. 그 경우, 전극(101) 및 전극(102)은, 각 발광층으로부터의 원하는 광을 공진시켜, 그 파장의 광을 강하게 할 수 있도록, 광학 거리를 조정하는 기능을 가질 수 있기 때문에 바람직하다.
전극(101) 및 전극(102)의 성막 방법은 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 도포법, MBE(Molecular Beam Epitaxy)법, CVD법, 펄스 레이저 퇴적법, ALD(Atomic Layer Deposition)법 등을 적절히 사용할 수 있다.
≪기판≫
또한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는, 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 기판 위에 제작하면 좋다. 기판 위에 제작하는 순서로서는, 전극(101) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋고, 전극(102) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋다.
또한 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 형성할 수 있는 기판으로서는, 예를 들어 유리, 석영, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또한 가요성 기판을 사용하여도 좋다. 가요성 기판이란 휠 수 있는(플렉시블) 기판을 말하고, 예를 들어 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트로 이루어진 플라스틱 기판 등을 들 수 있다. 또한 필름, 무기 증착 필름 등을 사용할 수도 있다. 또한, 발광 소자, 및 광학 소자의 제작 공정에서 지지체로서 기능하는 것이라면, 상술한 것 외의 것이라도 좋다. 또는 발광 소자, 및 광학 소자를 보호하는 기능을 가지는 것이라면 좋다.
이상, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태는 복수의 발광 유닛을 적층한 구성의 발광 소자(이하, 적층형 소자라고도 함)의 형태에 대하여, 도 3을 참조하여 설명한다. 이 발광 소자는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 포함하는 발광 소자이다. 하나의 발광 유닛은 실시형태 1에 나타낸 EL층(103)과 같은 구성을 가진다. 즉, 실시형태 1에 나타낸 발광 소자는, 하나의 발광 유닛을 가지는 발광 소자이고, 본 실시형태에서는 복수의 발광 유닛을 가지는 발광 소자라고 할 수 있다.
<발광 소자의 구성예 3>
도 3은 발광 소자(250)의 단면 모식도이다.
도 3에 나타낸 발광 소자(250)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이에 복수의 발광 유닛(도 3에서는, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108))을 가진다. 복수의 발광 유닛 중 어느 하나의 발광 유닛은 도 1의 (A) 및 (B)에 나타낸 EL층(100)과 같은 구성을 가지는 것이 바람직하다. 즉, 도 1의 (A) 및 (B)에 나타낸 발광 소자(150)는 하나의 발광 유닛을 가지고, 발광 소자(250)는 복수의 발광 유닛을 가지는 것이 바람직하다. 또한 발광 소자(250)에서, 전극(101)이 양극으로서 기능하고, 전극(102)이 음극으로서 기능하는 예를 이하에서 설명하지만 발광 소자(250)의 구성은 반대라도 좋다.
또한 도 3에 나타낸 발광 소자(250)에서, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)이 적층되고, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108) 사이에는 전하 발생층(115)이 제공된다. 또한, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)은 같은 구성이라도 좋고 상이한 구성이라도 좋다. 예를 들어 도 1의 (A) 및 (B)에 나타낸 EL층(100)을 발광 유닛(108)에 사용하는 것이 바람직하다.
또한 발광 소자(250)는 발광층(120)과 발광층(170)을 가진다. 또한, 발광 유닛(106)은, 발광층(120)에 더하여 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(113), 및 전자 주입층(114)을 가진다. 또한, 발광 유닛(108)은, 발광층(170)에 더하여 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 가진다.
전하 발생층(115)은, 정공 수송성 재료에 전자 수용체인 억셉터성 물질이 첨가된 구성이라도 좋고, 전자 수송성 재료에 전자 공여체인 도너성 물질이 첨가된 구성이라도 좋다. 또한 이들 양쪽의 구성이 적층되어도 좋다.
전하 발생층(115)에 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료가 포함되는 경우, 상기 복합 재료에는 실시형태 1에서 설명한 정공 주입층(111)에 사용할 수 있는 복합 재료를 사용할 수 있다. 유기 화합물로서는, 방향족아민 화합물, 카바졸 화합물, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 또한 유기 화합물로서는, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질을 적용하는 것이 바람직하다. 다만, 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이라면, 이들 외의 물질을 사용하여도 좋다. 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료는 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동, 저전류 구동을 구현할 수 있다. 또한, 발광 유닛의 양극 쪽 면이 전하 발생층(115)에 접촉되는 경우에는, 전하 발생층(115)이 상기 발광 유닛의 정공 주입층 또는 정공 수송층의 역할을 가질 수도 있기 때문에, 상기 발광 유닛에는 정공 주입층 또는 정공 수송층을 제공하지 않는 구성이라도 좋다. 또는, 발광 유닛의 음극 쪽 면이 전하 발생층(115)과 접촉되는 경우에는 전하 발생층(115)이 상기 발광 유닛의 전자 주입층 또는 전자 수송층의 역할을 가질 수도 있기 때문에, 상기 발광 유닛에 전자 주입층 또는 전자 수송층을 제공하지 않는 구성이라도 좋다.
또한 전하 발생층(115)은, 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료를 포함하는 층과 다른 재료에 의하여 구성되는 층을 조합한 적층 구조로서 형성하여도 좋다. 예를 들어, 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 전자 공여성 물질 중으로부터 선택된 하나의 화합물과 전자 수송성이 높은 화합물을 포함하는 층을 조합하여 형성하여도 좋다. 또한, 유기 화합물과 억셉터성 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 투명 도전막을 포함하는 층을 조합하여 형성하여도 좋다.
또한, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 끼워진 전하 발생층(115)은 전극(101)과 전극(102)에 전압을 인가할 때에, 한쪽의 발광 유닛에 전자를 주입하고, 다른 쪽의 발광 유닛에 정공을 주입하는 것이라면 좋다. 예를 들어, 도 3에서, 전극(101)의 전위가 전극(102)의 전위보다 높게 되도록 전압을 인가한 경우, 전하 발생층(115)은 발광 유닛(106)에 전자를 주입하고 발광 유닛(108)에 정공을 주입한다.
또한 전하 발생층(115)은, 광 추출 효율의 관점에서, 가시광에 대하여 투광성(구체적으로는 전하 발생층(115)에 대한 가시광의 투과율이 40% 이상)을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 전하 발생층(115)은 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102))보다 낮은 도전율이라도 기능한다.
상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(115)을 형성함으로써 발광층이 적층된 경우의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
또한 발광층(140) 또는 발광층(170)에 실시형태 1에 나타낸 바와 같이, 발광층에 사용하는 2종류의 호스트 재료 각각에 바이폴러 재료를 사용하고, 바이폴러 재료 간의 LUMO 준위 또는 HOMO 준위를 조절함으로써 구동 전압을 더 저감시킬 수 있다.
또한, 전하 발생층(115)은 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료를 포함하는 층과 다른 재료에 의해 구성되는 층을 조합한 적층 구조로서 형성해도 좋다. 예를 들어, 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료를 포함하는 층과, 전자 공여성 물질 중으로부터 선택된 하나의 화합물과 전자 수송성이 높은 화합물을 포함하는 층을 조합하여 형성하여도 좋다. 또한 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료를 포함하는 층과, 투명 도전막을 조합하여 형성하여도 좋다.
어째든, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(108)에 끼워지는 전하 발생층(115)은 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)에 전압을 인가하였을 때, 한쪽의 발광 유닛에 전자를 주입하고, 다른 쪽의 발광 유닛에 정공을 주입하는 것이면 좋다. 예를 들어 도 3에서 제 1 전극(101)의 전위가 제 2 전극의 전위보다 높아지도록 전압을 인가한 경우, 전하 발생층(115)은 발광 유닛(106)에 전자를 주입하고, 발광 유닛(108)에 정공을 주입하는 것이면 좋다.
본 실시형태에서는, 2개의 발광 유닛을 가지는 발광 소자에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 소자에 대해서도, 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다. 본 실시형태에 따른 발광 소자와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층에 의해 나누어 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지한 채 고휘도 발광을 가능하게 하고, 더욱 수명이 긴 소자를 구현할 수 있다. 또한 저전압 구동이 가능하고 소비전력이 낮은 발광 장치를 구현할 수 있다.
또한 상기 각 구성에서 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에 사용하는 게스트 재료가 나타내는 발광색으로서는, 서로 같아도 좋고 상이하여도 좋다. 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에서 서로 같은 색의 광을 발하는 기능을 가지는 게스트 재료를 가지는 경우, 발광 소자(250)는 적은 전류값으로 높은 발광 휘도를 나타내는 발광 소자가 되어 바람직하다. 또한 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(108)에서 서로 상이한 색의 광을 발하는 기능을 가지는 게스트 재료를 가지는 경우, 발광 소자(250)는 다색광을 발하는 발광 소자가 되어 바람직하다. 이 경우, 발광층(120) 및 발광층(170) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 발광 파장이 상이한 복수의 발광 재료를 사용함으로써 발광 소자(250)가 나타내는 발광 스펙트럼은 상이한 발광 피크를 가지는 발광이 합성된 광이 되기 때문에, 적어도 2개의 극대값을 가지는 발광 스펙트럼이 된다.
상술한 구성은 백색 발광을 얻기 위해서도 바람직하다. 발광층(120) 및 발광층(170)의 광을 서로 보색의 관계로 함으로써 백색 발광을 얻을 수 있다. 특히, 연색성이 높은 백색 발광, 또는 적어도 적색과 녹색과 청색을 가지는 발광이 되도록 게스트 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
또한 발광층(120) 및 발광층(170) 중 적어도 하나를 층상으로 더 분할하고, 상기 분할한 층마다 상이한 발광 재료를 포함하도록 하여도 좋다. 즉 발광층(120) 및 발광층(170) 중 적어도 하나가 2층 이상의 복수층으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 순차적으로 적층하여 발광층으로 하는 경우, 제 1 발광층의 호스트 재료로서 정공 수송성을 가지는 재료를 사용하고, 제 2 발광층의 호스트 재료로서 전자 수송성을 가지는 재료를 사용하는 구성 등이 있다. 이 경우, 제 1 발광층과 제 2 발광층이 가지는 발광 재료는 같은 재료라도 좋고 상이한 재료라도 좋고, 같은 색의 광을 발하는 기능을 가지는 재료라도 좋고, 상이한 색의 광을 발하는 기능을 가지는 재료라도 좋다. 서로 상이한 색의 광을 발하는 기능을 가지는 복수의 발광 재료를 가지는 구성으로 함으로써, 삼원색이나, 4색 이상의 발광색으로 이루어진 연색성이 높은 백색 발광을 얻을 수도 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 사용한 발광 장치에 대하여 도 4의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한다.
도 4의 (A)는 발광 장치를 나타낸 상면도이고, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)를 A-B 및 C-D를 따라 절단한 단면도이다. 이 발광 장치는, 점선으로 나타낸 구동 회로부(소스 측 구동 회로)(601), 화소부(602), 구동 회로부(게이트 측 구동 회로)(603)를 발광 소자의 발광을 제어하는 것으로서 포함한다. 또한, 도면에서 604는 밀봉 기판, 625는 건조재, 605는 밀봉재를 나타내고, 밀봉재(605)로 둘러싸인 내측은 공간(607)이 되어 있다.
또한, 리드 배선(608)은 소스 측 구동 회로(601) 및 게이트 측 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이며, 외부 입력 단자가 되는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한, 여기서는 FPC만을 나타내었지만, 이 FPC에 인쇄 배선 기판(PWB: printed wiring board)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서는, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 이에 FPC 또는 PWB가 장착된 상태도 발광 장치에 포함되는 것으로 한다.
다음에, 상기 발광 장치의 단면 구조에 대하여 도 4의 (B)를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 구동 회로부인 소스 측 구동 회로(601)와, 화소부(602)에서의 하나의 화소를 나타내었다.
또한 소스 측 구동 회로(601)에는 n채널형 TFT(623)와 p채널형 TFT(624)를 조합한 CMOS 회로가 형성된다. 또한 구동 회로를 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로, NMOS 회로로 형성하여도 좋다. 또한 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형에 대하여 설명하지만, 반드시 그렇게 할 필요는 없고 구동 회로를 기판 위가 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
또한 화소부(602)는 스위칭용 TFT(611)와, 전류 제어용 TFT(612)와, 전류 제어용 TFT(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 화소에 의해 형성된다. 또한 제 1 전극(613)의 단부를 덮도록 절연물(614)이 형성된다. 절연물(614)은 포지티브형의 감광성 수지막을 이용함으로써 형성할 수 있다.
또한 절연물(614) 위에 형성되는 막의 피복성을 양호하게 하기 위하여, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들어 절연물(614)의 재료로서 감광성 아크릴을 사용한 경우, 절연물(614)의 상단부에만 곡면을 가지게 하는 것이 바람직하다. 상기 곡면의 곡률 반경은 0.2μm 이상 0.3μm 이하가 바람직하다. 또한 절연물(614)로서, 네거티브형 및 포지티브형의 감광 재료 중 어느 쪽도 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 각각 형성되어 있다. 여기서, 양극으로서 기능하는 제 1 전극(613)에 사용되는 재료에는, 일함수가 큰 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO막, 또는 실리콘을 함유한 인듐 주석 산화물막, 2wt% 이상 20wt% 이하의 산화 아연을 포함한 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층막 외에, 질화 타이타늄과 알루미늄을 주성분으로 하는 막의 적층, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화 타이타늄막의 3층 구조 등을 사용할 수 있다. 또한 적층 구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 옴 접촉(ohmic contact)이 얻어지며, 양극으로서 기능시킬 수 있다.
또한 EL층(616)은 증착 마스크를 사용하는 증착법, 잉크젯법, 스핀코팅법 등, 다양한 방법으로 형성된다. EL층(616)을 구성하는 재료로서 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머를 포함함)을 사용하여도 좋다.
또한 EL층(616) 위에 형성되고, 음극으로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 작은 재료(Al, Mg, Li, Ca, 또는 이들의 합금이나 화합물, MgAg, MgIn, AlLi 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, EL층(616)에서 생긴 빛이 제 2 전극(617)을 투과시키는 경우에는, 제 2 전극(617)으로서, 막 두께가 얇은 금속 박막과, 투명 도전막(ITO, 2wt% 이상 20wt% 이하의 산화 아연을 포함하는 산화 인듐, 실리콘을 함유하는 인듐 주석 산화물, 산화 아연(ZnO) 등)과의 적층을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 전극(613), EL층(616), 제 2 전극(617)에 의하여 발광 소자(618)가 형성된다. 발광 소자(618)는 실시형태 1 및 실시형태 2의 구성을 가지는 발광 소자이면 바람직하다. 또한 화소부는 복수의 발광 소자가 형성되어 이루어져 있지만, 본 실시형태의 발광 장치에서는 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 구성을 가지는 발광 소자와, 그 이외의 구성을 가지는 발광 소자의 양쪽 모두가 포함되어 있어도 좋다.
또한 밀봉재(605)로 밀봉 기판(604)과 소자 기판(610)을 접합함으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 밀봉재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 소자(618)가 제공된 구조가 되어 있다. 또한 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있으며, 불활성 가스(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 수지 또는 건조재, 또는 이들 양쪽으로 충전되는 경우도 있다.
또한 밀봉재(605)에는 에폭시계 수지나 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과시키지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 밀봉 기판(604)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 사용한 발광 장치를 얻을 수 있다.
<발광 장치의 구성예 1>
도 5에는, 표시 장치의 일례로서 백색 발광을 나타내는 발광 소자를 형성하고, 착색층(컬러 필터)을 형성한 발광 장치를 나타내었다.
도 5의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006), 게이트 전극(1007), 게이트 전극(1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 제 1 전극(1024W), 발광 소자의 제 1 전극(1024R), 발광 소자의 제 1 전극(1024G), 발광 소자의 제 1 전극(1024B), 격벽(1026), EL층(1028), 발광 소자의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 밀봉재(1032) 등을 나타내었다.
또한 도 5의 (A) 및 (B)에서는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))이 투명한 기재(1033)에 제공되어 있다. 또한 흑색층(블랙 매트릭스(1035))를 더 제공하여도 좋다. 착색층 및 흑색층이 제공된 투명한 기재(1033)는, 위치를 맞추어 기판(1001)에 고정된다. 또한, 착색층 및 흑색층은 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 또한, 도 5의 (A)에서는 광이 착색층을 투과하지 않고 외부로 추출되는 발광층과, 광이 각 색의 착색층을 투과하여 외부로 추출되는 발광층이 있고, 착색층을 투과시키지 않는 광은 백색, 착색층을 투과하는 광은 적색, 녹색, 청색이 되므로, 4색의 화소로 영상을 표현할 수 있다.
도 5의 (B)에서는 적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B)을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성하는 예를 나타내었다. 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
또한 상술한 발광 장치는, TFT가 형성된 기판(1001) 측으로 광이 추출되는 구조(보텀 이미션형)의 발광 장치로 하였지만, 밀봉 기판(1031) 측으로 광이 추출되는 구조(톱 이미션형)의 발광 장치로 하여도 좋다.
<발광 장치의 구성예 2>
톱 이미션형의 발광 장치의 단면도를 도 6에 나타내었다. 이 경우, 기판(1001)에는, 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. TFT와 발광 소자의 양극을 접속시키는 접속 전극을 제작할 때까지는 보텀 이미션형 발광 장치와 마찬가지로 형성한다. 그 후, 제 3 층간 절연막(1037)을, 전극(1022)을 덮도록 형성한다. 이 절연막은 평탄화의 역할을 가져도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막(1021)과 같은 재료 외에도, 다른 다양한 재료를 사용하여 형성될 수 있다.
여기서는 발광 소자의 하부 전극(1025W), 하부 전극(1025R), 하부 전극(1025G), 하부 전극(1025B)을 양극으로 하지만, 음극이어도 좋다. 또한 도 6과 같은 톱 이미션형의 발광 장치인 경우, 하부 전극(1025W), 하부 전극(1025R), 하부 전극(1025G), 하부 전극(1025B)은 반사 전극으로 하는 것이 바람직하다. 또한 제 2 전극(1029)은 광을 반사하는 기능과 광을 투과시키는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 또한 제 2 전극(1029)과 하부 전극(1025W), 하부 전극(1025R), 하부 전극(1025G), 하부 전극(1025B) 사이에서 마이크로캐비티 구조를 적용하여 특정의 파장의 광을 증폭하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. EL층(1028)의 구성은 실시형태 2에서 설명한 바와 같은 구성으로 함으로써 백색의 발광이 얻어지는 구조로 한다.
도 5의 (A), (B), 및 도 6에 있어서, 백색의 광이 얻어지는 EL층의 구성으로서는, 발광층을 복수 사용하는 것, 복수의 발광 유닛을 사용하는 것 등에 의하여 구현하면 좋다. 또한 백색 발광을 얻는 구성은 이들에 한정되지 않는다.
도 6과 같은 톱 이미션 구조에서는, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 제공한 밀봉 기판(1031)에 의하여 밀봉할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소와 화소 사이에 위치하도록 흑색층(1035)을 제공하여도 좋다. 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))이나 흑색층은 오버코트층에 의하여 덮여 있어도 좋다. 또한 밀봉 기판(1031)은 투광성을 가지는 기판을 사용한다.
또한 여기서는 적색, 녹색, 청색, 백색의 4색으로 풀 컬러 표시를 행하는 예를 나타내었지만 특별한 한정은 없고, 적색, 녹색, 청색의 3색으로 풀 컬러 표시를 행하여도 좋다. 또한 적색, 녹색, 청색, 황색의 4색으로 풀 컬러 표시를 행하여도 좋다.
상술한 바와 같이 하여, 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 사용한 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 사용한 표시 장치의 구체적인 예에 대하여 설명한다. 이하에서 예시하는 표시 장치는 반사형의 액정 소자와 발광 소자의 양쪽을 가지고, 투과 모드와 반사 모드의 양쪽으로 표시할 수 있는 표시 장치이다. 발광 소자에 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 적용하는 것이 바람직하다.
<표시 장치의 구성예 1>
도 7의 (A)는 표시 장치(400)의 구성의 일례를 나타낸 블록도이다. 표시 장치(400)는 표시부(362)에 매트릭스 형태로 배열된 복수의 화소(410)를 가진다. 또한 표시 장치(400)는 회로(GD)와 회로(SD)를 가진다. 또한 방향 R로 배열된 복수의 화소(410), 회로(GD)와 전기적으로 접속되는 복수의 배선(G1), 복수의 배선(G2), 복수의 배선(ANO), 및 복수의 배선(CSCOM)을 가진다. 또한 방향 C로 배열된 복수의 화소(410), 회로(SD)와 전기적으로 접속되는 복수의 배선(S1) 및 복수의 배선(S2)을 가진다.
화소(410)는 반사형의 액정 소자 및 발광 소자를 가진다. 화소(410)에서, 액정 소자와 발광 소자는 서로 중첩되는 부분을 가진다.
도 7의 (B1)은 화소(410)가 가지는 전극(311b)의 구성예를 나타낸 것이다. 전극(311b)은 화소(410)에서의 액정 소자의 반사 전극으로서 기능한다. 또한 전극(311b)에는 개구(451)가 제공된다.
