KR100547055B1 - 유기 전계발광 소자 - Google Patents

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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

발광 영역이 있는 유기층 (5, 5a, 5b)이 양극 (2)와 음극 (3) 사이에 제공되는 유기 전계발광 소자에 있어서, 유기층이 다음 화학식 1로 표시되는 디스티릴 화합물을 포함한다.
Figure 111999004780919-pat00001
상기 식에서, R1 및 R4는 각각 비치환된 페닐기를 나타내고, R2 및 R3은 각각 다음 화학식 2의 아릴기를 나타낸다.
Figure 111999004780919-pat00002
상기 식에서, R9, R10, R11, R12 및 R13은 같거나 서로 다를 수 있고, 각각 수소 원자를 나타낼 수 있지만 이들 중 하나 이상은 탄소 원자수 2 이상인 포화되거나 포화되지 않은 알콕실기 또는 알킬기를 나타내고, R5, R6, R7 및 R8은 같거나 서로 다를 수 있고, 각각 수소 원자를 나타낼 수 있지만 이들 중 하나 이상은 시아노기, 니트로기 또는 F, Cl, Br 또는 I와 같은 할로겐 원자를 나타낸다.
유기 전계발광 소자, 음극, 양극, 보호막, 발광층, 휘도

Description

유기 전계발광 소자 {Organic Electroluminescent Device}
도 1은 본 발명의 한 실시양태에 따른 유기 전계발광 소자의 주요 부분을 도시한 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시양태에 따른 유기 전계발광 소자의 주요 부분을 도시한 개략 단면도.
도 3은 본 발명의 추가의 실시양태에 따른 유기 전계발광 소자의 주요 부분을 도시한 개략 단면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 추가의 실시양태에 따른 유기 전계발광 소자의 주요 부분을 도시한 개략 단면도.
도 5는 본 발명의 유기 전계발광 소자를 사용하는 총 천연색 평면 디스플레이의 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 실시예 1의 유기 전계발광 소자의 발광 스펙트럼.
도 7은 본 발명에 따른 실시예 2의 유기 전계발광 소자의 발광 스펙트럼.
도 8은 본 발명에 따른 실시예 1의 유기 전계발광 소자의 전압-휘도 특성을 도시하는 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 실시예 2의 유기 전계발광 소자의 전압-휘도 특성을 도시하는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1) 기판
(2) 투명 전극 (양극)
(3) 음극
(4) 보호막
(5) (5a) (5b) 유기층
(6) 정공 이송층
(7) 전자 이송층
(8) 전원
(10) 정공 이송층
(11) 발광층
(12) 전자 이송층
(14) 휘도 신호 회로
(15) 제어 회로
(20) 발광광
(A), (B), (C), (D) 유기 전계발광 소자
본 발명은 발광 영역을 지닌 유기층이 음극과 양극 사이에 제공되는 유기 전 계발광 소자 (유기 EL 장치)에 관한 것이다.
경량의, 고효율성인 평면 패널 디스플레이는 컴퓨터 및 텔레비전 세트에서 화면 표시용으로 널리 연구되고 개발되어 왔다.
브라운관 (CRT)은 휘도가 높고 색재현성이 양호하여, 현재 디스플레이에 가장 많이 사용되고 있다. 그러나, 이들은 부피가 크고, 무거우며, 전력 소모가 많다는 문제점이 수반된다.
고효율성인 경량 평면 패널 디스플레이의 경우, 활성 매트릭스 구동형 액정 디스플레이가 상품화되어 왔다. 그러나, 액정 디스플레이는 시야각이 협소하고, 자발광에 의존하지 않으므로, 어두운 환경 하에 놓여질 때 백 라이트의 소비 전력이 크며, 미래의 실용화가 기대되는 고 정세도의 고속 비디오 신호에 대하여 충분한 응답 성능을 갖지 못하는 문제점을 수반한다. 특히, 화면이 큰 액정 디스플레이를 제조하는 것이 곤란하고, 그 생산 비용이 높다는 문제가 수반된다.
이에 대한 대체물로, 발광 다이오드를 사용하는 형태의 디스플레이가 있지만, 이러한 디스플레이는 생산 비용이 높고, 하나의 기판 상에 발광 다이오드 매트릭스 구조를 형성하기 어렵다는 문제가 있다. 그러므로, 브라운관 대신 사용될 저가의 디스플레이에 대한 후보로 고려할 때, 이러한 디스플레이는 상용되기 전에 해결해야 할 문제가 많다.
