KR20210064283A - 발광 디바이스, 발광 장치, 발광 모듈, 전자 기기, 조명 장치, 유기 금속 착체, 발광 재료, 유기 화합물, 및 복핵 착체 - Google Patents

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KR20210064283A
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사토시 세오
도모야 야마구치
히데코 요시즈미
다케요시 와타베
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

근적외광을 발하는 발광 디바이스의 발광 효율을 높인다. 근적외광을 발하는 발광 디바이스의 신뢰성을 높인다. 최대 피크 파장이 760nm 이상 900nm 이하인 발광을 나타내는 유기 화합물을 사용한 발광 디바이스를 제공한다. 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체를 제공한다. 식 중, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R1 내지 R4 중 적어도 2개, 및 R5 내지 R9 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타내고, n은 2 또는 3이고, L은 1가 음이온성 배위자(monoanionic ligand)를 나타낸다.
Figure pct00047

Description

발광 디바이스, 발광 장치, 발광 모듈, 전자 기기, 조명 장치, 유기 금속 착체, 발광 재료, 유기 화합물, 및 복핵 착체
본 발명의 일 형태는 발광 디바이스, 발광 장치, 발광 모듈, 전자 기기, 조명 장치, 유기 금속 착체, 발광 재료, 유기 화합물, 및 복핵(複核) 착체에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 각각 근적외광을 발하는 발광 디바이스, 발광 장치, 발광 모듈, 전자 기기, 조명 장치, 유기 금속 착체, 발광 재료, 유기 화합물, 및 복핵 착체에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 형태의 기술분야로서는 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 전자 기기, 조명 장치, 입력 장치(예를 들어 터치 센서 등), 입출력 장치(예를 들어 터치 패널 등), 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로서 들 수 있다.
유기 일렉트로루미네선스(EL: Electro Luminescence) 현상을 이용한 발광 디바이스(유기 EL 디바이스, 유기 EL 소자라고도 함)의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 유기 EL 디바이스의 기본적인 구성은 한 쌍의 전극 사이에 발광성 유기 화합물을 포함한 층(이하, 발광층이라고도 기재함)을 끼운 것이다. 이 유기 EL 디바이스에 전압을 인가함으로써, 발광성 유기 화합물로부터 발광을 얻을 수 있다.
발광성 유기 화합물로서는, 예를 들어 삼중항 여기 상태를 발광으로 변환할 수 있는 화합물(인광성 화합물, 인광 재료라고도 함)이 있다. 특허문헌 1에서는 인광 재료로서, 이리듐 등을 중심 금속으로서 포함하는 유기 금속 착체가 개시(開示)되어 있다.
또한 개인 인증, 불량 해석, 의료 진단, 보안 관련 등, 다양한 용도로 이미지 센서가 사용되고 있다. 이미지 센서는 용도에 따라, 사용되는 광원의 파장을 구분하여 사용한다. 이미지 센서에서는 예를 들어, 가시광, X선 등의 단파장의 광, 근적외광 등의 장파장의 광 등, 다양한 파장의 광이 사용되고 있다.
발광 디바이스는, 표시 장치에 더하여 상기와 같은 이미지 센서의 광원으로서 응용되는 것도 검토되고 있다.
일본 공개특허공보 특개2007-137872호
본 발명의 일 형태에서는 근적외광을 발하는 발광 디바이스의 발광 효율을 높이는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태에서는 근적외광을 발하는 발광 디바이스의 신뢰성을 높이는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태에서는 근적외광을 발하는 발광 디바이스의 수명을 길게 하는 것을 과제 중 하나로 한다.
본 발명의 일 형태에서는 발광 효율이 높은 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태에서는 화학적 안정성이 높은 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태에서는 근적외광을 발하는 신규 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태에서는 발광 디바이스의 EL층에 사용할 수 있는 신규 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 본 발명의 일 형태는 반드시 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 명세서, 도면, 청구항의 기재로부터 이들 외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 발광층을 가지는 발광 디바이스(발광 소자라고도 함)이다. 발광층은 발광성 유기 화합물을 가진다. 발광성 유기 화합물이 발하는 광의 최대 피크 파장(피크 강도가 가장 높은 파장이라고도 할 수 있음)은 760nm 이상 900nm 이하이다.
본 발명의 일 형태는 제 1 전극, 제 2 전극, 및 발광층을 가지는 발광 디바이스이다. 발광층은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치한다. 발광층은 발광성 유기 화합물을 가진다. 발광성 유기 화합물이 발하는 광의 최대 피크 파장은 760nm 이상 900nm 이하이다.
발광성 유기 화합물이 발하는 광의 최대 피크 파장은 780nm 이상인 것이 바람직하다. 또한 발광성 유기 화합물이 발하는 광의 최대 피크 파장은 880nm 이하인 것이 바람직하다.
발광성 유기 화합물은 금속-탄소 결합을 가지는 유기 금속 착체인 것이 바람직하다. 그 중에서도, 발광성 유기 화합물은 사이클로메탈 착체인 것이 더 바람직하다. 또한 발광성 유기 화합물은 오쏘 금속 착체인 것이 바람직하다. 또한 발광성 유기 화합물은 이리듐 착체인 것이 바람직하다. 또한 발광성 유기 화합물이 금속-탄소 결합을 가지는 유기 금속 착체일 때, 상기 유기 금속 착체는 고리가 2개 이상 5개 이하의 축합 헤테로 방향족 고리를 가지고, 상기 축합 헤테로 방향족 고리가 금속에 배위하는 것이 바람직하다. 상기 축합 헤테로 방향족 고리는 고리가 3개 이상인 것이 바람직하다. 또한 상기 축합 헤테로 방향족 고리는 고리가 4개 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태는 상술한 어느 구성을 가지는 발광 디바이스와, 트랜지스터 및 기판 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 발광 장치이다.
본 발명의 일 형태는 상기 발광 장치를 가지고, 플렉시블 프린트 회로 기판(Flexible printed circuit, 이하 FPC라고 기재함) 또는 TCP(Tape Carrier Package) 등의 커넥터가 장착된 모듈, 혹은 COG(Chip On Glass) 방식 또는 COF(Chip On Film) 방식 등에 의하여 집적 회로(IC)가 실장된 발광 모듈 등의 발광 모듈이다. 또한 본 발명의 일 형태의 발광 모듈은 커넥터 및 IC 중 한쪽만을 가져도 좋고 양쪽을 가져도 좋다.
본 발명의 일 형태는 상기 발광 모듈과, 안테나, 배터리, 하우징, 카메라, 스피커, 마이크로폰, 및 조작 버튼 중 적어도 하나를 가지는 전자 기기이다.
본 발명의 일 형태는 상기 발광 장치와, 하우징, 커버, 및 지지대 중 적어도 하나를 가지는 조명 장치이다.
본 발명의 일 형태는 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다. 또는 본 발명의 일 형태는 일반식(G1)으로 나타내어지는 발광 재료이다. 또는 본 발명의 일 형태는 일반식(G1)으로 나타내어지는 발광 디바이스용 재료이다.
[화학식 1]
Figure pct00001
일반식(G1)에서, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R1 내지 R4 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R5 내지 R9 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타내고, n은 2 또는 3이고, L은 1가 음이온성 배위자(monoanionic ligand)를 나타낸다.
본 발명의 일 형태는 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다. 또는 본 발명의 일 형태는 일반식(G2)으로 나타내어지는 발광 재료이다. 또는 본 발명의 일 형태는 일반식(G2)으로 나타내어지는 발광 디바이스용 재료이다.
[화학식 2]
Figure pct00002
일반식(G2)에서, R1, R3, R6, 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R10 및 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타내고, n은 2 또는 3이고, L은 1가 음이온성 배위자를 나타낸다.
본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체, 발광 재료, 또는 발광 디바이스용 재료가 발하는 광의 최대 피크 파장은 760nm 이상 900nm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태는 발광층을 가지는 발광 디바이스이다. 발광층은 상술한 어느 구성을 가지는 유기 금속 착체, 발광 재료, 또는 발광 디바이스용 재료를 가진다. 발광 디바이스는 최대 피크 파장이 760nm 이상 900nm 이하의 광을 발하는 기능을 가진다.
본 발명의 일 형태는 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 3]
Figure pct00003
일반식(G0)에서, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R1 내지 R4 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R5 내지 R9 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타낸다.
본 발명의 일 형태는 구조식(200)으로 나타내어지는 유기 화합물이다.
[화학식 4]
Figure pct00004
본 발명의 일 형태는 일반식(B)으로 나타내어지는 복핵 착체이다.
[화학식 5]
Figure pct00005
일반식(B)에서, Z는 할로젠을 나타내고, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R1 내지 R4 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R5 내지 R9 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타낸다.
본 발명의 일 형태는 구조식(210)으로 나타내어지는 복핵 착체이다.
[화학식 6]
Figure pct00006
본 발명의 일 형태에 의하여, 근적외광을 발하는 발광 디바이스의 발광 효율을 높일 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여, 근적외광을 발하는 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여, 근적외광을 발하는 발광 디바이스의 수명을 길게 할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 효율이 높은 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여, 화학적 안정성이 높은 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여, 근적외광을 발하는 신규 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여, 발광 디바이스의 EL층에 사용할 수 있는 신규 유기 금속 착체를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 본 발명의 일 형태는 반드시 이들 효과 모두를 가질 필요는 없다. 명세서, 도면, 청구항의 기재로부터 이들 외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1의 (A), (B), (C)는 발광 디바이스의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 2의 (A)는 발광 장치의 일례를 나타낸 상면도이다. 도 2의 (B), (C)는 발광 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 3의 (A)는 발광 장치의 일례를 나타낸 상면도이다. 도 3의 (B)는 발광 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 4의 (A) 내지 (E)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 5는 구조식(200)으로 나타내어지는 유기 화합물의 1H-NMR 차트이다.
도 6은 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 7은 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 자외·가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼이다.
도 8은 구조식(100)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 중량 변화율을 나타낸 그래프이다.
도 9의 (A), (B)는 실시예의 발광 디바이스를 나타낸 단면도이다.
도 10은 발광 디바이스 1의 전류 밀도-방사 발산도 특성을 나타낸 도면이다.
도 11은 발광 디바이스 1의 전압-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 12는 발광 디바이스 1의 전류 밀도-방사속 특성을 나타낸 도면이다.
도 13은 발광 디바이스 1의 전압-방사 발산도 특성을 나타낸 도면이다.
도 14는 발광 디바이스 1의 전류 밀도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 도면이다.
도 15는 발광 디바이스 1의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 16은 발광 디바이스 1의 신뢰성 시험의 결과를 나타낸 도면이다.
도 17은 발광 디바이스 2의 전류 밀도-방사 발산도 특성을 나타낸 도면이다.
도 18은 발광 디바이스 2의 전압-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 19는 발광 디바이스 2의 전류 밀도-방사속 특성을 나타낸 도면이다.
도 20은 발광 디바이스 2의 전압-방사 발산도 특성을 나타낸 도면이다.
도 21은 발광 디바이스 2의 전류 밀도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 도면이다.
도 22는 발광 디바이스 2의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 23은 발광 디바이스 2의 신뢰성 시험의 결과를 나타낸 도면이다.
도 24는 발광 디바이스 3의 전류 밀도-방사 발산도 특성을 나타낸 도면이다.
도 25는 발광 디바이스 3의 전압-전류 밀도 특성을 나타낸 도면이다.
도 26은 발광 디바이스 3의 전류 밀도-방사속 특성을 나타낸 도면이다.
도 27은 발광 디바이스 3의 전압-방사 발산도 특성을 나타낸 도면이다.
도 28은 발광 디바이스 3의 전류 밀도-외부 양자 효율 특성을 나타낸 도면이다.
도 29는 발광 디바이스 3의 발광 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 30은 발광 디바이스 3의 신뢰성 시험의 결과를 나타낸 도면이다.
도 31은 발광 디바이스 3의 상대 강도의 각도 의존성을 나타낸 도면이다.
도 32는 발광 디바이스 3의 정규화 광자 강도의 각도 의존성을 나타낸 도면이다.
실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한 이하에서 설명되는 발명의 구성에서, 동일한 부분 또는 같은 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 상이한 도면 사이에서 공통적으로 사용하고, 그 반복 설명은 생략한다. 또한 같은 기능을 가지는 부분을 가리키는 경우에는, 해치 패턴을 동일하게 하고, 특별히 부호를 붙이지 않는 경우가 있다.
또한 도면에 나타낸 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은 이해하기 쉽게 하기 위하여, 실제의 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않는 경우가 있다. 그러므로, 개시된 발명은 반드시 도면에 개시된 위치, 크기, 범위 등에 한정되지 않는다.
또한 "막"이라는 용어와 "층"이라는 용어는 경우 또는 상황에 따라 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어 "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 변경할 수 있다. 또는 예를 들어 "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 변경할 수 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체에 대하여 설명한다.
[본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체의 구조]
본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체는 중심 금속인 이리듐에, 벤조퀴녹살린 골격 또는 나프토퀴녹살린 골격을 가지는 배위자가 배위한 구조를 가진다. 구체적으로는, 본 발명의 일 형태는 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다. 또는 본 발명의 일 형태는 일반식(G1)으로 나타내어지는 발광 재료이다. 또는 본 발명의 일 형태는 일반식(G1)으로 나타내어지는 발광 디바이스용 재료이다.
[화학식 7]
Figure pct00007
일반식(G1)에서, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R1 내지 R4 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R5 내지 R9 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타내고, n은 2 또는 3이고, L은 1가 음이온성 배위자를 나타낸다.
일반식(G1)에서, X가 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리이면, 즉 퀴녹살린에 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 축합시키면, π공액계를 확장시키고, LUMO 준위(lowest unoccupied molecular orbital level)를 깊게 하고, 에너지적으로 안정화시킬 수 있기 때문에, 발광 파장을 장파장화할 수 있다. 따라서, 근적외광을 발하는 유기 금속 착체를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 형태는 일반식(G2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체이다. 또는 본 발명의 일 형태는 일반식(G2)으로 나타내어지는 발광 재료이다. 또는 본 발명의 일 형태는 일반식(G2)으로 나타내어지는 발광 디바이스용 재료이다.
[화학식 8]
Figure pct00008
일반식(G2)에서, R1, R3, R6, 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R10 및 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타내고, n은 2 또는 3이고, L은 1가 음이온성 배위자를 나타낸다.
일반식(G2)에서, X가 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리이면, 즉 퀴녹살린에 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 축합시키면, π공액계를 확장시키고, LUMO 준위를 깊게 하고, 에너지적으로 안정화시킬 수 있기 때문에, 발광 파장을 장파장화할 수 있다. 따라서, 근적외광을 발하는 유기 금속 착체를 얻을 수 있다.
