KR20140145164A - 유기 일렉트로루미네센스 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 높은 발광 효율을 갖고, 고휘도로 발광시켰을 때의 수명이 개선된 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제공하는 것이다. 본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자는, 양극과 음극 간에, 발광층을 포함하는 유기층이 끼움 지지된 유기 일렉트로루미네센스 소자이며, 상기 발광층이, 호스트 화합물 및 하기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트를 함유하고, 해당 발광층 내의 해당 인광 도펀트의 함유량이, 해당 호스트 화합물의 함유량에 대하여 8 내지 35체적％의 범위 내인 것을 특징으로 한다.

Description

유기 일렉트로루미네센스 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT}
본 발명은 유기 일렉트로루미네센스 소자에 관한 것이다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(이하, 유기 EL 소자라고도 함)는 발광하는 화합물을 함유하는 발광층을, 음극과 양극으로 끼운 구성을 갖고, 전계를 인가함으로써, 양극으로부터 주입된 정공과 음극으로부터 주입된 전자를 발광층 내에서 재결합시킴으로써 여기자(엑시톤)를 생성시키고, 이 엑시톤이 실활할 때의 광 방출(형광 또는 인광)을 이용한 발광 소자이다. 또한, 유기 EL 소자는, 전극과 전극의 사이를 불과 서브마이크로미터 정도의 두께를 가진 유기 재료의 막으로 구성하는 전고체 소자이며, 몇V 내지 몇십V의 범위 내 정도의 전압으로 발광이 가능한 점에서, 차세대의 평면 디스플레이나 조명에의 이용이 기대되고 있다.
실용화를 향한 유기 EL 소자의 개발로서는, 프린스턴대로부터, 여기 삼중항으로부터의 인광 발광을 사용하는 유기 EL 소자의 보고가 되고(예를 들어, 비특허문헌 1 참조), 그후, 실온에서 인광을 나타내는 재료의 연구가 활발해지고 있다(예를 들어, 비특허문헌 2 참조).
또한, 인광 발광을 이용하는 유기 EL 소자는, 이전의 형광 발광을 이용하는 유기 EL 소자에 비해 원리적으로 약 4배의 발광 효율이 실현 가능한 점에서, 그 재료 개발을 비롯하여, 발광 소자의 층 구성이나 전극의 연구 개발이 전세계에서 행하여지고 있다. 예를 들어, 이리듐 착체계 등 중금속 착체를 중심으로 많은 화합물이 합성 검토되고 있다(예를 들어, 비특허문헌 3 참조).
이와 같이, 인광 발광 방식은 대단히 포텐셜이 높은 방식인데, 인광 발광을 이용하는 유기 EL 소자에 있어서는, 형광 발광을 이용하는 유기 EL 소자와는 크게 상이하고, 발광 중심의 위치를 컨트롤하는 방법, 특히 발광층의 내부에서 재결합을 행하고, 어떻게 발광을 안정적으로 행하게 할 수 있을지가, 소자의 효율·수명을 개선하는 동시에서 중요한 기술적인 과제가 되고 있다.
그래서 최근 들어, 발광층에 인접하는 형태로, 발광층의 양극측에 위치하는 정공 수송층과 발광층의 음극측에 위치하는 전자 수송층을 구비한 다층 적층형의 소자가 잘 알려져 있다. 또한, 발광층에는 호스트 화합물과 도펀트로서의 인광 발광성 화합물을 사용한 혼합층이 많이 사용되고 있다.
한편, 재료의 관점에서는 높은 캐리어 수송성이나 열적, 전기적으로 안정된 재료가 요구되고 있다. 특히 청색 인광 발광을 이용하는 데 있어서는, 청색 인광 발광성 화합물 자신이 높은 삼중항 여기 상태의 에너지(T1)를 갖고 있기 때문에, 적용 가능한 주변 재료의 개발과 정밀한 발광 중심의 제어가 강하게 요구되고 있다.
소비 전력을 저감해 발광 효율을 향상하는 방법으로서, 발광층 중의 캐리어 수송을 향상시키는 것을 들 수 있다. 전자 수송 매체인 호스트 화합물은 고농도로 발광층에 존재하기 때문에, 용이하게 전자를 이동할 수 있지만, 홀 수송 매체인 발광 도펀트는, 저농도이기 때문에 캐리어가 정체하기 쉬워 전압 상승의 요인이 되고 있다. 발광 도펀트를 고농도화함으로써 홀 수송성을 향상시킬 수 있지만, 발광 도펀트 자신의 응집·회합에 의해, 농도 소광하고, 저전력으로 높은 발광성을 얻는 것은 매우 곤란하며, 또한, 발광 도펀트를 고농도화함으로써 수명이 짧아진다라고 하는 문제를 갖고 있었다.
최근 들어, 높은 포텐셜을 갖는 청색 인광 도펀트로서, 특정한 배위자를 갖는 금속 착체를 사용함으로써 유기 EL 소자의 발광 수명이 개선되는 것이 특허문헌 1 및 2에 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허문헌 1 및 2에 기재된 기술에 있어서는, 저휘도 발광시켰을 때의 유기 EL 소자의 발광 수명은 개선되지만, 고휘도 발광시켰을 때의 유기 EL 소자의 수명이 짧은 것이 문제였다.
미국 특허 출원 공개 제2011/0057559호 명세서 미국 특허 출원 공개 제2011/0204333호 명세서
M.A.Baldo et al., nature, 395권, 151 내지 154페이지(1998년) M.A.Baldo et al., nature, 403권, 17호, 750 내지 753페이지(2000년) S.Lamansky et al., J.Am.Chem.Soc., 123권, 4304페이지(2001년)
본 발명은 상기 문제·상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 해결 과제는, 높은 발광 효율을 갖고, 고휘도로 발광시켰을 때의 수명이 개선된 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제공하는 것이다.
본 발명자는, 상기 과제를 해결하도록, 상기 문제의 원인 등에 대하여 검토하는 과정에 있어서, 홀 수송성을 향상시키기 위해서, 발광층에 인광 도펀트를 고농도로 함유시켜도, 본 발명에 따른 인광 도펀트를 사용한 경우에는, 농도 소광이 억제되어, 고휘도로 점등했을 때의 수명이 긴 것을 알아내어 본 발명에 이르렀다.
즉, 본 발명에 따른 상기 과제는, 이하의 수단에 의해 해결된다.
1. 양극과 음극 간에, 발광층을 포함하는 유기층이 끼움 지지된 유기 일렉트로루미네센스 소자에 있어서, 상기 발광층이, 호스트 화합물 및 하기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트를 함유하고, 해당 발광층 내의 해당 인광 도펀트의 함유량이, 해당 호스트 화합물의 함유량에 대하여 8 내지 35체적％의 범위 내인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
Figure pct00001
(화학식 1 중, 환 Am, 환 An, 환 Bm 및 환 Bn은 5원 또는 6원의 방향족 탄화수소환 또는 방향족 복소환을 나타낸다. Ar은 방향족 탄화수소환, 방향족 복소환, 비방향족 탄화수소환 또는 비방향족 복소환을 나타낸다. R1m, R2m, R1n 및 R2n은 각각 독립적으로 탄소수 2 이상의 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. Ra는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기, 비방향족 복소환기 또는 Ar과 환을 형성하는 연결기를 나타낸다. Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타낸다. Ra, Rb 및 Rc는, 또한 치환기를 가질 수 있다. na 및 nc는 1 또는 2를 나타내고, nb는 1 내지 4의 정수를 나타낸다. m은 1 또는 2를 나타낸다. n은 1 또는 2를 나타낸다. m+n은 3이다. 또한, Ir에 배위하고 있는 세개의 배위자의 구조가 모두 동일한 경우는 없다.)
2. 상기 발광층 내의 상기 인광 도펀트의 함유량이 상기 호스트 화합물의 함유량에 대하여 16 내지 30체적％의 범위 내인 것을 특징으로 하는 제1항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
3. 상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트가, 하기 화학식 2로 표시되는 인광 도펀트인 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제2항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
Figure pct00002
(화학식 2 중, Ar은 방향족 탄화수소환, 방향족 복소환, 비방향족 탄화수소환 또는 비방향족 복소환을 나타낸다. R1m, R2m, R1n 및 R2n은 각각 독립적으로 탄소수 2 이상의 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. Ra는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기, 비방향족 복소환기 또는 Ar과 환을 형성하는 연결기를 나타낸다. Rc는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타낸다. Ra 및 Rc는, 또한 치환기를 가질 수 있다. na 및 nc는 1 또는 2를 나타낸다. m은 1 또는 2를 나타낸다. n은 1 또는 2를 나타낸다. m+n은 3이다. 또한, Ir에 배위하고 있는 세개의 배위자의 구조가 모두 동일한 경우는 없다.)
4. 상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트가, 하기 화학식 3으로 표시되는 인광 도펀트인 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제2항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
Figure pct00003
(화학식 3 중, R1m, R2m, R1n 및 R2n은 각각 독립적으로, 탄소수 2 이상의 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. Ra, Rc 및 Ra3은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타낸다. Ra, Ra3 및 Rc는, 또한 치환기를 가질 수 있다. na 및 nc는 1 또는 2를 나타낸다. nR3은 1 내지 5의 정수를 나타낸다. m은 1 또는 2를 나타낸다. n은 1 또는 2를 나타낸다. m+n은 3이다. 또한, Ir에 배위하고 있는 세개의 배위자의 구조가 모두 동일한 경우는 없다.)
5. 상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트가, 하기 화학식 4로 표시되는 인광 도펀트인 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제2항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
Figure pct00004
(화학식 4 중, R1m, R2m, R1n 및 R2n은 각각 독립적으로 탄소수 2 이상의 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. Ra, Rc 및 Ra3은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. na 및 nc는 1 또는 2를 나타낸다. nR3은 1 내지 4의 정수를 나타낸다. X는 O, S, SiRz1Rz2, NRz1 또는 CRz1Rz2를 나타낸다. Rz1 및 Rz2는 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타낸다. m은 1 또는 2를 나타낸다. n은 1 또는 2를 나타낸다. m+n은 3이다.)
6. 상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트가, 하기 화학식 5로 표시되는 인광 도펀트인 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제2항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
Figure pct00005
(화학식 5 중, R1m, R2m, R1n 및 R2n은 각각 독립적으로 탄소수 2 이상의 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. Ra, Rc 및 Ra3은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. na 및 nc는 1 또는 2를 나타낸다. nR3은 1 내지 4의 정수를 나타낸다. X는 O, S, SiRz1Rz2, NRz1 또는 CRz1Rz2를 나타낸다. Rz1 및 Rz2는 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타낸다. m은 1 또는 2를 나타낸다. n은 1 또는 2를 나타낸다. m+n은 3이다.)
본 발명의 상기 수단에 의해, 발광 효율이 높고, 고휘도로 발광시켰을 때의 수명이 긴 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과 발현 기구 내지 작용 기구에 대해서는, 명확하게는 되어 있지 않지만, 이하와 같이 추정하고 있다.
유기 일렉트로루미네센스 소자를 고휘도로 발광시킨 경우, 소자의 수명 저하가 심한데, 그 이유의 하나로서, 고휘도 발광에 의해 소자가 고온이 되고, 인광 도펀트가 열에 의해 열화되는 것을 생각할 수 있다. 초기에는, 비결정 상태이었던 인광 도펀트가, 가열에 의해 미세한 결정이 되기 쉽다.
본 발명에 따른 인광 도펀트는, 이미다졸환의 질소 원자에 결합하는 환이 이미다졸환에 간섭하기에 충분한 크기의 치환기를 갖기 때문에, 양쪽 환은 동일 평면에 배열하지 않고 결정화하기 어렵다. 그로 인해, 고휘도 발광했을 때의 고온 환경에 노출되어도, 결정화가 억제되어, 수명이 개선되는 것으로 생각된다.
또한, 원래 결정화하기 어렵기 때문에, 농도 소광도 일어나기 어려운 것으로 생각된다.
도 1은 유기 EL 소자로 구성되는 표시 장치의 일례를 도시한 모식도이다.
도 2는 표시부(A)의 모식도이다.
도 3은 화소의 모식도이다.
도 4는 패시브 매트릭스 방식 풀컬러 표시 장치의 모식도이다.
도 5는 조명 장치의 개략도이다.
도 6은 조명 장치의 모식도이다.
도 7은 초기 1000cd/㎡로 점등했을 때의 도프율과 수명의 관계이다.
도 8은 초기 3000cd/㎡로 점등했을 때의 도프율과 수명의 관계이다.
본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자는, 양극과 음극 간에, 발광층을 포함하는 유기층이 끼움 지지되고, 상기 발광층이, 호스트 화합물 및 상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트를 함유하고, 해당 발광층 내의 해당 인광 도펀트의 함유량이, 해당 호스트 화합물의 함유량에 대하여 8 내지 35체적％의 범위 내인 것을 특징으로 한다. 이 특징은, 청구항 1로부터 청구항 6까지의 청구항에 관한 발명에 공통되는 기술적 특징이다.
본 발명의 실시 형태로서는, 고휘도 발광에 의한 수명의 저하를 더 억제할 수 있는 점에서, 상기 인광 도펀트의 함유량이, 상기 호스트 화합물의 함유량에 대하여 16 내지 30체적％의 범위 내인 것이 바람직하다. 또한, 상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트가, 상기 화학식 2로 표시되는 인광 도펀트인 것이, 본 발명의 효과 발현의 관점에서, 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트가, 상기 화학식 3, 4 또는 5로 표시되는 인광 도펀트인 것이 바람직하다. 이에 의해, 한층 더 본 발명의 효과가 얻어진다.
본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자는, 표시 디바이스, 디스플레이, 각종 발광 광원에 적절하게 구비될 수 있다.
이하, 본 발명과 그 구성 요소, 및 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용·형태에 대하여 상세한 설명을 한다. 또한, 본원에 있어서, 「내지」는, 그 전후로 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 의미로 사용한다.