도 7의 (B1)에는 전극(311b)과 중첩되는 영역에 위치하는 발광 소자(360)를 파선(破線)으로 나타내었다. 발광 소자(360)는 전극(311b)이 가지는 개구(451)와 중첩되어 배치된다. 이에 의하여 발광 소자(360)가 발하는 광은 개구(451)를 통하여 표시면 측에 사출된다.
도 7의 (B1)에서는 방향 R에 인접하는 화소(410)가 상이한 색에 대응하는 화소이다. 이때 도 7의 (B1)에 나타낸 바와 같이, 방향 R에 인접하는 2개의 화소에서 개구(451)가 일렬로 배열되지 않도록 전극(311b)의 상이한 위치에 제공되는 것이 바람직하다. 이에 의하여 2개의 발광 소자(360)를 멀리 배치할 수 있어, 발광 소자(360)가 발하는 광이 인접하는 화소(410)가 가지는 착색층에 입사되는 현상(크로스토크라고도 함)을 억제할 수 있다. 또한 인접하는 2개의 발광 소자(360)를 멀리 배치할 수 있기 때문에, 발광 소자(360)의 EL층을 섀도마스크 등에 의하여 나누어 제작하는 경우에도, 선명도가 높은 표시 장치를 구현할 수 있다.
또한 도 7의 (B2)에 나타낸 바와 같은 배열로 하여도 좋다.
비개구부의 총 면적에 대한 개구(451)의 총 면적의 비율이 지나치게 크면, 액정 소자를 사용한 표시가 어두워진다. 또한 비개구부의 총 면적에 대한 개구(451)의 총 면적의 비율이 지나치게 작으면, 발광 소자(360)를 사용한 표시가 어두워진다.
또한 반사 전극으로서 기능하는 전극(311b)에 제공하는 개구(451)의 면적이 지나치게 작으면, 발광 소자(360)가 사출하는 광으로부터 추출할 수 있는 광의 효율이 저하된다.
개구(451)의 형상은 예를 들어 다각형, 사각형, 타원형, 원형, 또는 십자 등의 형상으로 할 수 있다. 또한 가늘고 긴 줄무늬 형상, 슬릿 형상, 체크 무늬 형상으로 하여도 좋다. 또한 개구(451)를, 인접되는 화소에 가깝게 배치하여도 좋다. 바람직하게는 개구(451)를, 동일한 색을 표시하는 다른 화소에 가깝게 배치한다. 이로써 크로스토크를 억제할 수 있다.
[회로 구성예]
도 8은 화소(410)의 구성예를 나타낸 회로도이다. 도 8에서는 인접하는 2개의 화소(410)를 나타내었다.
화소(410)는 스위치(SW1), 용량 소자(C1), 액정 소자(340), 스위치(SW2), 트랜지스터(M), 용량 소자(C2), 및 발광 소자(360) 등을 가진다. 또한 화소(410)에는 배선(G1), 배선(G2), 배선(ANO), 배선(CSCOM), 배선(S1), 및 배선(S2)이 전기적으로 접속된다. 또한 도 8에는 액정 소자(340)와 전기적으로 접속되는 배선(VCOM1), 및 발광 소자(360)와 전기적으로 접속되는 배선(VCOM2)을 나타내었다.
도 8에는 스위치(SW1) 및 스위치(SW2)에 트랜지스터를 사용한 경우의 예를 나타내었다.
스위치(SW1)는 게이트가 배선(G1)과 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(S1)과 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 용량 소자(C1)의 한쪽 전극, 및 액정 소자(340)의 한쪽 전극과 접속된다. 용량 소자(C1)의 다른 쪽 전극이 배선(CSCOM)과 접속된다. 액정 소자(340)의 다른 쪽 전극은 배선(VCOM1)과 접속된다.
또한 스위치(SW2)는 게이트가 배선(G2)과 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(S2)과 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 용량 소자(C2)의 한쪽의 전극 및 트랜지스터(M)의 게이트와 접속된다. 용량 소자(C2)의 다른 쪽 전극은 트랜지스터(M)의 소스 및 드레인 중 한쪽 및 배선(ANO)과 접속된다. 트랜지스터(M)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 발광 소자(360)의 한쪽 전극과 접속된다. 발광 소자(360)의 다른 쪽 전극은 배선(VCOM2)과 접속된다.
도 8에는 트랜지스터(M)가 반도체를 끼우는 2개의 게이트를 가지고, 이들이 접속되는 예를 나타내었다. 이로써, 트랜지스터(M)가 흘릴 수 있는 전류를 증대시킬 수 있다.
배선(G1)에는 스위치(SW1)의 도통 상태 또는 비도통 상태를 제어하는 신호를 공급할 수 있다. 배선(VCOM1)에는 소정의 전위를 공급할 수 있다. 배선(S1)에는 액정 소자(340)가 가지는 액정의 배향 상태를 제어하는 신호를 공급할 수 있다. 배선(CSCOM)에는 소정의 전위를 공급할 수 있다.
배선(G2)에는 스위치(SW2)의 도통 상태 또는 비도통 상태를 제어하는 신호를 공급할 수 있다. 배선(VCOM2) 및 배선(ANO) 각각에는 발광 소자(360)가 발광하는 전위차가 생기는 전위를 공급할 수 있다. 배선(S2)에는 트랜지스터(M)의 도통 상태를 제어하는 신호를 공급할 수 있다.
도 8에 나타낸 화소(410)는 예를 들어 반사 모드에서 표시를 하는 경우에는, 배선(G1) 및 배선(S1)에 공급되는 신호에 의하여 구동하고, 액정 소자(340)에 의한 광학 변조를 이용하여 표시할 수 있다. 또한 투과 모드에서 표시를 하는 경우에는, 배선(G2) 및 배선(S2)에 공급되는 신호에 의하여 구동하고, 발광 소자(360)를 발광시켜 표시할 수 있다. 또한, 양쪽 모드에서 구동하는 경우에는, 배선(G1), 배선(G2), 배선(S1), 및 배선(S2) 각각에 공급되는 신호에 의하여 구동할 수 있다.
또한 도 8에는 하나의 화소(410)가 하나의 액정 소자(340) 및 하나의 발광 소자(360)를 가지는 예를 나타내었지만, 이에 한정되지 않는다. 도 9의 (A)는 하나의 화소(410)가 하나의 액정 소자(340)와 4개의 발광 소자(360)(발광 소자(360r), 발광 소자(360g), 발광 소자(360b), 발광 소자(360w))를 가지는 예를 나타낸 것이다. 도 9의 (A)에 나타낸 화소(410)는 도 8과 달리 하나의 화소로 풀 컬러 표시를 할 수 있는 화소이다.
도 9의 (A)에서는 도 8의 예에 더하여 화소(410)에 배선(G3) 및 배선(S3)이 접속되어 있다.
도 9의 (A)에 나타낸 예에서는, 예를 들어 4개의 발광 소자(360)로서 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B), 및 백색(W)을 나타내는 발광 소자를 사용할 수 있다. 또한, 액정 소자(340)로서 백색을 나타내는 반사형 액정 소자를 사용할 수 있다. 이로써, 반사 모드에서 표시를 하는 경우에는, 반사율이 높은 백색의 표시를 할 수 있다. 또한 투과 모드에서 표시를 하는 경우에는, 낮은 전력으로 연색성이 높은 표시를 할 수 있다.
또한 도 9의 (B)에는 화소(410)의 구성예를 나타내었다. 화소(410)는 전극(311)이 가지는 개구부와 중첩되는 발광 소자(360w), 전극(311)의 주위에 배치된 발광 소자(360r), 발광 소자(360g), 및 발광 소자(360b)를 가진다. 발광 소자(360r), 발광 소자(360g), 및 발광 소자(360b)는 발광 면적이 거의 동등한 것이 바람직하다.
<표시 장치의 구성예 2>
도 10은 본 발명의 일 형태의 표시 장치(300)의 사시 개략도이다. 표시 장치(300)는 기판(351)과 기판(361)이 접합된 구성을 가진다. 도 10에서는 기판(361)을 파선으로 명시하였다.
표시 장치(300)는 표시부(362), 회로부(364), 배선(365), 회로부(366), 배선(367) 등을 가진다. 기판(351)에는 예를 들어 회로부(364), 배선(365), 회로부(366), 배선(367), 및 화소 전극으로서 기능하는 전극(311b) 등이 제공된다. 또한 도 10에는 기판(351) 위에 IC(373), FPC(372), IC(375), 및 FPC(374)가 실장된 예를 나타내었다. 따라서 도 10에 나타낸 구성은 표시 장치(300), IC(373), FPC(372), IC(375), FPC(374)를 가지는 표시 모듈이라고 할 수도 있다.
예를 들어 주사선 구동 회로로서 기능하는 회로를 회로부(364)에 사용할 수 있다.
배선(365)은 표시부나 회로부(364)에 신호나 전력을 공급하는 기능을 가진다. 상기 신호 및 전력은 FPC(372)를 통하여 외부로부터 또는 IC(373)로부터 배선(365)에 입력된다.
또한 도 10에는 COG 방식 등에 의하여 기판(351)에 IC(373)가 제공된 예를 나타내었다. IC(373)는 예를 들어 주사선 구동 회로, 또는 신호선 구동 회로 등으로서 기능하는 IC를 적용할 수 있다. 또한, 표시 장치(300)가 주사선 구동 회로 및 신호선 구동 회로로서 기능하는 회로를 가지는 경우나, 주사선 구동 회로나 신호선 구동 회로로서 기능하는 회로를 외부에 제공하고, FPC(372)를 통하여 표시 장치(300)를 구동하기 위한 신호를 입력하는 경우 등에는 IC(373)를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한, COF(Chip On Film) 방식 등에 의하여 IC(373)를 FPC(372)에 실장하여도 좋다.
도 10에는 표시부(362)의 일부의 확대도를 나타내었다. 표시부(362)에는 복수의 표시 소자가 가지는 전극(311b)이 매트릭스 형태로 배치된다. 전극(311b)은 가시광을 반사하는 기능을 가지고, 후술하는 액정 소자(340)의 반사 전극으로서 기능한다.
또한 도 10에 도시된 바와 같이 전극(311b)은 중앙부에 개구부를 가진다. 또한 전극(311b)보다 기판(351) 측에 발광 소자(360)를 가진다. 발광 소자(360)로부터의 광은 전극(311b)의 개구부를 통하여 기판(361) 측으로 사출된다.
도 10에서 예시한 표시 장치의 FPC(372)를 포함한 영역의 일부, 회로부(364)를 포함한 영역의 일부, 표시부(362)를 포함한 영역의 일부, 회로부(366)를 포함한 영역의 일부, 및 FPC(374)를 포함한 영역의 일부를 각각 절단하였을 때의 단면의 일례를 도 11에 나타내었다.
도 11에 나타낸 표시 장치는 표시 패널(700)과 표시 패널(800)이 적층된 구성을 가진다. 표시 패널(700)은 수지층(701)과 수지층(702)을 가진다. 표시 패널(800)은 수지층(201)과 수지층(202)을 가진다. 수지층(702)과 수지층(201)은 접착층(50)에 의하여 접착된다. 또한 수지층(701)은 접착층(51)에 의하여 기판(351)과 접착된다. 또한 수지층(202)은 접착층(52)에 의하여 기판(361)과 접착된다.
[표시 패널(700)]
표시 패널(700)은 수지층(701), 절연층(478), 복수의 트랜지스터, 용량 소자(405), 절연층(411), 절연층(412), 절연층(413), 절연층(414), 절연층(415), 발광 소자(360), 스페이서(416), 접착층(417), 착색층(425), 차광층(426), 절연층(476), 및 수지층(702)을 가진다.
회로부(364)는 트랜지스터(401)를 가진다. 표시부(362)는 트랜지스터(402) 및 트랜지스터(403)를 가진다.
각 트랜지스터는 게이트, 절연층(411), 반도체층, 소스, 및 드레인을 가진다. 게이트와 반도체층은 게이트 절연층(411)을 개재(介在)하여 중첩된다. 절연층(411)의 일부는 게이트 절연층으로서의 기능을 가지고, 다른 일부는 용량 소자(405)의 유전체로서의 기능을 가진다. 트랜지스터(402)의 소스 또는 드레인으로서 기능하는 도전층은 용량 소자(405)의 한쪽 전극을 겸한다.
도 11에는 보텀 게이트 구조의 트랜지스터를 나타내었다. 회로부(364)와 표시부(362)는 상이한 구조의 트랜지스터를 가져도 좋다. 회로부(364) 및 표시부(362)는 각각 복수 종류의 트랜지스터를 가져도 좋다.
예를 들어 도 12에 나타낸 도 11의 변형예와 같이, 트랜지스터(205), 트랜지스터(206), 및 접속부(207)를 구성하는 요소를 투광성을 가지는 도전체로 형성할 수 있다. 발광 소자(360)로부터 발해지는 광은 트랜지스터(205) 및 트랜지스터(206), 및 접속부(207)의 일부 또는 전체를 투과시킬 수 있다. 또한 기판(361) 측으로부터 입사하고, 액정(312)을 투과한 광은 도전층(193b)에서 반사시킬 수 있다. 또한 트랜지스터(205) 및 트랜지스터(206)의 신뢰성을 향상시키기 위하여, 게이트 전극으로서 작용하는 도전층 및 백게이트 전극으로서 작용하는 도전층의 한쪽 또는 양쪽은 금속 등의 투광성을 가지지 않는 재료로 형성하여도 좋다.
도 11에서 용량 소자(405)는 한 쌍의 전극과 그 사이의 유전체를 가진다. 용량 소자(405)는 트랜지스터의 게이트와 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성한 도전층과, 트랜지스터의 소스 및 드레인과 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성한 도전층을 가진다.
절연층(412), 절연층(413), 및 절연층(414)은 각각 트랜지스터 등을 덮어 제공된다. 트랜지스터 등을 덮는 절연층의 개수는 특별히 한정되지 않는다. 절연층(414)은 평탄화층으로서의 기능을 가진다. 절연층(412), 절연층(413), 및 절연층(414) 중 적어도 하나에는 물 또는 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 불순물이 외부로부터 트랜지스터로 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어 표시 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
절연층(414)으로서 유기 재료를 사용하는 경우, 표시 장치의 단부에 노출된 절연층(414)을 통과하여 발광 소자(360) 등에 표시 장치의 외부로부터 수분 등의 불순물이 들어올 우려가 있다. 불순물이 들어와 발광 소자(360)가 열화되면, 표시 장치의 열화로 이어진다. 그러므로 도 11에 도시된 바와 같이 절연층(414)이 표시 장치의 단부에 위치하지 않는 것이 바람직하다. 도 11의 구성에서는, 유기 재료를 사용한 절연층이 표시 장치의 단부에 위치하지 않기 때문에, 발광 소자(360)에 불순물이 들어오는 것을 억제할 수 있다.
발광 소자(360)는 전극(421), EL층(422), 및 전극(423)을 가진다. 발광 소자(360)는 광학 조정층(424)을 가져도 좋다. 발광 소자(360)는 착색층(425) 측으로 빛을 사출하는 톱 이미션 구조를 가진다.
트랜지스터, 용량 소자, 및 배선 등이 발광 소자(360)의 발광 영역과 중첩되도록 배치함으로써, 표시부(362)의 개구율을 높일 수 있다.
전극(421) 및 전극(423) 중 한쪽은 양극으로서 기능하고 다른 쪽은 음극으로서 기능한다. 전극(421)과 전극(423) 사이에 발광 소자(360)의 문턱 전압보다 높은 전압을 인가하면, EL층(422)에 양극 측으로부터 정공이 주입되고, 음극 측으로부터 전자가 주입된다. 주입된 전자와 정공은 EL층(422)에서 재결합하여 EL층(422)에 포함되는 발광 물질이 발광한다.
전극(421)은 트랜지스터(403)의 소스 또는 드레인에 전기적으로 접속된다. 이들은 직접 접속되어도 좋고, 다른 도전층을 통하여 접속되어도 좋다. 전극(421)은 화소 전극으로서 기능하고, 발광 소자(360)마다 제공된다. 인접한 2개의 전극(421)은 절연층(415)에 의하여 전기적으로 절연된다.
전극(423)은 공통 전극으로서 기능하고, 복수의 발광 소자(360)에 걸쳐 제공된다. 전극(423)에는 정전위가 공급된다.
발광 소자(360)는 접착층(417)을 개재하여 착색층(425)과 중첩된다. 스페이서(416)는 접착층(417)을 개재하여 차광층(426)과 중첩된다. 도 11에는 전극(423)과 차광층(426) 사이에 간격이 있는 경우를 나타내었지만, 이들이 접하여도 좋다. 도 11에는 스페이서(416)를 기판(351) 측에 제공한 구성을 나타내었지만 기판(361) 측(예를 들어 차광층(426)보다 기판(361) 측)에 제공하여도 좋다.
컬러 필터(착색층(425))와 마이크로 캐비티 구조(광학 조정층(424))를 조합함으로써 표시 장치로부터 색 순도가 높은 빛을 추출할 수 있다. 광학 조정층(424)의 막 두께는 각 화소의 색깔에 따라 변화시킨다.
착색층(425)은 특정한 파장 대역의 빛을 투과시키는 유색층이다. 예를 들어, 적색, 녹색, 청색, 또는 황색의 파장 대역의 빛을 투과시키는 컬러 필터 등을 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태는 컬러 필터 방식에 한정되지 않고, 구분하여 형성하는 방식, 색 변환 방식, 또는 퀀텀닷 방식 등을 적용하여도 좋다.
차광층(426)은 인접한 착색층(425) 사이에 제공된다. 차광층(426)은 인접한 발광 소자(360)로부터의 광을 차단하여, 인접한 발광 소자(360) 사이에서의 혼색을 억제한다. 여기서, 착색층(425)의 단부를 차광층(426)과 중첩되도록 제공함으로써 광 누설을 억제할 수 있다. 차광층(426)으로서는, 발광 소자(360)로부터의 광을 차단하는 재료를 사용할 수 있다. 또한, 차광층(426)은 회로부(364) 등 표시부(362) 외의 영역에 제공하면, 도파광 등으로 인한 의도하지 않은 광 누설을 억제할 수 있어 바람직하다.
수지층(701)의 한쪽 표면에는 절연층(478)이 형성된다. 또한 수지층(702)의 한쪽 표면에는 절연층(476)이 형성된다. 절연층(476) 및 절연층(478)에 방습성이 높은 막을 사용하는 것이 바람직하다. 한 쌍의 방습성이 높은 절연층 사이에 발광 소자(360) 및 트랜지스터 등을 배치함으로써, 이들 소자에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있어, 표시 장치의 신뢰성이 높아지기 때문에 바람직하다.
방습성이 높은 절연막으로서는 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등 질소와 실리콘을 포함한 막, 및 질화 알루미늄막 등 질소와 알루미늄을 포함한 막 등을 들 수 있다. 또한, 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화 알루미늄막 등을 사용하여도 좋다.
예를 들어, 방습성이 높은 절연막의 수증기 투과량은 1×10-5[g/(m2·day)] 이하, 바람직하게는 1×10-6[g/(m2·day)] 이하, 더 바람직하게는 1×10-7[g/(m2·day)] 이하, 더욱 바람직하게는 1×10-8[g/(m2·day)] 이하로 한다.
접속부(406)는 배선(365)을 가진다. 배선(365)은 트랜지스터의 소스 및 드레인과 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성할 수 있다. 접속부(406)는 외부로부터의 신호나 전위를 회로부(364)에 전달하는 외부 입력 단자에 전기적으로 접속된다. 여기서는, 외부 입력 단자로서 FPC(372)를 제공하는 예를 나타내었다. 접속층(419)을 통하여 FPC(372)와 접속부(406)는 전기적으로 접속된다.
접속층(419)에는 다양한 이방성 도전 필름(ACF: anisotropic conductive film) 및 이방성 도전 페이스트(ACP: anisotropic conductive paste) 등을 사용할 수 있다.
이상이 표시 패널(700)에 대한 설명이다.
[표시 패널(800)]
표시 패널(800)은 수직 전계 방식이 적용된 반사형 액정 표시 장치이다.
표시 패널(800)은 수지층(201), 절연층(578), 복수의 트랜지스터, 용량 소자(505), 배선(367), 절연층(511), 절연층(512), 절연층(513), 절연층(514), 액정 소자(529), 배향막(564a), 배향막(564b), 접착층(517), 절연층(576), 및 수지층(202)을 가진다.
수지층(201)과 수지층(202)은 접착층(517)에 의하여 접합된다. 수지층(201), 수지층(202), 및 접착층(517)으로 둘러싸인 영역에 액정(563)이 밀봉되어 있다. 기판(361)의 외측 면에는 편광판(599)이 위치한다.
액정 소자(529)는 전극(311b), 전극(562), 및 액정(563)을 가진다. 전극(311b)은 화소 전극으로서 기능한다. 전극(562)은 공통 전극으로서 기능한다. 전극(311b)과 전극(562) 사이에 생기는 전계에 의하여 액정(563)의 배향을 제어할 수 있다. 액정(563)과 전극(311b) 사이에는 배향막(564a)이 제공된다. 액정(563)과 전극(562) 사이에는 배향막(564b)이 제공된다.
수지층(202)에는 절연층(576), 전극(562), 및 배향막(564b) 등이 제공된다.
수지층(201)에는 전극(311b), 배향막(564a), 트랜지스터(501), 트랜지스터(503), 용량 소자(505), 접속부(506), 및 배선(367) 등이 제공되어 있다.
