KR20170000741A - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

발광 효율이 향상된 유기 전계 발광 소자를 제공한다. 유기 전계 발광 소자는 양극, 발광층, 상기 양극과 상기 발광층 사이에 마련되고, 전자 수용성 재료를 주로 포함하는 양극측 정공 수송층; 상기 양극측 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송 재료층; 및 상기 중간 정공 수송 재료층과 상기 발광층 사이에, 상기 발광층과 인접하여 마련되고, 하기 화학식 1로 표시되는 발광층측 정공 수송 재료를 포함하는 발광층측 정공 수송층을 구비한다.
[화학식 1]
Figure pat00037

Description

유기 전계 발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE}
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
최근, 자발광형의 발광 소자인 유기 일렉트로루미네센스 소자(Organic Electroluminescence Device: 유기 전계 발광 소자)를 사용한 표시 장치 및 조명 장치의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 또한, 표시 장치 및 조명 장치에 사용하기 위해, 보다 고성능의 유기 전계 발광 소자가 요구되고 있다.
유기 전계 발광 소자는 예를 들어, 양극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 음극을 순서대로 적층한 구조를 갖는다. 이와 같은 유기 EL 소자에서는 양극 및 음극으로부터 주입된 정공 및 전자가 발광층 내에서 재결합함으로써, 여기자를 생성하고, 생성된 여기자가 기저 상태로 천이함으로써, 발광이 행해진다.
예를 들어, 특허문헌 1~4에는, 유기 전계 발광 소자의 정공 수송층에 관한 기술이 개시되어 있다. 구체적으로는, 특허문헌 1에는, 유기 전계 발광 소자의 발광 특성을 향상시키는 정공 수송 재료가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 정공 수송층 등에 전자 수용성 재료를 첨가함으로써, 유기 전계 발광 소자의 발광 특성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3 및 4에는, 정공 수송층을 복수 층의 적층 구조로 형성함으로써, 유기 전계 발광 소자의 발광 특성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
JP 2002-241352 A WO 2007-105906 A KR 10-2013-0007159 A JP 2011-187959 A
그러나, 특허문헌 1~4에 개시된 기술에서는, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율에 대해서, 만족한 값을 얻을 수 없었고, 한층 더 개선이 필요하였다.
여기서, 본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적으로 하는 것은 발광 효율이 향상된 신규하고, 또한 개량된 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 소정의 관점에 의하면, 양극; 발광층; 상기 양극과 상기 발광층 사이에 마련되고, 전자 수용성 재료를 주로 포함하는 양극측 정공 수송층; 상기 양극측 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송 재료층; 및 상기 중간 정공 수송 재료층과 상기 발광층 사이에, 상기 발광층과 인접하여 마련되고, 하기 화학식 1로 표시되는 발광층측 정공 수송 재료를 포함하는 발광층측 정공 수송층을 구비하는 유기 전계 발광 소자가 제공된다.
[화학식 1]
Figure pat00001
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 중간 정공 수송 재료는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에 있어서, Ar1~Ar3은 서로 독립하여, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고, L1은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 더 향상시킬 수 있다.
상기 전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위를 가질 수 있다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 더 향상시킬 수 있다.
상기 양극측 정공 수송층은 상기 양극에 인접하여 마련될 수 있다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 더 향상시킬 수 있다.
상기 발광층은 1중항 여기 상태를 거쳐 발광하는 발광 재료를 포함할 수 있다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 더 향상시킬 수 있다.
상기 발광층은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00003
상기 화학식 3에 있어서,
Ar5는 서로 독립하여 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 실릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록실기이고,
n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 더 향상시킬 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 소정의 관점에 의하면, 양극; 발광층; 상기 양극과 상기 발광층 사이에 마련되고, 양극측 정공 수송 재료를 포함하고, 전자 수용성 재료가 도프된 양극측 정공 수송층; 상기 양극측 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송 재료층; 및 상기 중간 정공 수송 재료층과 상기 발광층 사이에, 상기 발광층과 인접하여 마련되고, 하기 화학식 1로 표시되는 발광층측 정공 수송 재료를 포함하는 발광층측 정공 수송층; 을 구비하는 유기 전계 발광 소자공 수송 재료를 포함하는 발광층측 정공 수송층을 구비하는 유기 전계 발광 소자가 제공된다.
[화학식 1]
Figure pat00004
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
상기 중간 정공 수송 재료는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00005
상기 화학식 2에 있어서, Ar1~Ar3은 서로 독립하여, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고, Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고, L1은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 수명을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위를 가질 수 있다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 수명을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 양극측 정공 수송층은 상기 양극에 인접하여 마련될 수 있다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 수명을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 양극측 정공 수송 재료는 상기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 수명을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 발광층은 1중항 여기 상태를 거쳐 발광하는 발광 재료를 포함할 수 있다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 수명을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 발광층은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 3]
Figure pat00006
상기 화학식 3에 있어서,
Ar5는 서로 독립하여 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 실릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록실기이고,
n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
이 관점에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 수명을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 유기 전계 발광 소자의 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 전계 발광 소자의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
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.
<1-1. 전자 수용성 재료를 주로 포함하는 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 구성>
(1-1-1. 전체 구성)
먼저, 도 1에 기초하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 전체 구성에 대해서 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)는 기판(110), 기판(110) 상에 배치된 제1 전극(120), 제1 전극(120) 상에 배치된 정공 수송층(130), 정공 수송층(130) 상에 배치된 발광층(140), 발광층(140) 상에 배치된 전자 수송층(150), 전자 수송층(150) 상에 배치된 전자 주입층(160), 및 전자 주입층(160) 상에 배치된 제2 전극(170)을 구비한다. 여기서, 정공 수송층(130)은 예를 들어, 복수 층(131, 133, 135)으로 이루어지는 다층 구조를 갖는다.
(1-1-2. 기판의 구성)
기판(110)은 일반적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 글래스(glass)기판, 반도체 기판, 또는, 투명한 플라스틱(plastic)기판 등을 사용할 수 있다.
(1-1-3. 제1 전극의 구성)
제1 전극(120)은 예를 들어, 양극이고, 증착법 또는 스퍼터링(sputtering)법 등을 사용하여 기판(110) 상에 형성된다. 구체적으로는, 제1 전극(120)은 금속, 합금 또는 도전성 화합물 등 중에 일 함수가 큰 것에 의해 형성된다. 예를 들어, 제1 전극(120)은 투명성 및 도전성이 우수한 산화인듐주석(In2O3-SnO2:ITO), 산화인듐아연(In2O3-ZnO), 산화 주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등에 의해 투과형 전극으로서 형성될 수도 있다. 또한, 제1 전극(120)은 상기 투명 도전막에 대하여, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 등을 적층한 반사형 전극으로서 형성될 수도 있다.
(1-1-4. 정공 수송층의 구성)
정공 수송층(130)은 정공 수송 재료를 포함하고, 정공을 수송하는 기능을 갖는 층이다. 정공 수송층(130)은 예를 들어, 제1 전극(120) 상에 약 10 nm ~ 약 150 nm의 막 두께(다층 구조에 있어서 총 막 두께)로 형성된다.
여기서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 정공 수송층(130)은 제1 전극(120) 측으로부터 양극측 정공 수송층(131), 중간 정공 수송 재료층(133), 및 발광층측 정공 수송층(135)의 순서대로 적층된 복수 층으로 형성된다. 또한, 이들의 층의 정공 수송층(130)에 있어서 막 두께의 비율은 특히 제한되지 않는다.
(1-1-4-1. 양극측 정공 수송층의 구성)
양극측 정공 수송층(131)은 전자 수용성 재료를 주로서 포함하는 층이다. 예를 들어, 양극측 정공 수송층(131)은 제1 전극(120) 상에 형성된다.
또한, 양극측 정공 수송층(131)은 전자 수용성 재료를 주로 포함하는 층이지만, 전자 수용성 재료 이외의 재료를 포함하여도 좋다는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 「양극측 정공 수송층(131)은 전자 수용성 재료를 주로 포함한다」라 함은 양극측 정공 수송층(131)이 전자 수용성 재료를 양극측 정공 수송층(131)의 총 질량에 대하여 50 질량% 이상 포함하는 것을 나타낸다.
양극측 정공 수송층(131)은 전자 수용성 재료가 주로 이루어지기 때문에, 제1 전극(120)으로부터 정공 주입 특성을 향상시킬 수 있다. 그러므로, 양극측 정공 수송층(131)은 제1 전극(120)의 근방에 마련되는 것이 바람직하고, 특히, 제1 전극(120)에 인접하여 마련되는 것이 보다 바람직하다.
양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 전자 수용성 재료는 전자 수용성을 갖는 공지의 재료이면, 모두 사용하는 것이 가능하다. 단, 양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 것이 바람직하고, -6.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 것이 보다 바람직하다.
여기서, -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 전자 수용성 재료의 구체 예로서는, 하기 화학식 4-1~4-14로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00007
상술한 화학식 4-1~4-14에 있어서, R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐(halogen) 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기(alkyl fluoride)기, 시아노(cyano)기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시(alkoxy)기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬(alkyl)기, 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴(aryl)기, 또는 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴(heteroaryl)기이고, Ar은 전자 흡인성의 치환기를 갖는, 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴(aryl)기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴(heteroaryl)기이고, Y는 메틴(methine)기(-CH=), 또는 질소 원자(-N=)이고, Z는 유사 할로겐(halogen) 원자, 또는 유황(S) 원자이고, n은 10 이하 범위 내의 정수이고, X는 이하의 화학식 X1~X7로 나타내는 치환기 중의 어느 하나이다.
[화학식 5]
Figure pat00008
화학식 X1~X7에 있어서, Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐(halogen) 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기(alkyl fluoride)기, 시아노(cyano기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시(alkoxy)기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬(alkyl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴(aryl)기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴(heteroaryl)기이다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴(aryl)기의 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 1-나프틸(1-naphthyl)기, 2-나프틸(2-naphthyl)기, 1-안트릴(1-anthryl)기, 2-안트릴(2-anthryl)기, 9-안트릴(9-anthryl)기, 1-페난트릴(1-phenantyryl)기, 2-페난트릴(2-phenantyryl)기, 3-페난트릴(3-phenantyryl)기, 4-페난트릴(4-phenantyryl)기, 9-페난트릴(9-phenantyryl)기, 1-나프타세닐(1-naphthacenyl)기, 2-나프타세닐(2-naphthacenyl)기, 9-나프타세닐(9-naphthacenyl)기, 1-피레닐(1-pyrenyl)기, 2-피레닐(2-pyrenyl)기, 4-피레닐(4-pyrenyl)기, 2-비페닐일(2-biphenylyl)기, 3-비페닐일(3-biphenylyl)기, 4-비페닐일(4-biphenylyl)기, p-터페닐-4-일(p-terphenyl-4-yl)기, p-터페닐-3-일(p-terphenyl-3-yl)기, p-터페닐-2-일(p-terphenyl-2-yl)기, m-터페닐-4-일(m-terphenyl-4-yl)기, m-터페닐-3-일(m-terphenyl-3-yl)기, m-터페닐-2-일(m-terphenyl-2-yl)기, o-톨릴(o-tolyl)기, m-톨릴(m-tolyl)기, p-톨릴(p-tolyl)기, p-t-부틸페닐(p-t-butylphenyl)기, p-(2-페닐프로필)페닐(p-(2-phenylpropyl)phenyl)기, 3-메틸-2-나프틸(3-methyl-2-naphthyl)기, 4-메틸-1-나프틸(4-methyl-1-naphthyl)기, 4-메틸-1-안트릴(4-methyl-1-anthryl)기, 4'-메틸비페닐일(4'-methylbiphenylyl)기, 4"-t-부틸-p-터페닐-4-일(4"-t-butyl-p-terphenyl-4-yl)기, 플루오란테닐(fluoranrhenyl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴(heteroaryl)기의 구체 예로서는, 1-피롤릴(1-pyrrolyl)기, 2-피롤릴(2-pyrrolyl)기, 3-피롤릴(3-pyrrolyl)기, 피리디닐(pyrazinyl)기, 2-피리디닐(2-pyridinyl)기, 3-피리디닐(3-pyridinyl)기, 4-피리디닐(4-pyridinyl)기, 1-인돌릴(1-indolyl)기, 2-인돌릴(2-indolyl)기, 3-인돌릴(3-indolyl)기, 4-인돌릴(4-indolyl)기, 5-인돌릴(5-indolyl)기, 6-인돌릴(6-indolyl)기, 7-인돌릴(7-indolyl)기, 1-이소인돌릴(1-isoindolyl)기, 2-이소인돌릴(2-isoindolyl)기, 3-이소인돌릴(3-isoindolyl)기, 4-이소인돌릴(4-isoindolyl)기, 5-이소인돌릴(5-isoindolyl)기, 6-이소인돌릴(6-isoindolyl)기, 7-이소인돌릴(7-isoindolyl)기, 2-프릴(2-furyl)기, 3-프릴(3-furyl)기, 2-벤조퓨라닐(2-benzofuranyl)기, 3-벤조퓨라닐(3-benzofuranyl)기, 