KR20080111485A

KR20080111485A - 유기 발광 소자

Info

Publication number: KR20080111485A
Application number: KR1020087025389A
Authority: KR
Inventors: 겐이찌 후꾸오까; 치시오 호소까와; 히로노부 모리시따; 히또시 구마
Original assignee: 이데미쓰 고산 가부시키가이샤
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2008-12-23
Also published as: EP2020694A1; US20090128024A1; EP2020694A4; KR100972895B1; WO2007123061A1; JP4392050B2; JPWO2007123061A1; TW200810596A; CN101427399A

Abstract

본 발명은 양극 (10), 발광층 (40), 공여체 함유층 (50), 수용체 함유층 (60) 및 음극 (70)을 이 순서대로 설치하고, 공여체 함유층 (50)이 공여성 금속, 공여성 금속 화합물 및 공여성 금속 착체로부터 선택되는 군 중 1종 이상을 함유하는 유기 발광 소자 (1)을 제공한다.

유기 발광 소자, 공여체 함유층, 수용체 함유층, 공여성 금속, 공여성 금속 화합물, 공여성 금속 착체

Description

유기 발광 소자{ORGANIC LIGHT-EMITTING DEVICE}

본 발명은 유기 발광 소자, 특히 유기 EL 소자에 관한 것이다.

전계 발광을 이용한 EL 소자는 자기 발광이기 때문에 시인성이 높고, 완전 고체 소자이기 때문에 내충격성이 우수하다는 등의 특징을 갖고 있으며, 각종 표시 장치에 있어서의 발광 소자로서의 이용이 주목받고 있다.

이 EL 소자에는 발광 재료에 무기 화합물을 사용하는 무기 EL 소자와, 유기 화합물을 사용하는 유기 EL 소자가 있고, 이 중 특히 유기 EL 소자는 인가 전압을 대폭 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 풀컬러화가 용이하며, 소비 전력이 작고, 면발광이 가능하기 때문에 차세대 발광 소자로서 개발이 이루어지고 있다.

이 유기 EL 소자의 구성에 대해서는, 양극/발광층/음극의 구성을 기본으로 하고, 고효율이며 장수명인 유기 EL 소자를 제조하기 위해 다양한 소자 구성이 검토되고 있다.

예를 들면, 특허 문헌 1에는 양극/n형 유기 화합물층/p형 유기 화합물층/발광층/음극의 구성을 포함하는 발광 소자가 개시되어 있다.

그러나, 이 소자 구성에서는, n형 유기 화합물층과 p형 유기 화합물층간의 친화력 수준의 차가 크고, 음의 바이어스가 가해진 양극으로부터 n형 유기 화합물 에 주입된 전자는, 계면을 초과하여 p형 유기물층으로 수송되지 않기 때문에, 이 소자의 양극에 음의 바이어스를 가하여도 발광할 수 없었다.

또한, 특허 문헌 2에는, 음극과 발광 매체 사이에 수용체 함유층을 개재시킨 구성을 포함하는 발광 소자도 개시되어 있다.

그러나, 이 소자 구성에서는, 수용체층의 전자 친화력과 전자 수송성층 사이에 에너지차가 1 eV 정도로 큰 전자 주입의 장벽이 있기 때문에, 고전압의 인가가가 필요하였다. 그 때문에 이 소자의 음극에 음의 바이어스를 가하여도 양호하게 발광할 수 없었다.

특허 문헌 1: WO2005/109542호 공보

특허 문헌 2: 일본 특허 공개 (평)4-230997호 공보

본 발명의 목적은 소비 전력을 감소시킬 수 있고, 고효율이면서도 장수명인 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이하의 유기 발광 소자가 제공된다.

[1] 양극, 발광층, 공여체 함유층, 수용체 함유층 및 음극을 이 순서대로 설치하고,

상기 공여체 함유층이 공여성 금속, 공여성 금속 화합물 및 공여성 금속 착체로부터 선택되는 군 중 1종 이상을 함유하는 유기 발광 소자.

[2] 상기 [1]에 있어서, 상기 공여성 금속이 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 또는 희토류 금속인 유기 발광 소자.

[3] 상기 [1]에 있어서, 상기 공여성 금속 화합물이 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 또는 희토류 금속의 할로겐화물, 산화물, 탄산염 또는 붕산염인 유기 발광 소자.

