KR20200121384A - 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료, 유기 일렉트로루미네센스 소자, 표시 장치 및 조명 장치 - Google Patents

유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료, 유기 일렉트로루미네센스 소자, 표시 장치 및 조명 장치 Download PDF

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Abstract

용이한 준위 컨트롤과 이동도 향상에 기인한 초기 전압 저하, 및 유기 일렉트로루미네센스 소자 구동 중에서의 전압 상승을 억제하고, 나아가 발광 효율을 개선할 수 있는 유기 EL 소자용 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 유기 EL 소자용 재료는, 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료, 유기 일렉트로루미네센스 소자, 표시 장치 및 조명 장치{MATERIAL FOR ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENTS, ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT, DISPLAY DEVICE AND LIGHTING DEVICE}
본 발명은 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료, 유기 일렉트로루미네센스 소자, 표시 장치 및 조명 장치에 관한 것으로서, 특히 초기 전압 저하, 및 구동 중에서의 전압 상승을 억제하고, 나아가 발광 효율을 개선할 수 있는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료, 유기 일렉트로루미네센스 소자, 표시 장치 및 조명 장치에 관한 것이다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(이하, 유기 EL 소자라고도 한다.)는 발광하는 화합물을 함유하는 발광층을, 음극과 양극 사이에 끼운 구성을 갖고, 전계를 인가함으로써, 양극으로부터 주입된 정공과 음극으로부터 주입된 전자를 발광층 내에서 재결합시킴으로써 여기자(엑시톤)를 생성시켜서, 이 엑시톤이 실활할 때의 광 방출(형광·인광)을 이용한 발광 소자이다. 또한, 유기 EL 소자는, 전극과 전극 사이를 두께가 겨우 서브마이크로미터 정도인 유기 재료의 막으로 구성하는 전고체소자이며, 수V 내지 수십V 정도의 전압으로 발광이 가능한 점에서, 차세대의 평면 디스플레이나 조명에의 이용이 기대되고 있다.
실용화를 위한 유기 EL 소자의 개발로서는, 프린스턴 대학이 여기 삼중항으로부터의 인광 발광을 사용하는 유기 EL 소자를 보고한 이래, 실온에서 인광을 나타내는 재료의 연구가 활발해지게 되었다.
또한, 인광 발광을 이용하는 유기 EL 소자는, 이전의 형광 발광을 이용하는 유기 EL 소자에 비해, 원리적으로 약 4배의 발광 효율이 실현 가능하기 때문에, 그 재료 개발을 비롯하여, 발광 소자의 층 구성이나 전극의 연구 개발이 전세계에서 행하여지고 있다. 예를 들어, 이리듐 착체계 등 중금속 착체를 중심으로 많은 화합물의 검토가 이루어지고 있다.
이와 같이, 인광 발광 방식은, 대단히 포텐셜이 높은 방식이지만, 이 인광 발광 재료는, 통상 호스트라고 불리는 유기 화합물과의 혼합막으로서 사용한다. 이것에는, 주로 두 가지의 요인이 있다. 첫 번째는, 발광 재료끼리 응집하는 것에 의해 발광 효율이 저하되어버리기 때문에, 호스트는 발광 재료의 분산제 역할을 한다. 두 번째는, 발광 재료에 전하(정공·전자)를 나르는 역할이다.
여기서, 전하 수송·주입 기구에 대해서 도 7을 참조하여 설명한다.
유기 EL 소자용 재료는, 절연성의 유기 분자이기 때문에, 양극과 음극으로부터 직접 도펀트에 전자와 정공을 주입할 수 없다(소위 옴의 법칙에 따르는 전하 주입을 할 수 없다.). 이 절연물인 유기물에 전하를 주입·수송하기 위해서는, 초박막(100nm 이하)으로 함과 함께, 에너지 장벽을 작게 할 필요가 있다. 즉, 양극과 발광층 사이의 에너지 장벽이 크기 때문에, 직접 정공 주입할 수 없다. 따라서, 양극과 발광층 사이에, 중간의 에너지를 갖는 박막의 정공 주입 수송층이 필요해진다.
또한, 전자측에도 동일하게 전자 주입·수송층이 필요하다. 또한, 전하는, 유기 분자의 π 공액 부위 간을 호핑 이동하는 것이 대원칙이기 때문에, 모든 유기 EL 소자용 재료는, 벤젠이나 피리딘 등을 대표로 하는 방향족 화합물을 조합한 화학 구조를 갖는다.
음극으로부터 유기 분자의 LUMO 준위에 전자 주입되어, 음이온 라디칼이 형성된다. 그 음이온 라디칼은 불안정하기 때문에, 인접하는 분자와 전자를 주고 받는다. 이 과정을 연속적으로 반복하면, 마치 전자만이 모식도의 우측으로부터 중앙으로 이동하고 있는 것처럼 보인다.
한편, 양극에는, 접촉하는 유기 분자의 HOMO 준위로부터 전자를 주고 받아, 즉 정공이 주입되어 양이온 라디칼이 발생하고, 그것이 도면의 좌측부터 중앙을 향하여 이동한다.
즉, 전하 수송·주입에는, 유기 화합물의 HOMO·LUMO 준위의 컨트롤과 호핑 이동할 수 있는 π 공액 부위를 갖는 것이 중요하다.
HOMO·LUMO 준위를 컨트롤하는(깊게 하는) 방법으로서는 두 가지가 있다. 첫 번째는, 전자 흡인성 N 원자를 사용한 방향족 복소환(예를 들어, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 퀴놀린 등)을 도입하는 방법이다. 두 번째는, 전자 흡인성기를 도입하는 방법이다. 후자 쪽이 분자 설계가 용이해서, 종래 알려져 있는 유기 EL 소자용 재료에 도입함으로써, 목적으로 하는 HOMO·LUMO 준위를 용이하게 달성할 수 있기 때문에, 전자 흡인성기인 시아노기나 트리플루오로메틸기가 자주 사용된다(특허문헌 1 및 2 참조.).
그러나, 강한 전자 흡인기인 시아노기나 트리플루오로메틸기를 도입한 유기물은, 분자 내 분극(분자 내 플러스 전하 부위와 마이너스 전하 부위가 발현)이 커져버린다. 이에 의해, 분자 간에 전하적 상호 작용(분자 간에, 플러스 부위와 마이너스 부위가 서로 끌어당김)이 강해져버린다. 이것은 본래, 캐리어 호핑을 위하여 필요한, 분자간 π-π 상호 작용을 상대적으로 약화시켜버리는 결과, 이동도의 저하가 일어나버린다. 특히, 전자 이동도의 저하가 현저하다.
국제 공개 제2005/044795호 국제 공개 제2012/005269호
본 발명은 상기 문제·상황을 감안하여 이루어진 것이며, 그 해결 과제는, 용이한 준위 컨트롤과 이동도 향상에 기인한 초기 전압 저하, 및 유기 일렉트로루미네센스 소자 구동 중에서의 전압 상승을 억제하고, 나아가 발광 효율을 개선할 수 있는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료, 유기 일렉트로루미네센스 소자, 표시 장치 및 조명 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해, 상기 문제의 원인 등에 대하여 검토하는 과정에 있어서, 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료로서, 카르바졸 유도체에, 시아노기 또는 트리플루오로메틸기와 축합환을 도입함으로써, 초기 전압의 저하, 및 발광 효율을 향상시키고, 또한 구동 시에서의 전압 상승을 억제할 수 있음을 알아내어 본 발명에 이르렀다.
또한, 축합환으로서 디벤조푸란을 사용하면, 분자간 π-π 상호 작용이 크고, 그 결과, 소자 구동 중에서의 분자 운동이 억제되어서, 구동 시의 전압 상승이 작아지고, 나아가 구동 중에서의 발광 도펀트의 움직임도 억제할 수 있어, 소자 구동 중에서의 발광 도펀트의 응집을 억제하여, 발광 도펀트의 여기자 안정성도 향상됨을 알아냈다.
즉, 본 발명에 따른 상기 과제는 이하의 수단에 의해 해결된다.
1. 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00001
[식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. R3은 수소 원자, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. 단, R2 및 R3이 각각 독립적으로, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낼 때, 당해 R2 및 R3 중 적어도 하나는, 하기 일반식 (2)로 표시되는 구조를 갖는다.]
Figure pat00002
[식 중, A1은 5원의 복소환이며, 5원의 복소환은 추가로 치환기를 가져도 되고, 나아가 그 치환기가 환을 형성해도 된다.]
2. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물에 있어서, 상기 R2 및 상기 R3이 각각 독립적으로, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낼 때, 당해 R2 및 R3 중 적어도 하나는, 상기 일반식 (2)로 표시되는 치환기를 갖는 것을 특징으로 하는 제1항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
3. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물에 있어서, 상기 R2 및 상기 R3이 각각 독립적으로, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낼 때, 당해 R2 및 R3 중 적어도 하나는, 그 자체가 상기 일반식 (2)로 표시되는 치환기를 나타내는 것을 특징으로 하는 제1항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
4. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (3)으로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00003
[식 중, R1은 시아노기 또는 CF3을 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. A1은 5원의 복소환이며, 5원의 복소환은 추가로 치환기를 가져도 되고, 나아가 그 치환기가 환을 형성해도 된다.]
5. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (4)로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00004
[식 중, R1은 시아노기 또는 CF3을 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. A1은 5원의 복소환이며, 5원의 복소환은 추가로 치환기를 가져도 되고, 나아가 그 치환기가 환을 형성해도 된다.]
6. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (5)로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00005
[식 중, R1은 시아노기 또는 CF3을 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. R3은 수소 원자, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 6의 정수를 나타낸다. A1은 5원의 복소환이며, 5원의 복소환은 추가로 치환기를 가져도 되고, 나아가 그 치환기가 환을 형성해도 된다.]
7. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (6)으로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00006
[식 중, R1은 시아노기 또는 CF3을 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. R3은 수소 원자, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 6의 정수를 나타낸다. A1은 5원의 복소환이며, 5원의 복소환은 추가로 치환기를 가져도 되고, 나아가 그 치환기가 환을 형성해도 된다.]
8. 상기 일반식 (2)에 있어서의 A1이 푸란환, 티오펜환, 피롤환, 인돌환, 벤조푸란환, 벤조티오펜환, 피라졸환, 이미다졸환, 트리아졸환, 옥사졸환 또는 티아졸환인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
9. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물의 인광 스펙트럼에 있어서의 0-0 전이 밴드의 발광 극대 파장이 450nm 이하인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
10. 상기 일반식 (2)로 표시되는 구조를 갖는 치환기의 축합환에 대응하는 화합물의 LUMO 준위가 카르바졸의 LUMO 준위보다 낮은 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
11. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (7)로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00007
[식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. R3은 수소 원자, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 6의 정수를 나타낸다. 단, R2 및 R3이 각각 독립적으로, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낼 때, 당해 R2 및 R3 중 적어도 하나는, 상기 일반식 (2)로 표시되는 구조를 갖는다.]
12. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (8)로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00008
[식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.]
13. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (9)로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00009
[식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.]
14. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (10)으로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00010
[식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.]
15. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (11)로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00011
[식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.]
16. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (12)로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00012
[식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.]
17. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (13)으로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00013
[식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.]
18. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (14)로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00014
[식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. R3은 수소 원자, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낸다. R4는 디벤조푸란환을 나타낸다. n은 0 내지 6의 정수를 나타낸다. 단, R2 및 R3이 각각 독립적으로, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낼 때, 당해 R2 및 R3 중 적어도 하나는, 상기 일반식 (2)로 표시되는 구조를 갖는다.]
19. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (15)로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제3항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00015
[식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. n1은 0 내지 5의 정수를 나타낸다.]
20. 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (16)으로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제3항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
Figure pat00016
[식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. n1은 0 내지 5의 정수를 나타낸다.]
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
22. 청색 발광하는 것을 특징으로 하는 제21항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
23. 백색 발광하는 것을 특징으로 하는 제21항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 표시 장치.
25. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 조명 장치.
본 발명의 상기 수단에 의해, 용이한 준위 컨트롤과 이동도 향상에 기인한 초기 전압 저하, 및 유기 일렉트로루미네센스 소자 구동 중에서의 전압 상승을 억제하고, 나아가 발광 효율을 개선할 수 있는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료, 유기 일렉트로루미네센스 소자, 표시 장치 및 조명 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과의 발현 기구 내지 작용 기구에 대해서는, 명확하지는 않지만, 이하와 같이 추정하고 있다.
유기 EL 소자의 양극과 음극 사이에 끼워진 적어도 1층의 유기층에 함유되는 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 카르바졸 유도체에, 준위 조정기인 시아노기 또는 트리플루오로메틸기와 함께, 강한 π-π 상호 작용을 갖는 축합환을 도입함으로써, 용이한 준위 컨트롤과 이동도 향상의 양립을 달성할 수 있다. 그 결과, 초기 전압의 저하, 및 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 강직한 축합환을 도입함으로써, 유리 전이점의 향상도 일어나고, 유기층 내에 있어서의 분자 변동도 억제할 수 있고, 구동 시의 전압 상승을 억제할 수 있다.
도 1은 유기 EL 소자로 구성되는 표시 장치의 일례를 도시한 모식도이다.
도 2는 표시부(A)의 모식도이다.
도 3은 화소의 회로도이다.
도 4는 패시브 매트릭스 방식 풀컬러 표시 장치의 모식도이다.
도 5는 조명 장치의 개략도이다.
도 6은 조명 장치의 모식도이다.
도 7은 전하 수송·주입 기구에 대하여 설명하기 위한 모식도이다.
본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료는, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 한다.
이 특징은, 각 청구항에 관한 발명에 공통 또는 대응하는 기술적 특징이다.
본 발명의 실시 형태로서는, 본 발명의 효과 발현의 관점에서, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 상기 일반식 (3) 내지 (16) 중 어느 것으로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것이 바람직하다.
또한, 상기 일반식 (2)에 있어서의 A1이 푸란환, 티오펜환, 피롤환, 인돌환, 벤조푸란환, 벤조티오펜환, 피라졸환, 이미다졸환, 트리아졸환, 옥사졸환 또는 티아졸환인 것이 전하 수송의 점에서 바람직하다.
또한, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물의 인광 스펙트럼에 있어서의 0-0 전이 밴드의 발광 극대 파장이 450nm 이하인 것이 청색 인광 호스트 적성의 점에서 바람직하다.
또한, 상기 일반식 (2)로 표시되는 구조를 갖는 치환기의 축합환에 대응하는 화합물의 LUMO 준위가 카르바졸의 LUMO 준위보다 낮은 것이 전하 수송, 특히 전자 수송의 점에서 바람직하다.
본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자는 상기 유기 일렉트로루미네센스 소자를 함유하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자는 청색 발광 또는 백색 발광하는 것이, 여러 가지 상황에 대응하여 다양성이 있는 실내 조명을 실현할 수 있는 점에서 바람직하다.
본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자는 표시 장치나 조명 장치에 바람직하다.
이하, 본 발명과 그의 구성 요소, 및 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용·형태에 대하여 상세한 설명을 한다. 또한, 본원에 있어서 「내지」는 그 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 의미로 사용한다.
[유기 EL 소자용 재료]
<일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
본 발명의 유기 EL 소자용 재료는, 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00017
일반식 (1) 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기(예를 들어, 메틸기, 에틸기, 트리플루오로메틸기, 이소프로필기 등), 아릴기(예를 들어, 페닐기 등), 헤테로아릴기(예를 들어, 피리딜기, 카르바졸릴기 등), 할로겐 원자(예를 들어, 불소 원자 등), 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. R2는 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기를 나타낸다.
R3은 수소 원자, 알킬기(예를 들어, 메틸기, 에틸기, 트리플루오로메틸기, 이소프로필기 등), 아릴기(예를 들어, 페닐기 등), 헤테로아릴기(예를 들어, 피리딜기, 카르바졸릴기 등) 또는 불화알킬기를 나타낸다. R3은 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기를 나타낸다.
n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다.
단, R2 및 R3이 각각 독립적으로, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낼 때, 당해 R2 및 R3 중 적어도 하나는, 하기 일반식 (2)로 표시되는 구조를 갖는다. 또한, R2 및 R3이 각각 독립적으로, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낼 때, 당해 R2 및 R3 중 적어도 하나는, 하기 일반식 (2)로 표시되는 치환기를 갖는 것이 바람직하다. 또한, R2 및 R3 중 적어도 하나는, 그 자체가 하기 일반식 (2)로 표시되는 치환기를 나타내는 것이 특히 바람직하다.
Figure pat00018
일반식 (2) 중, A1은 5원의 복소환이며, 5원의 복소환은 추가로 치환기를 가져도 되고, 나아가 그 치환기가 환을 형성해도 된다.
5원의 복소환으로서는, 예를 들어 푸란환, 티오펜환, 피롤환, 인돌환, 벤조푸란환, 벤조티오펜환, 피라졸환, 이미다졸환, 트리아졸환, 옥사졸환 또는 티아졸환을 들 수 있고, 특히 벤조푸란환, 벤조티오펜환, 이미다졸환인 것이 바람직하다.
치환기로서는, 예를 들어 알킬기(예를 들어, 메틸기, 에틸기, 트리플루오로메틸기, 이소프로필기 등), 아릴기(예를 들어, 페닐기 등), 헤테로아릴기(예를 들어, 피리딜기, 카르바졸릴기 등), 할로겐 원자(예를 들어, 불소 원자 등), 시아노기 또는 불화알킬기를 들 수 있고, 특히 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기가 바람직하다.
상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물의 인광 스펙트럼에 있어서의 0-0 전이 밴드의 발광 극대 파장은 450nm 이하인 것이 바람직하고, 440nm 이하가 보다 바람직하고, 430nm 이하가 더욱 바람직하다.
본 발명에 있어서의 인광 스펙트럼의 0-0 전이 밴드의 측정 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 인광 스펙트럼의 측정 방법에 대하여 설명한다.
측정하는 화합물을, 잘 탈산소된 에탄올/메탄올=4/1(vol/vol)의 혼합 용매에 녹이고, 인광 측정용 셀에 넣은 후, 액체 질소 온도 77K에서 여기광을 조사하고, 여기광 조사 후 100ms에서의 발광 스펙트럼을 측정한다. 인광은 형광에 비해 발광 수명이 길기 때문에, 100ms 후에 잔존하는 광은 거의 인광이라고 생각할 수 있다. 또한, 인광 수명이 100ms보다 짧은 화합물에 대해서는 지연 시간을 짧게 하여 측정해도 상관없지만, 형광과 구별할 수 없게 될 정도로 지연 시간을 짧게 해버리면, 인광과 형광을 분리할 수 없으므로 문제가 되기 때문에, 그 분리가 가능한 지연 시간을 선택할 필요가 있다.
또한, 상기 용제계로 용해할 수 없는 화합물에 대해서는, 그 화합물을 용해할 수 있는 임의의 용제를 사용해도 된다(실질상, 상기 측정법에서는 인광 파장의 용매 효과는 극히 근소하므로 문제 없다.).
이어서, 0-0 전이 밴드를 구하는 방법인데, 본 발명에 있어서는, 상기 측정법으로 얻어진 인광 스펙트럼 차트 중에서 가장 단파장측에 나타나는 발광 극대 파장을 갖고 0-0 전이 밴드라고 정의한다.
인광 스펙트럼은 통상 강도가 약한 경우가 많기 때문에, 확대하면 노이즈와 피크의 판별이 어려워지는 케이스가 있다. 이러한 경우에는, 여기광 조사 직후의 발광 스펙트럼(편의상 이것을 정상 광 스펙트럼이라고 한다.)을 확대하고, 여기광 조사 후 100ms 후의 발광 스펙트럼(편의상 이것을 인광 스펙트럼이라고 한다.)과 중첩하고, 인광 스펙트럼에서 유래되는 정상 광 스펙트럼 부분으로부터 피크 파장을 판독함으로써 결정할 수 있다. 또한, 인광 스펙트럼을 스무딩 처리함으로써, 노이즈와 피크를 분리하여, 피크 파장을 판독할 수도 있다. 또한, 스무딩 처리로서는, Savitzky & Golay의 평활화법 등을 적용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 일반식 (2)로 표시되는 구조를 갖는 치환기의 축합환에 대응하는 화합물의 LUMO 준위가 카르바졸의 LUMO 준위보다 낮은 것이 바람직하다.
구체적으로는, 상기 일반식 (2)로 표시되는 구조를 갖는 치환기의 축합환에 대응하는 화합물의 LUMO 준위가 -1.0 내지 -2.5eV의 범위 내인 것이 바람직하다.
또한, 카르바졸의 LUMO 준위는 -0.6eV이다.
본 발명에 있어서, LUMO의 값은, 미국 Gaussian사제의 분자 궤도 계산용 소프트웨어인 Gaussian98(Gaussian98, RevisionA.11.4, M. J. Frisch, et al, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2002.)을 사용하여 계산했을 때의 값이며, 키워드로서 B3LYP/LanL2DZ를 사용하여 구조 최적화를 행함으로써 산출한 값(eV 단위 환산값)이라 정의한다. 이 계산값이 유효한 배경으로는, 이 방법으로 구한 계산값과 실험치의 상관이 높기 때문이다.
