KR20060066645A - 유기 ｅｌ 소자 - Google Patents

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Abstract

양극과 음극 사이에, 형광 도펀트를 포함하는 발광층, 인광 도펀트를 포함하는 발광층, 및 비발광 계면층을 구비하고, 형광 도펀트를 포함하는 발광층은 인광 도펀트를 포함하는 발광층보다 음극측에 형성되고, 또한 비발광 계면층은 형광 도펀트를 포함하는 발광층과 인광 도펀트를 포함하는 발광층 사이에 형성된 유기 EL 소자.
유기 EL 소자, 발광층, 계면층

Description

유기 ＥＬ 소자{ORGANIC EL DEVICES}
도 1 은 본 발명에 관련된 유기 EL 소자의 층 구성예를 설명하기 위한 단면도.
[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 2004-14155호
[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 2003-77674호
[특허문헌 3] 일본 특허공표공보 2003-526876호
본 발명은 유기 EL (electroluminescence) 소자에 관한 것이다.
최근, 유기 EL 소자에 대한 큰 기대로서, 풀 컬러 표시 디바이스로에 대한 응용을 들 수 있다. 유기 EL 소자를 사용하여 풀 컬러 표시를 하는 하나의 방법으로서, 유기 EL 소자로부터 발해진 백색광을 컬러 필터에 의해, 적색, 녹색, 청색의 광으로 나누는 방법이 알려져 있으며, 여기서 사용되는 유기 EL 소자에는 이하와 같은 특성이 요구된다.
·적색, 녹색, 청색의 각 색의 발광 강도 균형이 양호하고, 백색도가 양호할 것.
·발광 효율이 높을 것.
·유기 EL 소자 수명이 길 것.
그래서, 상기 특성이 비교적 양호한 유기 EL 소자의 하나로서, 청색 형광 도펀트와 적색 및 녹색 인광 도펀트를 동일 발광층에 포함하는 유기 EL 소자가 제안되었다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2004-14155호 참조).
그러나, 이러한 유기 EL 소자에 있어서 청색 형광 도펀트의 3 중항 에너지가 적색 및 녹색 인광 도펀트의 3 중항 에너지보다 작으면, 적색 및 녹색 인광 도펀트의 3 중항 에너지가 청색 형광 도펀트의 3 중항 에너지로 이동한다. 일반적으로, 형광재료가 3 중항 여기 상태가 된 경우, 그 3 중항 에너지는 발광에 사용되지 않고, 열로서 소비된다. 그 때문에, 3 중항 여기 상태의 청색 형광 도펀트는 발광하지 않고 열실활 (熱失活) 되어, 이러한 유기 EL 소자는 고효율인 발광을 달성할 수 없고, 나아가서는 양호한 백색도를 얻을 수 없다.
또한, 인광 발광 도펀트와 이 도펀트의 최대 발광파장보다 장파장의 최대 발광파장을 갖는 인광 발광 또는 형광 발광 도펀트를 동일 발광층에 포함하는 유기 EL 소자가 제안되었다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2003-77674호 참조).
그러나, 백색도가 양호한 유기 EL 소자를 얻기 위해서는 청색의 피크를 최대 발광파장으로 하는 것이 바람직하기 때문에, 특허문헌 2 에서는 양호한 백색도를 얻을 수 없다. 또한, 청색 인광 도펀트는 극단적으로 수명이 짧기 때문에, 실용에 제공할 수 없다는 문제가 있다.
또한, 인광 도펀트로서 이리듐 (Ir) 착물을 발광층에 포함하는 유기 EL 소자가 제안되었다 (예를 들어, 일본 특허공표공보 2003-526876호 참조).
그러나, 이 유기 EL 소자에서는, 녹색 등의 단색광의 발광 효율을 높일 수는 있으나, 적색, 녹색 및 청색의 발광 강도 균형을 양호한 것으로 하여, 우수한 백색을 얻을 수는 없다.
이상과 같이, 우수한 백색도, 발광 효율 및 소자 수명을 동시에 겸비한 유기 EL 소자는 아직 얻어지지 않은 실정이다. 본 발명은 이러한 문제점을 감안하여, 우수한 백색도, 발광 효율 및 소자 수명을 동시에 겸비한 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그래서, 본 발명자들은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구, 개발을 수행한 결과, 형광 도펀트를 포함하는 발광층과 인광 도펀트를 포함하는 발광층 사이에 비발광 계면층을 형성하고, 추가로 인광 도펀트를 포함하는 발광층보다 음극측에 형광 도펀트를 포함하는 발광층을 형성하는 것이 유효하다는 것에 생각이 미쳐, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명과 관련된 유기 EL 소자는 양극과 음극 사이에 형광 도펀트를 포함하는 발광층과, 인광 도펀트를 포함하는 발광층, 및 비발광 계면층을 구비하고, 상기 형광 도펀트를 포함하는 발광층은 상기 인광 도펀트를 포함하는 발광층보다 상기 음극측에 형성되고, 또한 상기 비발광 계면층은 상기 형광 도펀트를 포함하는 발광층과 상기 인광 도펀트를 포함하는 발광층 사이에 형성된 것이다.
형광 도펀트는 청색 형광 도펀트인 것이 바람직하고, 또한 인광 도펀트는 적색 인광 도펀트 및 녹색 인광 도펀트에서 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
인광 도펀트를 포함하는 발광층은 적색 인광 도펀트 및 녹색 인광 도펀트를 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 적색 인광 도펀트의 중량% 농도는 녹색 인광 도펀트의 중량% 농도보다 낮은 것이 바람직하다.
또한, 적색 인광 도펀트 및 녹색 인광 도펀트가 각각의 발광층에 포함되는 것도 바람직하다. 이 때, 적색 인광 도펀트의 중량% 농도는 녹색 인광 도펀트의 중량% 농도보다 낮은 것이 바람직하다. 또한, 적색 인광 도펀트를 포함하는 발광층이 녹색 인광 도펀트를 포함하는 발광층보다 상기 양극측에 형성된 것이 바람직하고, 적색 인광 도펀트를 포함하는 발광층이 섬 형상 박막으로 된 것도 바람직하다.
또한, 형광 도펀트를 포함하는 발광층의 막두께가 인광 도펀트를 포함하는 발광층의 막두께보다 두꺼운 것이 바람직하다.
형광 도펀트를 포함하는 발광층의 음극측에 접하여, 홀 블록층을 추가로 형성해도 된다.
본 발명에 의하면, 우수한 백색도, 발광 효율 및 소자 수명을 동시에 겸비한 유기 EL 소자를 제공할 수 있다.
《본 발명에 관련된 유기 EL 소자의 층 구성》
본 발명에 관련된 유기 EL 소자는 양극과 음극 사이에, 형광 도펀트를 포함 하는 발광층 및 인광 도펀트를 포함하는 발광층이 형성된 유기 EL 소자에 있어서, 형광 도펀트를 포함하는 발광층이 인광 도펀트를 포함하는 발광층보다 음극측에 형성되고, 또한 형광 도펀트를 포함하는 발광층 (이하, 형광 발광층이라함) 과 인광 도펀트를 포함하는 발광층 (이하, 인광 발광층이라 함) 사이에, 비발광 계면층이 형성된 것을 특징으로 한다. 요컨대, 이하와 같은 층 구성이다.
