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KR101110890B1 - 전자 장벽층을 개재시킨 2개의 발광층을 갖는 유기전기발광 소자 - Google Patents

전자 장벽층을 개재시킨 2개의 발광층을 갖는 유기전기발광 소자 Download PDF

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KR101110890B1
KR101110890B1 KR1020067003086A KR20067003086A KR101110890B1 KR 101110890 B1 KR101110890 B1 KR 101110890B1 KR 1020067003086 A KR1020067003086 A KR 1020067003086A KR 20067003086 A KR20067003086 A KR 20067003086A KR 101110890 B1 KR101110890 B1 KR 101110890B1
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South Korea
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light emitting
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Inventor
도시히로 이와쿠마
마사히데 마츠우라
히로시 야마모토
히사유키 가와무라
치시오 호소카와
Original Assignee
이데미쓰 고산 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

한 쌍의 전극과, 이들 전극간에 2층 이상의 유기 발광층이 협지되어 이루어진 유기 전기발광 소자에 있어서, (1) 2개의 유기 발광층이 전자 장벽층을 개재시킨 상태로 배치되어 있고, (2) 2개의 유기 발광층이 모두 전자 수송성 발광 재료로 이루어지는 유기 전기 발광 소자.

Description

전자 장벽층을 개재시킨 2개의 발광층을 갖는 유기 전기발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE ELEMENT HAVING TWO ELECTROLUMINESCENT LAYERS THROUGH ELECTRON BARRIER LAYER}
본 발명은 유기 전기발광 소자(이하, "유기 EL 소자"라 약기함)에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 저전압 구동이 가능하고, 고효율인 백색 발광을 발생시키는 유기 EL 소자에 관한 것이다.
최근 들어 백색계 유기 EL 소자는 모노 컬러 표시 장치로서의 용도, 백라이트 등의 조명 용도 및 컬러 필터를 사용한 풀 컬러 표시 장치 등에 사용할 수 있기 때문에 적극적으로 개발이 이루어지고 있다. 백색계 유기 EL 소자의 색도 변화는 제품으로서의 품위를 손상시킬 뿐 아니라, 예컨대 컬러 필터와 조합한 풀 컬러 표시 디스플레이에서는 색 재현성의 저하를 야기시키는 원인이 되기 때문에 색도 변화가 적은 백색계 유기 EL 소자가 요구된다.
유기 EL에 의해 백색 발광을 얻는 방법은 수많이 제안되어 있다. 이들 방법은 1 종류의 발광 재료만으로 백색을 얻는 일은 적고, 보통은 2종류 또는 3종류의 발광 재료를 하나의 유기 EL 소자 중에서 동시에 발광시키고 있다. 3종류의 발광 재료를 사용하는 경우에는 빛의 삼원색에 대응하는 적, 청, 녹의 발광의 조합으로 백색을 얻는데, 색도 제어가 곤란하고 반복 재현성이 나쁘다는 문제가 있었다. 2종류의 발광 재료를 사용하는 경우에는 청계와 그 보색이 되는 황색 내지 적색계의 발광 재료를 선택하지만, 황색 내지 적색계의 발광이 강해지는 일이 많아 색도 변화를 야기하기 쉽다. 예컨대, 일본 특허 공개 공보 제2001-52870호의 참고예 1 및 2에 개시되어 있는 바와 같이, 종래의 백색 유기 EL은 청색 발광이 저하되기 쉬워 색도 변화의 문제점을 가지고 있다. 또한, 청색계 도펀트와 황색 내지 적색계 도펀트를 동시에 도핑하고, 도핑비를 조정함으로써도 백색 발광이 얻어지지만, 적색이 강해지기 쉬워질 뿐 아니라 청색에서 적색으로 에너지 이동이 쉽기 때문에 붉은 빛을 띤 백색이 되기 쉽다. 따라서, 백색을 얻기 위해서는 황색 내지 적색계 도펀트를 매우 희박하게 도핑해야 되어 역시 재현성에 문제가 있었다.
또한, 발광층에 인접하는 정공 수송층에 황색 내지 적색계 재료를 도핑하는 방법이 있다. 이 방법에서는 정공 수송층에는 전자가 주입되기 어렵기 때문에, 발광이 치우치기 쉬운 황색 내지 적색계를 도핑하더라도 적색이 강하게 발광하는 일은 없다. 따라서, 백색 발광을 얻기 위한 청색계 발광과 황색 내지 적색계 발광의 밸런스를 취하기 쉽고, 발광 효율도 우수하여 수명도 길다는 장점이 있다. 그러나, 에너지 이동의 거리 의존성 문제 때문에 연속 구동시나 고온 보존시의 색도 변화가 크다는 중대한 문제가 있었다. 본 발명자들의 지견으로는 여기된 적색 발광 분자는 정공 수송층측 계면에 집중되어 있기 때문에, 열화에 의해 전자와 홀의 균 형이 깨져 계면에 대한 집중 정도가 비록 조금이라도 변화되면 청색 발광은 그다지 변화되지 않는데도 적색 발광은 크게 변화되어 버리는 것이 색도 변화의 원인이다.
또한, 발광층을 2분할하는 타입에 있어서, 양극측 발광층을 황색 내지 적색계 발광층, 음극측을 청색 발광층으로 한 적층형이 있다. 이 경우, 효율 면에서 우수하지만, 백색을 얻기 위해서는 황색 내지 적색계 발광을 억제하기 위해 황색 내지 적색계 발광층의 막 두께를 청색계 발광층에 비해 얇게 하거나 도핑 농도를 낮게 할 필요가 있어 소자 제작이 어려워졌다. 구체적으로는 황색 내지 적색계 발광층의 막 두께를 1 내지 2nm 정도로 해야만 백색 발광이 되는 일이 많았다. 이 막 두께는 보통의 저분자계 유기 EL 소자의 분자 크기와 동등 수준의 얇기이기 때문에 제어가 매우 어렵다고 할 수 있다.
한편, 발광층의 발광 영역이 치우치기 쉬운 양극측의 발광층을 청색계 발광층으로 함으로써 적색으로 치우치기 쉬운 경향이 없어져, 황색 내지 적색계 발광층의 막 두께를 10 내지 30nm 정도로 하더라도 백색 발광을 얻을 수 있게 되어 구동시의 색도 변화도 작아졌지만, 실용성을 생각하면 더욱 색도 변화가 작은, 안정한 백색계 유기 EL 소자가 요구되고 있다.
본 발명은 색도 변화가 적어 안정하면서 저전압 구동이 가능하고 고효율인 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 요약
본 발명자들은 상기 과제에 착안하여 2개의 발광층 사이에 전자 장벽을 마련 하고, 전자 장벽층에 대하여 양극측에 위치하는 발광층의 양극측의 계면 및 전자 장벽층의 음극측의 계면 상에서 각각 발광시킴으로써 발광 영역의 제어를 보다 간편하게 함으로써 색 변화가 적은 백색계 유기 EL 소자를 제공할 수 있음을 발견하였다. 본 발명은 이러한 지견에 따라 완성된 것이다.
본 발명에 따르면, 다음의 유기 EL 소자 및 표시 장치를 제공할 수 있다.
[1] 한 쌍의 전극과, 이들 전극간에 2층 이상의 유기 발광층이 협지되어 이루어진 유기 전기발광 소자에 있어서,
(1) 2개의 유기 발광층이 전자 장벽층을 개재시킨 상태로 배치되어 있고,
(2) 상기 2개의 유기 발광층이 모두 전자 수송성 발광 재료로 이루어지는 유기 전기발광 소자;
[2] 상기 2개의 유기 발광층의 전자 이동도가 모두 10-6cm2/Vs 이상인 상기 [1]에 기재된 유기 전기발광 소자;
[3] 상기 전자 장벽층의 친화도 레벨이 상기 전자 장벽층에 대하여 음극측에 위치하는 유기 발광층(이하, "음극측 발광층"이라 함)의 친화도 레벨보다도 0.2eV 이상 작은 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 유기 전기발광 소자;
[4] 상기 전자 장벽층의 이온화 포텐셜과 상기 전자 장벽층에 대하여 양극측에 위치하는 유기 발광층(이하, "양극측 발광층"이라 함)의 이온화 포텐셜과의 차이가 0.2eV 이하인 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 유기 전기발광 소자;
[5] 상기 전자 장벽층의 이온화 포텐셜과 상기 전자 장벽층에 대하여 음극측 에 위치하는 유기 발광층의 이온화 포텐셜과의 차이가 0.2eV 이하인 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 유기 전기발광 소자;
[6] 상기 전자 장벽층에 대하여 양극측에 위치하는 유기 발광층으로부터의 발광이 청색계 발광인 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 유기 전기발광 소자;
[7] 상기 전자 장벽층에 대하여 음극측에 위치하는 유기 발광층으로부터의 발광이 황색 내지 적색계 발광인 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전기발광 소자;
[8] 상기 전자 장벽층에 대하여 양극측에 위치하는 유기 발광층으로부터의 발광이 황색 내지 적색계 발광인 것을 특징으로 하는 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전기발광 소자;
[9] 상기 전자 장벽층에 대하여 음극측에 위치하는 유기 발광층으로부터의 발광이 청색계 발광인 상기 [1] 내지 [5] 및 [8] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전기발광 소자;
[10] 상기 청색계 발광의 발광 최대 파장이 450 내지 500nm인 상기 [6] 내지 [9] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전기발광 소자;
[11] 상기 황색 내지 적색계 발광의 발광 최대 파장이 550 내지 650nm인 상기 [6] 내지 [9] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전기발광 소자;
[12] 백색을 발광하는 상기 [1] 내지 [11] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전기발광 소자;
[13] 상기 [1] 내지 [12] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전기발광 소자를 포함하여 구성되는 표시 장치.
본 발명에 따르면, 전자 장벽층을 두개의 발광층 사이에 넣음으로써 간편한 소자 구성으로 백색 소자를 실현할 수 있고, 특히 전자 장벽층의 이온화 포텐셜을 발광층에 가까운 레벨로 함으로써 높은 효율을 실현할 수 있다. 또한, 인광형의 발광층을 이용하더라도 용이하게 높은 효율의 백색 소자를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 유기 EL 소자의 일 실시 형태의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 유기 EL 소자의 전자 장벽층(필수 구성층)의 에너지 레벨을 나타내는 도면이다.
도 3은 (a) 실시예 1, (b) 실시예 2, (c) 실시예 3, (d) 실시예 4, (e) 비교예 1 및 (f) 비교예 2에서 제작한 각각의 유기 EL 소자에 있어서의 전자 장벽층 전후의 에너지 레벨을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.
한 쌍의 전극과, 이들 전극간에 2층 이상의 유기 발광층이 협지되어 이루어진 유기 전기발광 소자에 있어서,
(1) 2개의 유기 발광층이 전자 장벽층을 개재시킨 상태로 배치되어 있고,
(2) 상기 2개의 유기 발광층이 모두 전자 수송성 발광 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서는 발광층은 적어도 2개 설치되고, 이 특정한 2개의 발광층 사이에 전자 장벽층이 협지되어 있으면 좋다. 또한, 발광층이 3개(제 1, 제 2, 제 3 발광층) 설치되고, 제 1 발광층과 제 2 발광층 사이에 제 1 전자 장벽층, 제 2 발광층과 제 3 발광층과의 사이에 제 2 전자 장벽층을 설치할 수도 있다. 이하의 기재에 있어서는 특정한 2개의 발광층 및 하나의 전자 장벽층이 설치되는 실시 태양을 예로서 설명하지만, 본 발명은 이 실시 태양에 아무런 한정도 되지 않는다.
