KR101008769B1 - 유기 전기발광 소자 - Google Patents

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이데미쓰 고산 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 양극, 적어도 제 1 호스트 재료와 제 1 도펀트로 이루어진 제 1 발광층, 적어도 제 2 호스트 재료와 제 2 도펀트로 이루어진 제 2 발광층, 및 음극을 순서대로 포함하며, 상기 제 1 호스트 재료의 에너지 갭(Egh1), 상기 제 1 도펀트의 에너지 갭(Egd1), 상기 제 2 호스트 재료의 에너지 갭(Egh2) 및 상기 제 2 도펀트의 에너지 갭(Egd2)이 하기 식을 만족시키고, 또한, 상기 제 1 발광층에서 유래하는 발광 스펙트럼의 발광 극대 파장의 발광 강도(I1) 및 상기 제 2 발광층에서 유래하는 발광 스펙트럼의 발광 극대 파장의 발광 강도(I2)가 하기 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자에 관한 것이다.
Egh1 > Egd1
Egh2 > Egd2
Egd1 > Egd2
I1 > 3.5×I2

Description

유기 전기발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE ELEMENT}
본 발명은 유기 전기발광 소자에 관한 것으로, 구체적으로는 발광층이 2층 구조인 유기 전기발광 소자에 관한 것이다.
전계 발광을 이용하는 전기발광 소자(이하, 전기 발광을 "EL"이라 약기함)는 자기 발광이기 때문에 시인성이 높고, 또한 완전 고체 소자이기 때문에 내충격성이 우수하다는 등의 특징을 갖는 점에서 각종 표시 장치에서 발광 소자로서의 이용이 주목되고 있다.
이 EL 소자에는 발광 재료에 무기 화합물을 사용하여 이루어진 무기 EL 소자와, 유기 화합물을 사용하여 이루어진 유기 EL 소자가 있으며, 그 중 특히 유기 EL 소자는 인가 전압을 큰 폭으로 낮출 수 있을 뿐 아니라 풀컬러화가 용이하고, 소비 전력이 작고, 면발광이 가능한 점에서 차세대 발광 소자로서 개발이 이루어지고 있다.
유기 EL 소자의 구성에 대해서는 도 3에 도시한 바와 같이 양극/발광층/음극의 구성을 기본으로 한다.
이 유기 EL 소자(10)는 양극(12)과 음극(13)으로 이루어진 한 쌍의 전극 사이에 발광층(14)이 협지되어 있다. 발광층(14)은 보통 여러 층을 적층한 것이다. 이 소자(10)는 양 전극(12,13) 사이에 전계가 인가되면, 음극(13)측으로부터 전자가 주입되고, 양극(12)측으로부터 정공이 주입된다. 그리고, 전자와 정공이 발광층(14)에서 재결합하여 여기 상태를 생성하고, 여기 상태가 기저 상태로 되돌아갈 때에 에너지를 빛으로서 방출한다.
도 4는 도 3의 유기 EL 소자의 에너지 다이어그램을 나타낸다. 도 4에 있어서, 발광층(14)의 에너지 레벨인 가전자 레벨 EV0(HOMO)과 전도 레벨 EC0(LUMO)이 도시되어 있다. 양극(12)측으로부터 정공이 들어가고, 음극(13)측으로부터 전자가 들어가서 이들 정공과 전자가 발광층(14)내에서 결합하여 발광한다.
상기 구성을 기초로 하여, 여기에 정공 주입·수송층이나 전자 주입층을 적절히 설치한 것, 예컨대 양극/정공 주입·수송층/발광층/음극이나, 양극/정공 주입·수송층/발광층/전자 주입층/음극의 구성으로 된 것이 알려져 있다.
여기서, 발광층은 다음 기능을 겸비한 것이다.
① 주입 기능: 전계 인가시에 양극 또는 정공 주입층으로부터 정공을 주입할 수 있고, 음극 또는 전자 주입층으로부터 전자를 주입할 수 있는 기능,
② 수송 기능: 주입한 전하(전자와 정공)를 전계의 힘으로 이동시키는 기능,
③ 발광 기능: 전자와 정공의 재결합의 장을 제공하여, 이를 발광으로 연결하는 기능.
또한, 정공 주입·수송층은 양극으로부터 정공을 주입하고, 유기 발광층으로 이를 수송하는 기능을 가지며, 또한 정공 주입층/정공 수송층과 개별적으로 제조할 수도 있다. 전자 주입층은 음극으로부터 전자를 주입하고, 유기 발광층으로 이를 수송하는 기능을 갖는다.
발광층에서의 발광을 보다 강하게 하기 위해, 형광 분자(도펀트)를 미량 첨가하는 기술이 알려져 있다.
도 5는 도펀트가 첨가된 유기 EL 소자의 에너지 다이어그램을 나타낸다. 이 도면에 있어서, ECh는 호스트의 전도 레벨, EVh는 호스트의 가전자 레벨, ECd는 도펀트의 전도 레벨, EVd는 도펀트의 가전자 레벨을 나타낸다. 또한, Egh는 호스트의 에너지 갭(ECh와 EVh의 차이), Egd는 도펀트의 에너지 갭(ECd와 EVd의 차이)을 나타낸다.
도펀트는 여기한 호스트의 에너지를 효율적으로 수취하여 발광 효율을 높인다.
유기 EL 소자의 발광을 다색화하는 방법으로서는, 크게 나누어 다음 3종류의 방법이 있다.
① 유기 EL 소자로부터 방출되는 백색 발광을, 적색, 녹색 및 청색의 3종류의 컬러 필터를 이용하여 3색광으로 취출하는 방법,
② 청색 EL 소자로부터 방출되는 청색 발광을, 발광층의 광취출측에 설치한 형광층에 의해 청색광을 색변환하여 다색화하는 방법,
③ 청색, 적색, 녹색의 발광층을 동일 기판상에 병치하여 다색화하는 방법.
이들 방법에 있어서, 고휘도이면서 장수명인 유기 EL 소자가 요구되고 있다. 예컨대, ①이나 ②의 방법에서는 청녹색계나 백색의 브로드밴드(폭넓은 스펙트럼) 발광을 하는 유기 EL 소자로, 초기 휘도 수백 nit에 대하여 수만 시간 이상의 반감 수명을 갖는 유기 EL 소자가 절실히 요망되고 있다.
이러한 요망에 대하여 다양한 소자 구성이 검토되고 있다.
그 중 하나의 방법으로서, 유기 발광층을 다층화함으로써 백색 또는 브로드밴드 발광을 얻는 방법이 다음과 같이 제안되었다.
① 유기 발광층을 2층 구조로 하여, 양극측의 제 1 발광층을 알루미늄 착체 화합물로 이루어진 청색의 발광층으로 하고, 음극측의 제 2 발광층을 적색 형광성 물질을 함유하는 알루미늄 착체 화합물로 이루어진 적색의 발광층으로 하여 백색광을 취출하는 방법(예컨대, 유럽 특허 제0643549호 명세서 참조).
② 유기 발광층을 2층 구조로 하여, 양극측의 제 1 발광층을 다이스타이릴아릴렌계 화합물로 이루어진 청색 발광층으로 하고, 음극측의 제 2 발광층을 녹색 발광하는 알루미늄 착체 화합물에 적색 형광성 물질을 첨가한 발광층으로서 백색광을 취출하는 방법(예컨대, 미국 특허 제5503910호 명세서 참조).
③ 알루미늄 착체로 이루어진 전자 수송성의 화합물과 다이아민 화합물로 이루어진 정공 수송성의 화합물과의 혼합층으로 이루어진 발광층에, 도펀트로서 쿠마린 및 루브렌을 함유시켜 녹색 성분 및 등색 성분을 갖는 발광을 얻는 방법(예컨대, 국제 공개 제98/08360호 팜플렛 참조).
④ 다이스타이릴아릴렌계 화합물로 이루어진 호스트 재료에, 색 계통이 다른 2종 이상의 형광성 물질을 도핑함으로써 2층의 발광층을 형성하는 방법(예컨대, 일 본 특허 공개 공보 제 1990-68057호 참조).
이들 종래 기술은 여러 종류의 도펀트를 동등하게 발광시켜 브로드밴드 발광 또는 백색을 얻고자 하는 방법으로, 유기 EL 소자로부터 발광되는 빛은 다양한 파장을 혼합한 것이다.
그러나, 다층 적층 구성의 유기 EL 소자에 있어서, 색 순도가 높은 내로우밴드(폭이 좁은 스펙트럼) 발광으로서 수명이 긴 유기 EL 소자는 알려져 있지 않다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 색순도가 높은 내로우밴드 발광을 하고, 장수명인 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 요약
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자는 2층 이상의 발광층을 갖는 유기 EL 소자에 있어서, 제 2 발광층의 발광을 억제하는 것 또는 2층의 발광층이 일정한 관계를 만족시킨 경우에 색순도 및/또는 소자의 수명을 향상시킬 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.
본 발명에 따르면, 다음의 유기 전기발광 소자가 제공된다.
[1] 양극,
적어도 제 1 호스트 재료와 제 1 도펀트로 이루어진 제 1 발광층,
적어도 제 2 호스트 재료와 제 2 도펀트로 이루어진 제 2 발광층, 및
음극을 순서대로 포함하며,
상기 제 1 호스트 재료의 에너지 갭(Egh1), 상기 제 1 도펀트의 에너지 갭(Egd1), 상 기 제 2 호스트 재료의 에너지 갭(Egh2) 및 상기 제 2 도펀트의 에너지 갭(Egd2)이 하기 식을 만족시키고,
또한, 상기 제 1 발광층에서 유래하는 발광 스펙트럼의 발광 극대 파장의 발광 강도(I1) 및 상기 제 2 발광층에서 유래하는 발광 스펙트럼의 발광 극대 파장의 발광 강도(I2)가 하기 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자.
Egh1 > Egd1
Egh2 > Egd2
Egd1 > Egd2
I1 > 3.5×I2
[2] I1 > 5×I2의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 유기 전기발광 소자.
[3] Egd2 > 2.7eV인 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2]에 기재된 유기 전기발광 소자.
[4] 양극,
적어도 제 1 호스트 재료와 제 1 도펀트로 이루어진 제 1 발광층,
적어도 제 2 호스트 재료와 제 2 도펀트로 이루어진 제 2 발광층, 및
음극을 순서대로 포함하며,
상기 제 1 호스트 재료의 에너지 갭(Egh1), 상기 제 1 도펀트의 에너지 갭(Egd1), 상 기 제 2 호스트 재료의 에너지 갭(Egh2) 및 상기 제 2 도펀트의 에너지 갭(Egd2)이 하기 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자.
Egh1 > Egd1
Egh2 > Egd2
Egd1 > Egd2 > 2.7eV
[5] 상기 제 1 발광층에서, 상기 제 1 호스트 재료에 대한 상기 제 1 도펀트의 비율이 0.1 내지 10mol%인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 유기 전기발광 소자.
[6] 상기 제 2 발광층에서, 상기 제 2 호스트 재료에 대한 상기 제 2 도펀트의 비율이 0.1 내지 10mol%인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 유기 전기발광 소자.
[7] 상기 제 1 또는 제 2 호스트 재료의 하나 이상이 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 유기 전기발광 소자.
Figure 112005026008410-pct00001
상기 식에서,
Ar1은 핵탄소수 6 내지 50의 방향족환이고,
X는 치환기이고,
m은 1 내지 5의 정수이고,
n은 0 내지 6의 정수이며,
m≥2일 때, Ar는 각각 동일하거나 상이할 수 있고, n≥2일 때, X는 각각 동일하거나 상이할 수 있다.
[8] 상기 제 1 호스트 재료와 상기 제 2 호스트 재료가 동일한 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 기재된 유기 전기발광 소자.
[9] 상기 제 1 또는 제 2 도펀트 재료의 하나 이상이 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 유기 전기발광 소자.
Figure 112005026008410-pct00002
상기 식에서,
Ar2 내지 Ar4는 치환 또는 비치환된 핵탄소수 6 내지 50의 방향족기, 치환 또는 비치환된 스타이릴기이며,
p는 1 내지 4의 정수이며,
p≥2일 때, Ar3 및 Ar4는 각각 동일하거나 상이할 수 있다.
[10] 상기 제 1 발광층의 막 두께가 10㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재된 유기 전기발광 소자.
[11] 상기 제 2 발광층에서 유래하는 발광 스펙트럼의 발광 극대 파장의 발광강도(I2)가 0인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [10] 중 어느 하나에 기재된 유기 전기발광 소자.
