KR101358478B1

KR101358478B1 - 유기 전계 발광 소자

Info

Publication number: KR101358478B1
Application number: KR1020117029524A
Authority: KR
Inventors: 가즈끼 니시무라; 유이치로 가와무라; 도시나리 오기와라; 히또시 구마; 겐이찌 후꾸오까; 치시오 호소까와
Original assignee: 이데미쓰 고산 가부시키가이샤
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2014-02-05
Also published as: CN102439749A; US20100314644A1; EP2442379A1; KR20120034646A; JP5231640B2; WO2010143434A1; TW201106780A; EP2442379B1; JPWO2010143434A1; EP2442379A4; EP3104428B1; EP3104428A1

Abstract

본 발명은 대향하는 양극과 음극 사이에, 양극측에서부터 정공 수송 대역과 발광층과 전자 수송 대역을 이 순서대로 구비하며, 상기 발광층은 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층으로 형성되며, 상기 청색 발광층은 호스트 BH와 형광 발광성 도펀트 FBD를 포함하고, 상기 형광 발광성 도펀트 FBD의 3중항 에너지 E^T _fbd가 상기 호스트 BH의 3중항 에너지 E^T _bh보다 크고, 상기 녹색 발광층은 호스트 GH와 인광 발광성 도펀트 PGD를 포함하고, 상기 전자 수송 대역 내에, 상기 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층에 인접하여 공통의 전자 수송층이 설치되고, 상기 전자 수송층을 구성하는 재료의 3중항 에너지 E^T _el이 E^T _bh보다 크고, 상기 호스트 GH와 상기 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차가 0.4 eV 이내인 유기 전계 발광 소자를 제공한다.

Description

유기 전계 발광 소자 {ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT}

본 발명은 유기 전계 발광(EL) 소자, 특히 고효율의 유기 EL 소자에 관한 것이다.

유기 EL 소자를 그의 발광 원리에 따라 분류하면, 형광형과 인광형의 두 종류로 나눌 수 있다. 유기 EL 소자에 전압을 인가하면, 양극으로부터 정공이, 또한 음극으로부터 전자가 주입되고, 발광층에 있어서 이들이 재결합하여 여기자를 형성한다. 형성된 여기자는, 전자 스핀의 통계 규칙에 의해 1중항 여기자와 3중항 여기자가 되고, 이들은 25 ％:75 ％의 비율로 생성된다. 이 때문에, 1중항 여기자에 의한 형광 발광의 내부 양자 효율은 25 ％가 한계라 불리고 있다. 형광 재료를 이용한 형광형 소자는 최근 장기 수명화 기술이 진전되어, 휴대 전화나 텔레비전 등의 풀컬러 디스플레이에 응용되고 있지만, 고효율화가 과제였다.

형광형 소자의 고효율화 기술과 관련하여, 지금까지 유효 활용되지 않았던 3중항 여기자로부터 발광을 취출하는 기술이 몇가지 개시되어 있다. 예를 들면 비특허문헌 1에서는, 안트라센계 화합물을 호스트 재료에 이용한 비도핑 소자를 해석하고, 메카니즘으로서, 2개의 3중항 여기자가 충돌 융합함으로써 1중항 여기자가 생성되고, 그 결과 형광 발광이 증가하고 있다. 그러나 비특허문헌 1에서는, 호스트 재료뿐인 비도핑 소자에 있어서, 3중항 여기자가 충돌 융합함으로써 형광 발광의 증가가 확인된 것을 개시할 뿐, 3중항 여기자에 의한 효율의 증가분은 3 내지 6 ％로 낮은 효과였다.

비특허문헌 2에는, 청색 형광 소자에 있어서 내부 양자 효율 28.5 ％라는 종래의 이론 한계값 25 ％를 초과하는 보고가 이루어져 있다. 그러나 25 ％를 초과하기 위한 기술적 수단은 하등 개시되어 있지 않으며, 풀컬러 유기 EL 텔레비전의 실용화라는 관점에서는 한층 더 고효율화가 요구되고 있었다.

또한, 형광 소자에 있어서 3중항 여기자를 이용한 별도의 예가 특허문헌 1에 개시되어 있다. 통상의 유기 분자에서는, 최저 3중항 여기 상태(T1)는 최저 1중항 여기 상태(S1)보다도 낮지만, 높은 3중항 여기 상태(T2)는 S1보다도 높은 경우가 있다. 이러한 경우에 T2로부터 S1로의 천이가 발생함으로써, 1중항 여기 상태에서의 발광을 얻을 수 있다고 되어 있다. 그러나, 실제로는 외부양자 효율은 6 ％ 정도(광취출 효율을 25 ％로 하면, 내부 양자 효율 24 ％)이고, 종래부터 언급되어 있는 한계값 25 ％를 초과하는 것은 아니었다. 또한, 여기서의 메카니즘은 1 분자 내에서의 3중항 여기 상태로부터 1중항 여기 상태로의 항간 교차에 의한 것으로, 비특허문헌 1이 개시하고 있는 2개의 3중항 여기자의 충돌에 의한 1중항의 생성 현상은 일어나지 않았다.

특허문헌 2, 3에는, 형광 소자에 있어서 BCP(바소큐프로인)나 BPhen 등의 페난트롤린 유도체를 정공 장벽층에 이용함으로써, 정공 장벽층과 발광층의 계면에서의 정공의 밀도를 높여, 효율적으로 재결합을 일으키는 기술이 개시되어 있다. 그러나, BCP(바소큐프로인)나 BPhen 등의 페난트롤린 유도체는 정공에 대하여 취약성이 있고, 산화 내구성이 떨어져, 소자의 장기 수명화라는 관점에서는 성능이 불충분하였다.

또한, 특허문헌 4, 5에는, 형광 소자에 있어서, 발광층과 접하는 전자 수송층의 재료로서 안트라센 유도체 등의 방향족 화합물을 이용한 예가 개시되어 있다. 그러나, 이들은 생성된 1중항 여기자가 짧은 시간 사이에 형광 발광하는 것을 전제로 설계된 소자이기 때문에, 이른바 인광 소자로 통상 설계되는 전자 수송층의 3중항 에너지와의 관계에 대해서는 고려되어 있지 않으며, 실제로 전자 수송층의 3중항 에너지가 발광층의 3중항 에너지에 비하여 작기 때문에, 발광층 내에서 생성된 3중항 여기자는 전자 수송층까지 확산되고, 그 후 열적 실활 과정을 거치고 있어, 종래의 형광 발광의 이론 한계값인 25 ％를 초과하는 것이 곤란하였다. 또한, 전자 수송층의 친화도가 지나치게 크기 때문에, 친화도가 작은 발광층에 대한 전자 주입성이 나빠, 고효율화라는 효과는 반드시 얻어지는 것은 아니었다. 또한, 특허문헌 6에는, 긴 수명·고효율의 청색 발광을 나타내는 플루오란텐계 도펀트를 이용한 소자가 개시되어 있지만, 반드시 고효율이라고는 할 수 없었다.

또한, 인광형은 직접 3중항 여기자로부터의 발광을 이용한다. 1중항 여기자도 발광 분자 내부의 스핀 전환에 의해 3중항 여기자로 변환되기 때문에, 원리적으로는 100 ％ 가까운 내부 발광 효율이 얻어질 것으로 기대되고 있다. 이 때문에, 2000년에 포레스트(Forrest) 등에 의해 Ir 착체를 이용한 인광 발광 소자가 발표된 이래, 유기 EL 소자의 고효율화 기술로서 인광 발광 소자가 주목받고 있다. 그러나, 적색 인광 소자는 실용화의 영역에 도달하고 있지만, 녹색, 청색 인광 소자에 대해서는 형광형 소자에 비하여 수명이 짧고, 특히 청색 인광에 대해서는 수명뿐만 아니라 색 순도나 발광 효율이 불충분하다는 과제가 있어, 실용화에는 이르고 있지 않은 것이 현실이다.

한편, 풀컬러의 유기 EL 소자를 얻기 위해서, 발광층을 청색 형광 발광층, 녹색 인광 발광층, 적색 인광 발광층으로 분할 도포하는 방법이 있다. 이 경우, 발광층 이외의 주변층을, 3개의 발광층에 대하여 공통층으로 함으로써, 제조 공정이 줄어 양산이 용이해진다. 그러나, 청색 형광 발광층, 녹색 인광 발광층, 적색 인광 발광층에서는, 구성하는 재료의 물성값, 예를 들면 친화도나 이온화 포텐셜, 에너지갭 등이 크게 상이하다. 따라서, 주변층을 공통층으로 했을 때에는, 에너지갭이 가장 큰 녹색 인광 발광층에 대하여 캐리어 주입성의 최적화를 도모하는 구성을 취하기 위해, 그것 이외의 발광층(특히 청색 형광 발광층)에 대해서 성능의 저하가 발생하고 있었다.