4-벤조퓨라닐(4-benzofuranyl)기, 5-벤조퓨라닐(5-benzofuranyl)기, 6-벤조퓨라닐(6-benzofuranyl)기, 7-벤조퓨라닐(7-benzofuranyl)기, 1-이소벤조퓨라닐(1-isobenzofuranyl)기, 3-이소벤조퓨라닐(3-isobenzofuranyl)기, 4-이소벤조퓨라닐(4-isobenzofuranyl)기, 5-이소벤조퓨라닐(5-isobenzofuranyl)기, 6-이소벤조퓨라닐(6-isobenzofuranyl)기, 7-이소벤조퓨라닐(7-isobenzofuranyl)기, 퀴놀릴(quinolyl)기, 3-퀴놀릴(3-quinolyl)기, 4-퀴놀릴(4-quinolyl)기, 5-퀴놀릴(5-quinolyl)기, 6-퀴놀릴(6-quinolyl)기, 7-퀴놀릴(7-quinolyl)기, 8-퀴놀릴(8-quinolyl)기, 1-이소퀴놀릴(1-isoquinolyl)기, 3-이소퀴놀릴(3-isoquinolyl)기, 4-이소퀴놀릴(4-isoquinolyl)기, 5-이소퀴놀릴(5-isoquinolyl)기, 6-이소퀴놀릴(6-isoquinolyl)기, 7-이소퀴놀릴(7-isoquinolyl)기, 8-이소퀴놀릴(8-isoquinolyl)기, 2-퀴녹살리닐(2-quinoxalinyl)기, 5-퀴녹살리닐(5-quinoxalinyl)기, 6-퀴녹살리닐(6-quinoxalinyl)기, 1-카르바졸릴(1-carbazolyl)기, 2-카르바졸릴(2-carbazolyl)기, 3-카르바졸릴(3-carbazolyl)기, 4-카르바졸릴(4-carbazolyl)기, 9-카르바졸릴(9-carbazolyl)기, 1-페난트리디닐(1-phenanthridinyl)기, 2-페난트리디닐(2-phenanthridinyl)기, 3-페난트리디닐(3-phenanthridinyl)기, 4-페난트리디닐(4-phenanthridinyl)기, 6-페난트리디닐(6-phenanthridinyl)기, 7-페난트리디닐(7-phenanthridinyl)기, 8-페난트리디닐(8-phenanthridinyl)기, 9-페난트리디닐(9-phenanthridinyl)기, 10-페난트리디닐(10-phenanthridinyl)기, 1-아크리디닐(1-acridinyl)기, 2-아크리디닐(2-acridinyl)기, 3-아크리디닐(3-acridinyl)기, 4-아크리디닐(4-acridinyl)기, 9-아크리디닐(9-acridinyl)기, 1, 7-페난트롤린-2-일(1, 7-phenanthroline-2-yl)기, 1, 7-페난트롤린-3-일(1, 7-phenanthroline-3-yl)기, 1, 7-페난트롤린-4-일(1, 7-phenanthroline-4-yl)기, 1, 7-페난트롤린-5-일(1, 7-phenanthroline-5-yl)기, 1, 7-페난트롤린-6-일(1, 7-phenanthroline-6-yl)기, 1, 7-페난트롤린-8-일(1, 7-phenanthroline-8-yl)기, 1, 7-페난트롤린-9-일(1, 7-phenanthroline-9-yl)기, 1, 7-페난트롤린-10-일(1, 7-phenanthroline-10-yl)기, 1, 8-페난트롤린-2-일(1, 8-phenanthroline-2-yl)기, 1, 8-페난트롤린-3-일(1, 8-phenanthroline-3-yl)기, 1, 8-페난트롤린-4-일(1, 8-phenanthroline-4-yl)기, 1, 8-페난트롤린-5-일(1, 8-phenanthroline-5-yl)기, 1, 8-페난트롤린-6-일(1, 8-phenanthroline-6-yl)기, 1, 8-페난트롤린-7-일(1, 8-phenanthroline-7-yl)기, 1, 8-페난트롤린-9-일(1, 8-phenanthroline-9-yl)기, 1, 8-페난트롤린-10-일(1, 8-phenanthroline-10-yl)기, 1, 9-페난트롤린-2-일(1, 9-phenanthroline-2-yl)기, 1, 9-페난트롤린-3-일(1, 9-phenanthroline-3-yl)기, 1, 9-페난트롤린-4-일(1, 9-phenanthroline-4-yl)기, 1, 9-페난트롤린-5-일(1, 9-phenanthroline-5-yl)기, 1, 9-페난트롤린-6-일(1, 9-phenanthroline-6-yl)기, 1, 9-페난트롤린-7-일(1, 9-phenanthroline-7-yl)기, 1, 9-페난트롤린-8-일(1, 9-phenanthroline-8-yl)기, 1, 9-페난트롤린-10-일(1, 9-phenanthroline-10-yl)기, 1, 10-페난트롤린-2-일(1, 10-phenanthroline-2-yl)기, 1, 10-페난트롤린-3-일(1, 10-phenanthroline-3-yl)기, 1, 10-페난트롤린-4-일(1, 10-phenanthroline-4-yl)기, 1, 10-페난트롤린-5-일(1, 10-phenanthroline-5-yl)기, 2, 9-페난트롤린-1-일(2, 9-phenanthroline-1-yl)기, 2, 9-페난트롤린-3-일(2, 9-phenanthroline-3-yl)기, 2, 9-페난트롤린-4-일(2, 9-phenanthroline-4-yl)기, 2, 9-페난트롤린-5-일(2, 9-phenanthroline-5-yl)기, 2, 9-페난트롤린-6-일(2, 9-phenanthroline-6-yl)기, 2, 9-페난트롤린-7-일(2, 9-phenanthroline-7-yl)기, 2, 9-페난트롤린-8-일(2, 9-phenanthroline-8-yl)기, 2, 9-페난트롤린-10-일(2, 9-phenanthroline-10-yl)기, 2, 8-페난트롤린-1-일(2, 8-phenanthroline-1-yl)기, 2, 8-페난트롤린-3-일(2, 8-phenanthroline-3-yl)기, 2, 8-페난트롤린-4-일(2, 8-phenanthroline-4-yl)기, 2, 8-페난트롤린-5-일(2, 8-phenanthroline-5-yl)기, 2, 8-페난트롤린-6-일(2, 8-phenanthroline-6-yl)기, 2, 8-페난트롤린-7-일(2, 8-phenanthroline-7-yl)기, 2, 8-페난트롤린-9-일(2, 8-phenanthroline-9-yl)기, 2, 8-페난트롤린-10-일(2, 8-phenanthroline-10-yl)기, 2, 7-페난트롤린-1-일(2, 7-phenanthroline-1-yl)기, 2, 7-페난트롤린-3-일(2, 7-phenanthroline-3-yl)기, 2, 7-페난트롤린-4-일(2, 7-phenanthroline-4-yl)기, 2, 7-페난트롤린-5-일(2, 7-phenanthroline-5-yl)기, 2, 7-페난트롤린-6-일(2, 7-phenanthroline-6-yl)기, 2, 7-페난트롤린-8-일(2, 7-phenanthroline-8-yl)기, 2, 7-페난트롤린-9-일(2, 7-phenanthroline-9-yl)기, 2, 7-페난트롤린-10-일(2, 7-phenanthroline-10-yl)기, 1-페나지닐(1-phenazinyl)기, 2-페나지닐(2-phenazinyl)기, 1-페노티아지닐(1-phenothiazzinyl)기, 2-페노티아지닐(2-phenothiazzinyl)기, 3-페노티아지닐(3-phenothiazzinyl)기, 4-페노티아지닐(4-phenothiazzinyl)기, 10-페노티아지닐(10-phenothiazzinyl)기, 1-페녹사지닐(1-phenoxazinyl)기, 2-페녹사지닐(2-phenoxazinyl)기, 3-페녹사지닐(3-phenoxazinyl)기, 4-페녹사지닐(4-phenoxazinyl)기, 10-페녹사지닐(10-phenoxazinyl)기, 2-옥사졸릴(2-oxazolyl)기, 4-옥사졸릴(4-oxazolyl)기, 5-옥사졸릴(5-oxazolyl)기, 2-옥사디아조릴(2-oxadiazolyl)기, 5-옥사디아조릴(5-oxadiazolyl)기, 3-퓨라자닐(3-furazanyl)기, 2-티에닐(2-thienyl)기, 3-티에닐(3-thienyl)기, 2-메틸피롤-1-일(2-methylpyrrol-1-yl)기, 2-메틸피롤-3-일(2-methylpyrrol-3-yl)기, 2-메틸피롤-4-일(2-methylpyrrol-4-yl)기, 2-메틸피롤-5-일(2-methylpyrrol-5-yl)기, 3-메틸피롤-1-일(3-methylpyrrol-1-yl)기, 3-메틸피롤-2-일(3-methylpyrrol-2-yl)기, 3-메틸피롤-4-일(3-methylpyrrol-4-yl)기, 3-메틸피롤-5-일(3-methylpyrrol-5-yl)기, 2-t-부틸피롤-4-일(2-t-butylpyrrol-4-yl)기, 3-(2-페닐프로필)피롤-1-일(3-(2-phenylpropyl)pyrrol-1-yl)기, 2-메틸-1-인돌릴(2-methyl-1-indolyl)기, 4-메틸-1-인돌릴(4-methyl-1-indolyl)기, 2-메틸-3-인돌릴(2-methyl-3-indolyl)기, 4-메틸-3-인돌릴(4-methyl-3-indolyl)기, 2-t-부틸-1-인돌릴(2-t-butyl-1-indolyl)기, 4-t-부틸-1-인돌릴(4-t-butyl-1-indolyl)기, 2-t-부틸-3-인돌릴(2-t-butyl-3-indolyl)기, 4-t-부틸-3-인돌릴(4-t-butyl-3-indolyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기(alkyl fluoride)기의 구체 예로서는, 트리플루오로메틸(trifluoromethyl)기, 펜타플루오로에틸(pentafluoroethyl)기, 헵타플루오로프로필(heptafluoropropyl)기, 또는 헵타데카플루오로옥탄(heptadecafluorooctane)기 등의 퍼플루오로알킬(perfluoroalkyl)기, 모노플루오로메틸(monofluoromethyl)기, 디플루오로메틸(difluoromethyl)기, 트리플루오로에틸(trifluoroethyl)기, 테트라플루오로프로필(tetrafluoropropyl)기, 옥타플루오로펜틸(octafluoropentyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬(alkyl)기의 구체 예로서는, 메틸(methyl)기, 에틸(ethyl)기, 프로필(propyl)기, 이소프로필(isopropyl)기, n-부틸(n-butyl)기, s-부틸(s-butyl)기, 이소부틸(isobutyl)기, t-부틸(t-butyl)기, n-펜틸(n-pentyl)기, n-헥실(n-hexyl)기, n-헵틸(n-heptyl)기, n-옥틸(n-octyl)기, 하이드록실메틸(hydroxymethyl)기, 1-하이드록실에틸(1-hydroxyethyl)기, 2-하이드록실에틸(2-hydroxyethyl)기, 2-하이드록실이소부틸(2-hydroxyisobutyl)기, 1, 2-디하이드록실에틸(1, 2-dihydroxyethyl)기, 1, 3-디하이드록실이소프로필(1, 3-dihydroxyisopropyl)기, 2, 3-디하이드록실-t-부틸(2, 3-dihydroxy-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리하이드록실프로필(1, 2, 3-trihydroxypropyl)기, 클로로메틸(chlorometyl)기, 1-클로로에틸(1-chloroetyl)기, 2-클로로에틸(2-chloroetyl)기, 2-클로로이소부틸(2-chloroisobutyl)기, 1, 2-디클로로에틸(1, 2-dichloroetyl)기, 1, 3-디클로이소프로필(1, 3-dichloroisopropyl)기, 2, 3-디클로-t-부틸(2, 3-dichloro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리클로로프로필(1, 2, 3-trichloropropyl)기, 브로모메틸(bromomethyl)기, 1-브로모에틸(1-bromoethyl)기, 2-브로모에틸(2-bromoethyl)기, 2-브로모이소부틸(2-bromoisobutyl)기, 1, 2-디브로모에틸(1, 2-dibromoethyl)기, 1, 3-디브로모이소프로필(1, 3-dibromoisopropyl)기, 2, 3-디브로모-t-부틸(2, 3-dibromo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리브로모프로필(1, 2, 3-tribromopropyl)기, 요오드메틸(iodomethyl)기, 1-요오드에틸(1-iodoethyl)기, 2-요오드에틸(2-iodoethyl)기, 2-요오드이소부틸(2-iodoisobutyl)기, 1, 2-디요오드에틸(1, 2-diiodoethyl)기, 1, 3-디요오드이소프로필(1, 3-diiodoisopropyl)기, 2, 3-디요오드-t-부틸(2, 3-diiodo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리요오드프로필(1, 2, 3-triiodopropyl)기, 아미노메틸(aminomethyl)기, 1-아미노에틸(1-aminoethyl)기, 2-아미노에틸(2-aminoethyl)기, 2-아미노이소부틸(2-aminoisobutyl)기, 1, 2-디아미노에틸(1, 2-diaminoethyl)기, 1, 3-디아미노이소프로필(1, 3-diaminoisopropyl)기, 2, 3-디아미노-t-부틸(2, 3-diamino-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리아미노프로필(1, 2, 3-triaminopropyl)기, 시아노메틸(cyanomethyl)기, 1-시아노에틸(1-cyanoethyl)기, 2-시아노에틸(2-cyanoethyl)기, 2-시아노이소부틸(2-cyanoisobutyl)기, 1, 2-디시아노에틸(1, 2-dicyanoethyl)기, 1, 3-디시아노이소프로필(1, 3-dicyanoisopropyl)기, 2, 3-디시아노-t-부틸(2, 3-dicyano-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리시아노프로필(1, 2, 3-tricyanopropyl)기, 니트로메틸(nitromethyl)기, 1-니트로에틸(1-nitroethyl)기, 2-니트로에틸(2-nitroethyl)기, 2-니트로이소부틸(2-nitroisobutyl)기, 1, 2-디니트로에틸(1, 2-dinitroethyl)기, 1, 3-디니트로이소프로필(1, 3-dinitroisopropyl)기, 2, 3-디니트로-t-부틸(2, 3-dinitro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리니트로프로필(1, 2, 3-trinitropropyl)기, 시클로프로필(cyclopropyl)기, 시클로부틸(cyclobutyl)기, 시클로펜틸(cyclopentyl)기, 시클로헥실(cyclohexyl)기, 4-메틸 시클로헥실(4-methylcyclohexyl)기, 1-아다만틸(1-adamantyl)기, 2-아다만틸(2-adamantyl)기, 1-노르보닐(1-norbornyl)기, 2-노르보닐(2-norbornyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시(alkoxy)기는 -OY로 나타내는 기이다. Y의 구체 예로서는, 메틸(methyl)기, 에틸(ethyl)기, 프로필(propyl)기, 이소프로필(isopropyl)기, n-부틸(n-butyl)기, s-부틸(s-butyl)기, 이소부틸(isobutyl)기, t-부틸(t-butyl)기, n-펜틸(n-pentyl)기, n-헥실(n-hexyl)기, n-헵틸(n-heptyl)기, n-옥틸(n-octyl)기, 하이드록실메틸(hydroxymethyl)기, 1-하이드록실에틸(1-hydroxyethyl)기, 2-하이드록실에틸(2-hydroxyethyl)기, 2-하이드록실이소부틸(2-hydroxyisobutyl)기, 1, 2-디하이드록실에틸(1, 2-dihydroxyethyl)기, 1, 3-디하이드록실이소프로필(1, 3-dihydroxyisopropyl)기, 2, 3-디하이드록실-t-부틸(2, 3-dihydroxy-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리하이드록실프로필(1, 2, 3-trihydroxypropyl)기, 클로로메틸(chlorometyl)기, 1-클로로에틸(1-chloroetyl)기, 2-클로로에틸(2-chloroetyl)기, 2-클로로이소부틸(2-chloroisobutyl)기, 1, 2-디클로로에틸(1, 2-dichloroetyl)기, 1, 3-디클로이소프로필(1, 3-dichloroisopropyl)기, 2, 3-디클로-t-부틸(2, 3-dichloro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리클로로프로필(1, 2, 3-trichloropropyl)기, 브로모메틸(bromomethyl)기, 1-브로모에틸(1-bromoethyl)기, 2-브로모에틸(2-bromoethyl)기, 2-브로모이소부틸(2-bromoisobutyl)기, 1, 2-디브로모에틸(1, 2-dibromoethyl)기, 1, 3-디브로모이소프로필(1, 3-dibromoisopropyl)기, 2, 3-디브로모-t-부틸(2, 3-dibromo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리브로모프로필(1, 2, 3-tribromopropyl)기, 요오드메틸(iodomethyl)기, 1-요오드에틸(1-iodoethyl)기, 2-요오드에틸(2-iodoethyl)기, 2-요오드이소부틸(2-iodoisobutyl)기, 1, 2-디요오드에틸(1, 2-diiodoethyl)기, 1, 3-디요오드이소프로필(1, 3-diiodoisopropyl)기, 2, 3-디요오드-t-부틸(2, 3-diiodo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리요오드프로필(1, 2, 3-triiodopropyl)기, 아미노메틸(aminomethyl)기, 1-아미노에틸(1-aminoethyl)기, 2-아미노에틸(2-aminoethyl)기, 2-아미노이소부틸(2-aminoisobutyl)기, 1, 2-디아미노에틸(1, 2-diaminoethyl)기, 1, 3-디아미노이소프로필(1, 3-diaminoisopropyl)기, 2, 3-디아미노-t-부틸(2, 3-diamino-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리아미노프로필(1, 2, 3-triaminopropyl)기, 시아노메틸(cyanomethyl)기, 1-시아노에틸(1-cyanoethyl)기, 2-시아노에틸(2-cyanoethyl)기, 2-시아노이소부틸(2-cyanoisobutyl)기, 1, 2-디시아노에틸(1, 2-dicyanoethyl)기, 1, 3-디시아노이소프로필(1, 3-dicyanoisopropyl)기, 2, 3-디시아노-t-부틸(2, 3-dicyano-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리시아노프로필(1, 2, 3-tricyanopropyl)기, 니트로메틸(nitromethyl)기, 1-니트로에틸(1-nitroethyl)기, 2-니트로에틸(2-nitroethyl)기, 2-니트로이소부틸(2-nitroisobutyl)기, 1, 2-디니트로에틸(1, 2-dinitroethyl)기, 1, 3-디니트로이소프로필(1, 3-dinitroisopropyl)기, 2, 3-디니트로-t-부틸(2, 3-dinitro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리니트로프로필(1, 2, 3-trinitropropyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 할로겐(halogen) 원자의 구체 예로서는, 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I) 등을 들 수 있다.
