KR101596226B1 - 발광 소자, 발광 장치 및 전자기기 - Google Patents
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Abstract
발광 효율이 높고 수명이 길며 구동 전압이 낮은 발광 소자가 제공된다. 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이의, 서로 접하여 적층 구조를 형성하는 복수개의 발광층을 포함하고, 상기 복수개의 발광층은 상기 양극에 근접한 제1 발광층과 상기 음극에 근접한 제2 발광층을 포함하며, 상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층은 각각 호스트 재료, 정공 수송성 재료 및 발광 재료를 포함하고, 상기 제1 발광층에서의 정공 수송성 재료의 농도가 상기 제2 발광층에서의 정공 수송성 재료의 농도보다 더 높은 발광 소자가 제공된다.
Description
본 발명은 유기 화합물을 함유하는 층을 한쌍의 전극 사이에 포함하는 발광 소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 발광 소자를 사용한 발광 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 발광 장치를 사용한 전자기기에 관한 것이다.
최근, 발광성의 유기 화합물 또는 무기 화합물을 발광 재료로 사용하는 발광 소자의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 특히, EL 소자라 불리는 발광 소자는 발광 재료를 함유하는 발광층이 전극들 사이에 제공된 간단한 구조를 갖는다. 따라서, 상기 발광 소자는 박형, 경량, 고속 응답성 및 직류 저전압 구동 등의 특성으로 인하여 차세대 플랫 패널 디스플레이 소자(flat panel display element) 로서 주목받고 있다. 또한, 이러한 발광 소자를 사용하는 디스플레이는 콘트라스트(contrast), 화상 품질 및 광시야각(wide viewing angle) 면에서 우수하다. 또한, 이들 발광 소자들은 평면 광원이기 때문에, 이들 발광 소자를 액정 디스플레이의 백라이트(backlight) 및 조명 장치와 같은 광원으로서 적용하는 것도 고려된다.
발광 재료로서 발광성의 유기 화합물을 사용하는 경우, 발광 소자의 발광 메카니즘은 캐리어 주입형이다. 즉, 전극들 사이에 발광층을 개재하여 전압을 인가함으로써, 상기 전극들로부터 주입된 캐리어들(정공 및 전자)이 재결합되어 발광 재료가 여기 상태가 된다. 이 여기 상태가 기저 상태로 되돌아올 때에 광이 발광되는 것이다. 여기 상태의 종류로서는 단일항 여기 상태(S*)와 삼중항 여기 상태(T*)가 가능하다. 또한, 발광 소자에 있어서 여기 상태의 통계적 생성 비율은 S*:T*=1:3인 것으로 사료된다.
일반적으로, 발광성 유기 화합물의 기저 상태는 단일항 상태이다. 따라서, 단일항 여기 상태(S*)로부터의 발광은 동일한 다중도들 사이의 전자 전이이기 때문에 형광이라 부른다. 한편, 삼중항 여기 상태(T*)로부터의 발광은 상이한 다중도들 사이의 전자 전이이기 때문에 인광이라 부른다. 여기서, 형광을 발광하는 화합물(이하, 형광성 화합물이라 칭함)은 일반적으로 실온에서 인광은 관측되지 않고 형광만이 관측된다. 따라서, 형광성 화합물을 사용한 발광 소자에서의 내부 양자 효율(주입된 캐리어에 대한 발생한 광자의 비율)의 이론적 한계는 S*:T*=1:3인 것을 근거로 하여 25%로 추정된다.
한편, 인광을 발광하는 화합물(이하, 인광성 화합물이라 칭함)을 사용하는 경우, 내부 양자 효율은 이론상 75% 내지 100%일 수 있다. 즉, 형광성 화합물의 발광 효율보다 3배 내지 4배 많은 발광 효율이 달성될 수 있다. 이러한 이유로, 고효율의 발광 소자를 실현하기 위해, 인광성 화합물을 사용한 발광 소자가 제안되고 있다(예컨대, 비특허 문헌 1 및 2 참조). 비특허 문헌 1에서는 2-페닐피리딘을 리간드로 하는 이리듐 착체(Ir(ppy)3)가, 비특허 문헌 2에서는 2-(2'-벤조[4,5-a]티에닐)피리딘을 리간드로 하는 이리듐 착체([btp2Ir(acac)])가 각각 인광성 화합물로서 사용되고 있음에 주목한다.
또한, 인광성 화합물을 사용한 발광 소자의 수명과 효율을 개선하기 위해, 유기 저분자 정공 수송 물질 및 유기 저분자 전자 수송 물질을 인광성 도펀트용(dopant) 호스트 물질로서 함유하는 발광층을 사용한 발광 소자가 개시되어 있다(특허 문헌 1 참조).
고효율의 발광 소자를 사용하는 이점 중 하나는 당해 발광 소자를 사용한 전자기기의 소비전력을 감소시킬 수 있다는 것이다. 에너지 문제가 대두되고 있는 요즈음, 소비전력은 소비자의 구매 동향을 좌우하는 주요한 요인이 되어가고 있으며; 따라서, 소비전력은 매우 중요한 요소이다.
테쓰오 쓰쓰이(Tetsuo TSUTSUI) 외 8명, Japanese Journal of Applied Physics Vol. 38, L1502 to L1504 (1999)
치하야 아다치(Chihaya ADACHI) 외 5명, Applied Physics Letters, Vol. 78, No. 11, pp. 1622-1624 (2001)
상기된 비특허 문헌 1의 보고에 따르면, 초기 휘도를 500cd/㎡로 설정한 정 전류(constant current) 구동 시의 휘도의 반감기는 약 170시간으로서, 소자의 수명에 문제가 있다. 또한, 비특허 문헌 1에서는 정공-차단 층(hole-blocking layer)으로서 바소쿠프로인(약칭: BCP)을 사용하고 있지만, BCP의 안정성이 충분하지 않기 때문에 수명에 문제가 있다고 보고하고 있다.
그러나, 비특허 문헌 1의 소자 구조로부터 BCP를 제거해 버리면 고효율의 발광을 수득할 수가 없다. 그 이유는 비특허 문헌 1에서 발광층의 호스트 재료에 사용되고 있는 4,4'-디(N-카바졸릴)비페닐(약칭: CBP)은 정공 수송성이 강하기 때문에, BCP를 정공-차단 층으로서 사용하지 않으면 정공이 전자 수송층을 관통해 버릴 수 있기 때문이다. 또한, BCP는 발광층에서 발생된 여기 에너지(이 경우는 삼중항 여기 에너지)를 차단하는 역할도 하고 있다. 따라서, 비특허 문헌 1의 소자 구조에서는, BCP 덕분에 고효율을 달성할 수는 있지만, BCP 때문에 장수명의 발광 소자를 수득할 수가 없다.
한편, 특허 문헌 1에서는 소자 수명과 효율의 개선에 대해 보고하고 있다. 그러나, 인광성 화합물의 성능을 효율적으로 이용하지 못하고 있다. 실제, 특허 문헌 1의 발광 소자는 비특허 문헌 2에서도 사용되고 있는 이리듐 착체([btp2Ir(acac)])를 사용하고 있지만, 이의 효율은 약 0.9cd/A 내지 2.0cd/A로, 비특허 문헌 2에 보고된 효율에 비해 크게 떨어진다.
상기와 같은 이유로, 높은 발광 효율과 장수명을 양립시키는 것은 매우 어렵다는 것을 알 수 있다. 따라서, 현실적으로는 효율을 다소 희생시켜서 발광 소자의 수명을 확보하고 있는 실정이다.
또한, 이러한 발광 소자를 적용한 전자기기를 실제로 사용하는 것을 고려할 때, 이의 소비전력은 중요한 요소가 될 수 있다. 따라서, 소비전력을 좌우하는 요인으로서, 발광 효율뿐 아니라, 소자의 구동 전압의 감소가 매우 중요해지고 있다.
따라서, 발광 효율이 높고 수명이 길며 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제공하는 것이 하나의 과제이다. 또한, 상기 발광 소자를 사용하여 발광 장치를 제조함으로써 소비전력이 낮고 수명이 긴 발광 장치를 제공하는 것이 또 다른 과제이다. 추가로, 이러한 발광 장치를 전자기기에 적용함으로써 소비전력이 낮고 수명이 긴 전자기기를 제공하는 것이 또 다른 과제이다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명자들은, 양극과 음극 사이에, 호스트 재료, 정공 수송성 재료 및 발광 재료를 포함하는 발광층을 복수개 포함하는 발광 소자로서, 상기 양극에 가장 근접한 상기 발광층의 정공 수송성 재료의 농도가 상기 음극에 가장 근접한 상기 발광층의 정공 수송성 재료의 농도보다 더 높은 발광 소자를 제안한다.
즉, 본 발명의 한 양태는, 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이의, 서로 접하여 적층 구조를 형성하는 복수개의 발광층을 포함하고, 상기 복수개의 발광층은, 상기 복수개의 발광층 중 상기 양극에 가장 근접한 제1 발광층과, 상기 복수개의 발광층 중 상기 음극에 가장 근접한 제2 발광층으로 구성되며, 상기 제1 발광층은 호스트 재료, 정공 수송성 재료 및 발광 재료를 포함하고, 상기 제2 발광층은 상기 호스트 재료, 상기 제1 발광층의 상기 정공 수송성 재료보다 농도가 더 낮은 상기 정공 수송성 재료, 및 상기 발광 재료를 포함하는 발광 소자이다.
이러한 구조를 갖는 발광 소자는 발광 효율이 높고, 수명이 길며, 구동 전압이 낮다.
상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 복수개의 발광층들 중, 정공 수송성 재료의 농도가 가장 높은 발광층에서도 호스트 재료에 대한 정공 수송성 재료의 질량비는 1 이하인 것이 바람직함에 주목한다. 이는 전자의 주입이 호스트 재료에 대해 우선적으로 행해지도록 하기 위해서이다. 또한, 복수개의 발광층들 중, 정공 수송성 재료의 농도가 가장 낮은 발광층에서도 호스트 재료에 대한 정공 수송성 재료의 질량비는 0.05 이상인 것이 바람직하다. 이는 발광층에 대한 정공 주입이 원활하게 행해지도록 하기 위해서이다.
즉, 본 발명의 한 양태는 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 제1 발광층에서 호스트 재료에 대한 정공 수송성 재료의 질량비가 1 이하이고, 제2 발광층에서 호스트 재료에 대한 정공 수송성 재료의 질량비가 0.05 이상인 발광 소자이다.
또한, 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 복수개의 발광층들은, 이러한 복수개의 발광층들이 2층 구조를 갖는 경우에도 이들의 효과를 충분히 발휘한다. 또한, 복수개의 발광층들이 2층 구조를 갖는 것이 바람직하며, 이는 이러한 소자 구조가 간단하기 때문이다.
즉, 본 발명의 한 양태는, 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이의, 제1 발광층 및 상기 제1 발광층과 접하고 상기 제1 발광층보다 음극에 더 근접한 제2 발광층을 포함하고, 상기 제1 발광층은 호스트 재료, 정공 수송성 재료 및 발광 재료를 포함하고, 상기 제2 발광층은 상기 호스트 재료, 상기 제1 발광층의 상기 정공 수송성 재료보다 농도가 더 낮은 상기 정공 수송성 재료, 및 상기 발광 재료를 포함하는 발광 소자이다.
본 발명의 한 양태는 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 제1 발광층에서 호스트 재료에 대한 정공 수송성 재료의 질량비가 1 이하이고, 제2 발광층에서 호스트 재료에 대한 정공 수송성 재료의 질량비가 0.05 이상인 발광 소자이다.
상기 구조를 갖는 발광 소자가 바람직하며, 그 이유는 발광 재료가 전자를 용이하게 트랩(trap)할 수 있는 소자 구조인 경우 효과적으로 구동 전압을 감소시킬 수 있기 때문이다.
즉, 본 발명의 한 양태는 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 발광 재료의 LUMO 준위가 호스트 재료의 LUMO 준위 및 정공 수송성 재료의 LUMO 준위에 비해 0.2eV 이상 더 낮은 발광 소자이다.
또한, 호스트 재료가 전자 수송성을 갖는 재료인 경우, 상기 구조를 갖는 발광 소자가 바람직하며, 그 이유는 정공 수송성 재료를 첨가한 효과가 현저하기 때문이다. 전자 수송성을 갖는 재료로는 대표적으로 헤테로방향족 화합물 또는 금속 착체를 들 수 있다.
즉, 본 발명의 한 양태는 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 호스트 재료가 헤테로방향족 화합물 또는 금속 착체인 발광 소자이다.
또한, 상기 구조를 갖는 발광 소자는, 캐리어 밸런스(carrier balance)가 양호하고 발광층의 국소화로 인한 발광 효율 저하가 일어나기 쉬운(이른바 T-T 소멸에 의한 효율 저하가 일어나기 쉬운) 인광성 화합물을 발광 재료로 사용한 경우에 특히 적합하다.
즉, 본 발명의 한 양태는 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 발광 재료로부터 수득되는 발광이 인광인, 발광 소자이다.
피라진 골격을 갖는 리간드를 포함하고 중심 금속이 제9족 또는 제10족 원소인 유기 금속 착체는 인광성 화합물이면서 높은 발광 효율을 나타내지만, 상기 유기 금속 착체는 LUMO 준위가 낮고 전자를 용이하게 트랩하며; 따라서, 상기 구조의 발광 소자를 적용하는 것이 적합하다.
즉, 본 발명의 한 양태는 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 발광 재료가, 피라진 골격을 갖는 리간드를 포함하고 중심 금속이 제9족 또는 제10족 원소인 유기 금속 착체인, 발광 소자이다.
또한, 상기 유기 금속 착체에 있어서, 피라진 골격을 갖는 리간드로는 2-아릴피라진 유도체가 바람직하다.
즉, 본 발명의 한 양태는 피라진 골격을 갖는 리간드가 2-아릴피라진 유도체인, 발광 소자이다.
또한, 상기 유기 금속 착체에 있어서, 2-아릴피라진 유도체로는 2-페닐피라진 유도체가 바람직하다.
즉, 본 발명의 한 양태는 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 2-아릴피라진 유도체가 2-페닐피라진 유도체인, 발광 소자이다.
또한, 상기 유기 금속 착체에 있어서, 2-페닐피라진 유도체로는 2,5-디페닐피라진 유도체가 바람직하다.
즉, 본 발명의 한 양태는 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 2-페닐피라진 유도체가 2,5-디페닐피라진 유도체인 발광 소자이다.
또한, 상기 중심 금속으로는 이리듐 또는 백금이 바람직하다.
즉, 본 발명의 한 양태는 상기 구조를 갖는 발광 소자에 있어서, 중심 금속이 이리듐 또는 백금인, 발광 소자이다.
또한, 상기 구조를 갖는 발광 소자를 구비한 발광 장치는 소비전력이 낮고 수명이 길다.
