KR101445418B1 - 유기 전계발광 소자 - Google Patents

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아쯔시 오다
준지 기도
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다이니폰 인사츠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 대극에의 정공 및 전자의 관통을 방지하는 층을 갖지 않고, 또한, 고효율이고 장수명의 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, 양극과, 상기 양극 상에 형성된 정공 주입 수송층과, 상기 정공 주입 수송층 상에 형성된 발광층과, 상기 발광층 상에 형성된 전자 주입 수송층과, 상기 전자 주입 수송층 상에 형성된 음극을 갖는 유기 EL 소자이며, 상기 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 상기 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 했을 때, Ip2≥Ip3이고, 또한, 상기 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 상기 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2라고 했을 때, Ea1≥Ea2인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자를 제공함으로써, 상기 목적을 달성한다.
유기 전계발광 소자, 정공 주입 수송층, 발광층, 전자 주입 수송층, 이온화 포텐셜, 전자 친화력

Description

유기 전계발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE ELEMENT}
본 발명은, 양극과 음극의 사이에, 정공 주입 수송층과 발광층과 전자 주입 수송층이 순차 적층된 구조를 갖는 유기 전계발광 소자에 관한 것이다.
유기 전계발광(이하, 전계발광을 EL로 약기하는 경우가 있다.) 소자는, 장수명 및 고효율화의 달성을 위해서, 정공 또는 전자의 주입 기능, 수송 기능, 블로킹 기능을 갖는 재료를 이용하여 복수의 층을 적층한 다층 구조를 취하는 것이 일반적이다. 또한, 다층 구조를 갖는 유기 EL 소자에서는, 발광층 내에 정공 및 전자를 효율적으로 폐쇄하기 위해서, 전극과 발광층의 사이에 대극측에의 정공 또는 전자의 관통을 방지하는 블로킹층을 형성하는 것이 일반적이다.
그러나, 다층 구조를 갖는 유기 EL 소자에서는, 구동 중에 각 층의 계면에서 열화가 생김으로써, 발광 효율이 저하하거나, 소자가 열화하여 휘도가 저하하거나 하는 것이 우려된다. 특히, 블로킹층이 형성된 유기 EL 소자에서는, 계면에 전하가 축적하기 쉽고, 이 때문에 계면에서 열화가 생기기 쉽고, 휘도 열화가 우려된다.
구동 중에 각 층의 계면에서 열화가 생기는 것을 억제하기 위해서, 정공 주입 수송층이나 전자 주입 수송층에 이용하는 재료를 연구하는 방법이 제안되어 있 다.
예를 들면 특허 문헌 1에는, 양극으로부터의 정공의 주입성 및 음극으로부터의 전자의 주입성을 개선하기 위해서, 유기 반도체층(정공 주입 수송층 또는 전자 주입 수송층)을, 유기 화합물 및 산화성 도펀트, 또는 유기 화합물 및 환원성 도펀트, 또는 유기 화합물 및 도전성 미립자로 구성되는 것으로 하는 것이 개시되어 있다.
그러나, 특허 문헌 1에 기재된 유기 EL 소자는, 유기 반도체층(정공 주입 수송층 또는 전자 주입 수송층)과 유기 발광층의 사이에 무기 전하 장벽층(블로킹층)을 형성하고 있기 때문에, 전술한 바와 같이, 발광 효율의 저하나 소자의 열화가 우려된다.
또한, 예를 들면 특허 문헌 2에는, 양극으로부터 유기 화합물층(정공 주입 수송층)에의 정공 주입에 있어서의 에너지 장벽을 저하시키는 것을 목적으로 하여, 양극에 접하는 유기 화합물층에 전자 수용성 도펀트를 도프하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 예를 들면 특허 문헌 3 및 특허 문헌 4에는, 음극으로부터 유기 화합물층(전자 주입 수송층)에의 전자 주입에 있어서의 에너지 장벽을 저하시키는 것을 목적으로 하여, 음극에 접하는 유기 화합물층에 전자 공여성 도펀트를 도프하는 방법이 개시되어 있다.
특허 문헌 1:일본 특개 2000-315581호 공보
특허 문헌 2:일본 특개평11-251067호 공보
특허 문헌 3:일본 특개평10-270171호 공보
특허 문헌 4:일본 특개평10-270172호 공보
<발명의 개시>
<발명이 해결하고자 하는 과제>
그러나, 발광 효율의 저하나 소자의 열화를 효과적으로 억제하기 위해서는, 양극으로부터의 정공 주입에 있어서의 에너지 장벽이나, 음극으로부터의 전자 주입에 있어서의 에너지 장벽을 저하시키는 것만으로는 충분하지 않고, 대극에의 정공 및 전자의 관통을 방지하는 층을 갖지 않도록 하는 소자 구성으로 하는 것이 유효하다고 고려된다.
본 발명은, 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 대극에의 정공 및 전자의 관통을 방지하는 층을 갖지 않고, 또한, 고효율이고 장수명의 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
본 발명자들은, 상기 실정을 감안하여 예의 검토한 결과, 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜과 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 각각, 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력에 대하여, 대극에의 정공 및 전자의 관통을 방지하는 경우가 없도록 설정하고, 정공 주입 수송층, 전자 주입 수송층, 및 발광층에 각각 이용하는 재료를 적당히 선택하고, 또한 소자 구성을 최적화함으로써, 종래의 유기 EL 소자와 비교하여, 고효율이고 장수명의 유기 EL 소자가 얻어지는 것을 발견하고, 본 발명에 도달하였다.
여기서, 전자 친화력은, 기저 상태의 분자의 에너지 E(0)과, 마이너스의 전하를 띤 음이온 상태의 에너지 E(-)의 차로 표시되고, 이것을 A라고 표기한다. 가스 상태(단일 분자)의 경우에는 g를 붙여서 Ag, 고체 상태(비정질성)의 경우에는 s를 붙여서 As로 나타내는 것으로 한다.
또한, 이온화 포텐셜은, 기저 상태의 분자의 에너지 E(0)과, 플러스의 전하를 띤 양이온 상태의 에너지 E(+)의 차로 표시되고, 이것을 I라고 표기한다. 그리고, 상기와 마찬가지로, 가스 상태(단일 분자)의 경우에는 g를 붙여서 Ig, 고체 상태(비정질성)의 경우에는 s를 붙여서 Is로 나타내는 것으로 한다.
가스 상태(단일 분자)의 경우, 전자 친화력 Ag는 Ag=E(0)-E(-)로 표시되고, 이온화 포텐셜 Ig는 Ig=E(+)-E(0)으로 표시된다.
가스 상태의 경우, Ag, Ig를 구하는 것은 실험적으로는 어렵지만, 분자 궤도법 계산에 의해 구할 수 있다. 예를 들면 분자 궤도 계산 소프트 가우시안(Gaussian) 03에 의해, B3LYP법에 기저 함수계 6-31g(d)를 이용하여 중성 상태에서의 분자 구조를 최적화하고, 그 구조에 대하여 전하가 플러스, 마이너스, 중성의 3가지에 대하여 에너지 계산을 B3LYP법에 기저 함수계로서 6-311g++(d,p)에 의해 행하여, 상기한 양이온 상태의 에너지 E(+), 기저 상태의 에너지 E(0), 및 음이온 상태의 에너지 E(-)가 구해진다. 또한, 해당 분자가 중원자를 포함하는 경우에는, 그 원자에 대해서는 ECP를 이용함으로써 계산이 가능하다. 예를 들면, 구조 최적화에는 LANL2DZ를, 에너지 계산에는 SBKJC VDZ 등을 이용할 수 있다.
증착막과 같은 고체 상태의 경우, 고체 중의 일분자가 전하를 띠면, 그 주변 분자에 대하여 유전 분극을 일으키게 한다. 이 주변 분자에 생긴 유기 쌍극자에 의한 전기장이 다시 원래의 전하를 띤 분자에 대하여 작용하기 때문에, 이 정도의 전위, 즉 전기 화학 포텐셜의 시프트를 받게 된다. 이 에너지는 통상, 분극 에너지 P라고 불린다. 따라서, 이온화 포텐셜 및 전자 친화력의 고체 상태와 가스(단분자) 상태의 차는 이 P와 일치한다. 고체 상태의 이온화 포텐셜 Is는, 각 재료의 단체 박막에서의 광전자 분광 또는 광전자 수량 분광에 의한 측정값으로부터 구해진다. 이 값으로부터, 플러스 전하가 받는 분극 에너지 P+는, Ig로부터 Is를 뺀 값으로부터 구할 수 있다. 또한, 결정의 경우, 플러스 전하가 받는 분극 에너지 P+와 마이너스 전하가 받는 분극 에너지 P-에서는, 그 대상성에 따라 차이가 있다. 한편, 비정질성의 경우, 각 분자의 배향이 랜덤으로 되기 때문에, 플러스 전하가 받는 분극 에너지 P+ 및 마이너스 전하가 받는 분극 에너지 P-는, 정공에 대해서나 전자에 대해서나 1차 근사로서는 동일한 값을 얻으므로, P+=P-라고 생각하여도 지장이 없다.
As는, 역 광전자 분광으로 실험적으로 구하는 등 보고되어 있지만, 정량성이 어렵다. 본 발명에서는, 측정한 Is와 계산으로 구한 Ig로부터 P+를 구하고, 상기 P+=P-의 관계를 이용하여, As=Ag+P-로서 As를 추정하였다.
도 1에, 예로서 3-tert-부틸-9,10-디(나프타-2-일)안트라센(TBADN)의 밴드 다이어그램을 나타낸다. 가스 상태(단일 분자)의 경우의 전자 친화력 Ag(0.82eV) 및 이온화 포텐셜 Ig(6.56eV)를, 상기한 양자 화학 계산에 의해 구하고, Is(5.6eV)는 광 양자 수량 분광 장치, 리껜 게이끼제 AC-2에 의해 구하고, 이 차로부터 P+=P-=0.96eV로서 As=1.78eV를 구하였다. 본 발명에서는, 이와 같이 하여 As의 값을 추정하였다.
본 발명은, 양극과, 상기 양극 상에 형성된 정공 주입 수송층과, 상기 정공 주입 수송층 상에 형성된 발광층과, 상기 발광층 상에 형성된 전자 주입 수송층과, 상기 전자 주입 수송층 상에 형성된 음극을 갖는 유기 EL 소자이며, 상기 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 상기 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 했을 때, Ip2≥Ip3이고, 또한, 상기 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 상기 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2라고 했을 때, Ea1≥Ea2인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자를 제공한다.
본 발명에 의하면, 전자 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜이 Ip2≥Ip3이고, 또한, 정공 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 전자 친화력이 Ea1≥Ea2이기 때문에, 구동 중에 있어서의 정공 주입 수송층, 발광층, 및 전자 주입 수송층의 각 층의 계면에서의 전하의 축적이 없어, 열화를 억제할 수 있고, 고효율이고 장수명의 유기 EL 소자로 하는 것이 가능하다.
또한 본 발명은, 대향하는 양극 및 음극의 사이에, 정공 주입 수송층과 발광층과 전자 주입 수송층이 순차 적층된 발광 유닛을 복수개 갖고, 인접하는 상기 발광 유닛 간에 전하 발생층이 형성된 유기 EL 소자이며, 상기 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 상기 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 했을 때, Ip2≥Ip3이고, 또한, 상기 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 상기 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2라고 했을 때, Ea1≥Ea2인 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자를 제공한다.
본 발명에 의하면, 전술한 바와 같이, 전자 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜이 Ip2≥Ip3이고, 또한, 정공 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 전자 친화력이 Ea1≥Ea2이기 때문에, 구동 중에 있어서의 정공 주입 수송층, 발광층, 및 전자 주입 수송층의 각 층의 계면에서의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 양극 및 음극의 사이에, 복수개의 발광 유닛이 전하 발생층을 통하여 형성되어 있기 때문에, 전류 밀도를 비교적 낮게 유지한 채 높은 휘도를 실현할 수 있다. 따라서, 고효율, 고휘도이고, 장수명의 유기 EL 소자로 하는 것이 가능하다.
상기 발명에 있어서는, 상기 정공 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip1이라고 했을 때, Ip1<Ip2인 것이 바람직하다. 정공 주입 수송층으로부터 발광층에의 정공 수송에 있어서 다소의 에너지 장벽이 존재함으로써, 발광층에의 정공의 주입을 제어하여, 발광 효율을 높일 수 있기 때문이다.
또한 본 발명에 있어서는, 상기 전자 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea3이라고 했을 때, Ea2<Ea3인 것이 바람직하다. 전자 주입 수송층으로부터 발광층에의 전자 수송에 있어서 다소의 에너지 장벽이 존재함으로써, 발광층에의 전자의 주입을 제어하여, 발광 효율을 높일 수 있기 때문이다.
또한 본 발명에 있어서는, 상기 정공 주입 수송층 및 상기 전자 주입 수송층이, 정공 및 전자를 수송할 수 있는 바이폴라 재료를 함유하는 것이 바람직하다. 바이폴라 재료를 정공 주입 수송층 및 전자 주입 수송층에 이용함으로써, 구동 중에 있어서의 정공 주입 수송층, 발광층, 및 전자 주입 수송층의 계면에서의 열화를 효과적으로 억제할 수 있기 때문이다.
상기한 경우, 상기 정공 주입 수송층에 함유되는 바이폴라 재료와, 상기 전자 주입 수송층에 함유되는 바이폴라 재료가 동일한 것이 바람직하다. 이들 바이폴라 재료가 동일하면, 정공이 전자 주입 수송층에 관통하거나, 전자가 정공 주입 수송층에 관통하거나 하여도, 이들 층이 열화하기 어려워지기 때문이다.
또한 상기한 경우, 상기 발광층이, 정공 및 전자를 수송할 수 있는 바이폴라 재료를 함유하고 있어도 된다. 이 경우, 상기 정공 주입 수송층에 함유되는 바이폴라 재료와, 상기 전자 주입 수송층에 함유되는 바이폴라 재료와, 상기 발광층에 함유되는 바이폴라 재료가 동일한 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 이들 바이폴라 재료가 동일하면, 정공이 전자 주입 수송층에 관통하거나, 전자가 정공 주입 수송층에 관통하거나 하여도, 이들 층이 열화하기 어려워지기 때문이다.
또한 본 발명에 있어서는, 상기 바이폴라 재료가, 디스티릴아렌 유도체, 다방향족 화합물, 방향족 축합환 화합물류, 카르바졸 유도체, 또는 복소환 화합물인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 바이폴라 재료가, 4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐(DPVBi), 스피로-4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐(스피로-DPVBi), 4,4'-비스(카르바졸-9-일)비페닐(CBP), 2,2',7,7'-테트라키스(카르바졸-9-일)-9,9'-스피로-비플루오렌(스피로-CBP), 4,4"-디(N-카르바졸릴)-2',3',5',6'-테트라페닐-p-테르페닐(CzTT), 1,3-비스(카르바졸-9-일)-벤젠(m-CP), 3-tert-부틸-9,10-디(나프타-2-일)안트라센(TBADN), 또는 하기 화학식 I로 표시되는 화합물인 것이 더 바람직하다.
Figure 112009055626153-pct00001
또한 본 발명에 있어서는, 상기 정공 주입 수송층이, 적어도 상기 양극과의 계면, 또는 적어도 상기 양극 및 상기 전하 발생층과의 계면에, 정공 주입 수송층용 유기 화합물에 산화성 도펀트가 혼합된 영역을 갖고, 또한, 상기 전자 주입 수송층이, 적어도 상기 음극과의 계면, 또는 적어도 상기 음극 및 상기 전하 발생층과의 계면에, 전자 주입 수송층용 유기 화합물에 환원성 도펀트가 혼합된 영역을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 양극으로부터 정공 주입 수송층에의 정공 주입 장벽, 및 음극으로부터 전자 주입 수송층에의 전자 주입 장벽을 작게 할 수 있어, 구동 전압을 저하시킬 수 있기 때문이다.
상기한 경우, 상기 산화성 도펀트가 금속 산화물인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 금속 산화물이 MoO3 또는 V2O5인 것이 더 바람직하다.
또한 상기한 경우, 상기 환원성 도펀트가 금속, 금속 화합물, 또는 유기 금속 착체 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 금속, 금속 화합물, 또는 유기 금속 착체가, 일 함수가 4.2eV 이하인, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 및 희토류 금속을 포함하는 전이 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 것이 더 바람직하다. 이들을 전자 주입 수송층용 유기 화합물에 도프함으로써, 양호한 전자 주입 특성이 얻어지기 때문이다.
또한 본 발명에 있어서는, 상기 정공 주입 수송층과 상기 발광층의 사이에 제2 정공 주입 수송층이 형성되어 있어도 되고, 이 때, 상기 제2 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea4라고 했을 때, Ea1≥Ea4≥Ea2이고, 또한, 상기 제2 정공 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip4라고 했을 때, Ip1<Ip4<Ip2인 것이 바람직하다. Ea1≥Ea4≥Ea2로 함으로써, 구동 중에 있어서의 정공 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층, 및 발광층의 계면에서의 열화를 억제할 수 있기 때문이다. 또한, Ip1<Ip4<Ip2로 되도록 정공 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 정공 주입 수송층이 형성되어 있음으로써, 정공 주입 수송층으로부터 제2 정공 주입 수송층을 통하여 발광층에 정공을 원활하게 수송할 수 있기 때문이다.
또한 본 발명에 있어서는, 상기 전자 주입 수송층과 상기 발광층의 사이에 제2 전자 주입 수송층이 형성되어 있어도 되고, 이 때, 상기 제2 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip5라고 했을 때, Ip2≥Ip5≥Ip3이고, 또한, 상기 제2 전자 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea5라고 했을 때, Ea2<Ea5<Ea3인 것이 바람직하다. Ip2≥Ip5≥Ip3으로 함으로써, 구동 중에 있어서의 정공 주입 수 송층, 제2 정공 주입 수송층, 및 발광층의 계면에서의 열화를 억제할 수 있기 때문이다. 또한, Ea2<Ea5<Ea3으로 되도록 전자 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 전자 주입 수송층이 형성되어 있음으로써, 전자 주입 수송층으로부터 제2 전자 주입 수송층을 통하여 발광층에 전자를 원활하게 수송할 수 있기 때문이다.
또한 본 발명에 있어서는, 상기 발광층이 호스트 재료와 발광 도펀트를 함유하고 있고, 상기 발광층 중의 상기 발광 도펀트의 농도에 분포가 있는 것이 바람직하다. 발광 도펀트 농도에 분포를 가지게 함으로써, 발광층에 주입되는 정공 및 전자의 밸런스를 잡을 수 있기 때문이다.
