JP2019512887A - 有機発光素子 - Google Patents

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Abstract

本発明は、駆動電圧、効率および寿命が改善された有機発光素子を提供する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2016年11月29日付韓国特許出願第10−2016−0160371号および2017年11月17日付韓国特許出願第10−2017−0154011号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として組み含まれる。
本発明は、駆動電圧、効率および寿命が改善された有機発光素子に関する。
一般に有機発光現象とは、有機物質を利用して電気エネルギーを光エネルギーに転換させる現象をいう。有機発光現象を利用する有機発光素子は、広い視野角、優れたコントラスト、速い応答時間を有し、輝度、駆動電圧および応答速度特性に優れて多くの研究が進められている。
有機発光素子は、一般に陽極と陰極および前記陽極と陰極との間に有機物層を含む構造を有する。前記有機物層は、有機発光素子の効率と安全性を高めるために、それぞれ異なる物質から構成された多層の構造からなる場合が多く、例えば正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などからなることができる。このような有機発光素子の構造で、二つの電極の間に電圧をかけるようになると、陽極では正孔が、陰極では電子が有機物層に注入されるようになり、注入された正孔と電子が会った時にエキシトン(exciton)が形成され、このエキシトンが再び基底状態に落ちる時に光が出るようになる。
このような有機発光素子において、駆動電圧、効率および寿命が改善された有機発光素子の開発が持続的に求められている。
韓国特許公開番号第10−2000−0051826号
本発明は、駆動電圧、効率および寿命が改善された有機発光素子に関する。
本発明は、下記の有機発光素子を提供する:
陰極;陽極;および前記陰極と陽極との間に少なくとも一つ以上の発光層を含み、
前記発光層は、下記化学式1で表される第1ホスト化合物および下記化学式2で表される第2ホスト化合物を含む、
有機発光素子:
[化学式1]
Figure 2019512887
前記化学式1で、
は、置換もしくは非置換のC1−60アルキル;置換もしくは非置換のC3−60シクロアルキル;置換もしくは非置換のC6−60アリール;または置換もしくは非置換のO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含むC2−60ヘテロアリールであり、
およびRは、それぞれ独立に、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;置換もしくは非置換のC1−60アルキル;または置換もしくは非置換のC3−60シクロアルキルであり、
nは、0から4の整数であり、
mは、0から3の整数であり、
Yは、O、S、またはCRであり、
およびRは、それぞれ独立に、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;置換もしくは非置換のC1−60アルキル;置換もしくは非置換のC3−60シクロアルキル;または置換もしくは非置換のC6−60アリールであり、
Arは、下記化学式1'で表され、
[化学式1']
Figure 2019512887
Lは、単一結合;置換もしくは非置換のC6−60アリーレン;または置換もしくは非置換のO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含むC2−60ヘテロアリーレンであり、
からXは、それぞれ独立に、N、またはCRであり、ただし、XからXのうちの少なくとも一つはNであり、
は、それぞれ独立に、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;ニトロ;アミノ;置換もしくは非置換のC1−60アルキル;置換もしくは非置換のC1−60ハロアルキル;置換もしくは非置換のC1−60ハロアルコキシ;置換もしくは非置換のC3−60シクロアルキル;置換もしくは非置換のC2−60アルケニル;置換もしくは非置換のC6−60アリール;または置換もしくは非置換のO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含むC2−60ヘテロアリールであり、
ArおよびArは、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のC6−60アリール;または置換もしくは非置換のO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含むC2−60ヘテロアリールであり、
[化学式2]
Figure 2019512887
前記化学式2で、
R'は、置換もしくは非置換のC6−60アリールであり、
R'およびR'は、それぞれ独立に、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;置換もしくは非置換のC1−60アルキル;置換もしくは非置換のC3−60シクロアルキル;置換もしくは非置換のC6−60アリール;または置換もしくは非置換のO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含むC2−60ヘテロアリールであり、