[4] 상기 [1]에 있어서, 상기 공여성 금속 착체가 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 또는 희토류 금속의 착체인 유기 발광 소자.

[5] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 있어서, 상기 공여체 함유층이 광투과성 고저항층인 유기 발광 소자.

[6] 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 있어서, 상기 수용체 함유층에 포함되는 수용체가 전자 흡인성의 치환기 또는 전자 결핍환을 갖는 유기 화합물인 유기 발광 소자.

[7] 상기 [6]에 있어서, 상기 수용체가 퀴노디메탄계 유기 화합물인 유기 발광 소자.

[8] 상기 [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 있어서,

상기 수용체 함유층이 막 두께 1 내지 100 ㎚의 박막이고,

450 내지 650 ㎚의 가시광에 있어서의 투과율이 80 ％ 이상인 유기 발광 소자.

[9] 상기 [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 있어서, 상기 음극과 상기 수용체 함유층 사이에 완충층이 개재하는 유기 발광 소자.

[10] 상기 [9]에 있어서, 상기 완충층이 정공 수송성 재료를 함유하는 유기 발광 소자.

[11] 상기 [10]에 있어서, 상기 정공 수송성 재료가 금속 산화물 및/또는 금속 질화물인 유기 발광 소자.

[12] 상기 [1] 내지 [11] 중 어느 하나에 있어서, 상기 발광층이 청색 발광 성분을 함유하는 유기 발광 소자.

[13] 상기 [1] 내지 [12] 중 어느 하나에 있어서, 상기 음극이 광투과성인 유기 발광 소자.

본 발명에 따르면 소비 전력을 감소시킬 수 있고, 고효율이면서도 장수명인 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.

[도 1] 본 발명의 유기 발광 소자의 제1 실시 형태를 도시한 도면이다.

[도 2] 본 발명의 유기 발광 소자의 제2 실시 형태를 도시한 도면이다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 발명의 유기 발광 소자에는 양극, 발광층, 공여체 함유층, 수용체 함유층 및 음극이 이 순서대로 설치되어 있다. 도 1에 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 제1 실시 형태의 소자 구성을 도시한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 유기 발광 소자 (1)은 양극 (10), 정공 주입층 (20), 정공 수송층 (30), 발광층 (40), 공여체 함유층 (50), 수용체 함유층 (60) 및 음극 (70)을 이 순서대로 적층한 구성을 취하고 있다.

본 발명에 있어서, 수용체 함유층 (60)이란 음극 (70)으로부터 전자를 발출(전자를 수용함)하여, 공여체 함유층 (50)으로 이송하는 층이다. 통상적인 유기 발광 소자에서는 음극으로부터 유기물로 전자를 주입하기 위해, 음극의 재질로서 일함수가 작은 것을 사용한다. 예를 들면, 음극으로서 LiF와 Al의 적층이 알려져 있다. Al만을 음극으로 한 경우 Al의 일함수는 그다지 작지 않기 때문에, LiF/Al에 비해 구동 전압이 커진다. 한편, 본 발명의 유기 발광 소자와 같이 수용체 함유층 (60)을 설치함으로써, LiF가 없어도 구동 전압의 증대를 적게 할 수 있다.

또한, 공여체 함유층 (50)이란, 수용체 함유층 (60)으로부터 전자를 발출하여, 전자를 발광층 (40)에 주입하는(전자를 공여하는) 층이다. 공여체 함유층 (50)을 설치함으로써, 수용체층 (60)으로부터 전자를 수용하기 쉬워지기 때문에 구동 전압의 저하, 고효율, 장수명화에 효과가 있다.

이 소자 (1)에서는, 수용체 함유층 (60)에 포함된 수용체가 음극 (70)과의 사이에 있는 접촉면으로부터 전자를 발출한다. 수용체 함유층 (60)은 전자 수송성이기 때문에, 전자는 이 접촉면으로부터 수용체 함유층 (60) 중에 공여체 함유층 (50) 방향으로 수송된다. 또한, 공여체 함유층 (50)으로부터 발광층 (40) 방향으로 주입된다. 한편, 양극 (10)으로부터 정공이 정공 주입층 (20), 정공 수송층 (30)에 주입되며, 발광층 (40)에 주입된다. 발광층 (40)에 있어서 정공과 전자가 재결합하여 발광이 발생한다.