특허문헌 9에는, 발광층을, 형광 발광성 도펀트를 포함하는 청색 발광층, 인광 발광성 도펀트를 포함하는 녹색 발광층, 인광 발광성 도펀트를 포함하는 적색 발광층으로 구성하고, 정공 억제층을 공통층으로서 설치하는 소자가 기재되어 있다.

정공 억제층을 공통층으로 함으로써 제조 공정을 줄이고 있지만, 정공 억제층을 공통층으로서 이용함으로써, 정공 장벽층으로부터 각 발광층에 대한 전자 주입이 과제가 되고 있었다. 실제로, 청색 발광층과 정공 억제층과의 친화도의 차는 0.2 eV 정도로 작지만, 녹색 발광층에 CBP와 같은 친화도가 작은 재료를 이용하고 있기 때문에, 정공 억제층과의 친화도의 차가 크고, 0.6 eV 정도로 되어 있다. 이 때문에 녹색 발광층에 있어서 전자 주입성이 저하되고, 구동 전압이 높아져 있다. 또한, 녹색 인광 발광층과 정공 억제층의 계면에 결합 영역이 집중되기 때문에, 여기자의 확산이 커서 녹색 발광층의 발광 효율이 향상되지 않았다.

특허문헌 10에는, 인광 발광성 도펀트를 포함하는 발광층과, 전자 수송층의 친화도의 차 ΔAf가 0.2<ΔAf≤0.65 eV인 유기 EL 소자가 개시되어 있다. 그러나, 청색 발광층, 녹색 발광층, 적색 발광층의 분할 도포를 행하는 경우, 발광층의 효율화에 대해서는 개시가 이루어지지 않았다.

일본 특허 공개 제2004-214180호 공보 일본 특허 공개 (평)10-79297호 공보 일본 특허 공개 제2002-100478호 공보 일본 특허 공개 제2003-338377호 공보 WO2008/062773 WO2007/100010 일본 특허 공표 2002-525808호 공보 US 등록 공보 7018723 일본 특허 공개 제2005-158676호 공보 WO2005/076668

Journal of Applied Physics, 102, 114504(2007) SID2008 DIGEST, 709(2008)

따라서, 본 발명자들은, 비특허문헌 1에 기재된 어느 현상, 즉 2개의 3중항 여기자의 충돌 융합에 의해 1중항 여기자가 생성되는 현상(이하, Triplet-Triplet Fusion=TTF 현상이라 함)에 주목하고, TTF 현상을 효율적으로 일으켜 형광 소자의 고효율화를 도모하는 검토를 실시하였다. 구체적으로는, 형광 소자에 이용할 수 있는 호스트 재료(단순히 호스트라 하는 경우가 있음), 형광 발광성 도펀트 재료(단순히 도펀트라 하는 경우가 있음)의 조합을 다양하게 검토한 결과, 호스트와 도펀트의 3중항 에너지가 특정한 관계에 있으며, 발광층의 음극측 계면에 인접하는 층으로서, 3중항 에너지가 큰 재료를 이용한 경우에, 3중항 여기자가 발광층 내에 갇혀, TTF 현상을 효율적으로 일으키고 형광 소자의 고효율과 긴 수명을 실현하기에 이르렀다.

또한, 풀컬러 소자에 있어서의 청색 형광 발광층, 녹색 인광 발광층 및 적색 인광 발광층의 각각의 호스트의 친화도의 관계에 주목하여, 전자 주입성을 개선하고, 청색 형광 발광층, 녹색 인광 발광층 및 적색 인광 발광층에 공통되어 설치되는 전자 수송층에 이용되는 재료의 관계를 발견하여, 풀컬러 소자의 고효율화를 실현하기에 이르렀다.

또한, 인광형 소자에 있어서, 1중항 여기자에 비하여 여기자 수명이 긴 3중항 여기자의 발광층 밖으로의 확산을 방지할 목적으로, 발광층의 음극측 계면에 인접하는 층으로서, 3중항 에너지가 큰 재료를 이용함으로써 고효율을 달성하는 것이 알려져 있다. 일본 특허 공표 2002-525808호 공보에는 발광층에 인접하도록 페난트롤린 유도체인 BCP(바소큐프로인)로 이루어지는 장벽층을 설치하고, 정공이나 여기자를 가둠으로써 고효율화를 도모하는 기술이 개시되어 있다. 또한, US 등록 공보 7018723에 있어서는, 특정한 방향족환 화합물을 정공 장벽층에 이용하여 고효율·장기 수명화를 도모하고 있다. 그러나, 이들 문헌은 인광형 소자에 있어서는, 상기 TTF 현상은 TTA(Triplet-Triplet Annihilation: 3중항 소멸)라 불리며, 인광의 특징인 3중항 여기자로부터의 발광을 손상시키는 현상으로서 알려져 있고, 본 발명과 같이 3중항 여기자를 발광층 내에 효율적으로 가두는 것이, 인광형 소자에 있어서는 반드시 고효율화로는 연결되지 않는다고 할 수 있다.

본 발명의 목적은, 청색 발광층, 녹색 발광층, 적색 발광층을 갖는 유기 EL 소자에 있어서, 제조 비용을 높게 하지 않고, 효율 및 수명을 개선하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이하의 유기 EL 소자가 제공된다.

1. 대향하는 양극과 음극 사이에, 양극측에서부터 정공 수송 대역과 발광층과 전자 수송 대역을 이 순서대로 구비하며,

상기 발광층은 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층으로 형성되고,

상기 청색 발광층은 호스트 BH와 형광 발광성 도펀트 FBD를 포함하고,

상기 형광 발광성 도펀트 FBD의 3중항 에너지 E^T _fbd가 상기 호스트 BH의 3중항 에너지 E^T _bh보다 크고,

상기 녹색 발광층은 호스트 GH와 인광 발광성 도펀트 PGD를 포함하고,

상기 전자 수송 대역 내에, 상기 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층에 인접하여 공통의 전자 수송층이 설치되고, 상기 전자 수송층을 구성하는 재료의 3중항 에너지 E^T _el이 E^T _bh보다 크고,

상기 호스트 GH와 상기 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차가 0.4 eV 이내인 유기 전계 발광 소자.

2. 제1항에 있어서, 상기 적색 발광층은 호스트 RH와 인광 발광성 도펀트 PRD를 포함하고,

상기 호스트 RH와 상기 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차가 0.4 eV 이내인 유기 전계 발광 소자.

3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 호스트 BH와 상기 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차가 0.4 eV 이내인 유기 전계 발광 소자.

4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 수송층을 구성하는 재료의 전자 이동도가, 전계 강도 0.04 내지 0.5 MV/cm의 범위에서 10^-6 ㎠/Vs 이상인 유기 전계 발광 소자.

5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 수송 대역 내에, 상기 전자 수송층과 상기 음극 사이에 전자 주입층이 설치되어 있는 유기 전계 발광 소자.

6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 호스트 GH의 친화도 Af_gh가 2.6 eV 이상인 유기 전계 발광 소자.

7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도펀트 GD의 이온화 포텐셜 Ip_gd가 5.2 eV 이상인 유기 전계 발광 소자.

8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 청색 발광층, 상기 녹색 발광층, 상기 적색 발광층 중 적어도 하나의 발광층에 제2 도펀트를 포함하는 유기 전계 발광 소자.

9. 제8항에 있어서, 상기 녹색 발광층이 제2 도펀트 GD2를 포함하는 유기 전계 발광 소자.

10. 제9항에 있어서, 상기 제2 도펀트 GD2의 친화도 Af_gd2와 상기 호스트 GH의 친화도 Af_gh의 차가 0.4 eV 이내인 유기 전계 발광 소자.

11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 호스트 BH가 환식 구조 이외에 이중 결합을 포함하지 않는 화합물인 유기 전계 발광 소자.

본 발명에 따르면, 청색 발광층, 녹색 발광층, 적색 발광층을 갖는 유기 EL 소자에 있어서, 제조 비용을 높게 하지 않고, 효율 및 수명을 개선할 수 있다.

[도 1] 본 발명의 한 실시 형태에 따른 유기 EL 소자의 구성을 도시한 도면이다.
[도 2] 본 발명의 한 실시 형태에 따른 청색 발광층의 에너지 상태를 도시한 도면이다.
[도 3] 본 발명의 한 실시 형태에 따른 녹색 발광층의 에너지 상태를 도시한 도면이다.

본 발명의 유기 EL 소자의 구성에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 따른 유기 EL 소자의 구성을 도시한 도면이다.