또한 본 발명에 있어서는, 상기 발광층이, 호스트 재료와, 2종류 이상의 발광 도펀트를 함유하고 있어도 된다. 예를 들면, 전자보다도 정공을 수송하기 쉬운 발광 도펀트와, 정공보다도 전자를 수송하기 쉬운 발광 도펀트를 함유시킴으로써, 발광층에 주입되는 정공 및 전자의 밸런스를 잡을 수 있기 때문이다. 또한 예를 들면, 호스트 재료 및 발광 도펀트의 여기 에너지의 중간에 여기 에너지를 가지는 발광 도펀트를 더 함유시킴으로써, 에너지 이동을 원활하게 일으킬 수 있기 때문이다.
<발명의 효과>
본 발명에 의하면, 전자 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜, 및 정공 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 소정의 관계로 함으로써, 구동 중에 있어서의 정공 주입 수송층, 발광층, 및 전자 주입 수송층의 각 층의 계면에서의 열화를 억제할 수 있고, 고효율화를 도모하고, 안정된 수명 특성을 얻을 수 있다고 하는 효과가 있다.
도 1은 이온화 포텐셜 및 전자 친화력을 설명하기 위한 밴드 다이어그램을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 유기 EL 소자의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 유기 EL 소자의 밴드 다이어그램의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 유기 EL 소자의 밴드 다이어그램의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 유기 EL 소자의 다른 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명의 유기 EL 소자의 밴드 다이어그램의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 유기 EL 소자의 밴드 다이어그램의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 유기 EL 소자의 다른 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 유기 EL 소자의 동작 기구를 나타내는 설명도이다.
도 10은 본 발명의 유기 EL 소자의 밴드 다이어그램의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 유기 EL 소자의 다른 예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 12는 본 발명의 유기 EL 소자의 밴드 다이어그램의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 13은 실시예 1 및 비교예 1의 휘도-전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 14는 실시예 1 및 비교예 1의 발광 효율-전류 밀도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 15는 실시예 1∼3의 휘도-전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 16은 실시예 1∼3의 발광 효율-전류 밀도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 17은 실시예 4의 휘도-전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 18은 실시예 4의 발광 효율-전류 밀도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 19는 실시예 4의 수명 특성을 나타내는 그래프이다.
도 20은 실시예 1, 5의 휘도-전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 21은 실시예 1, 5의 발광 효율-전류 밀도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 22는 실시예 1, 5의 수명 특성을 나타내는 그래프이다.
도 23은 실시예 6∼9의 휘도-전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 24는 실시예 6∼9의 발광 효율-전류 밀도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 25는 실시예 10의 휘도-전압 특성을 나타내는 그래프이다.
도 26은 실시예 10의 발광 효율-전류 밀도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 27은 실시예 10의 수명 특성을 나타내는 그래프이다.
<부호의 설명>
1:유기 EL 소자
2:기판
3:양극
4:정공 주입 수송층
5:발광층
6:전자 주입 수송층
7:음극
8:제2 정공 주입 수송층
9:제2 전자 주입 수송층
10a, 10b, 10c:발광 유닛
11, 11a, 11b:전하 발생층
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 본 발명의 유기 EL 소자에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 층 구성에 따라 2개의 실시 태양으로 나눌 수 있다. 이하, 각 실시 태양으로 나누어 설명한다.
Ⅰ. 제1 실시 태양
본 발명의 유기 EL 소자의 제1 실시 태양은, 양극과, 상기 양극 상에 형성된 정공 주입 수송층과, 상기 정공 주입 수송층 상에 형성된 발광층과, 상기 발광층 상에 형성된 전자 주입 수송층과, 상기 전자 주입 수송층 상에 형성된 음극을 갖는 유기 EL 소자이며, 상기 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 상기 전자 주 입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 했을 때, Ip2≥Ip3이고, 또한, 상기 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 상기 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2라고 했을 때, Ea1≥Ea2인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 실시 태양의 유기 EL 소자에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다.
도 2는, 본 실시 태양의 유기 EL 소자의 일례를 나타내는 개략 단면도이고, 도 3 및 도 4는 각각, 도 2에 나타내는 유기 EL 소자의 밴드 다이어그램의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 2에 예시하는 바와 같이, 유기 EL 소자(1)는, 기판(2) 상에, 양극(3)과 정공 주입 수송층(4)과 발광층(5)과 전자 주입 수송층(6)과 음극(7)이 순차 적층된 것이다.
이 유기 EL 소자에 있어서는, 정공 주입 수송층(4)의 이온화 포텐셜을 Ip1, 발광층(5)의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 전자 주입 수송층(6)의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 하면, 도 3에 예시하는 바와 같이 Ip1<Ip2=Ip3으로 되어 있어도 되고, 도 4에 예시하는 바와 같이 Ip1=Ip2=Ip3으로 되어 있어도 되고, 도시하지 않지만 Ip2>Ip1, Ip2>Ip3으로 되어 있어도 된다. 또한, 정공 주입 수송층(4)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 발광층(5)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2, 전자 주입 수송층(6)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea3이라고 하면, 도 3에 예시하는 바 와 같이 Ea1=Ea2<Ea3으로 되어 있어도 되고, 도 4에 예시하는 바와 같이 Ea1=Ea2=Ea3으로 되어 있어도 되고, 도시하지 않지만 Ea1>Ea2, Ea3>Ea2로 되어 있어도 된다.
보통, 이와 같은 유기 EL 소자에서는, Ip2≥Ip3, Ea1≥Ea2이기 때문에, 발광층 내에서 효율적으로 전하 재결합을 일으켜 여기 상태를 생성시켜 방사 실활시키기가 어려워, 발광 효율이 저하하거나, 또한 대극에의 정공 및 전자의 관통이 일어나, 정공 주입 수송층에 전자가 주입되거나 전자 주입 수송층에 정공이 주입되거나 함으로써, 수명 특성이 나빠지거나 하는 것이 상정된다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 전자 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜이 Ip2≥Ip3이고, 또한, 정공 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 전자 친화력이 Ea1≥Ea2이기 때문에, 대극에의 정공 및 전자의 관통은 일어나지만, 양극 및 음극 간을 정공 및 전자가 원활하게 수송되기 때문에, 구동 중에 있어서의 정공 주입 수송층, 발광층, 및 전자 주입 수송층의 각 층의 계면에서의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 정공 및 전자가 원활하게 수송됨으로써, 발광층 내 전체에서 정공 및 전자가 재결합하기 때문에, 정공 및 전자의 재결합 효율이 현저하게 저하하는 경우도 없다. 따라서, 전자 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜이 Ip2≥Ip3으로 되고, 또한, 정공 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 전자 친화력이 Ea1≥Ea2로 되도록, 정공 주입 수송층, 전자 주입 수송층, 및 발광층에 각각 이용하는 재료를 적당히 선택함으로써, 고효율화를 도모하고, 현저하게 안정된 수명 특성을 얻는 것이 가능 하다.
도 5는, 본 실시 태양의 유기 EL 소자의 일례를 나타내는 개략 단면도이고, 도 6 및 도 7은 각각, 도 5에 나타내는 유기 EL 소자의 밴드 다이어그램의 일례를 나타내는 모식도이다.
본 발명에 있어서는, 도 5에 예시하는 바와 같이, 정공 주입 수송층(4)과 발광층(5)의 사이에 제2 정공 주입 수송층(8)이 형성되어 있어도 되고, 또한 전자 주입 수송층(6)과 발광층(5)의 사이에 제2 전자 주입 수송층(9)이 형성되어 있어도 된다.
이 유기 EL 소자에 있어서는, 정공 주입 수송층(4)의 이온화 포텐셜을 Ip1, 제2 정공 주입 수송층(8)의 이온화 포텐셜을 Ip4, 발광층(5)의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 전자 주입 수송층(6)의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3, 제2 전자 주입 수송층(9)의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip5라고 하면, 도 6에 예시하는 바와 같이 Ip2>Ip4>Ip1, Ip2>Ip5>Ip3으로 되어 있어도 되고, 도 7에 예시하는 바와 같이 Ip2>Ip4>Ip1, Ip2=Ip5=Ip3으로 되어 있어도 된다. 또한, 정공 주입 수송층(4)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 제2 정공 주입 수송층(8)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea4, 발광층(5)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2, 전자 주입 수송층(6)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea3, 제2 전자 주입 수송층(9)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea5라고 하면, 도 6에 예시하는 바와 같이 Ea1>Ea4>Ea2, Ea3>Ea5>Ea2로 되어 있어도 되고, 도 7에 예시하는 바와 같이 Ea1=Ea4=Ea2, Ea3>Ea5>Ea2로 되어 있어도 된다.
이와 같은 유기 EL 소자에 있어서는, 전자 주입 수송층, 제2 전자 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜이 Ip2≥Ip5≥Ip3이고, 또한, 정공 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 전자 친화력이 Ea1≥Ea4≥Ea2이기 때문에, 상기한 경우와 마찬가지로, 구동 중에 있어서의 정공 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층, 발광층, 제2 전자 주입 수송층, 및 전자 주입 수송층의 각 층의 계면에서의 열화를 억제할 수 있다. 따라서, 고효율이고 장수명의 유기 EL 소자를 얻는 것이 가능하다.
또한, 발광층의 구성 재료의 밴드갭 에너지가 비교적 큰 경우로서, 정공 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜 Ip1과 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜 Ip2의 차가 비교적 큰 경우에는, Ip1<Ip4<Ip2로 되도록 정공 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 정공 주입 수송층이 형성되어 있음으로써, 정공 주입 수송층으로부터 제2 정공 주입 수송층을 통하여 발광층에 정공을 원활하게 수송할 수 있다.
한편, 발광층의 구성 재료의 밴드갭 에너지가 비교적 큰 경우로서, 전자 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력 Ea3과 발광층의 구성 재료의 전자 친화력 Ea2의 차가 비교적 큰 경우에는, Ea2<Ea5<Ea3으로 되도록 전자 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 전자 주입 수송층이 형성되어 있음으로써, 전자 주입 수송층으로부터 제2 전자 주입 수송층을 통하여 발광층에 전자를 원활하게 수송할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 종래의 블로킹층이 형성되어 있지 않기 때문에, 전술한 바와 같이, 발광층 내에서 효율적으로 정공 및 전자를 재결합시키기가 어렵다고도 생각된다. 따라서, 발광 효율을 향상시키기 위해서, 소자 구성을 최적화하는 것이 유효하다. 예를 들면, (1) 발광층의 막두께를 비교적 두껍게 한다, (2) Ip1<Ip2로 한다, (3) Ea2<Ea3으로 한다, (4) 발광층이 호스트 재료와 발광 도펀트를 함유하는 경우에, 호스트 재료의 밴드갭 내에 발광 도펀트의 밴드갭이 포함되도록 한다, (5) 발광층이 호스트 재료와 발광 도펀트를 함유하는 경우에, 발광층 중의 발광 도펀트의 농도에 분포를 가지게 한다, (6) 제2 정공 주입 수송층을 형성한다, (7) 제2 전자 주입 수송층을 형성한다, 등에 의해, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 실시 태양의 유기 EL 소자에 있어서의 각 구성에 대하여 설명한다.
1. 이온화 포텐셜 및 전자 친화력
본 발명에 있어서는, 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 했을 때, Ip2≥Ip3이고, 또한, 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2라고 했을 때, Ea1≥Ea2이다.
또한, 각 층의 구성 재료의 이온화 포텐셜이란, 각 층이 단일의 재료로 구성 되어 있는 경우에는, 그 재료의 이온화 포텐셜을 말하고, 또한 각 층이 호스트 재료와 도펀트로 구성되어 있는 경우에는, 호스트 재료의 이온화 포텐셜을 말한다. 또한 마찬가지로, 각 층의 구성 재료의 전자 친화력이란, 각 층이 단일의 재료로 구성되어 있는 경우에는, 그 재료의 전자 친화력을 말하고, 또한 각 층이 호스트 재료와 도펀트로 구성되어 있는 경우에는, 호스트 재료의 전자 친화력을 말한다.
발광층 및 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜의 관계로서는, 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 했을 때, Ip2≥Ip3이면 되는데, 그 중에서도, Ip2>Ip3인 것이 바람직하다. Ip2>Ip3 또한 Ea2<Ea3이면, 발광층의 구성 재료의 밴드갭 에너지를 비교적 크게 할 수 있기 때문에, 예를 들면 발광층이 호스트 재료와 발광 도펀트를 함유하는 경우에, 발광 효율의 향상을 위해서, 호스트 재료 및 발광 도펀트의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력이 소정의 관계를 만족하도록, 호스트 재료 및 발광 도펀트를 선택하는 것이 용이해지기 때문이다.
Ip2>Ip3의 경우, Ip2 및 Ip3의 차로서는, 발광층 및 전자 주입 수송층의 구성 재료에 따라 다르지만, 구체적으로는 0.2eV 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 정공 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜의 관계로서는, 정공 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip1, 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2라고 했을 때, 통상은 Ip1≤Ip2로 된다. 그 중에서도, Ip1<Ip2 인 것이 바람직하다. 정공 주입 수송층으로부터 발광층에의 정공 수송에 있어서 다소의 에너지 장벽이 존재함으로써, 정공의 주입을 제어하여, 발광 효율을 높일 수 있기 때문이다.
Ip1<Ip2의 경우, Ip1 및 Ip2의 차로서는, 정공 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료에 따라 다르지만, 구체적으로는 0.2eV 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, Ip1 및 Ip2의 차가 비교적 큰 경우이어도, 구동 전압을 비교적 높게 하면, 정공 주입 수송층으로부터 발광층에 정공을 수송시킬 수 있다.
정공 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 전자 친화력의 관계로서는, 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2라고 했을 때, Ea1≥Ea2이면 되는데, 그 중에서도, Ea1>Ea2인 것이 바람직하다. Ea1>Ea2 또한 Ip1<Ip2이면, 발광층의 구성 재료의 밴드갭 에너지를 비교적 크게 할 수 있기 때문에, 예를 들면 발광층이 호스트 재료와 발광 도펀트를 함유하는 경우에, 발광 효율의 향상을 위해서, 호스트 재료 및 발광 도펀트의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력이 소정의 관계를 만족하도록, 호스트 재료 및 발광 도펀트를 선택하는 것이 용이해지기 때문이다.
Ea1>Ea2의 경우, Ea1 및 Ea2의 차로서는, 정공 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료에 따라 다르지만, 구체적으로는 0.2eV 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 발광층 및 전자 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력의 관계로서 는, 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2, 전자 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea3이라로 했을 때, 통상은 Ea2≤Ea3으로 된다. 그 중에서도, Ea2<Ea3인 것이 바람직하다. 전자 주입 수송층으로부터 발광층에의 전자 수송에 있어서 다소의 에너지 장벽이 존재함으로써, 전자의 주입을 제어하여, 발광 효율을 높일 수 있기 때문이다.
Ea2<Ea3의 경우, Ea2 및 Ea3의 차로서는, 발광층 및 전자 주입 수송층의 구성 재료에 따라 다르지만, 구체적으로는 0.2eV 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, Ea2 및 Ea3의 차가 비교적 큰 경우이어도, 구동 전압을 비교적 높게 하면, 전자 주입 수송층으로부터 발광층에 전자를 수송시킬 수 있다.
정공 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 정공 주입 수송층이 형성되어 있는 경우, 정공 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층, 및 발광층의 전자 친화력의 관계로서는, 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 제2 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea4, 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2라고 했을 때, Ea1≥Ea4≥Ea2인 것이 바람직하다. 이에 의해, 구동 중에 있어서의 정공 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층, 및 발광층의 각 층의 계면에서의 열화를 억제할 수 있기 때문이다.
또한, 정공 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 정공 주입 수송층이 형성되어 있는 경우, 정공 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층, 및 발광층의 이온화 포텐 셜의 관계로서는, 정공 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip1, 제2 정공 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip4, 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2라고 했을 때, 통상은 Ip1≤Ip4≤Ip2로 된다. 그 중에서도, Ip1<Ip4<Ip2인 것이 바람직하다. Ip1 및 Ip2의 차가 비교적 큰 경우에는, 정공 주입 수송층으로부터 발광층에 정공이 수송되기 어려워지지만, Ip1<Ip4<Ip2로 되도록 정공 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 정공 주입 수송층이 형성되어 있음으로써, 정공 주입 수송층으로부터 발광층에 제2 정공 주입 수송층을 통하여 정공을 원활하게 수송할 수 있기 때문이다. 또한, 정공 주입 수송층으로부터 제2 정공 주입 수송층에의 정공 수송, 및 제2 정공 주입 수송층으로부터 발광층에의 정공 수송에 있어서 다소의 에너지 장벽이 존재함으로써, 정공의 주입을 제어하여, 발광 효율을 높일 수 있기 때문이다.
Ip1<Ip4<Ip2의 경우, Ip1 및 Ip4의 차, 및 Ip4 및 Ip2의 차로서는, 정공 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층, 및 발광층의 구성 재료에 따라 다르지만, 구체적으로는 각각 0.2eV 이상으로 하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.2eV∼0.5eV의 범위 내이다.
전자 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 전자 주입 수송층이 형성되어 있는 경우, 전자 주입 수송층, 제2 전자 주입 수송층, 및 발광층의 이온화 포텐셜의 관계로서는, 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 제2 전자 주입 수송층의 구 성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip5, 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 했을 때, Ip2≥Ip5≥Ip3인 것이 바람직하다. 이에 의해, 구동 중에 있어서의 전자 주입 수송층, 제2 전자 주입 수송층, 및 발광층의 각 층의 계면에서의 열화를 억제할 수 있기 때문이다.
또한, 전자 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 전자 주입 수송층이 형성되어 있는 경우, 전자 주입 수송층, 제2 전자 주입 수송층, 및 발광층의 전자 친화력의 관계로서는, 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2, 제2 전자 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea5, 전자 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea3이라고 했을 때, 통상은 Ea2≤Ea5≤Ea3으로 된다. 그 중에서도, Ea2<Ea5<Ea3인 것이 바람직하다. Ea2 및 Ea3의 차가 비교적 큰 경우에는, 전자 주입 수송층으로부터 발광층에 전자가 수송되기 어려워지지만, Ea2<Ea5<Ea3으로 되도록 전자 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 전자 주입 수송층이 형성되어 있음으로써, 전자 주입 수송층으로부터 발광층에 제2 전자 주입 수송층을 통하여 전자를 원활하게 수송할 수 있기 때문이다. 또한, 전자 주입 수송층으로부터 제2 전자 주입 수송층에의 전자 수송, 및 제2 전자 주입 수송층으로부터 발광층에의 전자 수송에 있어서 다소의 에너지 장벽이 존재함으로써, 전자의 주입을 제어하여, 발광 효율을 높일 수 있기 때문이다.