·양극/인광 발광층/비발광 계면층/형광 발광층/음극
이하, 인광 발광층/비발광 계면층/형광 발광층을 통합하여 「발광대」라 부르는 경우도 있다.
이 층 구성을 기본으로 하여, 공지된 유기 EL 소자를 구성하는 다른 층을 형성해도 되고, 보다 구체적으로는, 예를 들어 이하와 같은 층 구성으로 할 수 있다.
·양극/홀 수송층/인광 발광층/비발광 계면층/형광 발광층/전자 수송층/전자 주입층/음극 (도 1)
·양극/홀 수송층/인광 발광층/비발광 계면층/형광 발광층/홀 블록층/전자 수송층/전자 주입층/음극
·양극/인광 발광층/비발광 계면층/형광 발광층/전자 수송층/전자 주입층/음극
·양극/인광 발광층/비발광 계면층/형광 발광층/홀 블록층/전자 수송층/전자 주입층/음극
이상과 같이, 홀 주입 기능 및 홀 수송 기능을 인광 발광층에 갖게 하여, 홀 수송층 등을 생략하는 것도 가능하다. 이와 같이 층을 생략하면, 층의 수가 줄 어 비용 저감으로 이어진다. 또한, 양극과 홀 수송층 사이에 홀 주입 기능을 가진 층 (홀 주입층) 을 별도로 형성해도 된다. 홀 주입층은 유기 EL 소자에 이하와 같은 특성을 부여한다.
·구동전압을 낮게 한다.
·양극으로부터 홀 수송층으로의 홀 주입이 안정화되므로, 유기 EL 소자 자체 수명이 길어진다.
·양극과 홀 수송층의 밀착성이 향상되기 때문에, 발광면의 균일성이 높아진다.
·양극의 돌기 등을 피복하여, 유기 EL 소자로서의 결함을 감소시킬 수 있다.
홀 주입층에 사용되는 재료로는, 홀 주입층에 상기 특성을 부여하는 것이면 특별히 제한은 없고, 공지된 재료를 그대로 사용할 수 있다. 홀 주입층은 단독의 재료에 의해 형성되어도 되며, 복수의 재료에 의해 형성되어도 된다. 또한, 홀 주입층의 막두께는 0.1㎚ 이상 100㎚ 이하이고, 바람직하게는 0.3㎚ 이상 50㎚ 이하이다.
또한, 상기와 같은 각 층은 각각 원래의 기능 이외의 기능을 갖고 있어도 되며, 예를 들어 발광층 (인광 발광층 및 형광 발광층) 이 홀 주입 기능, 홀 수송 기능, 전자주입 기능 및/또는 전자 수송 기능을 구비해도 된다.
또한, 상기 이외의 층도 적절히 형성할 수 있다.
여기서는, 도 1 에 기초하여, 기판 (11) 상에 양극 (12) 이 형성되고, 양극 (12) 상에 홀 수송층 (13), 인광 발광층 (14), 비발광 계면층 (15), 형광 발광층 (16), 전자 수송층 (17), 전자 주입층 (18) 및 음극 (19) 이 순차적으로 형성된 유기 EL 소자 (10) 에 관해서 상세히 설명한다. 또한, 기판 (11) 은 양극 (12) 측이 아닌 음극 (19) 측에 형성하는 것도 당연히 가능하다.
《기판 (11)》
기판 (11) 은 유기 EL 소자를 지지하는, 일반적으로는 판 형상의 부재이다. 유기 EL 소자를 구성하는 각 층은 매우 얇기 때문에, 일반적으로는 기판 (11) 에 의해서 지지된 유기 EL 소자로서 제작된다.
이러한 유기 EL 소자를 지지하는 목적에서, 기판 (11) 은 평면 평활성을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 기판 (11) 은 발광대에 대하여 광취출측에 있는 경우에는, 취출하는 광에 대하여 투명하게 된다.
기판 (11) 으로는, 상기한 성능을 갖고 있으면 공지된 것을 사용할 수 있다. 일반적으로는, 유리 기판이나 규소 기판, 석영 기판 등의 세라믹스 기판이나, 플라스틱 기판이 선택된다. 또한, 금속 기판이나 지지체에 금속박을 형성한 기판 등도 사용된다. 또한, 동종 또는 이종의 기판을 복수 조합한 복합 기판을 사용할 수도 있다.
《양극 (12)》
다음으로, 양극 (12) 이 기판 (11) 상에 형성된다.
양극 (12) 은 홀 수송층 (13) 에 홀을 주입하는 전극이다. 따라서, 양극 (12) 형성용 재료는 이 성질을 양극 (12) 에 부여하는 재료이면 되고, 일반적으로는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등의 공지된 재료가 선택된다.
양극 (12) 형성용 재료로는, 예를 들어 이하의 것이 있다.
인듐-주석-옥사이드 (ITO), 인듐-아연-옥사이드 (IZO), 산화주석 (SnO), 산화아연 (ZnO), 아연알루미늄 산화물 (Al2ZnO4) 등의 금속 산화물;
질화티탄 등의 금속 질화물;
금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트, 납, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈, 니오브 등의 금속, 이들의 금속의 합금이나 요오드화구리의 합금 등;
폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리(3-메틸티오펜),폴리페닐렌술피드 등의 도전성 유기 고분자 등.
양극 (12) 은 발광대에 대하여 광취출측에 형성되는 경우에는, 일반적으로 취출하는 광에 대한 투과율이 10% 보다 커지도록 설정된다. 가시광을 취출하는 경우에는, 가시광에 대하여 투과율이 높은 ITO 가 바람직하게 사용된다.
양극 (12) 을 반사성 전극으로서 사용하는 경우에는, 상기 재료 중, 취출하는 광을 반사시키는 성능을 구비한 재료가 적절히 선택되고, 일반적으로는 금속, 합금, 금속 화합물 등이 선택된다.
양극 (12) 은 상기 재료 중의 일종만으로 형성되어도 되고, 상기 재료 중의 복수를 혼합함으로써 형성되어도 된다. 또한, 이러한 동일 조성 또는 이종 조성 에 의한 복수층으로 이루어지는 복층 구조여도 된다.
상기 재료의 선택의 결과, 양극 (12) 의 저항이 높은 경우에는, 보조 양극을 형성하여 이 저항을 낮추면 된다. 보조 양극은 은, 구리, 크롬, 알루미늄, 티탄, 알루미늄 합금 등의 금속 또는 이들의 적층 구조로서, 양극 (12) 에 부분적으로 병설된다.
양극 (12) 은 상기 재료를 사용하여, 스퍼터링법이나 이온 플레이팅법, 진공 증착법, 스핀 코트법, 전자빔 증착법 등의 공지된 박막 형성법에 의해, 기판 (11) 상에 형성된다.
또한, 양극 (12) 표면을 UV 오존 세정, 산소 플라즈마 세정 등을 하면 된다. 단락 등의 결함의 발생을 억제하기 위해서는, 양극 (12) 형성 후에 그 표면을 연마하는 방법 등에 의해, 양극 (12) 표면의 조도를 자승 평균치로서 20㎚ 이하로 억제하면 된다.
양극 (12) 의 막두께는 사용되는 재료에 따라 달라지지만, 일반적으로 5㎚∼1㎛ 정도, 바람직하게는 10㎚∼1㎛ 정도, 더욱 바람직하게는 10㎚∼500㎚ 정도, 특히 바람직하게는 10㎚∼300㎚ 정도, 가장 바람직하게는 10㎚∼200㎚ 의 범위로 설정된다. 양극 (12) 의 시트 전기 저항은, 바람직하게는 수백오옴/시트 이하, 보다 바람직하게는 5∼50오옴/시트 정도로 설정된다.
