KR20230018531A - 발광 소자, 유기 화합물, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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Abstract

발광 효율이 높고 수명이 긴 신규 화합물 및 발광 소자를 제공한다. 신규 화합물은 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격을 포함하고, 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 벤젠 고리 및 피라진 고리의 각각은 독립적으로 총탄소수 6 이상 100 이하의 치환기를 포함한다. 상기 발광 소자는 상기 화합물을 포함한다.

Description

발광 소자, 유기 화합물, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING ELEMENT, ORGANIC COMPOUND, LIGHT-EMITTING DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND LIGHTING DEVICE}
본 발명의 일 형태는 벤조퓨로피라진 화합물 또는 벤조티에노피라진 화합물을 포함하는 발광 소자에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 신규 유기 화합물에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 벤조퓨로피라진 화합물 또는 벤조티에노피라진 화합물에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 각각 상기 유기 화합물을 포함하는 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상술한 기술분야에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 형태는 물건, 방법, 또는 제작 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 일 형태는 반도체 장치, 발광 장치, 표시 장치, 조명 장치, 발광 소자, 또는 이들의 제작 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리를 포함하는 벤조퓨로피라진 화합물 또는 벤조티에노피라진 화합물의 신규 합성 방법에 관한 것이다. 그러므로 본 명세서에 개시(開示)된 본 발명의 일 형태의 구체적인 예에는, 각각이 상기 유기 화합물을 포함하는 발광 소자, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치, 그리고 이들의 제작 방법이 포함된다.
유기 화합물을 포함하고 일렉트로루미네선스(EL)를 이용하는 발광 소자(유기 EL 소자)가 실용화되고 있다. 이러한 발광 소자의 기본 구조에서는, 발광 재료를 포함하는 유기 화합물층(EL(electroluminescent) layer)이 한 쌍의 전극 사이에 제공된다. 이 소자에 전압을 인가함으로써 캐리어를 주입하고, 상기 캐리어의 재결합 에너지를 사용함으로써 발광 재료로부터 발광을 얻을 수 있다.
상기 발광 소자는 자기 발광 소자이기 때문에, 디스플레이의 화소로서 사용하면, 시인성이 높고 백라이트가 불필요하다는 등의 이점을 가지고, 평판 디스플레이 소자로서 적합하다. 또한, 이러한 발광 소자를 포함하는 디스플레이는 얇고 가벼운 디스플레이로서 제작할 수 있다는 큰 이점도 있다. 또한 응답 속도가 매우 빠르다는 것도 이의 특징이다.
이러한 발광 소자에서는, 발광층을 2차원으로 연속적으로 형성할 수 있기 때문에, 면 발광을 얻을 수 있다. 이 특징은, 백열등 및 LED로 대표되는 점 광원 또는 형광등으로 대표되는 선 광원으로는 얻기 어렵다. 또한 유기 화합물로부터의 발광은, 재료를 선택함으로써 UV광을 포함하지 않는 발광으로 할 수 있기 때문에, 조명 장치 등에 사용되는 면 광원으로서의 대단한 잠재력도 가진다.
상술한 바와 같이 발광 소자를 포함하는 디스플레이 또는 조명 장치는 다양한 전자 기기에 적합하게 사용될 수 있기 때문에, 더 높은 효율 또는 더 긴 소자 수명을 위하여 발광 소자의 연구 및 개발이 진행되고 있다. 특히, EL층에는 주로 유기 화합물이 사용되고, 발광 소자의 특성 향상에 크게 영향을 미친다. 이러한 이유로, 다양한 신규 유기 화합물이 개발되고 있다.
유기 화합물을 포함하는 발광 소자의 수명 및 특성은, 호스트 재료 및 전자 수송 재료의 특성에 의하여 크게 영향을 받는 경우가 있다.
골격을 가진 다양한 물질이 호스트 재료로서 사용되고, 특히, 다이아진 골격은 높은 삼중항 여기 준위를 가지므로 다이아진 골격을 가진 다양한 화합물이 보고되었다. 이들 화합물을 포함하는 발광 소자는 향상된 특성 및 신뢰성을 가지지만, 효율 및 저항성 등의 다양한 고도의 특성을 위한 요구를 아직 충분히 충족시키지 않았다(예를 들어, 특허문헌 1 및 특허문헌 2).
일본 공개특허공보 특개2014-209611호 PCT 국제 출원 2013-536196호의 일본어 번역문
상술한 관점에서, 본 발명의 일 형태의 과제는 신규 유기 화합물을 제공하는 것이다. 특히, 상기 과제는 신규 벤조퓨로피라진 화합물 또는 신규 벤조티에노피라진 화합물을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 전자 수송성을 가지는 신규 유기 화합물을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는 낮은 전압으로 구동되는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태의 다른 과제는, 각각 신뢰성이 높은 발광 소자, 발광 장치, 및 전자 기기를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 형태의 다른 과제는, 각각 소비전력이 낮은 발광 소자, 발광 장치, 및 전자 기기를 제공하는 것이다.
또한, 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태에서는, 상기 과제 모두를 달성할 필요는 없다. 다른 과제는 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 명백해지고 추출될 수 있다.
본 발명의 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 상기 EL층은 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격을 포함하는 물질을 포함한다. 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 벤젠 고리는 총탄소수 6 이상 100 이하의 제 1 치환기를 포함한다. 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 피라진 고리는 총탄소수 6 이상 100 이하의 제 2 치환기를 포함한다.
본 발명의 다른 일 형태는 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 포함하는 발광 소자이다. 상기 EL층은 벤조퓨로피라진 골격을 포함하는 물질 또는 벤조티에노피라진 골격을 포함하는 물질을 포함한다. 벤조퓨로피라진 골격에서의 벤젠 고리 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 벤젠 고리는 총탄소수 10 이상 100 이하의 제 1 치환기를 포함한다. 벤조퓨로피라진 골격의 피라진 고리 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 피라진 고리는 총탄소수 10 이상 100 이하의 제 2 치환기를 포함한다. 이때, 제 1 치환기 및 제 2 치환기의 각각은 독립적으로 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 또는 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리를 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 구조에서, 제 1 치환기 및 제 2 치환기의 각각은 독립적으로, 치환 또는 비치환된 벤젠 고리, 치환 또는 비치환된 나프탈렌 고리, 치환 또는 비치환된 페난트렌 고리, 치환 또는 비치환된 트라이페닐렌 고리, 치환 또는 비치환된 탄소수 12 내지 30의 축합 헤테로방향족 고리, 및 치환 또는 비치환된 트라이아릴아민 구조 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 축합 헤테로방향족 고리는 다이벤조퓨란 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 및 카바졸 고리 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 구조에서, 제 2 치환기는 정공 수송성을 가진 골격을 포함하는 것이 바람직하다. 정공 수송성을 가진 골격은 트라이아릴아민 구조를 가지거나 또는 π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리를 포함하는 것이 바람직하다. 정공 수송성을 가진 골격은 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 축합 헤테로방향족 고리인 것이 바람직하다.
상기 EL층은 발광층을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 발광층은 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격을 포함하는 물질 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 이 구조는, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질이 인광성 화합물인 경우에 특히 효과적이다.
본 발명의 다른 일 형태는 아래의 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
Figure pat00001
일반식(G0)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, A1 및 A2의 각각은 독립적으로 탄소수 6 내지 100의 치환기를 나타내고, R1 내지 R4의 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기를 나타낸다.
일반식(G0)에서, A1 및 A2의 각각은 독립적으로 탄소수 10 내지 100의 치환기를 나타내는 것이 바람직하다. 이때, A1 및 A2의 각각은 독립적으로 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 또는 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리를 포함하는 것이 바람직하다.
위에서 나타낸 일반식(G0)으로 나타내어진 화합물에서, A1 및 A2의 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 벤젠 고리, 치환 또는 비치환된 나프탈렌 고리, 치환 또는 비치환된 페난트렌 고리, 치환 또는 비치환된 트라이페닐렌 고리, 치환 또는 비치환된 탄소수 12 내지 30의 축합 헤테로방향족 고리, 및 치환 또는 비치환된 트라이페닐아민 구조 중 적어도 하나를 포함하는 것이 더 바람직하다. 상기 축합 헤테로방향족 고리는 다이벤조퓨란 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 및 카바졸 고리 중 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 구조에서, A2는 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 축합 헤테로방향족 고리를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 아래의 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
Figure pat00002
일반식(G1)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, A1은 총탄소수 6 이상 100 이하의 치환기를 나타내고, Ht2는 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리를 나타내고, Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴렌기를 나타내고, R1 내지 R4의 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기를 나타내고, m은 0 내지 3의 정수(整數)를 나타낸다.
상술한 구조에서, A1은 총탄소수 10 이상 100 이하의 치환기인 것이 바람직하다.
Ht2는 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 치환 또는 비치환된 축합 헤테로방향족 고리인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 아래의 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
Figure pat00003
일반식(G2)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, Ht1 및 Ht2의 각각은 독립적으로 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 또는 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리를 나타내고, Ar1 및 Ar2의 각각은 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴렌기를 나타내고, R1 내지 R4의 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기를 나타내고, n 및 m의 각각은 0 내지 3의 정수를 나타낸다.
상술한 구조에서, Ht1 및 Ht2의 각각은 독립적으로 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 치환 또는 비치환된 축합 헤테로방향족 고리를 나타내는 것이 바람직하다.
상술한 구조에서, Ar1 또는 Ar2는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내는 것이 바람직하고, R1 내지 R4 모두가 수소인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 아래의 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
Figure pat00004
일반식(G3)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, A1는 총탄소수 10 이상 100 이하의 치환기를 나타내고, Ht2는 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리를 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태는 아래의 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
Figure pat00005
일반식(G4)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, Ht1 및 Ht2의 각각은 독립적으로 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리를 나타낸다.
상술한 구조에서, Ht1 및 Ht2의 각각은 독립적으로 일반식(Ht-1) 내지 일반식(Ht-7)으로 나타내어지는 기 중 어느 하나를 나타내는 것이 바람직하다.
Figure pat00006
일반식(Ht-1) 내지 일반식(Ht-7)에서, R10 내지 R22의 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기 중 어느 것을 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태는 아래의 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
Figure pat00007
일반식(G5)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, Z1 및 Z2의 각각은 독립적으로 산소 또는 황을 나타낸다.
본 발명의 다른 일 형태는 구조식(100) 또는 구조식(101)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
Figure pat00008
본 발명의 다른 일 형태는, 상술한 유기 화합물 중 어느 것을 포함하는 발광 소자이다.
상술한 형태에서의 발광 소자는, 양극과 음극 사이에 EL층을 포함한다. EL층은 발광층, 정공 수송층, 정공 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 포함한다. 또한 EL층은 다른 기능층을 포함하여도 좋다.
상술한 형태에서, 발광층은 발광 재료를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 형태는 상술한 구조 중 어느 것을 가지는 발광 소자와, 컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는 표시 장치이다. 본 발명의 다른 일 형태는 상기 표시 장치와, 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는 전자 기기이다. 본 발명의 다른 일 형태는 상술한 구조 중 어느 것을 가지는 발광 소자와, 하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는 조명 장치이다. 본 발명의 일 형태의 범주에는 발광 소자를 포함하는 발광 장치뿐만 아니라, 발광 장치를 포함하는 전자 기기도 포함된다. 따라서, 본 명세서에서 발광 장치란 화상 표시 장치 또는 광원(조명 장치를 포함)을 말한다. FPC(flexible printed circuit) 또는 TCP(tape carrier package) 등의 커넥터가 발광 장치에 접속된 표시 모듈, TCP 끝에 프린트 배선판이 제공된 표시 모듈, 및 COG(chip on glass) 방식에 의하여 집적 회로(IC)가 발광 소자에 직접 탑재된 표시 모듈도 본 발명의 일 형태이다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 신규 유기 화합물을 제공할 수 있다. 특히, 신규 벤조퓨로피라진 화합물 또는 신규 벤조티에노피라진 화합물을 제공할 수 있다. 전자 수송성을 가지는 신규 유기 화합물을 제공할 수 있다. 수명이 긴 발광 소자를 제공할 수 있다. 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 낮은 전압으로 구동되는 발광 소자를 제공할 수 있다. 각각 신뢰성이 높은 발광 소자, 발광 장치, 및 전자 기기를 제공할 수 있다. 각각 소비전력이 낮은 발광 소자, 발광 장치, 및 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하지 않는다. 본 발명의 일 형태는 상술한 효과를 모두 반드시 달성할 필요는 없다. 다른 효과는 명세서, 도면, 및 청구항 등의 기재로부터 명백해지고 추출될 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 도시한 단면 모식도이고, 도 1의 (C)는 발광층에서의 에너지 준위의 상관을 도시한 모식도.
도 2는 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 도시한 단면 모식도.
도 3의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 액티브 매트릭스 발광 장치를 도시한 개념도.
도 4의 (A) 및 (B)는 본 발명의 일 형태의 액티브 매트릭스 발광 장치를 도시한 개념도.
도 5는 본 발명의 일 형태의 액티브 매트릭스 발광 장치를 도시한 개념도.
도 6의 (A) 내지 (D)는 본 발명의 형태의 전자 기기를 도시한 모식도.
도 7의 (A) 내지 (E)는 본 발명의 형태의 전자 기기를 도시한 모식도.
도 8의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 형태의 전자 기기 및 조명 장치를 도시한 것.
도 9는 본 발명의 형태의 조명 장치를 도시한 것.
도 10의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 화합물의 NMR 차트.
도 11은 실시예에서의 화합물의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 12는 실시예에서의 화합물의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 13의 (A) 및 (B)는 실시예에서의 화합물의 NMR 차트를 나타낸 것.
도 14는 실시예에서의 화합물의 흡수 및 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 15는 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것.
도 16은 실시예에서의 발광 소자의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 것.
도 17은 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것.
도 18은 실시예에서의 발광 소자의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 19는 실시예에서의 발광 소자의 신뢰성 시험 결과를 나타낸 것.
도 20은 실시예에서의 발광 소자의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것.
도 21은 실시예에서의 발광 소자의 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 것.
도 22는 실시예에서의 발광 소자의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것.
도 23은 실시예에서의 발광 소자의 발광 스펙트럼을 나타낸 것.
도 24는 실시예에서의 발광 소자의 신뢰성 시험 결과를 나타낸 것.
본 발명의 실시형태에 대하여 이하에서 설명한다. 또한, 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어남이 없이 여기에 개시된 형태 및 상세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은, 통상의 기술자에 의하여 쉽게 이해된다. 따라서, 본 발명은 이하의 실시형태의 기재에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 설명하는 각 도면에서, 양극, EL층, 중간층, 및 음극 등 구성 요소의 크기 및 두께 등은, 명료화를 위하여 과장되어 있는 경우가 있다. 따라서, 구성 요소의 크기는 도면에서의 크기 및 구성 요소들 간의 상대적인 크기에 한정되지 않는다.
또한, 본 명세서 등에서, "제 1", "제 2", 및 "제 3" 등의 서수사는 편의상 사용되고, 공정의 순서 또는 위치 관계 등을 나타내는 것은 아니다. 그러므로, 예를 들어, "제 1"을 "제 2" 또는 "제 3"으로 적절히 바꿔도 설명할 수 있다. 또한, 본 명세서 등에서의 서수는 본 발명의 일 형태를 특정하는 것과 반드시 같을 필요는 없다.
본 명세서 등에서 설명하는 본 발명의 구조에 있어서, 상이한 도면에서 같은 부분 또는 비슷한 기능을 가지는 부분은 같은 부호로 나타내어지고, 이러한 부분에 대한 설명은 반복하지 않는다. 또한 비슷한 기능을 가지는 부분에는 같은 해칭 패턴을 적용하고, 그 부분을 특별히 부호로 나타내지 않는 경우가 있다.
본 명세서에서, 색은 색상(단색의 광의 파장에 상당함), 채도(선명도, 즉 백색과 상이한 정도), 및 명암도(밝기, 즉 광의 강도)의 3개의 측면으로 규정된다. 본 명세서에서, 색은 상기 3개의 측면 중 하나만으로 규정되어도 좋고, 임의로 선택된 2개의 측면으로 규정되어도 좋다. 본 명세서에서, 2개의 광의 색들 간의 차이란, 상술한 3개의 측면 중 적어도 하나에 차이가 있다는 것을 의미하고, 2개의 광의 스펙트럼 형상 또는 스펙트럼에서의 피크들의 상대 강도의 분포에 차이가 있다는 것을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 "막" 및 "층"이라는 용어는 경우 또는 상황에 따라 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어, "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있고, "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 예를 들어 본 발명의 일 형태의 유기 화합물 및 발광 소자에 대하여 아래에서 설명한다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 아래의 일반식(G0)으로 나타내어진다.
Figure pat00009
일반식(G0)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, A1 및 A2의 각각은 독립적으로 탄소수 6 내지 100의 치환기를 나타낸다. R1 내지 R4의 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기를 나타낸다.
이러한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 발광 효율이 높고 낮은 전압으로 구동된다. 상기 유기 화합물은 산화 및 환원의 반복에 대한 내성이 높고 여기 상태가 안정적이기 때문에, 상기 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
A1은 총탄소수가 6 이상 100 이하이기 때문에, 상기 발광 소자는, A1 및 R1 내지 R3 모두가 수소인 구조를 가진 발광 소자에 비하여 매우 향상된 신뢰성을 가진다. 이는, 발광층에 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물을 호스트 재료로서 사용할 때 특히 현저하다. 이는, 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 벤젠 고리 측에 포함되는 치환기가 유기 화합물의 여기 상태의 안정성 및 막의 품질의 안정성을 향상시키기 때문이라고 생각된다. 헤테로방향족 고리(예를 들어 피라진 고리)의 반대 측의 방향족 고리에서의 치환기가 신뢰성을 높이는 효과를 가져온다는 사실은 본 발명자들에 의한 중대한 발견이다. 또한, 일반식(G0)으로 나타낸 바와 같이, 피라진 측의 A2도 총탄소수 6 이상 100 이하의 제 2 치환기이기 때문에, 피라진 고리의 탄소 및 질소를 보호하기 쉽게 되어 전자가 이동될 때의 전기적 안정성 및 여기 상태에서의 안정성을 높일 수 있다. A2가 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 경우, 피라진 고리와의 상호 작용에 의하여 최저 비점유 분자 궤도(LUMO라고도 함)가 넓어지고, 이는 전자 수송성에 있어서 유리하다. 그러므로, 상기 유기 화합물이 치환기 A1 및 A2의 양쪽을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 일반식(G0)으로 나타내어진 화합물이다. 일반식(G0)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, A1 및 A2의 각각은 독립적으로 탄소수 10 내지 100의 치환기를 나타낸다. R1 내지 R4의 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기를 나타낸다.
A1 및 A2의 각각은 독립적으로 총탄소수 10 이상 100 이하의 치환기이기 때문에, 내열성이 높은 분자 구조를 실현할 수 있어 바람직하다. 내열성뿐만 아니라, 여기 상태에서의 안정성, 막 품질의 안정성, 및 전자가 이동될 때의 전기적 안정성이 더 향상되는 것도 중요하다. 탄소수 6의 치환기의 대표적인 예에는 벤젠 고리(페닐기) 또는 벤젠 고리와 비슷한 크기의 치환기가 있다. 예를 들어, 이 치환기와, 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로방향족 고리를 포함하고 탄소수 10 이상인 치환기를 치환함으로써, 상술한 효과는 더 커진다.
따라서, 위 또는 아래에 나타낸 일반식(G0) 내지 일반식(G4)에서, A1 및 A2의 각각은 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구조를 사용하여, π 공액계는 분자 전체에 퍼질 수 있고 캐리어 수송성이 높은 분자 구조를 실현할 수 있어, 낮은 전압으로 구동되는 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 이 구조는 전기화학적 안정성 및 막 품질의 향상에 있어서 효과적이고, 이는 발광 소자의 신뢰성의 향상에 이어진다. 또한, 승화성을 저하시키지 않고 분자량을 향상시킬 수 있어, 내열성이 높은 재료를 제공할 수 있다. 따라서, 총탄소수 10 이상의 부피가 큰 치환기가 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 벤젠 고리 측 및 피라진 고리 측 각각에 포함되는 분자 구조는 본 발명의 일 형태의 중요한 구조이다.
상술한 구조에서, 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 및 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리의 예에는, 복수의 벤젠 고리를 포함하는 치환기, 그리고 나프탈렌 고리, 플루오렌 고리, 페난트렌 고리, 및 트라이페닐렌 고리 등의 축합 방향족 고리가 포함된다. 다른 예에는 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 또는 다이벤조싸이오펜 고리를 포함하는 축합 헤테로방향족 고리(예를 들어, 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 벤조나프토퓨란 고리, 벤조나프토싸이오펜 고리, 인돌로카바졸 고리, 벤조퓨로카바졸 고리, 벤조티에노카바졸 고리, 인데노카바졸 고리, 또는 다이벤조카바졸 고리)가 포함된다.
또한 탄소수 6 내지 100의 치환기는 치환 또는 비치환된 방향족 고리, 헤테로방향족 고리, 축합 방향족 고리, 또는 탄소수 10 내지 30의 축합 헤테로방향족 고리를 포함하여도 좋고, 벤젠 고리를 포함하여도 좋다. 즉, 치환 또는 비치환된 축합 방향족 고리, 치환 또는 비치환된 축합 헤테로방향족 고리, 및 치환 또는 비치환된 벤젠 고리를 조합하여도 좋다. 예를 들어, 페닐렌기 또는 바이페닐다이일기를 통하여 축합 헤테로방향족 고리는 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에 결합되어도 좋다.