《유기 EL 소자의 구성층》
본 발명의 유기 EL 소자의 구성층에 대하여 설명한다. 본 발명의 유기 EL 소자에 있어서, 양극과 음극과의 사이에 끼움 지지되는 각종 유기층의 층 구성의 바람직한 구체예를 이하에 나타내지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
(i) 양극/발광층 유닛/전자 수송층/음극
(ii) 양극/정공 수송층/발광층 유닛/전자 수송층/음극
(iii) 양극/정공 수송층/발광층 유닛/정공 저지층/전자 수송층/음극
(iv) 양극/정공 수송층/발광층 유닛/정공 저지층/전자 수송층/음극 버퍼층/음극
(V) 양극/양극 버퍼층/정공 수송층/발광층 유닛/정공 저지층/전자 수송층/음극 버퍼층/음극
또한, 발광층 유닛은, 복수의 발광층 사이에 비발광성의 중간층을 갖고 있어도 되고, 해당 중간층이 전하 발생층인 멀티포톤 유닛 구성이어도 된다. 이 경우, 전하 발생층으로서는, ITO(인듐·주석 산화물), IZO(인듐·아연 산화물), ZnO2, TiN, ZrN, HfN, TiOx, VOx, CuI, InN, GaN, CuAlO2, CuGaO2, SrCu2O2, LaB6, RuO2 등의 도전성 무기 화합물층이나, Au/Bi2O3 등의 2층 막이나, SnO2/Ag/SnO2, ZnO/Ag/ZnO, Bi2O3/Au/Bi2O3, TiO2/TiN/TiO2, TiO2/ZrN/TiO2 등의 다층막, 또한 C60 등의 풀러렌류, 올리고티오펜 등의 도전성 유기물층, 금속 프탈로시아닌류, 무금속 프탈로시아닌류, 금속 포르피린류, 무금속 포르피린류 등의 도전성 유기 화합물층 등을 들 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서의 발광층으로서는 백색 발광층인 것이 바람직하고, 이들을 사용한 조명 장치인 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 EL 소자를 구성하는 각 층에 대하여 이하 설명한다.
《발광층》
본 발명에 따른 발광층은, 전극 또는 전자 수송층 및 정공 수송층으로부터 주입되어 오는 전자 및 정공이 재결합하여 발광하는 층이며, 발광하는 부분은 발광층의 층내이어도 발광층과 인접층과의 계면이어도 된다.
발광층의 막 두께의 총합은 특별히 제한은 없지만, 막의 균질성이나, 발광시에 불필요한 고전압을 인가하는 것을 방지하고, 또한, 구동 전류에 대한 발광색의 안정성 향상의 관점에서, 바람직하게는 2nm 내지 5㎛의 범위로 조정되고, 더욱 바람직하게는 2 내지 200nm의 범위로 조정되고, 특히 바람직하게는 5 내지 100nm의 범위로 조정된다.
발광층의 제작에는, 후술하는 발광 도펀트나 호스트 화합물을 사용하여, 예를 들어, 진공 증착법, 습식법(웨트 프로세스라고도 하고, 예를 들어, 스핀 코팅법, 캐스트법, 다이 코팅법, 블레이드 코팅법, 롤 코팅법, 잉크젯법, 인쇄법, 스프레이 코팅법, 커튼 코팅법, LB법(랭뮤어·블로젯(Langmuir Blodgett법)) 등을 들 수 있음) 등에 의해 성막하여 형성할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자의 발광층에는, 인광 도펀트(인광 발광성 도펀트라고도 함)와, 발광 호스트 화합물을 함유한다.
(인광 도펀트)
본 발명에 따른 인광 도펀트에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 인광 도펀트는, 여기 삼중항으로부터의 발광이 관측되는 화합물이며, 구체적으로는 실온(25℃)에서 인광 발광하는 화합물이며, 인광 양자 수율이, 25℃에서 0.01 이상의 화합물이라고 정의되지만, 바람직한 인광 양자 수율은 0.1 이상이다.
상기 인광 양자 수율은, 제4판 실험 화학 강좌(7)의 분광II의 398페이지(1992년 판, 마루젠)에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다. 용액 중에서의 인광 양자 수율은 여러가지 용매를 사용하여 측정할 수 있지만, 본 발명에 따른 인광 도펀트는, 임의의 용매 중 어느 하나에 있어서 상기 인광 양자 수율(0.01 이상)이 달성되면 된다.
발광층 내에서, 본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트의 함유량은, 호스트 화합물의 함유량에 대하여 8 내지 35체적％의 범위 내이다.
발광층의 인광 도펀트의 함유량을, 호스트 화합물의 함유량에 대하여 8 내지 35체적％의 범위 내로 한다는 것은, 양자를 공증착하여 발광층을 형성하는 경우, 상기 공증착의 조건에서, 호스트 화합물을 단독으로 증착했을 때의 막 두께 증가 속도(증착 속도라고도 함)에 대한 인광 도펀트를 단독으로 증착했을 때의 막 두께 증가 속도의 비값을 8 내지 35체적％의 범위 내로 한다는 것을 의미한다.
또한, 발광층을 웨트 프로세스로 제작하는 경우에는, 인광 도펀트와 호스트 화합물을 각각 단독으로 증착하여 형성한 층의 질량과 두께로부터, 각각의 비중을 구한다. 웨트 프로세스의 도포액에 첨가한 호스트 화합물의 질량에 대한 인광 도펀트의 질량비값을, 호스트 화합물의 비중에 대한 인광 도펀트의 비중비값으로 제산한 값을 호스트 화합물에 대한 인광 도펀트의 체적 비율로 한다.
인광 도펀트의 발광은 원리로서는 2가지 들 수 있고, 하나는 캐리어가 수송되는 호스트 화합물상에서 캐리어의 재결합이 일어나서 발광성 호스트 화합물의 여기 상태가 생성하고, 이 에너지를 인광 도펀트에 이동시킴으로써 인광 도펀트로부터의 발광을 얻는다는 에너지 이동형이다. 또 하나는 인광 도펀트가 캐리어 트랩이 되고, 인광 도펀트상에서 캐리어의 재결합이 일어나고, 인광 도펀트로부터의 발광이 얻어진다는 캐리어 트랩형이다. 모든 경우에 있어서도, 인광 도펀트의 여기 상태 에너지는 호스트 화합물의 여기 상태 에너지보다 낮을 것이 조건이다.
여기서, 본 발명자들은, 상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 유기 EL 소자의 유기층에, 상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트를 호스트 화합물에 대하여 8 내지 35체적％의 범위로 함유시킴으로써, 유기 EL 소자의 발광 효율과 고휘도 발광시켰을 때의 수명을 향상할 수 있음을 밝혔내었다.
상기 발광 효율과 수명의 개선은, 이리듐 원자에 배위하는 복수의 배위자 중 어느 하나의 구조를 서로 상이하게 하고, 또한 화학식 1에 있어서의 R1m, R2m, R1n 및 R2n을 탄소수 2이상의 치환기로 함으로서, 이리듐 착체 간의 상호 작용을 완화하여 고농도이어도 응집이나 회합이 억제되고, 농도 소광의 개선 및 고휘도 발광에서 발생하는 열에 의한 열화를 방지함으로써 달성되었다고 추정된다. 이에 의해, 유기 EL 소자의 발광 효율을 향상할 수 있었다. 또한, 당해 인광 도펀트가 유기 EL 소자에 함유되어 있음으로써, 유기 EL 소자의 고휘도 발광에 있어서의 발광 수명의 향상을 달성할 수 있음을 알아냈다.
따라서, 본 발명의 유기 EL 소자는, 발광층에, 상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트가, 호스트 화합물에 대하여 8 내지 35체적％의 범위 내에서 함유되어 구성되는 것이며, 바람직하게는, 16 내지 30체적％의 범위 내에서 함유되어 구성되는 것이다.
(1) 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트
본 발명의 유기 EL 소자에, 유기 EL 소자 재료로서 함유되는 인광 도펀트에 대하여 설명한다. 본 발명에 따른 인광 도펀트는 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure pct00006
화학식 1에 있어서, 환 An, 환 Am, 환 Bn 및 환 Bm은, 5원 또는 6원의 방향족 탄화수소환 또는 방향족 복소환을 나타낸다.
화학식 1에 있어서, 환 An, 환 Am, 환 Bn 및 환 Bm으로 표시되는 5원 또는 6원의 방향족 탄화수소환으로서는, 예를 들어, 벤젠환을 들 수 있다.
화학식 1에 있어서, 환 An, 환 Am, 환 Bn 및 환 Bm으로 표시되는 5원 또는 6원의 방향족 복소환으로서는, 예를 들어, 푸란환, 티오펜환, 옥사졸환, 피롤환, 피리딘환, 피리다진환, 피리미딘환, 피라진환, 트리아진환, 옥사디아졸환, 트리아졸환, 이미다졸환, 피라졸환, 티아졸 환 등을 들 수 있다.
바람직하게는 환 Bn 및 Bm 중 적어도 한쪽이 벤젠환이며, 보다 바람직하게는 환 An 및 Am 중 적어도 한쪽이 벤젠환이다.
화학식 1에 있어서, Ar은 방향족 탄화수소환, 방향족 복소환, 비방향족 탄화수소환 또는 비방향족 복소환을 나타낸다.
화학식 1에 있어서, Ar로 표시되는 방향족 탄화수소환으로서는, 예를 들어, 벤젠환, 비페닐환, 나프탈렌환, 아줄렌환, 안트라센환, 페난트렌환, 피렌환, 크리센환, 나프타센환, 트리페닐렌환, o-터페닐환, m-터페닐환, p-터페닐환, 아세나프텐환, 코로넨환, 플루오렌환, 플루오란트렌환, 나프타센환, 펜타센환, 페릴렌환, 펜타펜환, 피센환, 피렌환, 피란트렌환, 안트라안트렌환 등을 들 수 있다.
화학식 1에 있어서, Ar로 표시되는 방향족 복소환으로서는, 예를 들어, 실롤환, 푸란환, 티오펜환, 옥사졸환, 피롤환, 피리딘환, 피리다진환, 피리미딘환, 피라진환, 트리아진환, 옥사디아졸환, 트리아졸환, 이미다졸환, 피라졸환, 티아졸환, 인돌환, 벤즈이미다졸환, 벤즈티아졸환, 벤즈옥사졸환, 퀴녹살린환, 퀴나졸린환, 프탈라진환, 티에노티오펜환, 카르바졸환, 아자카르바졸환(카르바졸환을 구성하는 탄소 원자의 임의의 1개 이상의 질소 원자로 치환된 것을 나타냄), 디벤조실롤환, 디벤조푸란환, 디벤조티오펜환, 벤조티오펜환이나 디벤조푸란환을 구성하는 탄소 원자의 임의의 1개 이상이 질소 원자로 치환된 환, 벤조디푸란환, 벤조디티오펜환, 아크리딘환, 벤조퀴놀린환, 페나진환, 페난트리딘환, 페난트롤린환, 사이클라딘환, 킨드린환, 데페니딘환, 키닌드린환, 트리페노디티아진환, 트리페노디옥사진환, 페난트라딘환, 안트라딘환, 페리미딘환, 나프토푸란환, 나프토티오펜환, 나프토디푸란환, 나프토디티오펜환, 안트라푸란환, 안트라디푸란환, 안트라티오펜환, 안트라디티오펜환, 티안트렌환, 페녹스틴환, 디벤조카르바졸환, 인돌로카바졸환, 디티에노벤젠환 등을 들 수 있다.
화학식 1에 있어서, Ar로 표시되는 비방향족 탄화수소환으로서는, 예를 들어, 시클로알칸(예를 들어, 시클로펜탄환, 시클로헥산환 등), 시클로알콕시기(예를 들어, 시클로펜틸옥시기, 시클로헥실옥시기 등), 시클로알킬티오기(예를 들어, 시클로펜틸티오기, 시클로헥실티오기 등), 시클로헥실아미노술포닐기, 테트라히드로나프탈렌환, 9,10-디히드로안트라센환, 비페닐렌환 등을 들 수 있다.
화학식 1에 있어서, Ar로 표시되는 비방향족 복소환으로서는, 예를 들어, 에폭시환, 아지리딘환, 티이란환, 옥세탄환, 아제티딘환, 치에탄환, 테트라히드로푸란환, 디옥솔란환, 피롤리딘환, 피라졸리딘환, 이미다졸리딘환, 옥사졸리딘환, 테트라히드로티오펜환, 술포란환, 티아졸리딘환, ε-카프로락톤환, ε-카프로락탐환, 피페리딘환, 헥사히드로피리다진환, 헥사히드로피리미딘환, 피페라진환, 모르폴린환, 테트라히드로피란환, 1,3-디옥산환, 1,4-디옥산환, 트리옥산환, 테트라히드로티오피란환, 티오모르폴린환, 티오모르폴린-1,1-디옥시드환, 피라노오스환, 디아자비시클로[2,2,2]-옥탄환, 페녹사진환, 페노티아진환, 옥산트렌환, 티오크산텐환, 페녹스틴환 등을 들 수 있다.
화학식 1에 있어서, Ar로 표시되는 이 환은, 치환기를 갖고 있어도 되고, 또한 당해 치환기끼리가 서로 결합하여 환을 형성해도 된다.
화학식 1에 있어서, Ar은, 바람직하게는 방향족 탄화수소환 또는 방향족 복소환이며, 보다 바람직하게는 방향족 탄화수소환이며, 더욱 바람직하게는 벤젠환이다.
화학식 1에 있어서, R1m 및 R2m은, 각각 독립적으로, 탄소수 2 이상의 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다.
화학식 1에 있어서, R1m 및 R2m으로 표시되는 알킬기로서는, 예를 들어, 에틸기, 이소프로필기, n-부틸기, t-부틸기, n-헥실기, 2-메틸헥실기, 펜틸기, 아다만틸기, n-데실기, n-도데실기 등을 들 수 있다.
화학식 1에 있어서, R1m 및 R2m으로 표시되는 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기로서는, 상술한 화학식 1에 있어서 Ar로 표시되는 방향족 탄화수소환, 방향족 복소환, 비방향족 탄화수소환 또는 비방향족 복소환으로부터 도출되는 1가의 기를 들 수 있다.
화학식 1에 있어서, R1m 및 R2m으로 표시되는 탄소수 2 이상의 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기가 더 갖고 있어도 되는 치환기로서는, 예를 들어, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기 등을 들 수 있다.
화학식 1에 있어서는, R1m 및 R2m이 모두 탄소 원자수 2 이상의 알킬기 또는 시클로알킬기인 것이 바람직하고, 또한, R1m 및 R2m 중 어느 한쪽이 탄소 원자수 3 이상의 분지 알킬기인 것도 바람직하다. 또한, R1m 및 R2m이 모두 탄소 원자수 3 이상의 분지 알킬기인 것이 더욱 바람직한다.
화학식 1에 있어서, R1n 및 R2n은 상술한 화학식 1에 있어서의 R1m 및 R2m과 동의이다.
