KR20220140774A - 유기 화합물, 발광 디바이스, 전자 디바이스, 전자 기기, 발광 장치, 및 조명 장치 - Google Patents

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KR20220140774A
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야스히로 니이쿠라
히로시 가도마
노부하루 오사와
하루에 오사카
사토시 세오
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

열 활성화 지연 형광(TADF)을 발현하기 쉬운 유기 화합물을 제공한다. 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물을 제공한다. 다만, 하기 일반식(G1)에서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기 중 어느 하나이다. 또한 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기인 것으로 한다. 또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다. 또한 A는 치환 또는 비치환된 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 나타낸다.
Figure pct00060

Description

유기 화합물, 발광 디바이스, 전자 디바이스, 전자 기기, 발광 장치, 및 조명 장치
본 발명의 일 형태는 유기 화합물, 발광 소자, 발광 디바이스, 디스플레이 모듈, 조명 모듈, 표시 장치, 발광 장치, 전자 기기, 조명 장치, 및 전자 디바이스에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 발명의 일 형태가 속하는 기술분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태가 속하는 기술분야의 더 구체적인 예로서는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다.
유기 화합물을 사용한 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용하는 발광 디바이스(유기 EL 디바이스)의 실용화가 진행되고 있다. 이들 발광 디바이스의 기본적인 구성은 한 쌍의 전극 사이에 발광 재료를 포함하는 유기 화합물층(EL층)을 끼운 것이다. 이 소자에 전압을 인가하여 캐리어를 주입하고, 상기 캐리어의 재결합 에너지를 이용함으로써, 발광 재료로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이러한 발광 디바이스는 자발광형이기 때문에, 디스플레이의 화소로서 사용하면, 액정에 비하여 시인(視認)성이 높고 백라이트가 불필요하다는 등의 이점이 있어, 플랫 패널 디스플레이 소자로서 적합하다. 또한 이러한 발광 디바이스를 사용한 디스플레이는 얇고 가볍게 제작할 수 있다는 것도 큰 이점이다. 또한 응답 속도가 매우 빠르다는 것도 특징 중 하나이다.
또한 이들 발광 디바이스는 발광층을 이차원으로 연속하여 형성할 수 있기 때문에, 면 발광을 얻을 수 있다. 이는, 백열전구 및 LED로 대표되는 점광원, 또는 형광등으로 대표되는 선광원으로는 얻기 어려운 특색이기 때문에, 조명 등에 응용할 수 있는 면광원으로서의 이용 가치도 높다.
이와 같이 발광 디바이스를 사용한 디스플레이 및 조명 장치는 다양한 전자 기기에 적합하게 적용할 수 있고, 특성이 더 양호한 발광 디바이스를 위하여 연구 개발이 진행되고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 특개2016-174161호
본 발명의 일 형태는 신규 유기 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 지연 형광 및 열 활성화 지연 형광(TADF)을 발현하기 쉬운 유기 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 TADF 발광을 나타내는 유기 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 발광 효율이 양호한 발광 소자를 제공할 수 있는 유기 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또는 본 발명의 일 형태는 발광 효율이 양호한 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 TADF 발광을 나타내는 발광 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또는 본 발명의 일 형태는 소비 전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 표시 장치, 및 전자 디바이스를 각각 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 이들 외의 효과가 추출될 수 있다.
본 발명은 상술한 과제 중 어느 하나를 해결하면 되는 것으로 한다.
본 발명의 일 형태는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 1]
Figure pct00001
다만, 상기 일반식(G1)에서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기 중 어느 하나이다. 또한 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기인 것으로 한다. 또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다. 또한 A는 치환 또는 비치환된 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 나타낸다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 구성에서, A가 하기 일반식(g1)으로 나타내어지는 기인 유기 화합물이다.
[화학식 2]
Figure pct00002
다만, 상기 일반식(g1)에서, R11 내지 R16 중 하나는 결합손이고, 나머지가 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 3]
Figure pct00003
다만, 상기 일반식(G2)에서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기 중 어느 하나이다. 또한 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기인 것으로 한다. 또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다. 또한 R11 내지 R15는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 구성에서, 상기 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기가 하기 일반식(g2)으로 나타내어지는 기인 유기 화합물이다.
[화학식 4]
Figure pct00004
다만, 상기 일반식(g2)에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기를 나타낸다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 구성에서, R3 및 R6 중 한쪽 또는 양쪽이 상기 일반식(g2)으로 나타내어지는 기인 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 5]
Figure pct00005
다만, 상기 일반식(G3)에서, Ar3 내지 Ar6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 R1, R2, R4, R5, R7, 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기 중 어느 하나이다. 또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다. 또한 R11 내지 R15는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 6]
Figure pct00006
다만, 상기 일반식(G4)에서, Ar3 내지 Ar6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다. 또한 R13은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 7]
Figure pct00007
다만, 상기 일반식(G5)에서, Ar3 내지 Ar6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 R13은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 하기 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 8]
Figure pct00008
또는 본 발명의 다른 일 형태는 하기 구조식(101)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 9]
Figure pct00009
또는 본 발명의 다른 일 형태는 하기 구조식(102)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 10]
Figure pct00010
또는 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 구성에서, 최저 단일항 여기 준위와 최저 삼중항 여기 준위의 차가 0.2eV 이하인 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 구성에서, 최저 단일항 여기 준위와 최저 삼중항 여기 준위의 차가 0.1eV 이하인 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 구성에서, 상기 Q가 산소 원자인 유기 화합물이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극, 제 2 전극, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 끼워진 유기층을 갖고, 상기 유기층이 상기 구성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 전자 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 제 1 전극, 제 2 전극, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 끼워진 유기층을 갖고, 상기 유기층이 상기 구성을 갖는 유기 화합물을 포함하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 구성에서, 상기 유기층이 발광층을 갖고, 상기 유기 화합물은 상기 발광층에 포함되는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 구성에서, 상기 유기층으로부터의 발광이 지연 형광인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 구성에서, 상기 지연 형광의 과도 수명이 100나노초 이상 10밀리초 이하인 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 구성에서, 상기 발광층이 형광 발광 재료를 더 포함하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는, 상기 구성에서, 상기 발광층이 인광 발광 재료를 더 포함하는 발광 디바이스이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 발광 디바이스 중 어느 것과, 센서, 조작 버튼, 스피커, 또는 마이크로폰을 갖는 전자 기기이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 발광 디바이스 중 어느 것과, 트랜지스터 또는 기판을 갖는 발광 장치이다.
또는 본 발명의 다른 일 형태는 상기 발광 디바이스 중 어느 것과, 하우징을 갖는 조명 장치이다.
또한 본 명세서에서 발광 장치는 발광 디바이스를 사용한 화상 표시 디바이스를 포함한다. 또한 발광 디바이스에 커넥터, 예를 들어 이방 도전성 필름 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 장착된 모듈, TCP 끝에 인쇄 배선판이 제공된 모듈, 또는 발광 디바이스에 COG(Chip On Glass) 방식으로 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 발광 장치에 포함되는 경우가 있다. 또한 조명 기구 등은 발광 장치를 포함하는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 신규 유기 화합물을 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 열 활성화 지연 형광(TADF)을 발현하기 쉬운 유기 화합물을 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여, TADF 발광을 나타내는 유기 화합물을 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 효율이 양호한 발광 소자를 제공할 수 있는 유기 화합물을 제공할 수 있다.
또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 효율이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태에 의하여, TADF 발광을 나타내는 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
또는 본 발명의 일 형태에 의하여, 소비 전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 표시 장치, 및 전자 디바이스를 각각 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이며, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 이들 외의 효과가 추출될 수 있다.
도 1의 (A), (B), 및 (C)는 발광 디바이스의 개념도이다.
도 2의 (A), (B), (C) 및 (D)는 발광 디바이스의 제작 방법의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3은 발광 디바이스의 제작 방법의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도이다.
도 6은 액티브 매트릭스형 발광 장치의 개념도이다.
도 7의 (A) 및 (B)는 패시브 매트릭스형 발광 장치의 개념도이다.
도 8의 (A) 및 (B)는 조명 장치를 나타낸 도면이다.
도 9의 (A), (B1), (B2), 및 (C)는 전자 기기를 나타낸 개념이다.
도 10의 (A), (B), 및 (C)는 전자 기기를 나타낸 개념이다.
도 11은 조명 장치를 나타낸 개념이다.
도 12는 조명 장치를 나타낸 개념이다.
도 13은 차량 탑재 표시 장치 및 조명 장치를 나타낸 개념이다.
도 14의 (A) 및 (B)는 전자 기기를 나타낸 개념이다.
도 15의 (A), (B), 및 (C)는 전자 기기를 나타낸 개념이다.
도 16의 (A) 및 (B)는 4DPhA2CzBfpm의 1H NMR 차트이다.
도 17은 4DPhA2CzBfpm의 용액 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 18은 4DPhA2CzBfpm의 박막 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 19는 4DPhA2CzBfpm의 인광 스펙트럼이다.
도 20의 (A) 및 (B)는 8Ph-4DPhA2CzBfpm의 1H NMR 차트이다.
도 21은 8Ph-4DPhA2CzBfpm의 용액 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 22는 8Ph-4DPhA2CzBfpm의 박막 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 23은 8Ph-4DPhA2CzBfpm의 인광 스펙트럼이다.
도 24의 (A) 및 (B)는 4DPhACzBfpm의 1H NMR 차트이다.
도 25는 4DPhACzBfpm의 용액 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 26은 4DPhACzBfpm의 박막 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 27은 4DPhACzBfpm의 인광 스펙트럼이다.
도 28은 구조식(100) 내지 구조식(102)으로 나타내어지는 유기 화합물의 HOMO 및 LUMO의 분포를 나타낸 도면이다.
도 29는 구조식(103) 및 구조식(104)으로 나타내어지는 유기 화합물의 HOMO 및 LUMO의 분포를 나타낸 도면이다.
도 30은 발광 디바이스 1의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 31은 발광 디바이스 1의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 32는 발광 디바이스 1의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 33은 발광 디바이스 1의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 34는 발광 디바이스 1의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 35는 발광 디바이스 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 36의 (A) 및 (B)는 발광 디바이스 1의 과도 EL 특성을 나타낸 그래프이다.
도 37은 발광 디바이스 2의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 38은 발광 디바이스 2의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 39는 발광 디바이스 2의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 40은 발광 디바이스 2의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 41은 발광 디바이스 2의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 42는 발광 디바이스 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 43은 발광 디바이스 3의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 44는 발광 디바이스 3의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 45는 발광 디바이스 3의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 46은 발광 디바이스 3의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 47은 발광 디바이스 3의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 48은 발광 디바이스 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 49의 (A) 및 (B)는 발광 디바이스 3의 과도 EL 특성을 나타낸 그래프이다.
도 50은 발광 디바이스 4의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 51은 발광 디바이스 4의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 52는 발광 디바이스 4의 휘도-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 53은 발광 디바이스 4의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 54는 발광 디바이스 4의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
도 55는 발광 디바이스 4의 발광 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 56의 (A) 및 (B)는 발광 디바이스 4의 과도 EL 특성을 나타낸 그래프이다.
이하에서 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하에 기재된 실시형태의 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
(실시형태 1)
열 활성화 지연 형광(TADF) 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있기 때문에 전류 여기형 발광 디바이스에서 인광 발광 재료를 대신하는 고효율 발광 재료로서 주목을 받고, 높은 발광 효율을 실현할 수 있는 TADF 재료의 개발이 요구되고 있다.
TADF성을 발현하는 유기 화합물은 일반적인 유기 화합물과는 달리 최저 단일항 여기 준위(S1 준위)와 최저 삼중항 여기 준위(T1 준위)의 차(ΔEST)가 매우 작은 것이 알려져 있다. 그 상태를 실현하기 위해서는, 분자 내에서 HOMO와 LUMO가 공간적으로 분단되도록 분포될 필요가 있다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물의 ΔEST는 0.2eV 이하, 바람직하게는 0.1eV 이하로 매우 작고, TADF 발광을 효율적으로 나타내는 유기 화합물이다. 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 하기 일반식(G1)으로 나타내어진다.
[화학식 11]
Figure pct00011
상기 일반식(G1)에서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기 중 어느 하나이다. 또한 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기인 것으로 한다.
또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다. 또한 n이 0 또는 1이면, T1 준위가 높아지기 때문에 바람직하다. 또한 인광 발광 디바이스 또는 여기자 포집형 형광 소자에서, 녹색의 발광 재료의 에너지 도너로서 사용하는 경우, T1 준위가 더 높은 것이 요구되기 때문에, 이 관점에서는, n은 0인 것이 바람직하다. 또한 ΔEST의 에너지를 더 작게 하는 관점에서는, n은 1인 것이 바람직하다.
A는 치환 또는 비치환된 벤조퓨로피리미딘 골격 혹은 치환 또는 비치환된 벤조티에노피리미딘 골격을 나타낸다. 상기 벤조퓨로피리미딘 골격은 하기 일반식(g1)으로 나타낼 수도 있다. 또한 하기 일반식(g1)에서 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
[화학식 12]
Figure pct00012
또한 상기 일반식(g1)에서, R11 내지 R16 중 하나는 결합손이고, 상기 일반식(G1)에서의 α 또는 카바졸릴기의 질소 원자와 결합된다. 또한 나머지는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다.
상기 일반식(g1)에서, 결합손이 R16이면, 합성이 용이하고 안정성이 양호하기 때문에 바람직하다. 즉, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 13]
Figure pct00013
상기 일반식(G2)에서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기 중 어느 하나이다. 또한 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기인 것으로 한다.
또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다.
또한 R11 내지 R15는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
또한 상기 일반식(G1), 일반식(G2)에서, R1 내지 R8 중 적어도 하나인 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기는 하기 일반식(g2)으로 나타내어지는 기인 것이 바람직하다.
[화학식 14]
Figure pct00014
본 명세서에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기를 나타낸다.
상기 일반식(G1), 일반식(G2)에서, R1 내지 R8 중 하나 또는 2개가 상기 일반식(g2)으로 나타내어지는 기인 것이 바람직하고, R3 및 R6 중 한쪽 또는 양쪽이 상기 일반식(g2)으로 나타내어지는 기인 것이 바람직하다. 상기 일반식(G1), 일반식(G2)에서, R1 내지 R8 중 2개가 상기 일반식(g2)으로 나타내어지는 기인 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 하기 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 15]
Figure pct00015
상기 일반식(G3)에서, Ar3 내지 Ar6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다.
또한 R1, R2, R4, R5, R7, 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기 중 어느 하나이다.
또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다.
또한 R11 내지 R15는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
또한 상기 일반식(G3)에서, R1, R2, R4, R5, R7, R8, R11, R12, R14, 및 R15가 수소이면, T1 준위가 높고 합성이 용이하기 때문에 바람직하다. 즉, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 하기 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 16]
Figure pct00016
다만, 상기 일반식(G4)에서, Ar3 내지 Ar6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다.
또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다.
또한 R13은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
또한 상기 일반식(G1) 내지 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물에서, α는 비치환된 페닐렌기인 것이 바람직하다.
또한 상기 일반식(G1) 내지 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물에서, n이 1 또는 0이면, T1 준위가 높아지기 때문에 바람직하고, 더 바람직하게는 n이 0이다. 즉, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 하기 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 17]
Figure pct00017
다만, 상기 일반식(G5)에서, Ar3 내지 Ar6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다.
또한 R13은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.
또한 본 명세서에서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서는, 구체적으로 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 및 헥실기 등을 들 수 있다. 또한 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기로서는, 구체적으로 사이클로프로필기, 사이클로헥실기 등을 들 수 있다. 또한 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13의 아릴기로서는, 구체적으로 페닐기, 바이페닐기, 나프틸기, 플루오렌일기 등을 들 수 있다.
또한 본 명세서에서 "치환 또는 비치환된"이라고 기재된 경우, 치환기를 갖는 경우에 상기 치환기로서 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기를 가리키는 것으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 *?*EST가 작아 역 항간 교차가 일어나기 쉽기 때문에 TADF 발광을 얻기 쉬워 양호한 효율로 발광하는 유기 화합물이다. 또한 상기 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스를 매우 양호한 효율로 발광하는 발광 디바이스로 할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스에서, 과도 EL를 측정하면 지연 형광 성분이 관측되고, 그 과도 수명은 100나노초 이상 10밀리초 이하, 바람직하게는 1μ초 이상 10μ초 이하이다.
상기 구성을 갖는 유기 화합물의 구체적인 예를 이하에 나타낸다.
[화학식 18]
Figure pct00018
[화학식 19]
Figure pct00019
[화학식 20]
Figure pct00020
[화학식 21]
Figure pct00021
[화학식 22]
Figure pct00022
[화학식 23]
Figure pct00023
[화학식 24]
Figure pct00024
[화학식 25]
Figure pct00025
다음으로, 상기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법에 대하여 설명한다. 일반식(G1)으로 나타내어지는 화합물은 하기 합성 스킴에 나타낸 바와 같이, 카바졸 유도체의 유기 붕소 화합물 또는 보론산(화합물 1)과 벤조퓨로피리미딘 유도체 또는 벤조티에노피리미딘 유도체의 할로젠화물 또는 트라이플레이트 치환체(화합물 2)를 스즈키-미야우라 반응(Suzuki-Miyaura reaction)에 의하여 커플링함으로써 얻을 수 있다. 또한 하기 합성 스킴에서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기 중 어느 하나이다. 또한 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기인 것으로 한다. 또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다. 또한 A는 치환 또는 비치환된 벤조퓨로피리미딘 골격 혹은 치환 또는 비치환된 벤조티에노피리미딘 골격을 나타낸다.
[화학식 26]
Figure pct00026
또한 상기 합성 스킴에서, X12는 염소, 브로민, 아이오딘 등의 할로젠 또는 트라이플레이트기를 나타내고, X12가 할로젠인 경우에는 염소, 브로민, 아이오딘인 것이 특히 바람직하다.
또한 R50과 R51은 각각 독립적으로 수소 및 탄소수 1 내지 6의 알킬기 중 어느 것을 나타내고, R50과 R51은 서로 결합하여 고리를 형성하여도 좋다.
상기 합성 스킴으로 나타내어지는 반응에서 사용할 수 있는 팔라듐 촉매로서는, 아세트산 팔라듐(II), 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0), 비스(트라이페닐포스핀)팔라듐(II)다이클로라이드 등을 들 수 있다.
상기 팔라듐 촉매의 배위자로서는, 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀, 트라이(오쏘-톨릴)포스핀, 트라이페닐포스핀, 트라이사이클로헥실포스핀 등을 들 수 있다.
상기 합성 스킴으로 나타내어지는 반응에서 사용할 수 있는 염기로서는, 소듐 tert-뷰톡사이드 등의 유기 염기, 탄산 포타슘, 탄산 소듐 등의 무기 염기 등을 들 수 있다.
상기 합성 스킴으로 나타내어지는 반응에서 사용할 수 있는 용매로서는, 톨루엔과 물의 혼합 용매, 톨루엔과 에탄올 등의 알코올과 물의 혼합 용매, 자일렌과 물의 혼합 용매, 자일렌과 에탄올 등의 알코올과 물의 혼합 용매, 벤젠과 물의 혼합 용매, 벤젠과 에탄올 등의 알코올과 물의 혼합 용매, 에틸렌글라이콜다이메틸에터 등의 에터류와 물의 혼합 용매, 에틸렌글라이콜다이메틸에터 등의 에터류와 에탄올 등의 알코올의 혼합 용매 등을 들 수 있다. 다만, 사용할 수 있는 용매는 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한 톨루엔과 물, 또는 톨루엔과 에탄올과 물의 혼합 용매, 에틸렌글라이콜다이메틸에터 등의 에터류와 물의 혼합 용매, 에틸렌글라이콜다이메틸에터 등의 에터류와 에탄올 등의 알코올의 혼합 용매가 더 바람직하다.