여기서, 전자 수용성 재료의 구체적인 화합물로서, 이하의 화합물 4-15 및 4-16을 예시할 수 있다. 화합물 4-15의 LUMO 준위는 -4.40 eV이고, 화합물 4-16의 LUMO 준위는 -5.20 eV이다. 단, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자에서 사용되는 전자 수용성 재료가 하기 화합물 4-15 및 4-16에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 6]
Figure pat00009
(1-4-2. 중간 정공 수송 재료층의 구성)
중간 정공 수송 재료층(133)은 중간 정공 수송 재료를 포함한다. 중간 정공 수송 재료층(133)은 예를 들어, 양극측 정공 수송층(131) 상에 형성된다.
중간 정공 수송 재료층(133)에 포함되는 중간 정공 수송 재료는 공지의 정공 수송 재료이면, 모두 사용하는 것이 가능하다. 중간 정공 수송 재료층(133)에 포함되는 중간 정공 수송 재료의 구체 예로서는, 1, 1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산(1, 1-bis[(di-4-tolylamino)phenyl]cyclohexane:TAPC), N-페닐카르바졸(N-phenylcarbazole) 및 폴리비닐카르바졸(polyvinylcarbazole) 등의 카르바졸(carbazole) 유도체, N, N'-비스(3-메틸페닐)-N, N'-디페닐-[1, 1-비페닐]-4, 4'-디아민(N, N'-bis(3-methylphenyl)-N, N'-diphenyl-[1, 1-biphenyl]-4, 4'-diamine:TPD), 4, 4', 4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(4, 4', 4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine:TCTA), 및 N, N'-디(1-나프틸)-N, N'-디페닐벤지딘(N, N'-di(1-naphthyl)-N, N'-diphenylbenzidine:NPB) 등을 들 수 있다.
단, 중간 정공 수송 재료는 하기의 화학식 2로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 2]
Figure pat00010
상기 화학식 2에 있어서,
Ar1~Ar3은 서로 독립하여, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴(aryl)기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴(heteroaryl)기이고,
Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐(halogen) 원자, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴(aryl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴(heteroaryl)기, 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬(alkyl)기이고,
L1은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌(arylene)기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌(heteroarylene)기이다.
Ar1~Ar3의 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 비페닐(biphenyl)기, 터페닐(terphenyl)기, 나프틸(naphthyl)기, 안트릴(anthryl)기, 펜안트레닐(phenanthrenyl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기, 인데닐(indenyl)기, 피레닐(pyrenyl)기, 플루오란테닐(fluoranthenyl)기, 트리페닐레닐(triphenylenyl)기, 피리딜(pyridyl)기, 퓨라닐(furanyl)기, 피라닐(pyranyl)기, 티에닐(thienyl)기, 퀴놀릴(quinolyl)기, 이소퀴놀릴(isoquinolyl)기, 벤조퓨라닐(benzofuranyl)기, 벤조티에닐(benzothienyl)기, 인돌릴(indolyl)기, 카르바졸릴(carbazolyl)기, 벤조옥사졸릴(benzoxazolyl)기, 벤조티아졸릴(benzothiazolyl)기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조이미다졸릴(benzoimidazolyl)기, 피라졸릴피라졸릴(pyrazolyl)기, 디벤조퓨라닐(dibenzofuranyl)기, 및 디벤조티에닐(dibenzothienyl)기 등을 들 수 있다. Ar1~Ar3의 바람직한 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 비페닐(biphenyl)기, 터페닐(terphenyl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기, 카르바졸릴(carbazolyl)기, 및 디벤조퓨라닐(debenzofuranyl)기 등을 들 수 있다.
Ar4의 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 비페닐(biphenyl)기, 터페닐(terphenyl)기, 나프틸(naphthyl)기, 안트릴(anthryl)기, 펜안트레닐(phenanthrenyl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기, 인데닐(indenyl)기, 피레닐(pyrenyl)기, 플루오란테닐(fluoranthenyl)기, 트리페닐레닐(triphenylenyl)기, 피리딜(pyridyl)기, 퓨라닐(furanyl)기, 피라닐(pyranyl)기, 티에닐(thienyl)기, 퀴놀릴(quinolyl)기, 이소퀴놀릴(isoquinolyl)기, 벤조퓨라닐(benzofuranyl)기, 벤조티에닐(benzothienyl)기, 인돌릴(indolyl)기, 카르바졸릴(carbazolyl)기, 벤조옥사졸릴(benzoxazolyl)기, 벤조티아졸릴(benzothiazolyl)기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조이미다졸릴(benzoimidazolyl)기, 피라졸릴피라졸릴(pyrazolyl)기, 디벤조퓨라닐(dibenzofuranyl)기, 디벤조티에닐(dibenzothienyl)기, 메틸(methyl)기, 에틸(ethyl)기, 프로필(propyl)기, 이소프로필(isopropyl)기, n-부틸(n-butyl)기 등을 들 수 있다. Ar4의 바람직한 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 비페닐(biphenyl)기, 터페닐(terphenyl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기, 카르바졸릴(carbazolyl)기, 및 디벤조퓨라닐(debenzofuranyl)기 등을 들 수 있다.
L1의 단결합 이외의 구체 예로서는, 페닐렌(phenylene)기, 비페닐렌(biphenylene)기, 터페닐렌(terphenylene)기, 나프틸렌(naphthylene)기, 안트릴렌(anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrenylene)기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 인데닐렌(indenylene)기, 피레닐렌(pyrenylene)기, 플루오란테닐렌(fluoranthenylene)기, 트리페닐레닐렌(triphenylenylene)기, 피리딜렌(pyridylene)기, 퓨라닐렌(furanylene)기, 피라닐렌(pyranylene)기, 티에닐렌(thienylene)기, 퀴놀릴렌(quinolylene)기, 이소퀴놀릴렌(isoquinolylene)기, 벤조퓨라닐렌(benzofuranylene)기, 벤조티에닐렌(benzothienylene)기, 인돌릴렌(indolylene)기, 카르바졸릴(carbazolylene)기, 벤조옥사졸릴렌(benzoxazolylene)기, 벤조티아졸일렌(benzothiazolylene)기, 퀴녹살릴렌(quinoxalylene)기, 벤조이미다조린(benzoimidazolylene)기, 피라졸릴렌(pyrazolylene)기, 디벤조퓨라닐렌(dibenzofuranylene)기, 및 디벤조티에닐렌(dibenzothienylene)기 등을 들 수 있다. L1의 바람직한 구체 예로서는, 단결합, 페닐렌(phenylene)기, 비페닐렌(biphenylene)기, 터페닐렌(terphenylene)기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 카르바졸릴carbazolylene)기, 및 디벤조퓨라닐렌(dibenzofuranylene)기를 들 수 있다.
화학식 2로 표시되는 화합물의 구체 예로서는, 하기 화합물 2-1~2-16을 예시할 수 있다. 단, 화학식 2로 표시되는 화합물이 하기 화합물 2-1~2-16에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 7]
Figure pat00011
중간 정공 수송 재료층(133)은 중간 정공 수송 재료로서, 상기의 화학식 2로 나타내는 화합물을 포함함으로써, 정공 수송 특성을 향상시킬 수 있다. 이것에 의해, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
(1-4-3. 발광층측 정공 수송층의 구성)
발광층측 정공 수송층(135)은 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 발광층측 정공 수송층(135)은 예를 들어, 중간 정공 수송 재료층(133) 상에 발광층(140)과 인접하도록 형성된다.
[화학식 1]
Figure pat00012
발광층측 정공 수송층(135)은 발광층측 정공 수송 재료로서, 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(140)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층(130)을 보호할 수 있다. 또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(140)에서 발생한 여기 상태의 에너지(energy)가 정공 수송층(130)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 구성에 의하면, 발광층측 정공 수송층(135)은 정공 수송층(130)의 통전 내구성을 향상시킬 수 있다.
발광층측 정공 수송층(135)은 보다 효과적으로 발광층(140)으로부터 전자나 에너지의 확산을 방지하기 위해서는, 발광층(140)의 근방에 형성되는 것이 바람직하고, 발광층(140)에 인접하여 형성되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 유기 전계 발광 소자(100) 전체의 전하 밸런스(balance)를 조절하고, 양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 전자 수용성 재료가 발광층(140)으로 확산하는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 발광층측 정공 수송층(135)은 정공 수송층(130) 전체의 전하 수송성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 발광층측 정공 수송층(135)은 상기의 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함함으로써, 정공 수송층(130)의 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상시킬 수 있다. 이것에 의해, 발광층측 정공 수송층(135)은 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
(1-1-5. 발광층의 구성)
발광층(140)은 형광이나 인광 등에 의해 광을 발하는 층으로서, 예를 들어, 호스트(host) 재료, 및 발광 재료인 도펀트(dopant) 재료 등을 포함한다. 발광층(140)은 예를 들어, 정공 수송층(130) 상에 약 10 nm~ 약 60 nm의 막 두께로 형성된다.
발광층(140)에 포함되는 호스트 재료 및 도펀트 재료로서는, 공지의 호스트 재료 및 도펀트 재료를 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 발광층(140)은 플루오란텐(fluoranthene) 유도체, 스티렌(styrene) 유도체, 피렌(pyrene) 유도체, 아릴아세틸렌(arylacetylene) 유도체, 플루오렌(fluorene) 유도체, 페릴렌(perylene) 유도체, 크리센(chrysene) 유도체, 또는 안트라센(anthracene) 유도체 등을 호스트 재료 또는 도펀트 재료로서 포함할 수 있다.
단, 발광층(140)은 1중항 여기 상태를 거쳐서 발광하는 발광 재료를 포함하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 하기의 화학식 3으로 나타내는 화합물을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
[화학식 3]
Figure pat00013
상기 화학식 3에 있어서, Ar5는 서로 독립하여, 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬(alkyl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬(cycloalkyl)기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시(alkoxy)기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬(aralkyl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시(aryloxy)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오(arylthio)기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐(alkoxycarbonyl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 5 0 이하의 아릴(aryl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴(heteroaryl)기, 치환 혹은 무치환의 실릴(silyl)기, 카르복실(carboxyl)기, 할로겐(halogen) 원자, 시아노(cyano)기, 니트로(nitro)기, 또는 하이드록실(hydroxy)기이고, n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
또한, 화학식 3으로 표시되는 화합물의 구체 예로서는, 이하의 화합물 3-1~3-12를 예시할 수 있다. 단, 화학식 3으로 표시되는 화합물이 이하의 화합물 3-1~3-12에 한정되는 것은 아니다. 발광층은 하기 화학식 8로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
[화학식 8]
Figure pat00014
발광층(140)이 화학식 3으로 나타내는 화합물을 포함하는 경우, 정공 수송층(130)은 보다 현저하게 정공 주입 특성을 향상시킬 수 있다. 그러므로, 발광층(140)이 화학식 3으로 나타내는 화합물을 포함하는 경우, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 특성을 또한 향상시킬 수 있다.