이러한 문제를 해결할 수 있는 평면 패널 디스플레이로서, 유기 발광 재료를 사용하는 유기 전계발광 소자 (유기 EL 소자)가 당업계에 널리 주목되어 왔다. 보다 구체적으로는, 유기 화합물을 발광 재료로 사용하여, 자발광을 사용하고, 응답 속도가 매우 빠르고 시야각 의존성이 없는 평면 패널 디스플레이를 실현하는 것을 기대하여 왔다.
유기 전계발광 소자는 전류의 주입에 의해 빛을 방출할 수 있는 발광 재료를 포함하는 유기 박막이 투광성 양극와 금속 음극 사이에 형성되도록 구성된다. 문헌 [Applied Physics Letters, Vol. 51, No. 12, pp.913-915 (1987)]의 연구 보고서에서 탕 (C.W. Tang), 반슬리케 (S. A. VanSlyke) 등은 정공 이송 재료로 이루어진의 박막과 전자 이송 재료로 이루어진 박막을 유기 박막으로 포함하는 2층 구조를 갖는 소자 구조 (싱글 헤테로 구조형 유기 EL 소자)를 개시하였다. 이 소자에서, 발광은 각 전극으로부터 유기막 중으로 주입된 정공과 전자가 재결합하여 일어난다.
이 소자 구조에서는, 정공 이송 재료 또는 전자 이송 재료 중 어느 하나가 발광 재료로도 작용한다. 발광은 발광 재료의 기저 상태와 여기 상태 간의 에너지 차이에 상응하는 파장대에서 일어난다. 이러한 2층 구조를 사용할 때, 구동 전압은 현저히 감소되고, 발광 효율성은 증가될 수 있다.
그 후에, 아다찌 (C. Adachi), 도끼따 (S. Tokita), 쓰쯔이 (T. Tsutsui), 사또 (S. Saito) 등의 문헌 [Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 27, No. 2, pp. L269-L271 (1988)]에서 개시된 바와 같이 정공 이송 재료, 발광 재료, 및 전자 이송 재료의 3층 구조 (더블 헤테로 구조형 유기 EL 소자)가 개발되었다. 또한, 탕, 반슬리케, 첸 (C. H. Chen) 등의 연구 보고서 [Journal of Applied Physics. Vol. 65, No. 9, pp. 3610-3616 (1989)]에서 개시된 바와 같이 전자 이송 재료 중에 발광 재료를 포함하는 소자 구조를 개발하였다. 이러한 연구를 통해, 낮은 전압에서 높은 휘도의 발광 가능성이 검증되어, 최근의 많은 연구와 개발을 주도하였다.
발광 재료로 사용되는 유기 화합물은 그들의 다양성으로 인하여 이론적으로는 분자 구조를 변화시킴으로써 발광색이 임의로 변화될 수 있다는 것이 장점으로 간주된다. 따라서, 적당한 분자 설계를 통하여 총 천연색 디스플레이에 필요한 색 순도가 양호한 R (적색), G (초록색) 및 B (청색)의 3가지 색상을 제공하는 것이 무기 재료를 사용하는 박막 EL 소자와 비교하여 용이할 수 있다.
그러나, 유기 전계발광 소자는 여전히 해결해야 할 문제점이 있다. 보다 구체적으로는, 고도의 발광성을 가진 안정된 적색 발광 소자의 개발이 어렵다. 현재 보고된 전자 이송 재료로, 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄 (하기에는 Alq3으로 생략함) 중에 DCM [4-디시아노메틸렌-6-(p-디메틸아미노스티릴)-2-메틸-4H-피란]을 도핑하여 얻어진 적색 발광의 예에 있어서도, 최대 휘도와 신뢰성은 디스플레이 재료로서 만족할 만한 것이 아니다.
Inorganic and Organic Electroluminescence 회의 (베를린, 1996)에서 쓰쯔이와 김 (D. U. Kim)이 보고한 BSB-BCN은 1000 cd/m2 이상의 휘도를 실현할 수 있지만, 총 천연색 디스플레이용 적색으로의 색도가 완전한 것은 아니다.
현재, 휘도가 높고, 안정하며, 색 순도가 양호한 적색 발광 소자를 실현하는 방법이 요구된다.
일본 특허 공개 제평7-188649호 (일본 특허 출원 제평6-148798호)에, 특정한 디스티릴 화합물을 유기 전계발광 재료로 사용하는 것이 제안되었다. 그러나, 목 적한 발광색은 청색이고, 적색용이 아니다.
본 발명의 목적은 고휘도와 안정된 적색 발광이 있는 유기 전계발광 소자를 제공하는 것이다.
종래 기술의 상기에 언급된 문제를 해결하기 위하여 광범위한 연구가 이루어졌고, 그 결과 특정한 디스티릴 화합물을 발광 재료로 사용할 때, 고휘도의 안정된 총 천연색 디스플레이를 실현하는 데 매우 유용한 신뢰성이 높은 적색 발광 소자를 제공할 수 있다.
