KR20150075352A - 유기 일렉트로루미네센스 소자 - Google Patents

유기 일렉트로루미네센스 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동 전압의 증가를 억제하면서, 발광 효율을 더 향상시키는 것이 가능한, 유기 일렉트로루미네센스 소자를 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 유기 일렉트로루미네센스 소자는, 양극; 상기 양극 상에 마련되고, 서로 다른 화합물을 주 성분으로 하는 복수층으로 이루어지는 정공 수송층; 상기 정공 수송층 상에 마련되는 발광층; 및 상기 발광층 상에 마련되는 음극을 구비하고, 상기 복수 층으로 이루어지는 정공 수송층 중에서 가장 두께가 두꺼운 제 1 정공 수송층에 있어서 정공 이동도가, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 위치하는 상기 정공 수송층 중에서 적어도 1층에 있어서 정공 이동도보다도 크다.

Description

유기 일렉트로루미네센스 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE}
본 발명은 유기 일렉트로루미네센스 소자에 관한 것이다.
최근, 발광 재료를 표시부의 발광 소자에 사용한 유기 일렉트로루미네센스 표시 장치(Organic Electroluminescence Display: 유기 EL 표시 장치)의 개발이 왕성하게 이루어져 왔다. 유기 EL 표시 장치는 액정 표시 장치 등과는 다르고, 양극 및 음극으로부터 주입된 정공 및 전자를 발광층에 있어서 재결합시킴으로써, 발광층에 있어서의 유기 화합물을 포함하는 발광 재료를 발광시켜서 표시를 실현하는 소위 자발광형의 표시 장치이다.
최근, 유기 일렉트로루미네센스 소자(이하, 유기 EL 소자라 칭한다)로서, 발광층, 및 그 발광층에 캐리어(carrier)인 정공이나 전자를 수송하는 층 등과 같이 특성이 다른 복수의 층으로 구성된 것이 제안되어 있다.
유기 EL 소자의 발광 효율을 향상시키기 위해서는, 발광층에 있어서 정공과 전자가 재결합하는 확률을 높이는 것이 중요하다. 정공과 전자 중 어느 것이 과잉으로 공급되고, 재결합하지 않은 채 각 전하가 발광층을 통과하게 되면, 발광 효율이 저하하게 된다. 그러므로, 그 전자와 정공의 주입 밸런스(balance)는 유기 EL 소자의 발광 효율 및 수명을 결정하는 요인으로서, 극히 중요한 인자라 말할 수 있다.
상술한 바와 같은 전자와 정공의 주입 밸런스를 제어하기 위해, 유기 EL 소자를 구성하는 복수의 층의 전하 이동도를 제어하는 시도가 이루어지고 있다. 예를 들어, 1층 만으로 이루어지는 정공 수송층의 정공 이동도를 소정의 범위 내로 하는 기술이 개시되어 있다.
1 층만으로 이루어지는 정공 수송층의 정공 이동도를 제어하는 경우에는, 유기 EL 소자의 구동 전압이 증가하게 된다는 문제가 있었다.
여기서, 본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적으로 하는 것은 구동 전압의 증가를 억제하면서, 발광 효율을 더 향상시키는 것이 가능한 유기 EL 소자를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 소정의 관점에 의하면, 양극; 상기 양극 상에 마련되고, 서로 다른 화합물을 주 성분으로 하는 복수층으로 이루어지는 정공 수송층; 상기 정공 수송층 상에 마련되는 발광층; 및 상기 발광층 상에 마련되는 음극; 을 구비하고, 상기 복수 층으로 이루어지는 정공 수송층 중에서 가장 두께가 두꺼운 제 1 정공 수송층에 있어서 정공 이동도가, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 위치하는 상기 정공 수송층 중에서 적어도 1층에 있어서 정공 이동도보다도 큰 유기 EL 소자가 제공된다.
이러한 유기 EL 소자의 정공 수송층에서는 서로 다른 정공 이동도를 갖는 화합물로 이루어지는 정공 수송층을 복수 층 마련함으로써, 정공 이동도의 밸런스를 취할 수 있고, 구동 전압의 증가를 억제하면서, 발광 효율을 더 향상시키는 것이 가능하게 된다.
상기 제 1 정공 수송층의 정공 이동도는 0.3 MV/cm~1.0 MV/cm의 전계의 범위에 있어서, 1 x 10-4~1 x 10-3cm2/V·sec이고, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 위치하는 상기 정공 수송층 중에서 적어도 1층의 정공 이동도가 0.3 MV/cm~1.0 MV/cm의 전계의 범위에 있어서, 1 x 10-5~1 x 10-4cm2/V·sec인 것이 바람직하다.
제 1 정공 수송층, 및, 제 1 정공 수송층과 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층 중에서 적어도 1층의 정공 이동도가 상술한 범위로 됨으로써, 정공 이동도의 밸런스를 취할 수 있고, 구동 전압의 증가를 억제하면서, 발광 효율을 더 향상시키는 것이 가능하게 된다.
상기 제 1 정공 수송층과 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층 중에서 적어도 1층의 두께는 상기 제 1 정공 수송층의 두께의 1/10 이하인 것이 바람직하다.
상기 제 1 정공 수송층과 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층 중에서 적어도 1 층의 두께를 상술한 바와 같이 함으로써, 구동 전압의 증가를 억제하면서, 발광 효율을 더 향상시키는 것이 가능하게 된다.
상기 제 1 정공 수송층과 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층 중에서 적어도 1층의 주성분이 아미노카르바졸 유도체일 수 있다.
상기 아미노카르바졸 유도체는 하기 일반식 (1a) 또는 일반식 (1b)로 나타내지는 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(1a)
Figure pat00002
(1b)
여기서, 상기 일반식 (1a) 및 (1b)에 있어서, Ar1~Ar7은, 치환 혹은 무치환의 아릴기, 또는, 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기이고, L1~L2은, 결합기, 치환 혹은 무치환의 아릴렌기, 또는, 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴렌기이다.
상기 제 1 정공 수송층과 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층 중에서 적어도 1 층의 주성분이 모노아민 유도체일 수 있다.
상기 모노아민 유도체는, 하기 일반식 (2)으로 나타내지는 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 2]
Figure pat00003
(2)
여기서, 상기 일반식 (2)에 있어서, R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소 수 1~15의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소 수 6~30의 아릴기, 또는, 치환 혹은 무치환의 탄소 수 1~30의 헤테로아릴기이고, l, m, n은, 각각 0 = l = 4, 0 =m = 4, 0 = n = 5, 를 만족하는 정수이고, Ar11은, 치환 또는 무치환의 탄소 수 6~30의 아릴기이고, R11은, 수소 원자, 불소 원자, 치환시릴기이고, o은, 0 = o = 3를 만족하는 정수이다. 단, o가 2 이상인 때, R11는 상술한 것 중에서 상이할 수도 있다.
