KR20240070568A - 유기 화합물, 발광 디바이스, 박막, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치 - Google Patents

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유키 하야시
사치코 카와카미
히로미츠 키도
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

수명이 길고 발광 효율이 높은 유기 화합물을 제공한다. 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물을 제공한다. 다만 다음의 일반식(G1)에서, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고, R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, α는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기를 나타내고, n은 0 내지 2의 정수를 나타내고, n이 2인 경우 2개의 α는 같아도 좋고 달라도 좋다.

Description

유기 화합물, 발광 디바이스, 박막, 발광 장치, 전자 기기, 및 조명 장치
본 발명의 일 형태는 유기 화합물, 발광 디바이스, 발광 장치, 수발광 장치, 표시 장치, 전자 기기, 조명 장치, 및 전자 디바이스에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 발명의 일 형태가 속하는 기술분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태가 속하는 기술분야의 더 구체적인 예로서는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 들 수 있다.
유기 화합물을 사용한 일렉트로루미네선스(EL: Electroluminescence)를 이용하는 발광 디바이스(유기 EL 소자 또는 발광 소자라고도 함)의 실용화가 진행되고 있다. 이들 발광 디바이스의 기본적인 구성은 발광 재료를 포함한 유기 화합물층(EL층)을 한 쌍의 전극 사이에 끼운 것이다. 이 디바이스에 전압을 인가하여 캐리어를 주입하고, 상기 캐리어의 재결합 에너지를 이용함으로써 발광 재료로부터의 발광을 얻을 수 있다.
이러한 발광 디바이스는 자발광형이므로, 액정 디스플레이보다 시인성이 높고 디스플레이의 화소로서 적합하다. 또한 이러한 발광 디바이스를 사용한 디스플레이는 백라이트가 필요 없어, 얇고 가볍게 제작할 수 있다는 것도 큰 이점이다. 또한 응답 속도가 매우 빠르다는 것도 특징 중 하나이다.
또한 이들 발광 디바이스는 발광층을 2차원으로 연속하여 형성할 수 있기 때문에 면발광을 얻을 수 있다. 이는 백열전구나 LED로 대표되는 점광원, 또는 형광등으로 대표되는 선광원으로는 얻기 어려운 특색이기 때문에, 조명 등에 응용할 수 있는 면광원으로서의 이용 가치도 높다.
이와 같이 발광 디바이스를 사용한 디스플레이 또는 조명 장치는 다양한 전자 기기에 적합하게 적용되지만, 효율이나 수명이 더 양호한 발광 디바이스를 위하여 연구 개발이 진행되고 있다.
발광 디바이스의 특성은 눈에 띄게 향상되어 왔지만, 효율 또는 내구성을 비롯한 다양한 특성에 대한 고도의 요구는 아직 만족시키지 못하고 있다. 특히 유기 EL 특유의 문제인 잔상(burn-in) 등의 문제를 해결하는 데 있어서는 열화로 인한 효율의 저하는 작으면 작을수록 바람직하다.
열화에 관해서는 발광 중심 물질 및 그 주변의 재료에 크게 좌우되기 때문에 특성이 양호한 호스트 재료의 개발이 활발히 진행되고 있다.
예를 들어 호스트 재료로서 인돌로카바졸 골격을 포함하는 유기 화합물이 개시되어 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조). 인돌로카바졸 골격을 포함하는 유기 화합물은 유리 전이점이 높아, 발광 디바이스에 사용함으로써 양호한 특성을 얻을 수 있다. 그러나 발광 디바이스의 열화를 억제하기 위하여, 내열성이 더 높고, 수명이 더 긴 재료가 요구되고 있다.
또한 호스트 재료에 포함되는 수소를 중수소와 치환하는 (중수소화) 기술이 개시되어 있다(특허문헌 3 참조). 호스트 재료의 중수소화는 발광 디바이스의 장수명화에 유효하지만, 합성 경로가 복잡하거나 합성 시에 고온 고압이 필요하다는 등의 문제가 있다.
국제공개공보 WO2018/198844호 국제공개공보 WO2018/123783호 일본 공표특허공보 특표2013-503860호
본 발명의 일 형태는 신규 유기 화합물을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 수명이 긴 유기 화합물을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 호스트 재료로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 합성이 용이한 유기 화합물을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 수명이 긴 발광 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 신규 발광 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 발광 디바이스의 제조 비용을 절감하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 소비 전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 소비 전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한 본 발명의 일 형태는 부분 구조를 선택적으로 중수화한 유기 화합물을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 장수명화의 효과가 얻어지는 부분 구조를 선택적으로 중수소화한 유기 화합물을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명의 일 형태는 합성 경로의 복잡함, 합성 시의 고온 고압화 등을 경감할 수 있는 분자 설계를 수행하는 것을 과제로 한다.
또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 또한 이들 외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 저절로 명백해지는 것이고, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 이들 외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 1]
다만 상기 일반식(G1)에서, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고, R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, α는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기를 나타내고, n은 0 내지 2의 정수를 나타내고, n이 2인 경우 2개의 α는 같아도 좋고 달라도 좋다.
또한 본 발명의 일 형태는 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 2]
다만 상기 일반식(G2)에서, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고, R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, α는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기를 나타내고, m은 1 또는 2를 나타내고, m이 2인 경우 2개의 α는 같아도 좋고 달라도 좋다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 각 구성에서, 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기가 각각 독립적으로 식(α-1) 내지 식(α-20) 중 어느 하나로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 3]
또한 본 발명의 일 형태는 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 4]
다만 상기 일반식(G3)에서, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고, R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, R11 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, k는 0 또는 1을 나타낸다.
또한 본 발명의 일 형태는 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 5]
다만 상기 일반식(G4)에서, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고, R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타낸다.
또한 본 발명의 일 형태는 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 6]
다만 상기 일반식(G5)에서, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고, R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, R21 내지 R29는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타낸다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 각 구성에서 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기가 각각 독립적으로 식(Ar-1) 내지 식(Ar-80) 중 어느 하나로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 7]
[화학식 8]
[화학식 9]
또한 본 발명의 일 형태는 상기 각 구성에서 R1 내지 R10 중 복수 또는 모두가 중수소인 유기 화합물이다.
또한 본 발명의 일 형태는 구조식(101) 또는 구조식(105)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 10]
또한 본 발명의 일 형태는 인돌로카바졸 골격과, 아진 골격을 포함하고, 인돌로카바졸 골격이 선택적으로 중수소화된 유기 화합물이다. 아진 골격은 트라이아진 골격, 피리미딘 골격, 또는 피리딘 골격이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 각 구성의 유기 화합물을 사용한 박막이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 각 구성의 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 구성의 발광 디바이스와, 트랜지스터 또는 기판을 포함하는 발광 장치이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 구성의 발광 장치와, 검지부, 입력부, 또는 통신부를 포함하는 전자 기기이다.
또는 본 발명의 일 형태는 상기 구성을 가지는 발광 장치와 하우징을 포함하는 조명 장치이다.
본 발명의 일 형태에 의하여 신규 유기 화합물을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 수명이 긴 유기 화합물을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 호스트 재료로서 사용할 수 있는 유기 화합물을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 합성이 용이한 유기 화합물을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 신규 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 수명이 긴 발광 디바이스를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 발광 디바이스의 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 소비 전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 소비 전력이 낮은 발광 장치, 전자 기기, 또는 조명 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태에 의하여 부분 구조를 선택적으로 중수화한 유기 화합물을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 의하여 장수명화의 효과가 얻어지는 부분 구조를 선택적으로 중수소화한 유기 화합물을 제공할 수 있다. 결과적으로 유기 화합물의 모든 수소를 중수소와 치환한 경우에 발생하는, 합성 경로의 복잡함이나 합성 경로에서의 고온 고압화를 경감할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 저절로 명백해지는 것이고, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 이들 외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1의 (A) 내지 (E)는 실시형태에 따른 발광 디바이스의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2의 (A) 내지 (D)는 실시형태에 따른 발광 장치를 설명하는 도면이다.
도 3의 (A) 내지 (C)는 실시형태에 따른 발광 장치의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 4의 (A) 내지 (C)는 실시형태에 따른 발광 장치의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 5의 (A) 내지 (C)는 실시형태에 따른 발광 장치의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 6의 (A) 내지 (D)는 실시형태에 따른 발광 장치의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 7의 (A) 내지 (D)는 실시형태에 따른 발광 장치를 설명하는 도면이다.
도 8의 (A) 내지 (F)는 실시형태에 따른 장치 및 화소 배치를 설명하는 도면이다.
도 9의 (A) 내지 (C)는 실시형태에 따른 화소 회로를 설명하는 도면이다.
도 10은 실시형태에 따른 발광 장치를 설명하는 도면이다.
도 11의 (A) 내지 (E)는 실시형태에 따른 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 12의 (A) 내지 (E)는 실시형태에 따른 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 13의 (A) 및 (B)는 실시형태에 따른 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 14의 (A) 및 (B)는 실시형태에 따른 조명 장치를 설명하는 도면이다.
도 15는 실시형태에 따른 조명 장치를 설명하는 도면이다.
도 16의 (A) 내지 (C)는 실시형태에 따른 발광 디바이스 및 수광 디바이스를 설명하는 도면이다.
도 17의 (A) 및 (B)는 실시형태에 따른 발광 디바이스 및 수광 디바이스를 설명하는 도면이다.
도 18의 (A) 및 (B)는 BP-Icz(II)Tzn-d10의 1HNMR 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 19의 (A)는 BP-Icz(II)Tzn의 1HNMR 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 19의 (B)는 BP-Icz(II)Tzn-d10 및 BP-Icz(II)Tzn의 1HNMR 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 20은 BP-Icz(II)Tzn-d10의 다이클로로메테인 용액에서의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 21은 BP-Icz(II)Tzn-d10의 박막의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 22의 (A) 및 (B)는 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10의 1HNMR 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 23은 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10의 다이클로로메테인 용액에서의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 24는 실시예에 따른 발광 디바이스의 구성을 설명하는 도면이다.
도 25는 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 2의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 26은 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 2의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 27은 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 2의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 28은 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 2의 전류-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 29는 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 2의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 30은 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 31은 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 2의 구동 시간에 대한 휘도 변화를 나타낸 도면이다.
도 32는 발광 디바이스 1 및 발광 디바이스 1-a 내지 발광 디바이스 1-c의 구동 시간에 대한 휘도 변화를 나타낸 도면이다.
도 33은 BP-Icz(II)Tzn-d10의 HOMO의 분포를 나타낸 도면이다.
도 34는 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10의 HOMO의 분포를 나타낸 도면이다.
도 35는 발광 디바이스 3 및 비교 발광 디바이스 4의 휘도-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 36은 발광 디바이스 3 및 비교 발광 디바이스 4의 전류 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 37은 발광 디바이스 3 및 비교 발광 디바이스 4의 휘도-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 38은 발광 디바이스 3 및 비교 발광 디바이스 4의 전류-전압 특성을 나타낸 도면이다.
도 39는 발광 디바이스 3 및 비교 발광 디바이스 4의 외부 양자 효율-휘도 특성을 나타낸 도면이다.
도 40은 발광 디바이스 3 및 비교 발광 디바이스 4의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 41은 발광 디바이스 3 및 비교 발광 디바이스 4의 구동 시간에 대한 휘도 변화를 나타낸 도면이다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 유기 화합물 및 박막에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태는 정공 수송성 골격과 전자 수송성 골격의 양쪽을 포함하는 바이폴러성 물질로서, 정공 수송성 골격을 중수소화한 유기 화합물이다. 구체적으로 본 발명의 일 형태는 정공 수송성 골격으로서 중수소화한 인돌로카바졸 골격을 포함하고, 전자 수송성 골격으로서 트라이아진 골격을 포함하는 바이폴러성 물질이다. 본 발명의 일 형태는 정공 수송성 골격과 전자 수송성 골격의 양쪽을 포함하기 때문에, 정공 수송성과 전자 수송성의 양쪽의 성질을 가진다. 따라서 예를 들어 발광 디바이스의 발광층의 호스트 재료로서 적합하게 사용할 수 있다. 또한 발광층에 접하는 수송층으로서 정공 수송층 및 전자 수송층에도 적합하게 사용할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 중수소화란 유기 화합물, 치환기, 또는 유기 화합물의 부분 구조에 포함되는 적어도 하나의 수소(H)가 중수소(D)와 치환되어 있는 것을 뜻한다. 수소(H)를 경수소라고 부르는 경우도 있다.
탄소와 중수소의 결합(C-D 결합)의 결합 해리 에너지는 탄소와 수소(경수소)의 결합(C-H 결합)의 결합 해리 에너지보다 크므로, 안정적이고 절단되기 어렵다. 따라서 본 발명의 일 형태에서 정공 수송성 골격을 중수소화함으로써, 바닥 상태 또는 들뜬 상태에서의 정공 수송성 골격의 탄소-수소 결합의 해리를 억제할 수 있다. 또한 정공 수송성 골격에서의 탄소-수소 결합의 해리로 인한 유기 화합물의 열화 또는 변질을 억제할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물은 정공 수송성 골격을 포함하기 때문에 본 발명의 일 형태의 유기 화합물을 예를 들어 호스트 재료로서 발광 디바이스에 사용할 때, 정공 수송성 골격이 정공을 받는 경우가 있다. 정공을 수수하는 데에 있어 탄소-수소 결합이 해리되기 쉬운 경우가 있지만, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물에서 정공 수송성 골격은 중수소화되어 있기 때문에, 탄소-수소 결합의 해리를 방지할 수 있다.
또한 정공 수송성 골격과 전자 수송성 골격을 포함하는 바이폴러성 물질의 구조 전체가 중수소화된 유기 화합물의 합성에는, 경로가 복잡하거나 고온 고압이 필요하다는 등의 문제가 있다. 따라서 본 발명의 일 형태는 정공 수송성 골격만을 선택적으로 중수소화함으로써 용이하게 합성할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 정공 수송성 골격의 중수소화율이란, 정공 수송성 골격에 직접 결합된 수소가 중수소로 치환되어 있는 비율을 나타낸다. 예를 들어 정공 수송성 골격에 직접 결합된 수소의 10%가 중수소로 치환되어 있는 경우, 정공 수송성 골격의 중수소화율은 10%이다. 또한 정공 수송성 골격이 치환기를 포함하는 경우, 상기 치환기에 포함되는 수소 또는 중수소는 정공 수송성 골격의 중수소화율의 계산에 사용하지 않는 것으로 한다. 예를 들어 정공 수송성 골격에 중수소와 페닐기만이 직접 결합된 경우, 상기 페닐기에 포함되는 수소 및 중수소의 비율에는 상관없이 정공 수송성 골격의 중수소화율은 100%이다.
즉 본 발명의 일 형태는 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 11]
다만 상기 일반식(G1)에서, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고, R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, α는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기를 나타내고, n은 0 내지 2의 정수를 나타내고, n이 2인 경우 2개의 α는 같아도 좋고 달라도 좋다.
또한 상기 일반식(G1)에서, n이 0이면 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 준위가 깊어지기 쉽고, n이 1 또는 2이면 HOMO 준위가 얕아지기 쉽다. 이와 같이 n을 변화시킴으로써 유기 화합물의 HOMO 준위를 변화시킬 수 있다. 또한 n이 1 또는 2인 경우에는 0인 경우와 비교하여 분자량이 커지기 때문에 내열성이 높아져 바람직하다. 한편으로 n이 0인 경우, TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence, 열활성형 지연 형광)성을 가지고 TADF성 화합물을 호스트에 사용하면, 고효율 발광 디바이스를 제공할 수 있어 바람직하고, 또한 분자량이 지나치게 커지지 않기 때문에 승화성을 향상시킬 수 있고, 증착에서의 분해를 방지할 수 있기 때문에 고순도 발광층을 제공할 수 있어 바람직하다. 결과적으로, 신뢰성이 높은 디바이스를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태는 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 12]
다만 상기 일반식(G2)에서, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고, R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, α는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기를 나타내고, m은 1 또는 2를 나타내고, m이 2인 경우 2개의 α는 같아도 좋고 달라도 좋다.
일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 화합물은 인돌로카바졸 골격과 트라이아진 골격 사이에 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기를 포함한다. 이에 의하여 m이 0인 경우와 비교하여, HOMO 준위를 얕게 할 수 있고, 디바이스 설계에서 적합한 HOMO 준위의 호스트 재료를 설계하고 제공할 수 있어 바람직하다. 또한 m이 0인 경우와 비교하여 내열성을 높게 할 수 있다.
상기 일반식(G1) 및 일반식(G2)에서 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기가 각각 독립적으로 구조식(α-1) 내지 구조식(α-20) 중 어느 하나로 나타내어지는 것이 바람직하다.
[화학식 13]
또한 상기 구조식(α-1) 내지 구조식(α-20)으로 나타내어지는 치환기는 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기의 일례이며, 상기 일반식(G1) 및 일반식(G2)에 사용할 수 있는 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기는 이들에 한정되지 않는다. 치환기로서 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기를 포함하는 경우, HOMO 준위를 변화시킴으로써 캐리어 밸런스를 조정하거나, 내열성을 향상시킬 수 있다.
상기 일반식(G1) 및 일반식(G2)에서, 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기가 치환기를 포함하는 경우, 상기 치환기는 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기로 한다. 치환기로서 알킬기를 포함하는 경우, 굴절률을 낮출 수 있다. 또한 아릴기를 포함하는 경우, 내열성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태는 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 14]
다만 상기 일반식(G3)에서, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고, R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, R11 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, k는 0 또는 1을 나타낸다.
일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 화합물은 인돌로카바졸 골격과 트라이아진 골격 사이에 치환 또는 비치환된 페닐렌기 또는 바이페닐렌기를 반드시 포함한다. 이에 의하여 이들을 포함하지 않는 경우와 비교하여 HOMO 준위를 얕게 할 수 있고, 또한 내열성을 향상시킬 수 있고, 디바이스 설계에서 적합한 HOMO 준위의 호스트 재료를 설계하고 제공할 수 있어 바람직하다.
또한 본 발명의 일 형태는 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 15]
다만 상기 일반식(G4)에서, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고, R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타낸다.
일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물은 인돌로카바졸 골격과, 트라이아진 골격이 직접 결합된다. 이에 의하여 직접 결합이 아닌 경우와 비교하여 HOMO 준위를 깊게 할 수 있고, 디바이스 설계에서 적합한 HOMO 준위의 호스트 재료를 설계하고 제공할 수 있어 바람직하다. 또한 TADF성을 가질 가능성이 높고, 호스트에 사용하면 고효율 발광 디바이스를 제공할 수 있어 바람직하다. 또한 승화성을 향상시킬 수 있기 때문에 증착에서의 분해를 방지할 수 있고, 고순도 발광층을 제공할 수 있어 바람직하다. 결과적으로 신뢰성이 높은 디바이스를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 하기 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 16]
다만 상기 일반식(G5)에서, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고, R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, R21 내지 R29는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타낸다.
상기 일반식(G1) 내지 일반식(G5)에서, 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기가 각각 독립적으로 식(Ar-1) 내지 식(Ar-80) 중 어느 하나로 나타내어지는 것이 바람직하다.
[화학식 17]
[화학식 18]
[화학식 19]
또한 상기 구조식(Ar-1) 내지 구조식(Ar-80)으로 나타내어지는 치환기는 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기의 일례이며, 상기 일반식(G1) 내지 일반식(G5)에서 사용할 수 있는 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기는 이들에 한정되지 않는다.
상기 일반식(G1) 내지 일반식(G5)에서 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기가 치환기를 포함하는 경우, 상기 치환기는 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기로 한다.
상기 일반식(G1) 내지 일반식(G5)에서, R1 내지 R10 중 어느 하나 또는 복수가 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기인 경우, 이들의 기는 중수소화되어도 되고, 중수소화되지 않아도 된다.
상기 일반식(G1) 내지 일반식(G5)에서, R1 내지 R10 중 적어도 하나가 중수소이면 탄소-수소 결합의 해리를 방지할 수 있다.
또한 상기 일반식(G1) 내지 일반식(G5)에서 R1 내지 R10 중 복수 또는 모두가 중수소이면 더 바람직하다. 특히 R1 내지 R10의 모두가 중수소이면, 정공 수송성 골격에 포함되는 모든 탄소-수소 결합의 해리를 방지할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 정공 수송성 골격, 즉 상기 일반식(G1) 내지 일반식(G5)에서의 인돌로카바졸 골격의 중수소화율이란 인돌로카바졸 골격에 직접 결합되는 수소가 중수소로 치환되어 있는 비율을 가리킨다. 예를 들어 R1 내지 R10 중 모두가 중수소이면, 인돌로카바졸 골격의 중수소화율은 100%이다. 또한 R1 내지 R10 중 일부가 수소도 아니고 중수소도 아닌 경우, 즉 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기 등의 치환기인 경우, 상기 치환기에 포함되는 수소 또는 중수소는 인돌로카바졸 골격의 중수소화율의 계산에 사용하지 않는 것으로 한다. 예를 들어 R1 내지 R8 중 50%가 수소이고, 50%가 중수소이고, R9 및 R10이 페닐기인 경우, 상기 페닐기에 포함되는 수소 및 중수소의 비율에 상관없이 인돌로카바졸 골격의 중수소화율은 50%이다.
상기 일반식(G1) 내지 일반식(G5)에서 인돌로카바졸 골격의 중수소화율은 50% 이상 100% 이하인 것이 바람직하다. 또한 인돌로카바졸 골격의 중수소화율은 60% 이상인 것이 바람직하고, 70% 이상인 것이 더 바람직하고, 80% 이상인 것이 더 바람직하고, 90% 이상이다.
또한 일반식(G1) 내지 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물에서, 어느 기가 중수소인 화합물과, 상기 기가 수소인 화합물의 혼합물이어도, 효과가 나타나는 경우가 있다. 예를 들어 일반식(G1) 내지 일반식(G5)의 R1이 중수소인 화합물이 50%, R1이 수소인 화합물이 50% 혼합된 혼합물도 효과가 나타난다. R2 내지 R10에 대해서도 마찬가지이다.
상기 일반식(G1) 내지 일반식(G5)에서 탄소수 1 내지 6의 알킬기의 구체적인 예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, sec-뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 아이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 아이소헥실기, sec-헥실기, tert-헥실기, 네오헥실기, 3-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 2-에틸뷰틸기, 1, 2-다이메틸뷰틸기, 2, 3-다이메틸뷰틸기 등을 들 수 있다.
또한 탄소수 1 내지 6의 알킬기가 치환기를 포함하는 경우, 상기 치환기로서는 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 들 수 있다.
상기 일반식(G1) 내지 일반식(G5)에서 탄소수 6 내지 13의 아릴기의 구체적인 예로서는 페닐기, 톨릴기, 자일릴기, 메시틸기, 바이페닐기, 나프틸기, 및 플루오렌일기 등을 들 수 있다.
상기 일반식(G1) 내지 일반식(G5)으로 나타내어지는 구성을 가지는 본 발명의 일 형태인 유기 화합물을 발광 디바이스에 사용하는 경우, 박막(유기 화합물층이라고도 함)으로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 형태인 유기 화합물을 포함하는 박막은 발광 디바이스(100)에서 발광층, 정공 수송층, 전자 수송층, 또는 캡층에 적합하게 사용할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 따른 유기 화합물은 비발광 디바이스에 사용할 수도 있다. 비발광 디바이스로서 예를 들어 수광 디바이스 등의 디바이스가 있다.
또한 본 발명의 일 형태인 유기 화합물을 발광 디바이스의 발광층, 정공 수송층, 전자 수송층, 또는 캡층에 사용하는 경우, 또는 수광 디바이스에 사용하는 경우의 자세한 구성에 대해서는 실시형태 2에서 자세히 설명한다.
다음으로 상기 일반식(G1) 내지 일반식(G5)으로 나타내어지는 각 구성을 가지는 본 발명의 일 형태인 유기 화합물의 구체적인 예를 이하에 나타낸다.
[화학식 20]
[화학식 21]
[화학식 22]
[화학식 23]
[화학식 24]
[화학식 25]
상기 구조식(101) 내지 구조식(146)으로 나타내어지는 유기 화합물은 상기 일반식(G1) 내지 상기 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물의 일례이며, 본 발명의 일 형태인 유기 화합물은 이에 한정되지 않는다.
다음으로 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법에 대하여 설명한다. 또한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물의 합성 방법에는 다양한 반응을 적용할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 형태의 유기 화합물의 합성 방법은 이하의 합성 방법에 한정되지 않는다.
본 실시형태에서는 하기 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법에 대하여 설명한다.
[화학식 26]
일반식(G1)에서, R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고, R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, α는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기를 나타내고, n은 0 내지 2의 정수를 나타내고, n이 2인 경우 2개의 α는 같아도 좋고 달라도 좋다.
또한 일반식(G1)에서, R1 내지 R10 중 어느 하나 또는 복수가 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기인 경우, 이들의 기는 중수소화되어도 되고, 중수소화되지 않아도 된다.
상기 일반식(G1)에서, 인돌로카바졸 골격의 중수소화율은 50% 이상 100% 이하인 것이 바람직하다. 인돌로카바졸 골격의 중수소화율은 60% 이상인 것이 바람직하고, 70% 이상인 것이 더 바람직하고, 80% 이상인 것이 더 바람직하고, 90% 이상인 것이 더 바람직하다.
또한 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물에서, 어느 기가 중수소인 화합물과 상기 기가 수소인 화합물의 혼합물이어도, 효과가 나타나는 경우가 있다. 예를 들어 R1이 중수소인 화합물이 50%, R1이 수소인 화합물이 50%로 혼합된 혼합물도 효과가 나타난다. R2 내지 R10에 대해서도 마찬가지이다.
본 발명의 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물은 하기 합성 스킴(a-1) 내지 합성 스킴(a-3)과 같이 합성할 수 있다.
[화학식 27]
[화학식 28]
[화학식 29]
우선 반응식(a-1)에 따라 인돌로카바졸 화합물(화합물 1)과 Ar1을 포함하는 화합물(화합물 2)을 커플링함으로써 인돌로카바졸 화합물(화합물 3)을 얻을 수 있다. 다음으로 반응식(a-2)에 따라 인돌로카바졸 화합물(화합물 3)을 선택적으로 중수소화함으로써 중수소 인돌로카바졸 화합물(화합물 4)을 얻을 수 있다. 다음으로 반응식(a-3)에 따라 중수소화 인돌로카바졸 화합물(화합물 4)과 아진 화합물(화합물 5)을 커플링함으로써 목적의 중수소화 인돌로카바졸 화합물(G1)을 얻을 수 있다. 이하에 합성 스킴(a-1) 내지 합성 스킴(a-3)을 나타낸다.
합성 스킴(a-1) 내지 합성 스킴(a-3)에서, Ar1 내지 Ar3, R1 내지 R10은 상기와 마찬가지이다. 또한 합성 스킴(a-1) 및 합성 스킴(a-2)에서 R51 내지 R60은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타낸다.
또한 합성 스킴(a-1) 내지 합성 스킴(a-3)에서 X1 내지 X2는 수소를 나타낸다. 또한 X3 내지 X4는 할로젠기(예를 들어 염소를 포함함)를 나타낸다. 다만 이들에 한정되지 않고, X1 내지 X4는 각각 독립적으로 수소, 염소, 브로민, 아이오딘, 트라이플레이트기, 유기 붕소기, 보론산, 유기 주석기 등으로 하여도 좋다.
합성 스킴(a-1) 및 합성 스킴(a-3)의 커플링 반응에서 팔라듐 촉매를 사용한 Buchwald-Hartwig 반응을 수행한다. Buchwald-Hartwig 반응에서는 비스(다이벤질리덴아세톤)팔라듐(0), 아세트산 팔라듐(II), [1,1-비스(다이페닐포스피노)페로센]팔라듐(II)다이클로라이드, 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐(0) 등의 팔라듐 화합물과, 트라이(tert-뷰틸)포스핀, 트라이(n-헥실)포스핀, 트라이사이클로헥실포스핀, 다이(1-아다만틸)-n-뷰틸포스핀, 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐, 트라이(오쏘-톨릴)포스핀 등의 배위자를 사용할 수 있다. 상기 반응에서는 소듐tert-뷰톡사이드 등의 유기 염기, 또는 탄산 포타슘, 탄산 세슘, 탄산소듐, 수소화 소듐 등의 무기 염기 등을 사용할 수 있다. 상기 반응에서는 용매로서 톨루엔, 자일렌, 메시틸렌, 다이에틸렌글라이콜다이메틸에터(다이글라임), 벤젠, 테트라하이드로퓨란, 다이옥산, N, N'-다이메틸폼아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 에탄올, 메탄올, 물 등을 사용할 수 있다. 상기 반응에서 사용할 수 있는 시약류는 상기 시약류에 한정되는 것이 아니다.
또한 합성 스킴(a-1) 및 합성 스킴(a-3)은 팔라듐 촉매를 사용하지 않고 수행할 수도 있다. 예를 들어 수소화 소듐 등의 강염기와 DMF 등의 용매를 사용함으로써 커플링 반응을 진행시킬 수 있다.
또한 합성 스킴(a-1) 및 합성 스킴(a-3)에는 구리 또는 구리 화합물을 사용한 반응 등을 사용할 수 있다.
합성 스킴(a-2)의 중수소화 반응에서 사용할 수 있는 용매로서는 벤젠-d6, 톨루엔-d8, 자일렌-d10, 중수 등을 들 수 있다. 다만 사용할 수 있는 용매는 이들에 한정되지 않는다. 또한 사용할 수 있는 촉매로서는 염화 몰리브데넘(V), 염화 텅스텐(VI), 염화 나이오븀(V), 염화 탄탈럼(V), 염화 알루미늄(III), 염화 타이타늄(IV), 염화 주석(IV) 등을 들 수 있다. 다만 사용할 수 있는 촉매는 이들에 한정되는 것은 아니다. 이들의 용매 및 촉매를 사용함으로써 인돌로카바졸 화합물의 R1 내지 R10을 선택적으로 중수소화할 수 있다.
또한 Ar1이 아릴기인 경우, 헤테로아릴기인 경우와 비교하여 Ar1의 중수소를 억제하는 효과가 있다. 그러므로 R1 내지 R10을 선택적으로 중수소화하는 효과를 높일 수 있다.
또한 상기 중수소화 반응은 합성 스킴(a-1)보다 전에 수행하여도 좋다. 이 경우, 화합물 1의 X1 및 X2 이외를 선택적으로 중수소화한 후, 합성 스킴(a-1)에 따라 X1-Ar1과의 커플링 반응을 수행하면 좋다. 다만 화합물 1에서 피롤 고리의 N-H 구조가 존재하면 산성 시약(염화 몰리브데넘(V) 등)을 사용한 중수소화 반응에서 염산염이 생성될 가능성이 있다. 염산염이 생성되면 유기 용매에 대한 용해성이 저하되어 반응이 진행되기 어려워질 가능성이 생각된다. 특히 피롤 고리의 NH 구조가 1분자 내에 2개 있으면, 염산염이 생성되기 쉽고 유기 용매에 대한 용해성이 현저히 저하된다고 생각된다. 따라서 합성 스킴(a-1)을 수행하고 NH 구조가 분자 구조 내에 1군데로 한 후에 합성 스킴(a-2)을 수행함으로써 인돌로카바졸 골격(화합물 3)의 중수소화가 진행되기 쉬워지므로 바람직하다.
또한 상기 중수소화 반응은 합성 스킴(a-3) 후에 수행하여도 좋다. 이 경우에도 Ar1의 탄소에 결합되는 수소보다 인돌로카바졸 골격에 결합되는 수소가, 중수소화 반응은 진행되기 더 쉽기 때문에 R1 내지 R10을 선택적으로 중수소화할 수 있다.
또한 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법에서 상기 합성 스킴(a-1) 내지 합성 스킴(a-3)의 순서는 한정되지 않는다. 예를 들어 인돌로카바졸 화합물과 아진 화합물을 커플링함으로써 인돌로카바졸 화합물을 합성한 후, 상기 인돌로카바졸 화합물에 대하여 중수소화 반응을 수행함으로써 얻어진 중수소화 인돌로카바졸 화합물에 대하여 마지막으로 Ar1을 포함하는 화합물을 커플링함으로써도 목적의 중수소화 인돌로카바졸 화합물(G1)을 얻을 수 있다.
또한 합성 스킴(a-3)은 복수 단계로 나누어 수행하여도 좋다. 예를 들어 아래의 반응식(a-4) 내지 반응식(a-5)으로 나타내어지는 반응에 의하여 합성하여도 좋다. 구체적으로는 인돌로카바졸 화합물(화합물 4)과 아릴 화합물(화합물 6)을 커플링함으로써 인돌로카바졸 화합물(화합물 7)을 얻을 수 있고, 그 다음에 화합물 7과 아진 화합물(화합물 8)의 커플링 반응을 수행함으로써 목적의 화합물(G1)을 얻을 수 있다. 또한 반응식(a-1) 내지 반응식(a-5)에서 X5 및 X6은 각각 독립적으로 염소, 브로민, 아이오딘, 트라이플레이트기, 유기 붕소기, 보론산, 유기 주석기 등을 나타내고, X2 및 X4, R1 내지 R10, Ar1 내지 Ar3, α는 상술한 내용과 같기 때문에 생략한다.
