KR101036513B1

KR101036513B1 - 유기발광소자

Info

Publication number: KR101036513B1
Application number: KR1020107012458A
Authority: KR
Inventors: 케이지 오키나카; 나오키 야마다; 사토시 이가와; 준 카마타니; 마사타카 야시마
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2011-05-24
Also published as: WO2007072741A1; KR101036514B1; JP4944557B2; EP1866985A1; KR20100082026A; EP1866985B1; US20090066227A1; EP1866985A4; KR20080080383A; JP2007318063A

Abstract

본 발명의 목적은 고발광 효율을 가지고 또한 긴 연속구동 수명을 가진 청색 발광소자를 제공하는 것이다. 상기 유기발광소자는 플루오란텐 골격을 가지는 제 1 화합물과 피렌 골격을 가지는 제 2 화합물을 함유하는 층을 포함하고, 상기 제 2 화합물은 상기 제 1 화합물보다 에너지갭이 크고, 상기 제 1 화합물의 최저공궤도(LUMO)의 에너지인 EL1과 상기 제 2 화합물의 LUMO의 에너지인 EL2가,
EL2－EL1 ≥ 0.15 eV
의 식을 만족시킨다.

Description

유기발광소자{ORGANIC LIGHT-EMITTING DEVICE}

본 발명은 유기화합물을 사용한 발광소자에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 유기화합물로 이루어지는 박막에 전계를 인가함으로써 광을 방출하는 유기발광소자에 관한 것이다.

유기발광소자는 애노드와 캐소드 간에 배치된 발광성 유기화합물을 함유한 박막을 포함하고 있다. 상기 소자에서는, 각 전극으로부터 홀(정공) 및 전자를 주입하여 발광성 유기화합물의 여기자를 생성시키고, 다음에 여기자가 기저상태로 돌아올 때에 광이 방사된다.

　Appl. Phys. Lett. 51, 913(1987)에는, 2층으로 구성된 기능분리형 소자가 보고되어 있다. 상기 소자는 애노드에 ITO를 사용하고, 캐소드에 마그네슘과 은의 합금을 사용하고, 전자수송재료 및 발광재료로서 알루미늄 퀴놀리놀 착체를 사용하고 홀수송재료로서 트리페닐아민 유도체를 사용한다. 또한, 상기 소자의 발광은 10 V정도의 인가 전압에 있어서 1,000 cd／m²정도인 것이 보고되어 있다.

또한, 최근에는, Ir(ppy)₃등의 이리듐 착체를 발광재료로서 사용한 인광유기발광소자가 주목받고 있고, 높은 발광 효율을 가진 것이 보고되어 있다 (Appl. Phys. Lett. 75, 4 (1999).

유기발광소자는 최근 현저한 진보를 나타내고 있다. 상기 소자는 저인가 전압으로 고휘도를 나타내는 박형 경량의 발광소자로 생성할 수 있고, 다양한 발광파장을 가지고, 고속 응답성을 제공한다는 사실 등의 그 특성 때문에, 광범위하고 다양한 용도를 발견할 수 있는 가능성이 시사되어 있다.

그러나, 특히, 현 유기발광소자를, 예를 들면, 풀 컬러 디스플레이 등에의 응용을 가정했을 경우, 상기 소자의 발광 효율과 안정성에서는 실용상 충분하지 않다. 특히, 청색 발광소자에 있어서는, 한층 더 성능 개량이 필요했다.

청색 발광소자의 안정성 향상에 관해서는, 일본국 특개 2005－108726호 공보에는 발광층에 전자 이동성 재료, 어시스트 도펀트로서 홀이동성 재료, 및 발광성 도펀트가 포함되는 것을 특징으로 하는 소자가 개시되어 있다.

플루오란텐 골격 재료를 함유한 소자로서는, 예를 들면, 일본국 특개평 10-189248호 공보를 들 수 있다.

피렌 골격 재료를 포함한 소자로서는, 예를 들면, SOCIETY　FOR　INFORMATION　DISPLAY　2003　INTERNATIONAL　SYMPOSIUM, DIGEST　OF　TECHNICAL　PAPERS, 45.3, 1294(2003)을 들 수 있다.

본 발명의 목적은 고발광 효율을 가지고 또한 긴 연속구동수명을 가진 청색 발광소자를 제공하는 것이다.

본 발명자 등은 상술의 과제를 해결하기 위해서 열심히 검토하였다, 그 결과, 그들은 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 애노드 및 캐소드로 구성되는 1 쌍의 전극; 및 유기 화합물로 이루어지고 상기 1 쌍의 전극 사이에 배치된 층으로 이루어지는 유기발광소자로서,

상기 층은 발광영역을 가지고, 플루오란텐 골격을 가지는 제 1 화합물 및 피렌 골격을 가지는 제 2 화합물을 함유하고, 상기 제 2 화합물은 상기 제 1 화합물의 에너지갭보다 큰 에너지갭을 가지고,

상기 제 1 화합물의 최저공궤도 에너지 EL1과 상기 제 2 화합물의 최저공궤도 에너지 EL2가, EL2 － EL1 ≥ 0.15 eV의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 유기발광소자를 제공한다.

본 발명에 의하면, 고발광 효율을 가지고 또한 긴 연속구동 수명을 가진 청색 발광소자를 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 첨부도면을 참조한 다음의 전형적인 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 유기발광소자의 일례를 나타내는 단면도;
도 2는 본 발명의 유기발광소자의 다른 일례를 나타내는 단면도;
도 3은 본 발명의 유기발광소자의 또 다른 일례를 나타내는 단면도;
도 4는 본 발명의 유기발광소자의 또 다른 일례를 나타내는 단면도.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 유기발광소자의 구성예를 나타낸다.

도 1은 기판(1)상에, 애노드(2), 홀수송층(5), 전자수송층(6), 및 캐소드(4)를 연속적으로 형성함으로써 얻어진 구성을 나타낸다. 이 경우에, 홀수송층이나 전자수송층 중 한쪽이 발광층으로서 기능을 한다.

도 2는 기판(1)상에, 애노드(2), 홀수송층(5), 발광층(3), 전자수송층(6), 및 캐소드(4)를 연속적으로 형성함으로써 얻어진 구성을 나타낸다. 이 구성에서, 캐리어 수송기능과 발광기능을 서로 분리한 것이고, 홀과 전자의 재결합 영역은 발광층 내에 존재한다. 상기 구성은 각각의 특성, 즉 홀수송성, 전자수송성, 및 발광성을 가진 화합물과 조합해서 적절하게 사용되어서 극히 재료 선택의 자유도를 증가시킨다. 또한, 서로 발광 파장이 다른 여러 가지의 화합물을 사용할 수 있기 때문에, 발광색상의 다양성을 증대시킬 수 있다. 게다가 중앙층으로서 발광층(3)에 각 캐리어 또는 각 여기자를 유효하게 감금해서, 발광효율을 향상시킬 수 있다.