또한, 발광층(140)은 화학식 3으로 표시되는 화합물을 호스트 재료로서 포함할 수 있고, 도펀트 재료로서 포함할 수 있다.
또한, 발광층(140)은 상술한 이외 에도, 예를 들어, 트리스(8-퀴노리놀라토) 알루미늄(tris(8-quinolinolato)aluminum:Alq3), 4, 4'-비스(카르바졸-9-일) 비페닐(4, 4'-bis(carbazol-9-ylbiphenyl:CBP), 4, 4'-비스(9-카르바졸)-2, 2'-디메틸-비페닐(4, 4'-bis(9-carbazole)-2, 2'-dimethyl-biphenyl:dmCBP), 폴리(n-비닐 카르바졸)(poly(n-vinylcarbazole):PVK), 4, 4', 4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(4, 4', 4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine:TCTA), 1, 3, 5-트리스(N-페닐벤지이미다졸-2-일)벤젠(1, 3, 5-tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene:TPBI), 3-t-부틸-9, 10-디(나프토-2-일) 안트라센(3-t-butyl-9, 10-di(naphth-2-yl)anthracene:TBADN), 디스티릴아릴렌(distyrylarylene:DSA), 비스(2, 2-디페닐비닐)-1, 1'-비페닐(bis(2, 2-diphenyl-vinyl)-1, 1'-biphenyl:DPVBi), 1, 4-비스[2-(3-N-에틸 카르바졸릴)비닐]벤젠(1, 4-bis[2-(3-N-ethylcarbazoryl)vinyl]benzene:BCzVB), 4-(디-p-톨릴아미노)-4'-[(디-p-톨릴아미노)스티릴]스틸벤(4-(di-p-tolylamino)-4'-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene:DPAVB), N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(디페닐 아미노)스티릴)나프타렌-2-일)비닐)페닐)-N-페닐벤젠아민(N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(diphenylamino)styryl)naphthalen-2-yl)vinyl)phenyl)-N-phenylbenzenamine:N-BDAVBi), 2, 5, 8, 11-테트라-t-부틸페릴렌(2, 5, 8, 11-tetra-t-butylperylene:TBPe), 1, 1-디피렌(1, 1-dipyrene), 1, 4-디피레닐벤젠(1, 4-dipyrenylbenzene), 1, 4-비스 (N, N-디페닐아미노)피렌(1, 4-bis (N, N-diphenylamino)pyrene) 등을 호스트 재료 또는, 도펀트 재료로서 포함할 수 있다.
또한, 발광층(140)은 특정 색의 광을 발하는 발광층으로서 형성될 수도 있다. 예를 들어, 발광층(140)은 적색 발광층, 녹색 발광층, 또는 청색 발광층으로서 형성될 수도 있다.
발광층(140)이 청색 발광층인 경우, 공지의 청색 도펀트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 청색 도펀트로서, 페릴렌(perlene) 유도체, 비스[2-(4, 6-디플루오로페닐)피리디네이트]피콜리네이트이리듐(III)(bis[2-(4, 6-difluorophenyl)pyridinate]picolinateiridium:FIrpic) 등의 이리듐(Ir) 착체 등을 사용 할 수 있다.
또한, 발광층(140)이 적색 발광층인 경우, 공지의 적색 도펀트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 적색 도펀트로서, 루부렌(rubrene) 유도체, 4-디시아노메틸렌-2-(p-디메틸아미노스티릴)-6-메틸-4H-피란(4-dicyanomethylene-2-(p-dimethylaminostyryl)-6-methyl-4H-pyran:DCM), 비스(1-페닐이소키노린)(아세틸아세트네트)이리듐(III)(bis(1-phenylisoquinoline)(acetylacetonate)iridium(III):Ir(piq)2(acac)) 등의 이리듐(Ir) 착체, 오스뮴(Os) 착체, 및 백금 착체 등을 사용 할 수 있다.
또한, 발광층(140)이 녹색 발광층인 경우, 공지의 녹색 도펀트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 쿠머린(coumarin) 유도체, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)(tris(2-phenylpyridine)iridium(III):Ir(ppy)3) 등의 이리듐(Ir) 착체 등을 사용 할 수 있다.
(1-1-6. 전자 수송층의 구성)
전자 수송층(150)은 전자 수송 재료를 포함하고, 전자를 수송하는 기능을 갖는 층이다. 전자 수송층(150)은 예를 들어, 발광층(140) 상에 약 15 nm~ 약 50 nm의 막 두께로 형성된다. 전자 수송층(150)에 포함되는 전자 수송 재료는 공지의 전자 수송 재료를 사용하는 것이 가능하다. 공지의 전자 수송 재료로서는, 트리스(8-퀴노리놀라토)알루미늄(tris(8-quinolinato)aluminium: Alq3), 및 함 질소 방향 고리를 갖는 화합물 등을 들 수 있다. 함 질소 방향 고리를 갖는 화합물의 구체 예로서는, 예를 들어, 1, 3, 5-트리[(3-피리딜)-펜-3-일] 벤젠(1, 3, 5-tri[(3-pyridyl)-phen-3-yl]benzene)과 같은 피리딘(pyridine) 고리를 포함하는 화합물, 2, 4, 6-트리스(3'-(피리딘-3-일)비페닐-3-일)-1, 3, 5-트리아진(2, 4, 6-tris(3'-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl)-1, 3, 5-triazine)과 같은 트리아진(triazine) 고리를 포함하는 화합물, 2-(4-(N-페닐벤조이미다졸릴-1-일-페닐)-9, 10-디나프틸안트라센(2-(4-(N-phenylbenzoimidazolyl-1-yl-phenyl)-9, 10-dinaphthylanthracene)과 같은 이미다졸(imidazole) 고리를 포함하는 화합물 등을 들 수 있다.
(1-1-7. 전자 주입층의 구성)
전자 주입층(160)은 제2 전극(170)으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 구비한 층이다. 전자 주입층(160)은 예를 들어, 전자 수송층(150) 상에 약 0.3 nm~ 약 9 nm의 막 두께로 형성된다. 또한, 전자 주입층(160)은 전자 주입층(160)을 형성하는 재료로서 공지의 재료이면, 어느 것을 사용하여 형성될 수도 있다. 전자 주입층(160)을 형성하는 재료의 구체 예로서는, (8-퀴노리놀라토)리튬((8-quinolinato)lithium:Liq), 불화리튬(LiF), 염화나트륨(NaCl), 불화세슘(CsF), 산화리튬(Li2O), 및 산화바륨(BaO) 등을 들 수 있다.
(1-1-8. 제2 전극의 구성)
제2 전극(170)은 예를 들어, 음극이고, 증착법 또는 스퍼터링법 등을 사용하여 전자 주입층(160) 상에 형성된다. 구체적으로는, 제2전극(170)은 금속, 합금, 또는 도전성 화합물 등 중에 일 함수가 작은 것에 의해 형성된다. 제2 전극(170)은 예를 들어, 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca) 등의 금속, 알루미늄-리튬(Al-Li), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등의 금속의 혼합물로 형성될 수도 있다. 다. 또한, 제2 전극(170)은 상기 금속 재료를 20nm 이하의 박막, 산화인듐주석(ITO) 및 산화인듐아연(In2O3-ZnO) 등의 투명 도전성 막에 의해 투과형 전극으로서 형성될 수도 있다.
(1-1-9. 유기 전계 발광 소자의 변형예)
또한, 도 1에 나타낸 유기 전계 발광 소자(100)의 구조는 어디까지나 일 예로서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)가 도 1의 구조에 한정되지 않는다. 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)는 적어도 하나 이상의 층이 또한 복수 층으로 형성될 수도 있고, 다른 층이 추가될 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)는 제1 전극(120)과 정공 수송층(130) 사이에 정공 주입층을 구비할 수도 있다.
정공 주입층은 제1 전극(120)으로부터 정공의 주입을 용이하게 하는 기능을 구비한 층이다. 정공 주입층은 예를 들어, 제1 전극(120) 상에 약 10 nm~ 약 150 nm의 막 두께로 형성될 수 있다. 정공 주입층은 정공 주입층을 형성하는 재료로서 공지의 재료이면, 어느 것을 사용하여 형성될 수도 있다. 정공 주입층을 형성하는 재료의 구체 예로서는, 트리페닐아민 함유 폴리에테르케톤(poly(ether ketone)-containg triphenylamine:TPAPEK), 4-이소프로필-4'-메틸디페닐요오드늄테트라키스(펜타플루오로페닐)붕산염(4-isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate:PPBI), N, N'-디페닐-N, N'-비스-[4-(페닐-m-톨릴-아미노)-페닐]-비페닐-4, 4'-디아민(N, N'-diphenyl-N, N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4, 4'-diamine:DNTPD), 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine), 4, 4', 4"-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민(4, 4', 4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine:m-MTDATA), N, N'-디(1-나프틸)-N, N'-디페닐벤지딘(N, N'-di(1-naphthyl)-N, N'-diphenylbenzidine:NPB), 4, 4', 4"-트리스(디페닐아미노)트리페닐아민(4, 4', 4"-tris(diphenylamino)triphenylamine:TDATA), 4, 4', 4"-트리스(N, N-2-나프틸페닐아미노)트리페닐아민(4, 4', 4"-tris(N, N-2-naphthylphenylamino)triphenylamine:2-TNATA), 폴리아닐린/도데실벤젠술폰산(polyaniline/dodecylbenzenesulphonic acid), 폴리(3, 4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌슬포네이트)(poly(3, 4-ethylenedioxythiophene)/poly(4-styrenesulfonate)), 및 폴리아닐린/10-캄퍼슬폰산(polyaniline/10-camphorsulfonic acid) 등을 들 수 있다.
(1-1-10. 전자 수용성 재료를 주로 포함하는 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제작 방법)
이상에서 설명한, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 각 층은 재료에 따라서, 진공 증착법, 스퍼터링 법, 각 종 도포법 등의 적절한 성막 방법으로 형성할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(120), 제2 전극(170), 및 전자 주입층(160) 등의 금속층은 전자빔 증착(electron beam evaporation)법, 열 필라멘트 증착(hot filament eVaporation) 법 및 진공 증착법 등의 증착법, 스퍼터링법, 또는 전기 도금법 및 무전해 도금법 등의 도금(plating)법에 의해 형성할 수 있다.
또한, 정공 수송층(130), 발광층(140), 및 전자 수송층(150) 등의 유기층은 예를 들어, 진공 증착법 등의 물리적 기상 성장법(PVD 법), 스크린 인쇄(screen printing) 법 및 잉크젯(ink jet) 인쇄법과 같은 인쇄법, 레이저(laser) 전사법, 및 스핀 코트(spin coat) 법 등의 도포법 등에 의해 형성할 수 있다.
이상에서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 일 예에 대해서 상세하게 설명하였다.
[실시예]
<1-2. 실시예>
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 어디까지나 일 예로서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자가 하기의 예에 한정되지 않는다.
(1-2-1. 화학식 1로 나타내는 화합물의 합성)
먼저, 화학식 1로 나타내는 화합물의 합성 방법에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 합성 방법은 어디까지나 일 예로서, 화학식 1로 나타내는 화합물의 합성 방법이 하기의 예에 한정되지 않는다.
이하의 반응식 1에 따라서, 화학식 1로 나타내는 화합물을 합성하였다.
[화학식 9]
(반응식 1)
Figure pat00015
2, 7-비스(트리플루오로메탄슬포닐옥시)트리페닐렌(2, 7-bis(trifluoromethanesulfonyloxy)triphenylene)(9.46g, 18.0mmol), 9-페닐카르바졸-3-보론산(9-phenylcarbazol-3-boronic acid)(10.9g, 37.9mmol)의 톨루엔(toluene) 현탁액(200mL)에, 2M 탄산나트륨(sodium carbonate:Na2CO3) 수용액(50mL) 및 에탄올(ethanol:EtOH)(10mL)을 첨가하고, 탈기하였다. 아르곤(argon) 분위기 하에서, 탈기한 혼합액에서 테트라키스(트리페닐포스핀)파라듐(tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0):Pd(PPh3)4)(2.09g, 1.80mmol)을 첨가하고, 8 시간 교반하면서 환류 가열을 행하였다. 반응 후 얻어진 침전물을 물, 톨루엔으로 순차 세정한 후, 열 피리딘(pyridine) 용매에 용해하여 활성탄 처리하였다. 얻어진 피리딘 용액으로부터 결정화를 행하고, 목적물인 2, 7-비스(카르바졸-3-일)트리페닐렌(2, 7-bis(carbazol-3-yl)triphenylene)(6.90g, 53%)을 담황색 분말로서 얻었다. 또한, 생성물은 FAB-MS에서 분자의 이온 피크(ion peak)(질량수 710)를 확인함으로써 인식하였다.
(2-2. 유기 전계 발광 소자의 제작)
이어서, 이하의 제작 방법에 의해, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
먼저, 우선 패터닝(patterning)하여 세정 처리를 실시한 ITO-유리 기판에 자외선 오존(ozone:O3)에 의한 표면 처리를 행하였다. 또한, 글래스 기판에 있어서 ITO 막(제1 전극)의 막 두께는 150 nm으로 하였다. 오존 처리 후, 표면 처리 완료의 기판을 유기층 성막용 증착기 장치에 투입하고, 10-4~10-5Pa의 진공도로, 순서대로, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송 재료층, 발광층측 정공 수송층, 발광층, 및 전자 수송층을 증착하였다. 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송 재료층, 및 발광층측 정공 수송층의 막 두께는 각각 10 nm로 하였다. 또한, 발광층 및 전자 수송층의 막 두께는 각각 25 nm로 하였다. 이어서, 기판을 금속 성막용 증착 장치에 옮기고, 10-4~10-5Pa의 진공도에서 전자 주입층, 및 제2 전극을 증착하였다. 전자 주입층의 막 두께는 1 nm 로 하고, 제2 전극의 막 두께는 100 nm로 하였다.