[12] 상기 제 2 발광층과 음극 사이에 전자 주입층을 설치하고, 이 전자 주입층의 전자 이동도가 10-4㎝2/(V·초) 이상인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [11] 중 어느 하나에 기재된 유기 전기발광 소자.
[13] 상기 전자 주입층이 질소-함유 헤테로환 유도체로 이루어진 유기 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 [12]에 기재의 유기 전기발광 소자.
[14] 상기 질소-함유 헤테로환 유도체로 이루어진 유기 화합물이 이미다조 피라진 유도체 및/또는 이미다졸 유도체인 것을 특징으로 하는 [13]에 기재된 유기 전기발광 소자.
도 1은 본 발명의 유기 EL 소자의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 유기 EL 소자의 에너지 다이어그램이다.
도 3은 일반적인 유기 EL 소자의 개략 단면도이다.
도 4는 유기 EL 소자의 에너지 다이어그램이다.
도 5는 도펀트가 첨가된 유기 EL 소자의 에너지 다이어그램이다.
이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 제 1 유기 EL 소자는 양극, 적어도 제 1 호스트 재료와 제 1 도펀트로 이루어진 제 1 발광층, 적어도 제 2 호스트 재료와 제 2 도펀트로 이루어진 제 2 발광층, 및 음극을 순서대로 포함하며, 제 1 호스트 재료의 에너지 갭(Egh1), 제 1 도펀트의 에너지 갭(Egd1), 제 2 호스트 재료의 에너지 갭(Egh2) 및 제 2 도펀트의 에너지 갭(Egd2)이 하기 식을 만족시키고, 또한 상기 제 1 발광층에서 유래하는 발광 스펙트럼의 발광 극대 파장의 발광 강도(I1) 및 상기 제 2 발광층에서 유래하는 발광 스펙트럼의 발광 극대 파장의 발광 강도(I2)가 하기 식을 만족시킨다.
Egh1 > Egd1
Egh2 > Egd2
Egd1 > Egd2
I1 > 3.5×I2
도 1은 본 발명의 유기 EL 소자의 개략 단면도이다.
유기 EL 소자(1)는 적어도 양극(2), 제 1 발광층(3), 제 2 발광층(4) 및 음극(5)을 가지며, 이들은 이 순서로 적층되어 있다.
도 2는 유기 EL 소자(1)의 에너지 다이어그램이다.
이 에너지 다이어그램에는 양극(2), 제 1 발광층(3), 제 2 발광층(4) 및 음극(5)의 에너지 레벨이 도시되어 있다. 또한, 제 1 호스트 재료의 에너지 갭(Egh1), 제 1 도펀트의 에너지 갭(Egd1), 제 2 호스트 재료의 에너지 갭(Egh2) 및 제 2 도펀트의 에너지 갭(Egd2)이 도시되어 있다.
여기서, 에너지 갭이란, 유기 EL 재료의 가전자 레벨과 전도 레벨의 에너지 차에 상당하는 것으로, 통상적으로 그 재료의 광흡수 스펙트럼에 있어서의 흡수단으로부터 구해진다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는, 제 1 도펀트와 제 2 도펀트를 각각 다른 발광층(3,4)에 도핑하고, 발광층을 2층 구성으로 함으로써 에너지 갭이 큰 도펀트를 포함하는 제 1 발광층(3)을 주로 발광시키는 구성으로 하고 있다.
통상적으로, 1층의 발광층내에 2종류의 도펀트를 함유시켰을 경우, 이들 도펀트간의 거리가 가깝기 때문에 에너지 이동이 일어나기 쉽고, 2종류의 도펀트가 각각 발광하거나 또는 에너지 갭이 작은 쪽의 도펀트만이 발광하는 것이 보통이다. 에너지 갭이 큰 도펀트만을 발광시키는 것은 매우 곤란하다.
그러나 발광층을 2층 구조로 하는 것만으로는, 종래 기술의 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 1 발광층(3), 제 2 발광층(4)이 함께 발광하기 때문에 색순도가 높아지는 내로우밴드 발광은 얻어지지 않는다.
그 원인 중 하나는 정공과 전자의 재결합이 일어나는 위치의 문제가 있다. 발광층에 주입된 정공은 전자와의 재결합에 의해 음극(5)측으로 진행함에 따라 농도가 감소되지만, 일부는 음극(5) 근처까지 도달하는 것으로 생각되고 있다. 이 때문에, 음극(5)측 부근에도 재결합 영역이 존재하여, 제 1 발광층(3)(양극(2)측에 있는 발광층) 및 제 2 발광층(4)(음극(5)측에 있는 발광층)이 함께 발광하는 원인이 되고 있다.
이에, 본 발명에 있어서는 색순도를 저하시키는 원인인, 에너지 갭이 작은 도펀트를 포함하는 발광층의 발광을 억제하는 방법으로서, 재결합 확률이 높은 양극(2)측에 제 1 발광층(3)을 설치하고, 재결합 확률이 낮은 음극(5)측에 제 2 발광층(4)을 설치하는 구조로 되어 있다. 이에 따라, 제 1 발광층(3)을 주로 발광시키고, 제 2 발광층(4)의 발광을 충분히 작아지도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 제 2 발광층(4)과 음극(5) 사이에 전자 주입층을 설치하고, 이 전자 주입층의 전계 강도(E)가 1×105 내지 106V/㎝인 전계 영역에서의 전자 이동도가 10-4㎝2/(V·초) 이상인 것이 바람직하다.
이러한 전자 이동도의 전자 주입층을 설치함으로써 발광 영역을 보다 안정되게 제 1 발광층(3)내에 설정할 수 있다. 따라서, 제 1 발광층(3)을 보다 선택적으로 발광시킬 수 있기 때문에, 보다 색순도가 좋은 내로우밴드 발광을 얻을 수 있으면서, 또한 현저히 장수명화할 수 있다.
한편, 전자 이동도의 측정법으로서는, 타임 오브 플라이트(Time of flight)법(유기막 내의 전하의 주행 시간의 측정으로부터 산출하는 방법)이나, 공간 제한 전류의 전압 특성으로부터 산출하는 방법 등이 있다[Electronic Process in Organic Crystals(M. Pope, C. E. Swenberg), Organic Molecular Solids(W. Jones) 참조].
본 명세서에 있어서는 타임 오브 플라이트법에 의해 산출하고 있다. 구체적으로는, ITO/유기층(전자 주입층 등)/Al의 구성으로 한 것에 대하여 광조사에 의해 발생하는 과도 전류의 시간 특성(과도 특성 시간)을 측정하고, 하기 식에 의해 전자 이동도를 산출하였다.
전자 이동도=(유기층 두께)2/(과도 특성 시간·전계 강도)
일반적으로, 에너지 갭이 큰 재료는 에너지 갭이 작은 재료와 비교하여 반감 수명이 긴 재료가 적어 재료 선정에 어려움을 수반하지만, 이 구성으로 함으로써 제 2 발광층은 발광에 거의 기여하지 않음에도 불구하고, 유기 EL 소자의 수명을 늘릴 수 있다.
이 유기 EL 소자(1)에 있어서, 제 1 호스트 재료의 에너지 갭(Egh1)은 제 1 도펀트의 에너지 갭(Egd1)보다 크다. 즉, Egh1＞Egd1의 관계를 만족시킨다.
제 1 도펀트의 에너지 갭(Egd1)은 2.7eV보다 큰 것이 바람직하다. 일반적으로, 에너지 갭이 큰 도펀트는 작은 도펀트에 비해 유기 EL 소자의 반감 수명이 짧은 것이 많다. 따라서, 풀컬러로 사용하는 순청색의 유기 EL 소자는, 특히 장수명화가 곤란하였지만, 본 발명은 상기 구성을 채용함으로써 매우 장수명인 순청색 발광을 얻을 수 있다.
제 2 발광층은 적어도 제 2 호스트 재료와 제 2 도펀트를 포함하고 있다.
제 2 호스트 재료의 에너지 갭(Egh2)은 제 2 도펀트의 에너지 갭(Egd2)보다 크다. 즉, Egh2>Egd2의 관계를 만족시킨다.
제 1 도펀트의 에너지 갭(Egd1)은 제 2 도펀트의 에너지 갭(Egd2)보다 큰 것, 즉, Egd1>Egd2의 관계를 만족시킨다.
또한, 제 2 도펀트의 에너지 갭(Egd2)은 2.7eV보다 큰 것, 즉, Egd2>2.7eV의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 풀컬러용의 색순도가 높은 청색 발광의 유기 EL 소자를 제조할 수 있다.
이 유기 EL 소자는 제 1 발광층에서 유래하는 빛의 발광 스펙트럼의 발광 극대 파장의 발광 강도(I1)와, 제 2 발광층에서 유래하는 빛의 발광 스펙트럼의 발광 극대 파장의 발광 강도(I2)가 I1>3.5×I2의 관계를 만족시킨다. 이 관계를 만족시킴으로써, 색순도가 좋은 내로우밴드 발광을 얻을 수 있다. 바람직하게는 I1>5×I2, 더욱 바람직하게는 I1>10×I2이다. 특히 바람직하게는, 제 2 발광층으로부터의 발광 강도(I2)가 0이다.
이와 같이, 제 2 발광층의 발광이 유기 EL 소자 전체의 발광에 대하여 거의 기여하지 않는 경우라도 유기 EL 소자의 수명을 장수명화할 수 있다.
일반적으로 에너지 갭이 작은 재료일 수록 장수명인 재료가 많아 재료의 선정이 용이하다. 따라서, 브로드밴드 발광이나 백색 발광용의 EL 소자는 장수명 소자 구성을 발견하는 것이 비교적 용이하였다.
그러나, 내로우밴드 발광, 특히 청색 발광은 장수명인 재료계를 선정하기 어렵고, 특히 풀컬러 용도에 적합한 순청색 발광 재료는 지금까지 거의 보고되지 않았다. 본 발명은 지금까지 알려져 있던 순청색 발광 재료를 장수명화하는 기술이다. 즉, 장수명인 것으로 알려져 있는 재료를 감히 발광층에 인접시켜 사용하고, 게다가 그곳으로부터의 발광을 최대한으로 제한함으로써 EL 소자의 장수명화를 꾀하는 기술이다.
본 발명의 제 2 유기 EL 소자는, 양극, 적어도 제 1 호스트 재료와 제 1 도펀트로 이루어진 제 1 발광층, 적어도 제 2 호스트 재료와 제 2 도펀트로 이루어진 제 2 발광층, 및 음극을 순서대로 포함하며, 제 1 호스트 재료의 에너지 갭(Egh1), 제 1 도펀트의 에너지 갭(Egd1), 제 2 호스트 재료의 에너지 갭(Egh2) 및 제 2 도펀트의 에너지 갭(Egd2)이 하기 식을 만족시킨다.
Egh1 > Egd1
Egh2 > Egd2
Egd1 > Egd2 > 2.7eV
즉, 기본적인 구성에 대해서는 상기에서 설명한 유기 EL 소자와 동일하다.
이 유기 EL 소자는 Egd1 > Egd2 > 2.7eV의 관계를 만족시킨다. 이 관계를 만족시키기 때문에, 상기 유기 EL 소자와는 달리, 제 1 발광층 및 제 2 발광층이 함께 발광하더라도 모두 청색 발광하기 때문에, 색순도가 높은 청색 발광을 얻는 것이 가능하다.
더구나, 이러한 소자 구성으로 함으로써 제 1 발명과 마찬가지로 유기 EL 소자의 장수명화가 가능하다.
제 1 발광층과 제 2 발광층에 사용되는 호스트 재료는 각각 장수명의 발광 재료로서 공지된 것을 사용하는 것이 가능하지만, 화학식 1로 표시되는 재료를 발광재료의 호스트 재료로서 사용하는 것이 바람직하다.
화학식 1
Figure 112005026008410-pct00003
상기 식에서,
Ar1은 핵탄소수 6 내지 50의 방향족환이고,
X는 치환기이고,
m은 1 내지 5의 정수이고,
n은 0 내지 6의 정수이며,
m≥2일 때, Ar1은 각각 동일하거나 상이할 수 있고, n≥2일 때, X는 각각 동일하거나 상이할 수 있다.
Ar1로서 구체적으로는, 페닐환, 나프틸환, 안트라센환, 바이페닐렌환, 아줄렌환, 아세나프틸렌환, 플루오렌환, 페난트렌환, 플루오란텐환, 아세페난트릴렌환, 트라이페닐렌환, 피렌환, 크라이센환, 나프타센환, 피센환, 페릴렌환, 펜타펜환, 펜타센환, 테트라페닐렌환, 헥사펜환, 헥사센환, 루비센환, 코로넨환, 트라이나프틸렌환 등을 들 수 있다.
