KR20160108535A - 유기 일렉트로루미네센스 소자 및 그것을 사용한 조명 장치, 표시 장치 - Google Patents

유기 일렉트로루미네센스 소자 및 그것을 사용한 조명 장치, 표시 장치 Download PDF

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류타로 스가와라
다카무네 핫토리
히로시 기타
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코니카 미놀타 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는, 전압 인가 시의 호스트 재료의 모폴로지 변화를 억제함으로써, 구동시 전압 상승, 수명 저하 및 발광 효율 저하가 적은 유기 EL 소자를 제공하는 것이다. 또한, 당해 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비하는 조명 장치 및 표시 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자는, 양극과, 음극과, 단층 또는 복수 층으로 이루어지는 발광층을 포함하는, 유기 기능층을 갖고, 상기 유기 기능층이 상기 양극과 상기 음극의 사이에 끼움 지지된 유기 일렉트로루미네센스 소자에 있어서, 상기 발광층의 적어도 1층에, 2개의 방향족 축합환이 연결기로 연결되고, 분자 내에서 방향족 축합환끼리에 의한 π-π 스태킹 구조를 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 일렉트로루미네센스 소자 및 그것을 사용한 조명 장치, 표시 장치{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT, AND LIGHTING DEVICE AND DISPLAY DEVICE EACH USING SAME}
본 발명은, 구동 시 전압 상승, 수명 저하 및 발광 효율 저하가 적은 유기 일렉트로루미네센스 소자, 및 그것을 사용한 조명 장치, 표시 장치에 관한 것이다.
유기 일렉트로루미네센스 소자(이하, '유기 EL 소자'라고도 함)는, 발광 재료를 함유하는 유기 기능층을, 음극과 양극 사이에 물린 구성을 갖고, 전계를 인가함으로써, 양극으로부터 주입된 정공과 음극으로부터 주입된 전자를 발광층 내에서 재결합시킴으로써 여기자를 생성시키고, 이 여기자가 실활할 때의 광의 방출(형광·인광)을 이용한 발광 소자이다.
유기 기능층에 사용되는 유기 재료는, 일반적으로, 전하 이동도가 작아 전류를 통과시키기 어려운 절연물이지만, 유기 EL 소자는, 서브마이크로미터 정도로 박막화한 유기 재료를 사용함으로써 수 V 내지 수십 V 정도의 전압 인가로 발광하는 것을 가능하게 하고 있다. 이것은, 전극으로부터의 주입 전하 밀도가 박막 내부의 밀도보다도 커지게 되면, 옴 전류가 아니라 공간 전하 제한 전류에 의해 전자가 흐르는 현상을 이용하고 있기 때문이다. 이 공간 전하 제한 전류는, 막 두께의 3승에 역비례하고 인가 전압의 2승에 비례하기 때문에, 박막화한 유기 재료를 사용함으로써 전류를 흘리는 것이 가능해진다. 실제로 100㎚ 정도의 박막에 전압을 걸면 수 ㎃ 오더의 전류가 흐르고, 절연체인 유기 재료라도 막 두께를 충분히 얇게 함으로써 전류를 흘릴 수 있게 된다.
또한, 유기 재료의 전하 이동에 관해서는, 결정 상태가 크게 영향을 미치며, 유기 분자가 단결정인 경우에는, π-π 상호 작용 등으로 이루어지는 에너지 밴드를 분자 간에서 형성하기 때문에, 전하의 이동도가 커서 전류가 흐르기 쉬워진다. 그러나, 유기 재료를 유기 EL 소자에 필요한 서브마이크로미터 단위의 박막으로 하면, 단결정을 만들기는 매우 어렵다. 그로 인해, 유기 EL 소자에는 분자의 배열에 규칙성이 없는 아몰퍼스막이 사용되고 있다.
박막의 아몰퍼스막을 사용하는 유기 EL 소자의 실용화를 위한 개발로서는, 저소비 전력으로 효율 좋게 고휘도로 발광하는 기술 개발이 요망되고 있다. M. A. Baldo et al., Nature, 395권, 151 내지 154페이지(1998년))에 의해, 프린스턴 대학으로부터, 여기 삼중항으로부터의 인광 발광 재료를 사용하는 유기 EL 소자의 보고가 된 이래, M.A.Baldo et al., Nature, 403권, 17호, 750 내지 753페이지(2000년), 미국 특허 제6097147호 명세서 등에 의해, 실온에서 인광을 나타내는 재료의 연구가 활발히 이루어지고 있다.
인광 발광 재료를 이용하는 유기 EL 소자에 있어서는, 여기자의 재결합 위치를 컨트롤하고, 특히 발광층의 내부에서 어떻게 재결합을 행하게 할 수 있는지가, 소자의 효율·수명을 파악하는 데 있어서 중요한 기술적 과제로 되어 있다.
최근, 박막의 아몰퍼스막을 사용하는 유기 EL 소자의 발광층에 있어서의 여기자의 재결합 위치를 컨트롤하는 방법으로서는, 분자의 배향 상태를 제어하고 유기 EL 소자의 전기 물성·광학 물성을 제어하는 것이 중요하다고 말해지고 있다. 왜냐하면 비정질의 막 중에서는 전압 인가 시에 유기 분자가 전기장 방향으로 배향 변화하고, 전하의 이동도나 재결합 확률이 변동한다고 생각되기 때문이다.
특허문헌 1에는, 음극과 양극의 사이에 개재되어 있는 발광층에 함유하는 유기 분자에 있어서, 유기 분자의 천이 쌍극자 모멘트가 분자 면 내로 방향을 갖도록 분자 골격을 배치하고, 유기 분자를 전압 인가 시에 유기 분자가 배향하는 전기장 방향(양 전극과 수직 방향)으로 제어함으로써, 모든 여기 유기 분자의 에너지를 표면 프라즈몬 폴라리톤 여기 이외의 비발광 재결합에 소비되지 않고 가시광으로 변환하여 유기 EL의 발광 효율을 높이는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 전압 인가 시에 있어서 유기 분자끼리 천이 쌍극자 모멘트의 영향을 서로 미치기 때문에, 유기 분자의 회합이 발생하여, 전압 인가 시에 있어서의 분자의 배향 상태 변화를 제어하기는 어렵다.
일본 특허공개 제2013-26300호 공보
발명자의 예의 검토 결과, 인광 발광 재료를 사용한 유기 EL 소자의 전압 인가 시에서의 유기 분자는, 모폴로지(형태) 변화에 따라 분자의 배향 상태가 변화하고, 이 변화가 유기 EL 소자의 성능이 저하되는 요인임을 알게 되었다.
유기 EL 소자의 성능이 저하되는 이유는 이하와 같이 추측된다. 예를 들어 전압 인가 시에 발광층의 모폴로지가 변화하면, 재결합 확률의 변동뿐만 아니라, 재결합 위치가 변화한다. 그 결과, 발광 효율의 저하가 발생하는 것이라 추정된다.
유기 EL 소자의 발광층은 농도 소광이 일어나지 않도록 다량의 호스트 재료에서 발광 재료가 분산되어 있다. 따라서, 발광층의 대부분을 차지하고 있는 호스트 재료의 전압 인가 시의 모폴로지 변화를 최대한 억제함으로써, 유기 EL 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 발광층의 모폴로지 변화는, 호스트 재료가 단분자로 존재하고 있는 상태로부터, 전계에 의한 외적 자극을 받음으로써 분자끼리가 회합하고, 분자 회합체를 형성하는 것이 요인임을 알게 되었다.
이와 동일한 분자 회합체의 예로서는 기저 상태에서의 응집에 추가하여, 엑시머나 엑시플렉스를 들 수 있다. 엑시머란 여기 상태에 있는 이량체(여기 이량체)를 의미하며, 여기 상태에서만 존재하는 분자이다. 엑시머가 동일한 분자의 이량체인 데 비해, 엑시플렉스는 이종의 분자 이량체를 가리킨다. 엑시머는 여기 상태에 있는 분자가 기저 상태의 분자와 전하 이동 착체를 형성함으로써 생성하기 때문에, 분자의 농도가 커질수록 생성량이 늘어나는 것이 알려져 있으며, 유기 분자가 고밀도로 존재하는 박막 내에서는, 재결합에 의해 여기 상태가 된 분자가 엑시머나 엑시플렉스를 형성하기 쉽다고 할 수 있다.
또한, 엑시머나 엑시플렉스는 방향족 축합환끼리가 중첩되는 구조를 취하지만, 이와 같은 회합체는 분자 간에서 더 회합해서 응집체를 형성하지 않는다는 것이 본 발명자들의 검토에 의해 알려지게 되었다. 이것은 엑시머를 예로 생각해 보면, 엑시머는 전자 공여체 분자인 여기 상태의 분자와 전자 수용성 분자인 기저 상태의 분자 이량체라고 간주할 수 있으며, 이와 같은 이량체는 분자 간의 궤도의 중첩에 의한 전하 치우침 때문에, 다른 여기 이량체와 반발이 발생하여 또 다른 회합체가 발생하지 않기 때문이라고 생각할 수 있다.
엑시머나 엑시플렉스는 분자 간뿐만 아니라, 분자 내에서 방향족 축합이 근접하여 존재하는 경우에는 분자 내에서 형성된다. 그리고, 분자 내에서 여기 이량체가 형성된 유기 분자에 있어서도, 분자 간에서 형성되는 엑시머나 엑시플렉스와 마찬가지로, 다른 분자 내에서 여기 이량체가 형성된 유기 분자와 반발이 발생하고, 분자 회합체가 발생하지 않음을 알게 되었다.