상기 제 1 정공 수송층과 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층 중에서 적어도 1 층의 주성분이 카르바졸 유도체일 수 있다.
상기 카르바졸 유도체는, 하기 일반식 (3)으로 나타내지는 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 3]
Figure pat00004
(3)
여기서, 상기 일반식 (3)에 있어서, Ar1은 탄소 수 6~30의 아릴기, 탄소 수 1~30의 헤테로아릴기, 또는, 탄소 수 1~15의 알킬기이고, R1~R17은 탄소 수 6~30의 아릴기, 탄소 수 1~30의 헤테로아릴기, 탄소 수 1~15의 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 수소 원자, 또는, 중수소 원자이고, Ar2은 탄소 수 6~30의 질소, 산소, 유황, 인, 규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 헤테로 원자를 포함할 수 있는 축합고리, 또는, 탄소와 질소로 이루어지는 축합고리이고, Ar1 및 Ar2는 서로 다른 치환기이고, a 및 b는 0~3이고, L1 및 L2은, 단결합 또는 2가의 연결기를 나타내고, 인접한 복수의 R1~R10은 결합하고, 포화 또는 불포화의 고리를 형성할 수 있다(단, R1와 R6, 또는, R2와 R10가 결합하고, 방향고리를 형성하지 않는다).
상기 제 1 정공 수송층과 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층 중에서 적어도 1 층의 주성분을, 상술한 바와 같은 3 종류의 유도체 중의 어느 하나로 함으로써, 구동 전압의 증가를 억제하면서, 발광 효율을 더 향상시키는 것이 가능하게 된다.
상기 발광층은 청색 형광 발광 재료를 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광층은, 적색 인광 발광 재료를 포함할 수 있다. 또한, 상기 발광층은 녹색 인광 발광 재료를 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 제 1 정공 수송층, 및, 제 1 정공 수송층과 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층 중에서 적어도 1 층의 정공 이동도를 소정의 범위로 함으로써, 유기 EL 소자의 구동 전압의 증가를 억제하면서, 발광 효율을 더 향상시키는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 유기 EL 소자의 일 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 유기 EL 소자가 구비하는 정공 수송층의 일 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 유기 EL 재료를 사용하여 제조한 유기 EL 소자의 개략 단면도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써, 중복 설명을 생략한다.
(유기 EL 소자의 구성에 대해서)
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 따른 유기 EL 소자(100)의 구성에 대해서, 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 유기 EL 소자의 일 예를 나타내는 개략 단면도이고, 도 2는 본 실시형태에 따른 유기 EL 소자가 구비하는 전자 수송층의 일 예를 나타내는 개략 단면도이다.
본 실시형태에 따른 유기 EL 소자는 예를 들어, 도 1에 나타내는 바와 같은 구조를 갖고 있다. 또한, 도 1에 나타낸 유기 EL 소자의 구조는 어디까지나 일 예로서, 본 실시형태에 따른 유기 EL 소자가 도 1에 나타낸 구조에 한정되지 않는다.
또한, 이하에서는, 「A 층 상에 마련된 B 층」이라는 표현을 사용하지만, 이러한 표현에 있어서 A층과 B 층과의 관계는, A 층의 바로 위에 B 층이 존재하는 경우에 한정되지 않고, A 층의 상방에 B 층이 존재하는 경우도 포함하는 것으로 한다. 즉, 이러한 표현은 A 층의 바로 위에 1 또는 복수의 층이 존재하고, 이들의 층의 바로 위에 B 층이 존재하는 경우도 포함하는 것으로 한다.
[유기 EL 소자의 전체 구성에 대해서]
본 실시형태에 따른 유기 EL 발광 소자(100)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 기판(102)와, 기판(102) 상에 배치된 제 1 전극(104)와, 제 1 전극(104) 상에 배치된 정공 주입층(106)와, 정공 주입층(106) 상에 배치된 정공 수송층(108)와, 정공 수송층(108) 상에 배치된 발광층(110)와, 발광층(110) 상에 배치된 전자 수송층(112)와, 전자 수송층(112) 상에 배치된 전자 주입층(114)와, 제 2 전극(116)을 구비한다.
기판(102)은 일반적인 유기 EL 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 기판(102)은 유리(glass) 기판, 반도체 기판, 또는 투명한 플라스틱(plastic) 기판 등 일 수 있다.
제 1 전극(104)은 예를 들어, 애노드(양극)이고, 증착법, 스퍼터링(sputtering)법 또는 도포법 등을 사용하여 기판(102) 상에 형성된다. 구체적으로는, 제 1 전극(104)은 일 함수가 큰 금속, 합금, 도전성 화합물 등에 의해 투과형 전극으로서 형성된다. 제 1 전극(104)은 예를 들어, 투명이고, 도전성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등으로 형성될 수도 있다. 또한, 제 1 전극(104)은, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 등을 사용하여 반사형 전극으로서 형성될 수도 있다.
정공 주입층(106)은 제 1 전극(104)으로부터의 정공의 주입을 용이하게 하는 기능을 구비한 층이고, 필요에 따라서, 제 1 전극(104) 상에 형성된다. 그 정공 주입층(106)은 진공 증착법, 스핀코팅법, 잉크젯법 등을 사용하여 제 1 전극(104) 상에 형성된다. 또한, 정공 주입층(106)은 구체적으로는, 약 0.1nm~ 약 1000nm, 보다 구체적으로는, 약 1nm~ 약 100nm의 두께로 형성될 수도 있다.
또한, 정공 주입층(106)은 예를 들어, N,N'-디페닐-N,N'-비스-[4-(페닐-m-톨릴-아미노)-페닐]-비페닐-4,4'-디아민(DNTPD), 구리 프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA),N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(NPB),4,4',4"-트리스{N,N디아미노}트리페닐아민(TDATA),4,4',4"-트리스(N,N-2-나프틸아미노)트리페닐아민(2-TNATA),폴리아닐린/도데실벤젠설폰산(Pani/DBSA),폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트(sulfonate))(PEDOT/PSS), 폴리아닐린/캠퍼(camphor)설폰산(Pani/CSA), 폴리아닐린/폴리(4-스티렌술포네이트)(PANI/PSS) 또는 헥사아자트리페닐렌헥사카르보니트릴(HAT(CN)6) 등을 사용하여 형성할 수 있다.
정공 수송층(108)은 주로 정공을 수송하는 기능을 갖는 정공 수송 재료를 포함하는 층이고, 호스트 재료나 발광 도펀트 재료를 주 성분으로 하지 않는 층이다. 즉, 본 실시형태에 따른 정공 수송층(108) 자체는 유기 EL 소자의 발광 휘도에 크게 기여하지 않는 점에 주의하여야 한다. 정공 수송층(108)은 전자 저지층 및/또는 여기자 봉쇄층으로서의 기능을 가질 수 있다.