R1, R3, R6, 및 R8이 탄소수 1 내지 6의 알킬기이면, R1, R3, R6, 및 R8이 수소인 경우에 비하여 유기 금속 착체의 승화성이 높아지고 승화 온도를 낮출 수 있기 때문에 바람직하다. 특히, R1, R3, R6, 및 R8은 각각 메틸기인 것이 바람직하다. 따라서, R1, R3, R6, 및 R8 모두가 메틸기인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태에서는, X가 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리이기 때문에, X가 축합 고리가 아닌 경우에 비하여 유기 금속 착체의 승화성이 낮아지기 쉽다. 그러나, R1, R3, R6, 및 R8이 탄소수 1 내지 6의 알킬기이기 때문에, 유기 금속 착체의 승화성을 높일 수 있다. 따라서, 승화성이 양호하고 근적외광을 발하는 유기 금속 착체를 얻을 수 있다.
R1 및 R3이 탄소수 1 내지 6의 알킬기이면, 이리듐과 결합되는 벤젠 고리의 이면각을 크게 할 수 있다. 이에 의하여, 유기 금속 착체의 발광 스펙트럼의 제 2 피크의 감소가 이론적으로 가능해지므로, 반치 폭을 좁게 할 수 있다. 이로써, 원하는 파장의 광을 효율적으로 얻을 수 있다.
일반식(G1) 및 일반식(G2)에서, 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, 뷰틸기, sec-뷰틸기, 아이소뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 아이소펜틸기, sec-펜틸기, tert-펜틸기, 네오펜틸기, 헥실기, 아이소헥실기, 3-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 2-에틸뷰틸기, 1,2-다이메틸뷰틸기, 2,3-다이메틸뷰틸기 등을 들 수 있다.
일반식(G1) 및 일반식(G2)에서, 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리가 치환기를 가지는 경우, 상기 치환기로서 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 들 수 있다. 탄소수 1 내지 6의 알킬기로서는 상술한 것을 원용할 수 있다.
1가 음이온성 배위자로서는, β-다이케톤 구조를 가지는 1가 음이온성 2좌 킬레이트 배위자, 카복실기를 가지는 1가 음이온성 2좌 킬레이트 배위자, 페놀성 수산기를 가지는 1가 음이온성 2좌 킬레이트 배위자, 2개의 배위 원소가 모두 질소인 1가 음이온성 2좌 킬레이트 배위자, 사이클로메탈화에 의하여 이리듐과 금속-탄소 결합을 형성하는 2좌 배위자 등을 들 수 있다.
1가 음이온성 배위자는 일반식(L1) 내지 일반식(L7) 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 특히, 일반식(L1)으로 나타낸 배위자를 사용하면, 승화성이 높아지기 때문에 바람직하다. 또한 일반식(Ll)으로 나타낸 배위자의 일례인, 구조식(L8)으로 나타낸 배위자(다이피발로일메테인)와, 벤조퀴녹살린 골격 또는 나프토퀴녹살린 골격을 가지는 배위자는 적합한 조합이므로, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체의 승화성이 높아지고 승화 온도를 낮출 수 있기 때문에 바람직하다.
[화학식 9]
Figure pct00009
일반식(L1) 내지 일반식(L7)에서, R51 내지 R89는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 할로제노기, 바이닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 알킬싸이오기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 13의 아릴기를 나타내고, A1 내지 A13은 각각 독립적으로 질소, 수소와 결합되는 sp2 혼성 탄소, 또는 치환기를 가지는 sp2 혼성 탄소를 나타내고, 상기 치환기는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 할로제노기, 탄소수 1 내지 6의 할로알킬기, 및 페닐기 중 어느 것을 나타낸다.
본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체가 발하는 광의 최대 피크 파장(즉, 피크 강도가 가장 높은 파장)은 760nm 이상 900nm 이하인 것이 바람직하다. 상기 파장은 780nm 이상인 것이 특히 바람직하다. 또한 상기 파장은 880nm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체의 구체적인 예로서는, 구조식(100) 내지 구조식(111)으로 나타낸 유기 금속 착체를 들 수 있다. 다만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
[화학식 10]
Figure pct00010
[화학식 11]
Figure pct00011
[화학식 12]
Figure pct00012
[화학식 13]
Figure pct00013
[본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체의 합성 방법]
본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체의 합성 방법으로서는, 각종 반응을 적용할 수 있다. 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법을 이하에서 예시한다.
우선, 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법예에 대하여 설명하고, 그 후에 상기 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물을 사용하여 일반식(G1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체를 합성하는 방법에 대하여 설명한다. 또한 이하에서는, 일반식(G1)에서 n이 2인 경우(일반식(G1-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체)와, 일반식(G1)에서 n이 3인 경우(일반식(G1-2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체)로 나누어 설명한다. 또한 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체의 합성 방법은 이하의 합성 방법에 한정되지 않는다.
<<일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법예>>
일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물은 퀴녹살린 유도체의 일종이고, 본 발명의 일 형태의 유기 화합물이다. 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물은, 예를 들어 이하에 나타내는 3종류의 합성 스킴(A-1, A-1', A-1'') 중 어느 하나를 사용하여 합성할 수 있다.
[화학식 14]
Figure pct00014
일반식(G0) 및 후술하는 합성 스킴(A-1, A-1', A-1'')에서, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R1 내지 R4 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R5 내지 R9 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타낸다.
예를 들어, 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물은, 합성 스킴(A-1)에 나타내어지는 바와 같이, 할로젠화 벤젠 유도체(A1)를 알킬 리튬 등으로 리튬화하고, 퀴녹살린 유도체(A2)와 반응시킴으로써 얻을 수 있다. 또한 합성 스킴(A-1)에서 Z1은 할로젠을 나타낸다.
[화학식 15]
Figure pct00015
또한 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물은 합성 스킴(A-1')에 나타내어지는 바와 같이, 벤젠 유도체의 보론산(A1')과 퀴녹살린의 할로젠화물(A2')을 커플링시킴으로써 얻을 수 있다. 또한 합성 스킴(A-1')에서 Z2는 할로젠을 나타낸다.
[화학식 16]
Figure pct00016
또한 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물은, 합성 스킴(A-1'')에 나타내어지는 바와 같이, 치환기로서 벤젠 유도체를 가지는 다이케톤(A1'')과 다이아민(A2'')을 반응시킴으로써 얻을 수 있다.
[화학식 17]
Figure pct00017
일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물의 합성 방법은 상술한 3종류의 합성 방법에 한정되지 않고, 다른 합성 방법을 사용하여도 좋다.
상술한 화합물(A1, A2, A1', A2', A1'', A2'')은 각각, 다양한 종류가 시판되고 있거나, 또는 합성이 가능하기 때문에 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물은 수많은 종류를 합성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체는 그 배위자의 베리에이션이 풍부하다는 특징을 가진다.
<<일반식(G1-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법>>
다음으로, 일반식(G1-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법예에 대하여 설명한다. 일반식(G1-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체이고, 일반식(G1)에서 n이 2인 경우에 상당한다.
[화학식 18]
Figure pct00018
일반식(G1-1) 및 후술하는 합성 스킴(A-2, A-3)에서, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R1 내지 R4 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R5 내지 R9 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타내고, L은 1가 음이온성 배위자를 나타낸다.
우선 합성 스킴(A-2)에 나타내어지는 바와 같이, 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물과, 할로젠을 포함하는 이리듐 화합물(염화 이리듐, 브로민화 이리듐, 아이오드화 이리듐 등)을 무용매로, 알코올계 용매(글리세롤, 에틸렌 글라이콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올 등) 단독으로, 또는 1종류 이상의 알코올계 용매와 물의 혼합 용매를 사용하여, 불활성 가스 분위기에서 가열함으로써, 일반식(B)으로 나타내어지는 복핵 착체를 얻을 수 있다. 가열 수단에는 특별히 한정은 없고, 오일 배스, 샌드 배스, 또는 알루미늄 블록을 사용하여도 좋다. 또한 마이크로파를 가열 수단으로서 사용할 수도 있다.
일반식(B)으로 나타내어지는 복핵 착체는, 할로젠으로 가교된 구조를 가지는 유기 금속 착체의 일종이며 본 발명의 일 형태의 복핵 착체이다.
[화학식 19]
Figure pct00019
또한 합성 스킴(A-3)에 나타내어지는 바와 같이, 일반식(B)으로 나타내어지는 복핵 착체와 1가 음이온성 배위자의 원료(HL)를 불활성 가스 분위기에서 반응시킴으로써, HL의 양성자가 이탈되고 L이 중심 금속(Ir)에 배위하므로, 일반식(G1-1)으로 나타내어지는 유기 금속 착체를 얻을 수 있다. 가열 수단에는 특별히 한정은 없고, 오일 배스, 샌드 배스, 또는 알루미늄 블록을 사용하여도 좋다. 또한 마이크로파를 가열 수단으로서 사용할 수도 있다.
[화학식 20]
Figure pct00020
또한 합성 스킴(A-2, A-3)에서 Z는 할로젠을 나타낸다.
<<일반식(G1-2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법>>
다음으로, 일반식(G1-2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법예에 대하여 설명한다. 일반식(G1-2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체이고, 일반식(G1)에서 n이 3인 경우에 상당한다.
[화학식 21]
Figure pct00021
일반식(G1-2) 및 후술하는 합성 스킴(A-4)에서, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R1 내지 R4 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R5 내지 R9 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타낸다.
일반식(G1-2)으로 나타내어지는 유기 금속 착체는 합성 스킴(A-4)에 나타내어지는 바와 같이, 할로젠을 포함하는 이리듐 화합물(염화 이리듐 수화물, 브로민화 이리듐, 아이오드화 이리듐, 아세트산 이리듐, 헥사클로로이리듐산 암모늄 등), 또는 유기 이리듐 착체(아세틸아세토네이토 착체, 다이에틸설파이드 착체, 다이-μ-클로로 가교 이핵(二核) 착체, 다이-μ-하이드록소 가교 이핵 착체 등)과 일반식(G0)으로 나타내어지는 유기 화합물을 혼합하고, 무용매로, 또는 알코올계 용매(글리세롤, 에틸렌 글라이콜, 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올 등)에 용해시킨 후에 가열함으로써 얻을 수 있다.
[화학식 22]
Figure pct00022
위에서는, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체의 합성 방법에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다른 합성 방법으로 합성되어도 좋다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체는 근적외광을 발하고 승화성이 높기 때문에, 근적외광을 발하는 발광 재료나 발광 디바이스용 재료로서 적합하다. 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체를 사용함으로써, 근적외광을 발하는 발광 디바이스의 발광 효율을 높일 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체를 사용함으로써, 근적외광을 발하는 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 기재된 경우에는 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스 및 본 발명의 일 형태의 발광 장치에 대하여 도 1 내지 도 3을 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 발광층에 발광성 유기 화합물을 가진다. 발광성 유기 화합물이 발하는 광의 최대 피크 파장(피크 강도가 가장 높은 파장이라고도 할 수 있음)은 760nm 이상 900nm 이하이고, 780nm 이상인 것이 바람직하고, 880nm 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 막 형상으로 형성할 수 있고, 대면적화가 용이하기 때문에, 근적외광을 발하는 면광원으로서 사용할 수 있다.
발광성 유기 화합물은 인광을 발하면 발광 디바이스에서의 발광 효율을 높일 수 있기 때문에 바람직하다. 특히, 발광성 유기 화합물은 금속-탄소 결합을 가지는 유기 금속 착체인 것이 바람직하다. 그 중에서도, 발광성 유기 화합물은 사이클로메탈 착체인 것이 더 바람직하다. 또한 발광성 유기 화합물은 오쏘 금속 착체인 것이 바람직하다. 이들 유기 화합물은 인광을 방출하기 쉽기 때문에 발광 디바이스에서의 발광 효율을 높일 수 있다. 그러므로, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 인광을 발하는 인광 디바이스인 것이 바람직하다.
또한 금속-탄소 결합을 가지는 유기 금속 착체는 포르피린계 화합물 등에 비하여 발광 효율이 높고 화학적 안정성이 높기 때문에, 발광성 유기 화합물로서 적합하다.
또한 발광층에서, 게스트 재료로서 발광성 유기 화합물을 사용하고, 호스트 재료로서 다른 유기 화합물을 사용하는 경우에, 발광성 유기 화합물의 흡수 스펙트럼에 큰 골이 생기면(강도가 낮은 부분이 생기면), 호스트 재료의 여기 에너지의 값에 따라서는 호스트 재료로부터 게스트 재료로의 에너지 이동이 원활하게 수행되지 않고, 에너지 이동 효율이 저하된다. 여기서, 금속-탄소 결합을 가지는 유기 금속 착체의 흡수 스펙트럼에서는 삼중항 MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer) 전이에서 유래하는 흡수대, 단일항 MLCT 전이에서 유래하는 흡수대, 및 삼중항 π-π* 전이에서 유래하는 흡수대 등, 수많은 흡수대가 중첩되기 때문에 상기 흡수 스펙트럼에 큰 골이 생기기 어렵다. 따라서, 호스트 재료로서 사용할 수 있는 재료의 여기 에너지의 값의 폭을 넓힐 수 있고, 호스트 재료의 선택의 폭을 넓힐 수 있다.
또한 발광성 유기 화합물은 이리듐 착체인 것이 바람직하다. 예를 들어, 발광성 유기 화합물은 중심 금속으로서 이리듐을 사용한 사이클로메탈 착체인 것이 바람직하다. 이리듐 착체는 백금 착체 등에 비하여 화학적 안정성이 높기 때문에, 발광성 유기 화합물로서 이리듐 착체를 사용함으로써 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다. 이와 같은 안정성의 관점에서, 이리듐의 사이클로메탈 착체가 바람직하고, 이리듐의 오쏘 금속 착체가 더 바람직하다.
또한 근적외 발광을 얻는 관점에서, 상기 유기 금속 착체에서의 배위자는, 고리가 2개 이상 5개 이하의 축합 헤테로 방향족 고리가 금속에 배위한 구조를 가지는 것이 바람직하다. 축합 헤테로 방향족 고리는 고리가 3개 이상인 것이 바람직하다. 또한 축합 헤테로 방향족 고리는 고리가 4개 이하인 것이 바람직하다. 축합 헤테로 방향족 고리가 가지는 고리가 많을수록, LUMO 준위를 낮출 수 있고, 유기 금속 착체의 발광 파장을 장파장화할 수 있다. 또한 축합 헤테로 방향족 고리가 적을수록, 승화성을 높일 수 있다. 그러므로, 고리가 2개 이상 5개 이하의 축합 헤테로 방향족 고리를 채용함으로써 배위자의 LUMO 준위가 적절히 저하되고, 높은 승화성을 유지하면서 (삼중항) MLCT 전이에서 유래하는 유기 금속 착체의 발광 파장을 근적외까지 장파장화할 수 있다. 또한 축합 헤테로 방향족 고리가 가지는 질소 원자(N)의 수가 많을수록, LUMO 준위를 낮출 수 있다. 따라서, 축합 헤테로 방향족 고리가 가지는 질소 원자(N)의 수는 2개 이상이 바람직하고, 2개가 특히 바람직하다.
