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KR101187401B1 - 유기 금속 착체 및 그것을 사용한 발광 소자 - Google Patents

유기 금속 착체 및 그것을 사용한 발광 소자 Download PDF

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KR101187401B1
KR101187401B1 KR1020117021017A KR20117021017A KR101187401B1 KR 101187401 B1 KR101187401 B1 KR 101187401B1 KR 1020117021017 A KR1020117021017 A KR 1020117021017A KR 20117021017 A KR20117021017 A KR 20117021017A KR 101187401 B1 KR101187401 B1 KR 101187401B1
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electrode
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사토시 세오
사토코 시타가키
히로코 아베
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

본 발명의 유기 금속 착체는 하기 일반식 (1)로 나타내어지는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다. 식 중, R1～R5는 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환 잔기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, Ar은 전자 흡인성 치환기를 가지는 아릴기 또는 전자 흡인성 치환기를 가지는 복소환 잔기를 나타낸다. 또한, M은 제 9족 원소 또는 제 10족 원소를 나타낸다.
Figure 112011070308778-pat00032

Description

유기 금속 착체 및 그것을 사용한 발광 소자{Organic metal complex and light-emitting device using same}
본 발명은 신규한 유기 금속 착체(錯體)에 관한 것이다. 특히, 삼중항 여기 상태를 발광으로 변환할 수 있는 유기 금속 착제에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 양극, 음극, 전계를 가함으로써 발광이 얻어지는 유기 화합물을 함유하는 층(이하, "발광 물질을 함유하는 층"이라 칭함)을 가지는 발광 소자에 관한 것이다.
유기 화합물(유기 분자)은 광을 흡수하면 에너지를 가진 상태(여기 상태)가 된다. 이 여기 상태를 경유함으로써, 다양한 반응(광화학 반응)을 일으키는 경우나 발광(루미네센스(luminescence))이 생기는 경우가 있고, 다양한 응용이 이루어지고 있다.
광화학 반응의 일례로서, 일중항 산소의 불포화 유기 분자와의 반응(산소 부가)이 있다(예를 들어, 비(非)특허문헌 1 : 이노우에 하루오 외 3명, 기초 화학 코스 광화학 Ⅰ(마루센 가부시키가이샤), 106-110 참조). 산소 분자는 기저 상태가 삼중항 상태이기 때문에, 일중항 상태의 산소(일중항 산소)는 직접적인 광 여기에서는 생성되지 않는다. 그러나, 다른 삼중항 여기 분자의 존재 하에서는 일중항 산소가 생성되고, 산소 부가 반응에 이를 수 있다. 이때, 상기한 삼중항 여기 분자를 형성할 수 있는 화합물은 광증감제라고 불린다.
이와 같이, 일중항 산소를 생성하기 위해서는, 삼중항 여기 분자를 광 여기로 형성할 수 있는 광증감제가 필요하다. 그러나, 통상의 유기 화합물은 기저 상태가 일중항 상태이기 때문에, 삼중항 여기 상태로의 광 여기는 금제(禁制) 천이가 되어, 삼중항 여기 분자는 생기기 어렵다(통상은 일중항 여기 분자가 생긴다). 따라서, 이와 같은 광증감제로서는 일중항 여기 상태로부터 삼중항 여기 상태로의 항간 교차를 일으키기 쉬운 화합물(또는, 직접 삼중항 여기 상태로 광 여기된다는 금제 천이를 허용하는 화합물)이 요구된다. 바꿔말하면, 그와 같은 화합물은 광증감제로서의 이용이 가능하고 유익하다고 할 수 있다.
또한, 그와 같은 화합물은 인광을 방출하는 일이 종종 있다. 인광이란 다중도가 다른 에너지 사이의 천이에 의해 생기는 발광을 말하는 것으로, 통상의 유기 화합물에서는 삼중항 여기 상태로부터 일중항 기저 상태로 복귀할 때에 생기는 발광을 가리킨다(이것에 대하여, 일중항 여기 상태로부터 일중항 기저 상태로 복귀할 때의 발광은 형광이라 불린다). 인광을 방출할 수 있는 화합물, 즉, 삼중항 여기 상태를 발광으로 변환할 수 있는 화합물(이하에서는 "인광성 화합물"이라 표기)의 응용 분야로서는 발광성의 화합물로서 유기 화합물을 사용한 발광 소자를 들 수 있다.
이 발광 소자는 박형 경량?고속응답성?직류 저전압 구동 등의 특성 때문에 차세대의 플랫 패널 디스플레이 소자로서 주목되고 있는 장치이다. 또한, 자기발광형이고 시야각이 넓기 때문에, 시인성(視認性)도 비교적 양호하고, 휴대 기기의 표시 화면에 사용하는 소자로서 유효하다고 생각되고 있다.
유기 화합물을 발광체로서 사용하는 경우, 발광 소자의 발광 기구는 캐리어 주입형이다. 즉, 전극들 사이에 발광층을 끼우고 전압을 인가함으로써, 음극으로부터 주입된 전자 및 양극으로부터 주입된 홀(hole)이 발광층 중에서 재결합하여 여기 분자를 형성하고, 그 여기 분자가 기저 상태로 복귀할 때 에너지를 방출하여 발광한다.
그리고, 여기 분자의 종류로서는, 앞에서 설명한 광 여기의 경우와 마찬가지로, 일중항 여기 상태(S*)와 삼중항 여기 상태(T*)가 가능하다. 또한, 발광 소자에 있어서의 그의 통계적 생성 비율은 S* : T* = 1 : 3이라고 생각되고 있다(예를 들어, 비특허문헌 2 : 츠츠이 테츠오, 응용물리학회 유기 분자?바이오 일렉트로닉스 분료회 제3회 강습회 텍스트, 31-37(1993) 참조).
그러나, 일반적인 유기 화합물은 실온에서 삼중항 여기 상태로부터의 발광(인광)은 관측되지 않고, 통상은 일중항 여기 상태로부터의 발광(형광)만이 관측된다. 유기 화합물의 기저 상태는 통상 일중항 기저 상태(S0)이기 때문에, T* → S0 천이(인광 과정)는 강도의 금제 천이가 되고, S* → S0 천이(형광 과정)는 허용 천이가 되기 때문이다.
따라서, 발광 소자에서의 내부 양자 효율(주입한 캐리어에 대하여 발생하는 포톤의 비율)의 이론적 한계는 S* : T* = 1 : 3인 것을 근거로 25%로 되어 있었다.
그러나, 상기한 인광성 화합물을 사용하면, T* → S0 천이(인광 과정)가 허용되기 때문에, 내부 양자 효율은 75～100%까지 이론상은 가능하게 된다. 즉, 종래의 3～4배의 발광효율이 가능하게 된다. 실제, 인광성 화합물을 사용한 발광 소자가 계속하여 발표되고, 그의 발광 효율의 높이가 주목되고 있다(예를 들어, 비특허문헌 3 : D. F. 오브라이엔 외 3명, 어플라이드 피직스 레터즈 vol. 74, No. 3, 442-444 (1999), 및 비특허문헌 4 : 츠츠이 테츠오 외 8명, 저패니즈 저널 오브 어플라이드 피직스, vol. 38, L1502-L1504 (1999) 참조).
비특허문헌 3에서는 백금을 중심 금속으로 하는 포르피린 착체를, 비특허문헌 4에서는 이리듐을 중심 금속으로 하는 유기 금속 착체를 사용하고 있고, 어느 착체도 인광성 화합물이다.
또한, 이리듐을 중심 금속으로 하는 유기 금속 착체(이하, "이리듐 착체"라고 표기)를 포함하는 층과, 공지의 형광성 화합물인 DCM2를 포함하는 층을 번갈아 적층함으로써, 이리듐 착체에서 생성한 삼중항 여기 에너지를 DCM2로 이동시켜, DCM2의 발광에 기여시키는 것도 가능하다(예를 들어, 비특허문헌 5 : M. A. 발드 외 2명, 네이쳐(런던), vol. 403, 750-753 (2000) 참조). 이 경우, DMC2의 일중항 여기 상태의 양(통상이라면 25% 이하)은 통상에 비하여 증폭되기 때문에, DCM2의 발광 효율은 증대한다. 이것은 말하자면, 인광성 화합물인 이리듐 착체의 증감 작용이라고도 말할 수 있다.