상기 합성 스킴에서 사용할 수 있는 커플링 반응으로서는, 화합물 1로 나타내어지는 유기 붕소 화합물 또는 보론산을 사용하는 스즈키-미야우라 커플링 반응 대신에, 유기 알루미늄, 유기 지르코늄, 유기 아연, 유기 주석 화합물 등을 사용하는 크로스 커플링 반응을 사용하여도 좋다. 또한 상기 합성 스킴으로 나타내어지는 반응에서, 벤조퓨로피리미딘 유도체 또는 벤조티에노피리미딘 유도체의 유기 붕소 화합물 또는 보론산과, 카바졸 유도체의 할로젠화물 또는 트라이플레이트 치환체를 스즈키-미야우라 반응에 의하여 커플링하여도 좋다.
또한 일반식(G1)으로 나타내어지는 화합물은 실시예에 기재된 합성 방법에 의해서도 합성할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에 대하여 설명한다.
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 나타낸 도면이다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 제 1 전극(101), 제 2 전극(102), EL층(103)을 갖는다. 또한 EL층(103)은 실시형태 1에서 나타낸 유기 화합물을 갖는다.
EL층(103)은 발광층(113)을 갖고, 발광층(113)에는 발광 재료가 포함된다. 발광층(113)과 제 1 전극(101) 사이에는 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112)이 제공된다. 실시형태 1에 기재된 유기 화합물은 TADF에 의하여 효율적으로 발광하기 때문에, 발광 재료로서 사용되는 것이 바람직하다.
또한 발광층(113)에서 발광 재료와 함께 호스트 재료가 포함되는 구성이어도 좋다. 호스트 재료는 캐리어 수송성을 갖는 유기 화합물이다. 또한 호스트 재료는 1종류뿐만 아니라, 복수 종류 포함되어도 좋다. 이때, 복수의 유기 화합물이, 전자 수송성을 갖는 유기 화합물과 정공 수송성을 갖는 유기 화합물이면, 발광층(113) 내에서의 캐리어 밸런스를 조정하는 것이 가능하기 때문에 바람직하다. 또한 복수의 유기 화합물이 모두 전자 수송성(또는 정공 수송성)을 갖는 유기 화합물이어도 좋지만, 이들의 캐리어 수송성을 상이하게 함으로써 발광층(113)에서의 캐리어 수송성을 조절하는 것도 가능해진다. 캐리어 밸런스를 적절히 조정함으로써, 수명이 양호한 발광 디바이스 및 발광 효율이 양호한 발광 디바이스를 제공할 수 있게 된다. 또한 호스트 재료인 복수의 유기 화합물 사이 또는 호스트 재료와 발광 재료 사이에서 들뜬 복합체를 형성하는 구성이어도 좋다. 적절한 발광 파장을 갖는 들뜬 복합체를 형성함으로써, 발광 재료로의 유효한 에너지 이동을 실현하여, 효율이 높고 수명이 양호한 발광 디바이스를 제공하는 것이 가능해진다.
또한 호스트 재료와 발광 재료 사이에서 들뜬 복합체를 형성하고 발광할 때에도 일반적인 형광 소자보다 효율이 높은 소자(예를 들어 외부 양자 효율로 7% 이상)이 얻어지는 경우가 있다. 이 경우에도, 발광 소자에서 지연 형광이 관측된다.
또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 바이폴러성을 갖고, 발광층의 호스트 재료로서도 적합하게 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 TADF성을 갖기 때문에 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환할 수 있다. 변환된 단일항 여기 에너지를 형광 발광 재료로 에너지 이동하여 발광시킴으로써 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있으므로 발광 효율이 매우 양호한 형광 발광 디바이스를 얻을 수 있다(소위 여기자 포집형 형광 소자). 또한 발광이 안정적인 형광 발광 재료이기 때문에 상기 발광 디바이스를 수명이 양호한 발광 디바이스로 하는 것도 용이하다.
또한 도 1의 (A)에는, EL층(103)으로서 발광층(113), 정공 주입층(111), 및 정공 수송층(112) 외에, 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)이 도시되어 있지만, 발광 디바이스의 구성은 이에 한정되지 않는다. 이들 층 중 어느 것을 형성하지 않아도 되고, 다른 기능을 갖는 층을 가져도 좋다.
이어서, 상술한 발광 디바이스의 자세한 구조 및 재료의 예에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 디바이스는, 상술한 바와 같이, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)의 한 쌍의 전극 사이에 복수의 층으로 이루어지는 EL층(103)을 갖고, 상기 EL층(103)의 어느 부분에 실시형태 1에서 개시한 유기 화합물이 포함되어 있다.
제 1 전극(101)은 일함수가 큰(구체적으로는 4.0eV 이상) 금속, 합금, 도전성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들어 산화 인듐-산화 주석(ITO: Indium Tin Oxide), 실리콘 또는 산화 실리콘을 함유한 산화 인듐-산화 주석, 산화 인듐-산화 아연, 산화 텅스텐 및 산화 아연을 함유한 산화 인듐(IWZO) 등이 있다. 이들 도전성 금속 산화물막은 일반적으로 스퍼터링법에 의하여 성막되지만, 졸-겔법 등을 응용하여 제작하여도 좋다. 제작 방법의 예로서는 산화 인듐에 대하여 1wt% 내지 20wt%의 산화 아연이 첨가된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 인듐-산화 아연을 형성하는 방법 등이 있다. 또한 산화 인듐에 대하여 산화 텅스텐이 0.5wt% 내지 5wt%, 산화 아연이 0.1wt% 내지 1wt% 함유된 타깃을 사용한 스퍼터링법에 의하여, 산화 텅스텐 및 산화 아연이 함유된 산화 인듐(IWZO)을 형성할 수도 있다. 이 외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 금속 재료의 질화물(예를 들어 질화 타이타늄) 등을 들 수 있다. 그래핀을 사용할 수도 있다. 또한 후술하는 복합 재료를 EL층(103)에서 제 1 전극(101)과 접하는 층에 사용함으로써, 일함수에 상관없이 전극 재료를 선택할 수 있게 된다.
EL층(103)은 적층 구조를 갖는 것이 바람직하지만, 상기 적층 구조는 특별히 한정되지 않고 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 캐리어 차단층, 여기자 차단층, 전하 발생층 등 다양한 층 구조를 적용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 일례로서, 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113)에 더하여 전자 수송층(114) 및 전자 주입층(115)을 갖는 구성, 그리고 도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113)에 더하여 전자 수송층(114) 및 전하 발생층(116)을 갖는 구성의 2종류의 구성에 대하여 설명한다. 각 층을 구성하는 재료에 대하여 이하에서 구체적으로 설명한다.
정공 주입층(111)은 억셉터성을 갖는 물질을 포함하는 층이다. 억셉터성을 갖는 물질로서는, 유기 화합물 및 무기 화합물 중 어느 쪽이든 사용할 수 있다.
억셉터성을 갖는 물질로서는 전자 흡인기(할로젠기 또는 사이아노기)를 갖는 화합물을 사용할 수 있고, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN), 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ), 2-(7-다이사이아노메틸렌-1,3,4,5,6,8,9,10-옥타플루오로-7H-피렌-2-일리덴)말로노나이트릴 등을 들 수 있다. 특히 HAT-CN과 같이 헤테로 원자를 복수로 갖는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물은 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 또한 전자 흡인기(특히 플루오로기와 같은 할로젠기 또는 사이아노기)를 갖는 [3]라디알렌 유도체는 전자 수용성이 매우 높기 때문에 바람직하고, 구체적으로는 α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[4-사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,6-다이클로로-3,5-다이플루오로-4-(트라이플루오로메틸)벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠아세토나이트릴] 등을 들 수 있다. 억셉터성을 갖는 유기 화합물은 증착에 의한 성막이 쉽기 때문에 취급하기 쉬운 재료이다.
억셉터성을 갖는 물질로서는 상술한 유기 화합물 외에도 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등을 사용할 수 있다.
이 외에, 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc), 구리 프탈로사이아닌(CuPc) 등의 프탈로사이아닌계의 착체 화합물, 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD) 등의 방향족 아민 화합물, 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)(PEDOT/PSS) 등의 고분자 등에 의해서도 정공 주입층(111)을 형성할 수 있다. 억셉터성을 갖는 물질은, 전계의 인가에 의하여, 인접한 정공 수송층(또는 정공 수송 재료)으로부터 전자를 추출할 수 있다.
또한 정공 주입층(111)으로서, 정공 수송성을 갖는 재료에 상기 억셉터성을 갖는 물질을 포함시킨 복합 재료를 사용할 수도 있다. 또한 정공 수송성을 갖는 재료에 억셉터성을 갖는 물질을 포함시킨 복합 재료를 사용함으로써, 일함수에 상관없이 전극을 형성하는 재료를 선택할 수 있게 된다. 즉, 제 1 전극(101)으로서 일함수가 큰 재료뿐만 아니라, 일함수가 작은 재료도 사용할 수 있게 된다.
복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 갖는 재료로서는 방향족 아민 화합물, 카바졸 유도체, 방향족 탄화수소, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등) 등, 각종 유기 화합물을 사용할 수 있다. 또한 복합 재료에 사용하는 정공 수송성을 갖는 재료는 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 물질인 것이 바람직하다. 이하에서는, 복합 재료에서 정공 수송성을 갖는 재료로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 구체적으로 열거한다.
복합 재료에 사용할 수 있는 방향족 아민 화합물로서는 N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등을 들 수 있다. 카바졸 유도체로서는 구체적으로, 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(N-카바졸릴)]페닐-10-페닐안트라센(약칭: CzPA), 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠 등을 사용할 수 있다. 방향족 탄화수소로서는 예를 들어, 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등을 들 수 있다. 또한 이 외에 펜타센, 코로넨 등을 사용할 수도 있다. 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 갖는 방향족 탄화수소로서는 예를 들어 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi), 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등을 들 수 있다.
또한 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 재료는 카바졸 골격, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 및 안트라센 골격 중 어느 것을 갖는 것이 더 바람직하다. 특히, 다이벤조퓨란 고리 또는 다이벤조싸이오펜 고리를 갖는 치환기를 갖는 방향족 아민, 나프탈렌 고리를 갖는 방향족 모노아민, 또는 9-플루오렌일기가 아릴렌기를 통하여 아민의 질소와 결합되는 방향족 모노아민이어도 좋다. 또한 이들 제 2 유기 화합물이 N,N-비스(4-바이페닐)아미노기를 갖는 물질이면, 수명이 양호한 발광 디바이스를 제작할 수 있기 때문에 바람직하다. 상기 제 2 유기 화합물로서는 구체적으로 N-(4-바이페닐)-6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BnfABP), N,N-비스(4-바이페닐)-6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf), 4,4'-비스(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: BnfBB1BP), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-아민(약칭: BBABnf(6)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf(8)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란-4-아민(약칭: BBABnf(II)(4)), N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP), N-[4-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-N-페닐-4-바이페닐아민(약칭: ThBA1BP), 4-(2-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNB), 4-[4-(2-나프틸)페닐]-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNBi), 4,4'-다이페닐-4''-(6;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB), 4,4'-다이페닐-4''-(7;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(7-페닐)나프틸-2-일트라이페닐아민(약칭: BBAPβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(6;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B), 4,4'-다이페닐-4''-(7;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B-03), 4,4'-다이페닐-4''-(4;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB), 4,4'-다이페닐-4''-(5;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB-02), 4-(4-바이페닐릴)-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNB), 4-(3-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: mTPBiAβNBi), 4-(4-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNBi), 4-페닐-4'-(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBA1BP), 4,4'-비스(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBB1BP), 4,4'-다이페닐-4''-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]트라이페닐아민(약칭: YGTBi1BP), 4'-[4-(3-페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]트리스(1,1'-바이페닐-4-일)아민(약칭: YGTBi1BP-02), 4-다이페닐-4'-(2-나프틸)-4''-{9-(4-바이페닐)카바졸)}트라이페닐아민(약칭: YGTBiβNB), N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-[4-(1-나프틸)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBNBSF), N,N-비스(4-바이페닐릴)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: BBASF), N,N-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: BBASF(4)), N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로-바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: oFBiSF), N-(4-바이페닐)-N-(다이벤조퓨란-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: FrBiF), N-[4-(1-나프틸)페닐]-N-[3-(6-페닐다이벤조퓨란-4-일)페닐]-1-나프틸아민(약칭: mPDBfBNBN), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-[4-(9-페닐플루오렌-9-일)페닐]트라이페닐아민(약칭: BPAFLBi), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-3-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-1-아민 등을 들 수 있다.
또한 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 재료는 HOMO 준위가 -5.7eV 이상 -5.4eV 이하로 비교적 깊은 물질인 것이 더 바람직하다. 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 재료의 HOMO 준위가 비교적 깊으면, 정공 수송층(112)으로의 정공의 주입이 용이해지고, 또한 수명이 양호한 발광 디바이스를 얻기 용이해진다.
또한 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 플루오린화물을 상기 복합 재료에 더 혼합(상기 층 내의 플루오린 원자의 원자 비율은 20% 이상인 것이 바람직함)시킴으로써, 상기 층의 굴절률을 저감할 수 있다. 이에 의해서도, 굴절률이 낮은 층을 EL층(103) 내부에 형성할 수 있어, 발광 디바이스의 외부 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
정공 주입층(111)을 형성함으로써, 정공 주입성이 양호해져 구동 전압이 작은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
정공 수송층(112)은 정공 수송성을 갖는 재료를 포함하여 형성된다. 정공 수송성을 갖는 재료로서는, 1×10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 정공 수송성을 갖는 재료로서는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 갖는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 갖는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 갖는 화합물을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도, 방향족 아민 골격을 갖는 화합물 및 카바졸 골격을 갖는 화합물은 신뢰성이 양호하고 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다. 또한 정공 주입층(111)의 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 재료로서 예를 든 물질도 정공 수송층(112)을 구성하는 재료로서 적합하게 사용할 수 있다. 실시형태 1에 기재된 유기 화합물은 정공 수송성이 높기 때문에, 정공 수송층(112)을 구성하는 재료로서 매우 적합하게 사용할 수 있다. 또한 실시형태 1에 기재된 유기 화합물은 정공 수송성이 높기 때문에, 정공 수송층(112)을 100nm 이상으로 후막화하여 형성하여도, 구동 전압의 상승이 작고 양호한 소자 특성을 갖는 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 정공 수송층(112)을 후막화함으로써, 전극 간의 광로 길이를 용이하게 조정할 수 있으므로, 마이크로캐비티 구조를 적절하게 구성하는 것이 용이해진다.
발광층(113)은 발광 물질과 호스트 재료를 포함한다. 또한 발광층(113)은 기타 재료를 동시에 포함하여도 좋다. 또한 조성이 다른 2층의 적층이어도 좋다.
발광 물질은 형광 발광 물질이어도 좋고, 인광 발광 물질이어도 좋고, 열 활성화 지연 형광(TADF)을 나타내는 물질이어도 좋고, 그 외의 발광 물질이어도 좋고, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 적합하게 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 TADF를 효율적으로 나타내는 물질이다.
발광층(113)에서, 형광 발광 물질로서 사용할 수 있는 재료로서는 예를 들어 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N''-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민](약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-03), 3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02), 3,10-비스[N-(다이벤조퓨란-3-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10FrA2Nbf(IV)-02) 등이 있다. 특히 1,6FLPAPrn, 1,6mMemFLPAPrn, 1,6BnfAPrn-03과 같은 피렌다이아민 화합물로 대표되는 축합 방향족 다이아민 화합물은 정공 트랩성이 높고, 발광 효율 및 신뢰성이 우수하므로 바람직하다. 또한 이들 외의 형광 발광 물질을 사용할 수도 있다.
발광층(113)에서, 발광 물질로서 인광 발광 물질을 사용하는 경우, 사용할 수 있는 재료로서는 예를 들어 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-
Figure pct00027
N2]페닐-
Figure pct00028
C}이리듐(III)(약칭: [Ir(mpptz-dmp)3]), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz)3]), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrptz-3b)3])과 같은 4H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Mptz1-mp)3]), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(Prptz1-Me)3])과 같은 1H-트라이아졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrpmi)3]), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dmpimpt-Me)3])과 같은 이미다졸 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: [Ir(CF3ppy)2(pic)]), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac)와 같은 전자 흡인기를 갖는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체 등이 있다. 이들은 청색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 440nm 내지 520nm에 발광 파장의 피크를 갖는 화합물이다.
또한 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)3]), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)3]), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[6-(2-노보닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(nbppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(mpmppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)])과 같은 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(ppy)2(acac)]), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bzq)2(acac)]), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(bzq)3]), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(pq)3]), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(pq)2(acac)]), [2-d3-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(5-d3-메틸-2-피리딜-κN2)페닐-κ]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3)]), [2-d3-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)])과 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체 등을 들 수 있다. 이들은 주로 녹색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 500nm 내지 600nm에 발광 파장의 피크를 갖는다. 또한 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체는, 신뢰성 및 발광 효율도 매우 우수하기 때문에, 특히 바람직하다.
또한 (다이아이소뷰티릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dibm)]), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dpm)]), 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(d1npm)2(dpm)])과 같은 피리미딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(acac)]), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)]), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)])과 같은 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(piq)3]), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(piq)2(acac)])와 같은 피리딘 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체 외에, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP)과 같은 백금 착체, 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(DBM)3(Phen)]), 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: [Eu(TTA)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체 등을 들 수 있다. 이들은 적색 인광 발광을 나타내는 화합물이고, 600nm 내지 700nm에 발광의 피크를 갖는다. 또한 피라진 골격을 갖는 유기 금속 이리듐 착체로부터는 색도가 좋은 적색 발광을 얻을 수 있다.
또한 상술한 인광 발광 물질 외에, 공지의 인광성 발광 물질을 선택하여 사용하여도 좋다.
TADF를 나타내는 물질(TADF 재료)로서는 풀러렌 및 그 유도체, 아크리딘 및 그 유도체, 에오신 유도체 등을 사용할 수 있다. 또한 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 상기 금속 함유 포르피린으로서는, 예를 들어 이하의 구조식으로 나타내어지는 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2OEP) 등도 들 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물도 TADF 재료이다.
[화학식 27]
Figure pct00029
또한 이하의 구조식으로 나타내어지는 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ)이나, 9-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: PCCzTzn), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등의 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 한쪽 또는 양쪽을 갖는 헤테로 고리 화합물도 사용할 수 있다. 상기 헤테로 고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 모두 높아 바람직하다. 이들 중에서도, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 갖는 골격 중, 피리딘 골격, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 피리다진 골격), 및 트라이아진 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히, 벤조퓨로피리미딘 골격, 벤조티에노피리미딘 골격, 벤조퓨로피라진 골격, 벤조티에노피라진 골격은 억셉터성이 높고 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 갖는 골격 중에서도, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 및 피롤 골격은 안정적이고 신뢰성이 양호하므로, 상기 골격 중 적어도 하나를 갖는 것이 바람직하다. 또한 퓨란 골격으로서는 다이벤조퓨란 골격이 바람직하고, 싸이오펜 골격으로서는 다이벤조싸이오펜 골격이 바람직하다. 또한 피롤 골격으로서는 인돌 골격, 카바졸 골격, 인돌로 카바졸 골격, 바이카바졸 골격, 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 물질은, π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 전자 공여성과 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 전자 수용성이 모두 강해지고, S1 준위와 T1 준위의 에너지 차가 작아지기 때문에, TADF를 효율적으로 얻을 수 있어 특히 바람직하다. 또한 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 대신에, 사이아노기와 같은 전자 흡인기가 결합된 방향족 고리를 사용하여도 좋다. 또한 π전자 과잉형 골격으로서 방향족 아민 골격, 페나진 골격 등을 사용할 수 있다. 또한 π전자 부족형 골격으로서 크산텐 골격, 싸이오크산텐다이옥사이드 골격, 옥사다이아졸 골격, 트라이아졸 골격, 이미다졸 골격, 안트라퀴논 골격, 페닐보레인, 보레인트렌 등의 붕소를 포함하는 골격, 벤조나이트릴 또는 사이아노벤젠 등의 나이트릴기 또는 사이아노기를 갖는 방향족 고리 및 헤테로 방향족 고리, 벤조페논 등의 카보닐 골격, 포스핀옥사이드 골격, 설폰 골격 등을 사용할 수 있다. 이와 같이, π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 적어도 한쪽 대신에 π전자 부족형 골격 및 π전자 과잉형 골격을 사용할 수 있다.