우선, 본 발명의 특징이 되는 구성을 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 유기 EL 소자의 전형적인 소자 구성을 나타내는 도면이며, 도 2는 이 유기 EL 소자의 전자 장벽층 전후의 에너지 레벨을 나타내는 도면이다.
본 발명의 유기 EL 소자(1)는 양극(2), 전자 수송성 재료로 이루어지는 양극측 발광층(5), 전자 장벽층(6), 전자 수송성 재료로 이루어지는 음극측 발광층(7) 및 음극(9)을 필수 구성 성분으로 한다. 그리고, 양극(1)과 양극측 발광층(5)과의 사이에 설치되는 정공 주입층(3), 정공 수송층(4), 및 음극측 발광층(7)과 음극(9)간의 전자 수송층(8) 등은 임의로 적층되는 개재층이다.
본 발명의 유기 EL 소자의 구성으로서는 도 1에 나타내는 것에 한정되지 않고,
예컨대, 양극/청색계 발광층/전자 장벽층/황색 내지 적색계 발광층/음극
양극/황색 내지 적색계 발광층/전자 장벽층/청색계 발광층/음극
양극/정공 수송층/청색계 발광층/전자 장벽층/황색 내지 적색계 발광층/음극
양극/정공 수송층/황색 내지 적색계 발광층/전자 장벽층/청색계 발광층/음극
양극/정공 수송층/청색계 발광층/전자 장벽층/황색 내지 적색계 발광층/전자 수송층/음극
양극/정공 수송층/황색 내지 적색계 발광층/전자 장벽층/청색계 발광층/전자 수송층/음극
양극/정공 주입층/정공 수송층/청색계 발광층/전자 장벽층/황색 내지 적색계 발광층/전자 수송층/음극
양극/정공 주입층/정공 수송층/황색 내지 적색계 발광층/전자 장벽층/청색계 발광층/전자 수송층/음극
양극/정공 주입층/정공 수송층/청색계 발광층/전자 장벽층/황색 내지 적색계 발광층/전자 수송층/전자 주입층/음극
양극/정공 주입층/정공 수송층/황색 내지 적색계 발광층/전자 장벽층/청색계 발광층/전자 수송층/전자 주입층/음극
등을 들 수 있고, 전자 수송성 재료로 이루어지는 2개의 발광층의 사이에 전자 장벽층이 적층되어 있으면 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 유기 EL 소자를 백색계 유기 EL 소자로 하기 위해서는 청색계 발광층과 황색 내지 적색계 발광층 사이에 전자 장벽층이 적층되어 있으면 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서는 전자 장벽층을 개재시킨 상태로 배치된 2개의 유기 발광층이 모두 전자 수송성 발광 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하지만, 이 경우의 각 층간의 에너지 레벨의 관계를 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2에 있어서, 상변의 레벨은 전자의 친화도 레벨, 하변은 이온화 포텐셜을 나타낸다. 에너지 레벨도에 있어서는 하방이 보다 큰 값을 나타낸다.
도 2에 있어서, 음극으로부터의 전자는 전자 수송성 재료로 이루어지는 음극측 발광층(7)에 흘러 들어가서 양극을 향해 수송되지만, 음극측 발광층(7)보다 친화도 레벨이 낮은 전자 장벽층(6)과의 계면에서 전자의 흐름이 차단되어 이 계면에 전자가 국재한다. 음극으로부터의 전자 중 전자 장벽층(6)을 넘어 양극측 발광층(5)으로 흘러 들어 오는 것도 있어, 전자 수송성인 양극측 발광층(5)은 이 전자를 양극을 향해 수송한다. 이 전자는 양극측 발광층(5)의 양극측의 계면까지 진행한 곳에서, 양극으로부터의 정공과 만나기 때문에, 양극측 발광층(5)의 양극측 계면에서 발광이 발생한다. 또한, 양극측 발광층(5)을 통과하여 전자 장벽층(6)의 음극측 발광층(7)측의 계면까지 이동하는 정공도 존재하여, 음극측 발광층(7)의 전자 장벽층(6)측의 계면(음극측 발광층(7)의 양극측 계면)에 국재되어 있는 상기 전자와 만나 음극측 발광층(7)의 전자 장벽층(6)측의 계면에서 발광이 발생한다.
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서는 양극측 발광층(5)의 양극측 계면 및 음극측 발광층(7)의 양극측 계면의 2 군데에서 발광이 발생한다. 그리고, 한쪽 발광층이 청색계 발광을 발생시키고, 다른쪽 발광층이 황색 내지 적색계 발광을 발생시킴으로써 백색 발광을 실현할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자는 양극과 음극 사이에 2층 이상의 유기 발광층을 포함하며, 그 중 적어도 2개의 유기 발광층 사이에 전자 장벽층을 마련한 본 발명의 구성에 의해 2개의 발광층으로부터의 발광을 제어하기 쉬워 보다 안정한 발광을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자에 백색계 발광을 발생시키는 경우에 있어서, 2개의 발광층 사이에 전자를 차단하는 층(전자 장벽층)을 넣음으로써, 상기 두 발광층의 계면상에서 발광을 발생시킬 수 있다. 따라서, 백색을 얻기 위해 청색계 발광과 황색 내지 적색계 발광을 균형적으로 발생시킬 수 있기 때문에, 어느 한쪽의 발광층의 막 두께를 극단적으로 얇게 하거나, 도핑 농도를 극단적으로 얇게 할 필요가 없다. 그 결과, 2개의 발광층을 안정하게 발광시키기 때문에 색도 변화가 적다. 따라서, 본 발명의 백색계 유기 EL 소자는 색 변화가 적고, 특히 고온 환경하나 연속 구동시에 색 변화가 잘 생기지 않기 때문에 정보 표시 기기, 차재 표시 기기, 조명 기구 등에 적합하게 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 전자 장벽층을 개재시킨 상태로 배치되는 2개의 유기 발광층의 전자 이동도는 모두 10-6cm2/Vs 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10-5cm2/Vs 이상이다. 이들 발광층의 전자 이동도가 10-6cm2/Vs 미만이면 양극측 발광층으로부터의 발광이 현저히 저하될 수 있어 부적당한 경우가 있다.
본 발명에 있어서 2개의 유기 발광층 사이에 협지되는 층을 전자 장벽으로서 기능시키기 위해서는 이 층(전자 장벽층)을 구성하는 재료는 음극측 발광층의 재료보다 친화도 레벨이 작은 화합물을 사용할 필요가 있고, 음극측 발광층의 재료보다 친화도 레벨이 0.2eV 이상 작은 화합물인 것이 바람직하다. 전자 장벽층의 친화도 레벨이 음극측 발광층의 친화도 레벨보다 0.2eV보다 크면 현저하게 구동 전압이 상승할 수 있어 부적당한 경우가 있다.
본 발명에 있어서, 전자 장벽층의 이온화 포텐셜과 전자 장벽층에 대하여 양극측에 위치하는 유기 발광층(이하, 양극측 발광층이라 하는 경우가 있음)의 이온화 포텐셜과의 차이는 0.2eV 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.1eV 이하이다. 이 차이가 0.2eV를 초과하여 크면, 한쪽 발광층으로부터의 발광이 보이지 않게 될 수 있어 부적당한 경우가 있다.
본 발명에 있어서, 전자 장벽층의 이온화 포텐셜과 음극측 발광층의 이온화 포텐셜과의 차이는 0.2eV 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.1eV 이하이다. 이 차이가 0.2eV를 초과하여 크면 한쪽 발광층으로부터의 발광이 보이지 않게 되거나, 구동 전압이 현저히 높아질 수 있어 부적당한 경우가 있다.
한편, 이온화 포텐셜의 차이이기 때문에, 전자 장벽층과 양극측 발광층, 또는 전자 장벽층과 음극측 발광층은 어느 쪽의 이온화 포텐셜이 높아도 된다.
본 발명에 있어서, 각 발광층으로부터 발생하는 발광의 색은 특별히 한정되지 않고, 유기 EL 소자가 원하는 발광색을 나타내도록 적절히 선택하면 바람직하다. 백색 발광을 얻고 싶은 경우에는 한쪽 발광층으로부터의 발광이 청색계이며, 다른 쪽 발광층으로부터의 발광이 황색 내지 적색계인 것이 바람직하다. 여기서, 청색계 발광의 발광 최대 파장은 450 내지 500nm인 것이 바람직하며, 황색 내지 적색계 발광의 발광 최대 파장은 540 내지 700nm인 것이 바람직하다.
또한, 특히 양극과 음극 사이에 청색계 발광층 및 황색 내지 적색계 발광층의 2층의 발광층을 포함하는 경우에, 2개의 발광층 사이에 전자 장벽층을 설치함으로써 색도 변화가 적은 백색계 유기 EL 소자가 얻어진다.
바람직하게는 양극과 청색계 발광층(양극측 발광층) 사이에 정공 수송성 재료로 이루어지는 제 1 유기층을 포함하며, 제 1 유기층은 산화제를 포함할 수도 있다. 바람직하게는 음극과 황색 내지 적색계 발광층(음극측 발광층) 사이에 전자 수송성 재료로 이루어지는 제 2 유기층을 포함하며, 제 2 유기층은 환원제를 포함할 수도 있다. 바람직하게는 양극 및/또는 음극에 접하여 무기 화합물층을 포함할 수도 있다.
유기 발광층의 호스트 재료는 전자 수송성이다. 전자 수송성의 호스트 재료로서는 유기 발광층에 사용할 수 있는 전자 수송성의 호스트 재료이면 특별히 제한되지는 않는다. 또한, 양극측 발광층 및 음극측 발광층을 구성하는 호스트 재료는 동일하거나 상이할 수도 있다.
본 발명에서 사용할 수 있는 전자 수송성 호스트 재료로서는 예컨대, 스타이릴 유도체, 아릴렌 유도체, 방향족 아민 또는 8-하이드록시퀴놀린 또는 그 유도체 등을 들 수 있다. 스타이릴 유도체로서는 다이스타이릴 유도체, 트리스스타이릴 유도체, 테트라스타이릴 유도체 또는 스타이릴아민 유도체 등을 들 수 있다. 아릴렌 유도체로서는 안트라센 유도체, 특히 아릴안트라센 골격을 함유하는 화합물 등을 들 수 있다. 방향족 아민으로서는 예컨대, 방향족으로 치환된 질소 원자를 2, 3 또는 4개 함유하는 화합물을 들 수 있고, 바람직하게는 알켄일기를 하나 이상 함유하는 화합물을 들 수 있다. 그 중에서도 안트라센 유도체나 8-하이드록시퀴놀린 또는 그 유도체 등의 전자 수송성이 높은 화합물이 바람직하다.