화학식 1에 있어서, Ra는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기, 비방향족 복소환기 또는 Ar과 함께 환을 형성하는 연결기를 나타낸다. Rb 및 Rc는 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타낸다. Ra, Rb 및 Rc는, 또한 치환기를 가질 수 있다. 또한, 여기에서 말하는 치환기는, 본 발명에 따른 화합물의 기능을 저해하지 않는 범위에서 가져도 되는 것을 말한다. 이하에 있어서도 마찬가지이다.
화학식 1에 있어서, Ra, Rb 및 Rc로 표시되는 아릴기 및 헤테로아릴기로서는, 상술한 화학식 1에 있어서 Ar로 표시되는 방향족 탄화수소환 및 방향족 복소환으로부터 도출되는 1가의 기를 들 수 있다.
화학식 1에 있어서, Ra, Rb 및 Rc로 표시되는 비방향족 탄화수소환기 및 비방향족 복소환기로서는, 상술한 화학식 1에 있어서 Ar로 표시되는 비방향족 탄화수소환 및 비방향족 복소환으로부터 도출되는 1가의 기를 들 수 있다.
화학식 1에 있어서, Ra는, 바람직하게는, 알킬기, 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기 또는 아릴기 또는 Ar과 함께 환을 형성하는 연결기를 나타내고, Ra가 연결기를 나타내는 경우에는, 바람직하게는, Ra는, O, S, SiRz1Rz2, NRz1 또는 CRz1Rz2를 나타낸다. Rb 및 Rc는, 바람직하게는, 알킬기, 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기 또는 아릴기를 나타내고, 특히 바람직하게는, 메틸기, 수소 원자, 불소 원자, 시아노기 또는 페닐기를 나타낸다. Rz1 및 Rz2는 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타낸다.
화학식 1에 있어서, na 및 nc는 1 또는 2를 나타내고, nb는 1 내지 4의 정수를 나타낸다.
화학식 1에 있어서, m은 1 또는 2를 나타내고, n은 1 또는 2를 나타내고, m+n은 3이다. 본 발명에 따른 인광 도펀트로서, 또한 장수명을 달성할 수 있는 점에서, 화학식 1에 있어서, m이 1을 나타내고, n이 2를 나타내는 인광 도펀트를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 화학식 1에 있어서, Ir에 배위하고 있는 세개의 배위자의 구조가 모두 동일한 경우는 없다.
(2) 화학식 2로 표시되는 인광 도펀트
상술이 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트는, 하기 화학식 2로 표시되는 것이 바람직하다.
[화학식 2]
Figure pct00007
화학식 2에 있어서, Ar, R1m, R2m, R1n, R2n, Ra, Rc, na, nc, m 및 n은, 화학식 1에 있어서의 Ar, R1m, R2m, R1n, R2n, Ra, Rc, na, nc, m 및 n과 동의이다.
또한, 화학식 2에 있어서, Ir에 배위하고 있는 세개의 배위자의 구조가 모두 동일한 경우는 없다.
또한, 본 발명에 따른 화학식 1, 2로 각각 표시되는 인광 도펀트는, 국제 공개 제2006/121811호 등에 기재된 공지된 방법을 참조함으로써 합성가능하다.
(3) 화학식 3으로 표시되는 인광 도펀트
상술한 화학식 1 또는 2로 표시되는 인광 도펀트는, 하기 화학식 3으로 표시되는 것이 바람직하다.
[화학식 3]
Figure pct00008
화학식 3에 있어서, R1m, R2m, R1n, R2n, Rc, na, nc, m 및 n은, 화학식 1에 있어서의 R1m, R2m, R1n, R2n, Rc, na, nc, m 및 n과 동의이다. 화학식 3에 있어서, Ra는, 화학식 1에 있어서의 Rc와 동의이다.
화학식 3에 있어서, Ra3은, 화학식 1에 있어서의 Rb 및 Rc와 동의이다.
화학식 3에 있어서, nR3은 1 내지 5의 정수를 나타낸다.
또한, 화학식 3에 있어서, Ir에 배위하고 있는 세개의 배위자의 구조가 모두 동일한 경우는 없다.
(4) 화학식 4로 표시되는 인광 도펀트
상술이 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트는, 하기 화학식 4로 표시되는 것이 바람직하다.
[화학식 4]
Figure pct00009
화학식 4에 있어서, R1m, R2m, R1n, R2n, Ra, Rc, na, nc, m 및 n은, 화학식 3에 있어서의 R1m, R2m, R1n, R2n, Ra, Rc, na, nc, m 및 n과 동의이다.
화학식 4에 있어서, Ra3은, 화학식 1에 있어서의 Rb 및 Rc와 동의이다.
화학식 4에 있어서, nR3은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.
화학식 4에 있어서, X는 O, S, SiRz1Rz2, NRz1, CRz1Rz2를 나타내고, Rz1 및 Rz2는 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타낸다.
Rz1 및 Rz2로 표시되는 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기로서는, 상술한 화학식 1에 있어서 Ar로 표시되는 방향족 탄화수소환, 방향족 복소환, 비방향족 탄화수소환 또는 비방향족 탄화수소환으로부터 도출되는 1가의 기를 들 수 있다.
(5) 화학식 5로 표시되는 인광 도펀트
상술이 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트는, 하기 화학식 5로 표시되는 것이 바람직하다.
[화학식 5]
Figure pct00010
화학식 5에 있어서, R1m, R2m, R1n, R2n, Ra, Rc, na, nc, m 및 n은, 화학식 3에 있어서의 R1m, R2m, R1n, R2n, Ra, Rc, na, nc, m 및 n과 동의이다.
화학식 5에 있어서, Ra3은, 화학식 1에 있어서의 Rb 및 Rc와 동의이다.
화학식 5에 있어서, nR3 및 X는, 화학식 4에 있어서의 nR3 및 X와 동의이다.
화학식 1 내지 5에 있어서, 특히 m이 1이며, n이 2인 인광 도펀트가, 긴 수명을 얻어지는 점에서 바람직하다.
(6) 구체예
이하에, 화학식 1 내지 5로 표시되는 인광 도펀트의 구체예를 들지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
Figure pct00021
Figure pct00022
Figure pct00023
(7) 합성예
이하에, 화학식 1 내지 5로 표시되는 화합물의 합성예를 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 상기한 구체예 가운데 DP-1의 합성 방법을 예로 들어서 이하에 설명한다.
DP-1은, 이하의 반응식에 따라 합성할 수 있다.
Figure pct00024
(공정1)
3구 플라스크에, 중간체A를 5g, 염화이리듐을 1.9g, 에톡시에탄올을 100ml, 물을 30ml 넣고, 질소 분위기 하에서 100℃에서 4시간 가열 교반하였다.
석출한 결정을 여과취출하고, 여과취출한 결정을 메탄올 세정하여, 중간체B를 4.5g 얻었다.
(공정2)
3구 플라스크에, 공정(1)에서 얻어진 중간체B를 4.0g, 아세틸아세톤을 2.5g, 탄산칼륨을 7g, 에톡시에탄올을 100ml 넣고, 질소 분위기 하에서 80℃에서 5시간 가열 교반하였다.
석출한 결정을 여과취출하고, 여과취출한 결정을 메탄올 세정한 후, 수세하여, 중간체C를 2.8g 얻었다.
(공정3)
3구 플라스크에, 공정(2)에서 얻어진 중간체C를 2.8g, 중간체D를 1.6g, 에틸렌글리콜을 50ml 넣고, 질소 분위기 하에서 150℃에서 7시간 가열 교반하였다.
석출한 결정을 여과취출하고, 여과취출한 결정을 메탄올 세정한 후, 실리카 겔 크로마토그래피로 분리 정제하여 DP-1을 0.7g 얻었다.
화합물 예 DP-1의 구조는, 매스스펙트럼 및 1H-NMR로 확인하였다.
MASS spectrum(ESI): m/z=1179 [M+]
1H-NMR(CD2Cl2, 400MHz)δ: 7.71(2H, d, J=28.3Hz), 7.42(1H, t, J=28.3Hz), 7.33-7.57(6H, m), 7.34(4H, t, J=33.2Hz), 6.96(2H, S), 6.81-6.86(6H, m), 6.69(2H, d, J=33.2Hz), 6.56-6.60(2H, m), 6.44(1H, t, J=23.4Hz), 6.38(2H, d, J=17.6Hz), 6.32(1H, d, J=23.4Hz), 6.16(2H, d, J=44.9Hz), 2.65-2.80(3H, m, CH of iso-Pr), 2.29-2.41(3H, m, CH of iso-Pr), 1.26(3H, d, J=26.3Hz, CH3 of iso-Pr), 1.21(6H, d, J=20.5Hz, CH3 of iso-Pr), 0.92-1.08(m, 27H, CH3 of iso-Pr)
(8) 종래 공지된 도펀트와의 병용
또한, 본 발명에 따른 인광 도펀트는, 복수종의 화합물을 병용하여 사용해도 되고, 구조가 다른 인광 도펀트끼리의 조합이나, 인광 도펀트와 형광 도펀트를 조합하여 사용해도 된다.
여기서, 발광 도펀트로서, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트와 병용하여 사용해도 되는 종래 공지된 발광 도펀트로서는, 이하의 문헌에 기재된 화합물을 들 수 있다.
Nature 395, 151(1998), Appl.Phys.Lett.78, 1622(2001), Adv.Mater.19, 739(2007), Chern.Mater.17, 3532(2005), Adv.Mater.17, 1059(2005), 국제 공개 제2009/100991호, 국제 공개 제2008/101842호, 국제 공개 제2003/040257호, 미국 특허 공개 제2006/835469호, 미국 특허 공개 제2006/0202194호, 미국 특허 공개 제2007/0087321호, 미국 특허 공개 제2005/0244673호, Inorg.Chern.40, 1704(2001), Chern.Mater.16, 2480(2004), Adv.Mater.16, 2003(2004), Angew.Chern.lnt.Ed.2006, 45, 7800, Appl.Phys.Lett.86, 153505(2005), Chern.Lett.34, 592(2005), Chern.Commun.2906(2005), Inorg.Chern.42, 1248(2003), 국제 공개 제2009/050290호, 국제 공개 제2002/015645호, 국제 공개 제2009/000673호, 미국 특허 공개 제2002/0034656호, 미국 특허 제7332232호, 미국 특허 공개 제2009/0108737호, 미국 특허 공개 제2009/0039776호, 미국 특허 제6921915호, 미국 특허 제6687266호, 미국 특허 공개 제2007/0190359호, 미국 특허 공개 제2006/0008670호, 미국 특허 공개 제2009/0165846호, 미국 특허 공개 제2008/0015355호, 미국 특허 제7250226호, 미국 특허 제7396598호, 미국 특허 공개 제2006/0263635호, 미국 특허 공개 제2003/0138657호, 미국 특허 공개 제2003/0152802호, 미국 특허 제7090928호, Angew.Chern.lnt.Ed.47, 1(2008), Chern.Mater.18, 5119(2006), Inorg.Chern.46, 4308(2007), Organometallics 23, 3745(2004), Appl.Phys.Lett.74, 1361(1999), 국제 공개 제2002/002714호, 국제 공개 제2006/009024호, 국제 공개 제2006/056418호, 국제 공개 제2005/019373호, 국제 공개 제2005/123873호, 국제 공개 제200/5123873호, 국제 공개 제2007/004380호, 국제 공개 제2006/082742호, 미국 특허 공개 제2006/0251923호, 미국 특허 공개 제2005/0260441호, 미국 특허 제7393599호, 미국 특허 제7534505호, 미국 특허 제7445855호, 미국 특허 공개 제2007/0190359호, 미국 특허 공개 제2008/0297033호, 미국 특허 제7338722호, 미국 특허 공개 제2002/0134984호, 미국 특허 제7279704호, 미국 특허 공개 제2006/098120호, 미국 특허 공개 제2006/103874호, 국제 공개 제2005/076380호, 국제 공개 제2010/032663호, 국제 공개 제2008/140115호, 국제 공개 제2007/052431호, 국제 공개 제2011/134013호, 국제 공개 제2011/157339호, 국제 공개 제2010/086089호, 국제 공개 제2009/113646호, 국제 공개 제2012/020327호, 국제 공개 제2011/051404호, 국제 공개 제2011/004639호, 국제 공개 제2011/073149호, 일본 특허 공개 제2012-069737호, 일본 특허 출원 제2011-181303호, 일본 특허 공개 제2009-114086호, 일본 특허 공개 제2003-81988호, 일본 특허 공개 제2002-302671호, 일본 특허 공개 제2002-363552호 등.
(호스트 화합물(발광 호스트, 발광 호스트 화합물이라고도 함)
본 발명에 있어서 호스트 화합물은, 발광층에 함유되는 화합물 중에서, 그 층 중에서의 질량비가 20％ 이상이며, 또한 실온(25℃)에 있어서 인광 발광의 인광 양자 수율이, 0.1 미만인 화합물로 정의된다. 바람직하게는 인광 양자 수율이 0.01 미만이다. 또한, 발광층에 함유되는 화합물 중에서, 그 층 중에서의 질량비가 20％ 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 사용할 수 있는 발광 호스트로서는, 특별히 제한은 없고, 종래 유기 EL 소자에서 사용되는 화합물을 사용할 수 있다. 대표적으로는 카르바졸 유도체, 트릴아릴아민 유도체, 방향족 유도체, 질소 함유 복소환 화합물, 티오펜 유도체, 푸란 유도체, 올리고아릴렌 화합물 등의 기본 골격을 갖는 것, 또는, 카르보인 유도체나 디아자카르바졸 유도체(여기서, 디아자카르바졸 유도체란, 카르보인 유도체의 카르보인환을 구성하는 탄화수소환 중 적어도 1개의 탄소 원자가 질소 원자로 치환되어 있는 것을 나타냄) 등을 들 수 있다.