여기서, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송 재료층, 및 발광층측 정공 수송층이 다층 구조의 정공 수송층에 상당한다. 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송 재료층, 및 발광층측 정공 수송층은 실시예 및 비교예 마다, 각각 이하의 표 1로 나타낸 재료를 사용하여 제작하였다.
또한, 표 1에 있어서, 화합물 1은 상기에서 합성 방법을 나타낸 2, 7-비스(카르바졸-3-일)트리페닐렌을 나타낸다. 화합물 4-15, 4-16은 이하의 화학식으로 나타내는 전자 수용성 재료를 의미하고, 화합물 6-1, 6-2, 6-3은 하기 화학식으로 나타내는 정공 수송 재료를 의미한다.
[화학식 10]
Figure pat00016
또한, 발광층의 호스트 재료로서는, 이하에서 화학식을 나타내는 9, 10-디(2-나프틸)안트라센(9, 10-di(2-naphthyl)anthracene:ADN)(화합물3-2)를 사용하고, 도펀트 재료로서는, 2, 5, 8, 11-테트라-t-부틸페릴렌(2, 5, 8, 11-tetra-t-butylperylene:TBP)를 사용하였다. 또한, 도펀트 재료는 호스트 재료의 질량에 대하여 3 질량% 첨가하였다. 또한, 전자 수송층은 Alq3으로 형성하고, 전자 주입층은 LiF로 형성하고, 제2 전극은 알루미늄(Al)으로 형성하였다.
[화학식 11]
Figure pat00017
(1-2-3. 평가 결과)
다음에, 제작한 유기 전계 발광 소자의 구동 전압, 발광 효율 및 발광 수명을 평가하였다. 평가 결과를 이하의 표 1에 나타낸다. 또한, 각 실시예 및 비교예의 구동 전압 및 발광 효율은 10 mA/cm2의 전류 밀도에 있어서 측정값이다. 또한, 발광 효율 및 발광 수명은 비교예 1에 있어서 측정값을 1로 한 때의 상대값으로서 나타낸다.
또한, 측정은 Keithley Instruments 사 제2400 시리즈의 소스 메타(source meter), 색채 휘도계 CS-200(주식회사 코니카미놀타 홀딩스(Konica Minolta Holdings) 제, 측정각 1°), 측정용 PC 프로그램 LabVIEW8.2(주식회사 일본 내셔널 인스트루먼츠(National Instruments) 제)를 사용하여 암실 내에서 행하였다.
양극측
정공 수송층		 중간 정공
수송 재료층		 발광층측
정공수송층		 구동전압
[V]		 발광 수명 발광 효율
실시예 1-1 화합물4-15 화합물 6-1 화합물 1 6.3 1.0 1.09
실시예 1-2 화합물 4-15 화합물 6-2 화합물 1 6.5 1.0 1.06
실시예 1-3 화합물 4-16 화합물 6-1 화합물 1 6.4 1.0 1.08
실시예 1-4 화합물 4-16 화합물 6-2 화합물 1 6.6 1.0 1.06
비교예 1-1 화합물 6-3 화합물 6-1 화합물 1 7.6 1 1
비교예 1-2 화합물 4-15 화합물 1 화합물 6-1 6.5 0.9 0.8
비교예 1-3 화합물 4-15 화합물 6-1 화합물 6-1 6.4 0.9 0.9
비교예 1-4 화합물 4-16 화합물 1 화합물 6-1 6.6 0.9 0.8
비교예 1-5 화합물 4-16 화합물 6-1 화합물 6-1 6.5 0.9 0.9
표 1의 결과를 참조하면, 실시예 1-1~1-4는 비교예 1-1~1-5에 대해서, 거의 동등한 발광 수명을 갖고, 또한 발광 효율이 향상되어 있는 것을 알았다. 따라서, 제1 전극과 발광층 사이에, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송 재료층, 및 발광층측 정공 수송층을 마련함으로써, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
구체적으로는, 실시예 1-1~1-4와, 비교예 1-2를 비교하면, 실시예 1-1~1-4의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 1 에서는, 양극측 정공 수송층은 전자 수용성 재료(화합물 4-15, 4-16)가 아닌, 정공 수송 재료 6-3로 형성되어 있다. 따라서, 양극측 정공 수송층에는, 전자 수용성 재료를 주로 포함하는 층일 필요가 있는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1-1과 비교예 1-2를 비교하면, 실시예 1-1의 특성 쪽이 양호하였다. 또한, 실시예 1-3과 비교예 1-4를 비교하면, 실시예 1-3의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 1-2에서는, 중간 정공 수송 재료층과 발광층측 정공 수송층에 포함되는 화합물이, 실시예 1-1에 대해 바뀌어 있고, 비교예 1-4 에서는, 중간 정공 수송 재료층과 발광층측 정공 수송층에 포함되는 화합물이, 실시예 1-3에 대해 바뀌어 있다. 따라서, 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층은 발광층에 인접하여 있을 필요가 있는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1-1~1-4 와, 비교예 1-3 및 1-5를 비교하면, 실시예 1-1~1-4의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 1-3 및 1-5에서는, 발광층측 정공 수송층은 화학식 1로 나타내는 화합물 1이 아니라, 일반적인 정공 수송 재료 6-1로 형성되고 있다. 따라서, 발광층측 정공 수송층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 필요가 있다 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 의하면, 제1 전극(양극)과 발광층 사이에, 전자 수용성 재료를 주로 포함하는 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송 재료층, 및 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층이 적층되어 마련되기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
이것은 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층을 배치함으로써, 발광층측 정공 수송층이, 발광층에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층을 보호하기 때문으로 생각될 수 있다. 또한, 발광층측 정공 수송층이, 발광층에서 발생한 여기 상태의 에너지의 정공 수송층으로의 확산을 방지하고, 또한 소자 전체의 차지 밸런스(charge balance)를 갖추기 때문이라 생각될 수 있다. 또한, 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층을 배치함으로써, 발광층측 정공 수송층이 제1 전극(양극) 부근에 마련된 양극측 정공 수송층에 포함되는 전자 수용성 재료의 발광층으로의 확산을 억제하기 때문인 것으로 생각될 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 갖는 자이면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각 종의 변경예 또는 수정예에 착안하여 얻는 것은 명확하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 해석된다.
<2-1. 양극 측 정공 수송 재료를 포함하고, 전자 수용성 재료가 도프된 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 구성>
이하에서는 도 1을 참조하여, 양극 측 정공 수송 재료를 포함하고, 전자 수용성 재료가 도프된 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자에 대하여 설명한다.
양극 측 정공 수송 재료를 포함하고, 전자 수용성 재료가 도프된 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 앞서 설명한 전자 수용성 재료를 주로 포함하는 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자와 전체 구성, 기판의 구성, 제1 전극의 구성, 발광층의 구성, 전자 수송층의 구성, 전자 주입층의 구성, 제2 전극의 구성 및 유기 전계 발광 소자의 제조 방법은 동일하고, 정공 수송층의 구성이 상이한 바, 이하에서는 정공 수송층의 구성에 대하여 구체적으로 설명한다.
(2-1-1. 정공 수송층의 구성)
정공 수송층(130)은 정공 수송 재료를 포함하고, 정공을 수송하는 기능을 갖는 층이다. 정공 수송층(130)은 예를 들어, 제1 전극(120) 상에 약 10 nm ~ 약 150 nm의 막 두께(다층 구조에 있어서 총 막 두께)로 형성된다.
여기서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자(100)의 정공 수송층(130)은 제1 전극(120) 측으로부터 양극측 정공 수송층(131), 중간 정공 수송 재료층(133), 및 발광층측 정공 수송층(135)의 순서대로 적층된 복수 층으로 형성된다. 또한, 이들 층의 정공 수송층(130)에 있어서 막 두께의 비율은 특히 제한되지 않는다.
(2-1-1-1. 양극측 정공 수송층의 구성)
양극측 정공 수송층(131)은 양극측 정공 수송 재료를 포함하고, 또한, 전자 수용성 재료가 도프된 층이다. 양극측 정공 수송층(131)은 예를 들어, 제1 전극(120) 상에 형성된다.
양극측 정공 수송층(131)은 전자 수용성 재료가 도프(dope)됨으로써, 제1 전극(120)으로부터의 정공 주입성을 향상시킬 수 있다. 그러므로, 양극측 정공 수송층(131)은 제1 전극(120)의 근방에 마련되는 것이 바람직하고, 특히, 제1 전극(120)에 인접하여 마련되는 것이 보다 바람직하다.
양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 양극측 정공 수송 재료는 공지의 정공 수송 재료이면, 모두 사용 가능하다. 양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 양극측 정공 수송 재료의 구체 예로서는, 1, 1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산(1, 1-bis[(di-4-tolylamino)phenyl]cyclohexane:TAPC),N-페닐카르바졸(N-phenylcarbazole) 및 폴리비닐카르바졸(polyvinylcarbazole) 등의 카르바졸(carbazole) 유도체,N, N'-비스(3-메틸페닐)-N, N'-디페닐-[1, 1-비페닐]-4, 4'-디아민(N, N'-bis(3-methylphenyl)-N, N'-diphenyl-[1, 1-biphenyl]-4, 4'-diamine:TPD), 4, 4', 4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민(4, 4', 4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine:TCTA), 및 N, N'-디(1-나프틸)-N, N'-디페닐벤지딘(N, N'-di(1-naphthyl)-N, N'-diphenylbenzidine:NPB) 등을 들 수 있다.
양극측 정공 수송층(131)에 도프되는 전자 수용성 재료는 전자 수용성을 갖는 공지의 재료이면, 모두 사용하는 것이 가능하다. 단, 양극측 정공 수송층(131)에 도프되는 전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 것이 바람직하고, -6.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 것이 보다 바람직하다.
여기서, -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO 준위를 갖는 전자 수용성 재료의 구체 예로서는, 하기 화학식 4-1~4-14로 나타내지는 화합물을 들 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00018
상술한 화학식 4-1~4-14에 있어서, R은 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐(halogen) 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기(alkyl fluoride)기, 시아노(cyano)기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시(alkoxy)기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬(alkyl)기, 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴(aryl)기, 또는 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴(heteroaryl)기이고, Ar은 전자 흡인성의 치환기를 갖는, 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴(aryl)기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴(heteroaryl)기이고, Y는 메틴(methine)기(-CH=), 또는 질소 원자(-N=)이고, Z는 유사 할로겐(halogen) 원자, 또는 유황(S) 원자이고, n은 10 이하 범위 내의 정수이고, X는 이하의 화학식 X1~X7로 나타내는 치환기 중의 어느 하나이다.