즉, 본 발명의 한 양태는 상기 구조를 갖는 발광 소자 및 상기 발광 소자를 제어하는 수단을 구비한 발광 장치이다.
또한, 상기 구조를 갖는 발광 장치를 구비한 전자기기는 소비전력이 낮고 수명이 길다.
즉, 본 발명의 한 양태는 상기 구조를 갖는 발광 장치를 구비한 전자기기이다.
본 발명의 한 양태의 발광 소자는 발광 효율이 높고, 수명이 길며, 구동 전압이 낮다.
또한, 본 발명의 한 양태의 발광 장치는 소비전력이 낮고 수명이 길다.
또한, 본 발명의 한 양태의 전자기기는 소비전력이 낮고 수명이 긴 발광 장치이다.
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 한 양태의 발광 소자를 도시한 모식도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 한 양태의 발광 장치를 도시한 모식도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 한 양태의 발광 장치를 도시한 모식도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 한 양태의 전자기기를 도시한 모식도이다.
도 5a 내지 도 5d는 각각 본 발명의 한 양태의 전자기기를 도시한 모식도이다.
도 6은 실시예 1 내지 4 중 어느 하나로 제조된 본 발명의 한 양태의 발광 소자를 도시한 모식도이다.
도 7은 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 전류 밀도-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 8은 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 9는 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 10은 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 11은 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 12는 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 휘도-전력 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 13은 비교 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2 내지 4의 전류 밀도-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 14는 비교 발광 소자 1 내지 4의 전압-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 15는 비교 발광 소자 1 내지 4의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 16은 비교 발광 소자 1 내지 4의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 17은 비교 발광 소자 1 내지 4의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 18은 비교 발광 소자 1 내지 4의 휘도-전력 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 19는 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 전류 밀도-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 20은 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 전압-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 21은 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 22는 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 23은 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 24는 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 휘도-전력 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 25는 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 휘도 열화 곡선을 도시한 그래프이다.
도 26은 합성예 1로 합성한 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 27은 유기 금속 착체[Ir(dmmoppr)2(acac)]의 디클로로메탄 용액에서의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 28은 합성예 2에서 합성된 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 29는 유기 금속 착체[Ir(dm2npr)2(acac)]의 디클로로메탄 용액에서의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 30은 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 전류 밀도-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 31은 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 전압-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 32는 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 33은 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 34는 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 35는 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 휘도-전력 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 36은 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 휘도 열화 곡선을 도시한 그래프이다.
도 37은 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 전류 밀도-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 38은 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 전압-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 39는 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 40은 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 41은 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 42는 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 휘도-전력 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 43은 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 휘도 열화 곡선을 도시한 그래프이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 한 양태의 발광 장치를 도시한 모식도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 한 양태의 발광 장치를 도시한 모식도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 한 양태의 전자기기를 도시한 모식도이다.
도 5a 내지 도 5d는 각각 본 발명의 한 양태의 전자기기를 도시한 모식도이다.
도 6은 실시예 1 내지 4 중 어느 하나로 제조된 본 발명의 한 양태의 발광 소자를 도시한 모식도이다.
도 7은 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 전류 밀도-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 8은 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 전압-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 9는 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 10은 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 11은 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 12는 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 휘도-전력 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 13은 비교 발광 소자 1 및 비교 발광 소자 2 내지 4의 전류 밀도-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 14는 비교 발광 소자 1 내지 4의 전압-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 15는 비교 발광 소자 1 내지 4의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 16은 비교 발광 소자 1 내지 4의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 17은 비교 발광 소자 1 내지 4의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 18은 비교 발광 소자 1 내지 4의 휘도-전력 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 19는 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 전류 밀도-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 20은 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 전압-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 21은 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 22는 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 23은 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 24는 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 휘도-전력 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 25는 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 휘도 열화 곡선을 도시한 그래프이다.
도 26은 합성예 1로 합성한 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 27은 유기 금속 착체[Ir(dmmoppr)2(acac)]의 디클로로메탄 용액에서의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 28은 합성예 2에서 합성된 유기 금속 착체의 1H-NMR 차트이다.
도 29는 유기 금속 착체[Ir(dm2npr)2(acac)]의 디클로로메탄 용액에서의 자외-가시 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
도 30은 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 전류 밀도-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 31은 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 전압-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 32는 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 33은 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 34는 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 35는 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 휘도-전력 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 36은 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 휘도 열화 곡선을 도시한 그래프이다.
도 37은 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 전류 밀도-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 38은 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 전압-휘도 특성을 도시한 그래프이다.
도 39는 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 휘도-전류 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 40은 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 전압-전류 특성을 도시한 그래프이다.
도 41은 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 42는 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 휘도-전력 효율 특성을 도시한 그래프이다.
도 43은 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 휘도 열화 곡선을 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 양태 및 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명하겠다. 그러나, 본 발명은 다수의 상이한 방식으로 수행될 수 있으며, 본 발명의 취지 및 이의 범위로부터 벗어남 없이 이의 형태 및 세부 사항을 다양하게 변형시킬 수 있다는 것을 당업자들은 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 하기 양태 및 실시예의 기재 내용에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
(양태 1)
한쌍의 전극 사이에 유기 화합물을 함유하는 층을 갖는 발광 소자에 있어서, 상기 유기 화합물을 함유하는 상기 층은 기능들이 분리된 복수개의 층으로 형성되는 구성이 주류를 이룬다. 기능들이 분리된 층들로는 발광 기능을 갖는 발광층 이외에 캐리어-주입층 및 캐리어-수송층 등 다양한 종류가 있다. 상기 유기 화합물을 함유하는 상기 층은 이러한 층들을 모두 포함해야 하는 것은 아니며, 이들 층들 이외의 층들을 포함할 수도 있다.
이러한 기능 분리된 층들을 포함하는 발광 소자에 있어서는, 이들 층들의 특성이 서로 다르며; 따라서, 몇몇 경우 층들 사이의 계면(특히, 발광층과 그 밖의 층들의 사이의 계면)에서 캐리어의 축적이 일어난다. 이로 인해, 발광 소자의 수명에 악영향을 미칠 수 있다.
이 경우, 호스트 재료 중에 발광 재료를 분산시켜서 형성한 호스트-게스트형 발광층에 정공 수송성 재료를 추가로 첨가함으로써 전자와 정공이 둘 다 발광층에 용이하게 유입되도록 할 수 있다. 즉, 캐리어 축적에 의한 계면으로 인한 문제를 감소시킬 수 있다. 이에 의해, 발광 소자의 장수명화가 가능해진다.
또한, 발광층과 그 밖의 층들의 사이의 계면에 국소화되어 있는 캐리어 재결합 영역을 발광층의 중심부로 확대시킬 수 있으며; 따라서, 발광 효율의 개선도 예상할 수 있다. 또한, 발광 재료로서 인광을 발하는 유기 화합물을 사용한 발광 소자에서는, 재결합 영역이 국소화되어 있는 경우, T-T 소멸이 일어나기 쉽다. 이에 반해, 재결합 영역이 확대된 발광 소자에서는, T-T 소멸이 감소되어 높은 발광 효율을 실현할 수 있다.
일반적으로, 정공 수송성을 갖는 유기 화합물(정공 수송성 재료)은 캐리어-수송성이 높기 때문에, 발광 소자로의 정공 수송성 재료의 첨가량을 증가시키면 전류가 용이하게 흐르게 된다. 따라서, 정공 수송성 재료의 첨가량을 증가시키면 발광 소자의 구동 전압을 감소시킬 수 있다. 그러나, 발광 소자로의 정공 수송성 재료의 첨가량을 너무 많이 증가시키면, 정공이 음극을 쉽게 통과해 버리기 때문에, 재결합에 관여하지 않는 정공의 비율이 증가한다. 이 때문에, 발광 소자의 구동 전압은 감소되지만 발광 효율이 저하되고 마는 문제가 있다. 즉, 어느 정도의 수준 이상의 발광 효율의 실현과 구동 전압의 감소는 트레이드오프(trade-off)의 관계에 있다.
따라서, 이 문제를 해결하기 위해 본 발명자들은 후술된 바와 같은 구조를 찾아내게 되었다.
즉, 발광층이 호스트 재료, 정공 수송성 재료 및 발광 재료를 사용하여 형성된 발광 소자에 있어서, 정공 수송성 재료의 농도가 제2 발광층의 농도보다 더 높은 제1 발광층을 양극 측에 형성하고, 정공 수송성 재료의 농도가 제1 발광층의 농도보다 더 낮은 제2 발광층을 음극 측에 형성한다. 제1 발광층은 정공 수송성 재료의 농도가 높기 때문에, 구동 전압의 감소에 기여한다. 그러나, 제1 발광층과 동일한 조성으로 제2 발광층을 형성하면, 정공이 재결합에 관여하지 않고 발광층을 통과해 버리는 비율이 높아지며; 따라서, 제2 발광층으로의 정공 수송성 재료의 첨가량은 제1 발광층에서보다 낮게 한다. 이에 의해, 발광 효율이 높고, 수명이 길며, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 제조할 수 있다.
여기서 중요한 것은, 제2 발광층에도 정공 수송성 재료가 첨가된다는 것이다. 제2 발광층을 호스트 재료와 발광 재료만으로 형성하더라도 정공이 제2 발광층을 통과하는 것을 억제할 수는 있다고 사료되며; 그러나, 제2 발광층에 정공이 유입되기가 어려워진다. 이에 의해, 정공이 제1 발광층과 제2 발광층과의 계면에 축적되어 발광 소자의 수명이 저하될 수 있다. 따라서, 제2 발광층, 즉, 음극에 가장 근접한 발광층에는 호스트 재료에 대한 정공 수송성 재료의 질량비가 0.05 이상인 것이 바람직하다.
또한, 제1 발광층에서 정공 수송성 재료의 농도가 너무 높은 경우(단적으로는, 호스트 재료의 농도보다도 정공 수송성 재료의 농도가 높은 경우)에도 문제가 발생한다. 이 경우, 제1 발광층에서, 호스트 재료가 아닌 정공 수송성 재료에 전자가 유입되기 쉬워지며; 따라서, 열화가 일어나기 쉽다. 따라서, 제1 발광층, 즉, 양극에 가장 근접한 발광층은 호스트 재료에 대한 정공 수송성 재료의 질량비가 1 이하, 보다 바람직하게는 0.5 이하인 것이 바람직하다.
따라서, 제1 발광층 및 제2 발광층은, 상기 층들이 호스트 재료를 사용하여 형성되고 여기에 정공 수송성 재료와 발광 재료가 첨가된 물질로서 표현될 수 있다. 또한, 제1 발광층의 정공 수송성 재료의 농도가 제2 발광층의 정공 수송성 재료의 농도보다 낮은 구조를 형성함으로써, 발광 효율이 높고 수명이 긴 발광 소자를 수득할 수 있다. 또한, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 수득할 수 있다.
상기 설명에서는 발광층이 2층 구조를 갖는 경우를 예로 설명하였지만; 발광층은 3층 이상의 층으로 구성될 수도 있음에 주목한다. 이 경우, 복수개의 발광층들은, 양극에 가장 근접한 발광층의 정공 수송성 재료의 농도가 가장 높고, 음극에 가장 근접한 발광층의 정공 수송성 재료의 농도가 가장 낮은 구조를 갖도록 구성한다. 또한, 서로 접해 있는 2층의 발광층에 있어서, 양극 측에 위치한 발광층의 정공 수송성 재료의 농도가 음극 측에 위치한 발광층의 정공 수송성 재료의 농도보다 더 높도록 발광층을 형성함으로써, 발광 효율이 높고, 수명이 길며, 소비전력이 낮은 발광 소자를 수득할 수 있다.
상기 발광 소자에 사용될 수 있는 호스트 재료로는 전자 수송이 가능하기만 하다만 어떠한 재료라도 사용이 가능하다. 단, 정공 수송성 재료를 첨가하여 발광층의 정공 수송성을 제어하고 있기 때문에, 호스트 재료는 전자 수송성을 갖는 재료인 것이 바람직하다. 전자 수송성을 갖는 재료로는 대표적으로 헤테로방향족 화합물, 금속 착체 등을 들 수 있다. 본 명세서에서, "전자 수송성"의 용어는 정공의 수송성보다 전자의 수송성이 더 높은 것을 의미하고, "정공 수송성"의 용어는 전자의 수송성보다 정공의 수송성이 더 높은 것을 의미한다.
또한, 상기된 발광 소자에 사용될 수 있는 정공 수송성 재료로는 특별한 제한은 없지만, 방향족 아민 화합물 또는 카바졸 유도체가 특히 바람직하다.
또한, 상기된 발광 소자에 사용될 수 있는 발광 재료에 대해서는 특별한 제한이 없다. 상기된 소자 구조는 발광 재료의 전자-트랩성(electron-trapping property)이 높은 경우에 효과적임에 주목한다. 이는 당해 발광 소자의 구조를 적용함으로써 구동 전압을 감소시킬 수 있기 때문이다. 구체적으로, 당해 발광 소자의 구조는 발광 재료의 LUMO 준위가 호스트 재료의 LUMO 준위보다 0.2eV 이상 더 낮은 경우에 효과적이다. 발광 재료의 전자-트랩성이 높은 경우에는 발광층의 전자 수송성이 전체적으로 낮아진다. 이 때문에, 구동 전압이 상승하기 쉽다. 이에 반해, 상기 구조를 갖는 발광 소자의 경우에는 구동 전압이 감소될 수 있다.
전자-트랩성이 높은 발광 재료로는, 예를 들면, 피라진 골격을 리간드로 포함하는 유기 금속 착체를 들 수 있다. 또한, 이러한 유기 금속 착체의 중심 금속으로는 제9족 또는 제10족 원소가 바람직하다.
상기 유기 금속 착체로는, 하기 구조식(A1) 내지 (A15)로 나타낸 퀴녹살린계 리간드를 포함하는 유기 금속 착체, 하기 구조식(B1) 내지 (B5)로 나타낸 테트라하이드로퀴녹살린계 리간드를 포함하는 유기 금속 착체, 및 하기 구조식(C1) 내지 (C5)로 나타낸 디벤조퀴녹살린계 리간드를 포함하는 유기 금속 착체를 들 수 있다. 물론, 하기 구조식(D1) 내지 (D32)로 나타낸 피라진계 리간드를 포함하는 유기 금속 착체도 해당된다. 상기된 발광 소자에 사용될 수 있는 발광 재료는 이에 제한되지 않음에 주목한다.