바람직하게는 페닐환, 나프틸환, 안트라센환, 아세나프틸렌환, 플루오렌환, 페난트렌환, 플루오란텐환, 트라이페닐렌환, 피렌환, 크라이센환, 페릴렌환, 트라이나프틸렌환 등을 들 수 있다.
더욱 바람직하게는 페닐환, 나프틸환, 안트라센환, 플루오렌환, 페난트렌환, 플루오란텐환, 피렌환, 크라이센환, 페릴렌환 등을 들 수 있다.
또한, X로서 구체적으로는, 치환 또는 비치환된 핵탄소수 6 내지 50의 방향족기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 50의 방향족 헤테로환기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 50의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 50의 아릴싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 카복실기, 치환 또는 비치환된 스타이릴기, 할로젠기, 사이아노기, 나이트로기, 하이드록실기 등이다.
치환 또는 비치환된 핵탄소수 6 내지 50의 방향족기의 예로서는, 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 1-안트릴기, 2-안트릴기, 9-안트릴기, 1-페난트릴기, 2-페난트릴기, 3-페난트릴기, 4-페난트릴기, 9-페난트릴기, 1-나프타센일기, 2-나프타센일기, 9-나프타센일기, 1-피렌일기, 2-피렌일기, 4-피렌일기, 2-바이페닐일기, 3-바이페닐일기, 4-바이페닐일기, p-터페닐-4-일기, p-터페닐-3-일기, p-터페닐-2-일기, m-터페닐-4-일기, m-터페닐-3-일기, m-터페닐-2-일기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, p-t-뷰틸페닐기, p-(2-페닐프로필)페닐기, 3-메틸-2-나프틸기, 4-메틸-1-나프틸기, 4-메틸-1-안트릴기, 4'-메틸바이페닐일기, 4"-t-뷰틸-p-터페닐-4-일기, 2-플루오렌일기, 9,9-다이메틸-2-플루오렌일기, 3-플루오란텐일기 등을 들 수 있다.
바람직하게는, 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 9-페난트릴기, 1-나프타센일기, 2-나프타센일기, 9-나프타센일기, 1-피렌일기, 2-피렌일기, 4-피렌일기, 2-바이페닐일기, 3-바이페닐일기, 4-바이페닐일기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, p-t-뷰틸페닐기, 2-플루오렌일기, 9,9-다이메틸-2-플루오렌일기, 3-플루오란텐일기 등을 들 수 있다.
치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 50의 방향족 헤테로환기의 예로서는, 1-피롤릴기, 2-피롤릴기, 3-피롤릴기, 피라진일기, 2-피리딘일기, 3-피리딘일기, 4-피리딘일기, 1-인돌릴기, 2-인돌릴기, 3-인돌릴기, 4-인돌릴기, 5-인돌릴기, 6-인돌릴기, 7-인돌릴기, 1-아이소인돌릴기, 2-아이소인돌릴기, 3-아이소인돌릴기, 4-아이소인돌릴기, 5-아이소인돌릴기, 6-아이소인돌릴기, 7-아이소인돌릴기, 2-퓨릴기, 3-퓨릴기, 2-벤조퓨란일기, 3-벤조퓨란일기, 4-벤조퓨란일기, 5-벤조퓨란일기, 6-벤조퓨란일기, 7-벤조퓨란일기, 1-아이소벤조퓨란일기, 3-아이소벤조퓨란일기, 4-아이소벤조퓨란일기, 5-아이소벤조퓨란일기, 6-아이소벤조퓨란일기, 7-아이소벤조퓨란일기, 퀴놀릴기, 3-퀴놀릴기, 4-퀴놀릴기, 5-퀴놀릴기, 6-퀴놀릴기, 7-퀴놀릴기, 8-퀴놀릴기, 1-아이소퀴놀릴기, 3-아이소퀴놀릴기, 4-아이소퀴놀릴기, 5-아이소퀴놀릴기, 6-아이소퀴놀릴기, 7-아이소퀴놀릴기, 8-아이소퀴놀릴기, 2-퀴녹살린일기, 5-퀴녹살린일기, 6-퀴녹살린일기, 1-카바졸릴기, 2-카바졸릴기, 3-카바졸릴기, 4-카바졸릴기, 9-카바졸릴기, 1-페난트리딘일기, 2-페난트리딘일기, 3-페난트리딘일기, 4-페난트리딘일기, 6-페난트리딘일기, 7-페난트리딘일기, 8-페난트리딘일기, 9-페난트리딘일기, 10-페난트리딘일기, 1-아크리딘일기, 2-아크리딘일기, 3-아크리딘일기, 4-아크리딘일기, 9-아크리딘일기, 1,7-페난트롤린-2-일기, 1,7-페난트롤린-3-일기, 1,7-페난트롤린-4-일기, 1,7-페난트롤린-5-일기, 1,7-페난트롤린-6-일기, 1,7-페난트롤린-8-일기, 1,7-페난트롤린-9-일기, 1,7-페난트롤린-10-일기, 1,8-페난트롤린-2-일기, 1,8-페난트롤린-3-일기, 1,8-페난트롤린-4-일기, 1,8-페난트롤린-5-일기, 1,8-페난트롤린-6-일기, 1,8-페난트롤린-7-일기, 1,8-페난트롤린-9-일기, 1,8-페난트롤린-10-일기, 1,9-페난트롤린-2-일기, 1,9-페난트롤린-3-일기, 1,9-페난트롤린-4-일기, 1,9-페난트롤린-5-일기, 1,9-페난트롤린-6-일기, 1,9-페난트롤린-7-일기, 1,9-페난트롤린-8-일기, 1,9-페난트롤린-10-일기, 1,10-페난트롤린-2-일기, 1,10-페난트롤린-3-일기, 1,10-페난트롤린-4-일기, 1,10-페난트롤린-5-일기, 2,9-페난트롤린-1-일기, 2,9-페난트롤린-3-일기, 2,9-페난트롤린-4-일기, 2,9-페난트롤린-5-일기, 2,9-페난트롤린-6-일기, 2,9-페난트롤린-7-일기, 2,9-페난트롤린-8-일기, 2,9-페난트롤린-10-일기, 2,8-페난트롤린-1-일기, 2,8-페난트롤린-3-일기, 2,8-페난트롤린-4-일기, 2,8-페난트롤린-5-일기, 2,8-페난트롤린-6-일기, 2,8-페난트롤린-7-일기, 2,8-페난트롤린-9-일기, 2,8-페난트롤린-10-일기, 2,7-페난트롤린-1-일기, 2,7-페난트롤린-3-일기, 2,7-페난트롤린-4-일기, 2,7-페난트롤린-5-일기, 2,7-페난트롤린-6-일기, 2,7-페난트롤린-8-일기, 2,7-페난트롤린-9-일기, 2,7-페난트롤린-10-일기, 1-페나진일기, 2-페나진일기, 1-페노싸이아진일기, 2-페노싸이아진일기, 3-페노싸이아진일기, 4-페노싸이아진일기, 10-페노싸이아진일기, 1-페녹사진일기, 2-페녹사진일기, 3-페녹사진일기, 4-페녹사진일기, 10-페녹사진일기, 2-옥사졸릴기, 4-옥사졸릴기, 5-옥사졸릴기, 2-옥사다이아졸릴기, 5-옥사다이아졸릴기, 3-퓨라잔일기, 2-싸이엔일기, 3-싸이엔엘기, 2-메틸피롤-1-일기, 2-메틸피롤-3-일기, 2-메틸피롤-4-일기, 2-메틸피롤-5-일기, 3-메틸피롤-1-일기, 3-메틸피롤-2-일기, 3-메틸피롤-4-일기, 3-메틸피롤-5-일기, 2-t-뷰틸피롤-4-일기, 3-(2-페닐프로필)피롤-1-일기, 2-메틸-1-인돌릴기, 4-메틸-1-인돌릴기, 2-메틸-3-인돌릴기, 4-메틸-3-인돌릴기, 2-t-뷰틸1-인돌릴기, 4-t-뷰틸1-인돌릴기, 2-t-뷰틸3-인돌릴기, 4-t-뷰틸3-인돌릴기 등을 들 수 있다.
치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알킬기의 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, n-뷰틸기, s-뷰틸기, 아이소뷰틸기, t-뷰틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 하이드록시메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시아이소뷰틸기, 1,2-다이하이드록시에틸기, 1,3-다이하이드록시아이소프로필기, 2,3-다이하이드록시-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이하이드록시프로필기, 클로로메틸기, 1-클로로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-클로로아이소뷰틸기, 1,2-다이클로로에틸기, 1,3-다이클로로아이소프로필기, 2,3-다이클로로-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이클로로프로필기, 브로모메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모아이소뷰틸기, 1,2-다이브로모에틸기, 1,3-다이브로모아이소프로필기, 2,3-다이브로모-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이브로모프로필기, 아이오도메틸기, 1-아이오도에틸기, 2-아이오도에틸기, 2-아이오도아이소뷰틸기, 1,2-다이아이오도에틸기, 1,3-다이아이오도아이소프로필기, 2,3-다이아이오도-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이아이오도프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노아이소뷰틸기, 1,2-다이아미노에틸기, 1,3-다이아미노아이소프로필기, 2,3-다이아미노-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이아미노프로필기, 사이아노메틸기, 1-사이아노에틸기, 2-사이아노에틸기, 2-사이아노아이소뷰틸기, 1,2-다이사이아노에틸기, 1,3-다이사이아노아이소프로필기, 2,3-다이사이아노-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이사이아노프로필기, 나이트로메틸기, 1-나이트로에틸기, 2-나이트로에틸기, 2-나이트로아이소뷰틸기, 1,2-다이나이트로에틸기, 1,3-다이나이트로아이소프로필기, 2,3-다이나이트로-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이나이트로프로필기, 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 4-메틸사이클로헥실기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 1-노보닐기, 2-노보닐기 등을 들 수 있다.
치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시기는 -OY로 표시되는 기이며, Y의 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, n-뷰틸기, s-뷰틸기, 아이소뷰틸기, t-뷰틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 하이드록시메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시아이소뷰틸기, 1,2-다이하이드록시에틸기, 1,3-다이하이드록시아이소프로필기, 2,3-다이하이드록시-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이하이드록시프로필기, 클로로메틸기, 1-클로로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-클로로아이소뷰틸기, 1,2-다이클로로에틸기, 1,3-다이클로로아이소프로필기, 2,3-다이클로로-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이클로로프로필기, 브로모메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모아이소뷰틸기, 1,2-다이브로모에틸기, 1,3-다이브로모아이소프로필기, 2,3-다이브로모-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이브로모프로필기, 아이오도메틸기, 1-아이오도에틸기, 2-아이오도에틸기, 2-아이오도아이소뷰틸기, 1,2-다이아이오도에틸기, 1,3-다이아이오도아이소프로필기, 2,3-다이아이오도-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이아이오도프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노아이소뷰틸기, 1,2-다이아미노에틸기, 1,3-다이아미노아이소프로필기, 2,3-다이아미노-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이아미노프로필기, 사이아노메틸기, 1-사이아노에틸기, 2-사이아노에틸기, 2-사이아노아이소뷰틸기, 1,2-다이사이아노에틸기, 1,3-다이사이아노아이소프로필기, 2,3-다이사이아노-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이사이아노프로필기, 나이트로메틸기, 1-나이트로에틸기, 2-나이트로에틸기, 2-나이트로아이소뷰틸기, 1,2-다이나이트로에틸기, 1, 3-다이나이트로아이소프로필기, 2,3-다이나이트로-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이나이트로프로필기 등을 들 수 있다.
치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아르알킬기의 예로서는, 벤질기, 1-페닐에틸기, 2-페닐에틸기, 1-페닐아이소프로필기, 2-페닐아이소프로필기, 페닐-t-뷰틸기, α-나프틸메틸기, 1-α-나프틸에틸기, 2-α-나프틸에틸기, 1-α-나프틸아이소프로필기, 2-α-나프틸아이소프로필기, β-나프틸메틸기, 1-β-나프틸에틸기, 2-β-나프틸에틸기, 1-β-나프틸아이소프로필기, 2-β-나프틸아이소프로필기, 1-피롤릴메틸기, 2-(1-피롤릴)에틸기, p-메틸벤질기, m-메틸벤질기, o-메틸벤질기, p-클로로벤질기, m-클로로벤질기, o-클로로벤질기, p-브로모벤질기, m-브로모벤질기, o-브로모벤질기, p-아이오도벤질기, m-아이오도벤질기, o-아이오도벤질기, p-하이드록시벤질기, m-하이드록시벤질기, o-하이드록시벤질기, p-아미노벤질기, m-아미노벤질기, o -아미노벤질기, p-나이트로벤질기, m-나이트로벤질기, o-나이트로벤질기, p-사이아노벤질기, m-사이아노벤질기, o-사이아노벤질기, 1-하이드록시-2-페닐아이소프로필기, 1-클로로-2-페닐아이소프로필기 등을 들 수 있다.