비특허문헌 3～비특허문헌 5에 나타내어진 바와 같이, 인광성 화합물을 사용한 발광 소자는 종래보다 높은 발광 효율을 달성할 수 있다(즉, 적은 전류로 높은 휘도를 달성할 수 있다). 따라서, 인광성 화합물을 사용한 발광 소자는 고휘도 발광?고발광 효율을 달성하기 위한 방법으로서, 앞으로의 개발에서 큰 비중을 차지하는 것이라고 생각된다.
이상과 같이, 인광성 화합물은 항간 교차를 일으키기 쉽고, 또한 삼중항 여기 상태로부터의 발광(인광)을 발생시키기 쉽기 때문에, 광증감제로서의 이용이나, 인광 재료로서의 발광 소자에의 적용이 유용하고, 기대되고 있는 화합물이지만, 그 수는 적은 것이 현상이다.
적은 수의 인광성 화합물 중에서 비특허문헌 4나 비특허문헌 5에서 사용되고 있는 이리듐 착체는 오르토메탈 착체라 불리는 유기 금속 착체의 일종이다. 이 착체는 인광 수명이 수백 나노초이고, 또한, 인광 양자 수율도 높기 때문에, 상기한 포르피린 착체에 비하면 휘도의 상승에 따른 효율의 저하가 작기 때문에, 발광 소자에서 유효하다. 그 의미에서도, 이와 같은 유기 금속 착체는 삼중항 여기 상태로의 직접 광 여기나 항간 교차를 일으키기 쉬운 화합물, 나아가서는 인광성 화합물을 합성하기 위한 하나의 지침이다.
비특허문헌 4나 비특허문헌 5에서 사용되고 있는 이리듐 착체의 배위자의 구조는 비교적 단순하고, 색순도가 좋은 녹색 발광을 나타내지만, 발광색을 다른 색으로 바꾸기 위해서는 배위자의 구조를 바꿀 필요가 있다. 예를 들어, 비특허문헌 6 : M. 톰슨 외 10명, 제10회 인터네셔널 워크숍 온 인오가닉 앤드 오가닉 일렉트로 루미네센스(EL' 00), 35-38에서는, 다양한 배위자 및 그 배위자를 사용한 이리듐 착체가 합성되고 있고, 몇 개의 발광색을 실현하고 있다.
그러나, 이들 배위자의 대부분은 합성이 곤란하거나 또는 합성에 필요한 스텝수가 많아, 재료 자체의 가격의 상승으로도 이어진다. 이들 유기 금속 착체에서 인광 발광시키기 위해서는, 이리듐이나 백금을 중심 금속으로 사용하는 경우가 많지만, 이들 금속 원료 자체가 고가이어서, 배위자까지도 고가가 되어 버리게 된다. 또한, 색 순도가 좋은 청색의 발광색도 실현되지 않는다.
또한, 비특허문헌 7 : J. 듀안 외 2명, 어드밴스드 머테리얼(2003), 15, No. 3, FEB5에서는, 디벤조[f, h] 퀴녹살린 유도체를 배위자로서 사용한 이리듐 착체를 합성하고 있고, 그들을 사용한 발광 소자는 고효율이기는 하나, 오렌지-레드색 발광을 나타내고, 색 순도가 좋은 적색 발광색은 실현되지 않는다.
또한, 유기 금속 착체는 일반적으로 분해하기 쉬우며, 분해하기 어려운 것이라도 분해 온도는 결코 높지 않다. 즉, 내열성이 부족하기 때문에, 발광 소자와 같은 전자 장치에 응용할 때 문제가 된다.
이상의 것으로부터, 용이하게 합성할 수 있고, 발광색을 다른 색으로 바꿀 수 있는 배위자를 사용하고, 내열성도 우수한 유기 금속 착체를 합성할 필요가 있다. 그것에 의해, 저렴하고 다양한 광증폭제나 인광 재료(즉, 삼중항 여기 상태로의 항간 교차가 일어나기 쉬운 재료)가 얻어지기 때문이다.
본 발명에서는, 양자 효율이 높고 또한 합성이 용이한 배위자를 사용함으로써, 삼중항 여기 상태로의 항간(項間) 교차가 일어나기 쉬운 신규한 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 특히, 내열성이 우수한 신규한 유기 금속 착체를 제공하는 것을 과제로 한다.
또한, 상기 유기 금속 착체를 사용하여 발광 소자를 제조함으로써, 내열성 및 색 순도가 높은 발광 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 상기 발광 소자를 사용하여 발광 장치를 제조함으로써, 소비전력이 낮은 발광 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자는 예의 검토를 거듭한 결과, 하기 일반식 (1)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체가 인광 발광할 수 있다는 것을 알아내었다.
Figure 112011070308778-pat00001
(식 중, R1～R5는 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환(複素環) 잔기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, Ar은 전자 흡인성 치환기를 가지는 아릴기 또는 전자 흡인성 치환기를 가지는 복소환 잔기를 나타낸다. 또한, M은 제 9족 원소 또는 제 10족 원소를 나타낸다.)
따라서, 본 발명의 구성은 상기 일반식 (1)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체를 제공하는 것이다.
특히, 하기 일반식 (2)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체가 바람직하다.
Figure 112011070308778-pat00002
(식 중, R1～R5는 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환 잔기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R6～R9 중 어느 것인가는 전자 흡인성 치환기를 가지고, 또한, 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환 잔기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, M은 제 9족 원소 또는 제 10족 원소를 나타낸다.)
또한 특히, 하기 일반식 (3)으로 나타내어지는 유기 금속 착체가 인광 발광할 수 있다는 것을 알아냈다.
Figure 112011070308778-pat00003
(식 중, R1～R5는 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환 잔기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, Ar은 전자 흡인성 치환기를 가지는 아릴기 또는 전자 흡인성 치환기를 가지는 복소환 잔기를 나타낸다. 또한, M은 제 9족 원소 또는 제 10족 원소를 나타내고, 상기 M이 제 9족 원소인 경우는 n = 2, 제 10족 원소를 나타내는 경우는 n = 1이 된다. 또한, L은 베타디케톤 구조를 가지는 모노아니온성 배위자, 또는 카르복실기를 가지는 모노아니온성 2좌(座) 킬레이트 배위자, 또는 페놀성 수산기를 가지는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자 중 어느 하나를 나타낸다.)
따라서, 본 발명의 구성은, 상기 일반식 (3)으로 나타내어지는 유기 금속 착체를 제공하는 것이다. 특히, 하기 일반식 (4)로 나타내어지는 유기 금속 착체가 바람직하다.
Figure 112011070308778-pat00004
(식 중, R1～R5는 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환 잔기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, R6～R9 중 어느 것인가는 전자 흡인성 치환기를 가지고, 또한, 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환 잔기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, M은 제 9족 원소 또는 제 10족 원소를 나타내고, 상기 M이 제 9족 원소인 경우는 n = 2, 제 10족 원소인 경우는 n = 1이 된다. 또한, L은 베타디케톤 구조를 가지는 모노아니온성 배위자, 또는 카르복실기를 가지는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자, 또는 페놀성 수산기를 가지는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자 중 어느 하나를 나타낸다.)
또한, 상기 일반식 (1)～(4)에서, 배위자(L)는 베타디케톤 구조를 가지는 모노아니온성 배위자, 또는 카르복실기를 가지는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자, 또는 페놀성 수산기를 가지는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자이면 무엇이라도 좋지만, 이하의 구조식 (5)～(11)에 나타내는 모노아니온성 배위자 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이들 모노아니온성 킬레이트 배위자는 배위 능력이 높고, 또한, 저렴하게 입수할 수 있기 때문에 유효하다.
Figure 112011070308778-pat00005
또한, 상기 일반식 (1) 또는 일반식 (2)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체 또는 상기 일반식 (3) 또는 일반식 (4)로 나타내어지는 유기 금속 착체에서, 전자 흡인성 치환기로서는 할로겐기 또는 할로알킬기 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이들 전자 흡인성 치환기에 의해, 상기 일반식 (1) 또는 일반식 (2)으로 나타내어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체, 또는 상기 일반식 (3) 또는 일반식 (4)로 나타내어지는 유기 금속 착체의 색도 조정 및 양자 효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 유효하다.