보다 구체적으로는, 본 발명에 따르면 발광 영역이 있는 유기층이 양극와 음극 사이에 제공되고 전류의 주입에 의해 발광할 수 있는 유기 물질을 필수적인 요소로 포함하는 형태의 유기 전계발광 소자를 제공하는데, 유기층은 유기 발광 재료로 다음 화학식 1로 표시되는 디스티릴 화합물을 포함한다.
<화학식 1>
Figure 111999004780919-pat00003
상기 식에서, R1 및 R4는 각각 비치환된 페닐기를 나타내고, R2 및 R3은 각각 다음 화학식 2의 아릴기를 나타낸다.
<화학식 2>
Figure 111999004780919-pat00004
상기 식에서, R9, R10, R11, R12 및 R13은 같거나 서로 다를 수 있고, 각각 수소 원자를 나타낼 수 있지만 이들 중 하나 이상은 탄소 원자수 2 이상, 바람직하게는 탄소 원자수 2 내지 24개인 포화되거나 포화되지 않은 알콕실기 또는 바람직하게는 메틸기 또는 t-부틸기인 알킬기를 나타내고, R5, R6, R7 및 R8은 같거나 서로 다를 수 있고, 각각 수소 원자를 나타낼 수 있지만 이들 중 하나 이상은 시아노기, 니트로기 또는 F, Cl, Br 또는 I와 같은 할로겐 원자를 나타낸다.
상기 화학식 1에 나타난 디스티릴 화합물을 발광 재료로 사용하는 것은 고휘도의 안정된 적색 발광을 얻는 것 뿐만 아니라, 전기적, 열적 또는 화학적으로 안정성이 우수한 소자를 제공한다.
바람직한 실시양태의 설명
본 발명의 유기 전계발광 소자에 사용되는 디스티릴 화합물을 설명한다.
화학식 1에 의하여 나타나고 본 발명의 유기 전계발광 소자에 발광 재료로 사용되는 디스티릴 화합물은 화학식 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f 및 3g 등의 분자 구조의 하나 이상일 수 있다.
Figure 111999004780919-pat00005
Figure 111999004780919-pat00006
Figure 111999004780919-pat00007
Figure 111999004780919-pat00008
Figure 111999004780919-pat00009
Figure 111999004780919-pat00010
Figure 111999004780919-pat00011
도 1 내지 4는 개별적으로, 본 발명에 따른 유기 전계발광 소자의 예를 도시한다.
도 1은 발광광 (20)이 음극 (3)을 투과하는 투과형 유기 전계발광 소자 (A)를 도시하는 데, 발광광 (20)이 보호층 (4)의 측면으로부터도 관측할 수 있다. 도 2는 음극 (3)에서 반사된 빛을 발광광 (20)으로 얻을 수 있는 반사형 유기 전계발광 소자 (B)를 도시한다.
도 중에서 참조 번호 (1)은 유리, 플라스틱 및 다른 적절한 재료로 만들어질 수 있는, 유기 전계발광 소자를 형성하는 기판을 지시한다. 유기 전계발광 소자를 다른 형태의 디스플레이 소자와 함께 사용할 때, 기판 (1)을 함께 사용할 수 있다. 참조 번호 (2)는 투명 전극 (양극)을 지시하는 데, 이를 위하여 ITO (산화 인듐 주석), SnO2 등을 사용할 수 있다.
참조 번호 (5)는 발광 재료로 상기에 언급된 디스티릴 화합물을 포함하는 유 기 발광층을 지시한다. 발광광 (20)을 얻기 위한 층 구성에 있어서, 발광층 (5)는 지금까지 알려진 다양한 형태의 층 구성을 처할 수 있다. 하기에 설명되는 바와 같이, 예를 들어, 정공 이송층 또는 전자 이송층을 구성하는 재료가 발광성이 있다면, 이러한 박막의 적층 구조를 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 목적을 만족시키는 범위 안에서 전하 이송성능을 증가시키기 위하여, 정공 이송층 및 전자 이송층 중 하나 또는 둘 다가 다수 재료로 이루어진 박막을 적층하는 구조이거나, 다수의 재료의 혼합물로 이루어진 박막을 제한 없이 사용할 수 있다. 또한, 발광성을 증가시키기 위하여, 하나 이상의 형광 재료를 사용하여 형광 재료의 박막이 정공 이송층과 전자 이송층 사이에 샌드위치되는 구조를 제공할 수 있다. 다른 방법으로는, 하나 이상의 형광 재료가 정공 이송층 또는 전자 이송층, 또는 이들 둘 다에 존재하는 다른 형태의 구조를 사용할 수 있다. 이러한 경우에서는, 발광 효율을 개선하기 위하여, 정공 또는 전자의 이송을 제어하는 박막을 층 구성에 포함시킬 수 있다.