본 발명의 유기 발광 소자에서는 공여체 함유층 (50)을 설치함으로써 발광층 (40)과 수용체 함유층 (60)의 친화력 수준의 큰 단차를 해소할 수 있다.

공여체 함유층 (50)이 없는 경우에는 수용체 함유층 (60)과 발광층 (40)의 친화력 수준의 차가 크기 때문에, 고전압의 인가가 필요해진다. 그 때문에 이 소 자 구성에서는, 음극에 음의 바이어스를 가하여도 양호하게 발광할 수 없다.

본 발명은, 음극 (70)과 발광층 (40) 사이에 수용체 함유층 (60)과 공여체 함유층 (50)을 설치함으로써, 전자의 수송을 용이하게 하여 유기 발광 소자의 저전압화, 고효율화, 장수명화가 도모된다.

또한, 유기 EL 소자에 있어서, 수용체 함유층에 ITO(인듐주석 산화물) 등의 투명 전극을 형성할 때의 스퍼터링의 손상에 강한 화합물을 사용하는 경우, ITO와 함께 LiF 등의 초박막을 사용할 필요가 없다.

친화력 수준은, 이온화 포텐셜의 값으로부터 에너지갭을 뺀 것으로 결정된다.

에너지갭은, 흡수 스펙트럼단의 파장으로부터 결정할 수 있다.

이온화 포텐셜은 광전자 분광법으로 직접 측정할 수도 있고, 전기 화학적으로 측정한 산화 전위를 기준 전극에 대하여 보정하여 구할 수도 있다. 후자의 방법에서는, 예를 들면 포화 칼로멜 전극(SCE)을 기준 전극으로서 사용했을 때, 이온화 포텐셜은 하기 수학식 1로 표시된다(Molecular Semiconductors, Springer-Verlag, 1985년, 98페이지).

[이온화 포텐셜]=[산화 전위(vs. SCE)]+4.3 eV

또한, 이온화 포텐셜은, 전기 화학적으로 측정한 환원 전위로부터 상기 수학식 1과 동일하게 구해진다.

본 발명에서는, 대기 중 광 전자법 또는 전기 화학적 방법에 의해 이온화 포 텐셜을 측정하여 친화력 수준을 구한다.

음극에 사용하는 금속 재료에서는 친화력 수준이라고 하지 않고, 일반적으로 일함수라고 부르고 있다.

본 발명의 유기 발광 소자는, 바람직하게는 발광층이 청색 발광 성분을 함유한다.

본 발명의 유기 EL 소자는 전면 발광일 수도 있고, 배면 발광일 수도 있다. 어떠한 형태여도 음극측으로부터 빛을 취출할 때에는, 음극이 광투과성이 된다. 바람직하게는, 음극의 가시광 영역(450 내지 650 ㎚)의 광투과율이 50 ％ 이상이다.

공여체 함유층 및 수용체 함유층에 대해서는 후술한다.

본 발명의 유기 발광 소자의 제2 실시 형태에 대하여 이하에 설명한다.

도 2는, 본 발명에 따른 유기 EL 소자의 제2 실시 형태를 도시한 단면도이다.

이 실시 형태는, 수용체 함유층 (60)과 음극 (70) 사이에 완충층 (80)이 설치되어 있다는 점이 제1 실시 형태와 상이하다.

완충층은, 층 자체에서 전하가 발생하는 또는 층 자체에 전하가 존재하는 층이며, 구체적으로는 도핑층, 도전성 또는 반도성 무기 화합물층, 알칼리 금속층, 할로겐화 금속층, 금속 착체층 및 이들의 조합, 금속 착체층과 이들과 반응하는 Al박층 등의 조합 등이 있다.

완충층에는 전기 전도에 기여하는 캐리어(전자 또는 정공)가 존재하기 때문 에, 수용체 함유층의 전자 발출에 필요한 에너지가 적고, 저전압화가 한층 더 가능해진다.

완충층은, 바람직하게는 금속 산화물, 금속 질화물 등의 정공 수송성 재료를 함유한다. 정공 수송성 재료를 함유하면, 수용체 함유층에 의해 전자가 발출되어 용이하게 정공이 발생한다. 이 정공은 인가된 전압에 의해 음극으로 수송된다.