또한, 상기 일반식 (1) 또는 일반식 (2)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체, 또는 상기 일반식 (3) 또는 일반식 (4)로 나타내어지는 유기 금속 착체에서, 전자 흡인성 치환기로서는 플루오로기 또는 트리플루오로메틸기 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 플루오로기 또는 트리플루오로메틸기는 전자 흡인성이 높기 때문에 유효하다.
또한, 본 발명자는 하기 일반식 (12)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체가 인광 발광할 수 있다는 것을 알아냈다.
Figure 112011070308778-pat00006
(식 중, R2～R14는 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환 잔기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, M은 제 9족 원소 또는 제 10족 원소를 나타낸다.)
따라서, 본 발명의 구성은 상기 일반식 (12)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체를 제공하는 것이다. 특히, 하기 일반식 (13)으로 나타내어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체가 바람직하다.
Figure 112011070308778-pat00007
(식 중, R15 또는 R16은 수소, 할로겐 원소, 할로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, M은 제 9족 원소 또는 제 10족 원소를 나타낸다.)
또한, 특히 본 발명자는 하기 일반식 (14)로 나타내어지는 유기 금속 착체가 인광 발광할 수 있다는 것을 알아냈다.
Figure 112011070308778-pat00008
(식 중, R2～R14는 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환 잔기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, M은 제 9족 원소 또는 제 10족 원소를 나타내고, 상기 M이 제 9족 원소인 경우는 n = 2, 제 10족 원소인 경우는 n = 1이 된다. 또한, L은 베타디케톤 구조를 가지는 모노아니온성 배위자, 또는 카르복실기를 가지는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자, 또는 페놀성 수산기를 가지는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자 중 어느 하나를 나타낸다.)
따라서, 본 발명의 구성은 상기 일반식 (14)로 나타내어지는 유기 금속 착체를 제공하는 것이다.
또한, 상기 일반식(14)에서, 배위자(L)는 베타디케톤 구조를 가지는 모노아니온성 배위자, 또는 카르복실기를 가지는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자, 또는 페놀성 수산기를 가지는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자이면 어느 것이라도 좋지만, 이하의 구조식 (5)～(11)에 나타내는 모노아니온성 배위자 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이들 모노아니온성 킬레이트 배위자는 배위 능력이 높고, 또한, 저렴하게 입수할 수 있기 때문에 유효하다.
Figure 112011070308778-pat00009
또한, 특히, 하기 일반식 (15)로 나타내어지는 유기 금속 착체가 인광 발광할 수 있다는 것을 알아냈다.
Figure 112011070308778-pat00010
(식 중, R15 또는 R16은 수소, 할로겐 원소, 할로알킬기 중 어느 하나를 나타낸다. 또한, M은 제 9족 원소 또는 제 10족 원소를 나타내고, 상기 M이 제 9족 원소인 경우는 n = 2, 제 10족 원소인 경우는 n = 1이 된다. 또한, L은 베타디케톤 구조를 가지는 모노아니온성 배위자, 또는 카르복실기를 가지는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자, 또는 페놀성 수산기를 가지는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자 중 어느 하나를 나타낸다.)
또한, 상기 일반식 (15)에서, 배위자(L)는 베타디케톤 구조를 가지는 모노아니온성 배위자, 또는 카르복실기를 가지는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자, 또는 페놀성 수산기를 가지는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자이면 어느 것이라도 좋지만, 이하의 구조식 (5)～(11)에 나타내는 모노아니온성 배위자 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이들 모노아니온성 킬레이트 배위자는 배위 능력이 높고, 또한 저렴하게 입수할 수 있기 때문에 유효하다.
Figure 112011070308778-pat00011
또한, 상기 일반식 (12)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체, 상기 일반식 (14)로 나타내어지는 유기 금속 착체, 또는 상기 일반식 (14)로 나타내어지는 유기 금속 착체에 있어서의 상기 L이 하기 구조 (5)～(10)에 나타내는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자 중 어느 하나인 유기 금속 착체에 있어서, R6～R9 중 어느 것인가가 전자 흡인성 치환기인 것이 바람직하다. 이들 전자 흡인성 치환기에 의해, 상기 일반식 (12)로 나타내어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체, 상기 일반식 (14)로 나타내어지는 유기 금속 착체, 또는 상기 일반식 (14)로 나타내어지는 유기 금속 착체에 있어서의 상기 L이 하기 구조 (5)～(10)에 나타내는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자 중 어느 하나인 유기 금속 착체를 보다 강한 인광 발광을 발할 수 있기 때문에 유효하다.
Figure 112011070308778-pat00012
또한, 상기 일반식 (13)으로 나타내어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체, 상기 일반식 (15)로 나타내어지는 유기 금속 착체, 또는 상기 일반식 (15)로 나타내어지는 유기 금속 착체에 있어서의 상기 L이 하기 구조(5)～(10)에 나타내는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자 중 어느 하나인 유기 금속 착체에 있어서, R15 또는 R16 중 어느 것인가가 전자 흡인성 치환기인 것이 바람직하다. 이들 전자 흡인성 치환기에 의해, 상기 일반식 (13)으로 나타내어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체, 상기 일반식 (15)로 나타내어지는 유기 금속 착체, 또는 상기 일반식 (15)로 나타내어지는 유기 금속 착체에 있어서의 상기 L이 하기 구조 (5)～(10)에 나타내는 모노아니온성 2좌 킬레이트 배위자 중 어느 하나인 유기 금속 착체를 보다 강한 인광 발광을 발할 수 있기 때문에 유효하다.
Figure 112011070308778-pat00013
또한, 상기 일반식 (12)～(15)에서, 전자 흡인성 치환기는 할로게노기 또는 할로알킬기 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이들 전자 흡인성 치환기에 의해, 상기 일반식 (12)～(15)로 나타내어지는 유기 금속 착체의 색도 조정 및 양자 효율을 향상시킬 수 있기 때문에 유효하다.
또한, 상기 일반식 (12)～(15)에서, 전자 흡인성 치환기는 플루오로기 또는 트리플루오로메틸기 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이들 전자 흡인성 치환기에 의해, 상기 일반식 (12)～(15)로 나타내어지는 유기 금속 착체의 색도 조정 및 양자 효율을 향상시킬 수 있기 때문에 유효하다.
또한, 보다 효율 좋게 인광 발광시키기 위해서는, 중원자 효과의 관점에서, 중심 금속으로서는 무거운 금속인 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는 상기 일반식 (1)～(4) 및 (12)～(15)에 있어서, 중심 금속(M)이 이리듐 또는 백금인 것을 특징으로 한다.
그런데, 본 발명의 유기 금속 착체는 삼중항 여기 에너지를 발광으로 변환하는 것이 가능하기 때문에, 발광 소자에 적용함으로써 고효율화가 가능하게 되고, 매우 유효하다. 따라서, 본 발명에서는 본 발명의 유기 금속 착체를 사용한 발광 소자도 포함하는 것으로 한다.
이때, 본 발명의 유기 금속 착체는 전술한 비특허문헌 6에서 설명된 것과 같은 증감제로서 사용하여도 좋지만, 비특허문헌 5에서 설명된 것과 같은 발광체로서의 이용법이 발광 효율의 면에서 효과적이다. 따라서, 본 발명에서는 본 발명의 유기 금속 착체를 발광체로서 사용한 발광 소자를 특징으로 한다.
특히, 본 발명의 유기 금속 착체를 게스트 재료로서 사용하고, 또한, 퀴녹살린 유도체를 호스트 재료로서 사용한 발광층을 적용한 발광 소자가 바람직하다.
또한, 이와 같이 하여 얻어진 본 발명의 발광 소자는 높은 발광 효율을 실현할 수 있기 때문에, 이것을 발광 소자로서 사용한 발광 장치(화상 표시 장치나 발광 디바이스)는 저소비전력을 실현할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 본 발명의 발광 소자를 사용한 발광 장치도 포함하는 것으로 한다.
또한, 본 명세서 중에서의 발광 장치란, 발광 소자로서 한 쌍의 전극 사이에 발광 물질을 함유하는 층을 가지는 발광 소자를 사용한 화상 표시 장치 또는 디바이스를 가리킨다. 또한, 발광 장치에 커넥터, 예를 들어, 이방 도전성 필름 또는 TAB(Tape Automated Bonding) 테이프 또는 TCP(Tape Carrier Package)가 부착된 모듈, TAB 테이프나 TCP의 끝에 프린트 배선판이 마련된 모듈, 또는 발광 장치에 COG(Chip On Glass) 방식에 의해 IC(집적회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 발광 장치에 포함하는 것으로 한다.