위 또는 아래에서 나타낸 일반식(G0) 내지 일반식(G4)에서, A1 및 A2의 각각은 독립적으로, 치환 또는 비치환된 벤젠 고리, 치환 또는 비치환된 나프탈렌 고리, 치환 또는 비치환된 페난트렌 고리, 치환 또는 비치환된 트라이페닐렌 고리, 치환 또는 비치환된 탄소수 12 내지 30의 축합 헤테로방향족 고리, 및 치환 또는 비치환된 트라이아릴아민 구조 중 적어도 하나를 포함하는 것이 더 바람직하다. 이 구조는 합성을 용이하게 한다. 이들 치환기가 높은 전기화학적 안정성을 가지기 때문에 이들 치환기를 포함하는 발광 소자는 높은 신뢰성을 가질 수 있다. 상술한 구조에서, 축합 헤테로방향족 고리는 고리의 안정성 및 내열성의 관점에서, 다이벤조퓨란 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 또는 카바졸 고리(예를 들어, 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 벤조나프토퓨란 고리, 벤조나프토싸이오펜 고리, 인돌로카바졸 고리, 벤조퓨로카바졸 고리, 벤조티에노카바졸 고리, 인데노카바졸 고리, 또는 다이벤조카바졸 고리)를 포함하는 고리인 것이 바람직하다. 트라이아릴아민 구조는 트라이페닐아민 구조가 바람직하고, 이 경우 T1 준위는 높아진다. 또한 A1 및 A2에서 피리딘 고리 등의, 고립 전자쌍을 가진 6원 헤테로방향족 고리의 개수는 지나치게 많고, 상기 유기 화합물은 여기 상태에서 강한 염기로서 기능하고 신뢰성이 낮다. 그러므로, A1 및 A2의 각각은 상술한 고리 및 구조 중 하나 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 아래의 일반식(G1)으로 나타내어진다.
Figure pat00010
일반식(G1)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, A1은 총탄소수 6 이상 100 이하의 치환기를 나타내고, Ht2는 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리를 나타내고, Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴렌기를 나타내고, R1 내지 R4의 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기를 나타내고, m은 0 내지 3의 정수를 나타낸다.
상술한 구조에서, Ht2는 정공 수송성을 가지는 골격을 포함하는 것이 바람직하다. 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격이 정공 수송성을 가지는 골격을 포함하기 때문에, 높은 산화 환원 특성을 가지는 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 캐리어(전자 및 정공) 수송성이 향상되어 발광 소자를 낮은 전압으로 구동할 수 있다. 특히, Ht2는 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 치환 또는 비치환된 축합 헤테로방향족 고리인 것이 바람직하다. 이러한 구조를 가진, 여기 상태에서 안정적이고 내열성 및 높은 T1 준위를 가지는 유기 화합물을 실현할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 아래의 일반식(G2)으로 나타내어진다.
Figure pat00011
일반식(G2)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, Ht1 및 Ht2의 각각은 독립적으로 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 또는 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리를 나타내고, Ar1 및 Ar2의 각각은 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴렌기를 나타내고, R1 내지 R4의 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기를 나타내고, n 및 m의 각각은 0 내지 3의 정수를 나타낸다.
상술한 구조에서, Ar1 또는 Ar2는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내는 것이 바람직하고, R1 내지 R4 모두가 수소인 것이 바람직하다. 이러한 구조는 합성을 용이하게 한다.
상술한 구조에서, Ht1 및 Ht2의 각각은 독립적으로, 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 치환 또는 비치환된 축합 헤테로방향족 고리인 것이 바람직하다. 이러한 구조를 가진, 여기 상태에서 안정적이고 내열성 및 높은 T1 준위를 가지는 유기 화합물을 실현할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 아래의 일반식(G3)으로 나타내어진다.
Figure pat00012
일반식(G3)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, A1는 총탄소수 10 이상 100 이하의 치환기를 나타내고, Ht2는 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리를 나타낸다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 아래의 일반식(G4)으로 나타내어진다.
Figure pat00013
일반식(G4)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, Ht1 및 Ht2의 각각은 독립적으로 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리를 나타낸다. 이러한 구조를 가진, 여기 상태에서 안정적이고 내열성 및 높은 T1 준위를 가지는 유기 화합물을 실현할 수 있다.
상술한 구조에서, 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격과 Ht1 및 Ht2의 각각은 페닐기를 통하여 메타 위치에서 결합된다. 이러한 구조를 사용함으로써, T1 준위가 높은 구조를 실현할 수 있다. 또한, 막이 결정화되기 어려운 구조를 실현할 수 있다. 또한 페닐기를 통한, 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격과 Ht1 및 Ht2의 각각 사이의 결합 위치는 메타 위치에 한정되지 않는다.
상술한 구조에서, Ht1 및 Ht2의 각각은 일반식(Ht-1) 내지 일반식(Ht-7) 중 어느 것으로 나타내어지는 것이 바람직하다. 치환기를 사용함으로써, T1 준위가 높은 전기화학적으로 안정된 구조를 실현할 수 있다.
Figure pat00014
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 아래의 일반식(G5)으로 나타내어진다.
Figure pat00015
일반식(G5)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, Z1 및 Z2의 각각은 독립적으로 산소 또는 황을 나타낸다.
벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격과 다이벤조퓨란 골격 또는 다이벤조싸이오펜 골격은 페닐기를 통하여 메타 위치에서 결합되는 것이 바람직하고, 이 경우 T1 준위가 높은 구조를 실현할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 아래의 구조식(100) 또는 구조식(101)으로 나타내어진다.
Figure pat00016
일반식(G1) 및 일반식(G2)에서, Ar1 및 Ar2의 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴렌기를 나타내고, 상기 아릴렌기의 예에는 페닐렌기, 나프틸렌기, 바이페닐다이일기, 플루오렌다이일기, 및 스파이로플루오렌다이일기가 포함된다. 예를 들어, 아래에 나타내는 구조식(Ar-1) 내지 구조식(Ar-27)으로 나타내어지는 기를 사용할 수 있다. 또한 Ar1 및 Ar2로 나타내어지는 기는 이들에 한정되지 않고 치환기를 더 포함하여도 좋다.
Figure pat00017
일반식(G0) 내지 일반식(G2) 및 일반식(Ht-1) 내지 일반식(Ht-7)에서, R1 내지 R4 및 R10 내지 R22의 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기 중 어느 것을 나타낸다. 상기 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 상기 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 상기 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 플루오렌일기, 및 스파이로플루오렌일기가 포함된다. 더 구체적인 예에는 구조식(R-1) 내지 구조식(R-32)으로 나타내어지는 기가 있다. 또한 R1 내지 R4 및 R10 내지 R22로 나타내어지는 기는 이들에 한정되지 않는다.
Figure pat00018
또한 상술한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물에서, A1, A2, Ht1, Ht2, R1 내지 R4, 및 R10 내지 R22가 치환기를 가지는 경우, 상기 치환기의 예에는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기가 포함된다. 상기 알킬기의 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 및 n-헥실기가 포함된다. 상기 사이클로알킬기의 구체적인 예에는, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 및 사이클로헥실기가 포함된다. 상기 아릴기의 구체적인 예에는, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 플루오렌일기, 및 스파이로플루오렌일기가 포함된다.
<화합물의 구체적인 예>
일반식(G0) 내지 일반식(G5)으로 나타내어지는 화합물의 구조의 구체적인 예에는 구조식(100) 내지 구조식(267)으로 나타내어지는 화합물이 포함된다. 또한 일반식(G0) 내지 일반식(G5)으로 나타내어지는 화합물은 다음 예에 한정되지 않는다.
Figure pat00019
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Figure pat00040
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격을 포함한다. 벤조퓨로피라진 골격에서의 벤젠 고리 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 벤젠 고리는 총탄소수 6 이상 100 이하의 치환기를 포함한다. 벤조퓨로피라진 골격에서의 피라진 고리 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 피라진 고리는 총탄소수 6 이상 100 이하의 치환기를 포함한다.
이러한 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 발광 효율이 높고 낮은 전압으로 구동된다. 상기 유기 화합물은 산화 및 환원의 반복에 대한 내성이 높고 여기 상태가 안정적이기 때문에, 상기 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
일반적으로, π 공액계가 분자에 퍼진 화합물(방향족 화합물로 대표됨)이 발광 소자에서의 호스트 재료 또는 전자 수송 재료로서 사용된다. 특히, π-전자 부족형 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. π-전자 부족형 화합물 중에서, 다이아진 골격을 포함하는 축합 헤테로고리 골격은, 그 높은 T1 준위, 안정성, 및 높은 신뢰성 때문에 바람직하다. 특히, 벤조퓨로피라진 골격 및 벤조티에노피라진 골격은, 그 높은 억셉터성 때문에 바람직하다.
여기서, 본 발명자들은 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 벤젠 고리 측이 총탄소수 6 이상 100 이하의 제 1 치환기를 포함하게 설계하고 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 피라진 고리 측이 총탄소수 6 이상 100 이하의 제 2 치환기를 포함하게 설계한다. 이 유기 화합물은 발광 소자의 호스트 재료로서 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명자들은 호스트 재료로서 상기 유기 화합물을 포함하는 발광 소자가 낮은 전압으로 구동되고 높은 발광 효율 및 신뢰성을 가지는 것을 발견하였다.
벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 벤젠 고리 측이 총탄소수 6 이상 100 이하의 제 1 치환기를 포함하는 발광 소자는 상기 벤젠 고리 측이 치환기를 포함하지 않는 발광 소자에 비하여 매우 향상된 신뢰성을 가진다. 이는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물이 발광층의 호스트 재료로서 사용될 때, 특히 현저하다. 이는, 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 벤젠 고리 측에 포함되는 치환기가 유기 화합물의 여기 상태의 안정성 및 막의 품질의 안정성을 향상시키기 때문이라고 생각된다. 헤테로방향족 고리(예를 들어 피라진 고리)의 반대 측의 방향족 고리에서의 치환기가 신뢰성을 높이는 효과를 가져온다는 사실은 본 발명자들에 의한 중대한 발견이다. 또한, 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 피라진 고리 측이, 총탄소수 6 이상 100 이하의 제 2 치환기를 포함하기 때문에, 피라진 고리의 탄소 및 질소를 보호하기 쉽게 되어 전자가 이동될 때의 전기적 안정성 및 여기 상태에서의 안정성을 높일 수 있다. 제 2 치환기가 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리를 포함하는 경우, 피라진 고리와의 상호 작용에 의하여 LUMO가 확장되고, 이는 전자 수송성에 있어서 유리하다. 그러므로, 상기 유기 화합물은 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서 벤젠 고리 측의 치환기와 피라진 고리 측의 치환기의 양쪽을 포함하는 것이 바람직하다.
벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격을 포함하는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 피라진 고리를 포함하는 유닛과 벤젠 고리를 포함하는 유닛 사이의 퓨란 고리 또는 싸이오펜 고리를 얻기 위한 고리화 반응에 의하여 합성할 수 있다. 이 고리화 반응은 목적의 물질을 낮은 비용으로 간편하게 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서 피라진 고리 측이 2위치에서 치환기를 포함할 때 T1 준위가 높고 피라진 고리 측이 3위치에 치환기를 포함할 때 T1 준위가 낮다. 이 성질은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 발광 물질을 위한 호스트 재료에 적합하다. 예를 들어, 2위치 치환의 경우의 T1 준위는 청색 내지 녹색 광을 방출하는 발광 물질에 적합하고, 3위치 치환의 경우의 T1 준위는 적색 광을 방출하는 발광 물질에 적합하다. 이러한 설계 유연성은 벤조퓨로피리미딘의 경우에서 얻기 어려운 효과이다.
벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격을 포함하는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 LUMO 준위가 낮고 전자 수송성이 높다. 따라서, 상기 유기 화합물을 포함하는 발광 소자를 낮은 전압으로 구동할 수 있다. 또한, 상기 유기 화합물은 LUMO 준위가 낮고 산화 환원 특성이 양호하므로, 상기 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
제 1 치환기 및 제 2 치환기의 각각은 독립적으로 총탄소수 10 이상 100 이하의 치환기이기 때문에, 내열성이 높은 분자 구조를 실현할 수 있어 바람직하다. 이들 치환기를 사용하여, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 향상된, 여기 상태에서의 안정성, 막 품질의 안정성, 및 전자가 이동될 때의 전기적 안정성을 가질 수 있다. 탄소수 6의 치환기의 대표적인 예에는 벤젠 고리(페닐기) 또는 벤젠 고리와 비슷한 크기의 치환기가 있다. 예를 들어, 이 치환기와, 축합 방향족 고리 또는 축합 헤테로방향족 고리를 포함하고 탄소수 10 이상인 치환기를 치환함으로써, 상술한 효과는 더 커진다.
상술한 관점에서, 제 1 치환기 및 제 2 치환기의 각각은 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구조를 사용하여, π 공액계는 분자 전체에 퍼질 수 있고 캐리어 수송성이 높은 분자 구조를 실현할 수 있어, 낮은 전압으로 구동되는 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 따라서, 총탄소수 10 이상의 부피가 큰 치환기가 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 벤젠 고리 측 및 피라진 고리 측 각각에 포함되는 분자 구조는 본 발명의 일 형태의 중요한 구조이다.
상술한 구조에서, 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리의 예에는, 나프탈렌 고리, 플루오렌 고리, 페난트렌 고리, 및 트라이페닐렌 고리 등의 축합 방향족 고리가 포함된다. 다른 예에는 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 또는 다이벤조싸이오펜 고리를 포함하는 축합 헤테로방향족 고리(예를 들어, 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 벤조나프토퓨란 고리, 벤조나프토싸이오펜 고리, 인돌로카바졸 고리, 벤조퓨로카바졸 고리, 벤조티에노카바졸 고리, 인데노카바졸 고리, 또는 다이벤조카바졸 고리)가 포함된다.
또한 제 1 치환기 및 제 2 치환기의 예에는 방향족 탄화수소기, 헤테로방향족 탄화수소기, 및 방향족 아민 골격을 포함하는 치환기가 포함된다. 더 구체적인 예에는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리, 치환 또는 비치환된 나프탈렌 고리, 치환 또는 비치환된 페난트렌 고리, 치환 또는 비치환된 트라이페닐렌 고리, 치환 또는 비치환된 탄소수 12 내지 30의 축합 헤테로방향족 고리, 및 치환 또는 비치환된 트라이아릴아민 구조가 포함된다. 이들 치환기가 높은 전기화학적 안정성을 가지기 때문에 이들 치환기를 포함하는 발광 소자는 높은 신뢰성을 가질 수 있다. 축합 헤테로방향족 고리는 다이벤조퓨란 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 또는 카바졸 고리를 포함하는 고리(예를 들어, 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 벤조나프토퓨란 고리, 벤조나프토싸이오펜 고리, 인돌로카바졸 고리, 벤조퓨로카바졸 고리, 벤조티에노카바졸 고리, 인데노카바졸 고리, 또는 다이벤조카바졸 고리)인 것이 상기 고리의 안정성 및 내열성의 관점에서 바람직하다. 트라이아릴아민 구조는 트라이페닐아민 구조가 바람직하고, 이 경우 T1 준위는 높아진다.
또한 제 1 치환기 및 제 2 치환기에서 피리딘 고리 등의, 고립 전자쌍을 가진 6원 헤테로방향족 고리의 개수가 지나치게 많고, 상기 유기 화합물은 여기 상태에서 강한 염기로서 기능하고 신뢰성이 낮다. 그러므로, 제 1 치환기 및 제 2 치환기의 각각은 상술한 고리 및 구조의 하나 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 제 2 치환기는 정공 수송성을 가지는 골격을 포함하는 것이 바람직하다. 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격이 정공 수송성을 가지는 골격을 포함하기 때문에, 높은 산화 환원 특성을 가지는 신뢰성이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 캐리어(전자 및 정공) 수송성이 향상되어 발광 소자를 낮은 전압으로 구동할 수 있다.
정공 수송성을 가지는 골격은 트라이아릴아민 구조 또는 π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리를 포함하는 것이 바람직하다. 트라이아릴아민 구조 또는 π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리를 포함하는 유기 화합물은 정공 수송성이 높으므로, 상기 유기 화합물을 포함하는 발광 소자는 낮은 전압으로 구동될 수 있다. π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리의 예에는 피롤 고리, 퓨란 고리, 및 싸이오펜 고리 중 어느 것을 포함하는 고리가 있다. 상기 유기 화합물은, π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리가 다이벤조퓨란 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 및 카바졸 고리 중 어느 것을 포함하는 구조를 가지는 것이 바람직하고, 이 경우, 상기 유기 화합물은 높은 내열성, 안정된 구조, 및 높은 T1 준위를 가진다. 트라이아릴아민 구조는 트라이페닐아민 구조인 것이 정공 수송성이 높아 바람직하다. 그러나, 정공 수송성을 가지는 골격은 이들에 한정되지 않는다.
벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 피라진 고리 측에 포함되는 치환기는 하나 이상의 아릴렌기 및 정공 수송성을 가지는 골격을 포함하여도 좋고, 상기 치환기의 말단은 정공 수송성을 가지는 골격인 것이 바람직하다. 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 피라진 고리 측의 치환기는 피라진 고리와 정공 수송성을 가지는 골격이 직접 결합되는 구조 또는 정공 수송성을 가지는 골격이 하나 이상의 아릴렌기를 통하여 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에 결합되는 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 구조를 가진 유기 화합물은 높은 T1 준위를 가질 수 있다.
벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격에서의 피라진 측에 포함되는 치환기는 2위치에 치환기를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 구조를 가진 유기 화합물은 높은 T1 준위를 가질 수 있다. 또한 치환 위치는 2위치에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 전자 수송성을 가지는 벤조퓨로피라진 골격 또는 전자 수송성을 가지는 벤조티에노피라진 골격과, 정공 수송성을 가지는 치환기를 1분자에 포함하므로, 바이폴러 재료로 간주할 수 있다. 이 재료는 높은 캐리어 수송성을 가지고 호스트 재료로서 사용하는 것이 바람직하고, 이 경우, 이 재료를 사용한 발광 소자는 낮은 전압으로 구동될 수 있다.
본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리(예를 들어, 다이벤조퓨란 골격, 다이벤조싸이오펜 골격, 또는 카바졸 골격) 및 π-전자 부족형 헤테로방향족 고리(벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격)를 포함한다. 따라서, 분자에서 도너-억셉터 여기 상태가 형성되기 쉽다. 또한, π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리 및 π-전자 부족형 헤테로방향족 고리는 직접 또는 아릴렌기를 통하여 결합되고, 이는 도너성 및 억셉터성의 양쪽을 향상시킬 수 있다. 분자에서의 도너성 및 억셉터성의 양쪽을 증가시킴으로써, 최고 점유 분자 궤도(HOMO)가 분포된 영역과 LUMO가 분포된 영역 사이의 중첩을 작게 할 수 있고, 화합물의 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위 사이의 에너지 차이를 작게 할 수 있다. 또한 화합물의 삼중항 여기 에너지 준위를 높게 유지할 수 있다. 또한 분자 궤도란 분자 내의 전자의 공간 분포를 말하며, 전자를 발견할 확률을 나타낼 수 있다. 분자 궤도에 의하여, 분자의 전자 배치(전자의 공간 분포 및 에너지)를 자세히 설명할 수 있다.
단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위의 차이가 작을 때, 100℃ 이하, 바람직하게는 실온 정도의 낮은 열 에너지로, 역항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지는 단일항 여기 에너지로 업컨버트될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 형태의 화합물은 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 가지는 화합물로서 적합하다. 또한, 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하여 단일항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 가지는 화합물로서 적합하다. 효율적인 역항간 교차를 위해서는, 단일항 여기 에너지 준위와 삼중항 여기 에너지 준위 차이가 0eV보다 크고 0.3eV 이하인 것이 바람직하고, 0eV보다 크고 0.2eV 이하인 것이 더 바람직하고, 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한 HOMO가 분포된 영역 및 LUMO가 분포된 영역이 서로 중첩되고 HOMO 준위와 LUMO 준위 사이의 전이 쌍극자 모멘트가 0보다 큰 경우, HOMO 준위와 LUMO 준위에 관련된 여기 상태(예를 들어 최저 단일항 여기 상태)로부터 발광을 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 화합물은 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환하는 기능을 가지는 발광 재료로서 적합하고, 바꿔 말하면 상기 화합물은 열 활성화 지연 형광 재료로서 적합하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 발광 물질을 위한 호스트 재료로서 적합하다. 따라서, EL층이 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격을 포함하는 물질을 포함하고 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격을 포함하는 물질 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질을 포함하는, 한 쌍의 전극 사이의 상기 EL층을 포함하는 발광 소자도 본 발명의 일 형태이다. 이때, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질은 후술하는 인광성 화합물인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태의 유기 화합물의 막은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 또는 그라비어 인쇄법 등에 의하여 형성할 수 있다.
또한, 본 실시형태는 다른 실시형태 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물이고 일반식(G0)으로 나타내어지는, 벤조퓨로피라진 화합물 또는 벤조티에노피라진 화합물의 합성 방법에 대하여 설명한다. 다양한 반응을 화합물의 합성 방법에 적용할 수 있다. 예를 들어, 일반식(G0)으로 나타내어지는 화합물은 아래에 나타내는 간단한 합성 스킴을 통하여 합성될 수 있다.
Figure pat00041
먼저, 일반식(G0)의 출발 재료인, (M-1)로 나타내어지는 벤조퓨로피라진 화합물 또는 벤조티에노피라진 화합물을 아래에 나타낸 합성 스킴(A-1)을 통하여 합성할 수 있다. 중간체(Am-3)는 메틸옥시기 또는 메티싸이오기로 치환된 아릴 보론산(m-1)과 아미노기 및 할로젠기로 치환된 피라진 화합물(m-2)을 커플링함으로써 얻을 수 있다. 이 중간체와 아질산 tert-뷰틸을 고리화 반응시킴으로써, (M-1)로 나타내어지는 벤조퓨로피라진 화합물 또는 벤조티에노피라진 화합물을 얻을 수 있다.