도 3은 홀 수송층의 일종인 홀주입층(7)을 애노드(2) 측에 삽입하고, 애노드(2)와 홀수송층(5) 간의 밀착성 또는 홀의 주입성 개선에 효과가 있고, 소자를 구동하는 전압을 감소시키는 데 효과적인 점에서, 도 2에 도시된 구성과 다른 구성을 나타낸다.

도 4는 전자 수송층의 일종인 홀블록층(8)을, 발광층(3)과 전자수송층(6) 간에 형성한 점에서 도 2의 구성과 다른 구성을 나타낸다. 이 구성은 이온화 포텐셜이 큰(즉, HOMO 에너지가 낮은) 화합물을 홀블록층(8)으로서 사용하여 발광층에서 캐소드측을 향하는 홀 누설을 완화해서, 발광효율의 향상에 효과적인 구성이다.

본 발명에서는, 발광영역은 호스트 재료로서 피렌 골격을 가지는 화합물을 포함한다. 피렌 골격을 가지는 화합물로서는, 예를 들면. 이하와 같은 재료를 들 수 있지만, 이것들로 한정되는 것은 아니다.

본 발명자 등의 검토에 의하면, 일반적으로, 피렌 골격 재료는, 특히, 전자 수송성이 뛰어난 것(즉 전자 이동도가 크고, 홀 이동도는 전자 이동도에 비해서 작은 것)이 밝혀졌다. 특히 1 ×10^-4cm²／Vs이상의 높은 전자이동도를 가지는 재료를 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 발광층을 이 재료로 형성했을 경우, 소자를 낮은 전압으로 구동할 수 있어, 전력 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나, 이 경우에, 발광층 내의 전자와 홀 사이의 캐리어 밸런스가 무너지거나 발광 영역이 발광층의 애노드측 경계면에 극히 치우치는 경향이 있었다. 따라서, 소자의 발광효율의 저하나, 연속구동에 의한 소자의 열화가 문제가 되는 일이 있었다.

또, 피렌 골격 재료는 청색 영역의 발광재료로서도 사용 가능하다. 그러나, 일반적으로, 분자 집합(aggregation)에 의한 발광 스펙트럼의 브로드화가 큰 경향이 있어, 순청색 발광을 얻으려면 불리했다.

상기의 여러 문제를 완화하기 위해서, 본 발명에서는, 발광성 도펀트로서 플루오란텐 골격을 가지는 화합물을 도프한다. 또한, 이 발광성 도펀트 재료의 최저공궤도(LUMO) 에너지 EL1와 호스트 재료의 최저공궤도 에너지 EL2는 EL2 -EL1 = 0.15 eV의 관계를 만족시킨다. 여기서, 최저공궤도 에너지는 통상의 분자의 경우, 음의 값이다.

전자 수송에 관련되는 최저공궤도가 상기의 관계를 만족시키므로, 발광성 도펀트는 전자 트랩으로서 기능해서, 발광층의 전자수송 성능은 호스트 재료 단체의 성능보다 저하한다. 즉, 발광층의 전자이동도가 호스트 재료 단체의 전자이동도보다 작아진다. 그 결과, 캐리어 밸런스의 붕괴나, 발광 영역의 극단적인 편향이 완화된다. 상기 전자트랩에 의해 발광층의 전자이동도가 한 자리수 이상 저하하는 것이 바람직하다. 즉, 발광층의 전자 이동도 μE와 호스트 재료 단체의 전자이동도 μH는

μE／μH ≤ 0.1

를 만족시키는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명자들이 행한 캐리어이동도 측정에 의한 검토에 의거한 조사에 의하면, EL2 - EL1 ＜ 0.15 eV의 관계가 성립되는 경우에는, 충분한 전자트랩 효과를 얻을 수 없다.

또, 호스트 재료의 최고점유분자궤도(HOMO)의 에너지 EHH와 발광성 도펀트재료의 최고피점궤도의 에너지 EHD는,

EHH - EHD ＞ 0 eV

의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 여기서, 최고피점궤도 에너지는 통상의 분자의 경우, 음의 값이다. 발광층 내의 홀은 발광성 도펀트에는 트랩되지 않아, 발광층의 홀수송성능은 호스트 단체의 홀 수송능과 크게 다르지 않다.

반대로, 발광성 도펀트에 홀이 트랩되면, 발광층의 홀수송성능은 호스트 단체의 홀 수송능보다 낮아지기 때문에, 전자와 홀의 밸런스가 추가로 무너지게 된다.

본 발명에 의하면, 상기와 같은 원리에 의거하여 발광층 내의 발광영역의 편향이 완화되어, 발광영역이 발광층 내에 확장하게 된다. 이 사실은 발광층 안에 주입된 전자의 일부는 발광층의 애노드측 경계면까지 도달하고, 반면에, 홀의 일부는 발광층의 캐소드측 경계면까지 도달하는 것을 의미한다. 따라서 본 발명의 유기발광소자에서는 특히, 발광층의 애노드 측에는 홀 수송층을 배치하고, 캐소드 측에 전자 수송층을 배치해서, 각각, 발광층 내에 전자와 홀을 감금하는 구성이 바람직하다.

청색발광 발광층의 경우에도, 전자와 홀을 유효하게 감금하기 위해서는, 발광층에 접촉하는 홀수송층을 구성하는 홀수송 재료의 에너지갭이 3.15eV보다 큰 것이 바람직하다. 또, 발광층에 접촉하는 전자수송층을 구성하는 전자수송재료의 에너지갭이 3.00eV보다 큰 것이 바람직하다.

또, 발광성 도펀트로서는, 플루오란텐 골격을 가지는 재료를 사용하면, 피렌 골격을 가지는 호스트 재료보다 스펙트럼폭이 좁은 청색 발광을 얻는 것이 용이하다.

플루오란텐 골격을 가지는 발광성 도펀트의 예는 다음과 같은 재료를 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

호스트 재료는 피렌 골격에 부가해서 플루오렌 골격을 가지는 것이 바람직하다. 특히, 다음의 일반식［1］내지［3］의 구조를 가지는 것이 바람직하다.