금속 산화물의 예로서, MoO_x, WO_x, VO_x, ReO_x, MnO_x, RuO_x, NbO_x, TaO_x, TiO_x(x=1 내지 4)를 들 수 있다.

금속 질화물의 예로서 MoN_x, WN_x, VN_x, MnN_x, NbN_x, TaN_x, TiN_x(x=1 내지 4)를 들 수 있다.

이들 화합물은 1종을 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.

또한, 본 발명의 유기 발광 소자는 도 1 및 도 2에 도시한 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들면 정공 수송층, 정공 주입층은 임의의 층이기 때문에 생략할 수 있으며, 전자 수송층 등을 설치할 수 있다.

이어서, 공여체 함유층에 대하여 설명한다.

본 발명의 유기 발광 소자에 있어서 공여체 함유층이란, 공여성 금속, 공여성 금속 화합물 및 공여성 금속 착체로부터 선택되는 군 중 1종 이상을 공여체로서 함유하는 층이다.

공여성 금속이란 일함수 3.8 eV 이하의 금속을 말하며, 바람직하게는 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 및 희토류 금속이고, 보다 바람직하게는 Cs, Li, Na, Sr, K, Mg, Ca, Ba, Yb, Eu 및 Ce이다.

공여성 금속 화합물이란 상기한 공여성 금속을 포함하는 화합물이며, 바람직하게는 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 또는 희토류 금속을 포함하는 화합물이고, 보다 바람직하게는 이들 금속의 할로겐화물, 산화물, 탄산염, 붕산염이다. 예를 들면, M0_x(M은 공여성 금속, x는 0.5 내지 1.5), MF_x(x는 1 내지 3), M(CO₃)_x(x는 0.5 내지 1.5)로 표시되는 화합물이다.

공여성 금속 착체란 상기한 공여성 금속의 착체이며, 바람직하게는 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 또는 희토류 금속의 유기 금속 착체이다. 바람직하게는 하기 화학식 I로 표시되는 유기 금속 착체이다.

(식 중, M은 공여성 금속이고, Q는 배위자이고, 바람직하게는 카르복실산 유도체, 디케톤 유도체, 퀴놀린 유도체이고, n은 1 내지 4의 정수임)

공여성 금속 착체의 구체예로서는, 일본 특허 공개 제2005-72012호 공보에 기재된 텅스텐 수차(水車)[W₂(hhp)₄](hpp: 1,3,4,6,7,8-헥사히드로-24-피리미드[1,2-a]피리미딘) 등을 들 수 있다. 또한, 일본 특허 공개 (평)11-345687호 공보에 기재된 중심 금속이 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속인 프탈로시아닌 화합물 등도 공여성 금속 착체로서 사용할 수 있다.

상기한 공여체는 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.

공여체 함유층에 포함되는 공여체의 함유량은, 바람직하게는 층 전체에 대하여 1 내지 100 몰％이고, 보다 바람직하게는 50 내지 100 몰％이다.

공여체 함유층은, 상기한 공여체 이외에 광투과성이 있는 물질이면 단일 또는 복수 종류의 물질을 함유할 수 있다. 구체적으로는 아민 화합물, 축합환 화합물, 질소 함유 환 화합물, 금속 착체 등의 유기물이나, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 불화물, 탄산염 등의 무기물을 사용할 수 있지만, 반드시 이것으로 한정되지는 않는다.

공여체 함유층의 막 두께는, 바람직하게는 1 내지 100 ㎚이다.

공여체 함유층은, 바람직하게는 고저항층이다.

고저항이면, 막 두께와 수직인 방향으로의 전기 전도를 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 공여체 함유층을 통해 빛을 밖으로 취출할 때, 공여체 함유층은 광투과성이 높은 것이 바람직하다.

광투과성을 갖는다는 것은, 파장 450 내지 650 ㎚의 가시광의 투과율이 10 ％ 이상인 것을 말하며, 바람직하게는 30 ％ 이상, 보다 바람직하게는 50 ％ 이상이다. 광투과성은, 예를 들면, 평탄하고 광투과성을 갖는 기판 위에 대상이 되는 층을 설치하고, 빛을 조사하여 조사한 빛의 강도에 대한 투과한 빛의 강도비를 구하며, 이 값을 기판만 조사한 빛의 강도에 대한 투과한 빛의 강도비로 뺀 것으로부 터 결정할 수 있다.