이 정공 수송층(108)은 진공 증착법, 스핀코팅법, 잉크젯법 등을 사용하여 정공 주입층(106) 상(경우에 따라서는, 제 1 전극(104) 상)에 형성된다. 본 실시형태에 따른 유기 EL 소자(100)는 서로 다른 화합물을 주 성분으로 하는, 복수의 층으로 구성되지만, 이 정공 수송층(108)의 상세한 구성에 대해서는, 이하에서 상술한다.
발광층(110)은 형광이나 인광 등의 광을 발하는 층이고, 진공 증착법, 스핀코팅법, 잉크젯법 등을 사용하여 정공 수송층(108)상에 형성된다. 또한, 발광층(110)은 호스트(host) 재료 및 발광 도펀트(dopant) 재료를 포함할 수 있다. 또한, 발광층(110)은 구체적으로는, 약 10nm~ 약 100nm, 보다 구체적으로는, 약 20nm~ 약 60nm의 두께로 형성될 수도 있다.
발광층(110)은 특정 색의 광을 발하는 발광층으로서 형성될 수도 있다. 예를 들어, 발광층(110)은 적색 발광층, 녹색 발광층, 또는 청색 발광층으로서 형성될 수도 있다. 또한, 복수 색의 발광 도펀트를 사용하여, 흰색 발광층으로 할 수 있다. 또한, 다른 발광 색을 발하는 발광층의 적층 구조에 의해, 흰색 발광층으로 할 수도 있다.
또한, 발광층(110)에 사용하는 호스트 재료로서는, 예를 들어, 트리스(8-퀴노리놀라토(quinolinolato))알루미늄(Alq3), 4,4',4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(TCTA), 1,3,5-트리스(N-페닐벤지미다졸-2-일)벤젠(TPBI), 폴리(n-비닐카르바졸)(PVK), 9, 10-디(나프탈렌-2-일)안트라센(ADN), 3-tert-부틸-9,10-디(나프토-2-일)안트라센(TBADN), 디스티릴아릴렌(DSA), 4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐(CBP), 4,4'-비스(9-카르바졸)-2,2'-디메틸-비페닐(dmCBP)을 사용할 수 있다.
발광층(110)에 사용하는 청색 도펀트로서는 예를 들어, 1,4-비스[2-(3-N-에틸카르바졸릴)비닐]벤젠(BCzVB), 4-(디-p-톨루일(toluyl)아미노)-4'-[(디-p-톨루일(toluyl)아미노)스티릴]스틸벤(stilbene)(DPAVB), N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(디아미노)스티릴)나프탈렌-2-일)비닐)페닐)-N-페닐벤젠아민(N-BDAVBi) 등의 스티릴 유도체, 페릴렌(perlene) 및 그 유도체(예를 들어, 2,5,8,11-테트라-t-부틸페릴렌(TBPe)), 피렌 및 그 유도체(예를 들어, 1,1-디피렌, 1,4-디피레닐벤젠), 비스[2-(4,6-디플루오르페닐)피리디네이트(pyridinate)]피콜리네이트(picolinate)이리듐(III)(FIrpic) 등을 사용할 수 있다.
또한, 발광층(110)에 사용하는 적색 도펀트로서는 예를 들어, 5, 6, 11, 12-테트라페닐나프타센(naphthacene)(루브렌(rubrene)), 4-디시아노메틸렌-2-(p-디메틸아미노스티릴)-6-메틸-4H-피란(DCM) 및 그 유도체, 비스(1-페닐이소키노린)(아세틸아세트네이트)이리듐(III)(Ir(piq)2(acac)) 등을 사용할 수 있다.
또한, 발광층(110)에 사용하는 녹색 도펀트로서는 예를 들어, 3-(2-벤조티아졸릴)-7-(디에틸아미노)쿠머린(쿠머린6(coumarin6)), 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)(Ir(ppy)3) 등을 사용할 수 있다.
전자 수송층(112)은 주로 전자를 수송하는 기능을 갖는 전자 수송 재료를 포함하는 층이고, 필요에 따라서, 발광층(110) 상에 형성된다. 이 전자 수송층(112)은 정공 저지층 및/또는 여기자 봉쇄층으로서의 기능을 가질 수 있다. 이 전자 수송층(112)은 진공 증착법, 스핀코팅법, 잉크젯법 등을 사용하여 형성된다. 또한, 전자 수송층(112)은 구체적으로는, 약 10nm~ 약 100nm, 보다 구체적으로는, 약 15nm~ 약 50nm의 두께로 형성될 수도 있다. 또한, 전자 수송층(112)은 예를 들어, 리튬키노레이트(LiQ), 불화리튬(LiF) 등을 사용하여 형성할 수 있다.
전자 주입층(114)은 제 2 전극(116)으로부터의 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 구비한 층이고, 필요에 따라서, 전자 수송층(112) 상(경우에 따라서는, 발광층(110) 상)에 형성된다. 이 전자 주입층(114)은 진공 증착법 등을 사용하여 형성된다. 또한, 전자 주입층(114)은 구체적으로는, 약 0.1nm~ 약 10nm, 보다 구체적으로는, 약 0.1nm~ 약 3nm의 두께로 형성될 수도 있다. 또한, 전자 주입층(114)은 예를 들어, 불화리튬(LiF), 염화나트륨(N 나트륨(NaCl), 불화세슘(CsF), 산화리튬(Li2O), 산화바륨(BaO) 등을 사용하여 형성할 수 있다.
제 2 전극(116)은 예를 들어, 캐소드(음극)이고, 증착법 또는 스퍼터링법 등을 사용하여 전자 주입층(114) 상에 형성된다. 구체적으로는, 제 2 전극(116)은 일 함수가 작은 금속, 합금, 도전성 화합물 등으로 반사형 전극으로서 형성된다. 제 2 전극(116)은, 예를 들어, 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등으로 형성될 수도 있다. 또한, 제 2 전극(116)은 산화인듐주석(ITO), 산화인듐 아연(IZO) 등을 사용하여 투과형 전극으로서 형성될 수도 있다.
이상, 도 1을 참조하면서, 본 실시형태에 따른 유기 EL 소자(100)의 전체 구성에 대해서, 간단하게 설명하였다.
[정공 수송층의 구성에 대해서]
다음에, 도 2를 참조하면서, 본 실시형태에 따른 유기 EL 소자(100)가 구비하는 정공 수송층(108)의 구성에 대해서, 상세하게 설명한다.