[화학식 28]
Figure pct00030
또한 TADF 재료는, S1 준위와 T1 준위의 차(ΔEST)가 작고, 역 항간 교차에 의하여 에너지를 삼중항 여기 에너지로부터 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 갖는 재료이다. 그러므로 삼중항 여기 에너지를 미량의 열 에너지에 의하여 단일항 여기 에너지로 업컨버트(역 항간 교차)할 수 있고, 단일항 여기 상태를 효율적으로 생성할 수 있다. 또한 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있다.
또한 2종류의 물질로 여기 상태를 형성하는 들뜬 복합체(엑사이플렉스, 엑시플렉스, 또는 Exciplex라고도 함)는, ΔEST가 매우 작고, 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환할 수 있는 TADF 재료로서의 기능을 갖는다.
또한 T1 준위의 지표로서는, 저온(예를 들어 77K 내지 10K)에서 관측되는 인광 스펙트럼을 사용하면 좋다. TADF 재료는, 그 형광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리(tail)에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 S1 준위로 하고, 인광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 T1 준위로 한 경우에, 그 S1 준위와 T1 준위의 차가 0.3eV 이하인 것이 바람직하고, 0.2eV 이하인 것이 더 바람직하고, 0.1eV 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한 TADF 재료를 발광 물질로서 사용하는 경우, 호스트 재료의 S1 준위는 TADF 재료의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 호스트 재료의 T1 준위는 TADF 재료의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
발광층의 호스트 재료로서는, 전자 수송성을 갖는 재료, 정공 수송성을 갖는 재료, 상기 TADF 재료 등 다양한 캐리어 수송 재료를 사용할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물도 바이폴러성을 갖기 때문에 호스트 재료로서 적합하게 사용할 수 있다.
정공 수송성을 갖는 재료로서는, 아민 골격 또는 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 유기 화합물이 바람직하다. 예를 들어 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF) 등의 방향족 아민 골격을 갖는 화합물, 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP) 등의 카바졸 골격을 갖는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 갖는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등의 퓨란 골격을 갖는 화합물이 있다. 상술한 것 중에서도, 방향족 아민 골격을 갖는 화합물 및 카바졸 골격을 갖는 화합물은 신뢰성이 양호하며, 정공 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여하기 때문에 바람직하다.
전자 수송성을 갖는 재료로서는 예를 들어 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq), 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 금속 착체, 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 유기 화합물이 바람직하다. π전자 부족형 헤테로 방향족 고리 골격을 갖는 유기 화합물로서는 예를 들어, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등의 폴리아졸 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물, 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]벤조[h]퀴나졸린(약칭: 4,8mDBtP2Bqn) 등의 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물, 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물이 있다. 상술한 것 중에서도 다이아진 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물 및 피리딘 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 신뢰성이 양호하므로 바람직하다. 특히, 다이아진(피리미딘 또는 피라진) 골격을 갖는 헤테로 고리 화합물은 전자 수송성이 높아 구동 전압 저감에도 기여한다.
호스트 재료로서 사용할 수 있는 TADF 재료로서는, 위에서 TADF 재료로서 예를 든 것을 마찬가지로 사용할 수 있다. TADF 재료를 호스트 재료로서 사용하면, TADF 재료에서 생성된 삼중항 여기 에너지가 역 항간 교차에 의하여 단일항 여기 에너지로 변환되고, 발광 물질로 에너지 이동함으로써, 발광 디바이스의 발광 효율을 높일 수 있다. 이때 TADF 재료가 에너지 도너로서 기능하고, 발광 물질이 에너지 억셉터로서 기능한다.
이것은 상기 발광 물질이 형광 발광 물질인 경우에 매우 유효하다. 또한 이때 높은 발광 효율을 얻기 위해서는, TADF 재료의 S1 준위가 형광 발광 물질의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 TADF 재료의 T1 준위가 형광 발광 물질의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 따라서 TADF 재료의 T1 준위는 형광 발광 물질의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
또한 형광 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩되는 발광을 나타내는 TADF 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, TADF 재료로부터 형광 발광 물질로의 여기 에너지의 이동이 원활하게 되어, 발광을 효율적으로 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
또한 역 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지로부터 단일항 여기 에너지가 효율적으로 생성되기 위해서는, TADF 재료에서 캐리어 재결합이 일어나는 것이 바람직하다. 또한 TADF 재료에서 생성된 삼중항 여기 에너지가 형광 발광 물질의 삼중항 여기 에너지로 이동하지 않는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, 형광 발광 물질은 형광 발광 물질에 포함되는 발광단(발광의 원인이 되는 골격)의 주위에 보호기를 갖는 것이 바람직하다. 상기 보호기로서는, π결합을 갖지 않는 치환기 및 포화 탄화수소가 바람직하고, 구체적으로는 탄소수 3 이상 10 이하의 알킬기, 탄소수 3 이상 10 이하의 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 탄소수 3 이상 10 이하의 트라이알킬실릴기를 들 수 있고, 복수의 보호기를 갖는 것이 더 바람직하다. π결합을 갖지 않는 치환기는 캐리어를 수송하는 기능이 부족하기 때문에, 캐리어 수송이나 캐리어 재결합에 영향을 거의 미치지 않고 TADF 재료와 형광 발광 물질의 발광단의 거리를 멀어지게 할 수 있다. 여기서, 발광단이란 형광 발광 물질에서 발광을 일으키는 원자단(골격)을 말한다. 발광단은 π결합을 갖는 골격인 것이 바람직하고, 방향족 고리를 갖는 것이 바람직하고, 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리를 갖는 것이 바람직하다. 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로 방향족 고리로서는 페난트렌 골격, 스틸벤 골격, 아크리돈 골격, 페녹사진 골격, 페노싸이아진 골격 등을 들 수 있다. 특히 나프탈렌 골격, 안트라센 골격, 플루오렌 골격, 크리센 골격, 트라이페닐렌 골격, 테트라센 골격, 피렌 골격, 페릴렌 골격, 쿠마린 골격, 퀴나크리돈 골격, 나프토비스벤조퓨란 골격을 갖는 형광 발광 물질은 형광 양자 수율이 높기 때문에 바람직하다.
형광 발광 물질을 발광 물질로서 사용하는 경우, 호스트 재료로서는 안트라센 골격을 갖는 재료가 적합하다. 안트라센 골격을 갖는 물질을 형광 발광 물질의 호스트 재료로서 사용하면, 발광 효율 및 내구성 모두가 양호한 발광층을 실현할 수 있다. 호스트 재료로서 사용하는 안트라센 골격을 갖는 물질로서는 다이페닐안트라센 골격, 특히 9,10-다이페닐안트라센 골격을 갖는 물질이 화학적으로 안정적이기 때문에 바람직하다. 또한 호스트 재료가 카바졸 골격을 갖는 경우, 정공의 주입성·수송성이 높아지기 때문에 바람직하지만, 카바졸에 벤젠 고리가 더 축합된 벤조카바졸 골격을 갖는 경우에는, 카바졸보다 HOMO가 0.1eV 정도 얕아져 정공이 들어가기 쉬워지기 때문에 더 바람직하다. 특히, 호스트 재료가 다이벤조카바졸 골격을 갖는 경우, 카바졸보다 HOMO가 0.1eV 정도 얕아져 정공이 들어가기 쉬워질 뿐만 아니라, 정공 수송성도 우수하고 내열성도 높아지므로 바람직하다. 따라서 호스트 재료로서 더 바람직한 것은, 9,10-다이페닐안트라센 골격 및 카바졸 골격(또는 벤조카바졸 골격 또는 다이벤조카바졸 골격)을 동시에 갖는 물질이다. 또한 상기 정공 주입성·수송성의 관점에서, 카바졸 골격 대신에 벤조플루오렌 골격 또는 다이벤조플루오렌 골격을 사용하여도 좋다. 이러한 물질의 예로서는 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 6-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 2mBnfPPA), 9-페닐-10-{4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)바이페닐-4'-일}안트라센(약칭: FLPPA), 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-βNPAnth) 등을 들 수 있다. 특히 CzPA, cgDBCzPA, 2mBnfPPA, PCzPA는 특성이 매우 우수하기 때문에 바람직하다.
또한 호스트 재료는 복수 종류의 물질이 혼합된 재료이어도 좋고, 혼합된 호스트 재료를 사용하는 경우에는 전자 수송성을 갖는 재료와 정공 수송성을 갖는 재료를 혼합하는 것이 바람직하다. 전자 수송성을 갖는 재료와 정공 수송성을 갖는 재료를 혼합함으로써, 발광층(113)의 수송성을 쉽게 조정할 수 있어 재결합 영역을 쉽게 제어할 수도 있다. 정공 수송성을 갖는 재료와 전자 수송성을 갖는 재료의 함유량의 중량비는 정공 수송성을 갖는 재료:전자 수송성을 갖는 재료=1:19 내지 19:1로 하면 좋다. 또한 혼합된 호스트 재료에서의 전자 수송성을 갖는 재료로서, 실시형태 1에 기재된 유기 화합물을 적합하게 사용할 수 있다.
또한 상기 혼합된 재료의 일부로서는, 인광 발광 물질을 사용할 수 있다. 인광 발광 물질은, 발광 물질로서 형광 발광 물질을 사용하는 경우에 형광 발광 물질에 여기 에너지를 공여하는 에너지 도너로서 사용할 수 있다.
또한 이들 혼합된 재료들로 들뜬 복합체를 형성하여도 좋다. 상기 들뜬 복합체는 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 겹치는 발광을 나타내는 들뜬 복합체를 형성하는 조합을 선택함으로써, 에너지 이동이 더 원활하게 수행되어 발광을 효율적으로 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 상기 구성을 사용함으로써, 구동 전압도 저하되기 때문에 바람직하다.
또한 들뜬 복합체를 형성하는 재료의 적어도 하나는 인광 발광 물질이어도 좋다. 이 경우, 역 항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 효율적으로 변환할 수 있다.
들뜬 복합체를 효율적으로 형성하는 재료의 조합으로서는, 정공 수송성을 갖는 재료의 HOMO 준위가 전자 수송성을 갖는 재료의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 정공 수송성을 갖는 재료의 LUMO 준위가 전자 수송성을 갖는 재료의 LUMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 또한 재료의 LUMO 준위 및 HOMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정되는 재료의 전기 화학 특성(환원 전위 및 산화 전위)에서 도출할 수 있다.
또한 들뜬 복합체의 형성은, 예를 들어 정공 수송성을 갖는 재료의 발광 스펙트럼, 전자 수송성을 갖는 재료의 발광 스펙트럼, 및 이들 재료를 혼합한 혼합막의 발광 스펙트럼을 비교하여, 혼합막의 발광 스펙트럼이 각 재료의 발광 스펙트럼보다 장파장 측으로 시프트하는(또는 장파장 측에 새로운 피크를 갖는) 현상을 관측함으로써 확인할 수 있다. 또는 정공 수송성을 갖는 재료의 과도 포토루미네선스(PL), 전자 수송성을 갖는 재료의 과도 PL, 및 이들 재료를 혼합한 혼합막의 과도 PL을 비교하여, 혼합막의 과도 PL 수명이 각 재료의 과도 PL 수명보다 장수명 성분을 갖거나 지연 성분의 비율이 커지는 등의 과도 응답의 차이를 관측함으로써 확인할 수 있다. 또한 상술한 과도 PL을 과도 일렉트로루미네선스(EL)로 바꿔 읽어도 된다. 즉, 정공 수송성을 갖는 재료의 과도 EL, 전자 수송성을 갖는 재료의 과도 EL, 및 이들 혼합막의 과도 EL을 비교하여 과도 응답의 차이를 관측하는 것에 의해서도 들뜬 복합체의 형성을 확인할 수 있다.
전자 수송층(114)은 전자 수송성을 갖는 물질을 포함하는 층이다. 전자 수송성을 갖는 물질로서는, 상기 호스트 재료에 사용할 수 있는 전자 수송성을 갖는 물질로서 예를 든 것을 사용할 수 있다.
또한 전자 수송층(114)은 전계 강도[V/cm]의 제곱근이 600일 때의 전자 이동도가 1×10-7cm2/Vs 이상 5×10-5cm2/Vs 이하인 것이 바람직하다. 전자 수송층(114)에서의 전자의 수송성을 저하시킴으로써 발광층에 대한 전자의 주입량을 제어할 수 있어, 발광층이 전자 과다 상태가 되는 것을 방지할 수 있다. 또한 전자 수송층은 전자 수송성을 갖는 재료와, 알칼리 금속 또는 알칼리 금속의 단체(單體), 화합물, 혹은 착체를 포함하는 것이 바람직하다. 이들 구성은, 특히 정공 주입층을 복합 재료로 형성하고, 상기 복합 재료에 사용되는 정공 수송성을 갖는 재료의 HOMO 준위가 -5.7eV 이상 -5.4eV 이하로 비교적 깊은 경우에, 수명이 양호해지기 때문에 특히 바람직하다. 또한 이때 전자 수송성을 갖는 재료는 HOMO 준위가 -6.0eV 이상인 것이 바람직하다. 또한 상기 전자 수송성을 갖는 재료는 안트라센 골격을 갖는 유기 화합물인 것이 바람직하고, 안트라센 골격과 헤테로 고리 골격의 양쪽을 포함하는 유기 화합물인 것이 더 바람직하다. 상기 헤테로 고리 골격으로서는 질소 함유 오원자 고리 골격 또는 질소 함유 육원자 고리 골격이 바람직하고, 이들 헤테로 고리 골격으로서는 피라졸 고리, 이미다졸 고리, 옥사졸 고리, 싸이아졸 고리, 피라진 고리, 피리미딘 고리, 피리다진 고리 등과 같이, 2개의 헤테로 원자를 고리에 포함하는 질소 함유 오원자 고리 골격 또는 질소 함유 육원자 고리 골격을 갖는 것이 특히 바람직하다. 또한 알칼리 금속 또는 알칼리 금속의 단체, 화합물, 혹은 착체로서는 8-하이드록시퀴놀리네이토 구조를 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 예를 들어 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq), 8-하이드록시퀴놀리네이토-소듐(약칭: Naq) 등이 있다. 특히 1가의 금속 이온의 착체, 그 중에서도 리튬의 착체가 바람직하고, Liq가 더 바람직하다. 또한 8-하이드록시퀴놀리네이토 구조를 포함하는 경우, 그 메틸 치환체(예를 들어 2-메틸 치환체 또는 5-메틸 치환체) 등을 사용할 수도 있다. 또한 전자 수송층 내에서 알칼리 금속 또는 알칼리 금속의 단체, 화합물, 혹은 착체는, 두께 방향에서 농도차(0인 경우도 포함함)가 존재하는 것이 바람직하다.
전자 수송층(114)과 제 2 전극(102) 사이에는 전자 주입층(115)으로서 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 8-하이드록시퀴놀리네이토-리튬(약칭: Liq) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 포함한 층을 제공하여도 좋다. 전자 주입층(115)으로서는, 전자 수송성을 갖는 물질로 이루어지는 층 내에 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 포함시킨 것, 혹은 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 전자화물로서는, 예를 들어 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등이 있다.
또한 전자 주입층(115)으로서, 전자 수송성을 갖는 물질(바람직하게는 바이피리딘 골격을 갖는 유기 화합물)에 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 플루오린화물을 미결정 상태가 되는 농도 이상(50wt% 이상) 포함시킨 층을 사용할 수도 있다. 상기 층은 굴절률이 낮기 때문에, 외부 양자 효율이 더 높은 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
또한 전자 주입층(115) 대신에 전하 발생층(116)을 제공하여도 좋다(도 1의 (B) 참조). 전하 발생층(116)은 전위를 인가함으로써 상기 층의 음극 측과 접하는 층에 정공을, 양극 측과 접하는 층에 전자를 주입할 수 있는 층을 말한다. 전하 발생층(116)에는 적어도 P형층(117)이 포함된다. P형층(117)은 상술한 정공 주입층(111)을 구성할 수 있는 재료로서 열거한 복합 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 또한 P형층(117)은 복합 재료를 구성하는 재료로서 상술한 억셉터 재료를 포함하는 막과 정공 수송성 재료를 포함하는 막을 적층하여 구성되어도 좋다. P형층(117)에 전위를 인가함으로써, 전자 수송층(114)에 전자가, 음극인 제 2 전극(102)에 정공이 주입되어, 발광 디바이스가 동작한다.
또한 전하 발생층(116)에는 P형층(117) 외에, 전자 릴레이층(118) 및 전자 주입 버퍼층(119) 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두가 제공되는 것이 바람직하다.
전자 릴레이층(118)은 적어도 전자 수송성을 갖는 물질을 포함하고, 전자 주입 버퍼층(119)과 P형층(117)의 상호 작용을 방지하여 전자를 원활하게 수송하는 기능을 갖는다. 전자 릴레이층(118)에 포함되는 전자 수송성을 갖는 물질의 LUMO 준위는 P형층(117)에서의 억셉터성 물질의 LUMO 준위와, 전자 수송층(114)에서의 전하 발생층(116)과 접하는 층에 포함되는 물질의 LUMO 준위 사이인 것이 바람직하다. 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 갖는 물질에서의 LUMO 준위의 구체적인 에너지 준위는 -5.0eV 이상, 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하인 것이 좋다. 또한 전자 릴레이층(118)에 사용되는 전자 수송성을 갖는 물질로서는 프탈로사이아닌계 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 배위자를 갖는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
전자 주입 버퍼층(119)에는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬, 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함)) 등 전자 주입성이 높은 물질을 사용할 수 있다.
또한 전자 주입 버퍼층(119)이 전자 수송성을 갖는 물질과 도너성 물질을 포함하여 형성되는 경우에는, 도너성 물질로서 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 및 이들의 화합물(알칼리 금속 화합물(산화 리튬 등의 산화물, 할로젠화물, 탄산 리튬, 탄산 세슘 등의 탄산염을 포함함), 알칼리 토금속 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함), 또는 희토류 금속의 화합물(산화물, 할로젠화물, 탄산염을 포함함))을 사용할 수 있고, 이 외에도 테트라싸이아나프타센(약칭: TTN), 니켈로센, 데카메틸니켈로센 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다. 또한 전자 수송성을 갖는 물질로서는, 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 재료와 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
제 2 전극(102)을 형성하는 물질로서는, 일함수가 작은(구체적으로는 3.8eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 음극 재료의 구체적인 예로서는, 리튬(Li), 세슘(Cs) 등의 알칼리 금속, 및 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 등의 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 및 이들을 포함하는 합금(MgAg, AlLi), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금 등을 들 수 있다. 다만 제 2 전극(102)과 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 제공함으로써, 일함수의 크기에 상관없이 Al, Ag, ITO, 실리콘, 또는 산화 실리콘을 함유하는 산화 인듐-산화 주석 등 다양한 도전성 재료를 제 2 전극(102)에 사용할 수 있다. 이들 도전성 재료는 진공 증착법 및 스퍼터링법 등의 건식법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등을 사용하여 성막할 수 있다. 또한 졸-겔법을 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋고, 금속 재료의 페이스트를 사용하여 습식법으로 형성하여도 좋다.