피라진 골격을 포함하는 리간드를 갖는 유기 금속 착체는 인광을 발할 수 있고 발광 효율이 높다. 따라서, 피라진 골격을 포함하는 리간드를 갖는 유기 금속 착체를 상기된 발광 재료로 사용함으로써, 수명이 길고, 발광 효율이 높으며, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 수득할 수 있다. 즉, 소비전력이 낮은 발광 소자를 수득할 수 있다. 특히, 상기 구조식(D1) 내지 (D32)로 나타낸 2-아릴피라진계 리간드를 포함하는 유기 금속 착체는 발광 효율이 높다. 따라서, 상기 유기 금속 착체를 사용함으로써, 발광 소자의 구동 전압 감소 효과와의 상승 효과에 의해 소비전력이 매우 낮은 발광 소자를 수득할 수 있다.
이어서, 본 양태의 발광 소자의 구조에 대해 도 1a를 참조로 설명하겠다. 또한, 당해 발광 소자에 적용될 수 있는 재료에 대해서도 아래에 열거한다.
도 1a는 양극으로서 기능하는 제1 전극(301)과 음극으로서 기능하는 제2 전극(302) 사이에 복수개의 발광층(313)을 포함하는 발광 소자를 도시하는 도면이다. 복수개의 발광층(313)은 정공 수송성 재료(321), 호스트 재료(322) 및 발광 재료(323)를 포함한다. 복수개의 발광층(313)의 구조에 대해 아래에 설명하겠다.
복수개의 발광층(313)에서, 정공 수송성 재료(321)는 정공 수송성을 갖는 화합물이다. 구체적으로는, 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: NPB), 4,4'-비스[N-(9-페난트릴)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: PPB), 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: TPD), 4,4'-비스[N-(9,9-디메틸플루오렌-2-일)-N-페닐아미노]비페닐(약칭: DFLDPBi), 4,4',4"-트리스(N,N-디페닐아미노)트리페닐아민(약칭: TDATA), 4,4',4"-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민(약칭: m-MTDATA), 4,4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민(약칭: TCTA), 1,1-비스[4-(디페닐아미노)페닐]사이클로헥산(약칭: TPAC), 9,9-비스[4-(디페닐아미노)페닐]플루오렌(약칭: TPAF), 4-(9-카바졸릴)-4'-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)트리페닐아민(약칭: YGAO11) 또는 N-[4-(9-카바졸릴)페닐]-N-페닐-9,9-디메틸플루오렌-2-아민(약칭: YGAF)과 같은 방향족 아민 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 4,4'-디(N-카바졸릴)비페닐(약칭: CBP), 1,3-비스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: mCP), 1,3,5-트리스(N-카바졸릴)벤젠(약칭: TCzB) 또는 4-페닐-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBA1BP)과 같은 카바졸 유도체를 사용할 수 있다. 또한, 방향족 아민 화합물로는 폴리(4-비닐트리페닐아민)(약칭: PVTPA)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수 있다. 카바졸 유도체로는 폴리(N-비닐카바졸)(약칭: PVK)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 정공 수송성 재료(321)의 단일항 여기 에너지(발광 재료의 발광이 인광인 경우에는 삼중항 여기 에너지)는 발광 재료(323)의 단일항 여기 에너지(또는 삼중항 여기 에너지)보다 더 높은 것이 바람직함에 주목한다.
호스트 재료(322)는 전자를 수송할 수만 있다면 어떠한 재료라도 가능하며, 전자 수송성을 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 구체적으로는, 9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]카바졸(약칭: CO11), 1,3-비스[5-(p-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭: OXD-7), 2-(4-비페닐릴)-5-(4-3급-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭: PBD), 2,2',2"-(1,3,5-벤젠트리일)트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸)(약칭: TPBI), 3-(4-3급-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: TAZ), 3-(4-3급-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐릴)-1,2,4-트리아졸(약칭: p-EtTAZ), 9,9',9"-[1,3,5-트리아진-2,4,6-트리일]트리카바졸(약칭: TCzTRZ), 2,2',2"-(1,3,5-벤젠트리일)트리스(6,7-디메틸-3-페닐퀴녹살린)(약칭: TriMeQn), 9,9'-(퀴녹살린-2,3-디일디-4,1-페닐렌)디(9H-카바졸)(약칭: CzQn), 3,3',6,6'-테트라페닐-9,9'(퀴녹살린-2,3-디일디-4,1-페닐렌)디(9H-카바졸)(약칭: DCzPQ), 바소페난트롤린(약칭: BPhen), 바소쿠프로인(약칭: BCP) 또는 3-페닐-9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)-페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11II)과 같은 헤테로방향족 화합물을 사용할 수 있다. 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄(III)(약칭: BAlq), 트리스[2-(2-하이드록시페닐)-5-페닐-1,3,4-옥사디아졸라토]알루미늄(III)(약칭: Al(0XD)3), 트리스(2-하이드록시페닐-1-페닐-1H-벤즈이미다졸라토)알루미늄(III)(약칭: Al(BIZ)3), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조티아졸라토]아연(II)(약칭: Zn(BTZ)2) 또는 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤조옥사졸라토]아연(II)(약칭: Zn(PBO)2)과 같은 금속 착체를 사용할 수 있다. 또한, 헤테로방향족 화합물로는 폴리(2,5-피리딘-디일)(약칭: PPy)과 같은 고분자 화합물을 사용할 수도 있다. 금속 착체로는 하기 참조 문헌에 기재된 바와 같은 금속 착체 고분자 화합물을 사용할 수도 있다[참조 문헌: X. T. TAO 외 5명, Applied Physics Letters, Vol. 70, No. 12, pp. 1503-1505 (1997)]. 호스트 재료(322)의 단일항 여기 에너지(발광 재료의 발광이 인광인 경우에는 삼중항 여기 에너지)는 발광 재료(323)의 단일항 여기 에너지(또는 삼중항 여기 에너지)보다 더 높은 것이 바람직함에 주목한다.
발광 재료(323)에 대해서는 특별한 제한이 없고, 형광성 발광 재료 또는 인광성 발광 재료를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 구조식 (A1) 내지 (A15), (B1) 내지 (B5), (C1) 내지 (C5), 및 (D1) 내지 (D32)로 나타낸 유기 금속 착체 이외에, 예를 들면, N,N'-비스[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N,N'-디페닐스틸벤-4,4'-디아민(약칭: YGA2S), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(10-페닐-9-안트릴)트리페닐아민(약칭: YGAPA), 4-(9H-카바졸-9-일)-4'-(9,10-디페닐-2-안트릴)트리페닐아민(약칭: 2YGAPPA), N,9-디페닐-N-[4-(10-페닐-9-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: PCAPA), 페릴렌, 2,5,8,11-테트라-3급-부틸페릴렌(약칭: TBP), 4-(10-페닐-9-안트릴)-4'-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)트리페닐아민(약칭: PCBAPA), N,N"-(2-3급-부틸안트라센-9,10-디일디-4,1-페닐렌)비스[N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민](약칭: DPABPA), N,9-디페닐-N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPPA), N-[4-(9,10-디페닐-2-안트릴)페닐]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭: 2DPAPPA), N,N,N',N',N",N",N"',N"'-옥타페닐디벤조[g,p]크리센-2,7,10,15-테트라민(약칭: DBC1), 쿠마린 30, N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,9-디페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N,9-디페닐-9H-카바졸-3-아민(약칭: 2PCABPhA), N-(9,10-디페닐-2-안트릴)-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭: 2DPAPA), N-[9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-2-안트릴]-N,N',N'-트리페닐-1,4-페닐렌디아민(약칭: 2DPABPhA), 9,10-비스(1,1'-비페닐-2-일)-N-[4-(9H-카바졸-9-일)페닐]-N-페닐안트라센-2-아민(약칭: 2YGABPhA), N,N,9-트리페닐안트라센-9-아민(약칭: DPhAPhA), 쿠마린 545T, N,N'-디페닐퀴나크리돈(약칭: DPQd), 루브렌, 5,12-비스(1,1'-비페닐-4-일)-6,11-디페닐테트라센(약칭: BPT), 2-(2-{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭: DCM1), 2-{2-메틸-6-[2-(2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCM2), N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)테트라센-5,11-디아민(약칭: p-mPhTD), 7,13-디페닐-N,N,N',N'-테트라키스(4-메틸페닐)아세나프토[1,2-a]플루오란텐-3,10-디아민(약칭: p-mPhAFD), 2-{2-이소프로필-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCJTI), 2-{2-3급-부틸-6-[2-(1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: DCJTB), 2-(2,6-비스{2-[4-(디메틸아미노)페닐]에테닐}-4H-피란-4-일리덴)프로판디니트릴(약칭: BisDCM) 또는 2-{2,6-비스[2-(8-메톡시-1,1,7,7-테트라메틸-2,3,6,7-테트라하이드로-1H,5H-벤조[ij]퀴놀리진-9-일)에테닐]-4H-피란-4-일리덴}프로판디니트릴(약칭: BisDCJTM)과 같은 형광성 발광 재료를 사용할 수 있다. 대안적으로, 예를 들면, 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)테트라키스(1-피라졸릴)보레이트(약칭: FIr6), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: FIrpic), 비스[2-(3',5'-비스트리플루오로메틸페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)피콜리네이트(약칭: Ir(CF3ppy)2(pic)), 비스[2-(4',6'-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2']이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: FIracac), 트리스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)(약칭: Ir(ppy)3), 비스(2-페닐피리디나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(ppy)2(acac)), 트리스(아세틸아세토나토)(모노페난트롤린)테르븀(III)(약칭: Tb(acac)3(Phen)), 비스(벤조[h]퀴놀리나토)이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bzq)2(acac)), 비스(2,4-디페닐-1,3-옥사졸라토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(dpo)2(acac)), 비스[2-(4'-퍼플루오로페닐페닐)피리디나토]이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(p-PF-ph)2(acac)), 비스(2-페닐벤조티아졸라토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(bt)2(acac)), 비스[2-(2'-벤조[4,5-α]티에닐)피리디나토-N,C3'](III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(btp)2(acac)), 비스(1-페닐이소퀴놀리나토-N,C2')이리듐(III)아세틸아세토네이트(약칭: Ir(piq)2(acac)), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-21H,23H-포르피린백금(II)(약칭: PtOEP), 트리스(1,3-디페닐-1,3-프로판디오나토)(모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(DBM)3(Phen)) 또는 트리스[1-(2-테노일)-3,3,3-트리플루오로아세토나토](모노페난트롤린)유로퓸(III)(약칭: Eu(TTA)3(Phen))과 같은 인광성 발광 재료를 사용할 수 있다.
본 양태에서 발광 재료(323)로서 전자-트랩성이 높은 물질을 사용하는 경우, 구체적으로는, 발광 재료(323)의 LUMO 준위가 호스트 재료(322) 및 정공 수송성 재료(321)의 LUMO 준위보다 0.2eV 이상 더 낮은 경우, 수명 개선 효과와 효율 개선 효과가 현저하기 때문에, 본 발명의 양태의 구조가 바람직한 구조라는 것에 주목한다.
상기된 정공 수송성 재료(321), 호스트 재료(322) 및 발광 재료(323)를 적절하게 조합함으로써, 본 양태의 발광 소자에서 복수개의 발광층(313)을 형성한다. 복수개의 발광층(313)은 또 다른 물질을 추가로 포함할 수 있음에 주목한다. 복수개의 발광층(313)의 각각의 경계는 각 층에 포함된 호스트 재료와 정공 수송성 재료의 질량비의 차이로 판단한다는 것에 주목한다. 발광 재료(323)는 복수개의 발광층(313) 각각에서 동일하며; 그러나, 농도는 층마다 동일하거나 상이할 수 있다.
본 양태의 발광 소자에서 복수개의 발광층(313)은 서로 인접한 발광층들이 서로 접해 있고, 양극에 더 근접한 발광층의 정공 수송성 재료의 농도가 음극에 더 근접한 발광층의 것보다 더 높도록 형성된다. 즉, 양극에 가장 근접한 발광층의 정공 수송성 재료의 농도가 가장 높고, 음극에 가장 근접한 발광층의 정공 수송성 재료의 농도가 가장 낮다. 정공 수송성 재료의 농도를 호스트 재료에 대한 정공 수송성 재료의 비율로 나타낼 때, 양극에 가장 근접한 발광층에서의 호스트 재료에 대한 정공 수송성 재료의 질량비는 1 이하, 음극에 가장 근접한 발광층에서의 호스트 재료에 대한 정공 수송성 재료의 질량비는 0.05 이상인 것이 바람직함에 주목한다. 또한, 수명의 관점에서, 양극에 가장 근접한 발광층에서의 호스트 재료에 대한 정공 수송성 재료의 질량비는 0.5 이하인 것이 효과적이라고 알려져 있다.
본 양태의 발광 소자의 효과는 도 1b에 도시한 바와 같이 발광층이 제1 발광층(313-1)과 제2 발광층(313-2)의 2층 구조를 갖는 경우에도 수득될 수 있음에 주목한다. 또한, 상기 구성은 간단하기 때문에 바람직하다.
이하, 복수개의 발광층(313) 이외의 층들에 대해 설명하겠다. 정공 수송층(312) 및 정공 주입층(311)은 반드시 필요한 것은 아니고 적절하게 제공될 수 있다. 이들 층들을 형성하는 구체적인 재료로는 정공 수송성 화합물이 바람직하고, NPB, PPB, TPD, DFLDPBi, TDATA, m-MTDATA, TCTA, TPAC, TPAF, YGAO11, YGAF, CBP, mCP, TCzB, PCBA1BP, PVTPA, PVK 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 양태의 복수개의 발광층(313)은 캐리어 밸런스가 양호하기 때문에, 발광 영역이 발광층(313)과 정공 수송층(312) 또는 정공 주입층(311) 사이의 계면에 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 발광층(313)과 접하는 정공 수송층(312) 또는 정공 주입층(311)에 발광 재료(323)보다 단일항 여기 에너지가 더 낮은(또는 삼중항 여기 에너지가 더 낮은) 물질을 적용하더라도, 이 물질은 발광 재료(323)에 대한 켄처(quencher)로서 작용하기 어렵다. 따라서, 정공 수송층(312) 또는 정공 주입층(311)을 형성하는 재료로는 9,10-비스[4-(디페닐아미노)페닐]안트라센(약칭: TPA2A) 또는 2-3급-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센(약칭: t-BuDNA)과 같이 삼중항 여기 에너지가 낮은 안트라센 유도체도 사용될 수 있다.
상기된 정공 수송성 화합물과 전자 수용체를 혼합하여 정공 수송층(312)과 정공 주입층(311)을 형성할 수 있다는 것에 주목한다. 전자 수용체로는 클로라닐 또는 7,7,8,8-테트라시아노-2,3,5,6-테트라플루오로퀴노디메탄(약칭: F4-TCNQ)과 같은 유기 화합물 이외에, 산화몰리브덴, 산화바나듐 또는 산화레늄 등의 전이 금속 산화물을 사용할 수 있다. 특히, 정공 주입층(311)으로는 구리 프탈로시아닌, 바나딜 프탈로시아닌 또는 플루오로카본과 같은 유기 화합물, 또는 산화몰리브덴, 산화루테늄 또는 산화알루미늄과 같은 무기 화합물을 사용할 수도 있다. 정공 주입층(311)은 2개 이상의 층을 함께 적층시켜서 형성된 다층 구조를 가질 수 있음에 주목한다. 또한, 정공 주입층(311) 및 정공 수송층(312)은 2종 이상의 물질을 혼합하여 형성할 수 있다.