본 발명에 있어서는 발광층이 전자 수송성 재료로 구성되어 있기 때문에, 발광층에서 주로 흐르기 쉬운 전자의 일부를 전자 장벽층에 의해 음극측 발광층의 전자 장벽층측의 계면에 멈추게 하여 여기서 1색째를 발광시키고, 추가로 전자 장벽층을 초과하여 양극측 발광층에 달한 전자는 전자 수송성 재료로 구성되어 있는 양극측 발광층에서 주로 흐르기 쉬워, 양극측 발광층의 양극측 계면, 또는 정공 수송층과 양극측 발광층 계면에서 정공과 만나 이에 따라 2색째를 안정하게 발광시키고 있다.
청색계 발광층에 사용되는 청색계 도펀트로서는 예컨대, 스타이릴아민, 아민 치환 스타이릴 화합물 또는 축합 방향족환 함유 화합물에서 선택되는 1종류 이상의 화합물을 들 수 있지만 여기에 한정되지 않는다. 청색계 도펀트는 450nm 내지 500nm의 형광 피크 파장을 갖는 것이 바람직하다.
황색 내지 적색계 발광층에 사용되는 황색 내지 적색계 도펀트로서는 예컨대, 플루오란텐 골격을 복수 갖는 화합물을 들 수 있지만 이들에 한정되지 않는다. 황색 내지 적색계 도펀트는 전자 공여성기와 플루오란텐 골격을 함유하는 화합물인 것이 바람직하고, 540nm 내지 700nm의 형광 피크 파장을 갖는 것이 더욱 바람직하고, 550nm 내지 650nm의 형광 피크 파장을 갖는 것이 보다 바람직하다. 청색계 발광층 및 황색 내지 적색계 발광층의 막 두께는 충분한(양호한) 발광 효율을 얻을 수 있는 발광층으로서 기능하기 위해서는 모두 5nm 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 EL 소자에 백색 발광을 발생시키는 경우에는 양극과 음극 사이에 청색계 발광층 및 황색 내지 적색계 발광층의 2층의 발광층을 전자 장벽층을 개재시킨 상태로 배치한다. 또한, 백색계 유기 EL 소자로 하는 경우에는 양극과 양극측 발광층(바람직하게는 청색계 광층) 사이, 또는 음극측 발광층(바람직하게는 황색 내지 적색계 발광층)과 음극 사이에 다른 유기 또는 무기 재료로 이루어지는 개재층을 적층할 수 있다. 개재층은 전자 및 정공을 수송할 수 있고, 투명한 것이면 제한되지 않는다. 개재층을 구성하는 재료의 바람직한 예로서는 예컨대, 산화 In, 산화 Sn, 산화 Zn, 황화 Zn, 황화 Cd, 질화 Ga 등을 들 수 있다.
이하, 본 발명의 유기 EL 소자가 백색계 유기 EL 소자인 경우의 특징적인 부분인 청색계 발광층, 황색 내지 적색계 발광층 및 전자 장벽층을 중심으로 설명한다. 그 밖의 유기층, 무기 화합물층 등의 개재층, 양극, 음극 등의 구성이나 제법에 대해서는 일반적인 구성을 채용할 수 있기 때문에 간단히 설명한다.
1. 발광층
(1) 청색계 발광층
본 발명에 있어서의 전자 장벽층을 개재시킨 상태로 배치되는 2개의 발광층 중 어느 것을 청색계 발광층으로 할지는 한정되지 않지만, 양극측 발광층을 청색계 발광층으로 하는 것이 바람직하다.
청색계 발광층은 바람직하게는 발광의 최대 파장이 450 내지 500nm인 발광층이며, 바람직하게는 호스트 재료와 청색계 도펀트로 이루어진다. 호스트 재료는 스타이릴 유도체, 아릴렌 유도체 또는 방향족 아민인 것이 바람직하다. 스타이릴 유도체는 다이스타이릴 유도체, 트라이스타이릴 유도체, 테트라스타이릴 유도체 및 스타이릴아민 유도체 중에서 선택되는 1종류 이상인 것이 특히 바람직하다. 아릴렌유도체는 안트라센 유도체, 특히 아릴안트라센 골격을 갖는 화합물인 것이 특히 바람직하다. 방향족 아민은 방향족 치환된 질소 원자를 2 내지 4개 갖는 화합물인 것이 바람직하며, 방향족 치환된 질소 원자를 2 내지 4개 가지면서 알켄일기를 1개 이상 갖는 화합물이 특히 바람직하다.
상기 스타이릴 유도체 및 안트라센 유도체로서는 예컨대 하기 화학식 1 내지 6으로 표시되는 화합물이 상기 방향족 아민으로서는 예컨대 하기 화학식 7 내지 8로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112006010745591-pct00001
〔상기 식에서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로젠 원자, 사이아노기, 나이트로기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 단환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 10 내지 30의 축합 다환기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 헤테로환기이다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 알켄일기 이며, 치환기로서는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 단환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 10 내지 30의 축합 다환기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 헤테로환기이다.〕
Figure 112006010745591-pct00002
〔상기 식에서, R1 내지 R10은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로젠 원자, 사이아노 기, 나이트로기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 단환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 10 내지 30의 축합 다환기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 헤테로환기이다. Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 알켄일기이며, 치환기로서는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 단환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 10 내지 30의 축합 다환기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 헤테로환기이다.〕
Figure 112006010745591-pct00003
〔상기 식에서, R1 내지 R10은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로젠 원자, 사이아노기, 나이트로기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 단환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 10 내지 30의 축합 다환기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 헤테로환기이다. Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 알켄일기 이며, 치환기로서는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 단환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 10 내지 30의 축합 다환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 헤테로환기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 4 내지 40의 알켄일기이다. 1은 1 내지 3, m은 1 내지 3이면서 1＋m≥2이다.〕
Figure 112006010745591-pct00004
〔상기 식에서, R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로젠 원자, 사이아노기, 나이트로기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 단환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 10 내지 30의 축합 다환기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 헤테로환기이다. Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 알켄일기이며, 치환기로서는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴싸이오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 단환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 10 내지 30의 축 합 다환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 5 내지 30의 헤테로환기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 4 내지 40의 알켄일기이다.〕
Figure 112006010745591-pct00005
〔상기 식에서, R11 내지 R20은 각각 독립적으로 수소 원자, 알켄일기, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 알콕실기, 아릴옥시기, 알킬아미노기, 아릴아미노기 또는 치환할 수 있는 헤테로사이클릭 기를 나타내며, a 및 b는 각각 1 내지 5의 정수를 나타내며, 이들이 2 이상인 경우, R11끼리 또는 R12끼리는 각각에 있어서 동일하거나 상이할 수 있고, 또한 R11끼리 또는 R12끼리가 결합하여 고리를 형성하고 있을 수 있으며, R13과 R14, R15와 R16, R17과 R18, R19와 R20이 서로 결합하여 고리를 형성하고 있을 수도 있다. L1은 단일 결합 또는 -O-, -S-, -N(R)-(R은 알킬기 또는 치환할 수 있는 아릴기이다) 또는 아릴렌기를 나타낸다.〕
Figure 112006010745591-pct00006
〔상기 식에서, R21 내지 R30은 각각 독립적으로 수소 원자, 알켄일기, 알킬기, 사이클로알킬기, 아릴기, 알콕실기, 아릴옥시기, 알킬아미노기, 아릴아미노기 또는 치환할 수도 있는 헤테로사이클릭 기를 나타내고, c, d, e 및 f는 각각 1 내지 5의 정수를 나타내고, 이들이 2 이상인 경우, R21끼리, R22끼리, R26끼리 또는 R27끼리는 각각에 있어서 동일하거나 상이할 수 있고, 또한 R21끼리, R22끼리, R26끼리 또는 R27끼리가 결합하여 고리를 형성할 수도 있고, R23과 R24, R28과 R29가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. L2는 단일 결합 또는 -O-, -S-, -N(R)-(R은 알킬기 또는 치환할 수도 있는 아릴기이다) 또는 아릴렌기를 나타낸다.〕
Figure 112006010745591-pct00007
〔상기 식에서, Ar5, Ar6 및 Ar7은 각각 독립적으로 탄소 원자수 6 내지 40의 치환 또는 비치환된 1가의 방향족기를 나타내고, 이들 중 1개 이상은 스타이릴기를 포함할 수 있고, g는 1 내지 4의 정수를 나타낸다.〕
Figure 112006010745591-pct00008
〔상기 식에서, Ar8, Ar9, A11, Ar13 및 Ar14는 각각 독립적으로 탄소 원자수 6 내지 40의 치환 또는 비치환된 1가의 방향족기를 나타내고, Ar10 및 Ar12는 각각 독립적으로 탄소 원자수 6 내지 40의 치환 또는 비치환된 2가의 방향족기를 나타내며, Ar8 내지 Ar14의 1개 이상은 스타이릴기 또는 스타이릴렌기를 포함하고 있을 수 있고, h 및 k는 각각 0 내지 2의 정수, i 및 j는 각각 0 내지 3의 정수이다.〕
청색계 도펀트는 스타이릴아민, 아민 치환 스타이릴 화합물 및 축합 방향족환 함유 화합물 중에서 선택되는 1종류 이상인 것이 바람직하다. 이 때, 청색계 도펀트는 상이한 복수의 화합물로 구성되어 있을 수 있다. 상기 스타이릴아민 및 아민 치환 스타이릴 화합물로서는 예컨대 하기 화학식 9 및 10으로 표시되는 화합물이 상기 축합 방향족환 함유 화합물로서는 예컨대 하기 화학식 11로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112006010745591-pct00009
〔상기 식에서, Ar5, Ar6 및 Ar7은 각각 독립적으로 탄소 원자수 6 내지 40의 치환 또는 비치환된 방향족기를 나타내고, 이들 중 1개 이상은 스타이릴기를 포함하며, p는 1 내지 3의 정수를 나타낸다.〕
Figure 112006010745591-pct00010
〔상기 식에서, Ar15 및 Ar16은 각각 독립적으로 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴렌기, E1 및 E2는 각각 독립적으로 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기 또는 알킬기, 수소 원자 또는 사이아노기를 나타내며, q는 1 내지 3의 정수를 나타낸다. U 및/또는 V는 아미노기를 포함하는 치환기이며, 상기 아미노기가 아릴아미노기이면 바람직하다.〕
Figure 112006010745591-pct00011
〔상기 식에서, A는 탄소 원자수 1 내지 16의 알킬기 또는 알콕시기, 탄소 원자수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴기, 탄소 원자수 6 내지 30의 치환 또는 비치 환된 알킬아미노기, 또는 탄소 원자수 6 내지 30의 치환 또는 비치환된 아릴아미노기, B는 탄소 원자수 10 내지 40의 축합 방향족환기를 나타내며, r은 1 내지 4의 정수를 나타낸다.〕
또한, 청색계 발광층으로서는 인광 발광성의 화합물을 사용할 수도 있다. 인광 발광성의 화합물로서는 호스트 재료에 카바졸환을 포함하는 화합물이 바람직하다.
카바졸환을 포함하는 화합물로 이루어지는 인광 발광에 바람직한 호스트는 그 여기 상태로부터 인광 발광성 화합물로 에너지 이동이 일어나는 결과, 인광 발광성 화합물을 발광시키는 기능을 갖는 화합물이다. 호스트 화합물로서는 여기자 에너지를 인광 발광성 화합물에 에너지 이동할 수 있는 화합물이면 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 카바졸환 이외에 임의의 헤테로환 등을 갖고 있을 수 있다.
