KR20040044066A - 유기 전계 발광 소자 및 발광 장치 - Google Patents

유기 전계 발광 소자 및 발광 장치 Download PDF

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KR20040044066A
KR20040044066A KR1020027012973A KR20027012973A KR20040044066A KR 20040044066 A KR20040044066 A KR 20040044066A KR 1020027012973 A KR1020027012973 A KR 1020027012973A KR 20027012973 A KR20027012973 A KR 20027012973A KR 20040044066 A KR20040044066 A KR 20040044066A
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electroluminescent device
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다다시 이시바시
신이찌로 다무라
나오유끼 우에다
마리 이찌무라
지로 야마다
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소니 가부시끼 가이샤
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    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
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Abstract

본 발명은 발광층에 포함되는 발광 재료의 농도나 인가 전압 등의 구동 조건에 의해서도 발광색 (색상)이나 발광 효율이 달라지지 않으며, 고휘도, 고성능의 안정되고 신뢰성 높은 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다. 상기 유기 전계 발광 소자는 양극 (6), 정공 수송층 (2), 발광층 (3), 전자 수송층 (4), 또는 양극 (6), 정공 수송층 (2), 발광겸 전자 수송층 (4)을 포함하며, 양극 (6)과 음극 (7)의 사이에 단독적인 박막으로 협지된 상태로 있어서 전압 인가에 의해 전계 발광을 나타내는 전하 수송성 발광 재료와 상기 발광 재료로의 전하 주입을 촉진하기 위한 전하 수송능을 갖지만, 그 재료가 발광 재료와는 상이한 전하 주입 촉진 재료와의 혼합층에 의해 발광 영역이 형성되고, 상기 발광 영역이 인접층과의 계면 또는 그 근방 뿐만 아니라 층두께 방향으로의 일정한 두께 영역에 걸쳐 존재한다.

Description

유기 전계 발광 소자 및 발광 장치 {Organic Electroluminescence Device And Light-Emitting Apparatus}
텔레비젼 수상기, 컴퓨터 모니터, 휴대 정보 단말기 등의 디스플레이는 일상 생활에서 큰 역할을 담당하고 있다. 인터넷이 발달함에 따라 휴먼 인터페이스로서의 디스플레이의 중요성은 점점 커지고 있다. 눈에 피로하지 않고, 정밀도 높은 화면으로 보기 쉬우며, 동시에 동화상이 지연되지 않고 선명하고 화려하게 보이는 고해상도, 고속 응답의 디스플레이가 요구되고 있다.
유기 화합물을 발광 재료로 사용하는 유기 EL 소자는 시야각이 넓고, 콘트라스트가 높으며 가시성이 우수하다. 또한, 자발광으로서 액정과 같은 백 라이트가 불필요하기 때문에 박형, 경량화를 실현할 수 있으며, 소비 전력면에서도 유리하다고 여겨지고 있다.
또한, 유기 화합물을 발광 재료로 사용하는 유기 EL 소자는 직류 저전압 구동이 가능하고, 응답 속도도 빠르며, 또한 진동에 강하고 사용 온도 범위도 넓다는 등의 특징이 있어 차세대 표시 소자로서 주목을 받고 있으며 일부 상품화도 진행되고 있다.
유기 발광 재료를 사용한 유기 전계 발광 소자는 적어도 어느 한쪽이 광투과성을 갖는 양극과 음극 사이에 유기 발광 재료를 포함하는 유기 전계 발광층을 삽입한 것이며, 직류 전압을 인가함으로써 발광이 발생한다.
도 10 내지 도 12에는 종래의 유기 전계 발광 소자 (유기 EL 소자)의 예를 각각 나타내었다.
도 10은 투광성 유리 등의 기판 (10) 상에 투광성 ITO (Indium Tin Oxide) 등의 양극 (6), 정공 수송층 (2) 및 전자 수송층 (4)를 포함하는 유기층 (15a), 음극 (7)이 순서대로 적층된 적층 구조를 가지며, 상기 적층 구조가 보호층 (14)에 의해 밀폐되어 이루어진 싱글 헤테로 구조의 유기 전계 발광 소자이다. 이 경우, 전원 (20)에 의한 직류 전압을 인가함으로써 정공 수송층 (2)와 전자 수송층 (4)의 계면에서 소정 파장의 발광 (5)를 발생한다.
또한, 도 11은 투광성 기판 (10) 상에 투광성 양극 (6), 필요에 따라 정공 주입층 (1), 정공 수송층 (2), 발광층 (3) 및 전자 수송층 (4)를 포함하는 유기층 (15b)와 음극 (7)이 순서대로 적층된 적층 구조를 가지며, 상기 적층 구조가 보호층 (14)에 의해 밀폐되어 이루어진 더블 헤테로 구조의 유기 전계 발광 소자이다. 이 경우, 양극 (6)과 음극 (7) 사이에 전원 (20)에 의한 직류 전압을 인가함으로써, 양극 (6)에서 주입된 정공이 정공 수송층 (2)를 거치고, 또한 음극 (7)에서 주입된 전자가 전자 수송층 (4)를 거쳐 각각 발광층 (3)에 도달한다. 그 결과, 발광층 (3)에서는 전자/정공이 재결합되어 단일선 여기자가 생성되며, 상기 단일선 여기자로부터 소정 파장의 발광 (5)를 발생한다.
도 12는 상기한 유기 전계 발광 소자를 사용한 평면 디스플레이의 구성예이다. 도시한 바와 같이, 예를 들면 풀 컬러 디스플레이의 경우에는 적색(R), 녹색 (G) 및 청색(B)의 3원색을 발광할 수 있는 유기층 (15) (즉 15a, 15b)가 음극 (7)과 양극 (6) 사이에 배치되어 있다. 음극 (7) 및 양극 (6)은 서로 교차하는 스트라이프형으로 설치할 수 있으며, 휘도 신호 회로 (24) 및 시프트 레지스트가 내장된 제어 회로 (25)에 의해 선택되어 각각 신호 전압이 인가되며, 이에 따라 선택된 음극 (7) 및 양극 (6)이 교차하는 위치(화소)의 유기층이 발광하도록 구성되어 있다.
발광층에는 여러가지 재료가 사용되는데, 발광층에 2종류 이상의 재료를 함유시키는 소자 구조의 예로서, 도 10의 경우에는 전자 수송층에 발광 재료를 함유시켜 발광층을 겸하는 전자 수송층 (4)와 정공 수송층 (2)의 2층 구조가 씨.더블유.탕 (C.W.Tang), 에스.에이.반슬리크 (S.A.VanSlyke) 및 씨.에이치.첸(C.H.Chen)에 의한 문헌 [J. of Appl. Phys. 65-9, 3610-3616 (1989)]에 보고되어 있으며, 특허 출원되어 있다 [일본 특허 공개 (소)63-264692호].
이 공지된 기술의 목적은 보다 낮은 전압을 인가할 때에도, 가능한 파장 범위가 보다 넓어서 광출력을 발생시킬 수 있고 높은 안정성 수준을 나타낼 수 있는 전계 발광 소자를 제공하는 것이다. 이를 실현하는 수단으로서, 발광층은 정공 및전자 둘다의 주입을 지속시킬 수 있는 유기질 호스트 물질 및 정공-전자 재결합에 응답하여 광을 방사할 수 있는 형광 물질로 구성되어 있다.
이러한 형광 물질을 소량 혼합함으로써 방사되는 광의 색상을 변성시킨다. 이러한 효과를 달성하는 데 충분한 형광 물질의 최소 비율은 호스트 물질 및 형광 물질의 특정적 선택에 따라 달라지지만, 상기한 공지 기술에 따르면 어떠한 경우에도 형광 물질을 호스트 물질의 몰수를 기준으로 약 10 몰％ 이상 사용할 필요는 없으며, 공보 명세서에는 형광 물질을 1 몰％ 이상 사용하는 것은 거의 불필요하다고 기재되어 있다.
또한, 상기 공보 명세서에서 색상을 농도의 함수로서 나타낸 실시예 7-13의 표 II에 따르면, 형광 물질로서 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-[2-(9-유롤리딜)에테닐]-4H-티오피란을 사용하여 이를 4.4 몰％ 함유시켰을 때의 발광 효율이 이를 함유시키지 않은 경우를 1.0로 하여 비교했을 때 0.14까지 감소되었다. 한편, 발광 파장은 형광 물질을 함유시키지 않은 경우에는 535 nm였지만, 형광 물질의 농도 증가와 함께 장파장화되어 4.4 몰％의 농도시에는 690 nm나 된다고 개시되어 있다.