본 발명을 실시함으로써, 삼중항 여기 상태로의 항간 교차가 일어나기 쉬운 신규한 유기 금속 착체를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 유기 금속 착체를 사용하여 발광 소자를 제조함으로써, 내열성이 우수한 발광 소자를 제공할 수 있다. 또한, 상기 발광 소자를 사용하여 발광 장치를 제조함으로써, 소비전력이 낮은 발광 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 유기 금속 착체를 사용한 발광 소자의 소자 구조를 설명하는 도면.
도 2는 본 발명의 유기 금속 착체를 사용한 발광 소자의 소자 구조를 설명하는 도면.
도 3은 본 발명의 유기 금속 착체를 사용한 발광 소자의 소자 구조를 설명하는 도면.
도 4는 발광 장치에 대하여 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 발광 소자의 소자 구조를 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 유기 금속 착체의 자외?가시 영역 흡수 및 형광 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 유기 금속 착체의 자외?가시 영역 흡수 및 형광 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 유기 금속 착체를 사용한 발광 소자의 소자 구조를 설명하는 도면.
도 9는 발광 장치에 대하여 설명하는 도면.
도 10은 본 발명을 적용한 전자 기기에 대하여 설명하는 도면.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
본 발명의 유기 금속 착체는 하기 일반식 (16)에 나타내는 배위자를 오르토메탈화 반응시킴으로써 얻어진다.
Figure 112011070308778-pat00014
(식 중, R2～R14는 수소, 할로겐 원소, 아실기, 알킬기, 알콕실기, 아릴기, 시아노기, 복소환 잔기 중 어느 하나를 나타낸다.)
또한, 상기 일반식 (16)으로 나타내어지는 배위자는 하기 합성 스킴(scheme)(17)으로 합성할 수 있다.
Figure 112011070308778-pat00015
이와 같이 하여 얻어진 일반식 (16)의 배위자를 사용하여, 본 발명의 유기 금속 착체인 오르토메탈 착체를 형성한다. 이때의 오르토메탈화 반응으로서는 공지의 합성법을 사용하면 좋다.
예를 들어, 이리듐을 중심 금속으로 하는 본 발명의 유기 금속 착체를 합성할 때는, 중심 금속 원료로서 염화 이리듐의 수화물을 사용하고, 일반식 (16)의 배위자와 혼합하여 질소 분위기 하에서 환류함으로써, 먼저, 염소 가교의 복핵(複核) 착체를 합성한다(하기 합성 스킴 (18)).
Figure 112011070308778-pat00016
다음에, 얻어진 상기 복핵 착체와 배위자(L)를 혼합하여 질소 분위기 하에서 환류함으로써, 염소 가교를 배위자(L)로 절단하고, 본 발명의 유기 금속 착체를 얻는다(하기 합성 스킴 (19)).
Figure 112011070308778-pat00017
또한, 본 발명에서 사용하는 유기 금속 착체의 합성법은 상기에 나타내는 합성 방법에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 하여 얻어진 본 발명의 유기 금속 착체는 전자수송성을 가지는 퀴녹살린 유도체를 배위자로서 사용하기 때문에, 캐리어 수송성을 가지고 있고, 전자 장치의 이용이 가능하다. 또한, 상기 일반식 (16)으로 나타내어지는 배위자의 구조를 변화시킴으로써, 다양한 발광색 등의 특성을 얻을 수 있다. 그 구체예로서는, 예를 들어, 하기 구조식 (20)～(59) 등이 있다. 그러나, 본 발명에서 사용하는 유기 금속 착체는 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112011070308778-pat00018
Figure 112011070308778-pat00019
Figure 112011070308778-pat00020
Figure 112011070308778-pat00021
Figure 112011070308778-pat00022
Figure 112011070308778-pat00023
Figure 112011070308778-pat00024
Figure 112011070308778-pat00025
Figure 112011070308778-pat00026
Figure 112011070308778-pat00027
본 발명의 유기 금속 착체는 광증감제나 인광 재료로서 사용할 수 있지만, 아래에서는 본 발명의 유기 금속 착체를 발광 소자에 적용하는 형태에 대하여 설명한다.
본 발명에서의 발광 소자는 기본적으로는 한 쌍의 전극(양극 및 음극) 사이에, 상기한 본 발명의 유기 금속 착체(상기 일반식 (1), (2), (12) 및 (13)으로 이루어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체, 또는 상기 일반식 (3), (4), (14) 및 (15))를 포함하는 발광층(정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 홀 블로킹층, 전자 수송층, 전자 주입층 등)을 끼운 소자 구성이다.
또한, 발광층에 사용하는 본 발명의 유기 금속 착체 이외의 재료로서는 공지의 재료를 사용할 수 있고, 저분자계 재료 및 고분자계 재료 중 어느 것이나 사용할 수도 있다. 또한, 발광층을 형성하는 재료에는, 유기 화합물 재료만으로 이루어지는 것뿐만 아니라, 무기 화합물을 일부에 포함하는 구성도 포함시키는 것으로 한다.
이하에서는, 본 발명의 발광 소자의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.
[실시형태 1]
본 실시형태 1에서는, 본 발명의 유기 금속 착체를 포함하는 발광층과, 저분자계 재료로 된 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 저지층(홀 블로킹층) 및 전자 수송층을 가지는 발광 소자의 소자 구성에 대하여 도 1을 사용하여 설명한다.
도 1에서는, 기판(100) 상에 제1 전극(101)이 형성되고, 제1 전극(101) 상에 발광 물질을 함유하는 층(102)이 형성되고, 그 위에 제2 전극(103)이 형성된 구조를 가진다.
또한, 여기에서 기판(100)에 사용하는 재료로서는, 종래의 발광 소자에 사용되는 것이면 좋고, 예를 들어, 유리, 석영, 투명 플라스틱, 가요성 기판 등으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에서의 제1 전극(101)은 양극으로서 기능하고, 제2 전극(103)은 음극으로서 기능한다.
즉, 제1 전극(101)은 양극 재료로 형성되고, 여기에서 사용할 수 있는 양극 재료로서는, 일함수가 큰(일함수 4.0 eV 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 양극 재료의 구체예로서는, ITO(indium tin oxide), ITSO(indium tin silicon oxide), 산화인듐에 2～20%의 산화아연(ZnO)을 혼합한 IZO(indium zinc oxide) 외에, 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 또는 금속 재료의 질화물(TiN) 등을 사용할 수 있다.
한편, 제2 전극(103)의 형성에 사용되는 음극 재료로서는, 일함수가 작은(일함수 3.8 eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 음극 재료의 구체예로서는, 원소 주기율의 1족 또는 2족에 속하는 원소, 즉, Li나 Cs 등의 알칼리 금속, 및 Mg, Ca, Sr 등의 알칼리토류 금속, 및 이들을 포함하는 합금(Mg:Ag, Al:Li)이나 화합물(LiF, CsF, CaF2) 외에, 희토류 금속을 포함하는 천이 금속을 사용하여 형성할 수 있지만, Al, Ag, ITO 등의 금속(합금을 포함)과의 적층에 의해 형성할 수 있다.
또한, 상기한 양극 재료 및 음극 재료는 증착법, 스퍼터링법 등에 의해 박막을 형성함으로써, 각각 제1 전극(101) 및 제2 전극(103)을 형성한다. 막 두께는 10～500 nm로 하는 것이 바람직하다. 마지막으로, SiN 등의 무기 재료나 테프론(등록상표), 스틸렌 폴리머 등의 유기 재료로 된 보호층(배리어층)을 형성한다. 배리어층은 투명하여도 불투명하여도 좋고, 상기 무기 재료 또는 유기 재료는 증착법, 스퍼터링법 등에 의해 형성한다.
또한, 발광 소자의 유기층이나 전극의 산화나 습기로부터 방지하기 위해 SrOx나 SiOx 등의 건조제를 전자 빔 조사법, 증착법, 스퍼터링법, 졸?겔법 등에 의해 형성한다.