(식중, R₁기 및 R₂기는 수소원자, 치환 또는 무치환의 알킬기, 치환 또는 무치환의 아랄킬기, 치환 또는 무치환의 아릴기, 치환 또는 무치환의 복소환기, 치환 아미노기, 시아노기, 또는 할로겐 원자를 각각 나타내고; 다른 플루오렌디일기에 결합되는 R₁기 끼리 또는 다른 플루오렌디일기에 결합되는 R₂기 끼리는 동일하거나 또는 달라도 되고, 동일한 플루오렌디일기에 결합되는 R₁기 끼리, 동일한 플루오렌디일기에 결합되는 R₂ 기 끼리, 또는 동일한 플루오렌디일기에 결합되는 R₁기와 R₂기는 동일하거나 달라도 되고;

R₃기 및 R₄기는, 수소원자, 치환 또는 무치환의 알킬기, 치환 또는 무치환의 아랄킬기, 치환 또는 무치환의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 복소환기를 각각 나타내고; 다른 플루오렌디일기에 결합되는 R₃기 끼리, 또는 다른 플루오렌디일기에 결합되는 R₄기 끼리는 동일하거나 또는 달라도 되고; 동일한 플루오렌디일기에 결합되는 R₃기와 R₄기는 동일하거나 달라도 되고;

R₅기 및 R₆기는 수소원자, 치환 또는 무치환의 알킬기, 치환 또는 무치환의 아랄킬기, 치환 또는 무치환의 아릴기, 치환 또는 무치환의 복소환기, 치환 아미노기, 시아노기, 또는 할로겐 원자를 각각 나타내고; R₅기 끼리, R₆기 끼리, 또는 R₅기와 R₆기는 동일하거나 또는 달라도 되고;

a 및 b는 1 내지 3의 정수를 나타내고, 동일해도 되거나 또는 달라도 되고, c 및 d는 1 내지 9의 정수를 나타내고, 동일해도 되거나 또는 달라도 되고, n은 1 내지 10의 정수를 나타냄).

(식중, R₇기 및 R₈기는 수소원자, 치환 또는 무치환의 알킬기, 치환 또는 무치환의 아랄킬기, 치환 또는 무치환의 아릴기, 또는 치환 또는 무치환의 복소환기를 각각 나타내고, R₇기 및 R₈기는 동일하거나 달라도 되고;

R₉는 수소원자, 직쇄, 분기, 또는 환상의 알킬기(해당 알킬기의 하나 이상의 메틸렌기는 -O－,－S－,－CO－,－CO－O－,－O－CO－,－CH=CH－,－C≡C－, 치환기를 가지고 있어도 되는 아릴렌기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 복소환기에 의해 치환되어도 되고; 해당 알킬기 중의 수소원자는 불소원자에 의해 치환되어도 됨), 또는 1환 또는 2환을 가진 치환 또는 무치환의 아릴기(해당 아릴기의 하나 이상의 CH기는 N원자에 의해 치환되어도 됨)를 나타내고;

R₁₀는 수소원자, 치환 또는 무치환의 알킬기, 치환 또는 무치환의 아랄킬기, 치환 또는 무치환의 아릴기, 치환 또는 무치환의 복소환기, 치환 아미노기, 또는 할로겐 원자를 나타내고;

e는 1 내지 9의 정수를 나타내고, 복수의 R₁₀기가 존재하는 경우는, 복수의 R₁₀기는 동일해도 되거나 달라도 되고;

m은 2 내지 10의 정수를 나타내고, 복수의 플루오렌기는 동일해도 되거나 달라도 됨).

(식중, R₁₁ , R₁₂, 및 R₁₄ 내지 R₂₁기는 수소원자, 치환 또는 무치환의 알킬기, 치환 또는 무치환의 아랄킬기, 치환 또는 무치환의 아릴기, 또는, 치환 또는 무치환의 복소환기를 나타내고, R₁₁ 및 R₁₂는 동일하거나 또는 달라도 되고;

Y₁기는 수소원자 또는 치환 또는 무치환의 탄화수소로 이루어지는 축환구조를 나타내고;

q는 1 내지 10의 정수를 나타내고, q가 2이상의 경우에는, 복수의 플루오렌디일기는 동일하거나 달라도 되고;

p는 치환 또는 무치환의 페닐기의 반복구조를 의미하고, 0 또는 1 내지 20의 정수를 나타내고;

r은 치환 또는 무치환의 페닐기의 반복구조를 의미하고, 1 내지 20의 정수를 나타내고;

R₁₃기는 수소원자, 치환 또는 무치환의 알킬기, 치환 또는 무치환의 아랄킬기, 치환 또는 무치환의 아릴기, 치환 또는 무치환의 복소환기, 치환 아미노기, 또는 할로겐 원자를 나타내고, f는 1 내지 9의 정수를 나타내고, 복수의 R₁₃기가 존재하는 경우는, 복수의 R₁₃기는 동일하거나 달라도 됨).

일반식 (1)내지 (3)에 있어서, 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 노말 프로필기, 이소프로필기, 노말 부틸기, 테리아리 부틸기, 세컨더리 부틸기, 옥틸기, 1－아다만틸기, 2－아다만틸기 등을 들 수 있다.

아랄킬기의 예로서는, 벤질기, 페네틸기 등을 들 수 있다.

아릴기의 예로서는, 페닐기, 나프틸기, 펜타레닐기, 인데닐기, 아즈레닐기, 안트릴기, 피레닐기, 인다세닐기, 아세나프테닐기, 페난트릴기, 페나레닐기, 플루오란테닐기, 아세페난트릴기, 아세안트릴기, 트리페니레닐기, 크리세닐기, 나프타세닐기, 페리레닐기, 펜타세닐기, 비페닐기, 타페닐기, 플루오레닐기 등을 들 수 있다.

복소환기의 예로서는, 티에닐기, 피로릴기, 피리딜기, 옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아졸릴기, 티아다아졸릴기, 테르티에닐기, 카르바졸릴기, 아크리디닐기, 페난트로릴기 등을 들 수 있다.

치환 아미노기의 예로서는, 디메틸 아미노기, 디에틸 아미노기, 디벤질 아미노기, 디페닐 아미노기, 디톨릴아미노기, 디아니솔릴아미노기 등을 들 수 있다.

할로겐 원자의 예로서는, 불소, 염소, 브롬, 요오드 등을 들 수 있다.

상기 치환기가 가져도 되는 치환기의 예로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기 등의 알킬기; 벤질기, 페네틸기 등의 아랄킬기; 페닐기, 비페닐기 등의 아릴기; 티에닐기, 피롤릴기, 피리딜기 등의 복소환기; 디메틸 아미노기, 디에틸 아미노기, 디벤질 아미노기, 디페닐 아미노기, 디톨릴아미노기, 디아니솔릴아미노기 등의 아미노기; 메톡실기, 에톡실기, 프로폭실기, 페녹실기 등의 알콕실기; 시아노기; 불소, 염소, 브롬, 요오드 등의 할로겐 원자 등을 들 수 있다.

일반식 (1)의 구체적인 예로서는, 아래와 같은 구조를 들 수 있지만, 이것들로 한정되는 것은 아니다.

일반식 (2)의 구체적인 예로서는, 이하와 같은 구조를 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

　 일반식 (3)의 구체적인 예로서는, 이하와 같은 구조를 들 수 있지만, 이것들로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일반식 (1) 내지 (3) 중의 어느 하나로 나타내지는 호스트 재료는, 그의 분자구조 때문에, 다음의 우수한 특성을 얻을 수 있다:

(1) 호스트 재료는 극히 아몰퍼스(amorphous) 특성이 우수하고, 높은 내열성을 가진다;

(2) 전자 및 홀의 양자 모두, 적합한 캐리어 주입레벨을 용이하게 얻을 수 있다;

(3) 상기 호스트 재료는 청색 발광을 위해 최적인 에너지갭, 즉, 2.7 eV이상 3.4 eV 이하를 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 호스트 재료와 플루오란텐 골격을 가지는 발광성 도펀트의 조합은 다음의 우수한 특성을 용이하게 얻을 수 있다:

(4) 발광성 도펀트의 에너지갭 E1과 호스트 재료의 에너지갭 E2이 E1＜E2 의 관계를 만족시키는 것이 중요하다는 것을 전제로 하면, 에너지가 호스트로부터 도펀트에 양호하게 이동한다.