Ea2<Ea5<Ea3의 경우, Ea2 및 Ea5의 차, 및 Ea5 및 Ea3의 차로서는, 전자 주입 수송층, 제2 전자 주입 수송층, 및 발광층의 구성 재료에 따라 다르지만, 구체적으로는 각각 0.2eV 이상으로 하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.2eV∼0.5eV의 범위 내이다.
또한, 각 층의 구성 재료의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력은, 다음과 같이 하여 얻어진다.
우선, 분자 궤도 계산 소프트 가우시안 03에 의해, 상기 구성 재료에 대하여 단분자의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력을 산출한다. 구체적으로는, 분자 궤도 계산 소프트 가우시안 03을 이용하여, B3LYP/6-31g(d)로 중성 상태에서의 구조를 최적화하고, 전하가 플러스, 마이너스, 중성의 3가지에 대하여 에너지 계산을 B3LYP/6-311g++(d,p)에 의해 행하고, 이들의 차를 얻음으로써 단분자의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력을 구할 수 있다.
다음에, 상기 구성 재료를 진공 증착법에 의해 성막하고, 그 증착막의 이온화 포텐셜을, UPS(자외광 전자 분광), 또는 (주)리껜 게이끼 세이사꾸쇼제의 자외광 전자 분광 계측기 AC-2 또는 AC-3에 의해 구한다. 이어서, 단분자의 이온화 포텐셜과 증착막의 이온화 포텐셜의 차를, 단분자의 전자 친화력으로부터 빼서, 증착막의 전자 친화력을 산출한다. 일반적으로, 이온화 포텐셜 및 전자 친화력은 단분자와 고체에서 상이한 값을 나타내지만, 이는 고체의 분극 에너지분의 차에 의한 것이다. 고체의 분극 에너지는 정공에 대해서나 전자에 대해서나 1차 근사로서는 동일한 값을 얻는다. 그 때문에, 정공에 관한 분극 에너지를, 단분자의 이온화 포텐셜과 고체의 이온화 포텐셜의 차를 얻음으로써 구하고, 그 정공에 관한 분극 에 너지의 값을 단분자의 전자 친화력으로부터 뺌으로써 고체의 전자 친화력을 추정할 수 있다.
또한, 증착막의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력에 대하여, 측정 오차는 ±0.1eV 정도이다.
그리고, 이와 같이 하여 얻어진 증착막의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력을, 각 층의 구성 재료의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력으로 한다.
2. 정공 주입 수송층
본 발명에 이용되는 정공 주입 수송층은, 양극 및 발광층의 사이에 형성되는 것으로, 양극으로부터 발광층에 정공을 안정되게 주입 또는 수송하는 기능을 갖는 것이다.
정공 주입 수송층으로서는, 정공 주입 기능을 갖는 정공 주입층, 및 정공 수송 기능을 갖는 정공 수송층의 어느 한쪽이어도 되고, 또는 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능의 양쪽 기능을 갖는 단일의 층이어도 된다.
정공 주입 수송층의 구성 재료로서는, 양극으로부터 주입된 정공을 안정되게 발광층 내에 수송할 수 있는 재료이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 상기 발광층의 발광 재료에 예시한 화합물 외에, 아릴아민류, 스타버스트형 아민류, 프탈로시아닌류, 산화바나듐, 산화몰리브덴, 산화루테늄, 산화알루미늄 등의 산화물, 비정질 카본, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌 등의 도전성 고분자 및 그들의 유도체를 이용할 수 있다. 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌 등의 도전성 고분자 및 그들의 유도체는, 산이 도프되어 있어도 된다. 구체적으로는, N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘(α-NPD), 4,4,4-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민(MTDATA), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리스티렌술폰산(PEDOT/PSS), 폴리비닐카르바졸(PVCz) 등을 들 수 있다.
그 중에서도, 정공 주입 수송층의 구성 재료는, 정공 및 전자를 수송할 수 있는 바이폴라 재료인 것이 바람직하다.
또한, 바이폴라 재료란, 정공 및 전자를 모두 안정되게 수송할 수 있는 재료로서, 재료에 환원성 도펀트를 도프한 것을 이용하여 전자의 유니폴라 디바이스를 제작한 경우에 전자를 안정되게 수송할 수 있고, 또한, 재료에 산화성 도펀트를 도프한 것을 이용하여 정공의 유니폴라 디바이스를 제작한 경우에 정공을 안정되게 수송할 수 있는 재료를 말한다. 유니폴라 디바이스를 제작할 때에는, 구체적으로는, 환원성 도펀트로서, Cs 또는 8-히드록시퀴놀리놀라토리튬(Liq)을 재료에 도프한 것을 이용하여 전자의 유니폴라 디바이스를 제작하고, 산화성 도펀트로서 V2O5 또는 MoO3을 재료에 도프한 것을 이용하여 정공의 유니폴라 디바이스를 제작할 수 있다.
이와 같은 바이폴라 재료를 정공 주입 수송층에 이용함으로써, 구동 중에 있어서의 발광층 및 정공 주입 수송층의 계면에서의 열화를 효과적으로 억제할 수 있다.
바이폴라 재료로서는, 예를 들면, 디스티릴아렌 유도체, 다방향족 화합물, 방향족 축합환 화합물류, 카르바졸 유도체, 복소환 화합물 등을 들 수 있다. 구체 적으로는, 하기 식으로 표시되는 4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐(DPVBi), 스피로-4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐(스피로-DPVBi), 스피로-6P, 4,4'-비스(카르바졸-9-일)비페닐(CBP), 2,2',7,7'-테트라키스(카르바졸-9-일)-9,9'-스피로-비플루오렌(스피로-CBP), 4,4"-디(N-카르바졸릴)-2',3',5',6'-테트라페닐-p-테르페닐(CzTT), 1,3-비스(카르바졸-9-일)-벤젠(m-CP), 3-tert-부틸-9,10-디(나프타-2-일)안트라센(TBADN), 및 이들의 유도체 등을 들 수 있다.
Figure 112009055626153-pct00002
Figure 112009055626153-pct00003
또한, 상기 방법에 의해 정공 및 전자의 양쪽 캐리어의 수송이 가능하다고 확인되는 재료는, 모두 본 발명에 있어서의 바이폴라 재료로서 이용할 수 있다.
또한, 정공 주입 수송층 및 후술하는 전자 주입 수송층이 모두 바이폴라 재료를 함유하는 경우, 정공 주입 수송층 및 전자 주입 수송층에 함유되는 바이폴라 재료는, 동일하여도 되고 상이하여도 된다. 그 중에서도, 정공 주입 수송층 및 전자 주입 수송층에 함유되는 바이폴라 재료는, 동일한 것이 바람직하다. 이들의 바이폴라 재료가 동일하면, 정공이 전자 주입 수송층에 관통하거나, 전자가 정공 주입 수송층에 관통하거나 하여도, 이들의 층이 열화하기 어려워지기 때문이다. 또한, 진공 증착법 등에 의해 이들의 층을 성막하는 경우에는, 공통의 증착원을 이용할 수 있어, 제조 공정상 유리하다.
또한, 정공 주입 수송층, 전자 주입 수송층 및 발광층의 모두가 바이폴라 재료를 함유하는 경우, 정공 주입 수송층, 전자 주입 수송층 및 발광층에 함유되는 바이폴라 재료는, 동일하여도 되고 상이하여도 된다. 그 중에서도, 정공 주입 수송층, 전자 주입 수송층 및 발광층에 함유되는 바이폴라 재료는, 동일한 것이 바람직하다. 이들 바이폴라 재료가 동일하면, 전술한 바와 같이, 정공이 전자 주입 수송층에 관통하거나, 전자가 정공 주입 수송층에 관통하거나 하여도, 이들의 층이 열화하기 어려워지기 때문이다. 또한, 진공 증착법 등에 의해 이들의 층을 성막하는 경우에는, 공통의 증착원을 이용할 수 있어, 제조 공정상 유리하다.
상기 정공 주입 수송층의 구성 재료가 유기 재료(정공 주입 수송층용 유기 화합물)인 경우, 정공 주입 수송층은, 적어도 양극과의 계면에, 상기 정공 주입 수송층용 유기 화합물에 산화성 도펀트가 혼합된 영역을 갖는 것이 바람직하다. 정공 주입 수송층이, 적어도 양극과의 계면에서, 정공 주입 수송층용 유기 화합물에 산화성 도펀트가 혼합된 영역을 가짐으로써, 양극으로부터 정공 주입 수송층에의 정공 주입 장벽이 작아져, 구동 전압을 저하시킬 수 있기 때문이다.
유기 EL 소자에 있어서, 양극으로부터 기본적으로 절연물인 유기층에의 정공 주입 과정은, 양극 표면에서의 유기 화합물의 산화, 즉 라디칼 양이온 상태의 형성이다(Phys. Rev. Lett., 14, 229(1965)). 미리 유기 화합물을 산화하는 산화성 도펀트를 양극에 접촉하는 정공 주입 수송층 중에 도프함으로써, 양극으로부터의 정공 주입시의 에너지 장벽을 저하시킬 수 있다. 산화성 도펀트가 도프된 정공 주입 수송층 중에는, 산화성 도펀트에 의해 산화된 상태(즉 전자를 공여한 상태)의 유기 화합물이 존재하기 때문에, 정공 주입 에너지 장벽이 작고, 종래의 유기 EL 소자와 비교하여 구동 전압을 저하시킬 수 있는 것이다.
산화성 도펀트로서는, 정공 주입 수송층용 유기 화합물을 산화하는 성질을 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상은 전자 수용성 화합물이 이용된다.
전자 수용성 화합물로서는, 무기물 및 유기물의 어느 것이나 이용할 수 있다. 전자 수용성 화합물이 무기물인 경우, 예를 들면, 염화제이철, 염화알루미늄, 염화갈륨, 염화인듐, 오염화안티몬, 삼산화몰리브덴(MoO3), 오산화바나듐(V2O5) 등의 루이스산을 들 수 있다. 또한, 전자 수용성 화합물이 유기물인 경우, 예를 들면, 트리니트로플루오레논 등을 들 수 있다.
그 중에서도, 전자 수용성 화합물로서는, 금속 산화물이 바람직하고, MoO3, V2O5가 바람직하게 이용된다.
정공 주입 수송층이, 정공 주입 수송층용 유기 화합물에 산화성 도펀트가 혼합된 영역을 갖는 경우, 정공 주입 수송층은, 적어도 양극과의 계면에 상기 영역을 갖고 있으면 되고, 예를 들면, 정공 주입 수송층 중에, 산화성 도펀트가 균일하게 도프되어 있어도 되고, 산화성 도펀트의 함유량이 발광층측으로부터 양극측을 향하여 연속적으로 많아지도록 산화성 도펀트가 도프되어 있어도 되고, 정공 주입 수송층의 양극과의 계면에만 국소적으로 산화성 도펀트가 도프되어 있어도 된다.
정공 주입 수송층 중의 산화성 도펀트 농도는, 특별히 한정되는 것은 아니지 만, 정공 주입 수송층용 유기 화합물과 산화성 도펀트의 몰 비율이, 정공 주입 수송층용 유기 화합물:산화성 도펀트=1:0.1∼1:10의 범위 내인 것이 바람직하다. 산화성 도펀트의 비율이 상기 범위 미만이면, 산화성 도펀트에 의해 산화된 정공 주입 수송층용 유기 화합물의 농도가 지나치게 낮아서 도핑의 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있기 때문이다. 또한, 산화성 도펀트의 비율이 상기 범위를 초과하면, 정공 주입 수송층 중의 산화성 도펀트 농도가 정공 주입 수송층용 유기 화합물 농도를 훨씬 초과하여, 산화성 도펀트에 의해 산화된 정공 주입 수송층용 유기 화합물의 농도가 극단적으로 저하하기 때문에, 마찬가지로 도핑의 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있기 때문이다.
정공 주입 수송층의 성막 방법으로서는, 예를 들면, 진공 증착법, 스퍼터링법 등의 건식법, 또는 인쇄법, 잉크젯법, 스핀 코트법, 캐스팅법, 디핑법, 바 코트법, 블레이드 코트법, 롤 코트법, 그라비아 코트법, 플렉소 인쇄법, 스프레이 코트법 등의 습식법 등을 들 수 있다.
그 중에서도, 산화성 도펀트가 도프된 정공 주입 수송층의 성막 방법으로서는, 정공 주입 수송층용 유기 화합물과 산화성 도펀트를 공증착시키는 방법이 바람직하게 이용된다. 이 공증착의 방법에 있어서, 염화제이철, 염화인듐 등의 비교적 포화 증기압이 낮은 산화성 도펀트는 도가니에 넣어 일반적인 저항 가열법에 의해 증착 가능하다. 한편, 상온에서도 증기압이 높아 진공 장치 내의 기압을 소정의 진공도 이하로 유지할 수 없는 경우에는, 니들 밸브나 매스플로 컨트롤러와 같이 오리피스(개구경)를 제어하여 증기압을 제어하거나, 시료 보유 부분을 독립적으로 온도 제어 가능한 구조로 하여 냉각에 의해 증기압을 제어하거나 하여도 된다.
또한, 발광층측으로부터 양극측을 향하여 산화성 도펀트의 함유량이 연속적으로 많아지도록, 정공 주입 수송층용 유기 화합물에 산화성 도펀트를 혼합시키는 방법으로서는, 예를 들면, 상기한 정공 주입 수송층용 유기 화합물과 산화성 도펀트의 증착 속도를 연속적으로 변화시키는 방법을 이용할 수 있다.
정공 주입 수송층의 두께로서는, 양극으로부터 정공을 주입하고, 발광층에 정공을 수송하는 기능이 충분히 발휘되는 두께이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 0.5㎚∼1000㎚ 정도로 설정할 수 있고, 그 중에서도 5㎚∼500㎚의 범위 내인 것이 바람직하다.
또한, 산화성 도펀트가 도프된 정공 주입 수송층의 두께로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.5㎚ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 산화성 도펀트가 도프된 정공 주입 수송층은, 무전기장의 상태에서도 정공 주입 수송층용 유기 화합물이 라디칼 양이온의 상태로 존재하고, 내부 전하로서 거동할 수 있기 때문에, 막두께는 특별히 한정되지 않는 것이다. 또한, 산화성 도펀트가 도프된 정공 주입 수송층을 두께막으로 하여도, 소자의 전압 상승을 가져오는 일이 없기 때문에, 양극 및 음극 간의 거리를 통상의 유기 EL 소자의 경우보다도 길게 설정함으로써, 단락의 위험성을 대폭 경감시킬 수도 있다.
3. 전자 주입 수송층
본 발명에 이용되는 전자 주입 수송층은, 음극 및 발광층의 사이에 형성되는 것으로, 음극으로부터 발광층에 전자를 안정되게 주입 또는 수송하는 기능을 갖는 것이다.
전자 주입 수송층으로서는, 전자 주입 기능을 갖는 전자 주입층, 및 전자 수송 기능을 갖는 전자 수송층의 어느 한 쪽이어도 되고, 또는 전자 주입 기능 및 전자 수송 기능의 양쪽 기능을 갖는 단일의 층이어도 된다.
전자 주입층의 구성 재료로서는, 발광층 내에의 전자의 주입을 안정화시킬 수 있는 재료이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 상기 발광층의 발광 재료에 예시한 화합물 외에, Ba, Ca, Li, Cs, Mg, Sr 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 단체, 플루오르화마그네슘, 플루오르화칼슘, 플루오르화스트론튬, 플루오르화바륨, 플루오르화리튬, 플루오르화세슘 등의 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 플루오르화물, 알루미늄리튬 합금 등의 알칼리 금속의 합금, 산화마그네슘, 산화스트론튬, 산화알루미늄 등의 금속 산화물, 폴리메틸메타크릴레이트폴리스티렌술폰산나트륨 등의 알칼리 금속의 유기 착체 등을 들 수 있다.
또한, 전자 수송층의 구성 재료로서는, 음극으로부터 주입된 전자를 발광층 내에 수송하는 것이 가능한 재료이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 바소큐프로인(BCP), 바소페난트롤린(Bpehn) 등의 페난트롤린 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 트리스(8-히드록시퀴놀리놀라토)알루미늄(Alq3) 등의 알루미늄퀴놀리놀 착체 등을 들 수 있다.
그 중에서도, 전자 주입 수송층의 구성 재료는, 정공 및 전자를 수송할 수 있는 바이폴라 재료인 것이 바람직하다. 바이폴라 재료를 전자 주입 수송층에 이용함으로써, 구동 중에 있어서의 발광층 및 전자 주입 수송층의 계면에서의 열화를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 바이폴라 재료에 대해서는, 상기 정공 주입 수송층의 항에 기재하였기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
상기 전자 주입 수송층의 구성 재료가 유기 화합물(전자 주입 수송층용 유기 화합물)인 경우, 전자 주입 수송층은, 적어도 음극과의 계면에, 상기 전자 주입 수송층용 유기 화합물에 환원성 도펀트가 혼합된 영역을 갖는 것이 바람직하다. 전자 주입 수송층이, 적어도 음극과의 계면에서, 전자 주입 수송층용 유기 화합물에 환원성 도펀트가 혼합된 영역을 가짐으로써, 음극으로부터 전자 주입 수송층에의 전자 주입 장벽이 작아져, 구동 전압을 저하시킬 수 있기 때문이다.
유기 EL 소자에 있어서, 음극으로부터 기본적으로 절연물인 유기층에의 전자 주입 과정은, 음극 표면에서의 유기 화합물의 환원, 즉 라디칼 음이온 상태의 형성이다(Phys. Rev. Lett., 14, 229(1965)). 미리 유기 화합물을 환원하는 환원성 도펀트를 음극에 접촉하는 전자 주입 수송층 중에 도프함으로써, 음극으로부터의 전자 주입시의 에너지 장벽을 저하시킬 수 있다. 전자 주입 수송층 중에는, 환원성 도펀트에 의해 환원된 상태(즉 전자를 수용하고, 전자가 주입된 상태)의 유기 화합물이 존재하기 때문에, 전자 주입 에너지 장벽이 작고, 종래의 유기 EL 소자와 비교하여 구동 전압을 저하시킬 수 있는 것이다. 나아가, 음극에, 일반적으로 배선재로서 이용되고 있는 안정된 Al과 같은 금속을 사용할 수 있다.
환원성 도펀트로서는, 전자 주입 수송층용 유기 화합물을 환원하는 성질을 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상은 전자 공여성 화합물이 이용된 다.