또한, 본 발명의 발광 소자에서, 발광층에서의 캐리어의 재결합에 의해 발생하는 광은 제1 전극(101)과 제2 전극(103) 중의 어느 한쪽 또는 모두로부터 외부로 출사되는 구성이 된다. 즉, 제1 전극(101)으로부터 광을 출사시키는 경우에는, 제1 전극(101)을 투광성 재료로 형성하는 것으로 하고, 제2 전극(103)측으로부터 광을 출사시키는 경우에는 제2 전극(103)을 투광성 재료로 형성하는 것으로 한다.
또한, 발광 물질을 함유하는 층(102)은 다수의 층을 적층함으로써 형성되지만, 본 실시형태 1에서는, 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 발광층(113), 홀 블로킹층(114), 및 전자 수송층(115)을 적층함으로써 형성된다.
정공 주입층(111)을 형성하는 정공 주입성 재료로서는, 프탈로시아닌계 화합물이 유효하다. 예를 들어, 프탈로시아닌(약칭 : H2-Pc로 나타냄), 구리 프탈로시아닌(약칭 : Cu-Pc로 나타냄) 등을 사용할 수 있다.
정공 수송층(112)을 형성하는 정공 수송성 재료로서는, 방향족 아민계(즉, 벤젠환-질소의 결합을 가지는 것)의 화합물이 바람직하다. 널리 사용되고 있는 재료로서, 예를 들어, 4,4'-비스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐-아미노]-비페닐(약칭 : TPD) 외에, 그의 유도체인 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-비페닐(약칭 : α-NPD), 또는 4,4',4''-트리스(N,N-디페닐-아미노)-트리페닐아민(약칭 : TDATA), 4,4',4''-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐-아미노]-트리페닐아민(약칭 : MTDATA) 등의 스타버스트형 방향족 아민 화합물을 들 수 있다. 또한, MoOx 등의 도전성 무기 화합물과 상기 유기 화합물과의 복합 재료를 사용할 수도 있다.
발광층(113)은, 상기 일반식 (1). (2), (12) 및 (13)으로 이루어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체, 또는 상기 일반식 (3), (4), (14) 및 (15)로 나타낸 유기 금속 착체를 포함하고, 이 유기 금속 착체와 호스트 재료를 공증착함으로써 형성된다. 호스트 재료로서는 공지의 재료를 사용할 수 있고, 트리페닐아미노퀴녹살린(약칭 : TPAQn), 4,4'-비스(N-카르바졸일)-비페닐(약칭 : CBP)이나, 2,2',2''-(1,3,5-벤젠트리-일)-트리스[1-페닐-1H-벤즈이미다졸](약칭 : TPBI) 등을 들 수 있다.
홀 블로킹층(114)을 형성하는 홀 블로킹성 재료로서는, 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-4-페닐페놀라토-알루미늄(약칭 : BAlq), 1,3-비스[5-(p-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸-2-일]벤젠(약칭 : OXD-7), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-페닐-5-(4-비페닐일)-1,2,4-트리아졸(약칭 : TAZ), 3-(4-tert-부틸페닐)-4-(4-에틸페닐)-5-(4-비페닐일)-1,2,4-트리아졸(약칭 : p-EtTAZ), 바소페난트롤린(약칭 : BPhen), 바소큐프로인(약칭 : BCP) 등을 사용할 수 있다.
전자 수송층(115)을 형성하는 경우의 전자수송성 재료로서는, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Alq3), 트리스(5-메틸-8-퀴놀리놀라토)알루미늄(약칭 : Almq3), 비스(10-하이드록시벤조[h]-퀴놀리나토)베릴륨(약칭 : BeBq2) 등의 퀴놀린 골격 또는 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체나, 앞서 서술한 BAlq 등이 적합하다. 또한, 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤조옥사졸라토]아연(약칭 : Zn(BOX)2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)-벤조티아졸라토]아연(약칭 : Zn(BTZ)2) 등의 옥사졸계, 티아졸계 배위자를 가지는 금속 착체도 있다. 또한, 금속 착체 이외에도, 2-(4-비페닐일)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(약칭 : PBD)이나, 앞서 서술한 OXD-7, TAZ, p-EtTAZ, BPhen, BCP 등도 전자 수송성 재료로서 사용할 수 있다. 또한, TiOx 등의 무기 재료도 사용할 수 있다.
이상에 의해, 본 발명의 유기 금속 착체를 포함하는 발광층(113)과, 저분자계 재료로 이루어지는 정공 주입층(111), 정공 수송층(112), 홀 블로킹층(정공 저지층)(114) 및 전자 수송층(115)을 가지는 발광 소자를 형성할 수 있다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 발광층(113)에서 본 발명의 유기 금속 착체를 게스트 재료로서 사용하고 있고, 본 발명의 유기 금속 착체로부터 얻어지는 발광을 발광색으로 하는 발광 소자이다.
[실시형태 2]
본 실시형태 2에서는, 본 발명의 유기 금속 착체를 포함하는 발광층과, 고분자계 재료로 이루어지는 정공 주입층을 가지고, 이들을 습식 공정으로 형성하는 발광 소자의 소자 구성에 대하여 도 2를 사용하여 설명한다.
또한, 기판(200), 제1 전극(201), 제2 전극(203)에 대해서는, 실시형태 1과 같은 재료를 사용하고, 마찬가지로 하여 형성할 수 있기 때문에 설명을 생략한다.
또한, 발광 물질을 함유하는 층(202)은 다수의 층을 적층함으로써 형성되지만, 본 실시형태 2에서는 정공 주입층(211)과 발광층(212)을 적층함으로써 형성된다.
정공 주입층(211)을 형성하는 정공 주입성 재료로서는, 폴리스틸렌술폰산(약칭 : PSS)을 도핑한 폴리에틸렌디옥시티오펜(약칭 : PEDOT)이나 폴리아닐린, 폴리비닐카르바졸(약칭 : PVK) 등을 사용할 수 있다.
발광층(212)은 앞의 상기 일반식 (1), (2), (12) 및 (13)으로 이루어지는 구조를 가지는 유기 금속 착체, 또는 상기 일반식 (3), (4), (14) 및 (15)로 나타낸 본 발명의 유기 금속 착체를 게스트 재료로서 포함한다. 호스트 재료는 바이폴라성의 재료이면 좋지만, 홀 수송 재료와 전자 수송 재료를 혼합하여 바이폴라성으로 하여도 좋다. 여기에서는, 먼저, 홀 수송성의 고분자 화합물(예를 들어, PVK)과 상술한 전자 수송성 재료(예를 들어 PBD)를 7 : 3(몰비)으로 동일 용매에 녹이고, 또한, 본 발명의 유기 금속 착체를 적량(5 wt% 정도) 첨가한 용액을 조제한다. 이 용액을 습식 도포함으로써, 발광층(212)을 얻을 수 있다.
이상에 의해, 본 발명의 유기 금속 착체를 포함하는 발광층(212)과 고분자계 재료로 이루어지는 정공 주입층(211)을 가지고, 이들을 습식 공정으로 형성하는 발광 소자를 얻을 수 있다.
[실시형태 3]
본 실시형태 3에서는, 본 발명의 유기 금속 착체와 형광성 화합물의 2종류를 포함하는 발광층과, 저분자계 재료로 된 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 저지층(홀 블로킹층) 및 전자 수송층을 가지는 발광 소자의 소자 구성에 대하여 도 3을 사용하여 설명한다.
도 3에서, 제1 전극(301)과 제2 전극(303)과의 사이에는 발광 물질을 함유하는 층(302)을 가진다. 발광 물질을 함유하는 층(302)은 정공 주입층(311), 정공 수송층(312), 발광층(313), 홀 블로킹층(314), 전자 수송층(315)이 적층되어 이루어진다.
또한, 기판(300), 제1 전극(301), 제2 전극(303), 정공 주입층(311), 정공 수송층(312), 홀 블로킹층(314), 전자 수송층(315)에 대해서는, 실시형태 1과 마찬가지의 재료를 사용하여, 마찬가지로 하여 형성할 수 있기 때문에 설명을 생략한다.
본 실시형태의 발광층(313)은 호스트 재료와, 제1 게스트 재료인 본 발명의 유기 금속 착체와, 제2 게스트 재료인 형광성 화합물로 이루어진다. 호스트 재료로서는, 실시형태 1에서 설명한 재료를 사용하면 좋다.