이상에서 인용한 공지 기술은 발광층이 단일한 발광 재료로 구성되는 경우에 비해 몇가지 잇점이 있다. 그 중 하나는 발광 파장을 쉽게 변화시킬 수 있다는 점이다. 발광층이 단일한 발광 재료로 구성되는 경우에는 발광색을 변화시키기 위해 발광 재료의 화학 구조를 변화시킬 필요가 있기 때문에, 예를 들면 파장 변동을 위한 치환기를 도입하기 위해 매번 새로운 재료를 합성할 필요가 생기지만, 상기한 공지 기술의 방법을 이용하면 소량의 형광 물질을 호스트 물질 중에 함유시킴으로써 발광 파장을 변화시킬 수 있다. 또한, 스스로 막형성능 및 전하 수송성을 갖지 않는 형광 물질도 사용할 수 있다.
그러나, 상기 공지된 기술은 실용성에서 중대한 문제가 있다. 즉, 상기 공보 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 형광 물질의 농도 변동에 따라 색상 및 발광 효율이 크게 달라지기 때문에, 이들 특성을 유지하는 데 있어서 제조 공정상의 품질 관리가 어렵다. 또한, 색상은 인가하는 전압 및 전류 밀도에 따라서도 달라지기 때문에, 디스플레이 소자에 적용했을 경우 안정된 색상으로 제어하는 것이 어렵다.
또한, 도 10 및 도 11에 나타낸 구조를 갖는 소자에서는 모두 유기층 2-4 사이, 2-3 사이 또는 3-4 사이의 계면 또는 그 근방에 전자 및 정공이 집중되기 때문에, 상기 계면 또는 그 근방에서만 발광이 생기므로 소자의 수명면에 있어서도 쉽게 열화되고 신뢰성이 부족해진다. 예를 들면, 각 구성층의 에너지 수준이 도 13 및 도 14에 나타낸 바와 같은 도 11의 구조물에서, 발광층 (3)이 전자 수송 성능을 갖는 단일 재료로 구성된 층인 경우 (도 13)에는 정공과 전자가 효율적으로 재결합하는 영역 (발광 영역)이 발광층 내에서 정공 수송층과 인접한 계면 근방에 집중되며, 또한, 단일 재료로 구성된 층의 재료가 정공 수송 성능을 갖는 경우 (도 14)에는 발광 영역이 발광층 내에서 전자 수송층과 인접한 계면 근방에 집중된다.
본 발명은 이러한 기술적 배경을 감안하여 이루어진 것으로서, 발광색 (색상) 및 발광 효율이 발광층에 포함되는 발광 재료의 농도 및 인가 전압 등의 구동 조건에 따라 달라지지 않고, 고휘도, 고성능의 안정되고 신뢰성 높은 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 개시
즉, 본 발명은 상술한 과제를 달성하기 위한 신규하고 유효한 발광층 구성물을 제공하기 위한 것이며, 발광 영역을 갖는 유기층이 양극과 음극 사이에 설치되어 있으며, 상기 유기층이 양극과 음극 사이에 단독적인 박막으로 협지된 상태로 있어서 전압 인가에 의해 전계 발광을 나타내는 구성층을 1층 이상 포함하고 전하 수송능을 갖는 발광 재료와 상기 발광 재료로의 전하 주입을 촉진하기 위한 전하 수송능을 갖는 전하 주입 촉진 재료와의 혼합층을 포함하며, 상기 발광 영역이 인접층과의 계면 또는 그 근방 뿐만 아니라 상기 계면 또는 그 근방에서부터 층두께 방향으로의 일정한 두께 영역에 걸쳐 있음을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자, 및 상기 유기 전계 발광 소자를 이용한 발광 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 양극, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 또는 양극, 정공 수송층, 발광 겸 전자 수송층을 포함하며, 양극과 음극 사이에 단독적인 박막으로서 협지된 상태로 있어서 전압 인가에 의해 전계 발광을 나타내는 전하 수송성 발광 재료와 상기 발광 재료로의 전하 주입을 촉진하기 위한 전하 수송능을 갖지만, 그 재료가 발광 재료와는 상이한 전하 주입 촉진 재료와의 혼합층에 의해 발광 영역이 형성되고, 상기 발광 영역이 인접층과의 계면 또는 그 근방 뿐만 아니라 층두께 방향으로의 일정한 두께 영역에 걸쳐 존재하기 때문에 발광이 상기 계면 또는 그 근방에 한정되지 않고 발광층의 광범위한 영역에서 발생하게 된다 (가령 층두께 방향에서 어느 한 부분의 성능이 열화되어도 그의 상부 또는하부 부분에서 발광이 발생하고, 이것이 발광층의 일정한 두께 영역에 걸쳐 발생하게 됨). 그 결과, 소자 구동의 수명을 대폭적으로 개선할 수 있게 된다.
또한, 상기에서 기술한 공지된 기술 (일본 특허 공개 (소)63-264692호)과 비교할 때, 본 발명에서 사용하는 발광 재료는 그의 발광이 형광에 유래하는 것이 있기는 하지만, 양극과 음극 사이에 단독적인 박막으로서 협지된 상태로 있어서 직류 전압이 인가되면 그 자체가 전계 발광을 나타낸다는 점에서 상기 선행 기술과 상이하다. 즉, 발광 재료 자체가 전계 발광성과 전하 수송능을 갖기 때문에, 발광층 내에 정공-전자의 주입을 유지하기 위한 호스트 재료에 해당하는 재료를 함유할 필요가 없으며, 또한 발광 재료는 정공-전자의 재결합에 응답하여 광을 방사하는 것이 아니라 스스로 정공-전자의 재결합을 행하여 광을 방사하는 성능을 갖고 있다. 따라서, 색상 및 발광 효율이 발광 재료의 농도에 따라 그다지 달라지지 않으므로 안정된 색상을 얻을 수 있다.
본 발명은 발광 영역을 갖는 유기층이 양극과 음극 사이에 설치되어 있는 유기 전계 발광 소자 (유기 EL 소자), 및 이를 이용한 디스플레이 디바이스 등의 발광 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 기초한 유기 전계 발광 소자 각 층의 에너지 수준과 발광 메카니즘을 나타내는 도면이다.
도 2는 다른 유기 전계 발광 소자 각 층의 에너지 수준과 발광 메카니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 다른 유기 전계 발광 소자 각 층의 에너지 수준과 발광 메카니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 또 다른 유기 전계 발광 소자 각 층의 에너지 수준과 발광 메카니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 비교예에 의한 유기 전계 발광 소자의 발광 스펙트럼이다.
도 6은 본 발명에 기초한 유기 전계 발광 소자의 발광 스펙트럼이다.
도 7은 발광 영역 측정에 사용하는 유기 전계 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 8은 실측된 발광 스펙트럼과 발광층 내에서의 발광 분포로부터 예측되는 발광 스펙트럼과의 대응 관계를 나타내는 스펙트럼이다.
도 9는 발광층 내의 발광 분포를 나타내는 스펙트럼이다.
도 10은 종래의 유기 전계 발광 소자 주요부의 개략적인 단면도이다.
도 11은 다른 유기 전계 발광 소자 주요부의 개략적인 단면도이다.
도 12는 유기 전계 발광 소자를 사용한 풀 컬러의 평면 디스플레이의 구성도이다.
도 13은 유기 전계 발광 소자 각 층의 에너지 수준과 발광 메카니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 14는 다른 유기 전계 발광 소자 각 층의 에너지 수준과 발광 메카니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명에서는, 상기한 두께 영역에서 혼합층과 인접한 전자 수송층 및 정공 수송층과 상기 혼합층과의 각 계면 또는 두 계면으로부터의 발광 강도가 상기 두 계면 각각으로부터 등거리 위치에서 25％ 이상인 것이 바람직하다. 이러한 발광영역은 상기 혼합층의 전체 두께에 걸쳐 존재하는 것이 바람직하다.
또한, 발광층 내에서 발광 재료로의 전하 주입을 촉진하기 위한 전하 수송능을 갖는 전하 주입 촉진 재료에 대한 상기 발광 재료의 농도 범위는 바람직하게는 5 내지 90 몰％ (대략 5 내지 90 중량％), 더욱 바람직하게는 10 내지 90 몰％ (대략 10 내지 90 중량％)이다.