수지층(201) 위에는 절연층(511), 절연층(512), 절연층(513), 절연층(514) 등의 절연층이 제공된다.
여기서, 트랜지스터(503)의 소스 및 드레인 중 전극(311b)과 전기적으로 접속되지 않는 쪽의 도전층은 신호선의 일부로서 기능하여도 좋다. 또한 트랜지스터(503)의 게이트로서 기능하는 도전층은 주사선의 일부로서 기능하여도 좋다.
도 11에 회로부(366)의 예로서 트랜지스터(501)가 제공된 예를 나타내었다.
각 트랜지스터를 덮는 절연층(512) 및 절연층(513) 중 적어도 한쪽은 물이나 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
절연층(514) 위에는 전극(311b)이 제공된다. 전극(311b)은 절연층(514), 절연층(513), 절연층(512) 등에 형성된 개구를 통하여 트랜지스터(503)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 또한 전극(311b)은 용량 소자(505)의 한쪽 전극과 전기적으로 접속된다.
표시 패널(800)은 반사형의 액정 표시 장치이므로 전극(311b)에 가시광을 반사하는 도전성 재료를 사용하고, 전극(562)에 가시광을 투과시키는 도전성 재료를 사용한다.
가시광을 투과하는 도전성 재료로서는 예를 들어, 인듐(In), 아연(Zn), 주석(Sn) 중으로부터 선택된 1종류를 포함하는 재료를 사용하면 좋다. 구체적으로는 산화 인듐, 인듐 주석 산화물(ITO: Indium Tin Oxide), 인듐 아연 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 산화물, 산화 텅스텐을 포함하는 인듐 아연 산화물, 산화 타이타늄을 포함하는 인듐 산화물, 산화 타이타늄을 포함하는 인듐 주석 산화물, 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO), 산화 아연, 갈륨을 포함하는 산화 아연 등을 들 수 있다. 또한 그래핀을 포함하는 막을 사용할 수도 있다. 그래핀을 포함하는 막은, 예를 들어 산화 그래핀을 포함하는 막을 환원해서 형성할 수 있다.
가시광을 반사하는 도전성 재료로서는 예를 들어 알루미늄, 은, 또는 이들 금속 재료를 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 이 외에도, 금, 백금, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리 또는 팔라듐 등의 금속 재료, 또는 이들 금속 재료를 포함하는 합금을 사용할 수 있다. 또한 상기 금속 재료 또는 합금에 란타넘, 네오디뮴, 또는 저마늄 등이 첨가되어도 좋다. 알루미늄과 타이타늄의 합금, 알루미늄과 니켈의 합금, 알루미늄과 네오디뮴의 합금, 알루미늄, 니켈, 및 란타넘의 합금(Al-Ni-La) 등의 알루미늄을 포함하는 합금(알루미늄 합금), 은과 구리의 합금, 은과 팔라듐과 구리의 합금(Ag-Pd-Cu, APC라고도 함), 은과 마그네슘의 합금 등의 은을 포함하는 합금을 사용하여도 좋다.
여기서, 편광판(599)으로서 직선 편광판을 사용하여도 좋지만, 원 편광판을 사용할 수도 있다. 원 편광판으로서는, 예를 들어 직선 편광판과 1/4파장 위상차판을 적층시킨 것을 사용할 수 있다. 이로써, 외광 반사를 억제할 수 있다. 또한, 편광판(599)의 종류에 따라 액정 소자(529)에 사용되는 액정 소자의 셀 갭, 배향, 구동 전압 등을 조정함으로써, 원하는 콘트라스트를 구현하도록 하면 좋다.
전극(562)은 수지층(202)의 단부에 가까운 부분에서, 수지층(201) 측에 제공된 도전층과 접속체(543)에 의하여 전기적으로 접속된다. 이로써, 수지층(201) 측에 배치되는 FPC(374)나 IC 등으로부터 전극(562)에 전위나 신호를 공급할 수 있다.
접속체(543)로서는, 예를 들어 도전성 입자를 사용할 수 있다. 도전성 입자로서는, 유기 수지 또는 실리카 등의 입자의 표면을 금속 재료로 피복한 것을 사용할 수 있다. 금속 재료로서 니켈이나 금을 사용하면, 접촉 저항을 저감할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 니켈을 금으로 더 피복하는 등, 2종류 이상의 금속 재료를 층상으로 피복시킨 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 접속체(543)로서 탄성 변형, 또는 소성 변형되는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 도전성 입자인 접속체(543)는 도 11에 나타낸 바와 같이, 상하 방향으로 찌부러진 형상으로 되는 경우가 있다. 이로써, 접속체(543)와, 이것과 전기적으로 접속되는 도전층의 접촉 면적이 증대되어 접촉 저항을 저감할 수 있고, 또한 접속 불량 등의 문제의 발생을 억제할 수 있다.
접속체(543)는 접착층(517)으로 덮이도록 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 경화 전의 접착층(517)에 접속체(543)를 분산시켜 두면 좋다.
수지층(201)의 단부에 가까운 영역에는 접속부(506)가 제공되어 있다. 접속부(506)는 접속층(519)을 통하여 FPC(374)와 전기적으로 접속되어 있다.
이상이 표시 패널(800)에 대한 설명이다.
[표시 소자에 대하여]
표시면 측에 위치하는 제 1 화소가 가지는 표시 소자에는 외광을 반사하여 표시하는 소자를 사용할 수 있다. 이러한 소자는 광원을 가지지 않으므로 표시 시의 소비전력을 매우 작게 할 수 있다. 제 1 화소가 가지는 표시 소자에는 대표적으로는 반사형 액정 소자를 사용할 수 있다. 또는, 제 1 화소가 가지는 표시 소자로서 셔터 방식의 MEMS(micro electro mechanical systems) 소자, 광 간섭 방식의 MEMS 소자 외에, 마이크로캡슐 방식, 전기 영동 방식, 일렉트로 웨팅 방식, 전자 분류체(電子粉流體, Electronic Liquid Powder(등록 상표)) 방식 등을 적용한 소자 등을 사용할 수 있다.
또한, 표시면 측과 반대 측에 위치하는 제 2 화소가 가지는 표시 소자는 광원을 가지고, 그 광원으로부터의 광을 이용하여 표시하는 소자를 사용할 수 있다. 이러한 화소가 사출하는 광은 그 휘도나 색도가 외광에 의존하지 않으므로 색 재현성이 높고(색역이 넓고), 콘트라스트가 높은 표시, 즉 선명한 표시를 할 수 있다. 제 2 화소가 가지는 표시 소자에는 예를 들어 OLED(organic light emitting diode), LED(light emitting diode), QLED(quantum-dot light emitting diode) 등 자발광 발광 소자를 사용할 수 있다. 또는 제 2 화소가 가지는 표시 소자로서 광원인 백라이트와, 백라이트로부터의 광의 투과광의 양을 제어하는 투과형 액정 소자를 조합한 것을 사용하여도 좋다.
[액정 소자]
액정 소자로서는, 예를 들어 수직 배향(VA: vertical alignment) 모드가 적용된 액정 소자를 사용할 수 있다. 수직 배향 모드로서는, MVA(multi-domain vertical alignment) 모드, PVA(patterned vertical alignment) 모드, ASV(advanced super view) 모드 등을 사용할 수 있다.
또한 액정 소자에는 다양한 모드가 적용된 액정 소자를 사용할 수 있다. 예를 들어, VA 모드 외에, TN(twisted nematic) 모드, IPS(in-plane-switching) 모드, FFS(fringe field switching) 모드, ASM(axially symmetric aligned micro-cell) 모드, OCB(optically compensated birefringence) 모드, FLC(ferroelectric liquid crystal) 모드, AFLC(antiferroelectric liquid crystal) 모드 등이 적용된 액정 소자를 사용할 수 있다.
또한 액정 소자는 액정의 광학적 변조 작용에 따라 광의 투과 또는 비투과를 제어하는 소자이다. 또한 액정의 광학적 변조 작용은 액정에 가해지는 전계(가로 방향의 전계, 세로 방향의 전계, 또는 경사 방향의 전계를 포함함)에 의하여 제어된다. 또한, 액정 소자에 사용되는 액정으로서는 서모트로픽 액정, 저분자 액정, 고분자 액정, 고분자 분산형 액정(PDLC: polymer dispersed liquid crystal), 강유전성 액정, 반강유전성 액정, 게스트·호스트형 액정 등을 사용할 수 있다. 이들 액정 재료는 조건에 따라 콜레스테릭 상, 스멕틱 상, 큐빅 상, 키랄 네마틱 상, 등방상 등을 나타낸다.
또한 액정 재료로서는 포지티브형 액정 및 네거티브형 액정 중 임의의 것을 사용하여도 좋고, 적용되는 모드나 설계에 따라 최적의 액정 재료를 사용하면 좋다.
또한 액정의 배향을 제어하기 위하여 배향막을 제공할 수 있다. 또한 횡 전계 방식을 채용하는 경우, 배향막을 사용하지 않는 블루상을 나타내는 액정을 사용하여도 좋다. 블루상은 액정상의 하나이며, 콜레스테릭 액정을 승온해나가면, 콜레스테릭 상으로부터 등방상으로 전이(轉移)하기 직전에 발현하는 상이다. 블루상은 좁은 온도 범위에서밖에 발현하지 않기 때문에, 온도 범위를 개선하기 위하여, 수중량% 이상의 키랄제를 혼합시킨 액정 조성물을 액정층에 사용한다. 블루상을 나타내는 액정과 키랄제를 포함한 액정 조성물은 응답 속도가 짧으며, 광학적 등방성이다. 또한, 블루상을 나타내는 액정과 키랄제를 포함한 액정 조성물은 배향 처리가 불필요하며, 시야각 의존성이 작다. 또한, 배향막을 제공하지 않아도 되기 때문에, 러빙 처리도 불필요하므로, 러빙 처리로 인하여 발생하는 정전 파괴를 방지할 수 있어, 제작 공정 시의 액정 표시 장치의 불량이나 파손을 경감할 수 있다.
반사형 액정 소자를 사용하는 경우에는, 표시면 측에 편광판을 제공한다. 또한, 이와 별도로 표시면 측에 광 확산판을 배치하면, 시인성을 향상시킬 수 있어 바람직하다.
[발광 소자]
발광 소자에는 자발광할 수 있는 소자를 사용할 수 있고, 전류 또는 전압에 의하여 휘도가 제어되는 소자가 그 범주에 포함된다. 예를 들어 LED, QLED, 유기 EL 소자, 무기 EL 소자 등을 사용할 수 있지만, 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 발광 소자를 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는, 발광 소자는 특히 톱 이미션형 발광 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 빛을 추출하는 측의 전극에는 가시광을 투과시키는 도전막을 사용한다. 또한, 광을 추출하지 않는 측의 전극에는 가시광을 반사하는 도전막을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 발광 소자는 EL층을 하나 가지는 싱글 소자이어도 좋고, 복수의 EL층이 전하 발생층을 개재하여 적층된 탠덤 소자이어도 좋다.
EL층은 적어도 발광층을 가진다. EL층은 발광층 이외의 층으로서, 정공 주입성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질, 정공 블로킹 재료, 전자 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질, 또는 바이폴라성 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질) 등을 포함하는 층을 더 가져도 좋다.
EL층에는 상술한 실시형태 1에서 든 저분자계 화합물, 고분자계 화합물, 및 무기 화합물을 사용할 수 있다. EL층을 구성하는 층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 전사법, 인쇄법, 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
[접착층]
접착층으로서는, 자외선 경화형 등의 광 경화형 접착제, 반응 경화형 접착제, 열 경화형 접착제, 혐기형 접착제 등의 각종 경화형 접착제를 사용할 수 있다. 이들 접착제로서는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 실리콘 수지(silicone resin), 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 이미드 수지, PVC(폴리바이닐클로라이드) 수지, PVB(폴리바이닐뷰티랄) 수지, EVA(에틸렌바이닐아세테이트) 수지 등을 들 수 있다. 특히, 에폭시 수지 등 투습성이 낮은 재료가 바람직하다. 또한, 2액 혼합형 수지를 사용하여도 좋다. 또한, 접착 시트 등을 사용하여도 좋다.
또한 상기 수지는 건조제를 포함하여도 좋다. 예를 들어, 알칼리 토금속의 산화물(산화 칼슘이나 산화 바륨 등)과 같이, 화학 흡착에 의하여 수분을 흡착하는 물질을 사용할 수 있다. 또는 제올라이트나 실리카 겔 등과 같이, 물리 흡착에 의하여 수분을 흡착하는 물질을 사용하여도 좋다. 건조제가 포함되면, 수분 등의 불순물이 소자에 들어가는 것을 억제할 수 있기 때문에, 표시 패널의 신뢰성이 향상되어 바람직하다.
또한 상기 수지에 굴절률이 높은 필러나 광 산란 부재를 혼합시킴으로써, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 산화 타이타늄, 산화 바륨, 제올라이트, 지르코늄 등을 사용할 수 있다.
[접속층]
접속층으로서는, 이방성 도전 필름(ACF: anisotropic conductive film)이나 이방성 도전 페이스트(ACP: anisotropic conductive paste) 등을 사용할 수 있다.
[착색층]
착색층에 사용할 수 있는 재료로서는, 금속 재료, 수지 재료, 안료 또는 염료가 포함된 수지 재료 등을 들 수 있다.
[차광층]
차광층에 사용할 수 있는 재료로서는, 카본 블랙, 타이타늄 블랙, 금속, 금속 산화물, 복수의 금속 산화물의 고용체를 포함한 복합 산화물 등을 들 수 있다. 차광층은 수지 재료를 포함한 막이어도 좋고, 금속 등의 무기 재료의 박막이어도 좋다. 또한 차광층에 착색층의 재료를 포함한 막의 적층막을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 어떤 색깔의 광을 투과시키는 착색층에 사용되는 재료를 포함한 막과, 다른 색깔의 광을 투과시키는 착색층에 사용되는 재료를 포함한 막의 적층 구조를 사용할 수 있다. 착색층과 차광층의 재료를 공통화함으로써, 장치를 공통화할 수 있고 공정을 간략화할 수 있어 바람직하다.
이상, 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에서 나타낸 구성과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 실시형태 1 및 실시형태 2에 나타내는 발광 소자를 그 일부에 포함하는 전자 기기에 대하여 설명한다. 실시형태 1 및 실시형태 2에 기재된 발광 소자는, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를 포함하기 때문에 구동 전압이 낮고 발광 효율이 높고 신뢰성이 양호한 발광 소자이며, 그 결과 본 실시형태에 기재된 전자 기기는 소비전력이 저감되고, 또한 신뢰성이 양호한 표시부를 가지는 전자 기기로 할 수 있다.
<전자 기기에 관한 설명>
도 13의 (A) 내지 도 13의 (G)는 전자 기기를 나타낸 도면이다. 이들의 전자 기기는 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작키(9005)(전원 스위치, 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(9008) 등을 가질 수 있다. 또한 센서(9007)는 맥박 센서나 지문 센서 등의 생체 정보를 측정하는 기능을 가져도 좋다.
도 13의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 센서 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 이용하여 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속하는 기능, 무선 통신 기능을 이용하여 다양한 데이터의 송신 또는 수신을 수행하는 기능, 기록 매체에 기록되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한, 도 13의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기가 가질 수 있는 기능은 이들에 한정되지 않고 다양한 기능을 가질 수 있다. 또한, 도 13의 (A) 내지 (G)에는 나타내지 않았지만, 전자 기기는 복수의 표시부를 가지는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 이 전자 기기에 카메라 등을 제공하여 정지 화상을 촬영하는 기능, 동영상을 촬영하는 기능, 촬영한 화상을 기록 매체(외부 또는 카메라에 내장)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 13의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기의 상세한 사항에 대하여 아래에서 설명한다.
도 13의 (A)는 휴대 정보 단말(9100)을 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말(9100)이 가지는 표시부(9001)는 가요성을 가진다. 따라서, 만곡된 하우징(9000)의 만곡면을 따라 표시부(9001)를 제공할 수 있다. 또한 표시부(9001)에는 터치 센서가 제공되고, 손가락이나 스타일러스 등으로 화면을 터치함으로써 조작할 수 있다. 예를 들어 표시부(9001)에 표시된 아이콘을 터치함으로써 애플리케이션을 기동할 수 있다.
도 13의 (B)는 휴대 정보 단말(9101)을 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말(9101)은 예를 들어 전화기, 수첩, 또는 정보 열람 장치 등 중으로부터 선택된 하나 또는 복수의 기능을 가진다. 구체적으로는, 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말(9101)은 스피커(9003), 접속 단자(9006), 센서(9007) 등을 생략하여 나타내었지만, 도 13의 (A)에 나타낸 휴대 정보 단말(9100)과 같은 위치에 제공할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말(9101)은 문자나 화상 정보를 그 복수의 면에 표시할 수 있다. 예를 들어 3개의 조작 버튼(9050)(조작 아이콘 또는 단순히 아이콘이라고도 함)을 표시부(9001) 중 한 면에 표시할 수 있다. 또한, 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수 있다. 또한, 정보(9051)의 일례로서는 전자 메일이나 SNS(Social Networking Service)나 전화 등의 착신을 알리는 표시, 전자 메일이나 SNS 등의 제목, 전자 메일이나 SNS 등의 송신자명, 날짜, 시각, 배터리의 잔량, 전파 등의 수신 신호의 강도를 나타낸 표시 등이 있다. 또는 정보(9051)가 표시되는 위치에, 정보(9051) 대신에 조작 버튼(9050) 등을 표시하여도 좋다.
하우징(9000)의 재료로서는, 예를 들어 합금, 플라스틱, 세라믹 등을 사용할 수 있다. 플라스틱으로서는 강화 플라스틱을 사용할 수도 있다. 강화 플라스틱의 일종인 탄소 섬유 강화 수지 복합재(Carbon Fiber Reinforced Plastics: CFRP)는 경량이며 부식하지 않는 이점이 있다. 또한, 다른 강화 플라스틱으로서는 유리 섬유를 사용한 강화 플라스틱, 아라미드 섬유를 사용한 강화 플라스틱을 들 수 있다. 합금으로서는, 알루미늄 합금이나 마그네슘 합금을 들 수 있지만, 이 중에도 지르코늄과 구리와 니켈과 타이타늄을 포함하는 비정질 합금(금속 유리라고도 불림)이 탄성 강도의 점에서 우수하다. 이 비정질 합금은 실온에서 유리 전이 영역을 가지는 비정질 합금이며, 벌크 응고 비정질 합금이라고도 불리고, 실질적으로 비정질 원자 구조를 가지는 합금이다. 응고 주조법에 의하여, 적어도 일부의 하우징의 주형(鑄型) 내에 합금 재료를 부어 놓어, 응고시켜 일부의 하우징을 벌크 응고 비정질 합금으로 형성한다. 비정질 합금은 지르코늄, 구리, 니켈, 타이타늄 외에도 베릴륨, 실리콘, 나이오븀, 붕소, 갈륨, 몰리브데넘, 텅스텐, 망가니즈, 철, 코발트, 이트륨, 바나듐, 인, 탄소 등을 포함하여도 좋다. 또한, 비정질 합금은 응고 주조법에 한정되지 않고 진공 증착법, 스퍼터링법, 전해 도금법, 무전해 도금법 등에 의하여 형성되어도 좋다. 또한, 비정질 합금은 전체로서 장거리 질서(주기 구조)를 가지지 않는 상태를 유지하면, 미결정 또는 나노 결정을 포함하여도 좋다. 또한, 합금이란 단일 고체상 구조를 가지는 완전 고용체 합금 및 2개 이상의 상을 가지는 부분 용체의 양쪽을 포함하는 것으로 한다. 하우징(9000)에 비정질 합금을 사용함으로써 높은 탄성을 가지는 하우징을 구현할 수 있다. 따라서 휴대 정보 단말(9101)을 낙하시키더라도, 하우징(9000)이 비정질 합금이라면 충격이 가해진 순간에 일시적으로 변형되어도 원래의 형태로 되돌아오기 때문에, 휴대 정보 단말(9101)의 내충격성을 향상시킬 수 있다.