전자 수송층(314) 및 전자 주입층(315)은 반드시 필요한 것은 아니고 적절하게 제공될 수 있다. 이들 층들을 형성하는 구체적인 재료로는 전자 수송성 화합물이 바람직하고, 상기된 CO11, OXD-7, PBD, TPBI, TAZ, p-EtTAZ, TCzTRZ, TriMeQn, CzQn, DCzPQ, BPhen, BCP, CO11II, BAlq, Al(OXD)3, Al(BIZ)3, Zn(BTZ)2, Zn(PBO)2, PPy 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 양태의 복수개의 발광층(313)은 캐리어 밸런스가 양호하기 때문에, 발광 영역이 복수개의 발광층(313)과 전자 수송층(314) 또는 전자 주입층(315) 사이의 계면에 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 복수개의 발광층(313)과 접하는 전자 수송층(314) 또는 전자 주입층(315)에 발광 재료(323)보다 삼중항 여기 에너지가 더 낮은 물질을 적용하더라도, 이 물질은 발광 재료(323)에 대한 켄처로서 작용하기 어렵다. 따라서, 전자 수송층(314) 또는 전자 주입층(315)을 위한 재료로는 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약칭: Alq), 트리스(4-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(III)(약칭: Almq3) 또는 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨(II)(약칭: BeBq2)과 같이 삼중항 여기 에너지가 낮은 물질을 사용될 수 있다(예컨대, Alq의 인광 스펙트럼은 심적색의 650㎚ 내지 700㎚ 정도라고 보고되어 있다).
상기된 전자 수송성 화합물과 전자 공여체를 혼합하여 전자 수송층(314)과 전자 주입층(315)을 형성할 수 있다는 것에 주목한다. 전자 공여체로는 테트라티아풀발렌 또는 테트라티아나프타센과 같은 유기 화합물, 리튬 또는 세슘과 같은 알칼리 금속, 마그네슘 또는 칼슘과 같은 알칼리 토금속, 에르븀 또는 이테르븀과 같은 희토류 금속, 또는 이러한 금속의 산화물을 사용할 수 있다. 특히, 전자 주입층(315)에는 산화리튬, 불화리튬, 불화칼슘 또는 불화에르븀 등의 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토금속 화합물 또는 희토류 금속 화합물을 단독으로 사용할 수 있다. 전자 주입층(315)은 2개 이상의 층을 적층시켜서 형성된 다층 구조를 가질 수 있다. 또한, 전자 수송층(314) 및 전자 주입층(315)은 2종 이상의 물질을 혼합하여 형성할 수 있다.
제1 전극(301)에 대해서는 특별한 제한은 없지만, 제1 전극(301)은 본 양태에서와 같이 양극으로서 기능하는 경우 높은 일 함수(work function)를 갖는 물질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 산화인듐주석(ITO), 산화규소를 함유한 산화인듐주석(ITSO), 또는 2 내지 20중량%의 산화아연을 함유한 산화인듐(IZO)과 같은 투광성이 높은 물질 이외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd) 등을 사용할 수 있다. 제1 전극(301)은 예컨대 스퍼터링법, 증착법 등에 의해 형성될 수 있다.
또한, 제2 전극(302)에 대해서는 특별한 제한은 없지만, 제2 전극(302)은 본 양태에서와 같이 음극으로서 기능하는 경우 낮은 일 함수를 갖는 물질을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 알루미늄(Al) 또는 인듐(In) 이외에도, 리튬(Li) 또는 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속; 마그네슘(Mg) 또는 칼슘(Ca)과 같은 알칼리 토금속; 에르븀(Er) 또는 이테르븀(Yb)과 같은 희토류 금속 등을 사용할 수 있다. 또한, 알루미늄-리튬 합금(AlLi) 또는 마그네슘-은 합금(MgAg)과 같은 합금을 사용할 수도 있다. 또한, 전자 수송성 화합물과 전자 공여체를 혼합하여 전자 주입층(315)을 형성한 경우에는, ITO, ITSO 또는 IZO와 같이 높은 일 함수 및 높은 투광성을 갖는 물질을 사용할 수도 있다. 제2 전극(302)은 예컨대 스퍼터링법, 증착법 등에 의해 형성될 수 있다.
발광된 광을 외부로 추출하기 위해서, 제1 전극(301) 및 제2 전극(302) 중 어느 하나 또는 둘 다는 상기된 ITO, ITSO 또는 IZO와 같은 투광성이 높은 물질로 형성된 전극인 것이 바람직하다. 대안적으로, 제1 전극(301) 및 제2 전극(302) 중 어느 하나 또는 둘 다는 가시광을 투과시킬 수 있도록 수 내지 수십 ㎚의 두께로 형성된 전극인 것이 바람직하다.
상기된 바와 같은 본 양태의 발광 소자에 있어서, 정공 주입층(311), 정공 수송층(312), 복수개의 발광층(313), 전자 수송층(314) 및 전자 주입층(315)은 증착법, 잉크-젯법 또는 피복법과 같은 임의의 방법으로 형성될 수 있다. 제1 전극(301) 또는 제2 전극(302)도 스퍼터링법, 증착법, 잉크-젯법 또는 피복법과 같은 임의의 방법으로 형성될 수 있다.
또한, 상기된 본 양태의 발광 소자는 탠덤(tandem)형 발광 소자(다광자 소자라고도 칭함)에 적용될 수 있다.
(양태 2)
본 양태에서는 양태 1에 기술된 발광 소자를 갖는 발광 장치의 일례로서 화상 표시 장치에 대해 설명하겠다.
본 양태에서는, 화소부에 발광 소자를 갖는 화상 표시 장치에 대해 도 2a 및 도 2b를 참조로 하여 설명하겠다. 도 2a는 화상 표시 장치를 도시하는 상면도이고, 도 2b는 도 2a의 선 A-A' 및 선 B-B'를 따라 절단한 단면도임에 주목한다. 이 화상 표시 장치는 점선으로 표시된 화소부(602); 발광 소자의 발광을 제어하기 위한, 점선으로 표시된 구동 회로부(소스측 구동 회로)(601) 및 구동 회로부(게이트측 구동 회로)(603)를 포함한다. 또한, 참조 번호 604는 밀봉 기판을 나타내고; 참조 번호 605는 씰재를 나타내며; 참조 번호 607은 씰재(605)로 둘러싸인 공간이다.
리드 배선(608)은 소스측 구동 회로(601)와 게이트측 구동 회로(603)에 입력된 신호를 전송하기 위한 배선임에 주목한다. 리드 배선(608)은 외부 입력 단자로 작용하는 FPC(플렉시블 프린트 서킷)(609)로부터 비디오 신호, 클럭 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 수용한다. 여기에서는 FPC만을 도시하였지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기판(PWB)을 구비할 수 있다. 본 명세서에서 발광 장치는 발광 장치 자체뿐 아니라 FPC 또는 PWB가 부착된 발광 장치도 포함한다.
다음으로, 단면 구조에 대해 도 2b를 참조로 설명하겠다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부와 화소부가 형성되어 있다. 여기서는, 구동 회로부인 소스측 구동 회로(601)와, 화소부(602) 내의 하나의 화소가 도시되어 있다.
소스측 구동 회로(601)로는 N-채널형 TFT(623)와 P-채널형 TFT(624)가 조합된 CMOS 회로가 형성되어 있음에 주목한다. 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 구동 회로는 각종 CMOS 회로, PMOS 회로 또는 NMOS 회로에 의해 형성될 수 있다. 본 양태에서는 기판 위에 구동 회로가 형성된 구동기-일체형을 설명하고 있지만; 본 발명의 한 양태는 이에 제한되지 않고, 구동 회로를 기판 위가 아닌 기판 외부에 형성할 수도 있다.
화소부(602)는 스위칭용 TFT(611), 전류 제어용 TFT(612), 및 전류 제어용 TFT(612)의 드레인(drain)에 전기적으로 접속된 제1 전극(613)을 갖는 복수개의 화소를 포함한다. 절연물(614)이 제1 전극(613)의 말단부를 덮도록 형성되어 있음에 주목한다. 여기서, 절연물(614)로는 포지티브형 감광성 아크릴 수지 필름을 사용하여 형성한다.
또한, 피복성을 향상시키기 위해서는 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 갖는 곡면이 형성되도록 하여 절연물(614)을 제공한다. 예컨대, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형 감광성 아크릴 수지를 사용한 경우에는 절연물(614)의 상단부만이 곡률 반경(0.2㎛ 내지 3㎛)을 갖는 곡면을 갖는 것이 바람직하다. 절연물(614)은 광 조사에 의해 에칭액에 불용성이 되는 네거티브형, 또는 광 조사에 의해 에칭액에 용해성이 되는 포지티브형을 사용하여 형성할 수 있다.
제1 전극(613) 위에는 발광층을 포함하는 층(616) 및 제2 전극(617)이 형성되어 있다. 여기서, 제1 전극(613)의 재료로는 각종 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 제1 전극을 양극으로 사용하는 경우에는 이러한 재료들 중에서도 높은 일 함수(4.0eV 이상의 일 함수)를 갖는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용하여 제1 전극을 형성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 제1 전극(613)은 규소를 함유한 산화인듐주석 막, 산화인듐아연 막, 질화티탄 막, 크롬 막, 텅스텐 막, Zn 막, Pt 막 등의 단층 막; 또는 질화티탄 막과 알루미늄을 주성분으로 함유한 막의 적층물; 또는 질화티탄 막, 알루미늄을 주성분으로 함유한 막, 및 질화티탄 막의 3층 구조와 같은 적층 막을 사용하여 형성할 수 있다. 적층 구조를 사용하는 경우, 배선의 저항이 낮고, 양호한 옴 접촉(ohmic contact)을 수득할 수 있다.
발광층을 포함하는 층(616)은 증착 마스크를 사용한 증착법, 잉크-젯법, 스핀 코팅법 등의 각종 방법으로 형성된다. 발광층을 포함하는 층(616)은 양태 1에 나타낸 발광층을 갖는다. 또한, 발광층을 포함하는 층(616)을 위한 재료는 저분자 재료, 고분자 재료와 저분자 재료의 중간의 성질을 갖는 중분자 재료(카테고리는 올리고머 및 덴드리머를 포함함) 또는 고분자 재료일 수 있다. 발광층을 포함하는 층(616)을 위한 재료로는 유기 화합물 뿐 아니라 무기 화합물도 사용할 수 있다.
제2 전극(617)을 위한 재료로는 각종 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 제2 전극(617)을 음극으로 사용하는 경우에는 이러한 재료들 중에서도 낮은 일 함수(3.8eV 이하의 일 함수)를 갖는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물 등을 사용하여 제2 전극(617)을 형성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 주기율 표의 제1족 또는 제2족에 속하는 원소, 즉, 리튬(Li) 또는 세슘(Cs)과 같은 알칼리 금속, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 또는 스트론튬(Sr)과 같은 알칼리 토금속, 또는 이들을 함유한 합금(MgAg, AlLi) 등을 들 수 있다. 발광층을 포함하는 층(616)에서 발생된 광을 제2 전극(617)을 통해 투과시키는 경우, 제2 전극(617)은 두께를 얇게 만든 금속 박막과 투명 전도성 막(산화인듐주석(ITO), 규소 또는 산화규소를 함유한 산화인듐주석, 산화인듐아연(IZO), 산화텅스텐 및 산화아연을 함유한 산화인듐(IWZO) 등)과의 적층물을 사용하여 형성할 수도 있다.
씰재(605)로 밀봉 기판(604)을 소자 기판(610)에 부착시킴으로써, 소자 기판(610), 밀봉 기판(604) 및 씰재(605)에 둘러싸인 공간(607)에 발광 소자(618)가 제공된다. 공간(607)에는 충전재가 충전되어 있음에 주목한다. 공간(607)에는 불활성 기체(예를 들면, 질소 또는 아르곤)가 충전되거나, 공간(607)에는 씰재(605)가 충전될 수 있다. 씰재(605)로는 에폭시계 수지가 바람직하게 사용된다. 또한, 수분 또는 산소를 가능한 한 적게 투과시키는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 밀봉 기판(604)으로는 유리 기판 또는 석영 기판 외에도, FRP(유리섬유 강화 플라스틱), PVF(폴리비닐 플루오라이드), 폴리에스테르, 아크릴 등으로 형성된 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상기된 바와 같이 하여, 본 양태의 발광 소자를 갖는 액티브 매트릭스형(active matrix) 화상 표시 장치를 수득할 수 있다.
이제까지는, 트랜지스터에 의해 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형 화상 표시 장치에 대해 설명하였지만, 화상 표시 장치는 트랜지스터와 같은 구동용 소자를 특별히 제공하지 않고서 발광 소자를 구동시키는 패시브 매트릭스형(passive matrix)일 수도 있다. 도 3a 및 도 3b는 양태 1에 기술된 발광 소자를 사용하여 형성한 패시브 매트릭스형 화상 표시 장치를 예시한다. 도 3a 및 도 3b에서, 기판(951) 위에는 전극(952)과 전극(956) 사이에 발광층을 포함하는 층(955)이 제공되어 있다. 전극(952)의 가장자리는 절연층(953)으로 덮여 있다. 절연층(953) 위에는 격벽층(954)을 구비하고 있다. 격벽층(954)의 측벽은 기판 표면으로 갈 수록 양 측벽 사이의 거리가 서서히 좁혀지도록 경사져 있다. 즉, 격벽층(954)의 짧은 쪽 방향의 단면은 사다리꼴이고, 낮은 쪽(사다리꼴 단면의 한쌍의 평행한 면 중 하나이고 절연층(953)과 접하는 쪽)이 높은 쪽(상기 한쌍의 평행한 면 중 나머지 하나이고 절연층(953)과 접하지 않는 쪽)보다 더 짧다. 이와 같이 격벽층(954)을 제공함으로써 정전기 등으로 인한 발광 소자의 결함을 방지할 수 있다.
상기된 바와 같이, 본 양태에 기술된 화상 표시 장치는 양태 1에 기술된 발광 소자를 갖기 때문에, 상기 화상 표시 장치는 발광 효율이 높고 수명이 길며 구동 전압이 낮다. 따라서, 본 양태에 기술된 화상 표시 장치는 소비전력이 매우 낮고 수명이 길다.
양태 2는 또 다른 양태와 적절하게 조합될 수 있음에 주목한다.