화학식 3a 내지 3g로 나타나는 디스티릴 화합물은 정공 이송성능 및 전자 이송성능을 둘 다 가지고, 소자 구성 중에서, 전자 이송층으로 소용되는 발광층, 또는 정공 이송층으로 소용되는 발광층으로 사용할 수 있다. 또한, 디스티릴 화합물이 전자 이송층과 정공 이송층 사이에 샌드위치되는 발광층으로 형성되는 구조를 제공할 수 있다.
도 1 및 2에서, 참조 번호 (3)은 음극을 나타내고, 전극 재료는 Li, Mg, Ca 등과 같은 활성 금속과 Ag, Al, In 등과 같은 금속의 합금으로 이루어질 수 있거 나, 이러한 금속으로 된 박막을 적층시킨 구조를 사용할 수도 있다. 투과형 유기 전계발광 소자에서, 예정된 용도에 필요한 광투과율은 음극 두께를 조절하여 얻을 수 있다. 도면에서, 참조 번호 (4)는 밀봉층/보호층을 나타내고, 유기 전계발광 소자 전체를 이로 덮을 때, 그 효과가 상승한다. 기밀성이 보장된다면, 적절한 재료를 이에 대하여 사용할 수 있다. 참조 번호 (8)은 전류 주입용 구동 전원을 지시한다.
본 발명의 유기 전계발광 소자에서, 유기층은 정공 이송층과 전자 이송층이 적층되고 상기에 언급된 디스티릴 화합물이 정공 이송층 또는 전자 이송층을 형성하는 재료로 사용되는 유기 적층 구조 (싱글 헤테로 구조)일 수 있다. 다른 방법으로는, 유기층은 정공 이송층, 발광층 및 전자 이송층이 연속적으로 적층되고, 발광층이 상기에 언급된 디스티릴 화합물로 형성되는 유기 적층 구조 (더블 헤테로 구조)일 수 있다.
이러한 유기 적층 구조를 지닌 유기 전계발광 소자의 예가 도시된다. 더 구체적으로는, 도 3은 광투과성 기판 (1) 상에, 광 투과성 양극 (2), 정공 이송층 (6) 및 전자 이송층 (7)로 이루어진 유기층 (5a), 및 음극 (3)이 순차적으로 적층된 적층 구조로 이루어지고 적층 구조가 보호층 (4)로 밀봉된 싱글 헤테로 구조인 유기 전계발광 소자 (C)를 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이 발광층이 생략되는 층 구성에서는, 정공 이송층 (6)과 전자 이송층 (7) 사이의 계면으로부터 주어진 파장의 발광광 (20)이 발생한다. 이 발광은 기판 (1)의 측면으로부터 관측된다.
도 4는 투광성 기판 (1) 상에, 투광성 양극 (2), 정공 이송층 (10), 발광층 (11) 및 전자 이송층 (12)로 이루어진 유기층 (5b), 및 음극 (3)이 순차적으로 적층된 적층 구조로 이루어진 더블 헤테로 구조인 유기 전계발광 소자 (D)를 도시한다. 적층 구조는 보호층 (4)로 밀봉된다.
도 4에 도시된 유기 전계발광 소자 (D)에서, DC 전압이 양극 (2)와 음극 (3) 사이에 부가되면, 양극 (2)로부터 주입된 정공이 정공 이송층 (10)을 통하여 발광층 (11)에 이르고, 음극 (3)으로부터 주입된 전자가 전자 이송층 (12)를 통하여 발광층 (11)에 이른다. 그 결과로, 발광층에서 전자/정공이 재결합하여 싱글렛 여기자를 생성함으로써, 싱글렛 여기자로부터 주어진 파장의 빛이 발생되게 한다.
상기에 언급된 유기 전계발광 소자 (C) 및 (D) 에서, 유리, 플라스틱등과 같은 투광성 재료는 적절하게는 기판 (1)에 사용될 수 있다. 소자가 다른 디스플레이 소자와 함께 사용되는 경우, 또는 도 3 및 도 4에 도시되는 적층 구조가 매트릭스상으로 배치되는 경우에 기판을 공통으로 사용할 수 있다. 소자 (C) 및 (D) 둘 다 투과형 또는 반사형 구조일 수 있다.
양극 (2)는 ITO (산화 인듐 주석), SnO2 등을 사용할 수 있는 투명 전극으로 이루어진다. 전하 주입 효율을 개선하기 위하여, 유기 재료 또는 유기금속 화합물로 제조된 박막을 양극 (2)와 정공 이송층 (6) (또는 정공 이송층 (10)) 사이에 제공할 수 있다. 보호층 (4)가 금속과 같은 도전성 재료로 형성될 때, 양극 (2)의 측면에 절연막을 제공할 수 있다.