전기 저항은, 바람직하게는 비저항이 10^-1 Ωㆍ㎝ 이상이다. 비저항은, 예를 들면 평탄한 절연 기판 위에 평행한 전극 스트라이프를 사용하여 그 위에 광투과성 고저항층을 설치하고, 전류 전압 특성을 측정하여 결정할 수 있다.

광투과성 고저항층에는, 공여체 이외에 전이 금속 산화물, Alq 등의 금속 착체 등을 포함시킬 수도 있다. 바람직하게는 광투과성 고저항층은 공여성 금속 원소 및 전이 금속 산화물의 혼합물을 포함하고, 보다 바람직하게는 알칼리 금속 및 MoO_x(x는 1 내지 4)의 혼합물을 포함한다.

이어서, 수용체 함유층에 대하여 설명한다.

수용체는, 환원 용이성의 유기 화합물이다.

화합물의 환원 용이성은, 환원 전위로 측정할 수 있다. 본 발명에서는 포화 칼로멜(SCE) 전극을 참조 전극으로 한 환원 전위에 있어서, 바람직하게는 -0.8 V 이상, 보다 바람직하게는 -0.3 V 이상이고, 특히 바람직하게는 테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ)의 환원 전위(약 0 V)보다 큰 값을 갖는 화합물이 바람직하다.

수용체는, 바람직하게는 전자 흡인성의 치환기 또는 전자 결핍환을 갖는 유기 화합물이다.

전자 흡인성의 치환기로서, 예를 들면 할로겐, CN-, 카르보닐기, 아릴붕소기 등을 들 수 있다.

전자 결핍환으로서, 예를 들면 2-피리딜, 3-피리딜, 4-피리딜, 2-퀴놀릴, 3- 퀴놀릴, 4-퀴놀릴, 2-이미다졸, 4-이미다졸, 3-피라졸, 4-피라졸, 피리다진, 피리미딘, 피라진, 신놀린, 프탈라진, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 3-(1,2,4-N)-트리아졸릴, 5-(1,2,4-N)-트리아졸릴, 5-테트라졸릴, 4-(1-O,3-N)-옥사졸, 5-(1-O,3-N)-옥사졸, 4-(1-S,3-N)-티아졸, 5-(1-S,3-N)-티아졸, 2-벤족사졸, 2-벤조티아졸, 4-(1,2,3-N)-벤조트리아졸 및 벤즈이미다졸로 이루어지는 군으로부터 선택되는 화합물 등을 들 수 있지만, 반드시 이들로 한정되지는 않는다.

수용체는 바람직하게는 퀴노이드 유도체이고, 보다 바람직하게는 퀴노디메탄 유도체이다.

퀴노이드 유도체는, 바람직하게는 하기 화학식 (1a) 내지 (1i)로 표시되는 화합물을 들 수 있다. 보다 바람직하게는, (1a), (1b)로 표시되는 화합물이다.

화학식 (1a) 내지 (1i)에 있어서, R¹ 내지 R⁴⁸은 각각 수소, 할로겐, 플루오로알킬기, 시아노기, 알콕시기, 알킬기 또는 아릴기이다. 바람직하게는 수소, 시아노기이다.

화학식 (1a) 내지 (1i)에 있어서 X는 전자 흡인기이고, 하기 화학식 (j) 내지 (p)의 구조 중 어느 하나를 포함한다. 바람직하게는 (j), (k), (l)의 구조이다.

(식 중, R⁴⁹ 내지 R⁵²는 각각 수소, 플루오로알킬기, 알킬기, 아릴기 또는 복소환이고, R⁵⁰과 R⁵¹이 환을 형성할 수도 있음)

화학식 (1a) 내지 (1i)에 있어서, Y는 -N= 또는 -CH=이다.

R¹ 내지 R⁴⁸의 할로겐으로서, 불소, 염소가 바람직하다.

R¹ 내지 R⁴⁸의 플루오로알킬기로서, 트리플루오로메틸기, 펜타플루오로에틸기가 바람직하다.