유기 EL 소자 (1)은, 기판 상 (60)의 대향하는 양극 (10)과 음극 (50) 사이에, 양극 (10)측으로부터, 정공 수송 대역 (20)과 발광층 (30)과 전자 수송 대역 (40)을 이 순서대로 구비한다.

발광층 (30)은 청색 발광층 (32), 녹색 발광층 (34) 및 적색 발광층 (36)으로부터 형성된다. 상기 발광층 (30)은 기판면에 대하여 수직 방향으로 적색 발광층 (36), 녹색 발광층 (34), 청색 발광층 (32)가 병치하여 설치된다. 청색 발광층 (32)는 호스트 BH와 형광 발광성 도펀트 FBD를 포함하고, 녹색 발광층 (34)는 호스트 GH와 인광 발광성 도펀트 PGD를 포함하고, 바람직하게는 적색 발광층 (36)은 호스트 RH와 인광 발광성 도펀트 PRD를 포함한다.

또한, 전자 수송 대역 (40) 내에, 청색 발광층 (32), 녹색 발광층 (34) 및 적색 발광층 (36)에 인접하여 공통의 전자 수송층 (42)가 설치된다. 바람직하게는 전자 수송 대역 (40) 내이며 전자 수송층 (42)와 음극 (50) 사이에, 보다 바람직하게는 전자 수송층 (42)에 인접하여 전자 주입층 (44)가 설치된다.

정공 수송 대역 (20)에는, 정공 수송층, 또는 정공 수송층 및 정공 주입층을 설치할 수 있다.

이하 유기 EL 소자 (1)의 형성 방법을 서술한다. 기판 (60) 상에 양극 (10)을 적층하여 패터닝한다. 양극 (10)은 전방면 발광 구조의 경우에는 반사막인 금속막을 이용하고, 배면 발광 구조의 경우에는 투명 전극인 인듐주석 산화물(ITO) 또는 인듐아연 산화물 등을 이용한다. 그 후, 정공 수송 대역 (20)으로서, 정공 주입층을 기판 전체면에 걸쳐서 적층하고, 추가로 그 위에 정공 수송층을 적층한다.

각 발광층을 양극의 위치에 대응하여 배치하도록 형성한다. 진공 증착법을 이용하는 경우, 청색 발광층 (32), 녹색 발광층 (34) 및 적색 발광층 (36)을 샤도우 마스크를 이용하여 미세 패턴화한다.

다음으로, 전자 수송 대역 (40)을 청색 발광층 (32), 녹색 발광층 (34) 및 적색 발광층 (36)의 전체면에 걸쳐서 적층한다.

다음으로, 음극을 적층하여, 유기 EL 소자가 완성된다.

기판으로는 유리 기판 또는 TFT 기판 등을 사용할 수 있다.

본 실시 형태에서, 정공 수송 대역 (20)은, 정공 주입층 및 정공 수송층으로서, 공통의 재료를 이용하여 공통으로 설치되어 있지만, 청색 발광층 (32), 녹색 발광층 (34) 및 적색 발광층 (36)에 대응하여, 상이한 재료를 미세 패턴화함으로써 설치할 수도 있다. 또한, 정공 수송 대역으로서, 정공 수송층 1층일 수도 있고, 정공 주입층 및 정공 수송층의 조합에 의해 2층 이상을 적층할 수도 있다. 또한, 정공 수송 대역을 복수의 층으로 형성할 때, 일부의 층을 공통으로 설치하고, 다른 층을 청색 발광층 (32), 녹색 발광층 (34) 및 적색 발광층 (36)에 대응하여, 상이한 재료를 미세 패턴화함으로써 설치할 수도 있다.

또한, 본 발명의 유기 EL 소자의 발광층은, 청색 화소, 녹색 화소, 적색 화소를 포함하고 있고, 청색 화소가 청색 발광층으로, 녹색 화소가 녹색 발광층으로, 적색 화소가 적색 발광층으로 각각 구성된다. 각 화소에는 독립적으로 각각 전압이 가해진다. 따라서, 도 1의 유기 EL 소자 (1)에 있어서, 청색 발광층 (32), 녹색 발광층 (34) 및 적색 발광층 (36)이 항상 동시에 발광하는 것은 아닌, 3개의 발광층 (32, 34, 36)을 각각 선택적으로 발광시킬 수 있다. 본 실시 형태의 유기 EL 소자는, 청색 화소, 녹색 화소, 적색 화소를 1개씩 포함하는 것인데, 이들을 1 단위로 한 반복일 수도 있다. 또한, 각각의 화소가 복수일 수도 있고, 예를 들면 청색 화소가 1개, 녹색 화소가 2개, 적색 화소가 1개인 구성을 1 단위로 한 반복일 수도 있다.

본 발명의 유기 EL 소자는, 상기한 청색 발광층 (32)에 있어서, 비특허문헌 1에 기재된 어느 현상, 즉 2개의 3중항 여기자의 충돌 융합에 의해 1중항 여기자가 생성되는 현상(이하, Triplet-Triplet-Fusion=TTF 현상이라 함)을 이용한 것이다. 우선, 이하에 TTF 현상을 설명한다.

양극, 음극으로부터 주입된 정공, 전자는 발광층 내에서 재결합하여 여기자를 생성한다. 그의 스핀 상태는, 종래부터 알려져 있는 바와 같이, 1중항 여기자가 25 ％, 3중항 여기자가 75 ％의 비율이다. 종래 알려져 있는 형광 소자에 있어서는, 25 ％의 1중항 여기자가 기저 상태로 완화될 때에 광을 발하는데, 나머지 75 ％의 3중항 여기자에 대해서는 광을 발하지 않고 열적 실활 과정을 거쳐 기저 상태로 되돌아간다. 따라서, 종래의 형광 소자의 내부 양자 효율의 이론 한계값은 25 ％라 불리고 있었다.

한편, 유기물 내부에서 생성된 3중항 여기자의 거동이 이론적으로 조사되고 있다. 바칠리오(S.M.Bachilo) 등에 따르면(문헌[J. Phys. Cem. A, 104, 7711(2000)]), 5중항 등의 고차의 여기자가 곧 3중항으로 되돌아 간다고 가정하면, 3중항 여기자(이하, ³A^*로 기재함)의 밀도가 상승하였을 때, 3중항 여기자끼리가 충돌하여 하기 화학식과 같은 반응이 일어난다. 여기서, ¹A는 기저 상태, ¹A^*는 최저 여기 1중항 여기자를 나타낸다.

³A^*+³A^*→(4/9)¹A+(1/9)¹A*+(13/9)³A^*

즉, 5³A^*→4¹A+¹A^*이 되어, 당초 생성된 75 ％의 3중항 여기자 중, 1/5 즉 20 ％가 1중항 여기자로 변화하는 것이 예측되어 있다. 따라서, 광으로서 기여하는 1중항 여기자는 당초 생성되는 25 ％만큼에 75 ％×(1/5)=15 ％를 가한 40 ％로 하게 된다. 이 때, 전체 발광 강도 중에 차지하는 TTF 유래의 발광 비율(TTF 비율)은 15/40, 즉 37.5 ％가 된다. 또한, 당초 생성된 75 ％의 3중항 여기자가 서로 충돌하여 1중항 여기자가 생성되었다(2개의 3중항 여기자로부터 1개의 1중항 여기자가 생성되었다)고 한다면, 당초 생성된 1중항 여기자 25 ％만큼에 75 ％×(1/2)=37.5 ％를 가한 62.5 ％라는 매우 높은 내부 양자 효율이 얻어지게 된다. 이 때, TTF 비율은 37.5/62.5=60 ％가 된다.

도 2는 도 1에 나타내는 유기 EL 소자의 청색 발광층의 에너지 수준의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 2의 상측도는, 소자 구성 및 각 층의 HOMO, LUMO 에너지 준위를 나타내는(또한, LUMO 에너지 준위는 친화도(Af), HOMO 에너지 준위는 이온화 포텐셜(Ip)이라는 경우가 있음) 것이다. 하측도는 각 층의 최저 여기 1중항 에너지 준위 및 최저 여기 3중항 에너지 준위를 모식적으로 나타낸다. 또한, 본 발명에서 3중항 에너지는, 최저 여기 3중항 상태에서의 에너지와 기저 상태에서의 에너지의 차를 말하며, 1중항 에너지는(에너지갭이라 하는 경우도 있음), 최저 여기 1중항 상태에서의 에너지와 기저 상태에서의 에너지의 차를 말한다.