이러한 인광 발광에 바람직한 호스트 화합물의 구체적인 예로서는 카바졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사다이아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아릴알케인 유도체, 피라졸린 유도체, 피라졸론 유도체, 페닐렌다이아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 스타이릴안트라센 유도체, 플루오렌온 유도체, 하이드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 실라잔 유도체, 방향족 제3급 아민 화합물, 스타이릴아민 화합물, 방향족 다이메틸리덴계 화합물, 포르피린계 화합물, 안트라퀴노다이메테인 유도체, 안트론 유도체, 다이페닐퀴논 유도체, 싸이오피란다이옥사이드 유도체, 카보다이이미드 유도체, 플루오렌일리덴메테인 유도체, 다 이스타이릴피라진 유도체, 나프탈렌페릴렌 등의 헤테로환 테트라카복실산 무수물, 프탈로시아닌 유도체, 8-퀴놀린올 유도체의 금속 착체나 메탈프탈로시아닌, 벤조옥사졸이나 벤조싸이아졸을 리간드로 하는 금속 착체로 대표되는 각종 금속 착체 폴리실레인계 화합물, 폴리(N-바이닐카바졸) 유도체, 아닐린계 공중합체, 싸이오펜 올리고머, 폴리싸이오펜 등의 도전성 고분자 올리고머, 폴리싸이오펜 유도체, 폴리페닐렌 유도체, 폴리페닐렌바이닐렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등의 고분자 화합물 등을 들 수 있다. 호스트 화합물은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
인광 발광에 바람직한 호스트 화합물 중 카바졸 유도체의 구체적인 예로서는 하기구조식을 갖는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112006010745591-pct00012
인광 발광성의 도펀트는 3중항 여기자로부터 발광할 수 있는 화합물이다. 3중항 여기자로부터 발광하는 한 특별히 한정되지 않지만, Ir, Ru, Pd, Pt, Os, 및 Re로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 금속 착체인 것이 바람직하며, 포르피린 금속 착체 또는 오쏘메탈화 금속 착체가 바람직하다. 포르피린 금속 착체로서는 포르피린 백금 착체가 바람직하다. 인광 발광성 화합물은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
오쏘메탈화 금속 착체를 형성하는 리간드로서는 다양한 것이 있지만, 바람직한 리간드로서는 2-페닐피리딘 유도체, 7,8-벤조퀴놀린 유도체, 2-(2-싸이엔일)피리딘 유도체, 2-(1-나프틸)피리딘 유도체, 2-페닐퀴놀린 유도체 등을 들 수 있다. 이들 유도체는 필요에 따라 치환기를 가질 수도 있다. 특히, 불소화물, 트라이플루오로메틸기를 도입한 것이 청색계 도펀트로서는 바람직하다. 또한 보조 리간드로서 아세틸 아세토네이트, 피크르산 등의 상기 리간드 이외의 리간드를 가지고 있을 수도 있다.
인광 발광성의 도펀트의 발광층에 있어서의 함유량으로서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 예컨대, 0.1 내지 70 질량%이며, 1 내지 30 질량%가 바람직하다. 인광 발광성 화합물의 함유량이 0.1 질량% 미만에서는 발광이 미약하여 그 함유 효과가 충분히 발휘되지 않고, 70 질량%를 초과하는 경우에는 농도 소광이라 불리는 현상이 현저해져서 소자 성능이 저하될 우려가 있다.
또한, 발광층은 필요에 따라 정공 수송재, 전자 수송재, 폴리머 바인더를 함유할 수도 있다.
또한, 청색계 발광층의 막 두께는 바람직하게는 5 내지 50nm, 보다 바람직하 게는 7 내지 50nm, 가장 바람직하게는 10 내지 50nm이다. 5nm 미만에서는 발광층 형성이 곤란해져 색도 조정이 곤란해질 우려가 있고, 50nm을 초과하면 구동 전압이 상승할 우려가 있다.
(2) 황색 내지 적색계 발광층
본 발명에 있어서의 전자 장벽층을 개재시킨 상태로 배치되는 2개의 발광층 중 어느 것을 황색 내지 적색계 발광층으로 할지는 한정되지 않지만, 음극측 발광층을 황색 내지 적색계 발광층으로 하는 것이 바람직하다.
황색 내지 적색계 발광층은 바람직하게는 발광의 최대 파장이 540 내지 700nm, 보다 바람직하게는 550 내지 650nm인 발광층이며, 바람직하게는 호스트 재료와 황색 내지 적색계 도펀트로 이루어진다. 호스트 재료는 예컨대, 스타이릴 유도체, 안트라센 유도체, 방향족 아민, 8-하이드록시퀴놀린 또는 그 유도체의 금속 착체 등인 것이 바람직하다. 스타이릴 유도체, 안트라센 유도체, 방향족 아민의 구체적인 예로서는 청색계 발광층에서 사용되는 호스트 재료를 황색 내지 적색계 발광층에도 사용할 수 있다. 8-하이드록시퀴놀린 또는 그 유도체의 금속 착체의 구체적인 예로서는 옥신(일반적으로 8-퀴놀린올 또는 8-하이드록시퀴놀린)의 킬레이트를 포함하는 금속 킬레이트옥시노이드 화합물, 예컨대 트리스(8-퀴놀린올)알루미늄을 사용할 수 있다. 호스트 재료로서 안트라센 유도체와 같은 전자 수송성이 높은 화합물을 사용하는 경우에는 청색계 발광층과 황색 내지 적색계 발광층에 사용하는 호스트 재료는 동일하거나 상이하더라도 상관없다.
황색 내지 적색계 도펀트는 1개 이상의 플루오란텐 골격 또는 페릴렌 골격을 갖는 형광성 화합물이 사용할 수 있고, 예컨대 하기 화학식 12 내지 26으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
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Figure 112006010745591-pct00014
Figure 112006010745591-pct00015
Figure 112006010745591-pct00016
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Figure 112006010745591-pct00018
Figure 112006010745591-pct00019
Figure 112006010745591-pct00020
Figure 112006010745591-pct00021
Figure 112006010745591-pct00022
Figure 112006010745591-pct00023
Figure 112006010745591-pct00024
Figure 112006010745591-pct00025
Figure 112006010745591-pct00026
Figure 112006010745591-pct00027
〔상기 식에서, X1 내지 X20은 각각 독립적으로 수소 원자, 직쇄, 분지쇄 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기, 직쇄, 분지쇄 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아릴알킬아미노기 또는 치 환 또는 비치환 탄소 원자수 8 내지 30의 알켄일기이며, 인접하는 치환기 및 X1 내지 X20은 결합하여 환상 구조를 형성하고 있을 수 있다. 인접하는 치환기가 아릴기일 때에는 치환기는 동일할 수도 있다.〕
또한, 화학식 12 내지 26의 화합물은 아미노기 또는 알켄일기를 함유하는 것이 바람직하다.
Figure 112006010745591-pct00028
Figure 112006010745591-pct00029
〔상기 식에서, X21 내지 X24는 각각 독립적으로 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기이며, X21과 X22 및/또는 X23과 X24는 탄소-탄소 결합 또는 -O-, -S-를 통해 결합되어 있을 수 있다. X25 내지 X36은 수소 원자, 직쇄, 분지쇄 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 20의 알킬기, 직쇄, 분지쇄 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아릴알킬아미노기 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 8 내지 30의 알켄일기이며, 인접하는 치환기 및 X25 내지 X36은 결합하여 환상 구조를 형성하고 있을 수 있다. 각 식 중의 치환기 X25 내지 X36의 1개 이상이 아민 또는 알켄일기를 함유하는 것이 바람직하다.〕
또한, 플루오란텐 골격을 갖는 형광성 화합물은 고 효율 및 긴 수명을 얻기 위해 전자 공여성기를 함유하는 것이 바람직하며, 바람직한 전자 공여성기는 치환 또는 비치환된 아릴아미노기이다. 또한, 플루오란텐 골격을 갖는 형광성 화합물은 축합환수 5 이상이 바람직하며, 6 이상이 특히 바람직하다. 이는 형광성 화합물이 540 내지 700nm의 형광 피크 파장을 나타내며, 청색계 발광 재료와 형광성 화합물로부터의 발광이 겹쳐 백색을 나타내기 때문이다. 상기 형광성 화합물은 플루오란텐 골격을 복수 가지면 발광색이 황색 내지 등색 또는 적색 영역이 되기 때문에 바람직하다. 특히 바람직한 형광성 화합물은 전자 공여성기와 플루오란텐 골격 또는 페릴렌 골격을 가지며, 540 내지 700nm의 형광 피크 파장을 나타내는 것이다.
또한, 황색 내지 적색계 발광층에도 인광 발광성의 화합물을 사용할 수 있 다. 인광 발광성의 화합물로서는 호스트 재료에 카바졸환을 포함하는 화합물이 바람직하며, 청색계 발광층에서 사용되는 화합물을 사용할 수 있다. 도펀트로서도 3중항 여기자로부터 발광할 수 있는 화합물이며, 3중항 여기자로부터 발광하는 한 특별히 한정되지 않지만, Ir, Ru, Pd, Pt, Os, 및 Re로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는 금속 착체인 것이 바람직하며, 포르피린 금속 착체 또는 오쏘메탈화 금속 착체가 바람직하다. 오쏘메탈화 금속 착체를 형성하는 리간드로서는 다양한 것이 있지만, 바람직한 리간드로서는 2-페닐피리딘 유도체, 7,8-벤조퀴놀린 유도체, 2-(1-나프틸)피리딘 유도체, 2-페닐퀴놀린 유도체 등을 들 수 있다. 이들 유도체는 필요에 따라 치환기를 가질 수도 있다. 특히, 황색 내지 적색계 도펀트로서는 2-페닐퀴놀린 유도체, 2-(2-싸이엔일)피리딘 유도체 등이 바람직하다. 또한, 보조 리간드로서 아세틸 아세토네이트, 피크르산 등의 상기 리간드 이외의 리간드를 갖고 있을 수도 있다.
인광 발광성의 도펀트의 발광층에 있어서의 함유량으로서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있지만, 예컨대, 0.1 내지 70질량%이며, 1 내지 30질량%가 바람직하다. 인광 발광성 화합물의 함유량이 0.1질량% 미만에서는 발광이 미약하여 그 함유 효과가 충분히 발휘되지 않고, 70질량%를 초과하는 경우에는 농도 소광이라 불리는 현상이 현저해져서 소자 성능이 저하될 우려가 있다.
황색 내지 적색계 발광층의 막 두께는 보통 5nm 이상, 바람직하게는 10 내지 50nm, 보다 바람직하게는 20 내지 50nm, 가장 바람직하게는 30 내지 50nm이다. 5nm 미만에서는 발광 효율이 저하될 우려가 있고, 50nm을 초과하면 구동 전압이 상 승할 우려가 있다.
(3) 전자 수송성 발광 재료
본 발명에 있어서의 전자 장벽층을 개재시킨 상태로 배치되는 2개의 발광층은 모두 전자 수송성이다. 따라서, 본 발명에 있어서, 청색계 발광층과 황색 내지 적색계 발광층에서 사용되는 발광 재료는 전자 수송성 발광 재료이다. 전자 수송성 발광 재료란 바람직하게는 전자 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 발광 재료이며, 구체적으로는 안트라센 유도체나 8-하이드록시퀴놀린 또는 그 유도체의 금속 착체 등을 들 수 있다. 전자 이동도 및 정공 이동도는 TOF(Time of Flight)법 등에 의해 측정할 수 있다. TOF법에 의한 이동도 측정은 오프텔사 TOF-301 등을 사용할 수 있다.