본 발명에 사용할 수 있는 공지된 발광 호스트로서는, 정공 수송능, 전자 수송능을 가지면서, 또한, 발광의 장파장화를 방지하고, 게다가 고Tg(유리 전이 온도)인 화합물이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 종래 공지된 발광 호스트를 단독으로 사용해도 되고, 또는 복수종 병용하여 사용해도 된다. 발광 호스트를 복수종 사용함으로써 전하의 이동을 조정하는 것이 가능하고, 유기 EL 소자를 고효율화할 수 있다. 또한, 상기 인광 도펀트로서 사용되는 본 발명의 금속 착체 및/또는 종래 공지된 화합물을 복수종 사용함으로써 다른 발광을 혼합하는 것이 가능하게 되고, 이에 의해 임의의 발광색을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 발광 호스트로서는, 저분자 화합물이어도, 반복 단위를 갖는 고분자 화합물이어도 되고, 비닐기나 에폭시기와 같은 중합성기를 갖는 저분자 화합물(중합성 발광 호스트)이어도 되고, 이러한 화합물을 1종 또는 복수종 사용해도 된다. 공지된 발광 호스트의 구체예로서는, 이하의 문헌에 기재된 화합물을 들 수 있다.
일본 특허 공개 제2001-257076호 공보, 동2002-308855호 공보, 동2001-313179호 공보, 동2002-319491호 공보, 동2001-357977호 공보, 동2002-334786호 공보, 동2002-8860호 공보, 동2002-334787호 공보, 동2002-15871호 공보, 동2002-334788호 공보, 동2002-43056호 공보, 동2002-334789호 공보, 동2002-75645호 공보, 동2002-338579호 공보, 동2002-105445호 공보, 동2002-343568호 공보, 동2002-141173호 공보, 동2002-352957호 공보, 동2002-203683호 공보, 동2002-363227호 공보, 동2002-231453호 공보, 동2003-3165호 공보, 동2002-234888호 공보, 동2003-27048호 공보, 동2002-255934호 공보, 동2002-260861호 공보, 동2002-280183호 공보, 동2002-299060호 공보, 동2002-302516호 공보, 동2002-305083호 공보, 동2002-305084호 공보, 동2002-308837호 공보, 미국 특허 공개 제2003/0175553호, 미국 특허 공개 제2006/0280965호, 미국 특허 공개 제2005/0112407호, 미국 특허 공개 제2009/0017330호, 미국 특허 공개 제2009/0030202호, 미국 특허 공개 제2005/0238919호, 국제 공개 제2001/039234호, 국제 공개 제2009/021126호, 국제 공개 제2008/056746호, 국제 공개 제2004/093207호, 국제 공개 제2005/089025호, 국제 공개 제2007/063796호, 국제 공개 제2007/063754호, 국제 공개 제2004/107822호, 국제 공개 제2005/030900호, 일본 특허 공개 제2007-254297호, EP2034538 등이다.
본 발명의 유기 EL 소자의 발광층의 발광 호스트로서 바람직한 것은, 하기 화학식 B 또는 화학식 E로 표시되는 화합물이다.
[화학식 B]
Figure pct00025
[화학식 E]
Figure pct00026
화학식 B 및 E 중, Xa는, O 또는 S를 나타내고, Xb, Xc, Xd 및 Xe는, 각각 수소 원자, 치환기 또는 하기 화학식 C로 표시되는 기를 나타내고, Xb, Xc, Xd 및 Xe 중 적어도 하나는, 하기 화학식 C로 표시되는 기를 나타내고, 하기 화학식 C로 표시되는 기 중 적어도 하나는, Ar이 치환기를 가져도 되는 카르바졸릴기를 나타낸다.
[화학식 C]
Ar-(L4)n-*
화학식 C 중, L4는, 방향족 탄화수소환 또는 방향족 복소환으로부터 도출되는 2가의 연결기를 나타낸다. n은, 0 내지 3의 정수를 나타내고, n이 2이상인 경우, 복수의 L4는 동일해도 상이해도 된다. *은, 화학식 B 또는 E와의 연결 부위를 나타낸다. Ar은, 하기 화학식 D로 표시되는 기를 나타낸다.
[화학식 D]
Figure pct00027
화학식 D 중, Xf는 N(R"), O 또는 S를 나타내고, E1 내지 E8은 C(R"1) 또는 N을 나타내고, R" 및 R"1은 수소 원자, 치환기 또는 화학식 C에 있어서의 L4와의 연결 부위를 나타낸다. *은 화학식 C에 있어서의 L4와의 연결 부위를 나타낸다.
상기 화학식 B로 표시되는 화합물에 있어서는, 바람직하게는, Xb, Xc, Xd 및 Xe 가운데 적어도 두개가 화학식 C로 표시되고, 보다 바람직하게는 Xc가 화학식 C로 표시되고 또한 화학식 C의 Ar이 치환기를 가져도 되는 카르바졸릴기를 나타낸다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자의 발광층의 발광 호스트로서, 하기 화학식 B'로 표시되는 화합물이, 특히 바람직하게 사용된다.
[화학식 B']
Figure pct00028
화학식 B' 중, Xa는 O 또는 S를 나타내고, Xb 및 Xc는, 각각 치환기 또는 상기한 화학식 C로 표시되는 기를 나타낸다.
Xb 및 Xc 중 적어도 하나는 상기한 화학식 C로 표시되는 기를 나타내고, 해당 화학식 C로 표시되는 기 중 적어도 하나는 Ar이 치환기를 가져도 되는 카르바졸릴기를 나타낸다.
상기 화학식 B'로 표시되는 화합물에 있어서는, 바람직하게는, 화학식 C의 Ar이, N 위치에서 화학식 C에 있어서의 L4와 연결된 카르바졸릴기를 나타낸다.
본 발명의 유기 EL 소자의 발광층의 호스트 화합물(발광 호스트라고도 함) 로서 바람직하게 사용되는 화학식 B 또는 화학식 B'로 표시되는 화합물로서는, 국제 공개 제2006/114966호, 국제 공개 제2009/086028호, 국제 공개 제2009/003898호, 국제 공개 제2012/023947호, 일본 특허 공개 제2008-74939호, 일본 특허 공개 제2012-231146호, 일본 특허 공개 제2007-288035 등에 기재된 구체적 화합물을 들 수 있다.
이하, 본 발명의 유기 EL 소자의 발광층의 발광 호스트로서 바람직하게 사용되는 화학식 B 또는 화학식 B'로 표시되는 화합물의 구체예를 들지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
Figure pct00029
Figure pct00030
《전자 수송층》
전자 수송층이란, 전자를 수송하는 기능을 갖는 재료를 포함하고, 넓은 의미에서 전자 주입층, 정공 저지층도 전자 수송층에 포함된다. 전자 수송층은 단층 또는 복수층을 형성할 수 있다.
전자 수송층은, 음극으로부터 주입된 전자를 발광층에 전달하는 기능을 갖고 있으면 되고, 전자 수송층의 구성 재료로서는 종래 공지된 화합물 중에서 임의의 것을 선택하여 병용하는 것도 가능하다.
전자 수송층에 사용되는 종래 공지된 재료(이하, 전자 수송 재료라고 함)의 예로서는, 니트로 치환 플루오렌 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 디티오피란디옥시드 유도체, 나프탈렌페릴렌 등의 다환 방향족 탄화수소, 복소환 테트라카르복실산 무수물, 카르보디이미드, 플레오레닐리덴메탄 유도체, 안트라퀴노디메탄 및 안트론 유도체, 옥사디아졸 유도체, 카르보인 유도체, 또는, 해당 카르보인 유도체의 카르보인 환을 구성하는 탄화수소환의 탄소 원자 중 적어도 1개가 질소 원자로 치환되어 있는 환 구조를 갖는 유도체, 헥사아자트리페닐렌 유도체 등을 들 수 있다.
또한, 상기 옥사디아졸 유도체에 있어서, 옥사디아졸환의 산소 원자를 황 원자로 치환한 티아디아졸 유도체, 전자 흡인성기로서 알려져 있는 퀴녹살린환을 갖는 퀴녹살린 유도체도 전자 수송 재료로서 사용할 수 있다.
이들 재료를 고분자쇄에 도입하거나, 또는 이들 재료를 고분자의 주쇄로 한 고분자 재료를 사용할 수도 있다.
또한, 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착체, 예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(Alq), 트리스(5,7-디클로로-8-퀴놀리놀)알루미늄, 트리스(5,7-디브로모-8-퀴놀리놀)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-퀴놀리놀)알루미늄, 트리스(5-메틸-8-퀴놀리놀)알루미늄, 비스(8-퀴놀리놀)아연(Znq) 등, 및 이 금속 착체의 중심 금속이 In, Mg, Cu, Ca, Sn, Ga 또는 Pb로 치환된 금속 착체도 전자 수송 재료로서 사용할 수 있다.
기타, 메탈 프리 또는 메탈 프탈로시아닌, 또는 그들의 말단이 알킬기나 술폰산기 등으로 치환되어 있는 것도 전자 수송 재료로서 사용할 수 있다.
또한, n형-Si, n형-SiC 등의 무기 반도체도 전자 수송 재료로서 사용할 수 있다.
전자 수송층의 막 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 통상은 5nm 내지 5000nm의 범위 내 정도, 바람직하게는 5nm 내지 200nm의 범위 내이다. 이 전자 수송층은 상기 재료에 1종 또는 2종 이상을 포함하는 1층 구조이어도 된다.
또한, 금속 착체나 할로겐화 금속 등 금속 화합물 등의 n형 도펀트를 도프하여 사용해도 된다.
이하, 본 발명의 유기 EL 소자의 전자 수송층의 형성에 바람직하게 사용되는 종래 공지된 화합물(전자 수송 재료)의 구체예로서는, 이하의 문헌에 기재된 화합물을 들 수 있다.
미국 특허 제6528187호, 미국 특허 제7230107호, 미국 특허 공개 제2005/0025993호, 미국 특허 공개 제2004/0036077호, 미국 특허 공개 제2009/0115316호, 미국 특허 공개 제2009/0101870호, 미국 특허 공개 제2009/0179554호, 국제 공개 제2003/060956호, 국제 공개 제2008/132085호, Appl.Phys.Lett.75, 4(1999), Appl.Phys.Lett.79, 449(2001), Appl.Phys.Lett.81, 162(2002), Appl.Phys.Lett.79, 156(2001), 미국 특허 제7964293호, 미국 특허 공개 제2009/030202호, 국제 공개 제2004/080975호, 국제 공개 제2004/063159호, 국제 공개 제2005/085387호, 국제 공개 제2006/067931호, 국제 공개 제2007/086552호, 국제 공개 제2008/114690호, 국제 공개 제2009/069442호, 국제 공개 제2009/066779호, 국제 공개 제2009/054253호, 국제 공개 제2011/086935호, 국제 공개 제2010/150593호, 국제 공개 제2010/047707호, EP2311826호, 일본 특허 공개 제2010-251675호, 일본 특허 공개 제2009-209133호, 일본 특허 공개 제2009-124114호, 일본 특허 공개 제2008-277810호, 일본 특허 공개 제2006-156445호, 일본 특허 공개 제2005-340122호, 일본 특허 공개 제2003-45662호, 일본 특허 공개 제2003-31367호, 일본 특허 공개 제2003-282270호, 국제 공개 제2012/115034호.
《음극》
한편, 음극으로서는, 일함수가 작은(4eV 이하) 금속(전자 주입성 금속이라고 칭함), 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 전극 물질로 하는 것이 사용된다. 이러한 전극 물질의 구체예로서는, 나트륨, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘, 리튬, 알루미늄, 마그네슘/구리 혼합물, 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화 알루미늄(Al2O3) 혼합물, 인듐, 리튬/알루미늄 혼합물, 희토류 금속 등을 들 수 있다. 이들 중에서 전자 주입성 및 산화 등에 대한 내구성의 관점에서, 전자 주입성 금속과 이것보다 일함수의 값이 크고 안정한 금속인 제2 금속과의 혼합물, 예를 들어, 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄(Al2O3) 혼합물, 리튬/알루미늄 혼합물 등이 적합하다.
음극은, 이 전극 물질을 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시킴으로써, 제작할 수 있다. 또한, 음극으로서의 시트 저항은 몇백Ω/□ 이하가 바람직하고, 막 두께는 통상 10nm 내지 5㎛의 범위 내, 바람직하게는 50 내지 200nm의 범위에서 선택된다.
또한, 발광한 광을 투과시키기 위해서, 유기 EL 소자의 양극 또는 음극의 어느 한쪽이, 투명 또는 반투명하면 발광 휘도가 향상되어 바람직하다.
또한, 음극에 상기 금속을 1 내지 20nm의 범위 내의 막 두께로 제작한 후에, 후술하는 양극의 설명에서 제시하는 도전성 투명 재료를 그 위에 제작함으로써, 투명 또는 반투명의 음극을 제작할 수 있고, 이것을 응용함으로써 양극과 음극의 양쪽이 투과성을 갖는 소자를 제작할 수 있다.
《주입층: 전자 주입층(음극 버퍼층), 정공 주입층》
주입층은 필요에 따라서 설치하고, 전자 주입층과 정공 주입층이 있고, 상기 처럼 양극과 발광층 또는 정공 수송층 사이, 및 음극과 발광층 또는 전자 수송층과의 사이에 존재시켜도 된다.
주입층이란, 구동 전압 저하나 발광 휘도 향상을 위하여 전극과 유기 층간에 설치되는 층으로, 「유기 EL 소자와 그 공업화 최전선(1998년 11월 30일 N·티·S사 발행)」의 제2편 제2장 「전극 재료」(123페이지 내지 166페이지)에 상세하게 기재되어 있는, 정공 주입층(양극 버퍼층)과 전자 주입층(음극 버퍼층)이 있다.
양극 버퍼층(정공 주입층)은 일본 특허 공개 평9-45479호 공보, 동9-260062호 공보, 동8-288069호 공보 등에도 그 상세가 기재되어 있고, 구체예로서, 구리 프탈로시아닌으로 대표되는 프탈로시아닌 버퍼층, 일본 특허 공표 제2003-519432호나 일본 특허 공개 제2006-135145호 등에 기재되어 있는 헥사아자트리페닐렌 유도체 버퍼층, 산화바나듐으로 대표되는 산화물 버퍼층, 아몰퍼스 카본 버퍼층, 폴리아닐린(에메랄딘)이나 폴리티오펜 등의 도전성 고분자를 사용한 고분자 버퍼층, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 착체 등으로 대표되는 오르토 메탈화 착체층 등을 들 수 있다.
음극 버퍼층(전자 주입층)은 일본 특허 공개 평6-325871호 공보, 동9-17574호 공보, 동10-74586호 공보 등에도 그 상세가 기재되어 있고, 구체적으로는 스트론튬이나 알루미늄 등으로 대표되는 금속 버퍼층, 불화리튬, 불화칼륨으로 대표되는 알칼리 금속 화합물 버퍼층, 불화마그네슘, 불화세슘으로 대표되는 알칼리 토금속 화합물 버퍼층, 산화알루미늄으로 대표되는 산화물 버퍼층 등을 들 수 있다. 상기 버퍼층(주입층)은 지극히 얇은 막인 것이 바람직하고, 소재에 따라 다르지만 그 막 두께는 0.1nm 내지 5㎛의 범위가 바람직하다.