(양태 3)
양태 1에 기술된 발광 소자는 발광 효율이 높고, 수명이 길며, 구동 전압이 낮기 때문에; 상기 발광 소자는 발광 장치의 일례인 조명 장치에 적합하다. 따라서, 본 양태에서는 양태 1에 기술된 발광 소자를 사용하는 조명 장치의 적용예를 설명한다.
도 4a는 양태 1에 기술된 발광 소자를 조명 장치의 일종인 백라이트로서 사용한 액정 표시 장치의 일례를 보여준다. 도 4a에 도시된 액정 표시 장치는 케이스(401), 액정층(402), 백라이트(403) 및 케이스(404)를 포함하고, 액정층(402)은 드라이버 IC(405)에 접속되어 있다. 양태 1에 기술된 발광 소자는 백라이트(403)로서 사용되고 있다. 백라이트(403)에는 단자(406)를 통해 전류가 공급되고 있다.
양태 1에 기술된 발광 소자를 액정 표시 장치의 백라이트에 사용함으로써, 발광 효율이 높고, 수명이 길며, 구동 전압이 낮은 백라이트를 수득할 수 있다. 또한, 양태 1에 기술된 발광 소자를 사용한 백라이트는 평면 발광형 조명 장치이며 대면적화가 가능하기 때문에, 액정 표시 장치도 대면적화가 가능하다. 또한, 양태 1에 기술된 발광 소자를 사용한 백라이트는 박형이고 소비전력이 낮기 때문에, 표시 장치의 박막화 및 저 소비전력화가 가능하다.
도 4b는 양태 1에 기술된 발광 소자를 사용한 조명 장치를 책상용 스탠드의 광원으로서 사용한 예를 도시한다. 도 4b에 도시된 책상용 스탠드는 케이스(411) 및 광원(412)을 포함한다. 양태 1에 기술된 발광 소자는 광원(412)으로 사용된다. 양태 1에 기술된 발광 소자는 발광 효율이 높고, 수명이 길며, 구동 전압이 낮기 때문에, 당해 책상용 스탠드의 저 소비전력화 및 장수명화가 가능하다.
상기된 바와 같이, 본 양태에 기술된 조명 장치는 양태 1에 기술된 발광 소자를 포함하며; 따라서, 발광 소자의 발광 효율이 높고, 수명이 길며, 구동 전압이 낮다. 따라서, 양태 1에 기술된 발광 소자를 사용한 조명 장치는 소비전력이 매우 낮고 수명이 길다.
(양태 4)
양태 2에 기술된 화상 표시 장치는 우수한 화상을 표시할 수 있다. 따라서, 양태 2에 기술된 화상 표시 장치를 전자기기의 표시부에 적용함으로써, 우수한 영상을 제공할 수 있는 전자기기를 수득할 수 있다. 또한, 양태 1에 기술된 발광 소자를 포함하는 화상 표시 장치 또는 조명 장치(즉, 발광 장치)는 소비전력이 매우 낮고 수명이 길다. 따라서, 상기 발광 장치를 전자기기의 표시부에 적용함으로써, 소비전력이 낮은 전자기기를 수득할 수 있고, 예를 들면, 배터리 대기 시간(battery standing time) 등이 긴 전화기 등을 수득할 수 있다. 이하, 양태 1에 기술된 발광 소자를 적용한 발광 장치가 제공된 전자기기의 일례를 설명한다.
도 5a는 컴퓨터이며, 본체(511), 케이스(512), 표시부(513), 키보드(514) 등을 포함한다. 당해 컴퓨터에서, 양태 1에 기술된 발광 소자를 포함하는 발광 장치는 표시부(513)에 도입된다. 양태 1에 기술된 발광 소자를 표시부(513)에 제공함으로써, 당해 컴퓨터는 낮은 소비전력 및 장수명의 표시부(513)를 가질 수 있다.
도 5b는 전화기이며, 본체(522)는 표시부(521), 음성 출력부(524), 음성 입력부(525), 조작 스위치(526 및 527), 안테나(523) 등을 포함한다. 당해 전화기에서, 양태 1에 기술된 발광 소자를 포함하는 발광 장치는 표시부(521)에 도입된다. 양태 1에 기술된 발광 소자를 표시부(521)에 제공함으로써, 당해 전화기는 낮은 소비전력 및 장수명의 표시부(521)를 가질 수 있다.
도 5c는 텔레비젼 수상기이며, 표시부(531), 케이스(532), 스피커(533) 등을 포함한다. 당해 텔레비젼 수상기에서, 양태 1에 기술된 발광 소자를 포함하는 발광 장치는 표시부(531)에 도입된다. 양태 1에 기술된 발광 소자를 표시부(531)에 제공함으로써, 당해 텔레비젼 수상기는 낮은 소비전력 및 장수명을 가질 수 있다.
도 5d는 플렉시블 디스플레이(flexible display)이며, 본체(541), 표시부(542), 외부 메모리 슬롯(543), 스피커부(544), 조작 키(545) 등을 포함한다. 또한, 본체(541)에는 텔레비젼 수상 안테나, 외부 입력 단자, 외부 출력 단자, 배터리 등이 탑재될 수 있다. 당해 플렉시블 디스플레이에서, 양태 1에 기술된 발광 소자를 포함하는 발광 장치는 표시부(542)에 도입된다. 양태 1에 기술된 발광 소자를 표시부(542)에 제공함으로써, 당해 플렉시블 디스플레이는 낮은 소비전력 및 장수명을 가질 수 있다.
상기된 바와 같이, 양태 1에 기술된 발광 소자를 포함하는 발광 장치는 각종 전자기기의 표시부에 도입되는 발광 장치로서 적합하다.
본 양태에서는 컴퓨터 등에 대해 기술하였지만, 양태 1에 기술된 발광 소자를 포함하는 발광 장치는 네비게이션 장치 등에도 실장될 수 있다.
[실시예 1]
본 실시예에서는 양태 1에 기술된 발광 소자를 비교예를 들어 구체적으로 예시할 것이다. 본 실시예에 사용되는 물질의 분자 구조를 하기 (i) 내지 (iv)에 나타낸다. 또한, 소자 구조를 도 6에 도시한다.
≪발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 제조≫
먼저, 유리 기판 위에, 양극으로서 기능하는 제1 전극(301)으로서 인듐 주석 규소 산화물(ITSO) 막을 110㎚ 두께로 형성하였다. 제1 전극(301)의 표면이 2㎜×2㎜의 면적으로 노출되도록 전극 표면의 주변을 폴리이미드 막으로 피복하였다. 기판 위에 발광 소자를 형성하기 위한 전처리로서, 기판 표면을 오존수로 세정하였다. 이어서, 기판을 200℃에서 1시간 동안 소성한 후, UV 오존 처리를 370초 동안 수행하였다. 이후, 약 10-4Pa까지 감압시킨 진공 증착 장치에 기판을 도입하고, 진공 증착 장치의 가열 챔버에서 170℃에서 30초 동안의 진공 소성을 수행한 후, 기판을 약 30분간 방냉하였다.
이어서, 제1 전극(301)이 형성된 면이 아래를 향하도록 하여 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정시켰다.
진공 증착 장치 내의 압력을 10-4Pa로 감압시킨 후, 구조식(i)으로 나타내어지는 NPB 및 산화몰리브덴(VI)을 NPB:산화몰리브덴(VI) = 4:1(질량비)이 되도록 공증착시킴으로써 정공 주입층(311)을 형성하였다. 본 실시예에서 정공 주입층(311)의 두께는 50㎚로 하였다. 공증착이란 서로 다른 복수개의 물질을 각각 상이한 증착 공급원으로부터 동시에 증착시키는 증착법이다. 이후, NPB를 10㎚의 두께로 증착함으로써 정공 수송층(312)을 형성하였다.
이어서, 정공 수송층(312)과 접하는 제1 발광층(313-1)을 20㎚의 두께로 형성하였다. 제1 발광층(313-1)을 형성하기 위해, 호스트 재료로서 구조식(ii)으로 나타내어지는 BAlq를; 정공 수송성 재료로서 NPB를; 발광 재료로서 양태 1에서 구조식(D10)으로 나타내어지는 (아세틸아세토나토)비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac))을 사용하여 이들 재료들을 공증착시켰다. 여기서, 제1 발광층(313-1)에서의 각 물질의 질량비는, 발광 소자 1에서는 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac) = 1:1:0.06, 발광 소자 2에서는 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac) = 1:0.5:0.06, 발광 소자 3에서는 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac) = 1:0.25:0.06, 비교 발광 소자 1에서는 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac) = 1:0.1:0.06이 되도록 설정하였다.
이어서, 제1 발광층(313-1)과 접하는 제2 발광층(313-2)을 20㎚의 두께로 형성하였다. 제2 발광층(313-2)을 형성하기 위해, 제1 발광층(313-1)과 마찬가지 방식으로, 호스트 재료로서 BAlq를; 정공 수송성 재료로서 NPB를; 발광 재료로서 Ir(tppr)2(acac)를 사용하여 이들 재료들을 공증착시켰다. 제2 발광층(313-2)에서의 각 물질의 질량비는, 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1에서 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac) = 1:0.1:0.06이 되도록 설정하였다.
이와 같이, 발광 소자 1 내지 3은 각각 2개의 발광층을 갖고, 양극에 근접한 제1 발광층(313-1)의 정공 수송성 재료의 농도가 음극에 근접한 제2 발광층(313-2)의 정공 수송성 재료의 농도보다 더 높다. 즉, 발광 소자 1 내지 3은 각각 양태 1에 기술된 발광 소자의 구조를 갖는다. 반면, 비교 발광 소자 1은 제1 발광층(313-1)과 제2 발광층(313-2)이 동일한 조성을 갖기 때문에, 제1 발광층(313-1)과 제2 발광층(313-2)은 40㎚ 두께의 발광층 하나를 포함하는 발광 소자인 것으로 간주될 수 있다.
이후, 구조식(iii)으로 나타내어지는 Alq를 10㎚ 두께로 증착시키고, 구조식(iv)으로 나타내어지는 BPhen을 20㎚ 두께로 증착시킴으로써 전자 수송층(314)을 형성하였다. 또한, 전자 수송층(314)에 접하는 전자 주입층(315)을 형성하였다. 본 실시예에서는 전자 주입층(315)으로서 불화리튬을 1㎚ 두께로 침착시켰다. 마지막으로, 음극으로서 기능하는 제2 전극(302)으로서 알루미늄을 200㎚ 두께를 갖도록 침착시켰다. 따라서, 본 실시예의 발광 소자를 수득하였다. 상기 모든 증착 단계에서는 저항 가열법을 사용하였음에 주목한다.
비교 발광 소자 1에 있어서 발광층의 3개의 성분들의 질량비는, 40㎚ 두께의 발광층을 단층 구조로 형성한 경우에 발광 효율과 수명의 관점으로부터 최적이라고 사료되는 질량비를 선택하고 있음에 주목한다.
≪발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1의 동작 특성≫
상기와 같이 수득된 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1을 질소 분위기의 글러브 박스(glove box) 내에 넣어 발광 소자를 대기로부터 밀봉시켰다. 이후, 이들 발광 소자들의 동작 특성을 측정하였다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자의 전류 밀도-휘도 특성을 도 7에 도시하고, 이들의 전압-휘도 특성을 도 8에 도시한다. 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 도 9에 도시하고, 이들의 전압-전류 특성을 도 10에 도시한다. 각 발광 소자의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도 11에 도시하고, 이들의 휘도-전력 효율 특성을 도 12에 도시한다. 발광 소자들의 발광 스펙트럼은 거의 동일하였고, 발광색은 Ir(tppr)2(acac)로부터 유래된 적색이었음에 주목한다.
도 7 내지 도 10으로부터, 발광 소자 1 내지 3은 비교 발광 소자 1에 비해 전류 효율 및 구동 전압이 개선되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 12로부터, 발광 소자 1 내지 3은 비교 발광 소자 1에 비해 전력 효율이 크게 개선되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 11로부터, 발광 소자 1 내지 3은 비교 발광 소자 1에 비해 고휘도 측에서의 효율 저하가 적고, T-T 소멸이 억제될 수 있음을 알 수 있다.
실용 휘도 약 1000cd/㎠에서 각 발광 소자의 주요 특성의 초기 값을 표 1에 나타낸다.
표 1로부터, 발광 소자 1 내지 3은 비교 발광 소자 1에 비해 구동 전압이 1.0V 내지 2.2V 더 낮다는 것을 알 수 있다. 또한, 발광 소자 1 내지 3의 전류 효율과 양자 효율도 개선되어 있음을 알 수 있다. 상기된 바와 같이, 양태 1에 기술된 구조를 갖는 발광 소자는 낮은 구동 전압과 발광 효율 개선을 둘 다 실현할 수 있고, 이의 상승 효과로부터 소비전력 저감 효과가 현저하며, 지표(barometer)로 이용되는 전력 효율이 약 30% 내지 70% 증가된다.
본 실시예의 호스트 재료(BAlq), 정공 수송성 재료(NPB) 및 발광 재료 (Ir(tppr)2(acac))의 LUMO 준위는, 일본 공개특허공보 제2008-160098호로부터, 본 실시예와 동일한 조건에서 측정 시, BAlq는 -2.54eV의 LUMO 준위, Ir(tppr)2(acac)는 -3.00eV의 LUMO 준위를 갖는다는 것이 개시되어 있다. 또한, 문헌[타이즈 쓰보이(Taiju Tsuboi) 외 3명, Current Applied Physics, Vol. 5, pp. 47-54 (2005)]에 따르면, NPB(문헌 중의 α-NPB)는 BAlq보다 더 높은 LUMO 준위를 갖고 있다. 상기된 바와 같이, 본 실시예에서는 발광 재료의 LUMO 준위가 호스트 재료 및 정공 수송성 재료의 LUMO 준위보다 0.2eV 이상 더 낮기 때문에, 이러한 현저한 효과가 수득될 수 있었다고 사료된다. LUMO 준위는 측정 방법에 따라 수득되는 값에 다소 차이가 있지만, 상대적인 관계는 변하지 않기 때문에, 상기된 바와 같은 비교를 수행하였다는 것에 주목한다.
상기된 바와 같이, 양태 1에 기술된 발광 소자를 제조함으로써, 높은 발광 효율과 낮은 구동 전압을 둘 다 실현할 수 있다. 따라서, 양태 1에 기술된 발광 소자를 제조함으로써, 발광 효율이 높고 구동 전압이 낮은 발광 소자를 수득할 수 있다.
<참조예 1>
발광 소자 1 내지 3은 제2 발광층의 호스트 재료, 정공 수송성 재료 및 발광 재료의 조성(질량비)을 고정시키고, 제1 발광층의 호스트 재료 및 정공 수송성 재료의 질량비를 변화시킨 소자이지만, 본 참조예에서는, 제1 발광층의 조성을 고정시키고, 제2 발광층의 호스트 재료 및 정공 수송성 재료의 질량비를 변화시킨 소자에 대해 설명한다. 소자 구조는 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1과 동일하고, 도 6에 도시된 구조에 상응한다.