R¹ 내지 R⁴⁸의 알콕실기로서, 메톡시기, 에톡시기, 이소-프로폭시기, tert-부톡시기가 바람직하다.

R¹ 내지 R⁴⁸의 알킬기로서, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소-프로필기, tert- 부틸기, 시클로헥실기가 바람직하다.

R¹ 내지 R⁴⁸의 아릴기로서, 페닐기, 나프틸기가 바람직하다.

R⁴⁹ 내지 R⁵²의 플루오로알킬기, 알킬기, 아릴기는, R¹ 내지 R⁴⁸과 동일하다.

R⁴⁹ 내지 R⁵²의 복소환으로서, 하기 화학식으로 표시되는 치환기가 바람직하다.

R⁵⁰과 R⁵¹이 환을 형성하는 경우, X는 바람직하게는 하기 화학식으로 표시되는 치환기이다.

(식 중, R^51', R^52'는 각각 메틸기, 에틸기, 프로필기, tert-부틸기임)

퀴노이드 유도체의 구체예로서는, 이하의 화합물을 들 수 있다.

수용체는, 바람직하게는 박막 형성성을 갖는다. 즉, 증착으로 수용체 함유층을 형성할 수 있다. 여기서, "박막을 형성할 수 있다"는 것은, 기판 위에 진공 증착, 스핀 코팅 등의 일반적인 박막 형성 방법으로 평탄한 박막을 제조할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로는, 유리제의 기판 위에 평탄한 박막(두께 1 ㎚ 내지 100 ㎚)을 제조할 수 있는 것이다. 여기서 평탄하다는 것은, 박막의 요철이 작 다는 것이고, 바람직하게는 면 조도(Ra)가 10 ㎚ 이하, 보다 바람직하게는 1.5 ㎚ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1 ㎚ 이하이다. 또한, 면 조도는 원자간력 현미경(AFM)에 의해 측정할 수 있다.

박막 형성성을 갖는 유기 화합물로서, 바람직하게는 비정질성의 유기 화합물이고, 보다 바람직하게는 비정질성의 퀴노디메탄 유도체이고, 더욱 바람직하게는 비정질성이면서도 CN-기의 수가 5 이상인 퀴노디메탄 유도체이다. 예를 들면, 상기한 (CN)₂-TCNQ를 들 수 있다.

수용체 함유층에 포함되는 수용체의 함유량은, 바람직하게는 층 전체에 대하여 1 내지 100 몰％이고, 보다 바람직하게는 50 내지 100 몰％이다.

수용체 함유층은 수용체 이외에 정공 수송성이며, 광투과성이 있는 것을 함유할 수 있지만, 반드시 이것으로 한정되지는 않는다.

또한, 수용체 함유층에는, 공여체 함유층에 전자 주입을 용이하게 하거나, 또는 음극에 정공 수송을 용이하게 하기 위해 공여체를 첨가할 수도 있다. 이 공여체는, 수용체 함유층에 포함되는 공여체 이외의 화합물 또는 근접하는 층에 포함되는 화합물에 전자를 부여할 수 있는 화합물이다.

공여체로서는 상기한 공여성 금속 이외에, 아민 화합물, 폴리아민 화합물, 텅스텐 착체 등의 유기 공여성 화합물을 들 수 있다.

수용체 함유층의 막 두께는, 바람직하게는 1 내지 100 ㎚이다.

또한, 수용체 함유층을 통해 빛을 밖으로 취출할 때, 수용체 함유층은 광투 과성이다. 수용체 함유층의 가시광 영역(450 내지 650 ㎚)에 있어서의 투과율은, 바람직하게는 50 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 80 ％ 이상이다.

<화합물>

실시예 및 비교예에 대하여 사용한 화합물을 이하에 나타낸다.

<수용체 함유층에 사용하는 재료의 환원 전위>

수용체 함유층을 형성하는 재료로서 사용한 (CN)₂TCNQ에 대하여 사이클릭 볼타메트리 측정을 행하였다. 그 결과, 포화 칼로멜(SCE) 전극을 참조 전극으로 한 환원 전위는 0.71 V였다.

<평가 방법>

(1) 구동 전압

전류 밀도가 10 mA/㎠가 되도록 ITO와 Al 사이에 통전했을 때의 전압(단위: V)을 계측하였다.