이에 대하여, 이미 상술한 공지된 기술 (일본 특허 공개 (소)63-264692호)에서는 형광 물질의 최소 비율이 호스트 물질 및 형광 물질의 특정적 선택에 따라 달라지지만, 어떠한 경우에도 형광 물질을 호스트 물질의 몰수를 기준으로 약 10 몰％ 이상 사용할 필요는 없으며 형광 물질을 1 몰％ 이상 사용하는 것은 거의 불필요하다고 기재되어 있고, 이는 본 발명에서 사용하는 발광 재료의 바람직한 농도 범위와 실질적으로 중복되지 않는다. 또한, 본 발명에서는 발광 재료의 사용 농도의 변동에 따라 색상이 변화하지 않는데, 이는 형광 물질의 농도를 변화시킴으로써 색상을 적극적으로 변화시키고자 하는 공지된 선행 기술과는 근본적으로 상이한 것이다.
또한, 정공-전자 재결합에 의한 발광 재료의 광방사를 촉진하기 위해서, 발광층 중에 포함시키는 전하 주입을 촉진하기 위한 전하 수송 성능을 갖는 전하 주입 촉진 재료는 (1) 최저 비점유 분자 궤도 (LUMO)의 에너지 준위가 발광 재료의 에너지 준위와 비교하여 동일하거나 그보다 작거나 (낮거나), 또는 최고 점유 분자 궤도(HOMO)의 에너지 준위가 발광 재료의 에너지 준위와 비교하여 동일하거나 그보다 큰 (높은) 것이 바람직하다. 또는, (2) 최저 비점유 분자 궤도 (LUMO)의 에너지 준위가 발광 재료의 에너지 준위와 비교하여 동일하거나 그보다 작고, 동시에 최고 점유 분자 궤도(HOM0)의 에너지 준위가 발광 재료의 에너지 준위와 비교하여 동일하거나 그보다 큰 것이 바람직하다.
이러한 에너지 조건을 만족시킬 수 있다면, 상기 (1)의 경우, 발광 재료로의 전하 주입을 촉진하기 위한 전하 수송 성능을 갖는 재료로서는 전자 수송층에 사용된 재료와 동일한 재료를 사용할 수 있고, 발광 재료로의 전하 주입을 촉진하기 위한 전하 수송 성능을 갖는 재료로서는 정공 수송층에 사용되는 재료와 동일한 재료를 사용할 수 있다. 또한, 상기 (2)의 경우, 발광 재료로의 전하 주입을 촉진하기 위한 전하 수송 성능을 갖는 재료로서는 전자 수송층에 사용된 재료와 동일한 재료 및 정공 수송층에 사용된 재료와 동일한 재료 둘다를 사용할 수 있다. 또한, 상기 혼합층과 인접하는 정공 수송층의 최저 비점유 분자 궤도(LUMO)의 에너지 준위는 상기 발광 재료 및 상기 전하 주입 촉진 재료의 에너지 준위보다 낮은 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자에서는 음극에서 주입된 전자와 양극에서 주입된 정공 중 어느 하나 또는 두가지 모두가 유기층/유기층 계면에 집중됨으로써 전자와 정공이 재결합되어 발광을 얻는 메카니즘을 이용하는 것이 아니라, 발광층 내의 전하 수송능을 갖는 재료 중에서 발광 재료를 효율적인 전자 및 정공의 트랩으로 작용시켜 발광 재료 중에서 재결합시킴으로써 발광을 얻는다. 따라서, 발광 영역이 유기층/유기층 계면 근방에 집중되지 않으며 발광층 내에 광역적으로 확대되어 존재한다는 특징을 갖기 때문에, 발광 재료가 발광층 중에 단독으로 존재하는경우에 비해 소자의 신뢰성을 대폭 개선시킨다. 이는 발광층 중 전하 밀도의 집중이 소자의 열화를 촉진함을 의미한다.
도 13, 도 14에 나타낸 바와 같이, 발광층이 단일한 재료로 구성된 층 (3)일 때, (A) 상기 재료가 전자 수송 성능을 갖는 경우 (도 13)에는 정공과 전자를 효율적으로 재결합 (8)시키는 영역 (발광 영역)이 발광층 (3) 내의 정공 수송층 (2)와 접한 계면 근방에 집중되며, (B) 단일한 재료로 구성된 발광층 (3)의 재료가 정공 수송 성능을 갖는 경우 (도 14)에는 발광 영역이 발광층 (3) 내의 전자 수송층 (4)와 접한 계면 근방에 집중된다.
이에 대하여, 본 발명에 기초하여 발광층으로서 (C) 전자 수송 성능을 갖는 전하 주입 촉진 재료 (18)와 전자 수송 성능을 갖는 발광 재료를 혼합한 층을 사용한 경우 (도 1) 및 (D) 정공 수송 성능을 갖는 전하 주입 촉진 재료 (18)와 정공 수송 성능을 갖는 발광 재료를 혼합한 층을 사용한 경우 (도 2)에는 어느 정도 정공과 전자가 효율적으로 재결합 (19)되는 영역 (발광 영역)이 계면보다 발광층 내 (층두께 방향으로의 일정한 두께 영역 내)로 확대된 상태가 된다. 또한, 발광층으로서 (E) 전자 수송 성능을 갖는 전하 주입 촉진 재료 (18)와 정공 수송 성능을 갖는 발광 재료를 혼합한 층을 사용한 경우 (도 3) 및 (F) 정공 수송 성능을 갖는 전하 주입 촉진 재료 (18)와 전자 수송 성능을 갖는 발광 재료를 혼합한 층을 사용한 경우 (도 4)에는 전자 및 정공의 밀도가 유기층/유기층 계면 부근에만 집중되지 않고, 발광층 내 (더 확대된 두께 영역 내)로 분산된 상태가 되며, 정공과 전자의 재결합 (19)도 발광층 내로 분산되어 광범위하게 발생한다. 따라서, 소자의 열화가발광층 내의 한부분에서 집중적으로 일어나는 것이 아니라 광범위한 영역에서 일어나기 때문에 결과적으로 소자의 수명이 길어지며 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
발광층 내 발광 영역의 분포는 소자에 인가되는 전압치, 전류값, 및 발광 휘도에 따라 변화하기도 하지만, 디스플레이 등과 같이 목적에 따른 실효 이용 휘도에 있어서는 발광층이 정공 수송층과 접한 계면 및 발광층이 전자 수송층과 접한 계면 둘다 또는 이들 중 한쪽에서의 발광 강도가 상기 발광층 양단의 각 계면에서 등거리 위치, 즉 발광층 중심 부분에서 25％ 이상인 것이 바람직하다. 이와 같이, 발광층의 전체 두께 영역을 발광 영역으로서 유효하게 이용함으로써 소자의 신뢰성을 대폭적으로 향상시킬 수 있다.
이와 같이 발광 영역을 계면 부근에만 집중시키지 않고 분산시켜 소자의 신뢰성을 향상시키기 위해서는, 상기 (E)에서의 전하 주입 촉진 재료는 전자 수송 성능 뿐만 아니라 정공 수송 성능도 가질 수 있다. 또한, 상기 (E)에서의 발광 재료는 정공 수송 성능 뿐만 아니라 전자 수송 성능도 가질 수 있다. 또한, 상기 (F)에서의 전하 주입 촉진 재료는 정공 수송 성능 뿐만 아니라 전자 수송 성능도 가질 수 있다. 또한, 상기 (F)에서의 발광 재료는 전자 수송 성능 뿐만 아니라 정공 수송 성능도 가질 수 있다.
또한, 화소의 적어도 일부에 본 발명의 유기 전계 발광 소자를 사용한 디스플레이 디바이스를 구성할 수도 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명의 유기 전계 발광 소자를 적용한 소자의 구조예에 대하여 설명한다. 도 10은 양극 (6), 정공 수송층 (2), 발광 겸 전자 수송층 (4), 음극 (7)을 포함하는 소자 구조이고, 도 11은 양극 (6), 필요에 따라 정공 주입층 (1), 정공 수송층 (2), 발광층 (3), 전자 수송층 (4), 음극 (7)을 포함하는 소자 구조로서, 모두 본 발명에 적용할 수 있지만, 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이 발광층에는 전하 (전자 또는 정공) 주입 촉진 재료를 혼합한다. 양극 (6)과 음극 (7) 사이에 전압을 인가하여 전류가 흐르면 소자가 발광한다.