도 13의 (C)는 휴대 정보 단말(9102)을 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말(9102)은 표시부(9001)의 3면 이상에 정보를 표시하는 기능을 가진다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 정보(9054)가 각각 다른 면에 표시되어 있는 예를 나타내었다. 예를 들어, 휴대 정보 단말(9102)의 사용자는 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말(9102)을 수납한 상태로, 그 표시(여기서는 정보(9053))를 확인할 수 있다. 구체적으로는, 착신한 전화의 발신자의 전화번호 또는 이름 등을 휴대 정보 단말(9102)의 상방으로부터 관찰할 수 있는 위치에 표시한다. 사용자는 휴대 정보 단말(9102)을 포켓으로부터 꺼내지 않고, 표시를 확인하여, 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 13의 (D)는 손목시계형 휴대 정보 단말(9200)을 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말(9200)은 이동 전화, 전자 메일, 문장 열람 및 작성, 음악 재생, 인터넷 통신, 컴퓨터 게임 등의 여러 애플리케이션을 실행할 수 있다. 또한, 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말(9200)은 통신 규격된 근거리 무선 통신을 실행할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 가능한 헤드 세트와 상호 통신함으로써, 핸즈 프리 통화도 가능하다. 또한, 휴대 정보 단말(9200)은 접속 단자(9006)를 가지고, 커넥터를 통하여 다른 정보 단말과 직접 데이터를 교환할 수 있다. 또한, 접속 단자(9006)를 통하여 충전할 수도 있다. 또한, 충전 동작은 접속 단자(9006)를 통하지 않고, 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 13의 (E), (F), 및 (G)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말(9201)을 나타낸 사시도이다. 또한, 도 13의 (E)는 휴대 정보 단말(9201)을 펼친 상태의 사시도이고, 도 13의 (F)는 휴대 정보 단말(9201)을 펼친 상태 및 접은 상태의 어느 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화하는 도중의 상태의 사시도이고, 도 13의 (G)는 휴대 정보 단말(9201)을 접은 상태의 사시도이다. 휴대 정보 단말(9201)은 접은 상태에서는 휴대성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없는 넓은 표시 영역으로 표시의 일람성이 우수하다. 휴대 정보 단말(9201)이 가지는 표시부(9001)는 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)으로 지지된다. 힌지(9055)를 통하여 2개의 하우징(9000) 사이를 굴곡시킴으로써, 휴대 정보 단말(9201)을 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 휴대 정보 단말(9201)은 곡률 반경 1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
또한 전자 기기로서는, 예를 들어 텔레비전 장치(텔레비전, 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 고글형 디스플레이(헤드 마운트 디스플레이), 휴대형 게임기, 휴대 정보 단말, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등을 들 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기는 이차 전지를 가져도 좋고, 비 접촉 전력 전송을 사용하여 이차 전지를 충전할 수 있는 것이 바람직하다.
이차 전지로서는, 예를 들어 겔상 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지(리튬 이온 폴리머 전지) 등의 리튬 이온 이차 전지, 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 카드뮴 전지, 유기 라디칼 전지, 납 축전지, 공기 이차 전지, 니켈 아연 전지, 은 아연 전지 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기는 안테나를 가져도 좋다. 안테나로 신호를 수신함으로써, 표시부로 영상이나 정보 등의 표시를 수행할 수 있다. 또한 전자 기기가 이차 전지를 가지는 경우, 안테나를 비접촉 전력 전송에 사용하여도 좋다.
도 14의 (A)는 비디오 카메라이며, 하우징(7701), 하우징(7702), 표시부(7703), 조작키(7704), 렌즈(7705), 접속부(7706) 등을 가진다. 조작키(7704) 및 렌즈(7705)는 하우징(7701)에 제공되고, 표시부(7703)는 하우징(7702)에 제공된다. 그리고 하우징(7701)과 하우징(7702)은 접속부(7706)에 의하여 접속되고, 하우징(7701)과 하우징(7702) 사이의 각도는, 접속부(7706)에 의하여 변경할 수 있다. 표시부(7703)에서의 영상을, 접속부(7706)에서의 하우징(7701)과 하우징(7702) 사이의 각도에 따라 전환하는 구성으로 하여도 좋다.
도 14의 (B)는 노트북형 퍼스널 컴퓨터이며, 하우징(7121), 표시부(7122), 키보드(7123), 포인팅 디바이스(7124) 등을 가진다. 또한 표시부(7122)는 화소 밀도가 매우 높아 고정세(高精細)로 할 수 있기 때문에, 중소형이면서 8k의 표시를 수행할 수 있어, 매우 선명한 화상을 얻을 수 있다.
도 14의 (C)는 헤드 마운트 디스플레이(7200)의 외관을 나타낸 것이다.
헤드 마운트 디스플레이(7200)는 장착부(7201), 렌즈(7202), 본체(7203), 표시부(7204), 케이블(7205) 등을 가진다. 또한 장착부(7201)에는 배터리(7206)가 내장된다.
케이블(7205)은 배터리(7206)로부터 본체(7203)에 전력을 공급한다. 본체(7203)는 무선 수신기 등을 구비하고, 수신한 화상 데이터 등의 영상 정보를 표시부(7204)에 표시시킬 수 있다. 또한, 본체(7203)에 제공된 카메라로 사용자의 눈알이나 눈꺼풀의 동작을 잡아, 그 정보를 바탕으로 사용자의 시점의 좌표를 산출함으로써 사용자의 시점을 입력 수단으로서 사용할 수 있다.
또한 장착부(7201)에는 사용자에 접촉되는 위치에 복수의 전극이 제공되어도 좋다. 본체(7203)는 사용자의 눈알의 동작에 따라 전극에 흐르는 전류를 검지함으로써 사용자의 시점을 인식하는 기능을 가져도 좋다. 또한, 상기 전극에 흐르는 전류를 검지함으로써 사용자의 맥박을 모니터링하는 기능을 가져도 좋다. 또한 장착부(7201)에는 온도 센서, 압력 센서, 가속도 센서 등의 각종 센서를 가져도 좋고, 사용자의 생체 정보를 표시부(7204)에 표시하는 기능을 가져도 좋다. 또한 사용자의 머리의 동작 등을 검출하여, 표시부(7204)에 표시하는 영상을 그 동작에 따라 변화시켜도 좋다.
도 14의 (D)에 카메라(7300)의 외관을 나타내었다. 카메라(7300)는 하우징(7301), 표시부(7302), 조작 버튼(7303), 셔터 버튼(7304), 결합부(7305) 등을 가진다. 또한 카메라(7300)에는 렌즈(7306)를 제공할 수 있다.
결합부(7305)는 전극을 가지고 후술하는 파인더(7400)에 더하여, 스트로보 장치 등을 접속할 수 있다.
여기서는 카메라(7300)로서 렌즈(7306)를 하우징(7301)으로부터 떼어 내어 교환할 수 있는 구성으로 하였지만, 렌즈(7306)와 하우징(7301)이 일체가 되어도 좋다.
셔터 버튼(7304)을 누름으로써 촬상할 수 있다. 또한 표시부(7302)는 터치 센서를 가지고, 표시부(7302)를 조작함으로써 촬상하는 것도 가능하다.
표시부(7302)에는 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치, 또는 터치 센서를 적용할 수 있다.
도 14의 (E)에는 카메라(7300)에 파인더(7400)를 장착한 경우의 예를 나타내었다.
파인더(7400)는 하우징(7401), 표시부(7402), 버튼(7403) 등을 가진다.
하우징(7401)에는 카메라(7300)의 결합부(7305)와 결합하는 결합부가 제공되고, 파인더(7400)를 카메라(7300)에 장착할 수 있다. 또한 상기 결합부에는 전극이 제공되어, 상기 전극을 통하여 카메라(7300)로부터 수신한 영상 등을 표시부(7402)에 표시시킬 수 있다.
버튼(7403)은 전원 버튼으로서의 기능을 가진다. 버튼(7403)에 의하여, 표시부(7402)의 표시의 온과 오프를 전환할 수 있다.
또한 도 14의 (D) 및 (E)에서는, 카메라(7300)와 파인더(7400)를 다른 전자 기기로 하고, 이들을 탈착 가능한 구성으로 하였지만, 카메라(7300)의 하우징(7301)에, 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치, 또는 터치 센서를 구비하는 파인더가 내장되어도 좋다.
도 15의 (A) 내지 (E)는 헤드 마운트 디스플레이(7500) 및 헤드 마운트 디스플레이(7510)의 외관을 나타낸 도면이다.
헤드 마운트 디스플레이(7500)는 하우징(7501), 2개의 표시부(7502), 조작 버튼(7503), 및 밴드 형상의 고정구(7504)를 가진다.
헤드 마운트 디스플레이(7500)는 상기 헤드 마운트 디스플레이(7200)가 가지는 기능에 더하여 2개의 표시부를 가진다.
2개의 표시부(7502)를 가짐으로써 사용자는 한쪽 눈마다 1개의 표시부를 볼 수 있다. 이에 의하여 시차(視差)를 사용한 3차원 표시 등을 수행하는 경우에도 높은 해상도의 영상을 표시시킬 수 있다. 또한 표시부(7502)는 사용자의 눈을 대략 중심으로 한 원호 형상으로 만곡되어 있다. 이로써, 사용자의 눈으로부터 표시부의 표시면까지의 거리가 일정하게 되므로, 사용자는 더 자연스러운 영상을 볼 수 있다. 또한, 표시부로부터의 광의 휘도나 색도가 보는 각도에 따라 변화되는 경우에도, 표시부의 표시면의 법선 방향으로 사용자의 눈이 위치하기 때문에, 실질적으로 그 영향을 무시할 수 있어, 더 현실감이 있는 영상을 표시할 수 있다.
조작 버튼(7503)은 전원 버튼 등의 기능을 가진다. 또한 조작 버튼(7503) 외에도 버튼을 가져도 좋다.
또한 헤드 마운트 디스플레이(7510)는 하우징(7501), 표시부(7502), 밴드 형상의 고정구(7504), 및 한 쌍의 렌즈(7505)를 가진다.
사용자는 렌즈(7505)를 통하여 표시부(7502)의 표시를 시인할 수 있다. 또한 표시부(7502)를 만곡시켜 배치하는 것이 바람직하다. 표시부(7502)를 만곡시켜 배치함으로써 사용자가 높은 임장감을 느낄 수 있다.
표시부(7502)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 정밀도를 높일 수 있기 때문에 도 15의 (E)와 같이, 렌즈(7505)를 사용하여 확대하더라도 사용자에게 화소가 시인되지 않고 현실감이 더 높은 영상을 표시할 수 있다.
도 16의 (A)에 텔레비전 장치의 일례를 나타내었다. 텔레비전 장치(9300)는 하우징(9000)에 표시부(9001)가 조합된다. 여기서는, 스탠드(9301)에 의하여 하우징(9000)을 지지한 구성을 나타내었다.
도 16의 (A)에 나타낸 텔레비전 장치(9300)의 조작은 하우징(9000)이 가지는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(9311)에 의하여 수행할 수 있다. 또는, 표시부(9001)에 터치 센서를 제공하여도 좋고, 손가락 등으로 표시부(9001)를 터치함으로써 조작하여도 좋다. 리모트 컨트롤러(9311)는 상기 리모트 컨트롤러(9311)로부터 출력하는 정보를 표시하는 표시부를 가져도 좋다. 리모트 컨트롤러(9311)가 가지는 조작키 또는 터치 패널에 의하여, 채널이나 음량의 조작을 수행할 수 있어, 표시부(9001)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다.
또한 텔레비전 장치(9300)는 수신기나 모뎀 등을 가진 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한, 모뎀을 통하여 유선 또는 무선으로 통신 네트워크에 접속함으로써 한 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 사이, 또는 수신자들 사이 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.
또한 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기 또는 조명 장치는 가요성을 가지기 때문에, 가옥이나 빌딩의 내벽 또는 외벽, 또는 자동차의 내장 또는 외장의 곡면을 따라 제공할 수도 있다.
도 16의 (B)에 자동차(9700)의 외관을 나타내었다. 도 16의 (C)에 자동차(9700)의 운전석을 나타내었다. 자동차(9700)는 차체(9701), 차륜(9702), 대시보드(9703), 라이트(9704) 등을 가진다. 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치 또는 발광 장치 등은 자동차(9700)의 표시부 등에 사용할 수 있다. 예를 들어, 도 16의 (C)에 나타낸 표시부(9710) 내지 표시부(9715)에 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치 또는 발광 장치 등을 제공할 수 있다.
표시부(9710)와 표시부(9711)는, 자동차의 앞유리에 제공된 표시 장치이다. 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치 또는 발광 장치 등은 전극이나 배선을, 투광성을 가지는 도전성 재료로 제작함으로써 반대쪽이 비추어 보이는, 소위 시스루 상태라고 할 수 있다. 표시부(9710)나 표시부(9711)가 시스루 상태라면 자동차(9700)의 운전 시에도 시계(視界)를 방해하지 않는다. 따라서 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치 또는 발광 장치 등을 자동차(9700)의 앞유리에 설치할 수 있다. 또한, 표시 장치 또는 발광 장치 등을 구동하기 위한 트랜지스터 등을 제공하는 경우에는, 유기 반도체 재료를 사용한 유기 트랜지스터나, 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터 등, 투광성을 가지는 트랜지스터를 사용하면 좋다.
표시부(9712)는 필러 부분에 제공된 표시 장치이다. 예를 들어, 차체에 제공된 촬상 수단으로부터의 영상을 표시부(9712)에 표시함으로써, 필러에 가려진 시계를 보완할 수 있다. 표시부(9713)는 대시보드 부분에 제공된 표시 장치이다. 예를 들어, 차체에 제공된 촬상 수단으로부터의 영상을 표시부(9713)에 표시함으로써, 대시보드에 가려진 시계를 보완할 수 있다. 즉, 자동차의 외측에 제공된 촬상 수단으로부터의 영상을 표시함으로써, 사각을 보완하여, 안전성을 높일 수 있다. 또한, 보이지 않는 부분을 보완하는 영상을 표시함으로써, 더 자연스럽게 위화감 없이 안전을 확인할 수 있다.
또한 도 16의 (D)는 운전석과 조수석에 벤치 시트를 채용한 자동차의 차내를 나타낸 것이다. 표시부(9721)는 도어부에 제공된 표시 장치다. 예를 들어, 차체에 제공된 촬상 수단으로부터의 영상을 표시부(9721)에 표시함으로써, 도어에 가려진 시계를 보완할 수 있다. 또한 표시부(9722)는 핸들에 제공된 표시 장치이다. 표시부(9723)는 벤치 시트의 시트면의 중앙부에 제공된 표시 장치이다. 또한 표시 장치를 시트면이나 등받이 부분 등에 설치하여, 상기 표시 장치를, 상기 표시 장치의 발열을 열원으로 한 시트 히터로서 이용할 수도 있다.
표시부(9714), 표시부(9715), 또는 표시부(9722)에 의하여 내비게이션 정보, 스피드미터나 태코미터(tachometer), 주행 거리, 급유량, 기어 상태, 에어컨디셔너의 설정 등, 기타 여러 가지 정보를 제공할 수 있다. 또한, 표시부에 표시되는 표시 항목이나 레이아웃 등은 사용자의 취향에 따라 적절히 변경할 수 있다. 또한, 상기 정보는 표시부(9710) 내지 표시부(9713), 표시부(9721) 및 표시부(9723)에도 표시될 수 있다. 또한, 표시부(9710) 내지 표시부(9715), 표시부(9721) 내지 표시부(9723)는 조명 장치로서 사용될 수도 있다. 또한, 표시부(9710) 내지 표시부(9715), 표시부(9721) 내지 표시부(9723)는 가열 장치로서 사용될 수도 있다.
본 실시형태에서 설명한 전자 기기는, 어떤 정보를 표시하기 위한 표시부를 가진다. 다만, 본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자는, 표시부를 가지지 않는 전자 기기에도 적용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서 설명한 전자 기기의 표시부에서는 가요성을 가지고, 만곡한 표시면을 따라 표시를 수행할 수 있는 구성, 또는 접을 수 있는 표시부의 구성에 대하여 예시하였지만, 이에 한정되지 않고, 가요성을 가지지 않고 평면부에 표시를 수행하는 구성으로 하여도 좋다.
본 실시형태에서 설명하는 구성은 다른 실시형태에서 설명하는 구성과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 다양한 전자 기기 및 조명 장치에 적용하는 일례에 대하여 도 17 및 도 18을 참조하여 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 소자를, 가요성을 가지는 기판 위에 제작함으로써, 곡면을 가지는 발광 영역을 가지는 전자 기기나, 조명 장치를 구현할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 적용한 발광 장치를 자동차의 조명에도 적용할 수 있고, 예를 들어 앞유리, 천장 등에 조명을 설치할 수도 있다.
도 17의 (A)는 다기능 단말(3500)의 한쪽 면의 사시도를 나타내었고, 도 17의 (B)는 다기능 단말(3500)의 다른 쪽 면의 사시도를 나타내었다. 다기능 단말(3500)은 하우징(3502)에 표시부(3504), 카메라(3506), 조명(3508) 등이 조합되어 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 조명(3508)에 사용할 수 있다.
조명(3508)은 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 사용함으로써, 면광원으로서 기능한다. 따라서, LED로 대표되는 점광원과 달리, 지향성이 적은 발광이 얻어진다. 예를 들어 조명(3508)과 카메라(3506)를 조합하여 사용하는 경우, 조명(3508)을 점등 또는 점멸시켜, 카메라(3506)에 의하여 촬상할 수 있다. 조명(3508)은 면광원으로서의 기능을 가지기 때문에, 자연광 하에서 촬영한 것 같은 사진을 촬영할 수 있다.
또한, 도 17의 (A), (B)에 도시된 다기능 단말(3500)은 도 13의 (A) 내지 (G)에 나타낸 전자 기기와 같이 다양한 기능을 가질 수 있다.
또한 하우징(3502)의 내부에 스피커, 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰 등을 가질 수 있다. 또한 다기능 단말(3500)의 내부에, 자이로스코프, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 가지는 검출 장치를 제공함으로써, 다기능 단말(3500)의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여, 표시부(3504)의 화면 표시를 자동적으로 전환하도록 할 수 있다.
표시부(3504)는 이미지 센서로서 기능시킬 수도 있다. 예를 들어, 표시부(3504)에 손바닥이나 손가락으로 터치하여 장문(掌紋), 지문(指紋) 등을 촬상함으로써, 본인 인증을 수행할 수 있다. 또한, 표시부(3504)에 근적외광을 발광하는 백라이트 또는 근적외광을 발광하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다. 또한 표시부(3504)에 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 적용하여도 좋다.
도 17의 (C)는 방범용 라이트(3600)의 사시도이다. 라이트(3600)는 하우징(3602)의 외측에 조명(3608)을 가지고, 하우징(3602)에는 스피커(3610) 등이 제공된다. 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 조명(3608)에 사용할 수 있다.
라이트(3600)는 예를 들어, 조명(3608)을 손에 들거나 잡거나 유지함으로써 발광할 수 있다. 또한, 하우징(3602)의 내부에는 라이트(3600)로부터의 발광 방법을 제어할 수 있는 전자 회로를 가져도 좋다. 이 전자 회로는 예를 들어, 한 번 또는 간헐적으로 여러 번, 발광이 가능한 회로로 하여도 좋고, 발광의 전류값을 제어함으로써 발광의 광량을 조정할 수 있는 회로로 하여도 좋다. 또한, 조명(3608)의 발광과 동시에, 스피커(3610)로부터 큰 경보음이 울리는 것과 같은 회로를 제공하여도 좋다.
라이트(3600)는 모든 방향으로 발광할 수 있기 때문에, 예를 들어 폭한 등에게 광, 또는 광과 소리에 의하여 위협할 수 있다. 또한 라이트(3600)가 디지털 스틸 카메라 등의 카메라를 가지거나 촬영 기능 등의 기능을 가져도 좋다.
도 18은 발광 소자를 실내의 조명 장치(8501)로서 사용한 예이다. 또한 발광 소자는 대면적화도 가능하므로 대면적 조명 장치를 형성할 수도 있다. 또한 곡면을 가지는 하우징을 사용함으로써, 발광 영역이 곡면을 가지는 조명 장치(8502)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에 나타낸 발광 소자는 박막 형상이며, 하우징의 디자인 자유도가 높다. 따라서 다양하게 디자인된 조명 장치를 형성할 수 있다. 또한 실내의 벽면에 대형 조명 장치(8503)를 제공하여도 좋다. 또한 조명 장치(8501), 조명 장치(8502), 조명 장치(8503)에 터치 센서를 제공하여, 전원의 온/오프 동작을 하여도 좋다.
또한, 발광 소자를 테이블의 표면 측에 사용함으로써 테이블로서의 기능을 가지는 조명 장치(8504)로 할 수 있다. 또한 기타 가구의 일부에 발광 소자를 사용함으로써, 가구로서의 기능을 가지는 조명 장치로 할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 적용하여 조명 장치 및 전자 기기를 얻을 수 있다. 또한, 적용할 수 있는 조명 장치 및 전자 기기는 본 실시형태에 나타낸 것에 한정되지 않고 모든 분야의 조명 장치 및 전자 기기에 적용할 수 있다.
또한 본 실시형태에 나타낸 구성은 다른 실시형태에 나타낸 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물의 하나인, N-(바이페닐-4-일)-N-{4-[6-(바이페닐-4-일)피리미딘-4-일]페닐}-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: 6BP-4FBiPPm)(구조식(100))의 합성 방법과 상기 화합물의 물성에 대하여 설명한다.
<합성예 1>
단계 1: N-(바이페닐-4-일)-N-{4-[6-(바이페닐-4-일)피리미딘-4-일]페닐}-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: 6BP-4FBiPPm)의 합성
200mL 3구 플라스크에 1.2g(4.5mmol)의 4-(4-바이페닐)-6-클로로피리미딘과 2.2g(4.5mmol)의 4-[N-(바이페닐-4-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]페닐보론산, 1.9g(13.5mmol)의 탄산 포타슘, 55mg(0.18mmol)의 트리스(2-메틸페닐)포스핀을 넣었다. 이 혼합물에 25mL의 톨루엔, 10mL의 에탄올, 7mL의 물을 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 이 혼합물에 20mg(0.090mmol)의 아세트산 팔라듐(II)을 첨가하고, 질소 기류하, 90℃에서 6시간 동안 교반하였다. 교반 후, 수송층에 대하여 톨루엔으로 추출을 행하고, 추출된 용액과 유기층을 혼합하고 물, 포화 식염수로 세정하였다. 유기층을 황산 마그네슘에 의하여 건조하였다. 이 혼합물을 자연 여과에 의하여 여과하여 분별하고, 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 톨루엔, 그 다음에 톨루엔:아세트산 에틸=4:1)로 정제하여 고체를 얻었다. 또한 정제에는 실리카 겔(KANTO CHEMICAL CO., INC. 제조, 카탈로그 번호: 37560-84)을 사용하였다. 얻어진 고체를 톨루엔/에탄올을 사용하여 재결정함으로써 황색 고체를 2.7g, 수율 89%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(A-1)에 나타낸다.