치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 50의 아릴옥시기는 -OY'로 표시되고, Y'의 예로서는 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 1-안트릴기, 2-안트릴기, 9-안트릴기, 1-페난트릴기, 2-페난트릴기, 3-페난트릴기, 4-페난트릴기, 9-페난트릴기, 1-나프타센일기, 2-나프타센일기, 9-나프타센일기, 1-피렌일기, 2-피렌일기, 4-피렌일기, 2-바이페닐일기, 3-바이페닐일기, 4-바이페닐일기, p-터페닐-4-일기, p-터페닐-3-일기, p-터페닐-2-일기, m-터페닐-4-일기, m-터페닐-3-일기, m-터페닐-2-일기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, p-t-뷰틸페닐기, p-(2-페닐프로필)페닐기, 3-메틸-2-나프틸기, 4-메틸-1-나프틸기, 4-메틸-1-안트릴기, 4'-메틸바이페닐일기, 4"-t-뷰틸-p-터페닐-4-일기, 2-피롤릴기, 3-피롤릴기, 피라진일기, 2-피리딘일기, 3-피리딘일기, 4-피리딘일기, 2-인돌릴기, 3-인돌릴기, 4-인돌릴기, 5-인돌릴기, 6-인돌릴기, 7-인돌릴기, 1-아이소인돌릴기, 3-아이소인돌릴기, 4-아이소인돌릴기, 5-아이소인돌릴기, 6-아이소인돌릴기, 7-아이소인돌릴기, 2-퓨릴기, 3-퓨릴기, 2-벤조퓨란일기, 3-벤조퓨란일기, 4-벤조퓨란일기, 5-벤조퓨란일기, 6-벤조퓨란일기, 7-벤조퓨란일기, 1-아이소벤조퓨란일기, 3-아이소벤조퓨란일기, 4-아이소벤조퓨란일기, 5-아이소벤조퓨란일기, 6-아이소벤조퓨란일기, 7-아이소벤조퓨란일기, 2-퀴놀릴기, 3-퀴놀릴기, 4-퀴놀릴기, 5-퀴놀릴기, 6-퀴놀릴기, 7-퀴놀릴기, 8-퀴놀릴기, 1-아이소퀴놀릴기, 3-아이소퀴놀릴기, 4-아이소퀴놀릴기, 5-아이소퀴놀릴기, 6-아이소퀴놀릴기, 7-아이소퀴놀릴기, 8-아이소퀴놀릴기, 2-퀴녹살린일기, 5-퀴녹살린일기, 6-퀴녹살린일기, 1-카바졸릴기, 2-카바졸릴기, 3-카바졸릴기, 4-카바졸릴기, 1-페난트리딘일기, 2-페난트리딘일기, 3-페난트리딘일기, 4-페난트리딘일기, 6-페난트리딘일기, 7-페난트리딘일기, 8-페난트리딘일기, 9-페난트리딘일기, 10-페난트리딘일기, 1-아크리딘일기, 2-아크리딘일기, 3-아크리딘일기, 4-아크리딘일기, 9-아크리딘일기, 1,7-페난트롤린-2-일기, 1,7-페난트롤린-3-일기, 1,7-페난트롤린-4-일기, 1,7-페난트롤린-5-일기, 1,7-페난트롤린-6-일기, 1,7-페난트롤린-8-일기, 1,7-페난트롤린-9-일기, 1,7-페난트롤린-10-일기, 1,8-페난트롤린-2-일기, 1,8-페난트롤린-3-일기, 1,8-페난트롤린-4-일기, 1,8-페난트롤린-5-일기, 1,8-페난트롤린-6-일기, 1,8-페난트롤린-7-일기, 1,8-페난트롤린-9-일기, 1,8-페난트롤린-10-일기, 1,9-페난트롤린-2-일기, 1,9-페난트롤린-3-일기, 1,9-페난트롤린-4-일기, 1,9-페난트롤린-5-일기, 1,9-페난트롤린-6-일기, 1,9-페난트롤린-7-일기, 1,9-페난트롤린-8-일기, 1,9-페난트롤린-10-일기, 1,10-페난트롤린-2-일기, 1,10-페난트롤린-3-일기, 1,10-페난트롤린-4-일기, 1,10-페난트롤린-5-일기, 2,9-페난트롤린-1-일기, 2,9-페난트롤린-3-일기, 2,9-페난트롤린-4-일기, 2,9-페난트롤린-5-일기, 2,9-페난트롤린-6-일기, 2,9-페난트롤린-7-일기, 2,9-페난트롤린-8-일기, 2,9-페난트롤린-10-일기, 2,8-페난트롤린-1-일기, 2,8-페난트롤린-3-일기, 2,8-페난트롤린-4-일기, 2,8-페난트롤린-5-일기, 2,8-페난트롤린-6-일기, 2,8-페난트롤린-7-일기, 2,8-페난트롤린-9-일기, 2,8-페난트롤린-10-일기, 2,7-페난트롤린-1-일기, 2,7-페난트롤린-3-일기, 2,7-페난트롤린-4-일기, 2,7-페난트롤린-5-일기, 2,7-페난트롤린-6-일기, 2,7-페난트롤린-8-일기, 2,7-페난트롤린-9-일기, 2,7-페난트롤린-10-일기, 1-페나진일기, 2-페나진일기, 1-페노싸이아진일기, 2-페노싸이아진일기, 3-페노싸이아진일기, 4-페노싸이아진일기, 1-페녹사진일기, 2-페녹사진일기, 3-페녹사진일기, 4-페녹사진일기, 2-옥사졸릴기, 4-옥사졸릴기, 5-옥사졸릴기, 2-옥사다이아졸릴기, 5-옥사다이아졸릴기, 3-퓨라잔일기, 2-싸이엔일기, 3-싸이엔엘기, 2-메틸피롤-1-일기, 2-메틸피롤-3-일기, 2-메틸피롤-4-일기, 2-메틸피롤-5-일기, 3-메틸피롤-1-일기, 3-메틸피롤-2-일기, 3-메틸피롤-4-일기, 3-메틸피롤-5-일기, 2-t-뷰틸피롤-4-일기, 3-(2-페닐프로필)피롤-1-일기, 2-메틸-1-인돌릴기, 4-메틸-1-인돌릴기, 2-메틸-3-인돌릴기, 4-메틸-3-인돌릴기, 2-t-뷰틸1-인돌릴기, 4-t-뷰틸1-인돌릴기, 2-t-뷰틸3-인돌릴기, 4-t-뷰틸3-인돌릴기 등을 들 수 있다.
치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 50의 아릴싸이오기는 -SY"로 표시되고, Y"의 예로서는 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 1-안트릴기, 2-안트릴기, 9-안트릴기, 1-페난트릴기, 2-페난트릴기, 3-페난트릴기, 4-페난트릴기, 9-페난트릴기, 1-나프타센일기, 2-나프타센일기, 9-나프타센일기, 1-피렌일기, 2-피렌일기, 4-피렌일기, 2-바이페닐일기, 3-바이페닐일기, 4-바이페닐일기, p-터페닐-4-일기, p-터페닐-3-일기, p-터페닐-2-일기, m-터페닐-4-일기, m-터페닐-3-일기, m-터페닐-2-일기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, p-t-뷰틸페닐기, p-(2-페닐프로필)페닐기, 3-메틸-2-나프틸기, 4-메틸-1-나프틸기, 4-메틸-1-안트릴기, 4'-메틸바이페닐일기, 4"-t-뷰틸-p-터페닐-4-일기, 2-피롤릴기, 3-피롤릴기, 피라진일기, 2-피리딘일기, 3-피리딘일기, 4-피리딘일기, 2-인돌릴기, 3-인돌릴기, 4-인돌릴기, 5-인돌릴기, 6-인돌릴기, 7-인돌릴기, 1-아이소인돌릴기, 3-아이소인돌릴기, 4-아이소인돌릴기, 5-아이소인돌릴기, 6-아이소인돌릴기, 7-아이소인돌릴기, 2-퓨릴기, 3-퓨릴기, 2-벤조퓨란일기, 3-벤조퓨란일기, 4-벤조퓨란일기, 5-벤조퓨란일기, 6-벤조퓨란일기, 7-벤조퓨란일기, 1-아이소벤조퓨란일기, 3-아이소벤조퓨란일기, 4-아이소벤조퓨란일기, 5-아이소벤조퓨란일기, 6-아이소벤조퓨란일기, 7-아이소벤조퓨란일기, 2-퀴놀릴기, 3-퀴놀릴기, 4-퀴놀릴기, 5-퀴놀릴기, 6-퀴놀릴기, 7-퀴놀릴기, 8-퀴놀릴기, 1-아이소퀴놀릴기, 3-아이소퀴놀릴기, 4-아이소퀴놀릴기, 5-아이소퀴놀릴기, 6-아이소퀴놀릴기, 7-아이소퀴놀릴기, 8-아이소퀴놀릴기, 2-퀴녹살린일기, 5-퀴녹살린일기, 6-퀴녹살린일기, 1-카바졸릴기, 2-카바졸릴기, 3-카바졸릴기, 4-카바졸릴기, 1-페난트리딘일기, 2-페난트리딘일기, 3-페난트리딘일기, 4-페난트리딘일기, 6-페난트리딘일기, 7-페난트리딘일기, 8-페난트리딘일기, 9-페난트리딘일기, 10-페난트리딘일기, 1-아크리딘일기, 2-아크리딘일기, 3-아크리딘일기, 4-아크리딘일기, 9-아크리딘일기, 1,7-페난트롤린-2-일기, 1,7-페난트롤린-3-일기, 1,7-페난트롤린-4-일기, 1,7-페난트롤린-5-일기, 1,7-페난트롤린-6-일기, 1,7-페난트롤린-8-일기, 1,7-페난트롤린-9-일기, 1,7-페난트롤린-10-일기, 1,8-페난트롤린-2-일기, 1,8-페난트롤린-3-일기, 1,8-페난트롤린-4-일기, 1,8-페난트롤린-5-일기, 1,8-페난트롤린-6-일기, 1,8-페난트롤린-7-일기, 1,8-페난트롤린-9-일기, 1,8-페난트롤린-10-일기, 1,9-페난트롤린-2-일기, 1,9-페난트롤린-3-일기, 1,9-페난트롤린-4-일기, 1,9-페난트롤린-5-일기, 1,9-페난트롤린-6-일기, 1,9-페난트롤린-7-일기, 1,9-페난트롤린-8-일기, 1,9-페난트롤린-10-일기, 1,10-페난트롤린-2-일기, 1,10-페난트롤린-3-일기, 1,10-페난트롤린-4-일기, 1,10-페난트롤린-5-일기, 2,9-페난트롤린-1-일기, 2,9-페난트롤린-3-일기, 2,9-페난트롤린-4-일기, 2,9-페난트롤린-5-일기, 2,9-페난트롤린-6-일기, 2,9-페난트롤린-7-일기, 2,9-페난트롤린-8-일기, 2,9-페난트롤린-10-일기, 2,8-페난트롤린-1-일기, 2,8-페난트롤린-3-일기, 2,8-페난트롤린-4-일기, 2,8-페난트롤린-5-일기, 2,8-페난트롤린-6-일기, 2,8-페난트롤린-7-일기, 2,8-페난트롤린-9-일기, 2,8-페난트롤린-10-일기, 2,7-페난트롤린-1-일기, 2,7-페난트롤린-3-일기, 2,7-페난트롤린-4-일기, 2,7-페난트롤린-5-일기, 2,7-페난트롤린-6-일기, 2,7-페난트롤린-8-일기, 2,7-페난트롤린-9-일기, 2,7-페난트롤린-10-일기, 1-페나진일기, 2-페나진일기, 1-페노싸이아진일기, 2-페노싸이아진일기, 3-페노싸이아진일기, 4-페노싸이아진일기, 1-페녹사진일기, 2-페녹사진일기, 3-페녹사진일기, 4-페녹사진일기, 2-옥사졸릴기, 4-옥사졸릴기, 5-옥사졸릴기, 2-옥사다이아졸릴기, 5-옥사다이아졸릴기, 3-퓨라잔일기, 2-싸이엔기, 3-싸이엔일기, 2-메틸피롤-1-일기, 2-메틸피롤-3-일기, 2-메틸피롤-4-일기, 2-메틸피롤-5-일기, 3-메틸피롤-1-일기, 3-메틸피롤-2-일기, 3-메틸피롤-4-일기, 3-메틸피롤-5-일기, 2-t-뷰틸피롤-4-일기, 3-(2-페닐프로필)피롤-1-일기, 2-메틸-1-인돌릴기, 4-메틸-1-인돌릴기, 2-메틸-3-인돌릴기, 4-메틸-3-인돌릴기, 2-t-뷰틸1-인돌릴기, 4-t-뷰틸1-인돌릴기, 2-t-뷰틸3-인돌릴기, 4-t-뷰틸3-인돌릴기 등을 들 수 있다.
