KR20230151560A

KR20230151560A - 유기 전계 발광 소자

Info

Publication number: KR20230151560A
Application number: KR1020237036409A
Authority: KR
Inventors: 준야 오가와; 마사시 타다
Original assignee: 닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼 가부시키가이샤
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2023-11-01
Also published as: TW201843156A; WO2018198844A1; EP3618132A1; JP7030794B2; US11189802B2; CN110574180B; TWI746838B; US20210143340A1; KR20200002885A; JPWO2018198844A1; CN110574180A; EP3618132A4

Abstract

구동 전압이 낮으면서 고효율이고, 높은 구동 안정성을 가진 유기 EL 소자를 제공한다.
대향하는 양극과 음극 사이에 발광층을 가지고, 이 발광층이 일반식(1)로 나타내는 인돌로카르바졸 화합물에서 선택되는 제1 호스트와, 일반식(2)로 나타내는 비스카르바졸 화합물에서 선택되는 제2 호스트, 및 발광성 도펀트 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.

Description

유기 전계 발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT}

본 발명은 유기 전계 발광 소자(유기 EL 소자라고 함)에 관한 것이다. 상세하게는 제1 호스트와 제2 호스트, 및 발광성 도펀트 재료를 포함하는 발광층을 가지는 유기 EL 소자에 관한 것이다.

유기 EL 소자에 전압을 인가함으로써, 양극으로부터 정공이, 음극으로부터는 전자가 각각 발광층에 주입된다. 그리고 발광층에서, 주입된 정공과 전자가 재결합하고, 여기자(勵起子)가 생성된다. 이 때, 전자 스핀의 통계칙에 의해, 일중항(一重項) 여기자 및 삼중항(三重項) 여기자가 1:3의 비율로 생성된다. 일중항 여기자에 의한 발광을 이용하는 형광발광형 유기 EL 소자는 내부 양자 효율은 25%가 한계라고 전해지고 있다. 한편, 삼중항 여기자에 의한 발광을 이용하는 인광발광형 유기 EL 소자는 일중항 여기자로부터 항간 교차가 효율적으로 이루어진 경우에는 내부 양자 효율을 100%까지 높일 수 있는 것이 알려져 있다.

그러나 인광발광형 유기 EL 소자에 관해서는 장수명화가 기술적인 과제가 되어 있다.

또한, 최근에는 지연 형광을 이용한 고효율의 유기 EL 소자의 개발이 이루어지고 있다. 예를 들면 특허문헌 1에는 지연 형광의 메커니즘의 하나인 TTF(Triplet-Triplet Fusion) 기구를 이용한 유기 EL 소자가 개시되어 있다. TTF 기구는 2개의 삼중항 여기자의 충돌에 의해 일중항 여기자가 생성되는 현상을 이용하는 것이며, 이론상 내부 양자 효율을 40%까지 높일 수 있다고 여겨지고 있다. 그러나 인광발광형 유기 EL 소자와 비교하면 효율이 낮기 때문에 한층 더한 효율의 개량이 요구되고 있다.

한편 특허문헌 2에서는 TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence) 기구를 이용한 유기 EL 소자가 개시되어 있다. TADF 기구는 일중항 준위와 삼중항 준위의 에너지 차가 작은 재료에서 삼중항 여기자로부터 일중항 여기자로의 역항간 교차가 생기는 현상을 이용하는 것이며, 이론상 내부 양자 효율을 100%까지 높일 수 있다고 여겨지고 있다. 그러나 인광발광형 소자와 마찬가지로 수명 특성의 한층 더한 개선이 요구되고 있다.

특허문헌 3에서는 인돌로카르바졸 화합물에 대해, 호스트 재료로서의 사용을 개시하고 있다. 특허문헌 4에서는 비스카르바졸 화합물에 대해, 호스트 재료로서의 사용을 개시하고 있다.

특허문헌 5, 6에서는 비스카르바졸 화합물을 혼합 호스트로 사용하는 것을 개시하고 있다. 특허문헌 7, 8, 9, 10에서는 인돌로카르바졸 화합물과 비스카르바졸 화합물을 혼합 호스트로 사용하는 것을 개시하고 있다.

특허문헌 11에서는 인돌로카르바졸 화합물을 포함하는 복수개의 호스트를 예비 혼합한 호스트 재료의 사용을 개시하고 있다.

그러나 모두 충분한 것이라고는 할 수 없어, 한층 더한 개량이 요망되고 있다.

WO2010/134350호 WO2011/070963호 WO2008/056746호 일본 공개특허공보 특개2003-133075호 WO2013/062075호 US2014/0374728호 US2014/0197386호 US2015/0001488호 US2015/0236262호 WO2016/194604호 WO2011/136755호

유기 EL 소자를 플랫패널 디스플레이 등의 표시 소자, 또는 광원에 응용하기 위해서는 소자의 발광 효율을 개선함과 동시에 구동 시의 안정성을 충분히 확보할 필요가 있다. 본 발명은 구동 전압이 낮으면서 고효율이고 또한 높은 구동 안정성을 가진 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 대향하는 양극과 음극 사이에 하나 이상의 발광층을 포함하는 유기 EL 소자에서, 적어도 하나의 발광층이 하기 일반식(1)로 나타내는 화합물에서 선택되는 제1 호스트와 하기 일반식(2)로 나타내는 화합물에서 선택되는 제2 호스트, 그리고 발광성 도펀트 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자에 관한 것이다.

[화학식 1]

(여기서, 환A는 식(1a)로 나타내는 방향족 탄화수소환이고, 환B는 식(1b)로 나타내는 복소환이며, 환A 및 환B는 각각 인접하는 환과 임의의 위치에서 축합한다.

Ar¹은 페닐기, 비페닐기 또는 테르페닐기이다.

R은 독립적으로 탄소수 1~10의 지방족 탄화수소기, 탄소수 6~10의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~12의 방향족 복소환기이다.

a, b, c는 치환수를 나타내고, 각각 독립적으로 0~3의 정수를 나타낸다.

m과 n은 반복의 수를 나타내고, 각각 독립적으로 0~2의 정수를 나타낸다.

바람직하게는 Ar¹이 페닐기인 경우, m+n은 1~4의 정수이다.)

[화학식 2]

(여기서, Ar²와 Ar³은 독립적으로, 수소, 탄소수 6~14의 방향족 탄화수소기, 또는 상기 방향족 탄화수소기가 2개 연결된 기를 나타내고, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기는 동일하여도 되고 달라도 된다. 단, Ar²와 Ar³이 모두 수소가 되지는 않는다. L¹, L²는 식(2a) 또는 식(2b)로 나타내는 페닐렌기를 나타낸다. 바람직하게는 L¹, L²가 동일해지지는 않는다. (Ar² 또는 Ar³이 수소인 경우를 제외함.))