또한, 상기 일반식 (1)로 표시되는 화합물은, 하기 일반식 (3) 내지 (16) 중 어느 것으로 표시되는 화합물인 것이 바람직하다.
<일반식 (3)으로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00019
일반식 (3) 중, R1은 시아노기 또는 CF3을 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기(예를 들어, 메틸기, 에틸기, 트리플루오로메틸기, 이소프로필기 등), 아릴기(예를 들어, 페닐기 등), 헤테로아릴기(예를 들어, 피리딜기, 카르바졸릴기 등), 할로겐 원자(예를 들어, 불소 원자 등), 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. R2는, 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기를 나타낸다.
n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다.
A1은 5원의 복소환이며, 5원의 복소환은 추가로 치환기를 가져도 되고, 나아가 그 치환기가 환을 형성해도 된다. 5원의 복소환이나 치환기로서는, 상기 일반식 (1)에 기재한 5원의 복소환이나 치환기를 들 수 있다.
<일반식 (4)로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00020
일반식 (4) 중, R1은 시아노기 또는 CF3을 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. R2는, 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기를 나타낸다.
n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다.
A1은 5원의 복소환이며, 5원의 복소환은 추가로 치환기를 가져도 되고, 나아가 그 치환기가 환을 형성해도 된다. 5원의 복소환이나 치환기로서는, 상기 일반식 (1)에 기재한 5원의 복소환이나 치환기를 들 수 있다.
<일반식 (5)로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00021
일반식 (5) 중, R1은 시아노기 또는 CF3을 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. R2는, 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기를 나타낸다.
R3은 수소 원자, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낸다. R3은 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기를 나타낸다.
n은 0 내지 6의 정수를 나타낸다.
A1은 5원의 복소환이며, 5원의 복소환은 추가로 치환기를 가져도 되고, 나아가 그 치환기가 환을 형성해도 된다. 5원의 복소환이나 치환기로서는, 상기 일반식 (1)에 기재한 5원의 복소환이나 치환기를 들 수 있다.
<일반식 (6)으로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00022
일반식 (6) 중, R1은 시아노기 또는 CF3을 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. R2는 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기를 나타낸다.
R3은 수소 원자, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낸다. R3은 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기를 나타낸다.
n은 0 내지 6의 정수를 나타낸다.
A1은 5원의 복소환이며, 5원의 복소환은 추가로 치환기를 가져도 되고, 나아가 그 치환기가 환을 형성해도 된다. 5원의 복소환이나 치환기로서는, 상기 일반식 (1)에 기재한 5원의 복소환이나 치환기를 들 수 있다.
<일반식 (7)로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00023
일반식 (7) 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다.
m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다.
R3은 수소 원자, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 6의 정수를 나타낸다.
단, R2 및 R3이 각각 독립적으로, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낼 때, 당해 R2 및 R3 중 적어도 하나는, 상기 일반식 (2)로 표시되는 구조를 갖는다.
<일반식 (8)로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00024
일반식 (8) 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다.
m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다.
n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다.
n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.
<일반식 (9)로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00025
일반식 (9) 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다.
m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다.
n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다.
n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.
<일반식 (10)으로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00026
일반식 (10) 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다.
m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다.
n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다.
n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.
<일반식 (11)로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00027
일반식 (11) 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다.
m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다.
n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다.
n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.
<일반식 (12)로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00028
일반식 (12) 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다.
m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다.
n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다.
n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.
<일반식 (13)으로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00029
일반식 (13) 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다.
m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다.
n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다.
n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.
<일반식 (14)로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00030
일반식 (14) 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다.
m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다.
R3은 수소 원자, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낸다.
R4는 디벤조푸란환을 나타낸다.
n은 0 내지 6의 정수를 나타낸다.
단, R2 및 R3이 각각 독립적으로, 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낼 때, 당해 R2 및 R3 중 적어도 하나는, 상기 일반식 (2)로 표시되는 구조를 갖는다.
<일반식 (15)로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00031
일반식 (15) 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다.
m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다.
n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다.
n1은 0 내지 5의 정수를 나타낸다.
<일반식 (16)으로 표시되는 구조를 갖는 화합물>
Figure pat00032
일반식 (16) 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다.
m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다.
R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다.
n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다.
n1은 0 내지 5의 정수를 나타낸다.
<일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물의 구체예>
본 발명의 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물의 구체예를 나타낸다. 본 발명은 이들 예에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
Figure pat00045
Figure pat00046
Figure pat00047
<일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물의 합성예>
본 발명의 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물의 합성예에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 상기한 구체예 중 화합물예 38 및 화합물예 44의 합성 방법을 예로 들어 설명한다.
《화합물예 38의 합성》
Figure pat00048
(공정 1)
3두 플라스크에, 중간체 A를 0.5g, DMF를 20mL 넣고, NBS 379mg을 조금씩 첨가한 후, 1시간 실온에서 교반하였다. 반응액을 분액 깔때기에 옮긴 후, 물과 아세트산에틸을 첨가하고, 유기층을 추출하였다. 유기층을 증발기를 사용하여, 감압 하 증류 제거하였다. 그 잔사를, 실리카겔 크로마토그래피(전개 용매 헵탄:아세트산에틸=20:1)로 분리하여, 중간체 B를 420mg(63％) 얻었다.
(공정 2)
3두 플라스크에, 공정 1에서 얻어진 중간체 B를 420mg, 페닐보론산을 310mg, Pd(bda)2를 15mg, S-Phos를 78mg, 디옥산 10mL, K3PO4를 1.1g 넣고, 100℃에서 5시간 가열 교반하였다. 방냉 후, 반응액을 분액 깔때기에 옮긴 후, 물과 아세트산에틸을 첨가하고, 유기층을 추출하였다. 유기층을 증발기를 사용하여, 감압 하 증류 제거하였다. 그 잔사를, 실리카겔 크로마토그래피(전개 용매 헵탄:아세트산에틸=15:1)로 분리하여, 중간체 C를 448mg 얻었다.
(공정 3)
3두 플라스크에, 공정 2에서 얻어진 중간체 C를 448mg, 중간체 D를 652mg, Cu2O를 59mg, 디피발로일메탄 151mg, K3PO4를 523mg, DMSO를 10mL 가하고, 160℃에서 10시간 가열 교반하였다.
반응액을 분액 깔때기에 옮긴 후, 물과 아세트산에틸을 첨가하고, 유기층을 추출하였다. 유기층을 증발기를 사용하여, 감압 하 증류 제거하였다. 그 잔사를, 실리카겔 크로마토그래피(전개 용매 헵탄:아세트산에틸=30:1)로 분리하여, 화합물예 38을 460mg 45％) 얻었다.
화합물예 38의 구조는, 매스 스펙트럼 및 1H-NMR로 확인하였다.
MASS spectrum(매스 스펙트럼)(ESI):m/z=893[M+]
1H-NMR(CD2Cl2, 400MHz) δ:8.50(1H, S), δ:8.42(1H, s), δ:8.22(1H, s), δ:8.20(1H, d), δ:7.92(1H, s), δ:7.84-7.86(3H, m), δ:7.35-7.77(22H, m)
《화합물예 44의 합성》
Figure pat00049
(공정 1)
3두 플라스크에, 중간체 E를 3.0g, DMF를 50mL 넣고, NBS 2.3g을 조금씩 첨가한 후, 1시간 실온에서 교반하였다. 반응액을 분액 깔때기에 옮긴 후, 물과 아세트산에틸을 첨가하고, 유기층을 추출하였다. 유기층을 증발기를 사용하여, 감압 하 증류 제거하였다. 그 잔사를, 실리카겔 크로마토그래피(전개 용매 헵탄:아세트산에틸=20:1)로 분리하여, 중간체 F를 3.6g(91％) 얻었다.
(공정 2)
3두 플라스크에, 공정 1에서 얻어진 중간체 F를 3.0g, CuCN을 1.6g, NMP를 25mL 넣고, 200℃에서 5시간 가열 교반하였다. 방냉 후, 10％ HCl 50mL과 FeCl3·6H2O가 7.3g 들어간 코니컬 비이커에 반응액을 쏟아 붓고, 65℃에서 30분 교반하였다. 그 후, K2CO3을 첨가하여 중화하였다. 아세트산에틸을 사용하여, 목적물을 추출하고, 유기층을 증발기를 사용하여, 감압 하 증류 제거하였다. 이 잔사를, 메탄올에 적하하면, 백색 결정이 석출되었으므로, 여과취출하면, 중간체 G가 1.9g(76％) 얻어졌다.
(공정 3)
3두 플라스크에, 공정 2에서 얻어진 중간체 G를 1.0g, 중간체 D를 1.61g, Cu2O를 100mg, 디피발로일메탄 200mg, K3PO4를 1.3g, DMSO를 25mL 가하고, 140℃에서 7시간 가열 교반하였다.
반응액을 분액 깔때기에 옮긴 후, 물과 아세트산에틸을 첨가하고, 유기층을 추출하였다. 유기층을 증발기를 사용하여, 감압 하 증류 제거하였다. 그 잔사를, 실리카겔 크로마토그래피(전개 용매 헵탄:아세트산에틸=20:1)로 분리하여, 화합물예 44를 0.69g(41％) 얻었다.
화합물예 44의 구조는, 매스 스펙트럼 및 1H-NMR로 확인하였다.
MASS spectrum(ESI):m/z=893[M+]
1H-NMR(CD2Cl2, 400MHz) δ:8.51(1H, S), δ:8.38(1H, d), δ:8.22(1H, s), δ:8.18(1H, d), δ:7.85(1H, s), δ:7.91-7.85(3H, m), δ:7.38-7.77(22H, m)
[유기 EL 소자의 구성층]
본 발명의 유기 EL 소자는, 상기 유기 EL 소자용 재료를 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기 EL 소자의 구성층에 대하여 설명한다. 본 발명의 유기 EL 소자에 있어서, 양극과 음극 사이에 협지되는 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, 당해 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 2층막이나, 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, 청색 발광층 또는 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 층 내여도 되고, 발광층과 인접층의 계면이어도 된다.
발광층의 층 두께의 총합은 특별히 제한은 없지만, 막의 균질성이나, 발광 시에 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 하며, 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 있다.) 등에 의해 성막하여 형성할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자의 발광층에는, 발광 도펀트(인광 발광성 도펀트나 형광 발광성 도펀트 등) 화합물과, 호스트 화합물을 함유하는 것이 바람직하다.