Figure pat00042
합성 스킴(A-1)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, Y1 및 Y2의 각각은 독립적으로 할로젠을 나타내고, R1 내지 R4의 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기이고, B1은 보론산, 보론산 에스터, 또는 환상 트라이올보레이트 염 등을 나타낸다. 환상 트라이올보레이트 염으로서, 리튬 염, 포타슘 염, 또는 소듐 염을 사용하여도 좋다.
다음으로, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물이고 일반식(G0)으로 나타내어지는, 벤조퓨로피라진 화합물 또는 벤조티에노피라진 화합물은 합성 스킴(A-2)에서 나타낸 바와 같이, 합성 스킴(A-1)을 통하여 얻어지는 (M-1)로 나타내어지는 벤조퓨로피라진 화합물 또는 벤조티에노피라진 화합물과 보론산 화합물((M-2) 및 (M-3))을 커플링함으로써 얻을 수 있다. 또는, 일반식(G0)으로 나타내어지는 벤조퓨로피라진 화합물 또는 벤조티에노피라진 화합물은, (M-1)로 나타내어지는 벤조퓨로피라진 화합물 또는 벤조티에노피라진 화합물과 보론산 화합물(M-3)을 커플링함으로써 얻어지는 중간체와, 보론산 화합물(M-2)을 커플링함으로써 얻을 수 있다.
Figure pat00043
합성 스킴(A-2)에서, X는 산소 또는 황을 나타내고, A1 및 A2의 각각은 독립적으로 탄소수 6 내지 100의 치환기를 나타내고, R1 내지 R4의 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기이고, Y1 및 Y2의 각각은 독립적으로 할로젠을 나타내고, B2 및 B3의 각각은 독립적으로 보론산, 보론산 에스터, 또는 환상 트라이올보레이트 염 등을 나타낸다. 환상 트라이올보레이트 염으로서, 리튬 염, 포타슘 염, 또는 소듐 염을 사용하여도 좋다.
다양한 종류의 상술한 화합물(m-1), 화합물(m-2), 화합물(M-2), 및 화합물(M-3)은 시판되고 있거나 합성할 수 있기 때문에, 일반식(G0)으로 나타내어지는 다양한 종류의 벤조퓨로피라진 화합물 또는 벤조티에노피라진 화합물을 합성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 화합물의 특징은 베리에이션이 풍부하다는 것이다.
본 발명의 일 형태의 벤조퓨로피라진 화합물 또는 벤조티에노피라진 화합물의 합성 방법의 예를 위에서 설명하였지만, 본 발명은 이들 방법에 한정되지 않고 다른 합성 방법을 채용할 수 있다.
또한 본 실시형태에서 설명한 화합물은 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 어느 것과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자에 대하여 도 1의 (A) 내지 (C)를 참조하여 이하에서 설명한다.
<발광 소자의 구조예 1>
먼저, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 구조에 대하여 도 1의 (A) 내지 (C)를 참조하여 설명한다.
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태의 발광 소자(150)의 단면 모식도이다.
발광 소자(150)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)), 및 상기 한 쌍의 전극 사이의 EL층(100)을 포함한다. EL층(100)은 적어도 발광층(140)을 포함한다.
도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)은 발광층(140)에 더하여, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119) 등의 기능층을 포함한다.
본 실시형태에서는 한 쌍의 전극인 전극(101) 및 전극(102)이 각각 양극 및 음극으로서 기능하는 것으로 가정하여 설명하지만, 발광 소자(150)의 구조는 이에 한정되지 않는다. 즉 전극(101)이 음극이어도 좋고, 전극(102)이 양극이어도 좋고, 전극들 사이의 층들의 적층 순서가 거꾸로 되어도 좋다. 바꿔 말하면, 양극 측에서부터 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(140), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)이 이 순서대로 적층되어도 좋다.
EL층(100)의 구조는 도 1의 (A)에 도시된 구조에 한정되지 않고, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)에서 선택된 적어도 하나의 층을 포함하는 구조를 채용하여도 좋다. 또는 EL층(100)은 예를 들어 정공 또는 전자 주입 장벽을 낮추거나, 정공 또는 전자의 수송성을 향상시키거나, 정공 또는 전자의 수송성을 억제하거나, 또는 전극에 의한 퀀칭 현상을 억제할 수 있는 기능층을 포함하여도 좋다. 또한 기능층은 각각 단층이어도 좋고 적층이어도 좋다.
발광 소자(150)에서, EL층(100)에서의 적어도 하나의 층은, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함한다. 또한 상기 유기 화합물을 포함하는 층은 전자 수송층(118)인 것이 바람직하고, 발광층(140)인 것이 더 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물이 발광층(140)에서의 호스트 재료(141)로서 사용되고 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질(특히, 인광성 화합물)이 게스트 재료(142)로서 사용되는 것이 바람직하다.
도 1의 (B)는 도 1의 (A)의 발광층(140)의 예를 도시한 단면 모식도이다. 도 1의 (B)의 발광층(140)은 호스트 재료(141) 및 게스트 재료(142)를 포함한다. 호스트 재료(141)는 단일의 유기 화합물 또는 유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2)을 포함하는 co-host계이어도 좋다. 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 호스트 재료(141) 또는 유기 화합물(141_1)로서 사용할 수 있다.
게스트 재료(142)는 발광성 유기 재료이고, 발광성 유기 재료의 예로서는 형광을 발할 수 있는 재료(이하에서 형광 재료라고 함) 및 인광을 발할 수 있는 재료(이하에서 인광 재료라고도 함)를 들 수 있다. 인광 재료를 게스트 재료(142)로서 사용하는 구조에 대하여 이하에서 설명한다. 게스트 재료(142)를 인광 재료로 바꿔 말하여도 좋다.
도 1의 (B)에서 나타낸 바와 같이, 유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2) 등의 2종류의 호스트 재료가 발광층에 사용되는 경우(co-host계), 2종류의 호스트 재료로서 하나의 전자 수송 재료와 하나의 정공 수송 재료가 일반적으로 사용된다. 이러한 구조는 정공 수송층(112)과 발광층(140) 사이의 정공 주입 장벽 및 전자 수송층(118)과 발광층(140) 사이의 전자 주입 장벽이 저감되므로 구동 전압을 낮출 수 있어 바람직하다.
<발광 소자의 발광 기구>
다음으로 발광층(140)의 발광 기구에 대하여 이하에서 설명한다.
발광층(140)에서의 호스트 재료(141)에 포함되는 유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)은 들뜬 복합체(엑시플렉스(exciplex)라고도 함)를 형성한다.
도 1의 (C)는 발광층(140)에서의 유기 화합물(141_1), 유기 화합물(141_2), 및 게스트 재료(142)의 에너지 준위의 상관관계를 나타낸 것이다. 도 1의 (C)에서의 용어 및 부호가 무엇을 나타내는지는 다음과 같다.
Host(141_1): 유기 화합물(141_1)(호스트 재료);
Host(141_2): 유기 화합물(141_2)(호스트 재료);
Guest(142): 게스트 재료(142)(인광성 화합물);
SPH1: 유기 화합물(141_1)의 S1 준위(호스트 재료);
TPH1: 유기 화합물(141_1)의 T1 준위(호스트 재료);
SPH2: 유기 화합물(141_2)의 S1 준위(호스트 재료);
TPH2: 유기 화합물(141_2)의 T1 준위(호스트 재료);
SPG: 게스트 재료(142)(인광성 화합물)의 S1 준위;
TPG: 게스트 재료(142)(인광성 화합물)의 T1 준위;
SPE: 들뜬 복합체의 S1 준위; 및
TPE: 들뜬 복합체의 T1 준위.
유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)은 들뜬 복합체를 형성하고, 상기 들뜬 복합체의 S1 준위(SPE) 및 T1 준위(TPE)는 서로 인접한 에너지 준위이다(도 1의 (C)의 루트 E1 참조).
유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2) 중 한쪽이 정공을 받고 다른 쪽이 전자를 받아 손쉽게 들뜬 복합체를 형성한다. 또는, 한쪽 유기 화합물이 여기 상태가 되면, 다른 쪽이 상기 한쪽과 즉시 작용하여 들뜬 복합체를 형성한다. 그 결과, 발광층(140)에서의 여기자의 대부분이 들뜬 복합체로서 존재한다. 들뜬 복합체의 여기 에너지 준위(SPE 및 TPE)는 들뜬 복합체를 형성하는 호스트 재료(유기 화합물(141_1 및 141_2))의 S1 준위(SPH1 및 SPH2)보다 낮기 때문에, 호스트 재료(141)의 여기 상태를 더 낮은 여기 에너지에 의하여 형성할 수 있다. 이에 의하여 발광 소자의 구동 전압을 저감할 수 있다.
그리고, 들뜬 복합체의 SPE와 TPE 양쪽의 에너지가 게스트 재료(142)(인광성 화합물)의 T1 준위로 이동하여 발광이 얻어진다(도 1의 (C)에서의 루트 E2 및 E3 참조).
또한, 들뜬 복합체의 T1 준위(TPE)는 게스트 재료(142)의 T1 준위(TPG)보다 높은 것이 바람직하다. 이로써, 형성된 들뜬 복합체의 단일항 여기 에너지 및 삼중항 여기 에너지를 들뜬 복합체의 S1 준위(SPE) 및 T1 준위(TPE)로부터 게스트 재료(142)의 T1 준위(TPG)로 이동시킬 수 있다.
또한 여기 에너지를 들뜬 복합체로부터 게스트 재료(142)로 효율적으로 이동시키기 위해서는, 들뜬 복합체의 T1 준위(TPE)가, 들뜬 복합체를 형성하는 유기 화합물(유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2))의 T1 준위(TPH1 및 TPH2) 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 유기 화합물(유기 화합물(141_1 및 141_2))로 인한 들뜬 복합체의 삼중항 여기 에너지의 퀀칭이 일어나기 어려워지고, 결과적으로 상기 들뜬 복합체로부터 게스트 재료(142)에 에너지가 효율적으로 이동한다.
유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)의 조합이 정공 수송성을 가지는 화합물과 전자 수송성을 가지는 화합물의 조합인 경우, 그 혼합비에 따라 캐리어 밸런스를 용이하게 제어할 수 있다. 구체적으로는, 정공 수송성을 가지는 화합물 대 전자 수송성을 가지는 화합물의 중량비가 1:9 내지 9:1의 범위 내인 것이 바람직하다. 상기 구조에 의하여 캐리어 밸런스를 쉽게 제어할 수 있기 때문에, 캐리어 재결합 영역도 쉽게 제어할 수 있다.
상술한 루트 E2 및 E3을 거친 과정을 본 명세서 등에서 ExTET(exciplex-triplet energy transfer)라고 하는 경우가 있다. 바꿔 말하면, 발광층(140)에서는, 들뜬 복합체로부터 게스트 재료(142)로 여기 에너지가 주어진다. 이 경우, TPE로부터 SPE로의 역항간 교차의 효율 및 SPE로부터의 발광 양자 수율이 높을 필요가 없으므로, 폭넓은 선택지에서 재료를 선택할 수 있다.
유기 화합물(141_1)과 유기 화합물(141_2)의 조합은 들뜬 복합체를 형성할 수 있기만 하면 허용될 수 있지만, 하나가 다른 하나보다 낮은 HOMO) 준위 및 낮은 LUMO(최저 비점유 분자 궤도) 준위를 가지는 것이 바람직하다.
<재료>
다음으로, 본 발명의 일 형태의 발광 소자의 구성 요소에 대하여 이하에서 자세히 설명한다.
<<발광층>>
발광층(140)에서는 호스트 재료(141)가 중량비로 가장 많이 존재하고, 게스트 재료(142)는 호스트 재료(141) 내에 분산된다. 게스트 재료(142)가 형광성 화합물일 때, 발광층(140)에서의 호스트 재료(141)(유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2))의 S1 준위는 발광층(140)에서의 게스트 재료(게스트 재료(142))의 S1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 게스트 재료(142)가 인광성 화합물일 때, 발광층(140)에서의 호스트 재료(141)(유기 화합물(141_1) 및 유기 화합물(141_2))의 T1 준위는 발광층(140)에서의 게스트 재료(게스트 재료(142))의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다.
유기 화합물(141_1)은 질소 함유 6원 헤테로방향족 골격을 가지는 화합물인 것이 바람직하다. 특히, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 피라진 골격을 포함하기 때문에 적합하게 사용될 수 있다. 이들의 다른 구체적인 예에는 피리딘 골격, 다이아진 골격(피라진 골격, 피리미딘 골격, 및 피리다진 골격), 및 트라이아진 골격 중 어느 것을 가지는 화합물이 포함된다. 질소 함유 헤테로방향족 골격을 가지는 이들 염기성 화합물의 예로서는, 피리딘 화합물, 바이피리딘 화합물, 피리미딘 화합물, 트라이아진 화합물, 퀴녹살린 화합물, 다이벤조퀴녹살린 화합물, 페난트롤린 화합물, 및 퓨린 화합물 등의 화합물을 들 수 있다. 유기 화합물(141_1)로서, 정공보다 많은 전자를 수송하는 성질을 가지는 재료(전자 수송 재료)를 사용할 수 있고, 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다.
구체적인 예에는, 바소페난트롤린(약칭: BPhen) 및 바소큐프로인(약칭: BCP) 등의 피리딘 골격을 가지는 헤테로고리 화합물; 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II), 2-[3-(3,9'-바이-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzCzPDBq), 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 및 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm) 등의 다이아진 골격을 가지는 헤테로고리 화합물; 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn) 등의 트라이아진 골격을 가지는 헤테로고리 화합물; 그리고 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy) 및 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 골격을 가지는 헤테로고리 화합물이 포함된다. 상기 헤테로고리 화합물 중에서, 트라이아진 골격, 다이아진(피리미딘, 피라진, 피리다진) 골격 또는 피리딘 골격을 가지는 헤테로고리 화합물은 신뢰성이 높고 안정적이므로, 바람직하게 사용된다. 또한, 이 골격을 가지는 헤테로고리 화합물은 전자 수송성이 높아 구동 전압의 저감에 기여한다. 또는, 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 또는 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy) 등의 고분자 화합물을 사용할 수 있다. 여기에 기재된 물질은 주로 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이다. 또한 전자 수송성이 정공 수송성보다 높기만 하면 다른 물질을 사용하여도 좋다.
유기 화합물(141_2)은 질소 함유 5원 헤테로고리 골격 또는 3급 아민 골격을 가지는 화합물인 것이 바람직하다. 이들의 구체적인 예에는 피롤 골격 및 방향족 아민 골격 중 어느 것을 가지는 화합물이 포함된다. 예로서, 인돌 화합물, 카바졸 화합물, 및 트라이아릴아민 화합물 등을 들 수 있다. 질소 함유 5원 헤테로고리 골격의 예에는 이미다졸 골격, 트라이아졸 골격, 및 테트라졸 골격이 포함된다. 유기 화합물(141_2)로서, 전자보다 많은 정공을 수송하는 성질을 가지는 재료(정공 수송 재료)를 사용할 수 있고, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 또한, 정공 수송 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
정공 수송성이 높은 재료로서 사용할 수 있는 방향족 아민 화합물의 예에는 N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 및 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B) 등이 있다.
카바졸 화합물의 구체적인 예에는 3-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA1), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzDPA2), 3,6-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-(1-나프틸)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzTPN2), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 및 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1) 등이 있다.
카바졸 화합물의 다른 예에는, 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 및 1,4-비스[4-(N-카바졸릴)페닐]-2,3,5,6-테트라페닐벤젠이 있다.
또한, N,N-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: DPhPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), N,9-다이페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPBA), N,9-다이페닐-N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), 9-페닐-3-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: PCzPA), 3,6-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸(약칭: DPCzPA), 또는 N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1) 등을 사용할 수 있다.
다른 예에는 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 및 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: poly-TPD) 등의 고분자 화합물이 있다.
정공 수송성이 높은 재료의 예에는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: NPB 또는 α-NPD), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-다이페닐-[1,1'-바이페닐]-4,4'-다이아민(약칭: TPD), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA), 4,4',4''-트리스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: 1'-TNATA), 4,4',4''-트리스(N,N-다이페닐아미노)트라이페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트라이페닐아민(약칭: MTDATA), 4,4'-비스[N-(스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: BSPB), 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP), 4-페닐-3'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: mBPAFLP), N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-N-{9,9-다이메틸-2-[N'-페닐-N'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아미노]-9H-플루오렌-7-일}페닐아민(약칭: DFLADFL), N-(9,9-다이메틸-2-다이페닐아미노-9H-플루오렌-7-일)다이페닐아민(약칭: DPNF), 2-[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPASF), 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP), 4-(1-나프틸)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBANB), 4,4'-다이(1-나프틸)-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBNBB), 4-페닐다이페닐-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)아민(약칭: PCA1BP), N,N'-비스(9-페닐카바졸-3-일)-N,N'-다이페닐벤젠-1,3-다이아민(약칭: PCA2B), N,N',N''-트라이페닐-N,N',N''-트리스(9-페닐카바졸-3-일)벤젠-1,3,5-트라이아민(약칭: PCA3B), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9-페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCBiF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 9,9-다이메틸-N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]플루오렌-2-아민(약칭: PCBAF), N-페닐-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]스파이로-9,9'-바이플루오렌-2-아민(약칭: PCBASF), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-(4-페닐)페닐아닐린(약칭: YGA1BP), 및 N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F) 등의 방향족 아민 화합물이 포함된다. 다른 예에는, 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn), 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 3,6-다이(9H-카바졸-9-일)-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PhCzGI), 및 2,8-다이(9H-카바졸-9-일)-다이벤조싸이오펜(약칭: Cz2DBT) 등의 아민 화합물 및 카바졸 화합물 등이 있다. 상술한 화합물 중에서, 피롤 골격 또는 방향족 아민 골격을 가지는 화합물은 그 안정성 및 신뢰성이 높기 때문에 바람직하다. 또한, 이러한 골격을 가지는 화합물은 정공 수송성이 높아 구동 전압의 저감에 기여한다.
유기 화합물(141_2)로서, 이미다졸 골격, 트라이아졸 골격, 또는 테트라졸 골격 등의 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 가지는 화합물을 사용할 수 있다. 구체적으로, 예를 들어 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 9-[4-(4,5-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzTAZ1), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 및 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II) 등을 사용할 수 있다.
발광층(140)에서의 게스트 재료(142)에 특별히 한정은 없지만, 게스트 재료(142)가 형광성 화합물일 때, 안트라센 화합물, 테트라센 화합물, 크라이센 화합물, 페난트렌 화합물, 피렌 화합물, 페릴렌 화합물, 스틸벤 화합물, 아크리돈 화합물, 쿠마린 화합물, 페녹사진 화합물, 또는 페노싸이아진 화합물 등이 바람직하다. 예를 들어, 다음 물질을 사용할 수 있다.
구체적으로는, 다음 예를 들 수 있다: 5,6-비스[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAP2BPy), 5,6-비스[4'-(10-페닐-9-안트릴)바이페닐-4-일]-2,2'-바이피리딘(약칭: PAPP2BPy), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FLPAPrn), N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-비스[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6mMemFLPAPrn), N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-N,N'-비스(4-tert-뷰틸페닐)피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6tBu-FLPAPrn), N,N'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-3,8-다이사이클로헥실피렌-1,6-다이아민(약칭: ch-1,6FLPAPrn), N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐스틸벤-4,4'-다이아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-다이페닐-2-안트릴)트라이페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N''-(2-tert-뷰틸안트라센-9,10-다이일다이-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민](약칭: DPABPA), N,9-다이페닐-N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 쿠마린 30, N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린 6, 쿠마린 545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 2,8-다이-tert-뷰틸-5,11-비스(4-tert-뷰틸페닐)-6,12-다이페닐테트라센(약칭: TBRb), 나일레드, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6,11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), 및 5,10,15,20-테트라페닐비스벤조[5,6]인데노[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]페릴렌.
게스트 재료(142)(인광성 화합물)로서는, 이리듐, 로듐, 또는 백금계의 유기 금속 착체 또는 금속 착체를 사용할 수 있고, 특히 이리듐계 오쏘 금속 착체 등의 유기 이리듐 착체가 바람직하다. 오쏘 금속화되는 배위자로서는 4H-트라이아졸 배위자, 1H-트라이아졸 배위자, 이미다졸 배위자, 피리딘 배위자, 피리미딘 배위자, 피라진 배위자, 또는 아이소퀴놀린 배위자 등을 들 수 있다. 금속 착체로서는 포르피린 배위자를 가지는 백금 착체 등을 들 수 있다.
청색 또는 녹색의 파장 범위에 발광 피크를 가지는 물질의 예에는 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-
Figure pat00044
N2]페닐-
Figure pat00045
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), 및 트리스[3-(5-바이페닐)-5-아이소프로필-4-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPr5btz)3) 등의 4H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3) 및 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3) 등의 1H-트라이아졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체; fac-트리스[1-(2,6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrpmi)3) 및 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(dmpimpt-Me)3) 등의 이미다졸 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체; 및 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C 2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 및 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C 2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac)) 등의 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 화합물을 배위자로 하는 유기 금속 이리듐 착체가 포함된다. 상술한 재료 중에서, 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격, 또는 이미다졸 골격 등의 질소 함유 5원 헤테로고리 골격을 포함하는 유기 금속 이리듐 착체는 삼중항 여기 에너지, 신뢰성, 및 발광 효율이 높아 특히 바람직하다.
녹색 또는 황색의 파장 범위에 발광 피크를 가지는 물질의 예에는, 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)3), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)3), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tBuppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[4-(2-노보닐)-6-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(nbppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(mpmppm)2(acac)), (아세틸아세토네이토)비스{4,6-다이메틸-2-[6-(2,6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(dmppm-dmp)2(acac)), 및 (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac)) 등의 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체; (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-Me)2(acac)) 및 (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(mppr-iPr)2(acac)) 등의 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(bzq)3), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(pq)3), 및 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(pq)2(acac)) 등의 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체; 비스(2,4-다이페닐-1,3-옥사졸레이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N,C 2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 및 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)) 등의 유기 금속 이리듐 착체; 및 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)) 등의 희토류 금속 착체가 포함된다. 상술한 재료 중에서, 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 및 발광 효율이 두드러지게 높으므로 특히 바람직하다.
