KR20060044590A - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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KR20060044590A
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히로시 간노
겐지 오꾸모또
유지 하마다
하루히사 하시모또
마사히로 이요리
가즈끼 니시무라
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 유기 전계 발광 소자는 발광층에서의 전자와 정공의 균형을 개선함으로써 구동 전압을 저하시키고, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 유기 전계 발광 소자는 정공 주입 전극과 전극 주입 전극 사이에 발광층이 배치되어 있고, 정공 주입 전극과 발광층 사이에 정공 주입층이 설치되고, 전자 주입 전극과 발광층 사이에 전자 수송층이 설치되어 있는 유기 전계 발광 소자에서, 정공 주입층과 발광층 사이에 플루오로카본층이 설치되어 있고, 전자 수송층은 페난트롤린 화합물로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
유기 전계 발광 소자, 구동 전압, 발광 효율

Description

유기 전계 발광 소자{Organic Electroluminescent Device}
도 1은 본 발명의 제1 국면에 따른 실시예의 유기 EL 소자에서의 구동 전압과 휘도와의 관계를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 국면에 따른 실시예의 유기 EL 소자의 구동 시간과 구동 전압과의 관계를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 국면에 따른 실시예의 유기 EL 소자의 각 층에서의 LUMO 에너지 준위 및 HOMO 에너지 준위를 나타낸 도면이다.
도 4는 비교예의 유기 EL 소자의 각 층에서의 LUMO 에너지 준위를 및 HOM0 에너지 준위를를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 국면 및 제2 국면에 따른 실시예의 유기 EL 소자의 구동 시간과 휘도와의 관계를 나타낸 도면이다.
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
유기 전계 발광 소자(유기 EL 소자)는 디스플레이나 조명에의 응용의 관점에서 활발히 개발이 행해지고 있다. 유기 EL 소자의 구동 원리는 이하와 같다. 즉, 정공 주입 전극 및 전자 주입 전극으로부터 각각 정공과 전자가 주입되고, 이들이 유기 박막 중을 수송되고, 발광층에서 재결합하여 여기 상태가 발생하며, 이 여기 상태로부터 발광이 얻어진다.
유기 EL 소자에서는, 상술한 바와 같이 유기 박막 중을 정공 및 전자가 수송되는 것이고, 전자 주입 전극과 발광층 사이에는, 전자 수송성 재료를 포함하는 전자 수송층이 설치되는 경우가 있다. 전자 수송성 재료의 대표적인 화합물로서, Alq(트리스-(8-퀴놀리네이토)알루미늄(III))이 알려져 있고, 유기 EL 소자의 전자 수송층으로서 널리 사용되고 있다 (일본 특허 공개 (평)8-185984호 공보, 일본 특허 공개 2000-260572호 공보 등).
그러나 Alq를 전자 수송층에 사용한 종래의 유기 EL 소자에서는, 발광층에서 정공이 과잉으로 되고, 발광층에서의 정공과 전자의 균형이 나쁘며, 발광 효율을 높일 수 없다는 문제가 있었다. 또한, 정공 주입 전극으로부터 정공을 주입할 때에도, 주입 장벽이 크고, 구동 전압이 높아진다는 문제가 있었다.
본 발명의 제1 목적은 발광층에서의 전자와 정공의 균형을 개선함으로써 구동 전압을 저감시키고, 발광 효율을 향상시킬 수 있는 유기 EL 소자를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제2 목적은 발광층에의 전자 주입량을 제어하여 수명 특성을 향상시킨 유기 EL 소자를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제1 국면은 정공 주입 전극과 전자 주입 전극 사이에 발광층이 배치되어 있고, 정공 주입 전극과 발광층 사이에 정공 주입층이 설치되며, 전자 주입 전극과 발광층 사이에 전자 수송층이 설치되어 있는 유기 EL 소자이고, 정공 주입층과 발광층 사이에 플루오로카본층이 설치되어 있으며, 전자 수송층이 페난트롤린 화합물로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 국면에 따르면, 전자 수송층이 페난트롤린 화합물로부터 형성되어 있다. 페난트롤린 화합물은 Alq보다도 높은 최저 공분자 궤도(LUMO) 에너지 준위를를 갖고 있기 때문에, 전자 주입 전극으로부터의 전자의 주입 장벽이 작아져 발광층에 보다 다량의 전자를 공급할 수 있다.