따라서, 본 발명의 과제는, 전압 인가 시의 호스트 재료의 모폴로지 변화를 억제함으로써, 구동시 전압 상승, 수명 저하 및 발광 효율 저하가 적은 유기 EL 소자를 제공하는 것이다. 또한, 당해 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비하는 조명 장치 및 표시 장치를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서, 이하의 수단을 사용하였다.
1. 양극과, 음극과, 단층 또는 복수 층으로 이루어지는 발광층을 포함하는, 유기 기능층을 갖고, 상기 유기 기능층이 상기 양극과 상기 음극의 사이에 끼움 지지된 유기 일렉트로루미네센스 소자에 있어서, 상기 발광층의 적어도 1층에, 2개의 방향족 축합환이 연결기로 연결되고, 분자 내에서 방향족 축합환끼리에 의한 π-π 스태킹 구조를 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네센스 소자.
2. 상기 방향족 축합환끼리에 의한 π-π 스태킹 구조를 갖는 화합물이, 분자 내 엑시머 또는 분자 내 엑시플렉스를 형성하는 것을 특징으로 하는, 제1항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
3. 상기 방향족 축합환끼리가, 서로 2개 이상의 연결기로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 제1항 또는 제2항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
4. 상기 방향족 축합환끼리가, 서로 3개 이상의 연결기로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
5. 상기 방향족 축합환끼리가, 동일한 골격을 갖는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
6. 상기 동일한 골격을 갖는 2개의 방향족 축합환이, 골격의 동일한 위치에 연결기를 갖는 것을 특징으로 하는, 제5항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
7. 상기 방향족 축합환이 복수의 방향환을 갖고, 적어도 2개 이상의 방향환에 연결기를 갖는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
8. 상기 연결기의 2개 이상이 동일한 연결기인 것을 특징으로 하는, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
9. 상기 연결기에 있어서, 2개의 방향족 축합환을 연결하는 연결쇄 중, 당해 연결쇄 위에 있는 원자의 수가 가장 적은 연결쇄에 있어서의 상기 원자의 수를 n으로 한 경우, 적어도 2개의 연결기에 있어서의 당해 n은 3 내지 5인 것을 특징으로 하는, 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
본 발명의 상기 수단에 의해, 전압 인가 시의 호스트 재료의 모폴로지 변화를 억제함으로써, 구동 시 전압 상승, 수명 저하 및 발광 효율 저하가 적은 유기 EL 소자를 제공하는 것이다. 또한, 당해 유기 일렉트로루미네센스 소자를 구비하는 조명 장치 및 표시 장치를 제공하는 것이다.
도 1a는, 분자 내에서 2개의 방향족 축합환이 연결기로 연결된 화합물의 모식도.
도 1b는, 분자 내에서 2개의 방향족 축합환이 연결기로 연결된 화합물의 모식도.
도 2는, 분자 내에서 π-π 스태킹 구조를 갖는 화합물의 전압 인가 시의 분자 간 상호 작용을 나타낸 모식도.
도 3은, 방향족 축합환이 연결기에 의해 트랜스 배치로 연결된 화합물의 전압 인가 시의 분자 간 상호 작용을 나타낸 모식도.
도 4는, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 개념도.
도 5는, 전자 수송층의 두께 차이의 M plot의 일례.
도 6은, 전자 수송층의 두께와 저항값의 관계를 나타내는 일례
도 7은, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 등가 회로 모델.
도 8은, 유기 일렉트로루미네센스 소자의 해석 결과의 일례.
도 9는, 열화 후의 유기 일렉트로루미네센스 소자의 해석 결과를 나타내는 일례.
본 발명의 유기 일렉트로루미네센스 소자는, 양극과, 음극과, 단층 또는 복수 층으로 이루어지는 발광층을 포함하는, 유기 기능층을 갖고, 상기 유기 기능층이 상기 양극과 상기 음극의 사이에 끼움 지지된 유기 일렉트로루미네센스 소자에 있어서, 상기 발광층의 적어도 1층에, 2개의 방향족 축합환이 연결기로 연결되고, 분자 내에서 방향족 축합환끼리에 의한 π-π 스태킹 구조를 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 한다. 이 특징은, 청구항 1부터 청구항 11까지의 청구항에 따른 발명에 공통되는 기술적 특징이다.
이하, 본 발명과 그 구성 요소, 및 본 발명을 실시하기 위한 형태·양태에 대하여 상세한 설명을 한다. 또한, 본 발명에 있어서 나타내는 「내지」는, 그 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 의미로 사용한다.
<π-π 스태킹 구조>
π-π 스태킹 구조란 복수의 방향환이, 방향환의 사이에 작용하는 인력(π-π 상호 작용)에 의해 안정화된 구조를 칭한다. π-π 상호 작용의 강도는 방향환의 중첩이 커짐에 따라 증대한다. 분자 내에서 방향족 축합환끼리의 π-π 스태킹 구조를 형성시키기 위해서는, 10π 전자 이상 방향족 축합환의 중첩이 필요하다. 본 발명에 있어서의 π-π 스태킹 구조의 중첩 방법으로서는, 통상 엑시머나 엑시플렉스를 발현하는 정도의 중첩 방법이라면 특별히 한정은 없지만, 바람직하게는, DFT 계산에 있어서 π-π 스태킹 구조를 형성하고 있는 방향족 축합환 중 적어도 한쪽의 π 평면 면적의 50% 이상이, 다른 한쪽의 방향족 축합환의 π 평면과 겹쳐 있는 상태이며, 더 바람직하게는, 2개의 방향족 축합환이 각각 50% 이상의 중첩을 갖는 상태이다.
<분자 내 엑시머, 분자 내 엑시플렉스>
분자 내 엑시머, 분자 내 엑시플렉스의 설명을 한다.
엑시머 및 엑시플렉스는, 여기 상태에 있는 분자가 다른 기저 상태의 분자와 회합해서 발현하는 여기 이량체이다. 여기 이량체가 동일한 분자가 2개로 이루어지는 것을 엑시머라 칭하고, 서로 다른 분자로 이루어지는 것을 엑시플렉스라 칭한다. 상기 엑시머, 엑시플렉스는 2개의 분자 간에서 발현하는 것에 비하여, 본 발명의 분자 내 엑시머는 분자 내에 있는 동일한 방향족 축합환끼리로 엑시머를 형성하고, 분자 내 엑시플렉스는 분자 내에 있는 서로 다른 방향족 축합환끼리 엑시플렉스를 발현하는 것을 칭한다.
<분자 내 엑시머 또는 분자 내 엑시플렉스를 형성하는 화합물>
분자 내 엑시머 또는 분자 내 엑시플렉스는, 분자 내에서 2개의 방향족 축합환이 π-π 상호 작용이 작용하는 거리에 존재하고 있음으로써 형성된다. 본 발명에 따른 분자 내에서 방향족 축합환끼리가 π-π 스태킹 구조를 갖는 화합물은, 분자 내에서 2개의 방향족 축합환이 연결기로 연결하고, 방향족 축합환 X와 방향족 축합환 Y가 동일한 것일 때에는 전압 인가 시에 분자 내 엑시머가 형성되고, 방향족 축합환 X와 방향족 축합환 Y가 상이할 때에는 분자 내 엑시플렉스가 형성되는 것이다. π-π 스태킹 구조는 방향족 축합환끼리의 평면성이 얻어지면 형성되기 쉽다.
도 1a 및 도 1b에, 분자 내에서 2개의 방향족 축합환이 연결기로 연결된 화합물의 모식도를 나타내었다. 도 1a는 방향족 축합환이 연결기에 의해 시스 배치로 연결된 화합물의 모식도이며, 도 1b는 방향족 축합환이 연결기에 의해 트랜스 배치로 연결된 화합물의 모식도이다. 예를 들어, 디실란 연결기에 의해 연결된 화합물은, 도 1a 및 도 1b에 도시한 화합물의 양쪽을 채용할 수 있다. 도 1a에 도시한 화합물은, 2개의 방향족 축합환의 사이에 π-π 스태킹 구조(2)를 갖는 화합물(1)이며, 전압 인가 시에 분자 내 엑시플렉스가 형성된다. 한편, 도 1b에 도시한 방향족 축합환이 연결기에 의해 트랜스 배치로 연결된 화합물(3)은 분자 내에서 2개의 방향족 축합환에 중첩을 갖지 않기 때문에, 전계 여기 시에 전자 여기를 일으키지 않아, 분자 내 엑시플렉스를 형성하지 않는다.
여기 이량체를 형성시키기 위해서는, 분자 내에서 방향족 축합환끼리의 π-π 스태킹 구조를 갖는 것, 즉, 분자 내에서 10π 전자 이상 방향족 축합환의 중첩을 갖는 것이 필요하다.
도 2는 분자 내에서 π-π 스태킹 구조를 갖는 화합물의 전압 인가 시의 분자 간의 상호 작용을 나타낸 모식도이다. 전압 인가에 의해 분자 내 엑시머 또는 분자 내 엑시플렉스(4)가 형성된 화합물(1)은 분자 내에서 공간적인 전자 여기가 일어나 있기 때문에, 인접하는 분자 간에서 전자 여기를 일으키는 효력을 잃고 있어, 분자 간에서 엑시머나 엑시플렉스를 형성하는 일은 거의 없다. 이와 같이, 분자 내에서 π-π 스태킹 구조를 가짐으로써, 도 2의 양 화살표로 나타내는 분자 간의 상호 작용 a가 억제되기 때문에, 분자 간에서 엑시머나 엑시플렉스를 형성하는 것을 억제하여, 전압 인가 시의 모폴로지 변화를 억제할 수 있다.