[화학식 5]
Figure pat00019
화학식 X1~X7에 있어서, Ra는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐(halogen) 원자, 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기(alkyl fluoride)기, 시아노(cyano기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시(alkoxy)기, 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬(alkyl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴(aryl)기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴(heteroaryl))기이다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴(aryl)기의 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 1-나프틸(1-naphthyl)기, 2-나프틸(2-naphthyl)기, 1-안트릴(1-anthryl)기, 2-안트릴(2-anthryl)기, 9-안트릴(9-anthryl)기, 1-페난트릴(1-phenantyryl)기, 2-페난트릴(2-phenantyryl)기, 3-페난트릴(3-phenantyryl)기, 4-페난트릴(4-phenantyryl)기, 9-페난트릴(9-phenantyryl)기, 1-나프타세닐(1-naphthacenyl)기, 2-나프타세닐(2-naphthacenyl)기, 9-나프타세닐(9-naphthacenyl)기, 1-피레닐(1-pyrenyl)기, 2-피레닐(2-pyrenyl)기, 4-피레닐(4-pyrenyl)기, 2-비페닐일(2-biphenylyl)기, 3-비페닐일(3-biphenylyl)기, 4-비페닐일(4-biphenylyl)기, p-터페닐-4-일(p-terphenyl-4-yl)기, p-터페닐-3-일(p-terphenyl-3-yl)기, p-터페닐-2-일(p-terphenyl-2-yl)기, m-터페닐-4-일(m-terphenyl-4-yl)기, m-터페닐-3-일(m-terphenyl-3-yl)기, m-터페닐-2-일(m-terphenyl-2-yl)기, o-트릴(o-tolyl)기, m-트릴(m-tolyl)기, p-트릴(p-tolyl)기, p-t-부틸페닐(p-t-butylphenyl)기, p-(2-페닐프로필)페닐(p-(2-phenylpropyl)phenyl)기, 3-메틸-2-나프틸(3-methyl-2-naphthyl)기, 4-메틸-1-나프틸(4-methyl-1-naphthyl)기, 4-메틸-1-안트릴(4-methyl-1-anthryl)기, 4'-메틸비페닐일(4'-methylbiphenylyl)기, 4"-t-부틸-p-터페닐-4-일(4"-t-butyl-p-terphenyl-4-yl)기, 플루오란테닐(fluoranrhenyl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ar 및 Ra가 나타내는, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴(heteroaryl)기의 구체 예로서는, 1-피롤릴(1-pyrrolyl)기, 2-피롤릴(2-pyrrolyl)기, 3-피롤릴(3-pyrrolyl)기, 피리디닐(pyrazinyl)기, 2-피리디닐(2-pyridinyl)기, 3-피리디닐(3-pyridinyl)기, 4-피리디닐(4-pyridinyl)기, 1-인돌릴(1-indolyl)기, 2-인돌릴(2-indolyl)기, 3-인돌릴(3-indolyl)기, 4-인돌릴(4-indolyl)기, 5-인돌릴(5-indolyl)기, 6-인돌릴(6-indolyl)기, 7-인돌릴(7-indolyl)기, 1-이소인돌릴(1-isoindolyl)기, 2-이소인돌릴(2-isoindolyl)기, 3-이소인돌릴(3-isoindolyl)기, 4-이소인돌릴(4-isoindolyl)기, 5-이소인돌릴(5-isoindolyl)기, 6-이소인돌릴(6-isoindolyl)기, 7-이소인돌릴(7-isoindolyl)기, 2-프릴(2-furyl)기, 3-프릴(3-furyl)기, 2-벤조퓨라닐(2-benzofuranyl)기, 3-벤조퓨라닐(3-benzofuranyl)기, 4-벤조퓨라닐(4-benzofuranyl)기, 5-벤조퓨라닐(5-benzofuranyl)기, 6-벤조퓨라닐(6-benzofuranyl)기, 7-벤조퓨라닐(7-benzofuranyl)기, 1-이소벤조퓨라닐(1-isobenzofuranyl)기, 3-이소벤조퓨라닐(3-isobenzofuranyl)기, 4-이소벤조퓨라닐(4-isobenzofuranyl)기, 5-이소벤조퓨라닐(5-isobenzofuranyl)기, 6-이소벤조퓨라닐(6-isobenzofuranyl)기, 7-이소벤조퓨라닐(7-isobenzofuranyl)기, 퀴놀릴(quinolyl)기, 3-퀴놀릴(3-quinolyl)기, 4-퀴놀릴(4-quinolyl)기, 5-퀴놀릴(5-quinolyl)기, 6-퀴놀릴(6-quinolyl)기, 7-퀴놀릴(7-quinolyl)기, 8-퀴놀릴(8-quinolyl)기, 1-이소퀴놀릴(1-isoquinolyl)기, 3-이소퀴놀릴(3-isoquinolyl)기, 4-이소퀴놀릴(4-isoquinolyl)기, 5-이소퀴놀릴(5-isoquinolyl)기, 6-이소퀴놀릴(6-isoquinolyl)기, 7-이소퀴놀릴(7-isoquinolyl)기, 8-이소퀴놀릴(8-isoquinolyl)기, 2-퀴녹살리닐(2-quinoxalinyl)기, 5-퀴녹살리닐(5-quinoxalinyl)기, 6-퀴녹살리닐(6-quinoxalinyl)기, 1-카르바졸릴(1-carbazolyl)기, 2-카르바졸릴(2-carbazolyl)기, 3-카르바졸릴(3-carbazolyl)기, 4-카르바졸릴(4-carbazolyl)기, 9-카르바졸릴(9-carbazolyl)기, 1-페난트리디닐(1-phenanthridinyl)기, 2-페난트리디닐(2-phenanthridinyl)기, 3-페난트리디닐(3-phenanthridinyl)기, 4-페난트리디닐(4-phenanthridinyl)기, 6-페난트리디닐(6-phenanthridinyl)기, 7-페난트리디닐(7-phenanthridinyl)기, 8-페난트리디닐(8-phenanthridinyl)기, 9-페난트리디닐(9-phenanthridinyl)기, 10-페난트리디닐(10-phenanthridinyl)기, 1-아크리디닐(1-acridinyl)기, 2-아크리디닐(2-acridinyl)기, 3-아크리디닐(3-acridinyl)기, 4-아크리디닐(4-acridinyl)기, 9-아크리디닐(9-acridinyl)기, 1, 7-페난트롤린-2-일(1, 7-phenanthroline-2-yl)기, 1, 7-페난트롤린-3-일(1, 7-phenanthroline-3-yl)기, 1, 7-페난트롤린-4-일(1, 7-phenanthroline-4-yl)기, 1, 7-페난트롤린-5-일(1, 7-phenanthroline-5-yl)기, 1, 7-페난트롤린-6-일(1, 7-phenanthroline-6-yl)기, 1, 7-페난트롤린-8-일(1, 7-phenanthroline-8-yl)기, 1, 7-페난트롤린-9-일(1, 7-phenanthroline-9-yl)기, 1, 7-페난트롤린-10-일(1, 7-phenanthroline-10-yl)기, 1, 8-페난트롤린-2-일(1, 8-phenanthroline-2-yl)기, 1, 8-페난트롤린-3-일(1, 8-phenanthroline-3-yl)기, 1, 8-페난트롤린-4-일(1, 8-phenanthroline-4-yl)기, 1, 8-페난트롤린-5-일(1, 8-phenanthroline-5-yl)기, 1, 8-페난트롤린-6-일(1, 8-phenanthroline-6-yl)기, 1, 8-페난트롤린-7-일(1, 8-phenanthroline-7-yl)기, 1, 8-페난트롤린-9-일(1, 8-phenanthroline-9-yl)기, 1, 8-페난트롤린-10-일(1, 8-phenanthroline-10-yl)기, 1, 9-페난트롤린-2-일(1, 9-phenanthroline-2-yl)기, 1, 9-페난트롤린-3-일(1, 9-phenanthroline-3-yl)기, 1, 9-페난트롤린-4-일(1, 9-phenanthroline-4-yl)기, 1, 9-페난트롤린-5-일(1, 9-phenanthroline-5-yl)기, 1, 9-페난트롤린-6-일(1, 9-phenanthroline-6-yl)기, 1, 9-페난트롤린-7-일(1, 9-phenanthroline-7-yl)기, 1, 9-페난트롤린-8-일(1, 9-phenanthroline-8-yl)기, 1, 9-페난트롤린-10-일(1, 9-phenanthroline-10-yl)기, 1, 10-페난트롤린-2-일(1, 10-phenanthroline-2-yl)기, 1, 10-페난트롤린-3-일(1, 10-phenanthroline-3-yl)기, 1, 10-페난트롤린-4-일(1, 10-phenanthroline-4-yl)기, 1, 10-페난트롤린-5-일(1, 10-phenanthroline-5-yl)기, 2, 9-페난트롤린-1-일(2, 9-phenanthroline-1-yl)기, 2, 9-페난트롤린-3-일(2, 9-phenanthroline-3-yl)기, 2, 9-페난트롤린-4-일(2, 9-phenanthroline-4-yl)기, 2, 9-페난트롤린-5-일(2, 9-phenanthroline-5-yl)기, 2, 9-페난트롤린-6-일(2, 9-phenanthroline-6-yl)기, 2, 9-페난트롤린-7-일(2, 9-phenanthroline-7-yl)기, 2, 9-페난트롤린-8-일(2, 9-phenanthroline-8-yl)기, 2, 9-페난트롤린-10-일(2, 9-phenanthroline-10-yl)기, 2, 8-페난트롤린-1-일(2, 8-phenanthroline-1-yl)기, 2, 8-페난트롤린-3-일(2, 8-phenanthroline-3-yl)기, 2, 8-페난트롤린-4-일(2, 8-phenanthroline-4-yl)기, 2, 8-페난트롤린-5-일(2, 8-phenanthroline-5-yl)기, 2, 8-페난트롤린-6-일(2, 8-phenanthroline-6-yl)기, 2, 8-페난트롤린-7-일(2, 8-phenanthroline-7-yl)기, 2, 8-페난트롤린-9-일(2, 8-phenanthroline-9-yl)기, 2, 8-페난트롤린-10-일(2, 8-phenanthroline-10-yl)기, 2, 7-페난트롤린-1-일(2, 7-phenanthroline-1-yl)기, 2, 7-페난트롤린-3-일(2, 7-phenanthroline-3-yl)기, 2, 7-페난트롤린-4-일(2, 7-phenanthroline-4-yl)기, 2, 7-페난트롤린-5-일(2, 7-phenanthroline-5-yl)기, 2, 7-페난트롤린-6-일(2, 7-phenanthroline-6-yl)기, 2, 7-페난트롤린-8-일(2, 7-phenanthroline-8-yl)기, 2, 7-페난트롤린-9-일(2, 7-phenanthroline-9-yl)기, 2, 7-페난트롤린-10-일(2, 7-phenanthroline-10-yl)기, 1-페나지닐(1-phenazinyl)기, 2-페나지닐(2-phenazinyl)기, 1-페노티아지닐(1-phenothiazzinyl)기, 2-페노티아지닐(2-phenothiazzinyl)기, 3-페노티아지닐(3-phenothiazzinyl)기, 4-페노티아지닐(4-phenothiazzinyl)기, 10-페노티아지닐(10-phenothiazzinyl)기, 1-페녹사지닐(1-phenoxazinyl)기, 2-페녹사지닐(2-phenoxazinyl)기, 3-페녹사지닐(3-phenoxazinyl)기, 4-페녹사지닐(4-phenoxazinyl)기, 10-페녹사지닐(10-phenoxazinyl)기, 2-옥사졸릴(2-oxazolyl)기, 4-옥사졸릴(4-oxazolyl)기, 5-옥사졸릴(5-oxazolyl)기, 2-옥사디아조릴(2-oxadiazolyl)기, 5-옥사디아조릴(5-oxadiazolyl)기, 3-퓨라자닐(3-furazanyl)기, 2-티에닐(2-thienyl)기, 3-티에닐(3-thienyl)기, 2-메틸피롤-1-일(2-methylpyrrol-1-yl)기, 2-메틸피롤-3-일(2-methylpyrrol-3-yl)기, 2-메틸피롤-4-일(2-methylpyrrol-4-yl)기, 2-메틸피롤-5-일(2-methylpyrrol-5-yl)기, 3-메틸피롤-1-일(3-methylpyrrol-1-yl)기, 3-메틸피롤-2-일(3-methylpyrrol-2-yl)기, 3-메틸피롤-4-일(3-methylpyrrol-4-yl)기, 3-메틸피롤-5-일(3-methylpyrrol-5-yl)기, 2-t-부틸피롤-4-일(2-t-butylpyrrol-4-yl)기, 3-(2-페닐프로필) 피롤-1-일(3-(2-phenylpropyl)pyrrol-1-yl)기, 2-메틸-1-인돌릴(2-methyl-1-indolyl)기, 4-메틸-1-인돌릴(4-methyl-1-indolyl)기, 2-메틸-3-인돌릴(2-methyl-3-indolyl)기, 4-메틸-3-인돌릴(4-methyl-3-indolyl)기, 2-t-부틸-1-인돌릴(2-t-butyl-1-indolyl)기, 4-t-부틸-1-인돌릴(4-t-butyl-1-indolyl)기, 2-t-부틸-3-인돌릴(2-t-butyl-3-indolyl)기, 4-t-부틸-3-인돌릴(4-t-butyl-3-indolyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 불화알킬기(alkyl fluoride)기의 구체 예로서는, 트리플루오로메틸(trifluoromethyl)기, 펜타플루오로에틸(pentafluoroethyl)기, 헵타플루오로프로필(heptafluoropropyl)기, 또는 헵타데카플루오로옥탄(heptadecafluorooctane)기 등의 퍼플루오로알킬(perfluoroalkyl)기, 모노플루오로메틸(monofluoromethyl)기, 디플루오로메틸(difluoromethyl)기, 트리플루오로에틸(trifluoroethyl)기, 테트라플루오로프로필(tetrafluoropropyl)기, 옥타플루오로펜틸(octafluoropentyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬(alkyl)기의 구체 예로서는, 메틸(methyl)기, 에틸(ethyl)기, 프로필(propyl)기, 이소프로필(isopropyl)기, n-부틸(n-butyl)기, s-부틸(s-butyl)기, 이소부틸(isobutyl)기, t-부틸(t-butyl)기, n-펜틸(n-pentyl)기, n-헥실(n-hexyl)기, n-헵틸(n-heptyl)기, n-옥틸(n-octyl)기, 하이드록실메틸(hydroxymethyl)기, 1-하이드록실에틸(1-hydroxyethyl)기, 2-하이드록실에틸(2-hydroxyethyl)기, 2-하이드록실이소부틸(2-hydroxyisobutyl)기, 1, 2-디하이드록실에틸(1, 2-dihydroxyethyl)기, 1, 3-디하이드록실이소프로필(1, 3-dihydroxyisopropyl)기, 2, 3-디하이드록실-t-부틸(2, 3-dihydroxy-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리하이드록실프로필(1, 2, 3-trihydroxypropyl)기, 클로로메틸(chlorometyl)기, 1-클로로에틸(1-chloroetyl)기, 2-클로로에틸(2-chloroetyl)기, 2-클로로이소부틸(2-chloroisobutyl)기, 1, 2-디클로로에틸(1, 2-dichloroetyl)기, 1, 3-디클로이소프로필(1, 3-dichloroisopropyl)기, 2, 3-디클로-t-부틸(2, 3-dichloro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리클로로프로필(1, 2, 3-trichloropropyl)기, 브로모메틸(bromomethyl)기, 1-브로모에틸(1-bromoethyl)기, 2-브로모에틸(2-bromoethyl)기, 2-브로모이소부틸(2-bromoisobutyl)기, 1, 2-디브로모에틸(1, 2-dibromoethyl)기, 1, 3-디브로모이소프로필(1, 3-dibromoisopropyl)기, 2, 3-디브로모-t-부틸(2, 3-dibromo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리브로모프로필(1, 2, 3-tribromopropyl)기, 요오드메틸(iodomethyl)기, 1-요오드에틸(1-iodoethyl)기, 2-요오드에틸(2-iodoethyl)기, 2-요오드이소부틸(2-iodoisobutyl)기, 1, 2-디요오드에틸(1, 2-diiodoethyl)기, 1, 3-디요오드이소프로필(1, 3-diiodoisopropyl)기, 2, 3-디요오드-t-부틸(2, 3-diiodo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리요오드프로필(1, 2, 3-triiodopropyl)기, 아미노메틸(aminomethyl)기, 1-아미노에틸(1-aminoethyl)기, 2-아미노에틸(2-aminoethyl)기, 2-아미노이소부틸(2-aminoisobutyl)기, 1, 2-디아미노에틸(1, 2-diaminoethyl)기, 1, 3-디아미노이소프로필(1, 3-diaminoisopropyl)기, 2, 3-디아미노-t-부틸(2, 3-diamino-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리아미노프로필(1, 2, 3-triaminopropyl)기, 시아노메틸(cyanomethyl)기, 1-시아노에틸(1-cyanoethyl)기, 2-시아노에틸(2-cyanoethyl)기, 2-시아노이소부틸(2-cyanoisobutyl)기, 1, 2-디시아노에틸(1, 2-dicyanoethyl)기, 1, 3-디시아노이소프로필(1, 3-dicyanoisopropyl)기, 2, 3-디시아노-t-부틸(2, 3-dicyano-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리시아노프로필(1, 2, 3-tricyanopropyl)기, 니트로메틸(nitromethyl)기, 1-니트로에틸(1-nitroethyl)기, 2-니트로에틸(2-nitroethyl)기, 