또한, 페난트롤린 화합물은 전자 수송성이 양호하기 때문에, 그의 막 두께를 두껍게 할 수 있고, 전자 수송층의 막에 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
페난트롤린 화합물로는, 이하의 구조식을 갖는 1,10-페난트롤린의 유도체가 바람직하게 사용된다.
Figure 112005015107586-PAT00001
이러한 것으로서, 구체적으로는 이하의 구조를 갖는 BCP(2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린)을 들 수 있다.
Figure 112005015107586-PAT00002
또한, 본 발명의 제1 국면에서는, 정공 주입층과 발광층 사이에 플루오로카본층이 설치되어 있다. 플루오로카본은 CFx로서 나타낼 수 있는 것이고, CHF3 가스 등의 플라즈마 중합 등에 의해 그의 박막을 형성할 수 있다. 정공 주입층과 발광층 사이에 플루오로카본층을 설치함으로써, 정공의 주입 장벽을 작게 할 수 있고, 발광층에 보다 다량의 정공을 공급할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제1 국면에 따르면, 발광층에 전자 및 정공을 균형적으로 다량으로 공급할 수 있다. 이 때문에, 구동 전압을 낮출 수 있고, 발광 효율을 높일 수 있다.
플루오로카본층의 두께는 5 내지 50 Å(0.5 내지 5 nm) 정도인 것이 바람직하다. 두께가 이 범위에서 벗어나면, 발광층에 다량의 정공을 공급한다는 플루오로카본층의 작용 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다.
본 발명의 제1 국면에서의 발광층은 호스트 재료와 도핑제 재료로부터 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 국면에 따르면, 전자 수송층과 전자 수송층에 인접하는 발광 층의 도핑제 재료의 최저 공분자 궤도(LUMO)의 에너지 준위를의 차이를 0.2 eV 이하로 할 수 있고, 발광층에 다량의 전자를 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 국면에서는, 플루오로카본층과 발광층 사이에 정공 수송층이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 정공 수송층에 인접하는 발광층의 호스트 재료는 정공 수송층의 정공 수송성 재료와 동일한 화합물인 것이 바람직하다. 정공 수송층의 정공 수송성 재료를 인접하는 발광층의 호스트 재료에 사용함으로써, 발광층에의 정공의 주입 장벽을 작게 할 수 있고, 보다 효율적으로 발광층에 정공을 공급할 수 있다.
본 발명의 제1 국면에서의 정공 수송층의 정공 수송성 재료로는, 아릴아민 화합물이 바람직하게 사용되고, 디아민 화합물이 특히 바람직하게 사용된다.
또한, 본 발명의 제1 국면에서의 정공 주입층은 금속 프탈로시아닌으로부터 형성되는 것이 바람직하다. 금속 프탈로시아닌으로부터 형성된 정공 주입층을 설치함으로써, 장시간 연속 구동했을 때에 구동 전압이 상승하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 제2 국면은 정공 주입 전극과 전자 주입 전극 사이에 발광층이 배치되어 있고, 정공 주입 전극과 발광층 사이에 정공 주입층이 설치되며, 전자 주입 전극과 발광층 사이에 전자 수송층이 설치되어 있는 유기 전계 발광 소자이고, 정공 주입층과 발광층 사이에 플루오로카본층이 설치되어 있으며, 전자 수송층이 제1 전자 수송성 재료와 제2 전자 수송성 재료의 혼합물로부터 형성되어 있고, 제1 전자 수송성 재료가 페난트롤린 화합물이이며, 제2 전자 수송성 재료가 제1 전자 수 송성 재료보다도 최저 공분자 궤도(LUMO)의 에너지 준위가 낮은 화합물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 국면에 따라 페난트롤린 화합물을 포함하는 제1 전자 수송성 재료와, 제1 전자 수송성 재료보다도 LUMO의 에너지 준위가 낮은 화합물을 포함하는 제2 전자 수송성 재료의 혼합물로부터 전자 수송층을 형성함으로써, 발광층에의 전자 주입량을 제어할 수 있고, 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광층에의 전자 주입량을 제어함으로써 발광층에서 정공 수송층으로 전자가 빠져나가는 것이 억제되기 때문에, 정공 수송성 재료의 전자의 주입에 의한 열화를 저감할 수 있고, 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
전자 수송층 중에서의 제2 전자 수송성 재료의 함유 비율은 40 중량% 이하인 것이 바람직하고, 30 중량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 따라서, 제1 수송성 재료의 함유 비율은 60 중량% 이상인 것이 바람직하고, 70 중량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 제2 전자 수송성 재료의 함유 비율이 지나치게 적으면 수명 특성을 향상시키는 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다. 제2 전자 수송성 재료의 함유 비율이 지나치게 많으면 구동 전압이 높아지고, 발광 효율이 낮아질 우려가 있다.