《홀 수송층 (13)》
다음으로, 홀 수송층 (13) 이 양극 (12) 상에 형성된다.
홀 수송층 (13) 은 양극 (12) 과 인광 발광층 (14) 사이에 형성된다. 홀 수송층 (13) 은 양극 (12) 으로부터 주입된 홀을 인광 발광층 (14) 으로 수송하는 층이다.
홀 수송층 (13) 에 사용할 수 있는 재료로는, 홀 수송층 (13) 에 상기의 성질을 부여하는 것이면 특별히 제한은 없고, 홀 수송재료로서 사용할 수 있는 공지된 재료나, 홀 수송 성능이 높은 재료, 유기 EL 소자의 홀 수송층에 사용되고 있는 공지된 재료들 중에서 임의의 재료를 선택하여 사용할 수 있다.
이러한 재료로는, 예를 들어 프탈로시아닌 유도체, 트리아졸 유도체, 트리아릴메탄 유도체, 트리아릴아민 유도체 (방향족 제 3 아민 화합물), 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 히드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 피라졸린 유도체, 폴리실란 유도체, 이미다졸 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 스티릴안트라센 유도체나 스티릴아민 유도체 등의 스티릴 화합물, 플루오렌 유도체, 시라잔 유도체, 카르바졸 유도체, 아닐린계 공중합체, 포르피린 화합물, 폴리아릴알칸 유도체, 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 폴리티오펜 유도체, 폴리-N-비닐카르바졸 유도체, 티오펜올리고머 등의 도전성 고분자 올리고머, 스티릴아민 화합물, 테트라민류, 벤지딘류, 아릴렌디아민 유도체, 파라페닐렌디아민 유도체, 메타페닐렌디아민 유도체 등을 들 수 있고, 구체적으로는 트리아릴아민의 2 량체, 3 량체, 4 량체 및 5 량체, 1,1-비스(4-디아릴아미노페닐)시클로헥산류, 4,4'-디(디아릴아미노)비페닐류, 비스[4-(디아릴아미노)페닐]메탄류, 4,4''-디(디아릴아미노)터페닐류, 4,4'''-디(디아릴아미노)쿼터페닐 (quarterphenyl) 류, 4,4'-디(디아릴아미노)디페닐에테르류, 4,4'-디(디아릴아미노)디페닐술판류, 비스[4-(디아릴아미노)페닐]디메틸메탄 류, 비스[4-(디아릴아미노)페닐]-디(트리플루오로메틸)메탄류, 2,2-디페닐비닐 화합물, 방향족 디메틸리덴계 화합물 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, 트리아릴아민 유도체 (방향족 제 3 급 아민 화합물) 및 스티릴아민 화합물로는, 예를 들어 트리페닐아민의 2 량체, 3 량체, 4 량체 및 5 량체, 4,4'-비스[N-페닐-N-(4"-메틸페닐)아미노]비페닐, 4,4'-비스[N-페닐-N-(3"-메틸페닐)아미노]비페닐, 4,4'-비스[N-페닐-N-(3"-메톡시페닐)아미노]비페닐, N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민 (NPB), 3,3'-디메틸-4,4'-비스[N-페닐-N-(3"-메틸페닐)아미노]비페닐, 1,1-비스[4'-[N,N-디(4"-메틸페닐)아미노]페닐]시클로헥산, 9,10-비스[N-(4'-메틸페닐)-N-(4"-n-부틸페닐)아미노]페난트렌, 3,8-비스(N,N-디페닐아미노)-6-페닐페난트리딘, 4-메틸-N,N-비스[4",4'''-비스[N',N''-디(4-메틸페닐)아미노]비페닐-4-일]아닐린, N,N''-비스[4-(디페닐아미노)페닐]-N,N'-디페닐-1,3-디아미노벤젠, N,N'-비스[4-(디페닐아미노)페닐]-N,N'-디페닐-1,4-디아미노벤젠, 5,5"-비스[4-비스[4-메틸페닐]아미노페닐]-2,2':5',2"-터티오펜, 1,3,5-트리스(디페닐아미노)벤젠, 4,4',4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민, 4,4',4"-트리스[N-(3'''-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민, 4,4',4"-트리스[N,N-비스(4'''-tert-부틸비페닐-4""-일)아미노]트리페닐아민, 1,3,5-트리스[N-(4'-디페닐아미노페닐)-N-페닐아미노]벤젠, N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노페닐, N,N'-디페닐-N,N'-비스-(3-메틸페닐)-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민, 2,2-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)프로판, 1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)시클로헥산, N,N,N',N'-테트라-p-톨릴-4,4'-디아미노페닐, 1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)-4- 페닐시클로헥산, 비스(4-디메틸아미노-2-메틸페닐)페닐메탄, 비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)페닐메탄, N,N'-디페닐-N,N'-디(4-메톡시페닐)-4,4'-디아미노비페닐, N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노페닐에테르, 4,4'-비스(디페닐아미노)쿼드리페닐 (quadriphenyl), N,N,N-트리(p-톨릴)아민, 4-(디-p-톨릴아미노)-4'-[4(디-p-톨릴아미노)스티릴], 4-N,N-디페닐아미노-2-디페닐비닐벤젠, 3-메톡시-4'-N,N-디페닐아미노스틸벤젠, N-페닐카르바졸 등이 바람직하다.
또한, 포르피린 화합물로는, 예를 들어 포르피린, 1,10,15,20-테트라페닐-21 H,23H-포르피린구리 (Ⅱ), 1,10,15,20-테트라페닐-21H,23H-포르피린아연 (Ⅱ), 5,10,15,20-테트라키스(펜타플루오로페닐)-21H,23H-포르피린, 또한 프탈로시아닌 유도체로는, 예를 들어 규소프탈로시아닌옥시드, 알루미늄프탈로시아닌클로리드, 테트라(t-부틸)구리프탈로시아닌 등의 금속 프탈로시아닌류, 무금속 프탈로시아닌류, 디리튬프탈로시아닌, 구리테트라메틸프탈로시아닌, 구리프탈로시아닌 (CuPc), 크롬프탈로시아닌, 아연프탈로시아닌, 납프탈로시아닌, 티타늄프탈로시아닌옥시드, 마그네슘프탈로시아닌, 구리옥타메틸프탈로시아닌 등을 들 수 있다.
이들 중에서도, NPB, CuPc, 트리페닐아민의 2 량체, 3 량체, 4 량체, 5 량체 등이 더욱 바람직하다.
또한, 홀 수송층 (13) 은 발광대에 대하여 광취출측에 형성되는 경우에는, 취출하는 광에 대하여 투명하게 형성된다. 홀 수송층 (13) 을 형성 가능한 상기 재료 중에서, 박막화되었을 때에 취출하는 광에 대하여 투명한 재료가 적절히 선택되고, 일반적으로는 취출하는 광에 대한 투과율이 10% 보다 커지도록 설정된 다.
홀 수송층 (13) 은 상기 재료 중의 일종으로 형성되어도 되며, 상기 재료 중 복수를 혼합함으로써 형성되어도 된다. 또한, 이러한 동일 조성 또는 이종 조성의 복수층으로 이루어지는 복층 구조여도 된다.