일반식(2)의 바람직한 양태로는 일반식(3)~(5)가 있고, 보다 바람직하게는 일반식(4) 또는 (5)이다.

[화학식 3]

일반식(1)의 바람직한 양태로는 일반식(6)~(11)이 있고, 바람직하게는 일반식(6), (7), (8), 또는 (9)이며, 보다 바람직하게는 일반식(6)이다.

[화학식 4]

상기 발광층은 진공증착으로 형성된 증착층인 것이 좋고, 제1 호스트와 제2 호스트는 증착 전에 예비혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 호스트와 제2 호스트의 50% 중량 감소 온도의 차가 20℃ 이내인 것, 또는 제1 호스트의 비율이 제1 호스트와 제2 호스트의 합계에 대하여 20wt%보다 많고 55wt%보다 적은 것이 바람직하다.

상기 발광성 도펀트 재료는 인광발광 도펀트 재료, 형광발광 도펀트 재료 또는 열활성화 지연 형광발광 도펀트 재료일 수 있다. 인광발광 도펀트 재료로는 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금 및 금에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 유기 금속 착체를 들 수 있다.

또한, 상기 유기 EL 소자는 발광층에 인접하는 정공 저지층을 마련하고, 상기 정공 저지층 중에 상기 일반식(1)로 나타내는 화합물을 함유시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 유기 전계 발광 소자를 제조함에 있어, 제1 호스트와 제2 호스트를 혼합하여 예비혼합물로 한 뒤, 이것을 포함하는 호스트 재료를 증착시켜 발광층을 형성시키는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

소자 특성 향상을 위해서는 유기층에 사용하는 재료의 전하에 대한 내구성이 높은 것이 필요하고, 특히 발광층에서는 주변층으로의 여기자 및 전하의 누설을 억제하는 것이 중요하다. 이 전하/여기자의 누설 억제에는 발광층 중에서의 발광 영역 치우침의 개선이 유효하고, 그를 위해서는 발광층으로의 양 전하(전자/정공) 주입량 혹은 발광층 중에서의 양 전하 수송량을 바람직한 범위로 제어하는 것이 필요하다.

여기서, 일반식(1)의 인돌로카르바졸 화합물은 골격의 안정성이 높고, 이성체나 치환기에 의해 양 전하 주입 수송성을 어느 정도 제어할 수 있지만, 단독으로는 상술한 바와 같이 양 전하 주입 수송량을 바람직한 범위로 제어하는 것은 어렵다. 한편, 일반식(2)의 비스카르바졸 화합물은 치환기의 종류·수를 바꿈으로써 전하 주입 수송성을 높은 수준으로 제어할 수 있다. 또한, 이 비스카르바졸 화합물은 질소 원자 상에 축환 이외의 치환기를 결합시킴으로써, 축합 방향족기를 결합시킨 비스카르바졸 화합물과 비교하여 높은 최저 여기 삼중항 에너지를 가지고, 또한, 비정질(amorphous) 안정성이 높으며, 인돌로카르바졸 화합물과 마찬가지로 골격 안정성이 높다. 따라서, 상기 인돌로카르바졸 화합물과 비스카르바졸 화합물을 혼합하여 사용함으로써 유기층으로의 전하 주입량을 바람직한 범위로 조정할 수 있고, 보다 양호한 소자 특성을 기대할 수 있다. 특히, 지연 형광발광 EL 소자나 인광발광 EL 소자의 경우에는 N 상 또는 N 상으로 치환될 트리아진환 상에 적어도 하나의 비페닐기 혹은 테르페닐기를 가지는 인돌로카르바졸 화합물과 적어도 한쪽의 N 상에 방향족 탄화수소기가 치환된 페닐렌기를 가지는 비스카르바졸 화합물을 혼합하여 사용함으로써, 정공·전자의 전하 주입 수송성의 밸런스가 매우 적합해지고, 더욱이 발광층에서 생성하는 여기 에너지를 가두는 데에 충분히 높은 최저 여기 삼중항 에너지를 가지고 있기 때문에, 발광층 내에서의 에너지 유출이 없고, 낮은 전압으로 고효율이면서 장수명을 달성할 수 있다.

도 1은 유기 EL 소자의 일례를 나타낸 모식 단면도이다.

본 발명의 유기 EL 소자는 대향하는 양극과 음극 사이에 하나 이상의 발광층을 가지며, 발광층의 적어도 한 층이 제1 호스트와 제2 호스트, 및 발광성 도펀트 재료를 함유하는 증착층으로 이루어진다. 이 증착층은 진공 증착에 의해 제작할 수 있다. 제1 호스트는 상기 일반식(1)로 나타내는 화합물이고, 제2 호스트는 상기 일반식(2)로 나타내는 화합물이다. 이 유기 EL 소자는 대향하는 양극과 음극 사이에 복수 층으로 이루어지는 유기층을 가지는데, 복수 층 중 적어도 한 층은 발광층이며, 발광층은 복수 있어도 된다.

상기 일반식(1)에 대해 설명한다.

환A는 식(1a)로 나타내는 방향족 탄화수소환이고, 환B는 식(1b)로 나타내는 복소환이며, 환A 및 환B는 각각 인접하는 환과 임의의 위치에서 축합한다.

Ar¹은 페닐기, 비페닐기, 또는 테르페닐기를 나타낸다. 바람직하게는 페닐기, 비페닐기이며, 보다 바람직하게는 페닐기이다. 여기서, 비페닐기는 -Ph-Ph로 나타내는 기이고, 테르페닐기는 -Ph-Ph-Ph 또는 Ph(-Ph)-Ph로 나타내는 기이며, Ph는 임의의 위치(o-위, m-위, p-위)에서 연결된다. 여기서, Ph는 페닐기 또는 페닐렌기 등이다.

R은 독립적으로 탄소수 1~10의 지방족 탄화수소기, 탄소수 6~10의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~12의 방향족 복소환기를 나타낸다. 바람직하게는 탄소수 1~8의 지방족 탄화수소기, 페닐기, 또는 탄소수 3~9의 방향족 복소환기를 나타낸다. 보다 바람직하게는 탄소수 1~6의 지방족 탄화수소기, 페닐기, 또는 탄소수 3~6의 방향족 복소환기이다.