(1. 발광성 도펀트)
발광성 도펀트(발광 도펀트, 도펀트 화합물, 간단히 도펀트라고도 한다)에 대하여 설명한다.
발광성 도펀트로서는, 형광 발광성 도펀트(형광 도펀트, 형광성 화합물, 형광 발광성 화합물이라고도 한다.) 또는 인광 발광성 도펀트(인광 도펀트, 인광성 화합물, 인광 발광성 화합물 등이라고도 한다.)를 사용할 수 있다.
발광층 중의 발광성 도펀트의 농도에 대해서는, 사용되는 특정한 도펀트 및 디바이스의 필요조건에 기초하여, 임의로 결정할 수 있다. 발광성 도펀트의 농도는, 발광층의 막 두께 방향에 대하여 균일한 농도로 함유되어 있어도 되고, 또한 임의의 농도 분포를 갖고 있어도 된다.
또한, 발광층은, 복수종의 발광성 도펀트가 포함되어 있어도 된다. 예를 들어, 구조가 상이한 도펀트끼리의 조합이나, 형광 발광성 도펀트와 인광 발광성 도펀트를 조합하여 사용해도 된다. 이에 의해, 임의의 발광색을 얻을 수 있다.
유기 EL 소자가 발광하는 색은, 「신편 색채 과학 핸드북」(일본 색채 학회 편, 동경 대학 출판회, 1985)의 108페이지의 도 4.16에 있어서, 분광 방사 휘도계CS-2000(코니카 미놀타(주) 제)으로 측정한 결과를 CIE 색도 좌표에 적용시켰을 때의 색으로 결정된다.
유기 EL 소자는, 1층 또는 복수층의 발광층이, 발광색이 상이한 복수의 발광 도펀트를 함유하여, 백색 발광을 나타내는 것도 바람직하다. 백색을 나타내는 발광 도펀트의 조합에 대해서는 특별히 한정은 없지만, 예를 들어 청색과 주황색이나, 청색과 녹색과 적색의 조합 등을 들 수 있다.
유기 EL 소자에 있어서의 백색으로서는, 2도 시야각 정면 휘도를 전술한 방법에 의해 측정했을 때에, 1000cd/㎡에서의 CIE1931 표색계에 있어서의 색도가x=0.39±0.09, y=0.38±0.08의 영역 내에 있는 것이 바람직하다.
(1-1. 인광 발광성 도펀트)
인광 발광성 도펀트는, 여기 삼중항으로부터의 발광이 관측되는 화합물이며, 구체적으로는, 실온(25℃)에서 인광 발광하는 화합물이며, 25℃에서 인광 양자 수율이 0.01 이상인 화합물이다. 발광층에 사용하는 인광 발광성 도펀트에 있어서, 바람직한 인광 양자 수율은 0.1 이상이다.
상기 인광 양자 수율은, 제4판 실험 화학 강좌 7의 분광 II의 398페이지(1992년판, 마루젠)에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다. 용액 중에서의 인광 양자 수율은, 여러 가지 용매를 사용하여 측정할 수 있다. 발광층에 사용하는 인광 발광성 도펀트는, 임의의 용매 중 어느 것에 있어서 상기 인광 양자 수율(0.01 이상)이 달성되면 된다.
인광 발광성 도펀트의 발광은, 원리적으로 2종을 들 수 있다.
하나는, 캐리어가 수송되는 호스트 화합물 상에서, 캐리어의 재결합에 의한 호스트 화합물의 여기 상태가 생성된다. 이 에너지를 인광 발광성 도펀트에 이동시킴으로써, 인광 발광성 도펀트로부터의 발광을 얻는다는 에너지 이동형이다. 또 다른 하나는, 인광 발광성 도펀트가 캐리어 트랩이 되어, 인광 발광성 도펀트 상에서 캐리어의 재결합이 일어나서, 인광 발광성 도펀트로부터의 발광이 얻어진다는 캐리어 트랩형이다. 어느 경우이든, 인광 발광성 도펀트의 여기 상태의 에너지는, 호스트 화합물의 여기 상태의 에너지보다도 낮을 것이 조건이 된다.
인광 발광성 도펀트는, 유기 EL 소자의 발광층에 사용되는 공지된 재료 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
공지된 인광 발광성 도펀트의 구체예로서는, 이하의 문헌에 기재되어 있는 화합물 등을 들 수 있다.
Nature, 395, 151(1998), Appl. Phys. Lett., 78, 1622(2001), Adv. Mater., 19, 739(2007), Chem. Mater., 17, 3532(2005), Adv. Mater., 17, 1059(2005), 국제 공개 제2009/100991호, 국제 공개 제2008/101842호, 국제 공개 제2003/040257호, 미국 특허 출원 공개 제2006/0202194호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2007/0087321호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2005/0244673호 명세서
Inorg. Chem., 40, 1704(2001), Chem. Mater., 16, 2480(2004), Adv. Mater., 16, 2003(2004), Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 7800, Appl. Phys. Lett., 86, 153505(2005), Chem. Lett., 34, 592(2005), Chem. Commun., 2906(2005), Inorg. Chem., 42, 1248(2003), 국제 공개 제2009/050290호, 국제 공개 제2002/015645호, 국제 공개 제2009/000673호, 미국 특허 출원 공개 제2002/0034656호 명세서, 미국 특허 제7332232호, 미국 특허 출원 공개 제2009/0108737호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2009/0039776호 명세서, 미국 특허 제6921915호, 미국 특허 제6687266호, 미국 특허 출원 공개 제2007/0190359호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2006/0008670호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2009/0165846호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2008/0015355호 명세서, 미국 특허 제7250226호, 미국 특허 제7396598호, 미국 특허 출원 공개 제2006/0263635호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2003/0138657호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2003/0152802호 명세서, 미국 특허 제7090928호
Angew. Chem. Int. Ed., 47, 1(2008), Chem. Mater., 18, 5119(2006), Inorg. Chem., 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 제2005/123873호, 국제 공개 제2007/004380호, 국제 공개 제2006/082742호, 미국 특허 출원 공개 제2006/0251923호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2005/0260441호 명세서, 미국 특허 제7393599호, 미국 특허 제7534505호, 미국 특허 제7445855호, 미국 특허 출원 공개 제2007/0190359호 명세서, 미국 특허 출원 공개 제2008/0297033호 명세서, 미국 특허 제7338722호, 미국 특허 출원 공개 제2002/0134984호 명세서, 미국 특허 제7279704호
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 공보, 일본 특허 공개 제2012-195554호 공보, 일본 특허 공개 제2009-114086호 공보, 일본 특허 공개 제2003-81988호 공보, 일본 특허 공개 제2002-302671호 공보, 일본 특허 공개 제2002-363552호 공보
그 중에서도, 바람직한 인광 발광성 도펀트로서는, Ir을 중심 금속에 갖는 유기 금속 착체를 들 수 있다. 더욱 바람직하게는, 금속-탄소 결합, 금속-질소 결합, 금속-산소 결합, 금속-황 결합 중 적어도 하나의 배위 양식을 포함하는 착체가 바람직하다.
이하, 발광층에 적용 가능한 공지된 인광 발광성 도펀트의 구체예를 들지만, 인광 발광성 도펀트는 이들에 한정되지 않고, 기타의 화합물을 적용할 수도 있다.
Figure pat00050
Figure pat00051
Figure pat00052
Figure pat00053
Figure pat00054
Figure pat00055
Figure pat00056
Figure pat00057
(1-2. 형광 발광성 도펀트)
형광 발광성 도펀트는, 여기 일중항으로부터의 발광이 가능한 화합물이며, 여기 일중항으로부터의 발광이 관측되는 한 특별히 한정되지 않는다.
형광 발광성 도펀트로서는, 예를 들어 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 크리센 유도체, 플루오란텐 유도체, 페릴렌 유도체, 플루오렌 유도체, 아릴아세틸렌 유도체, 스티릴아릴렌 유도체, 스티릴아민 유도체, 아릴아민 유도체, 붕소 착체, 쿠마린 유도체, 피란 유도체, 시아닌 유도체, 크로코늄 유도체, 스쿠아릴륨 유도체, 옥소벤즈안트라센 유도체, 플루오레세인 유도체, 로다민 유도체, 피릴륨 유도체, 페릴렌 유도체, 폴리티오펜 유도체 또는 희토류 착체계 화합물 등을 들 수 있다.
또한, 형광 발광성 도펀트로서, 지연 형광을 이용한 발광 도펀트 등을 사용해도 된다.
지연 형광을 이용한 발광 도펀트의 구체예로서는, 예를 들어 국제 공개 제2011/156793호, 일본 특허 공개 제2011-213643호 공보, 일본 특허 공개 제2010-93181호 공보 등에 기재된 화합물을 들 수 있다.
(2. 호스트 화합물)
호스트 화합물은, 발광층에 있어서 주로 전하의 주입 및 수송을 담당하는 화합물이며, 유기 EL 소자에 있어서, 그 자체의 발광은 실질적으로 관측되지 않는다.
바람직하게는 실온(25℃)에 있어서, 인광 발광의 인광 양자 수율이 0.1 미만인 화합물이며, 더욱 바람직하게는, 인광 양자 수율이 0.01 미만인 화합물이다. 또한, 발광층에 함유되는 화합물 내에서, 그 층 중에서의 질량비가 20％ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 호스트 화합물의 여기 상태 에너지는, 동일층 내에 함유되는 발광 도펀트의 여기 상태 에너지보다도 높은 것이 바람직하다.
호스트 화합물은, 단독으로 사용해도 되고 또는 복수종 병용하여 사용해도 된다. 호스트 화합물을 복수종 사용함으로써 전하의 이동을 조정하는 것이 가능하고, 유기 EL 소자의 고효율화가 가능하게 된다.
발광층에 사용하는 호스트 화합물로서는, 상술한 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물을 함유하는 본 발명의 유기 EL 소자용 재료를 사용할 수 있다.
또한, 호스트 화합물로서, 종래의 유기 EL 소자에서 사용되는 화합물을, 본 발명의 유기 EL 소자용 재료와 병용해도 된다.
병용해도 되는 화합물로서는, 대표적으로는, 카르바졸 유도체, 트리아릴아민 유도체, 방향족 유도체, 질소 함유 복소환 화합물, 티오펜 유도체, 푸란 유도체, 올리고아릴렌 화합물 등의 기본 골격을 갖는 것, 또는 카르볼린 유도체나 디아자카르바졸 유도체(여기서, 디아자카르바졸 유도체란, 카르볼린 유도체의 카르볼린환을 구성하는 탄화수소환 중 적어도 1개의 탄소 원자가 질소 원자로 치환되어 있는 것을 나타낸다.) 등을 들 수 있다.