또한, 제2 게스트 재료로서는 공지의 형광성 화합물을 사용할 수 있고, 구체적으로는, DCM1, DCM2, DCJTB, 퀴나크리돈, N, N-디메틸퀴나크리돈, 루브렌, 페릴렌, DPT, Co-6, PMDFB, BTX, ABTX 등을 사용할 수 있다.
본 실시형태 3에서는, 전술한 비특허문헌 6과 마찬가지로, 발광층(313)에 있어서 제1 게스트 재료인 본 발명의 유기 금속 착체는 증감제로서 작용하고, 제2 게스트 재료인 형광성 화합물의 일중항 여기 상태의 수를 증폭한다. 따라서, 본 실시형태 3의 발광 소자는 형광성 화합물로부터 얻어지는 발광을 발광색으로 하는 발광 소자이고, 또한, 형광성 화합물의 발광 효율을 종래의 상태에 비하여 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 유기 화합물 착체를 사용한 발광 소자는 양극과 음극의 어느 쪽으로부터 적층하여도 좋다.
예를 들어, 도 5(A)는 발광 소자의 양극으로부터 적층한 도면이고, 도 5(B)는 발광 소자의 음극으로부터 적층한 도면이다. 도 5(A)에서, 양극(501)으로부터 정공 주입층(511)/정공 수송층(512)/발광층(513)/전자 수송층(514)/전자 주입층(515)/음극(502)으로 적층한다. 여기에서는, 양극(501)에 p채널형 TFT(521)를 부착하는 것으로 한다. 또한, 도 5(B)에서, 음극(551)으로부터 전자 주입층(561)/전자 수송층(562)/발광층(563)/정공 수송층(564)/정공 주입층(565)/양극(552)으로 적층한다. 여기에서는, 음극(551)에 n채널형 TFT를 부착하는 것으로 한다. 또한, 본 실시형태에서는, 양극과 음극 사이에 끼워지는 발광 물질을 함유하는 층에, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층을 나타내지만, 반드시 그럴 필요는 없고, 정공 저지층(홀 블로킹층)이나 혼합층 등의 보조층을 형성할 수도 있다.
[실시형태 4]
본 실시형태에서는, 유리, 석영, 금속, 벌크 반도체, 투명 플라스틱, 가요성 기판 등으로 이루어지는 기판(100) 상에 발광 소자를 제조하고 있다. 하나의 기판 상에 이와 같은 발광 소자를 다수 제조함으로써, 패시브형 발광 장치를 제작할 수 있다. 또한, 유리, 석영, 투명 플라스틱, 가요성 기판 등으로 이루어지는 기판 이외에, 예를 들어, 도 4에 나타내는 바와 같이, 박막트랜지스터(TFT) 어레이(array)와 접하는 발광 소자를 제조하여도 좋다. 또한, 도 4에서, 기판(10) 상에는 TFT(11) 및 TFT(12)가 마련되어 있다. 그리고, TFT와 다른 층에 발광 소자(13)가 마련되어 있다. 발광 소자(13)는 제1 전극(14)과 제2 전극(16)과의 사이에 발광 물질을 함유하는 층(15)을 가지고, 제1 전극(14)과 TFT(11)와는 배선(17)에 의해 전기적으로 접속하고 있다. 이것에 의해, TFT에 의해 발광 소자의 구동을 제어하는 액티브 매트릭스형 발광장치를 제작할 수 있다. 또한, TFT의 구조는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 스태거형이어도 좋고, 역스태거형이어도 좋다. 또한, TFT를 구성하고 있는 반도체층의 결정성에 대하여도 특별히 한정되지 않고, 결정질의 것이어도 좋고 비정질의 것이어도 좋다.
실시예
[실시예 1]
본 실시예 1에서는, 상기 구조식 (20)으로 나타낸 본 발명의 유기 금속 착체(약칭 : Ir(bfpq)2(acac))의 합성예를 구체적으로 예시한다.
[스텝 1 : 배위자(bfpq)의 합성]
먼저, 4,4'-플루오로벤질 3.71 g과 o-페닐렌디아민 1.71 g을 용매 클로로포름 200 ml 중에서 6시간 가열 교반하였다. 반응 용액을 실온으로 복귀시키고, 1 mol/L HCl과 포화 식염수로 세정하고, 황산 마그네슘으로 건조하였다. 용매를 유거(留去)함으로써, 배위자 bfpq (2,3-비스(4-플루오로페닐)퀴녹살린)을 얻었다(담황색 분말, 수율 99%).
[스텝 2 : 복핵(複核) 착체([Ir(bfpq)2Cl]2)의 합성]
먼저, 2-에톡시에탄올 30 ml와 물 10 ml와의 혼합액을 용매로 하여, 배위자 Hfdpq (2,3-비스-(4-플루오로페닐)퀴녹살린)을 3.61 g, 염화 이리듐(IrCl3?HCl?H2O)을 1.35 g 혼합하고, 질소 분위기 하에서 17시간 환류함으로써, 복핵 착체[Ir(bfpq)2Cl]2를 얻었다(갈색 분말, 수율 99%).
[스텝 3 : 본 발명의 유기 금속 화합물([Ir(bfpq)2(acac)])의 합성]
또한, 2-에톡시에탄올 30 ml를 용매로 하여, 상기에서 얻어진 [Ir(bfpq)2Cl]2를 2.00 g, 아세틸아세톤(Hacac)을 0.44 ml, 탄산 나트륨을 1.23 g 혼합하고, 질소 분위기 하에서 20시간 환류함으로써, 본 발명의 유기 금속 화합물 Ir(bfpq)2(acac)를 얻었다(적색 분말, 수율 44%).
또한, 얻어진 본 발명의 유기 금속 화합물 Ir(bfpq)2(acac)의 분해 온도 Td를 TG-DTA에 의해 측정한 바, Td = 365℃이고, 양호한 내열성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
다음에, Ir(bfpq)2(acac)의 디클로로메탄 중에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼(PL)을 도 6에 나타낸다. 본 발명의 유기 금속 화합물 Ir(bfpq)2(acac)는 232 nm, 284 nm, 371 nm 및 472 nm에 흡수 피크를 가지고 있다. 또한, 발광 스펙트럼은 644 nm에 발광 피크를 가지는 짙은 적색 발광이었다.
이와 같이, 본 발명의 유기 금속 착체 Ir(bfpq)2(acac)는 장파장측에 몇 개의 흡수 피크가 관측된다. 이것은 오르토메탈 착체 등에 자주 보이는 유기 금속 착체 특유의 흡수이고, 일중항 MLCT 천이, 삼중항 π-π* 천이, 삼중항 MLCT 천이 등에 대응한다고 유추된다. 특히, 가장 장파장측의 흡수 피크가 가시 영역에서 넓은 피크를 가지고 있어, 삼중항 MLCT 천이 특유의 흡수 스펙트럼이라고 생각된다. 즉, Ir(bfpq)2(acac)는 삼중항 여기 상태로의 직접 광 여기나 항간 교차가 가능한 화합물인 것을 알 수 있었다.
또한, 본 발명의 유기 금속 착체 Ir(bfpq)2(acac)의 디클로로메탄 용액에 광 조사하였을 때, 산소 치환하면 화합물 유래의 발광이 거의 보이지 않는 것에 대하여, 아르곤 치환하면 발광이 보이기 때문에, 인광이라는 것을 시사하고 있다.
[실시예 2]
본 실시예 2에서는, 상기 구조식 (21)로 나타낸 본 발명의 유기 금속 착체(약칭 : Ir(dpq)2(acac))의 합성예를 구체적으로 예시한다.
[스텝 1 : 복핵 착체 ([Ir(dpq)2Cl]2)의 합성]
먼저, 2-에톡시에탄올 30 ml와 물 10 ml와의 혼합액을 용매로 하여, 배위자 Hdpq (2,3-디페닐퀴녹살린)을 2.36 g, 염화 이리듐(IrCl3?HCl?H2O)을 1.00 g 혼합하고, 질소 분위기 하에서 15시간 환류함으로써, 복핵 착체[Ir(dpq)2Cl]2를 얻었다(어두운 갈색 분말, 수율 91%).