상기 탄소수 1~10의 지방족 탄화수소기의 구체예로는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실 등을 들 수 있다. 바람직하게는 탄소수 1~4의 알킬기이다.

상기 탄소수 6~10의 방향족 탄화수소기, 또는 탄소수 3~12의 방향족 복소환기의 구체예로는 벤젠, 나프탈렌, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 티오펜, 이소티아졸, 티아졸, 피리다진, 피롤, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 티아디아졸, 피라진, 푸란, 이소옥사졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 옥사디아졸, 티아디아졸, 벤조트리아진, 프탈라진, 테트라졸, 인돌, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조옥사졸, 벤조티아졸, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트리아졸, 벤조이소티아졸, 벤조티아디아졸, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 디벤조셀레노펜, 또는 카르바졸에서 1개의 H를 제거하여 생기는 방향족기를 들 수 있다. 바람직하게는 벤젠, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 티오펜, 이소티아졸, 티아졸, 피리다진, 피롤, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 티아디아졸, 피라진, 푸란, 이소옥사졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 옥사디아졸, 티아디아졸, 벤조트리아진, 프탈라진, 테트라졸, 인돌, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조옥사졸, 벤조티아졸, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트리아졸, 벤조이소티아졸, 또는 벤조티아디아졸에서 생기는 방향족기를 들 수 있다. 보다 바람직하게는 벤젠, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 티오펜, 이소티아졸, 티아졸, 피리다진, 피롤, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 티아디아졸, 피라진, 푸란, 이소옥사졸, 옥사졸, 또는 옥사디아졸에서 생기는 방향족기를 들 수 있다.

a, b, c는 치환수를 나타내고, 각각 독립적으로 0~3의 정수를 나타내며, 바람직하게는 0 또는 1의 정수이다. m과 n은 반복의 수를 나타내고, 각각 독립적으로 0~2의 정수를 나타내며, 바람직하게는 0 또는 1의 정수이다. 여기서, m+n은 0 또는 1 이상의 정수인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1, 2 또는 3의 정수이다. 단, Ar¹이 페닐기인 경우, m+n은 1~4의 정수인 것이 좋고, 보다 바람직하게는 1, 2 또는 3의 정수이다.

일반식(1)의 바람직한 양태로서, 상기 일반식(6)~(11)이 있다. 일반식(6)~(11)에서 일반식(1)과 공통되는 기호는 같은 의미를 가진다.

일반식(1)로 나타내는 화합물의 구체적인 예를 이하에 나타내겠지만, 이들 예시 화합물에 한정되는 것은 아니다.

[화학식 5]

[화학식 6]

[화학식 7]

[화학식 8]

[화학식 9]

[화학식 10]

[화학식 11]

[화학식 12]

[화학식 13]

[화학식 14]

[화학식 15]

다음으로, 제2 호스트가 되는 일반식(2), 및 그 바람직한 양태인 일반식(3)~(5)에 대해 설명한다. 일반식(2)~(5)에서 공통되는 기호는 같은 의미를 가진다.

Ar²와 Ar³은 독립적으로, 수소, 탄소수 6~14의 방향족 탄화수소기, 또는 상기 방향족 탄화수소기가 2개 연결된 기(연결 방향족기라고 함.)를 나타낸다. 바람직하게는 수소, 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기, 보다 바람직하게는 탄소수 6~10의 방향족 탄화수소기이다. Ar²가 수소인 것, 또는 Ar²가 수소이고, Ar³이 상기 방향족 탄화수소기, 또는 연결 방향족기인 것은 바람직한 양태이다. 단, Ar²와 Ar³이 모두 수소가 되지는 않는다.

Ar²와 Ar³의 구체예는 수소, 또는 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 플루오렌 등의 방향족 탄화수소, 또는 이들 방향족 탄화수소의 방향족환이 2개 연결된 화합물에서 H를 1개 제거하여 생기는 방향족기 또는 연결 방향족기를 들 수 있다. 바람직하게는 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌에서 생기는 방향족기 또는 이들 방향족기가 2개 연결된 연결 방향족기를 들 수 있고, 보다 바람직하게는 벤젠, 나프탈렌, 또는 페난트렌에서 생기는 방향족기이다. Ar³은 페닐기인 것이 더 바람직하다. Ar²와 Ar³ 중 하나는 수소여도 되는데, 그 경우는 다른 하나는 상기 방향족기 또는 연결 방향족기이다. Ar²가 수소이고, Ar³이 페닐기인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 방향족기 또는 연결 방향족기는 치환기를 가져도 되고, 바람직한 치환기는 탄소수 1~12의 알킬기 또는 탄소수 1~12의 알콕시기이다.

여기서, 연결 방향족기는 예를 들면, -Ar⁴-Ar⁵와 같은 식으로 나타낸다. 여기서, Ar⁴, Ar⁵는 독립적으로 탄소수 6~14의 방향족 탄화수소기이다. Ar⁴는 2가 또는 3가의 기이고, Ar⁵는 1가이다. 연결 방향족기를 구성하는 방향족기는 동일해도 되고 달라도 된다.

L¹, L²는 페닐렌기이지만, 페닐렌기는 p-페닐렌기 또는 m-페닐렌기이다. p-페닐렌기 및 m-페닐렌기는 각각 식(2a) 및 식(2b)로 나타낸다. 그리고 한쪽의 Ar² 또는 Ar³이 수소인 경우는, 다른 쪽의 -L¹-Ar² 또는 -L²-Ar³은 방향족 탄화수소기가 치환된 m-페닐렌기 또는 p-페닐렌기가 되는 것이 좋다.

바람직하게는 L¹이 식(2a)로 나타내는 페닐렌기이며, L²가 식(2b)로 나타내는 페닐렌기이거나, 또는 Ar²가 수소이고, -L¹-Ar²가 페닐기이며, L²가 m-페닐렌기 또는 p-페닐렌기이다. 다른 관점에서는 Ar² 또는 Ar³이 수소인 경우를 제외하고, L¹=L²가 되지 않는 것이 바람직하다. 즉, L¹, L²가 동시에 p-페닐렌기가 되지는 않고, 마찬가지로 m-페닐렌기가 되지는 않는다. 예를 들면, 한쪽이 p-페닐렌기인 경우는 다른 쪽은 m-페닐렌기가 된다. 한쪽의 Ar² 또는 Ar³이 수소인 경우는 상기 L¹ 또는 L²는 치환 위치가 임의의 페닐렌기가 되므로, L¹=L²가 되는 경우에서 제외된다.