도 3은 도 1b에 도시한 방향족 축합환이 연결기에 의해 트랜스 배치로 연결된 화합물이 분자 간에서 회합하는 모습을 나타낸 모식도이다. 방향족 축합환이 연결기에 의해 트랜스 배치로 연결된 화합물(3)은, 도 3의 배향의 경우, 양 화살표로 나타내는 분자 간의 상호 작용 b가 작용하지 않기 때문에, 방향족 축합환끼리의 평면성이 얻어지도록, 분자 배향을 컨트롤하는 것은 곤란하며, 전계 여기 시에는 분자 간에서 엑시머나 엑시플렉스를 형성하지 않는 경우도 있지만, 부분적으로, 인접하는 분자 간에서 엑시플렉스(5)를 형성한다. 그 결과, 방향족 축합환이 연결기에 의해 트랜스 배치로 연결된 화합물은, 전압 인가 시에 분자의 배향 변화가 발생한다. 따라서, 전압 인가 시의 모폴로지 변화를 억제하기 위해서는, 분자 내에서 π-π 스태킹 구조를 갖고, 분자 간에서 엑시머나 엑시플렉스를 형성하는 것을 억제한다. 방향족 축합환이 연결기에 의해 시스 배치로 연결된 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
분자 내에서 방향족 축합환이 연결기에 의해 시스 배치로 연결된 화합물에 있어서, 방향족 축합환끼리의 평면성이 얻어진다는 관점에서, 연결기가 복수 있는 것이 바람직하다. 즉 연결기가 2개 이상인 것이 바람직하고, 연결기가 3개 이상인 것이 더 바람직하다.
<방향족 축합환의 골격>
본 발명에 있어서의 환의 골격에 대하여 설명한다.
본 발명에 있어서 환의 골격이란, 방향족 탄화수소환 또는 방향족 복소환(이하, 방향족 탄화수소환과 방향족 복소환을 모두 '방향환'이라 칭함)이 단환 유래의 경우에는 환원수를 의미하고, 축합환 유래의 경우에는 개개의 환원수와, 축합 형태의 쌍방을 의미한다. 따라서, 탄화수소 방향환과 복소 방향환이더라도, 방향환의 환원수, 축합 관계가 동일하면, 동일한 골격이라고 간주한다.
예를 들어, 하기에 나타내는 (α-1), (α-2), (α-3)은, 방향환을 구성하는 원자군은 상이하지만, 모두 5원환이기 때문에, 동일한 골격이라 간주한다.
Figure pct00001
축합환의 경우에 있어서는, 예를 들어 (α-4) 및 (α-5)는, 모두 5원환에 2개의 6원환이 축합하고 있으며, 또한 축합의 형태도 동일하기 때문에, 동일한 골격이라 간주한다.
Figure pct00002
한편, (α-6), (α-7) 및 (α-8)은, 모두 5원환-6원환-5원환이 축합한 방향족 축합환이지만, (α-8)은 (α-6) 및 (α-7)과 축합의 형태가 상이하기 때문에, (α-8)만 서로 다른 골격이다.
Figure pct00003
본 발명에 있어서 환의 골격을 상기와 같이 판단하는 것은, 본 발명에 있어서는, 분자 내에서 분자 내 엑시머 또는 분자 내 엑시플렉스를 발현하는 데 있어서, 방향환을 구성하는 원자군의 종류보다도, 분자의 입체적인 구조에서 유래되는 축합환의 π 평면끼리의 중첩 방법이, 기능의 발현을 위해 필요한 요건이기 때문이다.
방향족 축합환의 구조는 분자 내 엑시머 또는 분자 내 엑시플렉스를 발현하는 것이면, 특별히 한정은 하지 않지만, 당해 화합물을 청색 인광 도펀트에 대한 호스트 재료로서 사용하는 경우에는, 방향족 축합환의 최저 여기 삼중항 에너지(T1)는 3.0eV 이상이 바람직하다. 예를 들어, 카르바졸환, 아자 카르바졸환, 디벤조푸란환, 아자디엔조푸란환, 디벤조티오펜환, 아자 디벤조티오펜환, 인돌로 인돌환 등의 방향족 복소환이 바람직하다.
연결기는 2개의 방향족 축합환이 정면으로 대향하고, 분자 내 엑시머 또는 분자 내 엑시플렉스를 발현할 수 있는 연결기라면, 특별히 한정은 하지 않지만, 적어도 1개 이상의 복소 원자가 포함되어 있으면 연결기의 화학적 안정성이 향상되기 때문에 바람직하다.
π-π 스태킹 구조를 형성하고 있는 방향족 축합환의 π 평면의 최근접 거리는, 방향족환끼리가 상호 작용한다는 점에서, 통상 엑시머나 엑시플렉스가 발현하는 거리라면 특별히 한정은 없지만, 바람직하게는 3.6Å이다. 왜냐하면, 2개의 벤젠환을 2개의 알킬렌으로 연결한 시클로판에 있어서, 알킬렌의 원자수를 증가시키고, 벤젠환끼리의 거리가 3.6Å 이하일 때, 벤젠환끼리의 최고 비점 분자 궤도(HOMO)가 겹쳐서, 즉 상호 작용하는 거리라고 생각되기 때문이다.
2개의 방향족 축합환의 원자간 거리는 DFT 계산에 의해 구해진다. 이것을 충족한 연결기는, 2개의 방향족 축합환을 연결하는 연결쇄('주쇄'라고도 함) 중 연결쇄 위에 있는 원자의 수가 가장 적은 연결쇄에 있어서의 상기 원자의 수를 n이라 한 경우, 연결기의 주쇄에 방향환을 포함하지 않는 경우에는 n수가 3 내지 5인 것이 바람직하다. 또한, 연결기의 주쇄에 방향환을 포함하는 경우에는, n수가 3 내지 13인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는, n수가 3 내지 11이다.
본 발명에 있어서는 2개의 방향족 축합환은, 분자 내 엑시머 또는 분자 내 엑시플렉스를 발현한다는 기능면에서, 정면 대향하는 2개의 방향족 축합환끼리의 π 평면의 중첩이 큰 것이 바람직하다. 그러므로, 2개의 방향족 축합환이 동일한 골격을 갖는 것이 바람직하고, 또한 2개의 상기 축합환을 연결하는 연결기의 연결 위치는, 골격에 있어서의 동일한 위치인 것이 바람직하다. 이것은, 2개의 축합환이 정면으로 대향하고 있는 π 평면을 대상면으로서 고려한 경우에, 연결기의 연결 위치가 동일한, 즉 면 대칭인 경우에 2개의 축합환끼리의 중첩이 커진다고 생각하기 때문이다.
예를 들어, 상기 2개의 방향족 축합환이 모두 상기 (α-4)인 경우, 2개의 (α-4)를 연결하는 연결기의 위치가 1-1', 2-2', 3-3', 4-4', 5-5', 6-6', 7-7', 8-8'중 어느 하나이면 연결기가 골격에 있어서의 동일한 위치에 있어, 바람직하다.
Figure pct00004
본 발명에 사용되는 바람직한 분자 내 엑시머 또는 분자 내 엑시플렉스를 형성하는 화합물을 예로 들지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않는다.
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
Figure pct00021
본 발명에 따른 화합물은 문헌 Y. Nakamura et al., Bull. Chem. Soc. Jpn, 2009, 82, 2743에 기재된 방법으로 합성할 수 있다.
예를 들어 실시예에 기재된 화합물 A-1은 이하의 스킴에 따라서 합성을 할 수 있다.
Figure pct00022
<유기 EL 소자>
이하에, 도 4를 이용하여 본 실시 형태의 유기 EL 소자의 구성에 대하여, 보다 상세히 설명한다. 본 발명은, 그 특징을 포함하는 범위에서 이하의 실시 형태로 한정되지 않고, 각종 변형 형태도 포함한다.
도 4는 유기 EL 소자의 구성 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 본 실시 형태의 유기 EL 소자(6)에 있어서는, 유기 EL 소자 내의 양극(12)과 음극(10) 및 유기 기능층(11)을 저습도 환경으로 유지하고, 외부 환경으로부터 차단·보호하기 위해서, 양극(12)과 음극(10) 및 유기 기능층(11)은, 밀봉재(9)에 의해 끼워져서 밀폐해서 밀봉되어 있다.
여기서, 밀봉재(9)는 접착제층(8)이 표면에 형성된 밀봉 부재(7)를 갖고 있으며, 접착제층(8)이 양극(12)과 음극(10) 및 유기 기능층(11)에 밀착해서 접착함으로써, 양극(12)과 음극(10) 및 유기 기능층(11)을 밀봉하고 있다.
또한, 유기 기능층(11)은 전하 이동성을 갖는 박막 형상이다. 이 유기 EL 소자(6)의 양 전극 간에 전압이 인가됨으로써 발광층이 발광한다.