유기 전계발광 소자 (C)의 유기층 (5a)는 정공 이송층 (6)과 전자 이송층 (7)을 적층시킨 유기층으로 이루지고, 상기에 지시된 디스티릴 화합물은 이러한 층 중 하나 또는 둘 다에 포함되어 발광성 정공 이송층 (6) 또는 전자 이송층 (7)을 제공할 수 있다. 유기 전계발광 소자 (D)의 유기층 (5b)는 정공 이송층 (10), 상기에 언급된 디스티릴 화합물을 포함하는 발광층 (11), 및 전자 이송층 (12)가 적층된 유기층으로 이루어진다. 층 (5b)는 다른 다양한 종류의 적층 구조를 취할 수 있다. 예를 들면, 정공 이송층 및 전자 이송층 중 하나 또는 둘 다가 발광성을 가질 수 있다.
특히, 정공 이송층(6) 또는 전자 이송층 (7), 및 발광층 (11)은 각각 본 발명에 사용되는 디스티릴 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 층들은 상기에 언급된 디스티릴 화합물 단독으로 형성될 수 있거나, 상기에 언급된 디스티릴 화합물과 다른 종류의 정공 또는 전자 이송 재료 (예, 방향족 아민, 피라졸린 등)의 공증착을 통하여 형성될 수 있다. 또한, 정공 이송층의 정공 이송성능을 향상시키기 위하여, 다양한 정공 이송 재료가 적층되어 이루어지는 정공 이송층을 형성할 수 있다.
유기 전계발광 소자 (C)에서, 발광층은 전자 이송 발광층 (7)일 수 있다. 이 경우, 전원 (8)로부터 인가된 전압에 따라서 정공 이송층(6) 또는 그의 계면으로부터 발광할 수 있다. 마찬가지로, 유기 전계발광 소자 (D)에서, 발광층은 층 (11) 이외에, 전자 이송층(12) 또는 정공 이송층 (10)일 수 있다. 발광 성능을 향상시키기 위하여, 하나 이상의 형광성 재료를 포함하는 발광층 (11)이 정공 이송층 과 전자 이송층 사이에 샌드위치되는 구조를 제공하는 것이 바람직하다. 다른 방법으로는, 형광성 재료는 정공 이송층 또는 전자 이송층에, 또는 두 층 모두에 포함될 수 있다. 이 경우에, 형광 효율을 개선시키기 위하여, 정공 또는 전자의 이송을 제어하는 박막 (정공 블로킹층 또는 여기자 생성층)을 층 구성에 제공할 수 있다.
음극 (3)으로 사용되는 재료는 Li, Mg, Ca 등과 같은 활성 금속과 Ag, Al In 등과 같은 금속의 합금일 수 있거나, 이러한 금속 층을 적층한 구조를 사용할 수도 있다. 음극 두께와 합금 또는 금속의 재질을 적절하게 선택하여 그 용도에 적합한 유기 전계발광 소자를 제작한다.
보호층 (4)는 밀봉막으로 작용하고, 유기 전계발광 소자 전체를 덮는 구조로, 전하 주입 효율과 발광 효율을 향상시킨다. 기밀성이 보장되면, 알루미늄, 금, 크롬 등과 같은 단일 금속 또는 그의 합금을 포함하는 재료를 이 목적을 위하여 선택할 수 있는 것이 주목되어야 한다.
상기에 설명된 각 유기 전계발광 소자에 가해지는 전류는 통상적으로 직류이지만, 펄스 전류 또는 AC 전류를 사용할 수도 있다. 전류와 전압 값은 소자를 파괴하지 않은 범위 안에서 제공된다면 중요하지 않다. 그러나, 유기 전계발광 소자의 소비 전력과 수명을 고려한다면, 가능한 한 적은 전기 에너지를 사용하여 효과적으로 발광시키는 것이 바람직하다.
그 다음, 도 5는 본 발명의 유기 전계발광 소자를 사용하는 평면 디스플레이의 구성을 도시한다. 도시되는 바와 같이, 예를 들어 총 천연색 디스플레이의 경 우, 적색 (R), 녹색 (G) 및 청색 (B)의 삼원색을 발광할 수 있는 유기층 (5) (5a, 5b)이 음극 (3)과 양극 (2) 사이에 배치된다. 음극 (3)과 양극 (2)는 서로 교차하는 스트라이프의 형태로 제공될 수 있으며 휘도 신호 회로 (14)와 시프트 레지스터 내장 제어 회로 (15)에 의하여 적절하게 선택되고, 신호 전압이 가해진다. 그 결과, 선택된 음극 (3)과 양극 (2)이 교차하는 위치 (화소)의 유기층이 발광한다.