(5) 발광성 도펀트가 발광층에서 양호하게 분산하도록 피렌 골격을 가진 호스트와 플루오란텐 골격을 가진 발광성 도펀트의 상용성(相溶性)이 높고, 이 때문에, 발광성 도펀트의 회합에 기인하는 발광소자의 효율저하나 수명저하를 경감할 수 있고, 특히, 호스트 재료 및 발광성 도펀트가 탄화수소 화합물 및 상기 호스트 재료 중의 하나인 경우에 특히 양호한 결과를 얻을 수 있고, 우수한 전자이동도와 아몰퍼스특성, 및 증착 성막성을 겸비하기 위해서, 1 분자 내의 피렌 골격의 수와 플루오렌 골격의 수의 합이 3개 또는 4개의 재료가 특히 바람직하다.

또, 특히 플루오란텐 골격과 플루오렌 골격을 가지는 발광성 도펀트가 양호하고, 일반식 (1) 내지 (3) 중의 어느 하나에 의해 나타나는 호스트 재료와의 조합이 바람직하다. 이것은 발광성 도펀트와 호스트의 양자가 동일한 플루오렌 골격을 포함하기 때문이다. 플루오란텐 골격 및 플루오렌 골격을 가지는 발광성 도펀트의 예로서는, 이하와 같은 재료를 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서는, 플루오란텐 골격을 포함한 발광성 도펀트에 전자가 트랩되기 때문에, 발광성 도펀트가 환원에 대해서 화학적으로 안정하는 것이 바람직하다. 또한, 전자가 트랩된 상태에서, 중성상태로부터의 상기 도펀트의 구조변형이 적은 것이 바람직하다. 변형이 적어지기 위해서는, LUMO가 분자 내의 비교적 넓은 영역에 국소화하지 않는 것이 바람직하다고 생각된다.

발광층 내의 발광성 도펀트는 상술한 전자트랩기구나, 호스트로부터 발광성 도펀트에의 에너지 이동을 고려하면, 바람직하게는 0.1wt％ 이상 35wt％ 이하의 농도로, 더욱 바람직하게는, 1wt％ 이상 15wt％ 이하의 농도로 혼합된다.

에너지갭은 가시광선-자외 흡수스펙트럼의 측정으로부터 결정할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 히타치제 분광 광도계 U－3010을 사용하여 유리기판 상에 형성한 박막의 흡수단으로부터 결정하였다.

이온화 포텐셜 및 최고점유분자궤도(HOMO) 에너지는 대기하에서 광전자 분광법(측정기명 AC－1　리켄기기사 제품)을 사용해서 측정했다.

전자 친화력 및 최저공궤도(LUMO) 에너지는 에너지갭 측정치와 상기 HOMO 에너지로부터 산출할 수 있다. 본 발명에 있어서는, HOMO 에너지의 값과 에너지갭으로부터 산출하는 방법을 사용했다. 즉, LUMO 에너지 = HOMO 에너지＋에너지갭이다.

또한, 캐리어이동도는 비행시간(TOF: Time　of　Flight) 법에 따르는 과도 전류 측정에 의해서 측정하는 것이 가능하다. 본 발명에서는 ITO를 구비한 유리기판상에 약 2㎛의 박막을 진공 증착법에 의해 제조하고, 더 나아가서 대향전극으로서 기능하는 알루미늄을 증착했다. 샘플의 캐리어이동도에 대한 값을 TOF 측정장치(TOF－301(주) 오프텔사 제품)를 사용하여 4 ×10⁵V／cm의 전계강도에서 측정했다.

홀(정공) 수송성 재료는, 애노드로부터의 홀의 주입을 용이하게 하고, 또한 주입된 홀을 발광층에 수송하는 우수한 이동도를 가지는 것이 바람직하다. 홀 주입/수송성능을 각각 가지는 저분자 및 고분자계 재료로서는, 트리아릴아민 유도체, 페닐렌 디아민 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 피라졸린 유도체, 피라졸론 유도체, 옥사졸 유도체, 플루오레논 유도체, 히드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 프탈로시아닌 유도체, 포르피린 유도체, 폴리(비닐카르바졸), 폴리(시리렌), 폴리(티오펜), 및 그 외 도전성 고분자를 들 수 있지만, 물론 이들로 한정되는 것은 아니다.

전자 주입/수송성 재료로서는, 캐소드로부터의 전자의 주입을 용이하게 하고, 주입된 전자를 발광층에 수송하는 기능을 각각 가지는 재료로부터 임의로 선택할 수 있고, 예를 들면, 상기 재료의 캐리어이동도와 홀 수송재료의 캐리어이동도 사이의 밸런스 등을 고려해서 선택된다. 전자 주입/수송 성능을 가지는 재료로서는, 옥사디아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 티아졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 피라진 유도체, 트리아졸 유도체, 트리아진 유도체, 페릴렌 유도체, 퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 플루오레논 유도체, 안트론 유도체, 페난트로린 유도체, 및 유기 금속 착체를 들 수 있지만, 물론 이들로 한정되는 것은 아니다. 또, 이온화 포텐셜이 큰 재료는 홀 블록 재료로서도 사용할 수 있다.

본 발명의 유기발광소자의 유기 화합물로 이루어지는 층은 여러 가지의 방법 중 어느 하나에 의해 얻을 수 있다. 일반적으로는 진공 증착법, 이온화 증착법, 스퍼터링, 또는 플라스마 CVD에 의해 박막을 형성한다. 또는, 막의 재료를 적당한 용매에 용해시키고, 공지의 도포법(예를 들면, 스핀코팅법, 디핑법 , 캐스트법, LB법, 또는 잉크젯법)에 의해 박막을 형성한다. 특히 도포법에 의해 막을 형성하는 경우는, 적당한 결착수지와의 조합으로 막을 형성할 수도 있다.

상기 결착수지로서는 광범위한 결착성수지로부터 선택할 수 있고, 예를 들면, 폴리비닐카르바졸 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에스터 수지, 폴리알릴레이트 수지, 폴리스티렌 수지, ABS 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 메타크릴 수지, 부티랄 수지, 폴리비닐 아세탈 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리에테르 술폰 수지, 디알릴 프탈레이트 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리술폰 수지, 및 요소 수지를 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 이들 중의 한 종류를 단독으로 사용 해도 되고, 또는 공중합체 폴리머로서 기능하도록 이들 중의 1종 또는 2종 이상을 혼합해도 된다. 또한, 필요에 따라서, 가소제, 산화 방지제, 또는 자외선 흡수제 등의 공지의 첨가제를 바인더 수지와 조합하여 사용해도 된다.