[발광 디바이스의 구성예]
<<발광 디바이스의 기본적인 구조>>
도 1의 (A) 내지 (C)에, 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 가지는 발광 디바이스의 일례를 나타내었다.
도 1의 (A)에 나타낸 발광 디바이스는 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102) 사이에 EL층(103)이 끼워진 구조(싱글 구조)를 가진다. EL층(103)은 적어도 발광층을 가진다.
발광 디바이스는 한 쌍의 전극 사이에 복수의 EL층을 가져도 좋다. 도 1의 (B)에는, 한 쌍의 전극 사이에 2층의 EL층(EL층(103a) 및 EL층(103b))을 가지고, 2층의 EL층 사이에 전하 발생층(104)을 가지는 탠덤 구조의 발광 디바이스를 나타내었다. 탠덤 구조의 발광 디바이스는 저전압 구동이 가능하고 소비전력을 저감할 수 있다.
전하 발생층(104)은 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)에 전압이 인가되었을 때, EL층(103a) 및 EL층(103b) 중 한쪽에 전자를 주입하고, 다른 쪽에 정공(홀)을 주입하는 기능을 가진다. 따라서, 도 1의 (B)에서 제 1 전극(101)에 제 2 전극(102)보다 전위가 높아지도록 전압을 인가하면, 전하 발생층(104)으로부터 EL층(103a)에 전자가 주입되고, EL층(103b)에 정공이 주입된다.
또한 전하 발생층(104)은 광 추출 효율의 관점에서 근적외광을 투과시키는(구체적으로는, 전하 발생층(104)의 근적외광 투과율이 40% 이상인) 것이 바람직하다. 또한 전하 발생층(104)은 제 1 전극(101)이나 제 2 전극(102)보다 도전율이 낮아도 기능한다.
도 1의 (C)에 EL층(103)의 적층 구조의 일례를 나타내었다. 본 실시형태에서는 제 1 전극(101)이 양극으로서 기능하고, 제 2 전극(102)이 음극으로서 기능하는 경우를 예로 들어 설명한다. EL층(103)은 제 1 전극(101) 위에 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 전자 주입층(115)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 전자 수송층(114), 및 전자 주입층(115)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다. 또한 도 1의 (B)에 나타낸 탠덤 구조와 같이, 복수의 EL층을 가지는 경우에도 각 EL층에 도 1의 (C)에 나타낸 EL층(103)과 같은 적층 구조를 적용할 수 있다. 또한 제 1 전극(101)이 음극이고, 제 2 전극(102)이 양극인 경우, 적층 순서는 반대가 된다.
발광층(113)은 발광 물질이나 복수의 물질을 적절히 조합하여 가지므로, 원하는 파장의 형광 발광이나 인광 발광을 얻을 수 있는 구성으로 할 수 있다. 또한 발광층(113)을 발광 파장이 상이한 적층 구조로 하여도 좋다. 또한 이 경우, 적층된 각 발광층에 사용되는 발광 물질이나 기타 물질로서 각각 상이한 재료를 사용하면 좋다. 또한 도 1의 (B)에 나타낸 EL층(103a) 및 EL층(103b)은 상이한 파장을 나타내는 구성이어도 좋다. 이 경우에도 각 발광층에 사용되는 발광 물질이나 기타 물질을 상이한 재료로 하면 좋다.
본 발명의 일 형태의 발광 디바이스에서, EL층에서 얻어진 발광을 한 쌍의 전극 사이에서 공진시킴으로써, 얻어지는 발광을 강하게 하는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어 도 1의 (C)에서, 제 1 전극(101)을 반사 전극으로 하고 제 2 전극(102)을 반투과·반반사 전극(근적외광에 대하여 투과성 및 반사성을 가지는 전극)으로 함으로써 미소 광 공진기(마이크로캐비티) 구조를 형성하면, EL층(103)으로부터 얻어지는 발광을 강하게 할 수 있다.
또한 발광 디바이스의 제 1 전극(101)이 근적외광에 대하여 반사성을 가지는 도전막과 근적외광에 대하여 투광성을 가지는 도전막의 적층 구조로 이루어진 반사 전극인 경우, 이 투광성을 가지는 도전막의 막 두께를 제어함으로써 광학 조정을 수행할 수 있다. 구체적으로는, 발광층(113)으로부터 얻어지는 광의 파장 λ에 대하여 제 1 전극(101)과 제 2 전극(102)의 전극 간 거리가 mλ/2(다만, m은 자연수임) 근방이 되도록 조정하는 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 자연수임) 근방이 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 또한 여기서 발광 영역이란 발광층(113)에서의 정공과 전자의 재결합 영역을 말한다.
이와 같은 광학 조정을 수행함으로써, 발광층(113)으로부터 얻어지는 광의 스펙트럼을 협선화(狹線化)시켜 원하는 파장의 발광을 얻을 수 있다.
다만, 상술한 경우에 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 총두께라고 할 수 있다. 그러나, 제 1 전극(101)이나 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 영역이나, 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.
제 1 전극(101) 및 제 2 전극(102) 중 적어도 한쪽은 근적외광에 대하여 투광성을 가지는 전극으로 한다. 근적외광에 대하여 투광성을 가지는 전극의 근적외광 투과율은 40% 이상으로 한다. 또한 근적외광에 대하여 투광성을 가지는 전극이 상기 반투과·반반사 전극인 경우, 상기 전극의 근적외광 반사율은 20% 이상, 바람직하게는 40% 이상이고, 100% 미만, 바람직하게는 95% 이하이고, 80% 이하 또는 70% 이하이어도 좋다. 예를 들어 상기 전극의 근적외광 반사율은 20% 이상 80% 이하, 바람직하게는 40% 이상 70% 이하로 한다. 또한 상기 전극의 저항률은 1×10- 2Ωcm 이하인 것이 바람직하다.
제 1 전극(101) 또는 제 2 전극(102)이 근적외광에 대하여 반사성을 가지는 전극(반사 전극)인 경우, 반사 전극의 근적외광 반사율은 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 70% 이상 100% 이하로 한다. 또한 이 전극의 저항률은 1×10- 2Ωcm 이하인 것이 바람직하다.
<<발광 디바이스의 구체적인 구조 및 제작 방법>>
다음으로 발광 디바이스의 구체적인 구조 및 제작 방법에 대하여 설명한다. 여기서는, 도 1의 (C)에 나타낸 싱글 구조를 가지는 발광 디바이스를 사용하여 설명한다.
<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 있다면 이하에 나타내는 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 외에 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 외에, 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.
또한 마이크로캐비티 구조를 가지는 발광 디바이스를 제작하는 경우에는, 제 1 전극(101)을 반사 전극으로서 형성하고, 제 2 전극(102)을 반투과·반반사 전극으로서 형성한다. 따라서, 원하는 도전성 재료를 하나 또는 복수로 사용하여 단층으로 또는 적층하여 형성할 수 있다. 또한 제 2 전극(102)은 EL층(103)을 형성한 후에 상기와 마찬가지로 재료를 선택하여 형성한다. 또한 이들 전극의 제작에는 스퍼터링법이나 진공 증착법을 사용할 수 있다.
도 1의 (C)에 나타낸 발광 디바이스에서, 제 1 전극(101)이 양극인 경우, 제 1 전극(101) 위에 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112)이 진공 증착법에 의하여 순차적으로 적층되어 형성된다.
<정공 주입층 및 정공 수송층>
정공 주입층(111)은 양극인 제 1 전극(101)으로부터 EL층(103)에 정공을 주입하는 층이며, 정공 주입성이 높은 재료를 포함하는 층이다.
정공 주입성이 높은 재료로서는, 몰리브데넘 산화물, 바나듐 산화물, 루테늄 산화물, 텅스텐 산화물, 망가니즈 산화물 등의 전이 금속 산화물, 프탈로사이아닌(약칭: H2Pc)이나 구리(II) 프탈로사이아닌(약칭: CuPc) 등의 프탈로사이아닌계 화합물 등을 사용할 수 있다.
정공 주입성이 높은 재료로서는 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), 4,4'-비스(N-{4-[N'-(3-메틸페닐)-N'-페닐아미노]페닐}-N-페닐아미노)바이페닐(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.
정공 주입성이 높은 재료로서는 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)/폴리(스타이렌설폰산)(약칭: PEDOT/PSS), 폴리아닐린/폴리(스타이렌설폰산)(약칭: PAni/PSS) 등의 산을 첨가한 고분자 화합물 등을 사용할 수도 있다.
정공 주입성이 높은 재료로서는 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 복합 재료를 사용할 수도 있다. 이 경우 억셉터성 재료에 의하여 정공 수송성 재료로부터 전자가 추출되어 정공 주입층(111)에서 정공이 발생되고, 정공 수송층(112)을 통하여 발광층(113)에 정공이 주입된다. 또한 정공 주입층(111)은 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료를 포함한 복합 재료로 이루어진 단층으로 형성하여도 좋고, 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료를 각각 다른 층으로 적층하여 형성하여도 좋다.
정공 수송층(112)은 정공 주입층(111)에 의하여 제 1 전극(101)으로부터 주입된 정공을 발광층(113)으로 수송하는 층이다. 정공 수송층(112)은 정공 수송성 재료를 포함하는 층이다. 정공 수송층(112)에 사용되는 정공 수송성 재료로서는, 특히 정공 주입층(111)의 HOMO(highest occupied molecular orbital) 준위와 같거나, 또는 가까운 HOMO 준위를 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
정공 주입층(111)에 사용되는 억셉터성 재료로서는, 원소 주기율표의 4족 내지 8족에 속하는 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 산화 몰리브데넘, 산화 바나듐, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 크로뮴, 산화 텅스텐, 산화 망가니즈, 산화 레늄을 들 수 있다. 이 중에서도, 산화 몰리브데넘은 대기 중에서도 안정적이고 흡습성이 낮으며 취급하기 쉽기 때문에 특히 바람직하다. 그 외에, 퀴노다이메테인 유도체, 클로라닐 유도체, 헥사아자트라이페닐렌 유도체 등의 유기 억셉터를 사용할 수 있다. 전자 흡인기(할로젠기나 사이아노기)를 가지는 것으로서는, 7,7,8,8-테트라사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노다이메테인(약칭: F4-TCNQ), 클로라닐, 2,3,6,7,10,11-헥사사이아노-1,4,5,8,9,12-헥사아자트라이페닐렌(약칭: HAT-CN), 1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라사이아노-나프토퀴노다이메테인(약칭: F6-TCNNQ) 등을 들 수 있다. 특히, HAT-CN과 같이 헤테로 원자를 복수로 가지는 축합 방향족 고리에 전자 흡인기가 결합하는 화합물이 열적으로 안정적이므로 바람직하다. 또한 전자 흡인기(특히 플루오로기와 같은 할로젠기나 사이아노기)를 가지는 [3]라디알렌 유도체는 전자 수용성이 매우 높으므로 바람직하고, 구체적으로는 α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[4-사이아노-2,3,5,6-테트라플루오로벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,6-다이클로로-3,5-다이플루오로-4-(트라이플루오로메틸)벤젠아세토나이트릴], α,α',α''-1,2,3-사이클로프로페인트라이일리덴트리스[2,3,4,5,6-펜타플루오로벤젠아세토나이트릴] 등을 들 수 있다.
정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112)에 사용되는 정공 수송성 재료로서는 정공 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 또한 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질도 사용할 수 있다.
정공 수송성 재료로서는, π전자 과잉형 헤테로 방향족 화합물(예를 들어 카바졸 유도체, 싸이오펜 유도체, 퓨란 유도체 등)이나 방향족 아민(방향족 아민 골격을 가지는 화합물) 등의 정공 수송성이 높은 재료가 바람직하다.
카바졸 유도체(카바졸 골격을 가지는 화합물)로서는 바이카바졸 유도체(예를 들어 3,3'-바이카바졸 유도체), 카바졸릴기를 가지는 방향족 아민 등을 들 수 있다.
바이카바졸 유도체(예를 들어 3,3'-바이카바졸 유도체)로서 구체적으로는 3,3'-비스(9-페닐-9H-카바졸)(약칭: PCCP), 9,9'-비스(1,1'-바이페닐-4-일)-3,3'-바이-9H-카바졸, 9,9'-비스(1,1'-바이페닐-3-일)-3,3'-바이-9H-카바졸, 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.
카바졸릴기를 가지는 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), 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), PCzPCA1, PCzPCA2, 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.
카바졸 유도체로서는 상기에 더하여 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.
싸이오펜 유도체(싸이오펜 골격을 가지는 화합물) 및 퓨란 유도체(퓨란 골격을 가지는 화합물)로서는, 구체적으로는 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조싸이오펜)(약칭: DBT3P-II), 2,8-다이페닐-4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-III), 4-[4-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]-6-페닐다이벤조싸이오펜(약칭: DBTFLP-IV) 등의 싸이오펜 골격을 가지는 화합물, 4,4',4''-(벤젠-1,3,5-트라이일)트라이(다이벤조퓨란)(약칭: DBF3P-II), 4-{3-[3-(9-페닐-9H-플루오렌-9-일)페닐]페닐}다이벤조퓨란(약칭: mmDBFFLBi-II) 등을 들 수 있다.
방향족 아민으로서 구체적으로는 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), TDATA, m-MTDATA, N,N'-다이(p-톨릴)-N,N'-다이페닐-p-페닐렌다이아민(약칭: DTDPPA), DPAB, DNTPD, DPA3B 등을 들 수 있다.
정공 수송성 재료로서는, PVK, PVTPA, PTPDMA, Poly-TPD 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
정공 수송성 재료는 상기에 한정되지 않고, 공지의 다양한 재료를 1종류 또는 복수 종류 조합하여 정공 주입층(111) 및 정공 수송층(112)에 사용할 수 있다.
도 1의 (C)에 나타낸 발광 디바이스에서는, 정공 수송층(112) 위에 발광층(113)이 진공 증착법에 의하여 형성된다.
<발광층>
발광층(113)은 발광 물질을 포함하는 층이다.
본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 발광 물질로서 발광성 유기 화합물을 가진다. 상기 발광성 유기 화합물은 근적외광을 발한다. 구체적으로는, 발광성 유기 화합물이 발하는 광의 최대 피크 파장은 780nm보다 크고 900nm 이하이다.
발광성 유기 화합물로서, 예를 들어 실시형태 1에 나타낸 유기 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한 발광성 유기 화합물로서, 후술하는 실시예에 나타내는 유기 금속 착체를 사용할 수도 있다.