[화학식 30]
[화학식 31]
본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 실시형태 1에서 제시한 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스의 구성에 대하여 도 1의 (A) 내지 (E)를 사용하여 설명한다.
<<발광 디바이스의 기본적인 구조>>
발광 디바이스의 기본적인 구조에 대하여 설명한다. 도 1의 (A)에는 한 쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 EL층을 포함하는 발광 디바이스를 나타내었다. 구체적으로는 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 EL층(103)이 끼워진 구조를 가진다.
또한 도 1의 (B)에는 한 쌍의 전극 사이에 복수(도 1의 (B)에서는 2개)의 EL층(103a, 103b)을 포함하고, EL층 사이에 전하 발생층(106)을 포함하는 적층 구조(탠덤 구조)의 발광 디바이스를 나타내었다. 탠덤 구조의 발광 디바이스는 전류량을 변경하지 않고 고효율의 발광 장치를 실현할 수 있다.
전하 발생층(106)은 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 전위차가 생겼을 때, 한쪽 EL층(103a 또는 103b)에 전자를 주입하고, 다른 쪽 EL층(103b 또는 103a)에 정공을 주입하는 기능을 가진다. 따라서 도 1의 (B)에서 제 1 전극(101)의 전위가 제 2 전극(102)의 전위보다 높아지도록 전압을 인가하면, 전하 발생층(106)으로부터 EL층(103a)에 전자가 주입되고, EL층(103b)에 정공이 주입된다.
또한 광 추출 효율의 관점에서, 전하 발생층(106)은 가시광에 대하여 투광성을 가지는(구체적으로는 전하 발생층(106)에 대한 가시광 투과율이 40% 이상) 것이 바람직하다. 또한 전하 발생층(106)은 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)보다 도전율이 낮아도 기능한다.
또한 도 1의 (C)에는 본 발명의 일 형태인 발광 디바이스의 EL층(103)의 적층 구조를 나타내었다. 다만 이 경우, 제 1 전극(101)은 양극으로서 기능하고, 제 2 전극(102)은 음극으로서 기능하는 것으로 한다. EL층(103)은 제 1 전극(101) 위에 정공(홀) 주입층(111), 정공(홀) 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 또한 발광층(113)은 발광색이 다른 복수의 발광층이 적층된 구성을 가져도 좋다. 예를 들어 적색을 발광하는 발광 물질을 포함하는 발광층과, 녹색을 발광하는 발광 물질을 포함하는 발광층과, 청색을 발광하는 발광 물질을 포함하는 발광층이 적층된 구조, 또는 이들이 캐리어 수송성 재료를 포함하는 층을 개재(介在)하여 적층된 구조를 가져도 좋다. 또는 황색을 발광하는 발광 물질을 포함하는 발광층과, 청색을 발광하는 발광 물질을 포함하는 발광층의 조합이어도 좋다. 다만 발광층(113)의 적층 구조는 상기에 한정되지 않는다. 예를 들어 발광층(113)은 발광색이 같은 복수의 발광층이 적층된 구성을 가져도 좋다. 예를 들어 청색을 발광하는 발광 물질을 포함하는 제 1 발광층과, 청색을 발광하는 발광 물질을 포함하는 제 2 발광층이 적층된 구조, 또는 이들이 캐리어 수송성 재료를 포함하는 층을 개재하여 적층된 구성을 가져도 좋다. 발광색이 같은 복수의 발광층이 적층된 구성의 경우, 단층의 구성보다 신뢰성을 높일 수 있는 경우가 있다. 또한 도 1의 (B)에 나타낸 탠덤 구조와 같이 복수의 EL층을 포함하는 경우에도, 각 EL층이 양극 측으로부터 상술한 바와 같이 순차적으로 적층되는 구조로 한다. 또한 제 1 전극(101)이 음극이고, 제 2 전극(102)이 양극인 경우에는, EL층(103)의 적층 순서는 반대가 된다. 구체적으로는, 음극인 제 1 전극(101) 위의 (111)이 전자 주입층이고, (112)가 전자 수송층이고, (113)이 발광층이고, (114)가 정공(홀) 수송층이고, (115)가 정공(홀) 주입층이라는 구성을 가진다.
EL층(103, 103a, 103b)에 포함되는 발광층(113)은 각각 발광 물질 및 복수의 물질을 적절히 조합하여 포함하기 때문에, 원하는 발광색을 나타내는 형광 발광 또는 인광 발광이 얻어지는 구성으로 할 수 있다. 또한 발광층(113)을 발광색이 다른 층의 적층 구조로 하여도 좋다. 또한 이 경우, 적층된 각 발광층에 사용하는 발광 물질 및 그 외의 물질에는 각각 다른 재료를 사용하면 좋다. 또한 도 1의 (B)에 나타내어진 복수의 EL층(103a, 103b)으로부터 각각 다른 발광색이 얻어지는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우에도 각 발광층에 사용하는 발광 물질 및 그 외의 물질에는 각각 다른 재료를 사용하면 좋다.
또한 본 발명의 일 형태인 발광 디바이스에서, 예를 들어 도 1의 (C)에 나타낸 제 1 전극(101)을 반사 전극으로 하고 제 2 전극(102)을 반투과·반반사 전극으로 하여 미소 광공진기(마이크로캐비티) 구조로 함으로써, EL층(103)에 포함되는 발광층(113)으로부터 얻어지는 발광을 양쪽 전극 사이에서 공진시켜 제 2 전극(102)으로부터 사출되는 발광을 강하게 할 수 있다.
또한 발광 디바이스의 제 1 전극(101)이 반사성을 가지는 도전성 재료와 투광성을 가지는 도전성 재료(투명 도전막)의 적층 구조로 이루어지는 반사 전극인 경우, 투명 도전막의 막 두께를 제어함으로써 광학 조정을 할 수 있다. 구체적으로는, 발광층(113)으로부터 얻어지는 광의 파장 λ에 대하여 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이의 광학 거리(막 두께와 굴절률의 곱)가 mλ/2(다만 m은 1 이상의 정수(整數)) 또는 그 근방이 되도록 조정을 하는 것이 바람직하다.
또한 발광층(113)으로부터 얻어지는 원하는 광(파장: λ)을 증폭시키기 위하여, 제 1 전극(101)으로부터 발광층(113)에서 원하는 광이 얻어지는 영역(발광 영역)까지의 광학 거리와, 제 2 전극(102)으로부터 발광층(113)에서 원하는 광이 얻어지는 영역(발광 영역)까지의 광학 거리를 각각 (2m'+1)λ/4(다만 m'은 1 이상의 정수) 또는 그 근방이 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 또한 여기서 발광 영역이란, 발광층(113)에서의 정공(홀)과 전자의 재결합 영역을 가리킨다.
이러한 광학 조정을 수행함으로써, 발광층(113)으로부터 얻어지는 특정의 단색광의 스펙트럼을 좁히고, 색 순도가 좋은 발광을 얻을 수 있다.
다만 상기 경우, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이의 광학 거리는, 엄밀하게는 제 1 전극(101)에서의 반사 영역으로부터 제 2 전극(102)에서의 반사 영역까지의 총 두께라고 할 수 있다. 그러나 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)에서의 반사 영역을 엄밀하게 결정하는 것은 어렵기 때문에, 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)의 임의의 위치를 반사 영역으로 가정함으로써, 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있는 것으로 한다. 또한 제 1 전극(101)과 원하는 광이 얻어지는 발광층 사이의 광학 거리는, 엄밀하게는 제 1 전극(101)에서의 반사 영역과 원하는 광이 얻어지는 발광층에서의 발광 영역 사이의 광학 거리라고 할 수 있다. 그러나 제 1 전극(101)에서의 반사 영역 및 원하는 광이 얻어지는 발광층에서의 발광 영역을 엄밀하게 결정하는 것은 어렵기 때문에, 제 1 전극(101)의 임의의 위치를 반사 영역으로, 원하는 광이 얻어지는 발광층의 임의의 위치를 발광 영역으로 가정함으로써, 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있는 것으로 한다.
도 1의 (D)에 나타낸 발광 디바이스는 탠덤 구조를 가지는 발광 디바이스이고, 마이크로캐비티 구조를 가지기 때문에, 각 EL층(103a, 103b)으로부터 파장이 다른 광(단색광)을 추출할 수 있다. 따라서 다른 발광색을 얻기 위한 구분 형성(예를 들어 RGB)이 불필요하다. 그러므로 고정세화(高精細化)를 실현하기 쉽다. 또한 착색층(컬러 필터)과 조합할 수도 있다. 또한 특정 파장의 정면 방향에서의 발광 강도를 높일 수 있기 때문에, 소비 전력을 절감할 수 있다.
도 1의 (E)에 나타낸 발광 디바이스는 도 1의(B)에 나타낸 탠덤 구조의 발광 디바이스의 일례이고, 도면에 나타낸 바와 같이 3개의 EL층(103a, 103b, 103c)이 전하 발생층(106a, 106b)을 개재하여 적층되는 구조를 가진다. 또한 3개의 EL층(103a, 103b, 103c)은 각각 발광층(113a, 113b, 113c)을 포함하고, 각 발광층의 발광색은 자유로이 조합할 수 있다. 예를 들어 발광층(113a)을 청색으로, 발광층(113b)을 적색, 녹색, 및 황색 중 어느 색으로, 발광층(113c)을 청색으로 할 수 있고, 발광층(113a)을 적색으로, 발광층(113b)을 청색, 녹색, 및 황색 중 어느 색으로, 발광층(113c)을 적색으로 할 수도 있다.
또한 상술한 본 발명의 일 형태인 발광 디바이스에서는 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 적어도 한쪽을 투광성을 가지는 전극(투명 전극, 반투과·반반사 전극 등)으로 한다. 투광성을 가지는 전극이 투명 전극인 경우, 투명 전극의 가시광 투과율은 40% 이상으로 한다. 또한 반투과·반반사 전극인 경우, 반투과·반반사 전극의 가시광 반사율은 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하로 한다. 또한 이들 전극은 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 것이 바람직하다.
또한 상술한 본 발명의 일 형태인 발광 디바이스에서는 제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 한쪽이 반사성을 가지는 전극(반사 전극)인 경우, 반사성을 가지는 전극의 가시광 반사율은 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 70% 이상 100% 이하로 한다. 또한 이 전극은 저항률이 1×10-2Ωcm 이하인 것이 바람직하다.
<<발광 디바이스의 구체적인 구조>>
다음으로 본 발명의 일 형태인 발광 디바이스의 구체적인 구조에 대하여 설명한다. 또한 여기서는 탠덤 구조를 가지는 도 1의 (D)를 사용하여 설명한다. 또한 도 1의 (A) 및 (C)에 나타낸 싱글 구조의 발광 디바이스도 EL층의 구성은 같은 것으로 한다. 또한 도 1의 (D)에 나타낸 발광 디바이스가 마이크로캐비티 구조를 가지는 경우에는, 제 1 전극(101)을 반사 전극으로서 형성하고, 제 2 전극(102)을 반투과 반반사 전극으로서 형성한다. 따라서 원하는 전극 재료를 하나 또는 복수로 사용하여 단층으로 또는 적층하여 형성할 수 있다. 또한 제 2 전극(102)은 EL층(103b)을 형성한 후, 재료를 적절히 선택하여 형성한다.
<제 1 전극 및 제 2 전극>
제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102)을 형성하는 재료로서는 상술한 양쪽 전극의 기능을 만족시킬 수 있으면, 이하에 제시하는 재료를 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 예를 들어 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 적절히 사용할 수 있다. 구체적으로는, In-Sn 산화물(ITO라고도 함), In-Si-Sn 산화물(ITSO라고도 함), In-Zn 산화물, In-W-Zn 산화물을 들 수 있다. 그 외에는, 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 몰리브데넘(Mo), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd) 등의 금속, 및 이들을 적절히 조합하여 포함하는 합금을 사용할 수도 있다. 그 외에는, 위에서 예시하지 않은 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소(예를 들어 리튬(Li), 세슘(Cs), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr)), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 이들을 적절히 조합하여 포함하는 합금, 및 그래핀 등을 사용할 수 있다.
도 1의 (D)에 나타낸 발광 디바이스에서, 제 1 전극(101)이 양극인 경우, 제 1 전극(101) 위에 EL층(103a)의 정공 주입층(111a) 및 정공 수송층(112a)이 진공 증착법으로 순차적으로 적층 형성된다. EL층(103a) 및 전하 발생층(106)이 형성된 후, 전하 발생층(106) 위에 EL층(103b)의 정공 주입층(111b) 및 정공 수송층(112b)이 같은 식으로 순차적으로 적층 형성된다.
<정공 주입층>
정공 주입층(111, 111a, 111b)은 양극인 제 1 전극(101) 및 전하 발생층(106, 106a, 106b)으로부터 EL층(103, 103a, 103b)에 정공(홀)을 주입하는 층이고, 유기 억셉터 재료 및 정공 주입성이 높은 재료를 포함하는 층이다.
유기 억셉터 재료는 이의 LUMO(최저 비점유 궤도: Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위의 값과 HOMO 준위의 값이 가까운, 다른 유기 화합물과의 사이에서 전하 분리시킴으로써, 상기 유기 화합물에 정공(홀)을 발생시킬 수 있는 재료이다. 따라서 유기 억셉터 재료로서는, 퀴노다이메테인 유도체, 클로라닐 유도체, 및 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 전자 흡인기(할로젠기 또는 사이아노기)를 포함하는 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들어, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 3,6-다이플루오로-2,5,7,7,8,8-헥사사이아노퀴노다이메테인, 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN), 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ), 2-(7-다이사이아노메틸렌-1,3,4,5,6,8,9,10-옥타플루오로-7H-피렌-2-일리덴)말로노나이트릴 등을 사용할 수 있다. 또한 유기 억셉터 재료 중에서도 특히 HAT-CN과 같이 복수의 헤테로 원자를 포함하는 접합된(fused) 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합된 화합물은 억셉터성이 높고 열에 대하여 막질이 안정적이기 때문에 바람직하다. 이 외에도, 전자 흡인기(특히 플루오로기와 같은 할로젠기 또는 사이아노기)를 포함하는 [3]라디알렌 유도체는 전자 수용성이 매우 높기 때문에 바람직하고, 구체적으로는 α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[4-사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,6-다이클로로-3,5-다이플루오로-4-(트라이플루오로메틸)벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠아세토나이트릴] 등을 사용할 수 있다.
또한 정공 주입성이 높은 재료로서는 원소 주기율표의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물(몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등의 전이 금속 산화물 등)을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 몰리브데넘, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄을 들 수 있다. 상술한 것 중에서도 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고, 흡습성이 낮고, 취급하기 쉽기 때문에 바람직하다. 그 외에는, 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc) 또는 구리 프탈로사이아닌(약칭: CuPc) 등의 프탈로사이아닌계 화합물 등을 사용할 수 있다.
또한 상기 재료 외에, 저분자 화합물인 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-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), N,N'-비스{4-[비스(3-메틸페닐)아미노]페닐}-N,N'-다이페닐-(1,1'-바이페닐)-4,4'-다이아민(약칭: DNTPD), 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1) 등의 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다.
또한 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)인 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N, N'-비스(4-뷰틸페닐)-N, N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등을 사용할 수 있다. 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리스타이렌설폰산(약칭: PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리스타이렌설폰산(약칭: PAni/PSS) 등의 산을 첨가한 고분자계 화합물 등을 사용할 수도 있다.
또한 정공 주입성이 높은 재료로서는 정공 수송성 재료와 상술한 유기 억셉터 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 혼합 재료를 사용할 수도 있다. 이 경우, 유기 억셉터 재료에 의하여 정공 수송성 재료로부터 전자가 추출되어 정공 주입층(111)에서 정공이 발생하고, 정공 수송층(112)을 통하여 발광층(113)에 정공이 주입된다. 또한 정공 주입층(111)은 정공 수송성 재료와 유기 억셉터 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 혼합 재료로 이루어지는 단층으로 형성하여도 좋고, 정공 수송성 재료를 포함하는 층과 유기 억셉터 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 층을 적층하여 형성하여도 좋다.
또한 정공 수송성 재료는 전계 강도[V/cm]의 제곱근이 (600)일 때의 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질인 것이 바람직하다. 또한 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질을 사용할 수도 있다.
또한 정공 수송성 재료로서는 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 포함하는 화합물(예를 들어 카바졸 유도체, 퓨란 유도체, 또는 싸이오펜 유도체), 및 방향족 아민(방향족 아민 골격을 포함하는 유기 화합물) 등 정공 수송성이 높은 재료가 바람직하다. 실시형태 1의 화합물은 정공 수송성을 가지기 때문에 정공 수송성 재료로서 사용할 수도 있다.
또한 상기 카바졸 유도체(카바졸 고리를 포함하는 유기 화합물)로서는, 바이카바졸 유도체(예를 들어 3,3'-바이카바졸 유도체), 카바졸릴기를 포함하는 방향족 아민 등을 들 수 있다.
또한 상기 바이카바졸 유도체(예를 들어 3,3'-바이카바졸 유도체)로서는, 구체적으로 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 9,9'-비스(바이페닐-4-일)-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: BisBPCz), 9,9'-비스(1,1'-바이페닐-3-일)-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: BismBPCz), 9-(1,1'-바이페닐-3-일)-9'-(1,1'-바이페닐-4-일)-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: mBPCCBP), 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP) 등을 들 수 있다.
또한 상기 카바졸릴기를 포함하는 방향족 아민으로서, 구체적으로는 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBA1BP), 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), N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)아민(약칭: PCBFF), N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-4-아민, N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-4-아민, N-(1, 1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이페닐-9H-플루오렌-2-아민, N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이페닐-9H-플루오렌-4-아민, N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이(9H-플루오렌)-2-아민, N-(1, 1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9'-스파이로바이(9H-플루오렌)-4-아민, N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-(1,1':3',1''-터페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민, N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-(1,1':4',1''-터페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민, N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-(1,1':3',1''-터페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-4-아민, N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-(1,1':4',1''-터페닐-4-일)-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-4-아민, 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), 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), 3-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA1), 3,6-비스[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCA2), 3-[N-(1-나프틸)-N-(9-페닐카바졸-3-일)아미노]-9-페닐카바졸(약칭: PCzPCN1), 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), 2-[N-(9-페닐카바졸-3-일)-N-페닐아미노]스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: PCASF), N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-(4-페닐)페닐아닐린(약칭: YGA1BP), N,N'-비스[4-(카바졸-9-일)페닐]-N,N'-다이페닐-9,9-다이메틸플루오렌-2,7-다이아민(약칭: YGA2F), 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA) 등을 들 수 있다.
또한 카바졸 유도체로서는 상술한 것 외에 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn), 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 4,4'-다이(N-카바졸릴)바이페닐(약칭: CBP), 3,6-비스(3,5-다이페닐페닐)-9-페닐카바졸(약칭: CzTP), 1,3,5-트리스[4-(N-카바졸릴)페닐]벤젠(약칭: TCPB), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA) 등을 들 수 있다.
또한 상기 퓨란 유도체(퓨란 고리를 포함하는 유기 화합물)로서는 구체적으로 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등을 들 수 있다.
또한 상기 싸이오펜 유도체(싸이오펜 고리를 포함하는 유기 화합물)로서는, 구체적으로 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등을 들 수 있다.
또한 상기 방향족 아민으로서 구체적으로 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'-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), 2,7-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]-스파이로-9,9'-바이플루오렌(약칭: DPA2SF), 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: m-MTDATA), N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), 4,4'-비스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]바이페닐(약칭: DPAB), DNTPD, 1,3,5-트리스[N-(4-다이페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠(약칭: DPA3B), N-(4-바이페닐)-6, N-다이페닐벤조[b]나프토[1, 2-d]퓨란-8-아민(약칭: BnfABP), N,N-비스(4-바이페닐)-6-페닐벤조[b]나프토[1, 2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf), 4,4'-비스(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: BnfBB1BP), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-6-아민(약칭: BBABnf(6)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-아민(약칭: BBABnf(8)), N,N-비스(4-바이페닐)벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란-4-아민(약칭: BBABnf(II(4))), N,N-비스[4-(다이벤조퓨란-4-일)페닐]-4-아미노-p-터페닐(약칭: DBfBB1TP), N-[4-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-N-페닐-4-바이페닐아민(약칭: ThBA1BP), 4-(2-나프틸)-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNB), 4-[4-(2-나프틸)페닐]-4',4''-다이페닐트라이페닐아민(약칭: BBAβNBi), 4,4'-다이페닐-4''-(6;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB), 4,4'-다이페닐-4''-(7;1'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBAαNβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(7-페닐)나프틸-2-일트라이페닐아민(약칭: BBAPβNB-03), 4,4'-다이페닐-4''-(6;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B), 4,4'-다이페닐-4''-(7;2'-바이나프틸-2-일)트라이페닐아민(약칭: BBA(βN2)B-03), 4,4'-다이페닐-4''-(4;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB), 4,4'-다이페닐-4''-(5;2'-바이나프틸-1-일)트라이페닐아민(약칭: BBAβNαNB-02), 4-(4-바이페닐릴)-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNB), 4-(3-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: mTPBiAβNBi), 4-(4-바이페닐릴)-4'-[4-(2-나프틸)페닐]-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: TPBiAβNBi), 4-페닐-4'-(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBA1BP), 4,4'-비스(1-나프틸)트라이페닐아민(약칭: αNBB1BP), 4,4'-다이페닐-4''-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]트라이페닐아민(약칭: YGTBi1BP), 4'-[4-(3-페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]트리스(1,1'-바이페닐-4-일)아민(약칭: YGTBi1BP-02), 4-[4'-(카바졸-9-일)바이페닐-4-일]-4'-(2-나프틸)-4''-페닐트라이페닐아민(약칭: YGTBiβNB), N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-N-[4-(1-나프틸)페닐]-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: PCBNBSF), N,N-비스([1,1'-바이페닐]-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-2-아민(약칭: BBASF), N,N-비스([1,1'-바이페닐]-4-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: BBASF(4)), N-(1,1'-바이페닐-2-일)-N-(9, 9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이[9H-플루오렌]-4-아민(약칭: oFBiSF), N-(4-바이페닐)-N-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)다이벤조퓨란-4-아민(약칭: FrBiF), N-[4-(1-나프틸)페닐]-N-[3-(6-페닐다이벤조퓨란-4-일)페닐]-1-나프틸아민(약칭: mPDBfBNBN), 4-페닐-4'-[4-(9-페닐플루오렌-9-일)페닐]트라이페닐아민(약칭: BPAFLBi), N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-4-아민, N,N-비스(9, 9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-3-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-2-아민, N,N-비스(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로바이-9H-플루오렌-1-아민 등을 들 수 있다.
정공 수송성 재료로서는 그 외에도 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등)인 폴리(N-바이닐카바졸)(약칭: PVK), 폴리(4-바이닐트라이페닐아민)(약칭: PVTPA), 폴리[N-(4-{N'-[4-(4-다이페닐아미노)페닐]페닐-N'-페닐아미노}페닐)메타크릴아마이드](약칭: PTPDMA), 폴리[N, N'-비스(4-뷰틸페닐)-N, N'-비스(페닐)벤지딘](약칭: Poly-TPD) 등을 사용할 수 있다. 또는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리스타이렌설폰산(약칭: PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리스타이렌설폰산(약칭: PAni/PSS) 등의 산을 첨가한 고분자계 화합물 등을 사용할 수도 있다.
다만 정공 수송성 재료는 상술한 것에 한정되지 않고, 공지의 다양한 재료 중 1종류 또는 복수 종류의 조합을 정공 수송성 재료로서 사용하여도 좋다.
또한 정공 주입층(111, 111a, 111b)은 공지의 다양한 성막 방법을 사용하여 형성할 수 있고, 예를 들어 진공 증착법을 사용하여 형성할 수 있다.
<정공 수송층>
정공 수송층(112, 112a, 112b)은 정공 주입층(111, 111a, 111b)에 의하여 제 1 전극(101)으로부터 주입된 정공을 발광층(113, 113a, 113b)으로 수송하는 층이다. 또한 정공 수송층(112, 112a, 112b)은 정공 수송성 재료를 포함하는 층이다. 따라서 정공 수송층(112, 112a, 112b)에는 정공 주입층(111, 111a, 111b)에 사용할 수 있는 정공 수송성 재료를 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태인 발광 디바이스에서 정공 수송층(112, 112a, 112b)과 같은 유기 화합물을 발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 사용할 수 있다. 정공 수송층(112, 112a, 112b)과 발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 같은 유기 화합물을 사용하면, 정공 수송층(112, 112a, 112b)으로부터 발광층(113, 113a, 113b, 113c)으로 정공을 효율적으로 수송할 수 있으므로 더 바람직하다.
<발광층>
발광층(113, 113a, 113b, 113c)은 발광 물질을 포함하는 층이다. 또한 발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 사용할 수 있는 발광 물질로서는 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 발광색을 나타내는 물질을 적절히 사용할 수 있다. 또한 복수의 발광층을 포함하는 경우에는, 각 발광층에 상이한 발광 물질을 사용함으로써, 상이한 발광색을 나타내는 구성(예를 들어 보색 관계에 있는 발광색을 조합하여 얻어지는 백색 발광)으로 할 수 있다. 또한 하나의 발광층이 상이한 발광 물질을 포함하는 적층 구조로 하여도 좋다.
또한 발광층(113, 113a, 113b, 113c)은 발광 물질(게스트 재료)에 더하여 1종류 또는 복수 종류의 유기 화합물(호스트 재료 등)을 포함하여도 좋다.
또한 발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 복수의 호스트 재료를 사용하는 경우, 새로 추가하는 제 2 호스트 재료로서, 기존의 게스트 재료 및 제 1 호스트 재료보다 에너지 갭이 큰 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 제 2 호스트 재료의 최저 단일항 들뜬 에너지 준위(S1 준위)는 제 1 호스트 재료의 S1 준위보다 높고, 제 2 호스트 재료의 최저 삼중항 들뜬 에너지 준위(T1 준위)는 게스트 재료의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 또한 제 2 호스트 재료의 최저 삼중항 들뜬 에너지 준위(T1 준위)는 제 1 호스트 재료의 T1 준위보다 높은 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 2종류의 호스트 재료로 들뜬 복합체를 형성할 수 있다. 또한 들뜬 복합체를 효율적으로 형성하기 위해서는 정공을 받기 쉬운 화합물(정공 수송성 재료)과 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성 재료)을 조합하는 것이 특히 바람직하다. 또한 이 구성으로 함으로써, 고효율, 저전압, 장수명을 동시에 실현할 수 있다.
또한 상기 호스트 재료(제 1 호스트 재료 및 제 2 호스트 재료를 포함함)로서 사용하는 유기 화합물로서는, 발광층에 사용하는 호스트 재료로서의 조건을 만족시키면, 상술한 정공 수송층(112, 112a, 112b)에 사용할 수 있는 정공 수송성 재료 또는 후술하는 전자 수송층(114, 114a, 114b)에 사용할 수 있는 전자 수송성 재료 등의 유기 화합물을 들 수 있고, 복수 종류의 유기 화합물(상기 제 1 호스트 재료 및 제 2 호스트 재료)로 이루어지는 들뜬 복합체이어도 좋다. 또한 복수 종류의 유기 화합물로 들뜬 상태를 형성하는 들뜬 복합체(엑사이플렉스, 엑시플렉스, 또는 Exciplex라고도 함)는 S1 준위와 T1 준위의 차이가 매우 작고, 삼중항 여기 에너지를 단일항 여기 에너지로 변환할 수 있는 TADF 재료로서의 기능을 가진다. 또한 들뜬 복합체를 형성하는 복수 종류의 유기 화합물의 조합으로서는, 예를 들어 한쪽이 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 포함하고, 다른 쪽이 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리를 포함하는 것이 바람직하다. 또한 들뜬 복합체를 형성하는 조합으로서, 한쪽에 이리듐, 로듐, 또는 백금계의 유기 금속 착체 혹은 금속 착체 등의 인광 발광 물질을 사용하여도 좋다. 실시형태 1에서 제시한 유기 화합물은 전자 수송성을 가지기 때문에 제 1 호스트 재료로서 유효하게 이용할 수 있다. 또한 정공 수송성을 가지기 때문에 제 2 호스트 재료로서도 이용할 수 있다.
발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 사용할 수 있는 발광 물질에 특별히 한정은 없고, 단일항 여기 에너지를 가시광 영역의 발광으로 변환하는 발광 물질 또는 삼중항 여기 에너지를 가시광 영역의 발광으로 변환하는 발광 물질을 사용할 수 있다.
<<단일항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질>>
발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 사용할 수 있는, 단일항 들뜬 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질로서는, 이하에 제시하는 형광을 방출하는 물질(형광 발광 물질)을 들 수 있다. 예를 들어 피렌 유도체, 안트라센 유도체, 트라이페닐렌 유도체, 플루오렌 유도체, 카바졸 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 페난트렌 유도체, 나프탈렌 유도체 등이 있다. 특히 피렌 유도체는 발광 양자 수율이 높기 때문에 바람직하다. 피렌 유도체의 구체적인 예로서는 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'-다이페닐-N,N'-비스[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]피렌-1,6-다이아민(약칭: 1, 6FLPAPrn), N,N'-비스(다이벤조퓨란-2-일)-N,N'-다이페닐피렌-1,6-다이아민(약칭: 1,6FrAPrn), N,N'-비스(다이벤조싸이오펜-2-일)-N,N'-다이페닐피렌-1,6-다이아민(약칭: 1, 6ThAPrn), N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(N-페닐벤조[b]나프토[1, 2-d]퓨란)-6-아민](약칭: 1, 6BnfAPrn), N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(N-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1,6BnfAPrn-02), N,N'-(피렌-1,6-다이일)비스[(6,N-다이페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란)-8-아민](약칭: 1, 6BnfAPrn-03) 등을 들 수 있다.
또한 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'-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), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPA), 4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBAPBA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-tert-뷰틸페릴렌(약칭: TBP), 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) 등을 사용할 수 있다.
또한 N-[9, 10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N, 9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트라이페닐-1,4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트라이페닐-1, 4-페닐렌다이아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-바이페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트라이페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린545T, N,N'-다이페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-6, 11-다이페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-다이아민(약칭: p-mPhTD), 7,14-다이페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-다이아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-아이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-tert-뷰틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(다이메틸아미노)페닐]에텐일}-4H-피란-4-일리덴)프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCM), 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에텐일]-4H-피란-4-일리덴}프로페인다이나이트릴(약칭: BisDCJTM), 1,6BnfAPrn-03,3,10-비스[N-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10PCA2Nbf(IV)-02), 3,10-비스[N-(다이벤조퓨란-3-일)-N-페닐아미노]나프토[2,3-b;6,7-b']비스벤조퓨란(약칭: 3,10FrA2Nbf(IV)-02) 등을 들 수 있다. 특히 1,6FLPAPrn, 1,6mMemFLPAPrn, 1,6BnfAPrn-03과 같은 피렌다이아민 화합물 등을 사용할 수 있다.
<<삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질>>
다음으로 발광층(113)에 사용할 수 있는, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질로서는 예를 들어 인광을 방출하는 물질(인광 발광 물질) 또는 열 활성화 지연 형광을 나타내는 열 활성화 지연 형광(TADF) 재료가 있다.
인광 발광 물질이란, 저온(예를 들어 77K) 이상 실온 이하의 온도 범위(즉 77K 이상 313K 이하)의 어느 온도에서 인광을 나타내며, 형광을 나타내지 않는 화합물을 가리킨다. 상기 인광 발광 물질로서는 스핀 궤도 상호 작용이 큰 금속 원소를 포함하는 것이 바람직하고, 유기 금속 착체, 금속 착체(백금 착체), 희토류 금속 착체 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 전이 금속 원소가 바람직하고, 특히 백금족 원소(루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 또는 백금(Pt))를 포함하는 것이 바람직하고, 이 중에서도 이리듐을 포함함으로써 단일항 바닥 상태와 삼중항 여기 상태 사이의 직접 전이에 관련되는 전이 확률을 높일 수 있어 바람직하다.
<<인광 발광 물질(450nm 이상 570nm 이하: 청색 또는 녹색)>>
청색 또는 녹색을 나타내고, 발광 스펙트럼의 피크 파장이 450nm 이상 570nm 이하인 인광 발광 물질로서는 다음과 같은 물질을 들 수 있다.