애노드 재료로서는, 일 함수가 가능한 한 큰 것이 바람직하고, 재료의 예로서는, 금, 백금, 은, 동, 니켈, 팔라듐, 코발트, 셀렌, 바나듐, 및 텅스텐 등의 금속 원소 또는 이들의 합금; 산화주석, 산화아연, 산화인듐, 산화주석인듐(ITO), 및 산화아연인듐 등의 금속산화물을 사용할 수 있다. 또, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리 티오펜, 또는 폴리페닐렌 설파이드 등의 도전성 폴리머도 사용할 수 있다. 이들 전극 물질의 각각은 단독으로 사용할 수도 있고, 또는 이들의 2 종류 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 또한, 애노드는 일층으로 구성하여도 되고, 또는 다층으로 구성하여도 된다.

한편, 캐소드 재료로서는, 일 함수가 가능한 작은 것이 바람직하고, 재료의 예로서는, 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 인듐, 루테늄, 티타늄, 망간, 이트륨, 은, 납, 주석, 크롬 등의 금속 원소; 및 리튬-인듐 합금, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘-은 합금, 알루미늄-리튬 합금, 알루미늄-마그네슘 합금, 마그네슘-인듐 합금 등의 2종 이상의 금속원소로 각각 이루어진 합금을 사용할 수 있다. 산화주석인듐(ITO) 등의 금속 산화물의 사용도 가능하다. 이들 전극 물질의 각각은 단독으로 사용하여도 되고, 또는 이들의 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 또한, 캐소드는 일층으로 구성하여도 되고, 복수의 층으로 구성하여도 된다.

또 애노드 및 캐소드 중의 적어도 한쪽은 투명 또는 반투명인 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 기판으로서는, 특히 한정하는 것은 아니지만, 금속제 기판 또는 세라믹스제 기판 등의 불투명성 기판, 또는 유리, 석영 또는 플라스틱 시트 등의 투명성 기판이 사용된다. 또, 컬러 필터막, 형광색변환 필터막, 유전체 반사막 등을 기판으로 사용해서 발색광을 제어할 수 있다. 또한, 기판 상에 박막트랜지스터(TFT)를 제조하고, 그 기판에 TFT를 접속함으로써 소자를 제조할 수 있다

또한, 화소로서 기능하는 TFT의 2차원 배열을 디스플레이로서 사용할 수 있다. 예를 들면, 적색, 녹색, 및 청색의 3색의 발광 화소의 배열에 의해, 풀컬러 디스플레이로서 사용할 수 있다.

또한, 소자로부터 광을 인출하는 방향에 관해서는, 보텀 에미션 구성(기판측으로부터 광을 인출하는 구성) 및, 톱 에미션 구성(기판의 반대측으로부터 광을 인출하는 구성)의 양자 모두 가능하다.

제조된 소자에는, 예를 들면, 산소 또는 수분과의 접촉을 방지하는 목적으로 보호층 또는 밀봉층을 형성할 수도 있다. 보호층의 예로서는, 다이아몬드 박막; 예를 들면, 금속 산화물, 금속 질화물 등의 무기 재료막; 불소 수지, 폴리파락실렌, 폴리에틸렌, 실리콘 수지, 또는 폴리스티렌 수지 등의 고분자막; 및 광경화성 수지등을 들 수 있다. 또한, 소자 자체를 유리, 기체불투과성 필름, 금속 등으로 덮고, 적절한 밀봉 수지에 의해 소자 자체를 패키징할 수도 있다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 한층 더 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

기판으로서의 유리 기판 상에, 애노드로서 기능하는 산화주석인듐(ITO)을 스퍼터링법에 의해 130 nm의 두께를 가진 막으로 형성하고, 이 결과물을 투명, 도전성 지지 기판으로서 사용하였다. 이 결과물을 아세톤 및 이소프로필 알코올(IPA)로 차례차례 초음파 세정하고, 그 다음에 IPA로 보일링 세정 후 건조했다. 또한, UV／오존 세정했다.

홀수송재료로서 하기와 같이 화합물 1을 사용해서, 화합물의 농도가 0.1 wt％가 되도록 클로로포름 용액을 조정했다.

상기 용액을 상기의 ITO 전극 상에 적하하고, 최초에 500 RPM의 회전수로 10초, 다음에 1000 RPM의 회전수로 1분간 스핀 코트를 실시하고, 이에 의해 막을 형성했다. 이 후 10분간, 80℃의 진공 오븐에서 건조해서, 박막 중의 용제를 완전하게 제거했다. 상기 형성된 홀 수송층의 두께는 15 nm였다.

다음에, 발광층으로서, 호스트 재료로서 하기의 화합물 2 및 발광성 도펀트로서 하기의 화합물 3을, 서로 다른 보트로부터의 공증착에 의해 형성했다. 상기 층은 8 wt％의 화합물 3의 농도 및 30nm의 막두께를 가졌다.

또한, 전자 수송층으로서 하기의 BPhen를 진공 증착했다. 전자 수송층의 막두께는 30 nm였다.

상기 유기층은 다음 조건하에서 형성되었다: 증착시의 진공도는 1.0×10^-4 Pa, 막의 형성 속도는 약 0.1nm／sec 이상 내지 0.3nm／sec 이하.

다음에, 불화 리튬(LiF)을 이전의 유기층 위에, 진공증착법에 의해 0.5 nm의 두께를 가진 막으로 형성하였다. 또한, 진공증착법에 의해 두께 150 nm의 알루미늄막을 전자주입 전극(캐소드)으로서 형성하고, 이에 의해 유기발광소자를 제조하였다. 증착시의 진공도는 1.0 × 10^-4 Pa, 불화리튬은 0.05nm／sec의 막 형성속도로 막으로 형성하고, 알루미늄은 1.0nm／sec 이상 1.2nm／sec 이하의 막형성 속도로 막으로 형성했다.

결과물인 유기발광소자는, 수분의 흡착에 의해 소자 열화가 일어나지 않도록, 건조공기 분위기 중에서 보호용 유리판을 씌우고 아크릴 수지계 접착재로 밀봉했다.

ITO 전극(애노드)을 양극으로서 사용하고, 알루미늄 전극(캐소드)을 음극으로서 사용한 상태에서 이와 같이 얻어진 소자에 4.5 V의 전압을 인가했다. 그 결과, 상기 소자에서는 발광 휘도 3,800 cd／m², 발광 효율 5.3lm／W, 및 최대 발광 파장 463 nm의, 화합물 3에 유래하는 청색의 발광이 관측되었다.

또한, 이 소자에 질소 분위기하에서 전류 밀도를 30 mA／cm²로 유지해서 전압을 인가했다. 그 결과, 휘도 반감 시간이 약 700시간으로 길었다.