보다 구체적으로는, 도 5는 예를 들어, 정공 이송층 및 발광층과 전자 이송층 중 하나 이상으로 이루어진 적층체 (5)가 음극 (3)과 양극 (2) 사이에 배치되는 (도 3 또는 4 참조) 8 x 3 RGB 단순 매트릭스를 도시한다. 음극과 양극은 스트라이프 형태로 패턴화되고 매트릭스 상으로 상호 교차되며, 이에 시프트 레지스터 내장 제어 회로 (15)와 (14)로부터 시계열적으로 신호 전압을 가하여, 교차된 위치에서 전계 발광 또는 발광시킨다. 이러한 구성의 EL 소자는 문자/기호 등의 디스플레이에만 사용되는 것이 아니라, 화상 재생 장치로도 사용된다. 또한, 양극 (3)과 음극 (2)의 스트라이프상 패턴을 적색 (R), 녹색 (G) 및 청색 (B)의 각각에 대하여 배치하여, 다색 또는 총 천연색형의 고체형 평면 패널 디스플레이를 구성하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 보다 구체적으로는 실시예에 의하여 설명되는데, 이는 본 발명을 제한하는 것으로 해석해서는 않된다.
<실시예 1>
이 실시예는 화학식 1의 디스티릴 화합물에서 R2 및 R3이 각각 3-에톡시페닐 기를 나타내고 R6 및 R8이 각각 시아노기를 나타내는 화학식 3a의 화합물을 정공 이송 발광 재료로 사용하는 싱글 헤테로 구조인 유기 전계발광 소자의 제작을 예시한다.
<화학식 3a>
Figure 111999004780919-pat00033
진공 증착 장치 중에 100 nm 두께의 ITO로 제조된 양극이 그 표면에 형성된 30 mm x 30 mm 유리 기판을 세팅하였다. 증착 마스크로 다수의 2.0 mm x 2.0 mm 단위 개구부가 있는 금속 마스크를 기판에 가깝게 놓았다. 상기 화학식 3a의 화합물을 10-4 Pa 이하의 진공하에서 진공 증착법으로 50 nm 두께의 정공 이송층 (발광층으로도 사용)으로 형성하였다. 증착 속도는 0.1 nm/초이다.
또한, 다음 식의 Alq3 (트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄)을 전자 이송 재료로 제공하고 정공 이송층과 접촉하여 증착하였다. Alq3으로 제조된 전차 이송층을 50 nm의 두께로 형성하고, 증착 속도는 0.2 nm/초이다.
Alq3:
Figure 111999004780919-pat00012
음극 재료로 제공된 Mg와 Ag의 적층 박막을 사용하였다. 이를 위해, Mg 및 Ag를 각각 증착 속도 1 nm/초로 증착하여 예를 들면, 50 nm 두께의 Mg 박막과 150 nm 두께의 Ag 박막을 형성하였다. 이 방법으로, 도 3에 도시된 바와 같은 유기 전계발광 소자를 실시예 1에서 제작하였다.
이렇게 제작된 실시예 1의 유기 전계발광 소자에 질소 분위기 하에서 순방향 바이어스 DC 전압을 가하여 소자의 발광 특성을 평가하였다. 발광색은 적색이고, 이어서 소자에 분광 측정을 행한 결과 도 6에서 도시되는 바와 같이 620 nm에서 발광 피크를 가지는 스펙트럼을 얻었다. 분광 측정은 오쯔카 전자사 (Otsuka Electronic Co., Ltd.) 제품의 포토다이오드 어레이를 검출기로 사용하는 분광기를 사용하였다. 또한, 소자의 전압-휘도 측정을 행했을 때, 도 8에서 도시되는 바와 같이 8 V에서 10000 cd/m2의 휘도를 얻을 수 있다.
유기 전계발광 소자의 제작 후에, 소자를 질소 분위기 하에서 1 달 이상 방치하였을 때, 소자 열화가 관찰되지 않았다. 더욱이, 초기 휘도 300 cd/m2에서 전류를 정해진 수준으로 유지하면서 연속 발광시켜 소자를 강제 열화시키는 경우, 그 결과로 휘도가 반감되는 데 4000 시간이 걸렸다.
<실시예 2>
이 실시예는 화학식 1의 디스티릴 화합물에서 R2 및 R3이 각각 3-에톡시페닐기를 나타내고 R6 및 R8이 각각 시아노기를 나타내는 화학식 3a의 화합물을 전자 이송 발광 재료로 사용하는 싱글 헤테로 구조인 유기 전계발광 소자의 제작을 예시한다.