유기 전계 발광 소자를 지지하기 위한 기판 (10)은 양극 (6) 또는 음극 (7)과 접해 있다. 사용하는 기판으로는 유리, 석영, 플라스틱 등의 광투과성 기판 및 실리콘 등과 같이 가시광 영역에서 광투과성이 없는 기판, 박막 트랜지스터 회로를 표면에 형성한 기판 등을 소자의 목적에 맞추어 사용할 수 있다.
양극 (6) 또는 음극 (7)의 적어도 한쪽에 광투과성을 부여함으로써 발광 겸 전자 수송층 (4) 또는 발광층 (3)에서 방사된 광을 외부로 배출시킬 수 있다. 양극 (6)에 사용하는 재료로는 ITO, SnO2및 Cr, Pd, In, Au, W, Ni 등의 금속 및 이들을 포함하는 합금을 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 음극 (7)에 사용하는 재료로는 Li, Mg, Ca 등의 활성 금속 또는 이들 금속을 포함하는 Ag, Al, In 등과 같은 금속과의 합금을 사용할 수 있으며, 또한 이들의 금속층이 적층된 구조일 수도 있다. 여기서 예로 들은 재료는 사용가능한 재료 중 몇가지 만을 예시한 것으로, 목적에 따라 다른 재료를 사용할 수도 있다. 또한, 전계 발광 소자의 구동 수명을개선할 목적으로, 소자에 외부로부터의 물 및 산소 등의 침입을 차단하는 조치를 취할 수도 있다.
양극 (6)과 정공 수송층 (2) 사이에 정공 주입을 촉진하기 위한 정공 주입층 (1)을 설치할 수 있다. 이의 재료로는 미국 특허 제4720432호에 기재된 포르피린 화합물 등을 사용할 수 있다. 또한, 발광 겸 전자 수송층 및 발광층으로의 정공 주입을 쉽게 하기 위한 정공 수송층을 단층이 아닌 적층 구조로 할 수 있다. 전자 수송층 및 정공 수송층의 구성 재료도 공지된 것 중에서 적절하게 선택할 수 있다. 또한, 음극 (7)에서 발광 겸 전자 수송층 및 전자 수송층으로의 전자 주입을 쉽게 하기 위해 LiF 및 LiO2등의 박층을 삽입할 수도 있다. 또한, 발광층에서 전자 수송층으로 정공이 주입되는 경우에는, 이를 방지할 목적으로 홀 블럭층을 설치할 수도 있다.
발광층에 포함시키는 발광 재료의 유용한 예로는 일본 특허 공개 (평)11-329730호, 일본 특허 공개 (평)11-329731호, 일본 특허 공개 2000-91076호, 일본 특허 공개 2000-173773호, 일본 특허 공개 2000-12224호, 일본 특허 공개 2000-12225호, 일본 특허 공개 2000-12226호, 일본 특허 공개 2000-12227호, 일본 특허 공개 2000-12228호, 일본 특허 공개 2000-91073호, 일본 특허 공개 2000-91074호, 일본 특허 공개 2000-91075호, 일본 특허 공개 2000-173774호, 일본 특허 공개 2001-110570호, 일본 특허 공개 2001-110571호 등에 기재된 스티릴 또는 디스티릴 구조를 분자 골격 내에 갖는 것을 들 수 있다. 이들 재료는 본 발명의 전제 조건처럼 그 자체가 비정질의 박막 형성능을 가지며 양극과 음극 사이에 단독적인 박막으로 협지된 상태로 있어서 직류 전압을 인가하면 전계 발광을 나타낸다.
발광 재료로의 전하 주입을 촉진하기 위한 전하 수송능을 갖는 재료 (전하 주입 촉진 재료)로는 일반적으로 사용되는 전자 수송 재료 및 정공 수송 재료 중에서 선택하여 적절하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 화합물 1의 농도와 발광 효율
본 실시예는 하기 화합물 1의 스티릴 화합물과 하기 Alq3(트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄)의 혼합층을 전자 수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 발광 휘도와 발광 효율의 관계를 조사한 예이다.
즉, 진공 증착법을 통해 화합물 1의 스티릴 화합물과 전자 수송 재료인 Alq3의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다. 또한, 기판으로는 유리 기판을 사용하였고, 양극은 ITO, 정공 수송층은 하기의 α-NPD, 음극은 Mg-Ag을 각각 사용하여 통상적인 방법에 따라 형성하였다. 하기의 소자 구조에 있어서, [] 안은 막두께를 나타낸다 (이하, 동일).
소자 구조:
소자 (1-1):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1:Alq3= 1:9
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (1-2):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1:Alq3= 3:7
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (1-3):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1:Alq3= 5:5
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (1-4):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1:Alq3= 8:2
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (1-5):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1:Alq3= 9:1
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
이와 같이 제조한 유기 전계 발광 소자 (1-1), (1-2), (1-3), (1-4) 및 (1-5)의 발광 휘도와 발광 효율의 관계를 하기 표 1에 나타내었다. 발광 효율은 전류값에 대한 휘도의 비율로서 구하였다.
이 결과는 발광 재료의 농도와 상관없이 실용 휘도 영역 (1 내지 1000 cd/m2)에서 본 발명에 기초한 소자 (1-1), (1-2), (1-3), (1-4) 및 (1-5)의 발광 효율은 모두 높아 안정된 발광 효율을 나타내며, 이들 소자에는 발광 재료가 고농도일 때 발생하는 농도 소광 등의 문제가 없음을 나타낸다.
<실시예 2> 화합물 1의 농도와 발광 효율
본 실시예는 상기 화합물 1의 스티릴 화합물과 상기 α-NPD의 혼합층을 정공 수송성 발광층으로서 사용하여 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 발광 휘도와 발광 효율의 관계를 조사한 예이다.
즉, 진공 증착법을 통해 화합물 1의 스티릴 화합물과 정공 수송 재료인 α-NPD의 혼합층을 발광층으로서 형성하고, 그 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
소자 구조:
소자 (2-1):
ITO/α-NPD [30 nm]/ 화합물 1:α-NPD = 1:9
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (2-2):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1:α-NPD = 3:7
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (2-3):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1:α-NPD = 5:5
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (2-4):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1:α-NPD = 8:2
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (2-5):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1:α-NPD = 9:1
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
이와 같이 제조한 유기 전계 발광 소자 (2-1), (2-2), (2-3), (2-4) 및 (2-5)의 발광 휘도와 발광 효율의 관계를 하기 표 2에 나타내었다. 발광 효율은 전류값에 대한 휘도의 비율로서 구하였다.
이 결과는 발광 재료의 농도와 상관없이 실용 휘도 영역 (1 내지 1000 cd/m2)에서 본 발명에 기초한 소자 (2-1), (2-2), (2-3), (2-4) 및 (2-5)의 발광 효율은 모두 높아 안정된 발광 효율을 나타내며, 이들 소자에는 발광 재료가 고농도일 때 발생하는 농도 소광 등의 문제가 없음을 나타낸다.
<실시예 3> 화합물 2의 농도와 발광 효율
본 실시예는 하기 화합물 2의 스티릴 화합물과 상기 Alq3(트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄)의 혼합층을 전자 수송성 발광층으로서 사용하여 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 발광 휘도와 발광 효율의 관계를 조사한 예이다.
즉, 진공 증착법을 통해 화합물 2의 스티릴 화합물과 전자 수송 재료인 Alq3의 혼합층을 발광층으로서 형성하고, 그 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
소자 구조:
소자 (3-1):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 2:Alq3= 1:9
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (3-2):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 2:Alq3= 3:7
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (3-3):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 2:Alq3= 5:5
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (3-4):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 2:Alq3= 8:2
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (3-5):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 2:Alq3= 9:1
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
이와 같이 제조한 유기 전계 발광 소자 (3-1), (3-2), (3-3), (3-4) 및 (3-5)의 발광 휘도와 발광 효율의 관계를 하기 표 3에 나타내었다. 발광 효율은 전류값에 대한 휘도 비율로 구하였다.
이 결과는 발광 재료의 농도와 상관없이 실용 휘도 영역 (1 내지 1000 cd/m2)에서 본 발명에 기초한 소자 (3-1), (3-2), (3-3), (3-4) 및 (3-5)의 발광 효율은 모두 높고 안정된 발광 효율을 나타내며, 이들 소자에는 발광 재료가 고농도일 때 발생하는 농도 소광 등의 문제가 없음을 나타낸다.