본 발명의 제2 국면에서 제1 전자 수송성 재료로서 사용되는 페난트롤린 화합물로는, 상술한 구조식을 갖는 1,10-페난트롤린의 유도체가 바람직하게 사용된다.
이러한 것으로서, 구체적으로는 상술한 BCP를 들 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 국면에서 사용되는 제2 전자 수송성 재료로는, 제1 전자 수송성 재료보다도 LUMO 에너지 준위가 낮으며, 양호한 전자 수송성을 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 제1 전자 수송성 재료로서 BCP를 사용하는 경우, BCP의 LUMO 에너지 준위는 약 -2.7 eV이기 때문에, LUMO 에너지 준위가 약 -3.0 eV인 Alq를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 국면에서는, 정공 주입층과 발광층 사이에 플루오로카본층이 설치되어 있다. 플루오로카본은 CFx로서 나타낼 수 있는 것이고, CHF3 가스 등의 플라즈마 중합 등에 의해 그의 박막을 형성할 수 있다. 정공 주입층과 발광층 사이에 플루오로카본층을 설치함으로써 정공의 주입 장벽을 작게 할 수 있고, 발광층에 보다 다량의 정공을 공급할 수 있다.
플루오로카본층의 두께는 5 내지 50 Å(0.5 내지 5 nm) 정도인 것이 바람직하다. 두께가 이 범위에서 벗어나면, 발광층에 다량의 정공을 공급한다는 플루오로카본층의 작용 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다.
본 발명의 제2 국면에서의 발광층은 호스트 재료와 도핑제 재료로부터 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제2 국면에서는, 플루오로카본층과 발광층 사이에 정공 수송층이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 정공 수송층에 인접하는 발광층의 호스트 재료는, 정공 수송층의 정공 수송성 재료와 동일한 화합물인 것이 바람직하다. 정공 수송층의 정공 수송성 재료를 인접하는 발광층의 호스트 재료에 사용함 으로써, 발광층에의 정공의 주입 장벽을 작게 할 수 있고, 보다 효율적으로 발광층에 정공을 공급할 수 있다.
본 발명의 제2 국면에서의 정공 수송층의 정공 수송성 재료로는, 아릴아민 화합물이 바람직하게 사용되고, 디아민 화합물이 특히 바람직하게 사용된다.
또한, 본 발명의 제2 국면에서의 정공 주입층은 금속 프탈로시아닌으로부터 형성되는 것이 바람직하다. 금속 프탈로시아닌으로부터 형성된 정공 주입층을 설치함으로써, 장시간 연속 구동했을 때에 구동 전압이 상승하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 제3 국면은 정공 주입 전극과 전자 주입 전극 사이에 발광층이 배치되어 있고, 정공 주입 전극과 발광층 사이에 정공 주입층이 설치되며, 전자 주입 전극과 발광층 사이에 전자 수송층이 설치되어 있는 유기 전계 발광 소자이고, 정공 주입층이 플루오로카본층으로부터 형성되며, 전자 수송층이 페난트롤린 화합물 또는 페난트롤린 화합물과 알루미늄 착체의 혼합물로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 국면에서는, 플루오로카본층이 정공 주입층으로서 설치되어 있다. 이 플루오로카본층은 본 발명의 제1 국면에서의 플루오로카본층과 마찬가지로 하여 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 제3 국면에서는, 전자 수송층이 페난트롤린 화합물 또는 페난트롤린 화합물과 알루미늄 착체의 혼합물로부터 형성되어 있다. 페난트롤린 화합물은 본 발명의 제1 국면에서의 페난트롤린 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 알루미늄 착체로는 Alq, BAlq 등을 들 수 있다. 알루미늄 착체의 함유 비율은 40 중량% 이하인 것이 바람직하고, 30 중량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 따라서, 페난트롤린 화합물은 60 중량% 이상인 것이 바람직하고, 70 중량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 알루미늄 착체와의 혼합물로 함으로써 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 알루미늄 착체의 함유 비율이 지나치게 적으면 수명 특성을 향상시키는 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다. 또한, 알루미늄 착체의 함유 비율이 지나치게 많으면 구동 전압이 높아지고, 발광 효율이 낮아질 우려가 있다.