황색 또는 적색의 파장 범위에 발광 피크를 가지는 물질의 예에는 (다이아이소뷰틸릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dibm)), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(5mdppm)2(dpm)), 및 비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(d1npm)2(dpm)) 등의 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체; (아세틸아세토네이토)비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac)), 비스(2,3,5-트라이페닐피라지네이토)(다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(dpm)), 및 (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Fdpq)2(acac)) 등의 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체; 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)(약칭: Ir(piq)3) 및 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C 2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)) 등의 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체; 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린 백금(II)(약칭: PtOEP) 등의 백금 착체; 및 트리스(1,3-다이페닐-1,3-프로페인다이오네이토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)) 및 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트라이플루오로아세토네이토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen)) 등의 희토류 금속 착체가 포함된다. 상술한 재료 중에서, 피리미딘 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 신뢰성 및 발광 효율이 두드러지게 높으므로 특히 바람직하다. 또한, 피라진 골격을 가지는 유기 금속 이리듐 착체는 색도가 양호한 적색 발광을 제공할 수 있다.
벤조퓨로피라진 골격 또는 벤조티에노피라진 골격을 포함하는 유기 화합물은 T1 준위가 높으므로, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질을 발광 재료로서 포함하는 발광층에서의 호스트 재료로서 적합하게 사용될 수 있다. 따라서, 발광층(140)에 포함되는 발광 재료는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료인 것이 바람직하다. 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 재료의 예로서는 상술한 인광성 화합물에 더하여, 열 활성화 지연 형광(TADF: thermally activated delayed fluorescence) 재료를 들 수 있다. 따라서, 설명에서의 "인광성 화합물"을 "열 활성화 지연 형광 재료"로 바꿔도 좋다. 또한, 열 활성화 지연 형광 재료는 삼중항 여기 에너지 준위와 단일항 여기 에너지 준위의 차이가 작고, 역항간 교차에 의하여 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환시키는 기능을 가지는 재료이다. 그러므로 TADF 재료는 삼중항 여기 상태를 적은 열 에너지를 사용하여 단일항 여기 상태로 업컨버트할 수 있고(즉, 역항간 교차가 가능함), 단일항 여기 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타낼 수 있다. TADF는 삼중항 여기 에너지 준위와 단일항 여기 에너지 준위 사이의 에너지의 차이가 바람직하게는 0eV보다 크고 0.2eV 이하, 더 바람직하게는 0eV보다 크고 0.1eV 이하인 조건하에서 효율적으로 얻어진다. 열 활성화 지연 형광 재료로서는 실시형태 1에서 설명한 화합물도 바람직하게 사용된다.
열 활성화 지연 형광 재료가 1종류의 재료로 구성되는 경우, 예를 들어, 다음 재료 중 어느 것을 사용할 수 있다.
먼저 풀러렌, 그 화합물, 프로플라빈 등의 아크리딘 화합물, 및 에오신 등을 들 수 있다. 또한, 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd)을 포함하는 포르피린 등의 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 금속-함유 포르피린의 예에는, 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린 테트라메틸 에스터-플루오린화 주석 착체(SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(SnF2(Etio I)), 및 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(PtCl2(OEP))가 포함된다.
1종류의 재료로 구성되는 열 활성화 지연 형광 재료로서는, π전자 과잉형 헤테로방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로방향족 고리를 포함하는 헤테로고리 화합물도 사용할 수 있다. 구체적으로는, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 또는 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등을 사용할 수 있다. 상기 헤테로고리 화합물은 π전자 과잉형 헤테로방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로방향족 고리를 가지기 때문에, 전자 수송성 및 정공 수송성이 높아 바람직하다. π-전자 부족형 헤테로방향족 고리를 가지는 골격 중, 다이아진 골격(피리미딘 골격, 피라진 골격, 또는 피리다진 골격) 및 트라이아진 골격은 안정성 및 신뢰성이 높아 특히 바람직하다. π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리를 가지는 골격 중, 아크리딘 골격, 페녹사진 골격, 싸이오펜 골격, 퓨란 골격, 및 피롤 골격은 안정성 및 신뢰성이 높기 때문에, 이들 골격 중 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 피롤 골격으로서는, 인돌 골격, 카바졸 골격, 또는 3-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸 골격이 특히 바람직하다. 또한, π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리가 π-전자 부족형 헤테로방향족 고리에 직접 결합된 물질은, π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리의 도너성 및 π-전자 부족형 헤테로방향족 고리의 억셉터성이 모두 증가되고, 단일항 여기 상태의 에너지 준위와 삼중항 여기 상태의 에너지 준위 사이의 차가 작아지기 때문에 특히 바람직하다.
발광층(140)은 호스트 재료(141) 및 게스트 재료(142) 외의 재료를 포함하여도 좋다.
발광층(140)에 사용될 수 있는 재료의 예에는 안트라센 화합물, 페난트렌 화합물, 피렌 화합물, 크리센 화합물, 및 다이벤조[g,p]크리센 화합물 등의 축합 다환 방향족 화합물이 있지만 이에 한정되지 않는다. 축합 다환 방향족 화합물의 구체적인 예에는 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 6,12-다이메톡시-5,11-다이페닐크리센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 9,9'-바이안트릴(약칭: BANT), 9,9'-(스틸벤-3,3'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS2), 및 1,3,5-트라이(1-피렌일)벤젠(약칭: TPB3)이 포함된다. 게스트 재료(142)의 여기 에너지 준위보다 높은 단일항 여기 에너지 준위 또는 삼중항 여기 에너지 준위를 가지는 하나 이상의 물질은 이들 물질 및 알려진 물질로부터 선택된다.
예를 들어, 옥사졸 화합물 등의 헤테로방향족 골격을 가지는 화합물을 발광층(140)에 사용할 수 있다. 이들의 구체적인 예로서는, 2-(4-바이페닐릴)-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸(약칭: PBD), 1,3-비스[5-(p-tert-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사다이아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11), 및 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 헤테로고리 화합물을 들 수 있다.
또한, 헤테로고리를 가진 금속 착체(예를 들어, 아연계 또는 알루미늄계 금속 착체)를 예를 들어 발광층(140)에 사용될 수 있다. 예로서 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 및 싸이아졸 배위자를 가지는 금속 착체를 들 수 있다. 이들의 구체적인 예에는 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 및 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq) 등의 퀴놀린 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체가 포함된다. 또는, 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO) 또는 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계 또는 싸이아졸계 배위자를 가지는 금속 착체를 사용할 수 있다.
발광층(140)은 2층 이상이 적층된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 제 1 발광층과 제 2 발광층을 정공 수송층 측에서 이 순서대로 적층하여 발광층(140)을 형성하는 경우, 제 1 발광층은 정공 수송성을 가지는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성되고, 제 2 발광층은 전자 수송성을 가지는 물질을 호스트 재료로서 사용하여 형성된다. 제 1 발광층에 포함되는 발광 재료는 제 2 발광층에 포함되는 발광 재료와 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한, 상기 재료는 같은 색의 광 또는 다른 색의 광을 방출하는 기능을 가져도 좋다. 상이한 색의 광을 방출하는 기능을 가지는 발광 재료를 2개의 발광층에 사용하여, 복수의 발광색의 광을 동시에 얻을 수 있다. 2개의 발광층으로부터의 발광을 조합함으로써 백색광을 얻을 수 있도록 발광층의 발광 재료를 선택하는 것이 특히 바람직하다.
또한, 발광층(140)은 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 또는 그라비어 인쇄 등에 의하여 형성할 수 있다. 상술한 재료 외에, 퀀텀닷(quantum dot) 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(예를 들어, 올리고머, 덴드리머, 및 폴리머)을 사용하여도 좋다.
<<정공 주입층>>
정공 주입층(111)은 정공 주입을 촉진하기 위하여 한 쌍의 전극(전극(101) 또는 전극(102)) 중 한쪽으로부터의 정공 주입의 장벽을 저감하는 기능을 가지고, 예를 들어 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌 화합물, 또는 방향족 아민을 사용하여 형성된다. 전이 금속 산화물로서는 산화 몰리브데넘, 산화 바나듐, 산화 루테늄, 산화 텅스텐, 및 산화 망가니즈 등을 들 수 있다. 프탈로사이아닌 화합물로서는 프탈로사이아닌 및 금속 프탈로사이아닌 등을 들 수 있다. 방향족 아민으로서는 벤지딘 화합물 및 페닐렌다이아민 화합물 등을 들 수 있다. 폴리싸이오펜 또는 폴리아닐린 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있고, 그 대표적인 예는 자기 도핑된 폴리싸이오펜인 폴리(에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)이다.
정공 주입층(111)으로서, 정공 수송 재료와, 정공 수송 재료로부터 전자를 받는 성질을 가지는 재료의 복합 재료를 포함하는 층을 사용할 수도 있다. 또는, 전자 수용성을 가지는 재료를 포함하는 층과 정공 수송 재료를 포함하는 층의 적층을 사용하여도 좋다. 정상(定常) 상태 또는 전계 존재하에서 이들 재료 사이를 전하가 이동할 수 있다. 전자 수용성을 가지는 재료의 예로서는, 퀴노다이메테인 화합물, 클로라닐 화합물, 및 헥사아자트라이페닐렌 화합물 등의 유기 억셉터를 들 수 있다. 구체적인 예는 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 또는 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN) 등의 전자 흡인기(할로젠기 또는 사이아노기)를 가지는 화합물이다. 또는 제 4족 내지 제 8족 금속의 산화물 등의 전이 금속 산화물을 사용할 수도 있다. 구체적으로는 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 또는 산화 레늄 등을 사용할 수 있다. 특히, 산화 몰리브데넘은 대기 중에서 안정적이고 흡습성이 낮고 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다.
정공 수송 재료로서는 전자보다 정공을 더 수송하는 성질을 가지는 재료를 사용할 수 있고, 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상의 재료가 바람직하다. 구체적으로는, 발광층(140)에 사용할 수 있는 정공 수송 재료의 예로서 기재한 방향족 아민, 카바졸 화합물, 방향족 탄화수소, 및 스틸벤 화합물 등 중 어느 것을 사용할 수 있다. 또한, 정공 수송 재료는 고분자 화합물이어도 좋다.
정공 수송 재료의 다른 예로서는, 2-tert-뷰틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA), 2-tert-뷰틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 9,10-비스(3,5-다이페닐페닐)안트라센(약칭: DPPA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스(4-페닐페닐)안트라센(약칭: t-BuDBA), 9,10-다이(2-나프틸)안트라센(약칭: DNA), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), 2-tert-뷰틸안트라센(약칭: t-BuAnth), 9,10-비스(4-메틸-1-나프틸)안트라센(약칭: DMNA), 2-tert-뷰틸-9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 9,10-비스[2-(1-나프틸)페닐]안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(1-나프틸)안트라센, 2,3,6,7-테트라메틸-9,10-다이(2-나프틸)안트라센, 9,9'-바이안트릴, 10,10'-다이페닐-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스(2-페닐페닐)-9,9'-바이안트릴, 10,10'-비스[(2,3,4,5,6-펜타페닐)페닐]-9,9'-바이안트릴, 안트라센, 테트라센, 루브렌, 페릴렌, 및 2,5,8,11-테트라(tert-뷰틸)페릴렌 등의 방향족 탄화수소를 들 수 있다. 다른 예에는 펜타센 및 코로넨 등이 있다. 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상이고 탄소수 14 내지 42의 방향족 탄화수소가 특히 바람직하다.
방향족 탄화수소는 바이닐 골격을 가져도 좋다. 바이닐기를 가지는 방향족 탄화수소의 예에는 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(약칭: DPVBi) 및 9,10-비스[4-(2,2-다이페닐바이닐)페닐]안트라센(약칭: DPVPA) 등이 있다.
다른 예에는 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)벤젠(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV), 및 4-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: mDBTPTp-II) 등의 싸이오펜 화합물, 퓨란 화합물, 플루오렌 화합물, 트라이페닐렌 화합물, 및 페난트렌 화합물 등이 있다. 상술한 화합물 중에서, 피롤 골격, 퓨란 골격, 싸이오펜 골격, 또는 방향족 아민 골격을 포함하는 화합물은 안정성 및 신뢰성이 높기 때문에 바람직하다. 또한, 이러한 골격을 가지는 화합물은 정공 수송성이 높아 구동 전압의 저감에 기여한다.
<<정공 수송층>>
정공 수송층(112)은 정공 수송 재료를 포함하는 층이고 정공 주입층(111)의 재료의 예로서 든 정공 수송 재료 중 어느 것을 사용하여 형성할 수 있다. 정공 수송층(112)이 정공 주입층(111)에 주입된 정공을 발광층(140)에 수송하는 기능을 가질 수 있기 위해서는, 정공 수송층(112)의 최고 점유 분자 궤도(HOMO) 준위가 정공 주입층(111)의 HOMO 준위와 동등하거나 가까운 것이 바람직하다.
정공 수송성 재료로서는 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전자 수송성보다 정공 수송성이 높기만 하면 상술한 물질 외의 임의의 물질을 사용하여도 좋다. 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층은 단층에 한정되지 않고, 상술한 물질을 포함하는 2층 이상의 층을 적층하여도 좋다.
<<전자 수송층>>
전자 수송층(118)은, 전자 주입층(119)을 통하여 한 쌍의 전극 중 다른 쪽(전극(101) 또는 전극(102))으로부터 주입된 전자를 발광층(140)으로 수송하는 기능을 가진다. 전자 수송 재료로서는 정공보다 전자를 더 수송하는 성질을 가지는 재료를 사용할 수 있고, 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료가 바람직하다. 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성을 가지는 재료)로서, 질소 함유 헤테로방향족 화합물 등의 π-전자 부족형 헤테로방향족 화합물 또는 금속 착체를 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 피라진 골격을 포함하기 때문에 적합하게 사용될 수 있다. 전자 수송성을 가지는 재료의 다른 구체적인 예에는, 발광층(140)에 사용할 수 있는 전자 수송 재료로서 상술한, 피리딘 화합물, 바이피리딘 화합물, 피리미딘 화합물, 트라이아진 화합물, 퀴녹살린 화합물, 다이벤조퀴녹살린 화합물, 페난트롤린 화합물, 트라이아졸 화합물, 벤즈이미다졸 화합물, 및 옥사다이아졸 화합물이 포함된다. 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 또한, 이들 물질 외에, 정공보다 전자를 더 수송하는 성질을 가지는 임의의 물질을 전자 수송층에 사용하여도 좋다. 전자 수송층(118)은 단층에 한정되지 않고, 상술한 물질을 포함하는 2층 이상의 적층을 포함하여도 좋다.
또한, 퀴놀린 배위자, 벤조퀴놀린 배위자, 옥사졸 배위자, 및 싸이아졸 배위자를 가지는 금속 착체 등의, 헤테로고리를 가진 금속 착체를 들 수 있다. 이들의 구체적인 예에는 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 및 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq) 등의 퀴놀린 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체가 포함된다. 또는, 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO) 또는 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계 또는 싸이아졸계 배위자를 가지는 금속 착체를 사용할 수 있다.
전자 수송층(118)과 발광층(140) 사이에, 전자 캐리어의 이동을 제어하는 층을 제공하여도 좋다. 이는 높은 전자 트랩핑성을 가지는 소량의 물질을 상술한 바와 같은 높은 전자 수송성을 가지는 재료에 첨가함으로써 형성된 층이고, 상기 층은 전자 캐리어의 수송을 억제함으로써 캐리어 밸런스를 조정할 수 있다. 이러한 구조는 전자 수송 재료의 전자 수송성이 정공 수송 재료의 정공 수송성보다 매우 높은 경우에 일어나는 문제(예를 들어 소자의 수명의 저하)를 억제하는 데 매우 효과적이다.
<<전자 주입층>>
전자 주입층(119)은 전자 주입층(119)과 전극(102) 사이의 계면의 전자 주입의 장벽을 저감하여 전자 주입을 촉진하는 기능을 가지고, 예를 들어 제 1족 금속 또는 제 2족 금속, 또는 상기 금속들 중 어느 것의 산화물, 할로젠화물, 또는 탄산염을 사용하여 형성될 수 있다. 또는 전자 수송 재료(상술하였음)와, 전자 수송 재료에 대하여 전자를 공여하는 성질을 가지는 재료를 포함하는 복합 재료를 사용할 수도 있다. 전자 공여성을 가지는 재료로서는, 제 1족 금속, 제 2족 금속, 및 이들 금속 중 어느 것의 산화물 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 소듐(NaF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 또는 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 그 화합물을 사용할 수 있다. 또는, 플루오린화 어븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 전자 주입층(119)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 전자화물의 예에는 산화 칼슘-산화 알루미늄에 높은 농도로 전자를 첨가한 물질이 포함된다. 전자 주입층(119)은 전자 수송층(118)에 사용할 수 있는 물질을 사용하여 형성될 수 있다.
전자 주입층(119)에는, 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합한 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 복합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에서 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물은, 발생한 전자의 수송이 우수한 재료인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어, 상술한 전자 수송층(118)을 형성하는 물질(예를 들어, 금속 착체 및 헤테로방향족 화합물)을 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질을 사용하여도 좋다. 구체적으로는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 및 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 소듐, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 및 이터븀 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 산화물 또는 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 및 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 산화 마그네슘 등의 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
또한 상술한 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 잉크젯법, 도포법, 또는 그라비어 인쇄법 등에 의하여 형성할 수 있다. 상술한 재료 외에도, 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층에는 퀀텀닷 등의 무기 화합물 또는 고분자 화합물(예를 들어 올리고머, 덴드리머, 및 폴리머)을 사용하여도 좋다.
<<퀀텀닷>>
퀀텀닷은 크기가 수nm 내지 수십nm인 반도체 나노 결정이고, 약 1×103 내지 1×106개의 원자를 포함한다. 퀀텀닷의 에너지 시프트는 그 크기에 의존하기 때문에, 같은 물질로 만들어진 퀀텀닷은 그 크기에 따라 다른 파장의 광을 방출하므로, 퀀텀닷의 크기를 바꿈으로써 발광 파장을 쉽게 조정할 수 있다.
퀀텀닷은 피크가 좁은 발광 스펙트럼을 가지기 때문에 색 순도가 높은 발광을 얻을 수 있다. 또한 퀀텀닷의 이론적 내부 양자 효율은 약 100%라고 하고, 형광 유기 화합물의 이론적 내부 양자 효율 즉 25%를 크게 웃돌고, 인광 유기 화합물의 이론적 내부 양자 효율과 동등하다. 그러므로, 퀀텀닷을 발광 재료로서 사용하여 높은 발광 효율을 가지는 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한 무기 재료인 퀀텀닷은 그 본질적인 안정성이 높기 때문에 수명의 관점에서도 양호한 발광 소자를 얻을 수 있다.
퀀텀닷의 재료의 예에는 제 14족 원소, 제 15족 원소, 제 16족 원소, 복수의 제 14족 원소의 화합물, 제 4족 내지 제 14족 중 어느 것에 속하는 원소와 제 16족 원소의 화합물, 제 2족 원소와 제 16족 원소의 화합물, 제 13족 원소와 제 15족 원소의 화합물, 제 13족 원소와 제 17족 원소의 화합물, 제 14족 원소와 제 15족 원소의 화합물, 제 11족 원소와 제 17족 원소의 화합물, 산화 철류, 산화 타이타늄류, 칼코게나이드스피넬류, 및 반도체 클러스터가 포함된다.
구체적인 예에는, 셀레늄화 카드뮴; 황화 카드뮴; 텔루륨화 카드뮴; 셀레늄화 아연; 산화 아연; 황화 아연; 텔루륨화 아연; 황화 수은; 셀레늄화 수은; 텔루륨화 수은; 비소화 인듐; 인화 인듐; 비소화 갈륨; 인화 갈륨; 질화 인듐; 질화 갈륨; 안티모니화 인듐; 안티모니화 갈륨; 인화 알루미늄; 비소화 알루미늄; 안티모니화 알루미늄; 셀레늄화 납; 텔루륨화 납; 황화 납; 셀레늄화 인듐; 텔루륨화 인듐; 황화 인듐; 셀레늄화 갈륨; 황화 비소; 셀레늄화 비소; 텔루륨화 비소; 황화 안티모니; 셀레늄화 안티모니; 텔루륨화 안티모니; 황화 비스무트; 셀레늄화 비스무트; 텔루륨화 비스무트; 실리콘; 탄소화 실리콘; 저마늄; 주석; 셀레늄; 텔루륨; 붕소; 탄소; 인; 질화 붕소; 인화 붕소; 비소화 붕소; 질화 알루미늄; 황화 알루미늄; 황화 바륨; 셀레늄화 바륨; 텔루륨화 바륨; 황화 칼슘; 셀레늄화 칼슘; 텔루륨화 칼슘; 황화 베릴륨; 셀레늄화 베릴륨; 텔루륨화 베릴륨; 황화 마그네슘; 셀레늄화 마그네슘; 황화 저마늄; 셀레늄화 저마늄; 텔루륨화 저마늄; 황화 주석; 셀레늄화 주석; 텔루륨화 주석; 산화 납; 플루오린화 구리; 염화 구리; 브로민화 구리; 아이오딘화 구리; 산화 구리; 셀레늄화 구리; 산화 니켈; 산화 코발트; 황화 코발트; 산화 철; 황화 철; 산화 망가니즈; 황화 몰리브데넘; 산화 바나듐; 산화 텅스텐; 산화 탄탈럼; 산화 타이타늄; 산화 지르코늄; 질화 실리콘; 질화 저마늄; 산화 알루미늄; 타이타늄산 바륨; 셀레늄, 아연, 및 카드뮴의 화합물; 인듐, 비소, 및 인의 화합물; 카드뮴, 셀레늄, 및 황의 화합물; 카드뮴, 셀레늄, 및 텔루륨의 화합물; 인듐, 갈륨, 및 비소의 화합물; 인듐, 갈륨, 및 셀레늄의 화합물; 인듐, 셀레늄, 및 황의 화합물; 구리, 인듐, 및 황의 화합물; 및 이들의 조합이 포함되지만, 이들에 한정되지 않는다. 조성이 임의의 비율로 나타내어지는, 소위 합금형 퀀텀닷을 사용하여도 좋다. 예를 들어 카드뮴과 셀레늄과 황의 합금형 퀀텀닷은 원소의 함유 비율을 변경시킴으로써 발광 파장을 변경할 수 있기 때문에 청색광을 얻는 데 유효한 수단이다.