또한 EL층(103)의 형성 방법으로서는 건식법, 습식법을 불문하고 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어 진공 증착법, 그라비어 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 스크린 인쇄법, 잉크젯법(액적 토출법), 또는 스핀 코팅법 등을 사용하여도 좋다.
또한 상술한 각 전극 또는 각 층을 상이한 성막 방법에 의하여 형성하여도 좋다.
또한 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 제공되는 층의 구성은 상술한 것에 한정되지 않는다. 다만 발광 영역과, 전극 및 캐리어 주입층에 사용되는 금속이 근접하여 일어나는 소광이 억제되도록, 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)에서 떨어진 곳에 정공과 전자가 재결합되는 발광 영역을 제공하는 구성이 바람직하다.
또한 발광층(113)과 접하는 정공 수송층 및 전자 수송층, 특히 발광층(113)에서의 재결합 영역에 가까운 캐리어 수송층은, 발광층에서 생성된 여기자로부터의 에너지 이동을 억제하기 위하여, 발광층을 구성하는 발광 재료 또는 발광층에 포함되는 발광 재료가 갖는 밴드 갭보다 큰 밴드 갭을 갖는 물질로 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 액적 토출법을 사용하여 EL층(786)을 형성하는 방법에 대하여, 도 2를 사용하여 설명한다. 도 2의 (A) 내지 (D)는 EL층(786)의 제작 방법을 설명하는 단면도이다.
먼저, 평탄화 절연막(770) 위에 도전막(772)이 형성되고, 도전막(772)의 일부를 덮도록 절연막(730)이 형성된다(도 2의 (A) 참조).
다음으로, 절연막(730)의 개구인 도전막(772)의 노출 부분에 액적 토출 장치(783)에서 액적(784)을 토출하여, 조성물을 포함하는 층(785)을 형성한다. 액적(784)은 용매를 포함하는 조성물이고, 도전막(772) 위에 부착된다(도 2의 (B) 참조).
또한 액적(784)을 토출하는 공정을 감압하에서 수행하여도 좋다.
다음으로, 조성물을 포함하는 층(785)으로부터 용매를 제거하고 고체화함으로써 EL층(786)을 형성한다(도 2의 (C) 참조).
또한 용매의 제거 방법으로서는 건조 공정 또는 가열 공정을 수행하면 좋다.
다음으로, EL층(786) 위에 도전막(788)을 형성하여 발광 디바이스(782)를 형성한다(도 2의 (D) 참조).
이와 같이, 발광 물질을 포함하는 EL층(786)을 액적 토출법으로 형성하면 선택적으로 조성물을 토출할 수 있기 때문에 재료의 낭비를 삭감할 수 있다. 또한 형상을 가공하기 위한 리소그래피 공정 등도 필요하지 않기 때문에 공정도 간략화할 수 있어 저비용화를 달성할 수 있다.
또한 상술한 액적 토출법이란, 조성물의 토출구를 갖는 노즐, 또는 하나 또는 복수의 노즐을 갖는 헤드 등 액적을 토출하는 수단을 갖는 것의 총칭으로 한다.
다음으로, 액적 토출법에 사용하는 액적 토출 장치에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 액적 토출 장치(1400)를 설명하는 개념도이다.
액적 토출 장치(1400)는 액적 토출 수단(1403)을 갖는다. 또한 액적 토출 수단(1403)은 헤드(1405)와, 헤드(1412)와, 헤드(1416)를 갖는다.
헤드(1405), 헤드(1412), 및 헤드(1416)는 제어 수단(1407)에 접속되고, 이것이 컴퓨터(1410)에 의하여 제어됨으로써, 미리 프로그래밍된 패턴을 묘화할 수 있다.
또한 묘화하는 타이밍으로서는, 예를 들어 기판(1402) 위에 형성된 마커(1411)를 기준으로 수행하면 좋다. 또는 기판(1402)의 가장자리를 기준으로 하여 기준점을 확정시켜도 좋다. 여기서는, 마커(1411)를 촬상 수단(1404)으로 검출하고 화상 처리 수단(1409)에 의하여 디지털 신호로 변환한 것을 컴퓨터(1410)로 인식한 후, 제어 신호를 발생시켜 제어 수단(1407)으로 보낸다.
촬상 수단(1404)으로서는, 전하 결합 소자(CCD), 상보형 금속-산화물-반도체(CMOS)를 이용한 이미지 센서 등을 사용할 수 있다. 또한 기판(1402) 위에 형성되어야 할 패턴의 정보는 기억 매체(1408)에 저장된 것이며, 이 정보에 의거하여 제어 수단(1407)에 제어 신호를 보냄으로써, 액적 토출 수단(1403)의 헤드(1405), 헤드(1412), 및 헤드(1416)를 개별적으로 제어할 수 있다. 토출되는 재료는 재료 공급원(1413), 재료 공급원(1414), 및 재료 공급원(1415)으로부터 배관을 통하여 헤드(1405), 헤드(1412), 및 헤드(1416)에 각각 공급된다.
헤드(1405), 헤드(1412), 및 헤드(1416) 내부는 점선(1406)으로 나타내는 바와 같이 액상의 재료를 충전하는 공간과, 토출구인 노즐을 갖는 구조가 되어 있다. 도시하지 않았지만, 헤드(1412) 및 헤드(1416)도 헤드(1405)와 같은 내부 구조를 갖는다. 헤드(1405), 헤드(1412), 및 헤드(1416)의 노즐을 각각 상이한 크기로 제공하면, 상이한 재료를 상이한 폭으로 동시에 묘화할 수 있다. 하나의 헤드로 복수 종류의 발광 재료 등을 각각 토출하여 묘화할 수 있고, 넓은 범위에 묘화하는 경우에는, 스루풋을 향상시키기 위하여 복수의 노즐로부터 같은 재료를 동시에 토출하여 묘화할 수 있다. 대형 기판을 사용하는 경우, 헤드(1405), 헤드(1412), 및 헤드(1416)는 기판 위를, 도 3의 X, Y, Z의 화살표 방향으로 자유롭게 주사하여, 묘화하는 영역을 자유롭게 설정할 수 있기 때문에, 같은 패턴을 하나의 기판에 복수 묘화할 수 있다.
또한 조성물을 토출하는 공정을 감압하에서 수행하여도 좋다. 토출 시에 기판을 가열해 두어도 좋다. 조성물을 토출한 후, 건조 및 소성 중 한쪽 또는 양쪽 공정을 수행한다. 건조 공정과 소성 공정은 양쪽 모두 가열 처리 공정이지만, 그 목적, 온도, 시간이 상이하다. 건조 공정, 소성 공정은 상압하 또는 감압하에서 레이저 광 조사, 순간 열 어닐, 또는 가열로를 사용한 가열 등에 의하여 수행된다. 또한 이 가열 처리를 수행하는 타이밍, 가열 처리 횟수는 특별히 한정되지 않는다. 건조 공정과 소성 공정을 양호하게 수행하기 위한 온도는 기판의 재질 및 조성물의 성질에 의존한다.
이상과 같이 하여, 액적 토출 장치를 사용하여 EL층(786)을 제작할 수 있다.
액적 토출 장치를 사용하여 EL층(786)을 제작하는 경우에 있어서, 각종 유기 재료 또는 유기 무기 할로젠 페로브스카이트류를 용매로 용해 또는 분산시킨 조성물로서 습식법에 의하여 형성하는 경우, 다양한 유기 용제를 사용하여 도포용 조성물로 할 수 있다. 상기 조성물로서 사용할 수 있는 유기 용제로서는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 테트라하이드로퓨란, 다이옥세인, 에탄올, 메탄올, n-프로판올, 아이소프로판올, n-뷰탄올, t-뷰탄올, 아세토나이트릴, 다이메틸설폭사이드, 다이메틸폼아마이드, 클로로폼, 메틸렌클로라이드, 사염화 탄소, 아세트산 에틸, 헥세인, 사이클로헥세인 등 다양한 유기 용제가 있다. 특히, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌 등의 저극성 벤젠 유도체를 사용하면 적합한 농도의 용액을 만들 수 있고, 또한 잉크 내에 포함되는 재료가 산화 등으로 인하여 열화되는 것을 방지할 수 있어 바람직하다. 또한 제작 후의 막의 균일성 및 막 두께의 균일성 등을 고려하면 비점이 100℃ 이상인 것이 바람직하고, 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌을 사용하는 것이 더 바람직하다.
또한 상기 구성은 다른 실시형태나 본 실시형태의 다른 구성과 적절히 조합할 수 있다. 또한 도 2, 도 3에서는, EL층(786)을 단층으로 형성하는 방법을 나타내었지만, 복수의 층의 적층으로 형성하여도 좋다. 이 경우, 액적 토출법 등의 습식법을 복수 회 수행하여 적층하여도 좋고, 증착법과 조합하여 적층하여도 좋다. 또한 정공 주입(수송)층으로부터 발광층까지를 액적 토출법 등의 습식법에 의하여 형성하고, 전자 수송층으로부터 음극까지를 증착법 또는 스퍼터링법 등의 건식법으로 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 복수의 발광 유닛이 적층된 구성을 갖는 발광 디바이스(적층형 소자, 탠덤형 소자라고도 함)의 형태에 대하여 도 1의 (C)를 참조하여 설명한다. 이 발광 디바이스는 양극과 음극 사이에 복수의 발광 유닛을 갖는 발광 디바이스이다. 하나의 발광 유닛은 도 1의 (A)에 나타낸 EL층(103)과 비슷한 구성을 갖는다. 즉, 도 1의 (C)에 나타낸 발광 디바이스는 복수의 발광 유닛을 갖는 발광 디바이스이고, 도 1의 (A) 또는 (B)에 나타낸 발광 디바이스는 하나의 발광 유닛을 갖는 발광 디바이스라고 할 수 있다.
도 1의 (C)에서, 양극(501)과 음극(502) 사이에는 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)이 적층되어 있고, 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512) 사이에는 전하 발생층(513)이 제공되어 있다. 양극(501)과 음극(502)은 각각 도 1의 (A)에서의 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)에 상당하고, 도 1의 (A)의 설명에서 기재한 것과 같은 것을 적용할 수 있다. 또한 제 1 발광 유닛(511)과 제 2 발광 유닛(512)의 구성은 같아도 좋고 달라도 좋다.
전하 발생층(513)은, 양극(501)과 음극(502)에 전압이 인가되었을 때 한쪽 발광 유닛에 전자를 주입하고 다른 쪽 발광 유닛에 정공을 주입하는 기능을 갖는다. 즉, 도 1의 (C)에서, 양극의 전위가 음극의 전위보다 높아지도록 전압이 인가된 경우, 전하 발생층(513)은 제 1 발광 유닛(511)에 전자를 주입하고 제 2 발광 유닛(512)에 정공을 주입하는 것이면 좋다.
전하 발생층(513)은 도 1의 (B)에서 설명한 전하 발생층(116)과 같은 구성으로 형성되는 것이 바람직하다. 유기 화합물과 금속 산화물의 복합 재료는 캐리어 주입성, 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동, 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한 발광 유닛의 양극 측의 면이 전하 발생층(513)과 접하는 경우에는, 전하 발생층(513)이 발광 유닛의 정공 주입층으로서의 역할도 할 수 있기 때문에, 이 발광 유닛에는 정공 주입층을 제공하지 않아도 된다.
또한 전하 발생층(513)에 전자 주입 버퍼층(119)을 제공하는 경우에는, 이 전자 주입 버퍼층(119)이 양극 측의 발광 유닛에서의 전자 주입층으로서의 역할을 하기 때문에, 양극 측의 발광 유닛에는 전자 주입층을 반드시 형성할 필요는 없다.
도 1의 (C)에서는 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 디바이스에 대하여 설명하였지만, 3개 이상의 발광 유닛을 적층한 발광 디바이스에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 본 실시형태에 따른 발광 디바이스와 같이, 한 쌍의 전극 사이에 복수의 발광 유닛을 전하 발생층(513)으로 칸막이하여 배치함으로써, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 고휘도 발광을 가능하게 하고 수명이 더 긴 소자를 실현할 수 있다. 또한 저전압 구동이 가능하고 소비 전력이 낮은 발광 장치를 실현할 수 있다.
또한 각 발광 유닛의 발광색을 다르게 함으로써, 발광 디바이스 전체로 원하는 색의 발광을 얻을 수 있다. 예를 들어, 2개의 발광 유닛을 갖는 발광 디바이스에서, 제 1 발광 유닛으로 적색과 녹색의 발광색을, 제 2 발광 유닛으로 청색의 발광색을 얻음으로써, 발광 디바이스 전체로 백색 발광하는 발광 디바이스를 얻을 수도 있다.
또한 상술한 EL층(103), 제 1 발광 유닛(511), 제 2 발광 유닛(512), 및 전하 발생층 등의 각 층, 및 전극은 예를 들어 증착법(진공 증착법을 포함함), 액적 토출법(잉크젯법이라고도 함), 도포법, 그라비어 인쇄법 등의 방법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 이들은 저분자 재료, 중분자 재료(올리고머, 덴드리머를 포함함), 또는 고분자 재료를 포함하여도 좋다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용한 발광 장치에 대하여 설명한다.
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하여 제작한 발광 장치에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다. 또한 도 4의 (A)는 발광 장치를 나타낸 상면도이고, 도 4의 (B)는 도 4의 (A)를 선 A-B 및 선 C-D를 따라 취한 단면도이다. 이 발광 장치는 발광 디바이스의 발광을 제어하는 것으로서, 점선으로 나타낸 구동 회로부(소스선 구동 회로)(601), 화소부(602), 구동 회로부(게이트선 구동 회로)(603)를 포함한다. 또한 604는 밀봉 기판을, 605는 실재를 나타내고, 실재(605)로 둘러싸인 내측은 공간(607)이 되어 있다.
또한 리드 배선(608)은 소스선 구동 회로(601) 및 게이트선 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송(傳送)하기 위한 배선이고, 외부 입력 단자가 되는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한 여기서는 FPC만을 도시하였지만, 이 FPC에 인쇄 배선 기판(PWB)이 장착되어도 좋다. 본 명세서에서는, 발광 장치 본체뿐만 아니라, 이에 FPC 또는 PWB가 장착된 것도 발광 장치의 범주에 포함하는 것으로 한다.
다음으로, 단면 구조에 대하여 도 4의 (B)를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 구동 회로부인 소스선 구동 회로(601)와, 화소부(602) 내의 하나의 화소를 도시하였다.
소자 기판(610)은 유리, 석영, 유기 수지, 금속, 합금, 반도체 등으로 이루어지는 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용하여 제작하면 좋다.
화소 및 구동 회로에 사용되는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 역 스태거형 트랜지스터로 하여도 좋고, 스태거형 트랜지스터로 하여도 좋다. 또한 톱 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋고, 보텀 게이트형 트랜지스터로 하여도 좋다. 트랜지스터에 사용되는 반도체 재료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 실리콘, 저마늄, 탄소화 실리콘, 질화 갈륨 등을 사용할 수 있다. 또는 In-Ga-Zn계 금속 산화물 등 인듐, 갈륨, 및 아연 중 적어도 하나를 포함한 산화물 반도체를 사용하여도 좋다.
트랜지스터에 사용되는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 결정성을 갖는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 갖는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 결정성을 갖는 반도체를 사용하면, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
여기서, 상기 화소 및 구동 회로에 제공되는 트랜지스터 외에, 후술하는 터치 센서 등에 사용되는 트랜지스터 등의 반도체 장치에는 산화물 반도체를 적용하는 것이 바람직하다. 특히 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 적용하는 것이 바람직하다. 실리콘보다 밴드 갭이 넓은 산화물 반도체를 사용함으로써, 트랜지스터의 오프 상태에서의 전류를 저감할 수 있다.
상기 산화물 반도체는 적어도 인듐(In) 또는 아연(Zn)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 In-M-Zn계 산화물(M은 Al, Ti, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, 또는 Hf 등의 금속)로 표기되는 산화물을 포함하는 산화물 반도체인 것이 더 바람직하다.
특히, 반도체층으로서는, 복수의 결정부를 갖고, 상기 결정부는 c축이 반도체층의 피형성면 또는 반도체층의 상면에 대하여 수직으로 배향되고, 또한 인접한 결정부들 사이에 입계를 갖지 않는 산화물 반도체막을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층으로서 이와 같은 재료를 사용함으로써, 전기 특성의 변동이 억제되어 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다.
또한 상술한 반도체층을 갖는 트랜지스터는 오프 전류가 낮기 때문에, 트랜지스터를 통하여 용량 소자에 축적된 전하가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 이와 같은 트랜지스터를 화소에 적용함으로써, 각 표시 영역에 표시된 화상의 계조를 유지하면서 구동 회로를 정지할 수도 있다. 이 결과, 소비 전력이 매우 저감된 전자 기기를 실현할 수 있다.
트랜지스터의 특성 안정화 등을 위하여 하지막을 제공하는 것이 바람직하다. 하지막으로서는 산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등의 무기 절연막을 사용하고, 단층으로 또는 적층하여 제작할 수 있다. 하지막은 스퍼터링법, CVD(Chemical Vapor Deposition)법(플라스마 CVD법, 열 CVD법, MOCVD(Metal Organic CVD)법 등), ALD(Atomic Layer Deposition)법, 도포법, 인쇄법 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 하지막은 필요에 따라 제공하면 된다.
또한 FET(623)는 구동 회로부(601)에 형성되는 트랜지스터 중 하나를 도시한 것이다. 또한 구동 회로는 다양한 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로로 형성되면 좋다. 또한 본 실시형태에서는, 기판 위에 구동 회로를 형성한 드라이버 일체형에 대하여 설명하지만, 반드시 그럴 필요는 없고 구동 회로를 기판 위가 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
또한 화소부(602)는 스위칭용 FET(611), 전류 제어용 FET(612), 및 전류 제어용 FET(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 복수의 화소로 형성되어 있지만, 이에 한정되지 않고 3개 이상의 FET와, 용량 소자를 조합한 화소부로 하여도 좋다.
또한 제 1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 여기서는, 포지티브형 감광성 아크릴 수지막을 사용함으로써 절연물(614)을 형성할 수 있다.
또한 나중에 형성하는 EL층 등의 피복성을 양호하게 하기 위하여, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들어, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용한 경우에는, 절연물(614)의 상단부에만 곡률 반경(0.2μm 내지 3μm)을 갖는 곡면을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 또한 절연물(614)로서는, 네거티브형 감광성 수지 및 포지티브형 감광성 수지 중 어느 쪽을 사용할 수도 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 사용하는 재료는 일함수가 큰 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO막, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물막, 2wt% 내지 20wt%의 산화 아연을 포함한 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층막 외에, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막의 적층, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막과 질화 타이타늄막의 3층 구조 등을 사용할 수 있다. 또한 적층 구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 옴 접촉(ohmic contact)이 얻어지며, 양극으로서 기능시킬 수 있다.
또한 EL층(616)은 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법 등의 다양한 방법으로 형성된다. 또한 EL층(616)을 구성하는 다른 재료로서는, 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머를 포함함)을 사용하여도 좋다.