발광층(113)은 1종류 또는 복수 종류의 발광 물질을 가질 수 있다.
발광층(113)은 발광 물질(게스트 재료)에 더하여 1종류 또는 복수 종류의 유기 화합물(호스트 재료, 어시스트 재료 등)을 가져도 좋다. 1종류 또는 복수 종류의 유기 화합물로서 본 실시형태에서 설명하는 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다. 또한 1종류 또는 복수 종류의 유기 화합물로서 바이폴러성 재료를 사용하여도 좋다.
발광층(113)에 사용할 수 있는 발광 물질로서는, 특별한 한정은 없고, 단일항 여기 에너지를 근적외광 영역의 발광으로 변환하는 발광 물질, 또는 삼중항 여기 에너지를 근적외광 영역의 발광으로 변환하는 발광 물질을 사용할 수 있다.
단일항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질로서는, 형광을 발하는 물질(형광 재료)을 들 수 있고, 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 등을 들 수 있다.
삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 발광 물질로서는, 예를 들어 인광을 발하는 물질(인광 재료)이나 열 활성화 지연 형광을 발하는 열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료를 들 수 있다.
인광 재료로서는, 예를 들어 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격, 이미다졸 골격, 피리미딘 골격, 피라진 골격, 또는 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 착체(특히 이리듐 착체), 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 착체(특히 이리듐 착체), 백금 착체, 희토류 금속 착체 등이 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 근적외광을 발하는 발광 물질 외의 발광 물질을 가져도 좋다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 예를 들어 근적외광을 발하는 발광 물질에 더하여 가시광(적색, 청색, 녹색 등)을 발하는 발광 물질을 가져도 좋다.
발광층(113)에 사용되는 유기 화합물(호스트 재료, 어시스트 재료 등)로서는 발광 물질의 에너지 갭보다 큰 에너지 갭을 가지는 물질을 1종류 또는 복수 종류 선택하여 사용할 수 있다.
발광층(113)에 사용되는 발광 물질이 형광 재료인 경우, 발광 물질과 조합하여 사용되는 유기 화합물로서는 단일항 여기 상태의 에너지 준위가 크고, 삼중항 여기 상태의 에너지 준위가 작은 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
상술한 구체적인 예와 부분적으로 중복되지만, 발광 물질(형광 재료, 인광 재료)과의 바람직한 조합이라는 관점에서, 유기 화합물의 구체적인 예를 이하에 나타낸다.
발광 물질이 형광 재료인 경우, 발광 물질과 조합하여 사용될 수 있는 유기 화합물로서는 안트라센 유도체, 테트라센 유도체, 페난트렌 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 다이벤조[g,p]크리센 유도체 등의 축합 다환 방향족 화합물을 들 수 있다.
형광 재료와 조합하여 사용되는 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), 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), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트라이페닐아민 (약칭: YGAPA), N,9-다이페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), N,9-다이페닐-N-{4-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]페닐}-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPBA), N-(9,10-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), 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), 9,9'-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.
발광 물질이 인광 재료인 경우, 발광 물질과 조합하여 사용되는 유기 화합물로서는, 발광 물질의 삼중항 여기 에너지(기저 상태와 삼중항 여기 상태의 에너지 차이)보다 삼중항 여기 에너지가 큰 유기 화합물을 선택하면 좋다.
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 재료(특히 유기 금속 착체)와 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
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 조합이 좋고, 정공을 받기 쉬운 화합물(정공 수송성 재료)과, 전자를 받기 쉬운 화합물(전자 수송성 재료)을 조합하는 것이 특히 바람직하다. 또한 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료의 구체적인 예에 대해서는, 본 실시형태에 나타내는 재료를 사용할 수 있다. 이 구성에 의하여, 발광 디바이스의 고효율, 저전압, 장수명을 동시에 실현할 수 있다.
발광 물질이 인광 재료인 경우에 발광 물질과 조합하여 사용될 수 있는 유기 화합물로서는 방향족 아민, 카바졸 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 아연이나 알루미늄계 금속 착체, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 피리미딘 유도체, 트라이아진 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다.
또한 상술한 것 중에서 정공 수송성이 높은 유기 화합물인 방향족 아민(방향족 아민 골격을 가지는 화합물), 카바졸 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체(싸이오펜 유도체), 다이벤조퓨란 유도체(퓨란 유도체)의 구체적인 예로서는, 상술한 정공 수송성 재료의 구체적인 예와 같은 것을 들 수 있다.
전자 수송성이 높은 유기 화합물인, 아연이나 알루미늄계 금속 착체의 구체적인 예로서는, 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(III)(약칭: Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 비스(8-퀴놀리놀레이토)아연(II)(약칭: Znq) 등 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체 등을 들 수 있다.
그 외에 비스[2-(2-벤즈옥사졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnPBO), 비스[2-(2-벤조싸이아졸릴)페놀레이토]아연(II)(약칭: ZnBTZ) 등의 옥사졸계, 싸이아졸계 배위자를 가지는 금속 착체 등도 사용할 수 있다.
전자 수송성이 높은 유기 화합물인, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 페난트롤린 유도체의 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), 바소페난트롤린(약칭: Bphen), 바소큐프로인(약칭: BCP), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBphen), 2-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTPDBq-II), 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II), 2-[3'-(9H-카바졸-9-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mCzBPDBq), 2-[4-(3,6-다이페닐-9H-카바졸-9-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2CzPDBq-III), 7-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 7mDBTPDBq-II), 및 6-[3-(다이벤조싸이오펜-4-일)페닐]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 6mDBTPDBq-II) 등을 들 수 있다.
전자 수송성이 높은 유기 화합물인, 다이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 트라이아진 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물, 피리딘 골격을 가지는 헤테로 고리 화합물의 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) 등을 들 수 있다.
전자 수송성이 높은 유기 화합물로서는, 폴리(2,5-피리딘다이일)(약칭: PPy), 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌-2,7-다이일)-co-(피리딘-3,5-다이일)](약칭: PF-Py), 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌-2,7-다이일)-co-(2,2'-바이피리딘-6,6'-다이일)](약칭: PF-BPy)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
TADF 재료란 삼중항 여기 상태를 미량의 열 에너지에 의하여 단일항 여기 상태로 업 컨버트(역 항간 교차)할 수 있고, 단일항 여기 상태로부터의 발광(형광)을 효율적으로 나타내는 재료를 말한다. 또한 열 활성화 지연 형광이 효율적으로 얻어지는 조건으로서는 삼중항 여기 준위와 단일항 여기 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 10-6초 이상, 바람직하게는 10-3초 이상이다.
TADF 재료로서는, 예를 들어 풀러렌이나 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 포르피린이 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.
그 외에도, 2-(바이페닐-4-일)-4,6-비스(12-페닐인돌로[2,3-a]카바졸-11-일)-1,3,5-트라이아진(약칭: PIC-TRZ), PCCzPTzn, 2-[4-(10H-페녹사진-10-일)페닐]-4,6-다이페닐-1,3,5-트라이아진(약칭: PXZ-TRZ), 3-[4-(5-페닐-5,10-다이하이드로페나진-10-일)페닐]-4,5-다이페닐-1,2,4-트라이아졸(약칭: PPZ-3TPT), 3-(9,9-다이메틸-9H-아크리딘-10-일)-9H-크산텐-9-온(약칭: ACRXTN), 비스[4-(9,9-다이메틸-9,10-다이하이드로아크리딘)페닐]설폰(약칭: DMAC-DPS), 10-페닐-10H,10'H-스파이로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(약칭: ACRSA) 등의 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리 및 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 헤테로 고리 화합물을 사용할 수 있다. 또한 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리와 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리가 직접 결합된 물질은 π전자 과잉형 헤테로 방향족 고리의 도너성과 π전자 부족형 헤테로 방향족 고리의 억셉터성이 모두 강해지고, 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태의 에너지 차이가 작아지기 때문에 특히 바람직하다.
또한 TADF 재료를 사용하는 경우, 다른 유기 화합물과 조합하여 사용할 수도 있다. 특히 상술한 호스트 재료, 정공 수송 재료, 전자 수송 재료와 조합할 수 있다.
또한 상기 재료는 저분자 재료나 고분자 재료와 조합됨으로써 발광층(113)의 형성에 사용될 수 있다. 또한 성막에는 공지의 방법(증착법이나 도포법이나 인쇄법 등)을 적절히 사용할 수 있다.
도 1의 (C)에 나타낸 발광 디바이스에서, 발광층(113) 위에 전자 수송층(114)이 형성된다.
<전자 수송층>
전자 수송층(114)은 전자 주입층(115)에 의하여, 제 2 전극(102)으로부터 주입된 전자를 발광층(113)에 수송하는 층이다. 또한 전자 수송층(114)은 전자 수송성 재료를 포함하는 층이다. 전자 수송층(114)에 사용되는 전자 수송성 재료는 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 물질이 바람직하다. 또한 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질도 사용할 수 있다.
전자 수송성 재료로서는, 퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 옥사졸 골격을 가지는 금속 착체, 싸이아졸 골격을 가지는 금속 착체 등 외에, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 옥사졸 유도체, 싸이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 퀴놀린 배위자를 가지는 퀴놀린 유도체, 벤조퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 그 외에 질소 함유 헤테로 방향족 화합물을 포함한 π전자 부족형 헤테로 방향족 화합물 등의 전자 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있다.
전자 수송성 재료의 구체적인 예로서는 상술한 재료를 사용할 수 있다.
다음으로 도 1의 (C)에 나타낸 발광 디바이스에서는, 전자 수송층(114) 위에 전자 주입층(115)이 진공 증착법에 의하여 형성된다.
<전자 주입층>
전자 주입층(115)은 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층이다. 전자 주입층(115)에는 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 리튬 산화물(LiOx) 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한 플루오린화 어븀(ErF3)과 같은 희토류 금속 화합물을 사용할 수 있다. 또한 전자 주입층(115)에 전자화물(electride)을 사용하여도 좋다. 전자화물로서는, 예를 들어 칼슘과 알루미늄의 혼합 산화물에 전자를 고농도로 첨가한 물질 등이 있다. 또한 상술한 전자 수송층(114)을 구성하는 물질을 사용할 수도 있다.
또한 전자 주입층(115)에, 전자 수송성 재료와 도너성 재료(전자 공여성 재료)를 포함하는 복합 재료를 사용하여도 좋다. 이와 같은 복합 재료는, 전자 공여체에 의하여 유기 화합물에 전자가 발생하기 때문에, 전자 주입성 및 전자 수송성이 우수하다. 이 경우, 유기 화합물로서는 발생한 전자의 수송에 뛰어난 재료인 것이 바람직하고, 구체적으로는 예를 들어 상술한 전자 수송층(114)에 사용되는 전자 수송성 재료(금속 착체나 헤테로 방향족 화합물 등)를 사용할 수 있다. 전자 공여체로서는, 유기 화합물에 대하여 전자 공여성을 나타내는 물질이면 좋다. 구체적으로는, 알칼리 금속이나 알칼리 토금속이나 희토류 금속이 바람직하고, 리튬, 세슘, 마그네슘, 칼슘, 어븀, 이터븀 등을 들 수 있다. 또한 알칼리 금속 산화물이나 알칼리 토금속 산화물이 바람직하고, 리튬 산화물, 칼슘 산화물, 바륨 산화물 등을 들 수 있다. 또한 산화 마그네슘과 같은 루이스 염기를 사용할 수도 있다. 또한 테트라싸이아풀발렌(약칭: TTF) 등의 유기 화합물을 사용할 수도 있다.
<전하 발생층>
도 1의 (B)에 나타낸 발광 디바이스에서, 제 1 전극(101)(양극)과 제 2 전극(102)(음극) 사이에 전압을 인가하였을 때, 전하 발생층(104)은 EL층(103a)에 전자를 주입하고 EL층(103b)에 정공을 주입하는 기능을 가진다.
전하 발생층(104)은 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 구성이어도 좋고, 전자 수송성 재료와 도너성 재료를 포함하는 구성이어도 좋다. 이와 같은 구성의 전하 발생층(104)을 형성함으로써, EL층이 적층된 경우에 구동 전압이 상승되는 것을 억제할 수 있다.
정공 수송성 재료, 억셉터성 재료, 전자 수송성 재료, 및 도너성 재료에는 각각 상술한 재료를 사용할 수 있다.
또한 본 실시형태에 나타낸 발광 디바이스의 제작에는 증착법 등의 진공 프로세스나, 스핀 코팅법이나 잉크젯법 등의 용액 프로세스를 사용할 수 있다. 증착법을 사용하는 경우에는, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 이온 빔 증착법, 분자선 증착법, 진공 증착법 등의 물리 증착법(PVD법)이나, 화학 증착법(CVD법) 등을 사용할 수 있다. 특히, EL층에 포함되는 기능층(정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층), 및 전하 발생층에 대해서는 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 인쇄(철판 인쇄)법, 그라비어법, 마이크로 콘택트법 등) 등의 방법으로 형성할 수 있다.
EL층(103)을 구성하는 기능층 및 전하 발생층의 재료는 각각 상술한 재료에 한정되지 않는다. 예를 들어, 기능층의 재료로서는, 고분자 화합물(올리고머, 덴드리머, 폴리머 등), 중분자 화합물(저분자와 고분자의 중간 영역의 화합물: 분자량 400 내지 4000), 무기 화합물(퀀텀닷(quantum dot) 재료 등) 등을 사용하여도 좋다. 또한 퀀텀닷 재료로서는, 콜로이드상 퀀텀닷 재료, 합금형 퀀텀닷 재료, 코어·셸형 퀀텀닷 재료, 코어형 퀀텀닷 재료 등을 사용할 수 있다.
[발광 장치의 구성예 1]
도 2의 (A)는 발광 장치의 상면도이고, 도 2의 (B), (C)는 도 2의 (A)의 일점쇄선 X1-Y1 간 및 일점쇄선 X2-Y2 간의 단면도이다. 도 2의 (A) 내지 (C)에 나타낸 발광 장치는 예를 들어 조명 장치에 사용할 수 있다. 발광 장치는 보텀 이미션, 톱 이미션, 듀얼 이미션 중 어느 것이어도 좋다.
도 2의 (B)에 나타낸 발광 장치는 기판(490a), 기판(490b), 도전층(406), 도전층(416), 절연층(405), 유기 EL 디바이스(450)(제 1 전극(401), EL층(402), 및 제 2 전극(403)), 및 접착층(407)을 가진다. 유기 EL 디바이스(450)는 발광 소자, 유기 EL 소자, 발광 디바이스 등이라고 할 수도 있다. EL층(402)은 발광성 유기 화합물로서, 실시형태 1에 나타낸 유기 금속 착체를 발광층에 가지는 것이 바람직하다.