퀀텀닷으로서는 코어형 퀀텀닷, 코어 셸 퀀텀닷, 및 코어 멀티셸 퀀텀닷 등 중 어느 것을 사용할 수 있다. 또한 더 넓은 밴드 갭을 가지는 다른 무기 재료로 형성되는 셸로 코어가 덮이면, 나노 결정의 표면에 존재하는 결함 및 댕글링 본드의 영향을 저감시킬 수 있다. 이러한 구조는 발광의 양자 효율을 크게 향상시킬 수 있기 때문에 코어 셸 또는 코어 멀티셸 퀀텀닷을 사용하는 것이 바람직하다. 셸의 재료의 예에는 황화 아연 및 산화 아연이 포함된다.
퀀텀닷은 표면 원자의 비율이 높기 때문에 반응성이 높고 응집되기 쉽다. 이러한 이유로 퀀텀닷의 표면에는 보호제가 부착되거나 또는 보호기가 제공되는 것이 바람직하다. 상기 보호제의 부착 또는 상기 보호기의 제공에 의하여 응집을 방지하고 용매에 대한 용해성을 높일 수 있다. 반응성을 저감시키고 전기적 안정성을 향상시킬 수도 있다. 보호제(또는 보호기)의 예에는 폴리옥시에틸렌라우릴에터, 폴리옥시에틸렌스테아릴에터, 및 폴리옥시에틸렌오레일에터 등의 폴리옥시에틸렌알킬에터; 트라이프로필포스핀, 트라이뷰틸포스핀, 트라이헥실포스핀, 및 트라이옥틸포스핀 등의 트라이알킬포스핀; 폴리옥시에틸렌 n-옥틸페닐에터 및 폴리옥시에틸렌 n-노닐페닐에터 등의 폴리옥시에틸렌알킬페닐에터; 트라이(n-헥실)아민, 트라이(n-옥틸)아민, 및 트라이(n-데실)아민 등의 제 3급 아민류; 트라이프로필포스핀옥사이드, 트라이뷰틸포스핀옥사이드, 트라이헥실포스핀옥사이드, 트라이옥틸포스핀옥사이드, 및 트라이데실포스핀옥사이드 등의 유기 인 화합물; 폴리에틸렌글라이콜다이라우레이트 및 폴리에틸렌글라이콜다이스테아레이트 등의 폴리에틸렌글라이콜다이에스터; 피리딘류, 루티딘류, 콜리딘류, 및 퀴놀린류 등의 질소 함유 방향족 화합물 등의 유기 질소 화합물; 헥실아민, 옥틸아민, 데실아민, 도데실아민, 테트라데실아민, 헥사데실아민, 및 옥타데실아민 등의 아미노알케인류; 다이뷰틸설파이드 등의 다이알킬설파이드; 다이메틸설폭사이드 및 다이뷰틸설폭사이드 등의 다이알킬설폭사이드류; 싸이오펜 등의 황 함유 방향족 화합물 등의 유기 황 화합물; 팔미트산, 스테아르산, 및 오레산 등의 고급지방산; 알코올; 소르비탄지방산 에스터; 지방산변성 폴리에스터; 3급 아민변성 폴리우레탄; 및 폴리에틸렌이민이 포함된다.
퀀텀닷의 크기가 작아질수록 그 밴드 갭이 커지기 때문에 원하는 파장의 광을 얻을 수 있도록 그 크기를 적절히 조정한다. 결정 크기가 작아질수록 퀀텀닷으로부터의 발광은 청색 측, 즉 고에너지 측으로 시프트하기 때문에, 퀀텀닷의 크기를 변경함으로써 자외 영역, 가시광 영역, 및 적외 영역의 스펙트럼의 파장 범위에 걸쳐 퀀텀닷의 발광 파장을 조정할 수 있다. 보통 사용되는 퀀텀닷의 크기(직경)는 0.5nm 내지 20nm, 바람직하게는 1nm 내지 10nm이다. 퀀텀닷의 크기 분포가 작을수록 발광 스펙트럼은 좁아지므로, 높은 색 순도로 광을 얻을 수 있다. 퀀텀닷의 형상은 특별히 한정되지 않고, 구상형(spherical shape), 막대 형상, 또는 원반 형상 등이어도 좋다. 막대 형상의 퀀텀닷인 퀀텀 로드는 지향성의 광을 방출하는 기능을 가지기 때문에 퀀텀 로드를 발광 재료로서 사용하여 외부 양자 효율이 더 높은 발광 소자를 얻을 수 있다.
대부분의 유기 EL 소자에서는 발광 재료를 호스트 재료에 분산시켜 발광 재료의 농도 소광을 억제함으로써 발광 효율을 향상시킨다. 호스트 재료는 발광 재료 이상의 단일항 여기 에너지 준위 또는 삼중항 여기 에너지 준위를 가지는 재료일 필요가 있다. 발광 재료로서 청색 인광 재료를 사용하는 경우, 삼중항 여기 에너지 준위가 청색 인광 재료 이상이며 수명의 관점에서 우수한 호스트 재료를 개발하는 것이 특히 어렵다. 호스트 재료를 사용하지 않고 퀀텀닷으로 발광층을 구성하는 경우에도 퀀텀닷은 발광 효율을 확보할 수 있기 때문에 수명의 관점에서 양호한 발광 소자를 얻을 수 있다. 발광층이 퀀텀닷으로 구성되는 경우에는 퀀텀닷은 코어셸 구조(코어 멀티셸 구조를 포함함)를 가지는 것이 바람직하다.
발광층의 발광 재료로서 퀀텀닷을 사용하는 경우, 발광층의 두께는 3nm 내지 100nm, 바람직하게는 10nm 내지 100nm로 설정하고, 발광층은 퀀텀닷의 1volume% 내지 100volume%를 포함한다. 또한 발광층은 퀀텀닷으로 구성되는 것이 바람직하다. 발광 재료로서 퀀텀닷을 호스트 재료에 분산시키는 발광층을 형성하기 위해서는, 호스트 재료에 퀀텀닷을 분산 또는 호스트 재료와 퀀텀닷을 적절한 액체 매체에 용해 또는 분산시킨 후 웨트 프로세스(예를 들어 스핀 코팅법, 캐스트법, 다이 코팅법, 블레이드 코팅법, 롤 코팅법, 잉크젯법, 인쇄법, 스플레이 코팅법, 커튼 코팅법, 또는 랭뮤어-블라젯법(Langmuir-Blodgett method))를 채용하면 좋다. 인광 재료를 포함한 발광층에 대해서는, 상기 웨트 프로세스에 더하여, 진공 증착법도 적합하게 이용할 수 있다.
웨트 프로세스에 사용되는 액체 매체의 예에는 메틸에틸케톤 및 사이클로헥사논 등의 케톤류; 아세트산에틸 등의 지방산에스터류; 다이클로로벤젠 등의 할로젠화 탄화수소류; 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 및 사이클로헥실벤젠 등의 방향족 탄화수소류; 사이클로헥세인, 데칼린, 및 도데케인 등의 지방족 탄화수소류; 다이메틸폼아마이드(DMF); 또는 다이메틸설폭사이드(DMSO) 등의 유기 용매가 있다.
<<한 쌍의 전극>>
전극(101 및 102)은 각 발광 소자의 양극 및 음극으로서 기능한다. 전극(101 및 102)은 금속, 합금, 또는 도전성 화합물, 또는 그 혼합물 또는 적층 등을 사용하여 형성할 수 있다.
전극(101) 및 전극(102) 중 한쪽은 광을 반사하는 기능을 가지는 도전 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 도전 재료의 예에는 알루미늄(Al), 및 Al을 포함하는 합금 등이 포함된다. Al을 포함하는 합금의 예에는, Al 및 Ti를 포함하는 합금 그리고 Al, Ni, 및 La를 포함하는 합금 등, Al 및 L(L은 타이타늄(Ti), 네오디뮴(Nd), 니켈(Ni), 및 란타넘(La) 중 하나 이상을 나타냄)을 포함하는 합금이 포함된다. 알루미늄은 저항이 낮고 광의 반사율이 높다. 알루미늄은 지각(地殼)에 대량으로 포함되고 저렴하기 때문에 알루미늄을 사용함으로써 발광 소자의 제작 비용을 저감시킬 수 있다. 또는, Ag, 또는 은(Ag)과 N(N은 이트륨(Y), Nd, 마그네슘(Mg), 이터븀(Yb), Al, Ti, 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 텅스텐(W), 망가니즈(Mn), 주석(Sn), 철(Fe), Ni, 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 및 금(Au) 중 하나 이상을 나타냄)의 합금 등을 사용할 수 있다. 은을 포함하는 합금의 예에는 은, 팔라듐, 및 구리를 포함하는 합금, 은 및 구리를 포함하는 합금, 은 및 마그네슘을 포함하는 합금, 은 및 니켈을 포함하는 합금, 은 및 금을 포함하는 합금, 및 은 및 이터븀을 포함하는 합금 등이 포함된다. 그 이외에 텅스텐, 크로뮴(Cr), 몰리브데넘(Mo), 구리, 또는 타이타늄 등의 전이 금속을 사용할 수 있다.
발광층으로부터 방출되는 광은 전극(101) 및/또는 전극(102)을 통하여 추출된다. 그러므로, 전극(101) 및 전극(102) 중 적어도 하나는 광을 투과시키는 기능을 가지는 도전 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 도전 재료로서는 가시광 투과율이 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 60% 이상 100% 이하이고, 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전 재료를 사용할 수 있다.
전극(101 및 102)의 각각은 광을 투과시키는 기능 및 광을 반사하는 기능을 가지는 도전 재료를 사용하여 형성하여도 좋다. 도전 재료로서는 가시광 반사율이 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하이고, 저항률이 1×10-2Ω·cm 이하인 도전 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어 도전성의 금속 및 합금, 및 도전성 화합물 등을 1종류 이상 사용할 수 있다. 구체적으로는 인듐 주석 산화물(이후 ITO라고 함), 실리콘 또는 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO), 산화 인듐-산화 아연(indium zinc oxide), 타이타늄을 포함하는 산화 인듐-주석 산화물, 인듐 타이타늄 산화물, 또는 산화 텅스텐 및 산화 아연을 포함하는 산화 인듐 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 광을 투과시키는 두께(바람직하게는 1nm 이상 30nm 이하의 두께)의 금속 박막을 사용할 수도 있다. 금속으로서는 Ag, Ag와 Al의 합금, Ag와 Mg의 합금, Ag와 Au의 합금, 또는 Ag와 Yb의 합금 등을 사용할 수 있다.
본 명세서 등에서는 광을 투과시키는 재료로서, 가시광을 투과시키고 도전성을 가지는 재료를 사용한다. 상기 재료의 예에는 상술한 ITO로 대표되는 산화물 도전체에 더하여, 산화물 반도체, 및 유기 물질을 포함하는 유기 도전체가 포함된다. 유기 물질을 포함하는 유기 도전체의 예에는 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합한 복합 재료, 및 유기 화합물과 전자 수용체(억셉터)를 혼합한 복합 재료가 포함된다. 또는 그래핀 등의 무기 탄소계 재료를 사용하여도 좋다. 상기 재료의 저항률은 바람직하게는 1×105Ω·cm 이하, 더 바람직하게는 1×104Ω·cm 이하이다.
또는 전극(101) 및/또는 전극(102)은 이들 재료 중 2개 이상을 적층시켜 형성하여도 좋다.
광 추출 효율을 향상시키기 위하여, 광을 투과시키는 기능을 가지는 전극보다 굴절률이 높은 재료를 상기 전극과 접촉시켜 형성하여도 좋다. 상기 재료는 가시광을 투과시키는 기능을 가지기만 하면 도전성을 가져도 좋고 도전성을 가지지 않아도 된다. 상술한 산화물 도전체에 더하여, 산화물 반도체 및 유기 물질을 상기 재료의 예로서 들 수 있다. 유기 물질의 예에는 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층의 재료가 포함된다. 또는 무기 탄소계 재료 또는 광이 투과될 정도로 얇은 금속막을 사용할 수 있다. 또는, 수 나노미터 내지 수십 나노미터의 두께를 가지는 적층을 사용하여도 좋다.
전극(101) 또는 전극(102)이 음극으로서 기능하는 경우, 전극은 일함수가 낮은(3.8eV 이하) 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 원소 주기율표의 제 1족 또는 제 2족에 속하는 원소(예를 들어 리튬, 소듐, 또는 세슘 등의 알칼리 금속, 칼슘 또는 스트론튬 등의 알칼리 토금속, 또는 마그네슘), 이들 원소 중 어느 것을 포함하는 합금(예를 들어 Ag-Mg 또는 Al-Li), 유로퓸(Eu) 또는 Yb 등의 희토류 금속, 이들 희토류 금속 중 어느 것을 포함하는 합금, 또는 알루미늄 및 은을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다.
전극(101) 또는 전극(102)을 양극으로서 사용할 때에는 일함수가 높은(4.0eV 이상) 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
전극(101) 및 전극(102)은 광을 반사하는 기능을 가지는 도전 재료와, 광을 투과시키는 기능을 가지는 도전 재료의 적층이어도 좋다. 이 경우, 전극(101) 및 전극(102)은, 각 발광층으로부터 방출되는 원하는 파장의 광을 공진시키고 강화시키도록 광로의 길이를 조정하는 기능을 가질 수 있기 때문에 바람직하다.
전극(101) 및 전극(102)의 형성 방법으로서는 스퍼터링법, 증착법, 인쇄법, 도포법, MBE(molecular beam epitaxy)법, CVD법, 펄스 레이저 퇴적법, 또는 ALD(atomic layer deposition)법 등을 적절히 사용할 수 있다.
<<기판>>
본 발명의 일 형태의 발광 소자는 유리 또는 플라스틱 등의 기판 위에 형성시켜도 좋다. 기판 위에 적층하는 방법으로서는 층들을 전극(101) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋고 전극(102) 측으로부터 순차적으로 적층하여도 좋다.
본 발명의 일 형태의 발광 소자를 형성할 수 있는 기판에는 예를 들어 유리, 석영, 또는 플라스틱 등을 사용할 수 있다. 또는 플렉시블 기판을 사용할 수 있다. 플렉시블 기판이란 예를 들어 폴리카보네이트 또는 폴리아릴레이트로 만들어진 플라스틱 기판 등의 구부릴 수 있는 기판을 의미한다. 또는 필름 또는 무기 증착 필름 등을 사용할 수 있다. 기판이 발광 소자 또는 광학 소자의 제작 공정에서 지지체로서 기능하기만 하면, 또는 기판이 발광 소자 또는 광학 소자를 보호하는 기능을 가지기만 하면, 다른 재료를 사용하여도 좋다.
본 명세서 등에서 발광 소자는 예를 들어 다양한 기판 중 어느 것을 사용하여 형성할 수 있다. 기판의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 기판의 예에는 반도체 기판(예를 들어 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스 스틸 기판, 스테인리스 스틸 포일을 포함하는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 포함하는 기판, 플렉시블 기판, 접합 필름, 섬유상의 재료를 포함하는 종이, 및 기재 필름 등이 포함된다. 유리 기판의 예로서, 바륨 보로실리케이트 유리 기판, 알루미노 보로실리케이트 유리 기판, 및 소다 석회 유리 기판 등을 들 수 있다. 플렉시블 기판, 접합 필름, 및 기재 필름 등의 예는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에터 설폰(PES), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)으로 대표되는 플라스틱의 기판이다. 다른 예에는 아크릴 등의 수지가 있다. 또한, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화바이닐, 및 폴리염화바이닐을 예로 들 수 있다. 다른 예에는 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시, 무기 증착 필름, 및 종이 등이 있다.
또는, 기판으로서 플렉시블 기판을 사용하여 발광 소자를 플렉시블 기판에 직접 제공하여도 좋다. 또는, 기판과 발광 소자 사이에 분리층을 제공하여도 좋다. 분리층은, 분리층 위에 형성된 발광 소자의 일부 또는 전체를 기판으로부터 분리하여 다른 기판으로 전치할 때에 사용할 수 있다. 이러한 경우, 발광 소자를 내열성이 낮은 기판 또는 플렉시블 기판으로도 전치할 수 있다. 상술한 분리층에는, 예를 들어 텅스텐막과 산화 실리콘막의 무기막을 포함하는 적층, 또는 기판 위에 폴리이미드 등의 수지막이 형성된 구조를 사용할 수 있다.
바꿔 말하면, 기판을 사용하여 발광 소자를 형성한 후에 발광 소자를 다른 기판으로 전치하여도 좋다. 발광 소자를 전치하는 기판의 예는 상술한 기판에 더하여, 셀로판 기판, 석재 기판, 목재 기판, 천 기판(천연 섬유(예를 들어 견, 면, 또는 마), 합성 섬유(예를 들어 나일론, 폴리우레탄, 또는 폴리에스터), 및 재생 섬유(예를 들어 아세테이트, 큐프라, 레이온, 또는 재생 폴리에스터) 등을 포함함), 피혁 기판, 및 고무 기판 등이다. 이러한 기판을 사용하면, 내구성이 높고, 내열성이 높고, 가볍고, 또는 얇은 발광 소자를 형성할 수 있다.
발광 소자(150)는 예를 들어, 상술한 어느 기판 위에 형성된 전계 효과 트랜지스터(FET)에 전기적으로 접속되는 전극 위에 형성되어도 좋다. 이에 따라, FET가 발광 소자(150)의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스 표시 장치를 제작할 수 있다.
본 실시형태에서 상술한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 어느 것과 적절히 조합될 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는, 실시형태 3에서 설명한 구조와 다른 구조를 가지는 발광 소자에 대하여 도 2를 참조하여 이하에서 설명한다. 도 2에서, 도 1의 (A)의 부분과 비슷한 기능을 가지는 부분은 도 1의 (A)에서와 같은 해치 패턴으로 표시하고, 특별히 부호로 표시하지 않는 경우가 있다. 또한, 비슷한 기능을 가지는 부분에는 공통된 부호를 사용하고, 그 부분에 대한 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
<발광 소자의 구조예 2>
도 2는 발광 소자(250)의 단면 모식도이다.
도 2에 도시된 발광 소자(250)는 한 쌍의 전극(전극(101) 및 전극(102)) 사이의 복수의 발광 유닛(발광 유닛(106) 및 발광 유닛(110))을 포함한다. 발광 유닛들 중 하나는 도 1의 (A)에 도시된 EL층(100)과 같은 구조를 가지는 것이 바람직하다. 즉, 도 1의 (A)에 도시된 발광 소자(150)는 하나의 발광 유닛을 포함하고, 한편 발광 소자(250)는 복수의 발광 유닛을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 발광 소자(250)에 대한 이하의 설명에 있어서 전극(101)은 양극으로서 기능하고 전극(102)은 음극으로서 기능하지만, 발광 소자(250)에서 상기 기능은 교체되어도 좋다.
도 2에 도시된 발광 소자(250)에서는, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(110)이 적층되어 있고, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(110) 사이에 전하 발생층(115)이 제공되어 있다. 또한, 발광 유닛(106)과 발광 유닛(110)은 같은 구조를 가져도 좋고 상이한 구조를 가져도 좋다. 예를 들어, 발광 유닛(110)에 EL층(100)과 비슷한 구조를 사용하는 것이 바람직하다.
발광 소자(250)는 발광층(120) 및 발광층(170)을 포함한다. 발광 유닛(106)은 발광층(170)에 더하여, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 전자 수송층(113), 및 전자 주입층(114)을 포함한다. 발광 유닛(110)은 발광층(120)에 더하여, 정공 주입층(116), 정공 수송층(117), 전자 수송층(118), 및 전자 주입층(119)을 포함한다.
전하 발생층(115)은 정공 수송 재료에 전자 수용체인 억셉터 물질이 첨가된 구조를 가져도 좋고, 전자 수송 재료에 전자 공여체인 도너 물질이 첨가된 구조를 가져도 좋다. 또는, 이들 구조의 양쪽이 적층되어도 좋다.
전하 발생층(115)이 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 경우, 상기 복합 재료에는, 실시형태 3에서 설명한 정공 주입층(111)에 사용할 수 있는 복합 재료를 사용하여도 좋다. 유기 화합물로서는, 방향족 아민 화합물, 카바졸 화합물, 방향족 탄화수소, 및 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 또는 폴리머 등) 등의 다양한 화합물을 사용할 수 있다. 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 재료를 유기 화합물로서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 전자보다 정공의 수송성이 높기만 하면, 다른 임의의 재료를 사용하여도 좋다. 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료는 캐리어 주입성 및 캐리어 수송성이 우수하기 때문에, 저전압 구동 및 저전류 구동을 실현할 수 있다. 또한, 양극 측의 발광 유닛의 표면이 전하 발생층(115)과 접촉하는 경우에는, 전하 발생층(115)이 발광 유닛의 정공 주입층 또는 정공 수송층으로서도 기능할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛에 정공 주입층 또는 정공 수송층이 반드시 포함될 필요는 없다. 또는, 음극 측의 발광 유닛의 표면이 전하 발생층(115)과 접촉하는 경우에는, 전하 발생층(115)이 발광 유닛의 전자 주입층 또는 전자 수송층으로서도 기능할 수 있기 때문에, 상기 발광 유닛에 전자 주입층 또는 전자 수송층이 반드시 포함될 필요는 없다.