홀 수송층 (13) 은 이들 재료를 양극 (12) 상에, 예를 들어 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 진공 증착법, 스핀 코트법, 전자빔 증착법, 캐스트법, LB 법 등의 공지된 성막 방법을 이용하여 성막함으로써 형성할 수 있다.
홀 수송층 (13) 의 막두께는 선택되는 재료에 따라 달라지지만, 통상적으로는 5㎚∼5㎛ 이고, 바람직하게는 10㎚∼90㎚ 이다.
《인광 발광층 (14)》
다음으로, 인광 발광층 (14) 이 홀 수송층 (13) 상에 형성된다.
인광 발광층 (14) 은 주로 인광 호스트 재료 및 인광 도펀트로 구성되었고, 양극 (12) 및 음극 (19) 으로부터 각각 주입된 홀 및 전자가 재결합되어 여기자를 발생시키고, 이것이 기저상태로 되돌아갈 때에 인광을 발하는 층이다. 즉, 인광 발광층 (14) 에 포함되는 (도핑되는) 인광 도펀트는 상온에 있어서, 인광 호스트 재료로부터 에너지를 얻어 3 중항 상태로 여기되고, 그 후 기저상태로 전이될 때에 인광을 발한다. 또한, 인광 도펀트에 있어서 홀과 전자가 재결합함으로써도, 인광 도펀트가 3 중항 상태로 여기되고, 그 후 기저상태로 전이될 때에 인광을 발한다.
인광 발광층 (14) 에 포함되는 인광 도펀트로는, 유기 EL 소자의 발광층에서 사용되는 공지된 인광 도펀트에서 적절히 선택할 수 있다. 특히, 백색도, 소자 수명 및 발광 효율 등의 소자 성능을 고려하면, 인광 도펀트로서 적색 인광 도펀트 및 녹색 인광 도펀트에서 선택되는 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
적색 인광 도펀트 및 녹색 인광 도펀트는 동일한 인광 발광층에 포함되어도 되며, 인광 발광층이 적색 인광 도펀트를 포함하는 인광 발광층과 녹색 인광 도펀트를 포함하는 인광 발광층으로 이루어지는 2 층 구조의 색상별 인광 발광층이어도 된다. 후자의 경우, 적색 인광 도펀트를 포함하는 인광 발광층이 녹색 인광 도펀트를 포함하는 인광 발광층보다 상기 양극측에 형성된 것이 바람직하며, 또한 적색 인광 도펀트를 포함하는 인광 발광층이 섬 형상 박막으로 된 것도 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서, 섬 형상 박막이란, 인광 도펀트를 포함하는 인광 발광층의 평균의 막두께가 인광 발광층의 인광 호스트 재료의 단분자막의 막두께보다 얇은 상태를 말한다.
적색 인광 도펀트로는, 적색 인광 발광능을 갖는 것이면 특별히 제한은 없고, 예를 들어 이리듐, 루데늄, 백금, 오스뮴, 레늄, 팔라듐 등의 금속 착물이 바람직하다. 또한, 이들 금속 착물의 배위자 중 하나 이상이 페닐피리딘 골격, 비피리딜 골격, 포르피린 골격 등을 갖는 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로는, 비스[2-(2'-벤조[4,5-a]티에닐)피리디네이트-N,C3 ']이리듐(아세틸아세토네이트)(btp2Ir(acac)), 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸-12H,23H-포르피린-백금(Ⅱ)), 비스[2-(2'-벤조[4,5-a]티에닐)피리디네이트-N,C3']이리듐, 비스(2-페닐피리딘)이리듐 (아세틸아세토네이트) 가 바람직하다.
이러한 적색 인광 도펀트의 중량% 농도 (도핑량) 는, 일반적으로는 인광 호스트 재료에 대하여 0.01중량% 이상 30중량% 이하, 바람직하게는 0.02중량% 이상 3중량% 이하가 된다. 이 범위 내에 있으면, 본 발명과 관련된 유기 EL 소자의 백색도를 더욱 향상시킬 수 있다.
녹색 인광 도펀트로는, 녹색 인광 발광능을 갖는 것이면 특별히 제한은 없고, 예를 들어 이리듐, 루데늄, 백금, 오스뮴, 레늄, 팔라듐 등의 금속 착물이 바람직하다. 또한, 이들 금속 착물의 배위자 중 하나 이상이 페닐피리딘 골격, 비피리딜 골격, 포르피린 골격 등을 갖는 것이 바람직하다. 더욱 구체적으로는, 팩-트리스(2-페닐피리딘)이리듐 (Ir(ppy)3) (fac-tris-(2-phenylpyridine)iriduim), 비스(2-페닐피리디네이트-N,C2')이리듐(아세틸아세토네이트), 팩-트리스[5-플루오로-2-(5-트리플루오로메틸-2-피리딘)페닐-C,N]이리듐이 바람직하다.
이러한 녹색 인광 도펀트의 중량% 농도 (도핑량) 는, 일반적으로는 인광 호스트 재료에 대하여 0.01중량% 이상 30중량% 이하, 바람직하게는 5중량% 이상 20중량% 이하가 된다. 이 범위 내에 있으면, 본 발명에 관련된 유기 EL 소자의 백색도를 더욱 향상시킬 수 있다.
이상에 있어서, 적색 인광 도펀트의 중량% 농도를 녹색 인광 도펀트의 중량% 농도보다 낮게 하면, 보다 효율적으로 적색 및 녹색 인광을 발광시킬 수 있다.
또한, 인광 호스트 재료로는, 인광 도펀트의 3 중항 에너지 갭보다 큰 3 중항 에너지 갭을 갖는 재료이면 특별히 제한은 없고, 녹색 인광 호스트 재료로는, 예를 들어 카르바졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 트리아졸 유도체, 퀴놀리노라토계 금속 착물, 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 4,4'-N,N'-디카르바졸비페닐 (CBP), N,N'-디카르바졸릴-3,5-벤젠, 폴리(9-비닐카르바졸), 4,4',4''-트리스(9-카르바졸릴)트리페닐아민, 4,4'-비스(9-카르바졸릴)-2,2'-디메틸비페닐, 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP), 3-페닐-4-(1'-나프틸)-5-페닐카르바졸 등이 바람직하다. 적색 인광 호스트 재료로는, 상기의 재료에 더하여, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄 (Alq), 비스-(2-메틸-8-퀴놀리노라토)-4-(페닐페노라토)알루미늄 (BAlq) 등도 바람직하다.
인광 발광층 (14) 은 이들 인광 호스트 재료 및 인광 도펀트를 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 진공 증착법, 스핀 코트법, 전자빔 증착법 등의 공지된 성막 방법에 의해, 홀 수송층 (13) 상에 성막함으로써 형성할 수 있다. 인광 발광층 (14) 의 막두께는 선택되는 재료에 따라 달라지지만, 통상적으로는 1㎚∼50㎚ 이고, 바람직하게는 2㎚∼10㎚ 이다.
《비발광 계면층 (15)》
다음으로, 비발광 계면층 (15) 이 인광 발광층 (14) 상에 형성된다.
비발광 계면층 (15) 은 인광 발광층 (14) 과 형광 발광층 (16) 사이에 형성되는 층이다.