발광층의 호스트 재료와 발광성 도펀트의 박막을 각각 진공 증착에 의해 형성하고, 대기 중에서 광전자 분광장치(장치명 AC－1)로 각 박막의 HOMO 에너지를 측정했다. 또한, 자외-가시광선 흡수스펙트럼의 측정(장치명 U－3010)으로부터 각 박막의 에너지갭 및 LUMO 에너지를 산출했다. 그 결과, 호스트 재료의 에너지갭은 발광성 도펀트의 에너지갭보다, 0.16 eV 큰 것이 밝혀졌다. 또한, 호스트 재료의 LUMO 에너지 EL2는 -2.72 eV이고, 발광성 도펀트의 LUMO 에너지 EL1은 -3.06 eV이며, EL2－EL1 = 0.34 eV인 것을 알 수 있었다.

홀수송재료(화합물 1)와 전자수송재료(BPhen)의 각각의 에너지갭도 마찬가지로 측정했다. 홀수송재료의 에너지갭은 3.25 eV이며, 3.15eV보다 컸다. 또, 전자수송재료의 에너지갭은 3.57 eV이며, 3.00 eV보다 컸다.

발광층의 호스트재료 단체의 캐리어이동도를 측정하기 위해서, ITO를 구비한 유리기판 에, 호스트재료(화합물 2)를 증착에 의해 2㎛ 두께의 층으로 형성하였다. 계속해서, 두께 150 nm의 알루미늄막을 진공증착법에 의해 형성해서, 이동도 측정용 소자를 얻었다. 얻어진 소자의 형성된 막의 표면은, 그 표면에 수분이 흡착해서 소자가 열화하는 것을 방지하기 위해서, 건조공기 분위기 중에서 보호용 유리판으로 덮었다. 다음에, UV계 접착재를 상기 표면과 유리판 사이의 갭에 충전하여 경화시켰다.

비행시간(TOF)측정장치(TOF－301(주)오프텔사제품)를 사용하여 4 ×10⁵V／cm의 전계강도에서 상기 소자의 전자이동도 및 홀이동도를 측정하였다. 호스트 재료는 전자이동도가 1×10^-3cm²／Vs이고, 홀 이동도가 2×10^-4cm²／Vs였다. 호스트재료의 전자이동도가 호스트 재료의 홀이동도보다 큰 것이 밝혀졌다. 또, 호스트재료의 전자이동도는 1×10^-4cm²／Vs보다 큰 것이 밝혀졌다.

다음에, 발광층의 캐리어이동도를 측정하기 위해서, ITO를 구비한 유리기판 상에, 호스트재료(화합물 2)와 발광성 도펀트재료(화합물 3)를 유기발광소자의 발광층과 동일한 방법으로 공증착에 의해 2㎛의 두께를 가진 층으로 형성했다. 계속해서, 두께 150 nm의 알루미늄막을 진공 증착법에 의해 형성해서, 이동도 측정용 소자를 얻었다. 얻어진 소자의 형성된 막의 표면은, 그 표면에 수분이 흡착해서 소자가 열화하는 것을 방지하기 위해서, 건조공기 분위기 중에서 보호용 유리판으로 덮었다. 다음에, UV계 접착재를 상기 표면과 유리판 사이의 갭에 충전하여 경화시켰다.

비행시간(TOF)측정장치(TOF－301(주)오프텔사 제품)를 사용하여 4×10⁵V／cm의 전계강도에서 상기 소자의 전자이동도를 측정하였다. 발광층의 전자이동도는 4×10^-7cm²／Vs이었다. 발광층의 전자이동도는 호스트재료 단체의 전자이동도보다 한 자리수 이상 작아져 있는 것을 알았다.

(실시예 2)

발광층의 호스트 재료를 하기의 화합물 4로 구성한 것 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 발광소자를 제조하였다.

ITO 전극(애노드)을 양극으로서 사용하고, 알루미늄 전극(캐소드)을 음극으로서 사용한 상태에서 이와 같이 얻어진 소자에 4.5 V의 전압을 인가했다. 그 결과, 상기 소자에서는 발광 휘도 2,500 cd／m², 발광 효율 5.5lm／W, 및 최대 발광 파장 460 nm의, 화합물 3에 유래하는 청색의 발광이 관측되었다.

또한, 이 소자에 질소 분위기하에서 전류 밀도를 30 mA／cm²로 유지해서 전압을 인가했다. 그 결과, 휘도 반감 시간이 약 1,400시간으로 길었다.

발광층의 호스트 재료와 발광성 도펀트의 박막을 각각 진공 증착에 의해 형성하고, 대기 중에서 광전자 분광장치(장치명 AC－1)로 각 박막의 HOMO 에너지를 측정했다. 또한, 자외-가시광선 흡수스펙트럼의 측정(장치명 U－3010)으로부터 각 박막의 에너지갭 및 LUMO 에너지를 산출했다.

그 결과, 호스트재료의 에너지갭은 발광성 도펀트의 에너지갭보다 0.18 eV 큰 것이 밝혀졌다. 또한, 호스트 재료의 LUMO 에너지 EL2는 -2.64 eV이고, 발광성 도펀트의 LUMO 에너지 EL1은 -3.06 eV이며, EL2－EL1 = 0.42 eV인 것을 알 수 있었다.

발광층의 호스트 재료(화합물 4) 단체의 캐리어이동도를 실시예 1과 동일한 방법으로 측정했다. 호스트재료는 전자 이동도가 7×10^-4cm²／Vs이고, 홀 이동도가 2×10^-4cm²이었다. 호스트재료의 전자이동도가 호스트재료의 홀이동도보다 큰 것이 밝혀졌다. 또, 호스트재료의 전자이동도는 1×10^-4cm²／Vs보다 큰 것이 밝혀졌다.

다음에, 발광층(호스트 재료로서 화합물 4를 함유하고, 발광성 도펀트로서 화합물 3이 8wt％ 도프된 혼합막)의 전자 이동도를 실시예 1과 동일한 방법으로 측정했다. 발광층의 전자이동도는 2×10^-7cm²／Vs이었다. 발광층의 전자이동도는 호스트재료 단체의 전자이동도보다 한 자리수 이상 작아져 있는 것을 알았다.

(비교예 1)

발광층을 호스트 재료만으로 구성한 것 이외는, 실시예 1과 동일한 방법으로 발광소자를 제조하였다.

ITO 전극(애노드)을 양극으로서 사용하고, 알루미늄 전극(캐소드)을 음극으로서 사용한 상태에서 이와 같이 얻어진 소자에 4.5 V의 전압을 인가했다. 그 결과, 상기 소자에서는 발광 휘도 2,000 cd／m², 발광 효율 3.4 lm／W, 및 최대 발광 파장 460 nm의, 화합물 2에 유래하는 청색의 발광이 관측되었다.

또한, 이 소자에 질소 분위기하에서 전류 밀도를 30 mA／cm²로 유지해서 전압을 인가했다. 그 결과, 휘도 반감 시간이 약 100시간이고, 실시예 1의 것보다 짧았다.