2. 전자 장벽층
전자 장벽층은 바람직하게는 음극측 발광층의 재료보다 친화도 레벨이 작은 화합물로 이루어진다. 이 경우, 음극측 발광층 재료보다 친화도 레벨이 작은 화합물이면 특별히 제한은 없고, 다양한 유기 화합물, 무기 화합물을 사용할 수 있다. 전자 장벽층으로서 사용하는 재료로서는 음극측 발광층의 재료보다 친화도 레벨이 0.2eV 이상 작은 것이 바람직하다. 예컨대, 종래, 광 도전 재료에 있어서 정공의 전하 수송 재료로서 관용되고 있는 것이나, 제3급 아민 화합물 등 유기 EL 소자의 정공 주입층/정공 수송층에 사용되고 있는 화합물 등을 사용할 수 있다. 전자 장벽층의 막 두께는 바람직하게는 1 내지 30nm, 보다 바람직하게는 1 내지 20nm이다.
친화도 레벨(이하, "Af")은 리켄 계기사 제품 AC-1을 사용한 이온화 포텐셜(이하, "Ip")의 측정과, 자외 가시 흡수 스펙트럼으로부터 산출한 광학적 밴드갭(이하, "Eg")로부터 다음 수학식 1에 의해 구한다.
Figure 112006010745591-pct00030
전자 장벽층의 이온화 포텐셜과, 이에 인접하는 2개의 발광층(양극측 발광층 및 음극측 발광층)의 이온화 포텐셜과의 차이△Ip는 0.2eV 이하인 것이 바람직하다. 이온화 포텐셜의 차이△Ip가 0.2eV보다 크면 한쪽 발광층밖에 발광하지 않거나 구동 전압이 현저히 상승할 수 있어 부적당한 경우가 있다. 전자 장벽층의 이온화 포텐셜을 발광층의 이온화 포텐셜에 가까운 레벨로 함으로써 높은 효율을 실현할 수 있다.
상기에 있어서는 전자 장벽층을 통해 2개의 발광층이 배치되고, 이 두 발광층 중 한쪽을 청색계 발광층, 다른쪽을 황색 내지 적색계 발광층으로 함으로써 백색계 발광을 얻는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 구성에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기한 바와 같이, 발광층을 3개 설치하고, 각각의 사이에 전자 장벽층을 설치함으로써 3개의 발광층을 각각 청색계, 적색계 및 녹색계 발광층으로 하고, 각각의 계면에 있어서 발광을 생기게 함으로써 백색계 유기 EL 소자를 구성할 수도 있다.
3. 다른 유기층
(1) 제 1 유기층
양극과 양극측 발광층 사이에 제 1 유기층으로서 정공 주입층, 정공 수송층 또는 유기 반도체층 등을 설치할 수 있다. 정공 주입층 또는 정공 수송층은 발광층으로의 정공 주입을 도와 정공을 발광 영역까지 수송하는 층으로서, 정공 이동도가 크고, 이온화 에너지가 보통 5.5eV 이하로 작다. 정공 주입층은 에너지 레벨의 급한 변화를 완화시키는 등 에너지 레벨을 조정하기 위해 설치한다. 이러한 정공 주입층 또는 정공 수송층으로서는 보다 낮은 전계 강도로 정공을 발광층에 수송하는 재료가 바람직하며, 또한 정공의 이동도가, 예컨대 104 내지 106V/cm의 전계 인가시에 적어도 10-6cm2/V?초인 것이 바람직하다. 정공 주입층 또는 정공 수송층을 형성하는 재료로서는 종래에 광 도전 재료에 있어서 정공의 전하 수송 재료로서 관용되고 있는 것이나, 유기 EL 소자의 정공 주입층에 사용되고 있는 공지된 것 중에서 임의의 것을 선택하여 사용할 수 있다.
이러한 정공 주입층 또는 정공 수송층의 형성 재료로서는 구체적으로는 예컨대 트라이아졸 유도체(미국 특허 3,112,197호 명세서 등 참조), 옥사다이아졸 유도체(미국 특허 3,189,447호 명세서 등 참조), 이미다졸 유도체(일본 특허 공고 제 1962-16096호 공보 등 참조), 폴리아릴알케인 유도체(미국 특허 3,615,402호 명세서, 동 제3,820,989호 명세서, 동 제3,542,544호 명세서, 일본 특허 공고 제1970-555호 공보, 동 1976-10983호 공보, 일본 특허 공개 제1976-93224호 공보, 동 1980-17105호 공보, 동 1981-4148호 공보, 동 1980-108667호 공보, 동 1980-156953 호 공보, 동1981-36656호 공보 등 참조), 피라졸린 유도체 및 피라졸론 유도체(미국 특허 제 3,180,729호 명세서, 동 제4,278,746호 명세서, 일본 특허 공개 제1980-88064호 공보, 동 1980-88065호 공보, 동 1974-105537호 공보, 동 1980-51086호 공보, 동 1981-80051호 공보, 동 1981-88141호 공보, 동 1982-45545호 공보, 동 1979-112637호 공보, 동 1980-74546호 공보 등 참조), 페닐렌 다이아민 유도체(미국 특허 제 3,615,404호 명세서, 일본 특허 공고 제1976-10105호 공보, 동 1971-3712호 공보, 동 1972-25336호 공보, 일본 특허 공개 제1979-53435호 공보, 동 1979-110536호 공보, 동 1979-119925호 공보 등 참조), 아릴아민 유도체(미국 특허 제3,567,450호 명세서, 동 제3,180,703호 명세서, 동 제3,240,597호 명세서, 동 제3,658,520호 명세서, 동 제4,232,103호 명세서, 동 제4,175,961호 명세서, 동 제4,012,376호 명세서, 일본 특허 공고 제 1974-35702호 공보, 동 1964-27577호 공보, 일본 특허 공개 제1980-144250호 공보, 동 1981-119132호 공보, 동 1981-22437호 공보, 서독 특허 제1,110,518호 명세서 등 참조), 아미노 치환 칼콘 유도체(미국 특허 제3,526,501호 명세서 등 참조), 옥사졸 유도체(미국 특허 제3,257,203호 명세서 등에 개시된 것), 스타이릴 안트라센 유도체(일본 특허 공개 제1981-46234호 공보 등 참조), 플루오렌온 유도체(일본 특허 공개 제1979-110837호 공보 등 참조), 하이드라존 유도체(미국 특허 제3,717,462호 명세서, 일본 특허 공개 제1979-59143호 공보, 동 1980-52063호 공보, 동 1980-52064호 공보, 동 1980-46760호 공보, 동 1980-85495호 공보, 동 1982-11350호 공보, 동1982-148749호 공보, 일본 특허 공개 제1986-311591호 공보 등 참조), 스틸벤 유도체(일본 특허 공개 제1986- 210363호 공보, 동 제1986-228451호 공보, 동 1986-14642호 공보, 동 1986-72255호 공보, 동 1987-47646호 공보, 동 1987-36674호 공보, 동1987-10652호 공보, 동 1987-30255호 공보, 동 1985-93455호 공보, 동 1986-94462호 공보, 동 1985-174749호 공보, 동 1985-175052호 공보 등 참조), 실라잔 유도체(미국 특허 제4,950,950호 명세서), 폴리실레인계(일본 특허 공개 제1990-204996호 공보), 아닐린계 공중합체(일본 특허 공개 제1990-282263호 공보), 일본 특허 공개 제 1989-211399호 공보에 개시되어 있는 도전성 고분자 올리고머(특히 싸이오펜 올리고머) 등을 들 수 있다.
정공 주입층 또는 정공 수송층의 재료로서는 상기한 것을 사용할 수 있지만, 포르피린 화합물(일본 특허 공개 제1988-295695호 공보 등에 개시된 것), 방향족 제3급 아민 화합물 및 스타이릴아민 화합물(미국 특허 제4,127,412호 명세서, 일본 특허 공개 제1978-27033호 공보, 동 1979-58445호 공보, 동 1979-149634호 공보, 동 1979-64299호 공보, 동 1980-79450호 공보, 동 1980-144250호 공보, 동 1981-119132호 공보, 동 1986-295558호 공보, 동 1986-98353호 공보, 동 1988-295695호 공보 등 참조), 방향족 제3급 아민 화합물을 사용할 수도 있다. 또한 미국 특허 제5,061,569호에 기재되어 있는 2개의 축합 방향족환을 분자내에 갖는, 예컨대 4,4'-비스(N-(1-나프틸)-N-페닐아미노)바이페닐, 또한 일본 특허 공개 제1992-308688호 공보에 기재되어 있는 트라이페닐아민 유닛이 3개 스타 버스트형으로 연결된 4,4',4''-트리스(N-(3-뷰틸페닐)-N-페닐아미노)트라이페닐아민 등을 들 수 있다. 또한, 발광층의 재료로서 나타낸 상술한 방향족 다이메틸리딘계 화합물 외에 p형 Si, p형 SiC 등의 무기 화합물도 정공 주입층 또는 정공 수송층의 재료로서 사용할 수 있다.
이 정공 주입층 또는 정공 수송층은 상술한 재료의 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 1층으로 구성되어 있을 수 있고, 또한, 정공 주입층 또는 정공 수송층과는 별종의 화합물로 이루어지는 정공 주입층 또는 정공 수송층을 적층한 것일 수도 있다. 정공 주입층 또는 정공 수송층의 막 두께는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 20 내지 200nm이다.
유기 반도체층은 발광층으로의 정공 주입 또는 전자 주입을 돕는 층으로서, 10-10S/cm 이상의 도전율을 갖는 것이 적합하다. 이러한 유기 반도체층의 재료로서는 함싸이오펜 올리고머나 일본 특허 공개 제1996-193191호 공보에 기재된 함아릴아민 올리고머 등의 도전성 올리고머, 함아릴아민 덴드리머 등의 도전성 덴드리머 등을 사용할 수 있다. 유기 반도체층의 막 두께는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 10 내지 1,000nm이다.
(2) 제 2 유기층
음극과 음극측 발광층 사이에 제 2 유기층으로서 전자 주입층 또는 전자 수송층 등을 설치할 수 있다. 전자 주입층 또는 전자 수송층은 발광층으로의 전자의 주입을 돕는 층으로서, 전자 이동도가 크다. 전자 주입층은 에너지 레벨의 급한 변화를 완화시키는 등 에너지 레벨을 조정하기 위해 마련된다.
전자 수송층은 수nm 내지 수μm의 막 두께에서 적절히 선택되지만, 104 내지 106V/cm의 전계 인가시에 전자 이동도가 10-5cm2/Vs 이상인 것이 바람직하다. 한편, 전자 이동도는 정공 이동도와 동일한 방법으로 측정할 수 있다.
전자 주입층 또는 전자 수송층에 사용되는 재료로서는 8-하이드록시퀴놀린 또는 그 유도체의 금속 착체, 옥사다이아졸 유도체가 적합하다.
상기 8-하이드록시퀴놀린 또는 그 유도체의 금속 착체의 구체적인 예로서는 옥신(일반적으로, 8-퀴놀린올 또는 8-하이드록시퀴놀린)의 킬레이트를 포함하는 금속 킬레이트 옥시노이드 화합물, 예컨대, 발광 재료에 관련된 면에서 기재한 트리스(8-퀴놀린올)알루미늄(Alq)을 사용할 수 있다.