《저지층: 정공 저지층, 전자 저지층》
저지층은, 상기처럼 유기 화합물 박막의 기본 구성층 이외에 필요에 따라서 설치되는 것이다. 예를 들어, 일본 특허 공개 평11-204258호 공보, 동11-204359호 공보, 및 「유기 EL 소자와 그 공업화 최전선(1998년 11월 30일 NTS사 발행)」의 237페이지 등에 기재되어 있는 정공 저지(홀 블록)층이 있다.
정공 저지층이란, 넓은 의미에서는 전자 수송층의 기능을 갖고, 전자를 수송하는 기능을 가지면서 정공을 수송하는 능력이 현저하게 작은 정공 저지 재료를 포함하고, 전자를 수송하면서 정공을 저지함으로써 전자와 정공의 재결합 확률을 향상시킬 수 있다.
또한, 전술하는 전자 수송층의 구성을 필요에 따라, 본 발명에 따른 정공 저지층으로서 사용할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자의 정공 저지층은, 발광층에 인접하여 설치되어 있는 것이 바람직하다.
정공 저지층에는, 전술한 호스트 화합물로서 제시한, 카르바졸 유도체, 카르보인 유도체, 디아자 카르바졸 유도체(여기서, 디아자카르바졸 유도체란, 카르보인 환을 구성하는 탄소 원자 중 어느 하나가 질소 원자로 치환된 것을 나타냄)를 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 복수의 발광색을 가진 상이한 복수의 발광층을 갖는 경우, 그 발광 극대 파장이 가장 단파인 발광층이, 전 발광층 중, 가장 양극에 가까운 것이 바람직한데, 이러한 경우, 해당 최단파층과 상기 층 다음의 양극에 가까운 발광층과의 사이에 정공 저지층을 추가하여 설치하는 것이 바람직하다. 나아가, 해당 위치에 설치되는 정공 저지층에 함유되는 화합물에 50질량％ 이상이, 상기 최단파 발광층의 호스트 화합물에 대하여 그 이온화 포텐셜이 0.3eV 이상 큰 것이 바람직하다.
이온화 포텐셜은 화합물의 HOMO(최고 점유 궤도) 레벨에 있는 전자를 진공 준위로 방출하는 데 필요한 에너지로 정의되고, 예를 들어 하기에 도시한 바와 같은 방법에 의해 구할 수 있다.
(1) 미국 Gaussian사제의 분자 궤도 계산용 소프트웨어인 Gaussian98(Gaussian98, Revision A.11.4, M.J.Frisch, et al, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2002.)을 사용하여, 키워드로서 B3LYP/6-31G*을 사용하여 구조 최적화를 행함으로써 산출한 값(eV 단위 환산값)으로서 구할 수 있다. 이 계산값이 유효한 배경으로는, 이 방법으로 구한 계산값과 실험치의 상관이 높기 때문이다.
(2) 이온화 포텐셜은, 광전자 분광법으로 직접 측정하는 방법에 의해 구할 수도 있다. 예를 들어, 리켄 게끼사제의 저에너지 전자 분광 장치 「Model AC-1」을 사용하거나, 또는 자외광 전자 분광으로서 알려져 있는 방법을 적절하게 사용할 수 있다.
한편, 전자 저지층이란, 넓은 의미에서는 정공 수송층의 기능을 갖고, 정공을 수송하는 기능을 가지면서 전자를 수송하는 능력이 현저하게 작은 재료를 포함하고, 정공을 수송하면서 전자를 저지함으로써 전자와 정공의 재결합 확률을 향상시킬 수 있다.
또한, 후술하는 정공 수송층의 구성을, 필요에 따라 전자 저지층으로서 사용할 수 있다. 정공 저지층, 전자 수송층의 막 두께로서는, 바람직하게는 3 내지 100nm의 범위 내이며, 더욱 바람직하게는 5 내지 30nm의 범위 내이다.
《정공 수송층》
정공 수송층이란, 정공을 수송하는 기능을 갖는 정공 수송 재료를 포함하고, 넓은 의미에서 정공 주입층, 전자 저지층도 정공 수송층에 포함된다. 정공 수송층은 단층 또는 복수층 설치할 수 있다.
정공 수송 재료로서는, 정공의 주입 또는 수송, 전자의 장벽성 중 어느 하나를 갖는 것이며, 유기물, 무기물 중 어느 것이어도 된다. 예를 들어, 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아일알칸 유도체, 피라졸린 유도체 및 피라졸론 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 옥사졸 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 히드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 시라잔 유도체, 아닐린계 공중합체, 또한 도전성 고분자 올리고머, 특히 티오펜 올리고머 등을 들 수 있다.
또한, 일본 특허 공표 제2003-519432호 공보나 일본 특허 공개 제2006-135145호 공보 등에 기재되어 있는 것 같은 아자트리페닐렌 유도체도 마찬가지로 정공 수송 재료로서 사용할 수 있다.
정공 수송 재료로서는, 상기의 것을 사용할 수 있지만, 포르피린 화합물, 방향족 제3급 아민 화합물 및 스티릴아민 화합물, 특히 방향족 제3급 아민 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
방향족 제3급 아민 화합물 및 스티릴아민 화합물의 대표예로서는, N,N,N',N'-테트라페닐-4,4'-디아미노페닐; N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민(TPD); 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'-디아미노비페닐; 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'-디아미노디페닐에테르; 4,4'-비스(디페닐아미노)쿼드리페닐; N,N,N-트리(p-톨릴)아민; 4-(디-p-톨릴아미노)-4'-(4-(디-p-톨릴아미노)스티릴)스틸벤; 4-N,N-디페닐아미노-(2-디페닐비닐)벤젠; 3-메톡시-4'-N,N-디페닐아미노스틸벤; N-페닐카르바졸, 또한 미국 특허 제5061569호 명세서에 기재되고 있는 2개의 축합 방향족 환을 분자 내에 갖는 것, 예를 들어, 4,4'-비스(N-(1-나프틸)-N-페닐아미노)비페닐(α-NPD), 일본 특허 공개 평4-308688호 공보에 기재되어 있는 트리페닐아민 유닛이 세개의 스타버스트형으로 연결된 4,4',4"-트리스(N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노)트리페닐아민(MTDATA) 등을 들 수 있다.
또한 이들 재료를 고분자쇄에 도입하거나, 또는 이들 재료를 고분자의 주쇄로 한 고분자 재료를 사용할 수도 있다.
또한, p형-Si, p형-SiC 등의 무기 화합물도 정공 주입 재료, 정공 수송 재료로서 사용할 수 있다.
또한, 일본 특허 공개 평11-251067호 공보, J.Huang et.al.저 문헌(Applied Physics Letters 80(2002), p.139)에 기재되어 있는 것 같은, 소위 p형 정공 수송 재료를 사용할 수도 있다. 본 발명에 있어서는, 보다 고효율의 발광 소자가 얻어지는 점에서 이들 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
정공 수송층은, 상기 정공 수송 재료를, 예를 들어, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, 잉크젯법을 포함하는 인쇄법, LB법 등의 공지된 방법에 의해, 박막화함으로써 형성할 수 있다.
정공 수송층의 막 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 통상은 5nm 내지 5㎛의 범위 내 정도, 바람직하게는 5nm 내지 200nm의 범위 내이다. 이 정공 수송층은 상기 재료에 1종 또는 2종 이상을 포함하는 1층 구조이어도 된다.
또한, 불순물을 도핑한 p성이 높은 정공 수송층을 사용할 수도 있다. 그 예로서는, 일본 특허 공개 평4-297076호 공보, 일본 특허 공개 제2000-196140호 공보, 동2001-102175호 공보의 각 공보, J.Appl.Phys., 95, 5773(2004) 등에 기재된 것을 들 수 있다.
본 발명에 있어서는, 이러한 p성이 높은 정공 수송층을 사용하는 것이, 보다 저소비 전력의 소자를 제작할 수 있기 때문에 바람직하다.
《양극》
유기 EL 소자에 있어서의 양극으로서는, 일함수가 큰(4eV 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 전극 물질로 하는 것이 바람직하게 사용된다. 이러한 전극 물질의 구체예로서는, Au 등의 금속, CuI, 인듐주석산화물(ITO), SnO2, ZnO 등의 도전성 투명 재료를 들 수 있다.
또한, IDIXO(In2O3-ZnO) 등 비정질로 투명 도전막을 제작가능한 재료를 사용해도 된다. 양극은, 이 전극 물질을 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시켜, 포토리소그래피법으로 원하는 형상의 패턴을 형성해도 되고, 또는 패턴 정밀도를 그다지 필요로 하지 않는 경우에는(100㎛ 이상 정도), 상기 전극 물질의 증착이나 스퍼터링 시에 원하는 형상의 마스크를 개재하여 패턴을 형성해도 된다.
또는, 유기 도전성 화합물과 같이 도포 가능한 물질을 사용하는 경우에는, 인쇄 방식, 코팅 방식 등 습식 성막법을 사용할 수도 있다. 이 양극으로부터 발광을 취출할 경우에는, 투과율을 10％보다 크게 하는 것이 바람직하고, 또한 양극으로서의 시트 저항은 몇백Ω/□ 이하가 바람직하다. 또한 막 두께는 재료에 따라 다르지만, 통상 10nm 내지 1000nm의 범위 내, 바람직하게는 10nm 내지 200nm의 범위에서 선택된다.
《지지 기판》
본 발명의 유기 EL 소자에 사용할 수 있는 지지 기판(이하, 기체, 기판, 기재, 지지체 등이라고도 함)으로서는, 유리, 플라스틱 등의 종류에는 특별히 한정은 없고, 또한 투명하여도 불투명하여도 된다. 지지 기판측으로부터 광을 취출할 경우에는, 지지 기판은 투명한 것이 바람직하다. 바람직하게 사용되는 투명한 지지 기판의 재료로서는, 유리, 석영, 투명 수지 필름을 들 수 있다. 특히 바람직한 지지 기판은, 유기 EL 소자에 가요성을 부여하는 것이 가능한 수지 필름이다.
수지 필름의 수지로서는, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀로판, 셀룰로오스디아세테이트, 셀룰로오스트리아세테이트(TAC), 셀룰로오스아세테이트부티레이트, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트(CAP), 셀룰로오스아세테이트프탈레이트, 셀루로스나이트레이트 등의 셀룰로오스에스테르류 또는 그들의 유도체, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌비닐알코올, 신디오택틱 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 노르보르넨 수지, 폴리메틸펜텐, 폴리에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르술폰(PES), 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰류, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤이미드, 폴리아미드, 불소 수지, 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트, 아크릴 또는 폴리아릴레이트류, 아톤(상품명 JSR사제) 또는 아펠(상품명 미쯔이 가가꾸사제)이라는 시클로올레핀계 수지 등을 들 수 있다.
수지 필름의 표면에는, 무기물, 유기물의 피막 또는 그 양자의 하이브리드 피막이 형성되어 있어도 되고, JIS K 7129-1992에 준거한 방법으로 측정된, 수증기 투과도(25±0.5℃, 상대 습도(90±2) ％ RH)가 0.01g/(㎡·24h) 이하인 배리어성 필름인 것이 바람직하고, 나아가, JIS K 7126-1987에 준거한 방법으로 측정된 산소 투과도가, 10-3ml/(㎡·24h·atm) 이하, 수증기 투과도가, 10-5g/(㎡·24h) 이하인 고배리어성 필름인 것이 바람직하다.
배리어막을 형성하는 재료로서는, 수분이나 산소 등 소자의 열화를 초래하는데 침입을 억제하는 기능을 갖는 재료라면 되고, 예를 들어, 산화규소, 이산화규소, 질화규소 등을 사용할 수 있다. 또한 해당 막의 취약성을 개량하기 위해서, 이들 무기층과 유기 재료를 포함하는 층의 적층 구조를 갖게 하는 것이 보다 바람직하다. 무기층과 유기층의 적층 순서에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 양자를 교대로 복수회 적층시키는 것이 바람직하다.
배리어막의 형성 방법에 대해서는 특별히 한정은 없고, 예를 들어, 진공 증착법, 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 분자선 애피택시법, 클러스터 이온 빔법, 이온 플레이팅법, 플라즈마 중합법, 대기압 플라즈마 중합법, 플라즈마 CVD법, 레이저 CVD법, 열 CVD법, 코팅법 등을 사용할 수 있지만, 일본 특허 공개 제2004-68143호 공보에 기재되어 있는 것 같은 대기압 플라즈마 중합법에 의한 것이 특히 바람직하다.
불투명한 지지 기판으로서는, 예를 들어, 알루미늄, 스테인리스 등의 금속판, 필름이나 불투명 수지 기판, 세라믹제의 기판 등을 들 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자의 발광 실온에서의 발광 효율(외부 취출 양자 효율이라고도 함)은 1％ 이상인 것이 바람직하고, 5％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
여기서, 외부 취출 양자 효율(％)=유기 EL 소자 외부에 발광한 광자수/유기 EL 소자에 흘린 전자수×100이다.
또한, 컬러 필터 등의 색상 개량 필터 등을 병용해도, 유기 EL 소자로부터의 발광색을 형광체를 사용하여 다색으로 변환하는 색변환 필터를 병용해도 된다. 색변환 필터를 사용하는 경우에 있어서는, 유기 EL 소자의 발광 λmax는 480nm 이하가 바람직하다.
《유기 EL 소자의 제작 방법》
유기 EL 소자의 제작 방법의 일례로서, 양극/정공 주입층/정공 수송층/발광층/정공 저지층/전자 수송층/음극 버퍼층(전자 주입층)/음극을 포함하는 소자의 제작 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 적당한 기체 상에 원하는 전극 물질, 예를 들어, 양극용 물질을 포함하는 박막을 1㎛ 이하, 바람직하게는 10 내지 200nm의 범위 내의 막 두께가 되게 형성시켜, 양극을 제작한다.
이어서, 이 위에 소자 재료인 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 정공 저지층, 전자 수송층, 음극 버퍼층 등의 유기 화합물을 함유하는 박막을 형성시킨다.
박막의 형성 방법으로서는, 예를 들어, 진공 증착법, 습식법(웨트 프로세스라고도 함) 등에 의해 성막하여 형성할 수 있다.