n'およびm'は、それぞれ独立に、0から4の整数であり、
L'は、単一結合;置換もしくは非置換のC6−60アリーレンであり、
Y'は、O、S、NR'、またはCR'R"であり、
R'およびR"は、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のC1−60アルキル;置換もしくは非置換のC3−60シクロアルキル;置換もしくは非置換のC6−60アリール;または置換もしくは非置換のO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含むC2−60ヘテロアリールであり、またはR'およびR"が共に置換もしくは非置換のC6−60芳香族環を形成する。
前述の有機発光素子は、駆動電圧、効率および寿命に優れている。
基板1、陽極2、発光層3、陰極4からなる有機発光素子の例を示したものである。 基板1、陽極2、正孔注入層5、正孔輸送層6、発光層7、電子輸送層8および陰極4からなる有機発光素子の例を示したものである。
以下、本発明の理解のためにより詳しく説明する。
本明細書で、
Figure 2019512887
は、他の置換基に連結される結合を意味する。
本明細書で「置換もしくは非置換された」という用語は、重水素;ハロゲン基;ニトリル基;ニトロ基;ヒドロキシ基;カルボニル基;エステル基;イミド基;アミノ基;ホスフィンオキシド基;アルコキシ基;アリールオキシ基;アルキルチオキシ基;アリールチオキシ基;アルキルスルホキシ基;アリールスルホキシ基;シリル基;ホウ素基;アルキル基;シクロアルキル基;アルケニル基;アリール基;アルアルキル基;アルアルケニル基;アルキルアリール基;アルキルアミン基;アラルキルアミン基;ヘテロアリールアミン基;アリールアミン基;アリールホスフィン基;またはN、OおよびS原子のうちの1個以上を含むヘテロ環基からなる群より選択された1個以上の置換基で置換もしくは非置換されたり、前記例示した置換基のうちの2以上の置換基が連結された置換もしくは非置換されたことを意味する。例えば、「2以上の置換基が連結された置換基」は、ビフェニル基であってもよい。つまり、ビフェニル基は、アリール基であってもよく、2個のフェニル基が連結された置換基に解釈されてもよい。
本明細書でカルボニル基の炭素数は、特に限定されないが、炭素数1から40であることが好ましい。具体的に下記のような構造の化合物になることができるが、これに限定されるのではない。
Figure 2019512887
本明細書において、エステル基は、エステル基の酸素が炭素数1から25の直鎖、分枝鎖または環状アルキル基または炭素数6から25のアリール基で置換されてもよい。具体的に、下記構造式の化合物になることができるが、これに限定されるのではない。
Figure 2019512887
本明細書において、イミド基の炭素数は、特に限定されないが、炭素数1から25であることが好ましい。具体的に、下記のような構造の化合物になることができるが、これに限定されるのではない。
Figure 2019512887
本明細書において、シリル基は、具体的にトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、ジフェニルシリル基、フェニルシリル基などがあるが、これに限定されない。
本明細書において、ホウ素基は、具体的にトリメチルホウ素基、トリエチルホウ素基、t−ブチルジメチルホウ素基、トリフェニルホウ素基、フェニルホウ素基などがあるが、これに限定されない。
本明細書において、ハロゲン基の例としては、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素がある。
本明細書において、前記アルキル基は、直鎖または分枝鎖であってもよく、炭素数は、特に限定されないが、1から40であることが好ましい。一実施状態によれば、前記アルキル基の炭素数は、1から20である。また一つの実施状態によれば、前記アルキル基の炭素数は、1から10である。また一つの実施状態によれば、前記アルキル基の炭素数は、1から6である。アルキル基の具体的な例としては、メチル、エチル、プロピル、n−プロピル、イソプロピル、ブチル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、sec−ブチル、1−メチル−ブチル、1−エチル−ブチル、ペンチル、n−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert−ペンチル、ヘキシル、n−ヘキシル、1−メチルペンチル、2−メチルペンチル、4−メチル−2−ペンチル、3,3−ジメチルブチル、2−エチルブチル、ヘプチル、n−ヘプチル、1−メチルヘキシル、シクロペンチルメチル、シクロヘキシルメチル、オクチル、n−オクチル、tert−オクチル、1−メチルヘプチル、2−エチルヘキシル、2−プロピルペンチル、n−ノニル、2,2−ジメチルヘプチル、1−エチル−プロピル、1,1−ジメチル−プロピル、イソヘキシル、2−メチルペンチル、4−メチルヘキシル、5−メチルヘキシルなどがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、前記アルケニル基は、直鎖または分枝鎖であってもよく、炭素数は、特に限定されないが、2から40であることが好ましい。一実施状態によれば、前記アルケニル基の炭素数は、2から20である。また一つの実施状態によれば、前記アルケニル基の炭素数は、2から10である。また一つの実施状態によれば、前記アルケニル基の炭素数は、2から6である。