일반식(2)~(5)로 나타내는 화합물의 구체적인 예를 이하에 나타내겠지만, 이들 예시 화합물에 한정되는 것은 아니다.

[화학식 16]

[화학식 17]

[화학식 18]

[화학식 19]

[화학식 20]

상기 일반식(1)로 나타내는 화합물에서 선택되는 제1 호스트와 상기 일반식(2)로 나타내는 화합물에서 선택되는 제2 호스트를 발광층의 호스트 재료로 사용함으로써 뛰어난 유기 EL 소자를 제공할 수 있다.

제1 호스트와 제2 호스트는 각각 다른 증착원으로부터 증착하여 사용할 수도 있는데, 증착 전에 예비혼합하여 예비혼합물로 하고, 그 예비혼합물을 하나의 증착원으로부터 동시에 증착하여 발광층을 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 예비 혼합물에는 발광층을 형성하기 위해 필요한 발광성 도펀트 재료 또는 필요에 따라 사용되는 다른 호스트를 혼합해도 되지만, 원하는 증기압이 되는 온도에 큰 차가 있는 경우는 다른 증착원으로부터 증착시키는 것이 좋다.

또한, 제1 호스트와 제2 호스트의 혼합비(중량비)는 제1 호스트와 제2 호스트의 합계에 대하여 제1 호스트의 비율이 20~60%가 좋고, 바람직하게는 20%보다 많고 55%보다 적은 것이며, 보다 바람직하게는 40~50%이다.

다음으로, 본 발명의 유기 EL 소자의 구조에 대해 도면을 참조하면서 설명하겠지만, 본 발명의 유기 EL 소자의 구조는 이에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 사용되는 일반적인 유기 EL 소자의 구조예를 나타내는 단면도이며, 1은 기판, 2는 양극, 3은 정공 주입층, 4는 정공 수송층, 5는 발광층, 6은 전자 수송층, 7은 음극을 나타낸다. 본 발명의 유기 EL 소자는 발광층과 인접하여 여기자 저지층을 가져도 되고, 또한 발광층과 정공 주입층 사이에 전자 저지층을 가져도 된다. 여기자 저지층은 발광층의 음극 측, 음극 측 중 어느 것에도 삽입할 수 있고, 양쪽 동시에 삽입하는 것도 가능하다. 본 발명의 유기 EL 소자에서는 양극, 발광층, 그리고 음극을 필수층으로 가지지만, 필수층 이외에 정공 주입/수송층, 전자 주입/수송층을 가지는 것이 좋고, 추가로 발광층과 전자 주입/수송층 사이에 정공 저지층을 가지는 것이 좋다. 한편, 정공 주입/수송층은 정공 주입층과 정공 수송층 중 어느 하나 또는 양자를 의미하고, 전자 주입/수송층은 전자 주입층과 전자 수송층 중 어느 하나 또는 양자를 의미한다.

도 1과는 반대의 구조, 즉 기판(1) 상에 음극(7), 전자 수송층(6), 발광층(5), 정공 수송층(4), 양극(2) 순으로 적층하는 것도 가능하고, 이 경우도 필요에 따라 층을 추가, 생략하는 것이 가능하다.

-기판-

본 발명의 유기 EL 소자는 기판에 지지되어 있는 것이 바람직하다. 이 기판에 대해서는 특별히 제한은 없고, 종래부터 유기 EL 소자에 이용되고 있는 것이면 되고, 예를 들면 유리, 투명 플라스틱, 석영 등으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다.

-양극-

유기 EL 소자에서의 양극 재료로는 일함수가 큰(4eV 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 재료가 바람직하게 사용된다. 이와 같은 전극 재료의 구체예로는 Au 등의 금속, CuI, 인듐틴옥사이드(ITO), SnO₂, ZnO 등의 도전성 투명 재료를 들 수 있다. 또한, IDIXO(In₂O₃-ZnO) 등의 비정질이고, 투명 도전막을 제작 가능한 재료를 사용해도 된다. 양극은 이들 전극 재료를 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시키고, 포토리소그래피법으로 원하는 형상의 패턴을 형성해도 되며, 혹은 패턴 정밀도를 그다지 필요로 하지 않는 경우(100㎛ 이상 정도)는 상기 전극 재료의 증착이나 스퍼터링 시에 원하는 형상의 마스크를 개재하여 패턴을 형성해도 된다. 혹은 유기 도전성 화합물과 같은 도포 가능한 물질을 사용하는 경우에는 인쇄 방식, 코팅 방식 등 습식 성막법을 이용할 수도 있다. 이 양극으로부터 발광을 추출할 경우에는 투과율을 10%보다 크게 하는 것이 바람직하고, 또한 양극으로서의 시트 저항은 수 백Ω/□ 이하가 바람직하다. 막 두께는 재료에 따라 다르지만, 통상 10~1000㎚, 바람직하게는 10~200㎚의 범위에서 선택된다.

-음극-

한편, 음극 재료로는 일함수가 작은(4eV 이하) 금속(전자 주입성 금속), 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 재료가 사용된다. 이와 같은 전극 재료의 구체예로는 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, 희토류 금속 등을 들 수 있다. 이들 중에서, 전자 주입성 및 산화 등에 대한 내구성의 점에서, 전자 주입성 금속과 이보다 일 함수의 값이 크고 안정된 금속인 제2 금속과의 혼합물, 예를 들면 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄 혼합물, 리튬/알루미늄 혼합물, 알루미늄 등이 알맞다. 음극은 이들 음극재료를 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시킴으로써, 제작할 수 있다. 또한, 음극으로서 시트 저항은 수 백Ω/□ 이하가 바람직하고, 막 두께는 통상 10㎚~5㎛, 바람직하게는 50~200㎚의 범위에서 선택된다. 한편, 발광한 광을 투과시키기 위해, 유기 EL 소자의 양극 또는 음극 중 어느 하나가 투명 또는 반투명이면 발광 휘도는 향상되어, 매우 적합하다.

또한, 음극에 상기 금속을 1~20㎚의 막 두께로 형성한 후에, 양극의 설명에서 든 도전성 투명 재료를 그 위에 형성함으로써, 투명 또는 반투명한 음극을 제작할 수 있고, 이것을 응용함으로써 양극과 음극 양쪽이 투과성을 가지는 소자를 제작할 수 있다.

-발광층-

발광층은 양극 및 음극 각각으로부터 주입된 정공 및 전자가 재결합함으로써 여기자가 생성된 후, 발광하는 층이며 발광층에는 유기 발광성 도펀트 재료와 호스트 재료를 포함한다.