한편, 옥사다이아졸 유도체로서는 하기 화학식으로 표시되는 전자 전달 화합물을 들 수 있다.
Figure 112006010745591-pct00031
(상기 식에서, Ar17, Ar18, Ar19, Ar21, Ar22, Ar25는 각각 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, 각각 서로 동일하거나 상이할 수도 있다. 또한, Ar20, Ar23, Ar24는 치환 또는 비치환된 아릴렌기를 나타내며, 각각 동일하거나 상이할 수 있다).
여기서, 아릴기로서는 페닐기, 바이페닐기, 안트라닐기, 페릴렌일기, 피렌일기등을 들 수 있다. 또한, 아릴렌기로서는 페닐렌기, 나프틸기, 바이페닐렌기, 안트라닐렌기, 페릴렌일렌기, 피렌일렌기 등을 들 수 있다. 또한, 치환기로서는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기 또는 사이아노기 등을 들 수 있다. 이 전자 전달 화합물은 박막 형성성인 것이 바람직하다.
상기 전자 전달성 화합물의 구체적인 예로서는 하기의 것을 들 수 있다:
Figure 112006010745591-pct00032
하기 화학식으로 표시되는 질소함유 헤테로사이클 유도체;
Figure 112006010745591-pct00033
(상기 식에서, A1 내지 A3은 질소 원자 또는 탄소 원자이다.
R 및 R'은 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 할로알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이며, n은 0 내지 5의 정수이며, n이 2 이상인 정수일 때, 복수의 R은 서로 동일 또는 상이할 수 있다.
또한, 인접하는 복수의 R기끼리 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소환식 지방족환, 또는 치환 또는 비치환된 탄소환식 방향족환을 형성하고 있을 수 있다.
Ar26은 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기이다.
Ar26'은 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴렌기이다.
Ar27은 수소 원자, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 할로알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기이다.
단, Ar26, Ar27 중 어느 한쪽은 치환기를 가질 수 있는 탄소수 10 내지 60의 축합환기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로축합환기이다.
L3, L4 및 L'는 각각 단일 결합, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 축합환, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로축합환 또는 치환기를 가질 수 있는 플루오렌일렌기이다)
하기 화학식으로 표시되는 질소함유 복소환 유도체;
HAr-L5-Ar28-Ar29
(상기 식에서, HAr은 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 40의 질소함유 헤테로환이며,
L5는 단일 결합, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기, 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴렌기 또는 치환기를 가질 수 있는 플루오렌일렌기이며,
Ar28은 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 2가의 방향족 탄화수소기이며,
Ar29는 치환기를 가질 수 있는 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 또는 치환기를 가질 수 있는 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기이다)
일본 특허 공개 제 1995-087616호 공보에 개시되어 있는 하기 화학식으로 표시되는 실라사이클로펜타다이엔 유도체를 이용한 전계발광 소자;
Figure 112006010745591-pct00034
(상기 식에서, Q1 및 Q2는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6까지의 포화 또는 불포화 탄화수소기, 알콕시기, 알켄일옥시기, 알킨일옥시기, 하이드록시기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로환 또는 Q1 및 Q2가 결합하여 포화 또는 불포화된 고리를 형성한 구조이며, R31 내지 R34는 각각 독립적으로 수소, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6까지의 알킬기, 알콕시기, 아릴옥시기, 퍼플루오로알킬기, 퍼플루오로알콕시기, 아미노기, 알킬카보닐기, 아릴카보닐기, 알콕시카보닐기, 아릴옥시카보닐기, 아조기, 알킬카보닐옥시기, 아릴카보닐옥시기, 알콕시카보닐옥시기, 아릴옥시카보닐옥시기, 설핀일기, 설폰일기, 설파닐기, 실릴기, 카밤오일기, 아릴기, 헤테로환기, 알켄일기, 알킨일기, 나이트로기, 폼일기, 나이트로소기, 폼일옥시기, 아이소사이아노기, 사이아네이트기, 아이소사이아네이트기, 싸이오사이아네이트기, 아이소싸이오사이아네이트기, 또는 사이아노기 또는 인접한 경우에는 치환 또는 비치환된 고리가 축합한 구조이다)
일본 특허 공개 제1997-194487호 공보에 개시되어 있는 하기 화학식으로 표시되는 실라사이클로펜타다이엔 유도체;
Figure 112006010745591-pct00035
(상기 식에서, Q3 및 Q4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6까지의 포화 또는 불포화 탄화수소기, 알콕시기, 알켄일옥시기, 알킨일옥시기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로환 또는 Q3과 Q4가 결합하여 포화 또는 불포화된 고리를 형성한 구조이며, R35 내지 R38은 각각 독립적으로 수소, 할로젠, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6까지의 알킬기, 알콕시기, 아릴옥시기, 퍼플루오로알킬기, 퍼플루오로알콕시기, 아미노기, 알킬카보닐기, 아릴카보닐기, 알콕시카보닐기, 아릴옥시카보닐기, 아조기, 알킬카보닐옥시기, 아릴카보닐옥시기, 알콕시카보닐옥시기, 아릴옥시카보닐옥시기, 설핀일기, 설폰일기, 설파닐기, 실릴기, 카밤오일기, 아릴기, 헤테로환기, 알켄일기, 알킨일기, 나이트로기, 폼일기, 나이트로소기, 폼일옥시기, 아이소사이아노기, 사이아네이트기, 아이소사이아네이트기, 싸이오사이아네이트기, 아이소싸이오사이아네이트기, 또는 사이아노기 또는 인접한 경우에는 치환 또는 비치환된 고리가 축합한 구조이다(단, R35 및 R38이 페닐기인 경우, Q3 및 Q4는 알킬기 및 페닐기가 아니라, R35 및 R38이 싸이엔일기인 경우, Q3 및 Q4는 1가 탄화수소기를, R36 및 R37은 알킬기, 아릴기, 알켄일기 또는 R36과 R37이 결합하여 고 리를 형성하는 지방족기를 동시에 만족시키지 않는 구조이며, R35 및 R38이 실릴기인 경우, R36, R37, Q3 및 Q4는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 1가 탄화수소기 또는 수소 원자가 아니고, R35 및 R36에서 벤젠환이 축합한 구조인 경우, Q3 및 Q4는 알킬기 및 페닐기가 아니다))
일본 재공표 특허 제2000-040586호 공보에 개시되어 있는 하기 화학식으로 표시되는 보레인 유도체;
Figure 112006010745591-pct00036
(상기 식에서, R39 내지 R46 및 Q8은 각각 독립적으로 수소 원자, 포화 또는 불포화 탄화수소기, 방향족기, 헤테로환기, 치환 아미노기, 치환 보릴기, 알콕시기 또는 아릴옥시기를 나타내며, Q5, Q6 및 Q7은 각각 독립적으로 포화 또는 불포화 탄화수소기, 방향족기, 헤테로환기, 치환 아미노기, 알콕시기 또는 아릴옥시기를 나타내며, Q7과 Q8의 치환기는 서로 결합하고 축합환을 형성할 수도 있고, s는 1 내지 3의 정수를 나타내고, s가 2 이상인 경우, Q7은 상이할 수도 있다. 단, s가 1, Q5, Q6 및 R40이 메틸기로서, R46이 수소 원자 또는 치환 보릴기인 경우, 및 s가 3이고 Q7이 메틸기인 경우를 포함하지 않는다)
일본 특허 공개 제1998-088121호 공보에 개시되어 있는 하기 화학식으로 표시되는 화합물;
Figure 112006010745591-pct00037
(상기 식에서, Q9, Q10은 각각 독립적으로 하기 화학식 1로 표시되는 리간드를 나타내고, L6은 할로젠 원자, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로환기, -OR47(R47은 수소 원자, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로환기이다) 또는 -O-Ga-Q11(Q12)(Q11 및 Q12는 Q9 및 Q10과 동일한 의미를 나타낸다)로 표시되는 리간드를 나타낸다)
Figure 112006010745591-pct00038
(상기 식에서, 고리 A4 및 A5는 치환기를 가질 수 있는 서로 축합한 6원 아릴환 구조이다)
이 금속 착체는 n형 반도체로서의 성질이 강해 전자 주입 능력이 크다. 나 아가, 착체 형성시의 생성 에너지도 낮기 때문에 형성된 금속 착체의 금속과 리간드와의 결합성도 강고해져 발광 재료로서의 형광 양자 효율도 커지고 있다.
상기 화학식의 리간드를 형성하는 고리 A4 및 A5의 치환기의 구체적인 예를 들면, 염소, 브롬, 요오드, 플루오르의 할로젠 원자, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 뷰틸기, sec-뷰틸기, tert-뷰틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 스테아릴기, 트라이클로로메틸기 등의 치환 또는 비치환된 알킬기, 페닐기, 나프틸기, 3-메틸페닐기, 3-메톡시페닐기, 3-플루오로페닐기, 3-트라이클로로메틸페닐기, 3-트라이플루오로메틸페닐기, 3-나이트로페닐기 등의 치환 또는 비치환된 아릴기, 메톡시기, n-뷰톡시기, tert-뷰톡시기, 트라이클로로메톡시기, 트라이플루오로에톡시기, 펜타플루오로프로폭시기, 2,2,3,3-테트라플루오로프로폭시기, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로폭시기, 6-(퍼플루오로에틸)헥실옥시기 등의 치환 또는 비치환된 알콕시기, 페녹시기, p-나이트로페녹시기, p-tert-뷰틸페녹시기, 3-플루오로페녹시기, 펜타플루오로페닐기, 3-트라이플루오로메틸페녹시기 등의 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 메틸싸이오기, 에틸싸이오기, tert-뷰틸싸이오기, 헥실싸이오기, 옥틸싸이오기, 트라이플루오로메틸싸이오기 등의 치환 또는 비치환된 알킬싸이오기, 페닐싸이오기, p-나이트로페닐싸이오기, p-tert-뷰틸페닐싸이오기, 3-플루오로페닐싸이오기, 펜타플루오로페닐싸이오기, 3-트라이플루오로메틸페닐싸이오기 등의 치환 또는 비치환된 아릴싸이오기, 사이아노기, 나이트로기, 아미노기, 메틸아미노기, 다이메틸아미노기, 에틸아미노기, 다이에틸아미노기, 다이프로필아미노기, 다이뷰틸아미 노기, 다이페닐아미노기 등의 모노 또는 다이 치환 아미노기, 비스(아세톡시메틸)아미노기, 비스(아세톡시에틸)아미노기, 비스(아세톡시프로필)아미노기, 비스(아세톡시뷰틸)아미노기 등의 아실아미노기, 하이드록실기, 실록시기, 아실기, 메틸카밤오일기, 다이메틸카밤오일기, 에틸카밤오일기, 다이에틸카밤오일기, 프로필카밤오일기, 뷰틸카밤오일기, 페닐카밤오일기 등의 카밤오일기, 카복실산기, 설폰산기, 이미드기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기 등의 사이클로알킬기, 페닐기, 나프틸기, 바이페닐기, 안트라닐기, 페난트릴기, 플루오렌일기, 피렌일기 등의 아릴기, 피리딘일기, 피라진일기, 피리미딘일기, 피리다진일기, 트라이아진일기, 인돌린일기, 퀴놀린일기, 아크리딘일기, 피롤리딘일기, 다이옥산일기, 피레리딘일기, 모폴리딘일기, 피페라진일기, 트라이아친일기, 카바졸릴기, 퓨란일기, 싸이오페닐기, 옥사졸릴기, 옥사다이아졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 싸이아졸릴기, 싸이아다이아졸릴기, 벤조싸이아졸릴기, 트라이아졸릴기, 이미다졸릴기, 벤조이미다졸릴기, 프란일기 등의 헤테로환기 등이 있다. 또한, 이상의 치환기끼리가 결합하여 추가의 6원 아릴환 또는 헤테로환을 형성할 수도 있다.