≪비교 발광 소자 2 내지 4의 제조≫
양극으로서 기능하는 제1 전극(301)을 형성하는 단계 및 정공 수송층(312)을 형성하는 단계로부터의 공정은 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1과 동일한 방식으로 수행하였다.
이어서, 제1 발광층(313-1)을 20㎚의 두께로 형성하였다. 제1 발광층(313-1)을 형성하기 위해, 호스트 재료로서 BAlq를; 정공 수송성 재료로서 NPB를; 발광 재료로서 Ir(tppr)2(acac)를 사용하여 이들 재료들을 공증착시켰다. 제1 발광층(313-1)에서의 각 물질의 질량비는 비교 발광 소자 2 내지 4에서 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac) = 1:0.1:0.06이 되도록 설정하였다.
이후, 제2 발광층(313-2)을 20㎚의 두께로 형성하였다. 제2 발광층(313-2)을 형성하기 위해, 호스트 재료로서 BAlq를; 정공 수송성 재료로서 NPB를; 발광 재료로서 Ir(tppr)2(acac)를 사용하여 이들 재료들을 공증착시켰다. 제2 발광층(313-2)에서의 각 물질의 질량비는, 비교 발광 소자 2에서는 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac) = 1:0.25:0.06; 비교 발광 소자 3에서는 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac) = 1:0.5:0.06; 비교 발광 소자 4에서는 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac) = 1:1:0.06이 되도록 설정하였다.
이와 같이, 비교 발광 소자 2 내지 4는 각각 2개의 발광층을 갖고, 제1 발광층(313-1)의 성분비는 고정되며, 양극에 근접한 제1 발광층(313-1)의 정공 수송성 재료의 농도가 음극에 근접한 제2 발광층(313-2)의 정공 수송성 재료의 농도보다 더 낮다.
이후, 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1과 마찬가지로, 전자 수송층(314), 전자 주입층(315), 및 음극으로서 기능하는 제2 전극(302)을 형성함으로써 발광 소자를 형성하였다.
발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1 내지 4의 발광층에서의 호스트 재료와 정공 수송성 재료의 질량비(호스트 재료:정공 수송성 재료)를 아래에 나타낸다.
≪비교 발광 소자 2 내지 4의 동작 특성≫
상기와 같이 수득된 비교 발광 소자 2 내지 4를 질소 분위기의 글러브 박스 내에 넣어 발광 소자를 대기로부터 밀봉시켰다. 이후, 이들 발광 소자들의 동작 특성을 측정하였다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
비교 발광 소자 2 내지 4의 전류 밀도-휘도 특성을 도 13에 도시하고, 이들의 전압-휘도 특성을 도 14에 도시한다. 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 도 15에 도시하고, 이들의 전압-전류 특성을 도 16에 도시한다. 발광 소자의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도 17에 도시하고, 이들의 휘도-전력 효율 특성을 도 18에 도시한다. 각 특성도(特性圖)에서, 비교 발광 소자 2 내지 4와 발광 소자 1 내지 3과의 비교를 용이하게 하기 위해, 비교 발광 소자 1의 특성 곡선도 함께 나타내었음에 주목한다. 발광 소자들의 발광 스펙트럼은 거의 동일하였고, 발광색은 Ir(tppr)2(acac)로부터 유래된 적색이었다.
도 13 내지 도 18로부터, 비교 발광 소자 1의 각 특성이 비교 발광 소자 2 내지 4의 것보다 더 양호하다는 것을 알 수 있다. 양태 1에 기술된 발광 소자인 발광 소자 1 내지 3은 비교 발광 소자 1보다도 더 유리한 특성을 나타내며; 따라서, 양태 1에 기술된 발광 소자의 구조가 효과적이라는 것을 알 수 있다. 또한, 각 특성은 제2 발광층(313-2)에서의 정공 수송성 재료의 농도가 증가함에 따라 악화되는 경향이 있다는 것을 알 수 있다.
실용 휘도 약 1000cd/㎠에서 각 발광 소자의 주요 특성의 초기 값을 표 3에 나타낸다.
[실시예 2]
본 실시예에서는, 실시예 1과는 상이한 구조를 갖는 발광 소자에 대해 구체적으로 기술되어 있다. 본 실시예에서 사용되는 물질은 실시예 1의 것과 동일하며; 따라서, 분자 구조는 나타내지 않는다. 실시예 1에 나타낸 분자 구조를 참조하기 바란다. 본 실시예에서는 제2 발광층(313-2)의 두께가 실시예 1의 것과 상이한 발광 소자에 대해 도 6을 참조로 기술할 것이다.
≪발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 제조≫
양극으로서 기능하는 제1 전극(301)을 형성하는 단계 및 정공 수송층(312)을 형성하는 단계로부터의 공정은 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1과 동일한 방식으로 수행하였다.
이어서, 정공 수송층(312) 위에, 제1 발광층(313-1)을 20㎚의 두께로 형성하였다. 제1 발광층(313-1)을 형성하기 위해, 호스트 재료로서 구조식(ii)으로 나타내어지는 BAlq를; 정공 수송성 재료로서 NPB를; 발광 재료로서 실시예 1에서 구조식(D10)으로 나타내어지는 (아세틸아세토나토)비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)이리듐(III)(약칭: Ir(tppr)2(acac))을 사용하여 이들 재료들을 공증착시켰다. 여기서, 제1 발광층(313-1)에서의 각 물질의 질량비는 발광 소자 4에서는 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac) = 1:0.25:0.06; 발광 소자 5에서는 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac) = 1:0.5:0.06; 비교 발광 소자 5에서는 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac) = 1:0.1:0.06이 되도록 설정하였다.
이후, 제1 발광층(313-1) 위에, 제2 발광층(313-2)을 30㎚의 두께로 형성하였다. 제2 발광층(313-2)을 형성하기 위해, 제1 발광층(313-1)과 마찬가지 방식으로, 호스트 재료로서 BAlq를; 정공 수송성 재료로서 NPB를; 발광 재료로서 Ir(tppr)2(acac)를 사용하여 이들 재료들을 공증착시켰다. 제2 발광층(313-2)에서의 각 물질의 질량비는 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5에서 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(acac) = 1:0.1:0.06이 되도록 설정하였다.
이와 같이, 발광 소자 4 및 5에서는 양극에 근접한 제1 발광층(313-1)의 정공 수송성 재료의 농도가 음극에 근접한 제2 발광층(313-2)의 정공 수송성 재료의 농도보다 더 높다. 즉, 발광 소자 4 및 5는 각각 양태 1에 기술된 발광 소자의 구조를 갖는다. 반면, 비교 발광 소자 5는 제1 발광층(313-1)과 제2 발광층(313-2)이 동일한 조성을 갖기 때문에 제1 발광층(313-1)과 제2 발광층(313-2)은 50㎚ 두께의 발광층 하나를 포함하는 발광 소자인 것으로 간주될 수 있다.
이후, 실시예 1에서와 같이, 전자 수송층(314), 전자 주입층(315), 및 음극으로서 기능하는 제2 전극(302)을 형성하여 발광 소자를 형성하였다.
≪발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 동작 특성≫
상기와 같이 수득된 발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5를 실시예 1에서와 같이 질소 분위기의 글러브 박스 내에 넣어 발광 소자를 대기로부터 밀봉시켰다. 이후, 이들 발광 소자들의 동작 특성을 측정하였다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 4 및 5 및 비교 발광 소자 5의 전류 밀도-휘도 특성을 도 19에 도시하고, 이들의 전압-휘도 특성을 도 20에 도시한다. 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 도 21에 도시하고, 이들의 전압-전류 특성을 도 22에 도시한다. 발광 소자의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도 23에 도시하고, 이들의 휘도-전력 효율 특성을 도 24에 도시한다. 발광 소자들의 발광 스펙트럼은 거의 동일하였고, 발광색은 Ir(tppr)2(acac)로부터 유래된 적색이었다.
도 19 내지 도 22로부터, 발광 소자 4 및 5는 비교 발광 소자 5에 비해 전류 효율 및 구동 전압이 개선되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 24로부터, 발광 소자 4 및 5는 비교 발광 소자 5에 비해 전력 효율이 크게 개선되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 23으로부터, 발광 소자 4 및 5는 비교 발광 소자 5에 비해 고휘도 측에서의 효율 저하가 적고, T-T 소멸이 억제될 수 있음을 알 수 있다.
실용 휘도 약 1000cd/㎠에서 발광 소자의 주요 특성의 초기 값을 표 4에 나타낸다.
표 4로부터, 우선, 발광 소자 4 및 5는 비교 발광 소자 5에 비해 구동 전압이 약 1.0V 더 낮다는 것을 알 수 있다. 또한, 발광 소자 4 및 5의 전류 효율과 양자 효율도 개선되어 있음을 알 수도 있다. 상기된 바와 같이, 양태 1에 기술된 구조를 갖는 발광 소자는 낮은 구동 전압과 발광 효율 개선을 둘 다 실현할 수 있고, 이의 상승 효과로부터 소비전력 저감 효과가 현저하며, 지표로 이용되는 전력 효율이 약 30% 증가된다.
이어서, 초기 휘도를 1000cd/㎡로 설정하고, 일정 전류 밀도에서 이들 소자들을 구동시켰다. 이때, 도 25에 도시한 바와 같은 휘도 열화 곡선이 수득되었다. 도 25에서, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 초기 휘도를 100으로 했을 때의 상대 휘도(%)(규격화 휘도라 칭함)를 나타낸다. 도 25로부터 명백한 바와 같이, 발광 소자 4 및 5는 각각 비교 발광 소자 5의 수명에 필적하는 장수명을 갖고 있다.
상기된 바와 같이, 양태 1에 기술된 발광 소자를 제조함으로써, 높은 발광 효율, 장수명 및 낮은 구동 전압의 3가지 이점을 실현할 수 있다. 따라서, 양태 1에 기술된 발광 소자를 제조함으로써, 발광 효율이 높고, 수명이 길며, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 수득할 수 있다.
[실시예 3]
본 실시예에서는, 실시예 1과는 상이한 구조를 갖는 발광 소자에 대해 비교예를 들어 구체적으로 기술한다. 구체적으로는, 제1 발광층(313-1) 및 제2 발광층(313-2)에 함유된 발광 재료가 실시예 1에 기술된 발광 소자와는 다른 발광 소자에 대해 도 6을 참조로 설명할 것이다. 발광 재료 이외의 구조 및 재료는 실시예 1의 것과 동일하며; 따라서, 동일한 구조 및 재료의 기술은 생략한다.
≪발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 제조≫
양극으로서 기능하는 제1 전극(301)을 형성하는 단계 및 정공 수송층(312)을 형성하는 단계로부터의 공정은 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1과 동일한 방식으로 수행하였다.
이어서, 정공 수송층(312)과 접하는 제1 발광층(313-1)을 20㎚의 두께로 형성하였다. 제1 발광층(313-1)을 형성하기 위해, 호스트 재료로서 BAlq를; 정공 수송성 재료로서 NPB를; 발광 재료로서 양태 1에서 구조식(D11)으로 나타내어지는 비스(2,3,5-트리페닐피라지나토)(디피발로일메타나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(tppr)2(dpm)])을 사용하여 이들 재료들을 공증착시켰다. 여기서, 제1 발광층(313-1)에서의 각 물질의 질량비는 발광 소자 6에서는 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(dpm) = 1:0.25:0.06; 비교 발광 소자 6에서는 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(dpm) = 1:0.1:0.06이 되도록 설정하였다.
이후, 제1 발광층(313-1)과 접하는 제2 발광층(313-2)을 20㎚의 두께로 형성하였다. 제2 발광층(313-2)을 형성하기 위해, 제1 발광층(313-1)과 마찬가지 방식으로, 호스트 재료로서 BAlq를; 정공 수송성 재료로서 NPB를; 발광 재료로서 Ir(tppr)2(dpm)을 사용하여 이들 재료들을 공증착시켰다. 제2 발광층(313-2)에서의 각 물질의 질량비는 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6에서 BAlq:NPB:Ir(tppr)2(dpm) = 1:0.1:0.06이 되도록 설정하였다.
이와 같이, 발광 소자 6에서는 양극에 근접한 제1 발광층(313-1)의 정공 수송성 재료의 농도가 음극에 근접한 제2 발광층(313-2)의 정공 수송성 재료의 농도보다 더 높다. 즉, 발광 소자 6은 양태 1에 기술된 발광 소자의 구조를 갖는다. 반면, 비교 발광 소자 6은 제1 발광층(313-1)과 제2 발광층(313-2)이 동일한 조성을 갖기 때문에, 제1 발광층(313-1)과 제2 발광층(313-2)은 40㎚ 두께의 발광층 하나를 포함하는 발광 소자인 것으로 간주될 수 있다.
이후, 실시예 1에서와 같이, 전자 수송층(314), 전자 주입층(315), 및 음극으로서 기능하는 제2 전극(302)을 형성하여 발광 소자를 형성하였다.
≪발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 동작 특성≫
상기와 같이 수득된 발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6을 질소 분위기의 글러브 박스 내에 넣어 발광 소자를 대기로부터 밀봉시켰다. 이후, 이들 발광 소자들의 동작 특성을 측정하였다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 6 및 비교 발광 소자 6의 전류 밀도-휘도 특성을 도 30에 도시하고, 이들의 전압-휘도 특성을 도 31에 도시한다. 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 도 32에 도시하고, 이들의 전압-전류 특성을 도 33에 도시한다. 발광 소자의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도 34에 도시하고, 이들의 휘도-전력 효율 특성을 도 35에 도시한다. 발광 소자들의 발광 스펙트럼은 거의 동일하였고, 발광색은 Ir(tppr)2(dpm)로부터 유래된 적색이었음에 주목한다. 또한, 두 발광 소자 모두의 CIE 색도 좌표는 (x, y) = (0.67, 0.33)이고, 발광색은 NTSC에 의해 정의된 적색이었다.
도 30 내지 33으로부터, 발광 소자 6은 비교 발광 소자 6에 비해 전류 효율 및 구동 전압이 개선되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 35로부터, 발광 소자 6은 비교 발광 소자 6에 비해 전력 효율이 크게 개선되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 34로부터, 발광 소자 6은 비교 발광 소자 6에 비해 고휘도 측에서의 효율 저하가 적고, T-T 소멸이 억제될 수 있음을 알 수 있다.
실용 휘도 약 1000cd/㎠에서 발광 소자의 주요 특성의 초기 값을 표 5에 나타낸다.