발광층에서의 호스트 재료로는 일반식(1)로 나타내는 제1 호스트와 일반식(2)로 나타내는 제2 호스트를 사용한다. 더욱이, 공지의 호스트 재료를 1종 또는 복수 종류 병용해도 되는데, 그 사용량은 호스트 재료의 합계에 대하여 50wt% 이하, 바람직하게는 25wt% 이하로 하는 것이 좋다.

제1 호스트와 제2 호스트는 각각 다른 증착원으로부터 증착하거나, 증착 전에 예비혼합하여 예비혼합물로 함으로써 하나의 증착원으로부터 제1 호스트와 제2 호스트를 동시에 증착할 수도 있다.

제1 호스트와 제2 호스트를 예비혼합하여 사용하는 경우는 양호한 특성을 가지는 유기 EL 소자를 재현성 좋게 제작하기 위해, 50% 중량 감소 온도(T₅₀)의 차가 작은 것이 바람직하다. 50% 중량 감소 온도는 질소 기류 감압(50㎩) 하에서의 TG-DTA 측정에서, 실온으로부터 매분 10℃의 속도로 550℃까지 승온했을 때, 중량이 50% 감소했을 때의 온도를 말한다. 이 온도 부근에서는 증발 또는 승화에 의한 기화가 가장 활발하게 일어난다고 생각된다.

제1 호스트와 제2 호스트는 상기 50% 중량 감소 온도의 차가 20℃ 이내인 것이 바람직하고, 15℃ 이내인 것이 보다 바람직하다. 예비혼합 방법으로는 분쇄 혼합 등의 공지의 방법을 채용할 수 있는데, 가급적으로 균일하게 혼합하는 것이 바람직하다.

발광성 도펀트 재료로서 인광발광 도펀트를 사용하는 경우, 인광발광 도펀트로는 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금 및 금에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 유기 금속 착체를 함유하는 것이 좋다. 구체적으로는 J.Am.Chem.Soc.2001, 123, 4304나 일본 공표특허공보 특표2013-53051호에 기재되어 있는 이리듐 착체가 알맞게 사용되는데, 이들에 한정되지 않는다.

인광발광 도펀트 재료는 발광층 중에 1종류만이 함유되어도 되고, 2종류 이상을 함유해도 된다. 인광발광 도펀트 재료의 함유량은 호스트 재료에 대하여 0.1~30wt%인 것이 바람직하고, 1~20wt%인 것이 보다 바람직하다.

인광발광 도펀트 재료는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 이하와 같은 예를 들 수 있다.

[화학식 21]

[화학식 22]

발광성 도펀트 재료로서 형광발광 도펀트를 사용하는 경우, 형광발광 도펀트로는 특별히 한정되지 않지만 예를 들면 벤조옥사졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 스티릴벤젠 유도체, 폴리페닐 유도체, 디페닐부타디엔 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 나프탈이미드 유도체, 쿠마린 유도체, 축합 방향족 화합물, 페리논 유도체, 옥사디아졸 유도체, 옥사진 유도체, 알다진 유도체, 피롤리딘 유도체, 시클로펜타디엔 유도체, 비스스티릴안트라센 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 피롤로피리딘 유도체, 티아디아졸로피리딘 유도체, 스티릴아민 유도체, 디케토피롤로피롤 유도체, 방향족 디메틸리딘 화합물, 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착체나 피로메텐 유도체의 금속 착체, 희토류 착체, 전이금속 착체로 대표되는 각종 금속 착체 등, 폴리티오펜, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌 등의 폴리머 화합물, 유기 실란 유도체 등을 들 수 있다. 바람직하게는 축합 방향족 유도체, 스티릴 유도체, 디케토피롤로피롤 유도체, 옥사진 유도체, 피로메텐 금속 착체, 전이금속 착체, 또는 란타노이드 착체를 들 수 있고, 보다 바람직하게는 나프탈렌, 피렌, 크리센, 트리페닐렌, 벤조[c]페난트렌, 벤조[a]안트라센, 펜타센, 페릴렌, 플루오란텐, 아세나프토플루오란텐, 디벤조[a,j]안트라센, 디벤조[a,h]안트라센, 벤조[a]나프탈렌, 헥사센, 나프토[2,1-f]이소퀴놀린, α-나프타페난트리딘, 페난트로옥사졸, 퀴놀리노[6,5-f]퀴놀린, 벤조티오판트렌 등을 들 수 있다. 이들은 치환기로서 알킬기, 아릴기, 방향족 복소환기, 또는 디아릴아미노기를 가져도 된다.

형광발광 도펀트 재료는 발광층 중에 1종류만 함유되어도 되고, 2종류 이상을 함유해도 된다. 형광발광 도펀트 재료의 함유량은 호스트 재료에 대하여 0.1~20%인 것이 바람직하고, 1~10%인 것이 보다 바람직하다.

발광성 도펀트 재료로서 열활성화 지연 형광발광 도펀트를 사용하는 경우, 열활성화 지연 형광발광 도펀트로는 특별히 한정되지 않지만 주석 착체나 구리 착체 등의 금속 착체나, WO2011/070963호 공보에 기재된 인돌로카르바졸 유도체, Nature 2012, 492, 234에 기재된 시아노벤젠 유도체, 카르바졸 유도체, Nature Photonics 2014, 8, 326에 기재된 페나진 유도체, 옥사디아졸 유도체, 트리아졸 유도체, 설폰 유도체, 페녹사진 유도체, 아크리딘 유도체 등을 들 수 있다.

열활성화 지연 형광발광 도펀트 재료는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 이하와 같은 예를 들 수 있다.

[화학식 23]

열활성화 지연 형광발광 도펀트 재료는 발광층 중에 1종류만 함유되어도 되고, 2종류 이상을 함유해도 된다. 또한, 열활성화 지연 형광발광 도펀트는 인광발광 도펀트나 형광발광 도펀트와 혼합하여 사용해도 된다. 열활성화 지연 형광발광 도펀트 재료의 함유량은 호스트 재료에 대하여 0.1~50%인 것이 바람직하고, 1~30%인 것이 보다 바람직하다.

-주입층-

주입층이란, 구동 전압 저하나 발광 휘도 향상을 위해 전극과 유기층 사이에 마련되는 층으로, 정공 주입층과 전자 주입층이 있고, 양극과 발광층 또는 정공 수송층의 사이, 및 음극과 발광층 또는 전자 수송층의 사이에 존재시켜도 된다. 주입층은 필요에 따라 마련할 수 있다.