진공 증착 장치 중에 100 nm 두께의 ITO로 제조된 양극이 그 표면에 형성된 30 mm x 30 mm 유리 기판을 세팅하였다. 증착 마스크로 다수의 2.0 mm x 2.0 mm 단위 개구부가 있는 금속 마스크를 기판에 가깝게 놓았다. 다음 식의 α-NPD (α-나프틸페닐디아민)을 10-4 Pa 이하의 진공하에서 진공 증착법으로 50 nm 두께의 정공 이송층으로 형성하였다. 증착 속도는 0.1 nm/초이다.
α-NPD:
Figure 111999004780919-pat00013
또한, 전자 이송 재료로 화학식 3a의 화합물을 정공 이송층과 접촉하여 증착하였다. 화학식 3a의 화합물로 이루어진 전자 이송층 (발광층으로도 사용)의 두께는 예를 들면, 50 nm로 정하고, 증착 속도는 0.2 nm/초이다.
음극 재료로 제공된 Mg와 Ag의 적층 박막을 사용하였다. 보다 구체적으로는, Mg 및 Ag를 각각 증착 속도 1 nm/초로 증착하여 예를 들면, 50 nm 두께의 Mg 박막과 150 nm 두께의 Ag 박막을 형성하였다. 이 방법으로, 도 3에 도시된 바와 같은 유기 전계발광 소자를 실시예 2에서 제작하였다.
이렇게 제작된 실시예 2의 유기 전계발광 소자에 질소 분위기 하에서 순방향 바이어스 DC 전압을 가하여 소자의 발광 특성을 평가하였다. 발광색은 적색이고, 이어서 소자에 실시예 1에서와 같이 분광 측정을 행한 결과 도 7에서 도시되는 바와 같이 620 nm에서 발광 피크를 가지는 스펙트럼을 얻었다. 또한, 소자의 전압-휘도 측정을 행했을 때, 특히 도 9에 도시되는 바와 같이 8 V에서 8000 cd/m2의 휘도를 얻을 수 있다.
유기 전계발광 소자의 제작 후에, 소자를 질소 분위기 하에서 1 달 이상 방치하였을 때, 소자 열화가 관찰되지 않았다. 더욱이, 초기 휘도 300 cd/m2에서 전류를 정해진 수준으로 유지하면서 연속 발광시켜 소자를 강제 열화시키는 경우, 그 결과로 휘도가 반감되는 데 3500 시간이 걸렸다.
<실시예 3>
이 실시예는 화학식 1의 디스티릴 화합물에서 R2 및 R3이 각각 3-에톡시페닐기를 나타내고 R6 및 R8이 각각 시아노기를 나타내는 화학식 3a의 화합물을 발광 재료로 사용하는 더블 헤테로 구조인 유기 전계발광 소자의 제작을 예시한다.
진공 증착 장치 중에 100 nm 두께의 ITO로 제조된 양극이 그 표면에 형성된 30 mm x 30 mm 유리 기판을 세팅하였다. 증착 마스크로 다수의 2.0 mm x 2.0 mm 단위 개구부가 있는 금속 마스크를 기판에 가깝게 놓았다. 다음 화학식의 α-NPD (α-나프틸페닐디아민)을 10-4 Pa 이하의 진공하에서 진공 증착법으로 30 nm 두께의 정공 이송층으로 형성하였다. 증착 속도는 0.2 nm/초이다.
또한, 발광 재료로 화학식 3a의 화합물을 정공 이송층과 접촉하여 증착하였다. 화학식 3a의 화합물로 이루어진 발광층의 두께는 예를 들면, 30 nm로 정하고, 증착 속도는 0.2 nm/초이다.
전자 이송 재료로 사용된, 상기에 지시된 화학식 Alq3을 발광층과 접촉하여 증착하였다. Alq3 층의 두께는 30 nm로 정하고, 증착 속도는 0.2 nm/초이다.
음극 재료로 제공된 Mg와 Ag의 적층 박막을 사용하였다. 보다 구체적으로는, Mg 및 Ag는 각각 증착 속도 1 nm/초로 증착하여 예를 들면, 50 nm 두께의 Mg 박막과 150 nm 두께의 Ag 박막을 형성하였다. 이 방법으로, 도 4에 도시된 바와 같은 유기 전계발광 소자를 실시예 4에서 제작하였다.
이렇게 제작된 실시예 3의 유기 전계발광 소자에 질소 분위기 하에서 순방향 바이어스 DC 전압을 가하여 소자의 발광 특성을 평가하였다. 발광색은 적색이고, 이어서 소자에 분광 측정을 행한 결과 620 nm에서 발광 피크를 가지는 스펙트럼을 얻었다. 또한, 소자의 전압-휘도 측정을 행했을 때, 8 V에서 11000 cd/m2의 휘도를 얻을 수 있다.