전자 공여성 화합물로서는, 금속(금속 단체), 금속 화합물, 또는 유기 금속 착체가 바람직하게 이용된다. 금속(금속 단체), 금속 화합물, 또는 유기 금속 착체로서는, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 및 희토류 금속을 포함하는 전이 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 들 수 있다. 그 중에서도, 일 함수가 4.2eV 이하인, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 및 희토류 금속을 포함하는 전이 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 금속(금속 단체)으로서는, 예를 들면, Li, Na, K, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Y, La, Mg, Sm, Gd, Yb, W 등을 들 수 있다. 또한, 금속 화합물로서는, 예를 들면, Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO 등의 금속 산화물, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2, LiCl, NaCl, KCl, RbCl, CsCl, MgCl2, CaCl2, SrCl2, BaCl2 등의 금속염 등을 들 수 있다. 유기 금속 착체로서는, 예를 들면, W를 포함하는 유기 금속 화합물, 8-히드록시퀴놀리놀라토리튬(Liq) 등을 들 수 있다. 그 중에서도, Cs, Li, Liq가 바람직하게 이용된다. 이들을 전자 주입 수송층용 유기 화합물에 도프함으로써, 양호한 전자 주입 특성이 얻어지기 때문이다.
전자 주입 수송층이, 전자 주입 수송층용 유기 화합물에 환원성 도펀트가 혼합된 영역을 갖는 경우, 전자 주입 수송층은, 적어도 음극과의 계면에 상기한 영역을 갖고 있으면 되고, 예를 들면, 전자 주입 수송층 중에, 환원성 도펀트가 균일하 게 도프되어 있어도 되고, 환원성 도펀트의 함유량이 발광측으로부터 음극측을 향하여 연속적으로 많아지도록 환원성 도펀트가 도프되어 있어도 되고, 전자 주입 수송층의 음극과의 계면에만 국소적으로 환원성 도펀트가 도프되어 있어도 된다.
전자 주입 수송층 중의 환원성 도펀트 농도는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.1∼99중량％ 정도로 하는 것이 바람직하다. 환원성 도펀트 농도가 상기 범위 미만이면, 환원성 도펀트에 의해 환원된 전자 주입 수송층용 유기 화합물의 농도가 지나치게 낮아서 도핑의 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있기 때문이다. 또한, 환원성 도펀트 농도가 상기 범위를 초과하면, 전자 주입 수송층 중의 환원성 도펀트 농도가 전자 주입 수송층용 유기 화합물 농도를 훨씬 초과하고, 환원성 도펀트에 의해 환원된 전자 주입 수송층용 유기 화합물의 농도가 극단적으로 저하하므로, 마찬가지로 도핑의 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있기 때문이다.
전자 주입 수송층의 성막 방법으로서는, 예를 들면, 진공 증착법, 스퍼터링법 등의 건식법, 또는 인쇄법, 잉크젯법, 스핀 코트법, 캐스팅법, 딥 코트법, 바 코트법, 블레이드 코트법, 롤 코트법, 그라비아 코트법, 플렉소 인쇄법, 스프레이 코트법 등의 습식법 등을 들 수 있다.
그 중에서도, 환원성 도펀트가 도프된 전자 주입 수송층의 성막 방법으로서는, 상기한 전자 주입 수송층용 유기 화합물과 환원성 도펀트를 공증착시키는 방법이 바람직하게 이용된다.
또한, 용액으로부터의 도포로 박막 형성이 가능한 경우에는, 환원성 도펀트가 도프된 전자 주입 수송층의 성막 방법으로서, 스핀 코트법이나 딥 코트법 등을 이용할 수 있다. 이 경우, 전자 주입 수송층용 유기 화합물과 환원성 도펀트를 불활성 폴리머 중에 분산하여 이용하여도 된다.
또한, 발광층측으로부터 음극측을 향하여 환원성 도펀트의 함유량이 연속적으로 많아지도록, 전자 주입 수송층용 유기 화합물에 환원성 도펀트를 혼합시키는 방법으로서는, 예를 들면, 상기한 전자 주입 수송층용 유기 화합물과 환원성 도펀트의 증착 속도를 연속적으로 변화시키는 방법을 이용할 수 있다.
전자 주입층의 두께로서는, 전자 주입 기능이 충분히 발휘되는 두께이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 전자 수송층의 두께로서는, 전자 주입 기능이 충분히 발휘되는 두께이면 특별히 한정되는 것은 아니다.
또한, 환원성 도펀트가 도프된 전자 주입 수송층의 두께로서는, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 0.1㎚∼300㎚의 범위 내로 하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.5㎜∼200㎚의 범위 내이다. 두께가 상기 범위 미만이면, 음극 계면 근방에 존재하는, 환원성 도펀트에 의해 환원된 전자 주입 수송층용 유기 화합물의 양이 적으므로 도핑의 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있기 때문이다. 또한, 두께가 상기 범위를 초과하면, 전자 주입 수송층 전체의 막두께가 지나치게 두꺼워서, 구동 전압의 상승을 초래할 우려가 있기 때문이다.
4. 발광층
본 발명에 이용되는 발광층은, 전자와 정공의 재결합의 장을 제공하여 발광하는 기능을 갖는 것이다. 발광층의 구성 재료로서는, 색소계 재료, 금속 착체계 재료, 고분자계 재료를 들 수 있다.
색소계 재료로서는, 예를 들면, 시클로펜타디엔 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 트리페닐아민 유도체, 옥사디아졸 유도체, 피라졸로퀴놀린 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 디스티릴아릴렌 유도체, 실롤 유도체, 티오펜환 화합물, 피리딘환 화합물, 페리논 유도체, 페릴렌 유도체, 올리고티오펜 유도체, 트리푸마닐아민 유도체, 쿠마린 유도체, 옥사디아졸 다이머, 피라졸린 다이머 등을 들 수 있다.
금속 착체계 재료로서는, 예를 들면, 알루미늄퀴놀리놀 착체, 벤조퀴놀리놀베릴륨 착체, 벤조옥사졸아연 착체, 벤조티아졸아연 착체, 아조메틸아연 착체, 포르피린아연 착체, 유로퓸 착체, 이리듐 금속 착체, 플라티나 금속 착체 등, 중심 금속에, Al, Zn, Be, Ir, Pt 등, 또는 Tb, Eu, Dy 등의 희토류 금속을 갖고, 배위자에, 옥사디아졸, 티아디아졸, 페닐피리딘, 페닐벤조이미다졸, 퀴놀린 구조 등을 갖는 금속 착체 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 트리스(8-히드록시퀴놀리놀라토)알루미늄(Alq3)을 이용할 수 있다.
고분자계 재료로서는, 예를 들면, 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체, 폴리티오펜 유도체, 폴리파라페닐렌 유도체, 폴리실란 유도체, 폴리아세틸렌 유도체, 폴리비닐카르바졸, 폴리플루오레논 유도체, 폴리플루오렌 유도체, 폴리퀴녹살린 유도체, 폴리디알킬플루오렌 유도체, 및 그들의 공중합체 등을 들 수 있다. 또한, 상기한 색소계 재료 및 금속 착체계 재료를 고분자화한 것도 들 수 있다.
또한, 발광층의 구성 재료는 바이폴라 재료이어도 된다. 바이폴라 재료를 발광층에 이용함으로써, 구동 중에 있어서의 정공 주입 수송층, 발광층, 및 전자 주입 수송층의 각 층의 계면에서의 열화를 효과적으로 억제할 수 있기 때문이다.
이 발광층에 이용되는 바이폴라 재료는, 그 자체가 형광 발광 또는 인광 발광하는 발광 재료이어도 되고, 후술하는 발광 도펀트가 도프되는 호스트 재료이어도 된다.
또한, 바이폴라 재료에 대해서는, 상기 정공 주입 수송층의 항에 기재하였기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
또한, 발광층 중에는, 발광 효율의 향상, 발광 파장을 변화시키는 등의 목적에서, 형광 발광 또는 인광 발광하는 발광 도펀트를 첨가하여도 된다. 즉, 발광층은, 상기한 색소계 재료, 금속 착체계 재료, 고분자계 재료, 바이폴라 재료 등의 호스트 재료와, 발광 도펀트를 함유하는 것이어도 된다.
발광 도펀트로서는, 예를 들면, 페릴렌 유도체, 쿠마린 유도체, 루브렌 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 스쿠알륨 유도체, 포르피린 유도체, 스티릴 색소, 테트라센 유도체, 피라졸린 유도체, 데카시클렌, 페녹사존, 퀴녹살린 유도체, 카르바졸 유도체, 플루오렌 유도체 등을 들 수 있다.
발광층이 호스트 재료와 발광 도펀트를 함유하는 경우, 호스트 재료의 전자 친화력을 Agh, 발광 도펀트의 전자 친화력을 Agd라고 했을 때, Agh<Agd이고, 또한, 호스트 재료의 이온화 포텐셜을 Igh, 발광 도펀트의 이온화 포텐셜을 Igd라고 했을 때, Igh>Igd인 것이 바람직하다. 호스트 재료 및 발광 도펀트의 전자 친화력 및 이온화 포텐셜이 상기한 관계를 만족하는 경우에는, 정공 및 전자가 발광 도펀트에 트랩되기 때문에, 발광 효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.
여기서, 발광층을 구성하는 호스트 재료 및 발광 도펀트의 단분자에 있어서의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력은, 다음과 같이 하여 얻어진다.
우선, 분자 궤도 계산 소프트 가우시안 03에 의해, 상기 구성 재료에 대하여 단분자의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력을 산출한다. 구체적으로는, 분자 궤도 계산 소프트 가우시안 03을 이용하여, B3LYP/6-31g(d)로 중성 상태에서의 구조를 최적화하고, 전하가 플러스, 마이너스, 중성의 3가지에 대하여 에너지 계산을 B3LYP/6-311g++(d,p)에 의해 행하고, 이들의 차를 얻음으로써 단분자의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력을 구할 수 있다.
또한, 증착막에서의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력은, 고체 상태에서의 분극 에너지분만큼 시프트한다고 전술하였지만, 호스트 재료 및 발광 도펀트의 경우, 모두 동일한 분극 에너지를 받게 된다. 즉, 분자 레벨의 전자 친화력 Ag와 이온화 포텐셜 Ig의 차는 유지된 채로, 동일층 내에 에너지 레벨을 갖게 된다. 따라서, 발광층을 구성하는 호스트 재료 및 발광 도펀트의 각각의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력의 관계는, 분자 레벨의 전자 친화력 Ag 및 이온화 포텐셜 Ig의 관계로 정의할 수 있다.
또한, 발광층이 호스트 재료와 발광 도펀트를 함유하는 경우, 발광층 중의 발광 도펀트의 농도에 분포가 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 정공 또는 전자의 발광 도펀트에 의한 트랩을 제어할 수 있고, 고효율의 소자를 얻을 수 있기 때문이다.
본 발명에 있어서는, 발광층에 주입된 정공 및 전자가 대극에 관통하는 것을 방지하는 블로킹층이 형성되어 있지 않기 때문에, 종래의 블로킹층을 갖는 유기 EL 소자와 동일하도록 하여, 발광층에 주입되는 정공 및 전자의 밸런스를 잡기는 어렵다.
따라서, 본 발명자들이 여러 가지 검토를 행한 결과, 발광층 중의 발광 도펀트의 농도에 분포를 부여함으로써, 발광 효율이 향상하는 것이 판명되었다. 예를 들면, 발광 도펀트가 전자보다도 정공을 수송하기 쉬운 것인 경우에는, 정공의 주입이 과잉으로 되는 경향이 있기 때문에, 발광층 중의 발광 도펀트의 농도가 음극측으로부터 양극측을 향하여 증가하도록 농도 구배를 부여함으로써, 발광 효율이 향상한다. 이는, 발광 도펀트의 농도를 양극측에서 높게 함으로써, 양극으로부터 정공 주입 수송층에 주입되어 발광층에 수송된 정공이, 발광층 중에서 더 많이 발광 도펀트에 트랩되고, 특히 양극측에서 더 많이 발광 도펀트에 트랩되어, 음극에 관통하는 것을 방지하고 있기 때문이라고 생각된다. 또한 예를 들면, 발광 도펀트가 정공보다도 전자를 수송하기 쉬운 것인 경우에는, 전자의 주입이 과잉으로 되는 경향이 있기 때문에, 발광층 중의 발광 도펀트의 농도가 양극측으로부터 음극측을 향하여 증가하도록 농도 구배를 부여함으로써, 발광 효율이 향상한다. 이는, 발광 도펀트의 농도를 음극측에서 높게 함으로써, 음극으로부터 전자 주입 수송층에 주입되어 발광층에 수송된 전자가, 발광층 중에서 더 많이 발광 도펀트에 트랩되고, 특히 음극측에서 더 많이 발광 도펀트에 트랩되어, 양극에 관통하는 것을 방지하고 있기 때문이라고 생각된다.
발광층 중의 발광 도펀트의 농도 분포로서는, 발광 도펀트 농도에 분포가 있 으면 되고, 예를 들면, 발광 도펀트 농도가 발광층의 두께 방향으로 연속적으로 변화하는 농도 구배를 갖고 있어도 되고, 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역과 상대적으로 낮은 영역이 혼재하고 있어도 된다.
발광 도펀트 농도가 발광층의 두께 방향으로 연속적으로 변화하는 농도 구배를 갖는 경우, 발광 도펀트 농도는, 정공 주입 수송층측에서 높아도 되고, 전자 주입 수송층측에서 높아도 되고, 정공 및 전자의 주입 밸런스가 잡히도록 적당히 선택된다. 예를 들면, 정공의 주입이 과잉인 경우에는, 주입된 정공을 양극측에서 트랩할 수 있도록, 발광 도펀트 농도가 정공 주입 수송층측에서 높은 것이 바람직하다. 또한 예를 들면, 전자의 주입이 과잉인 경우에는, 주입된 전자를 음극측에서 트랩할 수 있도록, 발광 도펀트 농도가 전자 주입 수송층측에서 높은 것이 바람직하다.
또한, 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역과 상대적으로 낮은 영역이 혼재하고 있는 경우, 예를 들면, 정공 주입 수송층측에 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역이 형성되고, 전자 주입 수송층측에 발광 도펀트 농도가 상대적으로 낮은 영역이 형성되어 있어도 되고, 정공 주입 수송층측에 발광 도펀트 농도가 상대적으로 낮은 영역이 형성되고, 전자 주입 수송층측에 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역이 형성되어 있어도 되고, 발광 도펀트 농도가 발광층의 두께 방향으로 주기적으로 변화하고 있어도 되고, 정공 및 전자의 주입 밸런스가 잡히도록 적당히 선택된다. 예를 들면, 정공의 주입이 과잉인 경우에는, 주입된 정공을 양극측에서 트랩할 수 있도록, 정공 주입 수송층측에 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역이 형성되고, 전자 주입 수송층측에 발광 도펀트 농도가 상대적으로 낮은 영역이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한 예를 들면, 전자의 주입이 과잉인 경우에는, 주입된 전자를 음극측에서 트랩할 수 있도록, 정공 주입 수송층측에 발광 도펀트 농도가 상대적으로 낮은 영역이 형성되고, 전자 주입 수송층측에 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 발광층은, 호스트 재료와, 2종류 이상의 발광 도펀트를 함유하고 있어도 된다. 예를 들면, 호스트 재료와 발광 도펀트의 여기 에너지의 차가 비교적 큰 경우에, 호스트 재료 및 발광 도펀트의 여기 에너지의 중간에 여기 에너지를 가지는 발광 도펀트를 더 함유시킴으로써, 에너지 이동을 원활하게 일으키게 할 수 있어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 예를 들면, 전자보다도 정공을 수송하기 쉬운 발광 도펀트와, 정공보다도 전자를 수송하기 쉬운 발광 도펀트를 함유시킴으로써, 발광층에 주입되는 정공 및 전자의 밸런스를 잡을 수 있어, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 발광층이 2종류 이상의 발광 도펀트를 함유하는 경우, 각 발광 도펀트가 각각 발광하여도 되고, 1종류만 발광하여도 된다. 예를 들면, 발광층이, 제1 발광 도펀트와, 호스트 재료의 여기 에너지보다도 작고, 제1 발광 도펀트의 여기 에너지보다도 큰 여기 에너지를 가지는 제2 발광 도펀트를 함유하는 경우나, 발광층이, 전자보다도 정공을 수송하기 쉬운 제3 발광 도펀트와, 정공보다도 전자를 수송하기 쉬운 제4 발광 도펀트를 함유하는 경우 등, 어느 경우에나, 그 발광 도펀트의 여기 에너지의 대소, 분포 상태, 및 농도에 따라, 1종류 또는 각각의 발광 도펀 트의 발광이 얻어진다.
발광층이 2종류 이상의 발광 도펀트를 함유하는 경우, 발광 효율의 향상의 관점으로부터, 발광층에, 제1 발광 도펀트와, 호스트 재료의 여기 에너지보다도 작고, 제1 발광 도펀트의 여기 에너지보다도 큰 여기 에너지를 가지는 제2 발광 도펀트를 함유시키거나, 또는 전자보다도 정공을 수송하기 쉬운 제3 발광 도펀트와, 정공보다도 전자를 수송하기 쉬운 제4 발광 도펀트를 함유시키거나 할 수 있다.
발광층이, 제1 발광 도펀트와, 호스트 재료의 여기 에너지보다도 작고, 제1 발광 도펀트의 여기 에너지보다도 큰 여기 에너지를 가지는 제2 발광 도펀트를 함유하는 경우, 제1 발광 도펀트 및 제2 발광 도펀트로서는, 전술한 발광 도펀트 중으로부터 적당히 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 호스트 재료로서 녹색 발광하는 Alq3을 이용하고, 제1 발광 도펀트로서 적색 발광하는 DCM을 이용하는 경우, 제2 발광 도펀트로서 황색 발광하는 루브렌을 이용함으로써, Alq3(호스트 재료)→루브렌(제2 발광 도펀트)→DCM(제1 발광 도펀트)의 순으로 원활하게 에너지 이동을 일으키게 할 수 있다.