예를 들어 트리스{2-[5-(2-메틸페닐)-4-(2,6-다이메틸페닐)-4H-1,2,4-트라이아졸-3-일-κN2]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: Ir(mpptz-dmp)3), 트리스(5-메틸-3,4-다이페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz)3), 트리스[4-(3-바이페닐)-5-아이소프로필-3-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPrptz-3b)3), 트리스[3-(5-바이페닐)-5-아이소프로필-4-페닐-4H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(iPr5btz)3) 등의 4H-트라이아졸 고리를 포함하는 유기 금속 착체, 트리스[3-메틸-1-(2-메틸페닐)-5-페닐-1H-1,2,4-트라이아졸레이토]이리듐(III)(약칭: Ir(Mptz1-mp)3), 트리스(1-메틸-5-페닐-3-프로필-1H-1,2,4-트라이아졸레이토)이리듐(III)(약칭: Ir(Prptz1-Me)3) 등의 1H-트라이아졸 고리를 포함하는 유기 금속 착체, fac-트리스[1-(2, 6-다이아이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다졸]이리듐(III)(약칭: [Ir(iPrpmi)3]), 트리스[3-(2,6-다이메틸페닐)-7-메틸이미다조[1,2-f]페난트리디네이토]이리듐(III)(약칭: Ir(dmpimpt-Me)3) 등의 이미다졸 고리를 포함하는 유기 금속 착체, 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스{2-[3',5'-비스(트라이플루오로메틸)페닐]피리디네이토-N,C2'}이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4', 6'-다이플루오로페닐)피리디네이토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIr(acac)) 등의 전자 흡인기를 포함하는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 착체 등이 있다.
<<인광 발광 물질(495nm 이상 590nm 이하: 녹색 또는 황색)>>
녹색 또는 황색을 나타내고, 발광 스펙트럼의 피크 파장이 495nm 이상 590nm 이하인 인광 발광 물질로서는 다음과 같은 물질을 들 수 있다.
예를 들어 트리스(4-메틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)3]), 트리스(4-t-뷰틸-6-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)3]), (아세틸아세토네이토)비스(6-메틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(6-tert-뷰틸-4-페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tBuppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[6-(2-노보닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(nbppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[5-메틸-6-(2-메틸페닐)-4-페닐피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(mpmppm)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스{4, 6-다이메틸-2-[6-(2, 6-다이메틸페닐)-4-피리미딘일-κN3]페닐-κC}이리듐(III)(약칭: [Ir(dmppm-dmp)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(4,6-다이페닐피리미디네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dppm)2(acac)])과 같은 피리미딘 고리를 포함하는 유기 금속 이리듐 착체, (아세틸아세토네이토)비스(3,5-다이메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-Me)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(5-아이소프로필-3-메틸-2-페닐피라지네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(mppr-iPr)2(acac)])과 같은 피라진 고리를 포함하는 유기 금속 이리듐 착체, 트리스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)3]), 비스(2-페닐피리디네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(ppy)2(acac)]), 비스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bzq)2(acac)]), 트리스(벤조[h]퀴놀리네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(bzq)3]), 트리스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(pq)3]), 비스(2-페닐퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(pq)2(acac)]), 비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC][2-(4-페닐-2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: [Ir(ppy)2(4dppy)]), 비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC][2-(4-메틸-5-페닐-2-피리딘일-κN)페닐-κC], [2-d3-메틸-8-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(5-d3-메틸-2-피리딘일-κN2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3)), [2-(메틸-d3)-8-[4-(1-메틸에틸-1-d)-2-피리딘일-κN]벤조퓨로[2,3-b]피리딘-7-일-κC]비스[5-(메틸-d3)-2-[5-(메틸-d3)-2-피리딘일-κN]페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(5mtpy-d6)2(mbfpypy-iPr-d4)), [2-d3-메틸-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2, 3-b]피리딘-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)2(mbfpypy-d3)), [2-(4-메틸-5-페닐-2-피리딘일-κN)페닐-κC]비스[2-(2-피리딘일-κN)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)2(mdppy))과 같은 피리딘 고리를 포함하는 유기 금속 이리듐 착체, 비스(2, 4-다이페닐-1, 3-옥사졸레이토-N, C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(dpo)2(acac)]), 비스{2-[4'-(퍼플루오로페닐)페닐]피리디네이토-N, C2'}이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(p-PF-ph)2(acac)]), 비스(2-페닐벤조싸이아졸레이토-N, C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(bt)2(acac)]) 등의 유기 금속 착체 외에, 트리스(아세틸아세토네이토)(모노페난트롤린)터븀(III)(약칭: [Tb(acac)3(Phen)])과 같은 희토류 금속 착체가 있다.
<<인광 발광 물질(570nm 이상 750nm 이하: 황색 또는 적색)>>
황색 또는 적색을 나타내고, 발광 스펙트럼의 피크 파장이 570nm 이상 750nm 이하인 인광 발광 물질로서는 다음과 같은 물질을 들 수 있다.
예를 들어, (다이아이소뷰티릴메타네이토)비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dibm)]), 비스[4,6-비스(3-메틸페닐)피리미디네이토](다이피발로일메타네이토)이리듐(III)(약칭: [Ir(5mdppm)2(dpm)]), (다이피발로일메타네이토)비스[4,6-다이(나프탈렌-1-일)피리미디네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(d1npm)2(dpm)]) 등의 피리미딘 고리를 가지는 유기 금속 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)]), 비스{4,6-다이메틸-2-[3-(3,5-다이메틸페닐)-5-페닐-2-피라진일-κN]페닐-κC}(2,6-다이메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-P)2(dibm)]), 비스{4,6-다이메틸-2-[5-(4-사이아노-2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN]페닐-κC}(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-dmCP)2(dpm)]), 비스[2-(5-(2,6-다이메틸페닐)-3-(3,5-다이메틸페닐)-2-피라진일-κN)-4,6-다이메틸페닐-κC](2,2',6,6'-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdppr-dmp)2(dpm)]), (아세틸아세토네이토)비스[2-메틸-3-페닐퀴녹살리네이토-N,C2']이리듐(III)(약칭: [Ir(mpq)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스(2,3-다이페닐퀴녹살리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(dpq)2(acac)]), (아세틸아세토네이토)비스[2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살리네이토]이리듐(III)(약칭: [Ir(Fdpq)2(acac)]) 등의 피라진 고리를 가지는 유기 금속 착체, 트리스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)(약칭: [Ir(piq)3]), 비스(1-페닐아이소퀴놀리네이토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: [Ir(piq)2(acac)]), 및 비스[4,6-다이메틸-2-(2-퀴놀린일-κN)페닐-κC](2,4-펜테인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmpqn)2(acac)]) 등의 피리딘 고리를 가지는 유기 금속 착체, 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: [PtOEP]) 등의 백금 착체, 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 있다.
<<TADF 재료>>
또한 TADF 재료로서는 이하에 제시하는 재료를 사용할 수 있다. TADF 재료란, S1 준위와 T1 준위의 차이가 작고(바람직하게는 0.2eV 이하), 삼중항 여기 상태를 매우 작은 열 에너지에 의하여 단일항 여기 상태로 업컨버트(역항간 교차)할 수 있고, 단일항 여기 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타내는 재료를 가리킨다. 또한 열 활성화 지연 형광이 효율적으로 얻어지는 조건으로서는 삼중항 들뜬 에너지 준위와 단일항 들뜬 에너지 준위의 에너지 차이가 0eV 이상 0.2eV 이하, 바람직하게는 0eV 이상 0.1eV 이하인 것을 들 수 있다. 또한 TADF 재료에서의 지연 형광이란, 일반적인 형광과 같은 스펙트럼을 가지면서도 수명이 현저히 긴 발광을 말한다. 그 수명은 1×10-6초 이상, 또는 1×10-3초 이상이다. 또한 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 사용할 수 있다.
또한 TADF 재료는 전자 수송성 재료, 정공 수송성 재료, 호스트 재료로서 사용할 수도 있다.
TADF 재료로서는, 예를 들어 풀러렌 및 그 유도체, 프로플라빈 등의 아크리딘 유도체, 에오신 등이 있다. 또한 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 주석(Sn), 백금(Pt), 인듐(In), 또는 팔라듐(Pd) 등을 포함하는 금속 함유 포르피린을 들 수 있다. 금속 함유 포르피린으로서는 예를 들어 프로토포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Proto IX)), 메소포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Meso IX)), 헤마토포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Hemato IX)), 코프로포르피린테트라메틸에스터-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Copro III-4Me)), 옥타에틸포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(OEP)), 에티오포르피린-플루오린화 주석 착체(약칭: SnF2(Etio I)), 옥타에틸포르피린-염화 백금 착체(약칭: PtCl2OEP) 등이 있다.
[화학식 32]
그 이외에도, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA), 4-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4PCCzBfpm), 4-[4-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)페닐]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4PCCzPBfpm), 9-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-2,3'-바이-9H-카바졸(약칭: mPCCzPTzn-02) 등의 π전자 과잉형 헤테로 방향족 화합물 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 화합물을 포함하는 헤테로 방향족 화합물을 사용하여도 좋다.
또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 화합물과 π전자 부족형 헤테로 방향족 화합물이 직접 결합된 물질은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 화합물의 도너성과 π전자 부족형 헤테로 방향족 화합물의 억셉터성이 모두 강해져, 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태의 에너지 차이가 작아지기 때문에 특히 바람직하다. 또한 TADF 재료로서는 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태 사이가 열평형 상태에 있는 TADF 재료(TADF 100)를 사용하여도 좋다. 이와 같은 TADF 재료는 발광 수명(여기 수명)이 짧아지기 때문에 발광 디바이스의 고휘도 영역에서의 효율 저하를 억제할 수 있다.
[화학식 33]
또한 상술한 것 외에, 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 기능을 가지는 재료로서는 페로브스카이트 구조를 가지는 전이 금속 화합물의 나노 구조체를 들 수 있다. 특히 금속 할로젠 페로브스카이트류의 나노 구조체가 바람직하다. 상기 나노 구조체로서는 나노 입자, 나노 막대가 바람직하다.
발광층(113, 113a, 113b, 113c)에서 상술한 발광 물질(게스트 재료)과 조합하여 사용하는 유기 화합물(호스트 재료 등)로서는 발광 물질(게스트 재료)보다 에너지 갭이 큰 물질을 1종류 또는 복수 종류 선택하여 사용하면 좋다.
<<형광 발광용 호스트 재료>>
발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 사용하는 발광 물질이 형광 발광 물질인 경우, 조합하는 유기 화합물(호스트 재료)로서는 단일항 여기 상태의 에너지 준위가 크고, 삼중항 여기 상태의 에너지 준위가 작은 유기 화합물, 또는 형광 양자 수율이 높은 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 이와 같은 조건을 만족시키는 유기 화합물이면 본 실시형태에서 제시한 정공 수송성 재료(상술하였음) 및 전자 수송성 재료(후술함) 등을 사용할 수 있다. 또한 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 사용할 수 있다.
상술한 구체적인 예와 일부 중복되지만, 발광 물질(형광 발광 물질)과의 조합이 바람직하다는 관점에서, 유기 화합물(호스트 재료)로서는 안트라센 유도체, 테트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 다이벤조[g,p]크리센 유도체 등의 축합 다환 방향족 화합물을 들 수 있다.
또한 형광 발광 물질과 조합하여 사용하는 것이 바람직한 유기 화합물(호스트 재료)의 구체적인 예로서는 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), 3-[4-(1-나프틸)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPN), 9,10-다이페닐안트라센(약칭: DPAnth), N,N-다이페닐-9-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: CzA1PA), 4-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민(약칭: DPhPA), YGAPA, PCAPA, N,9-다이페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPBA), N-(9,10-다이페닐-2-안트릴)-N,9-다이페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), 6,12-다이메톡시-5,11-다이페닐크리센, N,N,N',N',N'',N'',N''',N'''-옥타페닐다이벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라아민(약칭: DBC1), 9-[4-(10-페닐-9-안트라센일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CzPA), 7-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: cgDBCzPA), 6-[3-(9,10-다이페닐-2-안트릴)페닐]-벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란(약칭: 2mBnfPPA), 9-페닐-10-{4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)-바이페닐-4'-일}-안트라센(약칭: FLPPA), 9,10-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-(1-나프틸)-10-(2-나프틸)안트라센(약칭: α,β-ADN), 2-(10-페닐안트라센-9-일)다이벤조퓨란, 2-(10-페닐-9-안트라센일)-벤조[b]나프토[2,3-d]퓨란(약칭: Bnf(II)PhA), 9-(1-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-βNPAnth), 2,9-다이(1-나프틸)-10-페닐안트라센(약칭: 2αN-αNPhA), 9-(1-나프틸)-10-[3-(1-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-mαNPAnth), 9-(2-나프틸)-10-[3-(1-나프틸)페닐]안트라센(약칭: βN-mαNPAnth), 9-(1-나프틸)-10-[4-(1-나프틸)페닐]안트라센(약칭: αN-αNPAnth), 9-(2-나프틸)-10-[4-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: βN-βNPAnth), 2-(1-나프틸)-9-(2-나프틸)-10-페닐안트라센(약칭: 2αN-βNPhA), 9-(2-나프틸)-10-[3-(2-나프틸)페닐]안트라센(약칭: βN-mβNPAnth), 1-[4-(10-[1,1'-바이페닐]-4-일-9-안트라센일)페닐]-2-에틸-1H-벤즈이미다졸(약칭: EtBImPBPhA), 9,9'-바이안트릴(약칭: BANT), 9,9'-(스틸벤-3,3'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS), 9,9'-(스틸벤-4,4'-다이일)다이페난트렌(약칭: DPNS2), 1,3,5-트라이(1-피렌일)벤젠(약칭: TPB3), 5,12-다이페닐테트라센, 5,12-비스(바이페닐-2-일)테트라센 등을 들 수 있다.
<<인광 발광용 호스트 재료>>
또한 발광층(113, 113a, 113b, 113c)에 사용하는 발광 물질이 인광 발광 물질인 경우, 조합하는 유기 화합물(호스트 재료)로서는, 발광 물질보다 삼중항 여기 에너지(바닥 상태와 삼중항 여기 상태의 에너지 차이)가 큰 유기 화합물을 선택하면 좋다. 또한 들뜬 복합체를 형성하기 위하여 복수의 유기 화합물(예를 들어 제 1 호스트 재료 및 제 2 호스트 재료(또는 어시스트 재료) 등)을 발광 물질과 조합하여 사용하는 경우에는, 이들 복수의 유기 화합물을 인광 발광 물질과 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 사용할 수 있다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 들뜬 복합체로부터 발광 물질로의 에너지 이동인 ExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)를 사용한 발광을 효율적으로 얻을 수 있다. 또한 복수의 유기 화합물의 조합으로서는 들뜬 복합체가 형성되기 쉬운 것이 좋고, 정공을 받기 쉬운 화합물(정공 수송성 재료)과 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성 재료)을 조합하는 것이 특히 바람직하다.
또한 상술한 구체적인 예와 일부 중복되지만, 발광 물질(인광 발광 물질)과의 바람직한 조합이라는 관점에서 유기 화합물(호스트 재료, 어시스트 재료)로서는 방향족 아민(방향족 아민 골격을 가지는 유기 화합물), 카바졸 유도체(카바졸 고리를 가지는 유기 화합물), 다이벤조싸이오펜 유도체(다이벤조싸이오펜 고리를 가지는 유기 화합물), 다이벤조퓨란 유도체(다이벤조퓨란 고리를 가지는 유기 화합물), 옥사다이아졸 유도체(옥사다이아졸 고리를 가지는 유기 화합물), 트라이아졸 유도체(트라이아졸 고리를 가지는 유기 화합물), 벤즈이미다졸 유도체(벤즈이미다졸 고리를 가지는 유기 화합물), 퀴녹살린 유도체(퀴녹살린 고리를 가지는 유기 화합물), 다이벤조퀴녹살린 유도체(다이벤조퀴녹살린 고리를 가지는 유기 화합물), 피리미딘 유도체(피리미딘 고리를 가지는 유기 화합물), 트라이아진 유도체(트라이아진 고리를 가지는 유기 화합물), 피리딘 유도체(피리딘 고리를 가지는 유기 화합물), 바이피리딘 유도체(바이피리딘 고리를 가지는 유기 화합물), 페난트롤린 유도체(페난트롤린 고리를 가지는 유기 화합물), 퓨로다이아진 유도체(퓨로다이아진 고리를 가지는 유기 화합물), 아연계 및 알루미늄계 금속 착체 등을 들 수 있다.
또한 상기 유기 화합물 중에서, 정공 수송성이 높은 유기 화합물인 방향족 아민 및 카바졸 유도체의 구체적인 예로서는, 상술한 정공 수송성 재료의 구체적인 예와 같은 것을 들 수 있고, 이들은 모두 호스트 재료로서 바람직하다.
또한 상기 유기 화합물 중에서, 정공 수송성이 높은 유기 화합물인 다이벤조싸이오펜 유도체 및 다이벤조퓨란 유도체의 구체적인 예로서는, 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), DBT3P-II, 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV), 4-[3-(트라이페닐렌-2-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: mDBTPTp-II) 등을 들 수 있고, 이들은 모두 호스트 재료로서 바람직하다.
그 외에 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계, 싸이아졸계 리간드를 포함하는 금속 착체 등도 바람직한 호스트 재료로서 들 수 있다.
또한 상기 유기 화합물 중 전자 수송성이 높은 유기 화합물인 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 퀴나졸린 유도체, 페난트롤린 유도체 등의 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), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II), 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등의 폴리아졸 고리를 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물, 바소페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,9-다이(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBphen), 2,2'-(1,3-페닐렌)비스[9-페닐-1,10-페난트롤린](약칭: mPPhen2P), 2-페닐-9-[4-[4-(9-페닐-1,10-페난트롤린-2-일)페닐]페닐]-1,10-페난트롤린(약칭: PPhen2BP) 등의 피리딘 고리를 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 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-{4-[9,10-다이(2-나프틸)-2-안트릴]페닐}-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: ZADN), 2-[4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-3,1'-바이페닐-1-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mpPCBPDBq) 등을 들 수 있고, 이들은 모두 호스트 재료로서 바람직하다.
또한 상기 유기 화합물 중 전자 수송성이 높은 유기 화합물인 피리딘 유도체, 다이아진 유도체(피리미딘 유도체, 피라진 유도체, 피리다진 유도체를 포함함), 트라이아진 유도체, 퓨로다이아진 유도체의 구체적인 예로서는 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4, 6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4, 6mDBTP2Pm-II), 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm), 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 9-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-2,3'-바이-9H-카바졸(약칭: mPCCzPTzn-02), 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB), 9,9'-[피리미딘-4,6-다이일비스(바이페닐-3,3'-다이일)]비스(9H-카바졸)(약칭: 4, 6mCzBP2Pm), 2-[3'-(9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mFBPTzn), 8-(1,1'-바이페닐-4-일)-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8BP-4mDBtPBfpm), 9-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mDBtBPNfpr), 9-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-4-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9pmDBtBPNfpr), 11-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]페난트로[9',10':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 11mDBtBPPnfpr), 11-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-4-일]페난트로[9',10':4,5]퓨로[2, 3-b]피라진, 11-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]페난트로[9',10':4,5]퓨로[2, 3-b]피라진, 12-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)페난트로[9',10':4, 5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 12PCCzPnfpr), 9-[(3'-9-페닐-9H-카바졸-3-일)바이페닐-4-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9pmPCBPNfpr), 9-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9PCCzNfpr), 10-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 10PCCzNfpr), 9-[3'-(6-페닐벤조[b]나프토[1,2-d]퓨란-8-일)바이페닐-3-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mBnfBPNfpr), 9-{3-[6-(9,9-다이메틸플루오렌-2-일)다이벤조싸이오펜-4-일]페닐}나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mFDBtPNfpr), 9-[3'-(6-페닐다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mDBtBPNfpr-02), 9-[3-(9'-페닐-3,3'-바이-9H-카바졸-9-일)페닐]나프토[1',2':4,5]퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 9mPCCzPNfpr), 9-{(3'-[2,8-다이페닐다이벤조싸이오펜-4-일]바이페닐-3-일}나프토[1',2':4,5]퓨로[2, 3-b]피라진, 11-{(3'-[2,8-다이페닐다이벤조싸이오펜-4-일]바이페닐-3-일}페난트로[9',10':4,5]퓨로[2,3-b]피라진, 5-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-7, 7-다이메틸-5H, 7H-인데노[2,1-b]카바졸(약칭: mINc(II)PTzn), 2-[3'-(트라이페닐렌-2-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mTpBPTzn), 2-[(1,1'-바이페닐)-4-일]-4-페닐-6-[9,9'-스파이로바이(9H-플루오렌)-2-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: BP-SFTzn), 2,6-비스(4-나프탈렌-1-일페닐)-4-[4-(3-피리딜)페닐]피리미딘(약칭: 2,4NP-6PyPPm), 9-[4-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-2-다이벤조싸이오페닐]-2-페닐-9H-카바졸(약칭: PCDBfTzn), 2-[1,1'-바이페닐]-3-일-4-페닐-6-(8-[1,1':4',1''-터페닐]-4-일-1-다이벤조퓨란일)-1,3,5-트라이아진(약칭: mBP-TPDBfTzn), 6-(1,1'-바이페닐-3-일)-4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐피리미딘(약칭: 6mBP-4Cz2PPm), 4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐-6-(1,1'-바이페닐-4-일)피리미딘(약칭: 6BP-4Cz2PPm) 등의 다이아진 고리를 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물 등을 들 수 있고, 이들은 모두 호스트 재료로서 바람직하다.
또한 상기 유기 화합물 중에서 전자 수송성이 높은 유기 화합물인 금속 착체의 구체적인 예로서는, 아연계 또는 알루미늄계 금속 착체인 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq) 외에도 퀴놀린 고리 또는 벤조퀴놀린 고리를 포함하는 금속 착체 등을 들 수 있고, 이들은 모두 호스트 재료로서 바람직하다.
그 외에, 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물 등도 호스트 재료로서 바람직하다.
또한 정공 수송성이 높은 유기 화합물이고 또한 전자 수송성이 높은 유기 화합물인 바이폴러성의 9-페닐-9'-(4-페닐-2-퀴나졸린일)-3,3'-바이-9H-카바졸(약칭: PCCzQz), 2-[4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)-3,1'-바이페닐-1-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mpPCBPDBq), 5-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-7,7-다이메틸-5H,7H-인데노[2,1-b]카바졸(약칭: mINc(II)PTzn), 11-[4-(바이페닐-4-일)-6-페닐-1,3,5-트라이아진-2-일]-11,12-다이하이드로-12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸(약칭: BP-Icz(II)Tzn), 7-[4-(9-페닐-9H-카바졸-2-일)퀴나졸린-2-일]-7H-다이벤조[c,g]카바졸(약칭: PC-cgDBCzQz) 등의 다이아진 고리를 가지는 유기 화합물 등을 호스트 재료로서 사용할 수도 있다.
<전자 수송층>
전자 수송층(114, 114a, 114b)은 후술하는 전자 주입층(115, 115a, 115b)에 의하여 제 2 전극(102) 및 전하 발생층(106, 106a, 106b)으로부터 주입된 전자를 발광층(113, 113a, 113b)으로 수송하는 층이다. 또한 본 발명의 일 형태인 발광 디바이스는 전자 수송층이 적층 구조를 가짐으로써 내열성이 향상될 수 있다. 또한 전자 수송층(114, 114a, 114b)에 사용하는 것은 전계 강도[V/cm]의 제곱근이 (600)일 때의 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질인 것이 바람직하다. 또한 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질을 사용할 수도 있다. 또한 전자 수송층(114, 114a, 114b)은 단층이어도 기능하지만, 2층 이상의 적층 구조로 하여도 좋다. 또한 상기 혼합 재료는 내열성을 가지기 때문에, 이를 사용한 전자 수송층 위에서 포토리소그래피 공정을 수행함으로써, 열 공정이 디바이스 특성에 미치는 영향을 억제할 수 있다.
<<전자 수송성 재료>>
전자 수송층(114, 114a, 114b)에 사용할 수 있는 전자 수송성 재료로서는, 전자 수송성이 높은 유기 화합물을 사용할 수 있고, 예를 들어 헤테로 방향족 화합물을 사용할 수 있다. 또한 헤테로 방향족 화합물이란, 고리 내에 상이한 원소를 적어도 2종류 포함하는 고리형 화합물이다. 또한 고리 구조에는 3원자 고리, 4원자 고리, 5원자 고리, 6원자 고리 등이 포함되지만, 특히 5원자 고리 또는 6원자 고리가 바람직하고, 포함되는 원소로서는 탄소 외에 질소, 산소, 및 황 등 중 어느 하나 또는 복수를 포함하는 헤테로 방향족 화합물이 바람직하다. 특히 질소를 포함하는 헤테로 방향족 화합물(질소 함유 헤테로 방향족 화합물)이 바람직하고, 질소 함유 헤테로 방향족 화합물 또는 이를 포함하는 π전자 부족형 헤테로 방향족 화합물 등의 전자 수송성이 높은 재료(전자 수송성 재료)를 사용하는 것이 바람직하다. 실시형태 1의 화합물은 전자 수송성을 가지기 때문에 전자 수송성 재료로서 사용할 수 있다.
또한 이 전자 수송 재료로서는 발광층에 사용한 재료와는 다른 재료를 사용할 수도 있다. 발광층에서 캐리어의 재결합에 의하여 생성된 여기자가 모두 반드시 발광에 기여할 수 있는 것은 아니며, 발광층에 접하는 층 또는 발광층 근방에 존재하는 층으로 확산되는 경우가 있다. 이 현상을 회피하기 위해서는, 발광층과 접하는 층 또는 발광층 근방에 존재하는 층에 사용되는 재료의 에너지 준위(최저 단일항 여기 에너지 준위 또는 최저 삼중항 여기 에너지 준위)가 발광층에 사용되는 재료보다 높은 것이 바람직하다. 따라서 전자 수송 재료로서는 발광층에 사용하는 재료와 상이한 재료를 사용함으로써, 효율이 높은 발광 디바이스를 얻을 수 있다.
헤테로 방향족 화합물은 적어도 하나의 헤테로 방향족 고리를 포함하는 유기 화합물이다.
또한 헤테로 방향족 고리는 피리딘 고리, 다이아진 고리, 트라이아진 고리, 폴리아졸 고리, 옥사졸 고리, 및 싸이아졸 고리 등 중 어느 하나를 가진다. 또한 다이아진 고리를 포함하는 헤테로 방향족 고리에는 피리미딘 고리, 피라진 고리, 또는 피리다진 고리 등을 포함하는 헤테로 방향족 고리가 포함된다. 또한 폴리아졸 고리를 포함하는 헤테로 방향족 고리에는 이미다졸 고리, 트라이아졸 고리, 또는 옥사다이아졸 고리를 포함하는 헤테로 방향족 고리가 포함된다.
또한 헤테로 방향족 고리는 접합 고리 구조를 가지는 접합된 헤테로 방향족 고리를 포함한다. 또한 접합된 헤테로 방향족 고리로서는 퀴놀린 고리, 벤조퀴놀린 고리, 퀴녹살린 고리, 다이벤조퀴녹살린 고리, 퀴나졸린 고리, 벤조퀴나졸린 고리, 다이벤조퀴나졸린 고리, 페난트롤린 고리, 퓨로다이아진 고리, 벤즈이미다졸 고리 등을 들 수 있다.
또한 예를 들어 탄소 외에 질소, 산소, 및 황 등 중 어느 하나 또는 복수를 포함하는 헤테로 방향족 화합물 중에서, 5원자 고리 구조를 가지는 헤테로 방향족 화합물로서는 이미다졸 고리를 가지는 헤테로 방향족 화합물, 트라이아졸 고리를 가지는 헤테로 방향족 화합물, 옥사졸 고리를 가지는 헤테로 방향족 화합물, 옥사다이아졸 고리를 가지는 헤테로 방향족 화합물, 싸이아졸 고리를 가지는 헤테로 방향족 화합물, 벤즈이미다졸 고리를 가지는 헤테로 방향족 화합물 등이 있다.
또한 예를 들어 탄소 외에 질소, 산소, 및 황 등 중 어느 하나 또는 복수를 포함하는 헤테로 방향족 화합물 중 6원자 고리 구조를 가지는 헤테로 방향족 화합물로서는 피리딘 고리, 다이아진 고리(피리미딘 고리, 피라진 고리, 피리다진 고리 등을 포함함), 트라이아진 고리, 폴리아졸 고리 등의 헤테로 방향족 고리를 포함하는 헤테로 방향족 화합물 등이 있다. 또한 피리딘 고리가 연결된 구조인 헤테로 방향족 화합물의 예에 포함되지만, 바이피리딘 구조를 가지는 헤테로 방향족 화합물, 터피리딘 구조를 가지는 헤테로 방향족 화합물 등도 들 수 있다.
또한 상기 6원자 고리 구조를 일부에 포함하는 접합 고리 구조를 가지는 헤테로 방향족 화합물로서는, 퀴놀린 고리, 벤조퀴놀린 고리, 퀴녹살린 고리, 다이벤조퀴녹살린 고리, 페난트롤린 고리, 퓨로다이아진 고리(퓨로다이아진 고리의 퓨란 고리에 방향족 고리가 접합된 구조를 포함함), 벤즈이미다졸 고리 등의 접합된 헤테로 방향족 고리를 포함하는 헤테로 방향족 화합물 등을 들 수 있다.
상기 5원자 고리 구조(폴리아졸 고리(이미다졸 고리, 트라이아졸 고리, 옥사다이아졸 고리를 포함함), 옥사졸 고리, 싸이아졸 고리, 벤즈이미다졸 고리 등)를 가지는 헤테로 방향족 화합물의 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), 3-(4-바이페닐릴)-4-페닐-5-(4-tert-뷰틸페닐)-1,2,4-트라이아졸(약칭: TAZ), 3-(4-tert-뷰틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-바이페닐릴)-1,2,4-트라이아졸(약칭: p-EtTAZ), 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트라이일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(약칭: mDBTBIm-II), 4,4'-비스(5-메틸벤즈옥사졸-2-일)스틸벤(약칭: BzOs) 등을 들 수 있다.
상기 6원자 고리 구조(피리딘 고리, 다이아진 고리, 트라이아진 고리 등을 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함함)를 가지는 헤테로 방향족 화합물의 구체적인 예로서는 3,5-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리딘(약칭: 35DCzPPy), 1,3,5-트라이[3-(3-피리딜)페닐]벤젠(약칭: TmPyPB) 등의 피리딘 고리를 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 헤테로 방향족 화합물, 2-{4-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PCCzPTzn), 9-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-9'-페닐-2,3'-바이-9H-카바졸(약칭: mPCCzPTzn-02), 5-[3-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)페닐]-7,7-다이메틸-5H,7H-인데노[2,1-b]카바졸(약칭: mINc(II)PTzn), 2-[3'-(트라이페닐렌-2-일)-1,1'-바이페닐-3-일]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mTpBPTzn), 2-[(1,1'-바이페닐)-4-일]-4-페닐-6-[9,9'-스파이로바이(9H-플루오렌)-2-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: BP-SFTzn), 2,6-비스(4-나프탈렌-1-일페닐)-4-[4-(3-피리딜)페닐]피리미딘(약칭: 2,4NP-6PyPPm), 3-[9-(4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진-2-일)-2-다이벤조퓨란일]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCDBfTzn), 2-[1,1'-바이페닐]-3-일-4-페닐-6-(8-[1,1':4',1''-터페닐]-4-일-1-다이벤조퓨란일)-1,3,5-트라이아진(약칭: mBP-TPDBfTzn), 2-{3-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]페닐}-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mDBtBPTzn), mFBPTzn 등의 트라이아진 고리를 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 헤테로 방향족 화합물, 4,6-비스[3-(페난트렌-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mPnP2Pm), 4,6-비스[3-(4-다이벤조싸이엔일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mDBTP2Pm-II), 4,6-비스[3-(9H-카바졸-9-일)페닐]피리미딘(약칭: 4,6mCzP2Pm), 4,6mCzBP2Pm, 6-(1,1'-바이페닐-3-일)-4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐피리미딘(약칭: 6mBP-4Cz2PPm), 4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐-6-(1,1'-바이페닐-4-일)피리미딘(약칭: 6BP-4Cz2PPm), 4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-8-(나프탈렌-2-일)-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8βN-4mDBtPBfpm), 8BP-4mDBtPBfpm, 9mDBtBPNfpr, 9pmDBtBPNfpr, 3,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]벤조퓨로[2,3-b]피라진(약칭: 3,8mDBtP2Bfpr), 4,8-비스[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 4,8mDBtP2Bfpm), 8-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)(1,1'-바이페닐-3-일)]나프토[1',2':4,5]퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8mDBtBPNfpm), 8-[(2,2'-바이나프탈렌)-6-일]-4-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]-[1]벤조퓨로[3,2-d]피리미딘(약칭: 8(βN2)-4mDBtPBfpm) 등의 다이아진(피리미딘) 고리를 가지는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 헤테로 방향족 화합물 등을 들 수 있다. 또한 상기 헤테로 방향족 고리를 포함하는 방향족 화합물에는 접합된 헤테로 방향족 고리를 포함하는 헤테로 방향족 화합물이 포함된다.