≪소자 기판≫
본 발명의 유기 EL 소자와, 유기 박막 태양 전지 및 색소 증감형 태양 전지 등에 사용할 수 있는 소자 기판으로서는, 유리, 플라스틱 등의 종류에는 특별히 한정은 없으며, 또한 투명하여도 불투명하여도 된다. 유기 EL 소자의 경우, 소자 기판측으로부터 광을 취출하는 경우에는, 소자 기판은 투명한 것이 바람직하다. 바람직하게 사용되는 투명한 소자 기판으로서는, 유리, 석영, 투명 수지 필름을 들 수 있다. 특히 바람직한 소자 기판은, 유기 EL 소자에 가요성을 부여하는 것이 가능한 수지 필름이다.
수지 필름으로서는, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀로판, 셀룰로오스 디아세테이트, 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 셀룰로오스 아세테이트 프탈레이트, 셀룰로오스 나이트레이트 등의 셀룰로오스 에스테르류 또는 그들의 유도체, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌 비닐알코올, 신디오택틱 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 노르보르넨 수지, 폴리메틸펜텐, 폴리에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르술폰(PES), 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰류, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤이미드, 폴리아미드, 불소 수지, 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트, 아크릴 또는 폴리아릴레이트류, 아톤(상품명; JSR사 제조) 혹은 아펠(상품명; 미츠이카가쿠사 제조)과 같은 시클로올레핀계 수지 등을 들 수 있다. 또한, 발광한 광을 밀봉 부재로부터 투과한 경우에는, 투명 수지 이외의 재료도 선택 가능하며, 예를 들어 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 금, 니켈, 티타늄, 스테인리스, 주석 등의 금속을 들 수 있다. 이들은 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 혼합하거나, 다층화하거나 해서 사용해도 된다.
소자 기판의 두께는, 특별히 제한되지 않기는 하지만, 성형 가공성, 취급성 등을 고려하면, 50 내지 500㎛의 범위 내가 바람직하다. 또한, 소자 기판의 두께는, 마이크로미터를 사용해서 측정 가능하다.
수지 필름의 표면에는, 무기물, 유기물의 피막 또는 그 양자의 하이브리드 피막이 형성되어 있어도 되고, JIS K 7129-1992에 준거한 방법으로 측정된, 수증기 투과도(온도 25±0.5℃, 상대 습도(90±2)%RH)가 0.01g/㎡·24h 이하의 배리어성 필름인 것이 바람직하고, 또한 JIS K 7126-1987에 준거한 방법으로 측정된 산소 투과도가, 1×10-3㎤/㎡·24h·atm 이하, 수증기 투과도가, 1×10-5g/㎡·24h 이하의 고배리어성 필름인 것이 바람직하다.
배리어막을 형성하는 재료로서는, 수분이나 산소 등 소자의 열화를 초래하는 것의 침입을 억제하는 기능을 갖는 재료이면 되며, 예를 들어 산화규소, 이산화규소, 질화규소 등을 사용할 수 있다. 또한 상기 막의 취약성을 개량하기 위해서, 이들 무기층과 유기 재료로 이루어지는 층의 적층 구조를 갖게 하는 것이 보다 바람직하다. 무기층과 유기 기능층의 적층순에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 양자를 교대로 복수 회 적층시키는 것이 바람직하다.
배리어막의 형성 방법에 대해서는 특별히 한정은 없으며, 예를 들어 진공 증착법, 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 분자선 애피택시법, 클러스터-이온빔법, 이온 플레이팅법, 플라즈마 중합법, 대기압 플라즈마 중합법, 플라즈마 CVD법, 레이저 CVD법, 열 CVD법, 코팅법 등을 이용할 수 있지만, 일본 특허공개 제2004-68143호 공보에 기재되어 있는 바와 같은 대기압 플라즈마 중합법에 의한 것이 특히 바람직하다.
불투명한 소자 기판으로서는, 예를 들어 알루미늄, 스테인리스 등의 금속판, 필름이나 불투명 수지 기판, 세라믹제의 기판 등을 들 수 있다.
≪양극≫
유기 기능층에 전계를 인가할 때에 있어서의 양극으로서는, 일함수가 큰(4eV 이상, 바람직하게는 4.5V 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들 혼합물을 전극 물질로 하는 것이 바람직하게 사용된다. 이와 같은 전극 물질의 구체예로서는, Au 등의 금속, CuI, 인듐주석산화물(ITO), SnO2, ZnO 등의 도전성 투명 재료를 들 수 있다. 또한, IDIXO(In2O3-ZnO) 등 비정질로 투명 도전막을 제작 가능한 재료를 사용해도 된다.
양극은 이들 전극 물질을 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시키고, 포토리소그래피법에 의해 원하는 형상의 패턴을 형성해도 되며, 혹은 패턴 정밀도를 그다지 필요로 하지 않는 경우에는(100㎛ 이상 정도), 상기 전극 물질의 증착이나 스퍼터링 시에 원하는 형상의 마스크를 개재해서 패턴을 형성해도 된다.
또는, 유기 도전성 화합물과 같이 도포 가능한 물질을 사용하는 경우에는, 인쇄 방식, 코팅 방식 등 습식 성막법을 이용할 수도 있다. 이 양극으로부터 발광을 취출하는 경우에는, 투과율을 10%보다 크게 하는 것이 바람직하고, 또한 양극으로서의 시트 저항은 수백 Ω/□ 이하가 바람직하다.
양극의 두께는 재료에도 따르지만, 통상 10㎚ 내지 1㎛, 바람직하게는 10 내지 200㎚의 범위에서 선택되는 것이 바람직하다.
≪음극≫
음극으로서는 일함수가 작은(4eV 이하) 금속('전자 주입성 금속'이라고 칭함), 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들 혼합물을 전극 물질로 하는 것이 사용된다. 이와 같은 전극 물질의 구체예로서는, 나트륨, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘, 리튬, 마그네슘/구리 혼합물, 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄(Al2O3) 혼합물, 인듐, 리튬/알루미늄 혼합물, 알루미늄, 희토류 금속 등을 들 수 있다. 이들 중에서 전자 주입성 및 산화 등에 대한 내구성의 관점에서, 전자 주입성 금속과 이보다 일함수의 값이 크고 안정된 금속인 제2 금속과의 혼합물, 예를 들어 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화 알루미늄(Al2O3) 혼합물, 리튬/알루미늄 혼합물, 알루미늄 등이 바람직하다.
음극은 이들 전극 물질을 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시킴으로써, 제작할 수 있다. 또한, 음극으로서의 시트 저항은 수백 Ω/□ 이하가 바람직하고, 두께는 통상 10㎚ 내지 5㎛, 바람직하게는 50 내지 200㎚의 범위에서 선택된다.
또한, 음극에 상기 금속을 1 내지 20㎚의 범위 내의 두께로 제작한 후에, 양극의 설명에서 예를 드는 도전성 투명 재료를 그 위에 제작함으로써, 투명 또는 반투명의 음극을 제작할 수 있고, 이것을 응용함으로써 양극과 음극의 양쪽이 투과성을 갖는 소자를 제작할 수 있다.
≪유기 기능층≫
본 발명의 유기 기능층의 형성 방법은, 특별히 제한은 없으며, 종래 공지된 예를 들어 진공 증착법, 습식법('웨트 프로세스'라고도 함) 등에 의한 형성 방법을 이용할 수 있다.
습식법으로서는, 스핀 코트법, 캐스트법, 잉크 제트법, 인쇄법, 다이 코트법, 블레이드 코트법, 롤 코트법, 스프레이 코트법, 커튼 코트법, LB법(랭뮤어-블로젯법) 등이 있지만, 균질한 박막이 얻어지기 쉽고, 또한 고생산성의 관점에서, 다이 코트법, 롤 코트법, 잉크 제트법, 스프레이 코트법 등의 롤·투·롤 방식 적성이 높은 방법이 바람직하다.
본 발명에 따른 기능성 유기 화합물을 용해 또는 분산하는 액 매체로서는, 예를 들어 메틸에틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, 아세트산 에틸 등의 지방산 에스테르류, 디클로로벤젠 등의 할로겐화 탄화수소류, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌, 시클로헥실벤젠 등의 방향족 탄화수소류, 시클로헥산, 데칼린, 도데칸 등의 지방족 탄화수소류, DMF, DMSO 등의 유기 용매를 사용할 수 있다.
또한, 분산 방법으로서는, 초음파, 고전단력 분산이나 미디어 분산 등의 분산 방법에 의해 분산할 수 있다.
또한 층마다 서로 다른 제막법을 적용해도 된다. 제막에 증착법을 채용하는 경우, 그 증착 조건은 사용하는 화합물의 종류 등에 따라 상이하지만, 일반적으로 보트 가열 온도 50 내지 450℃, 진공도 10-6 내지 10-2Pa, 증착 속도 0.01 내지 50㎚/초, 기판 온도 -50 내지 300℃, 두께 0.1㎚ 내지 5㎛, 바람직하게는 5 내지 200㎚의 범위에서 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 기능층의 형성은, 1회의 진공화로 일관해서 정공 주입층으로부터 음극까지 제작하는 것이 바람직하지만, 도중에 취출해서 서로 다른 제막법을 실시해도 무방하다. 그 때는 작업을 건조 불활성 가스 분위기하에서 행하는 것이 바람직하다.