치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 카복시기는 -COOZ로 표시되고, Z의 예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 아이소프로필기, n-뷰틸기, s-뷰틸기, 아이소뷰틸기, t-뷰틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 하이드록시메틸기, 1-하이드록시에틸기, 2-하이드록시에틸기, 2-하이드록시아이소뷰틸기, 1,2-다이하이드록시에틸기, 1,3-다이하이드록시아이소프로필기, 2,3-다이하이드록시-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이하이드록시프로필기, 클로로메틸기, 1-클로로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-클로로아이소뷰틸기, 1,2-다이클로로에틸기, 1,3-다이클로로아이소프로필기, 2,3-다이클로로-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이클로로프로필기, 브로모메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모아이소뷰틸기, 1,2-다이브로모에틸기, 1,3-다이브로모아이소프로필기, 2,3-다이브로모-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이브로모프로필기, 아이오도메틸기, 1-아이오도에틸기, 2-아이오도에틸기, 2-아이오도아이소뷰틸기, 1,2-다이아이오도에틸기, 1,3-다이아이오도아이소프로필기, 2,3-다이아이오도-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이아이오도프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노아이소뷰틸기, 1,2-다이아미노에틸기, 1,3-다이아미노아이소프로필기, 2,3-다이아미노-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이아미노프로필기, 사이아노메틸기, 1-사이아노에틸기, 2-사이아노에틸기, 2-사이아노아이소뷰틸기, 1,2-다이사이아노에틸기, 1,3-다이사이아노아이소프로필기, 2,3-다이사이아노-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이사이아노프로필기, 나이트로메틸기, 1-나이트로에틸기, 2-나이트로에틸기, 2-나이트로아이소뷰틸기, 1,2-다이나이트로에틸기, 1,3-다이나이트로아이소프로필기, 2,3-다이나이트로-t-뷰틸기, 1,2,3-트라이나이트로프로필기 등을 들 수 있다.
치환 또는 비치환된 스타이릴기의 예로서는, 2-페닐-1-바이닐기, 2,2-다이페닐-1-바이닐기, 1,2,2-트라이페닐-1-바이닐기 등을 들 수 있다.
할로젠기의 예로서는, 불소, 염소, 브롬, 요오드 등을 들 수 있다.
m은 1 내지 2, n은 0 내지 4가 바람직하다.
화학식 1의 화합물의 구체예를 이하에 나타낸다.
Figure 112005026008410-pct00004
Figure 112005026008410-pct00005
Figure 112005026008410-pct00006
Figure 112005026008410-pct00007
Figure 112005026008410-pct00008
본 발명의 유기 EL 소자에서는 증착을 간이하게 하기 위해 제 1 호스트 재료와 제 2 호스트 재료를 동일하게 해도 상관없다.
제 1 발광층과 제 2 발광층에 사용되는 도펀트는 각각 장수명의 발광 재료로서 공지된 것을 사용할 수 있지만, 화학식 2로 표시되는 재료를 발광 재료의 도펀트 재료로서 사용하는 것이 바람직하다.
화학식 2
Figure 112005026008410-pct00009
상기 식에서,
Ar2 내지 Ar4는 치환 또는 비치환된 핵탄소수 6 내지 50의 방향족기, 치환 또는 비치환된 스타이릴기이며,
p는 1 내지 4의 정수이며,
p≥2일 때, Ar3 및 Ar4는 각각 동일하거나 상이할 수 있다.
치환 또는 비치환된 핵탄소수 6 내지 50의 방향족기의 예로서는, 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 1-안트릴기, 2-안트릴기, 9-안트릴기, 1-페난트릴기, 2-페난트릴기, 3-페난트릴기, 4-페난트릴기, 9-페난트릴기, 1-나프타센일기, 2-나프타센일기, 9-나프타센일기, 1-피렌일기, 2-피렌일기, 4-피렌일기, 2-바이페닐일기, 3-바이페닐일기, 4-바이페닐일기, p-터페닐-4-일기, p-터페닐-3-일기, p-터페닐-2-일기, m-터페닐-4-일기, m-터페닐-3-일기, m-터페닐-2-일기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, p-t-뷰틸페닐기, p-(2-페닐프로필)페닐기, 3-메틸-2-나프틸기, 4-메틸-1-나프틸기, 4-메틸-1-안트릴기, 4'-메틸바이페닐일기, 4"-t-뷰틸-p-터페닐-4-일기, 2-플루오렌일기, 9,9-다이메틸-2-플루오렌일기, 3-플루오란텐일기 등을 들 수 있다.
바람직하게는, 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 9-페난트릴기, 1-나프타센일기, 2-나프타센일기, 9-나프타센일기, 1-피렌일기, 2-피렌일기, 4-피렌일기, 2-바이페닐일기, 3-바이페닐일기, 4-바이페닐일기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, p-t-뷰틸페닐기, 2-플루오렌일기, 9,9-다이메틸-2-플루오렌일기, 3-플루오란텐일기 등을 들 수 있다.
치환 또는 비치환된 스타이릴기의 예로서는, 2-페닐-1-바이닐기, 2,2-다이페닐-1-바이닐기, 1,2,2-트라이페닐-1-바이닐기 등을 들 수 있다.
화학식 2의 화합물의 구체예 및 기타 도펀트로서 바람직한 화합물의 예를 이하에 나타낸다. 또한, 하기 식에서, Me는 메틸기를, Et는 에틸기를 나타낸다.
Figure 112005026008410-pct00010
Figure 112005026008410-pct00011
Figure 112005026008410-pct00012
Figure 112005026008410-pct00013
Figure 112005026008410-pct00014
Figure 112005026008410-pct00015
Figure 112005026008410-pct00016
Figure 112005026008410-pct00017
Figure 112005026008410-pct00018
Figure 112005026008410-pct00019
Figure 112005026008410-pct00020
제 1 호스트 재료에 대한 상기 제 1 도펀트의 비율은 0.1 내지 10mol%, 특히 1 내지 10mol%인 것이 바람직하다. 0.1mol% 보다 작으면 충분한 발광이 수득되지 않고, 10mol%를 초과하면 농도 소광(消光)을 일으켜, 발광 효율이 저하될 우려가 있다.
또한, 제 2 호스트 재료에 대한 상기 제 2 도펀트의 비율은 0.1 내지 10mol%, 특히 0.1 내지 5mol%인 것이 바람직하다.
제 1 발광층의 막 두께는 10㎚ 이상, 특히 10㎚ 내지 40㎚가 바람직하다. 10㎚ 미만에서는 제 2 발광층까지 충분한 농도의 정공이 도달하고, 제 2 발광층이 필요 이상으로 발광하여 색순도를 악화시킬 우려가 있다. 따라서, 제 1 발광층을 제 2 발광층 보다 두껍게 할 수 있다.
제 2 발광층의 막 두께는 제 1 발광층에 맞추어 조정하지만, 바람직하게는 10㎚ 내지 40㎚, 특히 10㎚ 내지 30㎚가 바람직하다.
발광층을 형성하는 방법으로서는, 예컨대 증착법, 스핀 코팅법, LB법 등의 공지된 방법을 적용할 수 있다. 발광층은 특히 분자 퇴적막인 것이 바람직하다.
여기서 분자 퇴적막이란, 기상 상태의 재료 화합물로부터 침착되어 형성된 박막, 및 용액 상태 또는 액상 상태의 재료 화합물로부터 고체화되어 형성된 막을 일컫는 것으로, 보통 분자 퇴적막은 LB법에 의해 형성된 박막(분자 누적막)과는 응집 구조, 고차 구조의 차이 및 이에 기인하는 기능적인 차이에 의해 구분할 수 있다.
또한, 일본 특허 공개 제 1982-51781호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 수지 등의 결착제와 재료 화합물을 용제에 녹여 용액으로 한 후, 이것을 스핀 코팅법 등에 의해 박막화함으로써 발광층을 형성할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자의 구성 및 발광층 이외의 구성 요소에 대하여 다음에 설명한다.
본 발명의 작용 효과를 손상하지 않는 한, 제 1 발광층과 제 2 발광층 사이, 양극과 제 1 발광층 사이, 또는 제 2 발광층과 음극 사이에 다른 유기층 또는 무기층을 개재시킬 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자의 구성으로서, 예컨대
i) 양극/제 1 발광층/제 2 발광층/음극
ii) 양극/정공 주입층/제 1 발광층/제 2 발광층/음극
iii) 양극/제 1 발광층/제 2 발광층/전자 주입층/음극
iv) 양극/정공 주입층/제 1 발광층/제 2 발광층/전자 주입층/음극
v) 양극/유기 반도체층/제 1 발광층/제 2 발광층/음극
vi) 양극/유기 반도체층/전자 장벽층/제 1 발광층/제 2 발광층/음극
vii) 양극/유기 반도체층/제 1 발광층/제 2 발광층/부착 개선층/음극
viii) 양극/정공 주입층/정공 수송층/제 1 발광층/제 2 발광층/전자 주입층/음극
ix) 양극/절연층/제 1 발광층/제 2 발광층/절연층/음극
x) 양극/무기 반도체층/절연층/제 1 발광층/제 2 발광층/절연층/음극
xi) 양극/유기 반도체층/절연층/제 1 발광층/제 2 발광층/절연층/음극
xii) 양극/절연층/정공 주입층/정공 수송층/제 1 발광층/제 2 발광층/절연층/음극
xiii) 양극/절연층/정공 주입층/정공 수송층/제 1 발광층/제 2 발광층/전자 주입층/음극 등의 구조를 들 수 있다.
이들 중에서 보통 viii)의 구성이 바람직하게 사용된다.
(1) 투광성 기판
본 발명의 유기 EL 소자는 투광성 기판상에 제조한다. 여기서 말하는 투광성 기판은 유기 EL 소자를 지지하는 기판으로서, 400 내지 700㎚의 가시 영역의 광 투과율이 50% 이상이고, 평활한 기판이 바람직하다.
구체적으로는, 유리판, 폴리머판 등을 들 수 있다. 유리판으로서는, 특히 소다 석회 유리, 바륨·스트론튬 함유 유리, 납 유리, 알루미노규산유리, 붕규산 유리, 바륨붕규산 유리, 석영 등을 들 수 있다. 또한 폴리머판으로서는, 폴리카보네이트, 아크릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에터설파이드, 폴리설폰 등을 들 수 있다.
(2) 양극
유기 박막 EL 소자의 양극은 정공을 정공 수송층 또는 발광층에 주입하는 역할을 담당하는 것으로서, 4.5eV 이상의 일함수를 갖는 것이 효과적이다. 본 발명에 사용되는 양극 재료의 구체예로서는, 산화 인듐 주석 합금(ITO), 산화 주석(NESA), 금, 은, 백금, 구리 등을 적용할 수 있다. 또한 음극으로서는, 전자 수송층 또는 발광층에 전자를 주입할 목적으로 일함수가 작은 재료가 바람직하다.
양극은 이들 전극 물질을 증착법이나 스퍼터링법 등의 방법으로 박막을 형성시킴으로써 제조할 수 있다.
이와 같이 발광층으로부터의 발광을 양극으로부터 취출하는 경우, 양극의 발광에 대한 투과율을 10% 보다 크게 하는 것이 바람직하다. 또한 양극의 시트 저항은 수백 Ω/□ 이하가 바람직하다. 양극의 막 두께는 재료에 따라 다르지만, 보통 10㎚ 내지 1㎛, 바람직하게는 10 내지 200㎚의 범위에서 선택된다.
(3) 정공 주입, 수송층
정공 주입, 수송층은 발광층으로의 정공 주입을 도와 발광 영역까지 수송하는 층으로서, 정공 이동도가 크고, 이온화 에너지가 보통 5.5eV 이하로 작다. 이러한 정공 주입, 수송층으로서는 보다 낮은 전계 강도로 정공을 발광층으로 수송하는 재료가 바람직하고, 또한 정공의 이동도가, 예컨대 104 내지 106 V/㎝의 전계 인가시에 적어도 10-4㎝2/V·초이면 바람직하다.