습식법으로서는, 스핀 코팅법, 캐스트법, 다이 코팅법, 블레이드 코팅법, 롤 코팅법, 잉크젯법, 인쇄법, 스프레이 코팅법, 커튼 코팅법, LB법 등이 있지만, 정밀한 박막이 형성 가능하고, 또한 고생산성의 관점에서, 다이 코팅법, 롤 코팅법, 잉크젯법, 스프레이 코팅법 등의 롤·투·롤 방식 적성이 높은 방법이 바람직하다. 또한, 층 마다 상이한 성막법을 적용해도 된다.
본 발명에 따른 유기 EL 재료를 용해 또는 분산하는 액 매체로서는, 예를 들어, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, 아세트산에틸 등의 지방산에스테르류, 디클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소류, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌, 시클로헥실벤젠 등의 방향족 탄화수소류, 시클로헥산, 데칼린, 도데칸 등의 지방족 탄화수소류, DMF, DMSO 등의 유기 용매를 사용할 수 있다.
또한, 분산 방법으로서는, 초음파, 고전단력 분산이나 미디어 분산 등의 분산 방법에 의해 분산할 수 있다.
이들 층의 형성 후, 그 위에 음극용 물질을 포함하는 박막을 1㎛ 이하, 바람직하게는 50 내지 200nm 범위의 막 두께가 되게 형성시켜, 음극을 설치함으로써 원하는 유기 EL 소자가 얻어진다.
또한, 순서를 반대로 해서, 음극, 음극 버퍼층, 전자 수송층, 정공 저지층, 발광층, 정공 수송층, 정공 주입층, 양극의 순서대로 제작하는 것도 가능하다.
본 발명의 유기 EL 소자를 진공 증착법으로 제작하는 경우, 1회의 진공화로 일관하여 정공 주입층으로부터 음극까지 제작하는 것이 바람직한데, 도중에 취출하여 다른 성막법을 실시해도 상관없다. 그 때, 작업을 건조 불활성 가스 분위기 하에서 행하는 것이 바람직하다.
《밀봉》
본 발명에 사용되는 밀봉 수단으로서는, 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같은 유리 커버 등의 밀봉 부재와, 밀봉용의 유리 기판 또는 유기 EL 소자의 지지 기판을, 접착제로 접착하는 방법을 들 수 있다.
밀봉 부재로서는, 유기 EL 소자의 표시 영역을 덮도록 배치되어 있으면 되고, 오목 판상이어도 평판 형상이어도 된다. 또한 투명성, 전기 절연성은 특별히 상관없다.
구체적으로는, 유리판, 중합체판·필름, 금속판·필름 등을 들 수 있다. 유리판으로서는, 특히 소다석회 유리, 바륨·스트론튬 함유 유리, 납유리, 알루미노규산 유리, 붕규산 유리, 바륨붕규산 유리, 석영 등을 들 수 있다.
또한, 중합체판으로서는, 폴리카르보네이트, 아크릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르술피드, 폴리술폰 등으로 형성된 것을 들 수 있다.
금속판으로서는, 스테인리스, 철, 구리, 알루미늄, 마그네슘, 니켈, 아연, 크롬, 티타늄, 몰리부텐, 실리콘, 게르마늄 및 탄탈륨으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 금속 또는 합금을 포함하는 것을 들 수 있다.
본 발명에 있어서는, 소자를 박막화할 수 있다는 점에서 중합체 필름, 금속 필름을 바람직하게 사용할 수 있다.
나아가, 중합체 필름은, JIS K 7126-1987에 준거한 방법으로 측정된 산소 투과도가 1×10-3ml/(㎡·24h·atm) 이하, JIS K 7129-1992에 준거한 방법으로 측정된, 수증기 투과도(25±0.5℃, 상대 습도(90±2)％ RH)가 1×10-3g/(㎡·24h) 이하인 것이 바람직하다.
밀봉 부재를 오목 형상으로 가공하는 것은, 샌드블라스트 가공, 화학 에칭 가공 등이 사용된다.
접착제로서 구체적으로는, 아크릴산계 올리고머, 메타크릴산계 올리고머의 반응성 비닐기를 갖는 광경화 및 열경화형 접착제, 2-시아노아크릴산에스테르 등의 습기 경화형 등의 접착제를 들 수 있다. 또한, 에폭시계 등의 열 및 화학 경화형(2액 혼합)을 들 수 있다. 또한, 핫 멜트형의 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리올레핀을 들 수 있다. 또한, 양이온 경화 타입의 자외선 경화형 에폭시 수지 접착제를 들 수 있다.
또한, 유기 EL 소자가 열처리에 의해 열화될 경우가 있어서, 실온으로부터 80℃까지 접착 경화할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 접착제 중에 건조제를 분산시켜 두어도 된다. 밀봉 부분에의 접착제의 도포는 시판하고 있는 디스펜서를 사용해도 되고, 스크린 인쇄와 같이 인쇄해도 된다.
또한, 유기층을 끼움 지지 기판과 대향하는 측의 전극 외측에 해당 전극과 유기층을 피복하고, 지지 기판과 접하는 형태로 무기물, 유기물의 층을 형성해서 밀봉막으로 하는 것을 적절하게 할 수 있다. 이 경우, 해당 막을 형성하는 재료로서는, 수분이나 산소 등 소자의 열화를 초래하는 데 침입을 억제하는 기능을 갖는 재료라면 되고, 예를 들어, 산화규소, 이산화규소, 질화규소 등을 사용할 수 있다.
또한, 해당 막의 취약성을 개량하기 위해서, 이들 무기층과 유기 재료를 포함하는 층의 적층 구조를 갖게 하는 것이 바람직하다. 이 막의 형성 방법에 대해서는, 특별히 한정은 없고, 예를 들어 진공 증착법, 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 분자선 애피택시법, 클러스터 이온 빔법, 이온 플레이팅법, 플라즈마 중합법, 대기압 플라즈마 중합법, 플라즈마 CVD법, 레이저 CVD법, 열 CVD법, 코팅법 등을 사용할 수 있다.
밀봉 부재와 유기 EL 소자의 표시 영역과의 간극에는, 기상 및 액상에서는, 질소, 아르곤 등의 불활성 기체나 불화 탄화수소, 실리콘 오일과 같은 불활성 액체를 주입하는 것이 바람직하다. 또한 진공으로 하는 것도 가능하다. 또한, 내부에 흡습성 화합물을 봉입할 수도 있다.
흡습성 화합물로서는, 예를 들어, 금속 산화물(예를 들어, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화칼슘, 산화바륨, 산화마그네슘, 산화알루미늄 등), 황산염(예를 들어, 황산나트륨, 황산칼슘, 황산마그네슘, 황산코발트 등), 금속 할로겐화물(예를 들어, 염화칼슘, 염화마그네슘, 불화세슘, 불화탄탈륨, 브롬화세륨, 브롬화마그네슘, 요오드화바륨, 요오드화마그네슘 등), 과염소산류(예를 들어, 과염소산바륨, 과염소산마그네슘 등) 등을 들 수 있고, 황산염, 금속 할로겐화물 및 과염소산류에 있어서는 무수염이 적절하게 사용된다.
《보호막, 보호판》
유기층을 끼움 지지 기판과 대향하는 측의 상기 밀봉막, 또는 상기 밀봉용 필름의 외측에, 소자의 기계적 강도를 높이기 위하여 보호막, 또는 보호판을 설치해도 된다. 특히 밀봉이 상기 밀봉막에 의해 행해지고 있는 경우에는, 그 기계적 강도는 반드시 높은 것은 아니기 때문에, 이러한 보호막, 보호판을 설치하는 것이 바람직하다. 이것에 사용할 수 있는 재료로서는, 상기 밀봉 부재의 구체예로서 든 유리판, 중합체판·필름, 금속판·필름 등을 사용할 수 있지만, 경량 또한 박막화라고 하는 점에서 중합체 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
《광의 취출》
유기 EL 소자는 공기보다 굴절률이 높은(굴절률이 1.7 내지 2.1 정도) 층의 내부에서 발광하고, 발광층에서 발생한 광 중 15％ 내지 20％ 정도의 광밖에 취출할 수 없다고 일반적으로 이야기되고 있다. 이것은, 임계각 이상의 각도(θ)에서 계면(투명 기판과 공기와의 계면)에 입사하는 광은, 전반사를 일으켜 소자 외부로 취출할 수 없고, 투명 전극 내지 발광층과 투명 기판 사이에서 광이 전반사를 일으켜, 광이 투명 전극 내지 발광층을 도파하고, 그 결과로서 광이 소자 측면 방향으로 빠져나가기 때문이다.
이 광의 취출 효율을 향상시키는 방법으로서는, 예를 들어, 투명 기판 표면에 요철을 형성하고, 투명 기판과 공기 계면에서의 전반사를 방지하는 방법(미국 특허 제4774435호 명세서), 기판에 집광성을 갖게 함으로써 효율을 향상시키는 방법(일본 특허 공개 소63-314795호 공보), 소자의 측면 등에 반사면을 형성하는 방법(일본 특허 공개 평1-220394호 공보), 기판과 발광체의 사이에 중간의 굴절률을 갖는 평탄층을 도입하고, 반사 방지막을 형성하는 방법(일본 특허 공개 소62-172691호 공보), 기판과 발광체 사이에 기판보다 저굴절률을 갖는 평탄층을 도입하는 방법(일본 특허 공개 제2001-202827호 공보), 기판, 투명 전극층이나 발광층의 어느 한쪽의 층간(을 포함하는, 기판과 외계간)에 회절격자를 형성하는 방법(일본 특허 공개 평11-283751호 공보) 등이 있다.
본 발명에 있어서는, 이들 방법을 본 발명의 유기 EL 소자와 조합하여 사용할 수 있지만, 기판과 발광체의 사이에 기판보다 저굴절률을 갖는 평탄층을 도입하는 방법, 또는 기판, 투명 전극층이나 발광층의 어느 한쪽의 층간(을 포함하는, 기판과 외계간)에 회절격자를 형성하는 방법을 적절하게 사용할 수 있다.
본 발명은 이 수단을 조합함으로써, 또한 고휘도 또는 내구성이 우수한 소자를 얻을 수 있다.
투명 전극과 투명 기판 사이에 저굴절률의 매질을 광의 파장보다 긴 두께로 형성하면, 투명 전극으로부터 나온 광은, 매질의 굴절률이 낮을수록 외부로의 취출 효율이 높아진다.
저굴절률층으로서는, 예를 들어, 에어로 겔, 다공질 실리카, 불화마그네슘, 불소계 중합체 등을 들 수 있다. 투명 기판의 굴절률은 일반적으로 1.5 내지 1.7의 범위 내 정도이므로, 저굴절률층은 굴절률이 약 1.5 이하인 것이 바람직하다. 또한, 또한 1.35 이하인 것이 바람직하다.
또한, 저굴절률 매질의 두께는 매질 중의 파장에 2배 이상으로 되는 것이 바람직하다. 이것은 저굴절률 매질의 두께가, 광의 파장 정도가 되어서 에바네센트로 스며나온 전자파가 기판 내에 인입하는 막 두께가 되면, 저굴절률층의 효과가 엷어지기 때문이다.
전반사를 일으키는 계면 또는 어느 한쪽의 매질 중에 회절격자를 도입하는 방법은, 광의 취출 효율의 향상 효과가 높다는 특징이 있다. 이 방법은 회절격자가 1차의 회절이나 2차의 회절이라는 소위 브래그 회절에 의해, 광의 방향을 굴절과는 다른 특정의 방향으로 적합하게 바꿀 수 있는 성질을 이용하여, 발광층으로부터 발생한 광 중 층간에서의 전반사 등에 의해 밖으로 나올 수 없는 광을, 어느 한쪽의 층간 또는, 매질 중(투명 기판 내나 투명 전극 내)에 회절격자를 도입함으로써 광을 회절시켜, 광을 밖으로 취출하려고 하는 것이다.
도입하는 회절격자는, 이차원적인 주기 굴절률을 가지고 있는 것이 바람직하다. 이것은 발광층에서 발광하는 광은 모든 방향으로 랜덤하게 발생하므로, 어떤 방향으로만 주기적인 굴절률 분포를 가지고 있는 일반적인 일차원 회절격자에서는, 특정한 방향으로 진행하는 광밖에 회절되지 않고, 광의 취출 효율이 그다지 올라가지 않는다.
굴절률 분포를 이차원적인 분포로 함으로써, 모든 방향으로 진행하는 광이 회절되어, 광의 취출 효율이 올라간다.
회절격자를 도입하는 위치로서는 전술한 바와 같이, 어느 한쪽의 층간 또는 매질 중(투명 기판 내나 투명 전극 내)이어도 되지만, 광이 발생하는 장소인 유기 발광층의 근방이 바람직하다.
이때, 회절격자의 주기는 매질 중의 광의 파장 약 1/2 내지 3배의 범위 내 정도가 바람직하다.
회절격자의 배열은 정사각형의 래티스 형상, 삼각형의 래티스 형상, 하니컴 래티스 형상 등, 이차원적으로 배열이 반복되는 것이 바람직하다.
《집광 시트》
본 발명의 유기 EL 소자는 기판의 광 취출측에, 예를 들어, 마이크로렌즈 어레이 형상의 구조를 설치하도록 가공하거나, 또는 소위 집광 시트와 조합함으로써, 특정 방향, 예를 들어, 소자 발광면에 대하여 정면 방향으로 집광함으로써, 특정 방향상의 휘도를 높일 수 있다.
마이크로렌즈 어레이의 예로서는, 기판의 광 취출측에 1변이 30㎛이고 그 꼭지각이 90도가 되는 사각추를 2차원으로 배열한다. 1변은 10㎛ 내지 100㎛의 범위 내가 바람직하다. 이것보다 작아지면 회절의 효과가 발생하여 착색, 너무 크면 유기 EL 소자가 두꺼워져 바람직하지 않다.
집광 시트로서는, 예를 들어, 액정 표시 장치의 LED 백라이트에서 실용화되고 있는 것을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 시트로서, 예를 들어, 스미또모 쓰리엠사제 휘도 상승 필름(BEF) 등을 사용할 수 있다.
프리즘 시트의 형상으로서는, 예를 들어, 기재에 꼭지각 90도, 피치 50㎛의 △ 형상의 스트라이프가 형성된 것이어도 되고, 꼭지각이 둥그스름한 형상, 피치를 랜덤하게 변화시킨 형상, 기타의 형상이어도 된다.