또한, 발광층이, 전자보다도 정공을 수송하기 쉬운 제3 발광 도펀트와, 정공보다도 전자를 수송하기 쉬운 제4 발광 도펀트를 함유하는 경우, 제3 발광 도펀트 및 제4 발광 도펀트로서는, 정공 주입 수송층 및 전자 주입 수송층의 구성 재료, 및 발광층의 호스트 재료의 조합에 따라, 전술한 발광 도펀트 중으로부터 적당히 선택하여 이용할 수 있다. 예를 들면, 정공 주입 수송층 및 전자 주입 수송층에 스피로-DPVBi를 이용하고, 발광층의 호스트 재료에 TBADN, 발광 도펀트에 루브렌을 이용한 경우, 루브렌은 전자보다도 정공을 수송하기 쉬운 발광 도펀트로 된다. 또한 예를 들면, 정공 주입 수송층 및 전자 주입 수송층에 스피로-DPVBi를 이용하고, 발광층의 호스트 재료에 TBADN, 발광 도펀트에 안트라센디아민을 이용한 경우, 안트라센디아민은 정공보다도 전자를 수송하기 쉬운 발광 도펀트로 된다.
또한, 호스트 재료 및 발광 도펀트로 이루어지는 발광층이, 전자보다도 정공을 수송하기 쉬운 것인지, 정공보다도 전자를 수송하기 쉬운 것인지는, 호스트 재료와 단일의 발광 도펀트를 함유하는 발광층을 갖는 유기 EL 소자의 발광 스펙트럼의 방사 패턴의 각도 의존성을 평가함으로써 확인할 수 있다. 즉, 발광 스펙트럼의 파장, 재료의 굴절률, 유기 EL 소자에서 발광층으로부터 광이 취출될 때까지의 광로 길이, 및 방사 패턴의 각도 의존성으로부터 확인할 수 있다.
발광층이, 전자보다도 정공을 수송하기 쉬운 제3 발광 도펀트와, 정공보다도 전자를 수송하기 쉬운 제4 발광 도펀트를 함유하는 경우, 발광층 중의 제3 발광 도펀트 및 제4 발광 도펀트의 농도는 각각 발광층의 두께 방향으로 연속적으로 변화되는 농도 구배를 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 발광층이, 제3 발광 도펀트 및 제4 발광 도펀트의 농도의 각각 상대적으로 높은 영역과 상대적으로 낮은 영역을 갖고 있는 것도 바람직하다. 이에 의해, 발광층에 주입되는 정공 및 전자의 밸런스를 잡을 수 있기 때문이다.
발광층 중의 제3 발광 도펀트 및 제4 발광 도펀트의 농도가 농도 구배를 갖는 경우, 제3 발광 도펀트의 농도가 정공 주입 수송층측에서 높고, 제4 발광 도펀트의 농도가 전자 주입 수송층측에서 높아도 되고, 제3 발광 도펀트의 농도가 전자 주입 수송층측에서 높고, 제4 발광 도펀트의 농도가 정공 주입 수송층측에서 높아도 되고, 제3 발광 도펀트의 농도 및 제4 발광 도펀트의 농도가 모두 정공 주입 수송측측에서 높아도 되고, 제3 발광 도펀트의 농도 및 제4 발광 도펀트의 농도가 모두 전자 주입 수송층측에서 높아도 된다.
상기 중에서도, 전자보다도 정공을 수송하기 쉬운 제3 발광 도펀트의 농도가 정공 주입 수송층측에서 높고, 정공보다도 전자를 수송하기 쉬운 제4 발광 도펀트의 농도가 전자 주입 수송층측에서 높은 것이 바람직하다. 또한, 전자보다도 정공을 수송하기 쉬운 제3 발광 도펀트의 농도가 전자 주입 수송층측에서 높고, 정공보다도 전자를 수송하기 쉬운 제4 발광 도펀트의 농도가 정공 주입 수송층측에서 높은 것도 바람직하다. 이에 의해, 효과적으로 정공 및 전자의 주입 밸런스를 잡을 수 있기 때문이다.
또한, 발광층이, 제3 발광 도펀트 및 제4 발광 도펀트의 농도의 각각 상대적으로 높은 영역과 상대적으로 낮은 영역을 갖고 있고 있는 경우, 제3 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역이 정공 주입 수송측에 형성되고, 제3 발광 도펀트 농도가 상대적으로 낮은 영역이 전자 주입 수송층측에 형성되어 있어도 되고, 제3 발광 도펀트 농도가 상대적으로 낮은 영역이 정공 주입 수송측에 형성되고, 제3 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역이 전자 주입 수송층측에 형성되어 있어도 된다. 또한, 제4 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역이 정공 주입 수송측에 형성되고, 제4 발광 도펀트 농도가 상대적으로 낮은 영역이 전자 주입 수송층측에 형성되어 있어도 되고, 제4 발광 도펀트 농도가 상대적으로 낮은 영역이 정공 주입 수송측에 형성되고, 제4 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역이 전자 주입 수송층측에 형성되어 있어도 된다.
상기 중에서도, 전자보다도 정공을 수송하기 쉬운 제3 발광 도펀트 농도가 상대적으로 낮은 영역이 정공 주입 수송측에 형성되고, 제3 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역이 전자 주입 수송층측에 형성되어 있고, 또한, 정공보다도 전자를 수송하기 쉬운 제4 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역이 정공 주입 수송측에 형성되고, 제4 발광 도펀트 농도가 상대적으로 낮은 영역이 전자 주입 수송층측에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 전자보다도 정공을 수송하기 쉬운 제3 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역이 정공 주입 수송측에 형성되고, 제3 발광 도펀트 농도가 상대적으로 낮은 영역이 전자 주입 수송층측에 형성되어 있고, 또한, 정공보다도 전자를 수송하기 쉬운 제4 발광 도펀트 농도가 상대적으로 낮은 영역이 정공 주입 수송측에 형성되고, 제4 발광 도펀트 농도가 상대적으로 높은 영역이 전자 주입 수송층측에 형성되어 있는 것도 바람직하다. 이에 의해, 효과적으로 정공 및 전자의 주입 밸런스를 잡을 수 있기 때문이다.
발광층의 두께로서는, 전자와 정공의 재결합의 장을 제공하여 발광하는 기능을 발현될 수 있는 두께이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 1㎚∼200㎚ 정도로 설정할 수 있다. 그 중에서도, 발광층의 두께를 두껍게 함으로써, 정공 및 전자의 주입 밸런스를 향상시켜 발광 효율을 높이기 위해서는, 발광층의 두께가 10㎚∼100㎚의 범위 내인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 30㎚∼80㎚의 범위 내이다.
발광층의 성막 방법으로서는, 예를 들면, 진공 증착법, 스퍼터링법 등의 건식법, 또는 인쇄법, 잉크젯법, 스핀 코트법, 캐스팅법, 디핑법, 바 코트법, 블레이드 코트법, 롤 코트법, 그라비아 코트법, 플렉소 인쇄법, 스프레이 코트법 등의 습식법 등을 들 수 있다.
또한, 발광층을 패터닝할 때에는, 상이한 발광색으로 되는 화소의 마스킹법에 의해 도분하거나 증착을 행하여도 되고, 또는 발광층 간에 격벽을 형성하여도 된다. 이 격벽의 구성 재료로서는, 감광성 폴리이미드 수지, 아크릴계 수지 등의 광경화형 수지, 또는 열경화형 수지, 및 무기 재료 등을 이용할 수 있다. 또한, 격벽의 표면 에너지(습윤성)를 변화시키는 처리를 행하여도 된다.
또한, 호스트 재료 및 발광 도펀트를 함유하는 발광층의 성막 방법으로서는, 호스트 재료 및 발광 도펀트를 공증착시키는 방법이 바람직하게 이용된다.
또한, 용액으로부터의 도포로 박막 형성이 가능한 경우에는, 호스트 재료 및 발광 도펀트를 함유하는 발광층의 성막 방법으로서, 스핀 코트법이나 딥 코트법 등을 이용할 수 있다. 이 경우, 호스트 재료 및 발광 도펀트를 불활성 폴리머 중에 분산하여 이용하여도 된다.
또한, 발광층 중의 발광 도펀트 농도에 분포를 부여하는 경우에는, 예를 들면, 호스트 재료 및 발광 도펀트의 증착 속도를 연속적 또는 주기적으로 변화시키는 방법을 이용할 수 있다.
5. 제2 정공 주입 수송층
본 발명에 있어서는, 정공 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 정공 주입 수 송층이 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 정공 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층, 및 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력은, 전술한 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
정공 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 정공 주입 수송층이 형성되어 있는 경우, 통상은, 정공 주입 수송층이 정공 주입층으로서 기능하고, 제2 정공 주입 수송층이 정공 수송층으로서 기능한다.
제2 정공 주입 수송층의 구성 재료로서는, 양극으로부터 주입된 정공을 안정되게 발광층 내에 수송할 수 있는 재료이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 상기 발광층의 발광 재료에 예시한 화합물 외에, 아릴아민류, 스타버스트형 아민류, 프탈로시아닌류, 산화바나듐, 산화몰리브덴, 산화루테늄, 산화알루미늄 등의 산화물, 비정질 카본, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌 등의 도전성 고분자 및 그들의 유도체를 이용할 수 있다. 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌 등의 도전성 고분자 및 그들의 유도체는, 산이 도프되어 있어도 된다. 구체적으로는, N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘(α-NPD), 4,4,4-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민(MTDATA), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리스티렌술폰산(PEDOT/PSS), 폴리비닐카르바졸(PVCz) 등을 들 수 있다.
그 중에서도, 제2 정공 주입 수송층의 구성 재료는 바이폴라 재료인 것이 바람직하다. 바이폴라 재료를 제2 정공 주입 수송층에 이용함으로써, 구동 중에 있어서의 발광층 및 제2 정공 주입 수송층의 계면에서의 열화를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 바이폴라 재료에 대해서는, 상기 정공 주입 수송층의 항에 기재하였기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
정공 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층, 제2 전자 주입 수송층, 및 전자 주입 수송층의 모두가 바이폴라 재료를 함유하는 경우, 이들 층에 함유되는 바이폴라 재료는, 동일하여도 되고 상이하여도 된다. 또한, 정공 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층, 제2 전자 주입 수송층, 전자 주입 수송층, 및 발광층이 모두 이 바이폴라 재료를 함유하는 경우에도, 이들 층에 함유되는 바이폴라 재료는, 동일하여도 되고 상이하여도 된다.
또한, 제2 정공 주입 수송층의 성막 방법 및 두께에 대해서는, 전술한 정공 주입 수송층과 마찬가지이기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
6. 제2 전자 주입 수송층
본 발명에 있어서는, 전자 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 전자 주입 수송층이 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 전자 주입 수송층, 제2 전자 주입 수송층, 및 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력은, 전술한 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
전자 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 전자 주입 수송층이 형성되어 있는 경우, 통상은, 전자 주입 수송층이 전자 주입층으로서 기능하고, 제2 전자 주입 수송층이 전자 수송층으로서 기능한다.
제2 전자 주입 수송층의 구성 재료로서는, 음극으로부터 주입된 전자를 발광층 내에 수송하는 것이 가능한 재료이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 바소큐프로인(BCP), 바소페난트롤린(Bpehn) 등의 페난트롤린 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 트리스(8-히드록시퀴놀리놀라토)알루미늄(Alq3) 등의 알루미늄퀴놀리놀 착체 등을 들 수 있다.
그 중에서도, 제2 전자 주입 수송층의 구성 재료는 바이폴라 재료인 것이 바람직하다. 바이폴라 재료를 제2 전자 주입 수송층에 이용함으로써, 구동 중에 있어서의 발광층 및 제2 전자 주입 수송층의 계면에서의 열화를 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 바이폴라 재료에 대해서는, 상기 정공 주입 수송층의 항에 기재하였기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
또한, 제2 전자 주입 수송층의 성막 방법 및 두께에 대해서는, 전술한 전자 주입 수송층과 마찬가지이기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
7. 양극
본 발명에 이용되는 양극은, 투명하여도 불투명하여도 되지만, 양극측으로부터 광을 취출하는 경우에는 투명 전극일 필요가 있다.
양극에는, 정공이 주입하기 쉽도록 일 함수가 큰 도전성 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 양극은 저항이 될 수 있는 한 작은 것이 바람직하고, 일반적으로는, 금속 재료가 이용되지만, 유기물 또는 무기 화합물을 이용하여도 된다. 구체적으로는, 산화주석, 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO) 등을 들 수 있다.
양극은, 일반적인 전극의 형성 방법을 이용하여 형성할 수 있고, 예를 들면 스퍼터링법, 진공 증착법, 이온플레이팅법 등을 들 수 있다.
또한, 양극의 두께로서는, 목적으로 하는 저항값이나 가시광선 투과율, 및 도전성 재료의 종류에 따라 적당히 선택된다.
8. 음극
본 발명에 이용되는 음극은, 투명하여도 불투명하여도 되지만, 음극측으로부터 광을 취출하는 경우에는 투명 전극일 필요가 있다.
음극에는, 전자가 주입하기 쉽도록 일 함수가 작은 도전성 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 음극은 저항이 될 수 있는 한 작은 것이 바람직하고, 일반적으로는, 금속 재료가 이용되지만, 유기물 또는 무기 화합물을 이용하여도 된다. 구체적으로는, 단체로서 Al, Cs, Er 등, 합금으로서 MgAg, AlLi, AlMg, CsTe 등, 적층체로서 Ca/Al, Mg/Al, Li/Al, Cs/Al, Cs2O/Al, LiF/Al, ErF3/Al 등을 들 수 있다.
음극은, 일반적인 전극의 형성 방법을 이용하여 형성할 수 있고, 예를 들면 스퍼터링법, 진공 증착법, 이온플레이팅법 등을 들 수 있다.
또한, 음극의 두께로서는, 목적으로 하는 저항값이나 가시광선 투과율, 및 도전성 재료의 종류에 따라 적당히 선택된다.
9. 기판
본 발명에 있어서의 기판은, 상기한 양극, 정공 주입 수송층, 발광층, 전자 주입 수송층, 및 음극 등을 지지하는 것이다. 양극 또는 음극이 소정의 강도를 갖는 경우에는, 양극 또는 음극이 기판을 겸하고 있어도 되지만, 통상은 소정의 강도 를 갖는 기판 상에 양극 또는 음극이 형성된다. 또한, 일반적으로 유기 EL 소자를 제조할 때에는, 양극측부터 적층하는 쪽이 안정적으로 유기 EL 소자를 제작할 수 있는 점으로부터, 통상은, 기판 상에는, 양극, 정공 주입 수송층, 발광층, 전자 주입 수송층, 및 음극의 순으로 적층된다.
기판은, 투명하여도 불투명하여도 되지만, 기판측으로부터 광을 취출하는 경우에는 투명 기판일 필요가 있다. 투명 기판으로서는, 예를 들면, 소다석회 유리, 알칼리 유리, 납알칼리 유리, 붕규산 유리, 알루미노규산 유리, 실리카 유리 등의 유리 기판이나, 필름 형상으로 성형이 가능한 수지 기판 등을 이용할 수 있다.
Ⅱ. 제2 실시 태양
본 발명의 유기 EL 소자의 제2 실시 태양은, 대향하는 양극 및 음극의 사이에, 정공 주입 수송층과 발광층과 전자 주입 수송층이 순차 적층된 발광 유닛을 복수개 갖고, 인접하는 상기 발광 유닛 간에 전하 발생층이 형성된 유기 EL 소자이며, 상기 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 상기 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 했을 때, Ip2≥Ip3이고, 또한, 상기 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 상기 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2라고 했을 때, Ea1≥Ea2인 것을 특징으로 하는 것이다.
본 실시 태양의 유기 EL 소자에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 8은, 본 실시 태양의 유기 EL 소자의 일례를 나타내는 개략 단면도이고, 도 9는, 도 8에 나타내는 유기 EL 소자의 동작 기구를 나타내는 모식도이다.
도 8에 예시하는 바와 같이, 유기 EL 소자(1)는, 기판(2) 상에, 양극(3)과 발광 유닛(10a)과 전하 발생층(11a)과 발광 유닛(10b)과 전하 발생층(11b)과 발광 유닛(10c)과 음극(7)이 순차 적층된 것이다. 즉, 양극 및 음극 간에는, 발광 유닛 및 전하 발생층이 교대로 반복 형성되어 있다. 일반적으로 유기 EL 소자에 있어서는, 양극측으로부터 정공(h), 음극측으로부터 전자(e)가 주입되어 발광 유닛 내에서 정공 및 전자가 재결합하여 여기 상태를 생성하여 발광한다. 상기한 유기 EL 소자에 있어서는, 전하 발생층(11a, 11b)을 통하여 3개의 발광 유닛(10a, 10b, 10c)이 적층되어 있고, 도 9에 예시하는 바와 같이 양극(3)측으로부터 정공(h), 음극(7)측으로부터 전자(e)가 주입되고, 또한 전하 발생층(11a, 11b)에 의해 음극 7 방향으로 정공(h), 양극 3 방향으로 전자(e)가 주입되어, 각 발광 유닛(10a, 10b, 10c) 내에서 정공 및 전자의 재결합이 생기고, 복수의 발광이 양극(3) 및 음극(7) 간에서 발생한다.
또한, 발광 유닛(10a, 10b, 10c)은 각각, 양극(3)측으로부터, 정공 주입 수송층(4)과 발광층(5)과 전자 주입 수송층(6)이 순차 적층된 것으로 되어 있다.
정공 주입은, 층의 가전자대로부터의 전자의 방출에 의한, 라디칼 양이온의 생성을 의미한다. 전하 발생층의 음극측에 접하는 정공 주입 수송층의 가전자대로부터 방출된 전자는, 전하 발생층의 양극측에 접하는 전자 주입 수송층의 도전대에 주입됨으로써 발광성 여기 상태를 만들어내기 위해서 재이용된다. 전하 발생층에 있어서는, 라디칼 음이온 상태(전자)와 라디칼 양이온 상태(정공)가 전압 인가시에 각각 양극 방향 및 음극 방향으로 이동함으로써, 전하 발생층의 양극측에 접하는 발광 유닛에 전자를 주입하고, 전하 발생층의 음극측에 접하는 발광 유닛에 정공을 주입한다. 즉, 양극 및 음극 간에 전압이 인가되면, 양극측으로부터 정공, 음극측으로부터 전자가 주입됨과 동시에, 전자 및 정공이 전하 발생층에서 발생하여 전하 발생층으로부터 분리하고, 전하 발생층 중에 발생한 전자는 양극 방향을 향하여 인접하는 발광 유닛에 주입되고, 전하 발생층 중에 발생한 정공은 음극 방향을 향하여 인접하는 발광 유닛에 주입된다. 계속해서, 이들 전자 및 정공은, 발광 유닛에서 재결합하여 광을 발생한다.
따라서 본 실시 태양에 의하면, 양극 및 음극 간에 전압이 인가되었을 때, 각 발광 유닛이 직렬적으로 접속되어 동시에 발광하게 되어, 높은 전류 효율이 실현 가능하다.