유기 전계발광 소자의 제작 후에, 소자를 질소 분위기 하에서 1 달 이상 방치하였을 때, 소자 열화가 관찰되지 않았다. 더욱이, 초기 휘도 300 cd/m2에서 전류를 정해진 수준으로 유지하면서 연속 발광시켜 소자를 강제 열화시키는 경우, 그 결과로 휘도가 반감되는 데 5000 시간이 걸렸다.
<실시예 4>
α-NPD 대신에 정공 이송 재료로 다음 화학식의 TPD (트리페닐디아민 유도체)를 사용하는 것을 제외하고는 층 구성 및 박막 형성 방법에 대하여 실시예 2를 반복하여, 유기 전계발광 소자를 제작하였다.
TPD:
Figure 111999004780919-pat00014
이 실시예의 유기 전계발광 소자는 실시예 2에서와 같이 적색 발광을 나타내었다. 분광 측정 결과, 스펙트럼은 실시예 2의 유기 전계발광 소자의 스펙트럼과 일치하였다.
상기에서와 같이, 발광 영역이 있는 유기층이 양극과 음극 사이에 제공되고 유기층이 화학식 1의 디스티릴 화합물을 포함하는 본 발명의 유기 전계발광 소자는 고휘도를 나타내고 안정된 적색 발광을 한다.

Claims (8)

  1. 발광 영역이 있는 유기층이 양극와 음극 사이에 제공되는 유기 전계발광 소자에 있어서, 상기 유기층이 유기 발광 재료로 다음 화학식 1로 표시되는 디스티릴 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
    <화학식 1>
    Figure 112004020574488-pat00015
    상기 식에서, R1 및 R4는 각각 비치환된 페닐기를 나타내고, R2 및 R3은 각각 다음 화학식 2의 아릴기를 나타낸다.
    <화학식 2>
    Figure 112004020574488-pat00016
    상기 식에서, R9, R10, R11, R12 및 R13은 같거나 서로 다를 수 있고, 각각 수소 원자를 나타낼 수 있지만 이들 중 하나 이상이 탄소 원자수 2 이상의 포화되거나 포화되지 않은 알콕실기 또는 알킬기를 나타내고, R5, R6, R7 및 R8은 같거나 서로 다를 수 있고, 각각 수소 원자를 나타낼 수 있지만 이들 중 하나 이상은 시아노기, 니트로기 또는 할로겐 원자를 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기층이 정공 이송층과 전자 이송층이 적층된 유기 적층 구조를 가지고, 상기 디스티릴 화합물이 상기 정공 이송층의 형성 재료로 사용되는 유기 전계발광 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유기층이 정공 이송층과 전자 이송층이 순차 적층된 유기 적층 구조를 가지고, 상기 디스티릴 화합물이 상기 전자 이송층의 형성 재료로 사용되는 유기 전계발광 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유기층이 정공 이송층, 발광층 및 전자 이송층이 적층된 유기 적층 구조를 가지고, 상기 디스티릴 화합물이 상기 발광층의 형성 재료로 사용되는 유기 전계발광 소자.
  5. 발광 영역이 있는 유기층이 양극과 음극 사이에 제공되는 유기 전계발광 소자에 있어서, 상기 유기층이 유기 발광 재료로 다음 화학식 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f 및 3g로 나타나는 디스티릴 화합물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
    <화학식 3a>
    Figure 111999004780919-pat00017
    <화학식 3b>
    Figure 111999004780919-pat00018
    <화학식 3c>
    Figure 111999004780919-pat00019
    <화학식 3d>
    Figure 111999004780919-pat00020
    <화학식 3e>
    Figure 111999004780919-pat00021
    <화학식 3f>
    Figure 111999004780919-pat00022
    <화학식 3g>
    Figure 111999004780919-pat00023
  6. 제5항에 있어서, 상기 유기층이 정공 이송층과 전자 이송층이 적층된 유기 적층 구조를 가지고, 상기 디스티릴 화합물이 상기 정공 이송층의 형성 재료로 사용되는 유기 전계발광 소자.
  7. 제5항에 있어서, 상기 유기층이 정공 이송층과 전자 이송층이 순차 적층된 유기 적층 구조를 가지고, 상기 디스티릴 화합물이 상기 전자 이송층의 형성 재료로 사용되는 유기 전계발광 소자.
  8. 제5항에 있어서, 상기 유기층이 정공 이송층, 발광층 및 전자 이송층이 적층된 유기 적층 구조를 가지고, 상기 디스티릴 화합물이 상기 발광층의 형성 재료로 사용되는 유기 전계발광 소자.
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