-정공 저지층-

정공 저지층이란, 넓은 의미에서는 전자 수송층의 기능을 가지고, 전자를 수송하는 기능을 가지면서 정공을 수송하는 능력이 현저하게 작은 정공 저지 재료로 이루어지고, 전자를 수송하면서 정공을 저지함으로써 발광층 중에서의 전자와 정공의 재결합 확률을 향상시킬 수 있다.

정공 저지층에는 공지의 정공 저지층 재료를 사용할 수 있는데, 인돌로카르바졸 화합물을 함유시키는 것이 바람직하다. 인돌로카르바졸 화합물로는 인돌로카르바졸환을 1개 이상 가지는 것이면 된다. 여기서, 인돌로카르바졸환은 일반식(1)에서, 5환의 축합환을 말한다. 바람직하게는 일반식(1)로 나타내는 화합물로 나타내는 화합물, 또는 일반식(1)에서, Ar¹이 페닐기, 비페닐기 또는 테르페닐기이며, R이 탄소수 1~10의 지방족 탄화수소기, 탄소수 6~10의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~12의 방향족 복소환기이고, a, b, c는 각각 독립적으로 0~3의 정수이며, m과 n은 각각 독립적으로 0~2의 정수인 화합물이다.

-전자 저지층-

전자 저지층이란, 넓은 의미에서는 정공 수송층의 기능을 가지고, 정공을 수송하면서 전자를 저지함으로써 발광층 중에서의 전자와 정공이 재결합할 확률을 향상시킬 수 있다.

전자 저지층의 재료로는 공지의 전자 저지층 재료를 사용할 수 있고, 또한 후술할 정공 수송층의 재료를 필요에 따라 사용할 수 있다. 전자 저지층의 막 두께는 바람직하게는 3~100㎚이며, 보다 바람직하게는 5~30㎚이다.

-여기자 저지층-

여기자 저지층이란, 발광층 내에서 정공과 전자가 재결합함으로써 생긴 여기자가 전하 수송층으로 확산하는 것을 저지하기 위한 층이며, 본 층의 삽입에 의해 여기자를 효율적으로 발광층 내에 가두는 것이 가능해져, 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 여기자 저지층은 2개 이상의 발광층이 인접하는 소자에서, 인접하는 2개의 발광층의 사이에 삽입할 수 있다.

여기자 저지층의 재료로는 공지의 여기자 저지층 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 1,3-디카르바졸릴벤젠(mCP)이나, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)-4-페닐페놀라토알루미늄(III)(BAlq)을 들 수 있다.

-정공 수송층-

정공 수송층이란, 정공을 수송하는 기능을 가지는 정공 수송 재료로 이루어지고, 정공 수송층은 단층 또는 복수층 마련할 수 있다.

정공 수송 재료로는 정공의 주입 또는 수송, 전자의 장벽성 중 어느 하나를 가지는 것이며, 유기물, 무기물 중 어느 것이어도 된다. 정공 수송층에는 종래 공지의 화합물 중에서 임의의 것을 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 정공 수송 재료로는 예를 들면, 포르피린 유도체, 아릴아민 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아릴알칸 유도체, 피라졸린 유도체 및 피라졸론 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 옥사졸 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 하이드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 실라잔 유도체, 아닐린계 공중합체, 또한 도전성 고분자 올리고머, 특히 티오펜 올리고머 등을 들 수 있는데, 포르피린 유도체, 아릴아민 유도체 및 스티릴아민 유도체를 사용하는 것이 바람직하고, 아릴아민 화합물을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

-전자 수송층-

전자 수송층이란, 전자를 수송하는 기능을 가지는 재료로 이루어지고, 전자 수송층은 단층 또는 복수층 마련할 수 있다.

전자 수송 재료(정공 저지 재료를 겸하는 경우도 있음)로는 음극으로부터 주입된 전자를 발광층에 전달하는 기능을 가지고 있으면 된다. 전자 수송층에는 종래 공지의 화합물 중에서 임의의 것을 선택하여 사용할 수 있고, 예를 들면, 나프탈렌, 안트라센, 페난트롤린 등의 다환 방향족 유도체, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(III) 유도체, 포스핀옥사이드 유도체, 니트로 치환 플루오렌 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 티오피란디옥사이드 유도체, 카르보디이미드, 플레오레닐리덴메탄 유도체, 안트라퀴노디메탄 및 안트론 유도체, 비피리딘 유도체, 퀴놀린 유도체, 옥사디아졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 인돌로카르바졸 유도체 등을 들 수 있다. 추가로 이들 재료를 고분자쇄에 도입한, 또는 이들 재료를 고분자의 주쇄로 한 고분자 재료를 사용할 수도 있다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더 상세하게 설명하겠지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 넘지 않는 한, 다양한 형태로 실시하는 것이 가능하다.

화합물 1-2(0.20g)와 화합물 2-1(0.80g)을 계량하고, 막자 사발로 으깨면서 혼합함으로써 예비혼합물 H1을 조제했다.

마찬가지로 하여, 표 1에 나타내는 제1 호스트와 제2 호스트를 사용하여, 예비혼합물 H2~H15를 조제했다.

제1 호스트와 제2 호스트의 종류 및 배합비를 표 1에 나타낸다. 한편, 화합물 번호는 상기 예시 화합물에 붙인 번호에 대응한다.

비교를 위한 호스트 또는 정공 저지층 화합물로 사용한 화합물 A, B 및 C의 화학식을 다음에 나타낸다.

[화학식 24]

표 2에 화합물 1-2, 1-5, 1-7, 1-10, 1-15, 1-109, 2-1, 2-2, 2-3 및 화합물 A, B, C의 50% 중량 감소 온도(T₅₀)를 나타낸다.

실시예 1

막 두께 110㎚의 ITO로 이루어지는 양극이 형성된 유리 기판 상에, 각 박막을 진공증착법으로 진공도 4.0×10^-5㎩로 적층했다. 우선, ITO 상에 정공 주입층으로서 HAT-CN을 25㎚의 두께로 형성하고, 다음으로 정공 수송층으로서 NPD를 30㎚의 두께로 형성했다. 다음으로, 전자 저지층으로서 HT-1을 10㎚의 두께로 형성했다. 그리고 호스트로서 예비혼합물 H1을, 발광 도펀트로서 Ir(ppy)₃을 각각 다른 증착원으로부터 공증착하고, 40㎚의 두께로 발광층을 형성했다. 이 때, Ir(ppy)₃의 농도가 10wt%가 되는 증착 조건으로 공증착했다. 다음으로, 전자 수송층으로서 ET-1을 20㎚의 두께로 형성했다. 추가로, 전자 수송층 상에 전자 주입층으로서 불화리튬(LiF)을 1㎚의 두께로 형성했다. 마지막으로, 전자 주입층 상에, 음극으로서 알루미늄(Al)을 70㎚의 두께로 형성하고, 유기 EL 소자를 제작했다.