양극으로부터 주입된 정공은 정공 수송 대역을 통해서 발광층으로 주입되고, 음극으로부터 주입된 전자는 전자 수송 대역을 통해서 발광층으로 주입된다. 그 후, 발광층에서 정공과 전자가 재결합하여, 1중항 여기자와 3중항 여기자가 생성된다. 재결합은 호스트 분자 상에서 발생하는 경우와 도펀트 분자 상에서 발생하는 경우의 두 가지가 있다. 도 2의 하측도에 도시된 바와 같이, 청색 발광층의 호스트, 도펀트의 3중항 에너지를 각각 E^T _h, E^T _d로 할 때, E^T _h<E^T _d의 관계를 만족시킨다. 이 관계를 만족시킴으로써, 호스트 상에서 재결합하여 발생한 3중항 여기자는, 보다 높은 3중항 에너지를 갖는 도펀트에는 이동하지 않는다. 또한, 도펀트 분자 상에서 재결합하여 발생한 3중항 여기자는 빠르게 호스트 분자에 에너지 이동한다. 즉 호스트의 3중항 여기자가 도펀트에 이동하지 않고 TTF 현상에 의해서 효율적으로 호스트 상에서 3중항 여기자끼리 충돌함으로써 1중항 여기자가 생성된다. 또한, 도펀트의 1중항 에너지 E^S _d는, 호스트의 1중항 에너지 E^S _h보다 작기 때문에, TTF 현상에 의해서 생성된 1중항 여기자는, 호스트로부터 도펀트로 에너지 이동하여 도펀트의 형광성 발광에 기여한다. 본래, 형광형 소자에 이용되는 도펀트에 있어서는, 여기 3중항 상태로부터 기저 상태로의 천이는 금지이며, 이러한 천이에서는 3중항 여기자는 광학적인 에너지 실활을 하지 않고, 열적 실활을 일으키고 있었다. 그러나, 호스트와 도펀트의 3중항 에너지의 관계를 상기한 바와 같이 함으로써, 3중항 여기자가 열적 실활을 일으키기 전에 서로의 충돌에 의해 효율적으로 1중항 여기자를 생성하고 발광 효율이 향상되게 된다.

본 발명에서는, 전자 수송층은 청색 발광층에서 생성되는 3중항 여기자가 전자 수송 대역으로 확산되는 것을 방지하고, 3중항 여기자를 청색 발광층 내에 가둠으로써 3중항 여기자의 밀도를 높이고, TTF 현상을 효율적으로 야기하는 기능을 갖는다. 3중항 여기자 확산 방지를 위해, 전자 수송층의 3중항 에너지 E^T _el은 E^T _h보다 크고, 또한 E^T _d보다도 큰 것이 바람직하다. 전자 수송층은 3중항 여기자가 전자 수송 대역으로 확산되는 것을 방지하므로, 청색 발광층 내에서 호스트의 3중항 여기자가 효율적으로 1중항 여기자가 되고, 그의 1중항 여기자가 도펀트상으로 이동하여 광학적인 에너지 실활을 한다.

또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 정공 수송 대역에 있어서, 정공 수송층을 청색 발광층에 인접시켜, 정공 수송층의 3중항 에너지 E^T _ho를, 청색 발광층의 호스트의 E^T _h보다 크게 하면, 청색 발광층에서 발생한 3중항 여기자가 청색 발광층 내에 멈추게 되어, 발광 효율이 보다 높아진다.

또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 호스트의 친화도 Ah와 도펀트의 친화도 Ad가 Ah≤Ad가 된 호스트와 도펀트의 조합으로 하면, 전자 수송 대역 내에 설치한 전자 수송층의 효과가 현저히 나타나, TTF 현상에 의한 고효율화를 도모할 수 있다.

본 발명의 유기 EL 소자의 녹색 발광층 (34)에 있어서, 녹색 발광층의 호스트 GH와 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차는, 0.4 eV 이내이다.

통상, 녹색 발광층의 인광 발광성 도펀트 PGD의 3중항 에너지는, 전자 수송층을 구성하는 재료의 3중항 에너지 E^T _el보다 크다. 따라서, 전자 수송층을 구성하는 재료의 3중항 에너지 E^T _el을 인광 발광성 도펀트 PGD의 3중항 에너지보다 크게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 3중항 에너지가 큰 전자 수송 재료는, 전극으로부터의 전자 주입이나 정공 내구성에 있어서 과제를 갖고 있어, 최적의 인광 소자를 얻기 위해서는, 3중항 에너지가 큰 전자 수송 재료를 반드시 채용할 수 없다. 이 경우, 인광 발광성 도펀트 PGD 상의 3중항 여기자는, 인광 발광 전에 3중항 에너지가 보다 작은 전자 수송층을 구성하는 재료로 옮겨, 녹색 발광층의 발광 효율이 저하되어 버린다. 따라서, 본 발명과 같이 녹색 발광층의 호스트 GH와 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차를 0.4 eV 이내로 하면, 전자 수송층으로부터 녹색 발광층으로의 전자 주입성이 향상되기 때문에, 전자와 정공이 발광층의 정공 수송 대역측에, 즉 전자 수송 대역으로부터 떨어져서 기울어 재결합한다. 그 결과, 3중항 여기자가 녹색 발광층으로부터 떨어져서 발생하기 때문에, 3중항 여기자 에너지가 녹색 발광층으로부터 전자 수송층으로 옮겨지기 어려워져, 발광 효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 재결합 영역을 전자 수송층으로부터 멀리하는 관점에서, 발광층의 호스트의 정공 이동도 μh 및 전자 이동도 μe는 μe/μh>1이 바람직하다. 특히 바람직하게는 μe/μh>5이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 3색의 발광층을 병렬하여 형성하고 있지만, 전자 수송층으로서 공통 재료를 이용함으로써 양산성을 향상시키고 있다. 또한, 청색 발광층에서는 TTF 현상을 이용하여 청색 발광층의 발광 효율을 높이고, 녹색 발광층에서는 친화도를 조절함으로써 녹색 발광층의 발광 효율의 저하를 방지함으로써, 청색 발광층, 녹색 발광층 모두 높은 효율을 달성하고 있다.

적색 발광층 (36)을, 호스트 RH와 인광 발광성 도펀트 PRD를 포함하도록 하여 구성할 수 있다. 적색 발광층 (36)이 호스트 RH와 인광 발광성 도펀트 PRD를 포함할 때, 호스트 RH와 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차가 0.4 eV 이내인 것이 바람직하다. 이는 상술한 바와 같이, 적색 발광층으로부터 전자 수송층에 3중항 에너지를 옮기기 어렵게 하여 발광 효율의 저하를 방지하기 위함이다.

또한, 청색 발광층의 호스트 BH와 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차도 0.4 eV 이내로 하는 것도 바람직하다. 친화도의 차를 0.4 eV 이내로 함으로써, 발광층으로의 전자 주입성이 향상되기 때문이다. 발광층으로의 전자 주입성이 낮아지는 경우, 발광층에 있어서의 전자-정공의 재결합이 감소됨으로써, 3중항 여기자의 밀도가 작아진다. 3중항 여기자의 밀도가 작아지면, 3중항 여기자의 충돌 빈도가 감소하여 효율적으로 TTF 현상이 일어나지 않는다. 또한, 전자 주입이 향상됨으로써, 저전압화를 도모할 수 있다.

녹색 발광층에 있어서, 호스트 GH는 전자의 유입을 높이고, 재결합 영역을 전자 수송 대역으로부터 분리하기 위해서, 바람직하게는 친화도 Af_gh가 2.6 eV 이상이다. 또한, 녹색 발광층의 도펀트 GD의 이온화 포텐셜 Ip_gd는, 재결합 확률을 향상시키기 위해서, 바람직하게는 5.2 eV 이상이다. 전자 주입성을 향상시킬 목적으로 호스트의 친화도 Af_gh를 크게 했을 때, 친화도 Af_gh와 도펀트의 친화도 Af_gd의 차가 커져 도펀트로의 전자 주입이 곤란해짐으로써 도펀트 상에서의 재결합 확률이 저하되어 버린다. 이 때문에 도펀트의 친화도 Af_gd를 크게 하는 것이 바람직하다. 또는, 도펀트의 이온화 포텐셜 Ip_gd를 크게 하는 것이 바람직하다.

녹색 발광층은, 도펀트 PGD에 추가로 호스트 GH의 친화도 Af_gh와의 차가 0.4 eV 이내인 친화도 Af_gd2를 갖는 제2 도펀트 GD2를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 도펀트 PGD의 에너지갭은, 제2 도펀트 GD2의 에너지갭에 비하여 작은 것이 바람직하다.