<실시예 4> 화합물 2의 농도와 발광 효율
본 실시예는 상기 화합물 2의 스티릴 화합물과 상기 α-NPD의 혼합층을 정공수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 발광 휘도와 발광 효율의 관계를 조사한 예이다.
즉, 진공 증착법을 통해 화합물 2의 스티릴 화합물과 정공 수송 재료인 α-NPD의 혼합층을 발광층으로서 형성하고, 그 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
소자 구조:
소자 (4-1):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 2:α-NPD = 1:9
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (4-2):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 2:α-NPD = 3:7
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (4-3):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 2:α-NPD = 5:5
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (4-4):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 2:α-NPD = 8:2
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (4-5):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 2:α-NPD = 9:1
[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
이와 같이 제조한 유기 전계 발광 소자 (4-1), (4-2), (4-3), (4-4) 및 (4-5)의 발광 휘도와 발광 효율의 관계를 하기 표 4에 나타내었다. 발광 효율은 전류값에 대한 휘도의 비율로서 구하였다.
이 결과는 발광 재료의 휘도와 상관없이 실용 휘도 영역 (1 내지 1000 cd/m2)에서 본 발명에 기초한 소자 (4-1), (4-2), (4-3), (4-4) 및 (4-5)의 발광 효율은 모두 높아 안정된 발광 효율을 나타내며, 이들 소자에는 발광 재료가 고농도일 때 발생하는 농도 소광 등의 문제가 없음을 나타낸다.
<실시예 5> 화합물 1의 농도와 발광 색도
본 실시예는 상기 화합물 1의 스티릴 화합물과 상기 Alq3의 혼합층을 전자 수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 발광 휘도와 발광 색도의 관계를 조사한 예이다.
즉, 실시예 1과 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 1의 스티릴 화합물과 전자 수송 재료인 Alq3의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계 발광 소자 (1-1), (1-2), (1-3), (1-4) 및 (1-5)를 제조하였다.
이들 소자의 발광 휘도와 색도의 관계를 하기 표 5에 나타내었다.
이 결과는 발광 재료의 농도와 상관없이 실용 휘도 영역 (1 내지 1000 cd/m2)에서 소자 (1-1), (1-2), (1-3), (1-4) 및 (1-5)의 색도는 모두 거의 동일하다는 것을 나타낸다. 본 실시예의 소자에서는, 색소를 2 내지 3 중량％ 이하의 저농도로 Alq3등에 도핑시킨 통상의 적색 발광 소자에서 발생될 수 있는 고휘도시의 색도 변화 문제가 발견되지 않았다.
<실시예 6> 화합물 1의 농도와 발광 색도
본 실시예는 상기 화합물 1의 스티릴 화합물과 상기 α-NPD의 혼합층을 정공수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 발광 휘도와 발광 색도의 관계를 조사한 예이다.
즉, 실시예 2와 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 1의 스티릴 화합물과 정공 수송 재료인 α-NPD와의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계 발광 소자 (2-1), (2-2), (2-3), (2-4) 및 (2-5)를 제조하였다. 이러한 소자의 발광 휘도와 색도의 관계를 하기 표 6에 나타내었다.
이 결과는 발광 재료의 농도와 상관없이 실용 휘도 영역 (1 내지 1000 cd/m2)에서 소자 (2-1), (2-2), (2-3), (2-4) 및 (2-5)의 색도는 모두 거의 동일하다는 것을 나타낸다. 본 실시예의 소자에서는, 색소를 2 내지 3 중량％ 이하의 저농도로 Alq3등에 도핑시킨 통상의 적색 발광 소자에서 발생될 수 있는 고휘도시의 색도 변화 문제가 발견되지 않았다.
<실시예 7> 화합물 2의 농도와 발광 색도
본 실시예는 상기 화합물 2의 스티릴 화합물과 상기 Alq3의 혼합층을 전자수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 발광 휘도와 발광 색도의 관계를 조사한 예이다.
즉, 실시예 3과 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 2의 스티릴 화합물과 전자 수송 재료인 Alq3의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계 발광 소자 (3-1), (3-2), (3-3), (3-4) 및 (3-5)를 제조하였다. 이러한 소자의 발광 휘도와 색도의 관계를 하기 표 7에 나타내었다.
이 결과는 발광 재료의 농도와 상관없이 실용 휘도 영역 (1 내지 1000 cd/m2)에서 소자 (3-1), (3-2), (3-3), (3-4) 및 (3-5)의 색도는 모두 거의 동일하다는 것을 나타낸다. 본 실시예의 소자에서는, 색소를 2 내지 3 중량％ 이하의 저농도로 Alq3등에 도핑시킨 통상의 적색 발광 소자에서 발생될 수 있는 고휘도시의 색도 변화 문제가 발견되지 않았다.
<실시예 8> 화합물 2의 농도와 발광 색도
본 실시예는 상기 화합물 2의 스티릴 화합물과 상기 α-NPD의 혼합층을 정공수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 발광 휘도와 발광 색도의 관계를 조사한 예이다.
즉, 실시예 4와 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 2의 스티릴 화합물과 정공 수송 재료인 α-NPD의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계 발광 소자 (4-1), (4-2), (4-3), (4-4) 및 (4-5)를 제조하였다. 이러한 소자의 발광 휘도와 색도의 관계를 하기 표 8에 나타내었다.
이 결과는 발광 재료의 농도와 상관없이 실용 휘도 영역 (1 내지 l 000 cd/m2)에서 소자 (4-1), (4-2), (4-3), (4-4) 및 (4-5)의 색도는 모두 거의 동일하다는 것을 나타낸다. 본 실시예의 소자에서는, 색소를 2 내지 3 중량％ 이하의 저농도로 Alq3등에 도핑시킨 통상의 적색 발광 소자에서 발생될 수 있는 고휘도시의 색도 변화 문제가 발견되지 않았다.
<실시예 9> 소자 (1-3)의 안정성
본 실시예는 상기 화합물 1의 스티릴 화합물과 상기 Alq3의 혼합층을 전자수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 신뢰성을 조사한 예이다.
즉, 실시예 1과 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 1의 스티릴 화합물과 전자 수송 재료인 상기 Alq3의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계 발광 소자 (1-3)을 제조하였다.
상기 유기 전계 발광 소자를 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 초기 휘도 1000 cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 1000 시간이었다.
<실시예 10> 소자 (3-3)의 안정성
본 실시예는 상기 화합물 2의 스티릴 화합물과 상기 Alq3의 혼합층을 전자 수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 신뢰성을 조사한 예이다.
즉, 실시예 3과 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 2의 스티릴 화합물과 전자 수송 재료인 Alq3와의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계 발광 소자 (3-3)을 제조하였다.
상기 유기 전계 발광 소자를 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 초기 휘도 1000 cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 4800 시간이었다.
<실시예 11> 화합물 3과 Alq3와의 혼합층을 전자 수송성 발광층에 사용한 소자
본 실시예는 하기 화합물 3의 스티릴 화합물과 상기 Alq3과의 혼합층을 전자 수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 소자 특성을 조사한 예이다.
즉, 실시예 1의 소자 (1-1) 내지 (1-5)와 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 3의 스티릴 화합물과 전자 수송 재료인 Alq3의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다. 혼합층 중 화합물 3의 혼합비가 10 중량％ (소자 (11-1)), 30 중량％ (소자 (11-2)), 50 중량％ (소자 (11-3)), 80 중량％ (소자 (11-4)), 90 중량％ (소자 (11-5))인 5종을 제조하였다.
이들 5종의 소자는 모두 적색 발광을 나타내며, 10 내지 1000 cd/m2의 실용 휘도 영역에서 높은 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 휘도 상승에 따라 색도가 변화하지 않으므로, 디스플레이 소자로서 유용하다는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 소자를 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 소자 (11-3)에 대하여, 초기 휘도 1000 cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 1200 시간이었다.
<실시예 12> 화합물 4와 Alq3와의 혼합층을 전자 수송성 발광층에 사용한 소자
본 실시예는 하기 화합물 4의 스티릴 화합물과 상기 Alq3의 혼합층을 전자 수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 소자 특성을 조사한 예이다.
즉, 실시예 1의 소자 (1-1) 내지 (1-5)와 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 4의 스티릴 화합물과 전자 수송 재료인 Alq3의 혼합층을 발광층으로서 사용하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다. 혼합층 중 화합물 4의 혼합비가 10 중량％ (소자 (12-1)), 30 중량％ (소자 (12-2)), 50 중량％ (소자 (12-3)), 80 중량％ (소자 (12-4)), 90 중량％ (소자 (12-5))인 5종을 제조하였다.