본 발명에 사용할 수 있는 공지된 호스트로서는, 정공 수송능, 전자 수송능을 가지며, 또한 발광의 장파장화를 방지하고, 게다가 고Tg(유리 전이 온도)인 화합물이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Tg가 100℃ 이상이다.
호스트를 복수종 사용함으로써 전하의 이동을 조정하는 것이 가능하고, 유기 EL 소자를 고효율화할 수 있다.
또한, 상기 인광 도펀트로서 사용되는 공지된 화합물을 복수종 사용함으로써 서로 다른 발광을 섞는 것이 가능하게 되고, 이에 의해 임의의 발광색을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 사용되는 호스트로서는, 저분자 화합물이어도 되고, 반복 단위를 갖는 고분자 화합물이어도 되고, 비닐기나 에폭시기와 같은 중합성기를 갖는 저분자 화합물(중합성 호스트)이어도 되고, 이러한 화합물을 1종 또는 복수종 사용해도 된다.
공지된 호스트의 구체예로서는, 이하의 문헌에 기재된 화합물을 들 수 있다.
일본 특허 공개 제2001-257076호 공보, 동 2002-308855호 공보, 동 2001-313179호 공보, 동 2002-319491호 공보, 동 2001-357977호 공보, 동 2002-334786호 공보, 동 2002-8860호 공보, 동 2002-334787호 공보, 동 2002-15871호 공보, 동 2002-334788호 공보, 동 2002-43056호 공보, 동 2002-334789호 공보, 동 2002-75645호 공보, 동 2002-338579호 공보, 동 2002-105445호 공보, 동 2002-343568호 공보, 동 2002-141173호 공보, 동 2002-352957호 공보, 동 2002-203683호 공보, 동 2002-363227호 공보, 동 2002-231453호 공보, 동 2003-3165호 공보, 동 2002-234888호 공보, 동 2003-27048호 공보, 동 2002-255934호 공보, 동 2002-260861호 공보, 동 2002-280183호 공보, 동 2002-299060호 공보, 동 2002-302516호 공보, 동 2002-305083호 공보, 동 2002-305084호 공보, 동 2002-308837호 공보 등.
저분자 화합물이나, 반복 단위를 갖는 고분자 화합물이어도 되고, 또는 비닐기나 에폭시기와 같은 반응성기를 갖는 화합물이어도 된다.
<전자 수송층>
전자 수송층이란, 전자를 수송하는 기능을 갖는 재료를 포함하고, 넓은 의미에서 전자 주입층, 정공 저지층도 전자 수송층에 포함된다. 전자 수송층은 단층 또는 복수층을 설치할 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 한다.)의 예로서는, 니트로 치환 플루오렌 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 티오피란디옥시드 유도체, 나프탈렌페릴렌 등의 다환 방향족 탄화수소, 복소환 테트라카르복실산 무수물, 카르보디이미드, 플루오레닐리덴메탄 유도체, 안트라퀴노디메탄 및 안트론 유도체, 옥사디아졸 유도체, 카르볼린 유도체, 또는 당해 카르볼린 유도체의 카르볼린환을 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(Alq3), 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 이들 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 수송층은, 전자 수송 재료를, 예를 들어 진공 증착법, 습식법(웨트 프로세스라고도 하며, 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 있다.)) 등에 의해, 박막화함으로써 형성하는 것이 바람직하다.
전자 수송층의 층 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 통상은 5 내지 5000nm 정도, 바람직하게는 5 내지 200nm의 범위 내이다. 이 전자 수송층은 상기 재료의 1종 또는 2종 이상으로 되는 1층 구조여도 된다.
또한, 금속 착체나 할로겐화 금속 등 금속 화합물 등의 n형 도펀트를 도핑하여 사용해도 된다.
본 발명의 유기 EL 소자의 전자 수송층의 형성에 바람직하게 사용되는 종래 공지된 전자 수송 재료의 일례로서, 국제 공개 제2013/061850호에 기재된 화합물을 바람직하게 사용할 수 있지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.
<음극>
음극으로서는, 일함수가 작은(4eV 이하) 금속(전자 주입성 금속이라고 칭한다.), 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 전극 물질로 하는 것이 사용된다.
이러한 전극 물질의 구체예로서는, 나트륨, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘, 리튬, 마그네슘/구리 혼합물, 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄(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 커 안정된 금속인 제2 금속과의 혼합물, 예를 들어 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄(Al2O3) 혼합물, 리튬/알루미늄 혼합물, 알루미늄 등이 바람직하다.
음극은, 이들 전극 물질을 증착이나 스퍼터링 등의 방법으로 박막을 형성시킴으로써 제작할 수 있다.
또한, 음극으로서의 시트 저항은 수백Ω/□ 이하가 바람직하고, 막 두께는 통상 10nm 내지 5㎛, 바람직하게는 50 내지 200nm의 범위에서 선택된다.
또한, 발광한 광을 투과시키기 위해서, 유기 EL 소자의 양극 또는 음극 중 어느 한쪽이 투명 또는 반투명하면 발광 휘도가 향상되어 바람직하다.
또한, 음극에 상기 금속을 1 내지 20nm의 막 두께로 제작한 후에, 후술하는 양극의 설명에서 예시하는 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 설치하며, 전자 주입층과 정공 주입층이 있고, 상기와 같이 양극과 발광층 또는 정공 수송층과의 사이, 및 음극과 발광층 또는 전자 수송층과의 사이에 존재시켜도 된다.
주입층이란, 구동 전압 저하나 발광 휘도 향상을 위하여 전극과 유기층 사이에 설치되는 층으로, 「유기 EL 소자와 그의 공업화 최전선(1998년 11월 30일 NTS사 발행)」의 제2편 제2장 「전극 재료」(123 내지 166페이지)에 상세하게 기재되어 있고, 정공 주입층(양극 버퍼층)과 전자 주입층(음극 버퍼층)이 있다.
양극 버퍼층(정공 주입층)은 일본 특허 공개 평9-45479호 공보, 동 9-260062호 공보, 동 8-288069호 공보 등에도 그 상세가 기재되어 있고, 구체예로서, 구리 프탈로시아닌으로 대표되는 프탈로시아닌 버퍼층, 일본 특허 공표 제2003-519432호 공보나 일본 특허 공개 제2006-135145호 공보 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, 동 9-17574호 공보, 동 10-74586호 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 극히 얇은 막인 것이 바람직하고, 소재에 따라 다르지만 그 막 두께는 0.1nm 내지 5㎛의 범위가 바람직하다.
<저지층: 정공 저지층, 전자 저지층>
저지층은, 상기와 같이 유기 화합물 박막의 기본 구성층 이외에 필요에 따라서 설치되는 것이다. 예를 들어, 일본 특허 공개 평11-204258호 공보, 동 11-204359호 공보, 및 「유기 EL 소자와 그의 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, 정공 저지층으로서 사용할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자의 정공 저지층은, 발광층에 인접하여 설치되어 있는 것이 바람직하다.
정공 저지층에는, 전술한 호스트 화합물로서 예시한, 카르바졸 유도체, 카르볼린 유도체, 디아자카르바졸 유도체(여기서, 디아자카르바졸 유도체란, 카르볼린환을 구성하는 탄소 원자 중 어느 하나가 질소 원자로 치환된 것을 말한다.)를 함유하는 것이 바람직하다.
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 따라서 전자 저지층으로서 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 정공 저지층, 전자 수송층의 층 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 것을 갖는 것이며, 유기물, 무기물 중 어느 것이어도 된다. 예를 들어, 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아릴알칸 유도체, 피라졸린 유도체 및 피라졸론 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 옥사졸 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 히드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 실라잔 유도체, 아닐린계 공중합체, 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 아자트리페닐렌 유도체도 마찬가지로 정공 수송 재료로서 사용할 수 있다.
정공 수송 재료로서는, 상기의 것을 사용할 수 있는데, 포르피린 화합물, 방향족 제3급 아민 화합물 및 스티릴 아민 화합물, 특히 방향족 제3급 아민 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
방향족 제3급 아민 화합물 및 스티릴 아민 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, 나아가 미국 특허 제5061569호 명세서에 기재되어 있는 2개의 축합 방향족환을 분자 내에 갖는 것, 예를 들어 4,4'-비스〔N-(1-나프틸)-N-페닐아미노〕비페닐(NPD), 일본 특허 공개 평4-308688호 공보에 기재되어 있는 트리페닐아민 유닛이 3개 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 바와 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 층 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 통상은 5nm 내지 5㎛ 정도, 바람직하게는 5 내지 200nm의 범위 내이다. 이 정공 수송층은 상기 재료의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 1층 구조여도 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, 동 2001-102175호 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, ITO, SnO2, ZnO 등의 도전성 투명 재료를 들 수 있다.
또한, IDIXO(In2O3-ZnO) 등 비정질이고 투명 도전막을 제작 가능한 재료를 사용해도 된다. 양극은 이들 전극 물질을 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시키고, 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 통하여 패턴을 형성해도 된다.
또는, 유기 도전성 화합물과 같이 도포 가능한 물질을 사용하는 경우에는, 인쇄 방식, 코팅 방식 등의 습식 성막법을 사용할 수도 있다. 이 양극으로부터 발광을 취출하는 경우에는, 투과율을 10％보다 크게 하는 것이 바람직하고, 또한 양극으로서의 시트 저항은 수백Ω/□ 이하가 바람직하다. 또한, 막 두께는 재료에 따라 다르지만, 통상 10 내지 1000nm, 바람직하게는 10 내지 200nm의 범위에서 선택된다.
<지지 기판>
본 발명의 유기 EL 소자에 사용할 수 있는 지지 기판(이하, 기체, 기판, 기재, 지지체 등이라고도 한다.)으로서는, 유리, 플라스틱 등의 종류에는 특별히 한정은 없고, 또한 투명해도 되고, 불투명해도 된다. 지지 기판측으로부터 광을 취출하는 경우에는, 지지 기판은 투명한 것이 바람직하다. 바람직하게 사용되는 투명한 지지 기판으로서는, 유리, 석영, 투명 수지 필름을 들 수 있다. 특히 바람직한 지지 기판은, 유기 EL 소자에 플렉시블성을 부여하는 것이 가능한 수지 필름이다.
수지 필름으로서는, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀로판, 셀룰로오스디아세테이트, 셀룰로오스트리아세테이트(TAC), 셀룰로오스아세테이트부티레이트, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트(CAP), 셀룰로오스아세테이트프탈레이트, 셀룰로오스나이트레이트 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)과 같은 시클로올레핀계 수지 등의 필름을 들 수 있다.