그 외에도 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py), 2,2'-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 6, 6'(P-Bqn)2BPy), 2,2'-(피리딘-2,6-다이일)비스{4-[4-(2-나프틸)페닐]-6-페닐피리미딘}(약칭: 2, 6(NP-PPm)2Py), 6-(1,1'-바이페닐-3-일)-4-[3,5-비스(9H-카바졸-9-일)페닐]-2-페닐피리미딘(약칭: 6mBP-4Cz2PPm) 등의 다이아진(피리미딘) 고리를 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 헤테로 방향족 화합물, 2,4,6-트리스[3'-(피리딘-3-일)바이페닐-3-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: TmPPPyTz), 2,4,6-트리스(2-피리딜)-1,3,5-트라이아진(약칭: 2Py3Tz), 2-[3-(2,6-다이메틸-3-피리딜)-5-(9-페난트릴)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: mPn-mDMePyPTzn) 등의 트라이아진 고리를 포함하는 헤테로 방향족 고리를 포함하는 헤테로 방향족 화합물 등을 들 수 있다.
상기 6원자 고리 구조를 일부에 포함하는 축환 구조를 가지는 헤테로 방향족 화합물(축환 구조를 가지는 헤테로 방향족 화합물)의 구체적인 예로서는 바소페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,9-다이(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBphen), 2,2'-(1,3-페닐렌)비스[9-페닐-1,10-페난트롤린](약칭: mPPhen2P), 2-페닐-9-[4-[4-(9-페닐-1,10-페난트롤린-2-일)페닐]페닐]-1,10-페난트롤린(약칭: PPhen2BP), 2,2'-(피리딘-2, 6-다이일)비스(4-페닐벤조[h]퀴나졸린)(약칭: 2,6(P-Bqn)2Py), 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), 및 2mpPCBPDBq 등의 퀴녹살린 고리를 포함하는 헤테로 방향족 화합물 등을 들 수 있다.
전자 수송층(114, 114a, 114b)에는 상술한 헤테로 방향족 화합물 외에도 이하에 제시하는 금속 착체를 사용할 수 있다. 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq3), Almq3, 8-퀴놀리놀레이토리튬(I)(약칭: Liq), BeBq2, 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq) 등의 퀴놀린 고리 또는 벤조퀴놀린 고리를 포함하는 금속 착체, 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸 고리 또는 싸이아졸 고리를 포함하는 금속 착체 등을 들 수 있다.
또한 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 전자 수송성 재료로서 사용할 수도 있다.
또한 전자 수송층(114, 114a, 114b)은 단층에 한정되지 않고, 상기 물질로 이루어지는 층이 2층 이상 적층된 구조를 가져도 좋다.
<전자 주입층>
전자 주입층(115, 115a, 115b)은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 또한 전자 주입층(115, 115a, 115b)은 제 2 전극(102)으로부터의 전자의 주입 효율을 높이기 위한 층이고, 제 2 전극(102)에 사용하는 재료의 일함수의 값과, 전자 주입층(115, 115a, 115b)에 사용하는 재료의 LUMO 준위의 값을 비교하였을 때, 그 차이가 작은(0.5eV 이하) 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 전자 주입층(115)에는 리튬, 세슘, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), Liq, 2-(2-피리딜)페놀레이토 리튬(약칭: LiPP), 2-(2-피리딜)-3-피리디놀레이토리튬(약칭: LiPPy), 4-페닐-2-(2-피리딜)페놀레이토리튬(약칭: LiPPP), 리튬 산화물(LiOx), 탄산 세슘 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한 플루오린화 어븀(ErF3), 이터븀(Yb)과 같은 희토류 금속 또는 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한 전자 주입층(115, 115a, 115b)에는 상기 재료를 복수 종류 혼합하여 사용하여도 좋고, 상기 재료 중 복수 종류를 적층시켜 사용하여도 좋다. 또한 전자 주입층(115, 115a, 115b)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 전자화물로서는, 예를 들어 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등이 있다. 또한 상술한 전자 수송층(114, 114a, 114b)을 구성하는 물질을 사용할 수도 있다.
또한 전자 주입층(115, 115a, 115b)에 유기 화합물과 전자 공여체(도너)를 혼합한 혼합 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 혼합 재료는 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는 발생한 전자의 수송에 우수한 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 예를 들어 상술한 전자 수송층(114, 114a, 114b)에 사용하는 전자 수송성 재료(금속 착체 및 헤테로 방향족 화합물 등)를 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질을 사용하면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 및 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 이터븀 등을 들 수 있다. 또한 알칼리 금속 산화물 및 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한 산화 마그네슘과 같은 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다. 또한 이들 재료를 복수 적층시켜 사용하여도 좋다.
그 외에도, 전자 주입층(115, 115a, 115b)에 유기 화합물과 금속을 혼합한 혼합 재료를 사용하여도 좋다. 또한 여기서 사용하는 유기 화합물은 LUMO 준위가 -3.6eV 이상 -2.3eV 이하인 것이 바람직하다. 또한 비공유 전자쌍을 포함하는 재료가 바람직하다.
따라서 상기 혼합 재료에 사용하는 유기 화합물로서는, 전자 수송층에 사용할 수 있는 재료로서 상술한, 헤테로 방향족 화합물을 금속과 혼합한 혼합 재료를 사용하여도 좋다. 헤테로 방향족 화합물로서는, 5원자 고리 구조(이미다졸 고리, 트라이아졸 고리, 옥사졸 고리, 옥사다이아졸 고리, 싸이아졸 고리, 벤즈이미다졸 고리 등)를 가지는 헤테로 방향족 화합물, 6원자 고리 구조(피리딘 고리, 다이아진 고리(피리미딘 고리, 피라진 고리, 피리다진 고리 등을 포함함), 트라이아진 고리, 바이피리딘 고리, 터피리딘 고리 등)를 가지는 헤테로 방향족 화합물, 6원자 고리 구조를 일부에 포함하는 축환 구조(퀴놀린 고리, 벤조퀴놀린 고리, 퀴녹살린 고리, 다이벤조퀴녹살린 고리, 페난트롤린 고리 등)를 가지는 헤테로 방향족 화합물 등의 비공유 전자쌍을 포함하는 재료가 바람직하다. 구체적인 재료에 대해서는 상술하였기 때문에, 여기서 설명은 생략한다.
또한 상기 혼합 재료에 사용하는 금속으로서는, 원소 주기율표의 5족, 7족, 9족, 또는 11족에 속하는 전이 금속 및 13족에 속하는 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들어 Ag, Cu, Al, 또는 In 등이 있다. 또한 이때 유기 화합물은 전이 금속과의 사이에 반점유 궤도(SOMO: Singly Occupied Molecular Orbital)를 형성한다.
또한 예를 들어 발광층(113b)으로부터 얻어지는 광을 증폭시키는 경우에는, 제 2 전극(102)과 발광층(113b) 사이의 광학 거리를, 발광층(113b)이 나타내는 광의 파장 λ의 1/4 미만이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 전자 수송층(114b) 또는 전자 주입층(115b)의 막 두께를 바꿈으로써 조정할 수 있다.
또한 도 1의 (D)에 나타낸 발광 디바이스와 같이 2개의 EL층(103a, 103b) 사이에 전하 발생층(106)을 제공함으로써, 복수의 EL층이 한 쌍의 전극 사이에 적층된 구조(탠덤 구조라고도 함)로 할 수도 있다.
<전하 발생층>
전하 발생층(106)은 제 1 전극(양극)(101)과 제 2 전극(음극)(102) 사이에 전압을 인가하였을 때, EL층(103a)에 전자를 주입하고, EL층(103b)에 정공을 주입하는 기능을 가진다. 또한 전하 발생층(106)은 정공 수송성 재료에 전자 수용체(억셉터)가 첨가된 구성(P형층이라고도 함)이어도 좋고, 전자 수송성 재료에 전자 공여체(도너)가 첨가된 구성(전자 주입 버퍼층이라고도 함)이어도 좋다. 또한 이들 양쪽 구성이 적층되어도 좋다. 또한 P형층과 전자 주입 버퍼층 사이에 전자 릴레이층이 제공되어도 좋다. 또한 상술한 재료를 사용하여 전하 발생층(106)을 형성함으로써, EL층이 적층된 경우의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
전하 발생층(106)에서, 유기 화합물인 정공 수송성 재료에 전자 수용체가 첨가된 구성(P형층)으로 하는 경우, 정공 수송성 재료로서는 본 실시형태에서 설명한 재료를 사용할 수 있다. 또한 전자 수용체로서는 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐 등을 들 수 있다. 또한 원소 주기율표의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 몰리브데넘, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄 등을 들 수 있다. 또한 상술한 억셉터 재료를 사용하여도 좋다. 또한 P형층을 구성하는 재료를 혼합하여 이루어지는 혼합막으로 하여도 좋고, 각 재료를 포함하는 단일막을 적층시켜도 좋다.
또한 전하 발생층(106)에서, 전자 수송성 재료에 전자 공여체가 첨가된 구성(전자 주입 버퍼층)으로 하는 경우, 전자 수송성 재료로서는 본 실시형태에서 설명한 재료를 사용할 수 있다. 또한 전자 공여체로서는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 원소 주기율표의 2족, 13족에 속하는 금속, 또는 이들의 산화물, 탄산염을 사용할 수 있다. 구체적으로는 리튬(Li), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 이터븀(Yb), 인듐(In), 산화 리튬(Li2O), 탄산 세슘 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 테트라싸이아나프타센과 같은 유기 화합물을 전자 공여체로서 사용하여도 좋다.
전하 발생층(106)에서, P형층과 전자 주입 버퍼층 사이에 전자 릴레이층을 제공하는 경우, 전자 릴레이층은 적어도 전자 수송성을 가지는 물질을 포함하고, 전자 주입 버퍼층과 P형층의 상호 작용을 방지하여 전자를 원활하게 전달하는 기능을 가진다. 전자 릴레이층에 포함되는 전자 수송성을 가지는 물질의 LUMO 준위는, P형층에서의 억셉터성 물질의 LUMO 준위와, 전하 발생층(106)과 접하는 전자 수송층에 포함되는 전자 수송성을 가지는 물질의 LUMO 준위 사이인 것이 바람직하다. 전자 릴레이층에 사용되는 전자 수송성을 가지는 물질에서의 LUMO 준위의 구체적인 에너지 준위는 -5.0eV 이상, 바람직하게는 -5.0eV 이상 -3.0eV 이하로 하는 것이 좋다. 또한 전자 릴레이층에 사용되는 전자 수송성을 가지는 물질로서는 프탈로사이아닌계 재료 또는 금속-산소 결합과 방향족 리간드를 포함하는 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 도 1의 (D)에는 2개의 EL층(103)이 적층된 구성을 나타내었지만, 상이한 EL층 사이에 전하 발생층을 제공하여 3개 이상의 EL층이 적층된 구조로 하여도 좋다.
<캡층>
또한 도 1의 (A) 내지 (E)에는 나타내지 않았지만, 발광 디바이스의 제 2 전극(102) 위에 캡층을 제공하여도 좋다. 캡층에는 예를 들어 굴절률이 높은 재료를 사용할 수 있다. 캡층을 제 2 전극(102) 위에 제공함으로써, 제 2 전극(102)으로부터 사출되는 광의 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
캡층에 사용할 수 있는 재료의 구체적인 예로서 5,5'-다이페닐-2,2'-다이-5H-[1]벤조티에노[3,2-c]카바졸(약칭: BisBTc), 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II) 등을 들 수 있다. 또한 실시형태 1에서 설명한 유기 화합물을 사용할 수 있다.
<기판>
본 실시형태에서 설명한 발광 디바이스는 다양한 기판 위에 형성할 수 있다. 또한 기판의 종류는 특정한 것에 한정되지 않는다. 기판의 일례로서는 반도체 기판(예를 들어 단결정 기판 또는 실리콘 기판), SOI 기판, 유리 기판, 석영 기판, 플라스틱 기판, 금속 기판, 스테인리스강 기판, 스테인리스강 포일을 포함하는 기판, 텅스텐 기판, 텅스텐 포일을 포함하는 기판, 가요성 기판, 접합 필름, 섬유상 재료를 포함하는 종이, 또는 기재 필름 등을 들 수 있다.
또한 유리 기판의 일례로서는 바륨보로실리케이트 유리, 알루미노보로실리케이트 유리, 또는 소다석회 유리 등을 들 수 있다. 또한 가요성 기판, 접합 필름, 기재 필름 등의 일례로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에터설폰(PES)으로 대표되는 플라스틱, 아크릴 수지 등의 합성 수지, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리플루오린화바이닐, 폴리염화바이닐, 폴리아마이드, 폴리이미드, 아라미드, 에폭시 수지, 무기 증착 필름, 또는 종이류 등을 들 수 있다.
또한 본 실시형태에서 설명하는 발광 디바이스의 제작에는, 증착법 등의 기상법, 스핀 코팅법 및 잉크젯법 등의 액상법을 사용할 수 있다. 증착법을 사용하는 경우에는, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 이온 빔 증착법, 분자선 증착법, 진공 증착법 등의 물리 기상 증착법(PVD법), 화학 기상 증착법(CVD법) 등을 사용할 수 있다. 특히 발광 디바이스의 EL층에 포함되는 다양한 기능을 가지는 층(정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115))은, 증착법(진공 증착법 등), 도포법(딥 코팅법, 다이 코팅법, 바 코팅법, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법 등), 인쇄법(잉크젯법, 스크린(공판 인쇄)법, 오프셋(평판 인쇄)법, 플렉소(철판 인쇄)법, 그라비어법, 마이크로 콘택트법 등) 등의 방법으로 형성할 수 있다.
또한 상기 도포법, 인쇄법 등의 성막 방법을 적용하는 경우, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등), 중분자 화합물(저분자와 고분자의 중간 영역의 화합물: 분자량 400 이상 4000 이하), 무기 화합물(퀀텀닷(quantum dot) 재료 등) 등을 사용할 수 있다. 또한 퀀텀닷 재료로서는 콜로이드상 퀀텀닷 재료, 합금형 퀀텀닷 재료, 코어·셸형 퀀텀닷 재료, 코어형 퀀텀닷 재료 등을 사용할 수 있다.
본 실시형태에서 설명하는 발광 디바이스의 EL층(103)을 구성하는 각 층(정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115))에는, 본 실시형태에서 제시하는 재료에 한정되지 않고, 각 층의 기능을 만족시킬 수 있는 것이라면 이들 외의 재료를 조합하여 사용할 수도 있다.
또한 본 명세서 등에서 "층"이라는 용어와 "막"이라는 용어는 적절히 서로 바꿔 사용할 수 있다.
본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 수발광 장치의 구체적인 구성예 및 제조 방법의 일례를 설명하기 위하여 수발광 장치(700)에 대하여 설명한다. 또한 수발광 장치(700)는 발광 디바이스를 가지기 때문에, 발광 장치라고도 할 수 있고, 수광 디바이스를 가지기 때문에 수광 장치라고 할 수도 있고, 전자 기기 등의 표시부에 적용할 수 있기 때문에 표시 패널 또는 표시 장치라고도 할 수 있다.
<수발광 장치(700)의 구성예>
도 2의 (A)에 나타낸 수발광 장치(700)는 발광 디바이스(550B), 발광 디바이스(550G), 발광 디바이스(550R), 및 수광 디바이스(550PS)를 포함한다. 또한 발광 디바이스(550B), 발광 디바이스(550G), 발광 디바이스(550R), 및 수광 디바이스(550PS)는 제 1 기판(510) 위에 제공된 기능층(520) 위에 형성된다. 기능층(520)에는 복수의 트랜지스터로 구성된 게이트 드라이버, 소스 드라이버 등의 구동 회로 외에, 이들을 전기적으로 접속하는 배선 등이 포함된다. 또한 이들 구동 회로는 일례로서 발광 디바이스(550B), 발광 디바이스(550G), 발광 디바이스(550R), 및 수광 디바이스(550PS)에 각각 전기적으로 접속되어, 이들을 구동할 수 있다. 또한 수발광 장치(700)는 기능층(520) 및 각 디바이스(발광 디바이스 및 수광 디바이스) 위에 절연층(705)을 포함하고, 절연층(705)은 제 2 기판(770)과 기능층(520)을 접합하는 기능을 가진다.
또한 발광 디바이스(550B), 발광 디바이스(550G), 및 발광 디바이스(550R)는 실시형태 2에서 설명한 디바이스 구조를 가지고, 수광 디바이스(550PS)는 실시형태 8에서 후술하는 디바이스 구조를 가진다. 또한 본 실시형태에서는 각 디바이스(복수의 발광 디바이스 및 수광 디바이스)를 분리 형성하는 경우에 대하여 설명하지만, 발광 디바이스의 EL층의 일부(정공 주입층, 정공 수송층, 및 전자 수송층)와 수광 디바이스의 활성층의 일부(제 1 수송층 및 제 2 수송층)가 제조 공정에서 같은 재료로 동시에 형성되어도 좋다. 실시형태 8에서 자세히 설명한다.
또한 본 명세서 등에서는, 각색의 발광 디바이스(예를 들어 청색(B), 녹색(G), 및 적색(R))의 발광층 및 수광 디바이스의 수광층을 따로따로 형성하거나 구분하여 형성하는 구조를 SBS(Side By Side) 구조라고 부르는 경우가 있다. 또한 도 2의 (A)에 나타낸 수발광 장치(700)에서 발광 디바이스(550B), 발광 디바이스(550G), 발광 디바이스(550R), 및 수광 디바이스(550PS)는 이 순서대로 배열되어 있지만, 본 발명의 일 형태는 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어 수발광 장치(700)에서 이들 디바이스가 발광 디바이스(550R), 발광 디바이스(550G), 발광 디바이스(550B), 수광 디바이스(550PS)의 순서로 배열되어도 좋다.
도 2의 (A)에서 발광 디바이스(550B)는 전극(551B), 전극(552), 및 EL층(103B)을 포함한다. 또한 발광 디바이스(550G)는 전극(551G), 전극(552), 및 EL층(103G)을 포함한다. 또한 발광 디바이스(550R)는 전극(551R), 전극(552), 및 EL층(103R)을 포함한다. 또한 수광 디바이스(550PS)는 전극(551PS), 전극(552), 및 수광층(103PS)을 포함한다. 또한 수광 디바이스의 각 층의 구체적인 구성은 실시형태 8에서 설명한 바와 같다. 또한 발광 디바이스의 각 층의 구체적인 구성은 실시형태 2에서 설명한 바와 같다. 또한 EL층(103B), EL층(103G), 및 EL층(103R)은 발광층(105B, 105G, 105R)을 포함하는 복수의 기능이 다른 층으로 이루어지는 적층 구조를 가진다. 또한 수광층(103PS)은 활성층(105PS)을 포함하는 복수의 기능이 다른 층으로 이루어지는 적층 구조를 가진다. 도 2의 (A)에는 EL층(103B)이 정공 주입·수송층(104B), 발광층(105B), 전자 수송층(108B), 및 전자 주입층(109)을 포함하고, EL층(103G)이 정공 주입·수송층(104G), 발광층(105G), 전자 수송층(108G), 및 전자 주입층(109)을 포함하고, EL층(103R)이 정공 주입·수송층(104R), 발광층(105R), 전자 수송층(108R), 및 전자 주입층(109)을 포함하고, 수광층(103PS)이 제 1 수송층(104PS), 활성층(105PS), 제 2 수송층(108PS), 및 전자 주입층(109)을 포함하는 경우를 나타내었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한 정공 주입·수송층(104B, 104G, 104R)은 실시형태 2에서 설명한 정공 주입층 및 정공 수송층의 기능을 가지는 층을 나타내고, 적층 구조를 가져도 좋다.
또한 전자 수송층(108B, 108G, 108R) 및 제 2 수송층(108PS)은 양극 측으로부터 EL층(103B, 103G, 103R) 및 수광 디바이스의 수광층(103PS)을 통과하여 음극 측으로 이동하는 정공을 차단하기 위한 기능을 가져도 좋다. 또한 전자 주입층(109)은 일부 또는 전부가 상이한 재료를 사용하여 형성되는 적층 구조를 가져도 좋다.
또한 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이 EL층(103B, 103G, 103R)에 포함되는 층 중 정공 주입·수송층(104B, 104G, 104R), 발광층(105B, 105G, 105R), 및 전자 수송층(108B, 108G, 108R)의 측면(또는 단부), 그리고 수광층(103PS)에 포함되는 층 중 제 1 수송층(104PS), 활성층(105PS), 및 제 2 수송층(108PS)의 측면(또는 단부)에는 절연층(107)이 형성되어도 좋다. 절연층(107)은 EL층(103B, 103G, 103R) 및 수광층(103PS)의 측면(또는 단부)에 접하여 형성된다. 이에 의하여, EL층(103B, 103G, 103R) 및 수광층(103PS)의 측면으로부터 내부에 대한 산소, 수분, 또는 이들의 구성 원소의 침입을 억제할 수 있다. 또한 절연층(107)에는, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 하프늄, 산화 갈륨, 인듐 갈륨 아연 산화물, 질화 실리콘, 또는 질화산화 실리콘 등을 사용할 수 있다. 또한 절연층(107)은 상술한 재료를 사용하여 적층시켜 형성되어도 좋다. 또한 절연층(107)의 형성에는 스퍼터링법, CVD법, MBE법, PLD법, ALD법 등을 사용할 수 있지만, 피복성이 양호한 ALD법이 더 바람직하다. 또한 절연층(107)은 인접한 발광 디바이스의 EL층(103B, 103G, 103R)의 일부 또는 수광 디바이스의 수광층(103PS)의 일부의 측면(또는 단부)을 연속적으로 덮는 구조를 가진다. 예를 들어 도 2의 (A)에서 발광 디바이스(550B)의 EL층(103B)의 일부와 발광 디바이스(550G)의 EL층(103G)의 일부의 측면은 절연층(107)으로 덮여 있다. 또한 절연층(107)으로 덮인 영역에는 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이 절연 재료로 이루어지는 격벽(528)이 형성되는 것이 좋다.
또한 EL층(103B, 103G, 103R)의 일부인 전자 수송층(108B, 108G, 108R), 수광층(103PS)의 일부인 제 2 수송층(108PS), 및 절연층(107) 위에 전자 주입층(109)이 형성된다. 또한 전자 주입층(109)은 2층 이상의 적층 구조(예를 들어 전기 저항이 다른 층의 적층 등)로 하여도 좋다.
또한 전극(552)은 전자 주입층(109) 위에 형성된다. 또한 전극(551B, 551G, 551R)과 전극(552)은 서로 중첩되는 영역을 포함한다. 또한 전극(551B)과 전극(552) 사이에 발광층(105B)을, 전극(551G)과 전극(552) 사이에 발광층(105G)을, 전극(551R)과 전극(552) 사이에 발광층(105R)을, 전극(551PS)과 전극(552) 사이에 수광층(103PS)을 각각 포함한다.
또한 도 2의 (A)에 나타낸 EL층(103B, 103G, 103R)은 실시형태 2에서 설명한 EL층(103)과 같은 구성을 가진다. 또한 수광층(103PS)은 실시형태 8에서 설명하는 수광층과 같은 구조를 가진다. 또한 예를 들어 발광층(105B)은 청색의 광을, 발광층(105G)은 녹색의 광을, 발광층(105R)은 적색의 광을 각각 방출할 수 있다.
전자 주입층(109)과 절연층(107)으로 둘러싸인 영역에는 격벽(528)이 제공되어 있다. 또한 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이 각 발광 디바이스의 전극(551B, 551G, 551R, 551PS), EL층(103B, 103G, 103R)의 일부, 및 수광층(103PS)의 일부와 격벽(528)은 절연층(107)을 개재하여 측면(또는 단부)에서 접한다.
각 EL층 및 수광층에서, 특히 양극과 발광층 사이 및 양극과 활성층 사이에 위치하는 정공 수송 영역에 포함되는 정공 주입층은 도전율이 높은 경우가 많기 때문에, 인접한 디바이스에 공통되는 층으로서 형성되면, 크로스토크의 원인이 될 수 있다. 따라서 본 구성예에서 나타낸 바와 같이 각 EL층 및 수광층 사이에 절연 재료로 이루어지는 격벽(528)을 제공함으로써 인접한 발광 디바이스 사이에서의 크로스토크의 발생을 억제할 수 있다.
또한 본 실시형태에서 설명하는 제조 방법에서는, 패터닝 공정의 도중에 EL층 및 수광층의 측면(또는 단부)이 노출된다. 그러므로 EL층 및 수광층의 측면(또는 단부)으로부터 산소, 물 등이 침입하여 EL층 및 수광층의 열화가 진행되기 쉬워진다. 따라서 격벽(528)을 제공함으로써, 제조 공정에서의 EL층 및 수광층의 열화를 억제할 수 있다.
또한 격벽(528)을 제공함으로써, 인접한 디바이스 사이에 형성된 오목부를 평탄화할 수도 있다. 또한 오목부가 평탄화되면 각 EL층 및 수광층 위에 형성되는 전극(552)의 단선을 억제할 수 있다. 또한 격벽(528)의 형성에 사용하는 절연 재료로서는, 예를 들어 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 이미드 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실리콘(silicone) 수지, 실록세인 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 페놀 수지, 및 이들 수지의 전구체 등의 유기 재료를 적용할 수 있다. 또한 폴리바이닐알코올(PVA), 폴리바이닐뷰티랄, 폴리바이닐피롤리돈, 폴리에틸렌글라이콜, 폴리글리세린, 풀루란, 수용성 셀룰로스, 또는 알코올 가용성 폴리아마이드 수지 등의 유기 재료를 사용하여도 좋다. 또한 포토레지스트 등의 감광성 수지를 사용할 수 있다. 또한 감광성 수지로서는 포지티브형 재료 또는 네거티브형 재료를 사용할 수 있다.
감광성 수지를 사용함으로써, 노광 공정 및 현상 공정만으로 격벽(528)을 제작할 수 있다. 또한 네거티브형 감광성 수지(예를 들어 레지스트 재료 등)를 사용하여 격벽(528)을 형성하여도 좋다. 또한 격벽(528)으로서 유기 재료를 포함한 절연층을 사용하는 경우, 가시광을 흡수하는 재료를 사용하는 것이 적합하다. 격벽(528)에 가시광을 흡수하는 재료를 사용함으로써, EL층으로부터의 발광을 격벽(528)에 의하여 흡수할 수 있어, 인접한 EL층 및 수광층에 누설될 수 있는 광(미광)을 억제할 수 있다. 따라서 표시 품위가 높은 표시 패널을 제공할 수 있다.
또한 격벽(528)의 상면의 높이와, EL층(103B), EL층(103G), EL층(103R), 및 수광층(103PS) 중 어느 것의 상면의 높이의 차이는, 예를 들어 격벽(528)의 두께의 0.5배 이하가 바람직하고, 0.3배 이하가 더 바람직하다. 또한 예를 들어 EL층(103B), EL층(103G), EL층(103R), 및 수광층(103PS) 중 어느 것의 상면이 격벽(528)의 상면보다 높아지도록 격벽(528)을 제공하여도 좋다. 또한 예를 들어 격벽(528)의 상면이 EL층(103B), EL층(103G), EL층(103R), 및 수광층(103PS)의 상면보다 높아지도록 격벽(528)을 제공하여도 좋다.
1000ppi를 넘는 고정세의 수발광 장치(표시 패널)에서, EL층(103B), EL층(103G), EL층(103R), 및 수광층(103PS) 사이가 전기적으로 도통되면, 크로스토크가 발생하여 수발광 장치가 표시할 수 있는 색역이 좁아진다. 1000ppi를 넘는 고정세의 표시 패널, 바람직하게는 2000ppi를 넘는 고정세의 표시 패널, 더 바람직하게는 5000ppi를 넘는 초고정세의 표시 패널에 격벽(528)을 제공함으로써 선명한 색채를 표시할 수 있는 표시 패널을 제공할 수 있다.
또한 도 2의 (B) 및 (C)는 도 2의 (A)의 단면도에서의 일점쇄선 Ya-Yb에 대응한 수발광 장치(700)의 상면 개략도이다. 즉 발광 디바이스(550B), 발광 디바이스(550G), 및 발광 디바이스(550R)는 각각 매트릭스 형태로 배열되어 있다. 또한 도 2의 (B)에는 X 방향으로 동일한 색의 발광 디바이스가 배열되는, 소위 스트라이프 배열을 나타내었다. 또한 도 2의 (C)에는 X 방향으로 동일한 색의 발광 디바이스가 배열되고, 화소마다 패턴이 형성된 구성을 나타내었다. 또한 발광 디바이스의 배열 방법은 이들에 한정되지 않고, 델타 배열, 지그재그 배열 등의 배열 방법을 적용하여도 좋고, 펜타일 배열, 다이아몬드 배열 등을 사용할 수도 있다.
또한 각 EL층(103B, 103G, 103R) 및 수광층(103PS)의 분리 가공에서, 포토리소그래피법을 사용한 패턴 형성이 수행되기 때문에, 고정세의 수발광 장치(표시 패널)를 제작할 수 있다. 또한 포토리소그래피법을 사용한 패턴 형성으로 가공된 EL층의 각 층의 단부(측면)는 실질적으로 동일한 표면을 가지는(또는 실질적으로 동일한 평면 위에 위치하는) 형상이 된다. 또한, 포토리소그래피법에 의한 패턴 형성에 의하여 가공된 수광층의 각 층의 측면(단부)은 실질적으로 동일 표면을 가지는(또는 실질적으로 동일 평면 위에 위치하는) 형상이 된다. 또한 이때 각 EL층들 사이 또는 EL층과 수광층 사이의 간격(580)의 폭(SE)은 5μm 이하가 바람직하고, 1μm 이하가 더 바람직하다.
EL층에서, 특히 양극과 발광층 사이에 위치하는 정공 수송 영역에 포함되는 정공 주입층은 도전율이 높은 경우가 많기 때문에, 인접한 발광 디바이스가 공유하는 층으로서 형성되면, 크로스토크의 원인이 되는 경우가 있다. 따라서 본 구성예에서 설명하는 바와 같이, 포토리소그래피법을 사용한 패턴 형성으로 EL층을 분리 가공함으로써, 인접한 발광 디바이스 사이에서 발생하는 크로스토크를 억제할 수 있다.
또한 도 2의 (D)는 도 2의 (B) 및 (C)에서의 일점쇄선 C1-C2에 대응한 단면 개략도이다. 도 2의 (D)에는 접속 전극(551C)과 전극(552)이 전기적으로 접속되는 접속부(130)를 나타내었다. 접속부(130)에서는 접속 전극(551C) 위에 전극(552)이 접하여 제공되어 있다. 또한 접속 전극(551C)의 단부를 덮어 격벽(528)이 제공되어 있다.
<수발광 장치의 제조 방법의 예>
도 3의 (A)에 나타낸 바와 같이 전극(551B), 전극(551G), 전극(551R), 및 전극(551PS)을 형성한다. 예를 들어 제 1 기판(510) 위에 형성된 기능층(520) 위에 도전막을 형성하고, 포토리소그래피법을 사용하여 소정의 형상으로 가공한다.
또한 도전막은 스퍼터링법, 화학 기상 퇴적(CVD: Chemical Vapor Deposition)법, 분자선 에피택시(MBE: Molecular Beam Epitaxy)법, 진공 증착법, 펄스 레이저 퇴적(PLD: Pulsed Laser Deposition)법, 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법 등을 사용하여 형성할 수 있다. CVD법으로서는 플라스마 화학 기상 퇴적(PECVD: Plasma Enhanced CVD)법 또는 열 CVD법 등이 있다. 또한 열 CVD법 중 하나에 유기 금속 화학 기상 퇴적(MOCVD: Metal Organic CVD)법이 있다.
또한 도전막은 상술한 포토리소그래피법 외에, 나노 임프린트법, 샌드블라스트법(sandblasting method), 리프트 오프법 등으로 가공되어도 좋다. 또한 메탈 마스크 등의 차폐 마스크를 사용한 성막 방법으로 섬 형상의 박막을 직접 형성하여도 좋다.
포토리소그래피법에는 대표적으로는 다음 두 가지 방법이 있다. 하나는 가공하고자 하는 박막 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 에칭 등에 의하여 상기 박막을 가공하고, 레지스트 마스크를 제거하는 방법이다. 다른 하나는 감광성을 가지는 박막을 성막한 후에, 노광, 현상을 수행하여 상기 박막을 원하는 형상으로 가공하는 방법이다. 또한 전자의 방법을 수행하는 경우, 레지스트 도포 후의 가열(PAB: Pre Applied Bake) 및 노광 후의 가열(PEB: Post Exposure Bake) 등의 열처리 공정을 필요로 한다. 본 발명의 일 형태에서는 도전막의 가공뿐만 아니라 EL층의 형성에 사용하는 박막(유기 화합물로 이루어지는 막 또는 유기 화합물을 일부에 포함하는 막)의 가공에도 리소그래피법을 사용한다.
포토리소그래피법에서 노광에 사용하는 광으로서는 예를 들어 i선(파장 365nm), g선(파장 436nm), h선(파장 405nm), 또는 이들을 혼합한 광을 사용할 수 있다. 그 외에 자외선, KrF 레이저 광, 또는 ArF 레이저 광 등을 사용할 수도 있다. 또한 액침 노광 기술에 의하여 노광을 수행하여도 좋다. 또한 노광에 사용하는 광으로서는 극단 자외(EUV: Extreme Ultra-violet)광 또는 X선을 사용하여도 좋다. 또한 노광에 사용하는 광 대신에 전자 빔을 사용할 수도 있다. 극단 자외광, X선, 또는 전자 빔을 사용하면, 매우 미세한 가공을 수행할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 전자 빔 등의 빔을 주사하여 노광을 수행하는 경우에는 포토마스크가 불필요하다.