이들 5종의 소자는 모두 녹색 발광을 나타내며, 10 내지 1000 cd/m2의 실용휘도 영역에서 높은 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 휘도 상승에 따라 색도가 변화하지 않으므로, 디스플레이 소자로서 유용하다는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 소자를 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 소자 (12-3)에 대하여, 초기 휘도 1000 cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 500 시간이었다.
<실시예 13> 화합물 5와α-NPD와의 혼합층을 정공 수송성 발광층에 사용한 소자
본 실시예는 하기 화합물 5의 스티릴 화합물과 상기 α-NPD의 혼합층을 정공 수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 소자 특성을 조사한 예이다.
즉, 실시예 2의 소자 (2-1) 내지 (2-5)와 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 5의 스티릴 화합물과 정공 수송 재료인 α-NPD의 혼합층을 발광층으로서 사용하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다. 혼합층 중 화합물 5의 혼합비가 10 중량％ (소자 (13-1)), 30 중량％ (소자 (13-2)), 50 중량％ (소자 (13-3)), 80 중량％ (소자 (13-4)), 90 중량％ (소자 (13-5))인 5종을 제조하였다.
이러한 5종의 소자는 모두 청녹색 발광을 나타내며, 10 내지 500 cd/m2의 실용 휘도 영역에서 높은 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 휘도 상승에 따라 색도가 변화하지 않으므로, 디스플레이 소자로서 유용하다는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 소자를 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 소자 (13-3)에 대하여, 초기 휘도 500 cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 800 시간이었다.
<실시예 14> 화합물 6과α-NPD와의 혼합층을 정공 수송성 발광층에 사용한 소자
본 실시예는 하기에 나타낸 화합물 6과 상기 α-NPD의 혼합층을 정공 수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 소자 특성을 조사한 예이다.
즉, 진공 증착법을 통해 ITO 기판상에 하기 층 구성의 소자를 제조하였다. 단, 발광층과 전자 수송층의 사이에 제2의 전자 수송층으로서 하기의 BAlq(비스(8-퀴놀리놀)알루미늄 유도체)을 형성하였다.
소자 구조:
소자 (14-1):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 6:α-NPD = 1:9
[30 nm]/BAlq [10 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (14-2):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 6:α-NPD = 3:7
[30 nm]/BAlq [10 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (14-3):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 6:α-NPD = 5:5
[30 nm]/BAlq [10 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (14-4):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 6:α-NPD = 8:2
[30 nm]/BAlq [10 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (14-5):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 6:α-NPD = 9:1
[30 nm]/BAlq [10 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
이들 5종의 소자는 모두 청녹색 발광을 나타내며, 10 내지 500 cd/m2의 실용 휘도 영역에서 높은 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 휘도 상승에 따라 색도가 변화하지 않으므로, 디스플레이 소자로서 유용하다는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 소자를 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 소자 (14-3)에 대하여, 초기 휘도 500 cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 700 시간이었다.
<실시예 15> 화합물 7과 α-NPD와의 혼합층을 정공 수송성 발광층에 사용한 소자
본 실시예는 하기에 나타내는 화합물 7과 상기 α-NPD의 혼합층을 정공 수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 소자 특성을 조사한 예이다.
즉, 실시예 14의 소자 (14-1) 내지 (14-5)와 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 7과 정공 수송 재료인 α-NPD와의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계발광 소자를 제조하였다. 혼합층 중 화합물 7의 혼합비가 10 중량％ (소자 (15-1)), 30 중량％ (소자 (15-2)), 50 중량％ (소자 (15-3)), 80 중량％ (소자 (15-4)), 90 중량％ (소자 (15-5))인 5종을 제조하였다.
이러한 5종의 소자는 모두 청색 발광을 나타내며, 10 내지 500 cd/m2의 실용 휘도 영역에서 높은 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 휘도 상승에 따라 색도가 변화하지 않으므로, 디스플레이 소자로서 유용하다는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 소자를 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 소자 (15-3)에 대하여, 초기 휘도 500 cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 600 시간이었다.
<실시예 16> 화합물 8과α-NPD와의 혼합층을 정공 수송성 발광층에 사용한 소자
본 실시예는 하기에 나타내는 화합물 8과 상기 α-NPD의 혼합층을 정공 수송성 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 소자 특성을 조사한 예이다.
즉, 실시예 14의 소자 (14-1) 내지 (14-5)와 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 8과 정공 수송 재료인 α-NPD의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계발광 소자를 제조하였다. 혼합층 중 화합물 8의 혼합비가 10 중량％ (소자 (16-1)), 30 중량％ (소자 (16-2)), 50 중량％ (소자 (16-3)), 80 중량％ (소자 (16-4)), 90 중량％ (소자 (16-5))인 5종을 제조하였다.
이러한 5종의 소자는 모두 청색 발광을 나타내며, 10 내지 500 cd/m2의 실용 휘도 영역에서 높은 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 휘도 상승에 따라 색도가 변화하지 않으므로, 디스플레이 소자로서 유용하다는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 소자를 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 소자 (16-3)에 대하여, 초기 휘도 500 cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 750 시간이었다.
<실시예 17> 화합물 9와 CBP와의 혼합층을 발광층에 사용한 소자
본 실시예는 하기에 나타내는 화합물 9와 하기에 나타내는 CBP(4,4'-N,N,-디카르바졸비페닐)의 혼합층을 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 소자 특성을 조사한 예이다.
즉, 실시예 1의 소자 (1-1) 내지 (1-5)와 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 9와 CBP의 혼합층을 발광층으로서 사용하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다. 혼합층 중 화합물 9의 혼합비가 10 중량％ (소자 (17-1)), 30 중량％ (소자 (17-2)), 50 중량％ (소자 (17-3)), 80 중량％ (소자 (17-4)), 90 중량％ (소자 (17-5))인 5종을 제조하였다.
이러한 5종의 소자는 모두 청색 발광을 나타내며, 10 내지 500 cd/m2의 실용 휘도 영역에서 높은 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 휘도 상승에 따라 색도가 변화하지 않으므로, 디스플레이 소자로서 유용하다는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 소자를 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 소자 (17-3)에 대하여, 초기 휘도 500 cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 780 시간이었다.
<실시예 18> 화합물 10과 CBP와의 혼합층을 발광층에 사용한 소자
본 실시예는 하기에 나타내는 화합물 10과 상기 CBP의 혼합층을 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 소자 특성을 조사한 예이다.
즉, 실시예 1의 소자 (1-1) 내지 (1-5)와 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 10과 CBP의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다. 혼합층 중 화합물 10의 혼합비가 10 중량％ (소자 (18-1)), 30 중량％ (소자 (18-2)), 50 중량％ (소자 (18-3)), 80 중량％ (소자 (18-4)), 90 중량％ (소자 (18-5))인 5종을 제조하였다.
이러한 5종의 소자는 모두 청녹색 발광을 나타내며, 10 내지 500 cd/m2의 실용 휘도 영역에서 높은 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 휘도 상승에 따라 색도가 변화하지 않으므로, 디스플레이 소자로서 유용하다는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 소자를 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 소자 (18-3)에 대하여, 초기 휘도 500 cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 1100 시간이었다.
<실시예 19> 화합물 11과 CBP와의 혼합층을 발광층에 사용한 소자
본 실시예는 하기에 나타내는 화합물 11과 상기 CBP의 혼합층을 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 소자 특성을 조사한 예이다.
즉, 실시예 1의 소자 (1-1) 내지 (1-5)와 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 11과 CBP의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다. 혼합층 중 화합물 11의 혼합비가 10 중량％ (소자 (19-1)), 30 중량％ (소자 (19-2)), 50 중량％ (소자 (19-3)), 80 중량％ (소자 (19-4)), 90 중량％ (소자 (19-5))인 5종을 제조하였다.
이러한 5종의 소자는 모두 청색 발광을 나타내며, 10 내지 500 cd/m2의 실용 휘도 영역에서 높은 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 휘도 상승에 따라 색도가 변화하지 않으므로, 디스플레이 소자로서 유용하다는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 소자를 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 소자 (19-3)에 대하여, 초기 휘도 500 cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 650 시간이었다.
<실시예 20> 화합물 12과 CBP와의 혼합층을 발광층에 사용한 소자
본 실시예는 하기에 나타내는 화합물 12과 상기 CBP의 혼합층을 발광층으로서 사용한 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 소자 특성을 조사한 예이다.