표 5로부터, 우선, 발광 소자 6은 비교 발광 소자 6에 비해 구동 전압이 더 낮다는 것을 알 수 있다. 또한, 발광 소자 6의 전류 효율과 양자 효율도 개선되어 있음을 알 수 있다. 상기된 바와 같이, 양태 1에 기술된 구조를 갖는 발광 소자는 낮은 구동 전압과 발광 효율 개선을 둘 다 실현할 수 있고, 이의 상승 효과로부터 소비전력 저감 효과가 현저하며, 지표로 이용되는 전력 효율이 약 30% 증가된다.
이어서, 초기 휘도를 1000cd/㎡로 설정하고, 일정 전류 밀도에서 이들 소자들을 구동시켰다. 이때, 도 36에 도시한 바와 같은 휘도 열화 곡선이 수득되었다. 도 36에서, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 초기 휘도를 100으로 했을 때의 상대 휘도(%)(규격화 휘도라 칭함)를 나타낸다. 도 36으로부터 명백한 바와 같이, 발광 소자 6은 비교 발광 소자 6의 수명에 필적하는 장수명을 갖고 있다.
상기된 바와 같이, 양태 1에 기술된 발광 소자를 제조함으로써, 높은 발광 효율, 장수명 및 낮은 구동 전압의 3가지 이점을 실현할 수 있다. 따라서, 양태 1에 기술된 발광 소자를 제조함으로써, 발광 효율이 높고, 수명이 길며, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 수득할 수 있다.
[실시예 4]
본 실시예에서는, 실시예 1과는 상이한 구조를 갖는 발광 소자에 대해 비교예를 들어 구체적으로 예시한다. 구체적으로는, 발광 소자에 포함되는 재료가 실시예 1에 기술된 발광 소자의 것과는 다른 발광 소자에 대해 도 6을 참조로 기술할 것이다. 구조 및 재료가 부분적으로는 실시예 1에 기술된 발광 소자의 것과 동일하며; 따라서, 본 실시예에서는 동일한 구조 및 재료의 기술은 생략한다는 것에 주목한다. 본 실시예에서 사용되는 물질의 분자 구조를 하기 구조식(v) 및 구조식(vi)으로 나타낸다.
≪발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 제조≫
양극으로서 기능하는 제1 전극(301)은 발광 소자 1 내지 3 및 비교 발광 소자 1과 동일한 방식으로 제조하였다.
이어서, 제1 전극(301)이 형성된 면이 아래를 향하도록 하여 기판을 진공 증착 장치 내에 제공된 홀더에 고정시켰다.
진공 증착 장치 내의 압력을 10-4Pa로 감압시킨 후, 구조식(v)으로 나타내어지는 PCBA1BP 및 산화몰리브덴(VI)을 PCBA1BP:산화몰리브덴(VI) = 4:2(질량비)가 되도록 공증착시킴으로써 정공 주입층(311)을 형성하였다. 본 실시예에서 정공 주입층(311)의 두께는 50㎚로 형성하였다. 이후, PCBA1BP를 10㎚의 두께로 증착함으로써 정공 수송층(312)을 형성하였다.
이어서, 정공 수송층(312)과 접하는 제1 발광층(313-1)을 20㎚의 두께로 형성하였다. 제1 발광층(313-1)을 형성하기 위해, 호스트 재료로서 구조식(vi)으로 나타내어지는 CO11II를; 정공 수송성 재료로서 PCBA1BP를; 발광 재료로서 실시예 1에서 구조식(D24)으로 나타내어지는 비스{2-(4-플루오로페닐)-3,5-디메틸피라지나토}(피콜리나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dmFppr)2(pic)])을 사용하여 이들 재료들을 공증착시켰다. 여기서, 제1 발광층(313-1)에서의 각 물질의 질량비는, 발광 소자 7에서는 CO11II:PCBA1BP:Ir(dmFppr)2(pic) = 1:0.5:0.1; 발광 소자 8에서는 CO11II:PCBA1BP:Ir(dmFppr)2(pic) = 1:0.25:0.1; 비교 발광 소자 7에서는 CO11II:PCBA1BP:Ir(dmFppr)2(pic) = 1:0.1:0.1이 되도록 설정하였다.
이어서, 제1 발광층(313-1)과 접하는 제2 발광층(313-2)을 20㎚의 두께로 형성하였다. 제2 발광층(313-2)을 형성하기 위해, 제1 발광층(313-1)과 마찬가지 방식으로, 호스트 재료로서 CO11II를; 정공 수송성 재료로서 PCBA1BP를; 발광 재료로서 Ir(dmFppr)2(pic)를 사용하여 이들 재료들을 공증착시켰다. 제2 발광층(313-2)에서의 각 물질의 질량비는, 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7에서 CO11II:PCBA1BP:Ir(dmFppr)2(pic) = 1:0.1:0.1이 되도록 설정하였다.
이와 같이, 발광 소자 7 및 8은 각각 2개의 발광층을 갖고, 양극에 근접한 제1 발광층(313-1)의 정공 수송성 재료의 농도가 음극에 근접한 제2 발광층(313-2)의 정공 수송성 재료의 농도보다 더 높다. 즉, 발광 소자 7 및 8은 각각 양태 1에 기술된 발광 소자의 구조를 갖는다. 반면, 비교 발광 소자 7은 제1 발광층(313-1)과 제2 발광층(313-2)이 동일한 조성을 갖기 때문에, 제1 발광층(313-1)과 제2 발광층(313-2)은 40㎚ 두께의 발광층 하나를 포함하는 발광 소자인 것으로 간주될 수 있다.
이후, 실시예 1에서와 같이, 전자 수송층(314), 전자 주입층(315), 및 음극으로서 기능하는 제2 전극(302)을 형성하여 발광 소자를 형성하였다.
비교 발광 소자 7에 있어서 발광층의 3개의 성분의 질량비는, 40㎚ 두께의 발광층을 단층 구조로 형성한 경우에 발광 효율과 수명의 관점으로부터 최적이라고 사료되는 질량비를 선택하고 있음에 주목한다.
≪발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 동작 특성≫
상기와 같이 수득된 발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7을 실시예 1에서와 같이 질소 분위기의 글러브 박스 내에 넣어 발광 소자를 대기로부터 밀봉시켰다. 이후, 이들 발광 소자들의 동작 특성을 측정하였다. 측정은 실온(25℃로 유지된 분위기)에서 수행하였다.
발광 소자 7 및 8 및 비교 발광 소자 7의 전류 밀도-휘도 특성을 도 37에 도시하고, 이들의 전압-휘도 특성을 도 38에 도시한다. 발광 소자의 휘도-전류 효율 특성을 도 39에 도시하고, 이들의 전압-전류 특성을 도 40에 도시한다. 발광 소자의 휘도-외부 양자 효율 특성을 도 41에 도시하고, 이들의 휘도-전력 효율 특성을 도 42에 도시한다. 발광 소자들의 발광 스펙트럼은 거의 동일하였고, 발광색은 Ir(dmFppr)2(pic)로부터 유래된 녹색이었음에 주목한다. 또한, 발광 소자 7 및 8의 CIE 색도 좌표는 (x, y) = (0.40, 0.58)인 데 반해, 비교 발광 소자 7의 CIE 색도 좌표는 (x, y) = (0.41, 0.57)이며; 따라서 본 발명의 양태를 적용함으로써 색도가 약간 개선되었다.
도 37 내지 도 40으로부터, 우선, 발광 소자 7 및 8은 비교 발광 소자 7에 비해 전류 효율 및 구동 전압이 개선되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 42로부터, 발광 소자 7 및 8은 비교 발광 소자 7에 비해 전력 효율이 크게 개선되어 있음을 알 수 있다. 또한, 도 41로부터, 발광 소자 7 및 8은 비교 발광 소자 7에 비해 고휘도 측에서의 효율 저하가 적고, T-T 소멸이 억제될 수 있음을 알 수 있다. 실용 휘도 약 1000cd/㎠에서 각 발광 소자의 주요 특성의 초기 값을 표 6에 나타낸다.
표 6으로부터, 발광 소자 7 및 8은 비교 발광 소자 7에 비해 구동 전압이 더 낮다는 것을 알 수 있다. 또한, 발광 소자 7 및 8의 전류 효율과 양자 효율도 개선되어 있음을 알 수 있다. 상기된 바와 같이, 양태 1에 기술된 구조를 갖는 발광 소자는 낮은 구동 전압과 발광 효율 개선을 둘 다 실현할 수 있고, 이의 상승 효과로부터 소비전력 저감 효과가 현저하며, 지표로 이용되는 전력 효율이 약 30% 증가된다.
이어서, 초기 휘도를 1000cd/㎡로 설정하고, 일정 전류 밀도에서 이들 소자들을 구동시켰다. 이때, 도 43에 도시한 바와 같은 휘도 열화 곡선이 수득되었다. 도 43에서, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 초기 휘도를 100으로 했을 때의 상대 휘도(%)(규격화 휘도라 칭함)를 나타낸다. 도 43으로부터 명백한 바와 같이, 발광 소자 7 및 8은 비교 발광 소자 7의 수명에 필적하는 장수명을 갖고 있다.
상기된 바와 같이, 양태 1에 기술된 발광 소자를 제조함으로써, 높은 발광 효율, 장수명 및 낮은 구동 전압의 3가지 이점을 실현할 수 있다. 따라서, 양태 1에 기술된 발광 소자를 제조함으로써, 발광 효율이 높고, 수명이 길며, 구동 전압이 낮은 발광 소자를 수득할 수 있다.
<참조예 2>
참조예 2에서는, 양태 1에서 구조식(D29) 및 (D30)으로 나타내어지는 유기 금속 착체의 합성 방법을 설명한다.
≪합성예 1≫
본 합성예에서는, 양태 1에서 구조식(D29)으로 나타내어지는 유기 금속 착체인 (아세틸아세토나토)비스[2-(4-메톡시페닐)-3,5-디메틸피라지나토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dmmoppr)2(acac)])의 합성예를 구체적으로 기술한다.
<단계 1: 2-(4-메톡시페닐)-3,5-디메틸피라진(약칭: Hdmmoppr)의 합성>
먼저, 2-클로로-3,5-디메틸피라진 1.03g, 4-메톡시페닐보론산 1.09g, 탄산나트륨 0.76g, 비스(트리페닐포스핀)팔라듐(II)디클로라이드(약칭: Pd(PPh3)2Cl2) 0.032g, 물 10㎖ 및 아세토니트릴 10㎖를 환류관이 장착된 가지 플라스크(recovery flask)에 넣고, 플라스크 내의 분위기를 아르곤으로 치환시켰다. 이 반응 용기를 10분간 마이크로파(2.45GHz, 100W) 조사하여 가열하였다. 이후, 이 용액에 물을 첨가하고, 유기 층을 디클로로메탄으로 추출하였다. 수득된 유기 층을 물로 세정하고, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 건조 후, 용액을 여과하였다. 이 용액의 용매를 증류 제거함으로써, 목적 물질인 피라진 유도체 Hdmmoppr(농황색 액체, 수율: 99%)을 수득하였다. 마이크로파 조사에는 마이크로파 합성 장치(Discover, 제조원: CEM Corporation)를 사용하였다. 단계 1의 합성 도식을 하기 반응식 A-1에 나타낸다.
반응식 A-1
<단계 2: 디-μ-클로로-비스[비스{2-(4-메톡시페닐)-3,5-디메틸피라진}이리듐(III)](약칭: [Ir(dmmoppr)2Cl]2의 합성>
이어서, 2-에톡시에탄올 15㎖, 물 5㎖, 상기 단계 1에서 수득된 Hdmmoppr 1.58g 및 염화이리듐 수화물(IrCl3ㆍH2O)(제조원: Sigma-Aldrich Corp.) 0.88g을 환류관이 장착된 가지 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 분위기를 아르곤으로 치환시켰다. 이후, 이 반응 용기를 30분간 마이크로파(2.45GHz, 100W) 조사하여 반응시켰다. 반응 후의 용액을 농축하고, 수득된 잔류물을 에탄올로 세정함으로써, 2핵 착체 [Ir(dmmoppr)2Cl]2(농황색 분말, 수율: 71%)를 수득하였다. 단계 2의 합성 도식을 하기 반응식 A-2에 나타낸다.
반응식 A-2
<단계 3: (아세틸아세토나토)비스[2-(4-메톡시페닐)-3,5-디메틸피라지나토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dmmoppr)2(acac)])의 합성>
이어서, 2-에톡시에탄올 10㎖, 상기 단계 2에서 수득된 2핵 착체[Ir(dmmoppr)2Cl]2 0.75g, 아세틸아세톤 0.18㎖ 및 탄산나트륨 0.60g을 환류관이 장착된 가지 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 분위기를 아르곤으로 치환시켰다. 이후, 이 반응 용기를 30분간 마이크로파(2.45GHz, 100W) 조사하여 반응시켰다. 반응 용액을 여과하였다. 수득된 고체를 에탄올에 용해시키고, 용액을 여과하여 불용성 물질을 제거하였다. 이후, 여액을 농축하고, 수득된 고체를 에탄올로 재결정화함으로써, 양태 1에서 구조식(D29)으로 나타내어지는 유기 금속 착체 [Ir(dmmoppr)2(acac)](주황색 분말, 수율: 51%)를 수득하였다. 단계 3의 합성 도식을 하기 반응식 A-3에 나타낸다.
반응식 A-3
단계 3에서 수득된 주황색 분말의 핵 자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 아래에 나타낸다. 1H-NMR 차트를 도 26에 나타낸다. 이 결과로부터, 본 합성예에서 구조식(D29)으로 나타내어지는 유기 금속 착체 [Ir(dmmoppr)2(acac)]가 수득되었다는 것이 밝혀졌다.
이어서, [Ir(dmmoppr)2(acac)]의 자외-가시선 분광법에 의한 분석을 수행하였다. UV 스펙트럼은 자외-가시선 분광광도계(V550, 제조원: JASCO Corporation)를 사용하고 디클로로메탄 용액(0.071mmol/ℓ)을 사용하여 실온에서 측정하였다. 또한, [Ir(dmmoppr)2(acac)]의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 발광 스펙트럼의 측정은 형광 분광광도계(제조원: Hamamatsu Photonics Corporation, FS920)를 사용하고 탈기된 디클로로메탄 용액(0.42mmol/ℓ)을 사용하여 실온에서 수행하였다. 측정 결과를 도 27에 도시한다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 몰 흡광 계수 및 발광 강도를 나타낸다.
도 27에 도시한 바와 같이, 유기 금속 착체 [Ir(dmmoppr)2(acac)]는 573㎚에서 발광 스펙트럼의 피크를 갖고, 디클로로메탄 용액으로부터 주황색의 광이 관측되었다.
≪합성예 2≫
본 합성예에서는, 양태 1에서 구조식(D30)으로 나타내어지는 유기 금속 착체인 (아세틸아세토나토)비스[2-(2-나프틸)-3,5-디메틸피라지나토]이리듐(III)(약칭: [Ir(dm2npr)2(acac)])의 합성예를 구체적으로 기술한다.