[스텝 2 : 본 발명의 유기 금속 화합물([Ir(dpq)2(acac)])의 합성]
또한, 2-에톡시에탄올 30 ml를 용매로 하여, 상기에서 얻어진 [Ir(dpq)2Cl]2을 1.00 g, 아세틸아세톤(Hacac)을 0.20 ml, 탄산나트륨을 0.67 g 혼합하고, 질소 분위기 하에서 15시간 환류하였다. 이것을 여과하여 얻어진 용액을 디클로로메탄 용매로 칼럼 정제하였다. 디클로로메탄/메탄올 용액으로 재결정을 행하고, 본 발명의 유기 금속 화합물 Ir(dpq)2(acac)을 얻었다(적갈색 분말, 수율 40%).
또한, 얻어진 본 발명의 유기 금속 화합물 Ir(dpq)2(acac)의 분해 온도 Td를 TG-DTA에 의해 측정한 바, Td = 340℃이고, 양호한 내열성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
다음에, Ir(dpq)2(acac)의 디클로로메탄 중에서의 흡수 스펙트럼 및 발광 스펙트럼(PL)을 도 7에 나타낸다. 본 발명의 유기 금속 화합물 Ir(dpq)2(acac)은 248 nm, 283 nm, 378 nm 및 479 nm에 흡수 피크를 가지고 있다. 또한, 발광 스펙트럼은 687 nm에 발광 피크를 가지는 짙은 적색 발광이었다.
이와 같이, 본 발명의 유기 금속 착체 Ir(dpq)2(acac)는 장파장측에 몇 개의 흡수 피크가 관측된다. 이것은 오르토메탈 착체 등에 자주 보이는 유기 금속 착체 특유의 흡수이고, 일중항 MLCT 천이, 삼중항 π-π* 천이, 삼중항 MLCT 천이 등에 대응한다고 유추된다. 특히, 가장 장파장측의 흡수 피크가 가시 영역에서 넓은 피크를 가지고 있어, 삼중항 MLCT 천이 특유의 흡수 스펙트럼이라고 생각된다. 즉, Ir(dpq)2(acac)는 삼중항 여기 상태로의 직접 광 여기나 항간 교차가 가능한 화합물인 것을 알 수 있었다.
또한, 본 발명의 유기 금속 착체 Ir(dpq)2(acac)의 디클로로메탄 용액에 광 조사했을 때, 산소 치환하면 화합물 유래의 발광이 거의 보이지 않는 것에 대하여, 아르곤 치환하면 발광이 보이는 것으로부터 인광이라는 것을 시사한다.
[실시예 3]
본 실시예에서는, 본 발명의 유기 금속 착체를, 발광 물질을 함유하는 층의 일부에 사용하여 발광 소자를 제조하는 경우로서, 구체적으로는, 본 발명의 유기 금속 착체를 발광층의 게스트 재료로서 사용하는 경우의 소자 구조에 대하여 도 8을 사용하여 설명한다.
먼저, 기판(800) 상에 발광 소자의 제1 전극(801)을 형성하였다. 또한, 본 실시예에서는, 제1 전극(801)은 양극으로서 기능한다. 재료로서 투명 도전막인 ITO를 사용하고, 스퍼터링법에 의해 110 nm의 막 두께로 형성하였다.
다음에, 제1 전극(양극)(801) 위에 발광 물질을 함유하는 층(802)을 형성하였다. 또한, 본 실시예에서의 발광 물질을 함유하는 층(802)은 정공 주입층(811), 정공 수송층(812), 발광층(813), 전자 수송층(814), 전자 주입층(816)으로 이루어지는 적층 구조를 가지고 있다.
제1 전극(801)이 형성된 기판을 시판 진공 증착장치의 기판 홀더에 제1 전극(801)이 형성된 면을 하방으로 하여 고정하고, 진공 증착장치의 내부에 구비된 증발원에 구리 프탈로시아닌(이하, Cu-Pc라 표기)을 넣고, 저항 가열법을 사용한 증착법에 의해 20 nm의 막 두께로 정공 주입층(811)을 형성하였다. 또한, 정공 주입층(811)을 형성하는 재료로서는, 공지의 정공 주입성 재료를 사용할 수 있다.
다음에, 정공 수송성이 우수한 재료에 의해 정공 수송층(812)을 형성한다. 정공 수송층(812)을 형성하는 재료로서는, 공지의 정공 수송성 재료를 사용할 수 있지만, 본 실시예에서는 α-NPD를 마찬가지의 방법에 의해 40 nm의 막 두께로 형성하였다.
다음에, 발광층(813)을 형성하였다. 또한, 발광층(813)에서 정공과 전자가 재결합하여, 발광이 발생한다. 정공 수송층(812)과 접하여 형성되는 발광층(813)은 호스트 재료와 본 발명의 유기 금속 착체인 게스트 재료를 사용함으로써 형성하였다.
구체적으로는, 호스트 재료로서 TPAQn을, 게스트 재료로서 Ir(bfpq)2(acac)를 사용하여, 30 nm의 막 두께로 공증착법에 의해 형성하였다. 게스트 재료의 비율은 8.7%로 하였다.
다음에, 전자 수송층(814)을 형성한다. 전자 수송층(814)을 형성하는 재료로서는, 공지의 전자 수송성 재료를 사용할 수 있지만, 본 실시예에서는 Alq3을 30 nm의 막 두께로 증착법에 의해 형성하였다.
다음에, 전자 주입층(815)을 형성하였다. 전자 주입층(815)을 형성하는 재료로서는, 공지의 전자 주입성 재료를 사용할 수 있지만, 본 실시예에서는 불화칼슘(이하, CaF2라 표기)을 사용하여, 2 nm의 막 두께로 증착법에 의해 형성하였다.
이와 같이 하여, 정공 주입층(811), 정공 수송층(812), 발광층(813), 전자 수송층(814), 및 전자 주입층(815)을 적층하여 형성되는 발광물질을 함유하는 층(802)을 형성한 후, 음극으로서 기능하는 제2 전극(803)을 스퍼터링법 또는 증착법에 의해 형성하였다. 또한, 본 실시예에서는, 발광물질을 함유하는 층(802) 위에 알루미늄(150 nm)을 증착법에 의해 형성함으로써 제2 전극(803)을 얻었다.
이상에 의해, 본 발명의 유기 금속 착체를 사용한 발광 소자가 형성되었다.
또한, 형성된 발광 소자에 전압을 인가하면, 이 발광 소자에서는 전압 4.0 V 이상에서 적색 발광이 관측되고, 7.6 V 시에는 발광 휘도 466 cd/㎡이 관측되었다. 그때의 발광 효율은 1.56 cd/A이었다. 또한, 발광 스펙트럼의 피크 파장은 652 nm이고, 양호한 적색 발광을 나타내었다.
또한, 이때의 CIE 색도 좌표는 (X, Y) = (0.65, 0.33)이었다.
[실시예 4]
본 실시예에서는, 화소부에 본 발명의 발광 소자를 가지는 발광 장치에 대하여 도 9를 사용하여 설명한다. 또한, 도 9(A)는 발광 장치를 나타내는 상면도이고, 도 9(B)는 도 9(A)를 A-A'선에서 절단한 단면도이다. 점선으로 나타낸 부호 601은 구동회로부(소스측 구동회로)이고, 부호 602는 화소부이고, 부호 603은 구동회로부(게이트측 구동회로)이다. 또한, 부호 604는 封止(봉지) 기판이고, 부호 605는 시일(seal)재이고, 이 시일재(605)로 둘러싸인 내측은 공간(607)으로 되어 있다.
또한, 부호 608은 소스측 구동회로(601) 및 게이트측 구동회로(603)에 입력되는 신호를 전송하기 위한 배선이고, 외부 입력 단자가 되는 FPC(Flexible Printed Circuit)(609)으로부터 비디오 신호, 클록 신호, 스타트 신호, 리셋 신호 등을 받는다. 또한, 여기서는 FPC만이 도시되어 있지 않지만, 이 FPC에는 프린트 배선 기반(PWB)이 부착될 수도 있다. 본 명세서에서의 발광 장치에는, 발광 장치 본체 뿐만 아니라, 그것에 FPC 또는 PWB가 부착된 상태도 포함하는 것으로 한다.
다음에, 단면 구조에 대하여 도 9(B)를 사용하여 설명한다. 소자 기판(610) 위에는 구동 회로부 및 화소부가 형성되어 있지만, 여기서는 구동회로부인 소스측 구동회로(601)와, 화소부(602)가 나타내어져 있다.