또한 EL층(616) 위에 형성되고 음극으로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 작은 재료(Al, Mg, Li, Ca, 혹은 이들의 합금 또는 화합물(MgAg, MgIn, AlLi 등) 등)를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 EL층(616)에서 생긴 광이 제 2 전극(617)을 투과하는 경우에는, 제 2 전극(617)으로서 두께가 얇은 금속 박막과, 투명 도전막(ITO, 2wt% 내지 20wt%의 산화 아연을 포함한 산화 인듐, 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물, 산화 아연(ZnO) 등)의 적층을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 제 1 전극(613), EL층(616), 및 제 2 전극(617)으로 발광 디바이스(618)가 형성되어 있다. 이 발광 디바이스는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스이다. 또한 화소부에는 복수의 발광 디바이스가 형성되어 있지만, 본 실시형태의 발광 장치에는, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스와, 이와 다른 구성을 갖는 발광 디바이스의 양쪽이 포함되어도 좋다.
또한 실재(605)로 밀봉 기판(604)과 소자 기판(610)을 접합함으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 디바이스(618)가 제공된 구조가 된다. 또한 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있고, 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 실재로 충전되는 경우가 있다. 밀봉 기판에 오목부를 형성하고 거기에 건조제를 제공함으로써, 수분의 영향으로 인한 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
또한 실재(605)에는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이들 재료는 수분 및 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 또한 밀봉 기판(604)에 사용하는 재료로서는 유리 기판 또는 석영 기판 외에, FRP(Fiber Reinforced Plastics), PVF(폴리바이닐플루오라이드), 폴리에스터, 또는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
도 4에는 도시하지 않았지만, 제 2 전극 위에 보호막을 제공하여도 좋다. 보호막은 유기 수지막 또는 무기 절연막으로 형성하면 좋다. 또한 실재(605)의 노출된 부분을 덮도록 보호막이 형성되어도 좋다. 또한 보호막은 한 쌍의 기판의 표면 및 측면, 밀봉층, 절연층 등의 노출된 측면을 덮어 제공할 수 있다.
보호막에는 물 등의 불순물을 투과시키기 어려운 재료를 사용할 수 있다. 따라서 물 등의 불순물이 외부로부터 내부로 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
보호막을 구성하는 재료로서는 산화물, 질화물, 플루오린화물, 황화물, 삼원 화합물, 금속, 또는 폴리머 등을 사용할 수 있고, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 하프늄실리케이트, 산화 란타넘, 산화 실리콘, 타이타늄산 스트론튬, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 아연, 산화 나이오븀, 산화 지르코늄, 산화 주석, 산화 이트륨, 산화 세륨, 산화 스칸듐, 산화 어븀, 산화 바나듐, 또는 산화 인듐 등을 포함하는 재료, 질화 알루미늄, 질화 하프늄, 질화 실리콘, 질화 탄탈럼, 질화 타이타늄, 질화 나이오븀, 질화 몰리브데넘, 질화 지르코늄, 또는 질화 갈륨 등을 포함하는 재료, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 질화물, 타이타늄 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 알루미늄 및 아연을 포함하는 산화물, 망가니즈 및 아연을 포함하는 황화물, 세륨 및 스트론튬을 포함하는 황화물, 어븀 및 알루미늄을 포함하는 산화물, 이트륨 및 지르코늄을 포함하는 산화물 등을 포함하는 재료를 사용할 수 있다.
보호막은 단차 피복성(step coverage)이 양호한 성막 방법을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 방법 중 하나에 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법이 있다. ALD법을 사용하여 형성할 수 있는 재료를 보호막에 사용하는 것이 바람직하다. ALD법을 사용함으로써, 크랙 및 핀홀 등의 결함이 저감되거나 두께가 균일한, 치밀한 보호막을 형성할 수 있다. 또한 보호막의 형성 시에 가공 부재에 가해지는 손상을 저감할 수 있다.
예를 들어 ALD법을 사용함으로써, 복잡한 요철 형상을 갖는 표면, 그리고 터치 패널의 상면, 측면, 및 뒷면에도 균일하고 결함이 적은 보호막을 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 하여, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하여 제작된 발광 장치를 얻을 수 있다.
본 실시형태에서의 발광 장치에는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치를 얻을 수 있다. 구체적으로는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 좋기 때문에, 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
도 5에는, 백색 발광을 나타내는 발광 디바이스를 형성하고 착색층(컬러 필터) 등을 제공함으로써 풀 컬러 표시를 실현한 발광 장치의 예를 나타내었다. 도 5의 (A)에는 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 디바이스의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 1024B), 격벽(1025), EL층(1028), 발광 디바이스의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 실재(1032) 등을 도시하였다.
또한 도 5의 (A)에서는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))이 투명한 기재(1033)에 제공되어 있다. 또한 블랙 매트릭스(1035)를 더 제공하여도 좋다. 착색층 및 블랙 매트릭스가 제공된 투명한 기재(1033)는, 위치를 맞추어 기판(1001)에 고정된다. 또한 착색층 및 블랙 매트릭스(1035)는 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 또한 도 5의 (A)에서는 광이 착색층을 투과하지 않고 외부로 방출되는 발광층과, 광이 각 색의 착색층을 투과하여 외부로 방출되는 발광층이 있고, 착색층을 투과하지 않는 광은 백색이 되고, 착색층을 투과하는 광은 적색, 녹색, 청색이 되기 때문에, 4색의 화소로 영상을 표현할 수 있다.
도 5의 (B)에는 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성하는 예를 나타내었다. 이와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공되어도 좋다.
또한 상술한 발광 장치는, FET가 형성된 기판(1001) 측으로 광이 추출되는 구조(보텀 이미션형)의 발광 장치이지만, 밀봉 기판(1031) 측으로 광이 추출되는 구조(톱 이미션형)의 발광 장치이어도 좋다. 톱 이미션형 발광 장치의 단면도를 도 6에 도시하였다. 이 경우, 기판(1001)으로서는 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. FET와 발광 디바이스의 양극을 접속하는 접속 전극을 제작하는 단계까지는 보텀 이미션형 발광 장치와 같은 식으로 형성한다. 그 후, 전극(1022)을 덮어 제 3 층간 절연막(1037)을 형성한다. 이 절연막은 평탄화의 역할을 가져도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막과 같은 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 다른 공지의 재료를 사용하여 형성할 수도 있다.
여기서 발광 디바이스의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 1024B)은 양극이지만, 음극이어도 좋다. 또한 도 6과 같은 톱 이미션형 발광 장치의 경우, 제 1 전극을 반사 전극으로 하는 것이 바람직하다. EL층(1028)의 구성은 실시형태 2에서 설명한 EL층(103)과 유사한 구성으로 하고, 또한 백색 발광이 얻어지는 소자 구조로 한다.
도 6과 같은 톱 이미션 구조의 경우, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B))을 제공한 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치하도록 블랙 매트릭스(1035)를 제공하여도 좋다. 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 청색 착색층(1034B)) 및 블랙 매트릭스는 오버코트층(1036)으로 덮여 있어도 좋다. 또한 밀봉 기판(1031)에는 투광성을 갖는 기판을 사용한다. 또한 여기서는 적색, 녹색, 청색, 백색의 4색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하는 예를 제시하였지만, 이에 특별히 한정되지 않고, 적색, 황색, 녹색, 청색의 4색, 또는 적색, 녹색, 청색의 3색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다.
톱 이미션형 발광 장치에서는 마이크로캐비티 구조를 바람직하게 적용할 수 있다. 마이크로캐비티 구조를 갖는 발광 디바이스는, 제 1 전극을 반사 전극으로 하고, 제 2 전극을 반투과·반반사 전극으로 함으로써 얻을 수 있다. 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에는 적어도 EL층을 갖고, 적어도 발광 영역이 되는 발광층을 갖는다.
또한 반사 전극은 가시광의 반사율이 40% 내지 100%, 바람직하게는 70% 내지 100%이고, 또한 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막이다. 또한 반투과·반반사 전극은 가시광의 반사율이 20% 내지 80%, 바람직하게는 40% 내지 70%이고, 또한 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 막이다.
EL층에 포함되는 발광층으로부터 사출되는 발광은 반사 전극과 반투과·반반사 전극에 의하여 반사되어 공진된다.
상기 발광 디바이스에서는, 투명 도전막, 상술한 복합 재료, 캐리어 수송 재료 등의 두께를 바꿈으로써 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이의 광학적 거리를 변경할 수 있다. 이로써, 반사 전극과 반투과·반반사 전극 사이에서, 공진하는 파장의 광을 강하게 하고, 공진하지 않는 파장의 광을 감쇠시킬 수 있다.
또한 반사 전극에 의하여 반사되어 되돌아온 광(제 1 반사광)은 발광층으로부터 반투과·반반사 전극에 직접 입사하는 광(제 1 입사광)과의 큰 간섭을 일으키기 때문에, 반사 전극과 발광층의 광학적 거리를 (2n-1)λ/4(다만 n은 1 이상의 자연수이고, λ는 증폭하고자 하는 발광의 파장임)로 조절하는 것이 바람직하다. 상기 광학적 거리를 조절함으로써, 제 1 반사광과 제 1 입사광의 위상을 맞추어 발광층으로부터의 발광을 더 증폭시킬 수 있다.
또한 상기 구성에서, EL층은 복수의 발광층을 갖는 구조이어도 좋고, 하나의 발광층을 갖는 구조이어도 좋다. 예를 들어, 상술한 탠덤형 발광 디바이스의 구성과 조합하여, 하나의 발광 디바이스에 전하 발생층을 끼우는 복수의 EL층을 제공하고, 각 EL층이 하나 또는 복수의 발광층으로 형성되는 구성으로 하여도 좋다.
마이크로캐비티 구조를 가짐으로써 정면 방향에서의 특정 파장의 발광 강도를 높일 수 있기 때문에, 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 또한 적색, 황색, 녹색, 청색의 4색의 부화소로 영상을 표시하는 발광 장치의 경우, 황색 발광에 의하여 휘도를 높이고, 모든 부화소에서 각 색의 파장에 맞춘 마이크로캐비티 구조를 적용할 수 있기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치로 할 수 있다.
본 실시형태에서의 발광 장치에는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하기 때문에, 특성이 양호한 발광 장치를 얻을 수 있다. 구체적으로는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 좋기 때문에, 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
여기까지는, 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 설명하였지만, 이하에서는 패시브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 설명한다. 도 7에는 본 발명을 적용하여 제작한 패시브 매트릭스형 발광 장치를 도시하였다. 또한 도 7의 (A)는 발광 장치를 도시한 사시도이고, 도 7의 (B)는 도 7의 (A)를 선 X-Y를 따라 취한 단면도이다. 도 7에서, 기판(951) 위에는, 전극(952)과 전극(956) 사이에 EL층(955)이 제공된다. 전극(952)의 단부는 절연층(953)으로 덮여 있다. 그리고 절연층(953) 위에는 격벽층(954)이 제공되어 있다. 격벽층(954)의 측벽은, 기판면에 가까워짐에 따라, 한쪽 측벽과 다른 쪽 측벽 사이의 간격이 좁아지는 경사를 갖는다. 즉, 격벽층(954)의 짧은 변 방향의 단면은 사다리꼴 형상이고, 저변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고 절연층(953)과 접하는 변)이 상변(절연층(953)의 면 방향과 같은 방향을 향하고 절연층(953)과 접하지 않는 변)보다 짧다. 이와 같이 격벽층(954)을 제공함으로써, 정전기 등에 기인한 발광 디바이스의 불량을 방지할 수 있다. 또한 패시브 매트릭스형 발광 장치에서도 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용하기 때문에, 신뢰성이 높은 발광 장치 또는 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
상술한 발광 장치는 매트릭스로 배치된 다수의 미소한 발광 디바이스를 각각 제어할 수 있기 때문에, 화상을 표현하는 표시 장치로서 적합하게 이용할 수 있다.
또한 본 실시형태는 다른 실시형태와 자유로이 조합될 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 조명 장치로서 사용하는 예를 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8의 (B)는 조명 장치의 상면도이고, 도 8의 (A)는 도 8의 (B)의 선 e-f를 따르는 단면도이다.
본 실시형태의 조명 장치는, 지지체인 투광성을 갖는 기판(400) 위에 제 1 전극(401)이 형성되어 있다. 제 1 전극(401)은 실시형태 2의 제 1 전극(101)에 상당한다. 제 1 전극(401) 측으로부터 발광을 추출하는 경우, 제 1 전극(401)을 투광성을 갖는 재료로 형성한다.
제 2 전극(404)에 전압을 공급하기 위한 패드(412)가 기판(400) 위에 형성된다.
제 1 전극(401) 위에는 EL층(403)이 형성되어 있다. EL층(403)의 구성은, 실시형태 2에서의 EL층(103)의 구성, 또는 제 1 발광 유닛(511), 제 2 발광 유닛(512), 및 전하 발생층(513)을 조합한 구성 등에 상당한다. 또한 이들 구성에 대해서는 위의 기재를 참조하기 바란다.
EL층(403)을 덮어 제 2 전극(404)을 형성한다. 제 2 전극(404)은 실시형태 2에서의 제 2 전극(102)에 상당한다. 발광을 제 1 전극(401) 측으로부터 추출하는 경우, 제 2 전극(404)은 반사율이 높은 재료로 형성된다. 제 2 전극(404)은 패드(412)와 접속됨으로써 전압이 공급된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에 기재된 조명 장치는 제 1 전극(401), EL층(403), 및 제 2 전극(404)을 갖는 발광 디바이스를 포함한다. 이 발광 디바이스는 발광 효율이 높기 때문에, 본 실시형태의 조명 장치를 소비 전력이 낮은 조명 장치로 할 수 있다.
상기 구성을 갖는 발광 디바이스가 형성된 기판(400)을 실재(405 및 406)를 사용하여 밀봉 기판(407)에 고착하고 밀봉함으로써, 조명 장치가 완성된다. 실재(405) 및 실재(406) 중 어느 쪽만을 사용하여도 좋다. 또한 내측의 실재(406)(도 8의 (B)에는 도시하지 않았음)에는 건조제를 섞을 수도 있고, 이로써 수분을 흡착시킬 수 있기 때문에 신뢰성이 향상된다.
또한 패드(412)와 제 1 전극(401)의 일부를 실재(405 및 406) 밖으로 연장시켜 제공함으로써 외부 입력 단자로 할 수 있다. 또한 그 위에 컨버터 등을 탑재한 IC칩(420) 등을 제공하여도 좋다.
본 실시형태에 기재된 조명 장치에서는 EL 소자에 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스가 사용되기 때문에, 소비 전력이 낮은 발광 장치로 할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 그 일부에 포함하는 전자 기기의 예에 대하여 설명한다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 높고 소비 전력이 낮은 발광 디바이스이다. 따라서 본 실시형태에 기재되는 전자 기기를 소비 전력이 낮은 발광부를 갖는 전자 기기로 할 수 있다.
상기 발광 디바이스를 적용한 전자 기기로서는, 예를 들어 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기(휴대 전화, 휴대 전화 장치라고도 함), 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 파친코기 등의 대형 게임기 등이 있다. 이들 전자 기기의 구체적인 예를 이하에서 기재한다.
도 9의 (A)는 텔레비전 장치의 일례를 나타낸 것이다. 텔레비전 장치는 하우징(7101)에 표시부(7103)가 제공되어 있다. 또한 여기서는 스탠드(7105)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타내었다. 표시부(7103)에 영상을 표시할 수 있고, 표시부(7103)는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 매트릭스로 배열하여 구성되어 있다.
텔레비전 장치는 하우징(7101)이 갖는 조작 스위치 또는 별체의 리모트 컨트롤러(7110)로 조작할 수 있다. 리모트 컨트롤러(7110)의 조작 키(7109)에 의하여, 채널 및 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7103)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다. 또한 상기 리모트 컨트롤러(7110)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부(7107)를 리모트 컨트롤러(7110)에 제공하는 구성으로 하여도 좋다.
또한 텔레비전 장치는 수신기 및 모뎀 등을 갖는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반 텔레비전 방송을 수신할 수 있고, 모뎀을 통하여 유선 또는 무선 통신 네트워크에 접속함으로써, 단방향(송신자로부터 수신자로) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 간, 또는 수신자들끼리 등)의 정보 통신을 할 수도 있다.
도 9의 (B1)에 도시된 컴퓨터는 본체(7201), 하우징(7202), 표시부(7203), 키보드(7204), 외부 접속 포트(7205), 포인팅 디바이스(7206) 등을 포함한다. 또한 이 컴퓨터는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 매트릭스로 배열하여 표시부(7203)에 사용함으로써 제작된다. 도 9의 (B1)의 컴퓨터는 도 9의 (B2)에 도시된 구조를 가져도 좋다. 도 9의 (B2)의 컴퓨터에는 키보드(7204) 및 포인팅 디바이스(7206) 대신에 제 2 표시부(7210)가 제공되어 있다. 제 2 표시부(7210)는 터치 패널식이므로, 제 2 표시부(7210)에 표시된 입력용 표시를 손가락 또는 전용 펜으로 조작함으로써 입력을 할 수 있다. 또한 제 2 표시부(7210)는 입력용 표시뿐만 아니라 기타 화상을 표시할 수도 있다. 또한 표시부(7203)도 터치 패널이어도 좋다. 2개의 화면이 힌지로 연결되어 있으면, 수납 또는 운반할 때 화면을 손상시키거나 파손시키는 등의 문제 발생도 방지할 수 있다.
도 9의 (C)는 휴대 단말기의 일례를 나타낸 것이다. 휴대 전화기는 하우징(7401)에 제공된 표시부(7402) 외에 조작 버튼(7403), 외부 접속 포트(7404), 스피커(7405), 마이크로폰(7406) 등을 갖는다. 또한 휴대 전화기는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 매트릭스로 배열하여 제작한 표시부(7402)를 갖는다.
도 9의 (C)에 도시된 휴대 단말기는, 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써 정보를 입력할 수 있는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우, 표시부(7402)를 손가락 등으로 터치함으로써, 전화를 걸거나 메일을 작성하는 등의 조작을 할 수 있다.
표시부(7402)의 화면에는 주로 3가지 모드가 있다. 첫 번째 모드는 화상의 표시를 주로 하는 표시 모드이고, 두 번째 모드는 문자 등의 정보의 입력을 주로 하는 입력 모드이다. 세 번째 모드는 표시 모드와 입력 모드의 2가지 모드가 혼합된 표시+입력 모드이다.
예를 들어, 전화를 걸거나 메일을 작성하는 경우에는, 표시부(7402)의 모드를 문자의 입력을 주로 하는 문자 입력 모드로 하여, 화면에 표시된 문자를 입력하면 좋다. 이 경우, 표시부(7402)의 화면의 대부분에 키보드 또는 번호 버튼이 표시되는 것이 바람직하다.
또한 자이로스코프, 가속도 센서 등 기울기를 검출하는 센서를 갖는 검출 장치를 휴대 단말기 내부에 제공함으로써, 휴대 단말기의 방향(세로인지 가로인지)을 판단하여, 표시부(7402)의 화면 표시가 자동적으로 전환되도록 할 수 있다.
또한 화면 모드는 표시부(7402)를 터치하거나 하우징(7401)의 조작 버튼(7403)을 조작함으로써 전환된다. 또한 표시부(7402)에 표시되는 화상의 종류에 따라 전환되도록 할 수도 있다. 예를 들어, 표시부에 표시되는 화상 신호가 동영상의 데이터이면 표시 모드로, 텍스트 데이터이면 입력 모드로 전환된다.
또한 입력 모드에서 표시부(7402)의 광 센서로 검출되는 신호를 검지하고, 표시부(7402)의 터치 조작에 의한 입력이 일정 기간 없는 경우에는, 화면의 모드를 입력 모드로부터 표시 모드로 전환하도록 제어하여도 좋다.