레지스트 마스크를 사용한 박막의 에칭에는 드라이 에칭법, 웨트 에칭법, 샌드블라스트법 등을 사용할 수 있다.
다음으로 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이 전극(551B), 전극(551G), 전극(551R), 및 전극(551PS) 위에 정공 주입·수송층(104B), 발광층(105B), 및 전자 수송층(108B)을 형성한다. 또한 정공 주입·수송층(104B), 발광층(105B), 및 전자 수송층(108B)의 형성에는 예를 들어 진공 증착법을 사용할 수 있다. 또한 전자 수송층(108B) 위에 희생층(110B)을 형성한다. 정공 주입·수송층(104B), 발광층(105B), 및 전자 수송층(108B)의 형성에서 재료로서는 실시형태 2에서 제시한 재료를 사용할 수 있다.
또한 희생층(110B)으로서는 정공 주입·수송층(104B), 발광층(105B), 및 전자 수송층(108B)에 수행하는 에칭 처리에 대한 내성이 높은 막, 즉 에칭 선택비가 높은 막을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 희생층(110B)은 에칭 선택비가 서로 다른 제 1 희생층과 제 2 희생층의 적층 구조인 것이 바람직하다. 또한 희생층(110B)으로서는, EL층(103B)에 대한 대미지가 적은 웨트 에칭법으로 제거할 수 있는 막을 사용할 수 있다. 웨트 에칭에 사용하는 에칭 재료로서는 옥살산 등을 사용할 수 있다.
희생층(110B)으로서는 예를 들어 금속막, 합금막, 금속 산화물막, 반도체막, 무기 절연막 등의 무기막을 사용할 수 있다. 또한 희생층(110B)은 스퍼터링법, 증착법, CVD법, ALD법 등의 각종 성막 방법으로 형성할 수 있다.
희생층(110B)에는 예를 들어 금, 은, 백금, 마그네슘, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 타이타늄, 알루미늄, 이트륨, 지르코늄, 및 탄탈럼 등의 금속 재료, 또는 상기 금속 재료를 포함하는 합금 재료를 사용할 수 있다. 특히 알루미늄 또는 은 등의 저융점 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 희생층(110B)에는 인듐 갈륨 아연 산화물(In-Ga-Zn 산화물, IGZO라고도 표기함) 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한 산화 인듐, 인듐 아연 산화물(In-Zn 산화물), 인듐 주석 산화물(In-Sn 산화물), 인듐 타이타늄 산화물(In-Ti 산화물), 인듐 주석 아연 산화물(In-Sn-Zn 산화물), 인듐 타이타늄 아연 산화물(In-Ti-Zn 산화물), 인듐 갈륨 주석 아연 산화물(In-Ga-Sn-Zn 산화물) 등을 사용할 수 있다. 또는 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물 등을 사용할 수도 있다.
또한 상기 갈륨 대신에 원소 M(M은 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)을 사용한 경우에도 적용할 수 있다. 특히 M은 갈륨, 알루미늄, 및 이트륨 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류로 하는 것이 바람직하다.
또한 희생층(110B)에는 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화 실리콘 등의 무기 절연 재료를 사용할 수 있다.
또한 희생층(110B)에는 최상부에 위치하는 전자 수송층(108B)에 대하여 화학적으로 안정적인 용매에 용해될 수 있는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 물 또는 알코올에 용해되는 재료를 희생층(110B)에 적합하게 사용할 수 있다. 희생층(110B)의 성막에서는, 재료를 물 또는 알코올 등의 용매에 용해시킨 상태에서 습식의 성막 방법으로 도포한 후에, 용매를 증발시키기 위한 가열 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 이때 감압 분위기하에서 가열 처리를 수행하면, 저온에서 또한 단시간에 용매를 제거할 수 있기 때문에, 정공 주입·수송층(104B), 발광층(105B), 및 전자 수송층(108B)에 대한 열적인 대미지를 저감할 수 있어 바람직하다.
또한 희생층(110B)을 적층 구조로 하는 경우에는, 상술한 재료로 형성되는 층을 제 1 희생층으로 하고, 그 위에 제 2 희생층을 형성하여 적층 구조로 할 수 있다.
이 경우의 제 2 희생층은 제 1 희생층을 에칭할 때의 하드 마스크로서 사용하는 막이다. 또한 제 2 희생층의 가공 시에는 제 1 희생층이 노출된다. 따라서 제 1 희생층과 제 2 희생층에는 서로 에칭 선택비가 높은 막의 조합을 선택한다. 그러므로 제 1 희생층의 에칭 조건 및 제 2 희생층의 에칭 조건에 따라, 제 2 희생층에 사용할 수 있는 막을 선택할 수 있다.
예를 들어 제 2 희생층의 에칭으로서 플루오린을 포함하는 가스(플루오린계 가스라고도 함)를 사용한 드라이 에칭을 사용하는 경우에는, 제 2 희생층에 실리콘, 질화 실리콘, 산화 실리콘, 텅스텐, 타이타늄, 몰리브데넘, 탄탈럼, 질화 탄탈럼, 몰리브데넘과 나이오븀을 포함하는 합금, 또는 몰리브데넘과 텅스텐을 포함하는 합금 등을 사용할 수 있다. 여기서 상기 플루오린계 가스를 사용한 드라이 에칭에서 에칭 선택비를 크게 할 수 있는(즉 에칭 속도를 낮출 수 있는) 막으로서는 IGZO, ITO 등의 금속 산화물막 등이 있으며, 이를 제 1 희생층에 사용할 수 있다.
또한 제 2 희생층의 재료는 상기에 한정되지 않고, 제 1 희생층의 에칭 조건 및 제 2 희생층의 에칭 조건에 따라 다양한 재료에서 선택할 수 있다. 예를 들어 상기 제 1 희생층에 사용할 수 있는 막에서 선택할 수도 있다.
또한 제 2 희생층으로서는 예를 들어 질화물막을 사용할 수도 있다. 구체적으로는, 질화 실리콘, 질화 알루미늄, 질화 하프늄, 질화 타이타늄, 질화 탄탈럼, 질화 텅스텐, 질화 갈륨, 질화 저마늄 등의 질화물을 사용할 수 있다.
또는 제 2 희생층으로서 산화물막을 사용할 수도 있다. 대표적으로는, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화질화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화질화 하프늄 등의 산화물막 또는 산질화물막을 사용할 수 있다.
다음으로 도 3의 (C)에 나타낸 바와 같이 희생층(110B) 위에 레지스트를 도포하고, 포토리소그래피법을 사용하여 레지스트를 원하는 형상(레지스트 마스크: REG)으로 형성한다. 또한 이러한 방법을 수행하는 경우, 레지스트 도포 후의 가열(PAB: Pre Applied Bake) 및 노광 후의 가열(PEB: Post Exposure Bake) 등의 열처리 공정을 필요로 한다. 예를 들어 PAB 온도는 약 100℃, PEB 온도는 약 120℃이다. 그러므로 이들 처리 온도에 견딜 수 있는 발광 디바이스일 필요가 있다.
다음으로 얻어진 레지스트 마스크(REG)를 사용하여, 레지스트 마스크(REG)로 덮이지 않는 희생층(110B)의 일부를 에칭에 의하여 제거하고, 레지스트 마스크(REG)를 제거한 후, 희생층(110B)으로 덮이지 않는 정공 주입·수송층(104B), 발광층(105B), 및 전자 수송층(108B)의 일부를 에칭에 의하여 제거하여, 전극(551B) 위에 측면을 가지는(또는 측면이 노출되는) 형상 또는 지면과 교차되는 방향으로 연장되는 띠 형상으로 정공 주입·수송층(104B), 발광층(105B), 및 전자 수송층(108B)을 가공한다. 또한 에칭에는 드라이 에칭을 채용하는 것이 바람직하다. 희생층(110B)이 상기 제 1 희생층과 제 2 희생층의 적층 구조를 가지는 경우에는, 레지스트 마스크(REG)를 사용하여 제 2 희생층의 일부를 에칭한 후, 레지스트 마스크(REG)를 제거하고, 제 2 희생층을 마스크로서 사용하여 제 1 희생층의 일부를 에칭하여, 정공 주입·수송층(104B), 발광층(105B), 및 전자 수송층(108B)을 소정의 형상으로 가공하여도 좋다. 이들 에칭 처리를 통하여 도 4의 (A)의 형상을 얻는다.
다음으로 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이 희생층(110B), 전극(551G), 전극(551R), 및 전극(551PS) 위에 정공 주입·수송층(104G), 발광층(105G), 및 전자 수송층(108G)을 형성한다. 정공 주입·수송층(104G), 발광층(105G), 및 전자 수송층(108G)의 형성에서, 재료로서는 실시형태 2에서 제시한 재료를 사용할 수 있다. 또한 정공 주입·수송층(104G), 발광층(105G), 및 전자 수송층(108G)의 형성에는, 예를 들어 진공 증착법을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 4의 (C)에 나타낸 바와 같이 전자 수송층(108G) 위에 희생층(110G)을 형성하고, 희생층(110G) 위에 레지스트를 도포하고, 포토리소그래피법을 사용하여 레지스트를 원하는 형상(레지스트 마스크: REG)으로 형성하고, 얻어진 레지스트 마스크(REG)로 덮이지 않은 희생층(110G)의 일부를 에칭에 의하여 제거하고, 레지스트 마스크(REG)를 제거한 후, 희생층(110G)으로 덮이지 않은 정공 주입·수송층(104G), 발광층(105G), 및 전자 수송층(108G)의 일부를 에칭에 의하여 제거하여 전극(551G) 위에 측면을 가지는(또는 측면이 노출되는) 형상 또는 지면과 교차되는 방향으로 연장되는 띠 형상으로 정공 주입·수송층(104G), 발광층(105G), 및 전자 수송층(108G)을 가공한다. 또한 에칭에는 드라이 에칭을 채용하는 것이 바람직하다. 또한 희생층(110G)에는 희생층(110B)과 같은 재료를 사용할 수 있고, 희생층(110G)이 상기 제 1 희생층과 제 2 희생층의 적층 구조를 가지는 경우에는, 레지스트 마스크(REG)를 사용하여 제 2 희생층의 일부를 에칭한 후, 레지스트 마스크(REG)를 제거하고, 제 2 희생층을 마스크로서 사용하여 제 1 희생층의 일부를 에칭하여, 정공 주입·수송층(104G), 발광층(105G), 및 전자 수송층(108G)을 소정의 형상으로 가공하여도 좋다. 이들의 에칭 처리를 통하여 도 5의 (A)의 형상을 얻는다.
다음으로 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이 희생층(110B), 희생층(110G), 전극(551R), 및 전극(551PS) 위에 정공 주입·수송층(104R), 발광층(105R), 및 전자 수송층(108R)을 형성한다. 정공 주입·수송층(104R), 발광층(105R), 및 전자 수송층(108R)의 형성에서, 재료로서는 실시형태 2에서 제시한 재료를 사용할 수 있다. 또한 정공 주입·수송층(104R), 발광층(105R), 및 전자 수송층(108R)의 형성에는, 예를 들어 진공 증착법을 사용할 수 있다.
다음으로 도 5의(C)에 나타낸 바와 같이 전자 수송층(108R) 위에 희생층(110R)을 형성하고, 희생층(110R) 위에 레지스트를 도포하고, 포토리소그래피법을 사용하여 레지스트를 원하는 형상(레지스트 마스크: REG)으로 형성하고, 얻어진 레지스트 마스크(REG)로 덮이지 않는 희생층(110R)의 일부를 에칭에 의하여 제거하고, 레지스트 마스크(REG)를 제거한 후, 희생층(110R)으로 덮이지 않는 정공 주입·수송층(104R), 발광층(105R), 및 전자 수송층(108R)의 일부를 에칭에 의하여 제거하여, 전극(551R) 위에 측면을 가지는(또는 측면이 노출되는) 형상 또는 지면과 교차되는 방향으로 연장되는 띠 형상으로 정공 주입·수송층(104R), 발광층(105R), 및 전자 수송층(108R)을 가공한다. 또한 에칭에는 드라이 에칭을 채용하는 것이 바람직하다. 또한 희생층(110R)에는 희생층(110B)과 같은 재료를 사용할 수 있고, 희생층(110R)이 상기 제 1 희생층과 제 2 희생층의 적층 구조를 가지는 경우에는, 레지스트 마스크(REG)를 사용하여 제 2 희생층의 일부를 에칭한 후, 레지스트 마스크(REG)를 제거하고, 제 2 희생층을 마스크로서 사용하여 제 1 희생층의 일부를 에칭하여, 정공 주입·수송층(104R), 발광층(105R), 및 전자 수송층(108R)을 소정의 형상으로 가공하여도 좋다. 이들의 에칭 처리를 통하여 도 6의 (A)의 형상을 얻는다.
다음으로 도 6의 (B)에 나타낸 바와 같이 희생층(110B), 희생층(110G), 희생층(110R), 및 전극(551PS) 위에 제 1 수송층(104PS), 활성층(105PS), 및 제 2 수송층(108PS)을 형성한다. 제 1 수송층(104PS)의 형성에서, 재료로서는 예를 들어 실시형태 2에서 정공 주입층 및 정공 수송층으로서 제시한 재료를 사용할 수 있다. 또한 활성층(105PS)의 형성에서, 재료로서는 실시형태 8에서 제시한 재료를 사용할 수 있다. 또한 제 2 수송층(108PS)의 형성에서, 재료로서는 예를 들어 실시형태 2에서 전자 수송층 및 전자 주입층으로서 제시한 재료를 사용할 수 있다. 또한 제 1 수송층(104PS), 활성층(105PS), 및 제 2 수송층(108PS)의 형성에는, 예를 들어 진공 증착법을 사용할 수 있다.
다음으로 도 6의 (C)에 나타낸 바와 같이 제 2 수송층(108PS) 위에 희생층(110PS)을 형성하고, 희생층(110PS) 위에 레지스트를 도포하고, 포토리소그래피법을 사용하여 레지스트를 원하는 형상(레지스트 마스크: REG)으로 형성하고, 얻어진 레지스트 마스크(REG)로 덮이지 않는 희생층(110PS)의 일부를 에칭에 의하여 제거하고, 레지스트 마스크(REG)를 제거한 후, 희생층(110PS)으로 덮이지 않는 제 1 수송층(104PS), 활성층(105PS), 및 제 2 수송층(108PS)의 일부를 에칭에 의하여 제거하여, 전극(551PS) 위에 측면을 가지는(또는 측면이 노출되는) 형상 또는 지면과 교차되는 방향으로 연장되는 띠 형상으로 제 1 수송층(104PS), 활성층(105PS), 및 제 2 수송층(108PS)을 가공한다. 또한 에칭에는 드라이 에칭을 채용하는 것이 바람직하다. 또한 희생층(110PS)에는 희생층(110B)과 같은 재료를 사용할 수 있고, 희생층(110PS)이 상기 제 1 희생층과 제 2 희생층의 적층 구조를 가지는 경우에는, 레지스트 마스크(REG)를 사용하여 제 2 희생층의 일부를 에칭한 후, 레지스트 마스크(REG)를 제거하고, 제 2 희생층을 마스크로서 사용하여 제 1 희생층의 일부를 에칭하여, 제 1 수송층(104PS), 활성층(105PS), 및 제 2 수송층(108PS)을 소정의 형상으로 가공하여도 좋다. 이들의 에칭 처리를 통하여 도 6의 (D)의 형상을 얻는다.
다음으로 도 7의(A)에 나타낸 바와 같이 희생층(110B), 희생층(110G), 희생층(110R), 및 희생층(110PS) 위에 절연층(107)을 형성한다.
또한 절연층(107)의 형성에는 예를 들어 ALD법을 사용할 수 있다. 이 경우, 도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이 절연층(107)은 각 발광 디바이스의 정공 주입·수송층(104B, 104G, 104R), 발광층(105B, 105G, 105R), 및 전자 수송층(108B, 108G, 108R), 그리고 수광 디바이스의 제 1 수송층(104PS), 활성층(105PS), 제 2 수송층(108PS)의 각 측면(각 단부)과 접하여 형성된다. 이에 의하여 각 측면으로부터 내부에 대한 산소, 수분, 또는 이들의 구성 원소의 침입을 억제할 수 있다. 또한 절연층(107)의 재료로서는, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 하프늄, 산화 갈륨, 인듐 갈륨 아연 산화물, 질화 실리콘, 또는 질화산화 실리콘 등을 사용할 수 있다.
다음으로 도 7의 (B)에 나타낸 바와 같이 절연층(107)의 일부 및 희생층(110B, 110G, 110R, 110PS)을 제거한 후, 절연층(107), 전자 수송층(108B, 108G, 108R), 및 제 2 수송층(108PS) 위에 전자 주입층(109)을 형성한다. 전자 주입층(109)의 형성에서, 재료로서는 실시형태 2에서 제시한 재료를 사용할 수 있다. 또한 전자 주입층(109)은 예를 들어 진공 증착법을 사용하여 형성한다. 또한 전자 주입층(109)은 각 발광 디바이스의 정공 주입·수송층(104B, 104G, 104R), 발광층(105B, 105G, 105R), 및 전자 수송층(108B, 108G, 108R), 그리고 수광 디바이스의 제 1 수송층(104PS), 활성층(105PS), 제 2 수송층(108PS)의 각 측면(각 단부)에서 절연층(107)을 개재하여 접하는 구조를 가진다.
다음으로 도 7의 (C)에 나타낸 바와 같이 전극(552)을 형성한다. 전극(552)은 예를 들어 진공 증착법을 사용하여 형성한다. 또한 전극(552)은 전자 주입층(109) 위에 형성된다. 또한 전극(552)은 전자 주입층(109) 및 절연층(107)을 개재하여 각 발광 디바이스의 정공 주입·수송층(104B, 104G, 104R), 발광층(105B, 105G, 105R), 및 전자 수송층(108B, 108G, 108R), 또한 수광 디바이스의 제 1 수송층(104PS), 활성층(105PS), 제 2 수송층(108PS)의 각 측면(각 단부)과 접하는 구조를 가진다. 이에 의하여, 전극(552)과, 각 발광 디바이스의 정공 주입·수송층(104B, 104G, 104R), 발광층(105B, 105G, 105R), 및 전자 수송층(108B, 108G, 108R), 그리고 수광 디바이스의 제 1 수송층(104PS), 활성층(105PS), 제 2 수송층(108PS)이 전기적으로 단락되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 공정을 통하여, 발광 디바이스(550B), 발광 디바이스(550G), 발광 디바이스(550R), 및 수광 디바이스(550PS)에서의 EL층(103B), EL층(103G), EL층(103R), 및 수광층(103PS)을 각각 분리 가공할 수 있다.
또한 이들 EL층(103B, 103G, 103R) 및 수광층(103PS)의 분리 가공에서, 포토리소그래피법을 사용한 패턴 형성이 수행되기 때문에, 고정세의 수발광 장치(표시 패널)를 제작할 수 있다. 또한 포토리소그래피법을 사용한 패턴 형성으로 가공된 EL층의 각 층의 단부(측면)는 실질적으로 동일한 표면을 가지는(또는 실질적으로 동일한 평면 위에 위치하는) 형상이 된다. 또한 포토리소그래피법에 의한 패턴 형성에 의하여 가공된 수광층의 각 층의 측면(단부)은 실질적으로 동일 표면을 가지는(또는 실질적으로 동일 평면 위에 위치하는) 형상이 된다.
또한 이들 EL층에서의 정공 주입·수송층(104B, 104G, 104R) 및 수광층에서의 제 1 수송층(104PS)은 도전율이 높은 경우가 많기 때문에, 인접한 디바이스가 공유하는 층으로서 형성되면, 크로스토크의 원인이 되는 경우가 있다. 따라서 본 구조예에서 설명하는 바와 같이, 포토리소그래피법을 사용한 패턴 형성으로 각 층을 분리 가공함으로써, 인접한 디바이스 사이에서 발생하는 크로스토크를 억제할 수 있다.
또한 본 구성의 각 발광 디바이스가 가지는 각 EL층(103B, 103G, 103R)에 포함되는 정공 주입·수송층(104B, 104G, 104R), 발광층(105B, 105G, 105R), 전자 수송층(108B, 108G, 108R), 및 수광 디바이스가 가지는 수광층(103PS)이 가지는 제 1 수송층(104PS), 활성층(105PS), 제 2 수송층(108PS)은 분리 가공에서 포토리소그래피법으로 패턴 형성이 수행되기 때문에, 가공된 EL층의 단부(측면)가 실질적으로 동일 표면을 가지는(또는 실질적으로 동일 평면 위에 위치하는) 형상이 된다. 또한 포토리소그래피법에 의한 패턴 형성에 의하여 가공된 수광층의 각 층의 측면(단부)은 실질적으로 동일 표면을 가지는(또는 실질적으로 동일 평면 위에 위치하는) 형상이 된다.
또한 각 발광 디바이스에 포함되는 각 EL층(103B, 103G, 103R)의 정공 주입·수송층(104B, 104G, 104R), 발광층(105B, 105G, 105R), 및 전자 수송층(108B, 108G, 108R), 그리고 수광 디바이스에 포함되는 수광층(103PS)의 제 1 수송층(104PS), 활성층(105PS), 제 2 수송층(108PS)은 분리 가공에서 포토리소그래피법을 사용한 패턴 형성이 수행되기 때문에, 인접한 발광 디바이스의 가공된 각 단부(측면)들 사이에는 각각 간격(580)이 있다. 또한 도 7의 (C)에서 간격(580)을 인접한 디바이스의 각 EL층들 사이 또는 EL층과 수광층 사이의 거리를 SE로 나타내는 경우, 거리(SE)가 작을수록 개구율을 높이고, 또한 정세도를 높일 수 있다. 한편, 거리(SE)가 클수록 인접한 디바이스 사이의 제작 공정에서의 편차의 영향을 더 허용할 수 있기 때문에, 제조 수율을 높일 수 있다. 본 명세서에 따라 제작되는 발광 디바이스 및 수광 디바이스는 미세화 공정에 적합하기 때문에, 인접한 디바이스의 각 EL층들 사이 또는 EL층과 수광층 사이의 거리(SE)는 0.5μm 이상 5μm 이하, 바람직하게는 1μm 이상 3μm 이하, 더 바람직하게는 1μm 이상 2.5μm 이하, 더 바람직하게는 1μm 이상 2μm 이하로 할 수 있다. 또한 대표적으로는, 거리(SE)는 1μm 이상 2μm 이하(예를 들어 1.5μm 또는 그 근방)인 것이 바람직하다.
또한 본 명세서 등에서 메탈 마스크 또는 FMM(파인 메탈 마스크, 고정세한 메탈 마스크)를 사용하여 제작된 디바이스를 MM(메탈 마스크) 구조의 디바이스라고 하는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서 메탈 마스크 또는 FMM을 사용하지 않고 제작된 디바이스를 MML(메탈 마스크 리스) 구조의 디바이스라고 하는 경우가 있다. MML 구조의 수발광 장치는 메탈 마스크를 사용하지 않고 제작되기 때문에, FMM 구조 또는 MM 구조의 수발광 장치보다 화소 배치 및 화소 형상 등의 설계 자유도가 높다.
또한 MML 구조의 수발광 장치에 포함되는 섬 형상의 EL층은 메탈 마스크를 사용한 패터닝에 의하여 형성되는 것이 아니라, EL층을 성막한 후에 가공함으로써 형성된다. 따라서 종래보다 정세도가 높거나 개구율이 높은 수발광 장치를 실현할 수 있다. 또한 EL층을 각색으로 구분 형성할 수 있기 때문에, 매우 선명하고, 콘트라스트가 높고, 표시 품위가 높은 수발광 장치를 실현할 수 있다. 또한 EL층 위에 희생층을 제공함으로써, 제작 공정 중에 EL층이 받는 대미지를 저감할 수 있기 때문에, 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 도 2의 (A) 및 도 7의 (C)에 나타낸 발광 디바이스(550B), 발광 디바이스(550G), 발광 디바이스(550R)에서는 EL층(103B, 103G, 103R)의 폭이 전극(551B, 551G, 551R)의 폭과 실질적으로 같고, 수광 디바이스(550PS)에서는 수광층(103PS)의 폭이 전극(551PS)의 폭과 실질적으로 같지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다.
발광 디바이스(550B), 발광 디바이스(550G), 발광 디바이스(550R)에서는, EL층(103B, 103G, 103R)의 폭이 전극(551B, 551G, 551R)의 폭보다 작아도 좋다. 또한 수광 디바이스(550PS)에서는, 수광층(103PS)의 폭이 전극(551PS)의 폭보다 작아도 좋다. 도 7의 (D)에는 발광 디바이스(550B), 발광 디바이스(550G)에서 EL층(103B, 103G)의 폭이 전극(551B, 551G)의 폭보다 작은 예를 나타내었다.
발광 디바이스(550B), 발광 디바이스(550G), 발광 디바이스(550R)에서는 EL층(103B, 103G, 103R)의 폭이 전극(551B, 551G, 551R)의 폭보다 커도 좋다. 또한 수광 디바이스(550PS)에서는, 수광층(103PS)의 폭이 전극(551PS)의 폭보다 커도 좋다. 도 7의 (E)에는 발광 디바이스(550R)에서 EL층(103R)의 폭이 전극(551R)의 폭보다 큰 예를 나타내었다.
본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 장치(720)에 대하여 도 8 내지 도 10을 사용하여 설명한다. 또한 도 8 내지 도 10에 나타낸 본 실시형태의 장치(720)는 실시형태 2에서 설명한 발광 디바이스를 포함하므로 발광 장치이지만, 전자 기기 등의 표시부에 적용할 수 있기 때문에 표시 패널 또는 표시 장치라고 할 수도 있다. 또한 상기 발광 디바이스를 광원으로서 사용하고, 발광 디바이스로부터의 광을 수광할 수 있는 수광 디바이스를 포함하는 구성으로 하는 경우에는, 수발광 장치라고 할 수도 있다. 또한 이들 발광 장치, 표시 패널, 표시 장치, 및 수발광 장치는 적어도 발광 디바이스를 포함하는 구성을 가진다.
또한 본 실시형태의 발광 장치, 표시 패널, 표시 장치, 및 수발광 장치는 고해상도 또는 대형의 발광 장치, 표시 패널, 표시 장치, 및 수발광 장치로 할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 발광 장치, 표시 패널, 표시 장치, 및 수발광 장치는 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 파칭코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 가지는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 스마트폰, 손목시계형 단말기, 태블릿 단말기, 휴대 정보 단말기, 및 음향 재생 장치 등의 표시부에 사용할 수도 있다.
도 8의 (A)는 이들 장치(발광 장치, 표시 패널, 표시 장치, 및 수발광 장치를 포함함)(720)의 상면도이다.
도 8의 (A)에서 장치(720)는 기판(710)과 기판(711)이 접합된 구성을 가진다. 또한 장치(720)는 표시 영역(701), 회로(704), 및 배선(706) 등을 포함한다. 또한 표시 영역(701)은 복수의 화소를 포함하고, 도 8의 (A)에 나타낸 화소(703(i,j))는 도 8의 (B)에 나타낸 바와 같이 화소(703(i,j))에 인접한 화소(703(i+1,j))를 포함한다.
또한 도 8의 (A)에 나타낸 장치(720)의 예에서는 COG(Chip On Glass) 방식 또는 COF(Chip on Film) 방식 등으로 기판(710)에 IC(집적 회로)(712)가 제공되어 있다. 또한 IC(712)로서는 예를 들어 주사선 구동 회로 또는 신호선 구동 회로 등을 포함하는 IC를 적용할 수 있다. 도 8의 (A)에는 신호선 구동 회로를 포함하는 IC를 IC(712)로서 사용하고, 회로(704)로서 주사선 구동 회로를 포함하는 구성을 나타내었다.
배선(706)은 표시 영역(701) 및 회로(704)에 신호 및 전력을 공급하는 기능을 가진다. 상기 신호 및 전력은 FPC(Flexible Printed Circuit)(713)를 통하여 외부로부터 배선(706)에 입력되거나 IC(712)로부터 배선(706)에 입력된다. 또한 장치(720)에 IC를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한 IC를 COF 방식 등으로 FPC에 실장하여도 좋다.
도 8의 (B)에 표시 영역(701)의 화소(703(i,j)) 및 화소(703(i+1,j))를 나타내었다. 즉 화소(703(i,j))는 서로 다른 색을 나타내는 발광 디바이스를 포함하는 복수 종류의 부화소를 포함하는 구성으로 할 수 있다. 또는 상기에 더하여, 같은 색을 나타내는 발광 디바이스를 포함하는 부화소를 복수로 포함하는 구성으로 할 수도 있다. 화소가 서로 다른 색을 나타내는 발광 디바이스를 포함하는 부화소를 복수 종류 포함하는 구성인 경우, 예를 들어 화소는 부화소를 3종류 포함하는 구성으로 할 수 있다. 상기 3개의 부화소로서는 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 3색의 부화소, 황색(Y), 시안(C), 및 마젠타(M)의 3색의 부화소 등을 들 수 있다. 또는 화소는 부화소를 4종류 포함하는 구성으로 할 수 있다. 상기 4개의 부화소로서는 R, G, B, 및 백색(W)의 4색의 부화소, R, G, B, 및 Y의 4색의 부화소 등을 들 수 있다. 구체적으로는 청색을 표시하는 부화소(702B(i,j)), 녹색을 표시하는 부화소(702G(i,j)), 및 적색을 표시하는 부화소(702R(i,j))로 구성된 화소(703(i,j))로 할 수 있다.
또한 장치(720)는 발광 디바이스를 포함하는 부화소뿐만 아니라, 수광 디바이스를 포함하는 부화소도 포함한다.
도 8의 (C) 내지 (E)에는 수광 디바이스를 포함하는 부화소(702PS(i,j))를 포함하는 화소(703(i,j))의 다양한 레이아웃의 일례를 나타내었다. 또한 도 8의 (C)에 나타낸 화소의 배열은 스트라이프 배열이고, 도 8의 (D)에 나타낸 화소의 배열은 매트릭스 배열이다. 또한 도 8의 (E)에 나타낸 화소는 하나의 부화소(부화소(B)) 옆에 3개의 부화소(부화소(R), 부화소(G), 부화소(S))가 세로 방향으로 나란히 배열된 구성을 가진다.
또한 도 8의 (F)에 나타낸 바와 같이 적외선을 사출하는 부화소(702IR(i,j))를 상기 한 세트에 추가하여 화소(703(i,j))로 하여도 좋다. 도 8의 (F)에 나타낸 화소는 세로로 긴 3개의 부화소(부화소(G), 부화소(B), 부화소(R))가 가로 방향으로 나란히 배열되고, 그 아래쪽에 부화소(PS)와, 가로로 긴 부화소(IR)가 가로 방향으로 나란히 배열된 구조를 가진다. 구체적으로는 650nm 이상 1000nm 이하의 파장을 가지는 광을 포함하는 광을 사출하는 부화소(702IR(i,j))를 화소(703(i,j))에 사용하여도 좋다. 또한 부화소(702PS(i,j))가 검출하는 광의 파장은 특별히 한정되지 않지만, 부화소(702PS(i,j))에 포함되는 수광 디바이스는 부화소(702R(i,j)), 부화소(702G(i,j)), 부화소(702G(i,j)), 또는 부화소(702G(i,j))에 포함되는 발광 디바이스가 방출하는 광에 감도를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 파장 영역의 광, 및 적외 파장 영역의 광 중 하나 또는 복수를 검출하는 것이 바람직하다.
또한 부화소의 배열은 도 8의 (B) 내지 (F)에 나타낸 구성에 한정되지 않고, 다양한 방법을 적용할 수 있다. 부화소의 배열로서는 예를 들어 스트라이프 배열, S 스트라이프 배열, 매트릭스 배열, 델타 배열, 베이어 배열, 펜타일 배열 등이 있다.
또한 부화소의 상면 형상으로서는 예를 들어 삼각형, 사각형(장방형, 정방형을 포함함), 오각형 등의 다각형, 이들 다각형의 모서리가 둥근 형상, 타원형, 또는 원형 등이 있다. 여기서 부화소의 상면 형상은 발광 디바이스의 발광 영역의 상면 형상에 상당한다.
또한 발광 디바이스뿐만 아니라 수광 디바이스도 포함하는 구성의 화소로 하는 경우에는 화소가 수광 기능을 가지기 때문에 화상을 표시하면서 대상물의 접촉 또는 근접을 검출할 수 있다. 예를 들어 발광 장치에 포함되는 모든 부화소를 사용하여 화상을 표시할 뿐만 아니라 일부의 부화소가 광원으로서의 광을 나타내고, 나머지 부화소가 화상을 표시할 수도 있다.