전자를 수송하는 영역 또는 음극과 유기층의 계면 영역에 환원성 도펀트를 함유할 수도 있다. 여기서, 환원성 도펀트란 전자 수송성 화합물을 환원할 수 있는 물질로 정의된다. 따라서, 일정한 환원성을 갖는 것이면 다양한 것을 사용할 수 있으며, 예컨대, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속의 산화물, 알칼리 금속의 할로젠화물, 알칼리 토금속의 산화물, 알칼리 토금속의 할로젠화물, 희토류 금속의 산화물 또는 희토류 금속의 할로젠화물, 알칼리 금속의 유 기 착체, 알칼리 토금속의 유기 착체, 희토류 금속의 유기 착체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 보다 구체적으로 바람직한 환원성 도펀트로서는 Na(일함수: 2.36eV), K(일함수: 2.28eV), Rb(일함수: 2.16eV) 및 Cs(일함수: 1.95eV)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 알칼리 금속이나, Ca(일함수: 2.9 eV), Sr(일함수: 2.0 내지 2.5eV), 및 Ba(일함수: 2.52 eV)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 알칼리 토금속을 들 수 있다. 일함수가 2.9eV 이하인 것이 특히 바람직하다. 이들 중 보다 바람직한 환원성 도펀트는 K, Rb 및 Cs로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 알칼리 금속이며, 더욱 바람직하게는 Rb 또는 Cs이며, 가장 바람직하게는 Cs이다. 이들 알칼리 금속은 특히 환원 능력이 높고, 전자 주입 영역으로의 비교적 소량의 첨가에 의해 유기 EL 소자에 있어서의 발광 휘도의 향상이나 장수명화를 꾀할 수 있다. 또한, 일함수가 2.9eV 이하인 환원성 도펀트로서 이들 2종 이상의 알칼리 금속의 조합도 바람직하며, 특히 Cs를 포함한 조합, 예컨대, Cs와 Na, Cs와 K, Cs와 Rb 또는 Cs와 Na와 K와의 조합인 것이 바람직하다. Cs를 조합하여 포함함으로써 환원 능력을 효율적으로 발휘할 수 있고, 전자 주입 영역으로의 첨가에 의해 유기 EL 소자에 있어서의 발광 휘도의 향상이나 장수명화를 꾀할 수 있다.
본 발명에 있어서는 음극과 유기층 사이에 절연체나 반도체로 구성되는 전자 주입층을 추가로 마련할 수도 있다. 이 때, 전류의 누설을 유효하게 방지하여 전자 주입성을 향상시킬 수 있다. 이러한 절연체로서는 알칼리 금속 칼코게나이드, 알칼리 토금속 칼코게나이드, 알칼리 금속의 할로젠화물 및 알칼리 토금속의 할로 젠화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 금속 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 전자 주입층이 이들 알칼리 금속 칼코게나이드 등으로 구성되어 있으면, 전자 주입성을 더욱 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 구체적으로, 바람직한 알칼리 금속 칼코게나이드로서는 예컨대, Li2O, LiO, Na2S, Na2Se 및 NaO를 들 수 있으며, 바람직한 알칼리 토금속 칼코게나이드로서는 예컨대, CaO, BaO, SrO, BeO, BaS, 및 CaSe를 들 수 있다. 또한, 바람직한 알칼리 금속의 할로젠화물로서는 예컨대, LiF, NaF, KF, LiCl, KCl 및 NaCl 등을 들 수 있다. 또한, 바람직한 알칼리 토금속의 할로젠화물로서는 예컨대, CaF2, BaF2, SrF2, MgF2 및 BeF2 등의 불화물이나, 불화물 이외의 할로젠화물을 들 수 있다.
또한, 전자 수송층을 구성하는 반도체로서는 Ba, Ca, Sr, Yb, Al, Ga, In, Li, Na, Cd, Mg, Si, Ta, Sb 및 Zn 중 1개 이상의 원소를 포함하는 산화물, 질화물 또는 산화 질화물 등의 1종 단독 또는 2종 이상의 조합을 들 수 있다. 또한, 전자 수송층을 구성하는 무기 화합물이 미결정 또는 비정질의 절연성 박막인 것이 바람직하다. 전자 수송층이 이들의 절연성 박막으로 구성되어 있으면, 보다 균질한 박막이 형성되기 때문에 다크 스폿 등의 화소 결함을 감소시킬 수 있다. 한편, 이러한 무기 화합물로서는 상술한 알칼리 금속 칼코게나이드, 알칼리 토금속 칼코게나이드, 알칼리 금속의 할로젠화물 및 알칼리 토금속의 할로젠화물 등을 들 수 있다.
전자 주입층 또는 전자 수송층의 막 두께는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 1 내지 100nm이다.
청색계 발광층 또는 제 1 유기층은 산화제를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직한 산화제로서는 전자 흡인성 또는 전자 어셉터이다. 예컨대, 루이스산, 각종 퀴논 유도체, 다이사이아노퀴노다이메테인 유도체, 방향족 아민과 루이스산으로 형성된 염류가 있다. 특히 바람직한 루이스산은 염화 철, 염화 안티몬, 염화 알루미늄 등이다.
황색 내지 적색계 발광층 또는 제 2 유기층은 환원제를 포함하는 것이 바람직하다. 바람직한 환원제는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속류 산화물, 희토류 산화물, 알칼리 금속 할로젠화물, 알칼리 토금속류 할로젠화물, 희토류 할로젠화물, 알칼리 금속과 방향족 화합물로 형성되는 착체이다. 특히 바람직한 알칼리 금속은 Cs, Li, Na, K이다.
(3) 무기 화합물층
양극 및/또는 음극에 접하여 무기 화합물층을 가질 수 있다. 무기 화합물층은 부착 개선층으로서 기능한다. 무기 화합물층에 사용되는 바람직한 무기 화합물로서는 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속류 산화물, 희토류 산화물, 알칼리 금속 할로젠화물, 알칼리 토금속류 할로젠화물, 희토류 할로젠화물, SiOx, AlOx, SiNx, SiON, AlON, GeOx, LiOx, LiON, TiOx, TiON, TaOx, TaON, TaNx, C 등 각종 산화물, 질화물, 산화질화물이다. 특히 양극에 접하는 층의 성분으로서는 SiOx, AlOx, SiNx, SiON, AlON, GeOx, C가 안정한 주입 계면층을 형성하여 바람직하다. 또한, 특히 음극에 접하는 층의 성분으로서는 LiF, MgFx, CaFx, MgFx, NaF가 바람직하다. 무기 화합물층의 막 두께는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 0.1nm 내지 100nm이다.
발광층을 포함하는 각 유기층 및 무기 화합물층을 형성하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대, 증착법, 스핀 코팅법, 캐스팅법, LB법 등의 공지된 방법을 적용할 수 있다. 또한, 수득되는 유기 EL 소자의 특성이 균일해지고, 또한 제조 시간을 단축할 수 있는 점에서 전자 주입층과 발광층은 동일 방법으로 형성하는 것이 바람직하며, 예컨대, 전자 주입층을 증착법으로 제막하는 경우에는 발광층도 증착법으로 제막하는 것이 바람직하다.
4. 전극
양극으로서는 일함수가 큰(예컨대, 4.0eV 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 인듐 주석 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드, 주석, 산화 아연, 금, 백금, 팔라듐 등의 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 양극의 두께도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 10 내지 1,000nm의 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하며, 10 내지 200nm의 범위내의 값으로 하는 것이 보다 바람직하다.
음극에는 일함수가 작은 (예컨대, 4.0eV 미만) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 마그네슘, 알루미늄, 인듐, 리튬, 나트륨, 은 등의 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 또한 음극의 두께도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 10 내지 1000nm의 범위내의 값으로 하는 것이 바람직하며, 10 내지 200nm의 범위내의 값으로 하는 것이 보다 바람직하다.
양극 또는 음극 중 한쪽 이상은 발광층으로부터 방사된 빛을 외부로 유효하게 취출할 수 있도록 실질적으로 투명, 보다 구체적으로는 광 투과율이 10% 이상인 값인 것이 바람직하다. 전극은 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 전자빔 증착법, CVD법, MOCVD법, 플라즈마 CVD법 등에 의해 제조할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
한편, 각 예에서 수득된 유기 EL 소자의 평가는 하기와 같다.
(1) 초기 성능: CIE1931 색도 좌표로 색도를 측정하여 평가하였다.
(2) 이온화 포텐셜(이하, IP로 나타냄): 리켄 계기 제품 AC-1을 이용하여 측정하였다.
(3) 친화도 레벨(이하, Af로 나타냄): 수학식 Af= IP-Eg로 구하였다(단, Eg는 자외 가시 흡수 스펙트럼으로부터 산출한 광학적 밴드갭을 나타낸다)
(4) 발광 효율: 소자에 소정의 전압을 인가하여 미놀타사 제품 휘도계 CS-1000로 휘도를 측정하고, 동시에 케이스레이사(KEITHLEY)사 제품 전류계를 이용하여 전류치를 측정하고, 그 결과로부터 산출하였다.
실시예 1
(유기 EL 소자의 형성)
25mm×75mm×1.1mm 두께의 ITO 투명 전극(양극) 부착 유리 기판(지오매틱사 제품)를 아이소프로필알코올 중에서 5분간 초음파 세정한 후, 30분간 UV 오존 세정을 실시하였다. 세정 후의 투명 전극 라인 부착 유리 기판을 진공 증착 장치의 기판 홀더에 장착하고, 우선 투명 전극 라인이 형성되어 있는 측의 면 위에 상기 투명 전극을 덮도록 하여 막 두께 60nm의 N,N'-비스(N,N'-다이페닐-4-아미노페닐)-N,N-다이페닐-4,4'-다이아미노-1,1'-바이페닐막(이하 "TPD232막"; 하기에 구조식을 나타냄)을 성막하였다. 이 TPD232막은 정공 주입층으로서 기능한다. TPD232막의 성막에 계속해서 이 TPD232막 위에 막 두께 20nm의 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐막(이하 "NPD막"; 하기에 구조식을 나타냄)을 성막하였다. 이 NPD막은 정공 수송층으로서 기능한다.