양극 및 음극 간에 단일의 발광 유닛이 끼워진 구성을 갖는 유기 EL 소자(이하, 이 항에 있어서 단일 발광 유닛의 유기 EL 소자라고 한다.)에서는, 「외부 회로로 측정되는 전자(수)/초에 대한, 광자(수)/초의 비」인 양자 효율의 상한은, 이론상, 1(=100％)이었다. 이에 대하여, 본 실시 태양의 유기 EL 소자에 있어서는, 이론상의 한계는 없다. 이는, 전술한 바와 같이, 도 9에 예시하는 정공(h) 주입은, 발광 유닛(10b, 10c)의 가전자대로부터의 전자의 방출을 의미하고 있고, 전하 발생층(11a, 11b)의 음극(7)측에 접하는 발광 유닛(10b, 10c)의 가전자대로부터 방출된 전자는, 전하 발생층(11a, 11b)의 양극(3)측에 접하는 발광 유닛(10a, 10b)의 도전대에 각각 주입됨으로써 발광성 여기 상태를 만들어내기 위해서 재이용되기 때문이다. 따라서, 전하 발생층을 통하여 적층된 각 발광 유닛의 양자 효율(이 경우 에는, 각 발광 유닛을 (외관상) 통과하는 전자(수)/초와, 각 발광 유닛으로부터 방출되는 광자(수)/초의 비로 정의된다.)의 총합이, 본 실시 태양의 유기 EL 소자의 양자 효율로 되고, 그 값에 상한은 없다.
또한, 단일 발광 유닛의 유기 EL 소자의 휘도는, 전류 밀도에 거의 비례하고, 고휘도를 얻기 위해서는 필연적으로 높은 전류 밀도가 필요하다. 한편, 소자 수명은, 구동 전압이 아니라 전류 밀도에 반비례하기 때문에, 고휘도 발광은 소자 수명을 짧게 한다. 이에 대하여, 본 실시 태양의 유기 EL 소자는, 예를 들면 n배의 휘도를 소망 전류 밀도에서 얻고자 하는 경우는, 양극 및 음극 간에 존재하는 동일한 구성의 발광 유닛을 n개로 하면, 전류 밀도를 상승시키지 않고 n배의 휘도를 실현할 수 있다. n배의 휘도를 수명을 희생으로 하지 않고 실현할 수 있는 것이다.
또한, 단일 발광 유닛의 유기 EL 소자에서는, 구동 전압의 상승에 의해 전력 변환 효율(W/W)의 저하를 초래하고 있었다. 이에 대하여, 본 실시 태양의 유기 EL 소자의 경우는, n개의 발광 유닛을 양극 및 음극 간에 존재시키면 발광 개시 전압(turn on Voltage) 등도 거의 n배로 되기 때문에, 소망 휘도를 얻기 위한 전압도 거의 n배로 되는데, 양자 효율(전류 효율)도 거의 n배로 되기 때문에, 원리적으로는 전력 변환 효율(W/W)은 변화하지 않게 된다.
또한 본 실시 태양에 의하면, 발광 유닛이 복수층 존재하기 때문에, 소자 단락의 위험성을 저감할 수 있다고 하는 이점을 갖는다. 단일 발광 유닛의 유기 EL 소자는, 1개의 발광 유닛만을 갖기 때문에, 발광 유닛 중에 존재하는 핀홀 등의 영 향에 의해 양극 및 음극 간에 (전기적) 단락을 일으킨 경우에는, 즉 무발광 소자로 될 우려가 있다. 이에 대하여, 본 실시 태양의 유기 EL 소자의 경우는, 양극 및 음극 간에 복수개의 발광 유닛이 적층되어 있기 때문에 후막이어서, 단락의 위험성을 저하시킬 수 있다. 또한, 어느 특정의 발광 유닛이 단락하고 있었다고 하더라도, 다른 발광 유닛은 발광 가능하여, 무발광이라고 하는 사태를 회피할 수 있다. 특히 정전류 구동이면, 구동 전압이 단락한 발광 유닛분만 저하할 뿐이고, 단락하지 않은 발광 유닛은 정상적으로 발광 가능하다.
또한, 예를 들면 유기 EL 소자를 단순 매트릭스 구조의 표시 장치에 적용하는 경우, 전류 밀도의 감소에 의해, 배선 저항에 의한 전압 강하나 기판의 온도 상승을, 단일 발광 유닛의 유기 EL 소자의 경우에 비하여 크게 저감할 수 있다. 이 점에서도, 본 실시 태양의 유기 EL 소자는 유리하다.
또한, 예를 들면 유기 EL 소자를 대면적을 균일하게 빛나게 하도록 하는 용도, 특히 조명에 적용하는 경우에도, 상기한 특징은 충분히 유리하게 작용한다. 단일 발광 유닛의 유기 EL 소자에 있어서는, 전극 재료, 특히 ITO 등으로 대표되는 투명 전극 재료의 비저항(∼10-4Ω·㎝)은, 금속의 비저항(∼10-6Ω·㎝)에 비하여 2자릿수 정도 높기 때문에, 급전 부분으로부터 거리가 멀어짐에 따라, 발광 유닛에 걸리는 전압(V)(또는 전기장 E(V/㎝))이 저하하기 때문에, 결과적으로 급전 부분 근방과 먼 곳에서의 휘도 불균일(휘도 차)을 야기할 가능성이 있다. 이에 대하여, 본 실시 태양의 유기 EL 소자와 같이 원하는 휘도를 얻을 때에, 단일 발광 유닛의 유기 EL 소자보다도 전류값을 크게 저감할 수 있으면, 전위 강하를 저감할 수 있고, 결과적으로 거의 균일한 대면적의 발광을 얻는 것이 가능해진다.
도 10(a), (b)는 각각, 도 8에 나타내는 유기 EL 소자에 있어서의 발광 유닛의 밴드 다이어그램의 일례를 나타내는 모식도이다.
상기 유기 EL 소자에 있어서는, 정공 주입 수송층(4)의 이온화 포텐셜을 Ip1, 발광층(5)의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 전자 주입 수송층(6)의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 하면, 도 10(a)에 예시하는 바와 같이 Ip2>Ip1, Ip2>Ip3으로 되어 있어도 되고, 도 10(b)에 예시하는 바와 같이 Ip1=Ip2=Ip3으로 되어 있어도 된다. 또한, 정공 주입 수송층(4)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 발광층(5)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2, 전자 주입 수송층(6)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea3이라고 하면, 도 10(a)에 예시하는 바와 같이 Ea1>Ea2, Ea3>Ea2로 되어 있어도 되고, 도 10(b)에 예시하는 바와 같이 Ea1=Ea2=Ea3으로 되어 있어도 된다.
본 발명에 있어서는, 전자 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜이 Ip2≥Ip3이고, 또한, 정공 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 전자 친화력이 Ea1≥Ea2이기 때문에, 상기 제1 실시 태양의 경우와 마찬가지로, 구동 중에 있어서의 정공 주입 수송층, 발광층, 및 전자 주입 수송층의 각 층의 계면에서의 열 화를 억제할 수 있다. 따라서, 고효율이고 장수명의 유기 EL 소자를 얻는 것이 가능하다.
본 실시 태양에 있어서는, 도 11에 예시하는 바와 같이, 정공 주입 수송층(4)과 발광층(5)의 사이에 제2 정공 주입 수송층(8)이 형성되어 있어도 되고, 또한 전자 주입 수송층(6)과 발광층(5)의 사이에 제2 전자 주입 수송층(9)이 형성되어 있어도 된다.
도 12(a), (b)는 각각, 도 11에 나타내는 유기 EL 소자에 있어서의 발광 유닛의 밴드 다이어그램의 일례를 나타내는 모식도이다.
상기 유기 EL 소자에 있어서는, 정공 주입 수송층(4)의 이온화 포텐셜을 Ip1, 제2 정공 주입 수송층(8)의 이온화 포텐셜을 Ip4, 발광층(5)의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 전자 주입 수송층(6)의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3, 제2 전자 주입 수송층(9)의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip5라고 하면, 도 12(a)에 예시하는 바와 같이 Ip2>Ip4>Ip1, Ip2>Ip5>Ip3으로 되어 있어도 되고, 도 12(b)에 예시하는 바와 같이 Ip2>Ip4>Ip1, Ip2=Ip5=Ip3으로 되어 있어도 된다. 또한, 정공 주입 수송층(4)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 제2 정공 주입 수송층(8)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea4, 발광층(5)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2, 전자 주입 수송층(6)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea3, 제2 전자 주입 수송층(9)의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea5라고 하면, 도 12(a)에 예시하는 바와 같이 Ea1>Ea4>Ea2, Ea3>Ea5>Ea2로 되어 있어도 되고, 도 12(b)에 예시하는 바와 같이 Ea1=Ea4=Ea2, Ea3>Ea5>Ea2로 되어 있어도 된다.
이와 같은 유기 EL 소자에 있어서는, 전자 주입 수송층, 제2 전자 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜이 Ip2≥Ip5≥Ip3이고, 또한, 정공 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층 및 발광층의 구성 재료의 전자 친화력이 Ea1≥Ea4≥Ea2이기 때문에, 상기한 경우와 마찬가지로, 구동 중에 있어서의 정공 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층, 발광층, 제2 전자 주입 수송층, 및 전자 주입 수송층의 각 층의 계면에서의 열화를 억제할 수 있다. 따라서, 고효율이고 장수명의 유기 EL 소자를 얻는 것이 가능하다.
또한, 발광층의 구성 재료의 밴드갭 에너지가 비교적 큰 경우로서, 정공 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜 Ip1과 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜 Ip2의 차가 비교적 큰 경우에는, Ip1<Ip4<Ip2로 되도록 정공 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 정공 주입 수송층이 형성되어 있음으로써, 정공 주입 수송층으로부터 제2 정공 주입 수송층을 통하여 발광층에 정공을 원활하게 수송할 수 있다.
한편, 발광층의 구성 재료의 밴드갭 에너지가 비교적 큰 경우로서, 전자 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력 Ea3과 발광층의 구성 재료의 전자 친화력 Ea2 의 차가 비교적 큰 경우에는, Ea2<Ea5<Ea3으로 되도록 전자 주입 수송층과 발광층의 사이에 제2 전자 주입 수송층이 형성되어 있음으로써, 전자 주입 수송층으로부터 제2 전자 주입 수송층을 통하여 발광층에 전자를 원활하게 수송할 수 있다.
본 실시 태양에 있어서는, 발광 위치가 띄엄띄엄 분리하여 복수 존재하고 있다. 종래, 전하 발생층을 통하여 복수개의 발광 유닛이 적층된 유기 EL 소자(멀티포톤 에미션; Multiphoton Emission)에서는, 소자의 두께가 두꺼워짐에 따라 간섭 효과가 현저해지고, 색조(즉, 발광 스펙트럼 형상)가 크게 변화한다고 하는 문제점이 있었다. 구체적으로는, 발광 스펙트럼 형상이 변화하거나, 또는 원래의 발광 피크 위치의 발광이 현저한 간섭 효과에 의해 상쇄되고, 결과적으로 대폭 발광 효율이 저하하거나, 발광의 방사 패턴의 각도 의존성이 발생한다. 일반적으로는, 발광 위치로부터 반사 전극까지의 광학 막두께를 제어함으로써, 간섭 효과에 의한 문제점에 대처할 수 있다.
그러나, 광학 막두께의 제어에 의해 정면 휘도를 개선할 수 있었다 하더라도, 경사로부터의 휘도에 대해서는 광로 길이가 변하기 때문에 간섭 효과에 의해 저하하는 경향이 있다.
이에 대하여, 본 실시 태양에 있어서는, 종래와 같이 발광층과 블로킹층의 계면에서 지배적으로 정공 및 전자가 재결합하는 것이 아니라, 발광층 내 전체에서 정공 및 전자가 재결합하기 때문에, 종래의 멀티포톤 에미션과 비교하여, 발광색의 시야각 의존성을 개선할 수 있다.
이하, 본 실시 태양의 유기 EL 소자에 있어서의 각 구성에 대하여 설명한다. 또한, 양극, 음극, 및 기판에 대해서는, 상기 제1 실시 태양에 기재한 것과 마찬가지이기 때문에, 여기에서의 기재는 생략한다.
1. 전하 발생층
본 실시 태양에 있어서, 전하 발생층이란, 소정의 비저항을 갖는 전기 절연성의 층으로서, 전압 인가시에 있어서 소자의 음극 방향에 정공을 주입하고, 양극 방향에 전자를 주입하는 역할을 하는 층을 말한다.
전하 발생층은, 비저항이 1.0×102Ω·㎝ 이상인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1.0×105Ω·㎝ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 전하 발생층은, 가시광의 투과율이 50％ 이상인 것이 바람직하다. 가시광의 투과율이 상기 범위 미만이면, 생성한 광이 전하 발생층을 통과할 때에 흡수되어, 복수개의 발광 유닛을 갖고 있어도 원하는 양자 효율(전류 효율)이 얻어지지 않게 될 가능성이 있기 때문이다.
전하 발생층에 이용되는 재료로서는, 상기한 비저항을 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 무기 물질 및 유기 물질의 어느 것이나 사용 가능하다.
그 중에서도, 전하 발생층은, 산화 환원 반응에 의해 라디칼 양이온과 라디칼 음이온으로 이루어지는 전하 이동 착체가 형성될 수 있는, 상이한 2종류의 물질을 함유하는 것이 바람직하다. 이 2종류의 물질 사이에서 산화 환원 반응에 의해 라디칼 양이온과 라디칼 음이온으로 이루어지는 전하 이동 착체가 형성되고, 이 전 하 이동 착체 중의 라디칼 양이온 상태(정공)와 라디칼 음이온 상태(전자)가, 전압 인가시에 각각 음극 방향 또는 양극 방향으로 이동함으로써, 전하 발생층의 음극측에 접하는 발광 유닛에 정공을 주입하고, 전하 발생층의 양극측에 접하는 발광 유닛에 전자를 주입할 수 있다.
전하 발생층은, 상이한 2종류의 물질 각각으로 이루어지는 층이 적층된 것이어도 되고, 상이한 2종류의 물질을 함유하는 단일의 층이어도 된다.
전하 발생층에 이용되는 상이한 2종류의 물질로서는, (a) 이온화 포텐셜이 5.7eV보다 작고, 정공 수송성, 즉 전자 공여성을 갖는 유기 화합물, 및 (b) 상기 (a)의 유기 화합물과의 산화 환원 반응에 의한 전하 이동 착체를 형성할 수 있는 무기 물질 또는 유기 물질인 것이 바람직하다. 또한, 이 (a) 성분과 (b) 성분의 사이에서는 산화 환원 반응에 의한 전하 이동 착체가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 전하 발생층을 구성하는 2종류의 물질이 산화 환원 반응에 의해 전하 이동 착체를 형성할 수 있는 것인지의 여부는, 분광학적 분석 수단에 의해 확인할 수 있다. 구체적으로는, 2종류의 물질이 각각 단독에서는, 파장 800㎜∼2000㎚의 근적외 영역에 흡수 스펙트럼의 피크를 나타내지 않지만, 2종류의 물질의 혼합막에서는, 파장 800㎚∼2000㎚의 근적외 영역에 흡수 스펙트럼의 피크가 나타나면, 2종류의 물질 사이에서의 전자 이동을 명확하게 시사하는 존재(또는 증거)로서, 2종류의 물질 사이에서의 산화 환원 반응에 의한 전하 이동 착체의 형성을 확인할 수 있다.
(a) 성분의 유기 화합물의 이온화 포텐셜은 5.7eV보다 작으면 된다. 일반적으로, 전자 공여성을 갖는 유기 화합물이 용이하게 라디칼 양이온 상태로 되기 위해서는 이온화 포텐셜이 5.7eV보다 작은 것이 바람직하기 때문이다. 한편, (a) 성분의 유기 화합물의 이온화 포텐셜이 5.7eV 이상이면, (b) 성분의 물질과 산화 환원 반응을 일으키기가 어려워지고, 전하 이동 착체의 형성도 어려워질 우려가 있기 때문이다.
(a) 성분의 유기 화합물로서는, 예를 들면, 아릴아민 화합물을 들 수 있다. 아릴아민 화합물은, 하기 화학식 1로 표시되는 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다.
Figure 112009055626153-pct00004
여기서, 상기 식에 있어서, Ar1, Ar2, Ar3은, 각각 독립하여, 치환기를 가질 수도 있는 방향족 탄화수소기를 나타낸다.
이와 같은 아릴아민 화합물로서는, 예를 들면, 일본 특개 2003-272860호 공보에 기재된 아릴아민 화합물을 이용할 수 있다.
또한, (b) 성분의 물질은, 예를 들면, V2O5, Re2O7, 4F-TCNQ 등을 들 수 있다. 또한, (b) 성분의 물질로서는, 정공 주입 수송층에 이용되는 재료이어도 된다.
또한, 전하 발생층에 대해서는, 일본 특개 2003-272860호 공보에 자세히 설 명되어 있다.
2. 발광 유닛
본 실시 태양에 있어서의 발광 유닛은, 대향하는 양극 및 음극의 사이에 복수개 형성되는 것이고, 또한 정공 주입 수송층과 발광층과 전자 주입 수송층이 순차 적층된 것이다. 또한, 발광 유닛을 구성하는 정공 주입 수송층, 발광층, 및 전자 주입 수송층은, 각 층의 구성 재료의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력이 소정의 관계를 만족하고 있다.
또한, 발광 유닛에 있어서, 발광층과 정공 주입 수송층의 사이에는, 제2 정공 주입 수송층이 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 정공 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층, 및 발광층은, 각 층의 구성 재료의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력이 소정의 관계를 만족하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 발광 유닛에 있어서, 발광층과 전자 주입 수송층의 사이에는, 제2 전자 주입 수송층이 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 전자 주입 수송층, 제2 전자 주입 수송층, 및 발광층은, 각 층의 구성 재료의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력이 소정의 관계를 만족하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 발광층, 정공 주입 수송층, 전자 주입 수송층, 제2 정공 주입 수송층, 및 제2 전자 주입 수송층에 대해서는, 상기 제1 실시 태양에 기재한 것과 마찬가지이기 때문에, 여기에서의 설명은 생략한다.
본 실시 태양에 있어서는, 전하 발생층을 통하여 복수개의 발광 유닛이 적층되어 있다. 발광 유닛의 적층 수로서는, 복수, 즉 2층 이상이면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 3층, 4층, 또는 그 이상이어도 된다. 이 발광 유닛의 적층 수는, 높은 휘도가 얻어지는 수인 것이 바람직하다.
또한, 각 발광 유닛의 구성은, 동일하여도 상이하여도 된다.