유기 기능층을 구성하는 각 층에 대하여 이하에 설명하지만, 이들 유기 기능층의 각 층의 구체적인 재료 등은 공지된 재료 등을 적용하는 것이 가능하기 때문에, 그 설명을 생략한다. 또한, 유기 기능층을 형성하는 방법에 대해서도, 증착법, 도포법 등, 공지된 방법을 적용하는 것이 가능하기 때문에, 그 설명을 생략한다.
유기 기능층의 바람직한 적층 예는 이하와 같다. 또한, 이하의 (1) 내지 (7)에 있어서, 통상은, 앞에서 기재된 층이 양극측에 형성되고, 이하, 기재된 순서로 음극측에 적층된다.
(1) 발광층/전자 수송층
(2) 정공 수송층/발광층/전자 수송층
(3) 정공 수송층/발광층/전자 주입층
(4) 정공 수송층/발광층/정공 저지층/전자 수송층
(5) 정공 수송층/발광층/정공 저지층/전자 수송층/전자 주입층(음극 버퍼층)
(6) 정공 주입층(양극 버퍼층)/정공 수송층/발광층/정공 저지층/전자 수송층/전자 주입층
(7) 정공 주입층/정공 수송층/발광층/전자 수송층/전자 주입층
(발광층)
발광층은, 양극으로부터 직접, 또는 양극으로부터 정공 수송층 등을 개재해서 주입되는 정공과, 음극(음극)으로부터 직접, 또는 음극으로부터 전자 수송층 등을 개재해서 주입되는 전자가 재결합함으로써, 발광하는 층이다. 또한, 발광하는 부분은, 발광층의 내부여도 되고, 발광층과 그것에 인접하는 층과의 사이의 계면이어도 된다.
발광층은, 호스트 화합물(호스트 재료)과, 발광 재료(발광 도펀트 화합물)를 포함하는 유기 발광성 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 발광층을 이와 같이 구성하면, 발광 재료의 발광 파장이나 함유시키는 발광 재료의 종류 등을 적절히 조정함으로써, 임의의 발광색을 얻을 수 있다. 또한, 발광층을 이와 같이 구성함으로써, 발광층 중의 발광 재료에 있어서 발광시킬 수 있다.
발광층의 두께의 총합은, 원하는 발광 특성 등에 따라서 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어, 발광층의 균질성, 발광 시에 있어서의 불필요한 고전압의 인가 방지, 및 구동 전류에 대한 발광색의 안정성 향상 등의 관점에서, 발광층의 두께의 총합은, 1 내지 200㎚의 범위로 하는 것이 바람직하다. 특히, 저구동 전압의 관점에서는, 발광층의 두께의 총합은, 30㎚ 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 발광층의 적어도 1층에, 방향족 축합환끼리가 연결기로 연결되고, 분자 내에서 방향족 축합환끼리에 의한 π-π 스태킹 구조를 갖는 호스트 화합물을 함유하고 있다.
발광층 중의 호스트 화합물은, 실온(25℃)에 있어서의 인광 발광의 인광 양자 수율로서, 0.1 이하인 화합물이 바람직하고, 0.01 이하의 화합물이 보다 바람직하다.
또한, 발광층 중의 호스트 화합물의 체적비는, 발광층에 포함되는 각종 화합물 중, 50% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
발광층에 포함되는 발광 재료로서는, 예를 들어 인광 발광 재료(인광성 화합물, 인광 발광성 화합물), 형광 발광 재료 등을 사용할 수 있다. 또한, 하나의 발광층에는, 한 종류의 발광 재료를 함유시켜도 되고, 발광 극대 파장이 서로 다른 복수 종의 발광 재료를 함유시켜도 된다. 복수 종의 발광 재료를 사용함으로써, 발광 파장이 서로 다른 복수의 광을 혼합시켜서 발광시킬 수 있고, 이에 의해, 임의의 발광색의 광을 얻을 수 있다. 구체적으로는 예를 들어, 청색 발광 재료, 녹색 발광 재료 및 적색 발광 재료(3종류의 발광 재료)를 발광층에 함유시킴으로써, 백색광을 얻을 수 있다.
(주입층(정공 주입층, 전자 주입층))
주입층은, 구동 전압의 저하나 발광 휘도의 향상을 도모하기 위한 층이다. 주입층은, 통상은, 전극 및 발광층의 사이에 형성된다. 주입층은, 통상은 2개로 크게 구별된다. 즉, 주입층은, 정공(캐리어)을 주입하는 정공 주입층, 및 전자(캐리어)를 주입하는 전자 주입층으로 크게 구별된다. 정공 주입층(양극 버퍼층)은, 양극과, 발광층 또는 정공 수송층의 사이에 형성된다. 또한, 전자 주입층(음극 버퍼층)은, 음극과, 발광층 또는 전자 수송층의 사이에 형성된다.
(저지층(정공 저지층, 전자 저지층))
저지층은, 캐리어(정공, 전자)의 수송을 저지하기 위한 층이다. 저지층은, 통상은 2개로 크게 구별된다. 즉, 저지층은, 정공(캐리어)의 수송을 저지하는 정공 저지층과, 전자(캐리어)의 수송을 저지하는 전자 저지층으로 대별된다.
정공 저지층은, 넓은 의미에서, 후기하는 전자 수송층의 기능(전자 수송 기능)을 갖는 층이다. 정공 저지층은, 전자 수송 기능을 가지면서, 정공의 수송 능력이 작은 재료로 형성된다. 이와 같은 정공 저지층이 형성됨으로써, 발광층에 대한 정공 및 전자 간의 주입 밸런스를 적합한 것으로 할 수 있다. 또한, 이에 의해, 전자와 정공의 재결합 확률을 향상시킬 수 있다.
또한, 정공 저지층으로서는, 필요에 따라서, 후기하는 전자 수송층의 구성이 마찬가지로 적용 가능하다. 또한, 정공 저지층이 형성되는 경우, 정공 저지층은, 발광층에 인접해서 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 전자 저지층은, 넓은 의미에서, 후기하는 정공 수송층의 기능(정공 수송 기능)을 갖는 층이다. 전자 저지층은, 정공 수송 기능을 가지면서, 전자의 수송 능력이 작은 재료로 형성된다. 이와 같은 전자 저지층이 형성됨으로써, 발광층에 대한 정공 및 전자 간의 주입 밸런스를 적합한 것으로 할 수 있다. 또한, 이에 의해, 전자와 정공과의 재결합 확률을 향상시킬 수 있다. 또한, 전자 저지층으로서는, 필요에 따라서, 후기하는 정공 수송층의 구성이 마찬가지로 적용 가능하다.
저지층의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 3㎚ 이상, 보다 바람직하게는 5㎚ 이상이며, 또한 바람직하게는 100㎚ 이하, 보다 바람직하게는 30㎚ 이하이다.
(수송층(정공 수송층, 전자 수송층))
수송층은, 캐리어(정공 및 전자)를 수송하는 층이다. 수송층은, 통상은 2개로 크게 구별된다. 즉, 수송층은, 정공(캐리어)을 수송하는 정공 수송층과, 전자(캐리어)를 수송하는 전자 수송층으로 크게 구별된다.
정공 수송층은, 양극으로부터 공급된 정공을 발광층에 수송(주입)하는 층이다. 정공 수송층은, 양극 또는 정공 주입층과 발광층의 사이에 형성된다. 또한, 정공 수송층은, 음극측으로부터의 전자 유입을 저지하는 장벽으로서도 작용한다. 그로 인해, 정공 수송층이라는 용어는, 넓은 의미에서, 정공 주입층 또는 전자 저지층 중 적어도 어느 하나를 포함하는 의미에서 사용되는 경우도 있다. 또한, 정공 수송층은, 1층만 형성해도 되고, 복수 층 형성해도 된다.
전자 수송층은, 음극으로부터 공급된 전자를 발광층에 수송(주입)하는 층이다. 전자 수송층은, 음극 또는 전자 주입층과 발광층의 사이에 형성된다. 또한, 전자 수송층은, 양극측으로부터의 정공 유입을 저지하는 장벽으로서도 작용한다. 그로 인해, 전자 수송층이라는 용어는, 넓은 의미에서, 전자 주입층 또는 정공 저지층 중 적어도 어느 하나를 포함하는 의미로 사용되는 경우도 있다. 또한, 전자 수송층은, 1층만 형성해도 되고, 복수 층 형성해도 된다.
전자 수송층(전자 수송층을 1층 구조로 하는 경우에는 당해 전자 수송층, 전자 수송층을 복수 형성하는 경우에는 가장 발광층측에 위치하는 전자 수송층)에 사용되는 전자 수송 재료(정공 저지 재료를 겸하는 경우가 있음)는, 특별히 제한되지 않는다. 단, 전자 수송층에 사용되는 전자 재료는, 통상은, 음극으로부터 주입된 전자를 발광층에 전달(수송)하는 기능을 갖는 재료를 적용 가능하다.
≪밀봉재≫
본 발명에 있어서, 밀봉재란, 적어도 밀봉 부재와 접착제층을 포함해서 구성되어 있으며, 가요성의 밀봉 부재 위에 접착제가 형성된다. 밀봉재를 양극과 음극 및 유기 기능층에 접합함으로써, 외부 환경으로부터 차단 또는 보호할 수 있다.
밀봉재는 양극과 음극 및 유기 기능층에 대응한 형상으로 가공할 수 있다. 형상은, 원하는 밀봉 성능이 얻어지면 되며, 특별히 제한이 없다. 밀봉재의 형상을 가공하고, 양극과 음극 및 유기 기능층에 접합함으로써, 생산성의 향상을 기대할 수 있다.