[화학식 7]
Figure pat00007
얻어진 고체 2.7g을 트레인 서블리메이션법(train sublimation method)에 의하여 승화 정제하였다. 압력 2.8Pa, 아르곤 15mL/min의 조건으로 305℃에서 가열하여 행하였다. 승화 정제 후, 황색 고체를 2.3g, 회수율 88%로 얻었다.
얻어진 고체의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)에 의한 분석 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(DMSO-d6, 300MHz):δ=1.43(s, 6H), 7.12-7.18(m, 3H), 7.26(d, J1=8.7Hz, 2H), 7.30-7.38(m, 3H), 7.40-7.56(m, 7H), 7.68-7.73(m, 4H), 7.80(dd, J1=7.2Hz, J2=1.5Hz, 3H), 7.85(d, J1=8.1Hz, 1H), 8.89(d, J1=8.4Hz, 2H), 8.34(d, J1=8.7Hz, 2H), 8.46(d, J1=8.1Hz, 2H), 8.58(d, J1=1.5Hz, 1H), 9.24(d, J1=1.5Hz, 1H)
또한 얻어진 고체의 1H NMR 차트를 도 19의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 또한 도 19의 (B)는 도 19의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.5ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과로부터, 목적물인 6BP-4FBiPPm이 얻어진 것을 알았다.
<6BP-4FBiPPm의 특성>
6BP-4FBiPPm의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 20에 나타내었다. 또한 박막의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 21에 나타내었다. 고체 박막은 석영 기판 위에 진공 증착법에 의하여 작성하였다. 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼의 측정에는, 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하였다. 톨루엔만을 석영 셀에 넣고 측정한 톨루엔의 흡수 스펙트럼을 6BP-4FBiPPm의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼에서 빼어, 도 20에 나타낸 6BP-4FBiPPm의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼을 얻었다. 또한 박막의 흡수 스펙트럼의 측정에는 분광 광도계(Hitachi High-Technologies Corporation 제조, U4100)를 사용하였다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, FS920)를 사용하였다.
도 20으로부터, 6BP-4FBiPPm의 톨루엔 용액은 395nm, 356nm, 310nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 20으로부터, 발광 파장의 피크는 468nm(여기 파장 393nm)이었다. 또한 도 21로부터, 6BP-4FBiPPm의 박막은 402nm, 362nm, 313nm, 265nm, 204nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 21로부터, 발광 파장의 피크는 497nm 부근(여기 파장 402nm)에 확인되었다. 6BP-4FBiPPm은 청색으로 발광하는 것을 확인하였다. 본 발명의 일 형태의 화합물은 발광 물질이나 가시 영역의 형광 발광 물질의 호스트로서 이용할 수도 있다.
또한 6BP-4FBiPPm의 박막은 대기 아래에서도 응집되기 어렵고, 형태의 변화가 작고, 막질이 양호한 것을 알았다.
6BP-4FBiPPm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 하여 산출하였다. 산출 방법을 이하에 나타낸다.
측정 장치에는 전기 화학 애널라이저(BAS Inc. 제조, 형식 번호: ALS 모델 600A 또는 600C)를 사용하였다. CV 측정에 사용되는 용액은, 용매로서 탈수 다이메틸폼아마이드(DMF)(Sigma-Aldrich Inc. 제조, 99.8%, 카탈로그 번호; 22705-6)를 사용하여, 지지 전해질인 과염소산 테트라-n-뷰틸암모늄(n-Bu4NClO4)((주)도쿄카세이 제조, 카탈로그 번호; T0836)을 100mmol/L의 농도가 되도록 용해시키고, 또한 측정 대상을 2mmol/L의 농도가 되도록 용해시켜 조제(調製)하였다. 또한 작용 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, PTE 백금 전극)을, 보조 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, VC-3용 Pt카운터 전극(5cm))을, 참조 전극으로서는 Ag/Ag+전극(BAS Inc. 제조, RE7 비수 용매계 참조 전극)을 각각 사용하였다. 또한 측정은 실온(20℃ 이상 25℃ 이하)에서 수행하였다. 또한, CV 측정 시의 스캔 속도는 0.1V/sec로 통일하고, 참조 전극에 대한 산화 전위 Ea[V] 및 환원 전위 Ec[V]를 측정하였다. Ea는 산화-환원파의 중간 전위로 하고, Ec는 환원-산화파의 중간 전위로 하였다. 여기서, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극의 진공 준위에 대한 퍼텐셜 에너지는 -4.94[eV]인 것이 알려져 있기 때문에, HOMO 준위[eV]=-4.94-Ea, LUMO 준위[eV]=-4.94-Ec이라는 식으로부터 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 각각 산출할 수 있다.
또한 CV 측정을 100회 반복적으로 수행하고, 100사이클째 측정에서의 산화-환원파와, 1사이클째 산화-환원파를 비교하여 화합물의 전기적 안정성을 조사하였다.
이 결과, 6BP-4FBiPPm의 산화 전위 Ea[V]의 측정에서, HOMO 준위는 -5.48eV인 것을 알았다. 한편 LUMO 준위는 -2.79eV인 것을 알 수 있다. 또한, 산화-환원파를 반복적으로 측정하였을 때의 1사이클째와 100사이클 후의 파형을 비교한 결과, Ea 측정에서는 92%, Ec 측정에서는 87%의 피크 강도를 유지하고 있었기 때문에, 6BP-4FBiPPm은 산화 및 환원에 대한 내성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물의 하나인, 4-[6-(바이페닐-4-일)피리미딘-4-일]-4'-패닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: 6BP-4PCBBiPPm)(구조식(101))의 합성 방법과 상기 화합물의 물성에 대하여 설명한다.
<합성예 2>
단계 1: 4-[6-바이페닐-4-일]피리미딘-4-일]-4'-페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: 6BP-4PCBBiPPm)의 합성
200mL 3구 플라스크에 1.7g(5.0mmol)의 4-(4-바이페닐)-6-(4-클로로페닐)피리미딘과, 2.7g(5.5mmol)의 N-바이페닐-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]아민과, 1.5g(15mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드와, 90mg(0.25mmol)의 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀을 넣었다. 이 혼합물에 톨루엔 25mL를 첨가하고, 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 이 혼합물에 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 29mg(0.050mmol) 첨가하고, 질소 기류하, 110℃에서 23.5시간 동안 가열 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물에 톨루엔을 첨가하고, 플로리실(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호: 540-00135), 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제조, 카탈로그 번호: 531-16855), 알루미나를 통하여 흡인 여과하여 여과액를 얻었다. 이 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 톨루엔을 사용하여 재결정함으로써 담황색 고체를 3.3g, 수율 82%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(A-2)에 나타낸다.
[화학식 8]
Figure pat00008
얻어진 담황색 고체 3.2g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 압력 2.9Pa, 아르곤 유량 15mL/min의 조건으로 380℃에서 가열하여 수행하였다. 승화 정제 후, 황색 고체를 2.8g, 회수율 88%로 얻었다.
얻어진 고체의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)에 의한 분석 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(1, 1, 2, 2-Tetrachloroethane-d2, 300MHz):δ=7.31-7.41(m, 8H), 7.43-7.54(m, 9H), 7.61-7.75(m, 13H), 7.81(d, J1=8.4Hz, 1H), 8. 11-8.14(m, 3H), 8. 21-8.28(m, 3H), 8.39(d, J1=0.9Hz, 2H), 9.30(s, 1H)
또한 얻어진 고체의 1H NMR 차트를 도 22의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 또한 도 22의 (B)는 도 22의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.5ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과로부터, 목적물인 6BP-4PCBBiPPm이 얻어진 것을 알았다.
<6BP-4PCBBiPPm의 특성>
다음에, 6BP-4PCBBiPPm의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 23에 나타내었다. 또한 박막의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 24에 나타내었다. 측정 방법은 상술한 실시예 1과 마찬가지로 행하였다.
도 23으로부터, 6BP-4PCBBiPPm의 톨루엔 용액은 394nm, 347nm, 324nm, 302nm, 282nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 23으로부터, 발광 파장의 피크는 468nm(여기 파장 396nm)이었다. 또한 도 24로부터, 6BP-4PCBBiPPm의 박막은 400nm, 355nm, 332nm, 304nm, 282nm, 244nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 24로부터, 발광 파장의 피크는 512nm 부근(여기 파장 413nm)에 확인되었다. 본 발명의 일 형태의 화합물은 발광 물질이나 가시 영역의 형광 발광 물질의 호스트로서 이용할 수도 있다.
또한 6BP-4PCBBiPPm의 박막은 대기 아래에서도 응집되기 어렵고, 형태의 변화가 작고, 막질이 양호한 것을 알았다.
다음에 6BP-4PCBBiPPm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 하여 산출하였다. 산출 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
이 결과, 6BP-4PCBBiPPm의 산화 전위 Ea[V]의 측정에서, HOMO 준위는 -5.48eV인 것을 알았다. 한편 LUMO 준위는 -2.82eV인 것을 알았다. 또한 산화-환원파를 반복적으로 측정하였을 때의 1사이클째와 100사이클 후의 파형을 비교한 결과, Ea측정에서는 79%, Ec측정에서는 94%의 피크 강도를 유지하고 있었기 때문에, 6BP-4PCBBiPPm은 산화 및 환원에 대한 내성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물의 하나인 N-(바이페닐-4-일)-N-{3-[6-(바이페닐-4-일)피리미딘-4-일]페닐}-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: 6BP-4mFBiPPm)(구조식(102))의 합성 방법과 상기 화합물의 물성에 대하여 설명한다.
<합성예 3>
단계 1: N-(바이페닐-4-일)-N-{3-[6-(바이페닐-4-일)피리미딘-4-일]페닐}-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: 6BP-4mFBiPPm)의 합성
200mL 3구 플라스크에 2.1g(6.0mmol)의 4-(4-바이페닐)-6-(3-클로로페닐)피리미딘과, 2.4g(6.6mmol)의 N-(바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민과, 1.73g(18.0mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드와, 107mg(0.30mmol)의 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀을 넣었다. 이 혼합물에 톨루엔 30mL을 첨가하고, 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 이 혼합물에 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 34mg(0.060mmol) 첨가하고, 질소 기류하, 110℃에서 35시간 동안 가열 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물에 톨루엔을 첨가하고, 플로리실, 셀라이트, 알루미나를 통하여 흡인 여과하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 톨루엔, 그 다음에 톨루엔:아세트산 에틸=100:3)로 정제하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 톨루엔/에탄올을 사용하여 재결정함으로써 담황색 고체를 3.9g, 수율 97%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(A-3)에 나타낸다.
[화학식 9]
Figure pat00009
얻어진 담황색 고체 3.8g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 압력 2.7Pa, 아르곤 유량 15mL/min의 조건으로 300℃에서 가열하여 행하였다. 승화 정제 후, 담황색 고체 3.2g을 수율 84%로 얻었다.
얻어진 고체의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)에 의한 분석 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(DMSO-d6, 300MHz):δ=1.40(s, 6H), 7.09(dd, J1=7.8Hz, J2=2.1Hz, 1H), 7.19(d, J1=8.7Hz, 2H), 7.26-7.58(m, 12H), 7.66-7.70(m, 4H), 7.76-7.82(m, 4H), 7.87(d, J1=8.7Hz, 2H), 8.12(d, J1=7.8Hz, 1H), 8.18(t, J1=2.1Hz, 1H), 8.45(d, J1=8.4Hz, 2H), 8.64(d, J1=0.9Hz, 1H), 9.22(d, J1=0.9Hz, 1H)
또한 얻어진 고체의 1H NMR 차트를 도 25의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 또한 도 25의 (B)는 도 25의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.5ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과로부터, 목적물인 6BP-4mFBiPPm이 얻어진 것을 알았다.
<6BP-4mFBiPPm의 특성>
6BP-4mFBiPPm의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 26에 나타내었다. 또한 박막의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 27에 나타내었다. 용액의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼, 박막의 흡수 스펙트럼의 측정 방법은 상술한 실시예 1과 마찬가지이다. 박막의 발광 스펙트럼의 측정에는 현미 PL 장치(HORIBA, Ltd.제조, LabRAM HR-PL)를 사용하였다.
도 26으로부터, 6BP-4mFBiPPm의 톨루엔 용액은 352nm, 327nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 26으로부터, 발광 파장의 피크는 496nm(여기 파장 354nm)이었다. 또한 도 27로부터, 6BP-4mFBiPPm의 박막은 365nm, 327nm, 264nm, 204nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 27로부터, 발광 파장의 피크는 496nm 부근(여기 파장 410nm)에 확인되었다. 본 발명의 일 형태의 화합물은 발광 물질이나 가시 영역의 형광 발광 물질의 호스트로서 이용할 수도 있다.
또한 6BP-4mFBiPPm의 박막은 대기 아래에서도 응집되기 어렵고, 형태의 변화가 작고, 막질이 양호한 것을 알았다.
다음에 6BP-4mFBiPPm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 하여 산출하였다. 산출 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
이 결과, 6BP-4mFBiPPm의 산화 전위 Ea[V]의 측정에서, HOMO 준위는 -5.46eV인 것을 알았다. 한편 LUMO 준위는 -2.83eV인 것을 알 수 있다. 또한 산화-환원파를 반복적으로 측정하였을 때의 1사이클째와 100사이클 후의 파형을 비교한 결과, Ea측정에서는 91%, Ec측정에서는 90%의 피크 강도를 유지하고 있었기 때문에, 6BP-4mFBiPPm은 산화 및 환원에 대한 내성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다.
(실시예 4)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물의 하나인 3-[6-(바이페닐-4-일)피리미딘-4-일]-4'-패닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: 6BP-4mPCBBiPPm)(구조식(103))의 합성 방법과 상기 화합물의 물성에 대하여 설명한다.
<합성예 4>
단계 1: 3-[6-바이페닐-4-일]피리미딘-4-일]-4'-페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: 6BP-4mPCBBiPPm)의 합성
200mL 3구 플라스크에 1.7g(5.0mmol)의 4-(4-바이페닐)-6-(3-클로로페닐)피리미딘과, 2.7g(5.5mmol)의 N-바이페닐-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]아민과, 1.45g(15.1mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드와, 90mg(0.25mmol)의 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀을 넣었다. 이 혼합물에 톨루엔 25mL을 첨가하고, 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 이 혼합물에 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 29mg(0.050mmol) 첨가하고, 질소 기류하, 110℃에서 35시간 동안 가열 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물에 톨루엔을 첨가하고, 플로리실, 셀라이트, 알루미나를 통하여 흡인 여과하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 톨루엔, 그 다음에 톨루엔:아세트산 에틸=100:1)로 정제하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 아세트산 에틸/에탄올로 다시 침전시켜 황색 고체를 3.3g, 수율 83%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(A-4)에 나타낸다.
[화학식 10]
Figure pat00010
얻어진 황색 고체 3.3g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 압력 3.0Pa, 아르곤 유량 15mL/min의 조건으로 370℃에서 가열하여 행하였다. 승화 정제 후, 황색 고체를 2.7g, 수율 83%로 얻었다.
얻어진 고체의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)에 의한 분석 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(DMSO-d6, 300MHz):δ=7.24(dd, J1=8.7Hz, J2=14.7Hz, 4H), 7.29-7.62(m, 13H), 7.65-7.82(m, 13H), 7.88(d, J1=8.4Hz, 2H), 8.15(d, J1=7.8Hz, 1H), 8.19(s, 1H), 8.35(d, J1=7.2Hz, 1H), 8.47(d, J1=8.4Hz, 2H), 8.60(d, J1=1.5Hz, 1H), 8.66(s, 1H), 9.25(s, 1H)
또한 얻어진 고체의 1H NMR 차트를 도 28의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 또한 도 28의 (B)는 도 28의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.5ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과로부터, 목적물인 6BP-4mPCBBiPPm이 얻어진 것을 알았다.
<6BP-4mPCBBiPPm의 특성>
6BP-4mPCBBiPPm의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 29에 나타내었다. 또한 박막의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 30에 나타내었다. 용액의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼, 박막의 흡수 스펙트럼의 측정 방법은 상술한 실시예 1과 마찬가지이다. 박막의 발광 스펙트럼의 측정에는 현미 PL 장치(HORIBA, Ltd.제조, Labram HR-PL)를 사용하였다.
도 29로부터, 6BP-4mPCBBiPPm의 톨루엔 용액은 392nm, 282nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 29로부터, 발광 파장의 피크는 498nm(여기 파장 332nm)이었다. 또한 도 30으로부터, 6BP-4mPCBBiPPm의 박막은 363nm, 330nm, 285nm, 251nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 30으로부터, 발광 파장의 피크는 494nm 부근(여기 파장 410nm)에 확인되었다. 본 발명의 일 형태의 화합물은 발광 물질이나 가시 영역의 형광 발광 물질의 호스트로서 이용할 수도 있다.
또한 6BP-4mPCBBiPPm의 박막은 대기 아래에서도 응집되기 어렵고, 형태의 변화가 작고, 막질이 양호한 것을 알았다.
다음에 6BP-4mPCBBiPPm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 하여 산출하였다. 산출 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
이 결과, 6BP-4mPCBBiPPm의 산화 전위 Ea[V]의 측정에서, HOMO 준위는 -5.45eV인 것을 알았다. 한편 LUMO 준위는 -2.84eV인 것을 알 수 있다. 또한, 산화-환원파를 반복적으로 측정하였을 때의 1사이클째와 100사이클 후의 파형을 비교한 결과, Ea 측정에서는 89%, Ec 측정에서는 90%의 피크 강도를 유지하고 있었기 때문에, 6BP-4mPCBBiPPm은 산화 및 환원에 대한 내성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다.
(실시예 5)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물의 하나인 4,6-비스{4-[N-(바이페닐-4-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)]아미노페닐}피리미딘(약칭: 4,6FBiP2Pm)(구조식(104))의 합성 방법과 상기 화합물의 물성에 대하여 설명한다.
<합성예 5>
단계 1: 4,6-비스{4-[N-(바이페닐-4-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)]아미노페닐}피리미딘(약칭: 4,6FBiP2Pm)의 합성
200mL 3구 플라스크에 1.3g(4.2mmol)의 4,6-비스(4-클로로페닐)피리미딘과, 3.8g(11mmol)의 N-(바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민과, 0.15g(0.42mmol)의 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀과, 2.43g(25mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드를 넣었다. 이 혼합물에 40mL의 톨루엔을 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 이 혼합물에 48mg(0.084mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가하고, 질소 기류하, 110℃에서 14.5시간 동안 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물에 톨루엔을 첨가하고, 플로리실, 셀라이트, 알루미나를 통하여 흡인 여과하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 톨루엔, 그 다음에 톨루엔:아세트산 에틸=50:1)로 정제하여 고체를 얻었다. 이 고체를 알루미나 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 톨루엔, 그 다음에 톨루엔:아세트산 에틸=500:1)로 정제하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 톨루엔/에탄올을 사용하여 재결정하여 황색 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 톨루엔/에탄올을 사용하여 2회 더 재결정하여 황색 고체를 2.9g, 수율 71%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(A-5)에 나타낸다.
[화학식 11]
Figure pat00011
얻어진 고체의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)에 의한 분석 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(DMSO-d6, 300MHz):δ=1.42(s, 12H), 7.10-7.16(m, 6H), 7.23(d, J1=8.7Hz, 4H), 7.27-7.37(m, 8H), 7.41-7.50(m, 6H), 7.64-7.67(m, 8H), 7.74(d, J1=7.8Hz, 2H), 7.79(d, J1=8.4Hz, 2H), 8.22(d, J1=8.1Hz, 4H), 8.31(s, 1H), 9.12(s, 1H)
또한 얻어진 고체의 1H NMR 차트를 도 31의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 또한 도 31의 (B)는 도 31의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.5ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과로부터, 목적물인 4,6FBiP2Pm이 얻어진 것을 알았다.
<4,6FBiP2Pm의 특성>
다음에, 4,6FBiP2Pm의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 32에 나타내었다. 또한 박막의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 33에 나타내었다. 측정 방법은 상술한 실시예 1과 마찬가지이다.
도 32로부터, 4,6FBiP2Pm의 톨루엔 용액은 403nm, 356nm, 282nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 32로부터, 발광 파장의 피크는 457nm(여기 파장 408nm)이었다. 또한 도 33으로부터, 4,6FBiP2Pm의 박막은 407nm, 360nm, 335nm, 290nm, 261nm, 208nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 33으로부터, 발광 파장의 피크는 488nm 부근(여기 파장 400nm)에 확인되었다. 본 발명의 일 형태의 화합물은 발광 물질이나 가시 영역의 형광 발광 물질의 호스트로서 이용할 수도 있다.