예를 들면 적색광, 녹색광 및 청색광을 각각 발광하는 3층의 발광 유닛을 적층할 수 있다. 이 경우에는 백색광을 발생시킬 수 있다. 이와 같은 백색광을 발생하는 유기 EL 소자를 예를 들면 조명 용도에 이용한 경우에는, 대면적으로부터 생기는 높은 휘도를 얻을 수 있다.
백색광을 발생하는 유기 EL 소자로 하는 경우에는, 각 발광 유닛으로부터의 발광의 강도 및 색상은, 그들이 조합하여 백색광 또는 백색광에 가까운 광을 생성하도록 선택된다. 백색으로 보이는 광을 생성하기 위해서 사용할 수 있는 발광 유닛으로서는, 상기한 적색광, 녹색광 및 청색광의 조합 외에, 많은 조합이 있다. 예를 들면, 청색광과 황색광, 적색광과 시안광, 또는 녹색광과 마젠타광의 조합을 들 수 있고, 이와 같이 2색의 광을 각각 발광하는 2층의 발광 유닛을 이용하여 백색광을 생성시킬 수 있다. 또한, 이들의 조합을 복수 종 이용하여, 유기 EL 소자를 얻을 수도 있다.
또한, 청색광을 발생하는 유기 EL 소자를 이용하여 색 변환 방식에 의해 컬러 표시 장치에 적용할 수도 있다. 종래에서는, 청색광을 발생하는 발광 재료는 수명이 짧다고 하는 문제점이 있었지만, 본 실시 태양의 유기 EL 소자는 고효율이고 장수명이기 때문에, 이와 같은 컬러 표시 장치에도 유리하다.
또한, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태 는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 마찬가지의 작용 효과가 있는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
이하, 본 발명에 대하여 실시예 및 비교예를 이용하여 구체적으로 설명한다.
우선, 실시예에서 이용한 재료의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력을 하기 표 1에 나타낸다.
Figure 112009055626153-pct00005
또한, 표 1에 있어서, Ig, Ag, Is, As는 다음과 같다.
Ig:단분자의 이온화 포텐셜
Ag:단분자의 전자 친화력
Is:막의 이온화 포텐셜
As:막의 전자 친화력
Ig 및 Ag는, 분자 궤도 계산 소프트 가우시안 03을 이용하여, B3LYP/6-31g(d)로 중성 상태에서의 구조를 최적화하고, 전하가 플러스, 마이너스, 중성의 3가지에 대하여 에너지 계산을 B3LYP/6-311g++(d,p)에 의해 행하고, 이들의 차를 얻음으로써 구할 수 있다.
Is는, 재료를 진공 증착에 의해 성막한 막에 대하여, UPS(자외광 전자 분광), 또는 (주)리껜 게이끼 세이사꾸쇼제의 자외광 전자 분광 계측기 AC-2 또는 AC-3을 이용하여 이온화 포텐셜을 측정함으로써 얻을 수 있다.
As는, Is 및 Ig의 분극 에너지에 의한 차가, 전자에 대해서도 1차 근사로서는 동일한 값을 얻기 때문에, As=(Ig-Is)+Ag로부터 산출한 값을 이용하였다.
여기서, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층의 구성 재료의 이온화 포텐셜 Ip 및 전자 친화력 Ea의 대소 관계의 논의는, 상기 제1 실시 태양의 「1. 이온화 포텐셜 및 전자 친화력」의 항에 기재한 바와 같이, 상기한 막의 이온화 포텐셜 Is 및 막의 전자 친화력 As를 각각 채택하는 것으로 한다.
또한, 발광층을 구성하는 도펀트 재료 및 호스트 재료의 이온화 포텐셜 및 전자 친화력의 대소 관계의 논의는, 상기 제1 실시 태양의 「4. 발광층」의 항에 기재한 바와 같이, 상기한 단분자의 이온화 포텐셜 Ig 및 단분자의 전자 친화력 Ag를 각각 채택하는 것으로 한다.
또한, 상기한 이온화 포텐셜 Is 및 전자 친화력 As는, ±0.1eV의 측정 오차를 포함하는 것으로 한다.
[실시예 1]
(유기 EL 소자의 제작)
우선, 유리 기판 상에 양극으로서 ITO가 2㎜ 폭의 라인 형상으로 패터닝된 ITO 기판을 준비하였다. 그 ITO 기판 상에, 스피로-DPVBi와 MoO3을 중량비 67:33으로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 1.5Å/sec의 증착 속도로 합계 막두께 10㎚로 되도록 성막하여, 정공 주입층을 형성하였다.
다음에, 상기 정공 주입층 상에, 스피로-DPVBi를, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 1.0Å/sec의 증착 속도로 막두께 10㎚로 되도록 진공 증착하여, 정공 수송층을 형성하였다.
다음에, 호스트 재료로서 하기 화학식 2로 표시되는 3-tert-부틸-9,10-디(나프타-2-일)안트라센(TBADN)을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 하기 화학식 3으로 표시되는 루브렌을 이용하여, 상기 정공 수송층 상에, TBADN 및 루브렌을, 루브렌 농도가 1중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 70㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
Figure 112009055626153-pct00006
Figure 112009055626153-pct00007
다음에, 상기 발광층 상에, 스피로-DPVBi를, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 20㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 전자 수송층을 형성하였다.
다음에, 상기 전자 수송층 상에, 스피로-DPVBi와, 하기 화학식 4로 표시되는 Liq를 중량비 1:1로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 증착 속도 1Å/sec로 막두께 12㎚로 성막하여, 전자 주입층을 형성하였다.
Figure 112009055626153-pct00008
마지막으로, 상기 전자 주입층 상에 음극으로서 Al을 증착 속도 5Å/sec로 100㎚의 두께로 증착하였다.
[비교예 1]
(유기 EL 소자의 제작)
우선, 유리 기판 상에 양극으로서 ITO가 2㎜ 폭의 라인 형상으로 패터닝된 ITO 기판을 준비하였다. 그 ITO 기판 상에, 하기 화학식 5로 표시되는 N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘(α-NPD)과 MoO3을 중량비 75:25로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 1.25Å/sec의 증착 속도로 합계 막두께 10㎚로 되도록 성막하여, 정공 주입층을 형성하였다.
Figure 112009055626153-pct00009
다음에, 상기 정공 주입층 상에, 상기 화학식 5로 표시되는 α-NPD를, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 1.0Å/sec의 증착 속도로, 20㎚의 두께로 되도록 진공 증착하여, 정공 수송층을 형성하였다.
다음에, 호스트 재료로서 스피로-DPVBi를 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 3으로 표시되는 루브렌을 이용하여, 상기 정공 수송층 상에, 스피로-DPVBi 및 루브렌을, 루브렌 농도가 1중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 30㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
다음에, 발광층 상에, 하기 화학식 6으로 표시되는 Alq3을, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 30㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 전자 수송층을 형성하였다.
Figure 112009055626153-pct00010
다음에, 상기 전자 수송층 상에, 상기 화학식 6으로 표시되는 Alq3과, 상기 화학식 4로 표시되는 Liq를 중량비 1:1로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 증착 속도 1Å/sec로 막두께 10㎚로 성막하여, 전자 주입층을 형성하였다.
마지막으로, 상기 전자 주입층 상에 음극으로서 Al을 증착 속도 5Å/sec로 100㎚의 두께로 증착하였다.
(평가)
도 13에 실시예 1 및 비교예 1의 유기 EL 소자의 휘도-전압 특성, 도 14에 발광 효율-전류 밀도 특성을 나타낸다.
실시예 1 및 비교예 1의 유기 EL 소자로부터는, 루브렌 유래의 황색의 발광이 관측되었다. 실시예 1의 유기 EL 소자에서는, 정면 휘도의 발광 효율이 8.4㏅/A이고, 전체 각도에 방사되는 발광을 관측하여 얻어진 광자 수와, 투입한 전자 수로부터 외부 양자 수율을 산출한 결과 2.3％였다. 한편, 비교예 1의 유기 EL 소자 에서는, 휘도-전압 특성은 양호했지만, 정면 휘도의 발광 효율은 4.4㏅/A이고, 외부 양자 수율은 1.2％였다. 또한, 수명 특성에 대해서는, 250A/㎡의 정전류 밀도로 구동시킨 결과, 실시예 1의 유기 EL 소자에서는, 휘도 보유율 100％ 이상을 3700시간 유지하고, 휘도가 반감하는 추정 시간은 10000시간 이상으로 되었다. 한편, 비교예 1의 유기 EL 소자에서는, 2000시간에서 휘도가 반감하였다.
[실시예 2]
(유기 EL 소자의 제작)
정공 수송층의 막두께를 20㎚, 발광층의 막두께를 35㎚, 전자 수송층의 막두께를 45㎚로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
[실시예 3]
(유기 EL 소자의 제작)
정공 수송층의 막두께를 30㎚, 발광층의 막두께를 10㎚, 전자 수송층의 막두께를 60㎚로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
(평가)
도 15에 실시예 1∼3의 유기 EL 소자의 휘도-전압 특성, 도 16에 발광 효율-전류 밀도 특성을 나타낸다.
실시예 1∼3의 유기 EL 소자를 비교하면, 휘도-전압 특성에 대해서는, 발광층의 막두께가 35㎚인 실시예 2의 유기 EL 소자가 양호한 결과를 나타냈지만, 발광 효율에 대해서는, 발광층의 막두께가 70㎚인 실시예 1의 유기 EL 소자에서 가장 좋은 특성이 얻어졌다.
[실시예 4]
(유기 EL 소자의 제작)
우선, 유리 기판 상에 양극으로서 ITO가 2㎜ 폭의 라인 형상으로 패터닝된 ITO 기판을 준비하였다. 그 ITO 기판 상에, 스피로-DPVBi와 MoO3을 중량비 67:33로, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 1.5Å/sec의 증착 속도로 합계 막두께 10㎚로 되도록 성막하여, 정공 주입층을 형성하였다.
다음에, 상기 정공 주입층 상에, 스피로-DPVBi를, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1.0Å/sec로 10㎚의 두께로 되도록 진공 증착하여, 정공 수송층을 형성하였다.
다음에, 호스트 재료로서 상기 화학식 2로 표시되는 TBADN을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 하기 화학식 7로 표시되는 N,N,N',N'-테트라-p-톨릴-안트라센-9,10-디아민(안트라센디아민)을 이용하여, 상기 정공 수송층 상에, TBADN 및 안트라센디아민을, 안트라센디아민 농도가 5중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1.1Å/sec로 70㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
Figure 112009055626153-pct00011
다음에, 상기 발광층 상에, 스피로-DPVBi를, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 20㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 전자 수송층을 형성하였다.
다음에, 스피로-DPVBi와, 상기 화학식 4로 표시되는 Liq를 중량비 1:1로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 증착 속도 1Å/sec로 막두께 12㎚로 성막하여, 전자 주입층을 형성하였다.
마지막으로, 상기 전자 주입층 상에 음극으로서 Al을 증착 속도 5Å/sec로 100㎚의 두께로 증착하였다.
(평가)
도 17에 실시예 4의 유기 EL 소자의 휘도-전압 특성, 도 18에 발광 효율-전류 밀도 특성, 도 19에 수명 특성을 나타낸다.
실시예 4의 유기 EL 소자로부터는, 안트라센디아민 유래의 녹색의 발광이 관측되었다. 또한, 정면 휘도의 발광 효율이 15㏅/A이고, 전체 각도에 방사되는 발 광을 관측하여 얻어진 광자 수와, 투입한 전자 수로부터 외부 양자 수율을 산출한 결과 4.6％였다. 수명 특성은, 250A/㎡의 정전류 밀도에서의 측정을 행한 결과, 휘도가 반감할 때까지의 시간은 6000시간인 것으로 추정되어, 수명 특성이 양호한 것이 확인되었다.
전자 주입 수송층측에서는, 실시예 1과는 달리 주입 장벽으로 되는 것이 예상되었지만, 결과는 발광 효율의 향상을 나타냈다. 실시예 4로부터, 발광층의 호스트 재료의 Ig, Ag에 의한 밴드갭 내에, 발광 도펀트의 Ig, Ag가 존재함으로써, 고효율이고 장수명의 소자가 얻어짐을 알았다.
[실시예 5]
(유기 EL 소자의 제작)
우선, 유리 기판 상에 양극으로서 ITO가 2㎜ 폭의 라인 형상으로 패터닝된 ITO 기판을 준비하였다. 그 ITO 기판 상에, 스피로-DPVBi와 MoO3을 중량비 67:33으로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 1.5Å/sec의 증착 속도로 합계 막두께 10㎚로 되도록 성막하여, 정공 주입층을 형성하였다.
다음에, 상기 정공 주입층 상에, 스피로-DPVBi를, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 1.0Å/sec의 증착 속도로 막두께 10㎚로 되도록 진공 증착하여, 정공 수송층을 형성하였다.
다음에, 호스트 재료로서 상기 화학식 2로 표시되는 TBADN을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 3으로 표시되는 루브렌을 이용하여, 상기 정공 수송층 상에, TBADN 및 루브렌을, 루브렌 농도가 1중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 70㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
다음에, 상기 발광층 상에, 스피로-DPVBi를, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 20㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 전자 수송층을 형성하였다.
다음에, 상기 전자 수송층 상에, 스피로-DPVBi와 상기 화학식 4로 표시되는 Liq를 중량비 1:1로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 증착 속도 1Å/sec로 막두께 12㎚로 성막하여, 전자 주입층을 형성하였다. 또한, Al을 증착 속도 5Å/sec로 2㎚의 두께로 증착하였다.
이어서, 상기 Al막 상에, 상기 화학식 5로 표시되는 α-NPD와 MoO3을 중량비 4:1로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 증착 속도 1.25Å/sec로 20㎚의 두께로 성막하여, 전하 발생층을 형성하였다.
다음에, 상기 전하 발생층 상에, 스피로-DPVBi와 MoO3을 중량비 67:33로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 1.5Å/sec의 증착 속도로 합계 막두께 10㎚로 되도록 성막하여, 정공 주입층을 형성하였다.
다음에, 상기 정공 주입층 상에, 스피로-DPVBi를, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 1.0Å/sec의 증착 속도로 막두께 18㎚로 되도록 진공 증착하여, 정공 수송층을 형성하였다.
다음에, 호스트 재료로서 상기 화학식 2로 표시되는 TBADN을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 3으로 표시되는 루브렌을 이용하여, 상기 정공 수송층 상에, TBADN 및 루브렌을, 루브렌 농도가 1중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 60㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
다음에, 상기 발광층 상에, 스피로-DPVBi를, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 27㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 전자 수송층을 형성하였다.
다음에, 상기 전자 수송층 상에, 스피로-DPVBi와 상기 화학식 4로 표시되는 Liq를 중량비 1:1로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 증착 속도 1Å/sec로 막두께 20㎚로 성막하였다.
마지막으로, 상기 전자 주입층 상에 음극으로서 Al을 증착 속도 5Å/sec로 100㎚의 두께로 증착하였다.
(평가)
도 20에 실시예 1, 5의 유기 EL 소자의 휘도-전압 특성, 도 21에 발광 효율-전류 밀도 특성, 도 22에 수명 특성을 나타낸다.
실시예 5의 유기 EL 소자로부터는, 루브렌 유래의 황색의 발광이 관측되었 다. 또한, 정면 휘도의 발광 효율이 16.5㏅/A이고, 전체 각도에 방사되는 발광을 관측하여 얻어진 광자 수와, 투입한 전자 수로부터 외부 양자 수율을 산출한 결과 5.0％였다. 수명 특성은, 250A/㎡의 정전류 밀도에서의 측정을 행한 결과, 휘도가 반감할 때까지의 시간은 10000시간 이상인 것으로 추정되어, 수명 특성이 양호한 것이 확인되었다.
[실시예 6]
(유기 EL 소자의 제작)
우선, 유리 기판 상에 양극으로서 ITO가 2㎜ 폭의 라인 형상으로 패터닝된 ITO 기판을 준비하였다. 그 ITO 기판 상에, 스피로-DPVBi와 MoO3을 중량비 67:33로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 1.5Å/sec의 증착 속도로 합계 막두께 10㎚로 되도록 성막하여, 정공 주입층을 형성하였다.
다음에, 상기 정공 주입층 상에, 스피로-DPVBi를, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 1.0Å/sec의 증착 속도로 막두께 10㎚로 되도록 진공 증착하여, 정공 수송층을 형성하였다.
다음에, 호스트 재료로서 상기 화학식 2로 표시되는 TBADN을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 3으로 표시되는 루브렌을 이용하여, 상기 정공 수송층 상에, 진공도 10-5㎩의 조건 하, TBADN의 증착 속도 1Å/sec로, TBADN 및 루브렌을 루브렌 농도가 1중량％로 되도록 70㎚의 두께로 성막하여, 발광 층을 형성하였다.
다음에, 상기 발광층 상에, 스피로-DPVBi를, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 20㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 전자 수송층을 형성하였다.
다음에, 상기 전자 수송층 상에, 스피로-DPVBi와, 하기 화학식 4로 표시되는 Liq를 중량비 1:1로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 증착 속도 1Å/sec로 막두께 12㎚로 성막하여, 전자 주입층을 형성하였다.
마지막으로, 상기 전자 주입층 상에 음극으로서 Al을 증착 속도 5Å/sec로 100㎚의 두께로 증착하였다. 이 때, ITO의 라인에 대하여 직교하도록, 또한, 발광 면적이 2㎜□로 되도록, 섀도 마스크를 통하여 Al막을 라인 형상으로 형성하였다.
[실시예 7]
(유기 EL 소자의 제작)
다음과 같이 하여 발광층을 형성한 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
호스트 재료로서 상기 화학식 2로 표시되는 TBADN을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 3으로 표시되는 루브렌을 이용하여, 상기 정공 수송층 상에, 진공도 10-5㎩의 조건 하, TBADN의 증착 속도 1Å/sec로, TBADN 및 루브렌을, 루브렌 농도가 1중량％로 되도록 30㎚의 두께로 성막하고, 이어서 루브렌의 증착 속도를 루브렌 농도가 1중량％로부터 3중량％로 높아지도록 빠르게 하면 서 10㎚의 두께로 성막하고, 또한 루브렌 농도가 3중량％로 되도록 30㎚의 두께로 성막하여, 발광층을 형성하였다.