또한, 소스측 구동회로(601)는 n채널형 TFT(623)와 p채널형 TFT(624)를 조합한 CMOS 회로가 형성된다. 또한, 구동회로를 형성하는 TFT는 공지의 CMOS 회로, PMOS 회로 또는 NMOS 회로로 형성하여도 좋다. 또한, 본 실시예에서는, 기판 위에 구동회로를 형성한 드라이버 일체형을 나타내지만, 반드시 그럴 필요는 없고, 기판 위가 아니라 외부에 형성할 수도 있다.
또한, 화소부(602)는 스위칭용 TFT(611)와, 전류 제어용 TFT(612)와, 그의 드레인에 전기적으로 접속된 제1 전극(613)을 포함하는 다수의 화소에 의해 형성된다. 또한, 제1 전극(613)의 단부를 덮어 절연물(614)이 형성되어 있다. 여기서는 포지티브형의 감광성 아크릴 수지막을 사용함으로써 형성한다.
또한, 성막성을 양호한 것으로 하기 위해, 절연물(614)의 상단부 또는 하단부에 곡률을 가지는 곡면이 형성되도록 한다. 예를 들어, 절연물(614)의 재료로서 포지티브형의 감광성 아크릴을 사용한 경우, 절연물(614)의 상단부에만 곡률반경(0.2 ㎛～3 ㎛)을 가지는 곡면을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물(614)로서, 감광성의 광에 의해 에천트에 불용해성이 되는 네거티브형과, 광에 의해 에천트에 용해성이 되는 포지티브형 중의 어느 것이라도 사용할 수 있다.
제1 전극(613) 상에는, 발광 물질을 함유하는 층(616) 및 제2 전극(617)이 각각 형성되어 있다. 여기서, 양극으로서 기능하는 제1 전극(613)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 큰 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, ITO(인듐 주석 산화물)막, ITSO(인듐 주석 실리콘 산화물), 인듐 아연 산화물(IZO)막, 질화티탄막, 크롬막, 텅스텐막, Zn막, Pt막 등의 단층 막 외에, 질화티탄과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과의 적층, 질화티탄막과 알루미늄을 주성분으로 하는 막과 질화티탄막과의 3층 구조 등을 사용할 수 있다. 또한, 적층 구조로 하면, 배선으로서의 저항도 낮고, 양호한 오믹 콘택트(ohmic contact)가 얻어지고, 또한 양극으로서 기능시킬 수 있다.
또한, 발광 물질을 함유하는 층(616)은 증착 마스크를 사용한 증착법, 또는 잉크젯법에 의해 형성된다. 발광 물질을 함유하는 층(616)에는, 본 발명의 유기 금속 착체가 포함된다. 또한, 이들 유기 금속 착체에 조합시켜 사용하는 재료로서는, 저분자계 재료, 중분자 재료(올리고머, 덴드리머를 포함), 또는 고분자계 재료이어도 좋다. 또한, 발광 물질을 함유하는 층에 사용하는 재료로서는, 통상, 유기 화합물을 단층 또는 적층으로 사용하는 경우가 많지만, 본 발명에서는 유기 화합물로 이루어지는 막의 일부에 무기 화합물을 사용하는 구성도 포함시키는 것으로 한다.
또한, 발광 물질을 함유하는 층(616) 위에 형성되는 제2 전극(음극)(617)에 사용하는 재료로서는, 일함수가 작은 재료(Al, Ag, Li, Ca 또는 이들의 합금 MgAg, MgIn, AlLi, CaF2, 또는 CaN)을 사용하면 좋다. 또한, 발광 물질을 함유하는 층(616)에서 발생한 광이 제2 전극(617)을 투과시키는 경우에는, 제2 전극(음극)(617)으로서, 막 두께를 얇게 한 금속 박막과, 투명 도전막(ITO(산화인듐 산화주석 합금), 산화인듐 산화아연 합금(In2O3-ZnO), 산화아연(ZnO) 등)과의 적층을 사용하는 것이 좋다.
또한, 시일재(605)로 봉지 기판(604)을 소자 기판(610)과 부착시킴으로써, 소자 기판(610), 봉지 기판(604), 및 시일재(605)로 둘러싸인 공간(607)에 발광 소자(618)가 구비된 구조로 되어 있다. 또한, 공간(607)에는, 불활성 기체(질소나 아르곤 등)가 충전되는 경우 외에, 시일재(605)로 충전되는 구성도 포함하는 것으로 한다.
또한, 시일재(605)에는 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 재료는 가능한 한 수분이나 산소를 투과하지 않는 재료인 것이 바람직하다. 또한, 봉지 기판(604)에 사용하는 재료로서 유리 기판이나 석영 기판 외에, FRP(Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF(폴리비닐플루오라이드), 마일러, 폴리에스터 또는 아크릴 등으로 이루어지는 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
이상과 같이 하여, 본 발명의 발광 소자를 가지는 발광 장치를 얻을 수 있다. 이상과 같은 본 발명을 적용한 발광 장치는 본 발명의 발광 소자가 인광을 발광하는 것이고 발광 효율이 좋은 것이기 때문에, 저소비전력의 것이다.
또한, 본 실시예에 나타내는 발광 장치는 실시예 3에 나타낸 발광 소자의 구성을 자유롭게 조합시켜 실시할 수 있다. 또한, 본 실시예에 나타내는 발광 장치는 필요에 따라 컬러 필터 등의 색도(色度) 변환막을 사용하여도 좋다.
또한, 본 발명에서 발광 소자를 가지는 발광 장치를 사용하여 완성시킨 다양한 전기 기구에 대하여 설명한다. 본 발명을 적용한 발광 장치가 저소비전력의 것이기 때문에, 이 발광 장치를 적용한 전자 기기에서도, 예를 들어, 표시부에 관한 전력을 경감할 수 있다.
본 발명을 사용하여 형성되는 발광 장치를 사용하여 제작된 전기 기구로서, 텔레비젼, 비디오 카메라 및 디지털 카메라 등의 카메라, 고글형 디스플레이(헤드 장착형 디스플레이), 내비게이션 시스템, 음향 재생 장치(카 오디오, 오디오 컴포넌트 등), 퍼스널 컴퓨터, 게임 기기, 휴대형 정보 단말기(모바일 컴퓨터, 휴대 전화기, 휴대형 게임기 또는 전자 서적 등), 기록 매체를 구비한 화상 재생 장치(구체적으로는 디지털 비디오 디스크(DVD) 등의 기록 매체를 재생하고, 그 화상을 표시할 수 있는 표시 장치를 구비한 장치) 등을 들 수 있다. 이와 같은 전기 기구의 구체예를 도 10에 나타낸다.
여기서, 도 10은 휴대 전화기로서, 본체(2701), 케이스(2702), 표시부(2703), 음성 입력부(2704), 음성 출력부(2705), 조작 키(2706), 외부 접속 포트(2707), 안테나(2708) 등을 포함한다. 본 발명의 발광 소자를 가지는 발광 장치를 그 표시부(2703)에 사용함으로써 제작된다.
특히 휴대 전화기 등의 충전을 필요로 하는 전자 기기에서는, 표시부에 관한 소비전력을 낮게 함으로써, 충전 후, 보다 장시간에 걸쳐 사용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 제1 전극과,
    상기 제1 전극 위의 정공 수송층과,
    상기 정공 수송층 위의 발광층과,
    상기 발광층 위의 전자 수송층, 및
    상기 전자 수송층 위의 제2 전극을 구비하고,
    상기 발광층은 하기 일반식 (20)으로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 금속 착체를 포함하는, 발광 소자.
    Figure 112012012674096-pat00030

  4. 제1 전극과,
    상기 제1 전극 위의 정공 수송층과,
    상기 정공 수송층 위의 발광층과,
    상기 발광층 위의 전자 수송층, 및
    상기 전자 수송층 위의 제2 전극을 구비하고,
    상기 발광층은 하기 일반식 (21)로 나타내어지는 구조를 포함하는 유기 금속 착체를 포함하는, 발광 소자.
    Figure 112012012674096-pat00031

  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 유기 금속 착체가 발광체로서 사용되는, 발광 소자.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 유기 금속 착체가 상기 발광층 내에서 게스트 재료로서 사용되고 퀴녹살린 유도체가 호스트 재료로서 사용되는, 발광 소자.
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