또한 부화소(702PS(i,j))의 수광 면적은 다른 부화소의 발광 면적보다 작은 것이 바람직하다. 수광 면적이 작을수록 촬상 범위는 좁아지므로 촬상한 화상이 흐릿해지는 것을 억제하고, 해상도를 향상시킬 수 있다. 그러므로 부화소(702PS(i,j))를 사용함으로써, 고정세 또는 고해상도의 촬상을 수행할 수 있다. 예를 들어 부화소(702PS(i,j))를 사용함으로써 지문, 장문, 홍채, 맥 형상(정맥 형상, 동맥 형상을 포함함), 또는 얼굴 등을 사용한 개인 인증을 위한 촬상을 수행할 수 있다.
또한 부화소(702PS(i,j))는 터치 센서(디렉트 터치 센서라고도 함) 또는 니어 터치 센서(호버 센서, 호버 터치 센서, 비접촉 센서, 터치리스 센서라고도 함) 등에 사용할 수 있다. 예를 들어 부화소(702PS(i,j))는 적외광을 검출하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 어두운 곳에서도 터치 검출을 수행할 수 있다.
여기서, 터치 센서 또는 니어 터치 센서는 대상물(손가락, 손, 또는 펜 등)의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다. 터치 센서는 수발광 장치와 대상물이 직접 접촉한 경우에 대상물을 검출할 수 있다. 또한 니어 터치 센서는 대상물이 수발광 장치에 접촉하지 않아도 상기 대상물을 검출할 수 있다. 예를 들어 수발광 장치와 대상물 사이의 거리가 0.1mm 이상 300mm 이하, 바람직하게는 3mm 이상 50mm 이하의 범위에서 수발광 장치가 상기 대상물을 검출할 수 있는 구성이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 수발광 장치에 대상물이 직접 접촉하지 않아도 수발광 장치를 조작할 수 있고, 즉 비접촉(터치리스)으로 수발광 장치를 조작할 수 있다. 상기 구성으로 함으로써, 수발광 장치가 오염되거나 손상되는 리스크를 경감하거나, 수발광 장치에 부착된 오염(예를 들어 먼지, 세균, 또는 바이러스 등)에 대상물이 직접 접촉하지 않고 수발광 장치를 조작할 수 있다.
또한 고정세의 촬상을 수행하기 위하여, 부화소(702PS(i,j))는 수발광 장치에 포함되는 모든 화소에 제공되는 것이 바람직하다. 한편, 부화소(702PS(i,j))가 터치 센서 또는 니어 터치 센서 등에 사용되는 경우에는, 지문 등을 촬상하는 경우와 비교하여 높은 정밀도가 요구되지 않기 때문에, 수발광 장치에 포함되는 일부의 화소에 제공되면 좋다. 수발광 장치에 포함되는 부화소(702PS(i,j))의 개수를 부화소(702R(i,j)) 등의 개수보다 적게 함으로써, 검출 속도를 높일 수 있다.
다음으로 발광 디바이스를 포함하는 부화소의 화소 회로의 일례에 대하여 도 9의 (A)를 참조하여 설명한다. 도 9의 (A)에 나타낸 화소 회로(530)는 발광 디바이스(EL)(550), 트랜지스터(M15), 트랜지스터(M16), 트랜지스터(M17), 및 용량 소자(C3)를 포함한다. 또한 발광 디바이스(550)로서 발광 다이오드를 사용할 수 있다. 특히 발광 디바이스(550)로서 실시형태 2에서 설명한 발광 디바이스를 사용하는 것이 바람직하다.
도 9의 (A)에서 트랜지스터(M15)는 게이트가 배선(VG)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(VS)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 용량 소자(C3)의 한쪽 전극 및 트랜지스터(M16)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M16)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(V4)과 전기적으로 접속되고, 다른 쪽은 발광 디바이스(550)의 애노드, 그리고 트랜지스터(M17)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M17)는 게이트가 배선(MS)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(OUT2)에 전기적으로 접속된다. 발광 디바이스(550)의 캐소드는 배선(V5)에 전기적으로 접속된다.
배선(V4) 및 배선(V5)에는 각각 정전위가 공급된다. 발광 디바이스(550)의 애노드 측을 고전위로 하고, 캐소드 측을 애노드 측보다 낮은 전위로 할 수 있다. 트랜지스터(M15)는 배선(VG)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 화소 회로(530)의 선택 상태를 제어하기 위한 선택 트랜지스터로서 기능한다. 또한 트랜지스터(M16)는 게이트에 공급되는 전위에 따라 발광 디바이스(550)에 흐르는 전류를 제어하는 구동 트랜지스터로서 기능한다. 트랜지스터(M15)가 도통 상태일 때, 배선(VS)에 공급되는 전위가 트랜지스터(M16)의 게이트에 공급되고, 그 전위에 따라 발광 디바이스(550)의 발광 휘도를 제어할 수 있다. 트랜지스터(M17)는 배선(MS)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 트랜지스터(M16)와 발광 디바이스(550) 사이의 전위를, 배선(OUT2)을 통하여 외부에 출력하는 기능을 가진다.
또한 도 9의 (A)의 화소 회로(530)에 포함되는 트랜지스터(M15), 트랜지스터(M12), 트랜지스터(M16), 및 트랜지스터(M17), 그리고 도 9의 (B)의 화소 회로(531)에 포함되는 트랜지스터(M11), 트랜지스터(M12), 및 트랜지스터(M14)에는 각각, 채널이 형성되는 반도체층에 금속 산화물(산화물 반도체)을 사용한 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다.
실리콘보다 밴드 갭이 넓고, 또한 캐리어 밀도가 낮은 금속 산화물을 사용한 트랜지스터는 매우 낮은 오프 전류를 실현할 수 있다. 오프 전류가 낮은 경우, 트랜지스터에 직렬로 접속된 용량 소자에 축적된 전하가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 따라서 특히 용량 소자(C2) 또는 용량 소자(C3)에 직렬로 접속되는 트랜지스터(M11), 트랜지스터(M12), 및 트랜지스터(M15)로서는 산화물 반도체가 적용된 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이들 외의 트랜지스터로서도 산화물 반도체를 적용한 트랜지스터를 사용함으로써, 제작 비용을 절감할 수 있다.
또한 트랜지스터(M11) 내지 트랜지스터(M17)로서 채널이 형성되는 반도체에 실리콘을 적용한 트랜지스터를 사용할 수도 있다. 특히 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 등의 결정성이 높은 실리콘을 사용함으로써, 높은 전계 효과 이동도를 실현할 수 있고, 더 고속으로 동작할 수 있어 바람직하다.
또한 트랜지스터(M11) 내지 트랜지스터(M17) 중 하나 이상으로서 산화물 반도체를 적용한 트랜지스터를 사용하고, 그 외의 트랜지스터로서 실리콘을 적용한 트랜지스터를 사용하는 구성으로 하여도 좋다.
다음으로 수광 디바이스를 포함하는 부화소의 화소 회로의 일례에 대하여 도 9의 (B)를 참조하여 설명한다. 도 9의 (B)에 나타낸 화소 회로(531)는 수광 디바이스(PD)(560), 트랜지스터(M11), 트랜지스터(M12), 트랜지스터(M13), 트랜지스터(M14), 및 용량 소자(C2)를 포함한다. 여기서는 수광 디바이스(PD)(560)로서 포토다이오드를 사용한 예를 나타내었다.
도 9의 (B)에서 수광 디바이스(PD)(560)는 애노드가 배선(V1)과 전기적으로 접속되고, 캐소드가 트랜지스터(M11)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M11)는 게이트가 배선(TX)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 용량 소자(C2)의 한쪽 전극, 트랜지스터(M12)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 그리고 트랜지스터(M13)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M12)는 게이트가 배선(RES)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(V2)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M13)는 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(V3)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 트랜지스터(M14)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M14)는 게이트가 배선(SE1)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(OUT1)과 전기적으로 접속된다.
배선(V1), 배선(V2), 및 배선(V3)에는 각각 정전위가 공급된다. 수광 디바이스(PD)(560)를 역바이어스로 구동시키는 경우에는, 배선(V2)에 배선(V1)의 전위보다 높은 전위를 공급한다. 트랜지스터(M12)는 배선(RES)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 트랜지스터(M13)의 게이트와 접속되는 노드의 전위를 배선(V2)에 공급되는 전위로 리셋하는 기능을 가진다. 트랜지스터(M11)는 배선(TX)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 수광 디바이스(PD)(560)에 흐르는 전류에 따라 상기 노드의 전위가 변화되는 타이밍을 제어하는 기능을 가진다. 트랜지스터(M13)는 상기 노드의 전위에 따른 출력을 수행하는 증폭 트랜지스터로서 기능한다. 트랜지스터(M14)는 배선(SE1)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 상기 노드의 전위에 따른 출력을 배선(OUT1)에 접속되는 외부 회로에 의하여 판독하기 위한 선택 트랜지스터로서 기능한다.
또한 도 9의 (A) 및 (B)에서는 트랜지스터를 n채널형 트랜지스터로 표기하였지만, p채널형 트랜지스터를 사용할 수도 있다.
화소 회로(530)에 포함되는 트랜지스터와 화소 회로(531)에 포함되는 트랜지스터는 동일한 기판 위에 나란히 형성되는 것이 바람직하다. 특히 화소 회로(530)에 포함되는 트랜지스터와 화소 회로(531)에 포함되는 트랜지스터를 하나의 영역 내에 혼재시켜 주기적으로 배열하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
또한 수광 디바이스(PD)(560) 또는 발광 디바이스(EL)(550)와 중첩되는 위치에 트랜지스터 및 용량 소자 중 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 층을 하나 또는 복수로 제공하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 각 화소 회로의 실효적인 점유 면적을 작게 할 수 있고, 고정세의 수광부 또는 표시부를 실현할 수 있다.
다음으로 도 9의 (A) 및 (B)를 참조하여 설명한 화소 회로에 적용할 수 있는 트랜지스터의 구체적인 구조의 일례를 도 9의 (C)에 나타내었다. 또한 트랜지스터로서는, 보텀 게이트형 트랜지스터 또는 톱 게이트형 트랜지스터 등을 적절히 사용할 수 있다.
도 9의 (C)에 나타낸 트랜지스터는 반도체막(508), 도전막(504), 절연막(506), 도전막(512A), 및 도전막(512B)을 포함한다. 트랜지스터는 예를 들어 절연막(501C) 위에 형성된다. 또한 상기 트랜지스터는 절연막(516)(절연막(516A) 및 절연막(516B)) 및 절연막(518)을 포함한다.
반도체막(508)은 도전막(512A)에 전기적으로 접속되는 영역(508A), 도전막(512B)에 전기적으로 접속되는 영역(508B)을 포함한다. 반도체막(508)은 영역(508A)과 영역(508B) 사이에 영역(508C)을 포함한다.
도전막(504)은 영역(508C)과 중첩되는 영역을 포함하고, 도전막(504)은 게이트 전극의 기능을 가진다.
절연막(506)은 반도체막(508)과 도전막(504) 사이에 끼워진 영역을 포함한다. 절연막(506)은 제 1 게이트 절연막의 기능을 가진다.
도전막(512A)은 소스 전극의 기능 및 드레인 전극의 기능 중 한쪽을 포함하고, 도전막(512B)은 소스 전극의 기능 및 드레인 전극의 기능 중 다른 쪽을 가진다.
또한 도전막(524)을 트랜지스터에 사용할 수 있다. 도전막(524)은 도전막(504)과의 사이에 반도체막(508)을 끼우는 영역을 포함한다. 도전막(524)은 제 2 게이트 전극의 기능을 가진다. 절연막(501D)은 반도체막(508)과 도전막(524) 사이에 끼워지고, 제 2 게이트 절연막의 기능을 가진다.
절연막(516)은 예를 들어 반도체막(508)을 덮는 보호막으로서 기능한다. 예를 들어 절연막(516)으로서는 구체적으로 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 산화 이트륨막, 산화 지르코늄막, 산화 갈륨막, 산화 탄탈럼막, 산화 마그네슘막, 산화 란타넘막, 산화 세륨막, 또는 산화 네오디뮴막을 포함하는 막을 사용할 수 있다.
절연막(518)에는 예를 들어 산소, 수소, 물, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 등의 확산을 억제하는 기능을 가지는 재료를 적용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 절연막(518)으로서는 구체적으로 질화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화 알루미늄, 산화질화 알루미늄 등을 사용할 수 있다. 또한 산화질화 실리콘 및 산화질화 알루미늄의 각각에 포함되는 산소의 원자수와 질소의 원자수로서는 질소의 원자수가 더 많은 것이 바람직하다.
또한 화소 회로의 트랜지스터에 사용하는 반도체막을 형성하는 공정에서, 구동 회로의 트랜지스터에 사용하는 반도체막을 형성할 수 있다. 예를 들어 화소 회로의 트랜지스터에 사용하는 반도체막과 조성이 같은 반도체막을 구동 회로에 사용할 수 있다.
또한 반도체막(508)은 예를 들어 인듐과, M(M은 갈륨, 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 주석, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 및 주석에서 선택된 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하다.
특히 반도체막(508)에는 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함한 산화물(IGZO라고도 표기함)을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐, 주석, 및 아연을 포함한 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐, 갈륨, 주석, 및 아연을 포함한 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐(In), 알루미늄(Al), 및 아연(Zn)을 포함한 산화물(IAZO라고도 표기함)을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐(In), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함한 산화물(IAGZO라고도 표기함)을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체막이 In-M-Zn 산화물인 경우, 상기 In-M-Zn 산화물에서의 In의 원자수비는 M의 원자수비 이상인 것이 바람직하다. 이러한 In-M-Zn 산화물의 금속 원소의 원자수비로서, In:M:Zn=1:1:1 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=1:1:1.2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=1:3:2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=1:3:4 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=2:1:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=3:1:2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=4:2:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=4:2:4.1 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:6 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:7 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:8 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=6:1:6 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:2:5 또는 그 근방의 조성 등을 들 수 있다. 또한 근방의 조성이란, 원하는 원자수비의 ±30%의 범위를 포함한 것이다.
예를 들어 원자수비 In:Ga:Zn=4:2:3 또는 그 근방의 조성이라고 기재되는 경우, In의 원자수비를 4로 하면, Ga의 원자수비가 1 이상 3 이하이고, Zn의 원자수비가 2 이상 4 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비 In:Ga:Zn=5:1:6 또는 그 근방의 조성이라고 기재되는 경우, In의 원자수비를 5로 하면, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고 Zn의 원자수비가 5 이상 7 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비 In:Ga:Zn=1:1:1 또는 그 근방의 조성이라고 기재되는 경우, In의 원자수비를 1로 하면, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하인 경우를 포함한다.
트랜지스터에 사용하는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 포함하는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 결정성을 가지는 반도체를 사용하면, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한 트랜지스터의 반도체층은 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 결정성을 가지는 산화물 반도체로서는 CAAC(c-axis-aligned crystalline)-OS, nc(nanocrystalline)-OS 등을 들 수 있다.
또는 실리콘을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터(Si 트랜지스터)를 사용하여도 좋다. 실리콘으로서는, 단결정 실리콘(단결정 Si), 다결정 실리콘, 비정질 실리콘 등을 들 수 있다. 특히 반도체층에 저온 폴리실리콘(LTPS: Low Temperature Poly Silicon)을 포함하는 트랜지스터(이하 LTPS 트랜지스터라고도 함)를 사용할 수 있다. LTPS 트랜지스터는 전계 효과 이동도가 높고, 주파수 특성이 양호하다.
LTPS 트랜지스터 등의 Si 트랜지스터를 적용함으로써, 고주파수로 구동할 필요가 있는 회로(예를 들어 소스 드라이버 회로)를 표시부와 동일한 기판 위에 형성할 수 있다. 이에 의하여, 발광 장치에 실장되는 외부 회로를 간략화할 수 있어, 부품 비용 및 실장 비용을 절감할 수 있다.
OS 트랜지스터는 비정질 실리콘을 사용한 트랜지스터보다 전계 효과 이동도가 매우 높다. 또한 OS 트랜지스터는 오프 상태에서의 소스와 드레인 사이의 누설 전류(이하 오프 전류라고도 함)가 매우 낮기 때문에, 상기 트랜지스터에 직렬로 접속된 용량 소자에 축적된 전하는 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 또한 OS 트랜지스터를 적용함으로써, 발광 장치의 소비 전력을 절감할 수 있다.
또한 실온하에서의 채널 폭 1μm당 OS 트랜지스터의 오프 전류값은 1aA(1×10-18A) 이하, 1zA(1×10-21A) 이하, 또는 1yA(1×10-24A) 이하로 할 수 있다. 또한 실온하에서의 채널 폭 1μm당 Si 트랜지스터의 오프 전류값은 1fA(1×10-15A) 이상 1pA(1×10-12A) 이하이다. 따라서 OS 트랜지스터의 오프 전류는 Si 트랜지스터의 오프 전류보다 10자릿수 정도 낮다고 할 수도 있다.
또한 화소 회로에 포함되는 발광 디바이스의 발광 휘도를 높이는 경우, 발광 디바이스에 흘리는 전류량을 크게 할 필요가 있다. 이를 위해서는 화소 회로에 포함되어 있는 구동 트랜지스터의 소스와 드레인 사이의 전압을 높일 필요가 있다. OS 트랜지스터는 Si 트랜지스터보다 소스와 드레인 사이에서의 내압이 높기 때문에 OS 트랜지스터의 소스와 드레인 사이에는 높은 전압을 인가할 수 있다. 따라서 화소 회로에 포함되는 구동 트랜지스터를 OS 트랜지스터로 함으로써, 발광 디바이스에 흐르는 전류의 양을 크게 하여, 발광 디바이스의 발광 휘도를 높일 수 있다.
또한 트랜지스터가 포화 영역에서 동작하는 경우, OS 트랜지스터에서는 Si 트랜지스터에서보다 게이트와 소스 사이의 전압의 변화에 대한 소스와 드레인 사이의 전류의 변화를 작게 할 수 있다. 그러므로 화소 회로에 포함되는 구동 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 적용함으로써, 게이트와 소스 사이의 전압의 변화에 의하여 소스와 드레인 사이에 흐르는 전류를 자세하게 설정할 수 있기 때문에, 발광 디바이스에 흐르는 전류의 양을 제어할 수 있다. 그러므로 화소 회로에서의 계조를 크게 할 수 있다.
또한 트랜지스터가 포화 영역에서 동작하는 경우에 흐르는 전류의 포화 특성에 관하여 OS 트랜지스터는 소스와 드레인 사이의 전압이 서서히 높아진 경우에도 Si 트랜지스터보다 안정적인 전류(포화 전류)를 흘릴 수 있다. 그러므로 OS 트랜지스터를 구동 트랜지스터로서 사용함으로써, 예를 들어 발광 디바이스의 전류-전압 특성에 편차가 생긴 경우에도 발광 디바이스에 안정적인 전류를 흘릴 수 있다. 즉 OS 트랜지스터가 포화 영역에서 동작하는 경우, 소스와 드레인 사이의 전압을 높여도 소스와 드레인 사이의 전류는 거의 변화되지 않기 때문에, 발광 디바이스의 발광 휘도를 안정적으로 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 화소 회로에 포함되는 구동 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 사용함으로써, 예를 들어 흑색 표시 부분이 밝게 표시되는 것을 억제하거나, 발광 휘도를 상승시키거나, 계조 수를 늘리거나, 발광 디바이스의 편차를 억제할 수 있다.
또는 구동 회로의 트랜지스터에 사용하는 반도체막을, 화소 회로의 트랜지스터에 사용하는 반도체막과 동일한 공정으로 형성할 수 있다. 또는 화소 회로를 형성하는 기판과 동일한 기판 위에 구동 회로를 형성할 수 있다. 또는 전자 기기를 구성하는 부품 수를 삭감할 수 있다.
또한 반도체막(508)에는 실리콘을 사용하여도 좋다. 실리콘으로서는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘 등을 들 수 있다. 특히, 반도체층에 저온 폴리실리콘(LTPS: Low Temperature Poly Silicon)을 가지는 트랜지스터(이하, LTPS 트랜지스터라고도 함)를 사용하는 것이 바람직하다. LTPS 트랜지스터는 전계 효과 이동도가 높고, 주파수 특성이 양호하다.
LTPS 트랜지스터 등의 실리콘을 사용한 트랜지스터를 적용함으로써, 고주파수로 구동할 필요가 있는 회로(예를 들어 소스 드라이버 회로)를 표시부와 동일한 기판 위에 형성할 수 있다. 이에 의하여, 발광 장치에 실장되는 외부 회로를 간략화할 수 있어, 부품 비용 및 실장 비용을 절감할 수 있다.
또한 화소 회로에 포함되는 트랜지스터 중 적어도 하나로서, 채널이 형성되는 반도체에 금속 산화물(이하, 산화물 반도체라고도 함)을 포함한 트랜지스터(이하, OS 트랜지스터라고도 함)를 사용하는 것이 바람직하다. OS 트랜지스터는 비정질 실리콘을 사용한 트랜지스터보다 전계 효과 이동도가 매우 높다. 또한 OS 트랜지스터는 오프 상태에서의 소스와 드레인 사이의 누설 전류(이하 오프 전류라고도 함)가 매우 낮기 때문에, 상기 트랜지스터에 직렬로 접속된 용량 소자에 축적된 전하는 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 또한 OS 트랜지스터를 적용함으로써, 발광 장치의 소비 전력을 절감할 수 있다.
화소 회로에 포함되는 트랜지스터의 일부로서 LTPS 트랜지스터를 사용하고, 다른 일부로서 OS 트랜지스터를 사용함으로써, 소비 전력이 낮고, 구동 능력이 높은 발광 장치를 실현할 수 있다. 더 바람직한 예로서는, 배선들 사이의 도통, 비도통을 제어하기 위한 스위치로서 기능하는 트랜지스터 등으로서 OS 트랜지스터를 적용하고, 전류를 제어하는 트랜지스터 등으로서 LTPS 트랜지스터를 적용한다. 또한 LTPS 트랜지스터와 OS 트랜지스터의 양쪽을 조합하는 구성을 LTPO라고 부르는 경우가 있다. LTPO로 함으로써, 소비 전력이 낮고, 구동 능력이 높은 표시 패널을 실현할 수 있다.
예를 들어 화소 회로에 제공되는 트랜지스터 중 하나는 발광 디바이스에 흐르는 전류를 제어하기 위한 트랜지스터로서 기능하고, 구동 트랜지스터라고도 부를 수 있다. 구동 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 발광 디바이스의 화소 전극에 전기적으로 접속된다. 상기 구동 트랜지스터로서는 LTPS 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 화소 회로에서 발광 디바이스에 흐르는 전류를 크게 할 수 있다.
한편으로 화소 회로에 제공되는 트랜지스터 중 다른 하나는 화소의 선택, 비선택을 제어하기 위한 스위치로서 기능하고, 선택 트랜지스터라고도 부를 수 있다. 선택 트랜지스터의 게이트는 게이트선에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽은 소스선(신호선)에 전기적으로 접속된다. 선택 트랜지스터로서는 OS 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 프레임 주파수를 매우 작게(예를 들어 1fps 이하) 하여도 화소의 계조를 유지할 수 있기 때문에, 정지 화상을 표시하는 경우에 드라이버를 정지함으로써, 소비 전력을 절감할 수 있다.
산화물 반도체를 반도체막에 사용하는 경우, 장치(720)는 반도체막에 산화물 반도체를 포함하고, MML(메탈 마스크리스) 구조를 가지는 발광 디바이스를 포함한다. 상기 구성으로 함으로써, 트랜지스터에 흐를 수 있는 누설 전류 및 인접한 발광 디바이스 사이에 흐를 수 있는 누설 전류(가로 누설 전류, 사이드 누설 전류 등이라고도 함)를 매우 낮게 할 수 있다. 또한 상기 구성으로 하면, 표시 장치에 화상을 표시한 경우에 관찰자가 화상의 선명함, 화상의 날카로움, 높은 채도, 및 높은 콘트라스트비 중 어느 하나 또는 복수를 느낄 수 있다. 또한 트랜지스터에 흐를 수 있는 누설 전류 및 발광 디바이스 사이의 가로 누설 전류가 매우 낮은 구성으로 함으로써, 흑색 표시 시에 발생할 수 있는 광 누설(소위 흑색 표시 부분이 밝게 표시되는 현상) 등이 최대한 억제된 표시(깊은 흑색 표시라고도 함)로 할 수 있다.
특히 MML 구조의 발광 디바이스에 상술한 SBS 구조를 적용하면, 발광 디바이스 사이에 제공되는 층(예를 들어 발광 디바이스 사이에서 공통적으로 사용되는 유기층, 공통층이라고도 함)이 분단된 구성이 되기 때문에, 사이드 누설이 없거나 사이드 누설이 매우 적은 표시로 할 수 있다.
또한 표시 패널의 화면의 크기에 따라 표시 패널에 사용하는 트랜지스터의 구성을 적절히 선택하면 좋다. 예를 들어 표시 패널의 트랜지스터로서 단결정 Si 트랜지스터를 사용하는 경우, 대각 0.1인치 이상 3인치 이하의 화면에 적용할 수 있다. 또한 표시 패널의 트랜지스터로서 LTPS 트랜지스터를 사용하는 경우, 대각 0.1인치 이상 30인치 이하, 바람직하게는 1인치 이상 30인치 이하의 화면에 적용할 수 있다. 또한 표시 패널에 LTPO(LTPS 트랜지스터와 OS 트랜지스터를 조합한 구성)를 사용하는 경우, 대각 0.1인치 이상 50인치 이하, 바람직하게는 1인치 이상 50인치 이하의 화면에 적용할 수 있다. 또한 표시 패널의 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 사용하는 경우, 대각 0.1인치 이상 200인치 이하, 바람직하게는 50인치 이상 100인치 이하의 화면에 적용할 수 있다.
또한 단결정 Si 트랜지스터를 사용하는 경우, 단결정 Si 기판의 크기 때문에, 화면의 크기를 대형화하는 것이 매우 어렵다. 또한 LTPS 트랜지스터는 제조 공정에서 레이저 결정화 장치를 사용하기 때문에, 화면의 대형화(대표적으로는 대각 30인치를 넘는 화면)에 대응하기 어렵다. 한편으로 OS 트랜지스터는 제조 공정에서 레이저 결정화 장치 등을 사용하는 제약이 없거나 제조 공정을 비교적 저온(대표적으로는 450℃ 이하)에서 수행할 수 있기 때문에, 비교적 큰 면적(대표적으로는 대각 50인치 이상 100인치 이하)의 표시 패널까지 대응할 수 있다. 또한 LTPO는, LTPS 트랜지스터를 사용하는 경우와 OS 트랜지스터를 사용하는 경우의 중간의 크기의 표시 패널(대표적으로는, 대각 1인치 이상 50인치 이하)에 적용할 수 있다.
다음으로 수발광 장치의 단면도를 참조한다. 도 10은 도 8의 (A)에 나타낸 수발광 장치의 단면도이다.
도 10의 단면도는 FPC(713) 및 배선(706)을 포함하는 영역의 일부, 화소(703(i,j))를 포함하는 표시 영역(701)의 일부를 각각 절단한 경우의 단면도이다.
도 10에서 수발광 장치(700)는 제 1 기판(510)과 제 2 기판(770) 사이에 기능층(520)을 포함한다. 기능층(520)에는 도 9를 참조하여 설명한 트랜지스터(M11, M12, M13, M14, M15, M16, M17) 및 용량 소자(C2, C3) 등 외에, 이들을 전기적으로 접속하는 배선(VS, VG, V1, V2, V3, V4, V5) 등이 포함된다. 또한 도 10에는 기능층(520)이 화소 회로(530X(i,j)) 및 화소 회로(530S(i,j)), 그리고 구동 회로(GD)를 포함하는 구성을 나타내었지만 이에 한정되지 않는다.
또한 기능층(520)에 형성된 화소 회로(예를 들어 도 10에 나타낸 화소 회로(530X(i,j)) 및 화소 회로(530S(i,j)))는 기능층(520) 위에 형성되는 발광 디바이스 및 수광 디바이스(예를 들어 도 10에 나타낸 발광 디바이스(550X(i,j)) 및 수광 디바이스(550S(i,j)))에 전기적으로 접속된다. 구체적으로 발광 디바이스(550X(i,j))는 배선(591X)을 통하여 화소 회로(530X(i,j))와 전기적으로 접속되고, 수광 디바이스(550S(i,j))는 배선(591S)을 통하여 화소 회로(530S(i,j))와 전기적으로 접속된다. 또한 기능층(520), 발광 디바이스, 및 수광 디바이스 위에 절연층(705)을 포함하고, 절연층(705)은 제 2 기판(770)과 기능층(520)을 접합하는 기능을 가진다.
또한 제 2 기판(770)으로서는 터치 센서가 매트릭스 형태로 배열된 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어 정전 용량 방식의 터치 센서 또는 광학 방식의 터치 센서가 제공된 기판을 제 2 기판(770)으로서 사용할 수 있다. 이에 의하여 본 발명의 일 형태의 수발광 장치를 터치 패널로서 사용할 수 있다.
또한 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기의 구성에 대하여 도 11의 (A) 내지 도 13의 (B)를 참조하여 설명한다.
도 11의 (A) 내지 도 13의 (B)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기의 구성을 설명하는 것이다. 도 11의 (A)는 전자 기기의 블록도이고, 도 11의 (B) 내지 (E)는 전자 기기의 구성을 설명하는 사시도이다. 또한 도 12의 (A) 내지 (E)는 전자 기기의 구성을 설명하는 사시도이다. 또한 도 13의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성을 설명하는 사시도이다.
본 실시형태에서 설명하는 전자 기기(5200B)는 연산 장치(5210) 및 입출력 장치(5220)를 포함한다(도 11의 (A) 참조).
연산 장치(5210)는 조작 정보를 공급받는 기능을 가지고, 조작 정보에 의거하여 화상 정보를 공급하는 기능을 가진다.
입출력 장치(5220)는 표시부(5230), 입력부(5240), 검지부(5250), 통신부(5290)를 포함하고, 조작 정보를 공급하는 기능 및 화상 정보를 공급받는 기능을 가진다. 또한 입출력 장치(5220)는 검지 정보를 공급하는 기능, 통신 정보를 공급하는 기능, 및 통신 정보를 공급받는 기능을 가진다.
입력부(5240)는 조작 정보를 공급하는 기능을 가진다. 예를 들어 입력부(5240)는 전자 기기(5200B)의 사용자의 조작에 기초하여 조작 정보를 공급한다.
구체적으로는 키보드, 하드웨어 버튼, 포인팅 디바이스, 터치 센서, 조도 센서, 촬상 장치, 음성 입력 장치, 시선 입력 장치, 자세 검출 장치 등을 입력부(5240)로서 사용할 수 있다.
표시부(5230)는 표시 패널을 포함하고, 화상 정보를 표시하는 기능을 가진다. 예를 들어 실시형태 3에서 설명한 표시 패널을 표시부(5230)에 사용할 수 있다.
검지부(5250)는 검지 정보를 공급하는 기능을 가진다. 예를 들어 전자 기기가 사용되는 주변의 환경을 검지하고, 검지 정보로서 공급하는 기능을 가진다.
구체적으로는 조도 센서, 촬상 장치, 자세 검출 장치, 압력 센서, 인체 감지 센서 등을 검지부(5250)로서 사용할 수 있다.
통신부(5290)는 통신 정보를 공급받는 기능 및 공급하는 기능을 가진다. 예를 들어 무선 통신 또는 유선 통신에 의하여, 다른 전자 기기 또는 통신망과 접속하는 기능을 가진다. 구체적으로는 무선 구내 통신, 전화 통신, 근거리 무선 통신 등의 기능을 가진다.
도 11의 (B)는 원통 형상의 기둥 등을 따르는 외형을 가지는 전자 기기를 나타낸 것이다. 일례로서 디지털 사이니지 등을 들 수 있다. 본 발명의 일 형태인 표시 패널은 표시부(5230)에 적용할 수 있다. 또한 사용 환경의 조도에 따라 표시 방법을 변경하는 기능을 가져도 좋다. 또한 사람의 존재를 검지하여 표시 내용을 변경하는 기능을 가진다. 따라서 예를 들어 건물의 기둥에 설치할 수 있다. 또는 광고 또는 안내 등을 표시할 수 있다.
도 11의 (C)는 사용자가 사용하는 포인터의 궤적에 의거하여 화상 정보를 생성하는 기능을 가지는 전자 기기를 나타낸 것이다. 일례로서 전자 칠판, 전자 게시판, 전자 간판 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 대각 20인치 이상, 바람직하게는 40인치 이상, 더 바람직하게는 55인치 이상의 표시 패널을 사용할 수 있다. 또는 복수의 표시 패널을 배치하여 하나의 표시 영역으로서 사용할 수 있다. 또는 복수의 표시 패널을 배치하여 멀티스크린으로서 사용할 수 있다.