전하 발생층(115)은, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 다른 재료를 포함하는 층의 적층 구조를 가져도 좋다. 예를 들어, 유기 화합물과 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과, 전자 공여성 재료 중에서 선택된 하나의 화합물 및 전자 수송성이 높은 화합물을 포함하는 층의 조합을 사용하여 전하 발생층(115)을 형성하여도 좋다. 또한, 전하 발생층(115)을, 유기 화합물 및 억셉터 물질의 복합 재료를 포함하는 층과 투명 도전막을 포함하는 층의 조합을 사용하여 형성하여도 좋다.
발광 유닛(106)과 발광 유닛(110) 사이에 제공되는 전하 발생층(115)은, 전극(101)과 전극(102) 사이에 전압을 인가하였을 때에 한쪽의 발광 유닛에 전자가 주입되고 다른 쪽의 발광 유닛에 정공이 주입된다. 예를 들어, 도 3의 (A)에서, 전극(101)의 전위가 전극(102)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가할 때 전하 발생층(115)은 발광 유닛(106)에 전자를 주입하고 발광 유닛(110)에 정공을 주입한다.
또한, 광 추출 효율의 관점에서, 전하 발생층(115)은 가시광 투과성(구체적으로는, 40% 이상의 가시광 투과성)을 가지는 것이 바람직하다. 전하 발생층(115)은 한 쌍의 전극(전극(101 및 102))보다 도전율이 낮을 때에도 기능한다.
상술한 재료 중 어느 것을 사용하여 형성된 전하 발생층(115)은, 발광층의 적층에 의하여 일어나는 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
도 2에 2개의 발광 유닛을 포함하는 발광 소자를 도시하였지만, 발광 소자는 3개 이상 적층된 발광 유닛을 포함할 수 있다. 발광 소자(250)에서와 같이, 전하 발생층에 의하여 나누어진, 한 쌍의 전극 사이의 복수의 발광 유닛을 사용하여, 전류 밀도를 낮게 유지하면서 높은 휘도의 광을 방출할 수 있고, 수명이 길고, 저소비전력인 발광 소자를 제공할 수 있다.
또한, 상술한 각 구조에서, 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(110)에 사용되는 게스트 재료의 발광색은 같아도 좋고 상이하여도 좋다. 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(110)에 같은 색의 광을 방출하는 게스트 재료를 사용하는 경우, 발광 소자(250)는 작은 전류값으로 높은 발광 휘도를 나타낼 수 있어 바람직하다. 발광 유닛(106) 및 발광 유닛(110)에 상이한 색의 광을 방출하는 게스트 재료를 사용하는 경우, 발광 소자(250)는 다색(多色) 발광을 나타낼 수 있어, 바람직하다. 이 경우, 발광층(120) 및 발광층(170) 중 한쪽 또는 양쪽에 발광 파장이 상이한 복수의 발광 재료를 사용할 때, 발광 피크가 상이한 광이 발광 소자(250)로부터의 발광을 합성한다. 즉, 발광 소자(250)의 발광 스펙트럼은 적어도 2개의 극대값을 가진다.
상술한 구조는 백색 발광을 얻기 위해서도 적합하다. 발광층(120) 및 발광층(170)이 보색의 광을 방출하는 경우, 백색 발광을 얻을 수 있다. 연색성이 높은 백색 발광 또는 적어도 적색, 녹색, 및 청색의 발광을 얻을 수 있도록 게스트 재료를 선택하는 것이 특히 바람직하다.
3개 이상의 발광 유닛이 적층된 발광 소자의 경우, 발광 유닛에서의 게스트 재료로부터 방출되는 광의 색은 같아도 좋고, 서로 상이하여도 좋다. 발광 소자가 같은 색의 광을 방출하는 복수의 발광 유닛을 포함하는 경우, 이들 발광 유닛은 다른 색의 광에 비하여 작은 전류값으로 발광 휘도가 높은 색의 광을 나타낼 수 있다. 이러한 구조는 발광색을 조정하기 위하여 적합하게 사용될 수 있다. 특히, 상기 구조는 상이한 발광 효율을 가진 상이한 색의 광을 방출하는 게스트 재료가 사용되는 경우에 적합하게 사용된다. 예를 들어, 발광 소자가 3층 구조의 발광 유닛을 가질 때, 발광 유닛은 형광 재료를 포함하고 같은 색의 광을 방출하는 2개의 발광 유닛과, 인광 재료를 포함하고 형광 재료의 색과 상이한 색의 광을 방출하는 하나의 발광 유닛이고, 이 경우, 형광과 인광의 강도를 조정할 수 있다. 따라서, 색의 발광 강도는 발광 유닛의 개수를 변경함으로써 조정할 수 있다.
발광 소자가 2개의 형광 발광 유닛과 하나의 인광 발광 유닛을 포함할 때, 2개의 형광 발광 유닛이 청색 형광 재료를 포함하고 하나의 인광 발광 유닛이 황색 인광 재료를 포함하는 것, 2개의 형광 발광 유닛이 청색 형광 재료를 포함하고 하나의 인광 발광 유닛이 적색 인광 재료 및 녹색 인광 재료를 포함하는 것, 또는 2개의 형광 발광 유닛이 청색 형광 재료를 포함하고 하나의 인광 발광 유닛이 적색 인광 재료, 황색 인광 재료, 및 녹색 인광 재료를 포함하는 것이 바람직하고, 이 경우 백색 발광을 효율적으로 얻을 수 있다.
발광층(120 및 170) 중 적어도 하나는 층들로 분할되고 각 분할된 층은 다른 발광 재료를 포함하여도 좋다. 즉, 발광층(120 및 170) 중 적어도 하나는 2개 이상의 층으로 구성되어도 좋다. 예를 들어, 제 1 발광층 및 제 2 발광층을 정공 수송층 측으로부터 이 순서대로 적층하여 발광층을 형성하는 경우, 제 1 발광층은 정공 수송성을 가지는 재료를 호스트 재료로서 사용하여 형성하고, 제 2 발광층은 전자 수송성을 가지는 재료를 호스트 재료로서 사용하여 형성한다. 제 1 발광층에 포함되는 발광 재료는 제 2 발광층에 포함되는 발광 재료와 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한, 상기 재료는 같은 색의 광 또는 다른 색의 광을 방출하는 기능을 가져도 좋다. 3원색 또는 4색 이상으로 형성되는 연색성이 높은 백색 발광은, 상이한 색의 광을 방출하는 복수의 발광 재료를 사용함으로써 얻을 수 있다.
또한, 발광 유닛(110)의 발광층이 인광성 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 복수의 유닛 중 적어도 하나에 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 가진 구조를 사용하면, 내열성이 높고 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 본 실시형태는 다른 실시형태 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
도 3의 (A)는 발광 장치의 상면도이고, 도 3의 (B)는 도 3의 (A)의 선 A-B 및 선 C-D를 따라 취한 단면도이다. 이 발광 장치는 발광 소자의 발광을 제어하며 점선으로 도시된 구동 회로부(소스 측 구동 회로)(601), 화소부(602), 및 구동 회로부(게이트 측 구동 회로)(603)를 포함한다. 또한 부호(604)는 밀봉 기판을 나타내고, 부호(625)는 건조제를 나타내고, 부호(605)는 실란트를 나타낸다. 실란트(605)에 의하여 둘러싸인 부분은 공간(607)이다.
또한, 리드 배선(608)은 소스 측 구동 회로(601) 및 게이트 측 구동 회로(603)에 입력되는 신호를 전송하며, 외부 입력 단자로서 기능하는 FPC(flexible printed circuit)(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 및 리셋 신호 등을 받는 배선이다. 여기서는 FPC만을 도시하였지만, FPC에 PWB(printed wiring board)가 장착되어도 좋다. 본 명세서에서의 발광 장치는, 그 범주에 발광 장치 자체뿐만 아니라, FPC 또는 PWB가 제공된 발광 장치도 포함한다.
다음으로, 발광 장치의 단면 구조에 대하여도 3의 (B)를 참조하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에 구동 회로부 및 화소부를 형성한다. 여기서는 구동 회로부인 소스 측 구동 회로(601)와, 화소부(602) 중 하나의 화소를 도시하였다.
소스 측 구동 회로(601)에는, n채널 TFT(623)와 p채널 TFT(624)가 조합된 CMOS 회로가 형성된다. 구동 회로는 CMOS 회로, PMOS 회로, 또는 NMOS 회로 등의 다양한 회로를 사용하여 형성하여도 좋다. 본 실시형태에서는 기판 위에 구동 회로가 형성된 드라이버 일체형을 설명하지만, 구동 회로는 반드시 기판 위에 형성될 필요는 없고, 기판 외부에 형성되어도 좋다.
화소부(602)는 스위칭 TFT(611), 전류 제어 TFT(612), 및 전류 제어 TFT(612)의 드레인에 전기적으로 접속된 제 1 전극(613)을 포함하는 복수의 화소를 포함한다. 또한 제 1 전극(613)의 단부를 덮도록 절연체(614)가 형성된다. 절연체(614)는 포지티브 감광성 수지막을 사용하여 형성될 수 있다.
절연체(614) 위에 형성되는 막의 피복성을 향상시키기 위하여, 절연체(614)는 그 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 곡면을 가지도록 형성된다. 예를 들어 감광성 아크릴을 절연체(614)의 재료로서 사용하는 경우, 절연체(614)의 상단부만이 곡면을 가지는 것이 바람직하다. 곡면의 곡률 반경은 0.2μm 이상 0.3μm 이하인 것이 바람직하다. 절연체(614)로서, 네거티브 감광성 재료 또는 포지티브 감광성 재료를 사용할 수 있다.
제 1 전극(613) 위에는 EL층(616) 및 제 2 전극(617)이 형성된다. 양극으로서 기능하는 제 1 전극(613)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, ITO막, 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물막, 산화 아연을 2wt% 내지 20wt% 포함하는 산화 인듐막, 질화 타이타늄막, 크로뮴막, 텅스텐막, Zn막, 또는 Pt막 등의 단층막, 질화 타이타늄막과 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막을 포함하는 적층, 또는 질화 타이타늄막, 알루미늄을 주성분으로서 포함하는 막, 및 질화 타이타늄막의 3개의 층을 포함하는 적층 등을 사용할 수 있다. 적층 구조는 낮은 배선 저항, 양호한 옴 콘택트(ohmic contact), 및 양극으로서의 기능을 달성한다.
EL층(616)은 증착 마스크를 사용하는 증착법, 잉크젯법, 및 스핀 코팅법 등 다양한 방법 중 어느 것에 의하여 형성된다. EL층(616)에 포함되는 다른 재료로서는 저분자 화합물 또는 고분자 화합물(올리고머 또는 덴드리머를 포함함)을 사용하여도 좋다.
EL층(616) 위에 형성되고 음극으로서 기능하는 제 2 전극(617)에 사용되는 재료로서는, 일함수가 작은 재료(예를 들어 Al, Mg, Li, Ca, 또는 이들의 합금 또는 화합물, MgAg, MgIn, 또는 AlLi 등)가 사용되는 것이 바람직하다. EL층(616)에서 발생한 광이 제 2 전극(617)을 통과하는 경우에는, 금속 박막과 투명 도전막(예를 들어, ITO, 산화 아연을 2wt% 이상 20wt% 이하로 포함하는 산화 인듐, 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물, 또는 산화 아연(ZnO))을 포함하는 적층을 제 2 전극(617)에 사용하는 것이 바람직하다.
또한 제 1 전극(613), EL층(616), 및 제 2 전극(617)으로 발광 소자(618)가 형성된다. 발광 소자(618)는 실시형태 3 및 실시형태 4에서 설명한 구조를 가지는 것이 바람직하다. 본 실시형태의 발광 장치에서, 복수의 발광 소자를 포함하는 화소부는 실시형태 1 및 실시형태 2에서 설명한 구조를 가진 발광 소자 및 상이한 구조를 가지는 발광 소자의 양쪽을 포함하여도 좋다.
실란트(605)로 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)에 접착시켜, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604), 및 실란트(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 소자(618)가 제공된다. 공간(607)은 충전제로 충전되어 있다. 충전제는 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등), 또는 수지 및/또는 건조제이어도 좋다.
실란트(605)에는 에폭시계 수지 또는 유리 프릿(glass frit)을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 재료는 수분 또는 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 것이 바람직하다. 밀봉 기판(604)으로서는 유리 기판, 석영 기판, 또는 FRP(fiber reinforced plastic), PVF(polyvinyl fluoride), 폴리에스터, 또는 아크릴 등으로 형성된 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 실시형태 3 및 실시형태 4에서 설명한 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 얻을 수 있다.
<발광 장치의 구조예 1>
발광 장치의 예로서, 도 4의 (A) 및 (B) 각각은 백색 발광을 나타내는 발광 소자 및 착색층(컬러필터)을 포함하는 발광 장치를 도시한 것이다.
도 4의 (A)에는, 기판(1001), 하지 절연막(1002), 게이트 절연막(1003), 게이트 전극(1006, 1007, 및 1008), 제 1 층간 절연막(1020), 제 2 층간 절연막(1021), 주변부(1042), 화소부(1040), 구동 회로부(1041), 발광 소자의 제 1 전극(1024W, 1024R, 1024G, 및 1024B), 격벽(1026), EL층(1028), 발광 소자의 제 2 전극(1029), 밀봉 기판(1031), 및 실란트(1032) 등을 도시하였다.
도 4의 (A) 및 (B)에서, 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))이 투명한 기재(1033)에 제공된다. 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)이 추가로 제공되어도 좋다. 착색층 및 흑색층이 제공된 투명한 기재(1033)는 위치가 맞추어져(positioned) 기판(1001)에 고정된다. 또한, 착색층 및 흑색층은 오버코트층(1036)으로 덮여 있다. 도 4의 (A)에는, 일부 발광층으로부터의 발광은 착색층을 투과하지 않고, 반면 나머지 발광층으로부터의 발광은 착색층을 투과한다. 착색층을 통과하지 않는 광은 백색이고, 착색층 중 어느 하나를 통과하는 광은 적색, 청색, 또는 녹색이기 때문에, 4색의 화소들을 사용하여 화상을 표시할 수 있다.
도 4의 (B)는 적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B)이 게이트 절연막(1003)과 제 1 층간 절연막(1020) 사이에 형성되는 예를 도시한 것이다. 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이, 착색층은 기판(1001)과 밀봉 기판(1031) 사이에 제공될 수 있다.
상술한 발광 장치는, TFT가 형성되는 기판(1001) 측으로부터 광이 추출되는 구조(보텀 이미션 구조(bottom emission structure))를 가지지만, 밀봉 기판(1031) 측으로부터 광이 추출되는 구조(톱 이미션 구조(top emission structure))를 가져도 좋다.
<발광 장치의 구조예 2>
도 5는 톱 이미션 구조를 가지는 발광 장치의 단면도이다. 이 경우, 기판(1001)으로서 광을 투과시키지 않는 기판을 사용할 수 있다. TFT와 발광 소자의 양극을 접속시키는 접속 전극을 형성하는 단계까지의 공정은 보텀 이미션 구조를 가지는 발광 장치와 비슷한 식으로 수행된다. 그리고, 전극(1022)을 덮도록 제 3 층간 절연막(1037)을 형성한다. 이 절연막은 평탄화 기능을 가져도 좋다. 제 3 층간 절연막(1037)은 제 2 층간 절연막(1021)과 비슷한 재료를 사용하여 형성할 수 있고, 또는 다른 다양한 재료 중 어느 것을 사용하여 형성할 수 있다.
발광 소자의 하부 전극(1025W, 1025R, 1025G, 및 1025B)은, 여기서는 각각 양극으로서 기능하지만, 음극으로서 기능하여도 좋다. 또한 도 5에 도시된 바와 같은 톱 이미션 구조를 가지는 발광 장치의 경우, 하부 전극(1025W, 1025R, 1025G, 및 1025B)은 반사 전극인 것이 바람직하다. 또한 제 2 전극(1029)은 광을 반사하는 기능 및 광을 투과시키는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 제 2 전극(1029)과 하부 전극(1025W, 1025R, 1025G, 및 1025B) 사이에서 마이크로캐비티 구조(microcavity structure)를 사용하면, 특정의 파장을 가지는 광이 증폭되므로 바람직하다. EL층(1028)은, 실시형태 2에서 설명한 구조와 비슷한 구조를 가지도록 형성되고, 이로써 백색 발광을 얻을 수 있다.
도 4의 (A) 및 (B) 그리고 도 5에서, 백색 발광을 제공하는 EL층의 구조는, 예를 들어 복수의 발광층을 사용하거나 복수의 발광 유닛을 사용함으로써 실현할 수 있다. 또한, 백색 발광을 제공하는 구조는 상술한 것에 한정되지 않는다.
도 5에서 설명한 바와 같은 톱 이미션 구조의 경우, 착색층(적색의 착색층(1034R), 녹색의 착색층(1034G) 및 청색의 착색층(1034B))이 제공된 밀봉 기판(1031)으로 밀봉을 행할 수 있다. 밀봉 기판(1031)에는 화소들 사이에 위치하는 흑색층(블랙 매트릭스)(1035)이 제공되어도 좋다. 착색층(적색 착색층(1034R), 녹색 착색층(1034G), 및 청색 착색층(1034B))과 흑색층(블랙 매트릭스)은 오버코트층으로 덮여도 좋다. 또한, 밀봉 기판(1031)으로서 투광성 기판이 사용된다.
여기서는 적색, 녹색, 청색, 및 백색의 4가지 색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하는 예를 나타내었지만, 특별한 제한은 없으며, 적색, 녹색, 및 청색의 3가지 색 또는 적색, 녹색, 청색, 및 황색의 4가지 색을 사용하여 풀 컬러 표시를 수행하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 실시형태 3 및 실시형태 4에서 설명한 발광 소자를 포함하는 발광 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태는 다른 실시형태 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 평면을 가지는 신뢰성이 높은 전자 기기를 제작할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따르면, 곡면을 가지는 신뢰성이 높은 전자 기기를 제작할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 따르면, 플렉시블하고 신뢰성이 높은 전자 기기를 제작할 수 있다.
전자 기기의 예에는, 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터 등의 모니터, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 포토 프레임, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치, 및 파친코기 등의 대형 게임기가 포함된다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치는 외광의 강도에 상관없이 높은 시인성을 달성할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 휴대형 전자 기기, 웨어러블 전자 기기(웨어러블 기기), 또는 전자책 단말기 등에 적합하게 사용될 수 있다.
도 6의 (A) 및 (B)에 도시된 휴대 정보 단말기(900)는 하우징(901), 하우징(902), 표시부(903), 및 힌지부(905) 등을 포함한다.
하우징(901)과 하우징(902)은 힌지부(905)에 의하여 연결된다. 휴대 정보 단말기(900)는, 닫힌 상태(도 6의 (A))로부터 도 6의 (B)에 도시된 바와 같이 펼칠 수 있다. 따라서, 휴대 정보 단말기(900)는 가지고 다닐 때는 휴대성이 높고 사용 시에는 표시 영역이 크기 때문에 시인성이 우수하다.
휴대 정보 단말기(900)에서, 힌지부(905)에 의하여 서로 연결된 하우징(901)과 하우징(902)에 걸쳐 플렉시블한 표시부(903)가 제공된다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치는 표시부(903)에 사용될 수 있다. 이로써, 높은 수율로 휴대 정보 단말기를 제작할 수 있다.
표시부(903)는 텍스트, 정지 화상, 및 동영상 등 중 적어도 하나를 표시할 수 있다. 표시부에 텍스트를 표시할 때, 휴대 정보 단말기(900)를 전자책 단말기로서 사용할 수 있다.
휴대 정보 단말기(900)가 펼쳐지면 표시부(903)는 크게 만곡된다. 예를 들어, 곡률 반경 1mm 이상 50mm 이하, 바람직하게는 5mm 이상 30mm 이하로 만곡된 부분을 포함하면서 표시부(903)가 유지된다. 표시부(903)의 일부는 하우징(901)으로부터 하우징(902)까지 화소가 연속적으로 배치되기 때문에, 휘어진 채로 화상을 표시할 수 있다.
표시부(903)는 터치 패널로서 기능하고 손가락 또는 스타일러스 등으로 제어할 수 있다.
표시부(903)는 하나의 플렉시블 디스플레이를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 이로써, 하우징(901)과 하우징(902) 사이에서 연속적인 화상을 표시할 수 있다. 또한 하우징(901) 및 하우징(902) 각각에 디스플레이가 제공되어도 좋다.
힌지부(905)는, 휴대 정보 단말기(900)가 펼쳐질 때, 하우징(901)과 하우징(902) 사이에 형성되는 각도가 소정의 각도보다 크게 되지 않도록 잠금 기구를 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하우징(901)과 하우징(902)이 잠기는(이들이 더 이상 펼쳐지지 않는) 각도는 90° 이상 180° 미만인 것이 바람직하고, 대표적으로는 90°, 120°, 135°, 150°, 또는 175° 등으로 할 수 있다. 이 경우, 휴대 정보 단말기(900)의 편리성, 안전성, 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
힌지부(905)가 잠금 기구를 포함하면, 과도한 힘이 표시부(903)에 가해지지 않기 때문에, 표시부(903)의 파손을 방지할 수 있다. 그러므로, 신뢰성이 높은 휴대 정보 단말기를 제공할 수 있다.
하우징(901) 및 하우징(902)에는 전원 버튼, 조작 버튼, 외부 접속 포트, 스피커, 또는 마이크로폰 등이 제공되어도 좋다.
하우징(901) 및 하우징(902) 중 어느 하나에는 무선 통신 모듈이 제공되고, 인터넷, LAN(local area network), 또는 Wi-Fi(등록 상표) 등의 컴퓨터 네트워크를 통하여 데이터를 송수신할 수 있다.