본 발명의 제3 국면에서, 전자 수송층과, 전자 수송층에 인접하는 발광층과 호스트 재료의 최저 공분자 궤도(LUMO)의 에너지 준위차는 0.2 eV 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 전자 수송성 재료로부터 발광층 호스트 재료에의 전자 주입이 용이해지고 다량의 전자를 발광층으로 보내줄 수 있다.
또한, 전자 수송층과, 전자 수송층에 인접하는 발광층의 도핑제 재료의 최저 공분자 궤도(LUMO)의 에너지 준위차는 0.2 eV 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 발광층에 다량의 전자를 공급할 수 있다.
본 발명의 제3 국면에서, 플루오로카본층과 발광층 사이에는 정공 수송층이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 정공 수송층의 정공 수송성 재료로는, 아릴아민 유도체가 바람직하게 사용되고, 디아민 화합물이 특히 바람직하게 사용된다.
정공 수송층에 인접하는 발광층의 호스트 재료는, 정공 수송층의 정공 수송성 재료와 동일한 화합물인 것이 바람직하다. 정공 수송층의 정공 수송성 재료로서 인접하는 발광층의 호스트 재료와 동일한 화합물을 사용함으로써, 발광층에의 정공의 주입 장벽을 작게 할 수 있고, 보다 효율적으로 발광층에 정공을 공급할 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 국면 내지 제3 국면에 공통되는 사항에 대해서는, 간단히 "본 발명"으로서 설명한다.
본 발명에서는, 발광층이 복수개 적층하여 설치되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 청색 발광층과 오렌지색 발광층을 설치함으로써, 백색 발광 소자로서 구성되어 있을 수 있다. 이 경우, 플루오로카본층 및 전자 수송층의 두께를 조정하고, 청색 발광층과 오렌지색 발광층 사이에서 발광 영역을 이동시켜, 청색 발광층으로부터의 발광을 강하게 하거나, 오렌지색 발광층으로부터의 발광을 강하게 하는 것이 가능해진다. 따라서, 발광의 색조 조정이 가능해진다.
본 발명에서의 발광층은 상술한 바와 같이 호스트 재료와 도핑제 재료로부터 형성되는 것이 바람직하다. 필요에 따라 캐리어 수송성의 제2 도핑제 재료가 함유되어 있을 수 있다. 발광 도핑제 재료로는, 일중항(一重項) 발광 재료일 수도 있고, 삼중항(三重項) 발광 재료(인광 발광 재료)일 수도 있다.
발광층의 호스트 재료로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄 등의 금속 킬레이트화 옥시노이드 화합물, 디아릴부타디엔 유도체, 스틸벤 유도체, 벤족사졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, CBP 등, 트리아졸계 화합물, 이미다졸계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 안트라센이나 피렌, 페릴렌 등의 축합환 유도체, 피라진, 나프틸리딘, 퀴녹살린, 피롤로피리딘, 피리미딘, 티오펜, 티오크산텐 등의 복소환 유도체, 벤조퀴놀리놀 금속 착체, 비피리딘 금속 착체, 로다민 금속 착체, 아조메틴 금속 착체, 디스티릴벤젠 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 스틸벤 유도체, 알다진 유도체, 쿠마린 유도체, 프탈이미드 유도체, 나프탈이미드 유도체, 페리논 유도체, 피롤로피롤 유도체, 시클로펜타디엔 유도체, 이미다졸 유도체나 옥사졸 유도체, 티아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 트리아졸 유도체 등의 아졸 유도체 및 그의 금속 착체, 벤족사졸, 벤즈이미다졸, 벤조티아졸 등의 벤즈아졸 유도체 및 그의 금속 착체, 트리페닐아민 유도체나 카르바졸 유도체 등의 아민 유도체, 메로시아닌 유도체, 포르피린 유도체, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 착체 등의 인광 재료, 중합체계에서는 메폴리페닐렌비닐렌 유도체, 폴리파라페닐렌 유도체, 폴리티오판 유도체 등을 들 수 있다.