또한 4,6FBiP2Pm의 박막은 대기 아래에서도 응집되기 어렵고, 형태의 변화가 작고, 막질이 양호한 것을 알았다.
다음에 4,6FBiP2Pm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 하여 산출하였다. 산출 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
이 결과, 4,6FBiP2Pm의 산화 전위 Ea[V]의 측정에서, HOMO 준위는 -5.49eV인 것을 알았다. 한편 LUMO 준위는 -2.72eV인 것을 알 수 있다. 또한 산화-환원파를 반복적으로 측정하였을 때의 1사이클째와 100사이클 후의 파형을 비교한 결과, Ea측정에서는 93%, Ec측정에서는 70%의 피크 강도를 유지하고 있었기 때문에, 4,6FBiP2Pm은 산화 및 환원에 대한 내성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다.
(실시예 6)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물의 하나인 4,6-비스{3-[N-(바이페닐-4-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)]아미노페닐}피리미딘(약칭: 4,6mFBiP2Pm)(구조식(105))의 합성 방법과 상기 화합물의 물성에 대하여 설명한다.
<합성예 6>
단계 1: 4,6-비스{3-[N-(바이페닐-4-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)]아미노페닐}피리미딘(약칭: 4,6mFBiP2Pm)의 합성
200mL 3구 플라스크에 1.3g(4.2mmol)의 4,6-비스(3-클로로페닐)피리미딘과, 3.8g(11mmol)의 N-(바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민과, 151mg(0.42mmol)의 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀과, 2.4g(25mmol)의 소듐 tert-뷰톡사이드를 넣었다. 이 혼합물에 40mL의 톨루엔을 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 이 혼합물에 48mg(0.084mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0)을 첨가하고, 질소 기류하, 110℃에서 34.5시간 동안 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물에 톨루엔을 첨가하고, 플로리실, 셀라이트, 알루미나를 통하여 흡인 여과하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 헥세인:톨루엔=2:1, 그 다음에 톨루엔)로 정제하여 고체를 얻었다. 이 고체를 고속 액체 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 고속 액체 칼럼 크로마토그래피는 클로로폼을 전개 용매에 사용함으로써 행하였다. 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 헥세인을 첨가하고 초음파를 조사 후, 여과하여 황색 고체를 1.6g, 수율 41%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(A-6)에 나타낸다.
[화학식 12]
Figure pat00012
얻어진 고체 1.4g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 압력 2.9Pa, 아르곤 유량 15mL/min의 조건으로 355℃에서 가열하여 행하였다. 승화 정제 후, 황색 고체를 1.3g, 회수율 91%로 얻었다.
얻어진 고체의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)에 의한 분석 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(DMSO-d6, 300MHz):δ=1.38(s, 12H), 7.05(dd, J1=8.1Hz, J2=1.8Hz, 2H), 7.16(d, J1=8.7Hz, 4H), 7.24-7.36(m, 10H), 7.42-7.54(m, 8H), 7.64-7.68(m, 8H), 7.77(t, J1=8.1Hz, 4H), 8.03(d, J1=7.8Hz, 2H), 8.10(s, 2H), 8.51(s, 1H), 9.11(s, 1H)
또한 얻어진 고체의 1H NMR 차트를 도 34의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 또한 도 34의 (B)는 도 34의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.5ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과로부터, 목적물인 4,6mFBiP2Pm이 얻어진 것을 알았다.
<4,6mFBiP2Pm의 특성>
4,6mFBiP2Pm의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 35에 나타내었다. 또한 박막의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 36에 나타내었다. 측정 방법은 상술한 실시예 1과 마찬가지이다.
도 35로부터, 4,6mFBiP2Pm의 톨루엔 용액은 364nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 35로부터, 발광 파장의 피크는 498nm(여기 파장 348nm)이었다. 또한 도 36으로부터, 4,6mFBiP2Pm의 박막은 450nm, 348nm, 305nm, 275nm, 249nm, 207nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 36으로부터, 발광 파장의 피크는 512nm 부근(여기 파장 400nm)에 확인되었다. 본 발명의 일 형태의 화합물은 발광 물질이나 가시 영역의 형광 발광 물질의 호스트로서 이용할 수도 있다.
또한 4,6mFBiP2Pm의 박막은 대기 아래에서도 응집되기 어렵고, 형태의 변화가 작고, 막질이 양호한 것을 알았다.
다음에 4,6mFBiP2Pm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 하여 산출하였다. 산출 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
이 결과, 4,6mFBiP2Pm의 산화 전위 Ea[V]의 측정에서, HOMO 준위는 -5.46eV인 것을 알았다. 한편 LUMO 준위는 -2.80eV인 것을 알 수 있다. 또한, 산화-환원파를 반복적으로 측정하였을 때의 1사이클째와 100사이클 후의 파형을 비교한 결과, Ea 측정에서는 97%, Ec 측정에서는 70%의 피크 강도를 유지하고 있었기 때문에, 4,6mFBiP2Pm은 산화 및 환원에 대한 내성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다.
(실시예 7)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물의 하나인, N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-4-[3-(다이벤조[f,h]퀴녹살린-2-일)페닐]페닐아민(약칭: 2mpFBiBPDBq)(구조식(106))의 합성 방법과 상기 화합물의 물성에 대하여 설명한다.
<합성예 7>
단계 1: N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-4-[3-(다이벤조[f,h]퀴녹살린-2-일)페닐]페닐아민(약칭: 2mpFBiBPDBq)의 합성
200mL의 3구 플라스크에 2.0g(3.9mmol)의 N-(4-브로모페닐)-N-(4-바이페닐릴)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민과, 1.7g(3.9mmol)의 4,4,5,5-테트라메틸-2-[3-(다이벤조[f,h]퀴녹살린-2-일)페닐]-1,3,2-다이옥사보롤레인과, 24mg(0.078mmol)의 트라이(o-톨릴)포스핀과, 1.1g(7.8mmol)의 탄산 포타슘을 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 15mL의 톨루엔과 4.5mL의 에탄올과 4.0mL의 물을 넣고 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 탈기 후, 이 혼합물에 8.8mg(0.078mmol)의 아세트산팔라듐(II)을 첨가하고, 약 80℃에서 7시간 동안 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물을 흡인 여과하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 약 30mL의 가열한 톨루엔으로 용해시키고, 이 용액을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 헥세인:톨루엔=9:1)에 의하여 정제한 결과 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 고속 액체 크로마토그래피(HPLC)에 의하여 정제한 결과 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 톨루엔/헥세인에 의하여 재결정한 결과 목적물인 담황색 고체를 1.7g, 수율 59%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(A-7)에 나타낸다.
[화학식 13]
Figure pat00013
얻어진 고체의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)에 의한 분석 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(CDCl3, 500MHz):δ=1.47(s, 6H), 7.17(dd, J1=8.5Hz, J2=2.0Hz, 1H), 7.27-7.35(m, 8H), 7.41-7.46(m, 3H), 7.56(d, J=9.0Hz, 2H), 7.61-7.69(m, 7H), 7.76-7.84(m, 5H), 8.28, (d, J=8.0Hz, 1H), 8.60(s, 1H), 8.66(d, J=8.0Hz, 2H), 9.25(dd, J1=8.0Hz, J2=2.0Hz, 1H), 9.44(dd, J1=8.0Hz, J2=2.0Hz, 1H), 9.46(s, 1H)
또한 얻어진 고체의 1H NMR 차트를 도 37의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 또한 도 37의 (B)는 도 37의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.5ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과로부터, 목적물인 2mpFBiBPDBq가 얻어진 것을 알았다.
<2mpFBiBPDBq의 특성>
다음에 2mpFBiBPDBq의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 38에 나타내었다. 또한 박막의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 39에 나타내었다. 측정 방법은 상술한 실시예 1과 마찬가지이다.
도 38로부터, 2mpFBiBPDBq의 톨루엔 용액은 361nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 38로부터, 발광 파장의 피크는 466nm(여기 파장 366nm)이었다. 또한 도 39로부터, 2mpFBiBPDBq의 박막은 366nm, 311nm, 260nm, 211nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 39로부터, 발광 파장의 피크는 513nm 부근(여기 파장 384nm)에 확인되었다. 본 발명의 일 형태의 화합물은 발광 물질이나 가시 영역의 형광 발광 물질의 호스트로서 이용할 수도 있다.
또한 2mpFBiBPDBq의 박막은 대기 아래에서도 응집되기 어렵고, 형태의 변화가 작고, 막질이 양호한 것을 알았다.
다음에 2mpFBiBPDBq의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 하여 산출하였다. 산출 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
이 결과, 2mpFBiBPDBq의 산화 전위 Ea[V]의 측정에서, HOMO 준위는 -5.42eV인 것을 알았다. 한편 LUMO 준위는 -2.93eV인 것을 알 수 있다. 또한, 산화-환원파를 반복적으로 측정하였을 때의 1사이클째와 100사이클 후의 파형을 비교한 결과, Ea 측정에서는 91%, Ec 측정에서는 86%의 피크 강도를 유지하고 있었기 때문에, 2mpFBiBPDBq는 산화 및 환원에 대한 내성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다.
또한 2mpFBiBPDBq의 열중량 측정-시차열 분석(TG-DTA: Thermogravimetry-Differential Thermal Analysis)을 행하였다. 측정에는 고진공 차동형 시차 열 천칭(Bruker AXS K.K. 제조, TG-DTA2410SA)을 사용하였다. 상압, 승온 속도 10℃/min, 질소 기류하(유속: 200mL/min)의 조건으로 측정한 결과, 중량과 온도의 관계(열 중량 측정)로부터, 2mpFBiBPDBq의 5% 중량 감소 온도는 500℃ 이상이었다. 이로부터, 2mpFBiBPDBq의 내열성이 양호한 것이 시사되었다.
(실시예 8)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물의 하나인, N-(4-바이페닐릴)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-(4-{3-[6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘-4-일]페닐}페닐)아민(약칭: 6FL-4mpFBiBPPm)(구조식(107))의 합성 방법과 상기 화합물의 물성에 대하여 설명한다.
<합성예 8>
단계 1: 4-클로로-6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘의 합성
200mL 3구 플라스크에 13.0g(87mmol)의 4,6-다이클로로피리미딘과, 13g(40mmol)의 4,4,5,5-테트라메틸-2-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-1,3,2-다이옥사보롤레인과, 13.0g(120mmol)의 탄산 소듐을 넣고, 플래스크 내를 질소 치환하였다. 이 플라스크에 200mL의 1,4-다이옥세인과 60mL의 물을 첨가하고 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 탈기 후, 이 혼합물에 0.3g(0.40mmol)의 비스(트라이페닐포스핀)팔라듐(II) 다이클로라이드를 첨가하고 400W로 8시간 동안 마이크로 웨이브를 조사하였다. 소정의 시간 동안 조사한 후, 이 혼합물을 흡인 여과하고, 얻어진 여과액의 수성층에 대하여 톨루엔으로 추출을 행하고, 유기층과 함께 포화 식염수로 세정하였다. 이 용액을 황산 마그네슘에 의하여 건조시키고, 얻어진 혼합물을 자연 여과하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 얻어진 유상(油狀) 물질에 20mL의 톨루엔을 첨가하고, 이 용액을 셀라이트, 알루미나, 플로리실을 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 얻어진 유상 물질을 고속 액체 크로마토그래피(HPLC)에 의하여 정제하고, 얻어진 프랙션을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 감압 건조시켜 목적물인 담갈색 유상 물질을 7.3g, 수율 60%로 얻었다. 이 일련의 조작을 2회 반복함으로써 목적물인 4-클로로-6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘의 담갈색 유상 물질을 15g 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(A-8)에 나타낸다.
[화학식 14]
Figure pat00014
단계 2: 4-(3-클로로페닐)-6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘의 합성
200mL 3구 플라스크에 10g(32mmol)의 4-클로로-6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘과, 5.0g(32mmol)의 3-클로로페닐보론산과, 0.19g(0.64mmol)의 트라이(o-트릴)포스핀과, 8.8g(64mmol)의 탄산 포타슘을 넣고 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 140mL의 톨루엔과 20mL의 에탄올과 32mL의 물을 넣고 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 탈기 후, 이 혼합물에 72mg(0.32mmol)의 아세트산 팔라듐(II)을 첨가하고, 약 80℃에서 27시간 동안 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물의 수성층에 대하여 톨루엔으로 추출을 행하고, 유기층과 함께 포화 식염수로 세정하였다. 이 용액을 황산 마그네슘에 의하여 건조하고, 이 혼합물을 자연 여과하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 얻어진 유상 물질에 20mL의 톨루엔을 첨가하고, 이 용액을 셀라이트, 알루미나, 플로리실을 통하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 얻어진 유상 물질을 고속 액체 크로마토그래피(HPLC)에 의하여 정제하고, 얻어진 프랙션을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 감압 건조하여 목적물인 4-(3-클로로페닐)-6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘의 담갈색 유상 물질을 6.0g, 수율 50%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 하기 식(A-9)에 나타낸다.
[화학식 15]
Figure pat00015
단계 3: 4,4,5,5-테트라메틸-2-{3-[6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘-4-일]페닐}-1,3,2-다이옥사보롤레인의 합성
200mL 3구 플라스크에 6.0g(15mmol)의 4-(3-클로로페닐)-6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘과, 5.0g(20mmol)의 비스(피나콜레이토)다이보론과, 0.14g(0.40mmol)의 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀과, 3.9g(40mmol)의 아세트산 포타슘을 넣고, 플르스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 80mL의 자일렌을 첨가하고, 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 이 혼합물을 40℃로 가열하고, 0.16g(0.20mmol)의 [1,1'-비스(다이페닐포스피노)페로센]팔라듐(II) 다이클로라이드 다이클로로메테인 부가물을 첨가하고, 질소 기류하, 140℃에서 17시간 동안 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물을 흡인 여과하여 얻어진 여과액을 농축하여 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 헥세인:톨루엔=2:1)에 의하여 정제한 결과 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 감압 건조한 결과 목적물인 4,4,5,5-테트라메틸-2-{3-[6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘-4-일]페닐}-1,3,2-다이옥사보롤레인의 담황색 유상 물질을 2.9g, 수율 41%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 하기 식(A-10)에 나타낸다.
[화학식 16]
Figure pat00016
단계 4: N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-(4-{3-[6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘-4-일]페닐}페닐)아민(약칭: 6FL-4mpFBiBPPm)의 합성
100mL 3구 플라스크에 1.5g(3.0mmol)의 N-(4-브로모페닐)-N-(4-바이페닐)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민과, 1.4g(3.0mmol)의 4,4,5,5-테트라메틸-2-{3-[6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘-4-일]페닐}-1-,3,2-다이옥사보롤레인과, 18mg(0.060mmol)의 트라이(o-트릴)포스핀과, 0.83g(6.0mmol)의 탄산 포타슘을 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 12mL의 톨루엔과 3.0mL의 에탄올과, 3.0mL의 물을 넣고 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 탈기 후, 이 혼합물에 6.7mg(0.039mmol)의 아세트산 팔라듐(II)을 첨가하여 약 80℃에서 8시간 동안 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물의 수성층에 대하여 톨루엔으로 추출을 행하고, 유기층과 함께 포화 식염수로 세정하였다. 이 용액을 황산 마그네슘에 의하여 건조시키고, 얻어진 혼합물을 자연 여과하여 여과액을 얻었다. 얻어진 여과액을 농축하여 얻어진 유상 물질을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 톨루엔)에 의하여 정제한 결과 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 고속 액체 크로마토그래피(HPLC)에 의하여 정제한 결과 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 헥세인으로 세정한 결과, 목적물인 담황색 고체를 0.89g, 수율 37%로 얻었다. 단계 4의 합성 스킴을 하기 식(A-11)에 나타낸다.
[화학식 17]
Figure pat00017
얻어진 담황색 고체 0.82g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 조건은 압력 10Pa, 아르곤 가스를 유량 5.0mL/min으로 흘리면서 320℃에서 담황색 고체를 가열하였다. 승화 정제 후, 6FL-4mpFBiBPPm의 황색 고체를 0.65g, 회수율 79%로 얻었다.
얻어진 고체의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)에 의한 분석 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(CDCl3, 500MHz):δ=1.46(s, 6H), 1.59(s, 6H), 7.14(dd, J1=8.5Hz, J2=2.0Hz, 1H), 7.25-7.53(m, 14H), 7.54(d, J=9.0Hz, 2H), 7.61-7.68(m, 7H), 7.77-7.81(m, 2H), 7.87(d, J=8.0Hz, 1H), 8.10, (d, J=8.0Hz, 1H), 8.14(dd, J1=8.0Hz, J2=2.0Hz, 1H), 8.22(d, J=1.5Hz, 1H), 8.29(d, J=1.5Hz, 1H), 8.41(t, J=1.5Hz, 1H), 9.36(d, J=1.5Hz, 1H)
또한 얻어진 고체의 1H NMR 차트를 도 40의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 또한 도 40의 (B)는 도 40의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.5ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과로부터, 목적물인 6FL-4mpFBiBPPm이 얻어진 것을 알았다.
<6FL-4mpFBiBPPm의 특성>
다음에 6FL-4mpFBiBPPm의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 41에 나타내었다. 또한 박막의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 42에 나타내었다. 측정 방법은 상술한 실시예 1과 마찬가지이다.
도 41로부터, 6FL-4mpFBiBPPm의 톨루엔 용액은 346nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 41로부터, 발광 파장의 피크는 445nm(여기 파장 346nm)이었다. 또한 도 42로부터, 6FL-4mpFBiBPPm의 박막은 380nm, 348nm, 277nm, 215nm, 207nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 42로부터, 발광 파장의 피크는 490nm 부근(여기 파장 376nm)에 확인되었다. 본 발명의 일 형태의 화합물은 발광 물질이나 가시 영역의 형광 발광 물질의 호스트로서 이용할 수도 있다.
또한 6FL-4mpFBiBPPm의 박막은 대기 아래에서도 응집되기 어렵고, 형태의 변화가 작고, 막질이 양호한 것을 알았다.
다음에 6FL-4mpFBiBPPm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 하여 산출하였다. 산출 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
이 결과, 6FL-4mpFBiBPPm의 산화 전위 Ea[V]의 측정에서, HOMO 준위는 -5.42eV인 것을 알았다. 한편 LUMO 준위는 -2.80eV인 것을 알 수 있다. 또한, 산화-환원파를 반복적으로 측정하였을 때의 1사이클째와 100사이클 후의 파형을 비교한 결과, Ea 측정에서는 93%, Ec 측정에서는 83%의 피크 강도를 유지하고 있었기 때문에, 6FL-4mpFBiBPPm은 산화 및 환원에 대한 내성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다.
(실시예 9)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물의 하나인, N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-(4-{3-[6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘-4-일]페닐}페닐)아민(약칭: 6FL-4mpPCBFBPPm)(구조식(108))의 합성 방법과 상기 화합물의 물성에 대하여 설명한다.
<합성예 9>
N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-(4-{3-[6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘-4-일]페닐}페닐)아민(약칭: 6FL-4mpPCBFBPPm)의 합성
100mL 3구 플라스크에 1.7g(2.7mmol)의 N-(4-클로로페닐)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민과, 1.3g(2.7mmol)의 4,4,5,5-테트라메틸-2-{3-[6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘-4-일]페닐]페닐}-1,3,2-다이옥사보롤레인과, 1.9g(9.0mmol)의 인산 삼포타슘과 22mg(0.060mmol)의 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀을 넣고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 이 혼합물에 15mL의 1,4-다이옥세인과, 0.67g(9.0mmol)의 tert-뷰틸알코올을 첨가하였다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하였다. 탈기 후, 이 혼합물에 6.7mg(0.030mmol)의 아세트산 팔라듐(II)을 첨가하고, 약 80℃에서 14시간 동안 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물을 흡인 여과하고, 얻어진 여과액을 농축하여 얻어진 유상 물질을 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매: 톨루엔)에 의하여 정제한 결과, 유상 물질을 얻었다. 얻어진 유상 물질을 헥세인으로 세정한 결과, 목적물인 황색 고체를 1.4g, 수율 54%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(A-12)에 나타내었다.
[화학식 18]
Figure pat00018
얻어진 고체의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)에 의한 분석 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(CDCl3, 300MHz):δ=1.47(s, 6H), 1.59(s, 6H), 7.17(dd, J1=8.4Hz, J2=1.8Hz, 1H), 7.28-7.51(m, 15H), 7.60-7.69(m, 13H), 7.77-7.82(m, 2H), 7.87(d, J=8.4Hz, 1H), 8.11(d, J=7.8Hz, 1H), 8.15(dd, J1=7.8Hz, J2=1.5Hz, 1H), 8.20(d, J=7.5Hz, 1H), 8.22, (d, J=1.5Hz, 1H), 8.29(d, J=1.5Hz, 1H), 8.37(d, J=1.5Hz, 1H), 8.42(t, J=1.5Hz, 1H), 9.37(d, J=0.9Hz, 1H)
또한 얻어진 고체의 1H NMR 차트를 도 43의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 또한 도 43의 (B)는 도 43의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.5ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과로부터, 목적물인 6FL-4mpPCBFBPPm이 얻어진 것을 알았다.
<6FL-4mpPCBFBPPm의 특성>
다음에 6FL-4mpPCBFBPPm의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 44에 나타내었다.