도 6의 (C)에 도시된 휴대 정보 단말기(910)는 하우징(911), 표시부(912), 조작 버튼(913), 외부 접속 포트(914), 스피커(915), 마이크로폰(916), 및 카메라(917) 등을 포함한다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(912)에 사용할 수 있다. 따라서, 높은 수율로 휴대 정보 단말기를 제작할 수 있다.
휴대 정보 단말기(910)는 표시부(912)에 터치 센서를 포함한다. 전화를 걸거나 문자를 입력하는 등의 조작을 표시부(912)를 손가락 또는 스타일러스 등으로 터치함으로써 수행할 수 있다.
조작 버튼을 사용하여, 전원을 온 또는 오프로 할 수 있다. 또한, 표시부(912)에 표시되는 화상의 종류를 전환할 수 있고, 예를 들어 조작 버튼(913)으로 메일 작성 화면으로부터 메인 메뉴 화면으로의 화상 전환을 수행한다.
자이로스코프 센서 또는 가속도 센서 등의 검출 장치가 휴대 정보 단말기(910) 내부에 제공되는 경우, 표시부(912)의 화면의 표시의 방향은, 휴대 정보 단말기(910)의 방향(휴대 정보 단말기(910)가, 수평으로 놓여 있는지 수직으로 놓여 있는지)을 판단하여 자동으로 전환될 수 있다. 또한, 표시부(912)를 터치하는 것, 조작 버튼(913)의 조작, 또는 마이크로폰(916)을 사용한 음성 입력 등에 의하여 화면의 표시 방향을 변경할 수 있다.
휴대 정보 단말기(910)는 예를 들어, 전화기, 노트, 및 정보 열람 시스템 중 하나 이상으로서 기능한다. 구체적으로는, 휴대 정보 단말기는 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 휴대 정보 단말기(910)는 예를 들어 이동 전화, 이메일, 텍스트의 열람 및 편집, 음악 재생, 동영상 재생, 인터넷 통신, 및 컴퓨터 게임 등의 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있다.
도 6의 (D)에 도시된 카메라(920)는 하우징(921), 표시부(922), 조작 버튼(923), 및 셔터 버튼(924) 등을 포함한다. 또한 탈착 가능한 렌즈(926)가 카메라(920)에 장착된다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(922)에 사용할 수 있다. 따라서, 높은 수율로 카메라를 제작할 수 있다.
여기서는 카메라(920)의 렌즈(926)를 교환을 위하여 하우징(921)으로부터 떼어낼 수 있지만, 렌즈(926)는 하우징(921)에 내장되어도 좋다.
셔터 버튼(924)을 눌러 카메라(920)로 정지 화상 또는 동영상을 촬상할 수 있다. 또한 터치 패널의 기능을 가지는 표시부(922)의 터치에 의하여 화상을 촬상할 수도 있다.
또한 카메라(920)에는 스트로보스코프 또는 뷰파인더 등이 추가로 장착될 수 있다. 또는 이들이 하우징(921)에 내장되어도 좋다.
도 7의 (A) 내지 (E)는 전자 기기를 도시한 것이다. 이들 전자 기기 각각은 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작 키(9005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 가지는 센서), 및 마이크로폰(9008) 등을 포함한다.
본 발명의 일 형태를 사용하여 제작된 발광 장치를 표시부(9001)에 양호하게 사용할 수 있다. 따라서, 전자 기기를 높은 수율로 제작할 수 있다.
도 7의 (A) 내지 (E)에 도시된 전자 기기는 다양한 기능, 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 및 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 및 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)로 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능으로 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속되는 기능, 무선 통신 기능으로 다양한 데이터를 송수신하는 기능, 및 기억 매체에 저장된 프로그램 또는 데이터를 판독하고 표시부에 프로그램 또는 데이터를 표시하는 기능 등의 다양한 기능을 가질 수 있다. 또한 도 7의 (A) 내지 (E)에 도시된 전자 기기의 기능은 상술한 것에 한정되지 않고, 전자 기기는 다른 기능을 가져도 좋다.
도 7의 (A)는 손목시계형 휴대 정보 단말기(9200)의 사시도이다. 도 7의 (B)는 손목시계형 휴대 정보 단말기(9201)의 사시도이다.
도 7의 (A)에 도시된 휴대 정보 단말기(9200)는 이동 전화, 이메일, 문장의 열람 및 편집, 음악 재생, 인터넷 통신, 및 컴퓨터 게임 등의 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있다. 표시부(9001)의 표시면이 휘어져 있고, 휘어진 표시면에 화상을 표시할 수 있다. 휴대 정보 단말기(9200)는, 통신 표준에 맞는 근거리 무선 통신을 채용할 수 있다. 이 경우, 예를 들어 휴대 정보 단말기(9200)와, 무선 통신이 가능한 헤드셋 간의 상호 통신을 실시할 수 있어 핸즈프리 통화가 가능하다. 휴대 정보 단말기(9200)는 접속 단자(9006)를 포함하고, 커넥터를 통하여 다른 정보 단말기에 데이터를 직접 송신하고 다른 정보 단말기로부터 데이터를 직접 수신할 수 있다. 접속 단자(9006)를 통한 충전도 가능하다. 또한 접속 단자(9006)를 사용하지 않고 무선 급전에 의하여 충전 동작을 수행하여도 좋다.
도 7의 (A)에 도시된 휴대 정보 단말기와는 달리, 도 7의 (B)에 도시된 휴대 정보 단말기(9201)에서 표시부(9001)의 표시면은 만곡되어 있지 않다. 또한 휴대 정보 단말기(9201)의 표시부의 외부 상태는 비(非)직사각형(도 7의 (B)에서는 원형)이다.
도 7의 (C) 내지 (E)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9202)의 사시도이다. 도 7의 (C)는 펼친 휴대 정보 단말기(9202)를 도시한 사시도이다. 도 7의 (D)는 펼치고 있는 중 또는 접고 있는 중의 휴대 정보 단말기(9202)를 도시한 사시도이다. 도 7의 (E)는 접힌 휴대 정보 단말기(9202)를 도시한 사시도이다.
접힌 휴대 정보 단말기(9202)는 휴대성이 높고, 펼쳐진 휴대 정보 단말기(9202)는 이음매가 없는 큰 표시 영역에 의하여 열람성이 높다. 휴대 정보 단말기(9202)의 표시부(9001)는, 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)에 의하여 지지된다. 힌지(9055)를 이용하여 2개의 하우징(9000) 사이의 연결부에서 휴대 정보 단말기(9202)를 접음으로써, 휴대 정보 단말기(9202)를, 펼친 형태에서 접은 형태로 가역적으로 변형할 수 있다. 예를 들어, 휴대 정보 단말기(9202)는 곡률 반경 1mm 이상 150mm 이하로 휘어질 수 있다.
또한, 본 실시형태는 다른 실시형태 중 어느 것과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 다양한 전자 기기 및 조명 장치에 사용한 예에 대하여 도 8의 (A) 내지 (C) 및 도 9를 참조하여 설명한다.
가요성을 가지는 기판 위에 제작된 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 사용함으로써 곡면을 가지는 발광 영역을 가지는 전자 기기 또는 조명 장치를 얻을 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 소자가 사용된 발광 장치는 자동차의 조명에도 사용될 수 있고, 그 예에는 앞유리 및 천장 등의 조명이 있다.
도 8의 (A)는 다기능 단말기(3500)의 하나의 면을 도시한 사시도이고, 도 8의 (B)는 다기능 단말기(3500)의 다른 하나의 면을 도시한 사시도이다. 다기능 단말기(3500)의 하우징(3502)에는 표시부(3504), 카메라(3506), 및 조명(3508) 등이 포함되어 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 장치는 조명(3508)에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 형태의 발광 장치를 포함하는 조명(3508)은 면 광원으로서 기능한다. 그러므로 조명(3508)은 LED로 대표되는 점 광원과 달리 지향성이 낮은 발광을 제공할 수 있다. 예를 들어 조명(3508)과 카메라(3506)를 조합하여 사용하면, 조명(3508)을 점등 또는 점멸시켜 카메라(3506)에 의하여 촬상을 실시할 수 있다. 조명(3508)은 면 광원으로서 기능하기 때문에 자연광 하에서 찍은 듯한 사진을 찍을 수 있다.
또한 도 8의 (A) 및 (B)에 도시된 다기능 단말기(3500)는 도 7의 (A) 내지 (C)에 도시된 전자 기기와 같이 다양한 기능을 가질 수 있다.
하우징(3502)은 스피커, 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 소리, 시간, 경도, 전계, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 기울기, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정 또는 검지하는 기능을 가지는 센서), 및 마이크로폰 등을 포함할 수 있다. 자이로스코프 센서 또는 가속도 센서 등의 기울기를 검출하는 센서를 포함하는 검출 장치를 다기능 단말기(3500) 내부에 제공하면, 다기능 단말기(3500)의 방향(다기능 단말기가 가로 모드가 되도록 수평으로 놓여 있는지 또는 세로 모드가 되도록 수직으로 놓여 있는지)을 판단하여 표시부(3504)의 화면 표시를 자동적으로 전환할 수 있다.
표시부(3504)는 이미지 센서로서 기능하여도 좋다. 예를 들어 표시부(3504)가 손바닥 또는 손가락으로 터치되었을 때 장문 또는 지문 등의 화상을 찍음으로써 개인 인증을 실시할 수 있다. 또한 근적외광을 방출하는 백라이트 또는 센싱용 광원을 표시부(3504)에 제공함으로써 손가락 정맥 또는 손바닥 정맥 등의 화상을 찍을 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 장치를 표시부(3504)에 사용하여도 좋다.
도 8의 (C)는 보안 라이트(3600)의 사시도이다. 라이트(3600)는 하우징(3602) 외측에 조명(3608)을 포함하고, 하우징(3602)에는 스피커(3610) 등이 포함되어 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 조명(3608)에 사용할 수 있다.
라이트(3600)는 예를 들어, 조명(3608)을 잡거나 쥐었을 때에 광을 방출한다. 하우징(3602)에는 라이트(3600)로부터의 발광 방식을 제어할 수 있는 전자 회로를 제공하여도 좋다. 전자 회로는 1회 또는 간헐적으로 여러 번의 발광을 가능하게 하는 회로이어도 좋고, 발광의 전류 값을 제어함으로써 발광량을 조정할 수 있는 회로이어도 좋다. 조명(3608)으로부터의 발광과 동시에 스피커(3610)로부터 대음량의 음향 경보가 출력되도록 하는 회로가 포함되어도 좋다.
라이트(3600)는 다양한 방향으로 광을 방출할 수 있기 때문에 광, 또는 광과 소리로 폭한 등에게 겁을 줄 수 있다. 또한 라이트(3600)는 디지털 스틸 카메라 등의 카메라를 포함하여 사진 촬영 기능을 가져도 좋다.
도 9는 상기 발광 소자를 실내 조명 장치(8501)에 사용한 예를 도시한 것이다. 상기 발광 소자는 보다 대면적으로 할 수 있기 때문에 대면적의 조명 장치를 형성할 수도 있다. 또한 곡면을 가지는 하우징을 사용함으로써 발광 영역이 곡면을 가지는 조명 장치(8502)를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에서 설명한 발광 소자는 박막 형태이기 때문에 하우징을 더 자유로이 설계하는 것이 가능하다. 그러므로 조명 장치를 다양한 형태로 정교하게 설계할 수 있다. 또한 방의 벽에 대형 조명 장치(8503)를 제공하여도 좋다. 조명 장치의 전원 온/오프를 제어하기 위하여 조명 장치(8501, 8502, 및 8503)에 터치 센서를 제공하여도 좋다.
또한 발광 소자를 테이블 표면 측에 사용하면 테이블로서의 기능을 가지는 조명 장치(8504)를 얻을 수 있다. 발광 소자를 다른 가구의 일부로서 사용하면 그 가구로서의 기능을 가지는 조명 장치를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 일 형태의 발광 소자를 적용함으로써 조명 장치 및 전자 기기를 얻을 수 있다. 또한, 상기 발광 장치는 본 실시형태에서 설명된 조명 장치 및 전자 기기에 한정되지 않고, 다양한 분야의 조명 장치 및 전자 기기에 사용될 수 있다.
본 실시형태에서 상술한 구조는 다른 실시형태에서 설명하는 구조 중 어느 것과 적절히 조합될 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 일반식(G0)으로 나타내어지는 화합물 중 하나인 3,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]벤조퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 3,8mDBtP2Bfpr)(구조식(100))의 합성 방법 및 이 화합물의 특성에 대하여 설명한다.
<합성예 1>
<단계 1: 6-클로로-3-(5-클로로-2-메톡시페닐)피라진-2-아민의 합성>
3-브로모-6-클로로피라진-2-아민 1.00g, 5-클로로-2-메톡시페닐보론산 0.90g, 플루오린화 포타슘 0.93g, 및 테트라하이드로퓨란 17mL를 환류관이 장착된 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 상기 플라스크 내의 혼합물을 감압하에서 교반함으로써 탈기하고, 그 후 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0) 0.088g 및 트라이-t-뷰틸 포스핀 0.8mL를 이에 첨가한다. 상기 혼합물을 80℃에서, 40시간 교반함으로써 반응시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 혼합물을 흡인 여과하고 여과액을 농축하였다. 얻어진 잔사를 다이클로로메테인을 전개 용매로서 사용한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하고, 얻어진 여과액을 농축함으로써, 목적의 노르스름한 백색 분말인, 6-클로로-3-(5-클로로-2-메톡시페닐)피라진-2-아민 0.92g를 수율 71%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 (a-1)에 나타낸다.
Figure pat00046
<단계 2: 3,8-다이클로로벤조퓨로[2,3-b]피라진의 합성>
단계 1을 통하여 얻은 6-클로로-3-(5-클로로-2-메톡시페닐)피라진-2-아민 1.37g, 탈수 테트라하이드로퓨란 16mL, 및 빙초산(glacial acetic acid) 32mL를 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 플라스크를 -10℃로 냉각한 후, 아질산 tert-뷰틸 1.9mL를 적하하고, 이 혼합물을 -10℃에서 1시간, 0℃에서 20시간 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 현탁액에 물 100mL를 첨가하고 나서, 흡인 여과를 수행하였다. 얻어진 고체를 다이클로로메테인에 용해시키고, 셀라이트, 알루미나, 및 셀라이트를 이 순서대로 적층한 여과 보조제를 통하여 여과를 수행하고, 여과액을 농축함으로써 목적의 백색 고체인 3,8-다이클로로벤조퓨로[2,3-b]피라진 0.87g을 수율 70%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 (a-2)에 나타낸다.
Figure pat00047
<단계 3: 3,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]벤조퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 3,8mDBtP2Bfpr)>
다음으로, 단계 2를 통하여 얻은 3,8-다이클로로벤조퓨로[2,3-b]피라진 0.87g, 3-(4-다이벤조싸이오펜)페닐보론산 2.41g, 인산 삼포타슘 4.57g, 다이글라임(diglyme) 29mL, tert-뷰탄올 2.0mL를 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 플라스크 내의 혼합물을 감압하에서 교반하여 탈기하고, 아세트산 팔라듐(II) 0.016g 및 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀(약칭: CataCXiumA) 0.054g을 이에 첨가하고, 얻어진 혼합물을 140℃에서 8시간 교반하여 반응시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 현탁액을 흡인 여과하여 물과 에탄올로 세정하였다. 얻어진 고체를 톨루엔을 전개 용매로서 사용한 실리카 겔 칼럼 크로마토피에 의하여 정제한 후, 톨루엔과 헥세인의 혼합 용매를 사용하여 재결정화함으로써, 목적의 노르스름한 백색 고체인, 3,8mDBtP2Bfpr 1.25g을 수율 52%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 (a-3)에 나타낸다.
Figure pat00048
다음으로, 이 노르스름한 백색 고체 1.14g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 정제하였다. 승화에 의한 정제에서는 노르스름한 백색 고체를 2.6Pa의 압력하, 5mL/min의 아르곤 가스 유량으로 350℃에서 가열하였다. 승화에 의한 정제 후, 목적의 노르스름한 백색 고체 0.99g을 회수율 87%로 얻었다.
얻어진 고체에 핵 자기 공명 분광법(1H NMR)을 수행하였으며, 이 결과를 이하에 나타낸다.
1H NMR. δ(CD2Cl2): 7.49-7.54(m, 4H), 7.62-7.65(m, 4H), 7.69(t, 1H), 7.74(t, 1H), 7.80-7.84(m, 3H), 7.89-7.91(m, 3H), 8.03(dd, 1H), 8.14(s, 1H), 8.23-8.28(m, 5H), 8.56(d, 1H), 8.59(s, 1H), 9.26(s, 1H).
도 10의 (A) 및 (B)는 얻어진 고체의 1H NMR 차트이다. 또한, 도 10의 (B)는 도 10의 (A)의 7.0ppm 내지 9.6ppm의 범위의 부분을 확대하여 나타낸 차트이다. 측정 결과는 목적의 물질인 3,8mDBtP2Bfpr가 얻어진 것을 나타낸다.
<3,8mDBtP2Bfpr의 특성>
다음으로, 도 11에 톨루엔 용액에서의 3,8mDBtP2Bfpr의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내었다.
흡수 스펙트럼은 자외-가시 분광 광도계(V-550, JASCO Corporation 제조)를 사용하여 측정하였다. 톨루엔 용액에서의 3,8mDBtP2Bfpr의 흡수 스펙트럼은 3,8mDBtP2Bfpr의 톨루엔 용액을 석영 셀에 넣고 측정하였다. 이 흡수 스펙트럼으로부터 용매인 톨루엔 용액과 석영 셀의 흡수 스펙트럼을 빼고, 상기 얻어진 흡수 스펙트럼을 그래프에 나타낸다. 발광 스펙트럼은 PL-EL 측정 장치(Hamamatsu Photonics K.K. 제조)를 사용하여 측정하였다. 톨루엔 용액에서의 3,8mDBtP2Bfpr의 발광 스펙트럼은 3,8mDBtP2Bfpr의 톨루엔 용액을 석영 셀에 넣고 측정하였다.
도 11은 톨루엔 용액에서의 3,8mDBtP2Bfpr가 283nm 및 352nm 부근에 흡수 스펙트럼 피크를 가지고, 386nm 부근에 발광 스펙트럼 피크(여기 파장: 333nm)를 가지는 것을 나타낸 것이다.
다음으로, 3,8mDBtP2Bfpr의 고체 박막의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 고체 박막을 진공 증착법에 의하여 석영 기판 위에 형성하였다. 흡수 스펙트럼은 자외 가시광 분광 광도계(U4100, MABUCHI S&T INC. 제조)를 사용하여 측정하였다. 발광 스펙트럼은 형광 분광 광도계(FS920, Hamamatsu Photonics K.K. 제조)를 사용하여 측정하였다. 도 12는 얻어진 고체 박막의 흡수 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸 것이다. 도 12에서는, 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다.
도 12는 3,8mDBtP2Bfpr의 고체 박막이 247nm 및 354nm 부근에 흡수 스펙트럼 피크를 가지고, 437nm 부근에 발광 스펙트럼 피크(여기 파장: 355nm)를 가지는 것을 나타낸 것이다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 일반식(G0)으로 나타내어지는 화합물 중 하나인, 2,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]벤조퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 2,8mDBtP2Bfpr)(구조식(101))의 합성 방법 및 이 화합물의 특성에 대하여 설명한다.
<합성예 2>
<단계 1: 5-클로로-3-(5-클로로-2-메톡시페닐)피라진-2-아민의 합성>
3-브로모-5-클로로피라진-2-아민 2.48g, 5-클로로-2-메톡시페닐보론산 2.19g, 플루오린화 포타슘 2.26g, 및 테트라하이드로퓨란 43mL를 환류관이 장착된 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 이 플라스크 내의 혼합물을 감압하에서 교반함으로써 탈기하고, 그 후 트리스(다이벤질리덴아세톤)다이팔라듐(0) 0.44g 및 트라이-t-뷰틸-포스핀 4.0mL를 이에 첨가하였다. 이 혼합물을 80℃에서 42시간 교반함으로써 반응시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 혼합물을 흡인 여과하고 여과액을 농축하였다. 얻어진 잔사를 전개 용매(톨루엔:아세트산 에틸=10:1)를 사용한 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제함으로써, 목적의 물질인, 2,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]벤조퓨로[2,3-b]피라진 1.00g을 수율 31%로 얻었다. 단계 1의 합성 스킴을 (b-1)에 나타낸다.
Figure pat00049
<단계 2: 2,8-다이클로로벤조퓨로[2,3-b]피라진의 합성>
다음으로, 단계 1을 통하여 얻은 5-클로로-3-(5-클로로-2-메톡시페닐)피라진-2-아민 1.00g, 탈수 테트라하이드로퓨란 12mL, 및 빙초산 24mL를 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 플라스크를 -10℃로 냉각한 후, 아질산 tert-뷰틸 1.3mL를 적하하고, 이 혼합물을 -10℃에서 1시간, 0℃에서 20시간 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 현탁액에 물 100mL를 첨가하고 나서, 흡인 여과를 수행하였다. 얻어진 고체를 다이클로로메테인를 전개 용매로서 사용한 실리카 겔 칼럼 크로마토피에 의하여 정제함으로써 목적의 물질인 2,8-다이클로로벤조퓨로[2,3-b]피라진 0.66g을 수율 75%로 얻었다. 단계 2의 합성 스킴을 (b-2)에 나타낸다.