비발광 계면층의 재료에는, 전자 수송성을 구비하고 발광 기능을 수반하지 않는 하나 또는 복수의 재료, 또는 홀 수송성을 구비하고 발광 기능을 수반하지 않는 하나 또는 복수의 재료를 사용할 수 있다. 여기서, 발광 기능을 수반하지 않는 재료란, 비발광 계면층에 사용한 경우에 발광하지 않는 재료를 가리키며, 본질적으로 발광 기능을 갖는 재료여도 된다. 전자 수송성을 구비하고 발광 기능을 수반하지 않는 재료와 홀 수송성을 구비하고 발광 기능을 수반하지 않는 재료는, 각각 단독으로 사용하여 비발광 계면층으로 해도 되며, 양자를 혼합하여 비발광 계면층으로 해도 된다. 양자를 혼합하는 경우의 재료의 구성 비율 (전자:후자, 중량% 에 의함) 은 5:95∼95:5, 바람직하게는 20:80∼80:20, 더욱 바람직하게는 40:60∼60:40 이다.
이러한, 전자 수송성을 구비하고 발광 기능을 수반하지 않는 재료로는, 이상의 성질을 갖는 재료이면 되고, 예를 들어 금속 페노라토, 퀴놀리노라토계 금속 착물, 트리아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 퀴놀린 유도체, 피롤 유도체, 벤조피롤 유도체, 테트라페닐메탄 유도체, 피라졸 유도체, 티아졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 티오나프텐 유도체, 스피로계 화합물, 이미다졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 시롤 유도체, 페난트롤린 유도체, 트리페닐메탄 유도체 등을 사용할 수 있고, 더욱 구체적으로는 BCP, 비스-(2-메틸-8-퀴놀리노라토)-4-(페닐페노라토)알루미늄 (BAlq), 알루미늄 (Ⅲ) 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토) (SAlq), 2,2',2''-(1,3,5-벤제네트릴)트리스-[1-페닐-1H-벤조이미다졸] (TPBI), 1,3-비스(N-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸 (OXD-7), 3-페닐-4-(1'-나프틸)-5-페닐-1,2,4-트리아졸 (TAZ) 등을 사 용할 수 있다.
또한, 홀수송성을 구비하고 발광 기능을 수반하지 않는 재료로는, 이상의 성질을 구비한 재료이면 되며, 예를 들어 트리아민 유도체, 테트라민 유도체, 벤지딘 유도체, 트리아릴아민 유도체, 아릴렌디아민 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 파라페닐렌디아민 유도체, 메타페닐렌디아민 유도체, 1,1-비스(4-디아릴아미노페닐)시클로헥산 유도체, 4,4'-디(디아릴아미노)비페닐 유도체, 비스[4-(디아릴아미노)페닐]메탄 유도체, 4,4''-디(디아릴아미노)터페닐 유도체, 4,4'''-디(디아릴아미노)쿼터페닐 유도체, 4,4'-디(디아릴아미노)디페닐에테르 유도체, 4,4'-디(디아릴아미노)디페닐술판 유도체, 비스[4-(디아릴아미노)페닐]디메틸메탄 유도체, 비스[4-(디아릴아미노)페닐]-디(트리플루오로메틸)메탄 유도체, 트리페닐아민의 2 량체, 트리페닐아민의 3 량체, 트리페닐아민의 4 량체, 트리페닐아민의 5 량체 등을 사용할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 NPB, CuPc, 4,4'-비스[N-[4'- [N''-(1-나프틸)-N''-페닐아미노]비페닐]-N-페닐아미노]비페닐 (NPTA), N,N'-디카르바졸릴-3,5-벤젠 (mCP), 4,4'-N,N'-디카르바졸비페닐 (CBP) 등을 사용할 수 있다.
또한, 비발광 계면층 (15) 에 있어서의, 전자 수송성을 구비하고 발광기능을 수반하지 않는 재료의 하나 이상이 전자 수송층 (17) 및 전자 주입층 (18) 에 있어서의 전자 수송성 재료 중 하나 이상과 동일해도 된다. 이러한 구성으로 해도, 본 발명에 관련된 유기 EL 소자의 소자 수명을 길게 할 수 있다.
동일하게 하여, 비발광 계면층 (15) 에 있어서의, 홀 수송성을 구비하고 발광 기능을 수반하지 않는 재료의 하나 이상이 인광 발광층 (14) 의 호스트 재료의 하나 이상과 동일해도 된다.
비발광 계면층 (15) 은 이상과 같은 재료를 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 진공 증착법, 스핀 코트법, 전자빔 증착법 등의 공지된 성막 방법에 의해, 인광 발광층 (14) 상에 성막함으로써 형성할 수 있다.
비발광 계면층 (15) 의 막두께는 선택되는 재료에 따라 달라지지만, 통상적으로는 1㎚∼14㎚ 이고, 바람직하게는 2㎚∼10㎚ 이고, 더욱 바람직하게는 4∼8㎚ 이다.
《형광 발광층 (16)》
다음으로, 형광 발광층 (16) 이 비발광 계면층 (15) 상에 형성된다.
형광 발광층 (16) 은 주로 형광 호스트 재료 및 형광 도펀트로 구성되어 있고, 양극 (12) 및 음극 (19) 으로부터 각각 주입된 홀 및 전자, 또는 이들의 일방을 수송하여 양자를 재결합시키고, 여기자를 발생시켜, 이 여기자가 기저 상태로 되돌아갈 때에 형광을 발하는 층이다. 즉, 형광 호스트 재료가 캐리어 주입 및 캐리어 수송을 담당하고，캐리어의 재결합에 의해 여기 상태가 얻어진다. 그리고, 여기 상태가 된 형광 호스트 재료는 여기 에너지를 형광 도펀트로 이동시키고, 형광 도펀트는 상온에 있어서, 1 중항 여기 상태로부터 기저상태로 되돌아갈 때에 형광을 발한다.
청색 도펀트에 관해서는, 색순도 및 수명의 관점에서, 청색 인광 도펀트보다 청색 형광 도펀트를 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 청색 형광 도펀트로는, 청색 형광 발광능을 갖는 것이면 특별히 제한 은 없고, 예를 들어 디스티릴아민 유도체, 피렌 유도체, 페릴렌 유도체, 안트라센 유도체, 벤조옥사졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 크리센 유도체, 페난트렌 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 테트라페닐부타디엔 등을 들 수 있고, 이들 중에서도, 4,4'-비스[2-(9-에틸카르바졸-2-일)비닐]비페닐 (BCzVBi) 이 바람직하다.
이 청색 형광 도펀트의 중량% 농도는 형광 호스트에 대하여, 0.01중량%∼20중량% 이고, 바람직하게는 0.1중량%∼10중량% 이다.
또한, 형광 발광층 (16) 에 있어서 사용되는 형광 호스트 재료로는, 디스티릴아릴렌 유도체, 스틸벤 유도체, 카르바졸 유도체, 트리아릴아민 유도체, 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 코로넨 유도체, BAlq 등을 들 수 있고, 이들 중에서도, 4,4'-비스(2,2'-디페닐비닐)비페닐 (DPVBi) 이 바람직하다.
이 범위 내이면, 녹색 인광 도펀트에 의한 녹색 인광 발광 및 적색 인광 도펀트에 의한 적색 인광 발광과 균형잡힌 강도의 청색 형광 발광이 얻어져, 이들의 발광에 의해 우수한 백색광을 얻을 수 있다.
형광 발광층 (16) 은, 예를 들어 진공 증착법이나 스핀 코트법, 캐스트법, LB 법 등의 공지된 박막화법에 의해, 비발광 계면층 (15) 상에 형성하면 된다.