정공 주입, 수송층을 형성하는 재료로서는 상기 바람직한 성질을 갖는 것이면 특별히 제한되지 않고, 종래 광도전 재료에 있어서 정공의 전하 수송 재료로서 관용되는 것, 및 유기 EL 소자의 정공 주입층에 사용되는 공지된 것 중에서 임의의 것을 선택하여 이용할 수 있다.
구체예로서, 예컨대 트라이아졸 유도체(미국 특허 3,112,197호 명세서 등 참조), 옥사다이아졸 유도체(미국 특허 3,189,447호 명세서 등 참조), 이미다졸 유도체(일본 특허 공고 제 1962-16096호 공보 등 참조), 폴리아릴알케인 유도체(미국 특허 3,615,402호 명세서, 동 제 3,820,989호 명세서, 동 제 3,542,544호 명세서, 일본 특허 공고 제 1970-555호 공보, 동 제 1976-10983호 공보, 일본 특허 공개 제 1976-93224호 공보, 동 제 1980-17105호 공보, 동 제 1981-4148호 공보, 동 제 1980-108667호 공보, 동 제 1980-156953호 공보, 동 제 1981-36656호 공보 등 참조), 피라졸린 유도체 및 피라졸론 유도체(미국 특허 제 3,180,729호 명세서, 동 제 4,278,746호 명세서, 일본 특허 공개 제 1980-88064호 공보, 동 제 1980-88065호 공보, 동 제 1974-105537호 공보, 동 제 1980-51086호 공보, 동 제 1981-80051호 공보, 동 제 1981-88141호 공보, 동 제 1982-45545호 공보, 동 1979-112637호 공보, 동 제 1980-74546호 공보 등 참조), 페닐렌다이아민 유도체(미국 특허 제 3,615,404호 명세서, 일본 특허 공고 제 1976-10105호 공보, 동 제 1971-3712호 공보, 동 제 1972-25336호 공보, 일본 특허 공개 제 1979-53435호 공보, 동 제 1979-110536호 공보, 동 1979-119925호 공보 등 참조), 아릴아민 유도체(미국 특허 제 3,567,450호 명세서, 동 제 3,180,703호 명세서, 동 제 3,240,597호 명세서, 동 제 3,658,520호 명세서, 동 제 4,232,103호 명세서, 동 제 4,175,961호 명세서, 동 제 4,012,376호 명세서, 일본 특허 공고 제 1974-35702호 공보, 동 제 제 1964-27577호 공보, 일본 특허 공개 제 1980-144250호 공보, 동 제 1981-119132호 공보, 동 제 1981-22437호 공보, 서독 특허 제 1,110,518호 명세서 등 참조), 아미노 치환 칼콘 유도체(미국 특허 제 3,526,501호 명세서 등 참조), 옥사졸 유도체(미국 특허 제 3,257,203호 명세서 등에 개시된 것), 스타이릴안트라센 유도체(일본 특허 공개 제 1981-46234호 공보 등 참조), 플루오레논 유도체(일본 특허 공개 제 1979-110837호 공보 등 참조), 하이드라존 유도체(미국 특허 제 3,717,462호 명세서, 일본 특허 공개 제 1979-59143호 공보, 동 제 1980-52063호 공보, 동 제 1980-52064호 공보, 동 제 1980-46760호 공보, 동 제 1980-85495호 공보, 동 제 1982-11350호 공보, 동 제 1982-148749호 공보, 일본 특허 공개 제 1990-311591호 공보 등 참조), 스틸벤 유도체(일본 특허 공개 제 1986-210363호 공보, 동 제 1986-228451호 공보, 동 제 1986-14642호 공보, 동 제 1986-72255호 공보, 동 제 1987-47646호 공보, 동 제 1987-36674호 공보, 동 제 1987-10652호 공보, 동 제 1987-30255호 공보, 동 제 1985-93455호 공보, 동 제 1985-94462호 공보, 동 제 1985-174749호 공보, 동 제 1985-175052호 공보 등 참조), 실라잔 유도체(미국 특허 제 4,950,950호 명세서), 폴리실레인계(일본 특허 공개 제 1990-204996호 공보), 아닐린계 공중합체(일본 특허 공개 제 1990-282263호 공보), 일본 특허 공개 제 1989-211399호 공보에 개시되어 있는 도전성 고분자 올리고머(특히 싸이오펜올리고머) 등을 들 수 있다.
정공 주입층의 재료로서는 상기의 것을 사용할 수 있지만, 포르피린 화합물(일본 특허 공개 제 1988-2956965호 공보 등에 개시된 것), 방향족 3급 아민 화합물 및 스타이릴아민 화합물(미국 특허 제 4,127,412호 명세서, 일본 특허 공개 제 1978-27033호 공보, 동 제 1979-58445호 공보, 동 제 1979-149634호 공보, 동 제 1979-64299호 공보, 동 제 1980-79450호 공보, 동 제 1980-144250호 공보, 동 제 1981-119132호 공보, 동 제 1986-295558호 공보, 동 제 1986-98353호 공보, 동 제 1988-295695호 공보 등 참조), 특히 방향족 3급 아민 화합물을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 미국 특허 제 5,061,569호에 기재되어 있는 2개의 축합 방향족환을 분자내에 갖는, 예컨대, 4,4'-비스(N-(1-나프틸)-N-페닐아미노)바이페닐(이하 NPD라고 약기함), 또한 일본 특허 공개 제 1992-308688호 공보에 기재되어 있는 트라이페닐아민 단위가 3개의 스타 버스트(star burst)형으로 연결된 4,4',4"-트리스(N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노)트라이페닐아민(이하 MTDATA로 약기함) 등을 들 수 있다.
또한, 발광층의 재료로서 나타낸 전술한 방향족 다이메틸리딘계 화합물 외에, p형 Si, p형 SiC 등의 무기 화합물도 정공 주입층 재료로서 사용할 수 있다.
정공 주입, 수송층은 전술한 화합물을, 예컨대 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스팅법, LB법 등의 공지된 방법에 의해 박막화함으로써 형성할 수 있다. 정공 주입, 수송층으로서의 막 두께는 특별히 제한되지 않지만, 보통 5㎚ 내지 5㎛이다. 이 정공 주입, 수송층은 정공 수송 대역에 본 발명의 화합물을 함유하고 있으면, 전술한 재료의 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 일층으로 구성될 수 있거나, 또는 상기 정공 주입, 수송층과는 별종의 화합물로 이루어진 정공 주입, 수송층을 적층한 것일 수 있다.
또한, 유기 반도체층은 발광층으로의 정공 주입 또는 전자 주입을 돕는 층으로, 10-10S/㎝ 이상의 도전율을 갖는 것이 적합하다. 이러한 유기 반도체층의 재료로서는, 싸이오펜 함유 올리고머 또는 일본 특허 공개 제 1996-193191호 공보에 개시되어 있는 아릴아민 함유 올리고머 등의 도전성 올리고머, 아릴아민 함유 덴드리머 등의 도전성 덴드리머 등을 이용할 수 있다.
(4) 전자 주입층
전자 주입층은 발광층으로의 전자의 주입을 돕는 층으로 전자 이동도가 크며, 또한 부착 개선층은 이 전자 주입층 중에서 특히 음극과의 부착이 좋은 재료로 이루어진 층이다.
전자 주입층에 사용되는 재료로서는 8-하이드록시퀴놀린 및 그 유도체의 금속 착체, 또는 질소-함유 헤테로환 유도체가 적합하다.
상기 8-하이드록시퀴놀린 또는 그 유도체의 금속 착체의 구체예로서는, 옥신(일반적으로 8-퀴놀리놀 또는 8-하이드록시퀴놀린)의 킬레이트를 포함하는 금속 킬레이트 옥시노이드 화합물을 들 수 있다.
예컨대, 발광 재료의 항에서 기재한 Alq를 전자 주입층으로서 사용할 수 있다.
한편, 질소-함유 헤테로환 유도체로서는 옥사다이아졸 유도체 등이 있다.
옥사다이아졸 유도체로서는 다음 화학식 3 내지 5로 표시되는 전자 전달 화합물을 들 수 있다.
Figure 112005026008410-pct00021
Figure 112005026008410-pct00022
Figure 112005026008410-pct00023
상기 식에서,
Ar5, Ar6, Ar7, Ar9, Ar10 및 Ar13은 각각 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내며, 각각 서로 동일할 수도 상이할 수도 있으며
Ar8, Ar11 및 Ar12는 치환 또는 비치환된 아릴렌기를 나타내며, 각각 동일하거나 상이할 수 있다.
여기서, 아릴기로서는 페닐기, 바이페닐기, 안트라닐기, 페릴렌일기, 피렌일기를 들 수 있다. 또한 아릴렌기로서는 페닐렌기, 나프틸렌기, 바이페닐렌기, 안트라닐렌기, 페릴렌일기, 피레닐렌기 등을 들 수 있다. 또한, 치환기로서는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기 또는 사이아노기 등을 들 수 있다. 이 전자 전달 화합물은 박막 형성성인 것이 바람직하다.
상기 전자 전달성 화합물의 구체예로서는 다음의 것을 들 수 있다.
Figure 112005026008410-pct00024
또한, 다른 질소-함유 헤테로환 유도체 유기 화합물로서는, 화학식 6으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112005026008410-pct00025
상기 식에서,
HAr은 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 40의 질소-함유 헤테로환이고,
L1은 단일 결합, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴렌기 또는 치환기를 가질 수 있는 플루오렌일렌기이고,
Ar14는 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 2가의 방향족 탄화수소기이고,
Ar15는 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 또는 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기이다.
상기 화학식 6의 화합물은 일본 특허 출원 제 2003-004139호에 기재된 방법에 의해 합성할 수 있다.
이 화학식 6의 질소-함유 헤테로환 유도체 유기 화합물에 있어서 이미다조피라진 유도체, 이미다졸 유도체가 바람직하다.
이미다조피라진 유도체로서는 화학식 7로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112005026008410-pct00026
상기 식에서,
A1 내지 A3은 질소 원자 또는 탄소 원자이고,
R은 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 할로알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고,
q는 0 내지 5의 정수이며, q가 2 이상의 정수일 때, 복수의 R은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 또한 인접하는 복수의 R기끼리 서로 결합하여 치환 또는 비치환 된 탄소환식 지방족환, 또는 치환 또는 비치환된 탄소환식 방향족환을 형성할 수 있고,
Ar16은 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기이고,
Ar17은 수소 원자, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 할로알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기이되,
단, Ar16, Ar17 중 어느 한쪽은 치환기를 가질 수 있는 탄소수 10 내지 60의 축합환기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로 축합환기이며,
L2, L3은 각각 단일 결합, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 축합환, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로 축합환 또는 치환기를 가질 수 있는 플루오렌일렌기이다.
상기 화학식 7의 화합물은 일본 특허 출원 제 2003-005184호에 기재된 방법에 의해 합성할 수 있다.
이미다졸 유도체로서는 화학식 8 또는 9로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112005026008410-pct00027
Figure 112005026008410-pct00028
상기 식에서,
R1은 수소 원자, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환기를 가질 수 있는 피리딜기, 치환기를 가질 수 있는 퀴놀릴기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 치환기를 가질 수 있는 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고,
r은 0 내지 4의 정수이고,
R2는 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환기를 가질 수 있는 피리딜기, 치환기를 가질 수 있는 퀴놀릴기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 치환기를 가질 수 있는 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고,
R3은 수소 원자, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환기를 가질 수 있는 피리딜기, 치환기를 가질 수 있는 퀴놀릴기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 치환기를 가질 수 있는 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고,
L4는 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기, 치환기를 가질 수 있는 피리딘일렌기, 치환기를 가질 수 있는 퀴놀린일렌기, 치환기를 가질 수 있는 플루오렌일렌기이고,
Ar18은 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기, 치환기를 가질 수 있는 피리딘일렌기, 치환기를 가질 수 있는 퀴놀린일렌기이고,
Ar19는 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환기를 가질 수 있는 피리딜기, 치환기를 가질 수 있는 퀴놀릴기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 치환기를 가질 수 있는 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이다.
상기 화학식 8의 화합물은 특허 출원 제 2003-67847호에 기재된 방법에 의해서 합성할 수 있다.
질소-함유 헤테로환 유도체 유기 화합물의 구체예를 하기에 나타낸다.
Figure 112005026008410-pct00029
본 발명에 있어서, 전자 주입층은 전계 강도(E)가 104 내지 106V/㎝의 영역에서, 전자 이동도가 10-4㎝2/(V·초) 이상인 것이 바람직하다. 이러한 전자 이동도를 갖는 유기 화합물을 전자 주입층에 이용함으로써 유기 EL 소자의 구동 전압의 저전압화를 도모할 수 있다.