또한, 발광 소자로부터의 광 방사 각을 제어하기 위해서, 광 확산판·필름을 집광 시트와 병용해도 된다. 예를 들어, (주)기모토제 확산 필름(라이트 업) 등을 사용할 수 있다.
《용도》
본 발명의 유기 EL 소자는, 표시 디바이스, 디스플레이, 각종 발광 광원으로서 사용할 수 있다. 발광 광원으로서, 예를 들어, 조명 장치(가정용 조명, 차내 조명), 시계나 액정용 백라이트, 간판 광고, 신호기, 광 기억 매체의 광원, 전자 사진 복사기의 광원, 광통신 처리기의 광원, 광센서의 광원 등을 들 수 있지만 이것에 한정하는 것은 아니며, 특히 액정 표시 장치의 백라이트, 조명용 광원으로서의 용도에 유효하게 사용할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서는, 필요에 따라 성막 시에 메탈 마스크나 잉크젯 프린팅법 등으로 패터닝을 실시해도 된다. 패터닝하는 경우에는, 전극만을 패터닝해도 되고, 전극과 발광층을 패터닝해도 되고, 소자 전체층을 패터닝해도 되고, 소자의 제작에 있어서는, 종래 공지된 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자나 본 발명에 따른 화합물의 발광하는 색은, 「신편색채 과학 핸드북」(일본 색채 학회 편, 동경 대학 출판회, 1985)의 108페이지의 도 4.16에 있어서, 분광 방사 휘도계 CS-1000(코니카 미놀타 옵틱스(주)제)로 측정한 결과를 CIE 색도 좌표에 적용시켰을 때의 색으로 결정된다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자가 백색 소자인 경우에는, 백색이란, 두 번 시야각 정면 휘도를 상기 방법에 의해 측정했을 때에, 1000cd/㎡에서의 CIE1931 표색계에 있어서의 색도가 X=0.33±0.07, Y=0.33±0.1의 영역 내에 있는 것을 말한다.
《표시 장치》
본 발명의 유기 EL 소자를 사용하여 제작할 수 있는 표시 장치에 대하여 설명한다. 표시 장치는, 본 발명의 유기 EL 소자를 구비한 것이다. 표시 장치는 단색이어도 다색이어도 되지만, 여기에서는 다색 표시 장치에 대하여 설명한다.
다색 표시 장치의 경우에는 발광층 형성 시에만 쉐도우 마스크를 설치하고, 한면에 증착법, 캐스트법, 스핀 코팅법, 잉크젯법, 인쇄법 등으로 막을 형성할 수 있다.
발광층만 패터닝을 행하는 경우, 그 방법에 한정은 없지만, 바람직하게는 증착법, 잉크젯법, 스핀 코팅법, 인쇄법이다.
표시 장치에 구비되는 유기 EL 소자의 구성은, 필요에 따라 상기의 유기 EL 소자의 구성예 중에서 선택된다.
또한, 유기 EL 소자의 제조 방법은, 상기의 유기 EL 소자의 제조 일 형태에 나타낸 대로이다.
이와 같이 하여 얻어진 다색 표시 장치에 직류 전압을 인가하는 경우에는, 양극을 +, 음극을 -의 극성으로 해서 전압 2 내지 40V의 범위 내 정도를 인가하면 발광을 관측할 수 있다. 또한, 반대의 극성으로 전압을 인가해도 전류는 흐르지 않고 발광은 완전히 발생하지 않는다. 또한 교류 전압을 인가하는 경우에는, 양극이 +, 음극이 -의 상태가 되었을 때만 발광한다. 또한, 인가하는 교류의 파형은 임의이어도 좋다.
다색 표시 장치는, 표시 디바이스, 디스플레이, 각종 발광 광원으로서 사용할 수 있다. 표시 디바이스, 디스플레이에 있어서, 청, 적, 녹색의 발광에 3종의 유기 EL 소자를 사용함으로써 풀컬러의 표시가 가능하게 된다.
표시 디바이스, 디스플레이로서는, 텔레비전, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 기기, AV 기기, 문자 방송 표시, 자동차 내의 정보 표시 등을 들 수 있다. 특히 정지 화상이나 동화상을 재생하는 표시 장치로서 사용해도 되고, 동화상 재생용의 표시 장치로서 사용하는 경우의 구동 방식은 단순 매트릭스(패시브 매트릭스) 방식이든 액티브 매트릭스 방식이든 어느 쪽이어도 좋다.
발광 광원으로서는 가정용 조명, 차내 조명, 시계나 액정용의 백라이트, 간판 광고, 신호기, 광 기억 매체의 광원, 전자 사진 복사기의 광원, 광통신 처리기의 광원, 광센서의 광원 등을 들 수 있지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명의 유기 EL 소자를 갖는 표시 장치의 일례를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 유기 EL 소자로 구성되는 표시 장치의 일례를 도시한 모식도이다. 유기 EL 소자의 발광에 의해 화상 정보의 표시를 행하는, 예를 들어, 휴대 전화 등의 디스플레이의 모식도이다.
디스플레이(1)는 복수의 화소를 갖는 표시부(A), 화상 정보에 기초하여 표시부(A)의 화상 주사를 행하는 제어부(B) 등을 포함한다.
제어부(B)는 표시부(A)와 전기적으로 접속되고, 복수의 화소 각각에 외부로부터의 화상 정보에 기초하여 주사 신호와 화상 데이터 신호를 보내고, 주사 신호에 의해 주사선 마다의 화소가 화상 데이터 신호에 따라서 순차 발광하여 화상 주사를 행하여 화상 정보를 표시부(A)에 표시한다.
도 2는 표시부(A)의 모식도이다.
표시부(A)는 기판 상에, 복수의 주사선(5) 및 데이터선(6)을 포함하는 배선부와 복수의 화소(3) 등을 갖는다. 표시부(A)가 주요한 부재의 설명을 이하에 행한다.
도 2에 있어서는, 화소(3)의 발광한 광이 백색 화살표 방향(하측 방향)으로 취출될 경우를 나타내고 있다.
배선부의 주사선(5) 및 복수의 데이터선(6)은 각각 도전 재료를 포함하고, 주사선(5)과 데이터선(6)은 격자 형상으로 직교하고, 직교하는 위치에서 화소(3)에 접속하고 있다(상세는 도시하고 있지 않다).
화소(3)는 주사선(5)으로부터 주사 신호가 인가되면, 데이터선(6)으로부터 화상 데이터 신호를 수취하고, 수취한 화상 데이터에 따라서 발광한다.
발광의 색이 적색 영역의 화소, 녹색 영역의 화소, 청색 영역의 화소를 적절히 동일 기판 상에 병치함으로써, 풀컬러 표시가 가능하게 된다.
이어서, 화소의 발광 프로세스를 설명한다. 도 3은 화소의 모식도이다.
화소는 유기 EL 소자(10), 스위칭 트랜지스터(11), 구동 트랜지스터(12), 콘덴서(13) 등을 구비하고 있다. 복수의 화소에 유기 EL 소자(10)로서, 적색, 녹색, 청색 발광의 유기 EL 소자를 사용하고, 이들을 동일 기판 상에 병치함으로써 풀컬러 표시를 행할 수 있다.
도 3에 있어서, 제어부(B)로부터 데이터선(6)을 개재하여 스위칭 트랜지스터(11)의 드레인에 화상 데이터 신호가 인가된다. 그리고, 제어부(B)로부터 주사선(5)을 개재하여 스위칭 트랜지스터(11)의 게이트에 주사 신호가 인가되면, 스위칭 트랜지스터(11)의 구동이 온 하고, 드레인에 인가된 화상 데이터 신호가 콘덴서(13)와 구동 트랜지스터(12)의 게이트에 전달된다.
화상 데이터 신호의 전달에 의해, 콘덴서(13)가 화상 데이터 신호의 전위에 따라서 충전됨과 함께, 구동 트랜지스터(12)의 구동이 온된다. 구동 트랜지스터(12)는 드레인이 전원 라인(7)에 접속되고, 소스가 유기 EL 소자(10)의 전극에 접속되고, 게이트에 인가된 화상 데이터 신호의 전위에 따라서 전원 라인(7)으로부터 유기 EL 소자(10)에 전류가 공급된다.
제어부(B)의 순차 주사에 의해 주사 신호가 다음 주사선(5)으로 옮겨지면, 스위칭 트랜지스터(11)의 구동이 오프된다. 그러나, 스위칭 트랜지스터(11)의 구동이 오프되어도 콘덴서(13)는 충전된 화상 데이터 신호의 전위를 유지하므로, 구동 트랜지스터(12)의 구동은 온 상태가 유지되어서, 다음 주사 신호의 인가가 행하여질 때까지 유기 EL 소자(10)의 발광이 계속한다. 순차 주사에 의해 다음에 주사 신호가 인가되었을 때, 주사 신호에 동기한 다음 화상 데이터 신호의 전위에 따라서 구동 트랜지스터(12)가 구동하여 유기 EL 소자(10)가 발광한다.
즉, 유기 EL 소자(10)의 발광은, 복수의 화소 각각의 유기 EL 소자(10)에 대하여 능동 소자인 스위칭 트랜지스터(11)와 구동 트랜지스터(12)를 설치하고, 복수의 화소(3) 각각의 유기 EL 소자(10)의 발광을 행하고 있다. 이러한 발광 방법을 액티브 매트릭스 방식이라고 칭한다.
여기서, 유기 EL 소자(10)의 발광은 복수의 계조 전위를 갖는 다치의 화상 데이터 신호에 의한 복수의 계조의 발광이어도 되고, 2치의 화상 데이터 신호에 의한 소정의 발광량의 온, 오프이어도 된다. 또한, 콘덴서(13)의 전위의 유지는 다음 주사 신호의 인가까지 계속하여 유지해도 되고, 다음 주사 신호가 인가되기 직전에 방전시켜도 된다.
본 발명에 있어서는, 상술한 액티브 매트릭스 방식에 한하지 않고, 주사 신호가 주사되었을 때만 데이터 신호에 따라서 유기 EL 소자를 발광시키는 패시브 매트릭스 방식의 발광 구동이어도 된다.
도 4는 패시브 매트릭스 방식에 의한 표시 장치의 모식도이다. 도 4에 있어서, 복수의 주사선(5)과 복수의 화상 데이터선(6)이 화소(3)를 사이에 두고 대향하여 격자 형상으로 설치되어 있다.
순차 주사에 의해 주사선(5)의 주사 신호가 인가되었을 때, 인가된 주사선(5)에 접속하고 있는 화소(3)가 화상 데이터 신호에 따라서 발광한다.
패시브 매트릭스 방식에서는 화소(3)에 능동 소자가 없고, 제조 비용의 저감을 가늠할 수 있다.
《조명 장치》
본 발명의 조명 장치에 대하여 설명한다. 본 발명의 조명 장치는 상기 유기 EL 소자를 갖는다.
본 발명의 유기 EL 소자에 공진기 구조를 갖게 한 유기 EL 소자로서 사용해도 되고, 이러한 공진기 구조를 가진 유기 EL 소자의 사용 목적으로서는, 광 기억 매체의 광원, 전자 사진 복사기의 광원, 광통신 처리기의 광원, 광센서의 광원 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 레이저 발진을 시킴으로써 상기 용도로 사용해도 된다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자는 조명용이나 노광 광원과 같은 1종의 램프로서 사용해도 되고, 화상을 투영하는 타입의 프로젝션 장치나, 정지 화상이나 동화상을 직접 시인하는 타입의 표시 장치(디스플레이)로서 사용해도 된다.
동화상 재생용의 표시 장치로서 사용하는 경우의 구동 방식은, 단순 매트릭스(패시브 매트릭스) 방식이든 액티브 매트릭스 방식이든 어느 쪽이어도 좋다. 또는, 다른 발광색을 갖는 본 발명의 유기 EL 소자를 2종 이상 사용함으로써, 풀컬러 표시 장치를 제작하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자는 조명 장치로서, 실질 백색의 발광을 발생하는 유기 EL 소자로 할 수 있다. 유기 EL 소자가 복수의 발광 재료를 갖고, 복수의 발광색을 동시에 발광시켜서 혼색에 의해 백색 발광을 얻을 수 있다. 복수의 발광색의 조합으로서는, 적색, 녹색, 청색의 삼원색의 세개의 발광 극대 파장을 함유시킨 것일 수도 있고, 청색과 황색, 청록색과 주황색 등의 보색의 관계를 이용한 두개의 발광 극대 파장을 함유한 것일 수도 있다.
또한, 복수의 발광색을 얻기 위한 발광 재료의 조합은, 복수의 인광 또는 형광으로 발광하는 재료를 복수 조합한 것, 인광에서 발광하는 발광 재료와, 발광 재료로부터의 광을 여기광으로서 발광하는 색소 재료와의 조합한 것의 어느 것이든 좋지만, 본 발명에 따른 백색 유기 EL 소자에 있어서는, 발광 도펀트를 복수 조합 혼합하는 것만으로 좋다.
이 방법에 의하면, 복수 색의 발광 소자를 어레이 형상으로 병렬 배치한 백색 유기 EL 장치와 상이하고, 소자 자체가 발광 백색이다.
발광층에 사용하는 발광 재료로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들어, 액정 표시 소자에 있어서의 백라이트라면, CF(컬러 필터) 특성에 대응한 파장 범위에 적합하도록, 본 발명에 따른 인광 도펀트 및 공지된 발광 재료 중에서 임의의 것을 선택하여 조합하여 백색화하면 된다.
《조명 장치의 일 형태》
본 발명의 유기 EL 소자를 구비한, 조명 장치의 일 형태에 대하여 설명한다.
본 발명의 유기 EL 소자의 비발광면을 유리 커버로 덮고, 두께 300㎛의 유리기판을 밀봉용 기판으로서 사용하고, 주위에 시일재로서, 에폭시계 광경화형 접착제(도아 고세사제 럭스트랙 LC0629B)를 적용하고, 이것을 음극 위에 겹쳐 투명 지지 기판과 밀착시켜서, 유리기판 측에서 UV광을 조사하여, 경화시키고, 밀봉하여, 도 5, 도 6에 도시한 바와 같은 조명 장치를 형성할 수 있다.