표시부(7402)는 이미지 센서로서 기능할 수도 있다. 예를 들어, 표시부(7402)를 손바닥 또는 손가락으로 터치하여 장문, 지문 등을 촬상함으로써, 본인 인증을 할 수 있다. 또한 표시부에 근적외광을 발하는 백라이트 또는 근적외광을 발하는 센싱용 광원을 사용하면, 손가락 정맥, 손바닥 정맥 등을 촬상할 수도 있다.
도 10의 (A)는 로봇 청소기의 일례를 나타낸 모식도이다.
로봇 청소기(5100)는 상면에 배치된 디스플레이(5101), 측면에 배치된 복수의 카메라(5102), 브러시(5103), 조작 버튼(5104)을 갖는다. 또한 도시되지 않았지만, 로봇 청소기(5100)의 하면에는 바퀴, 흡입구 등이 제공되어 있다. 로봇 청소기(5100)는 그 외에 적외선 센서, 초음파 센서, 가속도 센서, 피에조 센서, 광 센서, 자이로 센서 등의 각종 센서를 갖는다. 또한 로봇 청소기(5100)는 무선 통신 수단을 갖는다.
로봇 청소기(5100)는 자력으로 움직이고, 쓰레기(5120)를 검지하고, 하면에 제공된 흡입구로부터 쓰레기를 흡인할 수 있다.
또한 로봇 청소기(5100)는 카메라(5102)가 촬영한 화상을 해석하여 벽, 가구, 또는 단차 등의 장애물의 유무를 판단할 수 있다. 또한 화상을 해석함으로써 배선 등 브러시(5103)에 얽히기 쉬운 물체를 검지한 경우에는, 브러시(5103)의 회전을 멈출 수 있다.
디스플레이(5101)에는 배터리 잔량 및 흡인한 쓰레기의 양 등을 표시할 수 있다. 로봇 청소기(5100)가 주행한 경로를 디스플레이(5101)에 표시하여도 좋다. 또한 디스플레이(5101)를 터치 패널로 하고, 조작 버튼(5104)을 디스플레이(5101)에 제공하여도 좋다.
로봇 청소기(5100)는 스마트폰 등의 휴대 전자 기기(5140)와 통신할 수 있다. 카메라(5102)가 촬영한 화상을 휴대 전자 기기(5140)에 표시할 수 있다. 그러므로 로봇 청소기(5100)의 소유자는 밖에 있어도 방의 상황을 알 수 있다. 또한 디스플레이(5101)의 표시를 스마트폰 등의 휴대 전자 기기로 확인할 수도 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치는 디스플레이(5101)에 사용할 수 있다.
도 10의 (B)에 도시된 로봇(2100)은 연산 장치(2110), 조도 센서(2101), 마이크로폰(2102), 상부 카메라(2103), 스피커(2104), 디스플레이(2105), 하부 카메라(2106), 장애물 센서(2107), 및 이동 기구(2108)를 갖는다.
마이크로폰(2102)은 사용자의 목소리 및 환경음 등을 검지하는 기능을 갖는다. 또한 스피커(2104)는 음성을 출력하는 기능을 갖는다. 로봇(2100)은 마이크로폰(2102) 및 스피커(2104)를 사용하여 사용자와 의사소통을 할 수 있다.
디스플레이(2105)는 각종 정보를 표시하는 기능을 갖는다. 로봇(2100)은 사용자가 원하는 정보를 디스플레이(2105)에 표시할 수 있다. 디스플레이(2105)에는 터치 패널을 탑재하여도 좋다. 또한 디스플레이(2105)는 탈착 가능한 정보 단말기이어도 좋고, 로봇(2100)의 정위치에 설치되면 충전 및 데이터 통신을 할 수 있다.
상부 카메라(2103) 및 하부 카메라(2106)는 로봇(2100)의 주위를 촬상하는 기능을 갖는다. 또한 장애물 센서(2107)는, 이동 기구(2108)를 사용하여 로봇(2100)이 앞으로 가는 진행 방향에서의 장애물의 유무를 감지할 수 있다. 로봇(2100)은 상부 카메라(2103), 하부 카메라(2106), 및 장애물 센서(2107)를 사용하여 주위의 환경을 인식함으로써 안전하게 이동할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치는 디스플레이(2105)에 사용할 수 있다.
도 10의 (C)는 고글형 디스플레이의 일례를 나타낸 도면이다. 고글형 디스플레이는 예를 들어 하우징(5000), 표시부(5001), 스피커(5003), LED 램프(5004), 접속 단자(5006), 센서(5007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 갖는 것), 마이크로폰(5008), 표시부(5002), 지지부(5012), 이어폰(5013) 등을 갖는다.
본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치는 표시부(5001) 및 표시부(5002)에 사용할 수 있다.
도 11은 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 조명 장치인 전기 스탠드에 사용한 예를 나타낸 것이다. 도 11에 나타낸 전기 스탠드는 하우징(2001)과 광원(2002)을 갖고, 광원(2002)에는 실시형태 3에 기재된 조명 장치를 사용하여도 좋다.
도 12는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 실내의 조명 장치(3001)로서 사용한 예를 나타낸 것이다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 발광 효율이 높은 발광 디바이스이기 때문에, 소비 전력이 낮은 조명 장치로 할 수 있다. 또한 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 대면적화가 가능하므로, 대면적의 조명 장치로서 사용할 수 있다. 또한 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 얇기 때문에, 박형화된 조명 장치로서 사용할 수 있다.
실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 자동차의 앞유리 및 대시 보드에도 탑재될 수 있다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 자동차의 앞유리 및 대시 보드에 사용하는 일 형태를 도 13에 도시하였다. 표시 영역(5200) 내지 표시 영역(5203)은 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 포함한다.
표시 영역(5200)과 표시 영역(5201)은 자동차의 앞유리에 제공되고, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스가 탑재된 표시 장치이다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스는 제 1 전극과 제 2 전극을 투광성을 갖는 전극으로 제작함으로써, 반대편이 비쳐 보이는 소위 시스루 상태의 표시 장치로 할 수 있다. 시스루 상태의 표시 장치이면, 자동차의 앞유리에 설치하여도 시야를 가리지 않고 설치할 수 있다. 또한 구동을 위한 트랜지스터 등을 제공하는 경우에는, 유기 반도체 재료를 사용한 유기 트랜지스터 또는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터 등 투광성을 갖는 트랜지스터를 사용하면 좋다.
표시 영역(5202)은 필러 부분에 제공되고, 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스가 탑재된 표시 장치이다. 표시 영역(5202)은, 차체에 제공된 촬상 수단으로부터의 영상을 표시함으로써, 필러로 가려진 시야를 보완할 수 있다. 또한 마찬가지로, 대시 보드 부분에 제공된 표시 영역(5203)은 차체로 가려진 시야를, 자동차의 외측에 제공된 촬상 수단으로부터의 영상을 표시함으로써, 사각을 보완하여 안전성을 높일 수 있다. 보이지 않는 부분을 보완하도록 영상을 표시함으로써, 더 자연스럽고 위화감 없이 안전을 확인할 수 있다.
표시 영역(5203)은 내비게이션 정보, 속도계 및 회전계의 설정 등 다양한 정보를 제공할 수 있다. 표시 항목 및 레이아웃은 사용자의 취향에 맞추어 적절히 변경할 수 있다. 또한 이들 정보는 표시 영역(5200) 내지 표시 영역(5202)에도 표시할 수 있다. 또한 표시 영역(5200) 내지 표시 영역(5203)을 조명 장치로서 사용할 수도 있다.
또한 도 14의 (A), (B)에 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)를 도시하였다. 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(5150)는 하우징(5151), 표시 영역(5152), 및 굴곡부(5153)를 갖는다. 도 14의 (A)는 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(5150)를 도시한 것이다. 도 14의 (B)는 접은 상태의 휴대 정보 단말기를 도시한 것이다. 휴대 정보 단말기(5150)는 큰 표시 영역(5152)을 가짐에도 불구하고, 접으면 작고 가반성(可搬性)이 우수하다.
표시 영역(5152)은 굴곡부(5153)에 의하여 반으로 접을 수 있다. 굴곡부(5153)는 신축 가능한 부재와 복수의 지지 부재로 구성되어 있고, 접을 때는 신축 가능한 부재가 신장하고, 굴곡부(5153)는 2mm 이상, 바람직하게는 3mm 이상의 곡률 반경을 갖도록 접힌다.
또한 표시 영역(5152)은 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시 영역(5152)에 사용할 수 있다.
또한 도 15의 (A) 내지 (C)에 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9310)를 도시하였다. 도 15의 (A)는 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(9310)를 도시한 것이다. 도 15의 (B)는 펼친 상태에서 접은 상태로, 또는 접은 상태에서 펼친 상태로 변화하는 도중의 휴대 정보 단말기(9310)를 도시한 것이다. 도 15의 (C)는 접은 상태의 휴대 정보 단말기(9310)를 도시한 것이다. 접은 상태의 휴대 정보 단말기(9310)는 가반성이 우수하고, 펼친 상태의 휴대 정보 단말기(9310)는 이음매가 없는 넓은 표시 영역을 가지므로 표시의 일람성(一覽性)이 높다.
표시 패널(9311)은 힌지(9313)로 연결된 3개의 하우징(9315)에 의하여 지지되어 있다. 또한 표시 패널(9311)은 터치 센서(입력 장치)가 탑재된 터치 패널(입출력 장치)이어도 좋다. 또한 표시 패널(9311)은, 힌지(9313)를 이용하여 2개의 하우징(9315) 사이를 굴곡시킴으로써, 휴대 정보 단말기(9310)를 펼친 상태로부터 접은 상태로 가역적으로 변형시킬 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따른 발광 장치를 표시 패널(9311)에 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태인 유기 화합물은 유기 박막 태양 전지(OPV) 및 유기 광 다이오드(OPD) 등의 전자 소자에 사용할 수 있다. 더 구체적으로는, 캐리어 수송성을 갖기 때문에, 캐리어 수송층, 캐리어 주입층에 사용할 수 있다. 또한 억셉터성 물질과의 혼합막을 사용함으로써, 전하 발생층으로서 사용할 수 있다. 또한 광 여기되기 때문에, 발전층 또는 활성층으로서 사용할 수 있다.
또한 본 실시형태에 기재되는 구성은, 실시형태 1 내지 실시형태 4에 기재된 구성을 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 갖는 발광 장치의 적용 범위는 매우 넓고, 이 발광 장치는 다양한 분야의 전자 기기에 적용될 수 있다. 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 사용함으로써, 소비 전력이 낮은 전자 기기를 얻을 수 있다.
(실시예 1)
<<합성예 1>>
본 실시예에서는, 실시형태 1에서 구조식(100)으로 나타내어진 유기 화합물인, 4-[3,6-비스(N,N-다이페닐아미노)카바졸-9-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4DPhA2CzBfpm)의 합성 방법에 대하여 자세히 설명한다. 4DPhA2CzBfpm의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 29]
Figure pct00031
<4-[3,6-비스(N,N-다이페닐아미노)카바졸-9-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4DPhA2CzBfpm)의 합성>
50mL 3구 플라스크 내를 질소 치환한 후, 수산화 소듐(NaH) 79mg(2.0mmol)과 탈수 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF) 15mL를 넣고, 0℃에서 교반하였다. 여기에 3,6-비스(N,N-다이페닐아미노)카바졸 0.72g(1.4mmol)을 첨가하고, 0℃에서 30분 동안 교반하였다. 그 후, 4-클로로벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 0.27g(1.3mmol)을 첨가하고, 실온에서 18시간 동안 교반하였다. 소정 시간 경과 후, 이 혼합물에 물을 첨가하고, 석출된 고체를 흡인 여과에 의하여 회수하였다. 얻어진 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 톨루엔:아세트산 에틸=4:1)에 의하여 정제하고, 그리고 아세트산 에틸과 메탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정한 결과, 목적물인 황색 고체를 0.62g(0.93mmol), 수율 71%로 얻었다. 본 합성예의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 30]
Figure pct00032
얻어진 황색 고체 0.61g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 압력 3.4Pa, 아르곤 유량 5mL/min, 290℃의 조건에서 수행하였다. 승화 정제 후, 4DPhA2CzBfpm의 황색 분말을 0.55g, 회수율 84%로 얻었다.
얻어진 화합물의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)에 의한 측정 결과를 도 16의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 또한 도 16의 (B)는 도 16의 (A)에서의 6.5ppm 내지 9.5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 그래프이다. 또한 수치 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(DMSO-d6,300MHz):δ=6.92-7.03(m, 12H), 7.20-7.29(m, 10H), 7.61-7.68(m, 1H), 7.81-7.93(m, 4H), 8.02(d, J=2.2Hz, 2H), 8.36(d, J=7.3Hz, 1H), 9.29(s, 1H).
다음으로, 4DPhA2CzBfpm의 톨루엔 용액에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 17에 나타내었다. 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하여 측정하고, 톨루엔만을 석영 셀에 넣고 측정한 스펙트럼을 빼고 나타내었다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는, 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-920)를 사용하였다.
또한 4DPhA2CzBfpm의 박막 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 형광 스펙트럼을 도 18에 나타내었고, 인광 스펙트럼을 도 19에 나타내었다. 흡수 스펙트럼의 측정에는, 분광 광도계(Hitachi High-Technologies Corporation 제조, 분광 광도계 U4100)를 사용하였다. 흡수 스펙트럼 측정용 고체 박막은 석영 기판 위에 진공 증착법으로 제작하였다. 또한 형광 스펙트럼 및 인광 스펙트럼의 측정에는, 현미 PL 장치 LabRAM HR-PL(HORIBA, Ltd. 제조)을 사용하였다. 측정 온도는 10K로 하고, 여기광으로서 He-Cd 레이저(325nm)를 사용하고, 검출기로서 CCD 검출기를 사용하였다. 시료의 박막은 석영 기판 위에 두께 약 50nm로 성막하고, 질소 분위기에서 그 석영 기판에 대하여 증착면 측으로부터 다른 석영 기판을 붙인 후, 측정에 사용하였다. 또한 본 발광 스펙트럼의 측정은 저온(10K)에서 수행하였기 때문에, 통상의 발광 스펙트럼의 측정에서 주된 발광 성분인 형광에 더하여 일부 인광도 관측되었다. 발광 수명이 긴 발광에 초점을 맞춘 시간 분해 발광 스펙트럼의 측정(여기 광 조사 후 20ms 내지 120ms을 적산함)에서 얻어진 스펙트럼을 주로 인광으로 간주하였다.
도 17에서, 4DPhA2CzBfpm의 톨루엔 용액은 394nm에 흡수 피크가 관찰되고, 발광 파장의 피크는 539nm(여기 파장 394nm)이었다. 또한 도 18에서, 4DPhA2CzBfpm의 박막은 401nm, 363nm, 및 301nm에 흡수 피크가 관찰되고, 형광 스펙트럼의 피크는 530nm 부근(여기 파장 325nm)에 관찰되었다. 또한 도 19로부터, 4DPhA2CzBfpm의 인광 스펙트럼에서 가장 단파장 측의 피크는 527nm에 존재하고, 높은 T1 준위를 갖는 물질인 것을 알 수 있었다. 또한 관측된 인광의 피크 값은 형광의 피크 값보다 단파장이었지만, 인광 스펙트럼은 형광 스펙트럼보다 전체적으로 장파장 측으로 약간 시프트된 형상이 되었다. 이들 결과로부터, 4DPhA2CzBfpm가 녹색 발광하는 것을 확인하고, 발광 재료, 혹은 형광 발광 재료 또는 인광 발광 재료의 호스트 재료로서 이용 가능하다는 것을 알 수 있었다.
또한 T1 준위의 지표는 인광 스펙트럼을 사용하여 산출할 수 있다. 인광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 T1 준위로 간주할 수 있다. 또한 S1 준위의 지표는 형광 스펙트럼을 사용하여 산출할 수 있다. 형광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 S1 준위로 간주할 수 있다.
4DPhA2CzBfpm의 T1 준위는 도 19에 의거하여 2.49eV로 산출되고, S1 준위는 도 18에 의거하여 2.58eV로 산출되었다. 이 결과로부터, 4DPhA2CzBfpm의 S1 준위와 T1 준위의 차인 ΔEST는 0.08eV인 것을 알 수 있었다. 일반적으로, TADF성을 갖는 재료의 ΔEST는 0.2eV 이하가 바람직한 것이 알려져 있고, 4DPhA2CzBfpm는 TADF성을 갖기 때문에 그 ΔEST가 충분히 작은 값인 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
<<합성예 2>>
본 합성예에서는, 실시형태 1에서 구조식(101)으로 나타내어진 유기 화합물인 8-페닐-4-[3,6-비스(N,N-다이페닐아미노)카바졸-9-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8Ph-4DPhA2CzBfpm)의 합성 방법에 대하여 자세히 설명한다. 8Ph-4DPhA2CzBfpm의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 31]
Figure pct00033
<8-페닐-4-[3,6-비스(N,N-다이페닐아미노)카바졸-9-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8Ph-4DPhA2CzBfpm)의 합성>
100mL 3구 플라스크 내를 질소 치환한 후, 수산화 소듐(NaH) 130mg(3.4mmol)과 탈수 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF) 30mL를 넣고, 0℃에서 교반하였다. 여기에 3,6-비스(N,N-다이페닐아미노)카바졸 1.2g(2.5mmol)을 첨가하고, 0℃에서 30분 동안 교반하였다. 그 후, 4-클로로-8-페닐벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 0.63g(2.2mmol)을 첨가하고, 실온에서 110시간 동안 교반하였다. 소정 시간 경과 후, 반응 혼합물에 물을 첨가하고, 석출된 고체를 흡인 여과에 의하여 회수하였다. 얻어진 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 톨루엔:아세트산 에틸=4:1)에 의하여 정제하고, 그리고 톨루엔과 메탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정한 결과, 목적물인 황색 고체를 1.5g, 수율 91%로 얻었다. 본 합성의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 32]
Figure pct00034
얻어진 황색 고체 1.5g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 압력 3.1Pa, 아르곤 유량 5mL/min, 335℃의 조건에서 수행하였다. 승화 정제 후, 8Ph-4DPhA2CzBfpm의 황색 분말을 1.4g, 회수율 93%로 얻었다.
얻어진 화합물의 핵자기 공명 분광법(1H NMR)에 의한 측정 결과를 도 20의 (A), (B)에 나타내었다. 또한 도 20의 (B)는 도 20의 (A)에서의 6.5ppm 내지 9.5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 그래프이다. 또한 수치 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(CD2Cl2, 300MHz):δ=6.93-7.01(m, 4H), 7.05-7.12(m, 8H), 7.19-7.29(m, 10H), 7.39-7.46(m, 1H), 7.49-7.56(m, 2H), 7.72-7.82(m, 7H), 8.00(dd, J=1.8Hz, 8.8Hz, 1H), 8.53(d, J=2.2Hz, 1H), 9.23(s, 1H).
다음으로, 8Ph-4DPhA2CzBfpm의 톨루엔 용액에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 21에 나타내었다. 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하여 측정하고, 톨루엔만을 석영 셀에 넣고 측정한 스펙트럼을 빼고 나타내었다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는, 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-8600)를 사용하였다.