도 44로부터, 6FL-4mpPCBFBPPm의 톨루엔 용액은 346nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 44로부터, 발광 파장의 피크는 448nm(여기 파장 346nm)이었다. 본 발명의 일 형태의 화합물은 발광 물질이나 가시 영역의 형광 발광 물질의 호스트로서 이용할 수도 있다.
다음에 6FL-4mpPCBFBPPm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 하여 산출하였다. 산출 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
이 결과, 6FL-4mpPCBFBPPm의 산화 전위 Ea[V]의 측정에서, HOMO 준위는 -5.37eV인 것을 알았다. 한편 LUMO 준위는 -2.81eV인 것을 알았다.
(실시예 10)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물의 하나인 N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-{4-[6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘-4-일]페닐}-1,1'-바이페닐-4-아민(약칭: 6FL-4PCBBiPPm)(구조식(109))의 합성 방법과 상기 화합물의 물성에 대하여 설명한다.
<합성예 10>
단계 1: N-(4-클로로페닐)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-1,1'-바이페닐-4-아민의 합성
반응 용기에 N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-1,1'-바이페닐-4-아민 2.92g(6.0mmol)과, 소듐 tert-뷰톡사이드 1.73g(18mmol)과, 4-클로로요오드벤젠 1.50g(6.3mmol)과, 톨루엔 30mL을 넣었다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하여 반응 용기 내를 질소 치환하였다. 그 후, 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 34.5mg(0.06mmol)과, 트라이(tert-뷰틸)포스핀(10wt% 헥세인 용액) 0.36mL(0.12mmol)을 첨가하였다. 이 혼합물을 기류하, 85℃에서 5시간 동안 교반하였다. 그 후, 혼합물을 실온까지 냉각시켜 톨루엔 350mL을 첨가하고 교반한 후, 흡인 여과에 의하여 고체를 여과하여 분별하였다. 얻어진 여과액을 농축하여 갈색 액체 약 100mL을 얻었다. 이 갈색 액체를 셀라이트, 알루미나, 플로리실을 사용하여 정제하였다. 얻어진 여과액을 농축한 후, 에탄올을 첨가하여 재결정을 행함으로써 목적물인 담황색 고체 3.60g을 얻었다. 이 담황색 고체를 에탄올에 의하여 가열 교반 후에 여과를 행하여 목적물인 담황색 분말을 2.29g 수율 64%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 하기 식(A-13)에 나타낸다.
[화학식 19]
Figure pat00019
단계 2: N-[4-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보롤레인-2-일)페닐]-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-1,1'-바이페닐-4-아민의 합성
반응 용기에 N-(4-클로로페닐)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-1,1'-바이페닐-4-아민 1.49g(2.5mmol)과, 비스(피나콜레이토)다이보론 0.95g(3.75mmol)과, 아세트산 포타슘 0.74g(7.5mmol)과, 에틸렌글라이콜다이메틸에터 30mL을 넣었다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하여 반응 용기 내를 질소 치환하였다. 그 후, 용기 내를 약 60℃까지 가열 교반한 후, [1,1'-비스(다이페닐포스피노)페로센]팔라듐(II) 다이클로라이드 다이클로로메테인 부가물 20.4mg(0.025mmol)과, 2-다이클로로헥실호스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐 20.5mg(0.050mmol)을 첨가하였다. 이 혼합물을 질소 기류하에서 가열 환류하면서 19시간 동안 교반하였다. 그 후, 혼합물을 실올까지 냉각하고 톨루엔을 첨가한 후에 농축하여 갈색 액체 약 50mL을 얻었다. 이 갈색 액체를 셀라이트, 실리카 겔을 사용하여 정제하였다. 얻어진 여과액을 농축한 후, 에탄올을 첨가하여 재결정을 행함으로써 목적물인 황색 분말을 1.34g, 수율 78%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 하기 식(A-14)에 나타낸다.
[화학식 20]
Figure pat00020
단계 3: N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-{4-[6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일-)피리미딘-4-일]페닐}-1,1'-바이페닐-4-아민(약칭: 6FL-4PCBBiPPm)의 합성
반응 용기에 N-(4-클로로페닐)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-1,1'-바이페닐-4-아민 1.38g(2.0mmol)과, 4-클로로-6-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)피리미딘 0.61g(2.0mmol)과, 인산 삼포타슘 1.27g(6.0mmol)과, 다이에틸렌글라이콜다이메틸에터(diglyme) 20mL을 넣었다. 이 혼합물을 감압하면서 교반함으로써 탈기하여 반응 용기 내를 질소 치환하였다. 그 후, 용기 내를 약 60℃까지 가열 교반한 후, 아세트산 팔라듐(II) 4.5mg(0.02mmol)과, 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀 14.3mg(0.04mmol)을 첨가하였다. 이 혼합물을 질소 기류하. 120℃에서 가열하면서 24시간 동안 교반하였다. 그 후, 혼합물을 실온까지 냉각시킨 후, 톨루엔과 물을 첨가하여 추출 및 세정을 행함으로써 흑색 용액을 얻었다. 이 용액에 황산 마그네슘을 첨가한 후에 여과하여 분별함으로써 수분을 제거하여 농축함으로써 흑색 용액을 얻었다. 이것을 톨루엔:아세트산 에틸=100:1의 혼합 용매를 전개 용매로서 실리카 겔에 의하여 정제하였다. 얻어진 용액을 농축한 후에 에탄올을 첨가하여 재결정함으로써 목적물인 황색 분말을 1.10g, 수율 66%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 하기 식(A-15)에 나타낸다.
[화학식 21]
Figure pat00021
얻어진 황색 분말 1.10g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 압력 3.23Pa, 아르곤 유량 15mL/min의 조건으로 황색 분말을 370℃에서 가열하여 행하였다. 승화 정제 후, 목적물인 담황색 고체를 수량 0.48g, 수율 43%로 얻었다.
얻어진 고체의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)에 의한 분석 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(CDCl3, 500MHz):δ=1.58(s, 6H), 7.31-7.40(m, 10H), 7.44-7.50(m, 7H), 7.57-7.71(m, 11H), 7.80(dd, J1=8.7Hz, J2=2.4Hz, 1H), 7.87(d, J=8.1Hz, 1H), 8.10-8.13(m, 4H), 8.20(d, J=8.4Hz, 1H), 8.26(d, J=1.2Hz, 1H), 8.37(s, 1H), 9.29(d, J=1.2Hz, 1H)
또한 얻어진 고체의 1H NMR 차트를 도 45의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 또한 도 45의 (B)는 도 45의 (A)에서의 7.0ppm 내지 9.5ppm의 범위의 확대도이다. 측정 결과로부터, 목적물인 6FL-4PCBBiPPm이 얻어진 것을 알았다.
<6FL-4PCBBiPPm의 특성>
다음에 6FL-4PCBBiPPm의 톨루엔 용액의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 46에 나타내었다. 또한 박막의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 47에 나타내었다. 측정 방법은 상술한 실시예 1과 마찬가지이다.
도 46으로부터, 6FL-4PCBBiPPm의 톨루엔 용액은 394nm, 338nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 46으로부터, 발광 파장의 피크는 467nm(여기 파장 394nm)이었다. 또한 도 47로부터, 6FL-4PCBBiPPm의 박막은 400nm, 335nm, 309nm, 287nm, 242nm, 207nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 이와 마찬가지로 도 47로부터, 발광 파장의 피크는 505nm 부근(여기 파장 410nm)에 확인되었다. 본 발명의 일 형태의 화합물은 발광 물질이나 가시 영역의 형광 발광 물질의 호스트로서 이용할 수도 있다.
또한 6FL-4PCBBiPPm의 박막은 대기 아래에서도 응집되기 어렵고, 형태의 변화가 작고, 막질이 양호한 것을 알았다.
다음에 6FL-4PCBBiPPm의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를, 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 바탕으로 하여 산출하였다. 산출 방법은 실시예 1과 마찬가지이다.
이 결과, 6FL-4PCBBiPPm의 산화 전위 Ea[V]의 측정에서, HOMO 준위는 -5.48eV인 것을 알았다. 한편 LUMO 준위는 -2.80eV인 것을 알 수 있다. 또한, 산화-환원파를 반복적으로 측정하였을 때의 1사이클째와 100사이클 후의 파형을 비교한 결과, Ea 측정에서는 81%, Ec 측정에서는 86%의 피크 강도를 유지하고 있었기 때문에, 6FL-4PCBBiPPm은 산화 및 환원에 대한 내성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다.
(실시예 11)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태인 발광 소자, 발광 소자 2 내지 발광 소자 5와 비교 발광 소자 1의 제작예를 나타내었다. 비교 발광 소자 1, 발광 소자 2 내지 발광 소자 5에서, 발광층에는 2종류의 호스트 재료와, 1종류의 게스트 재료를 사용하였다. 호스트 재료에는 2종류의 바이폴러 재료를 사용하고, 발광층 내에서 전자를 받는 바이폴러 재료(LUMO 준위가 낮은 쪽)로서는 하기에 나타내는 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II)을 사용하고, 정공을 받는 바이폴러 재료(HOMO 준위가 높은 쪽)는 각 소자 간에서 다르고, 그 소자 특성을 비교하였다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도를 도 48에, 소자 구조의 상세한 상항을 표 1에 각각 나타내었다. 또한 각 소자의 발광층에 사용한 2종류의 바이폴러 재료 간의 CV 측정에 의하여 추산된 LUMO 준위의 차이를 표 2에 나타내었다. 또한 사용한 화합물의 구조와 약칭을 이하에 나타낸다. 또한 다른 화합물의 구조와 약칭에 대해서는 상술한 실시예를 참작하면 좋다.
[화학식 22]
Figure pat00022
[표 1]
Figure pat00023
[표 2]
Figure pat00024
<발광 소자의 제작>
≪비교 발광 소자 1의 제작≫
전극(101)으로서, ITSO막을 막 두께가 70nm가 되도록 기판(200) 위에 형성하였다. 또한 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
다음에, 정공 주입층(111)으로서, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브데넘(MoO3)을, 중량비(DBT3P-II:MoO3)가 1:0.5이며 막 두께가 60nm가 되도록 전극(101) 위에 공증착하였다.
다음에 정공 수송층(112)으로서, 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP)을 막 두께가 20nm가 되도록 정공 주입층(111) 위에 증착하였다.
다음에, 발광층(160)으로서, 2mDBTBPDBq-II와, N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 비스[2-(6-tert-뷰틸-4-피리미딘일-κN3)페닐-κC](2,4-펜탄다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac))을 중량비(2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:Ir(tBuppm)2(acac))가 0.6:0.4:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 40nm가 되도록 정공 수송층(112) 위에 공증착하였다. 또한 발광층(160)에서 2mDBTBPDBq-II가 전자를 받는 바이폴러 재료이고, PCBBiF가 정공을 받는 바이폴러 재료이고, Ir(tBuppm)2(acac)가 게스트 재료(인광 재료)이다.
다음에, 전자 수송층(118)(1)으로서, 2mDBTBPDBq-II를 막 두께 20nm가 되도록, 이어서 전자 수송층(118)(2)으로서 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 막 두께 10nm가 되도록, 발광층(160) 위에 순차적으로 증착하였다. 다음에 전자 주입층(119)으로서, 플루오린화 리튬(LiF)을 막 두께가 1nm가 되도록 전자 수송층(118) 위에 증착하였다.
다음에 전극(102)으로서 알루미늄(Al)을 막 두께 200nm가 되도록 전자 주입층(119) 위에 형성하였다.
다음에 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 유기 EL용 밀봉재를 사용하여 밀봉하기 위한 기판(220)을, 유기 재료를 형성한 기판(200)에 고정함으로써 비교 발광 소자 1을 밀봉하였다. 구체적으로는, 기판(220)의 주위에 밀봉재를 도포하여 상기 기판(220)과 유기 재료를 형성한 기판(200)을 접합시키고, 파장이 365nm의 자외광을 6J/cm2 조사하고, 80℃에서 1시간 동안 가열하였다. 상술한 공정에 의하여 비교 발광 소자 1을 얻었다.
≪발광 소자 2의 제작≫
발광 소자 2는, 상술한 비교 발광 소자 1의 제작과, 발광층(160)의 재료만 다를 뿐, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1과 마찬가지이다.
즉, 발광 소자 2의 발광층(160)으로서 2mDBTBPDBq-II와, 6BP-4FBiPPm과, Ir(tBuppm)2(acac)을 중량비(2mDBTBPDBq-II:6BP-4FBiPPm:Ir(tBuppm)2(acac))가 0.6:0.4:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다.
≪발광 소자 3의 제작≫
발광 소자 3은 상술한 비교 발광 소자 1의 제작과, 발광층(160)의 재료만 다를 뿐, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1과 마찬가지이다.
즉, 발광 소자 3의 발광층(160)으로서, 2mDBTBPDBq-II와, 6BP-4PCBBiPPm과, Ir(tBuppm)2(acac)을 중량비(2mDBTBPDBq-II:6BP-4PCBBiPPm:Ir(tBuppm)2(acac))가 0.6:0.4:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다.
≪발광 소자 4의 제작≫
발광 소자 4의 발광층(160)으로서, 2mDBTBPDBq-II와, 6BP-4mFBiPPm과, Ir(tBuppm)2(acac)을, 중량비(2mDBTBPDBq-II:6BP-4mFBiPPm:Ir(tBuppm)2(acac))가 0.6:0.4:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다.
≪발광 소자 5의 제작≫
발광 소자 5의 발광층(160)으로서, 2mDBTBPDBq-II와, 6BP-4mPCBBiPPm과, Ir(tBuppm)2(acac)을, 중량비(2mDBTBPDBq-II:6BP-4mPCBBiPPm:Ir(tBuppm)2(acac))가 0.6:0.4:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자의 특성>
다음에, 상기 제작한 비교 발광 소자 1, 발광 소자 2 내지 발광 소자 5의 특성을 측정하였다. 휘도 및 CIE 색도의 측정에는 색채 휘도계(Topcon Technohouse Corporation제, BM-5A)를 사용하고, 전계 발광 스펙트럼의 측정에는 멀티채널 분광기(Hamamatsu Photonics K.K.제조, PMA-11)를 사용하였다.
비교 발광 소자 1, 발광 소자 2 내지 발광 소자 5의 전류 효율-휘도 특성을 도 49에, 휘도-전압 특성을 도 50에, 전류 밀도-전압을 도 51에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 52에 각각 나타내었다. 또한 비교 발광 소자 1 및 발광 소자 2 내지 5에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 53에 나타내었다.
또한 1000cd/m2 부근에서의 비교 발광 소자 1, 발광 소자 2 내지 발광 소자 5의 소자 특성을 표 3에 나타내었다.
[표 3]
Figure pat00025
도 53에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 1, 발광 소자 2 내지 발광 소자 5의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 546nm 부근이고, 반값전폭이 57nm 내지 65nm인 녹색의 발광을 각각 나타내었다.
도 52 및 표 3에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 1의 외부 양자 효율의 최대값은 26%인 것에 비하여, 발광 소자 2 내지 발광 소자 5의 외부 양자 효율의 최대값은 각각 28% 이상이고, 매우 높은 외부 양자 효율을 나타내었다.
또한 도 54에 각 소자의 호스트 재료 간의 LUMO 준위의 차이와 10mA/cm2일 때의 구동 전압의 관계를 나타내었다. 도 54로부터, 비교 발광 소자 1과 비교하여, 발광 소자 2 내지 발광 소자 5는 낮은 구동 전압을 나타내었다. 이것은 발광층에 사용한 2종류의 호스트 재료 간의 LUMO 준위의 차이가 0.5eV보다 작고, 또한 2종류의 호스트 재료 각각에 바이폴러 재료를 사용하고 있기 때문이다.
(실시예 12)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자, 발광 소자 7, 발광 소자 8과 비교 발광 소자 6의 제작예를 나타낸다. 비교 발광 소자 6, 발광 소자 7, 발광 소자 8에서, 발광층에는 2종류의 호스트 재료와 1종류의 게스트 재료를 사용하였다. 호스트 재료에는 2종류의 바이폴러 재료를 각각 사용하고, 발광층 내에서 전자를 받는 바이폴러 재료(LUMO 준위가 낮은 쪽)로서는, 2mDBTBPDBq-II를 사용하고, 발광층 내에서 정공을 받는 바이폴러 재료(HOMO 준위가 높은 쪽)를 각 소자 간에서 다른 바이폴러 재료를 사용하고, 그 소자 특성을 비교하였다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도를 도 48에, 소자 구조의 상세한 사항을 표 4에 각각 나타내었다. 또한 각 소자의 발광층에 사용한 2종류의 바이폴러 재료 간의 CV 측정에 의하여 추산된 LUMO 준위의 차이를 표 5에 나타내었다. 또한 사용한 화합물의 구조와 약칭을 이하에 나타낸다. 또한 다른 화합물의 구조와 약칭에 대해서는 상술한 실시예를 참작하면 좋다.
[화학식 23]
Figure pat00026
[표 4]
Figure pat00027
[표 5]
Figure pat00028
<발광 소자의 제작>
≪비교 발광 소자 6의 제작≫
비교 발광 소자 6은 상술한 비교 발광 소자 1의 제작과, 발광층(160)의 재료만 다를 뿐, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1과 마찬가지이다.
즉, 비교 발광 소자 6의 발광층(160)으로서, 2mDBTBPDBq-II와, PCBBiF와, 비스[2-(6-페닐-4-피리미딘일-κN3)페닐-κC](2,4-펜탄다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac))을 중량비(2mDBTBPDBq-II와:PCBBiF:Ir(dppm)2(acac))가 0.6:0.4:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다.
≪발광 소자 7의 제작≫
발광 소자 7은 상술한 비교 발광 소자 1의 제작과, 발광층(160)의 재료만 다를 뿐, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1과 마찬가지이다.
즉, 발광 소자 7의 발광층(160)으로서, 2mDBTBPDBq-II와, 6BP-4FBiPPm과, Ir(dppm)2(acac)을 중량비(2mDBTBPDBq-II:6BP-4FBiPPm:Ir(dppm)2(acac))가 0.6:0.4:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다.
≪발광 소자 8의 제작≫
발광 소자 8은 상술한 비교 발광 소자 1의 제작과, 발광층(160)의 재료만 다를 뿐, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1과 마찬가지이다.
즉, 발광 소자 8의 발광층(160)으로서, 2mDBTBPDBq-II와, 6BP-4PCBBiPPm과, Ir(dppm)2(acac)을 중량비(2mDBTBPDBq-II:6BP-4PCBBiPPm:Ir(dppm)2(acac))가 0.6:0.4:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자의 특성>
다음에, 상기 제작한 비교 발광 소자 6, 발광 소자 7, 발광 소자 8의 특성을 측정하였다. 측정 방법은 실시예 11과 마찬가지이다.
비교 발광 소자 6, 발광 소자 7, 발광 소자 8의 전류 효율-휘도 특성을 도 55에, 휘도-전압 특성을 도 56에, 전류 밀도-전압 특성을 도 57에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 58에 각각 나타내었다. 또한 비교 발광 소자 6, 발광 소자 7, 발광 소자 8에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 59에 나타내었다.
또한 1000cd/m2 부근에서의 비교 발광 소자 6, 발광 소자 7, 발광 소자 8의 소자 특성을 표 6에 나타내었다.
[표 6]
Figure pat00029
도 59에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 6, 발광 소자 7, 발광 소자 8의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 586nm 부근이고, 반값전폭이 69nm 내지 73nm인 주황색의 발광을 각각 나타내었다.
도 58 및 표 6에 나타낸 바와 같이, 비교 발광 소자 6의 외부 양자 효율의 최대값은 30%이고, 발광 소자 7, 발광 소자 8의 외부 양자 효율의 최대값은 각각 31% 이상이고, 매우 높은 외부 양자 효율을 나타내었다. 또한 도 58로부터, 발광 소자 7 및 발광 소자 8은 비교 발광 소자 6보다 높은 외부 양자 효율을 나타내었다. 이것은 발광 소자 7 및 발광 소자 8의 발광층에 사용한 2종류의 바이폴러 재료 간의 LUMO 준위의 차이가 0.5eV보다 작고, 또한 2종류의 호스트 재료 각각에 호스트 재료를 사용하고 있기 때문이다. 그러므로 비교 발광 소자 6과 비교하여 발광 소자 7 및 발광 소자 8의 캐리어 밸런스가 양호하다고 할 수 있다.
또한 도 60에 각 소자의 호스 재료 간의 LUMO 준위의 차이와 10mA/cm2일 때의 구동 전압의 관계를 나타내었다. 도 60에서, 비교 발광 소자 6과 비교하여, 발광 소자 7 및 발광 소자 8은 비교적 낮은 구동 전압을 나타내었다. 이것은 발광층에 사용한 2종류의 호스트 재료 간의 LUMO 준위의 차이가 0.5eV보다 크고, 또한 2종류의 호스트 재료 각각에 바이폴러 재료를 사용하고 있기 때문이다.