(실시예 3)

전자 수송층의 재료를 2, 9－비스［2－(9, 9－디메틸플루오레닐)］페난트롤린으로 변경한 것 이외는, 실시예 2와 동일한 방법으로 발광소자를 제조하였다.

ITO 전극(애노드)을 양극으로서 사용하고, 알루미늄 전극(캐소드)을 음극으로서 사용한 상태에서 이와 같이 얻어진 소자에 4.5 V의 전압을 인가했다. 그 결과, 상기 소자에서는 발광 휘도 2,400 cd／m², 발광 효율 5.1 lm／W, 및 최대 발광 파장 462 nm의, 화합물 3에 유래하는 청색의 발광이 관측되었다.

또한, 이 소자에 질소 분위기하에서 전류 밀도를 30 mA／cm²로 유지해서 전압을 인가했다. 그 결과, 휘도 반감 시간이 약 1,600시간으로 길었다.

측정된 전자수송재료의 에너지갭은 3.08 eV이며, 3.00 eV보다 컸다.

(비교예 2)

전자수송재료를 하기의 식에 의해 나타내지는 Alq로 변경한 것 이외는, 실시예 3과 동일한 방법으로 발광소자를 제조하였다.

ITO 전극(애노드)을 양극으로서 사용하고, 알루미늄 전극(캐소드)을 음극으로서 사용하여 상기 소자를 구동하였다. 상기 소자에서는 4.5 V의 인가 전압에서, 화합물 3 및 전자수송재료에 유래하는 청록색의 발광이 관측되었지만, 순청 발광을 얻을 수 없었다.

측정된 전자수송재료(Alq)의 에너지갭은 2.69 eV이며, 3.00 eV보다 작았다.

(비교예 3)

홀수송재료를 하기식에 의해 나타내지는 DFLDPBi로 변경한 것 이외는, 실시예 3과 동일한 방법으로 발광소자를 제조하였다.

ITO 전극(애노드)을 양극으로서 사용하고, 알루미늄 전극(캐소드)을 음극으로서 사용한 상태에서 이와 같이 얻어진 소자에 4.5 V의 전압을 인가했다. 그 결과, 상기 소자에서는 발광 휘도 660 cd／m² 및 최대 발광 파장 460 nm의, 화합물 3에 유래하는 청색의 발광이 관측되었다. 그러나, 발광소자의 발광 효율은 1.9 lm／W이고, 실시예 3의 것보다는 낮았다.

측정된 홀수송재료(DFLDPBi)의 에너지갭은 2.97 eV이며, 3.15 eV보다 작았다.

(비교예 4)

홀수송재료를 하기 식에 의해 나타내지는 αNPD로 변경한 것 이외는, 실시예 3과 동일한 방법으로 제조하였다.

ITO 전극(애노드)을 양극으로서 사용하고, 알루미늄 전극(캐소드)을 음극으로서 사용한 상태에서 이와 같이 얻어진 소자에 4.5 V의 전압을 인가했다. 그 결과, 상기 소자에서는 발광 휘도 570 cd／m² 및 최대 발광 파장 463 nm의, 화합물 3에 유래하는 청색의 발광이 관측되었다. 그러나, 발광소자의 발광 효율은 2.4 lm／W이고, 실시예 3의 것보다는 낮았다.

또한, 이 소자에 질소 분위기하에서 전류 밀도를 30 mA／cm²로 유지해서 전압을 인가했다. 그 결과, 휘도 반감 시간이 약 200시간이고, 실시예 3의 것보다 짧았다.

측정된 홀수송재료(αNPD)의 에너지갭은 3.10 eV이며, 3.15 eV보다 작았다.

(실시예 4)

실시예 1과 동일한 방법으로 준비한 ITO를 구비한 유리 기판에 도포될 클로로포름 용액을, 홀주입재료로서 DFLDPBi를 사용하여 상기 재료의 농도가 0.13wt％가 되도록 조제하였다.

상기 용액을 상기의 ITO 전극 상에 적하하고, 최초에 500 RPM의 회전수로 10초, 다음에 1000 RPM의 회전수로 1분간 스핀 코트를 실시하고, 이에 의해 막을 형성했다. 이 후 10분간, 80℃의 진공 오븐에서 건조해서, 박막 중의 용제를 완전하게 제거했다. 상기 형성된 홀 수송층의 두께는 18 nm였다.

다음에 하기의 화합물 5를 증착하여 15nm의 두께를 가지는 홀수송층을 형성하였다.

다음에, 발광층을 호스트 재료로서 하기의 화합물 6 및 발광성 도펀트로서 화합물 3을 서로 다른 보트로부터 동시에 증착함으로써 형성했다. 상기 발광층은 5 wt％의 화합물 3의 농도 및 30nm의 막두께를 가졌다.

또한, 전자수송층 형성 이후의 공정을 실시예 3과 동일한 방법으로 실시하였다.

ITO 전극(애노드)을 양극으로서 사용하고, 알루미늄 전극(캐소드)을 음극으로서 사용한 상태에서 이와 같이 얻어진 소자에 4.5 V의 전압을 인가했다. 그 결과, 상기 소자에서는 발광 휘도 1,100 cd／m² , 발광 효율 6.9 lm／W, 및 CIE xy 색도좌표 (0.15, 0.19)의 청색의 발광이 관측되었다.

또한, 이 소자에 질소 분위기하에서 전류 밀도를 30 mA／cm²로 유지해서 전압을 인가했다. 그 결과, 휘도 반감 시간이 약 1,200시간으로 길었다.

측정된 홀수송재료(화합물 5)의 에너지갭은 3.25 eV이며, 3.15 eV보다 컸다.

또한, 상기 측정된 발광층의 호스트 재료(화합물 6)의 에너지갭은 도펀트 재료의 에너지갭보다 0.27 eV 큰 것이 밝혀졌다.

또, 호스트 재료의 LUMO 에너지 EL2는 -2.62 eV이고, 발광성 도펀트의 LUMO 에너지 EL1는 -3.06 eV이며, EL2 - EL1 = 0.44 eV인 것을 알았다.

(실시예 5)

발광층의 도펀트재료를 하기의 식에 의해 나타내지는 화합물 7로 변경하고 도펀트재료의 혼합 농도를 5％로 변경한 것 이외는, 실시예 3과 동일한 방법으로 발광소자를 제조하였다.

ITO 전극(애노드)을 양극으로서 사용하고, 알루미늄 전극(캐소드)을 음극으로서 사용한 상태에서 이와 같이 얻어진 소자에 4.5 V의 전압을 인가했다. 그 결과, 상기 소자에서는 발광 휘도 2,100 cd／m² , 발광 효율 4.5 lm／W, 및 CIE xy 색도좌표 (0.15, 0.17)의 청색의 발광이 관측되었다.

또한, 이 소자에 질소 분위기하에서 전류 밀도를 30 mA／cm²로 유지해서 전압을 인가했다. 그 결과, 휘도 반감 시간이 약 1,500시간으로 길었다.