또한 8Ph-4DPhA2CzBfpm의 박막 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 형광 스펙트럼을 도 22에 나타내었고, 인광 스펙트럼을 도 23에 나타내었다. 흡수 스펙트럼의 측정에는, 분광 광도계(Hitachi High-Technologies Corporation 제조, 분광 광도계 U4100)를 사용하였다. 흡수 스펙트럼 측정용 고체 박막은 석영 기판 위에 진공 증착법으로 제작하였다. 또한 박막의 형광 스펙트럼 및 인광 스펙트럼의 측정에는, 현미 PL 장치 LabRAM HR-PL(HORIBA, Ltd. 제조)을 사용하였다. 측정 온도는 10K로 하고, 여기광으로서 He-Cd 레이저(325nm)를 사용하고, 검출기로서 CCD 검출기를 사용하였다. 시료의 박막은 석영 기판 위에 두께 약 50nm로 성막하고, 질소 분위기에서 그 석영 기판에 대하여 증착면 측으로부터 다른 석영 기판을 붙인 후, 측정에 사용하였다. 또한 본 발광 스펙트럼의 측정은 저온(10K)에서 수행하였기 때문에, 통상의 발광 스펙트럼의 측정에서 주된 발광 성분인 형광에 더하여 일부 인광도 관측되었다. 발광 수명이 긴 발광에 초점을 맞춘 시간 분해 발광 스펙트럼의 측정(여기 광 조사 후 20ms 내지 120ms을 적산함)에서 얻어진 스펙트럼을 주로 인광으로 간주하였다.
도 21에서, 8Ph-4DPhA2CzBfpm의 톨루엔 용액은 397nm 및 360nm에 흡수 피크가 관찰되고, 발광 파장의 피크는 545nm(여기 파장 397nm)이었다. 또한 도 22에서, 8Ph-4DPhA2CzBfpm의 박막은 410nm, 363nm, 및 301nm에 흡수 피크가 관찰되고, 형광 스펙트럼의 피크는 530nm(여기 파장 325nm 부근)에 관찰되었다. 또한 도 23으로부터, 8Ph-4DPhA2CzBfpm의 인광 스펙트럼에서 가장 단파장 측의 피크는 531nm에 존재하고, 높은 T1 준위를 갖는 물질인 것을 알 수 있었다. 또한 관측된 인광의 피크 값은 형광의 피크 값보다 단파장이었지만, 인광 스펙트럼은 형광 스펙트럼보다 전체적으로 장파장 측으로 약간 시프트된 형상이 되었다. 이들 결과로부터, 8Ph-4DPhA2CzBfpm가 녹색 발광하는 것을 확인하고, 발광 재료, 혹은 형광 발광 재료 또는 인광 발광 재료의 호스트 재료로서 이용 가능하다는 것을 알 수 있었다.
또한 T1 준위의 지표는 인광 스펙트럼을 사용하여 산출할 수 있다. 인광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 T1 준위로 간주할 수 있다. 또한 S1 준위의 지표는 형광 스펙트럼을 사용하여 산출할 수 있다. 형광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 S1 준위로 간주할 수 있다.
8Ph-4DPhA2CzBfpm의 T1 준위는 도 23에 의거하여 2.48eV로 산출되고, S1 준위는 도 22에 의거하여 2.56eV로 산출되었다. 이 결과로부터, 8Ph-4DPhA2CzBfpm의 T1 준위와 S1 준위의 차인 ΔEST는 0.08eV인 것을 알 수 있었다. 일반적으로, TADF성을 갖는 재료의 ΔEST는 0.2eV 이하가 바람직한 것이 알려져 있고, 8Ph-4DPhA2CzBfpm는 TADF성을 갖기 때문에 그 ΔEST가 충분히 작은 값인 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
<<합성예 3>>
본 합성예에서는, 실시형태 1에서 구조식(102)으로 나타내어진 4-[3-(N,N다이페닐아미노)카바졸-9-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4DPhACzBfpm)의 합성 방법에 대하여 자세히 설명한다. 4DPhACzBfpm의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 33]
Figure pct00035
<4-[3-(N,N다이페닐아미노)카바졸-9-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4DPhACzBfpm)의 합성>
50mL 3구 플라스크 내를 질소 치환한 후, 수산화 소듐(NaH) 82mg(2.0mmol)과 탈수 N,N-다이메틸폼아마이드(약칭: DMF) 15mL를 넣고, 0℃에서 교반하였다. 여기에 3-(N,N-다이페닐아미노)카바졸 0.50g(1.5mmol)을 첨가하고, 0℃에서 30분 동안 교반하였다. 그 후, 4-클로로벤조퓨로[3,2-d]피리미딘 0.28g(1.4mmol)을 첨가하고, 실온에서 18시간 동안 교반하였다. 소정 시간 경과 후, 이 혼합물에 물을 첨가하고, 석출된 고체를 흡인 여과에 의하여 회수하였다. 얻어진 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 톨루엔:아세트산 에틸=4:1)에 의하여 정제하여, 목적물인 황색 고체를 0.76g 얻었다. 얻어진 고체의 메탄올 현탁액에 초음파를 조사하고, 고체를 흡인 여과에 의하여 회수한 결과, 목적물인 황색 고체를 0.50g(0.99mmol), 수율 73%로 얻었다. 본 합성의 합성 스킴을 이하에 나타낸다.
[화학식 34]
Figure pct00036
얻어진 황색 고체 0.49g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제는 압력 3.4Pa, 아르곤 유량 5mL/min, 235℃의 조건에서 수행하였다. 승화 정제 후, 4DPhACzBfpm의 황색 분말을 0.36g, 회수율 74%로 얻었다.
얻어진 화합물의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 측정 결과를 도 24의 (A), (B)에 나타내었다. 또한 도 24의 (B)는 도 24의 (A)에서의 6.5ppm 내지 9.5ppm의 범위를 확대하여 나타낸 그래프이다. 또한 수치 데이터를 이하에 나타낸다. 1H NMR(DMSO-d6,300MHz):δ=6.97-7.08(m, 6H), 7.21-7.40(m, 6H), 7.46-7.54(m, 1H), 7.61-7.68(m, 1H), 7.80-7.93(m, 4H), 8.07(d, J=1.8Hz, 1H), 8.24(d, J=7.3Hz, 1H), 8.37(d, J=7.3Hz, 1H), 9.31(s, 1H).
다음으로, 4DPhACzBfpm의 톨루엔 용액에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정한 결과를 도 25에 나타내었다. 흡수 스펙트럼은 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하여 측정하고, 톨루엔만을 석영 셀에 넣고 측정한 스펙트럼을 빼고 나타내었다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는, 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-920)를 사용하였다.
또한 4DPhACzBfpm의 박막 상태에서의 흡수 스펙트럼 및 형광 스펙트럼을 도 26에 나타내었고, 인광 스펙트럼을 도 27에 나타내었다. 흡수 스펙트럼의 측정에는, 분광 광도계(Hitachi High-Technologies Corporation 제조, 분광 광도계 U4100)를 사용하였다. 흡수 스펙트럼 측정용 고체 박막은 석영 기판 위에 진공 증착법으로 제작하였다. 또한 형광 스펙트럼 및 인광 스펙트럼의 측정에는, 현미 PL 장치 LabRAM HR-PL(HORIBA, Ltd. 제조)을 사용하였다. 측정 온도는 10K로 하고, 여기광으로서 He-Cd 레이저(325nm)를 사용하고, 검출기로서 CCD 검출기를 사용하였다. 시료의 박막은 석영 기판 위에 두께 약 50nm로 성막하고, 질소 분위기에서, 그 석영 기판에 대하여 증착면 측으로부터 다른 석영 기판을 붙인 후, 측정에 사용하였다. 또한 본 발광 스펙트럼의 측정은 저온(10K)에서 수행하였기 때문에, 통상의 발광 스펙트럼의 측정에서 주된 발광 성분인 형광에 더하여 일부 인광도 관측되었다. 발광 수명이 긴 발광에 초점을 맞춘 시간 분해 발광 스펙트럼의 측정(여기 광 조사 후 20ms 내지 120ms을 적산함)에서 얻어진 스펙트럼을 주로 인광으로 간주하였다.
도 25에서, 4DPhACzBfpm의 톨루엔 용액은 375nm에 흡수 피크가 관찰되고, 발광 파장의 피크는 532nm(여기 파장 375nm)이었다. 또한 도 26에서, 4DPhACzBfpm의 박막은 379nm 및 293nm에 흡수 피크가 관찰되고, 형광 스펙트럼의 피크는 525nm 부근(여기 파장 325nm)에 관찰되었다. 또한 도 27로부터, 4DPhACzBfpm의 인광 스펙트럼에서 가장 단파장 측의 피크는 521nm에 존재하고, 높은 T1 준위를 갖는 물질인 것을 알 수 있었다. 또한 관측된 인광의 피크 값은 형광의 피크 값보다 단파장이었지만, 인광 스펙트럼은 형광 스펙트럼보다 전체적으로 장파장 측으로 약간 시프트된 형상이 되었다. 이들 결과로부터, 4DPhACzBfpm가 녹색 발광하는 것을 확인하고, 발광 재료, 혹은 형광 발광 재료 또는 인광 발광 물질의 호스트 재료로서 이용 가능하다는 것을 알 수 있었다.
또한 T1 준위의 지표는 인광 스펙트럼을 사용하여 산출할 수 있다. 인광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 T1 준위로 간주할 수 있다. 또한 S1 준위의 지표는 형광 스펙트럼을 사용하여 산출할 수 있다. 형광 스펙트럼의 단파장 측의 꼬리에서 접선을 긋고, 그 외삽선의 파장의 에너지를 S1 준위로 간주할 수 있다.
4DPhACzBfpm의 T1 준위는 도 27에 의거하여 2.56eV로 산출되고, S1 준위는 도 26에 의거하여 2.64eV로 산출되었다. 이 결과로부터, 4DPhACzBfpm의 T1 준위와 S1 준위의 차인 ΔEST는 0.08eV인 것을 알 수 있었다. 일반적으로, TADF성을 갖는 재료의 ΔEST는 0.2eV 이하가 바람직한 것이 알려져 있고, 4DPhACzBfpm는 TADF성을 갖기 때문에 그 ΔEST가 충분히 작은 값인 것을 알 수 있다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인, 하기 구조식(100) 내지 구조식(104)으로 나타내어지는 유기 화합물의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위의 분포 및 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 준위의 분포를 분자 궤도 계산을 사용하여 검증하였다.
[화학식 35]
Figure pct00037
단일항 기저 상태에서의 가장 안정적인 구조를 밀도 범함수법(DFT)으로 계산하였다. 이때 각각의 가장 안정적인 구조에서의 진동 해석을 수행하였다. 모든 원자에서 기저 함수로서 6-311G를 적용하였다. 또한 계산 정밀도 향상을 위하여 분극 기저계로서 수소 원자에는 p 함수를 더하고, 수소 원자 이외에는 d 함수를 더하였다. 범함수로서는 B3LYP를 사용하였다. 또한 계산한 단일항의 가장 안정적인 구조에서의 HOMO 준위와 LUMO 준위를 각각 계산하였다. 또한 DFT에서 분자의 총에너지는 퍼텐셜 에너지, 전자 간의 정전 에너지, 전자의 운동 에너지, 전자 간의 복잡한 상호 작용 모두를 포함한 교환 상관 에너지의 합으로 나타내어진다. 또한 DFT에서는 전자 밀도로 표현된 하나의 전자 퍼텐셜의 범함수(함수의 함수를 의미함)로 교환 상관 상호 작용을 근사하기 때문에 전자 상태를 더 높은 정밀도로 계산할 수 있다.
또한 양자 화학 계산 프로그램으로서는 Gaussian09를 사용하였다. 계산은 고성능 컴퓨터(SGI Japan, Ltd. 제조, Altix4700)를 사용하여 수행하였다.
그 결과를 도 28 및 도 29에 나타내었다. 도 28 및 도 29에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 상기 5가지 물질에서는, 주로 벤조퓨로피리미딘 골격에 LUMO 준위가, 카바졸 골격 및 다이페닐아민 골격에 HOMO 준위가 서로 공간적으로 분단된 상태로 존재하는 것을 알 수 있었다.
또한 벤조퓨로피리미딘 골격에 페닐렌기를 통하여 카바졸 골격이 결합된 구조식(103) 및 구조식(104)으로 나타내어지는 유기 화합물은 페닐렌기를 통하지 않는 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 화합물보다 ΔEST가 작았다(순차적으로 각각 0.09eV, 0.02eV, 0.18eV(계산값)). 또한 페닐렌기가 메타 위치에서 치환된 구조식(104)은 파라 위치에서 치환된 구조식(103)보다 ΔEST가 작았다. 또한 이들 ΔEST는 단일항 기저 상태의 가장 안정적인 구조를 사용하여 시간 의존 밀도 범함수법(TD-DFT)에 의하여 단일항 최저 여기 에너지(S1) 및 삼중항 최저 여기 에너지(T1)를 계산하고, 이들의 차이로부터 얻었다. 기저 함수로서는 6-311G(d, p)를, 범함수로서는 B3LYP를 사용하였다.
TADF를 일으키기 위해서는, T1로부터 S1로의 역 항간 교차를 우선적으로 일으키고, 그 속도를 T1로부터 S0으로의 무방사 실활보다 빠르게 할 필요가 있다. 그러기 위해서는, S1 상태와 T1 상태 사이의 에너지 차(ΔEST)를 작게 하는 것이 유효하다. ΔEST를 작게 하기 위해서는, HOMO와 LUMO의 중첩 밀도를 작게 하면 좋고, HOMO와 LUMO가 공간적으로 분단되는 분자 설계가 유효하다는 것이 알려져 있다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 상기 5가지 물질은 바로 이와 같은 분자 구조를 갖는 유기 화합물이라고 할 수 있다. 특히, 실시예 1 내지 실시예 3에서 합성한 구조식(100) 내지 구조식(102)으로 나타내어지는 유기 화합물은 실제로 측정된 ΔEST도 0.08eV로 작고, TADF성이 높은 유기 화합물인 것을 알 수 있었다.
(실시예 5)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스 1에 대하여 설명한다. 발광 디바이스 1에서 사용한 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 36]
Figure pct00038
(발광 디바이스 1의 제작 방법)
먼저, 유리 기판 위에 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 그 두께는 70nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 내부가 약 10-4Pa까지 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분 동안의 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브데넘(VI)을 중량비 1:0.5(=DBT3P-II:산화 몰리브데넘)에서 40nm가 되도록 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 9-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]9H-카바졸(약칭: mCzFLP)을 20nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 형성하였다.
이어서, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 9,9'-(피리미딘-4,6-다이일다이-3,1-페닐렌)비스(9H-카바졸)(약칭: 4,6mCzP2Pm)과, 상기 구조식(100)으로 나타내어지는 4-[3,6-비스(N,N-다이페닐아미노)카바졸-9-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4DPhA2CzBfpm)을 중량비 1:0.1(=4,6mCzP2Pm:4DPhA2CzBfpm)에서 30nm가 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에 4,6mCzP2Pm을 두께 20nm가 되도록 형성하고, 그리고 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 2,9-다이(2-나프틸)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 두께 15nm가 되도록 증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 1nm 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 이어서 알루미늄을 두께 200nm가 되도록 증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써, 본 실시예의 발광 디바이스 1을 제작하였다.
상기 발광 디바이스의 소자 구조를 이하의 표에 정리하였다.
[표 1]
Figure pct00039
상기 발광 디바이스를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리, 80℃에서 1시간의 열처리)을 수행한 후, 초기 특성을 측정하였다.
발광 디바이스 1의 휘도-전류 밀도 특성을 도 30에, 전류 효율-휘도 특성을 도 31에, 휘도-전압 특성을 도 32에, 전류-전압 특성을 도 33에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 34에, 발광 스펙트럼을 도 35에 나타내었다. 또한 발광 디바이스 1의 1000cd/m2 부근에서의 주요한 특성을 이하에 나타내었다.
[표 2]
Figure pct00040
도 30 내지 도 34로부터, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 1은 외부 양자 효율이 최대로 25% 이상이라는 매우 높은 효율을 나타내고, 특성이 양호한 발광 소자인 것을 알 수 있었다. 이는 전류 여기에 의한 형광 발광의 이론적 한계를 크게 넘은 값이고, 삼중항 여기자로부터의 에너지가 발광에 기여하는 것을 시사하고 있다.
발광 디바이스 1에서, 발광 재료로서 사용한 4DPhA2CzBfpm는, 실시예 4에서 설명한 바와 같이, 분자 내에서 HOMO와 LUMO가 공간적으로 분단된 상태로 존재하고, 실시예 1에서 측정된 바와 같이, ΔEST가 작은 유기 화합물이다. 따라서, 4DPhA2CzBfpm는 TADF를 발현하기 쉬운 물질인 것을 알 수 있다.
여기서, 발광 디바이스 1의 과도 EL 특성을 측정한 결과를 도 36의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 측정에는 피코초 형광 수명 측정 시스템(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)을 사용하였다. 본 측정에서는, 발광 디바이스에 직사각형 펄스 전압을 인가하고, 그 전압의 하강부터 감쇠되는 발광을 스트리크 카메라(streak camera)에 의하여 시간 분해 측정하였다. 또한 측정은 실온(25℃)에서 수행하였다.
도 36의 (A) 및 (B)에서, 세로축은 캐리어가 정상적으로 주입되는 상태(펄스 전압 ON 시)에서의 발광 강도로 정규화한 강도를 나타낸다. 또한 가로축은 펄스 전압의 하강부터의 경과 시간을 나타낸다. 또한 도 36의 (A)와 도 36의 (B)는 측정의 시간 범위가 다르다.
도 36의 (A) 및 (B)에 나타낸 과도 EL 특성에서, 발광 디바이스 1에서는 형광 수명(과도 수명)이 0.4μs 정도로 감쇠가 빠른 발광 성분과, 9μs 정도로 감쇠가 느린 발광 성분이 적어도 관측되었다. 이들 중에서 형광 수명이 9μs인 발광 성분이 역 항간 교차에 기초한 지연 형광이고, 발광 디바이스 1은 TADF를 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한 이것으로부터, 발광 디바이스 1은 발광 재료로서 4DPhA2CzBfpm을 사용함으로써 TADF를 발현하여, 삼중항 여기자가 발광에 기여한 결과, 발광 효율이 매우 양호한 발광 디바이스가 된 것을 알 수 있었다.
(실시예 6)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스 2에 대하여 설명한다. 발광 디바이스 2에서 사용한 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 37]
Figure pct00041
(발광 디바이스 2의 제작 방법)
먼저, 유리 기판 위에 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 그 두께는 70nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 내부가 약 10-4Pa까지 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분 동안의 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브데넘(VI)을 중량비 1:0.5(=DBT3P-II:산화 몰리브데넘)에서 40nm가 되도록 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 9-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]9H-카바졸(약칭: mCzFLP)을 20nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 형성하였다.
이어서, 상기 구조식(v)으로 나타내어지는 2-(9,9'-스파이로바이[플루오렌]-3-일)-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: SF3-TZN)과, 상기 구조식(101)으로 나타내어지는 8-페닐-4-[3,6-비스(N,N-다이페닐아미노)카바졸-9-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8Ph-4DPhA2CzBfpm)을 중량비 1:0.1(=SF3-TZN:8Ph-4DPhA2CzBfpm)에서 30nm가 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm)을 두께 20nm가 되도록 형성하고, 그리고 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 2,9-다이(2-나프틸)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 두께 15nm가 되도록 증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 1nm 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 이어서 알루미늄을 두께 200nm가 되도록 증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써, 본 실시예의 발광 디바이스 2를 제작하였다.
상기 발광 디바이스의 소자 구조를 이하의 표에 정리하였다.
[표 3]
Figure pct00042
상기 발광 디바이스를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리, 80℃에서 1시간의 열처리)을 수행한 후, 초기 특성을 측정하였다.