녹색 발광층에서는, 통상 전자는 전자 수송층으로부터, 녹색 발광층의 호스트 GH로 옮겨지고, 다음으로 호스트 GH로부터 도펀트 PGD로 옮겨진다. 호스트 GH의 친화도 Af_gh와 도펀트의 친화도 Af_gd의 차가 커져 도펀트로의 전자 주입성이 저하될 때, 전자의 일부는, 호스트 GH로부터 도펀트 PGD로 옮겨지지 않고 그대로 양극 방향으로 흘러 버리는 경우가 있다. 호스트 GH의 친화도 Af_gh와의 차가 0.4 eV 이내인 친화도 Af_gd2를 갖는 제2 도펀트를 포함하면, 전자는 전자 수송층으로부터 녹색 발광층의 호스트 GH, 다음으로 제2 도펀트 GD2, 그리고 도펀트 PGD로 흘러, 전자의 일부가 도펀트 PGD로 옮겨지지 않고 양극에 흐르는 것을 방지할 수 있다. 따라서 보다 많은 전자가 도펀트 PGD에 도달하여, 재결합 확률이 향상되고, 그 결과 발광 효율이 높아진다.

청색 발광층이나 적색 발광층도 상기한 바와 같은, 청색 발광층 또는 적색 발광층의 호스트의 친화도 Af_gh와의 차가 0.4 eV 이내인 친화도 Af_gd2를 갖는 제2 도펀트를 포함할 수 있다. 제2 도펀트를 포함함으로써, 전자가 도펀트에 옮기지 않고 그대로 양극 방향으로 흐르는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에서는, 청색 발광층, 녹색 발광층, 적색 발광층의 호스트, 도펀트, 및 전자 수송층을 구성하는 재료를, 공지된 화합물로부터, 상기한 본 발명에 필요한 조건 또는 바람직한 조건을 만족시키는 화합물을 선택함으로써 제조할 수 있다. 본 발명에 필요한 조건을 만족시키는 한 각 층의 재료는 한정되지 않지만, 바람직하게는 이하의 화합물로부터 선택된다.

청색 발광층의 호스트는, 안트라센 유도체, 다환 방향족 골격 함유 화합물 등, 바람직하게는 안트라센 유도체이다. 청색 발광층의 도펀트는 플루오란텐 유도체, 피렌 유도체, 아릴아세틸렌 유도체, 플루오렌 유도체, 붕소 착체, 페릴렌 유도체, 옥사디아졸 유도체, 안트라센 유도체 등, 바람직하게는 플루오란텐 유도체, 피렌 유도체, 붕소 착체, 보다 바람직하게는 플루오란텐 유도체, 붕소 착체 화합물이다. 호스트와 도펀트의 조합으로는, 호스트가 안트라센 유도체이고, 도펀트가 플루오란텐 유도체 또는 붕소 착체인 경우가 바람직하다.

구체적인 플루오란텐 유도체의 예로서 이하의 화합물을 들 수 있다.

식 중, X₁ 내지 X₁₂는 수소 또는 치환기이다. 바람직하게는, X₁ 내지 X₂, X₄ 내지 X₆ 및 X₈ 내지 X₁₁이 수소 원자이고, X₃, X₇ 및 X₁₂가 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 아릴기인 화합물이다. 보다 바람직하게는, X₁ 내지 X₂, X₄ 내지 X₆ 및 X₈ 내지 X₁₁이 수소 원자이고, X₇ 및 X₁₂가 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 아릴기, X₃이 -Ar₁-Ar₂(Ar₁은 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 아릴렌기, Ar₂는 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 아릴기)인 화합물이다. 또한, 바람직하게는 X₁ 내지 X₂, X₄ 내지 X₆ 및 X₈ 내지 X₁₁이 수소 원자이고, X₇ 및 X₁₂가 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 아릴기, X₃이 -Ar₁-Ar₂-Ar₃(Ar₁ 및 Ar₂는 각각 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 아릴렌기, Ar₃은 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 아릴기)인 화합물이다.

구체적인 붕소 착체 화합물의 예로서 이하의 화합물을 들 수 있다.

식 중, A 및 A'은 적어도 하나의 질소를 함유하는 6원 방향족환계에 상당하는 독립된 아진환계를 나타내고, X^a 및 X^b는 각각 독립적으로 치환기이며, X^a 및 X^b가 각각 환 A 및 환 A'과 연결하여 환 A 및 환 A'과 함께 축합환을 형성할 수도 있고, 그 때 상기 축합환은 아릴 또는 헤테로아릴 치환기를 포함하며, m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 4를 나타내고, Z^a 및 Z^b는 각각 독립적으로 선택된 할로겐화물을 나타내고, 그리고 1, 2, 3, 4, 1', 2', 3' 및 4'은 각각 독립적으로 선택된 탄소 원자 또는 질소 원자를 나타낸다.

바람직하게는, 상기 아진환은 1, 2, 3, 4, 1', 2', 3' 및 4'이 전부 탄소 원자이고, m 및 n이 2 이상이며, 그리고 X^a 및 X^b가 연결하여 방향족환을 형성하는 탄소 원자수 2 이상의 치환기를 나타내는 바와 같은, 퀴놀리닐 또는 이소퀴놀리닐환이다. Z^a 및 Z^b는 불소 원자인 것이 바람직하다.

구체적인 안트라센 화합물의 예로서 이하의 화합물을 들 수 있다.

식 중, Ar⁰⁰¹은 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 10 내지 50의 축합 방향족기이다. Ar⁰⁰²는 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 50의 방향족기이다. X⁰⁰¹ 내지 X⁰⁰³은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 50의 방향족기, 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 방향족 복소환기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아랄킬기, 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시카르보닐기, 카르복실기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 히드록시기이다. a, b 및 c는 각각 0 내지 4의 정수이다. n은 1 내지 3의 정수이다. 또한, n이 2 이상인 경우에는, [ ] 내에는 동일하거나 상이할 수도 있다. 바람직하게는 n은 1이다. 바람직하게는 a, b, c는 0이다.

청색 발광층의 형광 발광성 도펀트는, 바람직하게는 하기 화학식으로 표시되는 화합물이다.

식 중, Ar₁ 내지 Ar₆은 각각 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, Ar₇은 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다. Ar₁ 내지 Ar₇은 치환될 수도 있고, 치환기로는 알콕시기, 디알킬아미노기, 알킬기, 플루오로알킬기, 실릴기가 바람직하다. m은 0 또는 1, n은 0 또는 1이다. L₁, L₂는 각각 알케닐렌기, 또는 2가의 방향족 탄화수소기이다.

또한, 상기에 기재한 호스트 이외에, WO05/113531, JP2005-314239에 기재된 디벤조푸란 화합물, WO02/14244에 기재된 플루오렌 화합물, WO08/145239에 기재된 벤즈안트라센 화합물도 사용할 수 있다.

상기에 기재한 도펀트 이외에, JP2004-204238, WO05/108348, WO04/83162, WO09/84512, KR10-2008-79956, KR10-2007-115588, KR10-2010-24894에 기재된 피렌 화합물, WO04/44088에 기재된 크리센 화합물, WO07/21117에 기재된 안트라센 화합물도 사용할 수 있다.

호스트는, 환식 구조 또는 단일 원자끼리 결합하여 이루어지는 화합물(환식 구조와 단일 원자의 결합도 포함함)이며, 상기 결합이 단결합인 화합물이 바람직하다. 바람직하지 않은 예로는, 환식 구조 이외에 탄소-탄소 이중 결합이 존재하는 화합물을 들 수 있다. 그 이유는, 호스트 상에서 생성된 삼중항 여기자의 에너지가, TTF 현상에 사용되지 않고 2중 결합의 구조 변화에 소비되어 버리기 때문이다.

녹색 발광층의 호스트는, 바람직하게는 하기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물이다.

화학식 1 및 및 2에 있어서, Ar⁶, Ar⁷ 및 Ar⁸은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 24의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 3 내지 24의 방향족 복소환기를 나타낸다. 단, Ar⁶, Ar⁷ 및 Ar⁸은 치환기 Y를 1개 또는 복수개 가질 수도 있고, 복수개의 경우에는 각각 동일하거나 상이할 수도 있고, Y는 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 탄소수 7 내지 24의 아랄킬기, 탄소수 3 내지 20의 실릴기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 24의 방향족 탄화수소기, 또는 환 형성 원자수 3 내지 24에서 Ar⁶, Ar⁷, Ar⁸과 탄소-탄소 결합으로 연결하는 치환 또는 비치환된 방향족 복소환기를 나타낸다.

화학식 1 및 2에 있어서, X¹, X², X³ 및 X⁴는 각각 독립적으로 O, S, N-R¹ 또는 CR²R³을 나타내고, o, p 및 q는 0 또는 1, s는 1, 2 또는 3을 나타낸다. 여기서, R¹, R² 및 R³은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬기, 탄소수 7 내지 24의 아랄킬기, 탄소수 3 내지 20의 실릴기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 24의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 3 내지 24의 방향족 복소환기를 나타낸다.