즉, 실시예 1의 소자 (1-1) 내지 (1-5)와 동일한 진공 증착법을 통해 화합물 12와 CBP의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다. 혼합층 중 화합물 12의 혼합비가 10 중량％ (소자 (20-1)), 30 중량％ (소자 (20-2)), 50 중량％ (소자 (20-3)), 80 중량％ (소자 (20-4)), 90 중량％ (소자 (20-5))인 5종을 제조하였다.
이러한 5종의 소자는 모두 청색 발광을 나타내며, 10 내지 500 cd/m2의 실용 휘도 영역에서 높은 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한, 휘도 상승에 따라 색도가 변화하지 않으므로, 디스플레이 소자로서 유용하다는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 소자를 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 소자 (20-3)에 대하여, 초기 휘도 500 cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 880 시간이었다.
<비교예 1> 화합물 1의 단독층을 발광층에 사용한 발광 소자의 색도 및 신뢰성
본 비교예는 상기 화합물 1의 스티릴 화합물 100％의 단독층을 발광층으로서 사용하고, 그 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 신뢰성을 조사한 예이다.
소자 구조:
소자 (1-6):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1 [30 nm]/Alq 3 (30 nm)/Mg:Ag [200 nm]
이와 같이 제조한 소자 (1-6)의 색도를 하기 표 9에 나타냈지만 실시예 5에 표시한 소자 (1-1), (1-2), (1-3), (1-4) 및 (1-5)와 거의 동일했다.
상기 소자 (1-6)을 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 그러나, 초기 휘도 1OOO cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 200 시간이었다. 이의 수명은 실시예 9에 나타낸 소자 (1-3)의 반감 수명 1000 시간과 비교할 때, 약 1/5이다.
<비교예 2> 화합물 2의 단독층을 발광층으로서 사용한 발광 소자의 색도 및 신뢰성
본 비교예는 상기 화합물 2의 스티릴 화합물 100％의 단독층을 발광층으로서 사용하고, 그 외에는 실시예 3과 동일하게 하여 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 신뢰성을 조사한 예이다.
소자 구조:
소자 (3-6):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 2 [30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
이와 같이 제조한 소자 (3-6)의 색도를 하기 표 10에 나타내지만 실시예 7에 나타낸 소자 (3-1), (3-2), (3-3), (3-4) 및 (3-5)와 거의 동일했다.
상기 소자 (3-6)을 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 그러나, 초기 휘도 1OOO cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 800 시간이었다. 이의 수명은 실시예 10에 나타낸 소자 (3-3)의 반감 수명 4800 시간과 비교할 때, 약 1/6이다.
<실시예 21> 발광 재료 농도와 소자 저항의 관계
본 실시예는 상기 화합물 1의 스티릴 화합물과 상기 Alq3의 혼합층을 전자 수송성 발광층으로서 사용하여 유기 전계 발광 소자를 제조하고, 화합물 1의 농도와 전류 밀도/전압의 관계를 조사한 예이다.
즉, 진공 증착법을 통해 화합물 1의 스티릴 화합물과 전자 수송 재료인 Alq3의 혼합층을 발광층으로서 형성하고, 그 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기전계 발광 소자 (21-1), (21-2), (21-3), (21-4)를 제조하였다.
결과를 하기 표 11에 나타내었다. 비교를 위해 발광층으로서 화합물 1만을사용한 유기 전계 발광 소자 (21-5)에 대한 결과도 병기한다.
표 11에 나타난 바와 같이, 화합물 1의 농도가 감소함에 따라 소자의 저항치가 상승한다는 것을 알았다. 소비 전력을 고려한 저전압 구동을 고려하면, 발광층 중 화합물 1의 농도는 20 중량％ 이상인 것이 바람직하다.
<실시예 22> 화합물 1의 농도와 발광 효율, 색도
본 실시예는 상기 화합물 1의 스티릴 화합물과 상기 α-NPD 및 Alq3의 혼합층을 발광층으로서 사용하여 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 발광 휘도와 발광 효율 및 색도의 관계를 조사한 예이다.
즉, 진공 증착법을 통해 화합물 1의 스티릴 화합물과 정공 수송 재료인 α-NPD 및 전자 수송 재료인 Alq3의 혼합층을 발광층으로서 형성하고, 그 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
소자 구조:
소자 (22-1):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1:α-NPD:Alq3
= 1:2:2 [30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (22-2):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1:α-NPD:Alq3
= 1:1:1 [30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (22-3):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1:α-NPD:Alq3
= 4:2:2　[30 nm]/Alq3[30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
소자 (22-4):
ITO/α-NPD [30 nm]/화합물 1:α-NPD:Alq3
= 8:1:1 [30 nm]/Alqa [30 nm]/Mg:Ag [200 nm]
이와 같이 제조한 유기 전계 발광 소자 (22-1), (22-2), (22-3) 및(22-4)의 발광 휘도와 발광 효율의 관계를 하기 표 12에 나타내었다. 발광 효율은 전류값에 대한 휘도의 비율로 구하였다.
이 결과는 발광 재료의 농도와 상관없이 실용 휘도 영역 (1 내지 1000 cd/m2)에서 본 발명에 기초한 소자 (22-1), (22-2), (22-3) 및 (22-4)의 발광 효율은 모두 높아 안정된 발광 효율을 나타내며, 이들 소자에는 발광 재료가 고농도일 때 발생하는 농도 소광 등의 문제가 없음을 나타낸다. 또한, 상기 소자의 발광 휘도와 색도의 관계를 하기 표 13에 나타내었다.
이 결과는 발광 재료의 농도와 상관없이 실용 휘도 영역 (1 내지 1000 cd/m2)에서 소자 (22-1), (22-2), (22-3) 및 (22-4)의 색도는 모두 거의 동일하다는 것을 나타낸다. 본 실시예의 소자에서는, 색소를 2 내지 3 중량％ 이하의 저농도로 Alq3등에 도핑시킨 통상의 적색 발광 소자에서 발생될 수 있는 고휘도시의 색도 변화 문제가 발견되지 않았다.
<실시예 23> 소자 (22-3)의 안정성
본 실시예는 상기 화합물 1의 스티릴 화합물과 상기 α-NPD 및 Alq3의 혼합층을 발광층으로서 사용하여 유기 전계 발광 소자를 제조하여 그의 신뢰성을 조사한 예이다.
즉, 실시예 22와 같은 진공 증착법을 통해 화합물 1의 스티릴 화합물과 정공 수송 재료인 α-NPD 및 전자 수송 재료인 Alq3과의 혼합층을 발광층으로서 형성하여 유기 전계 발광 소자 (22-3)을 제조하였다.
상기 유기 전계 발광 소자를 제조 후 1개월 동안 질소 분위기 하에 방치했지만, 소자 열화는 관찰되지 않았다. 또한, 초기 휘도 1OOO cd/m2에서 전류값을 일정하게 통전하여 연속 발광하고 강제 열화시켰을 때, 휘도가 반감될 때까지 걸린 시간은 950 시간이었다.
<실시예 24> 발광 영역의 검증 1
본 실시예는 휘도 열화 전후에 발광 재료의 광 여기발광 스펙트럼 (PL 스펙트럼)의 강도 변화를 측정함으로써 발광 영역이 발광층 내의 계면 부근에 집중되어 있는지 또는 발광층 전역에 분산되어 있는지 여부를 조사한 예이다.
상기 화합물 2와 Alq3를 중량비 1:1로 혼합한 층을 발광층으로서 사용한 실시예 3의 소자 (3-3) 및 화합물 2만을 발광층으로서 사용한 비교예 2의 소자 (3-6)에 대하여, EL 발광 강도가 초기 상태보다 반감된 소자에서의 PL 스펙트럼 강도를 조사하였다. 그 결과, 소자 (3-3)에서는 EL 발광 강도가 반감될 때에 PL 스펙트럼의 강도도 초기 휘도의 50％로 반감되어 있었다. 이에 대하여, 화합물 2의 단독층을 발광층으로서 사용한 소자 (3-6)의 경우에는 PL 스펙트럼 강도가 초기 상태의 70％였다.