본 실시형태에 따른 정공 수송층(108)은 도 2에 모식적에 나타낸 바와 같이, 복수의 층으로 구성된다. 복수의 층으로 구성되는 정공 수송층(108)은 모든 층이 서로 다른 화합물을 주성분으로 할 수도 있고, 복수의 층 중에서 일부의 층이 동일한 화합물을 주성분으로 하는 층일 수 있다. 도 2에 나타낸 예에서는, 가장 양극 측에 위치하는 정공 수송층(151)으로부터, 가장 발광층 측에 위치하는 정공 수송층(159)까지, 5 개의 층으로 구성되는 경우를 도시하고 있다. 그러나, 정공 수송층(108)를 구성하는 층 수는, 도 2에 나타낸 예에 한정되지 않고, 2 층 이상이면, 좋다.
여기서, 본 실시형태에 따른 정공 수송층(108)에서는 복수 층으로 이루어지는 정공 수송층(108) 중에서, 가장 두께가 두꺼운 층을, 제 1 정공 수송층의 일 예인 정공 수송층(A)로 한 경우에, 정공 수송층(A)에 있어서 정공 이동도가, 정공 수송층(A)와 발광층(110) 사이에 위치하는 나머지 정공 수송층(108) 중에서 적어도 1층에 있어서 정공 이동도보다도 크게 되어 있다.
도 2에 나타낸 예에서는 5 개의 층으로 구성되는 정공 수송층(108) 중에서, 가장 두께가 두꺼운 층은 정공 수송층(153)이다. 따라서, 이러한 경우에는, 정공 수송층(153)이 상기 정공 수송층(A)로서 취급된다. 또한, 정공 수송층(153)과 발광층(110) 사이에 위치하는 정공 수송층은 정공 수송층(155)~정공 수송층(159)이다. 따라서, 정공 수송층(153)의 정공 이동도는 이들 3 개의 정공 수송층 중에서의 적어도 1 층에 있어서 정공 이동도보다도 큰 값으로 되어 있다.
정공 수송층(108)를 구성하는 복수의 층의 정공 이동도가 상술한 바와 같이 구성됨으로써, 정공 수송층(108) 중에서 양극에 가까운 측(즉, 정공이 들어오는 측)에 정공 이동도가 큰 수송층의 두꺼운 막을 형성하게 되고, 발광층(110)에 가까운 측에 정공 이동도가 작은 수송층을 형성하게 된다. 그 결과, 정공 이동도가 큰 수송층의 두꺼운 막에 의해, 유기 EL 소자의 낮은 구동 전압화를 유지하면서, 많은 정공을 발광층으로 주입할 수 있고, 유기 EL 소자의 고효율화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 이와 같이, 본 실시형태에 따른 정공 수송층(108)은 정공 이동도가 큰(바꾸어 말하면, 정공 수송 능력이 우수한) 정공 수송 재료와, 정공 이동도가 상대적으로 작은(바꾸어 말하면, 정공 수송 능력이 그다지 우수하지 않은) 정공 수송 재료를 의도적으로 조합하여 밸런스(balance)를 취함으로써, 유기 EL 소자의 낮은 구동 전압화 및 고효율화를 실현하는 층이다.
또한, 이하에서는, 설명의 편의상, 「정공 수송층(A)와 발광층(110) 사이에 위치하는 나머지 정공 수송층(108) 중에서 적어도 1 층」인 것을, 「정공 수송층(B)」이라 약칭한다.
보다 상세하게는, 상기 정공 수송층(A)의 정공 이동도는 0.3 MV/cm~1.0 MV/cm의 전계의 범위에 있어서, 1 x 10-4~1 x 10-3cm2/V·sec이고, 정공 수송층(B)의 정공 이동도가, 0.3 MV/cm~1.0 MV/cm의 전계의 범위에 있어서, 1 x 10-5~1 x 10-4cm2/V·sec인 것이 바람직하다. 정공 수송층(A) 및 정공 수송층(B)의 정공 이동도를 상술한 범위로 함으로써, 구동 전압의 증가를 억제하면서, 발광 효율을 더 향상시키는 것이 가능하게 된다.
여기서, 정공 수송층(A)의 두께에 대해서는, 특히 한정되는 것이 아니지만, 예를 들어, 20nm~300nm 정도로 하는 것이 바람직하다. 정공 수송층(A)의 두께가 20nm 미만인 경우에는, 양극/음극 전극 사이의 리크(leak)가 발생하는 가능성이 높아지므로, 바람직하지 않다. 또한, 정공 수송층(A)의 두께가 300nm 초과로 되는 경우에는, 유기 EL 소자(100)의 구동전압이 높아지고, 소비 전력의 관점에서 바람직하지 않다.
또한, 정공 수송층(B)의 두께는 정공 수송층(A)의 두께의 1/10 이하로 하는 것이 바람직하다. 정공 수송층(B)의 두께가 정공 수송층(A)의 두께의 1/10 이하로 됨으로써, 정공 수송도가 상대적으로 작은 수송층의 두께를 얇게 하는 것이 가능하게 되고, 정공을 정공 수송층(108)과 발광층(110)과의 계면에 집중되어 여기자 밀도를 더 증가시켜서, 보다 확실히 소자의 고효율화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 또한, 정공 수송층(B)의 두께는, 작으면 작을수록 좋지만, 막 형성의 관점에서, 그 두께는 5nm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 정공을 정공 수송층(108)과 발광층(110)과의 계면에 효율적으로 집중시킨다는 관점에 있어서, 정공 수송층(B)은 정공 수송층(A)와 발광층(110) 사이에 위치하는 정공 수송층이면, 좋지만, 정공 수송층(A) 보다도 정공 이동도의 상대적으로 작은 정공 수송층은 될 수 있는 한 발광층(110) 측(보다 바람직하게는, 발광층(110)과의 계면을 형성하는 위치)에 마련하는 것이 바람직하다. 예를 들어 도 2에 나타낸 예에서는 정공 수송층(159)은 정공 수송층(A)를 구성하는 화합물보다도 정공 이동도의 상대적으로 작은 화합물로 이루어지는 정공 수송층(즉, 정공 수송층(B))로 되는 것이 바람직하다.
[정공 수송층을 형성하는 화합물에 대해서]
이어서, 본 실시형태에 따른 정공 수송층(108)를 형성하는 화합물에 대해서, 상세하게 설명한다.
본 실시형태에 따른 정공 수송층(108)에서는 정공 수송층(A)보다도 양극 측에 위치하는 정공 수송층(예를 들어 도 2의 경우, 정공 수송층(151))를 형성하는 화합물에 대해서는, 특히 한정하는 도의가 아니고, 임의의 정공 수송 재료를 사용할 수 있다.