Figure pat00050
<단계 3: 2,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]벤조퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 2,8mDBtP2Bfpr)>
다음으로, 단계 2를 통하여 얻은 2,8-다이클로로벤조퓨로[2,3-b]피라진 0.66g, 3-(4-다이벤조싸이오펜)페닐보론산 1.90g, 인산 삼포타슘 3.59g, 다이글라임 23mL, tert-뷰탄올 1.6mL를 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 공기를 질소로 치환하였다. 플라스크 내의 혼합물을 감압하에서 교반하여 탈기하고, 아세트산 팔라듐(II) 0.026g 및 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀(약칭: CataCXiumA) 0.086g을 이에 첨가하고, 얻어진 혼합물을 140℃에서 15시간 교반하여 반응시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 현탁액을 흡인 여과하여 물과 에탄올로 세정하였다. 얻어진 고체를 톨루엔을 전개 용매로서 사용한 실리카 겔 칼럼 크로마토피에 의하여 정제한 후, 톨루엔과 헥세인의 혼합 용매를 사용하여 재결정화함으로써, 목적의 백색 고체인, 2,8mDBtP2Bfpr 0.61g을 수율 32%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 (b-3)에 나타낸다.
Figure pat00051
다음으로 이 노르스름한 백색 분말 고체 0.60g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 2번 정제하였다. 승화에 의한 정제에서는 노르스름한 백색 분말 고체를 2.7Pa의 압력하, 5mL/min의 아르곤 가스 유량으로 355℃에서 가열하였다. 승화에 의한 정제 후, 목적의 노르스름한 백색 고체 0.44g을 회수율 73%로 얻었다.
얻어진 고체에 핵 자기 공명 분광법(1H NMR)을 수행하였으며, 이 결과를 이하에 나타낸다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2): 7.32(s,1H), 7.46-7.52(m,4H), 7.61-7.64(m,4H), 7.68(t,1H), 7.74(t,1H), 7.79-7.90(m,5H), 8.05(dd,1H), 8.13(s,1H), 8.22-8.26(m,5H), 8.56(s,1H), 8.62(d,1H), 8.95(s,1H).
도 13의 (A) 및 (B)는 얻어진 고체의 1H NMR 차트이다. 또한, 도 13의 (B)는 도 13의 (A)의 7.0ppm 내지 9.0ppm의 범위의 부분을 확대하여 나타낸 차트이다. 측정 결과는 목적의 물질인 2,8mDBtP2Bfpr가 얻어진 것을 나타낸다.
<2,8mDBtP2Bfpr의 특성>
다음으로, 도 14에 톨루엔 용액에서의 2,8mDBtP2Bfpr의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 나타내었다. 또한, 톨루엔 용액에서의 2,8mDBtP2Bfpr의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 방법에 대해서는 실시예 1에서 설명한 것과 같다.
도 14는 톨루엔 용액에서의 2,8mDBtP2Bfpr가 283nm 및 336nm 부근에 흡수 스펙트럼의 피크를 가지고, 383nm 부근에 발광 스펙트럼의 피크(여기 파장: 338nm)를 가지는 것을 나타낸 것이다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 발광 소자의 제작예 및 상기 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면도는 도 1의 (A)에 나타낸 것과 비슷하다. 표 1은 소자 구조의 자세한 사항을 나타낸 것이다. 또한, 여기서 사용되는 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타낸다. 또한, 다른 화합물에 대해서는 상술한 실시예를 참조할 수 있다.
Figure pat00052
Figure pat00053
<<발광 소자 1의 제작>>
전극(101)으로서, 기판(200) 위에 ITSO막을 두께 70nm로 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 4,4',4"-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II) 및 산화 몰리브데넘(MoO3)을 DBT3P-II:MoO3=1:0.5의 중량비로 공증착에 의하여 두께 60nm가 되도록 퇴적시켰다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP)을 증착에 의하여 두께 20nm가 되도록 퇴적시켰다.
다음으로, 정공 수송층(112) 위에, 3,8mDBtP2Bfpr, N-(1,1'-바이페닐-4-일)-9,9-다이메틸-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF), 및 비스[2-(6-페닐-4-피리미디닐-κN 3)페닐-κC](2,4-펜탄다이오네이토-κ2 O,O')이리듐(III)(약칭: Ir(dppm)2(acac))을 3,8mDBtP2Bfpr:PCBBiF:Ir(dppm)2(acac)=0.7:0.3:0.05의 중량비로 두께 20nm가 되도록 공증착하는 식으로, 발광층(140(1))을 형성하였다. 그리고, 발광층(140(2))을 3,8mDBtP2Bfpr:PCBBiF:Ir(dppm)2(acac)=0.8:0.2:0.05의 중량비로 두께 20nm가 되도록 공증착에 의하여 형성하였다. 또한 발광층(140)에서, Ir(dppm)2(acac)는 인광을 방출하는 게스트 재료에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 3,8mDBtP2Bfpr를 발광층(140) 위에 두께 20nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적시키고, 바소페난트롤린(약칭: BPhen)을 그 위에 두께 20nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적시켰다. 그리고, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 LiF을 두께 1nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적시켰다.
전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm가 되도록 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함한 글러브 박스 내에서 유기 재료를 퇴적시킨 기판(200)에 유기 EL 장치용 실란트를 사용하여 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 1을 밀봉하였다. 구체적으로는, 기판(200) 위의 유기 재료를 둘러싸도록 실란트를 도포하고 기판(200)을 기판(220)에 접합한 후에, 6J/cm2로 파장 365nm의 자외광 조사 및 80℃에서 1시간 동안의 가열 처리를 수행하였다. 상기 공정을 거쳐, 발광 소자 1을 얻었다.
<발광 소자의 특성>
도 15는 제작된 발광 소자 1의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 16은 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 17은 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자 1의 측정은 실온에서(23℃에서 유지된 분위기에서) 수행되었다. 도 18은 발광 소자 1에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급할 때의 전계 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 상기 측정은 실온에서 수행되었다.
표 2는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 1의 소자 특성을 나타낸 것이다.
Figure pat00054
도 15, 도 17, 및 표 2로부터, 발광 소자 1이 높은 전류 효율 및 높은 외부 양자 효율을 가지는 것을 알았다. 또한 발광 소자 1의 발광 효율의 저하(롤 오프)는 고휘도 측에서도 작고 우수하다.
또한, 표 2에서 나타낸 바와 같이, 발광 소자 1은 1000cd/m2 부근에서 낮은 전압 2.6V로 구동되기 때문에, 높은 전력 효율을 나타내었다.
도 18은 발광 소자 1이 전계발광 스펙트럼 피크가 584nm이고 반치전폭이 73nm인 주황색 광을 방출하는 것을 나타낸다. 얻어진 전계발광 스펙트럼에 의하여 게스트 재료로서 사용되는 Ir(dppm)2(acac)로부터 주황색 광이 방출되는 것이 밝혀진다.
<발광 소자의 신뢰성>
다음으로, 발광 소자 1에 2mA의 정(定)전류에서 구동 시험을 수행하였다. 도 19는 결과를 나타낸 것이다. 도 19로부터 볼 수 있듯이, 발광 소자 1의 휘도 반감기는 1000시간을 넘으므로, 발광 소자 1은 신뢰성이 매우 높다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 화합물을 발광층에 사용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다. 낮은 전압으로 구동되고 소비전력이 저감된 발광 소자를 제작할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 실시예 3과 상이한, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 포함하는 발광 소자의 제작예 및 상기 발광 소자의 특성에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 발광 소자의 단면도는 도 1의 (A)에 나타낸 것과 비슷하다. 표 3은 소자 구조의 자세한 사항을 나타낸 것이다. 또한, 여기서 사용되는 화합물의 구조 및 약칭을 이하에 나타낸다. 또한, 다른 화합물에 대해서는 상술한 실시예를 참조할 수 있다.
Figure pat00055
Figure pat00056
<<발광 소자 2의 제작>>
전극(101)으로서, 기판(200) 위에 ITSO막을 두께 70nm가 되도록 형성하였다. 전극(101)의 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다.
정공 주입층(111)으로서, 전극(101) 위에 DBT3P-II과 산화 몰리브데넘을 DBT3P-II:MoO3=1:0.5의 중량비로 두께 45nm가 되도록 공증착에 의하여 퇴적하였다.
정공 수송층(112)으로서, 정공 주입층(111) 위에 PCCP를 두께 20nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적하였다.
다음으로, 정공 수송층(112) 위에, 2,8mDBtP2Bfpr, PCCP, 및 Ir(ppy)3을 2,8mDBtP2Bfpr:PCCP:Ir(ppy)3)=0.5:0.5:0.1의 중량비로 두께 20nm가 되도록 공증착하는 식으로 발광층(140(1))을 형성하였다. 그리고, 발광층(140(2))을 2,8mDBtP2Bfpr:PCCP:Ir(ppy)3=0.8:0.2:0.1의 중량비로 두께 20nm가 되도록 공증착에 의하여 형성하였다. 또한 발광층(140)에서, Ir(ppy)3은 인광을 방출하는 게스트 재료에 상당한다.
전자 수송층(118)으로서, 2,8mDBtP2Bfpr를 발광층(140) 위에 두께 15nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적시키고, BPhen을 그 위에 두께 10nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적시켰다. 그리고, 전자 주입층(119)으로서 전자 수송층(118) 위에 LiF을 두께 1nm가 되도록 증착에 의하여 퇴적시켰다.
전극(102)으로서, 전자 주입층(119) 위에 알루미늄(Al)을 두께 200nm가 되도록 퇴적시켰다.
다음으로, 질소 분위기를 포함한 글러브 박스 내에서 유기 재료를 퇴적시킨 기판(200)에 유기 EL 장치용 실란트를 사용하여 기판(220)을 고정함으로써 발광 소자 2를 밀봉하였다. 구체적으로는, 기판(200) 위의 유기 재료를 둘러싸도록 실란트를 도포하고 기판(200)을 기판(220)에 접합한 후에, 6J/cm2로 파장 365nm의 자외광 조사 및 80℃에서 1시간 동안의 가열 처리를 수행하였다. 상기 공정을 거쳐, 발광 소자 2를 얻었다.
<발광 소자의 특성>
도 20은 제작된 발광 소자 2의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 도 22는 전류 밀도-전압 특성을 나타낸 것이다. 도 21은 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 것이다. 발광 소자 2의 측정은 실온에서(23℃에서 유지된 분위기에서) 수행되었다. 도 23은 발광 소자 2에 2.5mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 공급하였을 때의 전계발광 스펙트럼을 나타낸 것이다. 상기 측정은 실온에서 수행되었다.
표 4는 1000cd/m2 부근에서의 발광 소자 2의 소자 특성을 나타낸 것이다.
Figure pat00057
도 20, 도 22, 및 표 4로부터, 발광 소자 1은 높은 전류 효율 및 높은 외부 양자 효율을 가지는 것을 알았다. 또한 발광 소자 1의 발광 효율의 저하(롤 오프)는 고휘도 측에서도 작고 우수하다.
또한, 도 21 및 표 4에서 나타낸 바와 같이, 발광 소자 2는 매우 낮은 전압으로 구동되기 때문에, 높은 전력 효율을 나타낸다.
도 23은 발광 소자 1이 전계발광 스펙트럼 피크가 520nm이고 반치전폭이 72nm인 녹색 광을 방출하는 것을 나타낸다. 얻어진 전계발광 스펙트럼에 의하여 게스트 재료로서 사용되는 Ir(ppy)3으로부터 녹색 광이 방출되는 것이 밝혀진다.
<발광 소자의 신뢰성>
다음으로, 발광 소자 2에 2mA의 정전류에서 구동 시험을 수행하였다. 도 24는 결과를 나타낸 것이다. 도 24로부터 볼 수 있듯이, 발광 소자 2의 휘도 반감기는 350시간을 넘으므로, 발광 소자 2는 신뢰성이 높다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 화합물을 발광층에 사용함으로써, 발광 효율이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다. 낮은 전압으로 구동되고 소비전력이 저감된 발광 소자를 제작할 수 있다. 또한, 신뢰성이 높은 발광 소자를 제작할 수 있다.
100: EL층, 101: 전극, 102: 전극, 106: 발광 유닛, 110: 발광 유닛, 111: 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 113: 전자 수송층, 114: 전자 주입층, 115: 전하 발생층, 116: 정공 주입층, 117: 정공 수송층, 118: 전자 수송층, 119: 전자 주입층, 120: 발광층, 130: 발광층, 140: 발광층, 141: 호스트 재료, 141_1: 유기 화합물, 141_2: 유기 화합물, 142: 게스트 재료, 150: 발광 소자, 170: 발광층, 200: 기판, 220: 기판, 250: 발광 소자, 601: 소스 측 구동 회로, 602: 화소부, 603:게이트 측 구동 회로, 604: 밀봉 기판, 605: 실란트, 607: 공간, 608: 배선, 610: 소자 기판, 611: 스위칭 TFT, 612: 전류 제어 TFT, 613: 전극, 614: 절연체, 616: EL층, 617: 전극, 618: 발광 소자, 623: n채널 TFT, 624: p채널 TFT, 900: 휴대 정보 단말기, 901: 하우징, 902: 하우징, 903: 표시부, 905: 힌지부, 910: 휴대 정보 단말기, 911: 하우징, 912: 표시부, 913: 조작 버튼, 914: 외부 접속 포트, 915: 스피커, 916: 마이크로폰, 917: 카메라, 920: 카메라, 921: 하우징, 922: 표시부, 923: 조작 버튼, 924: 셔터 버튼, 926: 렌즈, 1001: 기판, 1002: 하지 절연막, 1003: 게이트 절연막, 1006: 게이트 전극, 1007: 게이트 전극, 1008: 게이트 전극, 1020: 층간 절연막, 1021: 층간 절연막, 1022: 전극, 1024B: 전극, 1024G: 전극, 1024R: 전극, 1024W: 전극, 1025B: 하부 전극, 1025G: 하부 전극, 1025R: 하부 전극, 1025W: 하부 전극, 1026: 격벽, 1028: EL층, 1029: 전극, 1031: 밀봉 기판, 1032: 실란트, 1033: 기재, 1034B: 착색층, 1034G: 착색층, 1034R: 착색층, 1035: 흑색층, 1036: 오버코트층, 1037: 층간 절연막, 1040: 화소부, 1041: 구동 회로부, 1042: 주변부, 3500: 다기능 단말기, 3502: 하우징, 3504: 표시부, 3506: 카메라, 3508: 조명, 3600: 라이트, 3602: 하우징, 3608: 조명, 3610: 스피커, 8501: 조명 장치, 8502: 조명 장치, 8503: 조명 장치, 8504: 조명 장치, 9000: 하우징, 9001: 표시부, 9003: 스피커, 9005: 조작 키, 9006: 접속 단자, 9007: 센서, 9008: 마이크로폰, 9055: 힌지, 9200: 휴대 정보 단말기, 9201: 휴대 정보 단말기, 및 9202: 휴대 정보 단말기.
본 출원은 2016년 12월 28일에 일본 특허청에 출원된 일련 번호 2016-254916의 일본 특허 출원에 기초하고, 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합된다.

Claims (30)

  1. 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 포함하는 발광 소자로서,
    상기 EL층은 벤조퓨로피라진 골격을 포함하는 물질 또는 벤조티에노피라진 골격을 포함하는 물질을 포함하고,
    상기 벤조퓨로피라진 골격에서의 벤젠 고리 또는 상기 벤조티에노피라진 골격에서의 벤젠 고리는 총탄소수 6 이상 100 이하의 제 1 치환기를 포함하고,
    상기 벤조퓨로피라진 골격에서의 피라진 고리 또는 상기 벤조티에노피라진 골격에서의 피라진 고리는 총탄소수 6 이상 100 이하의 제 2 치환기를 포함하는, 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 벤조퓨로피라진 골격에서의 상기 벤젠 고리 또는 상기 벤조티에노피라진 골격에서의 상기 벤젠 고리는 총탄소수 10 이상 100 이하의 상기 제 1 치환기를 포함하고,
    상기 벤조퓨로피라진 골격에서의 상기 피라진 고리 또는 상기 벤조티에노피라진 골격에서의 상기 피라진 고리는 총탄소수 10 이상 100 이하의 상기 제 2 치환기를 포함하는, 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 치환기 및 상기 제 2 치환기의 각각은 독립적으로 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 또는 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리를 포함하는, 발광 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 치환기 및 상기 제 2 치환기의 각각은 독립적으로, 치환 또는 비치환된 벤젠 고리, 치환 또는 비치환된 나프탈렌 고리, 치환 또는 비치환된 페난트렌 고리, 치환 또는 비치환된 트라이페닐렌 고리, 치환 또는 비치환된 탄소수 12 내지 30의 축합 헤테로방향족 고리, 및 치환 또는 비치환된 트라이아릴아민 구조 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 축합 헤테로방향족 고리는 다이벤조퓨란 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 및 카바졸 고리 중 어느 하나를 포함하는, 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 치환기는 정공 수송성을 가지는 골격을 포함하는, 발광 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 정공 수송성을 가지는 골격은 트라이아릴아민 구조를 가지거나 또는 π-전자 과잉형 헤테로방향족 고리를 포함하는, 발광 소자.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 정공 수송성을 가지는 골격은 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 축합 헤테로방향족 고리인, 발광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 EL층은 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 상기 벤조퓨로피라진 골격 또는 상기 벤조티에노피라진 골격을 포함하는 물질 및 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환할 수 있는 물질을 포함하는, 발광 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 EL층은 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 상기 벤조퓨로피라진 골격 또는 상기 벤조티에노피라진 골격을 포함하는 물질 및 인광성 화합물을 포함하는, 발광 소자.
  10. 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물:
    Figure pat00058

    X는 산소 또는 황을 나타내고,
    A1 및 A2의 각각은 독립적으로 탄소수 6 내지 100의 치환기를 나타내고,
    R1 내지 R4의 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기를 나타낸다.
  11. 제 10 항에 있어서,
    A1 및 A2의 각각은 독립적으로 탄소수 10 내지 100의 치환기를 나타내는, 유기 화합물.
  12. 제 10 항에 있어서,
    A1 및 A2의 각각은 독립적으로 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 또는 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리를 포함하는, 유기 화합물.
  13. 제 10 항에 있어서,
    A1 및 A2의 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 벤젠 고리, 치환 또는 비치환된 나프탈렌 고리, 치환 또는 비치환된 페난트렌 고리, 치환 또는 비치환된 트라이페닐렌 고리, 치환 또는 비치환된 탄소수 12 내지 30의 축합 헤테로방향족 고리, 및 치환 또는 비치환된 트라이페닐아민 구조 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 축합 헤테로방향족 고리는 다이벤조퓨란 고리, 다이벤조싸이오펜 고리, 또는 카바졸 고리를 포함하는, 유기 화합물.
  14. 제 10 항에 있어서,
    A2는 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 축합 헤테로방향족 고리를 포함하는, 유기 화합물.
  15. 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물:
    Figure pat00059

    X는 산소 또는 황을 나타내고,
    A1은 총탄소수 6 이상 100 이하의 치환기를 나타내고,
    Ht2는 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리를 나타내고,
    Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴렌기를 나타내고,
    R1 내지 R4의 각각은 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기를 나타내고,
    m은 0 내지 3의 정수(整數)를 나타낸다.
  16. 제 15 항에 있어서,
    A1은 총탄소수 10 이상 100 이하의 치환기인, 유기 화합물.
  17. 제 15 항에 있어서,
    Ht2는 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 치환 또는 비치환된 축합 헤테로방향족 고리인, 유기 화합물.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 일반식(G2)으로 나타내어지는, 유기 화합물:
    Figure pat00060

    Ht1 및 Ht2의 각각은 독립적으로 탄소수 10 내지 30의 방향족 고리 또는 탄소수 10 내지 30의 헤테로방향족 고리를 나타내고,
    Ar1 및 Ar2의 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴렌기를 나타내고,
    n은 0 내지 3의 정수를 나타낸다.
  19. 제 18 항에 있어서,
    Ht1 및 Ht2의 각각은 독립적으로 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 치환 또는 비치환된 축합 헤테로방향족 고리를 나타내는, 유기 화합물.
  20. 제 15 항에 있어서,
    Ar1 또는 Ar2는 치환 또는 비치환된 페닐렌기를 나타내는, 유기 화합물.
  21. 제 15 항에 있어서,
    R1 내지 R4 모두는 수소인, 유기 화합물.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 일반식(G3)으로 나타내어지는, 유기 화합물:
    Figure pat00061

    A1은 총탄소수 10 이상 100 이하의 치환기를 나타내고,
    Ht2는 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리를 나타낸다.
  23. 제 15 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 일반식(G4)으로 나타내어지는, 유기 화합물:
    Figure pat00062

    Ht1 및 Ht2의 각각은 독립적으로 카바졸 고리, 다이벤조퓨란 고리, 및 다이벤조싸이오펜 고리 중 어느 하나를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리를 나타낸다.
  24. 제 18 항에 있어서,
    Ht1 및 Ht2의 각각은 독립적으로 일반식(Ht-1) 내지 일반식(Ht-7)으로 나타내어지는 기 중 어느 하나를 나타내는, 유기 화합물:
    Figure pat00063

    R10 내지 R22의 각각은 독립적으로, 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 7의 사이클로알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 25의 아릴기를 나타낸다.
  25. 제 15 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 일반식(G5)으로 나타내어지는, 유기 화합물:
    Figure pat00064

    X는 산소 또는 황을 나타내고,
    Z1 및 Z2의 각각은 독립적으로 산소 또는 황을 나타낸다.
  26. 제 15 항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 구조식(100) 또는 구조식(101)으로 나타내어지는, 유기 화합물.
    Figure pat00065
  27. 제 15 항에 따른 유기 화합물을 포함하는 발광 소자.
  28. 표시 장치로서,
    제 27 항에 따른 발광 소자; 및
    컬러 필터 및 트랜지스터 중 적어도 하나를 포함하는, 표시 장치.
  29. 전자 기기로서,
    제 28 항에 따른 표시 장치; 및
    하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 전자 기기.
  30. 조명 장치로서,
    제 27 항에 따른 발광 소자; 및
    하우징 및 터치 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 조명 장치.
KR1020237002205A 2016-12-28 2017-12-15 발광 소자, 유기 화합물, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 KR102596129B1 (ko)

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