발광층의 호스트 재료로는, 특히 안트라센 유도체, 알루미늄 착체, 루브렌 유도체 및 아릴아민 유도체가 바람직하게 사용된다.
본 발명에서의 발광층의 도핑제 재료로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 안트라센, 페릴렌 등의 축합 다환 방향족 탄화수소, 7-디메틸아미노-4-메틸쿠마린 등의 쿠마린 유도체, 비스(디이소프로필페닐)페릴렌테트라카르복실산이미드 등의 나프탈이미드 유도체, 페리논 유도체, 아세틸아세톤이나 벤조일아세톤과 페난트롤린 등을 배위자로 하는 Eu 착체 등의 희토류 착체, 디시아노메틸렌피란 유도체, 디시아노메틸렌티오피란 유도체, 마그네슘프탈로시아닌, 알루미늄클로로프탈로시아닌 등의 금속 프탈로시아닌 유도체, 포르피린 유도체, 로다민 유도체, 데아자플라빈 유도체, 쿠마린 유도체, 옥사진 화합물, 티옥산텐 유도체, 시아닌 색소 유도체, 플루오레세인 유도체, 아크리딘 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 피롤로피롤 유도체, 퀴나졸린 유도체, 피롤로피리딘 유도체, 스쿠아릴륨 유도체, 비오란트론 유도체, 페나진 유도체, 아크리돈 유도체, 디아자플라빈 유도체, 피로메텐 유도체 및 그의 금속 착체, 페녹사진 유도체, 페녹사존 유도체, 티아디아졸로피렌 유도체, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 착체, 트리스(2-페닐피리딜)이리듐 착체, 트리스〔2-(2-티오페닐)피리딜〕이리듐 착체, 트리스[2-(2-벤조티오페닐)피리딜〕인듐 착체, 트리스(2-페닐벤조티아졸)이리듐 착체, 트리스(2-페닐벤조옥사졸)이리듐 착체, 트리스벤조퀴놀린이리듐 착체, 비스(2-페닐피리딜)(아세틸아세토네이트)이리듐 착체, 비스〔2-(2-티오페닐)피리딜〕이리듐 착체, 비스〔2-(2-벤조티오페닐)피리딜〕(아세틸아세토네이트)이리듐 착체, 비스(2-페닐벤조티아졸)(아세틸아세토네이트)이리듐 착체 등을 들 수 있다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 제1 국면 및 제3 국면에 따른 실시예에 대해서 설명한다.
(실시예 1 내지 3 및 비교예 1-1 내지 1-4 및 2)
정공 주입 전극으로서 ITO(인듐 주석 산화물)막이 형성된 유리 기판 위에 하기 표 1에 나타내는 정공 주입층, 플루오로카본층, 정공 수송층, 발광층 1(오렌지색 발광층), 발광층 2(청색 발광층), 전자 수송층 및 전자 주입 전극(LiF/Al)을 형성하였다. 표 1에서 ( )안의 숫자는 각 층의 두께(nm)를 나타내고 있다. 플루오 로카본층은 CHF3 가스의 플라즈마 중합에 의해 형성하였다. 플루오로카본층 이외의 각 층은 증착법에 의해 형성하였다.
제조한 각 유기 EL 소자에 대해서 색도, 전력 효율, 휘도 효율 및 외부 양자 효율을 측정하고, 측정 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에 나타내는 각 유기 EL 소자는 오렌지색 발광층과 청색 발광층을 갖는 백색 발광 소자이다.
Figure 112005015107586-PAT00003
(실시예 4 내지 7 및 비교예 3 내지 6)
상기 실시예와 마찬가지로 하여, ITO 막이 형성된 유리 기판 위에 하기 표 2에 나타내는 각 층을 형성하여 유기 EL 소자를 제조하였다. 각 소자에 대해서 색도, 전력 효율, 휘도 효율 및 외부 양자 효율을 측정하고, 측정 결과를 표 2에 나타내었다.