또한, 정공 수송층(A)(예를 들어, 도 2의 경우, 정공 수송층(153))를 형성하는 정공 수송 재료에 대해서도 특히 한정되지 않고, 임의의 정공 수송 재료를 사용하는 것이 가능하고, 정공 수송층으로서 형성한 때에 0.3 MV/cm~1.0 MV/cm의 전계의 범위에 있어서 1 x 10-4~1 x 10-3cm2/V·sec의 정공 이동도가 실현되는 정공 수송 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 본 실시 형태에 있어서는, 정공 수송층으로서의 정공 이동도가 중요하고, 임의의 정공 수송 재료에 대하여 도프함으로써, 상술한 바와 같은 정공 수송층으로서의 정공 이동도를 실현할 수 있다.
또한, 정공 수송층(B)를 형성하는 정공 수송 재료에 대해서도, 정공 수송층(A)를 형성하는 정공 수송 재료보다도 상대적으로 작은 정공 이동도를 갖고 있는 것이면, 특히 한정되지 않고, 임의의 정공 수송 재료를 사용하는 것이 가능하고, 정공 수송층으로서 형성한 때에 0.3 MV/cm~1.0 MV/cm의 전계의 범위에 있어서 1 x 10-5~1 x 10-4cm2/V·sec의 정공 이동도가 실현되는 정공 수송 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 정공 수송층(B)를 형성하는 정공 수송 재료로서는, 이하에 나타내는 바와 같이, 아미노카르바졸 유도체일 수도 있고, 모노아민 유도체일 수도 있고, 카르바졸 유도체일 수 있다.
정공 수송층(B)를 형성할 수 있는 아미노카르바졸 유도체의 구체예로서는, 예를 들어, 하기 일반식 (1a) 또는 일반식 (1b)로 나타내지는 화합물을 예로서 들 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00005
(1a)
Figure pat00006
(1b)
여기서, 상기 일반식 (1a) 및 (1b)에 있어서, Ar1~Ar7은, 치환 혹은 무치환의 아릴기, 또는, 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기이고, L1~L2은, 결합기, 치환 혹은 무치환의 아릴렌기, 또는, 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴렌기이다.
또한, 정공 수송층(B)를 형성할 수 있는 모노아민 유도체의 구체예로서는, 예를 들어, 하기 일반식 (2) 로 나타내지는 화합물을 예로서 들 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00007
(2)
여기서, 상기 일반식 (2)에 있어서, R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소 수 1~15의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소 수 6~30의 아릴기, 또는, 치환 혹은 무치환의 탄소 수 1~30의 헤테로아릴기이고, l, m, n은, 각각 0 = l = 4, 0 =m = 4, 0 = n = 5, 를 만족하는 정수이고, Ar11은 치환 또는 무치환의 탄소 수 6~30의 아릴기이고, R11은 수소 원자, 불소 원자, 치환시릴기이고, o은 0= o = 3를 만족하는 정수이다. 단, o가 2 이상인 때, R11은 상술한 중에서 상이할 수도 있다.
또한, 정공 수송층(B)를 형성할 수 있는 카르바졸 유도체의 구체예로서는, 예를 들어, 하기 일반식 (3)으로 나타내지는 화합물을 예로서 들 수 있다.
[화학식 6]
Figure pat00008
(3)
여기서, 상기 일반식 (3)에 있어서, Ar1은 탄소 수 6~30의 아릴기, 탄소 수 1~30의 헤테로아릴기, 또는, 탄소 수 1~15의 알킬기이고, R1~R17은 탄소 수 6~30의아릴기, 탄소 수 1~30의 헤테로아릴기, 탄소 수 1~15의 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 수소 원자, 또는, 중수소 원자이고, Ar2은 탄소 수 6~30의 질소, 산소, 유황, 인, 규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 헤테로 원자를 포함할 수 있는 축합고리, 또는, 탄소와 질소로 이루어지는 축합고리이고, Ar1 및 Ar2는 서로 다른 치환기이고, a 및 b는 0~3이고, L1 및 L2은, 단결합 또는 2가의 연결기를 나타내고, 인접한 복수의 R1~R10은 결합하고, 포화 또는 불포화의 고리를 형성할 수 있다(단, R1와 R6, 또는, R2와 R10가 결합하고, 방향고리를 형성하지 않는다).
여기서, 본 명세서에 있어서, 탄소 수 1~15의 알킬기의 구체적인 예로서는, 메틸(methyl)기, 에틸(ethyl)기, 프로필(propyl)기, 이소프로필(isopropyl)기, 시클로프로필(cyclopropyl)기, 부틸(butyl)기, 이소부틸(isobutyl)기, tert-부틸(butyl)기, 시클로부틸(cyclobutyl)기, 펜틸(pentyl)기, 이소펜틸(isopentyl)기, 네오펜틸(neopentyl)기, 시클로펜틸(cyclopentyl)기, 헥실(hexyl)기, 사이클로헥실(cyclohexyl)기, 헵틸(heptyl)(heptyl)기, 옥틸(octyl)기, 노닐(nonyl)기, 데실(decyl)기와 같은 C1-C15의 체인 형상 또는 고리 형상 알킬기를 예로서 들 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 탄소 수 1~15의 알콕시기라 함은 -OA(단, A는 전술한 바와 같은 비치환의 C1-C15 알킬기)의 화학식을 갖는 관능기이다. C1-C15 알콕시기의 구체적인 예로서는, 메톡시(methoxy)기, 에톡시(ethoxy)기, 프로폭시(propoxy)기 등을 들 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 무치환의 탄소 수 6~30의 아릴기라 함은 하나 이상의 방향족 고리를 포함하는 C6-C30 탄소고리를 갖는 1 가기를 나타낸다. 전술한 아릴기가, 2 이상의 고리를 포함하는 경우, 2 이상의 고리는 서로 융합될 수도 있다.
치환 또는 무치환의 C6-C30 아릴기의 구체적인 예로서는, 페닐(phenyl)기, 펜타레닐(pentalenyl)기, 인데닐(indenyl)기, 나프틸(naphthyl)기, 안트라세닐(anthracenyl)기, 아즈레닐(azulenyl)기, 헵타레닐(heptalenyl)기, 아세나프티레닐(acenaphthylenyl)기, 페나레닐(phenalenyl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기, 안트라퀴노릴(anthraquinolyl)기, 펜안트릴(phenanthryl)기, 비페닐(biphenyl)기, 트리페닐레닐(triphenylenyl)기, 피레닐(pyrenyl)기, 크리세닐(chrysenyl)기, 피세닐(picenyl)기, 페리레닐(perylenyl)기, 펜타페닐(pentaphenyl)기, 펜타세닐(pentacenyl)기, 테트라페니레닐(tetraphenylene)기, 헥사페닐(hexaphenyl)기, 헥사세닐(hexacenyl)기, 루비세닐(rubicenyl)기, 트리나프티레닐(trinaphthylenyl)기, 헵타페닐(heptaphenyl)기, 피란트레닐(pyranthrenyl)기 등을 예로서 들 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 무치환의 탄소 수 1~30의 헤테로아릴기라 함은, N, O, P 또는 S 중에서 선택된 1 개 이상의 헤테로(hetero) 원자를 포함하고, 나머지 고리 원자가 C인 1 이상의 방향족고리를 포함하는 고리를 갖는 1 가기를 나타낸다. 여기서, 전술한 헤테로아릴기가 2 이상의 고리를 포함하는 경우, 2 이상의 고리는 서로 융합될 수도 있다.