화학식 1 및 2에 있어서, L¹은 단결합, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기, 탄소수 2 내지 20의 2가의 실릴기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 24의 2가의 방향족 탄화수소기, 또는 환 형성 원자수 3 내지 24이고, Ar⁶과 탄소-탄소 결합으로 연결하는 치환 또는 비치환된 2가의 방향족 복소환기를 나타낸다.

화학식 1에 있어서, L²는 단결합, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기, 탄소수 2 내지 20의 2가의 실릴기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 24의 2가의 방향족 탄화수소기, 또는 환 형성 원자수 3 내지 24에서 Ar⁸과 탄소-탄소 결합으로 연결하는 치환 또는 비치환된 2가의 방향족 복소환기를 나타낸다.

화학식 2에 있어서, n은 2, 3 또는 4를 나타내고, 각각 L³을 연결기로 한 2량체, 3량체, 4량체를 형성한다.

화학식 2에 있어서, L³은 n이 2인 경우, 단결합, 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬렌기, 탄소수 2 내지 20의 2가의 실릴기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 24의 2가의 방향족 탄화수소기, 또는 환 형성 원자수 3 내지 24에서 Ar⁸과 탄소-탄소 결합으로 연결하는 치환 또는 비치환된 2가의 방향족 복소환기를 나타내고, n이 3인 경우, 탄소수 1 내지 20의 3가의 알칸, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 3 내지 20의 3가의 시클로알칸, 탄소수 1 내지 20의 3가의 실릴기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 24의 3가의 방향족 탄화수소기, 또는 환 형성 원자수 3 내지 24에서 Ar⁸과 탄소-탄소 결합으로 연결하는 치환 또는 비치환된 3가의 방향족 복소환기를 나타내고, n이 4인 경우, 탄소수 1 내지 20의 4가의 알칸, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 3 내지 20의 4가의 시클로알칸, 규소 원자, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 24의 4가의 방향족 탄화수소기, 또는 환 형성 원자수 3 내지 24에서 Ar⁸과 탄소-탄소 결합으로 연결하는 치환 또는 비치환된 4가의 방향족 복소환기를 나타낸다.

화학식 1 및 2에 있어서, A¹은 수소 원자, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 20의 실릴기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 24의 방향족 탄화수소기, 또는 환 형성 원자수 3 내지 24에서 L¹과 탄소-탄소 결합으로 연결하는 치환 또는 비치환된 방향족 복소환기를 나타낸다.

화학식 1에 있어서, A²는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 3 내지 20의 시클로알킬기, 탄소수 3 내지 20의 실릴기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 24의 방향족 탄화수소기, 또는 환 형성 원자수 3 내지 24에서 L²와 탄소-탄소 결합으로 연결하는 치환 또는 비치환된 방향족 복소환기를 나타낸다.

또한, 녹색 발광층의 호스트는, 바람직하게는 하기 화학식 3 또는 4로 표시되는 화합물이다.

〔식 중, Cz는 치환 또는 비치환된 아릴카르바조일기 또는 카르바조일알킬렌기이고, A는 하기 화학식으로 표시되는 기이다. n, m은 각각 1 내지 3의 정수이다.

(M 및 M'은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 환을 형성하는 탄소수 2 내지 40의 질소 함유 헤테로 방향족환이고, 동일하거나 상이할 수도 있다. L은 단결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로 방향족환이다. p는 0 내지 2, q는 1 내지 2, r은 0 내지 2의 정수이다. 다만, p+r은 1 이상임)〕

녹색 발광층의 인광 발광성 도펀트는 Ir, Pt, Os, Au, Cu, Re 및 Ru로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속과 배위자로 이루어지는 금속 착체를 함유하는 것이 바람직하다.

이러한 도펀트 재료의 구체예로는, 예를 들면 PQIr(이리듐(III)비스(2-페닐퀴놀릴-N,C^2')아세틸아세토네이트, Ir(ppy)₃(fac-트리스(2-페닐피리딘)이리듐) 이외에, 하기의 화합물을 들 수 있다.

제2 도펀트는 녹색 발광층의 호스트 재료로서 사용할 수 있는 재료를 사용할 수 있다. 따라서, 녹색 발광층의 제2 도펀트의 예는, 상기한 녹색 발광층의 호스트의 예시 화합물과 동일하다.

제2 도펀트는 호스트 GH의 친화도 Af_gh와의 차가 0.4 eV 이내인 친화도 Af_gd2를 갖는 것을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 도펀트 PGD의 에너지갭은, 제2 도펀트 GD2의 에너지갭에 비하여 작은 것을 선택하는 것이 바람직하다.

적색 발광층의 호스트는, 예를 들면 하기 화학식 A, B 및 C로 표시되는 다환식 축합 방향족 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물이다.

<화학식 A>

<화학식 B>

<화학식 C>

(식 중, Ar¹⁰¹, Ar¹⁰², Ar¹⁰³, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 벤젠환, 또는 치환 또는 비치환된 나프탈렌환, 치환 또는 비치환된 크리센환, 치환 또는 비치환된 플루오란텐환, 치환 또는 비치환된 페난트렌환, 치환 또는 비치환된 벤조페난트렌환, 치환 또는 비치환된 디벤조페난트렌환, 치환 또는 비치환된 트리페닐렌환, 치환 또는 비치환된 벤조[a]트리페닐렌환, 치환 또는 비치환된 벤조크리센환, 치환 또는 비치환된 벤조[b]플루오란텐환, 및 치환 또는 비치환된 피센환으로부터 선택되는 다환식 축합 방향족 골격부를 나타낸다. 단, Ar¹⁰¹, Ar¹⁰², Ar¹⁰³, Ra 및 Rb가 동시에 치환 또는 비치환된 벤젠환인 경우는 없음)

Ra 및 Rb 중 어느 한쪽 또는 양쪽은, 바람직하게는 치환 또는 비치환된 페난트렌환, 치환 또는 비치환된 벤조[c]페난트렌환 및 치환 또는 비치환된 플루오란텐환으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 환이다.

상기한 다환식 축합 방향족 화합물은, 다환식 축합 방향족 골격부가, 2가 이상의 기로서 화학 구조식 중에 포함되어 있다.

다환식 방향족 골격부는 치환기를 가질 수 있고, 이 치환기는, 예를 들면 치환 또는 비치환된 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.

또한, 다환식 축합 방향족 화합물의 치환기는, 예를 들면 카르바졸 골격을 갖지 않는 기이다.

적색 발광층의 인광 발광성 도펀트는 Ir, Pt, Os, Au, Cu, Re 및 Ru로 이루어지는 군으로부터 선택되는 금속과 배위자로 이루어지는 금속 착체를 함유하는 것이 바람직하다. 이하의 화합물을 예시할 수 있다.

발광층 내에서 재결합에 기여하지 않은 정공이 전자 수송층 내에 주입되는 경우가 있다. 이 때문에, 전자 수송층에 이용하는 재료로는, 산화 내구성이 우수한 재료인 것이 바람직하다.

산화 내구성이 우수한 재료의 구체예로는, 탄화수소 방향족 화합물, 특히 축합 다환 방향족환 화합물이 바람직하다. BAlq와 같은 유기 착체는 분자 내에 극성을 갖고 산화 내성이 떨어진다.

전자 수송 대역은, 1 이상의 전자 수송층, 또는 1 이상의 전자 수송층 및 1 이상의 전자 주입층의 적층에 의해 구성된다.

발광층과 음극 사이는, 예를 들면 이하와 같이 구성된다.

발광층/전자 수송층/음극

발광층/전자 수송층/전자 주입층/음극

발광층/전자 수송층/전자 수송층/ 전자 주입층/음극

전자 수송 영역은 녹색 발광층, 청색 발광층 및 적색 발광층에 공통되어 설치된다. 따라서 발광층에 인접하는 전자 수송층을 구성하는 재료의 3중항 에너지는, 청색 발광층의 호스트의 삼중항 에너지보다 크고, 녹색 발광층의 호스트의 친화도와 발광층에 인접하는 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차가 0.4 eV 이내이면 된다.

적색 발광층의 호스트의 친화도와 발광층에 인접하는 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차가 0.4 eV 이내인 것이 바람직하다.

청색 발광층의 호스트의 친화도와 발광층에 인접하는 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차가 0.4 eV 이내인 것이 바람직하다.

또한, 발광층에 대한 전자 주입성의 측면에서, 이하의 관계를 갖는 것이 바람직하다.