[실시예 8]
(유기 EL 소자의 제작)
다음과 같이 하여 발광층을 형성한 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
호스트 재료로서 상기 화학식 2로 표시되는 TBADN을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 3으로 표시되는 루브렌을 이용하여, 상기 정공 수송층 상에, 진공도 10-5㎩의 조건 하, TBADN의 증착 속도 1Å/sec로, TBADN 및 루브렌을, 루브렌 농도가 3중량％로 되도록 30㎚의 두께로 성막하고, 이어서 루브렌의 증착 속도를 루브렌 농도가 3중량％로부터 1중량％로 낮아지도록 느리게 하면서 10㎚의 두께로 성막하고, 또한 루브렌 농도가 1중량％로 되도록 30㎚의 두께로 성막하여, 발광층을 형성하였다.
[실시예 9]
(유기 EL 소자의 제작)
다음과 같이 하여 발광층을 형성한 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
호스트 재료로서 상기 화학식 2로 표시되는 TBADN을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 3으로 표시되는 루브렌을 이용하여, 상기 정 공 수송층 상에, 진공도 10-5㎩의 조건 하, TBADN의 증착 속도 1Å/sec로, TBADN 및 루브렌을 루브렌 농도가 3중량％로 되도록 70㎚의 두께로 성막하여, 발광층을 형성하였다.
(평가)
도 23에 실시예 6∼9의 유기 EL 소자의 휘도-전압 특성, 도 24에 발광 효율-전류 밀도 특성을 나타낸다. 또한, 표 2에 실시예 6∼9의 유기 EL 소자의 발광 효율, 외부 양자 수율, 및 수명을 나타낸다.
Figure 112009055626153-pct00012
실시예 6∼9의 유기 EL 소자로부터는, 루브렌 유래의 황색의 발광이 관측되었다. 또한, 수명 특성에 대해서는, 250A/㎡의 정전류 밀도로 구동시킨 결과, 실시예 6∼8의 유기 EL 소자 모두 휘도 보유율 100％ 이상을 3700시간 유지하고, 휘도가 반감하는 추정 시간은 10000시간 이상이었다. 실시예 6∼9에서 이용한 정공 주입 수송층, 발광층, 전자 주입 수송층의 구성 재료의 조합에 있어서는, 발광 도펀트인 루브렌의 농도 구배를 양극측에서 높게 함으로써, 발광 효율 및 외부 양자 수율이 향상하는 것이 확인되었다.
[실시예 10]
(유기 EL 소자의 제작)
우선, 유리 기판 상에 양극으로서 ITO가 2㎜ 폭의 라인 형상으로 패터닝된 ITO 기판을 준비하였다. 그 ITO 기판 상에, 스피로-DPVBi와 MoO3을 중량비 67:33로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 1.5Å/sec의 증착 속도로 합계 막두께 10㎚로 되도록 성막하여, 정공 주입층을 형성하였다.
다음에, 상기 정공 주입층 상에, 스피로-DPVBi를, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 1.0Å/sec의 증착 속도로 막두께 10㎚로 되도록 진공 증착하여, 정공 수송층을 형성하였다.
호스트 재료로서 상기 화학식 2로 표시되는 TBADN을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 3으로 표시되는 루브렌 및 상기 화학식 7로 표시되는 안트라센디아민을 이용하여, 상기 정공 수송층 상에, 진공도 10-5㎩의 조건 하, TBADN의 증착 속도 1Å/sec로, TBADN 및 루브렌을 루브렌 농도가 1중량％로 되도록 35㎚의 두께로 성막하고, 또한 TBADN 및 안트라센디아민을 안트라센디아민 농도가 10중량％로 되도록 35㎚의 두께로 성막하여, 발광층을 형성하였다.
다음에, 상기 발광층 상에, 스피로-DPVBi를, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 20㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 전자 수송층을 형성하였다.
다음에, 상기 전자 수송층 상에, 스피로-DPVBi와, 상기 화학식 4로 표시되는 Liq를 중량비 1:1로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 증착 속도 1Å/sec로 막두께 12㎚로 성막하여, 전자 주입층을 형성하였다.
마지막으로, 상기 전자 주입층 상에 음극으로서 Al을 증착 속도 5Å/sec로 100㎚의 두께로 증착하였다. 이 때, ITO의 라인에 대하여 직교하도록, 또한, 발광 면적이 2㎜□로 되도록, 섀도 마스크를 통하여 Al막을 라인 형상으로 형성하였다.
[실시예 11]
(유기 EL 소자의 제작)
다음과 같이 하여 발광층을 형성한 것 이외에는, 실시예 10과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
호스트 재료로서 상기 화학식 2로 표시되는 TBADN을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 7로 표시되는 안트라센디아민을 이용하여, 상기 정공 수송층 상에, 진공도 10-5㎩의 조건 하, TBADN의 증착 속도 1Å/sec로, TBADN 및 안트라센디아민을 안트라센디아민 농도가 10중량％로 되도록 70㎚의 두께로 성막하여, 발광층을 형성하였다.
(평가)
도 25에 실시예 10의 유기 EL 소자의 휘도-전압 특성, 도 26에 발광 효율-전류 밀도 특성, 도 27에 수명 특성을 나타낸다. 또한, 표 3에 실시예 6, 10, 11의 유기 EL 소자의 발광 효율, 외부 양자 수율, 및 수명을 나타낸다.
Figure 112009055626153-pct00013
실시예 6, 10, 11의 유기 EL 소자로부터는, 양호한 발광 효율, 외부 양자 수율이 얻어졌다. 또한, 실시예 10의 유기 EL 소자의 수명 특성은, 250A/㎡의 정전류 밀도로 구동시킨 결과, 휘도가 반감하는 추정 시간은 8000시간 이상인 것으로 추정되었다.
[실시예 12]
(유기 EL 소자의 제작)
다음과 같이 하여 발광층을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
호스트 재료로서 하기 화학식 8로 표시되는 BAlq(비스-(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-4-(페닐페놀라토)알루미늄)을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 3으로 표시되는 루브렌을 이용하여, 정공 수송층 상에, BAlq 및 루브렌을, 루브렌 농도가 1중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 70㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
Figure 112009055626153-pct00014
[실시예 13]
(유기 EL 소자의 제작)
다음과 같이 하여 발광층을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
호스트 재료로서 하기 화학식 9로 표시되는 CBP를 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 3으로 표시되는 루브렌을 이용하여, 정공 수송층 상에, CBP 및 루브렌을, 루브렌 농도가 1중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 70㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
Figure 112009055626153-pct00015
[실시예 14]
(유기 EL 소자의 제작)
다음과 같이 하여 발광층을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
호스트 재료로서 하기 화학식 10으로 표시되는 스피로-6P를 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 3으로 표시되는 루브렌을 이용하여, 정공 수송층 상에, 스피로-6P 및 루브렌을, 루브렌 농도가 1중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 70㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
Figure 112009055626153-pct00016
(평가)
실시예 12∼14의 유기 EL 소자로부터는, 루브렌 유래의 황색의 발광이 관측되었다. 이들 유기 EL 소자의, 정면 휘도의 발광 효율, 전체 각도에 방사되는 발광을 관측하여 얻어진 광자 수와 투입한 전자 수로부터 산출되는 외부 양자 수율, 및 1㎃의 정전류 구동에 의한 발광 휘도가 반감할 때까지의 시간을 표 4에 나타낸다.
Figure 112009055626153-pct00017
[실시예 15]
(유기 EL 소자의 제작)
다음과 같이 하여 발광층을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
호스트 재료로서 상기 화학식 2로 표시되는 TBADN을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 하기 화학식 11로 표시되는 2,5,8,11-테트라-tert-부틸페릴렌(TBPe)을 이용하여, 정공 수송층 상에, TBADN 및 TBPe를, TBPe 농도가 1중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 70㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
Figure 112009055626153-pct00018
[실시예 16]
(유기 EL 소자의 제작)
우선, 유리 기판 상에 양극으로서 ITO가 2㎜ 폭의 라인 형상으로 패터닝된 ITO 기판을 준비하였다. 그 ITO 기판 상에, TBADN과 MoO3을 중량비 67:33로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 1.5Å/sec의 증착 속도로 합계 막두께 10㎚로 되도록 성막하여, 정공 주입층을 형성하였다.
다음에, 상기 정공 주입층 상에, TBADN을, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 1.0Å/sec의 증착 속도로 막두께 10㎚로 되도록 진공 증착하여, 정공 수송층을 형성하였다.
다음에, 호스트 재료로서 상기 화학식 10으로 표시되는 스피로-6P를 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 11로 표시되는 TBPe를 이용하여, 상기 정공 수송층 상에, 스피로-6P 및 TBPe를, TBPe 농도가 1중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 70㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
다음에, 상기 발광층 상에, TBADN을, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 10㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 전자 수송층을 형성하였다.
다음에, 상기 전자 수송층 상에, TBADN과, 상기 화학식 4로 표시되는 Liq를 중량비 1:1로 진공도 10-5㎩의 조건 하, 공증착에 의해 증착 속도 1Å/sec로 막두께 12㎚로 성막하여, 전자 주입층을 형성하였다.
마지막으로, 상기 전자 주입층 상에 음극으로서 Al을 증착 속도 5Å/sec로 100㎚의 두께로 증착하였다.
(평가)
실시예 15, 16의 유기 EL 소자로부터는, 청색의 발광이 관측되었다. 이들 유기 EL 소자의, 정면 휘도의 발광 효율, 전체 각도에 방사되는 발광을 관측하여 얻어진 광자 수와 투입한 전자 수로부터 산출되는 외부 양자 수율, 및 1㎃의 정전류 구동에 의한 발광 휘도가 반감할 때까지의 시간을 표 5에 나타낸다.
Figure 112009055626153-pct00019
[실시예 17]
(유기 EL 소자의 제작)
다음과 같이 하여 발광층을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
호스트 재료로서 상기 화학식 2로 표시되는 TBADN을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 하기 화학식 12로 표시되는 DCJTB를 이용하여, 정공 수송층 상에, TBADN 및 DCJTB를, DCJTB 농도가 1중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 70㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
Figure 112009055626153-pct00020
[실시예 18]
(유기 EL 소자의 제작)
다음과 같이 하여 발광층을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
호스트 재료로서 상기 화학식 2로 표시되는 TBADN을 이용하고, 발광 중심으로 되는 발광 도펀트로서 상기 화학식 12로 표시되는 DCJTB 및 상기 화학식 3으로 표시되는 루브렌을 이용하여, 정공 수송층 상에, TBADN, DCJTB 및 루브렌을, DCJTB 농도가 1중량％, 루브렌 농도가 1중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 70㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
(평가)
실시예 17, 18의 유기 EL 소자로부터는, DCJTB 유래의 적색의 발광이 관측되었다. 이 유기 EL 소자의, 정면 휘도의 발광 효율, 전체 각도에 방사되는 발광을 관측하여 얻어진 광자 수와 투입한 전자 수로부터 산출되는 외부 양자 수율, 및 1㎃의 정전류 구동에 의한 발광 휘도가 반감할 때까지의 시간을 표 6에 나타낸다.
DCJTB 및 루브렌을 도프한 경우(실시예 17)에는, DCJTB만을 도프한 경우(실시예 16)에 비하여, 적색의 특성이 향상되었다.
Figure 112009055626153-pct00021
[실시예 19]
(유기 EL 소자의 제작)
다음과 같이 하여 발광층을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
호스트 재료로서 상기 화학식 10으로 표시되는 스피로-6P를 이용하고, 발광 도펀트로서 상기 화학식 11로 표시되는 TBPe 및 상기 화학식 3으로 표시되는 루브렌을 이용하여, 정공 수송층 상에, 우선 스피로-6P 및 TBPe를, TBPe 농도가 1중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 35㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하고, 이어서 스피로-6P 및 루브렌을, 루브렌 농도가 1중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 35㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
(평가)
실시예 19의 유기 EL 소자로부터는, TBPe 및 루브렌 유래의 백색의 발광이 관측되었다. 이 유기 EL 소자의, 정면 휘도의 발광 효율은 8㏅/A, 외부 양자 수율은 3％, 1㎃의 정전류 구동에 의한 발광 휘도가 반감할 때까지의 시간은 2000시간이었다.
[실시예 20]
다음과 같이 하여 발광층을 형성한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
호스트 재료로서 상기 화학식 9로 표시되는 CBP를 이용하고, 발광 도펀트로서 하기 화학식 13으로 표시되는 Ir(piq)3을 이용하여, 정공 수송층 상에, CBP 및 Ir(piq)3을, Ir(piq)3 농도가 5중량％로 되도록, 진공도 10-5㎩의 조건 하, 증착 속도 1Å/sec로 70㎚의 두께로 진공 증착에 의해 성막하여, 발광층을 형성하였다.
Figure 112009055626153-pct00022
(평가)
이 유기 EL 소자의, 정면 휘도의 발광 효율은 5㏅/A, 외부 양자 수율은 5％, 1000㏅/㎡로 발광 개시한 수명 시간은 2000시간이었다.

Claims (19)

  1. 양극과, 상기 양극 상에 형성된 정공 주입 수송층과, 상기 정공 주입 수송층 상에 형성된 발광층과, 상기 발광층 상에 형성된 전자 주입 수송층과, 상기 전자 주입 수송층 상에 형성된 음극을 갖는 유기 전계발광 소자이며,
    상기 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 상기 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 했을 때, Ip2≥Ip3이고, 또한, 상기 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 상기 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2라고 했을 때, Ea1≥Ea2이며,
    상기 정공 주입 수송층과 상기 발광층의 사이에 제2 정공 주입 수송층이 형성되고, 상기 제2 정공 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea4라고 했을 때, Ea1≥Ea4≥Ea2 이며, 또한, 상기 정공 주입 수송층의 구조 재료의 이온화 포텐셜을 Ip1, 상기 제2 정공 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip4로 했을 때, Ip1<Ip4<Ip2인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  2. 양극과, 상기 양극 상에 형성된 정공 주입 수송층과, 상기 정공 주입 수송층 상에 형성된 발광층과, 상기 발광층 상에 형성된 전자 주입 수송층과, 상기 전자 주입 수송층 상에 형성된 음극을 갖는 유기 전계발광 소자이며,
    상기 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 상기 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 했을 때, Ip2≥Ip3이고, 또한, 상기 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 상기 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2라고 했을 때, Ea1≥Ea2이며,
    상기 전자 주입 수송층과 상기 발광층의 사이에 제2 전자 주입 수송층이 형성되고, 상기 제2 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip5라고 했을 때, Ip2≥Ip5≥Ip3이고, 또한, 상기 전자 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea3, 상기 제2 전자 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea5라고 했을 때, Ea2<Ea5<Ea3인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  3. 대향하는 양극 및 음극의 사이에, 정공 주입 수송층과 발광층과 전자 주입 수송층이 순차 적층된 발광 유닛을 복수개 갖고, 인접하는 상기 발광 유닛 간에 전하 발생층이 형성된 유기 전계발광 소자이며,
    상기 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 상기 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 했을 때, Ip2≥Ip3이고, 또한, 상기 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 상기 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2라고 했을 때, Ea1≥Ea2이고,
    상기 정공 주입 수송층과 상기 발광층의 사이에 제2 정공 주입 수송층이 형성되고, 상기 제2 정공 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea4라고 했을 때, Ea1≥Ea4≥Ea2 이며, 또한, 상기 정공 주입 수송층의 구조 재료의 이온화 포텐셜을 Ip1, 상기 제2 정공 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip4로 했을 때, Ip1<Ip4<Ip2인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  4. 대향하는 양극 및 음극의 사이에, 정공 주입 수송층과 발광층과 전자 주입 수송층이 순차 적층된 발광 유닛을 복수개 갖고, 인접하는 상기 발광 유닛 간에 전하 발생층이 형성된 유기 전계발광 소자이며,
    상기 발광층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip2, 상기 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip3이라고 했을 때, Ip2≥Ip3이고, 또한, 상기 정공 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea1, 상기 발광층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea2라고 했을 때, Ea1≥Ea2이고,
    상기 전자 주입 수송층과 상기 발광층의 사이에 제2 전자 주입 수송층이 형성되고, 상기 제2 전자 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip5라고 했을 때, Ip2≥Ip5≥Ip3이고, 또한, 상기 전자 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea3, 상기 제2 전자 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea5라고 했을 때, Ea2<Ea5<Ea3인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 정공 주입 수송층의 구성 재료의 이온화 포텐셜을 Ip1이라고 했을 때, Ip1<Ip2인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 전자 주입 수송층의 구성 재료의 전자 친화력을 Ea3이라고 했을 때, Ea2<Ea3인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정공 주입 수송층 및 상기 전자 주입 수송층이, 정공 및 전자를 수송할 수 있는 바이폴라 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 정공 주입 수송층에 함유되는 바이폴라 재료와, 상기 전자 주입 수송층에 함유되는 바이폴라 재료가 동일한 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 발광층이, 정공 및 전자를 수송할 수 있는 바이폴라 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 정공 주입 수송층에 함유되는 바이폴라 재료와, 상기 전자 주입 수송층에 함유되는 바이폴라 재료와, 상기 발광층에 함유되는 바이폴라 재료가 동일한 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 바이폴라 재료가, 디스티릴아렌 유도체, 다방향족 화합물, 방향족 축합환 화합물류, 카르바졸 유도체, 또는 복소환 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 바이폴라 재료가, 4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐(DPVBi), 스피로-4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐(스피로-DPVBi), 4,4'-비스(카르바졸-9-일)비페닐(CBP), 2,2',7,7'-테트라키스(카르바졸-9-일)-9,9'-스피로-비플루오렌(스피로-CBP), 4,4"-디(N-카르바졸릴)-2',3',5',6'-테트라페닐-p-테르페닐(CzTT), 1,3-비스(카르바졸-9-일)-벤젠(m-CP), 3-tert-부틸-9,10-디(나프타-2-일)안트라센(TBADN), 또는 하기 화학식 I로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
    <화학식 I>
    Figure 112014038759685-pct00023
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정공 주입 수송층이, 적어도 상기 양극과의 계면에, 정공 주입 수송층용 유기 화합물에 산화성 도펀트가 혼합된 영역을 갖고, 또한, 상기 전자 주입 수송층이, 적어도 상기 음극과의 계면에, 전자 주입 수송층용 유기 화합물에 환원성 도펀트가 혼합된 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 산화성 도펀트가 금속 산화물인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 금속 산화물이 MoO3 또는 V2O5인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 환원성 도펀트가 금속, 금속 화합물, 또는 유기 금속 착체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 금속, 금속 화합물, 또는 유기 금속 착체가, 일 함수가 4.2eV 이하인, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속, 및 희토류 금속을 포함하는 전이 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  18. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광층이 호스트 재료와 발광 도펀트를 함유하고 있고, 상기 발광층 중의 상기 발광 도펀트의 농도에 분포가 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  19. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광층이, 호스트 재료와, 2종류 이상의 발광 도펀트를 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
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