발광 디바이스 2의 휘도-전류 밀도 특성을 도 37에, 전류 효율-휘도 특성을 도 38에, 휘도-전압 특성을 도 39에, 전류-전압 특성을 도 40에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 41에, 발광 스펙트럼을 도 42에 나타내었다. 또한 발광 디바이스 2의 1000cd/m2 부근에서의 주요한 특성을 이하에 나타내었다.
[표 4]
Figure pct00043
도 37 내지 도 41로부터, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 2는 외부 양자 효율이 최대로 25% 이상이라는 매우 높은 효율을 나타내고, 특성이 양호한 발광 소자인 것을 알 수 있었다. 이는 전류 여기에 의한 형광 발광의 이론적 한계를 크게 넘은 값이고, 삼중항 여기자로부터의 에너지가 발광에 기여하는 것을 시사하고 있다.
발광 디바이스 2에서, 발광 재료로서 사용한 8Ph-4DPhA2CzBfpm는, 실시예 4에서 설명한 바와 같이, 분자 내에서 HOMO와 LUMO가 공간적으로 분단된 상태로 존재하고, 실시예 2에서 측정된 바와 같이, ΔEST가 작아 역 항간 교차가 일어나기 쉬운 유기 화합물이다. 따라서, 8Ph-4DPhA2CzBfpm는 TADF를 발현하기 쉬운 물질이고, 발광 디바이스 2는 발광 재료로서 8Ph-4DPhA2CzBfpm을 사용함으로써 TADF를 발현하여, 삼중항 여기자가 발광에 기여한 결과, 발광 효율이 매우 양호한 발광 디바이스가 된 것으로 생각된다.
(실시예 7)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스 3에 대하여 설명한다. 발광 디바이스 3에서 사용한 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 38]
Figure pct00044
(발광 디바이스 3의 제작 방법)
먼저, 유리 기판 위에 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 그 두께는 70nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 내부가 약 10-4Pa까지 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분 동안의 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브데넘(VI)을 중량비 1:0.5(=DBT3P-II:산화 몰리브데넘)에서 40nm가 되도록 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 9-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]9H-카바졸(약칭: mCzFLP)을 20nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 형성하였다.
이어서, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm)과, 상기 구조식(102)으로 나타내어지는 4-[3-(N,N다이페닐아미노)카바졸-9-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4DPhACzBfpm)을 중량비 1:0.1(=4,6mCzP2Pm:4DPhACzBfpm)에서 30nm가 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에 4,6mCzP2Pm을 두께 20nm가 되도록 형성하고, 그리고 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 2,9-다이(2-나프틸)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 두께 15nm가 되도록 증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 1nm 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 이어서 알루미늄을 두께 200nm가 되도록 증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써, 본 실시예의 발광 디바이스 3을 제작하였다.
상기 발광 디바이스의 소자 구조를 이하의 표에 정리하였다.
[표 5]
Figure pct00045
상기 발광 디바이스를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리, 80℃에서 1시간의 열처리)을 수행한 후, 초기 특성을 측정하였다.
발광 디바이스 3의 휘도-전류 밀도 특성을 도 43에, 전류 효율-휘도 특성을 도 44에, 휘도-전압 특성을 도 45에, 전류-전압 특성을 도 46에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 47에, 발광 스펙트럼을 도 48에 나타내었다. 또한 발광 디바이스 3의 1000cd/m2 부근에서의 주요한 특성을 이하에 나타내었다.
[표 6]
Figure pct00046
도 43 내지 도 47로부터, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 3은 외부 양자 효율이 최대로 20% 이상이라는 매우 높은 효율을 나타내고, 특성이 양호한 발광 소자인 것을 알 수 있었다. 이는 전류 여기에 의한 형광 발광의 이론적 한계를 크게 넘은 값이고, 삼중항 여기자로부터의 에너지가 발광에 기여하는 것을 시사하고 있다.
발광 디바이스 3에서, 발광 재료로서 사용한 4DPhACzBfpm는, 실시예 4에서 설명한 바와 같이, 분자 내에서 HOMO와 LUMO가 공간적으로 분단된 상태로 존재하고, 실시예 3에서 측정된 바와 같이, ΔEST가 작은 유기 화합물이다. 따라서, 4DPhACzBfpm는 TADF를 발현하기 쉬운 물질인 것을 알 수 있다.
여기서, 발광 디바이스 3의 과도 EL 특성을 측정한 결과를 도 49의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 측정에는 피코초 형광 수명 측정 시스템(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)을 사용하였다. 본 측정에서는, 발광 디바이스에 직사각형 펄스 전압을 인가하고, 그 전압의 하강부터 감쇠되는 발광을 스트리크 카메라에 의하여 시간 분해 측정하였다. 또한 측정은 실온(25℃)에서 수행하였다.
도 49의 (A) 및 (B)에서, 세로축은 캐리어가 정상적으로 주입되는 상태(펄스 전압 ON 시)에서의 발광 강도로 정규화한 강도를 나타낸다. 또한 가로축은 펄스 전압의 하강부터의 경과 시간을 나타낸다. 또한 도 49의 (A)와 도 49의 (B)는 측정의 시간 범위가 다르다.
도 49의 (A) 및 (B)에 나타낸 과도 EL 특성에서, 발광 디바이스 3에서는 형광 수명(과도 수명)이 0.3μs 정도로 감쇠가 빠른 발광 성분과, 10μs 정도로 감쇠가 느린 발광 성분이 적어도 관측되었다. 이들 중에서 형광 수명이 10μs인 발광 성분이 역 항간 교차에 기초한 지연 형광이고, 발광 디바이스 3은 TADF를 나타내는 것을 알 수 있었다. 또한 이것으로부터, 발광 디바이스 3은 발광 재료로서 4DPhACzBfpm을 사용함으로써 TADF를 발현하여, 삼중항 여기자가 발광에 기여한 결과, 발광 효율이 매우 양호한 발광 디바이스가 된 것을 알 수 있었다.
(실시예 8)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스 4에 대하여 설명한다. 발광 디바이스 4에서 사용한 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 39]
Figure pct00047
(발광 디바이스 4의 제작 방법)
먼저, 유리 기판 위에 산화 실리콘을 포함한 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여 성막하여 제 1 전극(101)을 형성하였다. 또한 그 두께는 70nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음으로 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다.
그 후, 내부가 약 10-4Pa까지 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서, 170℃에서 30분 동안의 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(101)이 형성된 면이 아래쪽을 향하도록, 제 1 전극(101)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(101) 위에, 저항 가열을 사용한 증착법에 의하여, 상기 구조식(i)으로 나타내어지는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브데넘(VI)을 중량비 1:0.5(=DBT3P-II:산화 몰리브데넘)에서 40nm가 되도록 공증착하여 정공 주입층(111)을 형성하였다.
다음으로 정공 주입층(111) 위에 상기 구조식(ii)으로 나타내어지는 9-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]9H-카바졸(약칭: mCzFLP)을 20nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(112)을 형성하였다.
이어서, 상기 구조식(iii)으로 나타내어지는 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm)과, 상기 구조식(100)으로 나타내어지는 4-[3,6-비스(N,N-다이페닐아미노)카바졸-9-일]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4DPhA2CzBfpm)과, 2,8-다이-tert-뷰틸-5,11-비스(4-tert-뷰틸페닐)-6,12-다이페닐테트라센(약칭: TBRb)을 중량비 1:1:0.01(=4,6mCzP2Pm:4DPhA2CzBfpm:TBRb)에서 40nm가 되도록 공증착하여 발광층(113)을 형성하였다.
그 후, 발광층(113) 위에 4,6mCzP2Pm을 두께 20nm가 되도록 형성하고, 그리고 상기 구조식(iv)으로 나타내어지는 2,9-다이(2-나프틸)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 두께 15nm가 되도록 증착하여 전자 수송층(114)을 형성하였다.
전자 수송층(114)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 1nm 증착하여 전자 주입층(115)을 형성하고, 이어서 알루미늄을 두께 200nm가 되도록 증착하여 제 2 전극(102)을 형성함으로써, 본 실시예의 발광 디바이스 4를 제작하였다.
상기 발광 디바이스의 소자 구조를 이하의 표에 정리하였다.
[표 7]
Figure pct00048
상기 발광 디바이스를 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 유리 기판으로 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리, 80℃에서 1시간의 열처리)을 수행한 후, 초기 특성을 측정하였다.
발광 디바이스 4의 휘도-전류 밀도 특성을 도 50에, 전류 효율-휘도 특성을 도 51에, 휘도-전압 특성을 도 52에, 전류-전압 특성을 도 53에, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 54에, 발광 스펙트럼을 도 55에 나타내었다. 또한 발광 디바이스 4의 1000cd/m2 부근에서의 주요한 특성을 이하에 나타내었다.
[표 8]
Figure pct00049
도 55 및 색도로부터, 발광 디바이스 4에서는 TBRb가 발광하는 것을 알 수 있다. 또한 도 50 내지 도 54로부터, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 4는 외부 양자 효율이 20% 이상이라는 매우 높은 효율을 나타내고, 특성이 양호한 발광 소자인 것을 알 수 있었다. 이는 전류 여기에 의한 형광 발광의 이론적 한계를 크게 넘은 값이고, 삼중항 여기자로부터의 에너지가 발광에 기여하는 것을 시사하고 있다.
발광 디바이스 4에서, 호스트 재료의 하나로서 사용한 4DPhA2CzBfpm는, 실시예 4에서 설명한 바와 같이, 분자 내에서 HOMO와 LUMO가 공간적으로 분단된 상태로 존재하고, 실시예 1에서 측정된 바와 같이, ΔEST가 작은 유기 화합물이다. 따라서, 4DPhACzBfpm는 역 항간 교차하기 쉬운 물질인 것을 알 수 있다.
여기서, 발광 디바이스 4의 과도 EL 특성을 측정한 결과를 도 56에 나타내었다. 측정에는 피코초 형광 수명 측정 시스템(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)을 사용하였다. 본 측정에서는, 발광 디바이스에 직사각형 펄스 전압을 인가하고, 그 전압의 하강부터 감쇠되는 발광을 스트리크 카메라에 의하여 시간 분해 측정하였다. 또한 측정은 실온(25℃)에서 수행하였다.
도 56의 (A) 및 (B)에서, 세로축은 캐리어가 정상적으로 주입되는 상태(펄스 전압 ON 시)에서의 발광 강도로 정규화한 강도를 나타낸다. 또한 가로축은 펄스 전압의 하강부터의 경과 시간을 나타낸다. 또한 도 56의 (A)와 도 56의 (B)는 측정의 시간 범위가 다르다.
도 56의 (A) 및 (B)에 나타낸 과도 EL 특성에서, 발광 디바이스 4에서는 형광 수명(과도 수명)이 0.2μs 정도로 감쇠가 빠른 발광 성분과, 8μs 정도로 감쇠가 느린 발광 성분이 적어도 관측되었다. 이들 중에서 형광 수명이 8μs인 발광 성분이 지연 형광이다.
TBRb는 형광 발광 물질이며 TADF성은 갖지 않는 물질이다. 따라서 발광 디바이스 4는, 4DPhA2CzBfpm의 삼중항 여기 상태로부터 단일항 여기 상태로의 역 항간 교차가 일어나 단일항 여기 상태가 생성되고, 이 단일항 여기 상태로부터 TBRb로의 에너지 이동이 일어남으로써 TBRb가 발광하는, 소위 여기자 포집형 형광 소자이며, 높은 효율을 실현하는 것을 알 수 있었다.
101: 제 1 전극, 102: 제 2 전극, 103: EL층, 111: 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 113: 발광층, 114: 전자 수송층, 115: 전자 주입층, 116: 전하 발생층, 117: P형층, 118: 전자 릴레이층, 119: 전자 주입 버퍼층, 400: 기판, 401: 제 1 전극, 403: EL층, 404: 제 2 전극, 405: 실재, 406: 실재, 407: 밀봉 기판, 412: 패드, 420: IC칩, 501: 양극, 502: 음극, 511: 제 1 발광 유닛, 512: 제 2 발광 유닛, 513: 전하 발생층, 601: 구동 회로부(소스선 구동 회로), 602: 화소부, 603: 구동 회로부(게이트선 구동 회로), 604: 밀봉 기판, 605: 실재, 607: 공간, 608: 배선, 609: FPC(flexible printed circuit), 610: 소자 기판, 611: 스위칭용 FET, 612: 전류 제어용 FET, 613: 제 1 전극, 614: 절연물, 616: EL층, 617: 제 2 전극, 618: 발광 디바이스, 730: 절연막, 770: 평탄화 절연막, 772: 도전막, 782: 발광 디바이스, 783: 액적 토출 장치, 784: 액적, 785: 층, 786: EL층, 788: 도전막, 951: 기판, 952: 전극, 953: 절연층, 954: 격벽층, 955: EL층, 956: 전극, 1001: 기판, 1002: 하지 절연막, 1003: 게이트 절연막, 1006: 게이트 전극, 1007: 게이트 전극, 1008: 게이트 전극, 1020: 제 1 층간 절연막, 1021: 제 2 층간 절연막, 1022: 전극, 1024W: 제 1 전극, 1024R: 제 1 전극, 1024G: 제 1 전극, 1024B: 제 1 전극, 1025: 격벽, 1028: EL층, 1029: 제 2 전극, 1031: 밀봉 기판, 1032: 실재, 1033: 투명한 기재, 1034R: 적색 착색층, 1034G: 녹색 착색층, 1034B: 청색 착색층, 1035: 블랙 매트릭스, 1036: 오버코트층, 1037: 제 3 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 1400: 액적 토출 장치, 1402: 기판, 1403: 액적 토출 수단, 1404: 촬상 수단, 1405: 헤드, 1406: 점선, 1407: 제어 수단, 1408: 기억 매체, 1409: 화상 처리 수단, 1410: 컴퓨터, 1411: 마커, 1412: 헤드, 1413: 재료 공급원, 1414: 재료 공급원, 1415: 재료 공급원, 1416: 헤드, 2001: 하우징, 2002: 광원, 2100: 로봇, 2110: 연산 장치, 2101: 조도 센서, 2102: 마이크로폰, 2103: 상부 카메라, 2104: 스피커, 2105: 디스플레이, 2106: 하부 카메라, 2107: 장애물 센서, 2108: 이동 기구, 3001: 조명 장치, 5000: 하우징, 5001: 표시부, 5002: 표시부, 5003: 스피커, 5004: LED 램프, 5006: 접속 단자, 5007: 센서, 5008: 마이크로폰, 5012: 지지부, 5013: 이어폰, 5100: 로봇 청소기, 5101: 디스플레이, 5102: 카메라, 5103: 브러시, 5104: 조작 버튼, 5150: 휴대 정보 단말기, 5151: 하우징, 5152: 표시 영역, 5153: 굴곡부, 5120: 쓰레기, 5200: 표시 영역, 5201: 표시 영역, 5202: 표시 영역, 5203: 표시 영역, 7101: 하우징, 7103: 표시부, 7105: 스탠드, 7107: 표시부, 7109: 조작 키, 7110: 리모트 컨트롤러, 7201: 본체, 7202: 하우징, 7203: 표시부, 7204: 키보드, 7205: 외부 접속 포트, 7206: 포인팅 디바이스, 7210: 제 2 표시부, 7401: 하우징, 7402: 표시부, 7403: 조작 버튼, 7404: 외부 접속 포트, 7405: 스피커, 7406: 마이크로폰, 9310: 휴대 정보 단말기, 9311: 표시 패널, 9313: 힌지, 9315: 하우징

Claims (24)

  1. 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물.
    [화학식 1]
    Figure pct00050

    (다만, 상기 일반식(G1)에서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기 중 어느 하나이다. 또한 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기인 것으로 한다. 또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다. 또한 A는 치환 또는 비치환된 벤조퓨로피리미딘 골격 또는 벤조티에노피리미딘 골격을 나타낸다.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    A가 하기 일반식(g1)으로 나타내어지는 기인, 유기 화합물.
    [화학식 2]
    Figure pct00051

    (다만, 상기 일반식(g1)에서, R11 내지 R16 중 하나는 결합손이고, 나머지가 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.)
  3. 하기 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 화합물.
    [화학식 3]
    Figure pct00052

    (다만, 상기 일반식(G2)에서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기 중 어느 하나이다. 또한 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기인 것으로 한다. 또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다. 또한 R11 내지 R15는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.)
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 치환 또는 비치환된 다이아릴아미노기가 하기 일반식(g2)으로 나타내어지는 기인, 유기 화합물.
    [화학식 4]
    Figure pct00053

    (다만, 상기 일반식(g2)에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기를 나타낸다.)
  5. 제 4 항에 있어서,
    R3 및 R6 중 한쪽 또는 양쪽이 상기 일반식(g2)으로 나타내어지는 기인, 유기 화합물.
  6. 하기 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 화합물.
    [화학식 5]
    Figure pct00054

    (다만, 상기 일반식(G3)에서, Ar3 내지 Ar6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 R1, R2, R4, R5, R7, 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 및 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기 중 어느 하나이다. 또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다. 또한 R11 내지 R15는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.)
  7. 하기 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물.
    [화학식 6]
    Figure pct00055

    (다만, 상기 일반식(G4)에서, Ar3 내지 Ar6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 α는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수이다. 또한 R13은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.)
  8. 하기 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물.
    [화학식 7]
    Figure pct00056

    (다만, 상기 일반식(G5)에서, Ar3 내지 Ar6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 R13은 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 탄소의 수가 6 내지 13인 아릴기 중 어느 것이다. 또한 Q는 산소 원자 또는 황 원자를 나타낸다.)
  9. 하기 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 화합물.
    [화학식 8]
    Figure pct00057
  10. 하기 구조식(101)으로 나타내어지는 유기 화합물.
    [화학식 9]
    Figure pct00058
  11. 하기 구조식(102)으로 나타내어지는 유기 화합물.
    [화학식 10]
    Figure pct00059
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최저 단일항 여기 준위와 최저 삼중항 여기 준위의 차가 0.2eV 이하인, 유기 화합물.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최저 단일항 여기 준위와 최저 삼중항 여기 준위의 차가 0.1eV 이하인, 유기 화합물.
  14. 제 2 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Q가 산소 원자인, 유기 화합물.
  15. 전자 디바이스로서,
    제 1 전극과,
    제 2 전극과,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 끼워진 유기층을 갖고,
    상기 유기층이 제 1 항 내지 제 14 항에 따른 유기 화합물을 포함하는, 전자 디바이스.
  16. 발광 디바이스로서,
    제 1 전극과,
    제 2 전극과,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 끼워진 유기층을 갖고,
    상기 유기층이 제 1 항 내지 제 14 항에 따른 유기 화합물을 포함하는, 발광 디바이스.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 유기층이 발광층을 갖고,
    상기 유기 화합물은 상기 발광층에 포함되는, 발광 디바이스.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 유기층으로부터의 발광이 지연 형광인, 발광 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 지연 형광의 과도 수명이 100나노초 이상 10밀리초 이하인, 발광 디바이스.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광층이 형광 발광 재료를 더 포함하는, 발광 디바이스.
  21. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광층이 인광 발광 재료를 더 포함하는, 발광 디바이스.
  22. 전자 기기로서,
    제 16 항 내지 제 21 항 중 어느 것에 따른 발광 디바이스와, 센서, 조작 버튼, 스피커, 또는 마이크로폰을 갖는, 전자 기기.
  23. 발광 장치로서,
    제 16 항 내지 제 21 항 중 어느 것에 따른 발광 디바이스와, 트랜지스터 또는 기판을 갖는, 발광 장치.
  24. 조명 장치로서,
    제 16 항 내지 제 21 항 중 어느 것에 따른 발광 디바이스와, 하우징을 갖는, 조명 장치.
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