도 11의 (D)는 다른 장치로부터 정보를 수신하여 표시부(5230)에 표시할 수 있는 전자 기기를 나타낸 것이다. 일례로서, 웨어러블형 전자 기기 등을 들 수 있다. 구체적으로는 이 전자 기기는 몇 가지 선택지를 표시하거나, 사용자가 선택지에서 선택한 몇 가지를 이 정보의 송신자에게 답장을 보낼 수 있다. 또는 예를 들어 사용 환경의 조도에 따라 표시 방법을 변경하는 기능을 가진다. 이에 의하여, 예를 들어 웨어러블형 전자 기기의 소비 전력을 절감할 수 있다. 또는 예를 들어 맑은 날씨의 옥외 등 외광이 강한 환경에서도 적합하게 사용할 수 있도록 웨어러블형 전자 기기에 화상을 표시할 수 있다.
도 11의 (E)는 하우징의 측면을 따라 완만하게 구부러진 곡면을 가지는 표시부(5230)를 포함하는 전자 기기를 나타낸 것이다. 일례로서 휴대 전화 등을 들 수 있다. 또한 표시부(5230)는 표시 패널을 포함하고, 이 표시 패널은 예를 들어 전면(前面), 측면, 상면, 및 후면에 표시를 하는 기능을 가진다. 이에 의하여 예를 들어 휴대 전화의 전면뿐만 아니라 측면, 상면, 및 후면에도 정보를 표시할 수 있다.
도 12의 (A)는 인터넷으로부터 정보를 수신하여 표시부(5230)에 표시할 수 있는 전자 기기를 나타낸 것이다. 일례로서 스마트폰 등을 들 수 있다. 예를 들어 작성한 메시지를 표시부(5230)에서 확인할 수 있다. 또는 작성한 메시지를 다른 장치로 송신할 수 있다. 또는 예를 들어 사용 환경의 조도에 따라 표시 방법을 변경하는 기능을 가진다. 이에 의하여 스마트폰의 소비 전력을 절감할 수 있다. 또는 예를 들어 맑은 날씨의 옥외 등 외광이 강한 환경에서도 적합하게 사용할 수 있도록 스마트폰에 화상을 표시할 수 있다.
도 12의 (B)는 리모트 컨트롤러를 입력부(5240)로서 사용할 수 있는 전자 기기를 나타낸 것이다. 일례로서 텔레비전 시스템 등을 들 수 있다. 또는 예를 들어 방송국 또는 인터넷으로부터 정보를 수신하여 표시부(5230)에 표시할 수 있다. 또는 검지부(5250)를 사용하여 사용자를 촬영할 수 있다. 또는 사용자의 영상을 송신할 수 있다. 또는 사용자의 시청 이력을 취득하여 클라우드 서비스에 제공할 수 있다. 또는 클라우드 서비스로부터 추천 정보를 취득하여 표시부(5230)에 표시할 수 있다. 또는 추천 정보에 기초하여 프로그램 또는 동영상을 표시할 수 있다. 또는 예를 들어 사용 환경의 조도에 따라 표시 방법을 변경하는 기능을 가진다. 이에 의하여, 날씨가 맑은 날에 옥내에 들어오는 강한 외광이 닿아도 적합하게 사용할 수 있도록 텔레비전 시스템에 영상을 표시할 수 있다.
도 12의 (C)는 인터넷으로부터 교재를 수신하여 표시부(5230)에 표시할 수 있는 전자 기기를 나타낸 것이다. 일례로서 태블릿 컴퓨터 등을 들 수 있다. 또는 입력부(5240)를 사용하여 리포트를 입력하여 인터넷에 송신할 수 있다. 또는 클라우드 서비스로부터 리포트의 첨삭 결과 또는 평가를 취득하여 표시부(5230)에 표시할 수 있다. 또는 평가에 기초하여 적합한 교재를 선택하여 표시할 수 있다.
예를 들어 다른 전자 기기로부터 화상 신호를 수신하여 표시부(5230)에 표시할 수 있다. 또는 스탠드 등에 기대어 세우고 표시부(5230)를 서브 디스플레이로서 사용할 수 있다. 이에 의하여, 예를 들어 맑은 날씨의 옥외 등 외광이 강한 환경에서도 적합하게 사용할 수 있도록 태블릿 컴퓨터에 화상을 표시할 수 있다.
도 12의 (D)는 복수의 표시부(5230)를 포함하는 전자 기기를 나타낸 것이다. 일례로서 디지털 카메라 등을 들 수 있다. 예를 들어 검지부(5250)로 촬영을 하면서 표시부(5230)에 표시할 수 있다. 또는 촬영한 영상을 검지부에 표시할 수 있다. 또는 입력부(5240)를 사용하여 촬영한 영상을 장식할 수 있다. 또는 촬영한 영상에 메시지를 첨부할 수 있다. 또는 인터넷으로 송신할 수 있다. 또는 사용 환경의 조도에 따라 촬영 조건을 변경하는 기능을 가진다. 이에 의하여, 예를 들어 맑은 날씨의 옥외 등 외광이 강한 환경에서도 적합하게 열람할 수 있도록 디지털 카메라에 피사체를 표시할 수 있다.
도 12의 (E)는 다른 전자 기기를 슬레이브로서 사용하고, 본 실시형태의 전자 기기를 마스터로서 사용하여, 다른 전자 기기를 제어할 수 있는 전자 기기를 나타낸 것이다. 일례로서 휴대 가능한 퍼스널 컴퓨터 등을 들 수 있다. 예를 들어 화상 정보의 일부를 표시부(5230)에 표시하고, 화상 정보의 다른 일부를 다른 전자 기기의 표시부에 표시할 수 있다. 또는 화상 신호를 공급할 수 있다. 또는 통신부(5290)를 사용하여, 다른 전자 기기의 입력부로부터 기록되는 정보를 취득할 수 있다. 이에 의하여, 예를 들어 휴대 가능한 퍼스널 컴퓨터를 사용하여, 넓은 표시 영역을 이용할 수 있다.
도 13의 (A)는 가속도 또는 방위를 검지하는 검지부(5250)를 포함하는 전자 기기를 나타낸 것이다. 일례로서, 고글형 전자 기기 등을 들 수 있다. 또는 검지부(5250)는 사용자의 위치 또는 사용자가 향하는 방향에 관한 정보를 공급할 수 있다. 또는 전자 기기는 사용자의 위치 또는 사용자가 향하는 방향에 기초하여 오른쪽 눈용 화상 정보 및 왼쪽 눈용 화상 정보를 생성할 수 있다. 또는 표시부(5230)는 오른쪽 눈용 표시 영역 및 왼쪽 눈용 표시 영역을 포함한다. 이에 의하여, 예를 들어 몰입감을 느낄 수 있는 가상 현실 공간의 영상을 고글형 전자 기기에 표시할 수 있다.
도 13의 (B)는 촬상 장치, 가속도 또는 방위를 검지하는 검지부(5250)를 포함하는 전자 기기를 나타낸 것이다. 일례로서 안경형 전자 기기 등을 들 수 있다. 또는 검지부(5250)는 사용자의 위치 또는 사용자가 향하는 방향에 관한 정보를 공급할 수 있다. 또는 전자 기기는 사용자의 위치 또는 사용자가 향하는 방향에 기초하여 화상 정보를 생성할 수 있다. 이에 의하여, 예를 들어 현실의 풍경에 정보를 첨부하여 표시할 수 있다. 또는 증강 현실 공간의 영상을 안경형 전자 기기에 표시할 수 있다.
또한 본 실시형태는 본 명세서의 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 실시형태 2에 기재된 발광 디바이스를 조명 장치로서 사용하는 구성에 대하여 도 14를 참조하여 설명한다. 또한 도 14의 (A)는 도 14의 (B)에 나타낸 조명 장치의 상면도에서의 선분 e-f를 따라 절단한 단면도이다.
본 실시형태의 조명 장치에서는 지지체인 투광성을 가지는 기판(400) 위에 제 1 전극(401)이 형성되어 있다. 제 1 전극(401)은 실시형태 2에서의 제 1 전극(101)에 상당한다. 제 1 전극(401) 측으로부터 발광을 추출하는 경우, 제 1 전극(401)을 투광성을 가지는 재료로 형성한다.
제 2 전극(404)에 전압을 공급하기 위한 패드(412)가 기판(400) 위에 형성된다.
제 1 전극(401) 위에는 EL층(403)이 형성되어 있다. EL층(403)의 구성은 실시형태 2에서의 EL층(103)의 구성에 상당한다. 또한 이들 구성에 대해서는 앞의 기재를 참조하면 좋다.
EL층(403)을 덮어 제 2 전극(404)을 형성한다. 제 2 전극(404)은 실시형태 2에서의 제 2 전극(102)에 상당한다. 발광을 제 1 전극(401) 측으로부터 추출하는 경우, 제 2 전극(404)은 반사율이 높은 재료로 형성된다. 제 2 전극(404)은 패드(412)와 접속됨으로써 전압이 공급된다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태에서 설명하는 조명 장치는 제 1 전극(401), EL층(403), 및 제 2 전극(404)을 포함하는 발광 디바이스를 포함한다. 상기 발광 디바이스는 발광 효율이 높기 때문에, 본 실시형태의 조명 장치의 소비 전력을 낮게 할 수 있다.
상기 구성을 가지는 발광 디바이스가 형성된 기판(400)과 밀봉 기판(407)을 실재(405, 406)를 사용하여 고착하고 밀봉함으로써, 조명 장치가 완성된다. 실재(405, 406)는 어느 한쪽만을 사용하면 좋다. 또한 내측의 실재(406)(도 14의 (B)에는 도시하지 않았음)에는 건조제를 섞을 수도 있고, 이로써 수분을 흡착시킬 수 있기 때문에 신뢰성이 향상된다.
또한 패드(412)와 제 1 전극(401)의 일부가 실재(405, 406)의 외부로 연장되면, 외부 입력 단자로서 기능할 수 있다. 또한 그 위에 컨버터 등이 탑재된 IC칩(420) 등을 제공하여도 좋다.
(실시형태 7)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 발광 장치 또는 그 일부인 발광 디바이스를 적용하여 제작되는 조명 장치의 응용예에 대하여 도 15를 참조하여 설명한다.
실내의 조명 장치로서는 천장 조명(8001)에 응용할 수 있다. 천장 조명(8001)에는 천장 직부형 및 천장 매립형이 있다. 또한 이러한 조명 장치는 발광 장치를 하우징 및 커버와 조합함으로써 구성된다. 또한 코드 펜던트형 조명(천장에서 코드로 매다는 조명)에도 응용할 수 있다.
또한 풋라이트(8002)는 바닥에 빛을 조사하여 발밑을 비추어 안전성을 높일 수 있다. 예를 들어 침실, 계단, 및 통로 등에서 사용하는 것이 효과적이다. 그 경우, 방의 크기 및 구조에 따라 크기 및 형상을 적절히 변경할 수 있다. 또한 발광 장치와 지지대를 조합하여 구성되는 거치형 조명 장치로 할 수도 있다.
또한 시트형 조명(8003)은 얇은 시트형의 조명 장치이다. 벽면에 붙여 사용하기 때문에, 공간을 크게 차지하지 않고 폭넓은 용도로 사용할 수 있다. 또한 면적을 크게 하는 것도 용이하다. 또한 곡면을 가지는 벽면, 하우징 등에 사용할 수도 있다.
또한 광원으로부터의 광의 방향이 원하는 방향만이 되도록 제어된 조명 장치(8004)를 사용할 수도 있다.
또한 전기 스탠드(8005)는 광원(8006)을 포함하고, 광원(8006)으로서는 본 발명의 일 형태인 발광 장치 또는 그 일부인 발광 디바이스를 적용할 수 있다.
또한 상기 이외에도 실내에 설치된 가구의 일부에 본 발명의 일 형태인 발광 장치 또는 그 일부인 발광 디바이스를 적용함으로써, 가구로서의 기능을 가지는 조명 장치로 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 발광 장치를 적용한 다양한 조명 장치를 얻을 수 있다. 또한 이들 조명 장치는 본 발명의 일 형태에 포함되는 것으로 한다.
또한 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시형태 8)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 발광 장치에 적용할 수 있는 발광 디바이스 및 수광 디바이스에 대하여 설명하기 위하여, 수발광 장치(810)에 대하여 도 16을 사용하여 설명한다. 또한 수발광 장치(810)는 발광 디바이스를 가지기 때문에 발광 장치라고 할 수도 있고, 수광 디바이스를 가지기 때문에 수광 장치라고 할 수도 있고, 전자 기기 등의 표시부에 적용할 수 있기 때문에 표시 패널 또는 표시 장치라고 할 수도 있다.
도 16의 (A)는 본 발명의 일 형태의 수발광 장치(810)에 포함되는 발광 디바이스(805a) 및 수광 디바이스(805b)의 단면 개략도이다.
발광 디바이스(805a)는 광을 방출하는 기능(이하, 발광 기능이라고도 함)을 가진다. 발광 디바이스(805a)는 전극(801a), EL층(803a), 및 전극(802)을 포함한다. 발광 디바이스(805a)는 실시형태 2에서 설명한 유기 EL을 이용하는 발광 디바이스(유기 EL 디바이스)인 것이 바람직하다. 따라서 전극(801a)과 전극(802) 사이에 끼워지는 EL층(803a)은 적어도 발광층을 포함한다. 발광층은 발광 물질을 포함한다. 전극(801a)과 전극(802) 사이에 전압을 인가함으로써, EL층(803a)으로부터 광이 방출된다. EL층(803a)은 발광층에 더하여 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 캐리어(정공 또는 전자) 차단층, 전하 발생층 등의 다양한 층을 포함하여도 좋다.
수광 디바이스(805b)는 광을 검출하는 기능(이하 수광 기능이라고도 함)을 가진다. 수광 디바이스(805b)로서는 예를 들어 pn형 또는 pin형 포토다이오드를 사용할 수 있다. 수광 디바이스(805b)는 전극(801b), 수광층(803b), 및 전극(802)을 포함한다. 전극(801b)과 전극(802) 사이에 끼워지는 수광층(803b)은 적어도 활성층을 포함한다. 또한 수광층(803b)에는 상술한 EL층(803a)에 포함되는 다양한 층(정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 캐리어(정공 또는 전자) 차단층, 전하 발생층 등)에 사용하는 재료를 사용할 수도 있다. 수광 디바이스(805b)는 광전 변환 디바이스로서 기능하고, 수광층(803b)에 입사하는 광에 의하여 전하를 발생시키고 전류로서 추출할 수 있다. 이때 전극(801b)과 전극(802) 사이에 전압을 인가하여도 좋다. 수광층(803b)에 입사하는 광량에 따라 발생하는 전하량이 결정된다.
수광 디바이스(805b)는 가시광을 검출하는 기능을 가진다. 수광 디바이스(805b)는 가시광에 감도를 가진다. 수광 디바이스(805b)는 가시광 및 적외광을 검출하는 기능을 가지는 것이 더 바람직하다. 수광 디바이스(805b)는 가시광 및 적외광에 감도를 가지는 것이 바람직하다.
또한 본 명세서 등에서 청색(B) 파장 영역은 400nm 이상 490nm 미만이고, 청색(B)의 광은 상기 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 가지는 것으로 한다. 또한 녹색(G) 파장 영역은 490nm 이상 580nm 미만이고, 녹색(G)의 광은 상기 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 가지는 것으로 한다. 또한 적색(R) 파장 영역은 580nm 이상 700nm 미만이고, 적색(R)의 광은 상기 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 가지는 것으로 한다. 또한 본 명세서 등에서 가시광 파장 영역은 400nm 이상 700nm 미만이고, 가시광은 상기 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 가지는 것으로 한다. 또한 적외(IR) 파장 영역은 700nm 이상 900nm 미만이고, 적외(IR)광은 상기 파장 영역에 적어도 하나의 발광 스펙트럼 피크를 가지는 것으로 한다.
수광 디바이스(805b)의 활성층은 반도체를 포함한다. 상기 반도체로서는 실리콘 등의 무기 반도체 및 유기 화합물을 포함하는 유기 반도체 등을 들 수 있다. 수광 디바이스(805b)로서는, 활성층에 유기 반도체를 포함하는 유기 반도체 디바이스(또는 유기 포토다이오드)를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 포토다이오드는 박형화, 경량화, 및 대면적화가 용이하고, 또한 형상 및 디자인의 자유도가 높기 때문에, 다양한 표시 장치에 적용할 수 있다. 또한 유기 반도체를 사용함으로써, 발광 디바이스(805a)에 포함되는 EL층(803a)과 수광 디바이스(805b)에 포함되는 수광층(803b)을 같은 방법(예를 들어 진공 증착법)으로 형성할 수 있어, 공통의 제조 장치를 사용할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 수광 디바이스(805b)의 수광층(803b)에는 본 발명의 일 형태인 유기 화합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 발광 디바이스(805a)로서 유기 EL 디바이스를 사용하고, 수광 디바이스(805b)로서 유기 포토다이오드를 적합하게 사용할 수 있다. 유기 EL 디바이스 및 유기 포토다이오드는 동일한 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서 유기 EL 디바이스를 사용한 표시 장치에 유기 포토다이오드를 내장시킬 수 있다. 본 발명의 일 형태인 표시 장치는 화상을 표시하는 기능에 더하여 촬상 기능 및 센싱 기능 중 한쪽 또는 양쪽도 가진다.
전극(801a) 및 전극(801b)은 동일한 면 위에 제공된다. 도 16의 (A)에는 전극(801a) 및 전극(801b)이 기판(800) 위에 제공된 구성을 나타내었다. 또한 전극(801a) 및 전극(801b)은 예를 들어 기판(800) 위에 형성된 도전막을 섬 형상으로 가공함으로써 형성할 수 있다. 즉 전극(801a) 및 전극(801b)은 같은 공정을 거쳐 형성할 수 있다.
기판(800)으로서는 발광 디바이스(805a) 및 수광 디바이스(805b)의 형성에 견딜 수 있는 내열성을 가지는 기판을 사용할 수 있다. 기판(800)으로서 절연성 기판을 사용하는 경우에는 유리 기판, 석영 기판, 사파이어 기판, 세라믹 기판, 유기 수지 기판 등을 사용할 수 있다. 또한 실리콘 또는 탄소화 실리콘 등을 재료로 한 단결정 반도체 기판, 다결정 반도체 기판, 실리콘 저마늄 등으로 이루어지는 화합물 반도체 기판, SOI 기판 등의 반도체 기판을 사용할 수 있다.
특히 기판(800)으로서는 트랜지스터 등의 반도체 소자를 포함하는 반도체 회로가 상술한 절연성 기판 또는 반도체 기판 위에 형성된 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 반도체 회로는 예를 들어 화소 회로, 게이트선 구동 회로(게이트 드라이버), 소스선 구동 회로(소스 드라이버) 등을 구성하는 것이 바람직하다. 또한 상기에 더하여 연산 회로, 기억 회로 등이 구성되어도 좋다.
또한 전극(802)은 발광 디바이스(805a)와 수광 디바이스(805b)가 공유하는 층으로 이루어지는 전극이다. 이들 전극 중 광을 방출하거나 광이 입사하는 측의 전극에는 가시광 및 적외광을 투과시키는 도전막을 사용한다. 광을 방출하지 않거나 광이 입사하지 않는 측의 전극에는 가시광 및 적외광을 반사하는 도전막을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태인 표시 장치에서의 전극(802)은 발광 디바이스(805a) 및 수광 디바이스(805b) 각각의 한쪽 전극으로서 기능한다.
도 16의 (B)에는 발광 디바이스(805a)의 전극(801a)이 전극(802)보다 높은 전위를 포함하는 경우를 나타내었다. 이때 전극(801a)은 발광 디바이스(805a)의 양극으로서 기능하고, 전극(802)은 음극으로서 기능한다. 또한 수광 디바이스(805b)의 전극(801b)은 전극(802)보다 낮은 전위를 가진다. 또한 도 16의 (B)에서는 전류가 흐르는 방향을 알기 쉽게 하기 위하여, 발광 디바이스(805a)의 왼쪽에 발광 다이오드의 회로 기호를 나타내고, 수광 디바이스(805b)의 오른쪽에 포토다이오드의 회로 기호를 나타내었다. 또한 캐리어(전자 및 정공)가 흐르는 방향을 화살표를 사용하여 각 디바이스 내에 모식적으로 나타내었다.
도 16의 (B)에 나타낸 구성의 경우, 전극(801a)에 제 1 배선을 통하여 제 1 전위가 공급되고, 전극(802)에 제 2 배선을 통하여 제 2 전위가 공급되고, 전극(801b)에 제 3 배선을 통하여 제 3 전위가 공급될 때, 각 전위의 대소 관계는 제 1 전위>제 2 전위>제 3 전위가 된다.
또한 도 16의 (C)에는 발광 디바이스(805a)의 전극(801a)이 전극(802)보다 낮은 전위를 포함하는 경우를 나타내었다. 이때, 전극(801a)은 발광 디바이스(805a)의 음극으로서 기능하고, 전극(802)은 양극으로서 기능한다. 또한 수광 디바이스(805b)의 전극(801b)은 전극(802)보다 낮은 전위를 포함하고, 또한 전극(801a)보다 높은 전위를 가진다. 또한 도 16의 (C)에서는 전류가 흐르는 방향을 알기 쉽게 하기 위하여, 발광 디바이스(805a)의 왼쪽에 발광 다이오드의 회로 기호를 나타내고, 수광 디바이스(805b)의 오른쪽에 포토다이오드의 회로 기호를 나타내었다. 또한 캐리어(전자 및 정공)가 흐르는 방향을 각 디바이스 내에 모식적으로 화살표로 나타내었다.
도 16의 (C)에 나타낸 구조의 경우, 전극(801a)에 제 1 배선을 통하여 제 1 전위가 공급되고, 전극(802)에 제 2 배선을 통하여 제 2 전위가 공급되고, 전극(801b)에 제 3 배선을 통하여 제 3 전위가 공급될 때, 각 전위의 대소 관계는 제 2 전위>제 3 전위>제 1 전위가 된다.
도 17의 (A)에는 수발광 장치(810)의 변형예인 수발광 장치(810A)를 나타내었다. 수발광 장치(810A)는 공통층(806) 및 공통층(807)을 포함한다는 점에서 수발광 장치(810)와 다르다. 발광 디바이스(805a)에서 공통층(806) 및 공통층(807)은 EL층(803a)의 일부로서 기능한다. 또한 수광 디바이스(805b)에서 공통층(806) 및 공통층(807)은 수광층(803b)의 일부로서 기능한다. 또한 공통층(806)은 예를 들어 정공 주입층 및 정공 수송층을 포함한다. 또한 공통층(807)은 예를 들어 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함한다.
공통층(806) 및 공통층(807)을 포함하는 구성으로 함으로써, 구분하여 형성하는 횟수를 크게 증가시키지 않고 수광 디바이스를 내장시킬 수 있기 때문에, 수발광 장치(810A)를 높은 스루풋으로 제조할 수 있다.
도 17의 (B)에는 수발광 장치(810)의 변형예인 수발광 장치(810B)를 나타내었다. 수발광 장치(810B)는 EL층(803a)이 층(806a) 및 층(807a)을 포함하고, 또한 수광층(803b)이 층(806b) 및 층(807b)을 포함하는 점에서 수발광 장치(810)와 다르다. 층(806a) 및 층(806b)은 각각 다른 재료로 구성되고, 예를 들어 정공 주입층 및 정공 수송층을 포함한다. 또한 층(806a) 및 층(806b)은 각각 같은 재료로 구성되어도 좋다. 또한 층(807a) 및 층(807b)은 각각 다른 재료로 구성되고, 예를 들어 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함한다. 층(807a) 및 층(807b)은 각각 같은 재료로 구성되어도 좋다.
층(806a) 및 층(807a)에 발광 디바이스(805a)를 구성하는 데 최적인 재료를 선택하고, 층(806b) 및 층(807b)에 수광 디바이스(805b)를 구성하는 데 최적인 재료를 선택함으로써, 수발광 장치(810B)에서 발광 디바이스(805a) 및 수광 디바이스(805b) 각각의 성능을 높일 수 있다.
또한 본 실시형태에서 설명하는 수광 디바이스(805b)의 정세도는 100ppi 이상, 바람직하게는 200ppi 이상, 더 바람직하게는 300ppi 이상, 더 바람직하게는 400ppi 이상, 더 바람직하게는 500ppi 이상이고, 2000ppi 이하, 1000ppi 이하, 또는 600ppi 이하 등으로 할 수 있다. 특히 200ppi 이상 600ppi 이하, 바람직하게는 300ppi 이상 600ppi 이하의 정세도로 수광 디바이스(805b)를 배치함으로써, 지문의 촬상에 적합하게 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 사용하여 지문 인증을 수행하는 경우, 수광 디바이스(805b)의 정세도를 높임으로써, 예를 들어 지문의 특징점(Minutia)을 높은 정밀도로 추출할 수 있어, 지문 인증의 정밀도를 높일 수 있다. 또한 정세도가 500ppi 이상이면, NIST(National Institute of Standards and Technology) 등의 규격에 준거할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 수광 디바이스의 정세도를 500ppi로 가정한 경우, 1화소당 크기는 50.8μm가 되므로, 지문의 폭(대표적으로는 300μm 이상 500μm 이하)을 촬상하기에 충분한 정세도임을 알 수 있다.
또한 본 실시형태에 기재된 구성은 다른 실시형태에 기재된 구성과 적절히 조합하여 사용할 수 있다.
(실시예 1)
<합성예 1>
본 합성예에서는 실시형태 1에서 설명한 구조식(101)으로 나타내어지는 유기 화합물인, 11-[4-(바이페닐-4-일)-6-페닐-1,3,5-트라이아진-2-일]-11,12-다이하이드로-12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-d10(약칭: BP-Icz(II)Tzn-d10)의 합성 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
[화학식 34]
<단계 1: 11,12-다이하이드로-11-페닐인돌로[2,3-a]카바졸)-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-d10의 합성>
200mL 3구 플라스크에 1.15g(4.19mmol)의 오염화 몰리브데넘(V)(약칭: MoCl5), 20mL의 중수소화 톨루엔(약칭: toluene-d8)을 넣고, 교반하면서 3.42g(9.99mmol)의 11,12-다이하이드로-11-페닐인돌로[2,3-a]카바졸을 첨가하였다. 다음으로 이 혼합물을 질소 기류하에서 100℃, 12시간 교반하였다. 반응 후, 이 혼합물에 톨루엔과 2mol/L의 염산을 첨가하고, 수성층과 유기층을 분리하고 나서, 수성층을 톨루엔으로 추출하였다. 얻어진 유기층을, 포화 탄산 수소소듐 수용액과 포화 염화소듐 수용액으로 세정한 후, 황산 마그네슘으로 건조하였다. 이 혼합물을 자연 여과에 의하여 여과 분리하고, 여과액을 농축하여 고체를 얻었다.
얻어진 고체를 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(톨루엔:헥세인=1:1)로 정제하였다. 프랙션을 농축하고, 건조하여 목적물인 11,12-다이하이드로-11-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-d10의 백색 고체를 1.80g(수율: 52.6%) 얻었다. 단계 1의 합성 스킴(A-1)을 아래에 나타낸다.
[화학식 35]
얻어진 백색 고체를 질량 분석한 결과, 목적물인 11,12-다이하이드로-11-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-d10(질량수 342)이 얻어진 것을 확인하였다.
또한 얻어진 백색 고체의 중수소화 클로로폼(약칭: CDCl3) 용액의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의하여 목적물인 11,12-다이하이드로-11-페닐인돌로[2,3-a]카바졸)-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-d10이 얻어진 것을 확인하였다.
1H-NMR(CDCl3, 500MHz):δ=7.49(br, 1H), 7.64-7.75(m, 5H)
<단계 2: BP-Icz(II)Tzn-d10의 합성>
200mL 3구 플라스크에 단계 1에서 얻어진 1.80g(5.25mmol)의 11,12-다이하이드로-11-페닐인돌로[2, 3-a]카바졸-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-d10, 2.62g(7.61mmol)의 2-([1,1-바이페닐]-4-일)-4-클로로-6-페닐-1,3,5-트라이아진, 1.21g(12.6mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드(약칭: tBuONa), 60mL의 자일렌을 첨가하였다. 다음으로 플라스크 내를 질소 치환한 후, 혼합물을 감압하에서 교반하여 탈기하였다. 다음으로 플라스크 내를 질소 기류하에서 90℃로 가열하고, 78mg(0.15mmol)의 비스(트라이-tert-뷰틸포스핀)팔라듐(0)(약칭: Pd(t-Bu3P)2)을 첨가한 후, 110℃까지 승온하여 9시간 교반하였다. 반응 후, 혼합물에 물을 첨가하여 흡인 여과하고, 여과물을 물과 에탄올로 세정하였다. 얻어진 잔사(residue)를 가열한 톨루엔에서 용해하고, 셀라이트와 알루미나를 통하여 흡인 여과하였다. 여과액을 농축한 후, 톨루엔과 헥세인으로 재결정하고, 건조하여 담황색 고체를 2.0g(수율: 58.7%) 얻었다. 단계 2의 합성 스킴(A-2)을 아래에 나타낸다.
[화학식 36]
<승화 정제>
얻어진 담황색 고체 1.97g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 압력 2.75Pa, 아르곤 유량 12mL/min, 285℃의 조건으로 17시간 가열하고, 승화 정제로 황색 고체 1.47g(회수율: 71%)을 얻었다. 질량 분석의 결과, 목적물인 BP-Icz(II)Tzn-d10(질량수 649)이 얻어진 것이 확인되었다.
또한 승화 정제 후의 BP-Icz(II)Tzn-d10의 중수소화 다이클로로메테인(약칭: CD2Cl2) 용액의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)의 차트를 도 18의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 이 결과를 보아도 BP-Icz(II)Tzn-d10이 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR(CD2Cl2, 500MHz):δ=6.86-6.90(m, 1H), 7.07-7.09(m, 4H), 7.35-7.51(m, 5H), 7.59(t, J=6.8Hz, 1H), 7.68(d, J=8.5Hz, 2H), 7.72(d, J=8.0Hz, 2H), 8.47(d, J=8.5Hz, 2H), 8.51(d, J=8.0Hz, 2H)
또한 도 18의 (B)에서 δ=8.6ppm 부근 및 8.1ppm 내지 8.4ppm 부근 외에 미소한 시그널이 확인되었다. 이것은 합성 스킴(A-1)에서 중수소로 치환되지 않고 남은 수소인 것으로 추정된다. 후술하는 바와 같이 인돌로카바졸 골격의 중수소화율을 추산하였다.
도 19의 (A)는 BP-Icz(II)Tzn-d10의 비중수소화물인 BP-Icz(II)Tzn의 1H-NMR 차트이다. 또한 도 19의 (B)는 δ=8.6ppm 부근(δ=8.57ppm 내지 8.63ppm)에서의 BP-Icz(II)Tzn-d10과 BP-Icz(II)Tzn을 비교하는 확대도이다. δ=8.6ppm 부근에서의 시그널의 면적 비율로부터, BP-Icz(II)Tzn-d10의 인돌로카바졸 골격의 중수소화율은 80% 내지 90% 정도로 추산되었다.
또한 BP-Icz(II)Tzn은 공지의 합성 방법을 사용하여 제조하였다. 그 분자 구조에 대해서는 실시예 3에서 설명한다.
<발광 스펙트럼 및 흡수 스펙트럼의 측정>
BP-Icz(II)Tzn-d10의 다이클로로메테인 용액에서의 자외 가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정하였다.
도 20은 흡수 강도의 파장 의존성 또는 발광 강도의 파장 의존성을 나타낸 도면이다. 용액 상태의 자외 가시 흡수 스펙트럼은 용매(다이클로로메테인)만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼을, BP-Icz(II)Tzn-d10의 용액을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼에서 뺌으로써 얻었다. 또한 여기서 제작한 측정 샘플(석영 셀에 용액을 넣은 상태)을 발광 소자, 발광 디바이스 또는 발광 유닛 등이라고 부르는 경우도 있다.
BP-Icz(II)Tzn-d10의 다이클로로메테인 용액의 자외 가시 흡수 스펙트럼은 261nm, 289nm, 316nm, 360nm 부근에 흡수 강도의 피크를 가진다(도 20 참조). 또한 발광 스펙트럼은 579nm 부근(여기광은 365nm)에 발광 강도의 피크를 가진다.
또한 자외 가시 흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조 V-770DS)를 사용하였다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 형광 광도계(JASCO Corporation 제조, FP-8600DS)를 사용하였다.
다음으로 박막의 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼을 도 21에 나타내었다. 고체 박막은 석영 기판 위에 진공 증착법으로 제작하였다. 박막의 흡수 스펙트럼은 석영 기판의 흡수 스펙트럼을 석영 기판 위에 성막한 BP-Icz(II)Tzn-d10의 흡수 스펙트럼에서 뺌으로써 얻었다. 또한 여기서 제작한 측정 샘플(기판 위에 박막을 형성한 상태)을 발광 소자, 발광 디바이스, 또는 발광 유닛 등이라고 부르는 경우도 있다.