Figure 112005015107586-PAT00004
상기 각 실시예 및 각 비교예에서 사용한 박막 형성 재료에 대해서 이하에 설명한다.
Alq는 트리스-(8-퀴놀리네이토)알루미늄(III)이고, 이하의 구조를 갖고 있다.
Figure 112005015107586-PAT00005
NPB는 N,N'-디(나프타센-1-일)-N,N'-디페닐벤지딘이고, 이하의 구조를 갖고 있다.
Figure 112005015107586-PAT00006
DBzR은 5,12-비스{4-(6-메틸벤조티아졸-2-일)페닐}-6,11-디페닐나프타센이고, 이하의 구조를 갖고 있다.
Figure 112005015107586-PAT00007
tBuDPN은 5,12-비스(4-터셔리-부틸페닐)나프타센이고, 이하의 구조를 갖고 있다.
Figure 112005015107586-PAT00008
CBP는 4,4'-N,N'-디카르바졸-비페닐이고, 이하의 구조를 갖고 있다.
Figure 112005015107586-PAT00009
Ir(phq)3은 트리스(2-페닐퀴놀린)이리듐(III)이고, 이하의 구조를 갖고 있다.
Figure 112005015107586-PAT00010
TBADN은 2-터셔리-부틸-9,10-디(2-나프틸)안트라센이고, 이하의 구조를 갖고 있다.
Figure 112005015107586-PAT00011
TBP는 2,5,8,11-테트라-터셔리-부틸페릴렌이고, 이하의 구조를 갖고 있다.
Figure 112005015107586-PAT00012
DCJTB는 (4-디시아노메틸렌)-2-터셔리-부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸주롤리딜(tetramethyljulolidyl)-9-에닐)-4H-피란이고, 이하의 구조를 갖고 있다.
Figure 112005015107586-PAT00013
또한, 상기에서 알루미늄 착체의 예로 든 BAlq는 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)-4-페닐페놀레이토알루미늄(III)이고, 이하의 구조를 갖고 있다.
Figure 112005015107586-PAT00014
표 1 및 표 2에 나타내는 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 유기 EL 소자는, 비교예의 유기 EL 소자와 비교하여 전력 효율, 휘도 효율 및 외부 양자 효율이 높아져 있고, 발광 효율이 향상하고 있다. 실시예 3은 본 발명의 제3 국면에 따른 실시예이다. 그 밖의 실시예는 본 발명의 제1 국면에 따른 실시예이다.
도 1은 실시예 1 및 비교예 1-1의 구동 전압과 휘도의 관계를 나타낸 도면이다. 도 1로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 제1 국면에 따른 실시예 1의 유기 EL 소자에서는, 낮은 구동 전압에서 높은 휘도가 얻어지고 있다.
도 3은 본 발명의 제1 국면에 따른 실시예의 유기 EL 소자의 각 층에서의 LUMO 에너지 준위 및 HOMO 에너지 준위를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 4는 비교예의 유기 EL 소자의 각 층에서의 LUMO 에너지 준위 및 HOMO 에너지 준위를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 3 및 도 4로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 제1 국면에 따라 전자 수송층의 재료로서 BCP를 사용함으로써, 인접하는 발광층의 LUMO 에너지 준위와의 차이가 0.1 eV가 된다. 이 때문에, 전자 수송층에 Alq를 사용하는 종래의 경우와 비교하여, 발광층에 다량의 전자를 공급하는 것이 가능해지고, 구동 전압을 저하시킬 수 있으며, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 3에 나타내는 오렌지색 발광층과 청색 발광층 2개의 발광층을 갖는 유기 EL 소자에서는, 전자 수송층의 재료를 Alq에서 BCP로 변경함으로써 정공과 전자가 재결합하는 발광 영역을 오렌지색 발광층측에 압입할 수 있다. 이 결과, 오렌지색의 발광을 강화할 수 있고, 발광의 색조를 제어하는 것이 가능해진다.