수지 필름의 표면에는, 무기물, 유기물의 피막 또는 그 양자의 하이브리드 피막이 형성되어 있어도 되고, JIS K7129-1992에 준거한 방법으로 측정된, 수증기 투과도(25±0.5℃, 상대 습도 (90±2)％)가 0.01g/㎡·24h 이하인 배리어성 필름인 것이 바람직하고, 나아가 JIS K7126-1987에 준거한 방법으로 측정된 산소 투과도가 1×10-3mL/㎡·24h·atm 이하, 수증기 투과도가 1×10-5g/㎡·24h 이하인 고배리어성 필름인 것이 바람직하다.
배리어층을 형성하는 재료로서는, 수분이나 산소 등의 소자의 열화를 초래하는 것의 침입을 억제하는 기능을 갖는 재료이면 되고, 예를 들어 산화규소, 이산화규소, 질화규소 등을 사용할 수 있다.
또한, 그 막의 취약성을 개량하기 위해서, 이들 무기층과 유기 재료를 포함하는 층의 적층 구조를 갖게 하는 것이 보다 바람직하다. 무기층과 유기층의 적층순에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 양자를 교대로 복수회 적층시키는 것이 바람직하다.
배리어층의 형성 방법에 대해서는 특별히 한정은 없고, 예를 들어 진공 증착법, 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 분자선 에피택시법, 클러스터 이온빔법, 이온 플레이팅법, 플라스마 중합법, 대기압 플라스마 중합법, 플라스마 CVD법, 레이저 CVD법, 열 CVD법, 코팅법 등을 사용할 수 있는데, 일본 특허 공개 제2004-68143호 공보에 기재되어 있는 대기압 플라스마 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 발광의 실온에서의 외부 취출 수율은 1％ 이상인 것이 바람직하고, 5％ 이상이면 보다 바람직하다.
여기서, 외부 취출 양자 수율(％)=유기 EL 소자 외부로 발광한 광자수/유기 EL 소자로 흐른 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 발광의 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 막 두께가 되도록 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 한다.) 등에 의해 성막하여 형성할 수 있다.
습식법으로서는, 스핀 코팅법, 캐스트법, 다이 코팅법, 블레이드 코팅법, 롤 코팅법, 잉크젯법, 인쇄법, 스프레이 코팅법, 커튼 코팅법, LB법 등이 있는데, 정밀한 박막이 형성 가능하고, 또한 고생산성의 관점에서, 다이 코팅법, 롤 코팅법, 잉크젯법, 스프레이 코팅법 등의 롤·투·롤 방식 적성이 높은 방법이 바람직하다. 또한, 층마다 서로 다른 성막법을 적용해도 된다.
본 발명에 사용되는 발광 도펀트 등의 유기 EL 재료를 용해 또는 분산하는 액 매체로서는, 예를 들어 메틸에틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, 아세트산에틸 등의 지방산에스테르류, 디클로로벤젠 등의 할로겐화탄화수소류, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌, 시클로헥실벤젠 등의 방향족 탄화수소류, 시클로헥산, 데칼린, 도데칸 등의 지방족 탄화수소류, 디메틸포름아미드(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 200nm의 범위의 막 두께가 되도록 형성시켜, 음극을 형성함으로써 원하는 유기 EL 소자가 얻어진다.
또한, 순서를 반대로 해서, 음극, 음극 버퍼층, 전자 수송층, 정공 저지층, 발광층, 정공 수송층, 정공 주입층, 양극의 순서로 제작하는 것도 가능하다.
본 발명의 유기 EL 소자의 제작은, 1회의 진공화로 일관하여 정공 주입층부터 음극까지 제작하는 것이 바람직하지만, 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 밀봉 부재와 전극, 지지 기판을 접착제로 접착하는 방법을 들 수 있다.
밀봉 부재로서는, 유기 EL 소자의 표시 영역을 덮도록 배치되어 있으면 되고, 오목판상이어도 되고, 평판상이어도 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, 납 유리, 알루미노규산 유리, 붕규산 유리, 바륨 붕규산 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, 몰리브덴, 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 K7126-1987에 준거한 방법으로 측정된 산소 투과도가 1×10-3mL/㎡·24h·atm 이하, JIS K7129-1992에 준거한 방법으로 측정된, 수증기 투과도(25±0.5℃, 상대 습도 (90±2)％)가 1×10-3g/㎡·24h 이하인 것인 것이 바람직하다.
밀봉 부재를 오목상으로 가공하는 데는, 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 열화되는 경우가 있으므로, 실온부터 80℃까지 접착 경화할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 접착제 중에 건조제를 분산시켜 두어도 된다. 밀봉 부분으로의 접착제의 도포는 시판하고 있는 디스펜서를 사용해도 되고, 스크린 인쇄처럼 인쇄해도 된다.
또한, 유기층을 사이에 두고 지지 기판과 대향하는 측의 전극 외측에 당해 전극과 유기층을 피복하고, 지지 기판과 접하는 형태로 무기물, 유기물의 층을 형성하여 밀봉막으로 하는 것도 바람직하게 할 수 있다. 이 경우, 당해 막을 형성하는 재료로서는, 수분이나 산소 등 소자의 열화를 초래하는 것의 침입을 억제하는 기능을 갖는 재료이면 되고, 예를 들어 산화규소, 이산화규소, 질화규소 등을 사용할 수 있다.
또한, 당해 막의 취약성을 개량하기 위해서, 이들 무기층과 유기 재료를 포함하는 층의 적층 구조를 갖게 하는 것이 바람직하다. 이들 막의 형성 방법에 대해서는, 특별히 한정은 없고, 예를 들어 진공 증착법, 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 분자선 에피택시법, 클러스터 이온빔법, 이온 플레이팅법, 플라스마 중합법, 대기압 플라스마 중합법, 플라스마 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 불화탄화수소, 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, 황산 코발트 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 바람직하게 사용된다.
[보호막, 보호판]
유기층을 사이에 두고 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 높지는 않기 때문에, 이러한 보호막, 보호판을 설치하는 것이 바람직하다. 이것에 사용할 수 있는 재료로서는, 상기 밀봉에 사용한 것과 동일한 유리판, 중합체판·필름, 금속판·필름 등을 사용할 수 있는데, 경량 또한 박막화라고 하는 점에서 중합체 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
[광 취출]
유기 EL 소자는 공기보다도 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 여겨지고 있다. 이것은, 임계각 이상의 각도 θ로 계면(투명 기판과 공기와의 계면)에 입사하는 광은, 전반사를 일으켜 소자 외부로 취출할 수 없는 것이나, 투명 전극 내지 발광층과 투명 기판과의 사이에서 광이 전반사를 일으켜서, 광이 투명 전극 내지 발광층을 도파하고, 결과적으로 광이 소자 측면 방향으로 빠져나가기 때문이다.
이 광의 취출 효율을 향상시키는 방법으로서는, 예를 들어 투명 기판 표면에 요철을 형성하여, 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 도입하여, 반사 방지막을 형성하는 방법(일본 특허 공개 소62-172691호 공보), 기판과 발광체의 사이에 기판보다도 저굴절률을 갖는 평탄층을 도입하는 방법(일본 특허 공개 제2001-202827호 공보), 기판, 투명 전극층이나 발광층 중 어느 층 사이(기판과 외계 사이를 포함한다.)에 회절 격자를 형성하는 방법(일본 특허 공개 평11-283751호 공보) 등이 있다.
본 발명에 있어서는, 이들 방법을 본 발명의 유기 EL 소자와 조합하여 사용할 수 있는데, 기판과 발광체 사이에 기판보다도 저굴절률을 갖는 평탄층을 도입하는 방법, 또는 기판, 투명 전극층이나 발광층 중 어느 층 사이(기판과 외계 사이를 포함한다.)에 회절 격자를 형성하는 방법을 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명은 이들 수단을 조합함으로써, 더욱 고휘도 또는 내구성이 우수한 소자를 얻을 수 있다.
투명 전극과 투명 기판 사이에 저굴절률의 매질을 광의 파장보다도 긴 두께로 형성하면, 투명 전극으로부터 나온 광은, 매질의 굴절률이 낮을수록 외부로의 취출 효율이 높아진다.
저굴절률층으로서는, 예를 들어 에어로겔, 다공질 실리카, 불화마그네슘, 불소계 중합체 등을 들 수 있다. 투명 기판의 굴절률은 일반적으로 1.5 내지 1.7 정도이므로, 저굴절률층은 굴절률이 약 1.5 이하인 것이 바람직하다. 또한, 나아가 1.35 이하인 것이 바람직하다.
또한, 저굴절률 매질의 두께는 매질 중의 파장의 2배 이상으로 되는 것이 바람직하다. 이것은 저굴절률 매질의 두께가, 광의 파장 정도가 되어서 에바네센트로 스며나온 전자파가 기판 내로 들어가는 막 두께로 되면, 저굴절률층의 효과가 옅어지기 때문이다.
전반사를 일으키는 계면 또는 어느 매질 중에 회절 격자를 도입하는 방법은, 광 취출 효율의 향상 효과가 높다는 특징이 있다. 이 방법은 회절 격자가 1차의 회절이나 2차의 회절과 같은 소위 브래그 회절에 의해, 광의 방향을 굴절과는 상이한 특정한 방향으로 바꿀 수 있는 성질을 이용하여, 발광층에서 발생한 광 중 층 사이에서의 전반사 등에 의해 밖으로 나올 수 없는 광을, 어느 층 사이 또는, 매질 중(투명 기판 내나 투명 전극 내)에 회절 격자를 도입함으로써 광을 회절시켜, 광을 밖으로 취출하려고 하는 것이다.
도입하는 회절 격자는, 이차원적인 주기 굴절률을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이것은, 발광층에서 발광하는 광은 모든 방향으로 랜덤하게 발생하므로, 어떤 방향으로만 주기적인 굴절률 분포를 갖고 있는 일반적인 일차원 회절 격자로는, 특정한 방향으로 진행하는 광밖에 회절되지 않아, 광의 취출 효율이 그다지 높아지지 않는다.
그러나, 굴절률 분포를 이차원적인 분포로 함으로써, 모든 방향으로 진행하는 광이 회절되어, 광의 취출 효율이 높아진다.
회절 격자를 도입하는 위치로서는 전술한 바와 같이, 어느 층 사이 또는 매질 중(투명 기판 내나 투명 전극 내)이어도 되지만, 광이 발생하는 장소인 유기 발광층의 근방이 바람직하다.
이때, 회절 격자의 주기는 매질 중의 광의 파장의 약 1/2 내지 3배 정도가 바람직하다.
회절 격자의 배열은, 정사각형의 래티스 형상, 삼각형의 래티스 형상, 허니콤 래티스 형상 등, 이차원적으로 배열이 반복되는 것이 바람직하다.