<단계 1: 2-(2-나프틸)-3,5-디메틸피라진(약칭: Hdm2npr)의 합성>
먼저, 2-클로로-3,5-디메틸피라진 2.25g, 2-나프틸보론산 2.71g, 탄산나트륨 1.67g, 비스(트리페닐포스핀)팔라듐(II)디클로라이드(약칭: Pd(PPh3)2Cl2) 0.072g, 물 15㎖ 및 아세토니트릴 15㎖를 환류관이 장착된 가지 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 분위기를 아르곤으로 치환시켰다. 이 반응 용기를 10분간 마이크로파(2.45GHz, 100W) 조사하여 가열하였다. 이후, 이 용액에 물을 첨가하고, 유기 층을 디클로로메탄으로 추출하였다. 수득된 유기 층을 물로 세정하고, 황산마그네슘으로 건조시켰다. 건조 후, 용액을 여과하였다. 이 용액의 용매를 증류 제거하고, 증류에 의해 수득된 잔류물을 디클로로메탄을 전개 용매로 사용하는 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하였다. 이렇게 하여, 목적 물질인 Hdm2npr(담주황색 분말, 수율: 56%)을 수득하였다. 마이크로파 조사에는 마이크로파 합성 장치(Discover, 제조원: CEM Corporation)를 사용하였다. 단계 1의 합성 도식을 하기 반응식 B-1에 나타낸다.
반응식 B-1
<단계 2: 디-μ-클로로-비스[비스{2-(2-나프틸)-3,5-디메틸피라진}이리듐(III)](약칭: [Ir(dm2npr)2Cl]2의 합성>
이어서, 2-에톡시에탄올 15㎖, 물 5㎖, 상기 단계 1에서 수득된 Hdm2npr 2.06g 및 염화이리듐 수화물(IrCl3ㆍH2O)(제조원: Sigma-Aldrich Corp.) 1.31g을 환류관이 장착된 가지 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 분위기를 아르곤으로 치환시켰다. 이후, 이 반응 용기를 1시간 동안 마이크로파(2.45GHz, 100W) 조사하여 반응시켰다. 반응 용액으로부터 침전된 갈색 분말을 여과에 의해 수득하고, 에탄올로 세정함으로써, 2핵 착체 [Ir(dm2npr)2Cl]2(수율: 77%)를 수득하였다. 단계 2의 합성 도식을 하기 반응식 B-2에 나타낸다.
반응식 B-2
<단계 3: (아세틸아세토나토)비스[2-(2-나프틸)-3,5-디메틸피라지나토)이리듐(III)(약칭: [Ir(dm2npr)2(acac)])의 합성>
또한, 2-에톡시에탄올 20㎖, 상기 단계 2에서 수득된 2핵 착체 [Ir(dm2npr)2Cl]2 1.05g, 아세틸아세톤 0.23㎖ 및 탄산나트륨 0.80g을 환류관이 장착된 가지 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 분위기를 아르곤으로 치환시켰다. 이후, 이 반응 용기를 30분간 마이크로파(2.45GHz, 100W) 조사하여 반응시켰다. 반응 용액을 여과하였다. 수득된 고체를 디클로로메탄에 용해시키고, 용액을 여과하여 불용성 물질을 제거하였다. 이후, 여액을 농축하고, 수득된 고체를 에탄올과 디클로로메탄과의 혼합 용매로 재결정화함으로써, 본 발명의 유기 금속 착체 [Ir(dm2npr)2(acac)]를 주황색 분말(수율: 44%)로서 수득하였다. 단계 3의 합성 도식을 하기 반응식 B-3에 나타낸다.
반응식 B-3
단계 3에서 수득된 주황색 분말의 핵 자기 공명 분광법(1H-NMR)에 의한 분석 결과를 아래에 나타낸다. 1H-NMR 차트를 도 28에 도시한다. 이 결과로부터, 합성예 1에서 구조식(D30)으로 나타내어지는 유기 금속 착체 [Ir(dm2npr)2(acac)]가 수득되었다는 것이 밝혀졌다.
이어서, [Ir(dm2npr)2(acac)]의 자외-가시선 분광법에 의한 분석을 수행하였다. UV 스펙트럼은 자외-가시선 분광광도계(V550, 제조원: JASCO Corporation)를 사용하고 디클로로메탄 용액(0.13mmol/ℓ)을 사용하여 실온에서 측정하였다. 또한, [Ir(dm2npr)2(acac)]의 발광 스펙트럼을 측정하였다. 발광 스펙트럼의 측정은 형광 분광광도계(제조원: Hamamatsu Photonics Corporation, FS920)를 사용하고 탈기된 디클로로메탄 용액(0.47mmol/ℓ)을 사용하여 실온에서 수행하였다. 측정 결과를 도 29에 도시한다. 가로축은 파장을 나타내고, 세로축은 몰 흡광 계수 및 발광 강도를 나타낸다.
도 29에 도시한 바와 같이, 유기 금속 착체 [Ir(dm2npr)2(acac)]는 616㎚에서 발광 스펙트럼의 피크를 갖고, 디클로로메탄 용액으로부터 적주황색의 광이 관측되었다.
<참조예 3>
참조예 3에서는, 실시예 4에서 구조식(vi)으로 나타내어지는 CO11II의 합성 방법을 설명한다.
≪합성예 3≫
본 합성예에서는, 양태 1에서 구조식(vi)으로 나타내어지는 3-페닐-9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11II)의 합성예를 구체적으로 기술한다.
3-페닐-9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸의 합성 도식을 하기 반응식 C-1에 나타낸다.
반응식 C-1
2-(4-요오도페닐)-5-페닐-1,3,4-옥사디아졸 2.3g(6.6mmol), 3-페닐-9H-카바졸 1.6g(6.6mmol) 및 나트륨 3급-부톡사이드 1.4g(15mmol)을 100㎖ 3구 플라스크에 넣고, 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환시켰다. 이 혼합물에 톨루엔 30㎖ 및 트리(3급-부틸)포스핀의 10중량% 헥산 용액 0.2㎖를 첨가하고, 플라스크의 압력을 흡인기로 감압시킴으로써 이 혼합물을 탈기시킨 후, 플라스크 내의 분위기를 질소로 치환시켰다. 이 혼합물에 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) 0.058g(0.10mmol)을 첨가하고, 혼합물을 질소 기류하에 80℃에서 15시간 동안 교반하였다. 교반 후, 이 혼합물에 톨루엔을 첨가하고, 이 현탁액을 포화 탄산나트륨 수용액, 포화 식염수의 순서로 세정하였다. 세정 후, 유기 층에 황산마그네슘을 첨가하여 유기 층을 건조시켰다. 건조 후, 혼합물을 흡인 여과함으로써 여액을 수득하였다. 수득된 여액을 셀라이트(Wako Pure Chemical Industries. Ltd., 카탈로그 번호: 540-16855)를 통해 흡인 여과시켜서 여액을 수득하였다. 수득된 여액을 농축하여 수득한 화합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하였다. 컬럼 크로마토그래피는 먼저 톨루엔을 전개 용매로 사용하고, 이어서 톨루엔:에틸 아세테이트 = 4:1의 혼합 용매를 전개 용매로 사용하여 수행하였다. 수득된 분획을 농축하여 수득한 고체에 아세톤을 첨가하고, 초음파를 조사하여 세정하였다. 이 혼합물을 흡인 여과하여 고체를 회수하였다. 회수된 고체를 클로로포름과 헥산과의 혼합 용매로 재결정화하여 분말상 백색 고체 2.0g을 64%의 수율로 수득하였다.
수득된 백색 고체 1.1g의 승화 정제를 트레인(train) 승화법으로 수행하였다. 승화 정제는 3.0Pa의 감압하에 아르곤 유량을 5㎖/분으로 하여 240℃에서 16시간 동안 수행하였다. 이렇게 하여 백색 고체 0.98g이 89%의 수율로 수득되었다.
핵 자기 공명 분광법(NMR)에 의해 이 화합물이 3-페닐-9-[4-(5-페닐-1,3,4-옥사디아졸-2-일)페닐]-9H-카바졸(약칭: CO11II)이라는 것을 확인하였다.
수득된 화합물의 1H NMR 데이타를 아래에 나타낸다.
본 출원은 2008년 9월 5일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허원 제2008-228080호에 기초를 두고 있으며, 상기 출원의 전문은 본원에 참조로 인용된다.
<참조 부호의 설명>
301: 제1 전극, 302: 제2 전극, 311: 정공 주입층, 312: 정공 수송층, 313: 발광층, 313-1: 제1 발광층, 313-2: 제2 발광층, 314: 전자 수송층, 315: 전자 주입층, 321: 정공 수송성 재료, 322: 호스트 재료, 323: 발광 재료, 401: 케이스, 402: 액정층, 403: 백라이트, 404: 케이스, 405: 드라이버 IC, 406: 단자, 411: 케이스, 412: 광원, 511: 본체, 512: 케이스, 513: 표시부, 514: 키보드, 521: 표시부, 522: 본체, 523: 안테나, 524: 음성 출력부, 525: 음성 입력부, 526: 조작 스위치, 531: 표시부, 532: 케이스, 533: 스피커, 541: 본체, 542: 표시부, 543: 외부 메모리 슬롯, 544: 스피커부, 545: 조작 키, 601: 구동 회로부(소스측 구동 회로), 602: 화소부, 603: 구동 회로부(게이트측 구동 회로), 604: 밀봉 기판, 605: 씰재, 607: 공간, 608: 리드 배선, 609: FPC(플렉시블 프린트 서킷), 610: 소자 기판, 611: 스위칭용 TFT, 612: 전류 제어용 TFT, 613: 제1 전극, 614: 절연물, 616: 발광층을 포함하는 층, 617: 제2 전극, 618: 발광 소자, 623: N-채널형 TFT, 624: P-채널형 TFT, 951: 기판, 952: 전극, 953: 절연층, 954: 격벽층, 955: 발광층을 포함하는 층, 및 956: 전극
Claims (45)
- 양극;
음극;
상기 양극과 상기 음극 사이의, 적층된 복수개의 발광층;
상기 양극과 상기 복수개의 발광층 사이의, 정공 수송성 재료를 포함하는 정공 주입층; 및
상기 정공 주입층과 상기 복수개의 발광층 사이의, 상기 정공 수송성 재료를 포함하는 정공 수송층을 포함하고,
상기 복수개의 발광층은 제1 발광층과 제2 발광층을 포함하고,
상기 제1 발광층은 상기 복수개의 발광층 중 상기 양극에 가장 근접하고,
상기 제2 발광층은 상기 복수개의 발광층 중 상기 음극에 가장 근접하고,
상기 제1 발광층은 호스트 재료, 상기 정공 수송성 재료 및 발광 재료를 포함하고,
상기 제2 발광층은 상기 호스트 재료, 상기 제1 발광층보다 농도가 더 낮은 상기 정공 수송성 재료, 및 상기 발광 재료를 포함하고,
상기 정공 수송성 재료는 카바졸 유도체인, 발광 소자. - 양극;
음극;
상기 양극과 상기 음극 사이의 제1 발광층;
상기 음극과 상기 제1 발광층 사이의 제2 발광층;
상기 양극과 상기 제1 발광층 사이의, 정공 수송성 재료를 포함하는 정공 주입층; 및
상기 정공 주입층과 상기 제1 발광층 사이의, 상기 정공 수송성 재료를 포함하는 정공 수송층을 포함하고,
상기 제2 발광층은 상기 제1 발광층에 접해 있고,
상기 제1 발광층은 호스트 재료, 상기 정공 수송성 재료 및 발광 재료를 포함하며,
상기 제2 발광층은 상기 호스트 재료, 상기 제1 발광층보다 농도가 더 낮은 상기 정공 수송성 재료, 및 상기 발광 재료를 포함하고,
상기 정공 수송성 재료는 카바졸 유도체인, 발광 소자. - 양극;
음극;
상기 양극과 상기 음극 사이의 제1 발광층;
상기 음극과 상기 제1 발광층 사이의 제2 발광층;
상기 양극과 상기 제1 발광층 사이의, 정공 수송성 재료를 포함하는 정공 주입층; 및
상기 정공 주입층과 상기 제1 발광층 사이의, 상기 정공 수송성 재료를 포함하는 정공 수송층을 포함하고,
상기 제1 발광층은 호스트 재료, 상기 정공 수송성 재료 및 발광 재료를 포함하며,
상기 제2 발광층은 상기 호스트 재료, 상기 제1 발광층보다 농도가 더 낮은 상기 정공 수송성 재료, 및 상기 발광 재료를 포함하고,
상기 정공 수송성 재료는 카바졸 유도체인, 발광 소자. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 발광층에서의 상기 호스트 재료에 대한 상기 정공 수송성 재료의 질량비가 1 이하이고,
상기 제2 발광층에서의 상기 호스트 재료에 대한 상기 정공 수송성 재료의 질량비가 0.05 이상인, 발광 소자. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 재료의 LUMO 준위가 상기 호스트 재료의 LUMO 준위 및 상기 정공 수송성 재료의 LUMO 준위보다 0.2eV 이상 더 낮은, 발광 소자.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 호스트 재료가 헤테로방향족 화합물 또는 금속 착체인, 발광 소자.
- 삭제
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 재료가 인광을 발광하는 화합물인, 발광 소자.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 재료가, 피라진 골격을 갖는 리간드를 포함하고 중심 금속이 제9족 또는 제10족 원소인 유기 금속 착체인, 발광 소자.
- 제9항에 있어서, 상기 리간드가 2-아릴피라진 유도체인, 발광 소자.
- 제10항에 있어서, 상기 2-아릴피라진 유도체가 2-페닐피라진 유도체인, 발광 소자.
- 제11항에 있어서, 상기 2-페닐피라진 유도체가 2,5-디페닐피라진 유도체인, 발광 소자.
- 제9항에 있어서, 상기 중심 금속이 이리듐 또는 백금인, 발광 소자.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 소자가 상기 제2 발광층과 상기 음극 사이에 전자 수송층을 추가로 포함하고,
상기 제2 발광층이 상기 전자 수송층과 접하고 있는, 발광 소자. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 호스트 재료가 전자 수송성을 갖는, 발광 소자.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자; 및
상기 발광 소자로부터의 발광을 제어하는 수단을 포함하는, 발광 장치. - 제16항에 따른 발광 장치를 포함하는, 전자기기.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정공 주입층이 상기 정공 수송성 재료와 전이 금속 산화물을 포함하는, 발광 소자.
- 제8항에 있어서, 상기 화합물이 비스{2-(4-플루오로페닐)-3,5-디메틸피라지나토}(피콜리나토)이리듐(III)인, 발광 소자.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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- 삭제
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