또한, 측정된 발광층의 호스트 재료(화합물 7)의 에너지갭은 도펀트 재료의 에너지갭보다 0.09 eV 큰 것이 밝혀졌다.

또, 호스트 재료의 LUMO 에너지 EL2는 -2.64 eV이고, 발광성 도펀트의 LUMO 에너지 EL1는 -3.17 eV이며, EL2 - EL1 = 0.54 eV인 것을 알았다.

(실시예 6)

발광층의 도펀트재료를 하기의 식에 의해 나타내지는 화합물 8로 변경하고 상기 도펀트재료의 혼합 농도를 5％로 변경한 것 이외는, 실시예 3과 동일한 방법으로 발광소자를 제조하였다.

ITO 전극(애노드)을 양극으로서 사용하고, 알루미늄 전극(캐소드)을 음극으로서 사용한 상태에서 이와 같이 얻어진 소자에 4.5 V의 전압을 인가했다. 그 결과, 상기 소자에서는 발광 휘도 2,300 cd／m² , 발광 효율 5.0 lm／W, 및 CIE xy 색도좌표 (0.15, 0.18)의 청색의 발광이 관측되었다.

또한, 이 소자에 질소 분위기하에서 전류 밀도를 30 mA／cm²로 유지해서 전압을 인가했다. 그 결과, 휘도 반감 시간이 약 1,300시간으로 길었다.

또한, 측정된 발광층의 호스트 재료(화합물 8)의 에너지갭은 도펀트 재료의 에너지갭보다 0.12 eV 큰 것이 밝혀졌다.

또, 호스트 재료의 LUMO 에너지 EL2는 -2.64 eV이고, 발광성 도펀트의 LUMO 에너지 EL1는 -3.15 eV이며, EL2 - EL1 = 0.51 eV인 것을 알았다.

(실시예 7)

발광층의 호스트 재료를 하기의 식에 의해 나타내지는 화합물 9로 변경하고, 도펀트재료의 농도를 12％로 변경하고, 또한 발광층의 막두께를 40 nm로 변경한 것이외는, 실시예 3과 동일한 방법으로 발광소자를 제조하였다.

ITO 전극(애노드)을 양극으로서 사용하고, 알루미늄 전극(캐소드)을 음극으로서 사용한 상태에서 이와 같이 얻어진 소자에 4.5 V의 전압을 인가했다. 그 결과, 상기 소자에서는 발광 휘도 4,500 cd／m² , 발광 효율 6.8 lm／W, 및 CIE xy 색도좌표 (0.15, 0.19)의 청색의 발광이 관측되었다.

또한, 이 소자에 질소 분위기하에서 전류 밀도를 10 mA／cm²로 유지해서 전압을 인가했다. 그 결과, 휘도 반감 시간이 약 1,000시간으로 길었다.

또한, 측정된 발광층의 호스트 재료(화합물 9)의 에너지갭은 도펀트 재료의 에너지갭보다 0.15 eV 큰 것이 밝혀졌다.

또, 호스트 재료의 LUMO 에너지 EL2는 -2.78 eV이고, 발광성 도펀트의 LUMO 에너지 EL1는 -3.06 eV이며, EL2 - EL1 = 0.28 eV인 것을 알았다.

(비교예 5)

발광층의 도펀트재료를 하기의 식에 의해 나타내지는 화합물 10으로 변경한 것 이외는, 실시예 3과 동일한 방법으로 발광소자를 제조하였다.

ITO 전극(애노드)을 양극으로서 사용하고, 알루미늄 전극(캐소드)을 음극으로서 사용한 상태에서 이와 같이 얻어진 소자에 4.5 V의 전압을 인가했다. 그 결과, 상기 소자에서는 발광 휘도 4,800 cd／m² , 발광 효율 5.6 lm／W, 및 CIE xy 색도좌표 (0.15, 0.16)의 청색의 발광이 관측되었다.

또한, 이 소자에 질소 분위기하에서 전류 밀도를 10 mA／cm²로 유지해서 전압을 인가했다. 그 결과, 휘도 반감 시간이 약 150시간으로 실시예 7의 수명보다 짧았다.

또한, 측정된 발광층의 호스트 재료(화합물 10)의 에너지갭은 도펀트 재료의 에너지갭보다 0.04 eV 큰 것이 밝혀졌다.

또, 호스트 재료의 LUMO 에너지 EL2는 -2.78 eV이고, 발광성 도펀트의 LUMO 에너지 EL1는 -2.91 eV이며, EL2 - EL1 = 0.13 eV이고, 0,15 eV 보다 작은 것을 알았다.

본 발명을 전형적인 실시예를 참조하면서 설명하였지만, 본 발명은 상기 개시된 전형적인 실시예로 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하 특허 청구범위는 이러한 모든 변경과 등가의 구성 및 기능을 망라하도록 최광의로 해석되어야 한다.

본 출원은, 본 명세서에 완전히 참조하여 이에 의해 편입된, 2005년 12월 20일에 출원된 일본 특허출원 2005-366556 호, 2006년 4월 28일 출원된 일본 특허출원 2006-125013 호, 및 2006년 10월 12일 출원된 일본 특허출원 2006-278925 호의 우선권을 주장한다.

Claims

애노드 및 캐소드로 이루어지는 1 쌍의 전극; 및
상기 1 쌍의 전극 사이에 배치되고, 발광층, 상기 발광층과 접촉하는 홀수송층, 및 상기 발광층과 접촉하는 전자수송층을 가지는 적어도 3층으로 구성되는 유기 청색발광소자로서,
상기 발광층에 적어도 호스트 재료와 발광성 도펀트 재료가 함유되고;
상기 호스트 재료의 최저공궤도 에너지 ELH와 상기 발광성 도펀트 재료의 최저공궤도 에너지 ELD가,
ELH - ELD ≥ 0.15 eV
의 관계를 만족시키고;
상기 호스트 재료의 최고피점궤도 에너지 EHH와 상기 발광성 도펀트 재료의 최고피점궤도 에너지 EHD가,
EHH - EHD ＞ 0 eV
의 관계를 만족시키고;
상기 호스트 재료의 전자이동도가 상기 호스트 재료의 홀이동도보다 크고;
상기 전자 수송층을 구성하는 전자수송재료의 에너지갭이 3.00 eV보다 크고;
상기 홀수송층을 구성하는 홀수송재료의 에너지갭이 3.15 eV보다 큰 것을 특징으로 하는 유기청색 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 호스트 재료의 에너지갭이 상기 발광성 도펀트 재료의 에너지갭보다 큰 것을 특징으로 하는 유기청색 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 호스트 재료의 전자이동도 μH가 1 × 10^-4cm²／Vs 이상인 것을 특징으로 하는 유기청색 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 발광층의 전자 이동도 μH와 상기 호스트 재료의 전자 이동도 μH가
μE／μH ≤ 0.1
의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 유기청색 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 발광성 도펀트 재료가 플루오란텐 골격을 가지는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기청색 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 호스트 재료가 피렌 골격을 가지는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기청색 발광소자.