(밀봉 부재)
다음으로, 본 발명에 따른 밀봉 부재에 대하여 설명한다.
밀봉 부재는, 외부 환경으로부터 유기 EL 소자 등을 차단·보호하기 위한 것이다. 밀봉 부재는, 가요성이며, 기계적 강도, 수증기나 산소에 대한 가스 배리어성 등을 갖고 있는 것이 바람직하다.
밀봉 부재를 구성하는 재료로서는, 예를 들어 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카르보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르술폰 등의 열가소성 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 레조르시놀 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지 등의 경화성 수지, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 금, 니켈, 티타늄, 스테인리스, 주석 등의 금속을 들 수 있다.
이들 재료는, 1종을 단독으로 사용해도 되고, 필요에 따라서, 복수 종류의 재료를 혼합하거나, 접합, 압출 라미네이트, 공압출 등에 의해 조합한 다층 시트로서 사용하는 것도 가능하다. 또한, 원하는 물성을 얻기 위해서, 사용하는 시트의 두께, 밀도, 분자량 등을 다양하게 조합하여 제작하는 것도 가능하다.
본 발명에 있어서는, 중합체 필름, 금속 필름을 바람직하게 사용할 수 있다. 나아가서는, 중합체 필름은 JIS K 7126-1987에 준거한 방법으로 측정된 산소 투과도가 1×10-3㎤/㎡·24h·atm 이하, JIS K 7129-1992에 준거한 방법으로 측정된, 수증기 투과도(온도 25±0.5℃, 상대 습도(90±2)%)가, 1×10-3g/㎡·24h 이하의 것이 바람직하다.
밀봉 부재의 두께는, 특별히 제한되지 않기는 하지만, 성형 가공성, 취급성 등이나 가스 배리어층의 내 스트레스 크래킹성 등을 고려하면, 10㎛ 이상 300㎛ 이하가 바람직하다. 또한, 여기에서 의미하는 밀봉 부재의 두께는, 마이크로미터를 사용해서 측정 가능하다.
밀봉 부재로서 상기의 열가소성 수지나 경화성 수지를 사용하는 경우에는, 밀봉 부재 위에 증착법이나 코팅법으로 가스 배리어층을 형성하는 것이 바람직하다. 가스 배리어층으로서는, 예를 들어 금속 증착막, 무기 증착막, 금속박을 들 수 있다. 금속 증착막, 무기 증착막으로서는, 박막 핸드북 p879 내지 p901(일본 학술진흥회), 진공 기술 핸드북 p502 내지 p509, p612, p810(일간 공업신문사), 진공 핸드북 증정판 p132 내지 p134(ULVAC 일본 진공 기술 K.K)에 기재되어 있는 바와 같은 증착막을 들 수 있다. 예를 들어, In, Sn, Pb, Au, Cu, Ag, Al, Ti, Ni, W 등의 금속, MgO, SiO, SiO2, Al2O3, GeO, NiO, CaO, BaO, Fe2O3, Y2O3, TiO2, Cr2O3, SixOy(x=1, y=1.5 내지 2.0), Ta2O3, ZrN, SiC, TiC, PSG, Si3N4, SiN, 단결정 Si, 아몰퍼스 Si 등을 들 수 있다. 또한, 금속박의 재료로서는, 예를 들어 알루미늄, 구리, 니켈 등의 금속 재료나, 스테인리스, 알루미늄 합금 등의 합금 재료 등을 들 수 있지만, 가공성이나 비용면에서 알루미늄이 바람직하다. 이들은 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 임의의 조합과 비율로 사용해도 된다.
금속 증착막, 무기 증착막의 두께는, 증착막의 형성의 용이성의 관점에서, 통상 5㎚ 이상, 바람직하게는 10㎚ 이상, 또한 통상 1000㎚ 이하, 바람직하게는 300㎚ 이하이다. 금속박의 두께는, 제조 시의 취급성 및 패널의 박판화의 관점에서, 1 내지 100㎛, 바람직하게는 10 내지 50㎛의 범위 내이다. 또한, 제조 시의 취급을 용이하게 하기 위해서, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론 등의 수지 필름을 미리 라미네이트해 두어도 된다. 또한, 가스 배리어층 위에 열가소성 수지로 이루어지는 보호층을 형성해도 된다.
(접착제층)
접착제층은 밀봉 부재의 표면에 형성되어 있으며, 밀봉 부재의 적어도 편측의 표면에 형성되어 있으면 된다. 그리고, 밀봉 부재의 접착제층이 형성된 면과 소자 기판의 유기 EL 소자가 형성된 면에 있어서 접합함으로써, 유기 EL 소자를 밀봉·밀폐할 수 있다. 또한, 긴 접착제층을 밀봉 부재의 양측 표면에 형성하고, 2매의 소자 기판을 당해 밀봉 부재의 양측으로부터 접합하여, 양측 면의 유기 EL 소자를 밀봉·밀폐할 수도 있다.
접착제층을 구성하는 접착제로서는, 열경화성 수지, 광경화성 수지, 열가소성 수지를 모두 사용할 수 있다. 내습성, 내수성이 우수하고, 휘발 성분이 적어, 경화 시의 수축이 적은 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
열경화성 수지로서는, 예를 들어 에폭시 수지계, 아크릴 수지계, 실리콘 수지계, 우레아 수지계, 멜라민 수지계, 페놀 수지계, 레조르시놀 수지계, 불포화 폴리에스테르 수지계, 폴리우레탄 수지계 등의 열경화성 수지를 들 수 있다.
광경화성 수지로서는, 예를 들어 에스테르 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 멜라민 아크릴레이트, 아크릴 수지 아크릴레이트 등의 각종 아크릴레이트, 또는 우레탄 폴리에스테르 등의 수지를 사용한 라디칼계 광경화성 수지, 에폭시, 비닐에테르 등의 수지를 사용한 양이온계 광경화성 수지, 등을 들 수 있다.
열가소성 수지로서는, 예를 들어 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐알코올(PVA), 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체(EVA), 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 에틸렌-메타크릴산 공중합체, 염화 비닐리덴(PVDC), 아이오노머 등의 사용이 가능하다. 그 중에서도, 기판과의 접착성이 우수한 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀의 산 변성물, 에틸렌·아세트산 비닐 공중합체의 산 변성물, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 에틸렌-메타크릴산 공중합체 등이 바람직하다. 특히, 유기 EL 소자를 열화시키는 아웃 가스 성분이 적은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌의 산 변성물이 바람직하다.
접착제층의 두께는, 밀봉 성능 및 패널의 박판화의 관점에서, 1 내지 100㎛의 범위 내가 바람직하다. 밀봉 부재 위로의 접착제층의 형성 방법으로서는, 접착제층을 구성하는 접착제의 종류에 따라서, 그라비아 코트, 롤 코트, 바 코트, 다이 코트, 나이프 코트, 핫 멜트 코트, 디핑, 스핀 코트, 스프레이 코트 등의 코팅법, 스크린 인쇄 등의 인쇄법을 이용할 수 있다. 또한, 접착제층 내부의 함유 수분을 제거하기 위해서, 산화바륨이나 산화칼슘 등의 건조제를 혼입하여도 된다.
접착제층을 구성하는 접착제에는 필요에 따라서 필러를 첨가하는 것이 바람직하다. 필러의 첨가량으로서는, 접착력을 고려하여, 5 내지 70 체적%의 범위 내가 바람직하다. 또한, 첨가하는 필러의 크기는, 접착력, 접합 후의 접착제층의 두께 등을 고려하여, 1 내지 100㎛의 범위 내가 바람직하다. 첨가하는 필러의 종류로서는 특별히 한정은 없으며, 예를 들어 소다 유리, 무알칼리 유리 혹은 실리카, 이산화티타늄, 산화안티몬, 티타니아, 알루미나, 지르코니아나 산화텅스텐 등의 금속 산화물 등을 들 수 있다.
≪보호막, 보호판≫
유기 기능층을 사이에 끼워 소자 기판과 대향하는 측의 상기 밀봉막 혹은 상기 밀봉용 필름의 외측에, 소자의 기계적 강도를 높이기 위해서, 보호막 혹은 보호판을 설치해도 된다. 특히, 밀봉이 상기 밀봉막에 의해 행해지고 있는 경우에는, 그 기계적 강도는 반드시 높지는 않기 때문에, 이와 같은 보호막, 보호판을 설치하는 것이 바람직하다. 이것에 사용할 수 있는 재료로서는, 상기 밀봉에 사용한 것과 마찬가지의 유리판, 중합체판·필름, 금속판·필름 등을 사용할 수 있지만, 경량이고 박막화라는 점에서 중합체 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
<임피던스 분광 측정에 의한 박막 저항값의 측정예>
임피던스 분광법은, 유기 EL의 미묘한 물성 변화를 전기 신호로 변환하거나 증폭해서 해석할 수 있는 방법이며, 유기 EL을 파괴하지 않고 고감도의 저항값(R) 및 정전 용량(C)을 계측할 수 있는 것이 특징이다. 임피던스 분광 해석에는 Z plot, M plot, ε plot를 사용해서 전기 특성을 계측하는 것이 일반적이며, 그 해석 방법은(『박막의 평가 핸드북』테크노 시스템사 간행 423페이지 내지 425페이지) 등에 상세히 게재되어 있다.