형광 발광층 (16) 의 막두께는, 일반적으로는 1㎚∼100㎚ 정도이고, 바람직하게는 2∼50㎚ 정도인데, 인광 발광층 (14) 의 막두께보다 두껍게 하면 된다.
《전자 수송층 (17)》
다음으로, 전자 수송층 (17) 이 형광 발광층 (16) 상에 형성된다.
전자 수송층 (17) 은 형광 발광층 (16) 과 전자 주입층 (18) 사이에 형성된다. 전자 수송층 (17) 은 전자 주입층 (18) 으로부터 수송된 전자를 형광 발광층 (16) 으로 수송하는 층이다.
전자 수송층 (17) 에 있어서 사용되는 재료로는, 전자 수송층 (17) 에 상기의 성능을 부여하는 재료이면 특별히 제한 없이 채용할 수 있고, 예를 들어 퀴놀리노라토계 금속 착물, 트리아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 퀴놀린 유도체, 피롤 유도체, 벤조피롤 유도체, 테트라페닐메탄 유도체, 피라졸 유도체, 티아졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 티오나프텐 유도체, 스피로계 화합물, 이미다졸 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 페난트롤린 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 퀴녹살린 유도체, 시롤 유도체, 퀴놀린 유도체, 피롤 유도체, 벤조피롤 유도체, 테트라페닐메탄 유도체, 피라졸 유도체, 티아졸 유도체, 트리페닐메탄 유도체, 벤조티아졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 티오나프텐 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄 (Alq) 등을 들 수 있고, 그 중에서도 Alq 가 바람직하다. 전자 수송층 (17) 은 단독의 재료에 의해 형성되어도 되며, 복수의 재료에 의해 형성되어도 된다.
전자 수송층 (17) 은 상기 재료를 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 진공 증착법, 스핀 코트법, 전자빔 증착법 등의 공지된 성막 방법에 의해, 형광 발광층 (16) 상에 성막함으로써 형성할 수 있다.
전자 수송층 (17) 의 막두께는 선택되는 재료에 따라 달라지지만, 통상적으 로는 1㎚∼50㎚ 이고, 바람직하게는 10㎚∼40㎚ 이다.
《전자 주입층 (18)》
다음으로, 전자 주입층 (18) 이 전자 수송층 (17) 상에 형성된다.
전자 주입층 (18) 은 음극 (19) 과 전자 수송층 (17) 사이에 형성된다. 전자 주입층 (18) 은 음극계면층을 형성하여, 음극 (19) 으로부터 전자를 주입하기쉽게 하는 층이다.
전자 주입층 (18) 에 있어서 사용되는 재료로는, 전자 주입층 (18) 에 상기의 성능을 부여하는 물질이면 특별히 제한 없이 채용할 수 있고, 예를 들어 알칼리 (토류) 금속, 이들의 할로겐화물, 산화물, 과산화물, 황화물 등을 들 수 있고, 더욱 구체적으로는, 세슘, 리튬 등의 알칼리 금속, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐 등의 알칼리 토류 금속, 플루오르화리튬, 플루오르화마그네슘, 플루오르화칼슘, 플루오르화스트론튬, 플루오르화바륨 등의 플루오르화물, 산화리튬 등의 산화물 등을 들 수 있고, 그 중에서도, 플루오르화리튬, 리튬 및 산화리튬이 바람직하다. 전자 주입층 (18) 은 이들 재료 중에서 단독으로 형성되어도 되며, 이들 재료 중에서 복수의 재료에 의해 형성되어도 된다.
전자 주입층 (18) 은 이들 재료를 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 진공 증착법, 스핀코트법, 전자빔 증착법 등의 공지된 성막 방법을 사용하여, 전자 수송층 (17) 상에 성막함으로써 제작할 수 있다.
전자 주입층 (18) 의 막두께는 선택되는 재료에 따라 달라지지만, 통상적으로는 0.1㎚∼5㎚ 이고, 바람직하게는 0.3㎚∼4㎚ 이다.
《음극 (19)》
다음으로, 음극 (19) 이 전자 주입층 (18) 상에 형성된다.
음극 (19) 은 전자 주입층 (18) 에 전자를 주입하는 전극으로서, 전자 주입 효율을 높게 하기 위하여 일함수가, 예를 들어 4.5eV 미만의 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물 등이 음극 재료로서 채용된다.
이러한 음극재료로는, 예를 들어 리튬, 나트륨, 마그네슘, 금, 은, 구리, 알루미늄, 인듐, 칼슘, 주석, 루데늄, 티타늄, 망간, 크롬, 이트륨, 알루미늄-칼슘 합금, 알루미늄-리튬 합금, 알루미늄-마그네슘 합금, 마그네슘-은 합금, 마그네슘-인듐 합금, 리튬-인듐 합금, 나트륨-칼륨 합금, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘/구리 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄 혼합물 등을 들 수 있다. 또한, 양극 재료로서 채용할 수 있는 재료도 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 알루미늄 및 은이 바람직하다.
음극 (19) 은 발광대에 대하여 광취출측에 형성되는 경우에는, 취출하는 광에 대한 투과율이 10% 보다 커지도록 설정되어, 투명한 도전성 산화물이 적층된다. 또한, 음극 (19) 에 있어서, 도전성 산화물을 스퍼터링하는 경우에는, 발광층 등의 다른 층이 플라즈마에 의해 손상되는 것을 막기 위해서, 구리프탈로시아닌이나, 초박막의 금속 또는 금속 합금 등을 포함하는 버퍼층을 음극 (19) 과 전자 주입층 (18) 사이에 추가로 형성하면 된다.
음극 (19) 이 광반사성 전극으로서 사용되는 경우에는, 상기 재료 중, 취출하는 광을 반사하는 성능을 구비한 재료가 적절히 선택되고, 일반적으로는 금속, 합금, 금속 화합물 등이 선택된다.
음극 (19) 은 상기 재료 단독으로 형성되어도 되고, 복수의 상기 재료에 의해 형성되어도 된다. 예를 들어, 마그네슘에 은이나 구리를 5중량%∼10중량% 첨가하면, 음극 (19) 의 산화를 방지할 수 있고, 또한 음극 (19) 의 전자 주입층 (18) 과의 접착성도 높게 할 수 있다.
또한, 음극 (19) 은 이들 동일 조성 또는 이종 조성의 복수층으로 이루어지는 복층 구조여도 된다.
음극 (19) 은 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온화 증착법, 이온 플레이팅법, 전자빔 증착법 등의 공지된 박막 성막법에 의해, 전자 주입층 (18) 상에 형성된다.
음극 (19) 의 막두께는 사용되는 음극 재료에 따라 달라지지만, 일반적으로 5㎚∼1㎛ 정도, 바람직하게는 5∼1000㎚ 정도, 특히 바람직하게는 10㎚∼500㎚ 정도, 가장 바람직하게는 50∼200㎚ 로 설정된다.
음극 (19) 의 시트 전기 저항은 수백오옴/시트 이하로 설정되는 것이 바람직하다.
《기타 층, 기타 도펀트》
본 발명에 관련된 유기 EL 소자에는, 도 1 에 나타낸 층 이외의 층이 형성되어도 되며, 또한 각 층에는 공지된 도펀트 등이 추가로 첨가되어도 (도핑되어도) 된다.