유기 EL 디바이스(450)는 기판(490a) 위의 제 1 전극(401)과, 제 1 전극(401) 위의 EL층(402)과, EL층(402) 위의 제 2 전극(403)을 가진다. 기판(490a), 접착층(407), 및 기판(490b)으로 유기 EL 디바이스(450)는 밀봉되어 있다.
제 1 전극(401), 도전층(406), 도전층(416)의 단부는 절연층(405)으로 덮여 있다. 도전층(406)은 제 1 전극(401)과 전기적으로 접속되고, 도전층(416)은 제 2 전극(403)과 전기적으로 접속된다. 제 1 전극(401)을 개재(介在)하여 절연층(405)으로 덮인 도전층(406)은 보조 배선으로서 기능하고, 제 1 전극(401)과 전기적으로 접속된다. 유기 EL 디바이스(450)의 전극과 전기적으로 접속되는 보조 배선을 가지면, 전극의 저항에 기인하는 전압 강하를 억제할 수 있어 바람직하다. 도전층(406)은 제 1 전극(401) 위에 제공되어도 좋다. 또한 절연층(405) 위 등에 제 2 전극(403)과 전기적으로 접속되는 보조 배선을 가져도 좋다.
기판(490a) 및 기판(490b)에는 각각 유리, 석영, 세라믹, 사파이어, 유기 수지 등을 사용할 수 있다. 기판(490a) 및 기판(490b)에 가요성을 가지는 재료를 사용하면, 표시 장치의 가요성을 높일 수 있다.
발광 장치의 발광면에는, 광 추출 효율을 높이기 위한 광 추출 구조, 먼지의 부착을 억제하는 대전 방지막, 오염이 부착되기 어렵게 하는 발수성막, 사용에 따른 흠의 발생을 억제하는 하드 코트막, 충격 흡수층 등을 배치하여도 좋다.
절연층(405)에 사용할 수 있는 절연 재료로서는, 예를 들어 아크릴 수지, 에폭시 수지 등의 수지, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄 등의 무기 절연 재료가 있다.
접착층(407)으로서는, 자외선 경화형 등의 광 경화형 접착제, 반응 경화형 접착제, 열 경화형 접착제, 혐기형 접착제 등 각종 경화형 접착제를 사용할 수 있다. 이들 접착제로서는, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 실리콘(silicone) 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 이미드 수지, PVC(폴리바이닐클로라이드) 수지, PVB(폴리바이닐뷰티랄) 수지, EVA(에틸렌바이닐아세테이트) 수지 등을 들 수 있다. 특히, 에폭시 수지 등의 투습성이 낮은 재료가 바람직하다. 또한 2액 혼합형 수지를 사용하여도 좋다. 또한 접착 시트 등을 사용하여도 좋다.
도 2의 (C)에 나타낸 발광 장치는 배리어층(490c), 도전층(406), 도전층(416), 절연층(405), 유기 EL 디바이스(450), 접착층(407), 배리어층(423), 및 기판(490b)을 가진다.
도 2의 (C)에 나타낸 배리어층(490c)은 기판(420), 접착층(422), 및 배리어성이 높은 절연층(424)을 가진다.
도 2의 (C)에 나타낸 발광 장치에서는 배리어성이 높은 절연층(424)과 배리어층(423) 사이에 유기 EL 디바이스(450)가 배치된다. 따라서 기판(420) 및 기판(490b)에 방수성이 비교적 낮은 수지 필름 등을 사용한 경우에도, 유기 EL 디바이스에 물 등의 불순물이 들어가 수명이 짧아지는 것을 억제할 수 있다.
기판(420) 및 기판(490b)에는 각각 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스터 수지, 폴리아크릴로나이트릴 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리에터설폰(PES) 수지, 폴리아마이드 수지(나일론, 아라미드 등), 폴리실록산 수지, 사이클로올레핀 수지, 폴리스타이렌 수지, 폴리아마이드이미드 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리염화바이닐 수지, 폴리염화바이닐리덴 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지, ABS 수지, 셀룰로스 나노 섬유 등을 사용할 수 있다. 기판(420) 및 기판(490b)에는 가요성을 가질 정도의 두께의 유리를 사용하여도 좋다.
배리어성이 높은 절연층(424)으로서는, 무기 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 무기 절연막으로서는 예를 들어, 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 질화 알루미늄막 등을 사용할 수 있다. 또한 산화 하프늄막, 산화 이트륨막, 산화 지르코늄막, 산화 갈륨막, 산화 탄탈럼막, 산화 마그네슘막, 산화 란타넘막, 산화 세륨막, 및 산화 네오디뮴막 등을 사용하여도 좋다. 또한 상술한 절연막을 2개 이상 적층하여 사용하여도 좋다.
배리어층(423)에는 적어도 1층의 무기막을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어 배리어층(423)에는 무기막의 단층 구조나 무기막과 유기막의 적층 구조를 적용할 수 있다. 무기막으로서는 상기 무기 절연막이 적합하다. 상기 적층 구조로서는 예를 들어 산화질화 실리콘막과, 산화 실리콘막과, 유기막과, 산화 실리콘막과, 질화 실리콘막을 순차적으로 형성하는 구성 등이 있다. 보호층을 무기막과 유기막의 적층 구조로 함으로써, 유기 EL 디바이스(450)에 들어갈 수 있는 불순물(대표적으로는 수소, 물 등)을 적합하게 억제할 수 있다.
배리어성이 높은 절연층(424) 및 유기 EL 디바이스(450)는 가요성을 가지는 기판(420) 위에 직접 형성할 수 있다. 이 경우, 접착층(422)은 불필요하다. 또한 절연층(424) 및 유기 EL 디바이스(450)는 경질(硬質) 기판 위에 박리층을 개재하여 형성된 후, 기판(420)으로 전치(轉置)될 수 있다. 예를 들어 박리층에 열, 힘, 레이저 광 등을 가함으로써, 경질 기판으로부터 절연층(424) 및 유기 EL 디바이스(450)를 박리한 후, 접착층(422)을 사용하여 기판(420)을 접합함으로써 기판(420)으로 전치하여도 좋다. 박리층으로서는 예를 들어 텅스텐막과 산화 실리콘막을 포함한 무기막의 적층 구조나, 폴리이미드 등의 유기 수지막 등을 사용할 수 있다. 경질 기판을 사용하는 경우, 수지 기판 등과 비교하여 고온에서 절연층(424)을 형성할 수 있기 때문에 절연층(424)을 치밀하고 배리어성이 매우 높은 절연막으로 할 수 있다.
[발광 장치의 구성예 2]
본 발명의 일 형태의 발광 장치는 패시브 매트릭스형 또는 액티브 매트릭스형으로 할 수 있다. 액티브 매트릭스형 발광 장치에 대하여 도 3을 사용하여 설명한다.
도 3의 (A)는 발광 장치의 상면도이다. 도 3의 (B)는 도 3의 (A)에 나타낸 일점쇄선 A-A' 간의 단면도이다.
도 3의 (A), (B)에 나타낸 액티브 매트릭스형 발광 장치는 화소부(302), 회로부(303), 회로부(304a), 및 회로부(304b)를 가진다.
회로부(303), 회로부(304a), 및 회로부(304b)는 각각 주사선 구동 회로(게이트 드라이버) 또는 신호선 구동 회로(소스 드라이버)로서 기능할 수 있다. 또는 외장형 게이트 드라이버 또는 소스 드라이버와, 화소부(302)를 전기적으로 접속시키는 회로이어도 좋다.
제 1 기판(301) 위에는 리드 배선(307)이 제공된다. 리드 배선(307)은 외부 입력 단자인 FPC(308)와 전기적으로 접속된다. FPC(308)는 회로부(303), 회로부(304a), 및 회로부(304b)에 외부로부터의 신호(예를 들어, 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등)나 전위를 전달한다. 또한 FPC(308)에는 인쇄 배선 기판(PWB)이 제공되어도 좋다. 도 3의 (A), (B)에 나타낸 구성은 발광 디바이스(또는 발광 장치) 및 FPC를 가지는 발광 모듈이라고 할 수도 있다.
화소부(302)는 유기 EL 디바이스(317), 트랜지스터(311), 및 트랜지스터(312)를 가지는 화소를 복수로 가진다. 트랜지스터(312)는 유기 EL 디바이스(317)가 가지는 제 1 전극(313)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(311)는 스위칭용 트랜지스터로서 기능한다. 트랜지스터(312)는 전류 제어용 트랜지스터로서 기능한다. 또한 각 화소가 가지는 트랜지스터의 개수는 특별히 한정되지 않고, 필요에 따라 적절히 제공할 수 있다.
회로부(303)는 트랜지스터(309), 트랜지스터(310) 등을 포함하는 복수의 트랜지스터를 가진다. 회로부(303)는 단극성(N형 및 P형 중 어느 한쪽만) 트랜지스터를 포함하는 회로로 형성되어도 좋고, N형 트랜지스터와 P형 트랜지스터를 포함하는 CMOS 회로로 형성되어도 좋다. 또한 외부에 구동 회로를 가지는 구성으로 하여도 좋다.
본 실시형태의 발광 장치가 가지는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 플레이너(planar)형 트랜지스터, 스태거형 트랜지스터, 역 스태거형 트랜지스터 등을 사용할 수 있다. 또한 톱 게이트형 및 보텀 게이트형 중 어느 트랜지스터 구조로 하여도 좋다. 또는, 채널이 형성되는 반도체층 위아래에 게이트가 제공되어도 좋다.
트랜지스터에 사용되는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체 및 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 가지는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 결정성을 가지는 반도체를 사용하면 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
트랜지스터의 반도체층은 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 가지는 것이 바람직하다. 또는 트랜지스터의 반도체층은 실리콘을 가져도 좋다. 실리콘으로서는 비정질 실리콘, 결정성 실리콘(저온 폴리 실리콘, 단결정 실리콘 등) 등을 들 수 있다.
반도체층은 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 마그네슘 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 가지는 것이 바람직하다. 특히 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 및 주석 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하다.
특히 반도체층으로서 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함한 산화물(IGZO라고도 표기함)을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층이 In-M-Zn 산화물인 경우, In-M-Zn 산화물을 성막하기 위하여 사용하는 스퍼터링 타깃은 In의 원자수비가 M의 원자수비 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 스퍼터링 타깃의 금속 원소의 원자수비로서, In:M:Zn=1:1:1, In:M:Zn=1:1:1.2, In:M:Zn=2:1:3, In:M:Zn=3:1:2, In:M:Zn=4:2:3, In:M:Zn=4:2:4.1, In:M:Zn=5:1:6, In:M:Zn=5:1:7, In:M:Zn=5:1:8, In:M:Zn=6:1:6, In:M:Zn=5:2:5 등을 들 수 있다.
회로부(303), 회로부(304a), 회로부(304b)가 가지는 트랜지스터와, 화소부(302)가 가지는 트랜지스터는 같은 구조이어도 좋고, 상이한 구조이어도 좋다. 회로부(303), 회로부(304a), 회로부(304b)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다. 마찬가지로, 화소부(302)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다.
제 1 전극(313)의 단부는 절연층(314)으로 덮여 있다. 또한 절연층(314)에는 네거티브형 감광성 수지, 포지티브형 감광성 수지(아크릴 수지) 등의 유기 화합물이나, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화 실리콘 등의 무기 화합물을 사용할 수 있다. 절연층(314)의 상단부 또는 하단부에는, 곡률을 가지는 곡면을 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 절연층(314)의 상층에 형성되는 막의 피복성을 양호한 것으로 할 수 있다.
제 1 전극(313) 위에는 EL층(315)이 제공되고, EL층(315) 위에는 제 2 전극(316)이 제공된다. EL층(315)은 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 발생층 등을 가진다. EL층(315)은 발광성 유기 화합물로서, 실시형태 1에 나타낸 유기 금속 화합물을 발광층에 가지는 것이 바람직하다.
복수의 트랜지스터 및 복수의 유기 EL 디바이스(317)는 제 1 기판(301), 제 2 기판(306), 및 실재(305)로 밀봉되어 있다. 제 1 기판(301), 제 2 기판(306), 및 실재(305)로 둘러싸인 공간(318)에는 불활성 기체(질소나 아르곤 등)나 유기물(실재(305)를 포함함)이 충전되어 있어도 좋다.
실재(305)에는 에폭시 수지나 유리 프릿을 사용할 수 있다. 또한 실재(305)에는, 수분이나 산소를 가능한 한 투과시키지 않는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 실재로서 유리 프릿을 사용하는 경우에는, 접착성의 관점에서 제 1 기판(301) 및 제 2 기판(306)은 유리 기판인 것이 바람직하다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 사용할 수 있는 전자 기기에 대하여 도 4를 사용하여 설명한다.
도 4의 (A)는 손가락 정맥을 대상으로 한 생체 인증 기기이고, 하우징(911), 광원(912), 검지 스테이지(913) 등을 가진다. 검지 스테이지(913)에 손가락을 올림으로써 정맥의 형상을 촬상할 수 있다. 검지 스테이지(913) 위에는 근적외광을 발하는 광원(912)이 설치되고, 아래에는 촬상 장치(914)가 설치된다. 검지 스테이지(913)는 근적외광을 투과시키는 재료로 구성되고, 광원(912)으로부터 조사되고 손가락을 투과한 근적외광을 촬상 장치(914)로 촬상할 수 있다. 또한 검지 스테이지(913)와 촬상 장치(914) 사이에 광학계가 제공되어도 좋다. 상기 기기의 구성은 손바닥 정맥을 대상으로 한 생체 인증 기기에 이용될 수도 있다.
본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 광원(912)에 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스는 만곡된 형상으로 설치할 수 있어, 대상물에 대하여 광을 균일하게 조사할 수 있다. 특히 파장 760nm 이상 900nm 이하에 가장 강한 피크 강도를 가지는 근적외광을 발하는 발광 디바이스인 것이 바람직하다. 손가락이나 손바닥 등을 투과한 광을 수광하여 화상화함으로써 정맥의 위치를 검출할 수 있다. 상기 작용은 생체 인증에 이용될 수 있다. 또한 글로벌 셔터 방식과 조합함으로써 피사체가 움직여도 고정밀도 센싱이 가능하다.
또한 광원(912)은 도 4의 (B)에 나타낸 발광부(915, 916, 917)와 같이, 복수의 발광부를 가질 수 있다. 발광부(915, 916, 917)는 각각, 발광하는 파장이 상이하여도 좋고, 각각이 상이한 타이밍에 광을 조사할 수도 있다. 따라서 조사하는 광의 파장이나 각도를 변경함으로써 상이한 화상을 연속적으로 촬상할 수 있으므로, 복수의 화상을 인증에 이용하여 높은 보안성을 실현할 수 있다.