[집광 시트]
본 발명의 유기 EL 소자는, 기판의 광 취출측에, 예를 들어 마이크로렌즈 어레이 형상의 구조를 형성하도록 가공하거나, 또는 소위 집광 시트와 조합함으로써, 특정 방향, 예를 들어 소자 발광면에 대하여 정면 방향으로 집광함으로써, 특정 방향 상의 휘도를 높일 수 있다.
마이크로렌즈 어레이의 예로서는, 기판의 광 취출측에 1변이 30㎛이고 그 꼭지각이 90도가 되는 사각뿔을 2차원으로 배열한다. 1변은 10 내지 100㎛의 범위 내가 바람직하다. 이것보다 작아지면 회절의 효과가 발생하여 색을 띠게 되며, 너무 크면 두께가 두꺼워져 바람직하지 않다.
집광 시트로서는, 예를 들어 액정 표시 장치의 LED 백라이트에서 실용화되어 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 둥그스름해진 형상, 피치를 랜덤하게 변화시킨 형상, 기타의 형상이어도 된다.
또한, 발광 소자로부터의 광방사각을 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 전자 디바이스, 표시 장치, 디스플레이, 각종 발광 장치로서 사용할 수 있다. 발광 장치로서, 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, 광 센서의 광원 등을 들 수 있는데, 이것에 한정되는 것은 아니지만, 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 화합물이 발광하는 색은, 「신편색채 과학 핸드북」(일본 색채 학회 편, 동경 대학 출판회, 1985)의 108페이지의 도 7.16에 있어서, 분광 방사 휘도계 CS-1000(코니카 미놀타(주) 제)으로 측정한 결과를 CIE 색도 좌표에 적용시켰을 때의 색으로 결정된다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자가 백색 소자인 경우에는, 백색이란, 2도 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 소자는 표시 장치에 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 표시 장치는 단색이어도 되고, 다색이어도 되지만, 여기에서는 다색 표시 장치에 대하여 설명한다.
다색 표시 장치의 경우에는, 발광층 형성 시에만 섀도 마스크를 설치하고, 한 면에 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 상기 유기 EL 소자의 구성예 중에서 선택된다.
또한, 유기 EL 소자의 제조 방법은, 상기 본 발명의 유기 EL 소자의 제조의 일 형태에 나타낸 바와 같다.
이와 같이 하여 얻어진 다색 표시 장치에 직류 전압을 인가하는 경우에는, 양극을 +, 음극을 -의 극성으로 하고 전압 2 내지 40V 정도를 인가하면 발광을 관측할 수 있다. 또한, 역의 극성으로 전압을 인가해도 전류는 흐르지 않아 발광은 전혀 발생하지 않는다. 또한, 교류 전압을 인가하는 경우에는, 양극이 +, 음극이 -의 상태로 되었을 때만 발광한다. 또한, 인가하는 교류의 파형은 임의여도 된다.
다색 표시 장치는 표시 디바이스, 디스플레이, 각종 발광 광원으로서 사용할 수 있다. 표시 디바이스, 디스플레이에 있어서, 청색, 적색, 녹색 발광의 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) 방식이어도 되고, 액티브 매트릭스 방식이어도 되며, 어느 쪽이어도 된다.
발광 광원으로서는 가정용 조명, 차내 조명, 시계나 액정용의 백라이트, 간판 광고, 신호기, 광 기억 매체의 광원, 전자 사진 복사기의 광원, 광통신 처리기의 광원, 광 센서의 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), 표시부(A)와 제어부(B)를 전기적으로 접속하는 배선부(C) 등을 갖는다.
제어부(B)는 표시부(A)와 배선부(C)를 통하여 전기적으로 접속되고, 복수의 화소 각각에 외부로부터의 화상 정보에 기초하여 주사 신호와 화상 데이터 신호를 보내고, 주사 신호에 의해 주사선마다의 화소가 화상 데이터 신호에 따라서 순차 발광하여 화상 주사를 행하여 화상 정보를 표시부(A)에 표시한다.
도 2는, 액티브 매트릭스 방식에 의한 표시 장치의 모식도이다.
표시부(A)는, 기판 상에, 복수의 주사선(5) 및 데이터선(6)을 포함하는 배선부(C)와 복수의 화소(3) 등을 갖는다. 표시부(A)의 주요한 부재의 설명을 이하에 행한다.
도 2에 있어서는, 화소(3)가 발광한 광(발광광 L)이 백색 화살표 방향(하측 방향)으로 취출되는 경우를 도시하고 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 영역인 화소, 녹색 영역인 화소, 청색 영역인 화소를 적절히 동일 기판 상에 병치함으로써, 풀컬러 표시가 가능하게 된다.
이어서, 화소의 발광 프로세스를 설명한다. 도 3은, 화소의 회로를 도시한 개략도이다.
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 및 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 통하여 스위칭 트랜지스터(11)의 드레인에 화상 데이터 신호가 인가된다. 그리고, 제어부(B)로부터 주사선(5)을 통하여 스위칭 트랜지스터(11)의 게이트에 주사 신호가 인가되면, 스위칭 트랜지스터(11)의 구동이 온하여, 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 온한다. 구동 트랜지스터(12)는 드레인이 전원 라인(7)에 접속되고, 소스가 유기 EL 소자(10)의 전극에 접속되어 있고, 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)에 옮겨지면, 스위칭 트랜지스터(11)의 구동이 오프한다. 그러나, 스위칭 트랜지스터(11)의 구동이 오프해도 콘덴서(13)는 충전된 화상 데이터 신호의 전위를 유지하므로, 구동 트랜지스터(12)의 구동은 온 상태가 유지되어, 다음 주사 신호의 인가가 행하여질 때까지 유기 EL 소자(10)의 발광이 계속된다. 순차 주사에 의해 다음으로 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 설치하여, 복수의 화소(3) 각각의 유기 EL 소자(10)의 발광을 행하고 있다. 이러한 발광 방법을 액티브 매트릭스 방식이라 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, 오프여도 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 없어, 제조 비용의 저감을 꾀할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자를 사용함으로써, 발광 효율이 향상된 표시 장치가 얻어졌다.
[조명 장치]
본 발명의 유기 EL 소자는 조명 장치에 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 공진기 구조를 갖게 한 유기 EL 소자로서 사용해도 된다. 이러한 공진기 구조를 가진 유기 EL 소자의 사용 목적으로서는, 광 기억 매체의 광원, 전자 사진 복사기의 광원, 광통신 처리기의 광원, 광 센서의 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 패시브 매트릭스 방식이어도 되고, 액티브 매트릭스 방식이어도 되며, 어느 쪽이어도 된다. 또는, 다른 발광색을 갖는 본 발명의 유기 EL 소자를 2종 이상 사용함으로써, 풀컬러 표시 장치를 제작하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 발광성 화합물은, 조명 장치로서, 실질적으로 백색의 발광을 발생하는 유기 EL 소자에 적용할 수 있다. 예를 들어, 복수의 발광 재료를 사용하는 경우, 복수의 발광색을 동시에 발광시켜서, 혼색함으로써 백색 발광을 얻을 수 있다. 복수의 발광색의 조합으로서는, 적색, 녹색 및 청색의 삼원색의 3개의 발광 극대 파장을 함유시킨 것이어도 되고, 청색과 황색, 청록색과 주황색 등의 보색의 관계를 이용한 2개의 발광 극대 파장을 함유한 것이어도 된다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자의 형성 방법은, 발광층, 정공 수송층 또는 전자 수송층 등의 형성 시에만 마스크를 설치하고, 마스크에 의해 구분 도포하는 등 단순하게 배치하기만 해도 된다. 기타 층은 공통이므로 마스크 등의 패터닝은 불필요하며, 한 면에 증착법, 캐스트법, 스핀 코팅법, 잉크젯법 및 인쇄법 등으로, 예를 들어 전극막을 형성할 수 있고, 생산성도 향상된다.
이 방법에 의하면, 복수 색의 발광 소자를 어레이 형상으로 병렬 배치한 백색 유기 EL 장치와 달리, 소자 자체가 발광 백색이다.
<본 발명의 조명 장치의 일 형태>
본 발명의 유기 EL 소자를 구비한, 본 발명의 조명 장치의 일 형태에 대하여 설명한다.
본 발명의 유기 EL 소자의 비발광면을 유리 케이스로 덮고, 두께 300㎛의 유리 기판을 밀봉용 기판으로서 사용하고, 주위에 시일재로서, 에폭시계 광경화형 접착제(도아 고세이사제 럭스트랙 LC0629B)를 적용하고, 이것을 음극 상에 겹쳐서 투명 지지 기판과 밀착시키고, 유리 기판측으로부터 UV광을 조사하여, 경화시키고, 밀봉하여, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같은 조명 장치를 형성할 수 있다.
도 5는 조명 장치의 개략도를 도시하며, 본 발명의 유기 EL 소자(조명 장치 내의 유기 EL 소자(101))는 유리 커버(102)로 덮여 있다(또한, 유리 커버에 의한 밀봉 작업은, 조명 장치 내의 유기 EL 소자(101)를 대기에 접촉시키지 않고 질소 분위기 하의 글로브 박스(순도 99.999％ 이상의 고순도 질소 가스의 분위기 하)에서 행하였다.).
도 6은 조명 장치의 단면도를 도시하고, 도 6에 있어서, 105는 음극, 106은 유기층, 107은 투명 전극을 구비한 유리 기판을 나타낸다. 또한, 유리 커버(102) 내에는 질소 가스(108)가 충전되고, 포수제(109)가 마련되어 있다.
본 발명의 유기 EL 소자를 사용함으로써, 발광 효율이 향상된 조명 장치가 얻어졌다.
실시예 1
이하, 실시예를 들어서 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예에 있어서 「부」 또는 「％」의 표시를 사용하는데, 특별히 언급이 없는 한, 「질량부」 또는 「질량％」를 나타낸다.
[유기 EL 소자의 제작]
<유기 EL 소자 1-1의 제작>
양극으로서 100mm×100mm×1.1mm의 유리 기판 상에 ITO(인듐주석옥시드)를 100nm 성막한 기판(NH 테크노 글라스사제 NA45)에 패터닝을 행한 후, 이 ITO 투명 전극을 형성한 투명 지지 기판을 이소프로필알코올로 초음파 세정하고, 건조 질소 가스로 건조시키고, UV 오존 세정을 5분간 행하였다.
이 투명 지지 기판 상에, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리스티렌술포네이트(PEDOT/PSS, Bayer사제, Baytron P Al 4083)를 순수로 70％로 희석한 용액을 사용해서 3000rpm, 30초의 조건 하, 스핀 코팅법에 의해 박막을 형성한 후, 200℃에서 1시간 건조시켜서, 층 두께 20nm의 정공 주입층을 형성하였다.