도 5는 조명 장치(101)의 개략도를 나타내고, 본 발명의 유기 EL 소자는 유리 커버(102)로 덮여 있다(또한, 유리 커버 하에서의 밀봉 작업은, 유기 EL 소자를 대기에 접촉시키지 않고 질소 분위기 하의 글로브 박스(순도 99.999％ 이상의 고순도 질소 가스의 분위기 하)에서 행하였다).
도 6은 도 5에 도시한 조명 장치의 단면도를 도시하고, 도 6에 있어서, 105는 음극, 106은 유기층(양극측으로부터, 정공 주입층/정공 수송층/발광층/정공 저지층/전자 수송층/음극 버퍼층(전자 주입층)), 107은 투명한 양극 구비 유리기판을 나타낸다. 또한, 유리 커버(102) 내에는 질소 가스(108)가 충전되고, 포수제(109)가 설치되어 있다.
실시예
이하, 실시예를 들어서 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예에 있어서 「부」 또는 「％」의 표시를 사용하는데, 특히 언급이 없는 한 「질량부」 또는 「질량％」를 나타낸다.
《유기 EL 소자 1의 제작》
지지 기판으로서 100mm×100mm×1.1mm의 유리기판을 사용하고, 해당 유리기판 상에 양극으로서 ITO(인듐주석산화물)를 100nm 제막한 기판(NH테크노 글라스사제 NA45)에 패터닝을 행한 후, 이 ITO 투명 전극을 설치한 유리기판을 이소프로필알코올로 초음파 세정하고, 건조 질소 가스로 건조하고, UV오존 세정을 5분간 행하였다.
이 투명 지지 기판 상에, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리스티렌술포네이트(PEDOT/PSS, H.C. 스탁사제, CLEVIO P VP AI 4083)를 순수로 70％로 희석한 용액을 사용하고, 3000rpm, 30초의 조건에서 스핀 코팅법에 의해 박막을 형성한 후, 200℃에서 1시간 건조하여, 막 두께 20nm의 정공 주입층을 형성하였다.
상기에 의해 정공 주입층이 설치된 투명 지지 기판을, 시판하고 있는 진공 증착 장치의 기판 홀더에 고정하고, 한편, 몰리브덴제 저항 가열 보트에 정공 수송 재료로서 α-NPD를 200mg 넣고, 별도의 몰리브덴제 저항 가열 보트에 호스트 화합물로서 OC-30을 200mg 넣고, 별도의 몰리브덴제 저항 가열 보트에 전자 수송 재료로서 ET-8을 200mg 넣고, 별도의 몰리브덴제 저항 가열 보트에 인광 도펀트로서 비교1을 100mg 넣어, 진공 증착 장치에 설치하였다.
계속하여 진공 조를 4×10-4Pa까지 감압한 후, α-NPD가 들어간 상기 가열 보트에 통전하여 가열하고, 증착 속도 0.1nm/초로 정공 주입층 위에 증착하여, 막 두께 20nm의 정공 수송층을 형성하였다.
또한, 호스트 화합물로서 OC-30이 들어간 상기 가열 보트와, 인광 도펀트로서 비교1이 들어간 상기 가열 보트에 통전하여 가열하고, 각각 증착 속도 0.1nm/초, 0.004nm/초로 상기 정공 수송층 위에 공증착하여 막 두께 40nm의 발광층을 형성하였다. 상기 증착 속도로부터, 호스트 화합물의 함유량에 대한 인광 도펀트의 함유량은 4체적％의 체적 비율의 값이 된다.
또한, 호스트 화합물과 인광 도펀트를 공증착했을 경우의 호스트 화합물에 대한 인광 도펀트의 체적 비율의 값은, 상기 공증착의 조건에서 호스트 화합물을 단독으로 증착했을 때의 증착 속도(막 두께 증가 속도)에 대한 인광 도펀트를 단독으로 증착했을 때의 증착 속도(막 두께 증가 속도)의 비의 값을 의미한다. 또한, 상기의 호스트 화합물에 대한 인광 도펀트의 체적 비율을 도프율이라고도 칭한다.
또한 ET-8이 들어간 상기 가열 보트에 통전하여 가열하고, 증착 속도 0.1nm/초로 상기 발광층 상에 증착하여 막 두께 30nm의 전자 수송층을 형성하였다.
계속해서, 불화 리튬을 증착하여 막 두께 0.5nm의 음극 버퍼층을 형성하고, 또한 알루미늄을 증착하여 막 두께 110nm의 음극을 형성하고, 유기 EL 소자 1을 제작하였다.
또한, 상기 정공 수송층, 상기 발광층, 상기 전자 수송층, 상기 음극 버퍼층 및 상기 음극의 증착 시의 기판 온도는 실온이었다.
《유기 EL 소자 2 내지 117의 제작》
유기 EL 소자 1의 제작에 있어서, 발광층에 있어서의 호스트 화합물 및 인광 도펀트를 표 1, 2 및 3에 기재된 화합물로 변경하고, 호스트 화합물에 대한 발광 도펀트의 체적 비율(체적％)(도프율이라고도 함)이 표 1, 2 및 3에 나타낸 것처럼 되도록, 증착 속도를 바꾸어서 공증착한 것 이외에는, 마찬가지로 하여 유기 EL 소자 2 내지 117을 각각 제작하였다.
전자 수송 재료 ET-8 및 표 1에 기재된 인광 도펀트를 이하에 나타내었다.
Figure pct00031
《유기 EL 소자 1 내지 117의 평가》
얻어진 유기 EL 소자 1 내지 117을 평가할 때는, 도 5 및 6에 도시한 바와 같이, 제작 후의 각 유기 EL 소자의 비발광면을 유리 커버(102)로 덮고, 발광면을 두께 300㎛의 밀봉용 유리기판(103)으로 덮고, 주위에 시일재로서 에폭시계 광경화형 접착제(도아 고세사제 럭스트랙 LC0629B)를 적용하고, 밀봉용 유리기판측에서 UV광을 조사하여 경화시키고 밀봉하여, 각각 조명 장치를 제작하였다. 상기에 의해 제작한 조명 장치를 사용하여, 유기 EL 소자 1 내지 117을 다음의 평가 방법에 의해 평가하였다. 평가 결과를 표 1, 2 및 3에 나타내었다.
《평가 방법》
(1) 외부 취출 양자 효율(발광 효율 또는 효율이라고도 함)
유기 EL 소자를 실온(약 23 내지 25℃의 범위 내), 2.5mA/c㎡의 정전류 조건 하에 의한 점등을 행하고, 점등 개시 직후의 발광 휘도(L)[cd/㎡]를 측정함으로써, 외부 취출 양자 효율(η)을 산출하였다.
여기서, 발광 휘도의 측정은 CS-1000(코니카 미놀타 옵틱스제)을 사용하여 행하고, 효율은 유기 EL 소자 1을 100으로 하여 상대값으로 나타냈다.
(2) 반감 수명
하기에 나타내는 측정법에 따라, 반감 수명(간단히 「수명」이라고도 함)의 평가를 행하였다.
각 유기 EL 소자를 초기 휘도 1000cd/㎡를 부여하는 전류로 정전류 구동하고, 초기 휘도의 1/2(500cd/㎡)이 되는 시간을 구하여, 이것을 반감 수명의 척도로 하였다.
또한, 초기 휘도 3000cd/㎡에 있어서의 반감 수명에 대해서도 마찬가지로 평가하였다.
또한, 반감 수명은, 초기 휘도 1000cd/㎡에서의 유기 EL 소자 1을 100으로 하여 상대값으로 나타냈다.
Figure pct00032
Figure pct00033
Figure pct00034
표 1에 나타낸 인광 도펀트 「비교1」을 사용한 유기 EL 소자 1 내지 13 및 인광 도펀트 「비교2」를 사용한 유기 EL 소자 14 내지 26 및 표 2 나타낸 인광 도펀트 DP-38을 사용한 유기 EL 소자 40 내지 52 및 인광 도펀트 DP-1을 사용한 유기 EL 소자 53 내지 65를 초기 휘도 1000cd/㎡로 점등했을 때의 수명을 인광 도펀트의 함유량에 대하여 플롯한 결과를 도 7에, 초기 휘도 3000cd/㎡로 점등했을 때의 수명을 인광 도펀트의 함유량에 대하여 플롯한 결과를 도 8에 나타내었다.
표 1 내지 3, 도 7 및 도 8로부터, 본 발명의 유기 EL 소자는, 비교예의 유기 EL 소자에 대하여 각각 도프율이 8체적％를 초과하는 영역으로부터 효율, 반감 수명 모두에 유의미한 개량이 보인다. 또한, 비교예의 유기 EL 소자에서는, 도프율이 약 15체적％ 이상을 포함하면 발광 효율, 반감 수명이 대폭적인 저하가 보이는 데 반해, 본 발명의 유기 EL 소자는, 도프율 약 35체적％까지 전력 효율 및 반감 수명의 저하가 적은 것을 알 수 있다. 또한, 비교예의 유기 EL 소자에 대하여 본 발명의 유기 EL 소자에서는, 초기 휘도 1000cd/㎡로 점등했을 때의 반감 수명과 초기 휘도 3000cd/㎡로 점등했을 때의 반감 수명의 차가 적고, 고휘도로 발광시켜도 수명이 긴 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명의 인광 도펀트의 함유량을, 호스트 화합물에 대하여 8 내지 35체적％의 범위 내로 한 소자가, 발광 효율이 높고, 또한 고휘도 하에서의 발광 안정성(수명)이 우수한 유기 일렉트로루미네센스 소자인 것을 알 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 높은 발광 효율을 갖고 장수명이기 때문에, 표시 장치 및 조명 장치에 이용 가능하다.
1 디스플레이
3 화소
5 주사선
6 데이터선
7 전원 라인
10 유기 EL 소자
11 스위칭 트랜지스터
12 구동 트랜지스터
13 콘덴서
101 조명 장치
102 유리 커버
103 밀봉용 유리기판
105 음극
106 유기층
107 투명한 양극 구비 유리기판
108 질소 가스
109 포수제
A 표시부
B 제어부
L 광

Claims (6)

  1. 양극과 음극 사이에, 발광층을 포함하는 유기층이 끼움 지지된 유기 일렉트로루미네센스 소자이며, 상기 발광층이 호스트 화합물 및 하기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트를 함유하고, 해당 발광층 내의 해당 인광 도펀트의 함유량이 해당호스트 화합물의 함유량에 대하여 8 내지 35체적％의 범위 내인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 1]
    Figure pct00035

    (화학식 1 중, 환 Am, 환 An, 환 Bm 및 환 Bn은 5원 또는 6원의 방향족 탄화수소환 또는 방향족 복소환을 나타낸다. Ar은 방향족 탄화수소환, 방향족 복소환, 비방향족 탄화수소환 또는 비방향족 복소환을 나타낸다. R1m, R2m, R1n 및 R2n은 각각 독립적으로 탄소수 2 이상의 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. Ra는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기, 비방향족 복소환기 또는 Ar과 환을 형성하는 연결기를 나타낸다. Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타낸다. Ra, Rb 및 Rc는 또한 치환기를 가질 수 있다. na 및 nc는 1 또는 2를 나타내고, nb는 1 내지 4의 정수를 나타낸다. m은 1 또는 2를 나타낸다. n은 1 또는 2를 나타낸다. m+n은 3이다. 또한, Ir에 배위하고 있는 세개의 배위자의 구조가 모두 동일한 경우는 없다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광층 내의 상기 인광 도펀트의 함유량이 상기 호스트 화합물의 함유량에 대하여 16 내지 30체적％의 범위 내인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트가 하기 화학식 2로 표시되는 인광 도펀트인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 2]
    Figure pct00036

    (화학식 2 중, Ar은 방향족 탄화수소환, 방향족 복소환, 비방향족 탄화수소환 또는 비방향족 복소환을 나타낸다. R1m, R2m, R1n 및 R2n은 각각 독립적으로 탄소수 2 이상의 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. Ra는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기, 비방향족 복소환기 또는 Ar과 환을 형성하는 연결기를 나타낸다. Rc는 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타낸다. Ra 및 Rc는 또한 치환기를 가질 수 있다. na 및 nc는 1 또는 2를 나타낸다. m은 1 또는 2를 나타낸다. n은 1 또는 2를 나타낸다. m+n은 3이다. 또한, Ir에 배위하고 있는 세개의 배위자의 구조가 모두 동일한 경우는 없다.)
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트가 하기 화학식 3으로 표시되는 인광 도펀트인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 3]
    Figure pct00037

    (화학식 3 중, R1m, R2m, R1n 및 R2n은 각각 독립적으로, 탄소수 2 이상의 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. Ra, Rc 및 Ra3은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타낸다. Ra, Ra3 및 Rc는 또한 치환기를 가질 수 있다. na 및 nc는 1 또는 2를 나타낸다. nR3은 1 내지 5의 정수를 나타낸다. m은 1 또는 2를 나타낸다. n은 1 또는 2를 나타낸다. m+n은 3이다. 또한, Ir에 배위하고 있는 세개의 배위자의 구조가 모두 동일한 경우는 없다.)
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트가 하기 화학식 4로 표시되는 인광 도펀트인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 4]
    Figure pct00038

    (화학식 4 중, R1m, R2m, R1n 및 R2n은 각각 독립적으로 탄소수 2 이상의 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. Ra, Rc 및 Ra3은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. na 및 nc는 1 또는 2를 나타낸다. nR3은 1 내지 4의 정수를 나타낸다. X는 O, S, SiRz1Rz2, NRz1 또는 CRz1Rz2를 나타낸다. Rz1 및 Rz2는 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타낸다. m은 1 또는 2를 나타낸다. n은 1 또는 2를 나타낸다. m+n은 3이다.)
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 인광 도펀트가 하기 화학식 5로 표시되는 인광 도펀트인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 5]
    Figure pct00039

    (화학식 5 중, R1m, R2m, R1n 및 R2n은 각각 독립적으로 탄소수 2 이상의 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. Ra, Rc 및 Ra3은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 시아노기, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 아미노기, 실릴기, 아릴알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타내고, 또한 치환기를 가질 수 있다. na 및 nc는 1 또는 2를 나타낸다. nR3은 1 내지 4의 정수를 나타낸다. X는 O, S, SiRz1Rz2, NRz1 또는 CRz1Rz2를 나타낸다. Rz1 및 Rz2는 알킬기, 방향족 탄화수소환기, 방향족 복소환기, 비방향족 탄화수소환기 또는 비방향족 복소환기를 나타낸다. m은 1 또는 2를 나타낸다. n은 1 또는 2를 나타낸다. m+n은 3이다.)
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