도 4의 (C)는 손바닥 정맥을 대상으로 한 생체 인증 기기이고, 하우징(921), 조작 버튼(922), 검지부(923), 근적외광을 발하는 광원(924) 등을 가진다. 검지부(923) 위에 손을 댐으로써 손바닥 정맥의 형상을 인식할 수 있다. 또한 조작 버튼을 사용하여 비밀 번호 등을 입력할 수도 있다. 검지부(923)의 주위에는 광원(924)이 배치되고 대상물(손)에 조사된다. 그리고 대상물로부터의 반사광이 검지부(923)에 입사한다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 광원(924)에 사용할 수 있다. 검지부(923) 직하에는 촬상 장치(925)가 배치되고, 대상물의 이미지(손 전체의 이미지)를 취득할 수 있다. 또한 검지부(923)와 촬상 장치(925) 사이에 광학계가 제공되어도 좋다. 상기 기기의 구성은 손가락 정맥을 대상으로 한 생체 인증 기기에 이용될 수도 있다.
도 4의 (D)는 비파괴 검사 기기이고, 하우징(931), 조작 패널(932), 반송 기구(933), 모니터(934), 검지 유닛(935), 근적외광을 발하는 광원(938) 등을 가진다. 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 광원(938)에 사용할 수 있다. 피검사 부재(936)는 반송 기구(933)에 의하여 검지 유닛(935) 직하로 운반된다. 피검사 부재(936)에는 광원(938)으로부터 근적외광이 조사되고, 그 투과광을 검지 유닛(935) 내에 제공된 촬상 장치(937)로 촬상한다. 촬상된 화상은 모니터(934)에 표시된다. 그 후, 하우징(931)의 출구까지 운반되고, 불량품이 분별 회수된다. 근적외광을 사용한 촬상에 의하여, 비검사 부재 내부의 결함이나 이물 등의 불량 요소를 비파괴로 고속으로 검출할 수 있다.
도 4의 (E)는 휴대 전화기이며, 하우징(981), 표시부(982), 조작 버튼(983), 외부 접속 포트(984), 스피커(985), 마이크로폰(986), 제 1 카메라(987), 제 2 카메라(988) 등을 가진다. 상기 휴대 전화기는 표시부(982)에 터치 센서를 가진다. 하우징(981) 및 표시부(982)는 가요성을 가진다. 전화를 걸거나 또는 문자를 입력하는 등의 각종 조작은 손가락이나 스타일러스 등으로 표시부(982)를 터치함으로써 수행할 수 있다. 제 1 카메라(987)로 가시광 화상을 취득할 수 있고, 제 2 카메라(988)로 적외광 화상(근적외광 화상)을 취득할 수 있다. 도 4의 (E)에 나타낸 휴대 전화기 또는 표시부(982)는 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 가져도 좋다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 1)
(합성예 1)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체의 합성 방법에 대하여 설명한다. 본 실시예에서는, 실시형태 1의 구조식(100)으로 나타내어지는 비스{4,6-다이메틸-2-[3-(3,5-다이메틸페닐)-2-벤조[g]퀴녹살린일-κN]페닐-κC}(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdpbq)2(dpm)])의 합성 방법에 대하여 설명한다.
[화학식 23]
Figure pct00023
<단계 1: 2,3-비스-(3,5-다이메틸페닐)-2-벤조[g]퀴녹살린(약칭: Hdmdpbq)의 합성>
우선, 단계 1에서는 본 발명의 일 형태의 유기 화합물이며 구조식(200)으로 나타내어지는 Hdmdpbq를 합성하였다. 3,3',5,5'-테트라메틸벤질 3.20g, 2,3-다이아미노나프탈렌 1.97g, 에탄올 60mL를 환류관이 장착된 3구 플라스크에 넣고, 내부를 질소 치환한 후, 90℃에서 7시간 반 동안 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 용매를 증류하여 제거하였다. 그 후, 톨루엔을 전개 용매로서 사용하는 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하여 목적물을 얻었다(황색 고체, 수량 3.73g, 수율 79%). 단계 1의 합성 스킴을 (a-1)에 나타낸다.
[화학식 24]
Figure pct00024
단계 1에서 얻어진 황색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 5에 나타내었다. 이들로부터, 본 실시예에서 구조식(200)으로 나타내어지는 Hdmdpbq가 얻어진 것을 알 수 있었다.
얻어진 물질의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2):2.28(s, 12H), 7.01(s, 2H), 7.16(s, 4H), 7.56-7.58(m, 2H), 8.11-8.13(m, 2H), 8.74(s, 2H).
<단계 2: 다이-μ-클로로-테트라키스{4,6-다이메틸-2-[3-(3,5-다이메틸페닐)-2-벤조[g]퀴녹살린일-κN]페닐-κC}다이이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdpbq)2Cl]2)의 합성>
다음으로, 단계 2에서는 본 발명의 일 형태의 복핵 착체이며 구조식(210)으로 나타내어지는 [Ir(dmdpbq)2Cl]2를 합성하였다. 2-에톡시에탄올 15mL, 물 5mL, 단계 1에서 얻은 Hdmdpbq 1.81g, 및 염화 이리듐 수화물(IrCl3·H2O)(Furuya Metal Co., Ltd. 제조) 0.66g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 2시간 동안 조사하여 반응시켰다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 잔사를 메탄올을 사용하여 흡인 여과하고 세정하여, 목적물을 얻었다(흑색 고체, 수량 1.76g, 수율 81%). 단계 2의 합성 스킴을 (a-2)에 나타낸다.
[화학식 25]
Figure pct00025
<단계 3: [Ir(dmdpbq)2(dpm)]의 합성>
그리고, 단계 3에서는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체이며 구조식(100)으로 나타내어지는 [Ir(dmdpbq)2(dpm)]을 합성하였다. 2-에톡시에탄올 20mL, 단계 2에서 얻은 [Ir(dmdpbq)2Cl]2 1.75g, 다이피발로일메테인(약칭: Hdpm) 0.50g, 및 탄산 소듐 0.95g을 환류관이 장착된 가지형 플라스크에 넣고, 플라스크 내를 아르곤 치환하였다. 그 후, 마이크로파(2.45GHz, 100W)를 3시간 동안 조사하였다. 얻어진 잔사를 메탄올을 사용하여 흡인 여과한 후, 물, 메탄올로 세정하였다. 얻어진 고체를, 다이클로로메테인을 전개 용매로서 사용하는 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제한 후, 다이클로로메테인과 메탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 목적물을 얻었다(암녹색 고체, 수량 0.42g, 수율 21%). 얻어진 암녹색 고체 0.41g을 트레인 서블리메이션법에 의하여 승화 정제하였다. 승화 정제 조건으로서, 압력을 2.7Pa로 하고, 아르곤 가스를 유량 10.5mL/min으로 흘리면서, 300℃에서 암녹색 고체를 가열하였다. 승화 정제 후, 암녹색 고체를 수율 78%로 얻었다. 단계 3의 합성 스킴을 (a-3)에 나타낸다.
[화학식 26]
Figure pct00026
단계 3에서 얻어진 암녹색 고체의 핵자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 이하에 나타낸다. 또한 1H-NMR 차트를 도 6에 나타내었다. 이들로부터, 본 실시예에서 구조식(100)으로 나타내어지는 [Ir(dmdpbq)2(dpm)]이 얻어진 것을 알 수 있었다.
얻어진 물질의 1H NMR 데이터를 이하에 나타낸다.
1H-NMR.δ(CD2Cl2):0.75(s, 18H), 0.97(s, 6H), 2.01(s, 6H), 2.52(s, 12H), 4.86(s, 1H), 6.39(s, 2H), 7.15(s, 2H), 7.31(s, 2H), 7.44-7.51(m, 4H), 7.80(d, 2H), 7.86(s, 4H), 8.04(d, 2H), 8.42(s, 2H), 8.58(s, 2H).
다음으로, [Ir(dmdpbq)2(dpm)]의 다이클로로메테인 용액의 자외 가시 흡수 스펙트럼(이하, 단순히 "흡수 스펙트럼"이라고 함) 및 발광 스펙트럼을 측정하였다.
흡수 스펙트럼의 측정에는 자외 가시 분광 광도계(JASCO Corporation 제조, V550형)를 사용하고, 다이클로로메테인 용액(0.010mmol/L)을 석영 셀에 넣고, 실온에서 측정하였다. 또한 발광 스펙트럼의 측정에는 형광 광도계(Hamamatsu Photonics K.K. 제조, FS920)를 사용하고, 질소 분위기하에서 다이클로로메테인 탈산소 용액(0.010mmol/L)을 석영 셀에 넣고 밀봉하여, 실온에서 측정하였다.
얻어진 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼의 측정 결과를 도 7에 나타내었다. 가로축은 파장을 나타내고 세로축은 흡수 강도 및 발광 강도를 나타낸다. 도 7에서의 가는 실선은 흡수 스펙트럼을 나타내고, 굵은 실선은 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 7에 나타낸 흡수 스펙트럼은 다이클로로메테인 용액(0.010mmol/L)을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼에서, 다이클로로메테인만을 석영 셀에 넣고 측정한 흡수 스펙트럼을 뺀 결과를 나타낸 것이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdpbq)2(dpm)]은 807nm에 발광 피크를 가지고, 다이클로로메테인 용액으로부터는 근적외 발광이 관측되었다.
또한 얻어진 [Ir(dmdpbq)2(dpm)]의 중량 감소율을 고진공 차동형 시차 열천칭(Bruker AXS K.K. 제조, TG-DTA2410SA)으로 측정하였다. 진공도 10Pa에서, 승온 속도를 10℃/min으로 설정하고 승온시켰을 때, 도 8에 나타낸 바와 같이 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdpbq)2(dpm)]은 중량 감소율이 100%(도 8에서의 감소 변화율 -100%에 상당함)이고, 양호한 승화성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdpbq)2(dpm)]을 합성할 수 있었다. [Ir(dmdpbq)2(dpm)]은 근적외광을 발할 수 있고, 승화성이 양호한 것을 확인할 수 있었다.
[Ir(dmdpbq)2(dpm)]은 일반식(G1)에서의 X가, 비치환된 벤젠 고리인 경우의 일례이다. X가 벤젠 고리이면, π공액계를 확장시키고, LUMO 준위를 깊게 하고, 에너지적으로 안정화시킬 수 있기 때문에, 근적외 발광이 얻어졌다고 생각된다. 또한 [Ir(dmdpbq)2(dpm)]은 일반식(G1)에서의 R1, R3, R6, 및 R8이 모두 메틸기인 경우의 예이다. R1, R3, R6, 및 R8이 모두 메틸기이면, X가 축합 고리(벤젠 고리)이어도 승화성의 저하를 억제할 수 있기 때문에, 승화성이 양호하며 근적외광을 발하는 유기 금속 착체가 얻어졌다고 생각된다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 제작한 결과에 대하여 설명한다. 구체적으로는, 실시예 1에서 설명한 비스{4,6-다이메틸-2-[3-(3,5-다이메틸페닐)-2-벤조[g]퀴녹살린일-κN]페닐-κC}(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dmdpbq)2(dpm)])(구조식(100))을 발광층에 사용한 발광 디바이스 1의 구조, 제작 방법, 및 특성에 대하여 설명한다.
본 실시예에서 제작한 발광 디바이스 1은, 발광층에 발광성 유기 화합물을 가지고, 상기 발광성 유기 화합물이 발하는 광의 최대 피크 파장이 760nm 이상 900nm 이하인 발광 디바이스의 일례이다. 또한 발광 디바이스 1은 발광성 유기 화합물에 금속-탄소 결합을 가지는 유기 금속 착체를 사용한 발광 디바이스의 일례이다.
본 실시예에서 사용하는 발광 디바이스 1의 구조를 도 9의 (A)에 나타내었고, 구체적인 구성에 대하여 표 1에 나타낸다. 또한 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00027
[화학식 27]
Figure pct00028
<<발광 디바이스 1의 제작>>
도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 나타내는 발광 디바이스 1은 기판(800) 위에 제 1 전극(801)이 형성되고, 제 1 전극(801) 위에 정공 주입층(811), 정공 수송층(812), 발광층(813), 전자 수송층(814), 및 전자 주입층(815)이 순차적으로 적층되고, 전자 주입층(815) 위에 제 2 전극(803)이 적층된 구조를 가진다.
우선, 기판(800) 위에 제 1 전극(801)을 형성하였다. 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다. 기판(800)에는 유리 기판을 사용하였다. 제 1 전극(801)은 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물(ITSO)을 스퍼터링법에 의하여, 막 두께가 110nm가 되도록 성막하여 형성하였다. 또한 본 실시예에서 제 1 전극(801)은 양극으로서 기능한다.
여기서, 전(前)처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다. 그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(801) 위에 정공 주입층(811)을 형성하였다. 정공 주입층(811)은 진공 증착 장치 내를 10-4Pa까지 감압한 후, 1,3,5-트라이(다이벤조싸이오펜-4-일)벤젠(약칭: DBT3P-II)과 산화 몰리브데넘을 DBT3P-II:산화 몰리브데넘=2:1(중량비)로 하고, 막 두께가 60nm가 되도록 공증착하여 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(811) 위에 정공 수송층(812)을 형성하였다. 정공 수송층(812)은 4-페닐-4'-(9-페닐플루오렌-9-일)트라이페닐아민(약칭: BPAFLP)을 사용하고, 막 두께가 20nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
다음으로, 정공 수송층(812) 위에 발광층(813)을 형성하였다. 호스트 재료로서 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II)을 사용하고, 어시스트 재료로서 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)을 사용하고, 게스트 재료(인광 재료)로서 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdpbq)2(dpm)]을 사용하여, 중량비가 2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(dmdpbq)2(dpm)]=0.7:0.3:0.1이 되도록 공증착하였다. 또한 막 두께는 40nm로 하였다.
다음으로, 발광층(813) 위에 전자 수송층(814)을 형성하였다. 전자 수송층(814)은 2mDBTBPDBq-II의 막 두께가 20nm, 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBphen)의 막 두께가 70nm가 되도록 순차적으로 증착하여 형성하였다.
다음으로, 전자 수송층(814) 위에 전자 주입층(815)을 형성하였다. 전자 주입층(815)은 플루오린화 리튬(LiF)을 사용하고, 막 두께가 1nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
다음으로, 전자 주입층(815) 위에 제 2 전극(803)을 형성하였다. 제 2 전극(803)은 알루미늄을 사용하여 증착법에 의하여 두께가 200nm가 되도록 형성하였다. 또한 본 실시예에서 제 2 전극(803)은 음극으로서 기능한다.