-0.3 eV<(발광층에 인접하는 전자 수송층의 친화도)-(녹색 발광층의 호스트의 친화도)<0.4

더욱 바람직하게는 이하의 관계를 갖는다.

-0.2 eV<(발광층에 인접하는 전자 수송층의 친화도)-(녹색 발광층의 호스트의 친화도)<0.4

상기 친화도 및 삼중항 에너지의 값의 측면에서, 전자 수송층을 구성하는 재료의 구체예로서, 이하 (10), (20) 및 (30)의 다환식 축합 방향족 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 들 수 있다.

(10) 이하 화학식 (11)로 표시되는 재료 또는 이하 화학식 (12)로 표시되는 그의 2량체

상기 화학식 중, R¹ 내지 R²¹은 수소 원자, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 할로겐 원자, 니트로기, 시아노기 또는 수산기를 나타낸다. 상기 화학식 중, X는 치환 또는 비치환된 알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기를 나타낸다.

(20) 이하 화학식으로 표시되는 재료

식 중, HAr은 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 3 내지 40의 질소 함유 복소환이고, L¹은 단결합, 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6 내지 40의 아릴렌기 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 3 내지 40의 헤테로아릴렌기이고, Ar¹은 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6 내지 40의 2가의 방향족 탄화수소기이고, Ar²는 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 6 내지 40의 아릴기 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소수 3 내지 40의 헤테로아릴기이다.

(30) 상기 화학식 (A), (B) 및 (C)로 표시되는 다환식 축합 방향족 화합물

여기서 (20)인 경우에는, 발광층 호스트 재료의 친화도와의 관계로, Ar¹이 안트라세닐렌기인 것이 바람직하다. (10)인 경우에는, 내열성의 측면에서 (12)로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.

발광층에 접하지 않은 전자 수송층 및 전자 주입층의 구체예로는, 8-히드록시퀴놀린 또는 그의 유도체의 금속 착체, 옥사디아졸 유도체, 질소 함유 복소환 유도체가 바람직하다. 상기 8-히드록시퀴놀린 또는 그의 유도체의 금속 착체의 구체예로는, 옥신(일반적으로 8-퀴놀리놀 또는 8-히드록시퀴놀린)의 킬레이트를 포함하는 금속 킬레이트 옥시노이드 화합물, 예를 들면 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄을 사용할 수 있다.

상기 질소 함유 복소환 유도체로는, 예를 들면 상기한 (20)의 화합물을 들 수 있다.

또한, 전자 수송층을 구성하는 재료의 이동도로는, 전계 강도 0.04 내지 0.5 MV/cm의 범위에서 전자 이동도가 10^-6 ㎠/Vs 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 10^-4 ㎠/Vs 이상인 것이 바람직하다.

유기 재료의 전자 이동도의 측정 방법으로는, 비행 시간(Time of Flight)법 등 몇가지 방법이 알려져 있지만, 본 발명에서는 임피던스 분광법으로 결정되는 전자 이동도를 말한다.

임피던스 분광법에 의한 이동도 측정에 대해서 설명한다. 양극, 음극에서 바람직하게는 두께 100 nm 내지 200 nm 정도의 전자 수송층 재료를 끼우고, 바이어스 DC 전압을 인가하면서 100 mV 이하의 미소 교류 전압을 인가한다. 이 때에 흐르는 교류 전류값(절대값과 위상)을 측정한다. 교류 전압의 주파수를 바꾸면서 본 측정을 행하고, 전류값과 전압값으로부터 복소 임피던스(Z)를 산출한다. 이 때 모듈러스 M=iωZ(i: 허수 단위, ω: 각 주파수)의 허수부(ImM)의 주파수 의존성을 구하고, ImM이 최대값이 되는 주파수ω의 역수를, 전자 수송층 내를 전도하는 전자의 응답 시간이라 정의한다. 그리고 이하의 식에 의해 전자 이동도를 산출한다.

전자 이동도=(전자 수송층 재료의 막 두께)²/(응답 시간·전압)

전계 강도 0.04 내지 0.5 MV/cm의 범위에서 전자 이동도가 10^-6 ㎠/Vs 이상인 재료의 구체예로서, 다환 방향족의 골격부에 플루오란텐 유도체를 갖는 재료를 들 수 있다.

또한, 전자 수송 대역에는, 상기한 전자 수송재와 알칼리 금속 화합물을 적층한 것이나, 전자 수송층을 형성하는 재료에 알칼리 금속 등으로 대표되는 도너를 첨가한 것을 사용할 수 있다.

알칼리 금속 화합물로는, 알칼리 금속의 할로겐화물, 산화물이 바람직한 것으로서 들 수 있다. 더욱 바람직하게는 알칼리 금속의 불화물이 바람직하다. 예를 들면 LiF가 바람직한 것으로서 이용된다.

또한, 전자 주입층의 친화도 Ae-전자 수송층의 친화도 Ab<0.2 eV인 것이 바람직하다. 이를 만족시키지 않는 경우, 전자 주입층으로부터 전자 수송층으로의 전자 주입이 손상되어, 전자 수송 대역에 전자가 축적되고, 고전압화를 야기함과 동시에, 축적 전자가 3중항 여기자와 충돌하여 에너지가 켄치될 우려가 있다.

전자 수송 대역이 1개의 전자 수송층으로 구성될 때, 전자 수송층은 전자 수송 구조 부위와, 축합 다환 방향족 탄화수소 화합물로 이루어지는 트리플렛 장벽 구조 부위를 갖는 장벽 재료물로 이루어지는 것이 바람직하다. 구조 부위란, 화합물에 포함되는 각각의 환식 구조(치환기를 제외한 단환 또는 축합 다환)이다.

트리플렛 장벽 구조 부위란, 화합물에 포함되는 구조 부위 중에서, 삼중항 에너지가 가장 낮아지는(작은) 구조 부위를 말한다. 즉, 화합물의 삼중항 에너지를 주로 결정하는 구조 부위이다. 트리플렛 장벽 구조 부위는 복수 있을 수도 있다. 트리플렛 장벽 구조 부위의 삼중항 에너지는, 치환기를 제외하고, 각 구조 부위끼리의 결합 위치에 수소가 치환된 독립한 환식 구조의 삼중항 에너지를 말한다.

본 발명에서 이용하는 기판, 양극, 음극, 정공 주입층, 정공 수송층 등의 그 밖의 부재는, PCT/JP2009/053247, PCT/JP2008/073180, US 특허 출원 12/376,236, US 특허 출원 11/766,281, US 특허 출원 12/280,364 등에 기재된 공지된 것을 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.

바람직하게는, 정공 수송층은, 하기 화학식 (1) 내지 (5) 중 어느 하나로 표시되는 방향족 아민 유도체를 함유한다.

(식 중, Ar₁ 내지 Ar₂₄는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기를 나타낸다.

L₁ 내지 L₉는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴렌기를 나타낸다.

Ar₁ 내지 Ar₂₄, L₁ 내지 L₉가 가질 수도 있는 치환기는, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 환 형성 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기를 갖는 트리알킬실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 트리아릴실릴기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 및 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 알킬아릴실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기, 할로겐 원자 또는 시아노기이다. 인접한 복수의 치환기는, 서로 결합하여 환을 형성하는 포화 또는 불포화의 2가의 기를 형성할 수도 있음)

바람직하게는, 상기 Ar₁ 내지 Ar₂₄의 적어도 하나는, 하기 화학식 (6), (7) 중 어느 하나로 표시되는 치환기이다.

(식 중, X는 산소 원자, 황 원자, 또는 N-Ra를 나타내고, Ra는 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 환 형성 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬기, 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 또는 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기를 나타낸다.

L₁₀은 단결합, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴렌기를 나타낸다.

L₁₁은 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴렌기를 나타낸다.

R¹ 내지 R⁴는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 환 형성 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기를 갖는 트리알킬실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 트리아릴실릴기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 및 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 알킬아릴실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기, 할로겐 원자 또는 시아노기를 나타낸다. 또한, 인접한 복수의 R¹ 내지 R⁴는 서로 결합하여 환을 형성할 수도 있다.

a, c, d는 0 내지 4의 정수를 나타낸다.

b는 0 내지 3의 정수를 나타냄)

바람직하게는, 화학식 (1)로 표시되는 화합물은, 하기 화학식 (8)로 표시되는 화합물이다.

(식 중, Cz는 치환 또는 비치환된 카르바졸릴기를 나타낸다.

L₁₂는 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴렌기를 나타낸다.

Ar₂₅ 및 Ar₂₆은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기를 나타냄)

화학식 (8)로 표시되는 화합물은, 바람직하게는 하기 화학식 (9)로 표시되는 화합물이다.