PL 스펙트럼 강도를 측정할 때, 발광층 전역을 광으로 여기해서 발광층 전역이 EL 발광과 동시에 열화하고 있으면, PL 스펙트럼 강도의 감소도 이와 동일한 비율로 감소한다고 여겨진다. 그러나, 발광층 내의 일부가 발광과 동시에 열화하고 있는 경우에는 PL 스펙트럼 강도의 감소가 EL 발광 강도의 감소보다 낮은 비율로 일어난다고 여겨진다.
이상으로부터, 소자 (3-3)는 발광층 내의 거의 전역이 발광 영역으로 작용하지만, 소자 (3-6)은 발광층 내의 일부만 (유기층/유기층의 계면)이 발광 영역인 것을 알았다.
소자 (3-6)의 EL 발광 스펙트럼을 제5 도에 나타내었다. 화합물 2의 EL 발광 스펙트럼은 650 nm 부근에서 발광이 극대화된다. 이와 동시에, 520 nm 부근에서 발광이 극대화된 Alq3의 발광도 조금이긴 하지만 관측되었다. 이로부터, 소자 (3-6)에서는 화합물 2의 단독적인 발광층과 전자 수송층인 Alq3와의 계면에서 발광이 일어나고, 발광 영역이 상기 계면 부근에 집중하고 있다는 것을 알았다. 이에 비하여, 소자 (3-3)의 EL 발광 스펙트럼은 도 6에 도시한 바와 같이 Alq3의 발광이 없고 발광층 내의 거의 전역에서 발광하고 있다는 것을 알았다.
<실시예 25> 발광 영역의 검증 2
본 발명에 의한 유기 전계 발광 소자의 효과를 검증하기 위해서, 도 7에 도시한 바와 같이, 발광 계면으로부터의 광과 알루미늄 전극 (37)로부터의 반사광 사이의 광 간섭 효과가 소자로부터의 출력광을 서로 약화시키는 막 두께 조건을 갖는 소자를 제조하였다. ITO 전극 (36) 119 nm, TNATA (4,4',4"-트리스(2-나프틸페닐아미노)트리페닐아민)층 (32a) 40 nm, EL022(트리페닐아민테트라머)층 (32b) 50 nm, 상기 화합물 1의 스티릴 화합물을 40％ 혼합한 Alq3층 (33) 50 nm, Alq3층 (34) 165 nm을 순서대로 적층한 위에 알루미늄 전극 (37)을 형성하여 실측한 발광 스펙트럼과 발광층 내 발광 분포로부터 예측되는 발광 스펙트럼과의 대응을 조사하였다.
이 결과, 도 8에 도시된 바와 같이, 층 내의 발광 분포 (49)가 전류 밀도 0.1 mA/cm2구동시의 발광 스펙트럼과 일치하여, 발광 분포 (46)가 전류 밀도 1 mA/cm2구동시의 발광 스펙트럼과 일치한다는 것을 알았다. 도 9는 계산에 사용한 발광층 내의 발광 분포를 나타낸다.
여기서, 도 7에 도시한 바와 같이, 발광하여 직접 아래쪽으로 나가는 광과 일단 Al으로 반사하여 나가는 광을 평면파 부근에서 중첩시킨다. 구체적으로는 이때의 위상차 δ가 δ= 2πㆍ2L/λ+ φ (이때, L은 발광면과 Al까지의 광학적 거리, φ는 Al 반사에 의한 위상 시프트량임)로 주어지기 때문에, 직접 나오는 광의 복소 진폭을 A, Al의 복소 반사 계수를 r로 할 때 중첩된 광의 복소 진폭은 (1+exp(iδ)r)A로 주어진다. 이를 실수 표시하면, 강도가 얻어진다. 또한, 상기 강도를 각 깊이 방향의 발광 강도 분포에 대해 적분하고 각 파장에 대하여 계산하면, 외부로 추출되는 스펙트럼이 얻어진다.
상기 결과에 의해, 본 발명에 의해 전하 수송 성능을 갖는 발광 재료를 전하 주입 촉진 재료를 혼합한 발광층 내에서의 발광 스펙트럼은 정공 수송층과 발광층과의 계면, 및 전자 수송층과 발광층과의 계면의 둘다에서 발광이 큰 발광 영역으로 분포한다는 것이 검증되었다. 본 실시예의 경우, 전류 밀도가 증가함에 따라 정공 수송층 측의 발광 분포 증가가 일어난다는 것이 판명되었다.
이상에서 진술한 본 발명의 실시 형태 및 실시예는 본 발명의 기술적 사상에의하여 여러가지로 변형시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 전압 인가에 의해 전계 발광을 나타내는 전하 수송성의 발광 재료와 상기 발광 재료로의 전하 주입을 촉진하기 위한 전하 주입 촉진 재료와의 혼합층에 의해서 발광 영역이 형성되고, 상기 발광 영역이 인접층과의 계면 또는 그 근방 뿐만아니라, 층두께 방향으로 일정한 두께 영역에 걸쳐 존재하고 있기 때문에, 발광이 상기 계면 또는 그 근방에 한정되지 않고 발광층의 광역에서 일어날 수 있고 소자 구동 수명이 대폭 개선될 수 있으며 발광색이 발광층에 함유되는 발광 재료의 농도 및 인가 전압 등의 구동 조건에 따라 달라지지 않으므로 성능이 안정화된다.

Claims (13)

  1. 발광 영역을 갖는 유기층이 양극과 음극 사이에 설치되어 있으며, 상기 유기층이 양극과 음극 사이에 단독적인 박막으로 협지된 상태로 있어서 전압 인가에 의해 전계 발광을 나타내는 구성층을 1층 이상 포함하고 전하 수송능을 갖는 발광 재료와 상기 발광 재료로의 전하 주입을 촉진하기 위한 전하 수송능을 갖는 전하 주입 촉진 재료와의 혼합층을 포함하며, 상기 발광 영역이 인접층과의 계면 또는 그 근방 뿐만 아니라 상기 계면 또는 그 근방에서부터 층두께 방향으로의 일정한 두께 영역에 걸쳐 있음을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 발광 영역이 혼합층의 전체 두께에 걸쳐 존재하는 유기 전계 발광 소자.
  3. 제2항에 있어서, 혼합층과 인접한 전자 수송층 및 정공 수송층과 상기 혼합층과의 각 계면 또는 두 계면으로부터의 발광 강도가 상기 두 계면으로부터 등거리 위치에서 25％ 이상인 유기 전계 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 혼합층에서 전하 주입 촉진 재료에 대한 상기 발광 재료의 농도 범위가 5 내지 90 몰％인 유기 전계 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서, 발광 재료는 적어도 전자 수송능을 가지며, 전하 주입 촉진 재료는 전자 및(또는) 정공 수송성을 갖는 유기 전계 발광 소자.
  6. 제1항에 있어서, 발광 재료는 적어도 정공 수송능을 가지며, 전하 주입 촉진 재료는 정공 및(또는) 전자 수송성을 갖는 유기 전계 발광 소자.
  7. 제1항에 있어서, 전하 주입 촉진 재료의 최고 점유 분자 궤도의 에너지 준위가 발광 재료의 에너지 준위와 비교하여 동일하거나 그보다 높고(높거나) 전하 주입 촉진 재료의 최저 비점유 분자 궤도의 에너지 준위가 발광 재료의 에너지 준위와 비교하여 동일하거나 그보다 낮은 유기 전계 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서, 혼합층과 인접한 정공 수송층의 최저 비점유 분자 궤도의 에너지 준위가 발광 재료 및 전하 주입 촉진 재료의 에너지 준위보다 낮은 유기 전계 발광 소자.
  9. 제7항에 있어서, 상기 전하 주입 촉진 재료로서 혼합층과 인접한 전자 수송층을 구성하는 전자 수송 재료와 동일한 재료를 사용한 유기 전계 발광 소자.
  10. 제7항에 있어서, 상기 전하 주입 촉진 재료로서 혼합층과 인접한 정공 수송층을 구성하는 정공 수송 재료와 동일한 재료를 사용한 유기 전계 발광 소자.
  11. 제7항에 있어서, 상기 전하 주입 촉진 재료로서 혼합층과 인접한 전자 수송층을 구성하는 전자 수송 재료와 동일한 재료 및 혼합층과 인접한 정공 수송층을 구성하는 정공 수송 재료와 동일한 재료 둘다를 사용한 유기 전계 발광 소자.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 유기 전계 발광 소자를 사용한 발광 장치.
  13. 제12항에 있어서, 화소의 적어도 일부에 상기 유기 전계 발광 소자를 이용한 디스플레이 디바이스로서 구성된 발광 장치.
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