상기 공정을 거쳐, 한 쌍의 전극 사이에 EL층(802)을 끼워 이루어지는 발광 디바이스를 기판(800) 위에 형성하였다. 또한 상기 공정에서 설명한 정공 주입층(811), 정공 수송층(812), 발광층(813), 전자 수송층(814), 전자 주입층(815)은 본 발명의 일 형태에서의 EL층을 구성하는 기능층이다. 또한 상술한 제작 방법에서의 증착 공정에서는, 모두 저항 가열법에 의한 증착법을 사용하였다.
또한 상술한 바와 같이 제작한 발광 디바이스는 다른 기판(미도시)으로 밀봉된다. 또한 다른 기판(미도시)을 사용하여 밀봉할 때는, 질소 분위기의 글러브 박스 내에서 자외광에 의하여 고체화되는 접착제가 도포된 다른 기판(미도시)을 기판(800) 위에 고정하고, 기판(800) 위에 형성된 발광 디바이스의 주위에 접차제가 부착되도록 기판들을 접착시켰다. 밀봉 시에는 365nm의 자외광을 6J/cm2 조사하여 접착제를 고체화시키고, 80℃에서 1시간 동안 열처리함으로써 접착제를 안정화시켰다.
<<발광 디바이스 1의 동작 특성>>
발광 디바이스 1의 동작 특성을 측정하였다. 또한 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 10에 발광 디바이스 1의 전류 밀도-방사 발산도 특성을 나타내었다. 도 11에 발광 디바이스 1의 전압-전류 밀도 특성을 나타내었다. 도 12에 발광 디바이스 1의 전류 밀도-방사속 특성을 나타내었다. 도 13에 발광 디바이스 1의 전압-방사 발산도 특성을 나타내었다. 도 14에 발광 디바이스 1의 전류 밀도-외부 양자 효율 특성을 나타내었다. 또한 방사 발산도, 방사속, 및 외부 양자 효율은 발광 디바이스의 배광 특성을 램버시안형으로 가정하여 방사 휘도를 사용하여 산출하였다.
표 2에 7.4W/sr/m2 부근에서의 발광 디바이스 1의 주된 초기 특성값을 나타낸다.
[표 2]
Figure pct00029
도 10 내지 도 14 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 1은 양호한 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
또한 발광 디바이스 1에 51mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 15에 나타내었다. 발광 스펙트럼의 측정에는 근적외 분광 방사계(SR-NIR, Topcon Technohouse Corporation 제조)를 사용하였다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 1은 발광층(813)에 포함되는 [Ir(dmdpbq)2(dpm)]의 발광에서 유래하며, 796nm 부근에 최대 피크를 가지는 발광 스펙트럼을 나타내었다.
또한 발광 스펙트럼의 반치 폭은 67nm이었다. 이 반치 폭을 에너지로 환산하면 약 0.13eV이고, 유기 금속 착체에서 유래하는 발광으로서는 매우 좁다. 발광 디바이스 1은 760nm 이상 900nm 이하의 광(또는 780nm 이상 880nm 이하의 광)을 효율적으로 발하고, 센서 용도 등의 광원으로서 효과가 높다고 할 수 있다.
<<발광 디바이스 1의 신뢰성 시험>>
다음으로, 발광 디바이스 1에 대하여 신뢰성 시험을 수행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 16에 나타내었다. 도 16에서, 세로축은 초기 발광 강도를 100%로 하였을 때의 정규화 발광 강도(%)를 나타내고, 가로축은 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한 신뢰성 시험에서는 전류 밀도를 75mA/cm2로 설정하여 발광 디바이스 1을 구동시켰다.
신뢰성 시험의 결과로부터, 발광 디바이스 1은 높은 신뢰성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdpbq)2(dpm)](구조식(100))을 발광 디바이스 1의 발광층에 사용한 것에 의한 효과라고 할 수 있다.
(실시예 3)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 제작한 결과에 대하여 설명한다. 본 실시예에서 제작한 발광 디바이스 2는, 발광층에 발광성 유기 화합물을 가지고, 상기 발광성 유기 화합물이 발하는 광의 최대 피크 파장이 760nm 이상 900nm 이하인 발광 디바이스의 일례이다. 이하에서는 발광 디바이스 2를 제작하고 특성을 측정한 결과에 대하여 설명한다.
발광 디바이스 2에서는, 발광성 유기 화합물로서 비스(다이벤조[a,i]나프토[2,1-c]페나진-10-일-κC10,κN11)(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dbnphz)2(dpm)])을 발광층에 사용하였다. 즉 발광 디바이스 2는 발광성 유기 화합물에 금속-탄소 결합을 가지는 유기 금속 착체를 사용한 발광 디바이스의 일례이다. 또한 [Ir(dbnphz)2(dpm)]의 합성예에 대해서는 참고예에서 후술한다.
본 실시예에서 사용하는 발광 디바이스 2의 구체적인 구성에 대하여 표 3에 나타낸다. 또한 발광 디바이스 2의 구조는 발광 디바이스 1(도 9의 (A))과 마찬가지이기 때문에, 제작 방법에 대해서는 실시예 2를 참조할 수 있다. 또한 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[표 3]
Figure pct00030
[화학식 28]
Figure pct00031
<<발광 디바이스 2의 동작 특성>>
발광 디바이스 2의 동작 특성을 측정하였다. 또한 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 17에 발광 디바이스 2의 전류 밀도-방사 발산도 특성을 나타내었다. 도 18에 발광 디바이스 2의 전압-전류 밀도 특성을 나타내었다. 도 19에 발광 디바이스 2의 전류 밀도-방사속 특성을 나타내었다. 도 20에 발광 디바이스 2의 전압-방사 발산도 특성을 나타내었다. 도 21에 발광 디바이스 2의 전류 밀도-외부 양자 효율 특성을 나타내었다. 또한 방사 발산도, 방사속, 및 외부 양자 효율은 발광 디바이스의 배광 특성을 램버시안형으로 가정하여 방사 휘도를 사용하여 산출하였다.
표 4에 0.11W/sr/m2 부근에서의 발광 디바이스 2의 주된 초기 특성값을 나타낸다.
[표 4]
Figure pct00032
도 17 내지 도 21 및 표 4에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 2는 양호한 소자 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
또한 발광 디바이스 2에 15mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 22에 나타내었다. 도 22에서, 발광 스펙트럼의 측정에는 근적외 분광 방사계(SR-NIR, Topcon Technohouse Corporation 제조)를 사용하였다. 발광 디바이스 2는 발광층(813)에 포함되는 [Ir(dbnphz)2(dpm)]의 발광에서 유래하며, 870nm 부근에 최대 피크를 가지는 발광 스펙트럼을 나타낸다.
또한 발광 스펙트럼의 반치 폭은 63nm이었다. 이 반치 폭을 에너지로 환산하면 약 0.10eV이고, 유기 금속 착체에서 유래하는 발광으로서는 매우 좁다. 발광 디바이스 2는 760nm 이상 900nm 이하의 광(또는 780nm 이상 880nm 이하의 광)을 효율적으로 발하고, 센서 용도 등의 광원으로서 효과가 높다고 할 수 있다.
<<발광 디바이스 2의 신뢰성 시험>>
다음으로, 발광 디바이스 2에 대하여 신뢰성 시험을 수행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 23에 나타내었다. 도 23에서, 세로축은 초기 발광 강도를 100%로 하였을 때의 정규화 발광 강도(%)를 나타내고, 가로축은 소자의 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한 신뢰성 시험에서는 전류 밀도를 75mA/cm2로 설정하고, 발광 디바이스 2를 구동시켰다.
신뢰성 시험의 결과로부터, 발광 디바이스 2는 높은 신뢰성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
(실시예 4)
본 실시예에서는, 본 발명의 일 형태의 발광 디바이스를 제작한 결과에 대하여 설명한다. 구체적으로는, 실시예 1에서 설명한 [Ir(dmdpbq)2(dpm)]을 발광층에 사용한 발광 디바이스 3의 구조, 제작 방법, 및 특성에 대하여 설명한다.
본 실시예에서 제작한 발광 디바이스 3은, 발광층에 발광성 유기 화합물을 가지고, 상기 발광성 유기 화합물이 발하는 광의 최대 피크 파장이 760nm 이상 900nm 이하인 발광 디바이스의 일례이다. 또한 발광 디바이스 3은 발광성 유기 화합물에 금속-탄소 결합을 가지는 유기 금속 착체를 사용한 발광 디바이스의 일례이다.
본 실시예에서 사용하는 발광 디바이스 3의 구조를 도 9의 (B)에 나타내었다. 본 실시예에서 사용하는 발광 디바이스 3은 한 쌍의 전극(제 1 전극(801) 및 제 2 전극(803)) 사이에 2층의 EL층(EL층(802a) 및 EL층(802b))을 가지고, 2층의 EL층 사이에 전하 발생층(816)을 가지는 탠덤 구조의 발광 디바이스이다.
본 실시예에서 사용하는 발광 디바이스 3의 구체적인 구성에 대하여 표 5에 나타낸다. 또한 본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[표 5]
Figure pct00033
[화학식 29]
Figure pct00034
<<발광 디바이스 3의 제작>>
본 실시예에서 나타내는 발광 디바이스 3은 도 9의 (B)에 나타낸 바와 같이 기판(800) 위에 제 1 전극(801)이 형성되고, 제 1 전극(801) 위에 EL층(802a)(정공 주입층(811a), 정공 수송층(812a), 발광층(813a), 전자 수송층(814a), 및 전자 주입층(815a)), 전하 발생층(816), 및 EL층(802b)(정공 주입층(811b), 정공 수송층(812b), 발광층(813b), 전자 수송층(814b), 및 전자 주입층(815b))이 순차적으로 적층되고, EL층(802b) 위에 제 2 전극(803)이 적층된 구조를 가진다.
우선, 기판(800) 위에 제 1 전극(801)을 형성하였다. 전극 면적은 4mm2(2mm×2mm)로 하였다. 기판(800)에는 유리 기판을 사용하였다. 제 1 전극(801)은 은(Ag)과 팔라듐(Pd)과 구리(Cu)의 합금(Ag-Pd-Cu(APC))을 스퍼터링법에 의하여, 막 두께가 100nm가 되도록 성막하여 형성하고, ITSO를 스퍼터링법에 의하여, 막 두께가 10nm가 되도록 성막하여 형성하였다. 또한 본 실시예에서 제 1 전극(801)은 양극으로서 기능한다.
여기서, 전처리로서 기판 표면을 물로 세정하고 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다. 그 후, 약 10-4Pa까지 내부가 감압된 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치 내의 가열실에서 170℃에서 30분 동안 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분 동안 방랭하였다.
다음으로, 제 1 전극(801) 위에 정공 주입층(811a)을 형성하였다. 정공 주입층(811a)은 진공 증착 장치 내를 10-4Pa까지 감압한 후, DBT3P-II와 산화 몰리브데넘을 DBT3P-II:산화 몰리브데넘=2:1(중량비)로 하고, 막 두께가 10nm가 되도록 공증착하여 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(811a) 위에 정공 수송층(812a)을 형성하였다. 정공 수송층(812a)은 PCBBiF를 사용하고, 막 두께가 30nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
다음으로, 정공 수송층(812a) 위에 발광층(813a)을 형성하였다. 호스트 재료로서 2mDBTBPDBq-II를 사용하고, 어시스트 재료로서 PCBBiF를 사용하고, 게스트 재료(인광 재료)로서 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdpbq)2(dpm)]을 사용하고, 중량비가 2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(dmdpbq)2(dpm)]=0.7:0.3:0.1이 되도록 공증착하였다. 또한 막 두께는 40nm로 하였다.
다음으로, 발광층(813a) 위에 전자 수송층(814a)을 형성하였다. 전자 수송층(814a)은 2mDBTBPDBq-II의 막 두께가 20nm, NBphen의 막 두께가 90nm가 되도록 순차적으로 증착하여 형성하였다.
다음으로, 전자 수송층(814a) 위에 전자 주입층(815a)을 형성하였다. 전자 주입층(815a)은 산화 리튬(Li2O)을 사용하고, 막 두께가 0.1nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
다음으로, 전자 주입층(815a) 위에 전하 발생층(816)을 형성하였다. 전하 발생층(816)은 구리(II)프탈로사이아닌(CuPc)을 사용하고, 막 두께가 2nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
다음으로, 전하 발생층(816) 위에 정공 주입층(811b)을 형성하였다. 정공 주입층(811b)은 DBT3P-II와 산화 몰리브데넘을 DBT3P-II:산화 몰리브데넘=2:1(중량비)로 하고, 막 두께가 10nm가 되도록 공증착하여 형성하였다.
다음으로, 정공 주입층(811b) 위에 정공 수송층(812b)을 형성하였다. 정공 수송층(812b)은 PCBBiF를 사용하고, 막 두께가 60nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
다음으로, 정공 수송층(812b) 위에 발광층(813b)을 형성하였다. 호스트 재료로서 2mDBTBPDBq-II를 사용하고, 어시스트 재료로서 PCBBiF를 사용하고, 게스트 재료(인광 재료)로서 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdpbq)2(dpm)]을 사용하고, 중량비가 2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:[Ir(dmdpbq)2(dpm)]=0.7:0.3:0.1이 되도록 공증착하였다. 또한 막 두께는 40nm로 하였다.
다음으로, 발광층(813b) 위에 전자 수송층(814b)을 형성하였다. 전자 수송층(814b)은 2mDBTBPDBq-II의 막 두께가 20nm, NBphen의 막 두께가 65nm가 되도록 순차적으로 증착하여 형성하였다.
다음으로, 전자 수송층(814b) 위에 전자 주입층(815b)을 형성하였다. 전자 주입층(815b)은 플루오린화 리튬(LiF)을 사용하고, 막 두께가 1nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
다음으로, 전자 주입층(815b) 위에 제 2 전극(803)을 형성하였다. 제 2 전극(803)은 은(Ag)과 마그네슘(Mg)을 Ag:Mg=10:1(체적비)로 하고, 막 두께가 20nm가 되도록 공증착하여 형성하였다. 또한 본 실시예에서 제 2 전극(803)은 음극으로서 기능한다.
다음으로, 제 2 전극(803) 위에 버퍼층(804)을 형성하였다. 버퍼층(804)은 DBT3P-II를 사용하고, 막 두께가 110nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
상기 공정을 거쳐, 기판(800) 위에 발광 디바이스 3을 형성하였다. 또한 상술한 제작 방법에서의 증착 공정에서는, 모두 저항 가열법에 의한 증착법을 사용하였다.
또한 발광 디바이스 3은 다른 기판(미도시)으로 밀봉된다. 밀봉 방법은 발광 디바이스 1과 마찬가지이기 때문에, 실시예 2를 참조할 수 있다.
또한 발광 디바이스 3에는, 마이크로캐비티 구조가 적용되어 있다. 발광 디바이스 3은 한 쌍의 반사 전극(APC막과 Ag:Mg막) 사이의 광학 거리가 게스트 재료의 발광의 최대 피크 파장에 대하여, 약 1파장이 되도록 제작하였다.