(식 중, R⁵ 및 R⁶은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 환 형성 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기를 갖는 트리알킬실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 트리아릴실릴기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 및 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 알킬아릴실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기, 할로겐 원자 또는 시아노기를 나타낸다. 또한, 인접한 복수의 R⁵ 및 R⁶은 서로 결합하여 환을 형성할 수도 있다.

e, f는 0 내지 4의 정수를 나타낸다.

L₁₂, Ar₂₅ 및 Ar₂₆은 화학식 (8)에 있어서의 L₁₂, Ar₂₅ 및 Ar₂₆과 동의임)

화학식 (9)로 표시되는 화합물은, 바람직하게는 하기 화학식 (10)으로 표시되는 화합물이다.

(식 중, R⁷ 및 R⁸은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 환 형성 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기를 갖는 트리알킬실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 트리아릴실릴기, 탄소수 1 내지 15의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기 및 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기를 갖는 알킬아릴실릴기, 환 형성 탄소수 6 내지 14의 아릴기, 환 형성 원자수 5 내지 50의 헤테로아릴기, 할로겐 원자 또는 시아노기를 나타낸다. 또한, 인접한 복수의 R⁵ 및 R⁶은 서로 결합하여 환을 형성할 수도 있다.

g, h는 0 내지 4의 정수를 나타낸다.

R⁵, R⁶, e, f, Ar₂₅ 및 Ar₂₆은 화학식 (9)에 있어서의 R⁵, R⁶, e, f, Ar₂₅ 및 Ar₂₆과 동의임)

[실시예]

실시예 및 비교예에서 사용한 재료와 물성값은 이하와 같다.

물성값의 측정 방법은 이하와 같다.

(1) 3중항 에너지(E^T)

시판되고 있는 장치 F-4500(히다치사 제조)을 이용하여 측정하였다. E^T의 환산식은 이하와 같다.

환산식 E^T(eV)=1239.85/λ_edge

"λ_edge"란, 종축에 인광 강도, 횡축에 파장을 취하여, 인광 스펙트럼을 나타냈했을 때에, 인광 스펙트럼의 단파장측의 상승에 대하여 접선을 긋고, 그 접선과 횡축의 교점의 파장값을 의미한다. 단위: nm.

(2) 이온화 포텐셜

대기하에 광전자 분광 장치(리켄 게이끼(주)사 제조: AC-1)를 이용하여 측정하였다. 구체적으로는, 재료에 광을 조사하고, 그 때에 전하 분리에 의해서 발생하는 전자량을 측정함으로써 측정하였다.

(3) 친화도

이온화 포텐셜로부터 에너지갭의 측정값을 뺐다. 에너지갭은 벤젠 중 흡수 스펙트럼의 흡수단으로부터 측정하였다. 구체적으로는, 시판되고 있는 가시·자외 분광 광도계를 이용하여, 흡수 스펙트럼을 측정하고, 그의 스펙트럼이 상승하기 시작하는 파장으로부터 산출하였다.

실시예 1

막 두께 130 nm의 ITO가 성막된 기판 상에 하기 층을 구성하는 재료를 순차 증착하고, 유기 EL 소자를 얻었다.

양극: ITO(막 두께 130 nm)

정공 주입층: HI(막 두께 50 nm)

정공 수송층: HT(막 두께 45 nm)

발광층: (막 두께 청색 25 nm, 녹색 50 nm, 적색 40 nm)

청색 발광층 BH_1: BD_1(5 중량％), 녹색 발광층 GH_1: Ir(Ph-ppy)3(10 중량％), 적색 발광층 RH_1: Ir(piq)3(10 중량％)

전자 수송층(ETL): ET1(막 두께 5 nm)

LiF: (막 두께 1 nm)

음극: Al(막 두께 80 nm)

얻어진 소자의 청색 발광층, 녹색 발광층, 적색 발광층을, 1 mA/㎠의 직류 전류에 의해 발광시켜 발광 효율(단위: cd/A)을 측정하였다. 또한, 초기 휘도 청색: 5,000 cd/m², 녹색 20,000 cd/m², 적색 10,000 cd/m²로 직류의 연속 통전 시험을 행하여 반감 수명(단위: 시간)을 측정하였다. 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 2 내지 5, 비교예 1

표 1에 나타내는 청색 발광층, 적색 발광층, 녹색 발광층의 호스트, 도펀트, 전자 수송층을 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 얻어 평가하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

또한, 실시예 5의 녹색 발광층은, 표 1에 나타낸 바와 같이, 제2 도펀트를 추가하였다. 제2 도펀트 GH_10의 농도는 20 중량％, 제1 도펀트 Ir(ppy)3의 농도는 10 중량％였다.

실시예 6

막 두께 130 nm의 ITO가 성막된 기판 상에, 하기 층을 구성하는 재료를 순차 증착하여 유기 EL 소자를 얻었다. 얻어진 유기 EL 소자를 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

양극: ITO(막 두께 130 nm)

정공 주입층: HI(막 두께 50 nm)

정공 수송층: HT(막 두께 45 nm)

발광층: (막 두께 청색 25 nm, 녹색 50 nm, 적색 40 nm)

청색 발광층 BH_2: BD_2(5 중량％), 녹색 발광층 GH_1: Ir(ppy)3(10 중량％), 적색 발광층 RH_1: Ir(piq)3(10 중량％)

전자 수송층(ETL): ET2(막 두께 5 nm)

전자 주입층(EIL): EI1(막 두께 20 nm)

LiF: (막 두께 1 nm)

음극: Al(막 두께 80 nm)

실시예 7 내지 27, 비교예 2

표 1에 나타내는 청색 발광층, 적색 발광층, 녹색 발광층의 호스트, 도펀트, 전자 수송층, 전자 주입층을 이용한 것 이외에는, 실시예 6과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 얻어 평가하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.

또한, 실시예 10, 15, 16, 21, 22, 27의 녹색 발광층은, 표 1에 나타낸 바와 같이 제2 도펀트를 추가하였다. 제2 도펀트의 농도는 20 중량％, 제1 도펀트의 농도는 10 중량％였다.

본 발명의 유기 EL 소자는, 대형 텔레비전을 대상으로 하는 표시 패널이나 조명 패널 등에 사용할 수 있다.

Claims

대향하는 양극과 음극 사이에, 양극측에서부터 정공 수송 대역과 발광층과 전자 수송 대역을 이 순서대로 구비하며,
상기 발광층은 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층으로 형성되고,
상기 청색 발광층은 호스트 BH와 형광 발광성 도펀트 FBD를 포함하고,
상기 형광 발광성 도펀트 FBD의 3중항 에너지 E^T _fbd가 상기 호스트 BH의 3중항 에너지 E^T _bh보다 크고,
상기 녹색 발광층은 호스트 GH와 인광 발광성 도펀트 PGD를 포함하고,
상기 전자 수송 대역 내에, 상기 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층에 인접하여 공통의 전자 수송층이 설치되고, 상기 전자 수송층을 구성하는 재료의 3중항 에너지 E^T _el이 E^T _bh보다 크고,
상기 전자 수송층을 구성하는 재료의 3중항 에너지 E^T _el이 상기 녹색 발광층의 인광 발광성 도펀트 PGD의 3중항 에너지보다 크고,
상기 호스트 GH와 상기 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차가 0.4 eV 이내인 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 적색 발광층은 호스트 RH와 인광 발광성 도펀트 PRD를 포함하고,
상기 호스트 RH와 상기 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차가 0.4 eV 이내인 유기 전계 발광 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 호스트 BH와 상기 전자 수송층을 구성하는 재료의 친화도의 차가 0.4 eV 이내인 유기 전계 발광 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전자 수송층을 구성하는 재료의 전자 이동도가, 전계 강도 0.04 내지 0.5 MV/cm의 범위에서 10^-6 ㎠/Vs 이상인 유기 전계 발광 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전자 수송 대역 내에, 상기 전자 수송층과 상기 음극 사이에 전자 주입층이 설치되어 있는 유기 전계 발광 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 호스트 GH의 친화도 Af_gh가 2.6 eV 이상인 유기 전계 발광 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도펀트 GD의 이온화 포텐셜 Ip_gd가 5.2 eV 이상인 유기 전계 발광 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 청색 발광층, 상기 녹색 발광층, 상기 적색 발광층 중 적어도 하나의 발광층에 제2 도펀트를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
제8항에 있어서, 상기 녹색 발광층이 제2 도펀트 GD2를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
제9항에 있어서, 상기 제2 도펀트 GD2의 친화도 Af_gd2와 상기 호스트 GH의 친화도 Af_gh의 차가 0.4 eV 이내인 유기 전계 발광 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 호스트 BH가 환식 구조 이외에 이중 결합을 포함하지 않는 화합물인 유기 전계 발광 소자.