비치환의 C1-C30 헤테로아릴기의 구체적인 예로서는, 피라조릴(pyrazolyl)기, 이미다조릴(imidazolyl)기, 옥사졸릴(oxazolyl)기, 티아졸릴(thiazolyl)기, 트리아졸릴(triazolyl)기, 테트라졸릴(tetrazolyl)기, 옥사디아졸릴(oxadiazolyl)기, 피리디닐(pyridinyl)기, 피리다지닐(pyridazinyl)기, 피리미디닐(pyrimidinyl)기, 트리아지닐(triazinyl)기, 카르바졸릴(carbazolyl)기, 인도릴(indolyl)기, 퀴놀리닐(quinolinyl)기, 이소퀴놀리닐기(isoquinolinyl), 벤조이미다조릴(benzoimidazolyl)기, 이미다피리디닐(imidazopyridinyl)기, 이미다조피리미디닐(imidazopyrimidinyl)기 등을 예로서 들 수 있다.
이상과 같은 정공 수송 재료는 시판 중인 것을 사용할 수 있고, 임의의 합성법에 의해 합성한 것을 사용할 수도 있다.
이상, 본 실시형태에 따른 정공 수송층(108)의 구성에 대해서, 상세하게 설명하였다.
[실시예]
이하에서는, 실시예 및 비교예를 나타내면서, 본 발명의 실시형태에 따른 유기 EL 소자에 대해서, 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명의 실시형태에 따른 유기 EL 소자의 어디까지나 일 예로서, 본 발명의 실시형태에 따른 유기 EL 소자가 하기의 예에 한정되지 않는다.
<정공 수송 재료의 합성>
먼저, 이하에 나타내는 실시예에서 사용하는 정공 수송 재료를 이하와 같이 합성하였다.
[정공 수송 재료 HTM1의 합성]
이하의 화학 반응식은 정공 수송 재료 HTM1의 합성 프로세스를 도시한 것이다.
[화학식 7]
Figure pat00009
[화합물 e2의 합성]
4-터페닐아민(e1)(3.39g), 3-브로모-9-페닐카르바졸(4.45g), 트리스(디벤질리덴아세톤)디파라듐(0)·클로로포름(chloroform) 부가물(0.715g), 나트륨-t-톡시드(3.98g), 트리-t-부틸호스핀(1.6M 크실렌 용액0.864ml)를 크실렌(500mL)에 가하여 탈기하고, 아르곤 분위기 하, 120℃에서 12 시간 가열하였다. 반응 액을 냉각하고, 물에 투입 후, 톨루엔으로 추출하였다. 유기층을 물, 포화 식염수로 세정하고, 무수 황산마그네슘으로 건조하고, 농축하였다. 잔류물(residue)을 실리카겔 크로마토그래피로 정제하고, 카르바졸릴아민 e2(5.58g)를 얻었다.
[화합물 HTM1의 합성]
카르바졸릴아민 e2(4.65g), 4-아미노-p-비페닐(2.67g), 트리스(디벤질리덴아세톤)디파라듐(0)·클로로포름(chloroform) 부가물(0.495g), 나트륨-t-톡시드(3.98g), 트리-t-부틸호스핀(1.6M 크실렌 용액 0.597mL)를 크실렌(300mL)에 가하여 탈기하고, 아르곤 분위기 하, 120℃에서 18 시간 가열하였다. 반응액을 냉각하고, 물에 투입 후, 톨루엔으로 추출하였다. 유기층을 수, 포화 식염수로 세정하고, 무수 황산마그네슘으로 건조하고, 농축하였다. 잔류물(residue)을 플로리실(florisil), 실리카겔의 쇼트 컬럼으로 정제하고, 화합물 HTM1(4.76g)를 얻었다.
[정공 수송 재료 HTM2의 합성]
이하의 화학 반응식은 정공 수송 재료 HTM2의 합성 프로세스를 도시한 것이다.
[화학식 8]
Figure pat00010
[화합물 e4의 합성]
1-나프틸아민(2.82g), 브로모플루오르터페닐e3(6.45g), 트리스(디벤질리덴아세톤)디파라듐(0)·클로로포름(chloroform) 부가물(1.02g), 나트륨-t-톡시드(5.69g), 트리-t-부틸호스핀(1.6M 크실렌 용액 1.23mL)를 크실렌(500mL)에 가하여 탈기하고, 아르곤 분위기 하, 120 ℃에서 18 시간 가열하였다. 반응액을 냉각하고, 물에 투입 후, 톨루엔으로 추출하였다. 유기층을 수, 포화 식염수로 세정하고, 무수 황산마그네슘으로 건조하고, 농축하였다. 잔류물(residue)을 실리카겔 크로마토그래피로 정제하고, 플루오르터페닐아민 e4(5.53g)를 얻었다.
[화합물 HTM2의 합성]
플루오르터페닐아민 e4(4.25g), 4-아미노-p-비페닐(3.06g), 트리스(디벤질리덴아세톤)디파라듐(0)·클로로포름(chloroform) 부가물(0.565g), 나트륨-t-톡시드(3.15g), 트리-t-부틸호스핀(1.6M 크실렌 용액 0.683mL)를 크실렌(300mL)에 가하여 탈기하고, 아르곤 분위기 하, 120 ℃에서 24 시간 가열하였다. 반응액을 냉각하고, 물에 투입 후, 톨루엔으로 추출하였다. 유기층을 물, 포화 식염수로 세정하고, 무수 황산마그네슘으로 건조하고, 농축하였다. 잔류물(residue)을 플로리실, 실리카겔의 쇼트 컬럼으로 정제하고, 화합물 HTM2(3.85g)를 얻었다.
[정공 수송 재료 HTM3의 합성]
이하의 화학 반응식은 정공 수송 재료 HTM3의 합성 프로세스를 도시한 것이다.