2-니트로이소부틸(2-nitroisobutyl)기, 1, 2-디니트로에틸(1, 2-dinitroethyl)기, 1, 3-디니트로이소프로필(1, 3-dinitroisopropyl)기, 2, 3-디니트로-t-부틸(2, 3-dinitro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리니트로프로필(1, 2, 3-trinitropropyl)기, 시클로프로필(cyclopropyl)기, 시클로부틸(cyclobutyl)기, 시클로펜틸(cyclopentyl)기, 시클로헥실(cyclohexyl)기, 4-메틸 시클로헥실(4-methylcyclohexyl)기, 1-아다만틸(1-adamantyl)기, 2-아다만틸(2-adamantyl)기, 1-노르보닐(1-norbornyl)기, 2-노르보닐(2-norbornyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시(alkoxy)기는 -OY로 나타내는 기이다. Y의 구체 예로서는, 메틸(methyl)기, 에틸(ethyl)기, 프로필(propyl)기, 이소프로필(isopropyl)기, n-부틸(n-butyl)기, s-부틸(s-butyl)기, 이소부틸(isobutyl)기, t-부틸(t-butyl)기, n-펜틸(n-pentyl)기, n-헥실(n-hexyl)기, n-헵틸(n-heptyl)기, n-옥틸(n-octyl)기, 하이드록실메틸(hydroxymethyl)기, 1-하이드록실에틸(1-hydroxyethyl)기, 2-하이드록실에틸(2-hydroxyethyl)기, 2-하이드록실이소부틸(2-hydroxyisobutyl)기, 1, 2-디하이드록실에틸(1, 2-dihydroxyethyl)기, 1, 3-디하이드록실이소프로필(1, 3-dihydroxyisopropyl)기, 2, 3-디하이드록실-t-부틸(2, 3-dihydroxy-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리하이드록실프로필(1, 2, 3-trihydroxypropyl)기, 클로로메틸(chlorometyl)기, 1-클로로에틸(1-chloroetyl)기, 2-클로로에틸(2-chloroetyl)기, 2-클로로이소부틸(2-chloroisobutyl)기, 1, 2-디클로로에틸(1, 2-dichloroetyl)기, 1, 3-디클로이소프로필(1, 3-dichloroisopropyl)기, 2, 3-디클로-t-부틸(2, 3-dichloro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리클로로프로필(1, 2, 3-trichloropropyl)기, 브로모메틸(bromomethyl)기, 1-브로모에틸(1-bromoethyl)기, 2-브로모에틸(2-bromoethyl)기, 2-브로모이소부틸(2-bromoisobutyl)기, 1, 2-디브로모에틸(1, 2-dibromoethyl)기, 1, 3-디브로모이소프로필(1, 3-dibromoisopropyl)기, 2, 3-디브로모-t-부틸(2, 3-dibromo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리브로모프로필(1, 2, 3-tribromopropyl)기, 요오드메틸(iodomethyl)기, 1-요오드에틸(1-iodoethyl)기, 2-요오드에틸(2-iodoethyl)기, 2-요오드이소부틸(2-iodoisobutyl)기, 1, 2-디요오드에틸(1, 2-diiodoethyl)기, 1, 3-디요오드이소프로필(1, 3-diiodoisopropyl)기, 2, 3-디요오드-t-부틸(2, 3-diiodo-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리요오드프로필(1, 2, 3-triiodopropyl)기, 아미노메틸(aminomethyl)기, 1-아미노에틸(1-aminoethyl)기, 2-아미노에틸(2-aminoethyl)기, 2-아미노이소부틸(2-aminoisobutyl)기, 1, 2-디아미노에틸(1, 2-diaminoethyl)기, 1, 3-디아미노이소프로필(1, 3-diaminoisopropyl)기, 2, 3-디아미노-t-부틸(2, 3-diamino-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리아미노프로필(1, 2, 3-triaminopropyl)기, 시아노메틸(cyanomethyl)기, 1-시아노에틸(1-cyanoethyl)기, 2-시아노에틸(2-cyanoethyl)기, 2-시아노이소부틸(2-cyanoisobutyl)기, 1, 2-디시아노에틸(1, 2-dicyanoethyl)기, 1, 3-디시아노이소프로필(1, 3-dicyanoisopropyl)기, 2, 3-디시아노-t-부틸(2, 3-dicyano-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리시아노프로필(1, 2, 3-tricyanopropyl)기, 니트로메틸(nitromethyl)기, 1-니트로에틸(1-nitroethyl)기, 2-니트로에틸(2-nitroethyl)기, 2-니트로이소부틸(2-nitroisobutyl)기, 1, 2-디니트로에틸(1, 2-dinitroethyl)기, 1, 3-디니트로이소프로필(1, 3-dinitroisopropyl)기, 2, 3-디니트로-t-부틸(2, 3-dinitro-t-butyl)기, 1, 2, 3-트리니트로프로필(1, 2, 3-trinitropropyl)기 등을 들 수 있다.
R, Ra가 나타내는 할로겐(halogen) 원자의 구체 예로서는, 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I) 등을 들 수 있다.
여기서, 전자 수용성 재료의 구체적인 화합물로서, 이하의 화합물 4-15 및 4-16을 예시할 수 있다. 화합물 4-15의 LUMO 준위는 -4.40 eV이고, 화합물 4-16의 LUMO 준위는 -5.20 eV이다. 단, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자에서 사용되는 전자 수용성 재료가 하기 화합물 4-15 및 4-16에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 6]
Figure pat00020
또한, 전자 수용성 재료의 도프량은 양극측 정공 수송층(131)에 도프가능한 양이면, 특히 제한되지 않는다. 예를 들어, 전자 수용성 재료의 도프량은 양극측 정공 수송층(131)에 포함되는 양극측 정공 수송 재료의 총 질량에 대하여, 0.1 질량 % 이상 50 질량 % 이하일 수 있고, 바람직하게는, 0.5 질량 % 이상 5 질량 % 이하일 수 있다.
(2-1-1-2. 중간 정공 수송 재료층의 구성)
중간 정공 수송 재료층(133)은 중간 정공 수송 재료를 포함한다. 중간 정공 수송 재료층(133)은 예를 들어, 양극 측 정공 수송층(131) 상에 형성된다.
중간 정공 수송 재료층(133)에 포함되는 중간 정공 수송 재료는 공지의 정공 수송 재료이면, 모두 사용 가능하다. 예를 들어, 중간 정공 수송 재료는 양극측 정공 수송 재료로서 상기에서 예시한 정공 수송 재료를 사용할 수 있다.
단, 중간 정공 수송 재료는 하기의 화학식 2로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.
[화학식 2]
Figure pat00021
상기 화학식 2에 있어서, Ar1~Ar3은 서로 독립하여, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴(aryl)기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴(heteroaryl)기이고, Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐(halogen) 원자, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴(aryl)기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴(heteroaryl)기, 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬(alkyl)기이고, L1은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌(arylene)기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌(heteroarylene)기이다.
Ar1~Ar3의 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 비페닐(biphenyl)기, 터페닐(terphenyl)기, 나프틸(naphthyl)기, 안트릴(anthryl)기, 펜안트레닐(phenanthrenyl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기, 인데닐(indenyl)기, 피레닐(pyrenyl)기, 플루오란테닐(fluoranthenyl)기, 트리페닐레닐(triphenylenyl)기, 피리딜(pyridyl)기, 퓨라닐(furanyl)기, 피라닐(pyranyl)기, 티에닐(thienyl)기, 퀴놀릴(quinolyl)기, 이소퀴놀릴(isoquinolyl)기, 벤조퓨라닐(benzofuranyl)기, 벤조티에닐(benzothienyl)기, 인돌릴(indolyl)기, 카르바졸릴(carbazolyl)기, 벤조옥사졸릴(benzoxazolyl)기, 벤조티아졸릴(benzothiazolyl)기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조이미다졸릴(benzoimidazolyl)기, 피라졸릴(pyrazolyl)기, 디벤조퓨라닐(dibenzofuranyl)기, 및 디벤조티에닐(dibenzothienyl)기 등을 들 수 있다. Ar1~Ar3의 바람직한 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 비페닐(biphenyl)기, 터페닐(terphenyl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기, 카르바졸릴(carbazolyl)기, 및 디벤조퓨라닐(debenzofuranyl)기 등을 들 수 있다.
Ar4의 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 비페닐(biphenyl)기, 터페닐(terphenyl)기, 나프틸(naphthyl)기, 안트릴(anthryl)기, 펜안트레닐(phenanthrenyl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기, 인데닐(indenyl)기, 피레닐(pyrenyl)기, 플루오란테닐(fluoranthenyl)기, 트리페닐레닐(triphenylenyl)기, 피리딜(pyridyl)기, 퓨라닐(furanyl)기, 피라닐(pyranyl)기, 티에닐(thienyl)기, 퀴놀릴(quinolyl)기, 이소퀴놀릴(isoquinolyl)기, 벤조퓨라닐(benzofuranyl)기, 벤조티에닐(benzothienyl)기, 인돌릴(indolyl)기, 카르바졸릴(carbazolyl)기, 벤조옥사졸릴(benzoxazolyl)기, 벤조티아졸릴(benzothiazolyl)기, 퀴녹살릴(quinoxalyl)기, 벤조이미다졸릴(benzoimidazolyl)기, 피라졸릴(pyrazolyl)기, 디벤조퓨라닐(dibenzofuranyl)기, 디벤조티에닐(dibenzothienyl)기, 메틸(methyl)기, 에틸(ethyl)기, 프로필(propyl)기, 이소프로필(isopropyl)기, n-부틸(n-butyl)기 등을 들 수 있다. Ar4의 바람직한 구체 예로서는, 페닐(phenyl)기, 비페닐(biphenyl)기, 터페닐(terphenyl)기, 플루오레닐(fluorenyl)기, 카르바졸릴(carbazolyl)기, 및 디벤조퓨라닐(debenzofuranyl)기 등을 들 수 있다.
L1의 단결합 이외의 구체 예로서는, 페닐렌(phenylene)기, 비페닐렌(biphenylene)기, 터페닐렌(terphenylene)기, 나프틸렌(naphthylene)기, 안트릴렌(anthrylene)기, 페난트릴렌(phenanthrenylene)기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 인데닐렌(indenylene)기, 피렌닐렌(pyrenylene)기, 플루오란테닐렌(fluoranthenylene)기, 트리페닐레닐렌(triphenylenylene)기, 피리딜렌(pyridylene)기, 퓨라닐렌(furanylene)기, 피라닐렌(pyranylene)기, 티에닐렌(thienylene)기, 퀴놀릴렌(quinolylene)기, 이소퀴놀릴렌(isoquinolylene)기, 벤조퓨라닐렌(benzofuranylene)기, 벤조티에닐렌(benzothienylene)기, 인돌릴렌(indolylene)기, 카르바졸릴(carbazolylene)기, 벤조옥사졸릴렌(benzoxazolylene)기, 벤조티아졸일렌(benzothiazolylene)기, 퀴녹살릴렌(quinoxalylene)기, 벤조이미다졸린(benzoimidazolylene)기, 피라졸릴렌(pyrazolylene)기, 디벤조퓨라닐렌(dibenzofuranylene)기, 및 디벤조티에닐렌(dibenzothienylene)기 등을 들 수 있다. L1의 바람직한 구체 예로서는, 단결합, 페닐렌(phenylene)기, 비페닐렌(biphenylene)기, 터페닐렌(terphenylene)기, 플루오레닐렌(fluorenylene)기, 카르바졸릴carbazolylene)기, 및 디벤조퓨라닐렌(dibenzofuranylene)기를 들 수 있다.
화학식 2로 표시되는 화합물의 구체 예로서는, 하기 화합물 2-1~2-16을 예시할 수 있다. 단, 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 화합물 2-1~2-16에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 7]
Figure pat00022
중간 정공 수송 재료층(133)은 중간 정공 수송 재료로서, 상기의 화학식 2로 나타내는 화합물을 포함함으로써, 정공 수송 특성을 향상시킬 수 있다. 이것에 의해, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 화학식 2로 표시되는 화합물은 양극측 정공 수송 재료로서, 양극측 정공 수송층(131)에 포함될 수 있다. 양극측 정공 수송층(131)이 화학식 2으로 나타내는 화합물을 포함하는 경우, 정공 수송 특성을 향상시킬 수 있다. 이것에 의해, 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 수명이 더 향상되기 때문에, 바람직하다.
(2-1-1-3. 발광층측 정공 수송층의 구성)
발광층측 정공 수송층(135)은 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 발광층측 정공 수송층(135)은 예를 들어, 중간 정공 수송 재료층(133) 상에 발광층(140)과 인접하도록 형성된다.
[화학식 1]
Figure pat00023
발광층측 정공 수송층(135)은 발광층측 정공 수송 재료로서, 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(140)에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층(130)을 보호할 수 있다. 또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 발광층(140)에서 발생한 여기 상태의 에너지(energy)가 정공 수송층(130)으로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 상기 구성에 의하면, 발광층측 정공 수송층(135)은 정공 수송층(130)의 통전 내구성을 향상시킬 수 있다.
발광층측 정공 수송층(135)은 보다 효과적으로 발광층(140)으로부터 전자나 에너지의 확산을 방지하기 위해서는, 발광층(140)의 근방에 형성되는 것이 바람직하고, 발광층(140)에 인접하여 형성되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 발광층측 정공 수송층(135)은 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 유기 전계 발광 소자(100) 전체의 전하 밸런스(balance)를 조절하고, 양극측 정공 수송층(131)에 도프된 전자 수용성 재료가 발광층(140)으로 확산하는 것을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 발광층측 정공 수송층(135)은 정공 수송층(130) 전체의 전하 수송 특성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 발광층측 정공 수송층(135)은 상기의 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함함으로써, 정공 수송층(130)의 전하 수송성 및 통전 내구성을 향상시킬 수 있다. 이것에 의해, 발광층측 정공 수송층(135)은 유기 전계 발광 소자(100)의 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
<2-2. 실시예>
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시 예는 어디까지나 일 예로서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자가 하기의 예에 한정되지 않는다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 참조하면서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 어디까지나 일 예 로서, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자가 하기의 예에 한정되지 않는다.
(2-2-1. 화학식 1로 나타내는 화합물의 합성)
먼저, 화학식 1로 나타내는 화합물의 합성 방법에 대해서 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 합성 방법은 어디까지나 일 예로서, 화학식 1로 나타내는 화합물의 합성 방법이 하기의 예에 한정되지 않는다.
이하의 반응식 1에 따라서, 화학식 1로 나타내는 화합물을 합성하였다.