<발광 소자의 신뢰성>
다음에, 비교 발광 소자 6, 발광 소자 7, 발광 소자 8의 초기 휘도 5000cd/m2에서의 정(定)전류 구동 시험을 행하였다. 그 결과를 도 61에 나타내었다. 도 61로부터 알 수 있듯이, 비교 발광 소자 6과 비교하여 발광 소자 7 및 발광 소자 8은 양호한 신뢰성을 나타내었다. 이것은, 발광 소자 7 및 발광 소자 8이 비교 발광 소자 6보다 발광층에 사용한 2종류의 호스트 재료 간의 LUMO 준위의 차이가 작아 전자 주입 장벽이 작기 때문이다.
(실시예 13)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자, 발광 소자 9, 발광 소자 10의 제작예를 나타내었다. 발광 소자 9, 발광 소자 10에서, 발광층에는 2종류의 호스트 재료와 1종류의 게스트 재료를 사용하였다. 호스트 재료에는 2종류의 바이폴러 재료를 각각 사용하고, 발광층 내에서 전자를 받는 바이폴러 재료(LUMO 준위가 낮은 쪽)로서는, 2mDBTBPDBq-II를 사용하고, 발광층 내에서 정공을 받는 바이폴러 재료(HOMO 준위가 높은 쪽)를 각 소자 간에서 다른 바이폴러 재료를 사용하고, 그 소자 특성을 비교하였다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도를 도 48에, 소자 구조의 상세한 사항을 표 7에 각각 나타내었다. 또한 각 소자의 발광층에 사용한 2종류의 바이폴러 재료 간의 CV 측정에 의하여 추산된 LUMO 준위의 차이를 표 8에 나타내었다. 또한 본 실시예에서 사용한 화합물의 구조와 약칭에 대해서는 상술한 실시예를 참작하면 좋다.
<발광 소자의 제작>
≪발광 소자 9의 제작≫
발광 소자 9는 상술한 비교 발광 소자 1의 제작과, 발광층(160)의 재료만 다를 뿐, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1과 마찬가지이다.
[표 7]
Figure pat00030
[표 8]
Figure pat00031
즉, 발광 소자 9의 발광층(160)으로서, 2mDBTBPDBq-II와, 4,6mFBiP2Pm과, Ir(dppm)2(acac)을 중량비(2mDBTBPDBq-II:4,6mFBiP2Pm:Ir(dppm)2(acac))가 0.6:0.4:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다.
≪발광 소자 10의 제작≫
발광 소자 10은 상술한 비교 발광 소자 1의 제작과, 발광층(160)의 재료만 다를 뿐, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1과 마찬가지이다.
즉, 발광 소자 10의 발광층(160)으로서, 2mDBTBPDBq-II와, 4,6FBiP2Pm과, Ir(dppm)2(acac)을 중량비(2mDBTBPDBq-II:4,6FBiP2Pm:Ir(dppm)2(acac))가 0.6:0.4:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 40nm가 되도록 공증착하였다.
<발광 소자의 특성>
다음에 상기 제작한 발광 소자 9, 발광 소자 10의 특성을 측정하였다. 측정 방법은 실시예 11과 마찬가지이다.
발광 소자 9, 발광 소자 10의 전류 효율-휘도 특성을 도 62에, 휘도-전압 특성을 도 63에, 전류 밀도-전압 특성을 도 64에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 65에 각각 나타내었다. 또한 발광 소자 9, 발광 소자 10에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 66에 나타내었다.
또한 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 9, 발광 소자 10의 소자 특성을 표 9에 나타내었다.
[표 9]
Figure pat00032
도 66에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 9, 발광 소자 10의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 579nm 부근이고, 반값전폭이 67nm 정도인 주황색의 발광을 각각 나타내었다.
도 65 및 표 9에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 9, 발광 소자 10의 외부 양자 효율의 최대값은 각각 25% 이상이고, 매우 높은 외부 양자 효율을 나타내었다.
또한 도 63, 표 9로부터, 발광 소자 9와 발광 소자 10의 약 1000cd/m2일 때의 구동 전압은 각각 2.7V로 매우 낮은 값을 나타내었다. 이것은 발광층에 사용한 2종류의 호스트 재료 간의 LUMO 준위의 차이가 0.5eV보다 작고, 또한 2종류의 호스트 재료 각각에 바이폴러 재료를 사용하고 있기 때문이다.
(실시예 14)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자, 발광 소자 11, 발광 소자 12의 제작예를 나타낸다. 발광 소자 11, 발광 소자 12에서, 발광층에는 2종류의 호스트 재료와 1종류의 게스트 재료를 사용하였다. 호스트 재료에는 2종류의 바이폴러 재료를 각각 사용하고, 발광층 내에서 전자를 받는 바이폴러 재료(LUMO 준위가 낮은 쪽)로서는, 2mDBTBPDBq-II를 사용하고, 발광층 내에서 정공을 받는 바이폴러 재료(HOMO 준위가 높은 쪽)를 각 소자 간에서 다른 바이폴러 재료를 사용하고, 그 소자 특성을 비교하였다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도를 도 48에, 소자 구조의 상세한 사항을 표 10에 각각 나타내었다. 또한 각 소자의 발광층에 사용한 2종류의 바이폴러 재료 간의 CV 측정에 의하여 추산된 LUMO 준위의 차이를 표 11에 나타내었다. 또한 본 실시예에서 사용한 화합물의 구조와 약칭에 대해서는 상술한 실시예를 참작하면 좋다.
[표 10]
Figure pat00033
[표 11]
Figure pat00034
<발광 소자의 제작>
≪발광 소자 11의 제작≫
발광 소자 11은 상술한 비교 발광 소자 1의 제작과, 발광층(160)의 재료만 다를 뿐, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1과 마찬가지이다.
즉, 발광 소자 11의 발광층(160)으로서, 2mDBTBPDBq-II와, 2mpFBiBPDBq와, Ir(dppm)2(acac)을 중량비(2mDBTBPDBq-II:2mpFBiBPDBq:Ir(dppm)2(acac))가 0.6:0.4:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 20nm가 되도록 공증착하고, 이어서 중량비(2mDBTBPDBq-II:2mpFBiBPDBq:Ir(dppm)2(acac))가 0.8:0.2:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 20nm가 되도록 공증착하였다.
≪발광 소자 12의 제작≫
발광 소자 12는 상술한 비교 발광 소자 1의 제작과, 발광층(160)의 재료만 다를 뿐, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1과 마찬가지이다.
즉, 발광 소자 12의 발광층(160)으로서, 2mDBTBPDBq-II와, 6FL-4mpFBiBPPm과, Ir(dppm)2(acac)을 중량비(2mDBTBPDBq-II:6FL-4mpFBiBPPm:Ir(dppm)2(acac))가 0.6:0.4:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 20nm가 되도록 공증착하고, 이어서 중량비(2mDBTBPDBq-II:6FL-4mpFBiBPPm:Ir(dppm)2(acac))가 0.8:0.2:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 20nm가 되도록 공증착하였다.
다음에 상기 제작한 발광 소자 11, 발광 소자 12의 특성을 측정하였다. 측정 방법은 실시예 11과 마찬가지이다.
발광 소자 11, 발광 소자 12의 전류 효율-휘도 특성을 도 67에, 휘도-전압 특성을 도 68에, 전류 밀도-전압 특성을 도 69에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 70에 각각 나타내었다. 또한 발광 소자 11, 발광 소자 12에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 71에 나타내었다.
또한 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 11, 발광 소자 12의 소자 특성을 표 12에 나타내었다.
[표 12]
Figure pat00035
도 71에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 11, 발광 소자 12의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 588nm 부근이고, 반값전폭이 75nm 정도인 주황색의 발광을 각각 나타내었다.
도 70 및 표 12에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 11, 발광 소자 12의 외부 양자 효율의 최대값은 각각 31% 이상 이고, 매우 높은 외부 양자 효율을 나타내었다.
또한 도 68, 표 12로부터, 발광 소자 11과 발광 소자 12의 약 1000cd/m2일 때의 구동 전압은 각각 3.0V, 2.9V로 매우 낮은 값을 나타내었다. 이것은 발광층에 사용한 2종류의 호스트 재료 간의 LUMO 준위의 차이가 0.5eV보다 작고, 또한 2종류의 호스트 재료 각각에 바이폴러 재료를 사용하고 있기 때문이다.
<발광 소자의 신뢰성>
다음에 발광 소자 11, 발광 소자 12의 초기 휘도 5000cd/m2에서의 정전류 구동 시험을 행하였다. 그 결과를 도 72에 나타내었다. 도 72로부터, 발광 소자 11 및 발광 소자 12는 LT90(휘도가 10% 감소하는 시간)이 740시간 이상의 양호한 신뢰성을 나타내었다. 특히 발광 소자 12는 LT90이 1100시간 이상이라는 매우 양호한 신뢰성을 나타내었다.
(실시예 15)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 소자, 발광 소자 13의 제작예를 나타내었다. 발광 소자 13에서, 발광층에는 2종류의 호스트 재료와 1종류의 게스트 재료를 사용하였다. 호스트 재료에는 2종류의 바이폴러 재료를 각각 사용하고, 발광층 내에서 전자를 받는 바이폴러 재료(LUMO 준위가 낮은 쪽)로서는, 2mDBTBPDBq-II를 사용하고, 발광층 내에서 정공을 받는 바이폴러 재료(HOMO 준위가 높은 쪽)에 6FL-4PCBBiPPm을 사용한 발광 소자를 제작하였다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면 모식도를 도 48에, 소자 구조의 상세한 사항을 표 13에 각각 나타내었다. 또한 상기 소자의 발광층에 사용한 2종류의 바이폴러 재료 간의 CV 측정에 의하여 추산된 LUMO 준위의 차이를 표 14에 나타내었다. 또한 본 실시예에서 사용한 화합물의 구조와 약칭에 대해서는 상술한 실시예를 참작하면 좋다.
[표 13]
Figure pat00036
[표 14]
Figure pat00037
<발광 소자의 제작>
≪발광 소자 13의 제작≫
발광 소자 13은 상술한 비교 발광 소자 1의 제작과, 발광층(160)의 재료만 다를 뿐, 그 외의 공정은 비교 발광 소자 1과 마찬가지이다.
즉, 발광 소자 13의 발광층(160)으로서, 2mDBTBPDBq-II와, 6FL-4PCBBiPPm과, Ir(dppm)2(acac)을 중량비(2mDBTBPDBq-II:6FL-4PCBBiPPm:Ir(dppm)2(acac))가 0.7:0.3:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 20nm가 되도록 공증착하고, 이어서 중량비(2mDBTBPDBq-II:6FL-4PCBBiPPm:Ir(dppm)2(acac))가 0.8:0.2:0.05가 되도록, 또한 막 두께가 20nm가 되도록 공증착하였다.
다음에 상기 제작한 발광 소자 13의 특성을 측정하였다. 측정 방법은 실시예 11과 마찬가지이다.
발광 소자 13의 전류 효율-휘도 특성을 도 73에, 휘도-전압 특성을 도 74에, 전류 밀도-전압 특성을 도 75에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 76에 각각 나타내었다. 또한 발광 소자 13에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 77에 나타내었다.
또한 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 13의 소자 특성을 표 15에 나타내었다.
[표 15]
Figure pat00038
도 77에 나타낸 바와 같이, 발광 소자 13의 전계 발광 스펙트럼의 피크 파장은 581nm이고, 반값전폭이 69nm인 주황색의 발광을 나타내었다.
도 76 및 표 15로부터, 발광 소자 13의 외부 양자 효율의 최대값은 29% 이상이라는, 매우 높은 외부 양자 효율을 나타내었다.
또한 도 74, 표 15로부터, 발광 소자 13의 약 1000cd/m2일 때의 구동 전압은 2.8V로 매우 낮은 값을 나타내었다. 이것은 발광층에 사용한 2종류의 호스트 재료 간의 LUMO 준위의 차이가 0.5eV보다 작고, 또한 2종류의 호스트 재료 각각에 바이폴러 재료를 사용하고 있기 때문이다.
따라서 발광층에 사용하는 2종류의 호스트 재료 간의 LUMO 준위의 차이가 0.5eV보다 작고, 또한 2종류의 호스트 재료 각각에 바이폴러 재료를 사용하는 것이, 구동 전압의 저감이나 발광 효율의 향상, 신뢰성의 향상에 바람직한 것을 알았다.
50: 접착층
51: 접착층
52: 접착층
100: EL층
101: 전극
102: 전극
103: EL층
106: 발광 유닛
108: 발광 유닛
110: 발광 유닛
111: 정공 주입층
112: 정공 수송층
113: 전자 수송층
114: 전자 주입층
115: 전하 발생층
116: 정공 주입층
117: 정공 수송층
118: 전자 수송층
119: 전자 주입층
120: 발광층
140: 발광층
141: 호스트 재료
141_1: 유기 화합물
141_2: 유기 화합물
142: 게스트 재료
150: 발광 소자
152: 발광 소자
160: 발광층
170: 발광층
200: 기판
201: 수지층
202: 수지층
205: 트랜지스터
206: 트랜지스터
207: 접속부
220: 기판
250: 발광 소자
252: 발광 소자
300: 표시 장치
311: 전극
311a: 도전층
311b: 전극
312: 액정
340: 액정 소자
351: 기판
360: 발광 소자
360b: 발광 소자
360g: 발광 소자
360r: 발광 소자
360w: 발광 소자
361: 기판
362: 표시부
364: 회로부
365: 배선
366: 회로부
367: 배선
372: FPC
373: IC
374: FPC
375: IC
400: 표시 장치
401: 트랜지스터
402: 트랜지스터
403: 트랜지스터
404: 발광 소자
405: 용량 소자
406: 접속부
407: 배선
410: 화소
411: 절연층
412: 절연층
413: 절연층
414: 절연층
415: 절연층
416: 스페이서
417: 접착층
419: 접속층
421: 전극
422: EL층
423: 전극
424: 광학 조정층
425: 착색층
426: 차광층
451: 개구
471: 기판
472: 기판
476: 절연층
478: 절연층
501: 트랜지스터
502: 전극
503: 트랜지스터
505: 용량 소자
506: 접속부
510: 전극
511: 절연층
512: 절연층
513: 절연층
514: 절연층
517: 접착층
519: 접속층
523: 전하 발생층
529: 액정 소자
543: 접속체
562: 전극
563: 액정
564a: 배향막
564b: 배향막
572: 기판
576: 절연층
578: 절연층
599: 편광판
600A: ALS 모델
601: 소스 측 구동 회로
602: 화소부
603: 게이트 측 구동 회로
604: 밀봉 기판
605: 밀봉재
607: 공간
608: 배선
610: 소자 기판
611: 스위칭용 TFT
612: 전류 제어용 TFT
613: 전극
614: 절연물
616: EL층
617: 전극
618: 발광 소자
623: n채널형 TFT
624: p채널형 TFT
700: 표시 패널
701: 수지층
702: 수지층
800: 표시 패널
920: FS
1001: 기판
1002: 하지 절연막
1003: 게이트 절연막
1006: 게이트 전극
1007: 게이트 전극
1008: 게이트 전극
1020: 층간 절연막
1021: 층간 절연막
1022: 전극
1024B: 전극
1024G: 전극
1024R: 전극
1025B: 하부 전극
1025G: 하부 전극
1025R: 하부 전극
1026: 격벽
1028: EL층
1029: 전극
1031: 밀봉 기판
1032: 밀봉재
1033: 기재
1034B: 착색층
1034G: 착색층
1034R: 착색층
1036: 오버코트층
1035: 격벽
1037: 층간 절연막
1040: 화소부
1041: 구동 회로부
1042: 주변부
2410SA: TG-DTA
3054: 표시부
3500: 다기능 단말
3502: 하우징
3504: 표시부
3506: 카메라
3508: 조명
3600: 라이트
3602: 하우징
3608: 조명
3610: 스피커
5000cd: 초기 휘도
7121: 하우징
7122: 표시부
7123: 키보드
7124: 포인팅 디바이스
7200: 헤드 마운트 디스플레이
7201: 장착부
7202: 렌즈
7203: 본체
7204: 표시부
7205: 케이블
7206: 배터리
7300: 카메라
7301: 하우징
7302: 표시부
7303: 조작 버튼
7304: 셔터 버튼
7305: 결합부
7306: 렌즈
7400: 파인더
7401: 하우징
7402: 표시부
7403: 버튼
7500: 헤드 마운트 디스플레이
7501: 하우징
7502: 표시부
7503: 조작 버튼
7504: 고정구
7505: 렌즈
7510: 헤드 마운트 디스플레이
7701: 하우징
7702: 하우징
7703: 표시부
7704: 조작키
7705: 렌즈
7706: 접속부
8501: 조명 장치
8502: 조명 장치
8503: 조명 장치
8504: 조명 장치
9000: 하우징
9001: 표시부
9003: 스피커
9005: 조작키
9006: 접속 단자
9007: 센서
9008: 마이크로폰
9050: 조작 버튼
9051: 정보
9052: 정보
9053: 정보
9054: 정보
9055: 힌지
9100: 휴대 정보 단말
9101: 휴대 정보 단말
9102: 휴대 정보 단말
9200: 휴대 정보 단말
9201: 휴대 정보 단말
9300: 텔레비전 장치
9301: 스탠드
9311: 리모트 컨트롤러
9700: 자동차
9701: 차체
9702: 차륜
9703: 대시보드
9704: 라이트
9710: 표시부
9711: 표시부
9712: 표시부
9713: 표시부
9714: 표시부
9715: 표시부
9721: 표시부
9722: 표시부
9723: 표시부

Claims (9)

  1. 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 소자로서,
    상기 발광층은 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 게스트 재료를 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮고,
    상기 제 1 유기 화합물의 상기 HOMO 준위와 상기 제 2 유기 화합물의 상기 HOMO 준위의 차이는 0eV보다 크고 0.5eV 이하이고,
    상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고,
    상기 게스트 재료는 이리듐계 유기 금속 착체이고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 제 1 전자 수송성 골격과 제 1 정공 수송성 골격을 포함하고,
    상기 제 2 유기 화합물은 제 2 전자 수송성 골격과 제 2 정공 수송성 골격을 포함하는, 발광 소자.
  2. 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 소자로서,
    상기 발광층은 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 게스트 재료를 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮고,
    상기 제 1 유기 화합물의 상기 HOMO 준위와 상기 제 2 유기 화합물의 상기 HOMO 준위의 차이는 0eV보다 크고 0.5eV 이하이고,
    상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고,
    상기 게스트 재료는 백금계 유기 금속 착체이고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 제 1 전자 수송성 골격과 제 1 정공 수송성 골격을 포함하고,
    상기 제 2 유기 화합물은 제 2 전자 수송성 골격과 제 2 정공 수송성 골격을 포함하는, 발광 소자.
  3. 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 소자로서,
    상기 발광층은 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 게스트 재료를 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮고,
    상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고,
    상기 제 1 유기 화합물의 상기 LUMO 준위와 상기 제 2 유기 화합물의 상기 LUMO 준위의 차이는 0eV보다 크고 0.5eV 이하이고,
    상기 게스트 재료는 이리듐계 유기 금속 착체이고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 제 1 전자 수송성 골격과 제 1 정공 수송성 골격을 포함하고,
    상기 제 2 유기 화합물은 제 2 전자 수송성 골격과 제 2 정공 수송성 골격을 포함하는, 발광 소자.
  4. 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 발광 소자로서,
    상기 발광층은 제 1 유기 화합물, 제 2 유기 화합물, 및 게스트 재료를 포함하고,
    상기 제 1 유기 화합물의 HOMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 HOMO 준위보다 낮고,
    상기 제 1 유기 화합물의 LUMO 준위는 상기 제 2 유기 화합물의 LUMO 준위보다 낮고,
    상기 제 1 유기 화합물의 상기 LUMO 준위와 상기 제 2 유기 화합물의 상기 LUMO 준위의 차이는 0eV보다 크고 0.5eV 이하이고,
    상기 게스트 재료는 백금계 유기 금속 착체이고,
    상기 제 1 유기 화합물과 상기 제 2 유기 화합물은 들뜬 복합체를 형성하고,
    상기 제 1 유기 화합물은 제 1 전자 수송성 골격과 제 1 정공 수송성 골격을 포함하고,
    상기 제 2 유기 화합물은 제 2 전자 수송성 골격과 제 2 정공 수송성 골격을 포함하는, 발광 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 수송성 골격 및 상기 제 2 전자 수송성 골격은 각각 π전자 부족 헤테로 방향족 고리, 아릴보레인 골격, 및 포스핀 옥사이드 골격 중 하나 이상을 포함하고,
    상기 제 1 정공 수송성 골격 및 상기 제 2 정공 수송성 골격은 각각 π전자 과잉 헤테로 방향족 고리 및 방향족 아민 골격 중 한쪽 또는 양쪽을 포함하는, 발광 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전자 수송성 골격은 탄소수 8 내지 18의 함질소 헤테로 방향족 고리이고,
    상기 제 2 전자 수송성 골격은 탄소수 3 내지 8의 함질소 헤테로 방향족 고리인, 발광 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 정공 수송성 골격은 π전자 과잉 헤테로 방향족 고리이고,
    상기 제 2 정공 수송성 골격은 아민 골격인, 발광 소자.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 게스트 재료의 발광 스펙트럼은 400nm 이상 500nm 미만의 파장 영역에서 적어도 하나의 피크를 가지는, 발광 소자.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 게스트 재료의 발광 스펙트럼은 500nm 이상 580nm 미만의 파장 영역에서 적어도 하나의 피크를 가지는, 발광 소자.
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