[화학식 9]
Figure pat00011
[화합물 e5의 합성]
아르곤 분위기 하에서, 1L의 4구 플라스크에 3-(4-브로모페닐)-9-페닐-9H-카르바졸 20.0g를 넣고, 350mL의 THF 용매 중에서 -78 ℃에서 5 분 교반하였다. 여기에, 1.58M의 n-부틸리튬(n-헥산 용액) 7.20mL 첨가하고, -78 ℃에서 1 시간 교반하였다. 다음에 트리메톡시보란 2.11mL 첨가하고, 실온에서 2 시간 교반하였다. 그 후, 2M 염산 수용액 50mL를 첨가하고, 실온에서 3 시간 교반하였다. 유기층을 분리하여 용매 증류하였다. 그 후, 초산에틸/헥산 용매계로 재침전을 행하고, 흰색 고체의 화합물 e5를 15.69g(수율 85%) 얻었다.
[화합물 e6의 합성]
아르곤 분위기하에서, 1L의 4구 플라스크에, 화합물 e5 14.0g와 3-브로모카르바졸 10.4g, 테트라키스(트리페닐호스핀)파라듐(Pd(PPh3)4) 3.12g, 탄산칼륨(K2CO3)10.7g, 물 80mL, 에탄올 30mL를 첨가하고, 400mL의 톨루엔 용매 중에서 90 ℃에서 4 시간 교반하였다. 공냉 후, 유기층을 분리하여 용매 증류하였다. 그 후, 톨루엔으로 재결정을 행하고, 흰색 고체의 화합물 A를 2.86g(수율 70%) 얻었다.
[화합물 HTM3의 합성]
아르곤 분위기 하, 500mL의 3구 플라스크에, 화합물 e6 9.70g와 2-브로모페난트렌(phenanthrene) 6.76g, 트리스(디벤질리덴아세톤)디파라듐(0)(Pd2(dba)3) 1.45g, 트리-tert-부틸호스핀((t-Bu)3P)510mg, 나트륨tert-톡시드 5.77g를 가하여, 50mL 크실렌 용매 중에서 120℃에서 12 시간 가열 교반하였다. 공냉 후, 물을 가하여 유기층을 분리하고, 용매 증류하였다. 얻어진 조생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(디클로로메탄과 헥산의 혼합 용매를 사용)로 정제 후, 톨루엔/헥산 혼합 용매로 재결정을 행하고, 백색 고체의 화합물 HTM3을 10.7g(수율 75%) 얻었다.
또한, 이하에 나타내는 HTM4 및 HTM5는 룸텍(Lumtec) 사 제의 것을 사용하였다.
[화학식 10]
Figure pat00012
이하에 나타내는 실시예 및 비교예에서는, 도 3에 나타내는 전체 구성을 갖는 유기 EL 소자(200)을 제조하여, 얻어진 소자 성능의 검토를 행하였다. 제조한 유기 EL 소자(200)의 개략도를, 도 3에 나타낸다.
제조한 유기 EL 소자(200)는 양극(204), 양극(204) 상에 배치된 정공 주입층(206), 정공 주입층(206) 상에 배치된 정공 수송층(208), 정공 수송층(208) 상에 배치된 발광층(210), 발광층(210) 상에 배치된 전자 수송층(212) 및 전자 주입층(214), 전자 주입층(214) 상에 배치된 음극(216)으로 구성되어 있다. 이 중에서, 정공 수송층(208)을 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 물질을 사용하여 복수 층으로 하였다.
보다 상세하게는, 본 발명의 실시예에 따른 유기 EL 소자의 제조는 다음과 같은 수순으로 행하였다. 먼저, 미리 패터닝(patterning)하여 세정 처리를 실시한 산화인듐주석(ITO)-유리 기판에, 자외선 오존(O3)에 의한 표면 처리를 행하였다. 또한, 이러한 ITO 막의 막 두께는 150nm이었다. 오존 처리 후, 곧바로 기판을 진공 증착 장치에 투입하고, 1 x 10-5 Pa 이하에서 정공 주입 재료로서 4,4',4"-트리스(N,N-(2-나프틸)아미노)트리페닐아민(2-TNATA, 막 두께 60nm)를 상기 ITO 막 상에 성막하였다.
다음에, 정공 수송 재료로서, 상술한 화합물 군(HTM1~HTM5)을 사용하여, 전체의 두께가 80nm인 정공 수송층(Hole Transport Layer:HTL)으로 하였다. 다음에, 발광 재료로서 2,5,8,11-테트라-t-부틸페릴렌(TBPe)을, 9,10-디(2-나프틸)안트라센(ADN)에 대하여 3 vol%의 비율로 도프(dope)한 막을 공증착에 의해 성막하였다(막 두께 25nm).
이어서, 전자 수송 재료로서 트리스(8-퀴노리놀라토(quinolinolato))알루미늄(Alq3)를 성막하고, (막 두께 25nm), 다음에, 전자 주입 재료로서 불화리튬(LiF)(막 두께 1.0nm) 및 음극으로서 알루미늄(막 두께100nm)를 순차 적층하였다. 이어서, 기판을 진공 증착 장치로부터 글로브 박스(glove box)로 꺼내고, 글로브 박스 내에서 기판과 유리를 에폭시 수지로 맞춰 붙이고, 봉지함으로써, 유기 EL 소자(200)로 하였다.
[이동도 측정]
상기 소자 제작과 같이 하여 전처리를 실시한 기판을 증착 장치에 투입하고, 이동도를 측정하고자 하는 재료를 3 ㎛ 성막하고, 이어서, Al를 100nm 성막하고, 전극으로 하였다. 상술한 바와 같이 하여 봉지를 행한 후, 주식회사 오프텔(OPTEL) 사 제의 이동도 측정 장치를 사용하고, 질소 레이저를 ITO 투명 전극 측으로부터 조사한 때에 발생한 전하의 Al 전극으로의 이동 속도로부터, 이동도를 구하였다.
사용한 정공 수송 재료와 막 두께, 제조한 유기 EL 소자(200)의 발광 효율, 구동 전압, 및, 휘도 반감 수명을, 이하의 표 1에 정리하여 나타내었다. 제조한 유기 EL 소자(200)의 특성의 평가에는, 코니카 미놀타(KONICA MINOLTA) 사 제 휘도계 CS-2000 및 키슬리(Keithley) 제 소스미터 2400을 사용하였다.
하기의 표 1에 있어서, 전류 효율(cd/A) 및 구동 전압(V)은 2.5(mA/cm2)의 값이고, 휘도 반감 수명은 초기 휘도 1000(cd/m2)로 구동한 때의 휘도가 절반으로 되는 시간을 측정하였다. 또한, 하기의 표 1에 있어서는, 실시예 1에서 얻어진 발광 효율, 구동 전압 및 수명을 100으로 상대값으로 결과를 나타내고 있다.