유기 EL 소자(소자 구성 「ITO/HIL(정공 주입층)/HTL(정공 수송층)/EML(발광층)/ETL(전자 수송층)/EIL(전자 주입층)/Al」)에 대하여 임피던스 분광법을 적용하고, 특정한 층의 저항값을 구하는 방법을 설명한다. 예를 들어, 전자 수송층(ETL)의 저항값을 계측하는 경우, ETL의 두께만을 변경한 소자를 제작하고, 각각의 M plot를 비교함으로써, 상기 플롯에 의해 그려내는 곡선의 어느 부분이 ETL에 상당하는지를 확정할 수 있다.
도 5는 전자 수송층의 두께 차이의 M plot의 일례이다. 두께가 각각 30, 45 및 60㎚인 경우의 예를 나타낸다. 도 5의 플롯으로부터 구한 저항값을 ETL의 두께에 대하여 플롯한 것이 도 6이다.
도 6은, 전자 수송층(ETL)의 두께와 저항값의 관계를 나타내는 일례이다. 도 6의 ETL의 두께 (d)와 저항값(Resistance)의 관계로부터, 거의 직선상에 얹히기 때문에, 각 두께에서의 저항값을 결정할 수 있다.
소자 구성 「ITO/HIL/HTL/EML/ETL/Al」의 유기 EL 소자를 등가 회로 모델(도 7)로 하여 각 층을 해석한 결과가 도 8이다. 도 8은 각 층의 저항-전압의 관계를 나타내는 일례이다.
도 7은 소자 구성 「ITO/HIL/HTL/EML/ETL/Al」의 유기 EL 소자의 등가 회로 모델을 나타내고 있다.
도 8은 소자 구성 「ITO/HIL/HTL/EML/ETL/Al」의 유기 EL 소자의 해석 결과의 일례이다.
이에 반하여, 동일한 유기 EL 소자를 장시간 발광시켜서 열화시킨 후에, 동일한 조건으로 측정하고, 그들을 중첩한 것이 도 9이며, 전압 1V에 있어서의 각각의 값을 표 1에 정리하였다. 도 9는 열화 후의 유기 EL 소자의 해석 결과를 나타내는 일례이다.
Figure pct00023
열화 후의 유기 EL 소자에 있어서는, ETL만이 열화에 의해 저항값이 크게 상승하고, DC 전압 1V에 있어서, 약 30배의 저항값이 되었음을 알 수 있다.
이상의 방법을 이용함으로써 본 발명의 실시예에 기재한 전압 인가 전후에서의 저항 변화의 계측이 가능하게 된다.
≪용도≫
본 발명의 유기 EL 소자는, 표시 디바이스, 디스플레이, 각종 발광 광원으로서 사용할 수 있다. 발광 광원으로서, 예를 들어 조명 장치(가정용 조명, 차내 조명), 시계나 액정용 백라이트, 간판 광고, 신호기, 광 기억 매체의 광원, 전자 사진 복사기의 광원, 광통신 처리기의 광원, 광센서의 광원 등을 들 수 있으며, 이것으로 한정되는 것은 아니지만, 특히 액정 표시 장치의 백라이트, 조명용 광원으로서의 용도에 유효하게 사용할 수 있다.
≪표시 장치≫
본 발명의 표시 장치에 대하여 설명한다. 본 발명의 표시 장치는, 본 발명의 유기 EL 소자를 구비한 것이다.
본 발명의 표시 장치는 단색이어도 다색이어도 되지만, 여기에서는 다색 표시 장치에 대하여 설명한다. 다색 표시 장치의 경우에는 발광층 형성 시에만 섀도 마스크를 설치하고, 한 면에 증착법, 캐스트법, 스핀 코트법, 잉크 제트법, 인쇄법 등으로 막을 형성할 수 있다.
발광층만 패터닝을 행하는 경우, 그 방법에 한정은 없지만, 바람직하게는 증착법, 잉크 제트법, 스핀 코트법, 인쇄법이다.
표시 장치에 구비되는 유기 EL 소자의 구성은, 필요에 따라서 상기의 유기 EL 소자의 구성예 중에서 선택된다.
또한, 유기 EL 소자의 제조 방법은, 상기의 본 발명의 유기 EL 소자의 제조의 일 형태에 나타낸 바와 같다.
얻어진 다색 표시 장치에 직류 전압을 인가하는 경우에는, 양극을 +, 음극을 -의 극성으로 하여 전압 2V 내지 40V 정도를 인가하면 발광을 관측할 수 있다. 또한, 반대의 극성으로 전압을 인가해도 전류는 흐르지 않고 발광은 전혀 발생하지 않는다. 또한 교류 전압을 인가하는 경우에는, 양극이 +, 음극이 -의 상태가 되었을 때에만 발광한다. 또한, 인가하는 교류의 파형은 임의여도 된다.
다색 표시 장치는, 표시 디바이스, 디스플레이, 각종 발광 광원으로서 사용할 수 있다. 표시 디바이스, 디스플레이에 있어서, 청, 적, 녹 발광의 3종의 유기 EL 소자를 사용함으로써 풀 컬러의 표시가 가능하게 된다.
표시 디바이스, 디스플레이로서는, 텔레비전, 퍼스널 컴퓨터, 모바일 기기, AV 기기, 문자 방송 표시, 자동차 내의 정보 표시 등을 들 수 있다. 특히 정지 화상이나 동화상을 재생하는 표시 장치로서 사용해도 되고, 동화상 재생용 표시 장치로서 사용하는 경우의 구동 방식은 단순 매트릭스(패시브 매트릭스) 방식이어도 액티브 매트릭스 방식이어도 어느 쪽이어도 된다.
발광 광원으로서는 가정용 조명, 차내 조명, 시계나 액정용 백라이트, 간판 광고, 신호기, 광 기억 매체의 광원, 전자 사진 복사기의 광원, 광통신 처리기의 광원, 광센서의 광원 등을 들 수 있지만, 본 발명은 이들로 한정되지 않는다.
<실시예>
이하, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예에 있어서 「부」 혹은 「%」라는 표시를 사용하는데, 특별히 언급이 없는 한 「질량부」 혹은 「질량%」를 나타낸다.
본 발명의 유기 재료를 발광층에 사용한 유기 EL 소자는, 전압 인가 시의 모폴로지 변화를 억제할 수 있다. 이것을 확인하기 위해 이하에 설명하는 수순으로 유기 EL 소자를 제작하고, 평가를 행하였다.
또한, 본 실시예에 있어서 사용되는 화합물은, 하기와 같은 화학 구조식을 갖는 것이다.
Figure pct00024
H-1, H-2는 도 1a 또는 도 1b의 양쪽을 채용할 수 있지만, 기본적으로는 트랜스 배치인 도 1b의 쪽을 선택적으로 형성하고, 방향족 축합환끼리의 π 평면의 중첩을 갖지 않기 때문에, 상기 화합물은 분자 내에서 방향족 축합환이 π-π 스태킹 구조를 갖는 화합물은 아니다.
<유기 EL 소자(1-1)의 제작>
양극으로서 100㎜×100㎜×1.1㎜의 유리 기판 위에 ITO(인듐주석산화물)를 100㎚ 성막한 기판(NH 테크노 글라스사 제조 NA45)에 패터닝을 행한 후, 이 ITO 투명 전극을 설치한 투명 소자 기판을 이소프로필알코올로 초음파 세정하고, 건조 질소 가스로 건조하여, UV 오존 세정을 5분간 행하였다.
이 투명 소자 기판 위에, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리스티렌술포네이트(PEDOT/PSS, Bayer사 제조, Baytron P Al 4083)를 순수로 70%로 희석한 용액을 사용해서 3000rpm, 30초의 조건하에, 스핀 코트법에 의해 박막을 형성한 후, 200℃에서 1시간 건조하고, 두께 20㎚의 정공 주입층을 형성하였다.
이 투명 소자 기판을 시판 중인 진공 증착 장치의 기판 홀더에 고정하고, 한쪽 몰리브덴제 저항 가열 보트에 α-NPD(4,4'-비스〔N-(1-나프틸)-N-페닐아미노〕비페닐)를 200㎎ 넣고, 다른 몰리브덴제 저항 가열 보트에 호스트 재료로서 CBP(4,4'-N,N'-디카르바졸비페닐)를 200㎎ 넣고, 다른 몰리브덴제 저항 가열 보트에 발광 재료로서 DP-1을 200㎎ 넣고, 다른 몰리브덴제 저항 가열 보트에 BCP(2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린)를 200㎎ 넣어 진공 증착 장치에 부착하였다.
계속해서 진공조를 4×10-4Pa까지 감압한 후, α-NPD가 들어간 상기 가열 보트에 전압 인가해서 가열하고, 증착 속도 0.1㎚/초이고, 상기 정공 주입층 위에 증착하여 30㎚의 정공 수송층을 형성하였다.
또한 CBP(호스트 재료)가 들어간 상기 가열 보트와 DP-1이 들어간 상기 가열 보트에 전압 인가해서 가열하고, 각각 증착 속도 0.1㎚/초, 0.010㎚/초이고, 상기 정공 수송층 위에 공증착하여 40㎚의 발광층을 형성하였다.
또한 BCP가 들어간 상기 가열 보트에 전압 인가해서 가열하고, 증착 속도 0.1㎚/초이고, 상기 발광층 위에 증착하여 30㎚의 전자 수송층을 형성하였다.