《홀 블록층》
형광 발광층 (16) 과 전자 수송층 (17) 사이에 홀 블록층을 추가로 형성할 수도 있다. 홀 블록층은 전자 수송층 (17) 으로부터 수송된 전자를 형광 발광층 (16) 으로 수송하여, 형광 발광층 (16) 으로부터의 홀을 블록하는 층으로서, 가전자대 (賈電子帶) 최고 준위가 양극측에 접하는 재료보다 큰 특성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 성능에 의해, 형광 발광층 (16) 이 보다 효율적으로 형광을 발하게 된다.
홀 블록층에 사용되는 재료로는, 홀 블록층에 상기의 성능을 부여하는 재료이면 특별히 제한 없이 채용할 수 있고, 예를 들어 BCP, BAlq, SAlq, OXD-7 등을 들 수 있고, 그 중에서도 BCP, BAlq 등이 바람직하다. 홀 블록층은 단독의 재료에 의해 형성되어도 되며, 복수의 재료에 의해 형성되어도 된다.
또한, 홀 블록층에 있어서 사용되는 재료는 비발광 계면층 (15) 에 있어서 사용되는 전자 수송성 재료와 동일해도 된다.
홀 블록층은 상기 재료를 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 진공 증착법, 스핀 코트법, 전자빔 증착법 등의 공지된 성막 방법에 의해, 형광 발광층 (16) 상에 성막함으로써 형성할 수 있다.
또한, 홀 블록층은 전술한 전자 수송층 (17) 과 일체화될 수 있다. 이러한 경우에는, 예를 들어 홀 블록층의 재료인 BCP 와 전자 수송층 (17) 의 재료인 Alq 를 공증착시켜 일체화된 하나의 층으로 한다.
홀 블록층의 막두께는 선택되는 재료에 따라 달라지지만, 통상적으로는 1㎚∼40㎚ 이고, 바람직하게는 2㎚∼20㎚ 이다.
도 1 에는 나타나 있지 않지만, 하나 또는 복수의 추가적인 층에 의해 밀봉 을 해도 된다.
이로써, 본 발명에 관련된 유기 EL 소자가 분자 산소나 수분과 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 특히 분자 산소는 인광 도펀트로부터 3 중항 에너지를 탈취하므로, 이러한 밀봉은 유효하다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재하는데, 본 발명은 이들 실시예에 한정하여 해석되는 것이 아님은 당연하다.
실시예 1
일방의 면 상에 양극 (12) (막두께 150㎚ 의 ITO 의 층) 이 형성된 투명한 유리 기판 (11) 을 준비하고, 기판 세정을 행하였다. 요컨대, 알칼리 세정, 순수 세정을 순차적으로 행하고, 건조시킨 후에 UV 오존 세정을 행하였다.
이러한 기판 세정을 행한 기판 (11) 상의 양극 (12) 상에, 진공증착장치 (카본 도가니, 증착속도 0.1㎚/s, 진공도 약 5.0×10-5Pa) 중, 하기 식 (1) 로 나타내는 NPB 를 증착하여 막두께 40㎚ 의 층을 제작하여, 이 층을 홀 수송층 (13) 으로 하였다.
Figure 112005072412173-PAT00001
홀 수송층 (13) 상에, 진공증착장치 (카본 도가니, 증착속도 0.1㎚/s, 진공 도 약 5.0×10-5Pa) 중, 하기 식 (2) 로 나타내는 인광 호스트 재료인 CBP (89.5중량%), 하기 식 (3) 으로 나타내는 적색 인광 도펀트인 btP2Ir(acac) (0.5중량%), 및 하기 식 (4) 로 나타내는 녹색 인광 도펀트인 Ir(ppy)3 (10중량%) 을 공증착하여 막두께 8㎚ 의 층을 제작하여, 이 층을 인광 발광층 (14) 으로 하였다.
Figure 112005072412173-PAT00002
인광 발광층 (14) 상에, 진공증착장치 (카본 도가니, 증착속도 0.1㎚/s, 진공도 약 5.0×10-5Pa) 중, 상기 식 (1) 로 나타내는 홀 수송성 재료인 NPB (50중량%) 와 하기 식 (5) 로 나타내는 전자 수송성 재료인 BCP (50중량%) 를 공증착하여 막두께 4㎚ 의 층을 제작하여, 이 층을 비발광 계면층 (15) 으로 하였다.
Figure 112005072412173-PAT00003
비발광 계면층 (15) 상에, 진공증착장치 (카본 도가니, 증착속도 0.1㎚/s, 진공도 약 5.0×10-5Pa) 중, 하기 식 (6) 으로 나타내는 형광 호스트 재료인 DPVBi (96중량%) 와 하기 식 (7) 로 나타내는 형광 도펀트인 BCzVBi (4중량%) 를 공증착하여 막두께 20㎚ 의 층을 제작하여, 이 층을 형광 발광층 (16) 으로 하였다.
Figure 112005072412173-PAT00004
형광 발광층 (16) 상에, 진공증착장치 (카본 도가니, 증착속도 0.1㎚/s, 진공도 약 5.0×10-5Pa) 중, 상기 식 (5) 로 나타내는 BCP 를 증착하여 막두께 6㎚ 의 층을 제작하여, 이 층을 홀 블록층으로 하였다.
홀 블록층 상에, 진공증착장치 (카본 도가니, 증착속도 0.1㎚/s, 진공도 약 5.0×10-5Pa) 중, 하기 식 (8) 로 나타내는 Alq 를 증착하여 막두께 24㎚ 의 층을 제작하여, 이 층을 전자 수송층 (17) 으로 하였다.
Figure 112005072412173-PAT00005
전자 수송층 (17) 상에, 진공증착장치 (카본 도가니, 증착속도 0.1㎚/s, 진공도 약 5.0×10-5Pa) 중, 플루오르화리튬 (LiF) 을 증착하여 막두께 1㎚ 의 층을 제작하여, 전자 주입층 (18) 으로 하였다.
전자 주입층 (18) 상에, 텅스텐 보드 (증착속도 1㎚/s, 진공도 약 5.0×10-5Pa) 에 의해 막두께 150㎚ 의 알루미늄 (Al) 의 층을 제작하여, 음극 (19) 으로 하였다.
이렇게 하여 유기 EL 소자를 완성시킨 후, 양극 (12) 과 음극 (19) 을 공지된 구동회로로 접속하고, 발광 효율로서, 휘도 1000cd/㎡ 에서의 전력 효율, 백색도, 및 유기 EL 소자 수명으로서, 초기 휘도 2400cd/㎡ 에서 전류를 계속 흐르게 했을 때의 초기 휘도 반감 수명 (휘도가 1200cd/㎡ 가 되기까지의 시간) 을 측정하였다. 휘도는 휘도 측정기 (주식회사 토푸콘 제조, 상품명 BM7) 에 의해 측정되었다. 측정 결과를 표 1 등에 기재한다.
이후의 실시예 및 비교예에 있어서 사용된 화합물의 약칭을 이하에 정리하여 나타낸다. 이들 약칭은 이하와 같이 각 화합물에 대응하고 있다.