정공 수송층 전류 효율 구동 전압 휘도 반감수명
정공 수송층 A 정공 수송층 B 정공 수송층 C
실시예 1 HTM2(72nm) HTM1(8nm) - 100 100 100
실시예 2 HTM2(76nm) HTM1(4nm) - 100 100 110
실시예 3 HTM2(78nm) HTM1(2nm) - 100 100 110
실시예 4 HTM2(72nm) HTM3(8nm) - 100 100 100
실시예 5 HTM4(72nm) HTM1(8nm) - 100 90 90
실시예 6 HTM5(72nm) HTM1(8nm) - 100 110 90
실시예 7 HTM2(72nm) HTM1:HTM4=8:2(8nm) - 90 100 100
실시예 8 HTM2(69nm) HTM1(8nm) HTM3(3nm) 100 100 100
실시예 9 HTM2(71nm) HTM1(8nm) HTM2(1nm) 100 100 100
비교예 1 HTM1(72nm) HTM2(8nm) - 80 200 50
비교예 2 HTM3(72nm) HTM2(8nm) - 80 250 40
비교예 3 HTM1(72nm) HTM3(8nm) - 40 500 10
또한, 각 정공 수송 재료를 사용하여 정공 이동도 측정용 샘플을 제작하여 측정한 바, 0.7 MV/cm에서의 정공 이동도는 HTM1이 6.8 x 10-4cm2/V·sec이고, HTM2가 5.2 x 10-3cm2/V·sec이고, HTM3이 1.3 x 10-5cm2/V·sec이고, HTM4가 1.1 x 10-3cm2/V·sec이고, HTM5가 9.8 x 10-3cm2/V·sec이었다. 또한, 정공 이동도 측정용 샘플에서, 정공 수송층 부분을 HTM1와 HTM4의 비를 8 대2로 공증착한 샘플의 0.7 MV/cm에서의 정공 이동도는 2.0 x 10-4cm2/V·sec이었다.
상기 표 1로부터 명확한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 실시예 1~ 실시예 9의 유기 EL 소자는 비교예 1~ 비교예 3의 유기 EL 소자에 대하여, 고효율화 및 장수명화하고 있다는 것을 알 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명의 속하는 기술의 분야에 있어서 통상의 지식을 갖는 자이면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각 종의 변경예 또는 수정예로 착안하여 얻는 것은 명확하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 해석된다.
100 유기 발광 소자 102 : 기판
104 제 1 전극 106 : 정공 주입층
108 : 정공 수송층 110 : 발광층
112 : 전자 수송층 114 : 전자 주입층
116 제 2 전극

Claims (12)

  1. 양극;
    상기 양극 상에 마련되고, 서로 다른 화합물을 주 성분으로 하는 복수층으로 이루어지는 정공 수송층;
    상기 정공 수송층 상에 마련되는 발광층; 및
    상기 발광층 상에 마련되는 음극;을 구비하고,
    상기 복수층으로 이루어지는 정공 수송층 중에서 가장 두께가 두꺼운 제 1 정공 수송층에 있어서 정공 이동도가, 상기 제 1 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 위치하는 상기 정공 수송층 중에서 적어도 1층에 있어서 정공 이동도보다도 큰 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 정공 수송층의 정공 이동도는, 0.3 MV/cm~1.0 MV/cm의 전계의 범위에 있어서, 1 x 10-4~1 x 10-3cm2/V·sec이고,
    상기 제 1 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 위치하는 상기 정공 수송층 중에서 적어도 1층의 정공 이동도가, 0.3 MV/cm~1.0 MV/cm의 전계의 범위에 있어서, 1 x 10-5~1 x 10-4cm2/V·sec인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 정공 수송층과 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층 중에서 적어도 1층의 두께는, 상기 제 1 정공 수송층의 두께의 1/10 이하인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 정공 수송층과 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층 중에서 적어도 1 층의 주성분이, 아미노카르바졸 유도체인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 아미노카르바졸 유도체는, 하기 일반식 (1a) 또는 일반식 (1b)으로 나타내지는 화합물인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 1]
    Figure pat00013
    (1a)
    Figure pat00014
    (1b)
    여기서, 상기 일반식 (1a) 및 (1b)에 있어서,
    Ar1~Ar7은, 치환 혹은 무치환의 아릴기, 또는, 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴기이고, L1~L2는, 결합기, 치환 혹은 무치환의 아릴렌기, 또는, 치환 혹은 무치환의 헤테로아릴렌기이다.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 정공 수송층과 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층 중에서 적어도 1 층의 주성분이, 모노아민 유도체인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 모노아민 유도체는, 하기 일반식 (2)로 나타내지는 화합물인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 2]
    Figure pat00015
    (2)
    여기서, 상기 일반식 (2)에 있어서,
    R1, R2 및 R3은, 각각 독립적으로, 수소 원자, 할로겐 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소 수 1~15의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소 수 6~30의 아릴기, 또는, 치환 혹은 무치환의 탄소 수 1~30의 헤테로아릴기이고,
    l, m, n은, 각각 0 = l = 4, 0 = m = 4, 0 = n = 5,를 만족하는 정수이고,
    Ar11은, 치환 또는 무치환의 탄소 수 6~30의 아릴기이고,
    R11은, 수소 원자, 불소 원자, 치환시릴기이고,
    o은, 0 = o = 3을 만족하는 정수이다.
    단, o가 2 이상인 때, R11는 상술한 것 중에서 상이할 수도 있다.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 정공 수송층과 발광층 사이에 위치하는 정공 수송층 중에서 적어도 1 층의 주성분이, 카르바졸 유도체인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 카르바졸 유도체는, 하기 일반식 (3)으로 나타내지는 화합물인 유기 일렉트로루미네센스 소자.
    [화학식 3]
    Figure pat00016
    (3)
    여기서, 상기 일반식 (3)에 있어서,
    Ar1은, 탄소 수 6~30의 아릴기, 탄소 수 1~30의 헤테로아릴기 또는, 탄소 수 1~15의 알킬기이고,
    R1~R17은, 탄소 수 6~30의 아릴기, 탄소 수 1~30의 헤테로 아릴기, 탄소 수 1~15의 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자, 수소 원자, 또는, 중수소 원자이고,
    Ar2은, 탄소 수 6~30의 질소, 산소, 유황, 인, 규소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 헤테로 원자를 포함할 수 있는 축합고리 또는, 탄소와 질소로 이루어지는 축합고리이고,
    Ar1 및 Ar2은, 서로 다른 치환기이고,
    a 및 b은, 0~3이고,
    L1 및 L2는, 단결합 또는 2가의 연결기를 나타내고,
    인접한 복수의 R1~R10는 결합하고, 포화 또는 불포화의 고리를 형성할 수 있다(단, R1와 R6, 또는, R2와 R10가 결합하고, 방향고리를 형성하지 않는다).
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층은, 청색 형광 발광 재료를 포함하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층은, 적색 인광 발광 재료를 포함하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광층은, 녹색 인광 발광 재료를 포함하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
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