또한, 발광 영역을 양극측인 제 1 발광층으로 이동할 수 있기 때문에, 제 2 발광층의 발광을 억제할 수 있다는 점에서, 보다 색순도가 양호한 내로우밴드 발광이 수득되어 고효율이면서도 수명이 길게 할 수 있다.
이 때문에, 전자 주입층에는 전자 이동도가 특히 높은 화합물, 예컨대 전술한 질소-함유 헤테로환 유도체 유기 화합물, 특히 이미다조피라진 유도체 및/또는 이미다졸 유도체를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
한편, 상기 화합물은 필요에 따라 적층, 혼합 등의 형태를 취하여 전자 주입층을 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태로, 전자를 수송하는 영역 또는 음극과 유기층의 계면 영역에 환원성 도펀트를 함유하는 소자가 있다. 여기서, 환원성 도펀트란 전자 수송성 화합물을 환원할 수 있는 물질로 정의된다. 따라서, 일정한 환원성을 갖는 것이면 다양한 것이 사용되는데, 예컨대 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속의 산화물, 알칼리 금속의 할로젠화물, 알칼리 토금속의 산화물, 알칼리 토금속의 할로젠화물, 희토류 금속의 산화물 또는 희토류 금속의 할로젠화물, 알칼리 금속의 유기 착체, 알칼리 토금속의 유기 착체, 희토류 금속의 유기 착체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 보다 구체적으로, 바람직한 환원성 도펀트로서는 Na(일함수: 2.36eV), K(일함수: 2.28eV), Rb(일함수: 2.16eV) 및 Cs(일함수: 1.95eV)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 알칼리 금속 및 Ca(일함수: 2.9eV), Sr(일함수: 2.0 내지 2.5eV), 및 Ba(일함수: 2.52eV)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 알칼리 토금속을 들 수 있는 일함수 2.9 eV 이하인 것이 특히 바람직하다. 이들 중, 보다 바람직한 환원성 도펀트는 K, Rb 및 Cs로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 알칼리 금속이고, 더욱 바람직하게는 Rb 또는 Cs이며, 가장 바람직한 것은 Cs이다.
이들 중 알칼리 금속은, 특히 환원 능력이 높고 전자 주입역으로의 비교적 소량의 첨가에 의해, 유기 EL 소자에 있어서의 발광 휘도 향상 및 장수명화가 도모된다. 또한, 일함수 2.9eV 이하인 환원성 도펀트로서 이들 2종 이상의 알칼리 금속의 조합도 바람직하고, 특히 Cs를 포함한 조합, 예컨대, Cs와 Na, Cs와 K, Cs와 Rb 또는 Cs, Na 및 K의 조합인 것이 바람직하다. Cs를 조합시켜 포함함으로써 환원 능력을 효율적으로 발휘할 수 있고, 전자 주입역으로의 첨가에 의해 유기 EL 소자에 있어서의 발광 휘도의 향상 및 장수명화가 도모된다.
본 발명에서는 음극과 유기층 사이에 절연체나 반도체로 구성되는 전자 주입층을 추가로 설치할 수 있다. 이 때, 전류의 누출을 효과적으로 방지하여 전자 주입성을 향상시킬 수 있다. 이러한 절연체로서는 알칼리 금속 칼코게나이드, 알칼리 토금속 칼코게나이드, 알칼리 금속의 할로젠화물 및 알칼리 토금속의 할로젠화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 전자 주입층이 이들 알칼리 금속 칼코게나이드 등으로 구성되어 있으면, 전자 주입성을 더욱 향상시킬 수 있다는 점에서 바람직하다. 구체적으로, 바람직한 알칼리 금속 칼코게나이드로서는, 예컨대 Li2O, LiO, Na2S, Na2Se 및 NaO를 들 수 있고, 바람직한 알칼리 토금속 칼코게나이드로서는, 예컨대 CaO, BaO, SrO, BeO, BaS 및 CaSe를 들 수 있다. 또한, 바람직한 알칼리 금속의 할로젠화물로서는, 예컨대, LiF, NaF, KF, LiCl, KCl 및 NaCl 등을 들 수 있다. 또한, 바람직한 알칼리 토금속의 할로젠화물로서는, 예컨대 CaF2, BaF2, SrF2, MgF2 및 BeF2와 같은 불화물, 및 불화물 이외의 할로젠화물을 들 수 있다.
또한, 전자 수송층을 설치할 수도 있다. 전자 수송층을 구성하는 반도체로서는 Ba, Ca, Sr, Yb, Al, Ga, In, Li, Na, Cd, Mg, Si, Ta, Sb 및 Zn중 하나 이상의 원소를 포함하는 산화물, 질화물 또는 산화 질화물 등의 1종 단독 또는 2종 이상의 조합을 들 수 있다. 또한, 전자 수송층을 구성하는 무기 화합물이 미결정 또는 비결정질인 절연성 박막인 것이 바람직하다. 전자 수송층이 이들 절연성 박막으로 구성되어 있으면, 보다 균질한 박막이 형성되기 때문에, 다크 스폿 등의 화소 결함을 감소시킬 수 있다. 한편, 이러한 무기 화합물로서는 전술한 알칼리 금속 칼코게나이드, 알칼리 토금속 칼코게나이드, 알칼리 금속의 할로젠화물 및 알칼리 토금속의 할로젠화물 등을 들 수 있다.
(5) 음극
음극으로서는 일함수가 작은 (4eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 전극 물질로 하는 것이 사용된다. 이러한 전극 물질의 구체예로서는, 나트륨, 나트륨·칼륨 합금, 마그네슘, 리튬, 마그네슘·은 합금, 알루미늄/산화 알루미늄, 알루미늄·리튬 합금, 인듐, 희토류 금속 등을 들 수 있다.
이 음극은 이들 전극 물질을 증착 또는 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시킴으로써 제조할 수 있다.
여기서, 발광층으로부터의 발광을 음극으로부터 취출하는 경우, 음극의 발광에 대한 투과율은 10% 보다 크게 하는 것이 바람직하다.
또한, 음극으로서의 시트 저항은 수백 Ω/□ 이하가 바람직하고, 막 두께는 보통 10㎚ 내지 1㎛, 바람직하게는 50 내지 200㎚이다.
(6) 절연층
유기 EL 소자는 초박막에 전계를 인가하기 때문에 누출 및 쇼트에 의한 화소 결함이 발생되기 쉽다. 이를 방지하기 위해, 한 쌍의 전극 사이에 절연성 박막층을 삽입하는 것이 바람직하다.
절연층에 사용되는 재료로서는, 예컨대 산화 알루미늄, 불화 리튬, 산화 리튬, 불화 세슘, 산화 세슘, 산화 마그네슘, 불화 마그네슘, 산화 칼슘, 불화 칼슘, 질화 알루미늄, 산화 타이타늄, 산화 규소, 산화 게르마늄, 질화 규소, 질화 붕소, 산화 몰리브덴, 산화 루테늄, 산화 바나듐 등을 들 수 있다.
이들의 혼합물 및 적층물을 사용할 수 있다.
이상, 예시한 재료 및 방법에 의해 양극, 발광층, 필요에 따라 정공 주입층, 및 필요에 따라 전자 주입층을 형성하고, 추가로 음극을 형성함으로써 유기 EL 소자를 제조할 수 있다. 또한 음극으로부터 양극으로, 상기와 반대의 순서로 유기 EL 소자를 제조할 수도 있다.
이하, 투광성 기판상에 양극/정공 주입층/발광층/전자 주입층/음극이 순차적으로 설치된 구성의 유기 EL 소자의 제조예를 기재한다.
우선, 적당한 투광성 기판상에 양극 재료로 이루어진 박막을 1㎛ 이하, 바람직하게는 10 내지 200㎚의 범위의 막 두께가 되도록 증착 및 스퍼터링 등의 방법에 의해 형성하여 양극을 제조한다.
다음으로, 이 양극 상에 정공 주입층을 설치한다. 정공 주입층의 형성은 전 술한 바와 같이 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스팅법, LB법 등의 방법에 의해 실시할 수 있지만, 균질한 막이 수득되기 용이하고 또한 핀홀이 발생하기 어렵다는 점 등에서 진공 증착법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 진공 증착법에 의해 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 사용하는 화합물(정공 주입층의 재료), 목적으로 하는 정공 주입층의 결정 구조 및 재결합 구조 등에 따라 다르지만, 일반적으로 증착원 온도 50 내지 450℃, 진공도 10-7 내지 10-3torr, 증착 속도 0.01 내지 50㎚/초, 기판 온도 -50 내지 300℃, 막 두께 5㎚ 내지 5㎛의 범위에서 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
다음으로, 정공 주입층상에 발광층을 설치하는 발광층의 형성도, 원하는 유기 발광 재료를 이용하여 진공 증착법, 스퍼터링, 스핀 코팅법, 캐스팅법 등의 방법에 의해 유기 발광 재료를 박막화함으로써 형성할 수 있지만, 균질한 막이 수득되기 용이하고 또한 핀홀이 발생하기 어려운 점 등에서 진공 증착법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 진공 증착법에 의해 발광층을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층과 동일한 조건 범위 중에서 선택할 수 있다.
다음으로, 이 발광층상에 전자 주입층을 설치한다. 정공 주입층, 발광층과 마찬가지로 균질한 막을 수득할 필요성에서 진공 증착법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 증착 조건은 정공 주입층, 발광층과 동일한 조건 범위에서 선택할 수 있다.
마지막으로 음극을 적층하여 유기 EL 소자를 수득할 수 있다.
음극은 금속으로 구성되는 것으로, 증착법, 스퍼터링을 이용할 수 있다. 그러나, 기저의 유기물층을 제막시의 손상으로부터 지키기 위해서는 진공 증착법이 바람직하다.
지금까지 기재한 유기 EL 소자의 제조는 일회의 진공 흡인으로 일괄적으로 양극에서 음극까지 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 EL 소자의 각 층의 형성 방법은 특별히 한정되지 않는다. 종래 공지된 진공 증착법, 스핀 코팅법 등에 의한 형성 방법을 이용할 수 있다. 또한, 유기 박막층은, 진공 증착법, 분자선 증착법(MBE법) 또는 용매에 녹인 용액의 딥핑법, 스핀 코팅법, 캐스팅법, 바 코팅법, 롤 코팅법 등의 도포법에 의한 공지된 방법으로 형성할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자의 각 유기층의 막 두께는 특별히 제한되지 않지만, 일반적으로 막 두께가 과도하게 얇으면 핀 홀 등의 결함이 생기기 쉽고, 반대로 과도하게 두꺼우면 높은 인가 전압이 필요해져 효율이 나빠지기 때문에, 통상 수 ㎚에서 1㎛의 범위가 바람직하다.
한편, 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가하는 경우, 양극을 ＋, 음극을 －의 극성으로 하여 5 내지 40V의 전압을 인가하면 발광을 관측할 수 있다. 또한, 반대의 극성으로 전압을 인가해도 전류는 흐르지 않고 발광은 전혀 생기지 않는다. 또한 교류 전압을 인가한 경우에는 양극이 ＋, 음극이 －의 극성이 되었을 때만 균일한 발광이 관측된다. 인가하는 교류의 파형은 임의일 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자는 색순도가 양호한 내로우밴드의 발광을 하고, 특히 청색 발광하는 소자로서 우수하다. 또한, 수명도 개선되었다.
이하, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.
한편, 각 실시예에서 사용한 화합물의 성질 및 제조한 소자는 다음의 방법으로 평가하였다.
(1) 에너지 갭: 벤젠 중의 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 측정하였다. 구체적으로는, 시판되는 가시 자외 분광 광도계를 이용하여 흡수 스펙트럼을 측정하고, 그 흡수 스펙트럼이 오르기 시작하는 파장으로부터 산출한다.
(2) 휘도: 분광 방사 휘도계(CS-1000, 미놀타제)에 의해 측정하였다.
(3) 발광 극대 파장의 발광 강도: 제조하는 EL 소자와 동일한 조건으로 제 1 발광층 및 제 2 발광층의 단층막을 각각 제조하고, 시판되는 형광 측정 장치를 이용하여 각각의 단층막의 형광 스펙트럼을 측정한다. 수득된 제 1 발광층의 형광 스펙트럼으로부터, 제 1 발광층의 발광 극대 파장(a)에서, 제 1 발광층의 형광 강도(Ia)를 측정한다. 마찬가지로, 수득된 제 2 발광층의 형광 스펙트럼으로부터 제 2 발광층의 발광 극대 파장(b)에서 제 2 발광층의 형광 강도(Ib)를 측정한다.