<<발광 디바이스 3의 동작 특성>>
발광 디바이스 3의 동작 특성을 측정하였다. 또한 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
도 24에 발광 디바이스 3의 전류 밀도-방사 발산도 특성을 나타내었다. 도 25에 발광 디바이스 3의 전압-전류 밀도 특성을 나타내었다. 도 26에 발광 디바이스 3의 전류 밀도-방사속 특성을 나타내었다. 도 27에 발광 디바이스 3의 전압-방사 발산도 특성을 나타내었다. 도 28에 발광 디바이스 3의 전류 밀도-외부 양자 효율 특성을 나타내었다. 또한 방사 발산도, 방사속, 및 외부 양자 효율은 발광 디바이스의 배광 특성을 램버시안형으로 가정하여 방사 휘도를 사용하여 산출하였다.
표 6에 6.8W/sr/m2 부근에서의 발광 디바이스 3의 주된 초기 특성값을 나타낸다.
[표 6]
Figure pct00035
도 24 내지 도 28 및 표 6에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 3은 양호한 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 발광 디바이스 3은 탠덤 구조이기 때문에, EL 강도의 피크값이 높고, 외부 양자 효율이 높은 결과를 얻을 수 있었다.
또한 발광 디바이스 3에 10mA/cm2의 전류 밀도로 전류를 흘렸을 때의 발광 스펙트럼을 도 29에 나타내었다. 발광 스펙트럼의 측정에는 근적외 분광 방사계(SR-NIR, Topcon Technohouse Corporation 제조)를 사용하였다. 도 29에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 3은 발광층(813a) 및 발광층(813b)에 포함되는 [Ir(dmdpbq)2(dpm)]의 발광에서 유래하며, 799nm 부근에 최대 피크를 가지는 발광 스펙트럼을 나타내었다.
또한 마이크로캐비티 구조를 채용함으로써 발광 스펙트럼이 협선화되어, 반치 폭이 32nm를 나타내었다. 발광 디바이스 3은 760nm 이상 900nm 이하의 광(또는 780nm 이상 880nm 이하의 광)을 효율적으로 발하고, 센서 용도 등의 광원으로서 효과가 높다고 할 수 있다.
<<발광 디바이스 3의 신뢰성 시험>>
다음으로, 발광 디바이스 3에 대하여 신뢰성 시험을 수행하였다. 신뢰성 시험의 결과를 도 30에 나타내었다. 도 30에서, 세로축은 초기 발광 강도를 100%로 하였을 때의 정규화 발광 강도(%)를 나타내고, 가로축은 구동 시간(h)을 나타낸다. 또한 신뢰성 시험에서는 전류 밀도를 75mA/cm2로 설정하고, 발광 디바이스 3을 구동시켰다.
신뢰성 시험의 결과로부터, 발광 디바이스 3은 높은 신뢰성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 이는 본 발명의 일 형태의 유기 금속 착체인 [Ir(dmdpbq)2(dpm)](구조식(100))을 발광 디바이스 3의 발광층에 사용한 것에 의한 효과라고 할 수 있다.
<<발광 디바이스 3의 시야각 특성>>
다음으로 발광 디바이스 3의 EL 스펙트럼의 시야각 특성을 조사하였다.
우선, 발광 소자의 정면 방향의 EL 스펙트럼과 비스듬한 방향의 EL 스펙트럼을 측정하였다. 구체적으로는 발광 디바이스 3의 발광면에 수직인 방향을 0°로 하고, -80°부터 80°까지 10°씩, 총 17지점에서 발광 스펙트럼을 측정하였다. 측정에는 멀티채널 분광기(Hamamatsu Photonics K.K., PMA-12)를 사용하였다. 이 측정 결과로부터, 각 각도에서의 발광 소자의 EL 스펙트럼 및 광자 강도비를 얻었다.
도 31에 발광 디바이스 3에서의 0° 내지 60°의 EL 스펙트럼을 나타내었다.
도 32에 발광 디바이스 3의 정면에서의 광자 강도를 기준으로 한 각 각도(Angle)에서의 광자 강도(Normalized photon intensity)를 나타내었다. 이에 더하여 도 32에 Lambertian 특성을 나타내었다.
도 31 및 도 32에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스 3은 시야각 의존성이 크고, 정면 방향으로 발광이 강하게 방사되는 것을 알 수 있었다. 이는, 마이크로캐비티 구조를 채용함으로써 정면 방향의 발광이 강해진 반면, 비스듬한 방향의 발광이 약해졌기 때문이다. 이와 같이, 정면 방향의 발광이 강한 시야각 특성은 정맥 센서 등의 센서 용도의 광원으로서 적합하다.
(참고예)
상기 실시예 3에서 사용한 비스(다이벤조[a,i]나프토[2,1-c]페나진-10-일-κC10,κN11)(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭: [Ir(dbnphz)2(dpm)])의 합성 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. [Ir(dbnphz)2(dpm)]의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 30]
Figure pct00036
<단계 1: 다이벤조[a,i]나프토[2,1-c]페나진(약칭: Hdbnphz)의 합성>
우선, 크리센-5,6-다이온 1.0g(4.0mmol), 2,3-다이아미노나프탈렌 0.67g(4.3mmol), 에탄올 20mL를 반응 용기에 넣고, 5시간 동안 가열하고 환류하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 얻어진 혼합물을 흡인 여과하고, 고체를 에탄올로 세정하였다. 이 고체를 가열된 톨루엔에 용해시키고, 셀라이트·알루미나·셀라이트의 순서로 적층한 여과재를 사용하여 흡인 여과하였다. 얻어진 여과액을 농축하고, 톨루엔과 에탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 목적물을 얻었다(1.1g, 수율 74%). 단계 1의 합성 스킴을 (b-1)에 나타낸다.
[화학식 31]
Figure pct00037
<단계 2: [Ir(dbnphz)2(dpm)]의 합성>
다음으로, 단계 1에서 얻은 Hdbnphz 1.1g(2.9mmol), 염화 이리듐 수화물 0.39g(1.3mmol), 다이메틸폼아마이드(DMF) 30mL를 반응 용기에 넣고, 용기 내를 질소 치환하고, 160℃에서 7.5시간 동안 가열하고 교반하였다. 소정의 시간이 경과한 후, 탄산 소듐 0.55g(5.2mmol)과 다이피발로일메테인 0.72g(3.9mmol)을 첨가하고 140℃에서 14시간 동안 가열하고 교반하였다. 다음으로 이 혼합물을 흡인 여과하고, 얻어진 고체를 물, 에탄올로 세정하였다.
다음으로, 다이클로로메테인을 전개 용매로서 사용하는 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 이 고체를 정제하고, 얻어진 프랙션을 농축하여 고체를 얻었다. 이 고체를 가열된 톨루엔으로 세정하여 목적물을 133mg 얻었다.
다음으로, 얻어진 여과액을 농축하고, 톨루엔을 전개 용매로서 사용하는 실리카 겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였다. 이어서, 얻어진 프랙션을 농축하여 얻은 고체를 톨루엔과 에탄올의 혼합 용매를 사용하여 재결정함으로써, 목적물(80mg)을 얻었다(총수량 213mg, 수율 14%). 단계 2의 합성 스킴을 식(b-2)에 나타낸다.
[화학식 32]
Figure pct00038
단계 2에서 얻은 흑색 고체의 양성자(1H)를 핵자기 공명법(NMR)에 의하여 측정하였다. 얻어진 값을 이하에 나타낸다. 측정 결과로부터, [Ir(dbnphz)2(dpm)]이 얻어진 것을 알 수 있었다.
1H-NMR δ(CDCl3):0.52(s, 18H), 5.04(s, 1H), 6.80(d, 2H), 6.97(t, 2H), 7.48(d, 2H), 7.59(t, 2H), 7.74(t, 2H), 7.88(d, 2H), 7.98(t, 2H), 8.06(d, 2H), 8.10(d, 2H), 8.26(d, 4H), 8.64(d, 2H), 9.13(s, 2H), 9.19(s, 2H), 11.21(d, 2H).
101: 제 1 전극, 102: 제 2 전극, 103: EL층, 103a: EL층, 103b: EL층, 104: 전하 발생층, 111: 정공 주입층, 112: 정공 수송층, 113: 발광층, 114: 전자 수송층, 115: 전자 주입층, 301: 제 1 기판, 302: 화소부, 303: 회로부, 304a: 회로부, 304b: 회로부, 305: 실재, 306: 제 2 기판, 307: 배선, 308: FPC, 309: 트랜지스터, 310: 트랜지스터, 311: 트랜지스터, 312: 트랜지스터, 313: 제 1 전극, 314: 절연층, 315: EL층, 316: 제 2 전극, 317: 유기 EL 디바이스, 318: 공간, 401: 제 1 전극, 402: EL층, 403: 제 2 전극, 405: 절연층, 406: 도전층, 407: 접착층, 416: 도전층, 420: 기판, 422: 접착층, 423: 배리어층, 424: 절연층, 450: 유기 EL 디바이스, 490a: 기판, 490b: 기판, 490c: 배리어층, 800: 기판, 801: 제 1 전극, 802: EL층, 802a: EL층, 802b: EL층, 803: 제 2 전극, 804: 버퍼층, 811: 정공 주입층, 811a: 정공 주입층, 811b: 정공 주입층, 812: 정공 수송층, 812a: 정공 수송층, 812b: 정공 수송층, 813: 발광층, 813a: 발광층, 813b: 발광층, 814: 전자 수송층, 814a: 전자 수송층, 814b: 전자 수송층, 815: 전자 주입층, 815a: 전자 주입층, 815b: 전자 주입층, 816: 전하 발생층, 911: 하우징, 912: 광원, 913: 검지 스테이지, 914: 촬상 장치, 915: 발광부, 916: 발광부, 917: 발광부, 921: 하우징, 922: 조작 버튼, 923: 검지부, 924: 광원, 925: 촬상 장치, 931: 하우징, 932: 조작 패널, 933: 반송 기구, 934: 모니터, 935: 검지 유닛, 936: 피검사 부재, 937: 촬상 장치, 938: 광원, 981: 하우징, 982: 표시부, 983: 조작 버튼, 984: 외부 접속 포트, 985: 스피커, 986: 마이크로폰, 987: 카메라, 988: 카메라

Claims (23)

  1. 발광층을 가지는 발광 디바이스로서,
    상기 발광층은 발광성 유기 화합물을 가지고,
    상기 발광성 유기 화합물이 발하는 광의 최대 피크 파장은 760nm 이상 900nm 이하인, 발광 디바이스.
  2. 제 1 전극, 제 2 전극, 및 발광층을 가지는 발광 디바이스로서,
    상기 발광층은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 위치하고,
    상기 발광층은 발광성 유기 화합물을 가지고,
    상기 발광성 유기 화합물이 발하는 광의 최대 피크 파장은 760nm 이상 900nm 이하인, 발광 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광성 유기 화합물은 금속-탄소 결합을 가지는 유기 금속 착체인, 발광 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유기 금속 착체는 고리가 2개 이상 5개 이하의 축합 헤테로 방향족 고리를 가지고,
    상기 축합 헤테로 방향족 고리는 상기 금속에 배위하는, 발광 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광성 유기 화합물은 사이클로메탈 착체인, 발광 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광성 유기 화합물은 오쏘 금속 착체인, 발광 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광성 유기 화합물은 이리듐 착체인, 발광 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광성 유기 화합물이 발하는 광의 최대 피크 파장은 780nm 이상 880nm 이하인, 발광 디바이스.
  9. 발광 장치로서,
    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 디바이스와,
    트랜지스터 및 기판 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는, 발광 장치.
  10. 발광 모듈로서,
    제 9 항에 기재된 발광 장치와,
    커넥터 및 집적 회로 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는, 발광 모듈.
  11. 전자 기기로서,
    제 10 항에 기재된 발광 모듈과,
    안테나, 배터리, 하우징, 카메라, 스피커, 마이크로폰, 및 조작 버튼 중 적어도 하나를 가지는, 전자 기기.
  12. 조명 장치로서,
    제 9 항에 기재된 발광 장치와,
    하우징, 커버, 및 지지대 중 적어도 하나를 가지는, 조명 장치.
  13. 일반식(G1)으로 나타내어지는, 유기 금속 착체.
    [화학식 1]
    Figure pct00039

    (식 중, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R1 내지 R4 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R5 내지 R9 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타내고, n은 2 또는 3이고, L은 1가 음이온성 배위자(monoanionic ligand)를 나타낸다.)
  14. 일반식(G2)으로 나타내어지는, 유기 금속 착체.
    [화학식 2]
    Figure pct00040

    (식 중, R1, R3, R6, 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R10 및 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타내고, n은 2 또는 3이고, L은 1가 음이온성 배위자를 나타낸다.)
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 유기 금속 착체가 발하는 광의 최대 피크 파장은 760nm 이상 900nm 이하인, 유기 금속 착체.
  16. 일반식(G1)으로 나타내어지는, 발광 재료.
    [화학식 3]
    Figure pct00041

    (식 중, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R1 내지 R4 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R5 내지 R9 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타내고, n은 2 또는 3이고, L은 1가 음이온성 배위자를 나타낸다.)
  17. 일반식(G2)으로 나타내어지는, 발광 재료.
    [화학식 4]
    Figure pct00042

    (식 중, R1, R3, R6, 및 R8은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R10 및 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타내고, n은 2 또는 3이고, L은 1가 음이온성 배위자를 나타낸다.)
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 발광 재료가 발하는 광의 최대 피크 파장은 760nm 이상 900nm 이하인, 발광 재료.
  19. 발광층을 가지는 발광 디바이스로서,
    상기 발광층은 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 재료를 가지고,
    상기 발광 디바이스는 최대 피크 파장이 760nm 이상 900nm 이하의 광을 발하는 기능을 가지는, 발광 디바이스.
  20. 일반식(G0)으로 나타내어지는, 유기 화합물.
    [화학식 5]
    Figure pct00043

    (식 중, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R1 내지 R4 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R5 내지 R9 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타낸다.)
  21. 구조식(200)으로 나타내어지는, 유기 화합물.
    [화학식 6]
    Figure pct00044
  22. 일반식(B)으로 나타내어지는, 복핵(複核) 착체.
    [화학식 7]
    Figure pct00045

    (식 중, Z는 할로젠을 나타내고, R1 내지 R11은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R1 내지 R4 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, R5 내지 R9 중 적어도 2개는 탄소수 1 내지 6의 알킬기를 나타내고, X는 치환 또는 비치환된 벤젠 고리 또는 나프탈렌 고리를 나타낸다.)
  23. 구조식(210)으로 나타내어지는, 유기 화합물.
    [화학식 8]
    Figure pct00046
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