실시예 2~15

실시예 1에서, 호스트로서 예비혼합물 H2~H15 중 어느 하나를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.

실시예 16

실시예 1에서, 호스트로서 예비혼합물 H1을, 발광 도펀트로서 Ir(ppy)₃을 사용하여 발광층을 형성한 후, 발광층 상에 정공 저지층으로서 화합물 C를 10㎚의 두께로 형성하고, 다음으로 전자 수송층으로서 ET-1을 10㎚의 두께로 형성한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.

실시예 17~20

실시예 16에서, 호스트로서 예비혼합물 H3, H7, H9, H11 중 어느 하나를 사용한 것 이외에는 실시예 16과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.

제작한 유기 EL 소자의 휘도, 구동 전압, 발광 효율, 수명 특성을 표 3~7에 나타낸다. 표 중에서 휘도, 구동 전압, 발광 효율은 구동 전류 20㎃/㎠ 시의 값이고, 초기 특성이다. LT70은 초기 휘도 9000㏅/㎡ 시에 휘도가 초기 휘도의 70%까지 감쇠할 때까지 걸리는 시간이며, LT95는 초기 휘도 3700㏅/㎡ 시에 휘도가 초기 휘도의 95%까지 감쇠할 때까지 걸리는 시간이고, 모두 수명 특성이다.

실시예 21

막 두께 110㎚의 ITO로 이루어지는 양극이 형성된 유리 기판 상에, 각 박막을 진공증착법으로 진공도 4.0×10^-5㎩로 적층했다. 우선, ITO 상에 정공 주입층으로서 HAT-CN을 25㎚의 두께로 형성하고, 다음으로 정공 수송층으로서 NPD를 30㎚의 두께로 형성했다. 다음으로 전자 저지층으로서 HT-1을 10㎚의 두께로 형성했다. 다음으로, 제1 호스트로서 화합물 1-2를, 제2 호스트로서 화합물 2-1을, 발광 도펀트로서 Ir(ppy)₃을 각각 다른 증착원으로부터 공증착하고, 40㎚의 두께로 발광층을 형성했다. 이 때, Ir(ppy)₃의 농도가 10wt%, 제1 호스트와 제2 호스트의 중량비가 30:70이 되는 증착 조건으로 공증착했다. 다음으로 전자 수송층으로서 ET-1을 20㎚의 두께로 형성했다. 추가로 전자 수송층 상에 전자 주입층으로서 LiF를 1㎚의 두께로 형성했다. 마지막으로, 전자 주입층 상에, 음극으로서 Al을 70㎚의 두께로 형성하고, 유기 EL 소자를 제작했다.

실시예 22~39

실시예 21에서, 제1 호스트 및 제2 호스트로서, 표 4에 나타내는 화합물을 사용한 것 이외에는 실시예 21과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.

실시예 40~42

실시예 21~23에서, 발광층을 형성한 후, 정공 저지층으로서 화합물 C를 10㎚의 두께로 형성하고, 전자 수송층으로서 ET-1을 10㎚의 두께로 형성한 것 이외에는 실시예 21~23과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.

사용한 제1 호스트 및 제2 호스트의 종류 및 비율과, 제작한 유기 EL 소자의 평가 결과를 표 4에 나타낸다.

실시예 43

막 두께 110㎚의 ITO로 이루어지는 양극이 형성된 유리 기판 상에 각 박막을 진공증착법으로, 진공도 4.0×10^-5㎩로 적층했다. 우선, ITO 상에 정공 주입층으로서 HAT-CN을 25㎚의 두께로 형성하고, 다음으로 정공 수송층으로서 NPD를 45㎚의 두께로 형성했다. 다음으로, 전자 저지층으로서 HT-1을 10㎚의 두께로 형성했다. 그리고 호스트로서 예비혼합물 H1을, 발광 도펀트로서 Ir(piq)₂acac를 각각 다른 증착원으로부터 공증착하고, 40㎚의 두께로 발광층을 형성했다. 이때 Ir(piq)₂acac의 농도가 6.0wt%가 되는 증착 조건으로 공증착했다. 다음으로 전자 수송층으로서 ET-1을 37.5㎚의 두께로 형성했다. 그리고 전자 수송층 상에 전자 주입층으로서 LiF를 1㎚의 두께로 형성했다. 마지막으로, 전자 주입층 상에, 음극으로서 Al을 70㎚의 두께로 형성하고, 유기 EL 소자를 제작했다.

실시예 44~47

실시예 43에서 호스트로서 예비 혼합물 H3, H7, H9, H11 중 어느 하나를 사용한 것 이외에는 실시예 43과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.

실시예 48~52

실시예 43~47에서, 발광층을 형성한 후, 정공 저지층으로서 화합물 C를 10㎚의 두께로 형성하고, 전자 수송층으로서 ET-1을 10㎚의 두께로 형성한 것 이외에는 실시예 43~47과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.

사용한 예비 혼합물의 종류와, 제작한 유기 EL 소자의 평가 결과를 표 5에 나타낸다.

실시예 53

막 두께 110㎚의 ITO로 이루어지는 양극이 형성된 유리 기판 상에, 각 박막을 진공증착법으로 진공도 4.0×10^-5㎩로 적층했다. 우선, ITO 상에 정공 주입층으로서 HAT-CN을 25㎚의 두께로 형성하고, 다음으로 정공 수송층으로서 NPD를 45㎚의 두께로 형성했다. 다음으로, 전자 저지층으로서 HT-1을 10㎚의 두께로 형성했다. 그리고 제1 호스트로서 화합물 1-2를, 제2 호스트로서 화합물 2-1을, 발광 도펀트로서 Ir(piq)₂acac를 각각 다른 증착원으로부터 공증착하고, 40㎚의 두께로 발광층을 형성했다. 이때, Ir(piq)₂acac의 농도가 6.0wt%, 제1 호스트와 제2 호스트의 중량비가 50:50이 되는 증착 조건으로 공증착했다. 다음으로 전자 수송층으로서 ET-1을 37.5㎚의 두께로 형성했다. 그리고 전자수송층 상에 전자 주입층으로서 LiF를 1㎚의 두께로 형성했다. 마지막으로, 전자 주입층 상에, 음극으로서 Al을 70㎚의 두께로 형성하고, 유기 EL 소자를 제작했다.