도 2는 실시예 1과 실시예 3에서의 구동 시간과 구동 전압과의 관계를 나타낸 도면이다. 실시예 3은 CuPC(구리 프탈로시아닌)을 포함하는 정공 주입층이 설치되어 있지 않고, 정공 주입 전극 위에 직접 플루오로카본층이 설치되어 있다. 도 2에 나타내는 결과로부터 명백한 바와 같이, CuPC를 포함하는 정공 주입층이 설치되어 있지 않은 실시예 3에서는, 구동 시간이 길어짐과 동시에, 구동 전압이 상승하고 있다. 이에 대하여, CuPC를 포함하는 정공 주입층이 설치된 실시예 1에서는 이러한 구동 전압의 상승이 억제되고 있다.
이하, 본 발명의 제2 국면에 따른 실시예에 대해서 설명한다.
(실시예 8 내지 9)
정공 주입 전극으로서 ITO(인듐 주석 산화물)막이 형성된 유리 기판 위에 하기 표 3에 나타내는 정공 주입층, 플루오로카본층, 정공 수송층, 발광층 1(오렌지색 발광층), 발광층 2(청색 발광층), 전자 수송층 및 전자 주입 전극(LiF/Al)을 형성하였다. 표 3에서 ( )안의 숫자는 각 층의 두께(nm)를 나타내고 있다. 플루오로카본층은 CHF3 가스의 플라즈마 중합에 의해 형성하였다. 플루오로카본층 이외의 각 층은 증착법에 의해 형성하였다. 표 3에서 LiF 및 Al의 수치는 층의 두께를 나타내고 있다. 또한, 발광층 및 전자 수송층에서의 %는 중량%이다.
제조한 각 유기 EL 소자에 대해서 색도, 전력 효율, 휘도 효율, 외부 양자 효율 및 휘도 반감 시간을 측정하고, 측정 결과를 표 3에 나타내었다. 표 3에 나타내는 각 유기 EL 소자는, 오렌지색 발광층과 청색 발광층을 갖는 백색 발광 소자이다. 또한, 표 3에는 실시예 1과 2 및 비교예 1-2를 병기하고 있다.
Figure 112005015107586-PAT00015
(실시예 10 내지 13)
상기 실시예와 마찬가지로 하여, ITO막이 형성된 유리 기판 위에 하기 표 4에 나타내는 각 층을 형성하여 유기 EL 소자를 제조하였다. 각 소자에 대해서 색도, 전력 효율, 휘도 효율, 외부 양자 효율 및 휘도 반감 시간을 측정하고, 측정 결과를 표 4에 나타내었다. 또한, 표 4에는 실시예 4 내지 7을 병기하고 있다.
Figure 112005015107586-PAT00016
표 3 및 표 4에 나타낸 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 제2 국면에 따른 실시예 8 내지 13의 유기 EL 소자는, 전자 수송층에 BCP를 단독으로 사용한 실시예 1 내지 2 및 4 내지 7의 유기 EL 소자와 비교하여, 휘도 반감 시간이 길어져있고, 수명 특성이 개선되어 있다는 것을 알 수 있다.
도 5는 실시예 8과 실시예 1의 유기 EL 소자의 구동 시간과 휘도와의 관계를 나타낸 도면이다. 도 5에서도 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 8은 실시예 1과 비교하여, 장시간 구동시켜도 높은 휘도가 얻어지고, 수명 특성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 제1 국면 및 제3 국면에 따르면, 발광층에서의 전자와 정공의 균형을 개선함으로써, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제2 국면에 따르면, 전자 수송층에 제1 전자 수송성 재료로서 페난트롤린 화합물을 사용하고 있다. 이 때문에 구동 전압을 저감시키고, 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상대적으로 LUMO 에너지 준위가 낮은 제2 전자 수송성 재료를 전자 수송층에 혼합 또는 적층하여 사용하고 있기 때문에, 페난트롤린 화합물을 단독으로 전자 수송층에 사용한 경우와 비교하여 수명 특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (32)

  1. 정공 주입 전극과 전자 주입 전극 사이에 발광층이 배치되어 있고, 상기 정공 주입 전극과 상기 발광층 사이에 정공 주입층이 설치되며, 상기 전자 주입 전극과 상기 발광층 사이에 전자 수송층이 설치되어 있는 유기 전계 발광 소자에 있어서, 상기 정공 주입층과 상기 발광층 사이에 플루오로카본층이 설치되어 있고, 상기 전자 수송층은 페난트롤린 화합물로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발광층이 호스트 재료와 도핑제 재료로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전자 수송층과, 이 전자 수송층에 인접하는 발광층의 도핑제 재료의 최저 공분자 궤도(LUMO)의 에너지 준위의 차이가 0.2 eV 이하인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플루오로카본층과 상기 발광층 사이에 정공 수송층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 정공 수송층에 인접하는 발광층의 호스트 재료가 상기 정공 수송층의 정공 수송성 재료와 동일한 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 정공 수송층의 상기 정공 수송성 재료가 아릴아민 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정공 주입층이 금속 프탈로시아닌 화합물로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광층이 복수개 적층하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광층으로서 청색 발광층과 오렌지색 발광층이 설치된 백색 발광 소자인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도핑제 재료로서 인광 발광 재료가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  11. 