(2) 발광 효율

전류 밀도 10 mA/㎠ 인가시의 EL 스펙트럼을 분광 방사 휘도계 CS1000A(코니카 미놀타사 제조)로 계측하여, 발광 효율(단위: cd/A)을 산출하였다.

(3) 반감 수명

실온에서 직류 일정 전류로 구동한다. 전류값은 초기 휘도가 5000 cd/㎡가 되도록 세팅하고, 휘도의 시간 의존성을 측정한다. 초기 휘도의 절반이 될 때까지 필요한 시간을 반감 수명으로 하였다.

(4) 광투과율

평탄하고 광투과성을 갖는 유리 기판(두께 0.7 ㎜) 위에 대상이 되는 층(막 두께 1 내지 100 ㎚)을 설치하고, 빛을 조사하여 조사한 빛의 강도에 대한 투과한 빛의 강도비를 구하며, 이 값을 기판만 조사한 빛의 강도에 대한 투과한 빛의 강도비로 뺀 것을 광투과율로 하였다.

(5) 비저항

평탄한 절연 기판 위에 평행한 2개의 전극 스트라이프(전극간의 갭 1 ㎜)를 설치하고, 그 위에 대상이 되는 층(두께 100 ㎚)을 설치하고, 2개의 전극 스트라이프간에 -10 V 내지 +10 V의 전압을 스위프했을 때의 전류값을 계측하여, 전류 전압 특성의 기울기로부터 비저항을 구하였다.

실시예 1

두께 0.7 ㎜의 유리 기판 위에, ITO를 스퍼터링에 의해 130 ㎚의 두께가 되도록 성막하였다. 이 기판을 이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 5분간 행한 후, UV 오존 세정을 30분 행하고, 그 후 이 ITO 전극 부착 기판을 진공 증착 장치의 기판 홀더에 장착하였다.

또한, 미리 각각의 몰리브덴제의 가열 보트에 정공 주입층의 재료로서 TPD232를, 정공 수송층의 재료로서 TBDB를, 발광층의 호스트 재료로서 BH를, 청색 발광 재료로서 BD를, 전자 수송 재료로서 Alq를, 공여체로서 Li를, 수용체로서 (CN)₂TCNQ를, 음극 재료로서 Al을 각각 장착하였다.

우선, 정공 주입층으로서 기능하는 TPD232막을 막 두께 60 ㎚로 성막하였다. 정공 주입층의 성막에 이어서 정공 수송층으로서 기능하는 TBDB막을 막 두께 20 ㎚로 성막하고, 이어서 발광층으로서 화합물 BH와 화합물 BD를 40:2의 비가 되도록 막 두께 40 ㎚로 공증착하였다. 이 막 위에 전자 수송층으로서 Alq₃막을 막 두께 10 ㎚로 성막하였다. 그 후, 공여체 함유층으로서 Li막(광투과율: 90 ％, 비저항: 1O^-5 Ωㆍ㎝)을 막 두께 1 ㎚로 증착하고, 이어서 수용체 함유층으로서 (CN)₂TCNQ막(광투과율: 90 ％)을 막 두께 10 ㎚로 성막하였다. 이 막 위에 음극으로서 기능하는 Al막을 막 두께 150 ㎚로 성막하여, 유기 발광 소자를 얻었다.

얻어진 유기 발광 소자에 대하여 평가를 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

실시예 2

실시예 1에 있어서, 공여체로서 Li 대신에 Liq를 사용하여 공여체 함유층(광투과율: 90 ％, 비저항: 10¹⁴ Ωㆍ㎝)을 성막한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 유기 발광 소자를 얻었다.

실시예 3

실시예 1에 있어서, 수용체층의 성막 후 완충층용 재료로서 Mo0_x(x=2 내지 3)를 사용하여 막 두께 10 ㎚의 완충층을 성막하고, 그 후 Al막(음극)을 성막한 것 이외에는, 실시예 2와 동일하게 하여 유기 발광 소자를 얻었다.

실시예 4

실시예 1에 있어서, 공여체로서 Li 대신에 MoO_x(x=2 내지 3), Cs를 사용하여 MoO_x와 Cs를 10:1이 되도록 막 두께 10 ㎚로 공증착하여 공여체 함유층(광투과율: 80 ％, 비저항: 10⁸ Ωㆍ㎝)을 성막하고, 수용체로서 (CN)₂TCNQ를 사용하여 수용체 함유층(광투과율: 90 ％)을 성막한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 유기 발광 소자를 얻었다.