실시예 54~66

실시예 53에서, 제1 호스트 및 제2 호스트로서 표 6에 나타내는 화합물을 사용한 것 이외에는 실시예 53과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.

실시예 67~69

실시예 53~55에서, 발광층을 형성한 후, 정공 저지층으로서 화합물 C를 10nm의 두께로 형성하고, 전자 수송층으로서 ET-1을 10nm의 두께로 형성한 것 이외에는 실시예 53~55와 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.

사용한 제1 호스트 및 제2 호스트의 종류 및 비율과, 제작한 유기 EL 소자의 평가 결과를 표 6에 나타낸다.

비교예 1

실시예 1에서, 호스트로서 화합물 1-2를 단독으로 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다. 발광층의 두께, 발광 도펀트 농도는 실시예 1과 마찬가지이다.

비교예 2~9

호스트로서 표 7에 나타내는 화합물을 단독으로 사용한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.

비교예 10, 11

실시예 21에서, 제1 호스트로서 화합물 1-2를, 제2 호스트로서 화합물 A 또는 화합물 B를 사용한 것 이외에는 실시예 21과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.

비교예 12~15

실시예 21에서, 제1 호스트로서 화합물 C를, 제2 호스트로서 화합물 A, 2-1, 2-2, 또는 2-3을 사용한 것 이외에는 실시예 21과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.

비교예 16, 17

실시예 53에서, 제1 호스트로서 화합물 1-2를, 제2 호스트로서 화합물 A 또는 화합물 B를 사용한 것 이외에는 실시예 53과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.

제작한 유기 EL 소자의 평가 결과를 표 7에 나타낸다. 단, 수명 특성에 대해서는 비교예 16, 17은 LT95이고, *를 붙였다.

실시예 1~42 및 비교예 1~15에서 제작된 유기 EL 소자는, 이것에 외부전원을 접속하고 직류 전압을 인가한 바, 모두 극대파장 530㎚의 발광 스펙트럼이 관측되고, Ir(ppy)₃으로부터의 발광이 얻어지는 것을 알 수 있었다.

또한, 실시예 43~69 및 비교예 16, 17에서 제작된 유기 EL 소자는, 이것에 외부전원을 접속하고 직류 전압을 인가한 바, 모두 극대파장 620㎚의 발광 스펙트럼이 관측되고, Ir(pic)₂acac으로부터의 발광이 얻어지는 것을 알 수 있었다.

표 3~7로부터, 일반식(1)로 나타내는 제1 호스트와 일반식(2)로 나타내는 제2 호스트를 혼합하여 사용하면, 수명 특성이 현저하게 신장되는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 16~20, 실시예 40~42나 실시예 48~52, 실시예 67~69와 같이 정공 저지 재료로서 인돌로카르바졸 화합물을 사용하면, 수명 특성이 신장되는 것을 알 수 있다.

실시예에서 사용한 화합물을 다음에 나타낸다.

[화학식 25]

본 발명의 유기 EL 소자는 낮은 구동 전압으로, 고효율이고 또한 높은 구동 안정성을 가진다.

1: 기판 2: 양극
3: 정공 주입층 4: 정공 수송층
5: 발광층 6: 전자 수송층
7: 음극

Claims

대향하는 양극과 음극 사이에 하나 이상의 발광층을 포함하는 유기 전계 발광 소자에서, 적어도 하나의 발광층이 하기 일반식(1)로 나타내는 화합물에서 선택되는 제1 호스트와 하기 일반식(2)로 나타내는 화합물에서 선택되는 제2 호스트, 및 발광성 도펀트 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
[화학식 1]

여기서, 환A는 식(1a)로 나타내는 방향족 탄화수소환이고, 환B는 식(1b)로 나타내는 복소환이며, 환A 및 환B는 각각 인접하는 환과 임의의 위치에서 축합하고,
Ar¹은 페닐기, 비페닐기 또는 테르페닐기이며,
R은 독립적으로 탄소수 1~10의 지방족 탄화수소기, 탄소수 6~10의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~12의 방향족 복소환기이며,
a, b, c는 각각 독립적으로 0~3의 정수를 나타내고,
m과 n은 각각 독립적으로 0~2의 정수를 나타내고, Ar¹이 페닐기인 경우, m+n은 1~4의 정수이다.
[화학식 2]

여기서, Ar²와 Ar³은 수소, 탄소수 6~14의 방향족 탄화수소기, 또는 상기 방향족 탄화수소기가 2개 연결된 기를 나타내고, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기는 동일하여도 되고 달라도 된다. 단, Ar²와 Ar³이 모두 수소가 되지는 않는다. L¹, L²는 m-페닐렌기 또는 p-페닐렌기를 나타낸다.
제1항에 있어서,
일반식(2)에서 Ar²가 수소 또는 페닐기이며, Ar³이 페닐기인 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서,
일반식(2)로 나타내는 화합물이 하기 일반식(3)~(5) 중 어느 하나로 나타내는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
[화학식 3]
제3항에 있어서,
일반식(2)로 나타내는 화합물이 일반식(4)로 나타내는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
제3항에 있어서,
일반식(2)로 나타내는 화합물이 일반식(5)로 나타내는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서,
일반식(1)로 나타내는 화합물이 일반식(6)~(11) 중 어느 하나로 나타내는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
[화학식 4]

(여기서, Ar¹, R, a~c, m, 및 n은 일반식(1)과 같은 의미이다.)
제1항에 있어서,
제1 호스트와 제2 호스트의 합계에 대하여, 제1 호스트의 비율이 20wt%를 초과하고, 55wt% 미만인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서,
발광성 도펀트 재료가 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금 및 금으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 유기 금속 착체인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서,
발광성 도펀트 재료가 열활성화 지연 형광발광 도펀트 재료인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
발광층과 인접하여 정공 저지층을 마련하고, 상기 정공 저지층 중에 인돌로카르바졸 화합물을 함유시키는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
제1항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 제조함에 있어, 제1 호스트와 제2 호스트를 혼합하여 예비혼합물로 한 뒤, 이것을 포함하는 호스트 재료를 증착시켜 발광층을 형성시키는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
제11항에 있어서,
제1 호스트와 제2 호스트의 50% 중량 감소 온도의 차가 20℃ 이내인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.