이 투명 지지 기판을 시판하고 있는 진공 증착 장치의 기판 홀더에 고정하고, 한편, 몰리브덴제 저항 가열 보트에 α-NPD(4,4'-비스〔N-(1-나프틸)-N-페닐아미노〕비페닐)을 200mg 넣고, 별도의 몰리브덴제 저항 가열 보트에 호스트 화합물(비교 화합물 1)을 200mg 넣고, 별도의 몰리브덴제 저항 가열 보트에 도펀트 화합물(D-37)을 200mg 넣고, 별도의 몰리브덴제 저항 가열 보트에 BCP(2,9-디메틸-4, 7-디페닐-1,10-페난트롤린)을 200mg 넣고, 진공 증착 장치에 설치하였다.
계속해서, 진공조를 4×10-4Pa까지 감압한 후, α-NPD가 들어간 상기 가열 보트에 통전하여 가열하고, 증착 속도 0.1nm/초로, 상기 정공 주입층 상에 증착하여 30nm의 정공 수송층을 형성하였다.
또한, 호스트 화합물(비교 화합물 1)이 들어간 상기 가열 보트와 도펀트 화합물(D-37)이 들어간 상기 가열 보트에 통전하여 가열하고, 각각 증착 속도 0.1nm/초, 0.010nm/초로, 상기 정공 수송층 상에 공증착하여 40nm의 발광층을 형성하였다.
또한, BCP가 들어간 상기 가열 보트에 통전하여 가열하고, 증착 속도 0.1nm/초로, 상기 발광층 상에 증착하여 30nm의 전자 수송층을 형성하였다.
계속해서, 음극 버퍼층으로서 불화리튬 0.5nm를 증착하고, 또한 알루미늄 110nm를 증착하여 음극을 형성하여, 유기 EL 소자 1-1을 제작하였다.
<유기 EL 소자 1-2 내지 1-24의 제작>
유기 EL 소자 1-1의 제작에 있어서, 발광층에 있어서의 호스트 화합물을 하기 표 1에 기재된 화합물로 변경하였다. 그 이외에는 동일하게 하여, 유기 EL 소자 1-2 내지 1-24를 각각 제작하였다.
또한, 표 1에 나타내는 비교 화합물 1 및 비교 화합물 2는 이하에 나타내는 화합물이다.
Figure pat00058
[평가]
<초기 구동 전압>
유기 EL 소자를 실온(약 23℃), 2.5mA/㎠의 정전류 조건 하에서 구동했을 때의 전압을 각각 측정하고, 측정 결과를 하기에 나타낸 바와 같이, 유기 EL 소자 1-1을 100으로 하여 각각 상대값으로 나타냈다.
전압=(각 소자의 구동 전압/유기 EL 소자 1-1의 구동 전압)×100
또한, 값이 작은 쪽이 비교에 대하여 구동 전압이 낮은 것을 나타낸다.
<임피던스 분광에 의한 유기 EL 소자의 발광층의 저항값의 변화율의 측정>
「박막의 평가 핸드북」테크노 시스템사 간행 423 내지 425페이지에 기재된 측정 방법을 참고로, Solartron사제 1260형 임피던스 애널라이저 및 1296형 유전체 인터페이스를 사용하여, 제작한 유기 EL 소자의 발광층의 저항값 측정을 행하였다.
유기 EL 소자를 실온(25℃), 2.5mA/㎠의 정전류 조건 하에 따라 1000시간 구동한 후의 구동 전후의 발광층의 저항값을 각각 측정하고, 측정 결과를 하기에 나타낸 계산식에 의해 계산하여 저항값의 변화율을 구하였다. 표 1에는 유기 EL 소자 1-1의 저항값의 변화율을 100으로 했을 때의 상대 비율을 기재하였다.
구동 전후의 저항값의 변화율=|(구동 후의 저항값/구동 전의 저항값)-1|×100
값이 0에 가까운 쪽이 구동 전후의 변화율이 작은 것을 나타낸다. 즉, 구동 시의 전압 상승이 작은 것을 나타낸다.
<발광 효율>
유기 EL 소자를 실온(약 23℃), 2.5mA/㎠의 정전류 조건 하에 따른 점등을 행하고, 점등 개시 직후의 발광 휘도[cd/㎡]를 측정함으로써, 외부 취출 양자 효율(η)(발광 효율)을 산출하였다. 여기서, 발광 휘도의 측정은 CS-1000(코니카 미놀타사제)을 사용하여 행하고, 외부 취출 양자 효율은, 유기 EL 소자 1-1을 100으로 하는 상대값으로 나타냈다.
Figure pat00059
표 1에 나타내는 결과로 명백해진 바와 같이, 본 발명의 유기 EL 소자는, 비교예의 유기 EL 소자에 비하여, 초기 구동 전압의 저하 및 구동 전후에서의 저항값 변화가 작고, 즉 구동 시의 전압 상승이 작고, 또한 발광 효율이 양호한 것이 확인된다.
실시예 2
유기 EL 소자 1-1에 있어서, 도펀트 D-37을 D-36으로 대체하고, 호스트 화합물을 표 2에 기재된 화합물로 치환한 것 이외에는, 동일하게 하여 유기 EL 소자 2-1 내지 2-15를 제작하였다.
Figure pat00060
[평가]
<초기 구동 전압·저항값의 변화율·발광 효율>
초기 구동 전압, 저항값의 변화율(임피던스 분광에 의한 유기 EL 소자의 발광층의 저항값의 변화율) 및 발광 효율에 대해서는, 실시예 1과 마찬가지로 측정하고, 유기 EL 소자 2-1을 기준으로 하는 상대값으로 나타냈다.
<여기자 안정성>
석영 기판 상에, 호스트 화합물과 도펀트(D-36)의 공증착막을 제작(각각 증착 속도 0.1nm/초, 0.010nm/초, 40nm)하고, 비발광면을 유리 케이스로 덮고, 두께 300㎛의 유리 기판을 밀봉용 기판으로서 사용하고, 주위에 시일재로서, 에폭시계 광경화형 접착제(도아 고세이사제 럭스트랙 LC0629B)를 적용하고, 이것을 음극 상에 겹쳐서 투명 지지 기판과 밀착시키고, 유리 기판측으로부터 UV광을 조사하여, 경화시키고, 밀봉하였다. 이 발광층 단층의 막에, UV-LED(5W/㎠) 광원을 20분 조사하였다. 또한 이때의 광원과 샘플의 거리는 15mm로 하였다. UV 조사 후의 샘플에 2.5mA/㎠의 정전류를 인가하고, 발광 직후의 발광 휘도를 측정하고, 하기 식을 사용하여 휘도 잔존율을 산출하였다. 또한 초기 발광 휘도는 발광 효율 평가 시의 발광 휘도(L0)이다.
여기자 안정성(％)=(UV 20분 후 발광 휘도)/(초기 발광 휘도(L0))×100
표 2에는 유기 EL 소자 2-1을 100으로 하는 상대값으로 나타냈다. 휘도 잔존율의 값이 큰 쪽이 여기자 안정성이 우수한 것을 나타내고, 본 발명의 유기 EL 소자의 내구성이 비교예의 유기 EL 소자보다도 높음을 알았다.
본 발명에 의해, 초기 전압 저하, 및 유기 일렉트로루미네센스 소자 구동 중에서의 전압 상승을 억제하고, 나아가 발광 효율을 개선할 수 있는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료를 얻을 수 있고, 유기 일렉트로루미네센스 소자, 및 유기 일렉트로루미네센스 소자를 사용한 유기 EL 디스플레이, 터치 패널 등의 각종 표시 장치 및 조명 장치 등에 바람직하게 이용할 수 있다.
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 내의 유기 EL 소자
102: 유리 커버
105: 음극
106: 유기층
107: 투명 전극을 구비한 유리 기판
108: 질소 가스
109: 포수제
A: 표시부
B: 제어부
C: 배선부
L: 발광광

Claims (15)

  1. 하기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
    Figure pat00061

    [식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타낸다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. R3은, 하기 일반식 (2')로 표시되는 구조를 갖는다.]
    Figure pat00062

    [식 중, A1은 5원의 복소환이며, 5원의 복소환은 추가로 치환기를 가져도 되고, 나아가 그 치환기가 환을 형성해도 된다.]
  2. 제1항에 있어서, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물에 있어서, 상기 R2가 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낼 때, 당해 R2 중 적어도 하나는 상기 일반식 (2')로 표시되는 치환기를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
  3. 제1항에 있어서, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물에 있어서, 상기 R2가 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 또는 불화알킬기를 나타낼 때, 당해 R2 중 적어도 하나는 그 자체가 상기 일반식 (2')로 표시되는 치환기를 나타내는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 일반식 (2')에 있어서의 A1이 푸란환, 티오펜환, 피롤환, 인돌환, 벤조푸란환, 벤조티오펜환, 피라졸환, 이미다졸환, 트리아졸환, 옥사졸환 또는 티아졸환인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물의 인광 스펙트럼에 있어서의 0-0 전이 밴드의 발광 극대 파장이 450nm 이하인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 일반식 (2')로 표시되는 구조를 갖는 치환기의 축합환에 대응하는 화합물의 LUMO 준위가 카르바졸의 LUMO 준위보다 낮은 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (8)로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
    Figure pat00063

    [식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타내되, 상기 아릴기는 페닐기가 아니다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.]
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (10)으로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
    Figure pat00064

    [식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타내되, 상기 아릴기는 페닐기가 아니다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.]
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (11)로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
    Figure pat00065

    [식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타내되, 상기 아릴기는 페닐기가 아니다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. n1은 0 내지 8의 정수를 나타낸다.]
  10. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 일반식 (1)로 표시되는 구조를 갖는 화합물이, 하기 일반식 (16)으로 표시되는 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료.
    Figure pat00066

    [식 중, R1은 시아노기, CmF2m+1 또는 SF5를 나타낸다. m은 1 내지 18의 정수를 나타낸다. R2는, 카르바졸환을 구성하는 탄소 원자 상의 수소 원자 중 어느 것을 대신하여 치환된 아릴기, 할로겐 원자, 시아노기 또는 불화알킬기를 나타내되, 상기 아릴기는 페닐기가 아니다. n은 0 내지 7의 정수를 나타낸다. n1은 0 내지 5의 정수를 나타낸다.]
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자용 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  12. 제11항에 있어서, 청색 발광하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  13. 제11항에 있어서, 백색 발광하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  14. 제11항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  15. 제11항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비한 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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