제 1 발광층과 제 2 발광층의 발광 극대 파장이 충분히 떨어져 있는 경우에는, EL 소자의 발광 스펙트럼에 있어서의 a, b 파장에 있어서의 발광 강도(Ia, Ib) 가 각각 I1, I2와 근사할 수 있다.
제 1 발광층과 제 2 발광층의 발광 극대 파장이 근접하고 있는 경우에는, EL 소자 전체의 발광 스펙트럼은 제 1 발광층으로부터의 발광 스펙트럼과 제 2 발광층으로부터의 발광 스펙트럼의 합이 된다고 가정할 수 있다.
따라서, 수득된 제 1 발광층의 형광 스펙트럼에 있어서 파장(a,b)의 형광 강도(I1a, I1b)를 측정한다. 마찬가지로, 제 2 발광층의 형광 스펙트럼에 있어서 파장(a, b)의 형광 강도(I2a, I2b)를 측정한다. I1, I2에 대하여 하기 식이 성립한다.
Ia = I1*I1a ＋ I2*I2a
Ib = I1*I1b ＋ I2*I2b
상기 식으로부터 I1, I2의 비를 구할 수 있다.
(4) 발광 효율: 멀티미터를 이용하여 측정한 전류 밀도치와 휘도(100nit)로부터 산출하였다.
(5) C.I.E 색도 좌표: (2)와 동일하게 하여 측정하여 수득된다.
(6) 반감 수명: 초기 휘도 1000nit, 정전류 조건 하에서 밀봉한 소자에 대하여 측정을 실시하였다(실온).
(7) 전자 이동도: 타임 오브 플라이트법에 의해 산출하였다. 구체적으로는, ITO/유기층(전자 주입층 등, 층 두께 1 내지 2㎛)/Al의 구성으로 한 것에 대하여 광 조사에 의해 발생하는 과도 전류의 시간 특성(과도 특성시간)을 측정하고, 다음 식에 의해 전자 이동도를 산출하였다.
전자 이동도=(유기층 두께)2/(과도 특성 시간·전계 강도)
실시예에 있어서 사용한 화합물을 이하에 나타낸다.
Figure 112005026008410-pct00030
Figure 112005026008410-pct00031
실시예 1
25㎜×75㎜×1.1㎜ 두께의 ITO 투명 전극 부착 유리 기판(지오마틱사 제품)을 아이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 5분간 실시한 후, UV 오존 세정을 30분간 실시하였다.
세정 후의 투명 전극 라인 부착 유리 기판을 진공 증착 장치의 기판 홀더에 장착하고, 우선 투명 전극 라인이 형성되어 있는 측면 상에 상기 투명 전극을 덮도록 하여 막 두께 60㎚의 N,N'-비스(N,N'-다이페닐-4-아미노페닐)-N,N-다이페닐-4,4'-다이아미노-1,1'-바이페닐막(이하 "TPD232막"이라 약기함)을 성막하였다. 이 TPD232막은 정공 주입층으로서 기능한다.
TPD232막의 성막에 계속해서, TPD232막상에 막 두께 20㎚의 N,N,N',N'-테트라(4-바이페닐)-다이아미노바이페닐렌층(이하, "TBDB층")을 성막하였다. 이 막은 정공 수송층으로서 기능한다.
또한, 제 1 발광층의 호스트재로서 H1을, 제 1 도펀트로서 D1을, D1:H1의 비가 1.0:20(중량비)이 되도록 증착하여 막 두께 20㎚의 층을 형성하였다(제 1 도펀트 약 5.4몰%). 이 층은 제 1 발광층으로서 기능한다.
또한, 제 2 발광층의 호스트재로서 H1을, 제 2 도펀트로서 D2를, D2:H1의 비가 1.0:20(중량비)이 되도록 증착하여, 막 두께 20㎚의 층을 형성하였다(제 2 도펀트 약 5.7몰%). 이 층은 제 2 발광층으로서 기능한다.
이 막 위에 막 두께 10㎚의 Alq막을 성막하였다. 이것은 전자 주입층으로서 기능한다.
한편, Alq의 전자 이동도는 5×10-6㎝2/(V·초)이다(E=5×105V/㎝).
다음으로, 환원성 도펀트인 Li(Li원: 사에스 게터사 제품)와 Alq를 2원 증착시키고, 전자 주입층(음극)으로서 Alq:Li막(막 두께 10㎚)을 형성하였다. 이 Alq:Li막 상에 금속 Al을 증착시켜 금속 음극을 형성하여 유기 EL 발광 소자를 형성하였다.
실시예 2
제 1 발광층의 막 두께를 10㎚로 하고, D1:H1의 비를 0.3:10(중량비)로 하고, 제 2 발광층의 막 두께를 30㎚로 하고, D2:H1의 비를 1.4:30(중량비)으로 한 점 외에는 실시예 1과 완전히 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다(제 1 도펀트 약 3.3몰%, 제 2 도펀트 약 5.3몰%).
실시예 3
제 1 발광층의 막 두께를 20㎚로 하고, D1:H1의 비를 0.5:20(중량비)로 하고, 제 2 발광층의 막 두께를 20㎚로 하고, D2:H1의 비를 1.0:20(중량비)로 한 점 외에는 실시예 1과 완전히 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다(제 1 도펀트 약 2.8몰%, 제 2 도펀트 약 5.7몰%).
실시예 4
제 1 발광층의 막 두께를 20㎚로 하고, D1 대신 D2를 이용하고, D2:H1의 비를 1.0:20(중량비)로 하고, 제 2 발광층의 막 두께를 20㎚로 하고, D2 대신 D3을 이용하고, D3:H1의 비를 1.0:20(중량비)로 한 점 외에는 실시예 1과 완전히 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다(제 1 도펀트 약 5.7몰%, 제 2 도펀트 약 4.8몰%).
실시예 5
전자 주입층을 형성하는 Alq 대신에 ETM-020를 사용한 점 외에는 실시예 4와 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다.
한편, ETM-020의 전자 이동도는 4×10-4㎝2/(V·초)이다(E=5×105V/㎝).
비교예 1
제 1 발광층의 막 두께를 20㎚로 하고, D1:H1의 비를 1.0:20(중량비)로 하고, 제 2 발광층의 막 두께를 20㎚로 하고, D2를 사용하지 않은 점 외에는 실시예 1과 완전히 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다(제 1 도펀트 약 5.4몰%, 제 2 도펀트 0몰%).
비교예 2
제 1 발광층의 막 두께를 20㎚로 하고, D1 대신 D2를 사용하고, D2:H1의 비를 1.0:20(중량비)로 하고, 제 2 발광층의 막 두께를 20㎚로 하고, D2를 사용하지 않은 점 외에는 실시예 1과 완전히 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다(제 1 도펀트 약 5.7몰%, 제 2 도펀트 0몰%).
비교예 3
제 1 발광층의 막 두께를 20㎚로 하고, D1 대신 D2를 사용하고, D2:H1의 비를 1.0:20(중량비)로 하고, 제 2 발광층의 막 두께를 20㎚로 하고, D1:H1의 비를 1.0:20(중량비)로 한 점 외에는 실시예 1과 완전히 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다(제 1 도펀트 약 5.7몰%, 제 2 도펀트 약 5.4몰%).
비교예 4
제 1 발광층의 막 두께를 20㎚로 하고, D1 대신 D3을 사용하고, D3:H1의 비 를 1.0:20(중량비)로 하고, 제 2 발광층의 막 두께를 20㎚로 하고, D2를 사용하지 않은 점 외에는 실시예 1과 완전히 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다(제 1 도펀트 약 4.8몰%, 제 2 도펀트 0몰%).
비교예 5
제 1 발광층의 막 두께를 20㎚로 하고, D1 대신 D3을 이용하고, D3:H1의 비를 1.0:20(중량비)로 하고, D2:H1의 비를 1.0:20(중량비)로 한 점 외에는 실시예 1과 완전히 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다(제 1 도펀트 약 4.8몰%, 제 2 도펀트 약 5.7몰%).
비교예 6
제 2 발광층을, 제 1 발광층과 동일한 구성으로 한 점 외에는 실시예 5와 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 6에서 제조한 유기 EL 소자에 대하여 각 유기 EL 소자의 발광층의 구성, 제 1 발광층에서 유래되는 발광 스펙트럼의 발광 극대 파장의 발광 강도(I1)와 상기 제 2 발광층에서 유래되는 발광 스펙트럼의 발광 극대 파장의 발광 강도(I2)의 비(I1/I2), 초기의 발광 효율, C.I.E 색도 좌표 및 반감 수명을 측정하였다. 표 1에 결과를 나타내었다.
Figure 112005026008410-pct00032
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 에너지 갭이 큰 도펀트만을 이용한 유기 EL 소자는 색순도는 양호하지만 발광 효율이 낮아서 반감 수명도 짧았다. 반대로, 에너지 갭이 작은 도펀트만을 이용한 유기 EL 소자는 발광 효율이 높아서 반감 수명이 길지만, 색순도는 나빠서 풀컬러 용도로는 적합하지 않았다.
그러나, 본 발명의 유기 EL 소자는 단순히 에너지 갭이 큰 도펀트만을 이용한 경우에 비해 수명·발광 효율 모두 개선되고 색순도도 거의 변하지 않기 때문에, 풀컬러 용도로 매우 적합하다는 것이 밝혀졌다.
또한, 실시예 5 및 비교예 6에 있어서, 전자 주입층에 전자 이동도가 높은 ETM-020을 사용함으로써, 제 1 발광층만을 발광시킬 수(I2=0) 있었다. 이 경우에 있어서, 제 1 도펀트와 제 2 도펀트의 에너지 갭이 본 발명의 요건을 만족시킴으로써 반감 수명을 현저히 향상시킬 수 있어서, 본 발명의 효과는 절대적이라는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따르면, 색순도가 높은 내로우밴드 발광을 실시하고 장수명인 유기 EL 소자를 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 양극,
    적어도 제 1 호스트 재료와 제 1 도펀트로 이루어진 제 1 발광층,
    적어도 제 2 호스트 재료와 제 2 도펀트로 이루어진 제 2 발광층,
    전자 주입층, 및
    음극을 순서대로 포함하며,
    상기 제 1 호스트 재료의 에너지 갭(Egh1), 상기 제 1 도펀트의 에너지 갭(Egd1), 상기 제 2 호스트 재료의 에너지 갭(Egh2) 및 상기 제 2 도펀트의 에너지 갭(Egd2)이 하기 식을 만족시키고,
    또한, 상기 제 1 발광층에서 유래하는 발광 스펙트럼의 발광 극대 파장의 발광 강도(I1) 및 상기 제 2 발광층에서 유래하는 발광 스펙트럼의 발광 극대 파장의 발광 강도(I2)가 하기 식을 만족시키고,
    또한, 상기 전자 주입층의 전자 이동도가 10-4㎝2/(V·초) 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자.
    Egh1 > Egd1
    Egh2 > Egd2
    Egd1 > Egd2
    Egd1 > 2.7eV
    I1 > 3.5×I2
  2. 제 1 항에 있어서,
    I1 > 5×I2의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    Egd2 > 2.7eV인 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층에서, 상기 제 1 호스트 재료에 대한 상기 제 1 도펀트의 비율이 0.1 내지 10mol%인 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 발광층에서, 상기 제 2 호스트 재료에 대한 상기 제 2 도펀트의 비율이 0.1 내지 10mol%인 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2 호스트 재료의 하나 이상이 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자.
    화학식 1
    Figure 112010048580415-pct00033
    상기 식에서,
    Ar1은 핵탄소수 6 내지 50의 방향족환이고,
    X는 치환기이고,
    m은 1 내지 5의 정수이고,
    n은 0 내지 6의 정수이며,
    m≥2일 때, Ar1는 각각 동일하거나 상이할 수 있고, n≥2일 때, X는 각각 동일하거나 상이할 수 있다.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 호스트 재료와 상기 제 2 호스트 재료가 동일한 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2 도펀트 재료의 하나 이상이 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자.
    화학식 2
    Figure 112010048580415-pct00034
    상기 식에서,
    Ar2 내지 Ar4는 치환 또는 비치환된 핵탄소수 6 내지 50의 방향족기, 치환 또는 비치환된 스타이릴기이며,
    p는 1 내지 4의 정수이며,
    p≥2일 때, Ar3 및 Ar4는 각각 동일하거나 상이할 수 있다.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광층의 막 두께가 10㎚ 이상인 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 주입층이 질소-함유 헤테로환 유도체로 이루어진 유기 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 질소-함유 헤테로환 유도체로 이루어진 유기 화합물이 이미다조피라진 유도체 및/또는 이미다졸 유도체인 것을 특징으로 하는 유기 전기발광 소자.
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