계속해서, 음극 버퍼층으로서 불화리튬 0.5㎚를 증착하고, 또한 알루미늄 110㎚를 증착해서 음극을 형성하고, 유기 EL 소자(1-1)를 제작하였다.
<유기 EL 소자(1-2 내지 1-15)의 제작>
유기 EL 소자(1-1)의 제작에 있어서, CBP를 표 2에 기재된 화합물로 바꾼 이외에는 마찬가지로 하여 유기 EL 소자(1-2 내지 1-15)를 제작하였다.
<임피던스 분광 측정에 의한 박막 저항값의 측정예>
(1) 유기 EL 소자 구동 전후의 저항값의 변화율
『박막의 평가 핸드북』테크노 시스템사 간행 423페이지 내지 425페이지에 기재된 측정 방법을 참고로, Solartron사 제조 1260형 임피던스 애널라이저 및 1296형 유전체 인터페이스를 사용하여, 제작한 유기 EL 소자의 발광층의 바이어스 전압 1V에 있어서의 저항값의 측정을 행하였다.
유기 EL 소자를 실온(약 23℃ 내지 25℃), 2.5㎃/㎠의 정전류 조건하에서 1000시간 구동했을 때의 구동 전후의 발광층의 저항값을 각각 측정하고, 측정 결과를 하기에 나타낸 계산식에 의해 계산하여 저항값의 변화율을 구하였다. 표 1에는 유기 EL 소자(1-1)의 저항값 변화율을 100으로 했을 때의 상대 비율을 기재하였다.
구동 전후의 저항값의 변화율=|(구동 후의 저항값/구동 전의 저항값)-1|×100
구동 후에 모폴로지의 변화량이 작을수록 구동 전후의 저항값의 변화량이 작기 때문에, 상기 식은 모폴로지의 변화량이 작을수록 값이 0에 가까워진다.
(2) 유기 EL 소자 구동 전후의 발광 스펙트럼의 반값폭의 변화율
유기 EL 소자를 실온(약 23℃ 내지 25℃), 2.5㎃/㎠의 정전류 조건하에 보다 1000시간 구동한 후의 구동 전후의 발광 스펙트럼을 CS-1000(코니카 미놀타사 제조)을 사용하여 측정하고, 피크 파장의 반값폭 변화율을 하기에 나타낸 계산식에 의해 산출하였다. 표 1에는 유기 EL 소자(1-1)의 반값폭 변화율을 100으로 했을 때의 상대 비율을 기재하였다.
구동 전후의 반값폭의 변화율=|(구동 후의 반값폭/구동 전의 반값폭)-1|×100
구동 후에 모폴로지의 변화량이 작을수록 구동 전후의 발광 스펙트럼의 변화량이 작기 때문에, 상기 식은 모폴로지의 변화량이 작을수록 값이 0에 가까워진다.
Figure pct00025
표 2로부터, 본 발명의 유기 EL 소자(1-5 내지 1-15)는, 비교예에 비하여, 발광층의 저항값 및 발광 스펙트럼의 반값폭 변화율이 작은 것이 나타났다. 이 결과로부터, 본 발명에 의해 구동 경시에서의 발광층의 모폴로지 변화가 작은 유기 EL 소자를 얻을 수 있었다.
본 발명에 의해 제작한 소자는 구동 경시에 의한 박막의 모폴로지 변화가 작은 점에서, 소자의 발광 수명이 길어지게 되어, 구동 경시의 전압 상승도 억제된다고 생각된다.
이것을 확인하기 위해, 새롭게 유기 EL 소자를 제작하여 이하에 설명하는 평가를 행하였다.
<유기 EL 소자(2-1 내지 2-9)의 평가>
유기 EL 소자(2-1 내지 2-9)는 전술한 유기 EL 소자(1-1 내지 1-15)와 마찬가지의 방법을 이용하여 제작하였다. 즉, 유기 EL 소자(1)의 제작에 있어서, 호스트 재료의 CBP를 표 3에 나타낸 호스트 재료 대신에, 유기 EL 소자(1)와 마찬가지로 하여 제작하였다. 또한, 유기 EL 소자(1-1)와 유기 EL 소자(2-1)는 동일한 구성의 것이다.
얻어진 유기 EL 소자(2-1 내지 2-9)를 평가할 때에는, 제작 후의 각 유기 EL 소자의 비발광면을 유리 케이스로 덮고, 두께 300㎛의 유리 기판을 밀봉용 기판으로서 사용하여, 주위에 시일재로서 에폭시계 광경화형 접착제(도아 고세사 제조 럭스트랙 LC0629B)를 적용하고, 이것을 상기 음극 위에 겹쳐서 상기 투명 소자 기판과 밀착시키고, 유리 기판측으로부터 UV광을 조사해서 경화시켜서 밀봉한 조명 장치를 제작해서 평가하였다.
이와 같이 하여 제작한 각 샘플에 대하여 다음의 평가를 행하였다. 평가 결과를 표 3에 나타낸다.
(1) 외부 취출 양자 효율
유기 EL 소자를 실온(25℃), 2.5㎃/㎠의 정전류 조건하에 의한 점등을 행하고, 점등 개시 직후의 발광 휘도(L)[cd/㎡]를 측정함으로써, 외부 취출 양자 효율(η)(단순히, '효율'이라고도 함)을 산출하였다. 여기서, 발광 휘도의 측정은 CS-1000(코니카 미놀타사 제조)을 사용해서 행하고, 외부 취출 양자 효율은 유기 EL 소자(2-1)를 100으로 하는 상대값으로 나타내었다.
(2) 반감 수명
하기에 나타내는 측정법에 따라서, 반감 수명의 평가를 행하였다. 각 유기 EL 소자를 초기 휘도 1000cd/㎡를 부여하는 전류로 정전류 구동하여, 초기 휘도의 1/2(500cd/㎡)이 되는 시간을 구하고, 이것을 반감 수명의 척도로 하였다. 또한, 반감 수명은 유기 EL 소자(2-1)를 100으로 하는 상대값으로 나타내었다.
(3) 구동 시의 전압 상승
유기 EL 소자를 실온(25℃), 2.5㎃/㎠의 정전류 조건하에 의해 구동했을 때의 전압을 각각 측정하고, 측정 결과를 하기에 나타낸 계산식에 의해 계산하고, 유기 EL 소자(2-1)를 100으로 하는 상대값으로 나타내었다.
구동 시의 전압 상승=휘도 반감 시의 구동 전압-초기 구동 전압
또한, 값이 작은 쪽이 구동 시의 전압 상승이 작아 바람직함을 나타낸다.
Figure pct00026
표 3으로부터 명백해진 바와 같이 본 발명의 유기 재료를 사용한 유기 EL 소자는, 구동 경시의 모폴로지 변화가 작기 때문에, 비교예의 유기 EL 소자에 비하여, 발광 효율 및 발광 수명이 우수하고, 또한 구동 시의 전압 상승도 억제되었음을 알게 되었다.
본 발명의 일렉트로루미네센스 소자는, 전압 인가 시의 호스트 재료의 모폴로지 변화를 억제함으로써, 구동시 전압 상승, 수명 저하 및 발광 효율 저하가 적어, 조명 장치 및 표시 장치에 적합하게 적용할 수 있다.
1: 분자 내에서 π-π 스태킹 구조를 갖는 화합물
2: π-π 스태킹 구조
3: 방향족 축합환이 연결기에 의해 트랜스 배치로 연결된 화합물
4: 분자 내 엑시플렉스
5: 엑시플렉스
6: 유기 EL 소자
7: 밀봉 부재
8: 접착제층
9: 밀봉재
10: 음극
11: 유기 기능층
12: 양극
13: 소자 기판
a, b: 분자 간의 상호 작용

Claims (11)

  1. 양극과, 음극과, 단층 또는 복수 층으로 이루어지는 발광층을 포함하는, 유기 기능층을 갖고, 상기 유기 기능층이 상기 양극과 상기 음극의 사이에 끼움 지지된 유기 일렉트로루미네센스 소자에 있어서, 상기 발광층의 적어도 1층에, 2개의 방향족 축합환이 연결기로 연결되고, 분자 내에서 방향족 축합환끼리에 의한 π-π 스태킹 구조를 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방향족 축합환끼리에 의한 π-π 스태킹 구조를 갖는 화합물이, 분자 내 엑시머 또는 분자 내 엑시플렉스를 형성하는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방향족 축합환끼리가, 서로 2개 이상의 연결기로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방향족 축합환끼리가, 서로 3개 이상의 연결기로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방향족 축합환끼리가, 동일한 골격을 갖는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 동일한 골격을 갖는 2개의 방향족 축합환이, 골격의 동일한 위치에 연결기를 갖는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방향족 축합환이 복수의 방향환을 갖고, 적어도 2개 이상의 방향환에 연결기를 갖는 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  8. 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결기의 2개 이상이 동일한 연결기인 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  9. 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결기에 있어서, 2개의 방향족 축합환을 연결하는 연결쇄 중, 당해 연결쇄 위에 있는 원자의 수가 가장 적은 연결쇄에 있어서의 상기 원자의 수를 n으로 한 경우, 적어도 2개의 연결기에 있어서의 당해 n수는 3 내지 5인 것을 특징으로 하는, 유기 일렉트로루미네센스 소자.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자를 갖는 것을 특징으로 하는, 표시 장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 유기 일렉트로루미네센스 소자를 갖는 것을 특징으로 하는, 조명 장치.
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