실시예 5

실시예 1에 있어서, 공여체로서 Alq와 Li를 사용하여 Alq와 Li를 10:0.3이 되도록 막 두께 10 ㎚로 공증착하여 공여체 함유층(광투과율: 90 ％, 비저항: 10¹⁰ Ωㆍ㎝)을 성막한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 유기 발광 소자를 얻었다.

얻어진 유기 발광 소자에 대하여 평가를 행하였다. 결과를 표 1에 나타낸 다.

비교예 1

실시예 1에 있어서, Li(공여체 함유층)의 성막을 행하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 발광 소자를 얻었다.

비교예 2

두께 0.7 ㎜의 유리 기판 위에, ITO를 스퍼터링에 의해 130 ㎚의 두께가 되도록 성막하였다. 이 기판을 이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 5분간 행한 후, UV 오존 세정을 30분간 행하고, 그 후 이 ITO 전극 부착 기판을 진공 증착 장치의 기판 홀더에 장착하였다.

또한, 미리 각각의 몰리브덴제의 가열 보트에 수용체로서 HAT를, 정공 수송층의 재료로서 TBDB를, 발광층의 호스트 재료로서 BH를, 청색 발광 재료로서 BD를, 전자 수송 재료로서 Alq를, 공여체로서 Li를, 음극 재료로서 Al을 각각 장착하였다.

우선, 수용체 함유층으로서 기능하는 HAT를 막 두께 10 ㎚로 성막하였다. 수용체 함유층의 성막에 이어서 정공 수송층으로서 기능하는 TBDB막을 막 두께 70 ㎚로 성막하고, 이어서 발광층으로서 화합물 BH와 화합물 BD를 40:2의 비가 되도록 막 두께 40 ㎚로 공증착하였다. 이 막 위에 전자 수송층으로서, Alq막을 막 두께 20 ㎚로 성막하였다. 이어서, 공여체 함유층으로서, Li막을 막 두께 1 ㎚로 성막 하였다. 마지막으로 이 막 위에 음극으로서 기능하는 Al막을 막 두께 150 ㎚로 성막하여, 유기 발광 소자를 얻었다. 또한, 비교예 2에서는 HAT에 근접하는 ITO에 음의 바이어스를 인가하여 발광 특성을 평가하였다.

본 발명의 유기 발광 소자는 디스플레이, 조명 등의 광원으로서 이용할 수 있다.

Claims

양극, 발광층, 공여체 함유층, 수용체 함유층 및 음극을 이 순서대로 설치하고,

상기 공여체 함유층이 공여성 금속, 공여성 금속 화합물 및 공여성 금속 착체로부터 선택되는 군 중 1종 이상을 함유하는 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 공여성 금속이 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 또는 희토류 금속인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 공여성 금속 화합물이 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 또는 희토류 금속의 할로겐화물, 산화물, 탄산염 또는 붕산염인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 상기 공여성 금속 착체가 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 또는 희토류 금속의 착체인 유기 발광 소자.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공여체 함유층이 광투과성 고저항층인 유기 발광 소자.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용체 함유층에 포함되는 수용체가 전자 흡인성의 치환기 또는 전자 결핍환을 갖는 유기 화합물인 유기 발광 소자.
제6항에 있어서, 상기 수용체가 퀴노디메탄계 유기 화합물인 유기 발광 소자.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 수용체 함유층이 막 두께 1 내지 100 ㎚의 박막이고,

450 내지 650 ㎚의 가시광에 있어서의 투과율이 80 ％ 이상인 유기 발광 소자.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 음극과 상기 수용체 함유층 사이에 완충층이 개재하는 유기 발광 소자.
제9항에 있어서, 상기 완충층이 정공 수송성 재료를 함유하는 유기 발광 소자.
제10항에 있어서, 상기 정공 수송성 재료가 금속 산화물 및/또는 금속 질화물인 유기 발광 소자.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광층이 청색 발광 성분을 함유하는 유기 발광 소자.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 음극이 광투과성인 유기 발광 소자.