정공 주입 전극과 전자 주입 전극 사이에 발광층이 배치되어 있고, 상기 정공 주입 전극과 상기 발광층 사이에 정공 주입층이 설치되며, 상기 전자 주입 전극과 상기 발광층 사이에 전자 수송층이 설치되어 있는 유기 전계 발광 소자에 있어서, 상기 정공 주입층과 상기 발광층 사이에 플루오로카본층이 설치되어 있고, 상기 전자 수송층은 제1 전자 수송성 재료와 제2 전자 수송성 재료의 혼합물로부터 형성되어 있으며, 상기 제1 전자 수송성 재료는 페난트롤린 화합물이고, 상기 제2 전자 수송성 재료는 상기 제1 전자 수송성 재료보다도 최저 공분자 궤도(LUMO)의 에너지 준위가 낮은 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 발광층이 호스트 재료와 도핑제 재료로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 전자 수송층 중에 제1 전자 수송성 재료가 70 중량% 이상 포함되어 있고, 제2 전자 수송성 재료가 30 중량% 이하 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플루오로카본층과 상기 발광층 사이에 정공 수송층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  15. 제14항에 있어서, 상기 정공 수송층에 인접하는 발광층의 호스트 재료가 상기 정공 수송층의 정공 수송성 재료와 동일한 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 정공 수송층의 정공 수송성 재료가 아릴아민 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정공 주입층이 금속 프탈로시아닌 화합물로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  18. 제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광층이 복수개 적층하여 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  19. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광층으로서 청색 발광층과 오렌지색 발광층이 설치된 백색 발광 소자인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  20. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도핑제 재료로서 인광 발광 재료가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  21. 정공 주입 전극과 전자 주입 전극 사이에 발광층이 배치되어 있고, 상기 정공 주입 전극과 상기 발광층 사이에 정공 주입층이 설치되며, 상기 전자 주입 전극과 상기 발광층 사이에 전자 수송층이 설치되어 있는 유기 전계 발광 소자에 있어서, 상기 정공 주입층이 플루오로카본층으로부터 형성되고, 상기 전자 수송층이 페난트롤린 화합물 또는 페난트롤린 화합물과 알루미늄 착체의 혼합물로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  22. 제21항에 있어서, 상기 발광층이 호스트 재료와 도핑제 재료로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 발광층이 1층만으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  24. 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 발광층이 발광색이 다른 2층 또는 3층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 수송층과, 이 전자 수송층에 인접하는 발광층의 호스트 재료의 최저 공분자 궤도(LUMO)의 에너지 준위의 차이가 0.2 eV 이하인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광층의 호스트 재료가 안트라센 유도체, 알루미늄 착체, 루브렌 유도체 또는 아릴아민 유도체로부터 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  27. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 수송층과, 이 전자 수송층에 인접하는 발광층의 도핑제 재료의 최저 공분자 궤도(LUMO)의 에너지 준위의 차이가 0.2 eV 이하인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  28. 제21항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플루오로카본층과 상기 발광층 사이에 정공 수송층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  29. 제28항에 있어서, 상기 정공 수송층에 인접하는 발광층의 호스트 재료가 상기 정공 수송층의 정공 수송성 재료와 동일한 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 정공 수송층의 상기 정공 수송성 재료가 아릴아민 유도체인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  31. 제24항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광층으로서 청색 발광 층과 오렌지색 발광층이 설치된 백색 소자인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  32. 제22항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도핑제 재료로서 인광 발광 재료가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
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