Figure 112006010745591-pct00039
또한, NPD막의 성막에 계속하여 막 두께 10nm에서 하기 화학식 32로 표시되는 안트라센 유도체와 하기 화학식 34로 표시되는 플루오란텐 유도체(이하, "R1"; 황색 내지 적색계 도펀트; 형광 피크 파장 545nm)를 40:2의 중량비로 증착하여 성막하고, 황색 내지 적색계 발광층(양극측 발광층; IP/Af(eV)=5.7/2.7)으로 하였 다. 이어서, 5nm에서 전자 장벽층(IP/Af(eV)= 5.2/2.2)으로서 기능하는 NPD막을 성막하였다. 막 두께 30nm에서 하기 화학식 32로 표시되는 안트라센 유도체와, 하기 화학식 33으로 표시되는 스타이릴 유도체(이하, "B1"; 청색계 도펀트)를 40:2의 중량비로 증착하여 성막하고, 청색계 발광층(양극측 발광층(IP/Af(eV)=5.7/2.7))으로 하였다. 이어서, 이 막 상에 전자 수송층으로서 막 두께 10nm의 트리스(8-퀴놀린올)알루미늄막(이하 "Alq막"; 하기에 구조식을 나타낸다)을 성막하였다. 그 후, Li(Li원: 사에스 게터사 제품)와 Alq를 2원 증착시키고, 전자 주입층으로서 Alq:Li막을 10nm 형성하였다. 이 Alq: Li막 상에 금속 Al을 150nm 증착시켜 금속 음극을 형성하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
Figure 112006010745591-pct00040
Figure 112006010745591-pct00041
Figure 112006010745591-pct00042
<Alq>
Figure 112006010745591-pct00043
수득된 소자의 CIE1931 색도 좌표(x, y)값, 발광색, 발광 휘도 100cd/m2에서의 발광 효율, 전자 장벽층의 친화도 레벨과 음극측 발광층의 친화도 레벨의 차이△Af, 및 전자 장벽층과 양극측 및 음극측 발광층과의 이온화 포텐셜의 차이△IP를 각각 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 수득된 소자의 전자 장벽층 전후의 에너지 레벨을 도 3a에 나타내었다.
실시예 2
전자 장벽층으로서 NPD 대신에 트라이아졸 유도체(이하, "TAZ"; 하기에 구조식을 나타냄)를 막 두께 5nm로 성막한 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 유기 EL 소자를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로, 발광색, 발광 효율 등을 하기 표 1에 나타내고, 수득된 소자의 전자 장벽층 전후의 에너지 레벨을 도 3b에 나타내었다.
Figure 112006010745591-pct00044
실시예 3
정공 수송층으로서 기능하는 NPD막의 성막에 계속하여 막 두께 30nm으로 상기 화학식 32로 표시되는 안트라센 유도체와 상기 화학식 33으로 표시되는 B1을 40:2의 중량비로 증착하여 성막하여 청색계 발광층으로 하였다. 이어서, 5nm에서 TAZ막을 성막하였다. 이어서, 막 두께 10nm에서 상기 화학식 32로 표시되는 안트라센 유도체와, 상기 화학식 34로 표시되는 R1(형광 피크 파장 545nm)을 40:2의 중량비로 증착하여 성막하고, 황색 내지 적색계 발광층으로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 소자를 제작하였다. 실시예 1과 같이, 발광색, 발광 효율 등을 하기 표 1에 나타내고, 수득된 소자의 전자 장벽층 전후의 에너지 레벨을 도 3c에 나타내었다.
실시예 4
정공 수송층으로서 기능하는 NPD막의 성막에 계속하여 막 두께 30nm에서 상기 화학식 32로 표시되는 안트라센 유도체와 상기 화학식 33으로 표시되는 B1을 40:2의 중량비로 증착하여 성막하여 청색계 발광층으로 하였다. 이어서, 5nm에서 NPD막을 성막하였다. 이어서, 막 두께 10nm에서 Alq와, 상기 화학식 34로 표시되는 R1(형광 피크 파장 545nm)을 40:2의 중량비로 증착하여 성막하고, 황색 내지 적색계 발광층으로 한 이외에는 실시예 1과 동일하게 유기 EL 소자를 제작하였다. 실시예 1과 마찬가지로 발광색, 발광 효율 등을 하기 표 1에 나타내고, 수득된 소자의 전자 장벽층 전후의 에너지 레벨을 도 3d에 나타내었다.
비교예 1
양극측 발광층(황색 내지 적색계 발광층)과 음극측 발광층(청색계 발광층)과의 사이에 전자 장벽층을 성막하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다. 이 소자의 색도는 (0.50, 0.42)이고, 백색 발광은 수득되지 않고 황색 발광이 관찰되었다. 실시예 1과 마찬가지로 발광색, 발광 효율 등을 하기 표 1에 나타내었고, 수득된 소자의 전자 장벽층 전후의 에너지 레벨을 도 3e에 나타내었다.
비교예 2
양극측 발광층(청색계 발광층)과 음극측 발광층(황색 내지 적색계 발광층)과의 사이에 전자 장벽층을 성막하지 않은 것 이외에는 실시예 3과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다. 이 소자의 색도는 (0.28, 0.28)이고, 백색 발광이 얻어졌다. 실시예 1과 마찬가지로 발광색, 발광 효율 등을 하기 표 1에 나타내었고, 수득된 소자의 전자 장벽층 전후의 에너지 레벨을 도 3f에 나타내었다.
Figure 112006010745591-pct00045
표 1의 결과로부터, 전자 장벽층을 개재시킨 채 전자 수송성 재료로 이루어지는 2개의 유기 발광층을 배치함으로써 백색 발광이 얻어지고, 발광 효율도 높은 유기 EL 소자를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
실시예 5
실시예 1에 있어서의 정공 수송층인 NPD막을 성막하지 않고 정공 주입층인 TPD232막의 성막에 계속하여 이 TPD232막 상에 막 두께 20nm의 트라이카바졸릴-트라이페닐아민(이하, "TCTA"; 구조식을 하기에 나타냄)을 성막하였다. TCTA막의 성막에 계속하여 막 두께 30nm에서 하기 화학식 35로 표시되는 카바졸 유도체와, 하기 화학식 36으로 표시되는 이리듐 착체를 50:4의 중량비로 증착하여 성막하고, 청색계 발광층(IP/Af(eV)=5.8/2.6)으로 하였다. 이어서, 5nm에서 하기 화학식 38로 표시되는 카바졸 유도체를 성막하였다. 이 막은 전자 장벽층(IP/Af(eV)= 5.7/2.2)으로서 기능한다. 이어서, 막 두께 30nm에서 카바졸 유도체(화학식 35)와 하기 화학식 37로 표시되는 이리듐 착체를 30:3의 중량비로 증착하여 성막하고, 황색 내지 적색계 발광층(IP/Af(eV)=5.8/2.6)으로 하였다. 이 막 위에 막 두께 10nm에서 알루미늄(III)비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)-4-페닐페놀레이트(이하, "BAlq"; 구조식을 하기에 나타냄)를 성막하였다. 그 후, Li(Li원: 사에스 게터사 제품)와 Alq를 2원 증착시키고, 전자 주입층으로서 Alq:Li막을 10nm 형성하였다. 이 Alq:Li막 위에 금속 Al을 150nm 증착시켜 금속 음극을 형성하여 유기 EL 발광 소자를 형성하였다.
<TCTA>
Figure 112006010745591-pct00046
Figure 112006010745591-pct00047
Figure 112006010745591-pct00048
Figure 112006010745591-pct00049
<BAlq>
Figure 112006010745591-pct00050
Figure 112006010745591-pct00051
수득된 소자는 직류 전압 11V에서 발광 휘도 100cd/m2, 효율 25.2cd/A, 색도는 (0.35,0.40)로서, 매우 높은 효율로 백색 발광을 얻을 수 있었다. 수득된 소자의 CIE1931 색도 좌표(x,y)값, 발광색, 및 발광 휘도 100cd/m2에서의 발광 효율, 전자 장벽층의 친화도 레벨과 음극측 발광층의 친화도 레벨의 차이△Af, 및 전자 장벽층과 양극측 및 음극측 발광층과의 이온화 포텐셜의 차이△IP를 각각 하기 표 2에 나타내었다.
비교예 3
양극측 발광층과 음극측 발광층 사이에 전자 장벽층을 성막하지 않은 것 이외에는 실시예 5와 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다. 이 소자는 직류 전압 13V에서 발광 휘도 100cd/m2, 효율 2.2cd/A, 색도는(0.60,0.34)로서, 백색 발광 은 얻어지지 않았고, 효율도 낮은 소자였다.
Figure 112006010745591-pct00052
표 2의 결과로부터, 발광층을 인광 발광성 호스트 재료 및 인광 발광성 도펀트를 이용하여 구성한 경우라도 전자 장벽층을 통해 전자 수송성 재료로 이루어지는 2개의 유기 발광층을 배치함으로써 백색 발광이 얻어졌고, 발광 효율도 높은 유기 EL 소자가 얻어짐을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 전자 장벽층을 두개의 발광층 사이에 넣음으로써 간편한 소자 구성으로 백색 소자를 실현할 수 있고, 특히 전자 장벽층의 이온화 포텐셜을 발광층에 가까운 레벨로 함으로써 높은 효율을 실현할 수 있다. 또한, 인광형의 발광층을 사용하더라도 용이하게 높은 효율의 백색 소자를 실현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 색 변화가 적은 백색계 유기 EL 소자를 제공할 수 있어, 정보 표시 기기, 차재 표시 기기, 조명 등으로서 적합하게 사용할 수 있다.

Claims (13)

  1. 한 쌍의 전극과, 이들 전극간에 협지되는, 적어도 다른 2색을 발광하는 2개의 유기 발광층을 갖는 유기 전기발광 소자에 있어서,
    (1) 상기 2개의 유기 발광층이 전자 장벽층을 개재시킨 상태로 배치되어 있고,
    (2) 상기 2개의 유기 발광층이 모두 전자 이동도가 10-6cm2/Vs 이상인 전자 수송성 발광 재료로 이루어지며,
    상기 전자 장벽층의 친화도 레벨이 상기 전자 장벽층에 대하여 음극측에 위치하는 유기 발광층의 친화도 레벨보다 0.2eV 이상 작고,
    상기 전자 장벽층의 이온화 포텐셜과 상기 전자 장벽층에 대하여 양극측에 위치하는 유기 발광층의 이온화 포텐셜과의 차이가 0.2eV 이하이고,
    상기 전자 장벽층의 이온화 포텐셜과 상기 전자 장벽층에 대하여 음극측에 위치하는 유기 발광층의 이온화 포텐셜과의 차이가 0.2eV 이하인
    유기 전기발광 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 장벽층에 대하여 양극측에 위치하는 유기 발광층으로부터의 발광이 청색계 발광인 유기 전기발광 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전자 장벽층에 대하여 음극측에 위치하는 유기 발광층으로부터의 발광이 황색 내지 적색계 발광인 유기 전기발광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 장벽층에 대하여 양극측에 위치하는 유기 발광층으로부터의 발광이 황색 내지 적색계 발광인 유기 전기발광 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전자 장벽층에 대하여 음극측에 위치하는 유기 발광층으로부터의 발광이 청색계 발광인 유기 전기발광 소자.
  10. 제 6 항, 제 7 항 또는 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 청색계 발광의 발광 최대 파장이 450 내지 500nm인 유기 전기발광 소자.
  11. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 황색 내지 적색계 발광의 발광 최대 파장이 540 내지 700nm인 유기 전기발광 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    백색을 발광하는 유기 전기발광 소자.
  13. 제 1 항에 따른 유기 전기발광 소자를 포함하여 구성되는 표시 장치.
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