NPB: 4,4'-비스-(N-나프틸-N-페닐아미노)비페닐
CBP: 4,4'-N,N'-디카르바졸비페닐
btp2Ir(acac): 비스[2-(2'-벤조[4,5-a]티에닐)피리디네이트-N,C3 ']이리듐(아세틸아세토네이트)
Ir(ppy)3: 팩-트리스(2-페닐피리딘)이리듐
BCP: 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린
DPVBi: 4,4'-비스(2,2'-디페닐비닐)비페닐
BCzVBi: 4,4'-비스[2-(9-에틸카르바졸-2-일)비닐]비페닐
Alq: 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄
CuPc: 구리프탈로시아닌
실시예 2
실시예 2 에서는, 실시예 1 에 있어서의 인광 발광층 (14) 을 막두께 1㎚ 의 적색 인광 도펀트 (5중량%) 를 포함하는 적색 인광 발광층과 막두께 8㎚ 의 녹색 인광 도펀트 (10중량%) 를 포함하는 녹색 인광 발광층으로 나누었다. 양 인광 발광층의 호스트 재료, 적색 인광 도펀트 및 녹색 인광 도펀트는 실시예 1 과 동일한 재료를 사용하여, 인광 발광층 및 형광 발광층의 제작순 (적층순) 을 표 1 에 나타낸 바와 같이 바꾼 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다. 여기서, 적색 인광 발광층의 막두께는 1㎚ 로, 인광 호스트 재료인 CBP 의 단분자막의 막두께보다 얇으므로, 적색 인광 발광층은 섬 형상 박막으로 되 어 있다. 제작한 유기 EL 소자에 관해서, 실시예 1 과 동일하게 하여 전력 효율 등을 측정하였다. 측정 결과를 표 1 에 기재한다. 또한, 전력 효율 및 반감 수명은 실시예 1 에 대한 상대치로서 나타낸다.
Figure 112005072412173-PAT00006
실시예 3
실시예 3 에서는, 비발광 계면층을 홀 수송성 재료인 CuPc 만으로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관해서, 실시예 1 과 동일하게 하여 전력 효율 등을 측정하였다. 측정 결과를 표 2 에 기재한다. 또한, 전력 효율 및 반감 수명은 실시예 1 에 대한 상대치로서 나타낸다.
Figure 112005072412173-PAT00007
실시예 4∼10
실시예 4∼10 에서는 각각, 비발광 계면층의 막두께를 4㎚ 에서 1㎚, 2㎚, 6㎚, 8㎚, 10㎚, 12㎚, 14㎚ 로 바꾼 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관해서, 실시예 1 과 동일하게 하여 전력 효율 등을 측정하였다. 측정 결과를 표 3 에 기재한다. 또한, 전력 효율 및 반감 수명은 실시예 1 에 대한 상대치로서 나타낸다.
Figure 112005072412173-PAT00008
실시예 11 및 12
실시예 11 에서는 홀 블록층과 전자 수송층을 한 층으로 하고 (BCP 와 Alq 를 공증착), 실시예 12 에서는 홀 블록층을 생략한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관해서, 실시예 1 과 동일하게 하여 전력 효율 등을 측정하였다. 측정 결과를 표 4 에 기재한다. 또한, 전력 효율 및 반감 수명은 실시예 1 에 대한 상대치로서 나타낸다.
Figure 112005072412173-PAT00009
비교예 1∼3
비교예 1∼3 에서는 각각, 인광 발광층 및 형광 발광층의 제작순 (적층순) 을 표 5 에 나타낸 바와 같이 바꾼 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다. 즉, 각각 실시예 1 에 대하여, 비교예 1 에서는 인광 발광층과 형광 발광층의 제작순 (적층순) 을 반대로 하고, 비교예 2 에서는 비발광 계면층을 생략하고, 비교예 3 에서는 인광 발광층과 형광 발광층의 제작순 (적층순) 을 반대로 하고, 또한 비발광 계면층을 생략하여 유기 EL 소자를 제작하였다. 즉, 비교예 1 은 실시예 1 에 대하여 인광 발광층과 형광 발광층의 제작순 (적층순) 을 반대로 한 구성이다. 비교예 2 는 실시예 1 에 대하여, 비발광 계면층이 없는 구성이다. 비교예 3 은 실시예 1 에 대하여 비발광 계면층이 없고, 또한 인광 발광층과 형광 발광층의 제작순 (적층순) 을 반대로 한 구성이다. 제작한 유기 EL 소자에 관해서, 실시예 1 과 동일하게 하여 전력 효율 등을 측정하였다. 측정 결과를 표 5 에 기재한다. 또한, 전력 효율 및 반감 수명은 실시예 1 에 대한 상대치로서 나타낸다.
Figure 112005072412173-PAT00010
표 1∼5 에서 명백한 바와 같이, 실시예 1∼12 의 본 발명에 관련된 유기 EL 소자는 형광 발광층과 인광 발광층 사이에 비발광 계면층을 형성하지 않은 비교예 2 및 3 과 비교하여, 전력 효율 및 반감 수명이 대폭 향상됨을 알 수 있다. 또한, 비발광 계면층을 형성함으로써 우수한 백색도가 얻어지고, 비발광 계면층은 색도를 조정하는 기능도 갖는 것으로 생각된다. 한편, 실시예 1 에 있어서의 형광 발광층과 인광 발광층을 반대로 적층한 (형광 발광층을 인광 발광층보다 양극측에 형성한) 비교예 1 은, 실시예 1 과 비교하여 전력 효율 및 소자 수명이 낮음을 알 수 있다.
본 발명에 의하면, 우수한 백색도, 발광 효율 및 소자 수명을 동시에 겸비한 유기 EL 소자가 제공된다.

Claims (12)

  1. 양극과 음극 사이에, 형광 도펀트를 포함하는 발광층, 인광 도펀트를 포함하는 발광층, 및 비발광 계면층을 구비하고,
    상기 형광 도펀트를 포함하는 발광층은 상기 인광 도펀트를 포함하는 발광층보다 상기 음극측에 형성되고,
    또한 상기 비발광 계면층은 상기 형광 도펀트를 포함하는 발광층과 상기 인광 도펀트를 포함하는 발광층 사이에 형성된, 유기 EL 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광 도펀트는 청색 형광 도펀트인, 유기 EL 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 인광 도펀트는 적색 인광 도펀트인, 유기 EL 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 인광 도펀트는 녹색 인광 도펀트인, 유기 EL 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 인광 도펀트를 포함하는 발광층은 적색 인광 도펀트및 녹색 인광 도펀 트를 포함하는, 유기 EL 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적색 인광 도펀트의 중량% 농도는 상기 녹색 인광 도펀트의 중량% 농도보다 낮은, 유기 EL 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 인광 도펀트를 포함하는 발광층은 적색 인광 도펀트를 포함하는 발광층과 녹색 인광 도펀트를 포함하는 발광층으로 이루어진, 유기 EL 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 적색 인광 도펀트의 중량% 농도는 상기 녹색 인광 도펀트의 중량% 농도보다 낮은, 유기 EL 소자.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 적색 인광 도펀트를 포함하는 발광층은 상기 녹색 인광 도펀트를 포함하는 발광층보다 상기 양극측에 형성된, 유기 EL 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 적색 인광 도펀트를 포함하는 발광층은 섬 형상 박막으로 된, 유기 EL 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광 도펀트를 포함하는 발광층의 막두께는 상기 인광 도펀트를 포함하는 발광층의 막두께보다 두꺼운, 유기 EL 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광 도펀트를 포함하는 발광층의 상기 음극측에 접하여 홀 블록층이 추가로 형성된, 유기 EL 소자.
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