도 21에서 BP-Icz(II)Tzn-d10의 박막은 262nm, 294nm, 374nm, 393nm 부근에 흡수 피크가 확인되고, 발광 파장의 피크는 538nm(여기 파장 375nm)이었다. 이 결과, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 BP-Icz(II)Tzn-d10은 발광 물질 또는 가시 영역의 발광 물질과 함께 사용하는 호스트 재료로서도 유효하게 이용할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
BP-Icz(II)Tzn-d10의 유리 전이 온도(Tg)를 측정하였다. Tg는 시차 주사 열량 측정 장치(PerkinElmer Japan Co., Ltd. 제조, PYRIS1DSC)를 사용하고, 알루미늄 셀에 분말을 올려 측정하였다. 이 결과, BP-Icz(II)Tzn-d10의 Tg는 153℃이었다.
또한 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정을 기반으로 BP-Icz(II)Tzn-d10의 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 산출하였다. 산출 방법에 대해서는 이하에서 설명한다.
측정 장치에는 전기 화학 애널라이저(BAS Inc. 제조, 형식 번호: ALS 모델 600A 또는 600C)를 사용하였다. CV 측정에 사용되는 용액은 용매로서 탈수 다이메틸폼아마이드(DMF)(Sigma-Aldrich Inc. 제조, 99.8%, 카탈로그 번호; 22705-6)를 사용하여, 지지 전해질인 과염소산 테트라-n-뷰틸암모늄(n-Bu4NClO4)(Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. 제조, 카탈로그 번호; T0836)을 100mmol/L의 농도가 되도록 용해시키고, 또한 측정 대상을 2mmol/L의 농도가 되도록 용해시켜 조제하였다.
또한 작용 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, PTE 백금 전극)을, 보조 전극으로서는 백금 전극(BAS Inc. 제조, VC-3용 Pt카운터 전극(5cm))을, 참조 전극으로서는 Ag/Ag+전극(BAS Inc. 제조, RE7 비수 용매계 참조 전극)을 각각 사용하였다. 또한 측정은 실온(20℃ 이상 25℃ 이하)에서 수행하였다.
또한 CV 측정 시의 스캔 속도는 0.1V/sec로 통일하고, 참조 전극에 대한 산화 전위 Ea[V] 및 환원 전위 Ec[V]를 측정하였다. Ea는 산화-환원파의 중간 전위로 하고, Ec는 환원-산화파의 중간 전위로 하였다. 여기서, 본 실시예에서 사용하는 참조 전극의 진공 준위에 대한 퍼텐셜 에너지는 -4.94[eV]인 것이 알려져 있기 때문에, HOMO 준위[eV]=-4.94-Ea, LUMO 준위[eV]=-4.94-Ec라는 식으로부터 HOMO 준위 및 LUMO 준위를 각각 산출할 수 있다.
또한 CV 측정을 100번 반복하고, 100사이클째의 측정에서의 산화-환원파와, 1사이클째의 산화-환원파를 비교하여 화합물의 전기적 안정성을 조사하였다.
이에 따라, BP-Icz(II)Tzn-d10의 산화 전위 Ea[V]를 측정한 결과, HOMO 준위는 -5.8eV인 것을 알 수 있었다. 한편으로 환원 전위 Ec[V]를 측정한 결과, LUMO 준위는 -2.99eV인 것을 알 수 있었다. 또한 산화-환원파의 반복 측정에서 첫 번째 사이클의 파형과 100번째 사이클 후의 파형을 비교한 결과, Ea 측정에서는 93%, Ec 측정에서는 89%의 피크 강도를 유지하였기 때문에 BP-Icz(II)Tzn-d10은 산화 및 환원에 대한 내성이 매우 양호하다는 것이 확인되었다. 이 결과, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 BP-Icz(II)Tzn-d10은 발광 물질, 정공 수송 재료, 전자 수송성 재료로서도 유효하게 이용할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
<굴절률 측정>
BP-Icz(II)Tzn-d10의 굴절률을 분광 엘립소미터(J.A. Woollam Japan Corp. 제조, M-2000U)를 사용하여 측정하였다. 측정에는 석영 기판 위에 BP-Icz(II)Tzn-d10을 진공 증착법으로 약 60nm 성막한 막을 사용하였다. 파장 633nm에서 정상광선의 굴절률인 n Ordinary(no)는 1.79이었다. 이 결과, 발광 장치에서 음극 위에 제공되는 캡층 재료로서도 효과적으로 이용할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 캡층 재료로서는 굴절률이 1.75 이상 2.50 이하인 것이 바람직하다.
또한 정공 수송성 재료 또는 전자 수송성 재료로서 사용하는 경우, 굴절률을 낮게 함으로써 발광 디바이스의 효율을 높일 수 있다. 굴절률을 낮게 하는 방법으로서는 BP-Icz(II)Tzn-d10에 치환기로서 알킬기를 사용함으로써 굴절률을 1.50 이상 1.75 이하로 조정할 수 있다.
(실시예 2)
<합성예 2>
본 합성예에서는 실시형태 1에서 설명한 구조식(105)으로 나타내어지는 유기 화합물인 11-[4-(바이페닐-4-일)-6-페닐-1,3,5-트라이아진-2-일]-11,12-다이하이드로-12-(바이페닐-3-일)-인돌로[2,3-a]카바졸-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-d10(약칭: BP-mBPIcz(II)Tzn-d10)의 합성 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
[화학식 37]
<단계 1: 11,12-다이하이드로-11-(바이페닐-3-일)-인돌로[2,3-a]카바졸의 합성>
200mL 3구 플라스크에 4.23g(16.5mmol)의 11,12-다이하이드로인돌로[2,3-a]카바졸, 3.50g(15.0mmol)의 3-브로모바이페닐, 1.9g(19.8mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드(약칭: tBuONa), 233mg(0.57mmol)의 2-다이사이클로헥실포스피노-2',6'-다이메톡시바이페닐(약칭: S-Phos), 75mL의 자일렌을 첨가하였다. 다음으로 플라스크 내를 질소 치환한 후, 혼합물을 감압하에서 교반하여 탈기하였다. 다음으로 플라스크 내를 질소 기류하에서 70℃로 가열하고, 103mg(0.18mmol)의 비스(다이벤질리덴아세톤) 팔라듐(0)(약칭: Pd(dba)2)을 첨가한 후, 120℃까지 승온하고 13시간 교반한 다음에 130℃까지 더 승온하고 3.5시간 교반하였다. 반응 후, 혼합물을 흡인 여과하여 톨루엔으로 세정하였다. 얻어진 여과액을 농축하고, 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(톨루엔:헥세인=1:1)로 정제하였다. 프랙션을 농축하여 목적물인 11,12-11-(바이페닐-3-일)-다이하이드로인돌로[2,3-a]카바졸의 고체를 3.9g(수율 98%) 얻었다. 단계 1의 합성 스킴(B-1)을 아래에 나타낸다.
[화학식 38]
<단계 2: 11,12-다이하이드로-11-(바이페닐-3-일)-인돌로[2,3-a]카바졸-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-d10의 합성>
200mL 3구 플라스크에 단계 1에서 얻어진 3.9g(9.56mmol)의 11,12-11-(바이페닐-3-일)-다이하이드로인돌로[2,3-a]카바졸, 20mL의 중수소화 톨루엔(약칭: toluene-d8)을 첨가하고, 질소 치환한 후 교반하면서 2.43g(8.89mmol)의 오염화 몰리브데넘(V)(약칭: MoCl5)을 첨가하였다. 다음으로 이 혼합물을 질소 기류하에서 100℃, 4시간 교반하였다. 반응 후, 이 혼합물에 톨루엔과 2mol/L의 염산을 첨가하고, 수성층을 톨루엔으로 추출하였다. 얻어진 유기층을, 포화 탄산 수소소듐 수용액과 포화 염화소듐 수용액으로 세정한 후, 황산 마그네슘으로 건조하였다. 이 혼합물을 자연 여과에 의하여 여과 분리하고, 여과액을 농축하여 목적물인 11,12-다이하이드로-12-(바이페닐-3-일)-인돌로[2,3-a]카바졸-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-d10의 고체를 2.2g(수율: 55%) 얻었다. 단계 2의 합성 스킴(B-2)을 아래에 나타낸다.
[화학식 39]
얻어진 백색 고체를 질량 분석한 결과, 목적물인 11,12-다이하이드로-12-(바이페닐-3-일)-인돌로[2, 3-a]카바졸-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-d10(질량수 418)이 얻어진 것을 확인하였다.
또한 얻어진 백색 고체의 중수소화 클로로폼(약칭: CDCl3) 용액의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의하여 목적물인 11,12-다이하이드로-12-(바이페닐-3-일)-인돌로[2,3-a]카바졸-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-d10이 얻어진 것을 확인하였다.
1H-NMR(CDCl3, 500MHz):δ=7.46-7.49(m, 3H), 7.61(br, 1H), 7.67-7.70(m, 3H), 7.78-7.81(m, 1H), 7.88(d,J=7.5Hz, 1H), 7.93(s, 1H)
<단계 3: BP-mBPIcz(II)Tzn-d10의 합성>
200mL 3구 플라스크에 단계 2에서 얻어진 2.02g(4.82mmol)의 11,12-다이하이드로-12-(바이페닐-3-일)-인돌로[2,3-a]카바졸-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-d, 3.60g(10.5mmol)의 2-([1,1-바이페닐]-4-일)-4-클로로-6-페닐-1,3,5-트라이아진, 1.11g(11.8mmol)의 소듐-tert-뷰톡사이드(약칭: tBuONa), 60mL의 자일렌을 첨가하였다. 다음으로 이 혼합물을 감압하에서 교반하여 탈기하고, 플라스크 내를 질소 치환하였다. 다음으로 플라스크 내를 질소 기류하에서 90℃로 가열하고, 80mg(0.16mmol)의 비스(트라이-tert-뷰틸포스핀) 팔라듐(0)(약칭: Pd(t-Bu3P)2)을 첨가한 후, 110℃까지 승온하여 5시간 교반하였다. 반응 후, 혼합물에 물을 첨가하고 흡인 여과하고, 여과액에 아세트산에틸과 물을 첨가하고 수성층을 추출하였다. 얻어진 유기층을, 포화 염화소듐 수용액으로 세정한 후 황산 마그네슘으로 건조하였다. 여과액을 농축하여 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피(아세트산에틸:헥세인=1:20)로 정제하였다. 프랙션을 농축하고 건조시켜 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10의 담황색 고체를 2.3g(수율: 66%) 얻었다. 단계 3의 합성 스킴(B-3)을 아래에 나타낸다.
[화학식 40]
<승화 정제>
얻어진 담황색 고체 2.28g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 압력 3.07Pa, 아르곤 유량 10mL/min, 295℃의 조건으로 21시간 가열하고, 승화 정제로 담황색 고체 1.99g(회수율: 87%)을 얻었다. 질량 분석의 결과, 목적물인 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10(질량수 736)이 얻어진 것이 확인되었다.
승화 정제 후의 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10의 중수소화 다이클로로메테인(약칭: CD2Cl2) 용액의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)의 차트를 도 22의 (A) 및 (B)에 나타내었다. 이 결과를 보면 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10이 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR(CD2Cl2, 500MHz):δ=7.05-7.15(m, 3H), 7.55-7.66(m, 16H), 8.29(br, 2H), 8.48(br, 2H)
실시예 1과 마찬가지로 인돌로카바졸 골격의 중수소화율을 추산한 결과, 인돌로카바졸 골격의 중수소화율은 75% 내지 90%이었다.
<발광 스펙트럼 및 흡수 스펙트럼 측정>
BP-mBPIcz(II)Tzn-d10의 다이클로로메테인 용액에서의 자외 가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 측정하였다. 측정 방법, 측정 기기 등은 다른 실시예와 마찬가지이다.
도 23은 흡수 강도의 파장 의존성 또는 발광 강도의 파장 의존성을 나타낸 것이다. BP-mBPIcz(II)Tzn-d10의 다이클로로메테인 용액의 자외 가시 흡수 스펙트럼은 256nm, 289nm, 315nm, 364nm 부근에 흡수 강도의 피크를 가진다. 또한 발광 스펙트럼은, 563nm 부근(여기광 371nm)에 발광 강도의 피크를 가진다.
BP-mBPIcz(II)Tzn-d10의 유리 전이 온도(Tg)를 측정하였다. Tg는 시차 주사 열량 측정 장치(PerkinElmer Japan Co., Ltd. 제조, PYRIS1DSC)를 사용하고, 알루미늄 셀에 분말을 올려 측정하였다. 이 결과, BP-mBPIcz(II)Tzn-d10의 Tg는 148℃이었다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 실시형태에서 설명한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스에 사용한 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 41]
(발광 디바이스 1의 제작 방법)
본 실시예에서 나타낸 발광 디바이스 1은 도 24에 나타낸 바와 같이 유리 기판(900) 위에 형성된 제 1 전극(901) 위에 정공 주입층(911), 정공 수송층(912), 발광층(913), 전자 수송층(914), 및 전자 주입층(915)이 순차적으로 적층되고, 전자 주입층(915) 위에 제 2 전극(902)이 적층된 구조를 가진다.
우선 유리 기판(900) 위에 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법으로 성막하고, 제 1 전극(901)을 형성하였다. 또한 그 막 두께는 70nm로 하고, 전극 면적은 2mm×2mm로 하였다.
다음으로, 기판 위에 발광 디바이스를 형성하기 위한 전처리로서 기판의 표면을 물로 세정하고, 200℃에서 1시간 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 수행하였다. 그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(901)이 형성된 면이 아래쪽이 되도록 제 1 전극(901)이 형성된 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 기판 홀더에 고정하고, 제 1 전극(901) 위에 저항 가열을 사용한 증착법으로 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)과, 분자량 672이고 플루오린을 포함하는 전자 억셉터 재료(OCHD-003)를 중량비로 1:0.03(=PCBBiF:OCHD-003)이 되도록 10nm 공증착하여 정공 주입층(911)을 형성하였다.
다음으로 정공 주입층(911) 위에 PCBBiF를 막 두께 40nm가 되도록 증착한 후, 4,4'-다이페닐-4''-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트라이페닐아민(약칭: PCBBi1BP)을 막 두께 10nm가 되도록 증착하여 정공 수송층(912)을 형성하였다.
이어서 정공 수송층(912) 위에, 실시예 1에서 합성 방법을 설명한 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 BP-Icz(II)Tzn-d10(구조식(101))과, 9-(2-나프틸)-9'-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸(약칭: βNCCP)과, [2-d3-메틸-8-(2-피리딘일-κN)벤조퓨로[2,3-b]피리딘-κC]비스[2-(5-d3-메틸-2-피리딘일-κN2)페닐-κC]이리듐(III)(약칭: Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3))을 중량비로 0.5:0.5:0.1(=BP-Icz(II)Tzn-d10:βNCCP:Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3))이 되도록 40nm 공증착하여 발광층(913)을 형성하였다.
그 후, 발광층(913) 위에 2-{3-[3-(N-페닐-9H-카바졸-3-일)-9H-카바졸-9-일]페닐}다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mPCCzPDBq)을 막 두께 10nm가 되도록 증착한 후, 2,9-다이(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)을 막 두께 25nm가 되도록 증착하여 전자 수송층(914)을 형성하였다.
전자 수송층(914)을 형성한 후, 플루오린화 리튬(LiF)을 1nm 증착하여 전자 주입층(915)을 형성하고, 이어서 알루미늄(Al)을 막 두께 200nm가 되도록 증착함으로써 제 2 전극(902)을 형성하여 본 실시예의 발광 디바이스 1을 제작하였다.
(비교 발광 디바이스 2의 제작 방법)
비교 발광 디바이스 2는 발광 디바이스 1에서 발광층(913)에 사용한 BP-Icz(II)Tzn-d10을, BP-Icz(II)Tzn으로 치환한 구조를 가진다. 즉 비교 발광 디바이스 2는 정공 수송층(912) 위에 BP-Icz(II)Tzn과, βNCCP와, Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3)을 중량비로 0.5:0.5:0.1(=BP-Icz(II)Tzn:βNCCP:Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3))이 되도록 40nm 공증착하여 발광층(913)을 형성한 점 이외는 비교 발광 디바이스 1과 마찬가지로 제작하였다.
상기 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스의 소자 구조를 아래의 표에 정리한다.
상기 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 2에 대하여, 발광 디바이스가 대기에 노출되지 않도록 질소 분위기의 글로브 박스 내에서 유리 기판에 의하여 밀봉하는 작업(실재를 소자의 주위에 도포하고, 밀봉 시에 UV 처리 및 80℃에서 1시간의 열처리)을 수행한 후, 이들 발광 디바이스의 초기 특성을 측정하였다.
발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 2의 휘도-전류 밀도 특성을 도 25에 나타내고, 전류 효율-휘도 특성을 도 26에 나타내고, 휘도-전압 특성을 도 27에 나타내고, 전류-전압 특성을 도 28에 나타내고, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 29에 나타내고, 발광 스펙트럼을 도 30에 나타내었다. 또한 각 발광 디바이스의 1000cd/m2 부근에서의 주요 특성을 표 2에서 정리한다. 또한 휘도, CIE 색도, 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하였다. 또한 외부 양자 효율은 분광 방사계를 사용하여 측정한 휘도와 발광 스펙트럼을 사용하고, 배광 특성이 램버시안(Lambertian)형인 것으로 가정하여 산출하였다.
도 25 내지 도 30을 보면, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스인 발광 디바이스 1은 비교 발광 디바이스 2와 발광 효율이 같은 것을 알 수 있었다.
또한 도 31은 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 2에 2mA(50mA/cm2)의 전류를 공급하고, 정전류 구동을 수행한 경우의 구동 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸 것이다. 도 31을 보면 발광 디바이스 1은 비교 발광 디바이스 2와 비교하여 수명이 길어진 것을 알 수 있었다. 따라서 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 BP-Icz(II)Tzn-d10을 사용함으로써 BP-Icz(II)Tzn을 사용하는 경우보다 발광 디바이스의 수명이 더 길어지는 것을 알 수 있었다. 즉 BP-Icz(II)Tzn에 포함되는 인돌로카바졸 골격을 중수소화함으로써 탄소-수소 결합의 해리를 억제하고, 상기 유기 화합물을 사용하는 발광 디바이스의 수명을 더 길게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.
다음으로 상술한 발광 디바이스 1의 발광층(913)에서의 BP-Icz(II)Tzn-d10과 βNCCP의 중량비를 각각 0.3:0.7, 0.4:0.6, 및 0.6:0.4로 변화시킨 발광 디바이스 1-a, 발광 디바이스 1-b, 및 발광 디바이스 1-c를 제작하였다. 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 1-a, 발광 디바이스 1-b, 및 발광 디바이스 1-c에서의 BP-Icz(II)Tzn-d10과 βNCCP와 Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3)의 중량비를 아래의 표에 정리한다.
도 32는 발광 디바이스 1, 발광 디바이스 1-a, 발광 디바이스 1-b, 및 발광 디바이스 1-c에 2mA(50mA/cm2)의 전류를 공급하고, 정전류 구동을 수행한 경우의 구동 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸 것이다. 도 32를 보면 발광층(913)에서의 BP-Icz(II)Tzn-d10의 비율이 높을수록 발광 디바이스의 수명이 길어진 것을 알 수 있었다.
여기서 BP-Icz(II)Tzn-d10의 HOMO 궤도의 분포의 해석을 수행하였다. 계산 방법은 화합물의 단일항 바닥 상태(S0)에 관하여, S0 준위가 가장 낮아지는 가장 안정적인 구조에서의 진동(스핀 밀도) 해석을 수행하였다. 계산 방법으로서는 밀도 범함수법(DFT: Density Functional Theory)을 사용하였다. DFT로 산출되는 총에너지는 퍼텐셜 에너지, 전자 간 정전 에너지, 전자의 운동 에너지, 및 복합한 전자 간의 상호 작용을 모두 포함하는 교환 상관 에너지의 합으로 나타내어진다. DFT에서는, 전자 밀도로 표현된 한 전자 퍼텐셜의 범함수(함수의 함수를 의미함)로 교환 상관 상호 작용을 근사하기 때문에 계산이 빠르다. 여기서는, 혼합 범함수인 B3LYP를 사용하여 교환-상관 에너지에 관련된 각 파라미터의 가중치를 규정하였다. 또한 기저 함수로서 6-311G(d,p)를 사용하였다. 계산 프로그램에는 Gaussian 09를 사용하였다. 그 결과를 도 33에 나타내었다.
도 33에서 분자에 넣은 그림자는 BP-Icz(II)Tzn-d10에서의 HOMO의 분포를 나타낸 것이다. 도 33을 보면 인돌로카바졸 골격 위에 HOMO가 분포되어 있는 것을 알 수 있었다.
즉 BP-Icz(II)Tzn-d10이 정공을 받을 때, HOMO가 분포되는 인돌로카바졸 골격이 정공을 받는다고 생각된다. 즉 BP-Icz(II)Tzn-d10을 발광 디바이스에 사용함으로써 인돌로카바졸 골격에서 탄소-수소 결합의 해리가 일어나는 것을 방지할 수 있다고 생각된다.
또한 발광층(913)에 사용한 βNCCP도 정공 수송성 재료이고, 정공을 받는 기능을 가지지만, 정공을 받음으로써 열화되는 경우가 있다. 발광층(913)에서 BP-Icz(II)Tzn-d10의 비율을 높이고 βNCCP의 비율을 낮춤으로써, 열화되기 더 어려운 BP-Icz(II)Tzn-d10이 받은 정공의 양이 많아지므로 βNCCP가 열화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의하여 도 32에 나타낸 바와 같이 발광층(913)에서의 BP-Icz(II)Tzn-d10의 비율이 높을수록, 발광 디바이스의 수명이 길어졌다고 생각된다.
(실시예 4)
구조식(105)으로 나타내어지는 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10에 대해서도, 실시예 3과 마찬가지로 HOMO 궤도의 분포의 해석을 수행하였다. 그 결과를 도 34에 나타내었다.
도 34에서 분자에 넣은 그림자는 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10에서의 HOMO의 분포를 나타낸 것이다. 도 34를 보면 인돌로카바졸 골격 위에 HOMO가 분포되어 있는 것을 알 수 있었다.
이 계산 결과를 보면, 실시예 3과 마찬가지로 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10이 정공을 받을 때 HOMO가 분포되는 인돌로카바졸 골격이 정공을 받는다고 생각된다. 즉 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10을 발광 디바이스에 사용함으로써 인돌로카바졸 골격에서 탄소-수소 결합의 해리가 일어나는 것을 방지할 수 있고, 발광 수명을 길게 할 수 있다. 또한 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10의 비율이 높을수록 발광 디바이스의 수명을 길게 할 수 있다.
(실시예 5)
본 실시예에서는, 실시형태에서 설명한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 및 비교 발광 디바이스에 사용한 유기 화합물의 구조식을 이하에 나타낸다.
[화학식 42]
(발광 디바이스 3의 제작 방법)
발광 디바이스 3은 실시예 3에서 설명한 발광 디바이스 1에서 발광층(913)에 사용한 BP-Icz(II)Tzn-d10(구조식(105))을 실시예 2에서 합성 방법을 설명한 본 발명의 일 형태인 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10으로 치환하고, 전자 수송층(914)에 사용한 NBPhen을 2,2'-(1,3-페닐렌)비스[9-페닐-1,10-페난트롤린](약칭: mPPhen2P)으로 치환하고, 또한 전자 수송층(914)의 막 두께를 20nm로 한 구조를 가진다. 즉 발광 디바이스 3은 정공 수송층(912) 위에 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10과, βNCCP와, Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3)을 중량비로 0.5:0.5:0.1(=BP-Icz(II)Tzn:βNCCP:Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3))이 되도록 40nm 공증착하여 발광층(913)을 형성한 점과, 발광층(913) 위에 2mPCCzPDBq를 막 두께 10nm가 되도록 증착한 후, mPPhen2P를 막 두께 20nm가 되도록 증착하여 전자 수송층(914)을 형성한 점 이외는 발광 디바이스 1과 마찬가지로 제작하였다.
(비교 발광 디바이스 4의 제작 방법)
발광 디바이스 4는 발광 디바이스 3에서 발광층(913)에 사용한 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10을 11-[4-(바이페닐릴-4-일)-6-페닐-1,3,5-트라이아진-2-일]-11,12-다이하이드로-12-(바이페닐릴-3-일)-인돌로[2,3-a]카바졸(약칭: BP-mBPIcz(II)Tzn)로 치환한 구조를 가진다. 즉 발광 디바이스 4는 정공 수송층(912) 위에 BP-mBPIcz(II)Tzn과, βNCCP와, Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3)을 중량비로 0.5:0.5:0.1(=BP-Icz(II)Tzn:βNCCP:Ir(5mppy-d3)2(mbfpypy-d3))이 되도록 40nm 공증착하여 발광층(913)을 형성한 점 이외는, 발광 디바이스 3과 마찬가지로 제작하였다.
발광 디바이스 3 및 비교 발광 디바이스 4의 소자 구조를 아래의 표에 정리한다.
상기 발광 디바이스 3 및 비교 발광 디바이스 4를, 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 3과 마찬가지의 순서로 유리 기판에 의하여 밀봉한 후, 이들 발광 디바이스의 초기 특성에 대하여 측정하였다. 발광 디바이스 3 및 비교 발광 디바이스 4의 휘도-전류 밀도 특성을 도 35에 나타내고, 전류 효율-휘도 특성을 도 36에 나타내고, 휘도-전압 특성을 도 37에 나타내고, 전류-전압 특성을 도 38에 나타내고, 외부 양자 효율-휘도 특성을 도 39에 나타내고, 발광 스펙트럼을 도 40에 나타내었다. 또한 각 발광 디바이스의 1000cd/m2 부근에서의 주요 특성을 표 2에 나타낸다. 또한 휘도, CIE 색도, 발광 스펙트럼의 측정에는 분광 방사계(Topcon Technohouse Corporation 제조, SR-UL1R)를 사용하였다. 또한 외부 양자 효율은 분광 방사계를 사용하여 측정한 휘도와 발광 스펙트럼을 사용하고, 배광 특성이 램버시안(Lambertian)형인 것으로 가정하여 산출하였다.
도 35 내지 도 40을 보면 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스인 발광 디바이스 3은 비교 발광 디바이스 4와 비교하여 고효율인 것을 알 수 있었다.
또한 도 41은 발광 디바이스 1 및 비교 발광 디바이스 2에 2mA(50mA/cm2)의 전류를 공급하고, 정전류 구동을 수행한 경우의 구동 시간에 따른 휘도 변화를 나타낸 것이다. 도 41을 보면 발광 디바이스 3은 비교 발광 디바이스 4와 비교하여 수명이 길어진 것을 알 수 있었다.
여기까지의 결과를 보면, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물인 BP-mBPIcz(II)Tzn-d10을 사용함으로써 BP-mBPIcz(II)Tzn을 사용하는 경우보다 발광 디바이스의 발광 효율은 향상되고, 수명이 더 길어지는 것을 알 수 있었다. 즉 BP-mBPIcz(II)Tzn에 포함되는 인돌로카바졸 골격을 중수소화함으로써 탄소-수소 결합의 해리를 억제하고, 상기 유기 화합물을 사용하는 발광 디바이스의 수명을 더 길게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.
GD: 회로, IR: 부화소, M11: 트랜지스터, M12: 트랜지스터, M13: 트랜지스터, M14: 트랜지스터, M15: 트랜지스터, M16: 트랜지스터, M17: 트랜지스터, MS: 배선, PS: 부화소, REG: 레지스트 마스크, RES: 배선, SE1: 배선, SE: 거리, Si: 단결정, TX: 배선, VG: 배선, VS: 배선, 100: 발광 디바이스, 101: 제 1 전극, 102: 제 2 전극, 103: EL층, 103a: EL층, 103b: EL층, 103B: EL층, 103G: EL층, 103R: EL층, 103PS: 수광층, 104B: 정공 주입·수송층, 104G: 정공 주입·수송층, 104R: 정공 주입·수송층, 104PS: 제 1 수송층, 105B: 발광층, 105G: 발광층, 105R: 발광층, 105PS: 활성층, 106: 전하 발생층, 106a: 전하 발생층, 106b: 전하 발생층, 107: 절연층, 108B: 전자 수송층, 108G: 전자 수송층, 108R: 전자 수송층, 108PS: 제 2 수송층, 109: 전자 주입층, 110B: 희생층, 110G: 희생층, 110R: 희생층, 110PS: 희생층, 111: 정공 주입층, 111a: 정공 주입층, 111b: 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 112a: 정공 수송층, 112b: 정공 수송층, 113: 발광층, 113a: 발광층, 113b: 발광층, 113c: 발광층, 114: 전자 수송층, 114a: 전자 수송층, 114b: 전자 수송층, 115: 전자 주입층, 115a: 전자 주입층, 115b: 전자 주입층, 130: 접속부, 400: 기판, 401: 제 1 전극, 403: EL층, 404: 제 2 전극, 405: 실재, 406: 실재, 407: 밀봉 기판, 412: 패드, 420: IC 칩, 501C: 절연막, 501D: 절연막, 504: 도전막, 506: 절연막, 508: 반도체막, 508A: 영역, 508B: 영역, 508C: 영역, 510: 제 1 기판, 512A: 도전막, 512B: 도전막, 516: 절연막, 516A: 절연막, 516B: 절연막, 518: 절연막, 520: 기능층, 524: 도전막, 528: 격벽, 530: 화소 회로, 530S: 화소 회로, 530X: 화소 회로, 531: 화소 회로, 550: 발광 디바이스, 550B: 발광 디바이스, 550G: 발광 디바이스, 550R: 발광 디바이스, 550PS: 수광 디바이스, 550X: 발광 디바이스, 550S: 수광 디바이스, 551B: 전극, 551C: 접속 전극, 551G: 전극, 551R: 전극, 551PS: 전극, 552: 전극, 580: 간격, 591X: 배선, 591S: 배선, 700: 수발광 장치, 701: 표시 영역, 702B: 부화소, 702G: 부화소, 702PS: 부화소, 702R: 부화소, 702IR: 부화소, 703: 화소, 704: 회로, 705: 절연층, 706: 배선, 710: 기판, 711: 기판, 712: IC, 713: FPC, 720: 장치, 770: 기판, 800: 기판, 801a: 전극, 801b: 전극, 802: 전극, 803a: EL층, 803b: 수광층, 805a: 발광 디바이스, 805b: 수광 디바이스, 810: 수발광 장치, 810A: 수발광 장치, 810B: 수발광 장치, 900: 기판, 901: 제 1 전극, 902: 제 2 전극, 911: 정공 주입층, 912: 정공 수송층, 913: 발광층, 914: 전자 수송층, 915: 전자 주입층, 5200B: 전자 기기, 5210: 연산 장치, 5220: 입출력 장치, 5230: 표시부, 5240: 입력부, 5250: 검지부, 5290: 통신부, 8001: 천장 조명, 8002: 풋라이트, 8003: 시트상 조명, 8004: 조명 장치, 8005: 전기 스탠드, 8006: 광원

Claims (14)

  1. 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 화합물로서,

    R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고,
    R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고,
    Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고,
    α는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기를 나타내고,
    n은 0 내지 2의 정수를 나타내고,
    n이 2인 경우 2개의 α는 같아도 좋고 달라도 좋은, 유기 화합물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    n은 1 또는 2를 나타낸, 유기 화합물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 및 상기 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴렌기가 각각 독립적으로 식(α-1) 내지 식(α-20) 중 어느 하나로 나타내어지는, 유기 화합물.
  4. 일반식(G3)으로 나타내어지는 유기 화합물로서,

    R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고,
    R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고,
    Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, R11 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고, k는 0 또는 1을 나타내는, 유기 화합물.
  5. 일반식(G4)으로 나타내어지는 유기 화합물로서,

    R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고,
    R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고,
    Ar1 내지 Ar3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내는, 유기 화합물.
  6. 일반식(G5)으로 나타내어지는 유기 화합물로서,

    R1 내지 R10 중 적어도 하나는 중수소를 나타내고,
    R1 내지 R10 중 나머지는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내고,
    R21 내지 R29는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기를 나타내는, 유기 화합물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 상기 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기가 각각 독립적으로 식(Ar-1) 내지 식(Ar-80) 중 어느 하나로 나타내어지는, 유기 화합물.


  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    R1 내지 R10 중 복수 또는 모두가 중수소인, 유기 화합물.
  9. 유기 화합물로서,
    구조식(101) 또는 구조식(105)으로 나타내어지는, 유기 화합물.
  10. 박막으로서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 화합물을 사용한, 박막.
  11. 발광 디바이스로서,
    제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 화합물을 사용한, 발광 디바이스.
  12. 발광 장치로서,
    제 11 항에 기재된 발광 디바이스와,
    트랜지스터 또는 기판을 포함하는, 발광 장치.
  13. 전자 기기로서,
    제 12 항에 기재된 발광 장치와,
    검지부, 입력부, 또는 통신부를 포함하는, 전자 기기.
  14. 조명 장치로서,
    제 12 항에 기재된 발광 장치와 하우징을 포함하는, 조명 장치.
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