[화학식 9]
(반응식 1)
Figure pat00024
2, 7-비스(트리플루오로메탄슬포닐옥시)트리페닐렌(2, 7-bis(trifluoromethanesulfonyloxy)triphenylene)(9.46g, 18.0mmol), 9-페닐카르바졸-3-보론산(9-phenylcarbazol-3-boronic acid)(10.9g, 37.9mmol)의 톨루엔(toluene) 현탁액(200mL)에, 2M 탄산나트륨(sodium carbonate:Na2CO3) 수용액(50mL) 및 에탄올(ethanol:EtOH)(10mL)을 첨가하고, 탈기하였다. 아르곤(argon) 분위기 하에서, 탈기한 혼합액에서 테트라키스(트리페닐포스핀)파라듐(tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0):Pd(PPh3)4)(2.09g, 1.80mmol)을 첨가하고, 8 시간 교반하면서 환류 가열을 행하였다. 반응 후 얻어진 침전물을 물, 톨루엔으로 순차 세정한 후, 열 피리딘(pyridine) 용매에 용해하여 활성탄 처리하였다. 얻어진 피리딘 용액으로부터 결정화를 행하고, 목적물인 2, 7-비스(카르바졸-3-일)트리페닐렌(2, 7-bis(carbazol-3-yl)triphenylene)(6.90g, 53%)을 담황색 분말로서 얻었다.또한, 생성물은 FAB-MS에서 분자의 이온 피크(ion peak)(질량수 710)를 확인함으로써 인식하였다.
(2-2-2. 양극 측 정공 수송 재료를 포함하고, 전자 수용성 재료가 도프된 양극 측 정공 수송층을 포함하는 유기 전계 발광 소자의 제작)
이어서, 이하의 제작 방법에 의해, 본 실시 형태에 따른 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
먼저, 우선 패터닝(patterning)하여 세정 처리를 실시한 ITO-유리 기판에 자외선 오존(ozone:O3)에 의한 표면 처리를 행하였다. 또한, 글래스 기판에 있어서 ITO 막(제1 전극)의 막 두께는 150 nm이었다. 오존 처리 후, 표면 처리 완료의 기판을 유기층 성막용 증착기 장치에 투입하고, 10-4~10-5Pa의 진공도로, 순서대로, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송 재료층, 발광층측 정공 수송층, 발광층, 및 전자 수송층을 증착하였다. 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송 재료층, 및 발광층측 정공 수송층의 막 두께는 각각 10 nm로 하였다. 또한, 발광층 및 전자 수송층의 막 두께는 각각 25 nm로 하였다. 이어서, 기판을 금속 성막용 증착 장치에 옮기고, 10-4~10-5Pa의 진공도에서 전자 주입층, 및 제2 전극을 증착하였다.전자 주입층의 막 두께는 1 nm 로 하고, 제2 전극의 막 두께는 100 nm로 하였다.
여기서, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송 재료층, 및 발광층측 정공 수송층이 다층 구조의 정공 수송층에 상당한다. 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송 재료층, 및 발광층측 정공 수송층은 실시예 및 비교예 마다, 각각 이하의 표 1로 나타낸 재료를 사용하여 제작하였다.
또한, 표 1에 있어서, 예를 들어, 「화합물 2-1, 화합물 4-15」 로 기재한 것은 양극측 정공 수송 재료가 화합물 2-1이고, 도프된 전자 수용성 재료가 화합물 4-15인 것을 의미한다. 또한, 전자 수용성 재료의 도프량은 양극측 정공 수송 재료의 질량에 대하여 3 질량%로 하였다.
또한, 표 1에 있어서, 화합물 1은 상기에서 합성 방법을 나타낸 2, 7-비스(카르바졸-3-일)트리페닐렌을 나타낸다. 화합물 4-15, 4-16은 이하의 화학식으로 나타내는 전자 수용성 재료를 의미하고, 화합물 6-1, 6-2, 6-3은 하기 화학식으로 나타내는 정공 수송 재료를 의미한다.
[화학식 10]
Figure pat00025
또한, 발광층의 호스트 재료로서는, 이하에서 화학식을 나타내는 9, 10-디(2-나프틸)안트라센(9, 10-di(2-naphthyl)anthracene:ADN)(화합물 3-2)를 사용하고, 도펀트 재료로서는, 2, 5, 8, 11-테트라-t-부틸페릴렌(2, 5, 8, 11-tetra-t-butylperylene:TBP)를 사용하였다. 또한, 도펀트 재료는 호스트 재료의 질량에 대하여 3 질량% 첨가하였다. 또한, 전자 수송층은 Alq3으로 형성하고, 전자 주입층은 LiF로 형성하고, 제2 전극은 알루미늄(Al)으로 형성하였다.
[화학식 11]
Figure pat00026
(2-2-2. 평가 결과)
다음에, 제작한 유기 전계 발광 소자의 구동 전압, 발광 효율 및 발광 수명을 평가하였다. 평가 결과를 이하의 표 2에 나타낸다. 또한, 각 실시예 및 비교예의 구동 전압 및 발광 효율은 10 mA/cm2의 전류 밀도에 있어서 측정값이다. 또한, 발광 효율 및 발광 수명은 비교예 1에 있어서 측정값을 1로 한 때의 상대값으로서 나타낸다.
또한, 측정은 Keithley Instruments사제2400 시리즈의 소스 메타(source meter), 색채 휘도계 CS-200(주식회사 코니카 미놀타 홀딩스(Konica Minolta Holdings)제, 측정각 1°), 측정용 PC 프로그램 LabVIEW8.2(주식회사 일본 내셔널 인스트루먼츠(National Instruments) 제)를 사용하여 암실 내에서 행하였다.
양극측 정공
수송층		 중간 정공
수송 재료층		 발광층측
정공 수송층		 구동
전압[V]		 발광
수명		 발광
효율
실시예 2-1 화합물6-3, 화합물4-15 화합물2-1 화합물1 6.3 1.4 1.09
실시예 2-2 화합물6-1, 화합물4-15 화합물2-1 화합물1 6.0 1.4 1.07
실시예 2-3 화합물2-1, 화합물4-15 화합물2-1 화합물1 6.1 1.4 1.08
실시예 2-4 화합물 2-1, 화합물 4-15 화합물 6-2 화합물 1 6.1 1.4 1.06
실시예 2-5 화합물 6-3, 화합물 4-16 화합물 2-1 화합물 1 6.4 1.4 1.08
실시예 2-6 화합물 6-1, 화합물 4-16 화합물 2-1 화합물 1 6.1 1.4 1.07
실시예 2-7 화합물 2-1, 화합물 4-16 화합물 2-1 화합물 1 6.2 1.4 1.07
실시예 8 화합물 2-1, 화합물 4-16 화합물 6-2 화합물 1 6.2 1.4 1.06
비교예 2-1 화합물 6-3 화합물 2-1 화합물 1 7.6 1 1
비교예 2-2 화합물 6-3, 화합물 4-15 화합물 1 화합물 2-1 6.5 0.9 0.8
비교예 2-3 화합물 6-3, 화합물 4-15 화합물 2-1 화합물 2-1 6.4 0.9 0.9
비교예 2-4 화합물 6-3, 화합물 4-15 화합물 1 화합물 2-1 6.6 0.9 0.8
비교예 2-5 화합물 6-3, 화합물 4-15 화합물 2-1 화합물 2-1 6.5 0.9 0.9
표 2의 결과를 참조하면, 실시예 2-1~2-8은 비교예 2-1~2-5에 대해서, 거의 동등 이상의 발광 효율을 가지며, 또한 발광 수명이 향상되어 있는 것을 알았다. 따라서, 제1 전극과 발광층 사이에, 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송 재료층, 및 발광층측 정공 수송층을 마련함으로써, 유기 전계 발광 소자의 발광 수명을 향상시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
구체적으로는, 실시예 2-1~2-8과, 비교예 2-1을 비교하면, 실시예 2-1~2-8의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 2-1에서는, 양극측 정공 수송층에 전자 수용성 재료(화합물 4-15 또는 4-16)가 도프되지 않았다. 따라서, 양극측 정공 수송층에는, 전자 수용성 재료가 도프되어 있을 필요가 있는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 2-1과 비교예 2-2를 비교하면, 실시예 2-1의 특성 쪽이 양호하였다. 또한, 실시예 2-5와 비교예 2-4를 비교하면, 실시예 2-5의 특성 쪽이 양호하였다. 비교예 2-2에서는, 중간 정공 수송 재료층과 발광층측 정공 수송층에 포함되는 화합물이, 실시예 2-1에 대해 바뀌어 있고, 비교예 2-4에서는, 중간 정공 수송 재료층과 발광층측 정공 수송층에 포함되는 화합물이, 실시예 2-5에 대해 바뀌어있다. 따라서, 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층은 발광층에 인접하여 있을 필요가 있는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 2-1~2-8과, 비교예 2-3 및 2-5를 비교하면, 실시예 2-1~2-8의 특성의 쪽이 양호하였다. 비교예 2-3 및 2-5에서는, 발광층측 정공 수송층에 화학식 1로 나타내는 화합물 1이 아니라, 화학식 2로 나타내는 정공 수송 재료 2-1이 사용되고 있다. 따라서, 발광층측 정공 수송층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 필요가 있다는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 것처럼, 본 실시 형태에 의하면, 제1 전극(양극)과 발광층 사이에, 전자 수용성 재료가 도프된 양극측 정공 수송층, 중간 정공 수송 재료층, 및 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층이 적층되어 마련되기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 발광 수명을 향상시킬 수 있다.
이것은, 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층을 배치함으로써, 발광층측 정공 수송층이, 발광층에서 소비되지 않은 전자로부터 정공 수송층을 보호하기 때문으로 생각될 수 있다. 또한, 발광층측 정공 수송층이, 발광층에서 발생한 여기 상태의 에너지의 정공 수송층으로의 확산을 방지하고, 또한 소자 전체의 차지 밸런스(charge balance)를 갖추기 때문이라 생각될 수 있다. 또한, 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층측 정공 수송층을 배치함으로써, 발광층측 정공 수송층이 제1 전극(양극) 부근에 마련된 양극측 정공 수송층에 포함되는 전자 수용성 재료의 발광층으로의 확산을 억제하기 때문인 것으로 생각될 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 갖는 자이면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각 종의 변경예 또는 수정예에 착안하여 얻는 것은 명확하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 해석된다.
100 유기 전계 발광 소자 110 기판
120 제1 전극 130 정공 수송층
131 양극측 정공 수송층 133 중간 정공 수송 재료층
135 발광층측 정공 수송층 140 발광층
150 전자 수송층 160 전자 주입층
170 제2 전극

Claims (17)

  1. 양극;
    발광층;
    상기 양극과 상기 발광층 사이에 마련되고, 전자 수용성 재료를 주로 포함하는 양극측 정공 수송층;
    상기 양극측 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송 재료층; 및
    상기 중간 정공 수송 재료층과 상기 발광층 사이에, 상기 발광층과 인접하여 마련되고, 하기 화학식 1로 표시되는 발광층측 정공 수송 재료를 포함하는 발광층측 정공 수송층;을 구비하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 1]
    Figure pat00027
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간 정공 수송 재료는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 2]
    Figure pat00028

    상기 화학식 2에 있어서,
    Ar1~Ar3은 서로 독립하여, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고,
    L1은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중간 정공 수송 재료는
    하기 화학식 7의 화합물들 중 적어도 하나인 것인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 7]
    Figure pat00029
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위를 갖는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양극측 정공 수송층은 상기 양극에 인접하여 마련되는 유기 전계 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 1중항 여기 상태를 거쳐 발광하는 발광 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 3]
    Figure pat00030

    상기 화학식 3에 있어서,
    Ar5는 서로 독립하여 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 실릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록실기이고,
    n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 8로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 8]
    Figure pat00031
  9. 양극;
    발광층;
    상기 양극과 상기 발광층 사이에 마련되고, 양극측 정공 수송 재료를 포함하고, 전자 수용성 재료가 도프된 양극측 정공 수송층;
    상기 양극측 정공 수송층과 상기 발광층 사이에 마련되고, 중간 정공 수송 재료를 포함하는 중간 정공 수송 재료층; 및
    상기 중간 정공 수송 재료층과 상기 발광층 사이에, 상기 발광층과 인접하여 마련되고, 하기 화학식 1로 표시되는 발광층측 정공 수송 재료를 포함하는 발광층측 정공 수송층;을 구비하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 1]
    Figure pat00032
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중간 정공 수송 재료는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 2]
    Figure pat00033

    상기 화학식 2에 있어서,
    Ar1~Ar3은 서로 독립하여, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기이고,
    Ar4는 수소 원자, 중수소 원자, 할로겐 원자, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 또는 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기이고,
    L1은 단결합, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 18 이하의 아릴렌기, 또는 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 5 이상 15 이하의 헤테로아릴렌기이다.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 중간 정공 수송 재료는
    하기 화학식 7의 화합물들 중 적어도 하나인 것인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 7]
    Figure pat00034
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전자 수용성 재료는 -9.0 eV 이상 -4.0 eV 이하의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 준위를 갖는 유기 전계 발광 소자.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 양극측 정공 수송층은 상기 양극에 인접하여 마련되는 유기전계 발광 소자.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 양극측 정공 수송 재료는 상기 화학식 2로 표시되는 화합물인 유기 전계 발광 소자.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 발광층은 1중항 여기 상태를 거쳐 발광하는 발광 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 3]
    Figure pat00035

    상기 화학식 3에 있어서,
    Ar5는 서로 독립하여 수소 원자, 중수소 원자, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 3 이상 50 이하의 시클로알킬기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 1 이상 50 이하의 알콕시기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 7 이상 50 이하의 아랄킬기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴옥시기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴티오기, 치환 혹은 무치환의 탄소수 2 이상 50 이하의 알콕시카르보닐기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 탄소수 6 이상 50 이하의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 고리 형성 원자수 5 이상 50 이하의 헤테로아릴기, 치환 혹은 무치환의 실릴기, 카르복시기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 하이드록실기이고,
    n은 1 이상 10 이하의 정수이다.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 8로 표시되는 화합물들 중 적어도 하나를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 8]
    Figure pat00036
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