具体的な例としては、ビニル、1−プロフェニル、イソプロフェニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−ペンテニル、2−ペンテニル、3−ペンテニル、3−メチル−1−ブテニル、1,3−ブタジエニル、アリル、1−フェニルビニル−1−イル、2−フェニルビニル−1−イル、2,2−ジフェニルビニル−1−イル、2−フェニル−2−(ナフチル−1−イル)ビニル−1−イル、2,2−ビス(ジフェニル−1−イル)ビニル−1−イル、スチルベニル基、スチレニル基などがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、シクロアルキル基は、特に限定されないが、炭素数3から60ことが好ましく、一実施状態によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は、3から30である。また一つの実施状態によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は、3から20である。また一つの実施状態によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は、3から6である。具体的にシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、3−メチルシクロペンチル、2,3−ジメチルシクロペンチル、シクロヘキシル、3−メチルシクロヘキシル、4−メチルシクロヘキシル、2,3−ジメチルシクロヘキシル、3,4,5−トリメチルシクロヘキシル、4−tert−ブチルシクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチルなどがあるが、これに限定されない。
本明細書において、アリール基は、特に限定されないが、炭素数6から60であることが好ましく、単環式アリール基または多環式アリール基であってもよい。一実施状態によれば、前記アリール基の炭素数は、6から30である。一実施状態によれば、前記アリール基の炭素数は、6から20である。前記アリール基が単環式アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、テルフェニル基などになることができるが、これに限定されるのではない。前記多環式アリール基としては、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ピレニル基、ペリレニル基、クリセニル基、フルオレニル基などになることができるが、これに限定されるのではない。
本明細書において、フルオレニル基は、置換されてもよく、2個の置換基が互いに結合してスピロ構造を形成してもよい。前記フルオレニル基が置換される場合、
Figure 2019512887
などになることができる。ただし、これに限定されるのではない。
本明細書において、ヘテロ環基は、異種元素としてO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含むヘテロ環基であって、炭素数は、特に限定されないが、炭素数2から60であることが好ましい。ヘテロ環基の例としては、チオフェン基、フラン基、ピロール基、イミダゾール基、チアゾール基、オキサゾール基、オキサジアゾール基、トリアゾール基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジン基、アクリジル基、ピリダジン基、ピラジニル基、キノリニル基、キナゾリン基、キノキサリニル基、フタラジニル基、ピリドピリミジニル基、ピリドピラジニル基、ピラジノピラジニル基、イソキノリン基、インドール基、カルバゾール基、ベンゾオキサゾール基、ベンゾイミダゾール基、ベンゾチアゾール基、ベンゾカルバゾール基、ベンゾチオフェン基、ジベンゾチオフェン基、ベンゾフラニル基、フェナントロリン基(phenanthroline)、イソオキサゾリル基、チアジアゾリル基、フェノチアジニル基およびジベンゾフラニル基などがあるが、これらだけに限定されるのではない。
本明細書において、アルアルキル基、アルアルケニル基、アルキルアリール基、アリールアミン基のうちのアリール基は、前述のアリール基の例示のとおりである。本明細書において、アルアルキル基、アルキルアリール基、アルキルアミン基のうちのアルキル基は、前述のアルキル基の例示のとおりである。本明細書において、ヘテロアリールアミンのうちのヘテロアリールは、前述のヘテロ環基に関する説明が適用可能である。本明細書において、アルアルケニル基のうちのアルケニル基は、前述のアルケニル基の例示のとおりである。本明細書において、アリーレンは、2価基であることを除いては前述のアリール基に関する説明が適用可能である。本明細書において、ヘテロアリーレンは、2価基であることを除いては前述のヘテロ環基に関する説明が適用可能である。本明細書において、炭化水素環は、1価基ではなく、2個の置換基が結合して形成したことを除いては前述のアリール基またはシクロアルキル基に関する説明が適用可能である。本明細書において、ヘテロ環は、1が基ではなく、2個の置換基が結合して形成したことを除いては前述のヘテロ環基に関する説明が適用可能である。
本発明は、下記の有機発光素子を提供する:
陰極;陽極;および前記陰極と陽極との間に少なくとも一つ以上の発光層を含み、前記発光層は、前記化学式1で表される第1ホスト化合物および前記化学式2で表される第2ホスト化合物を含む、有機発光素子。
以下、各構成別に本発明を詳しく説明する。
陰極および陽極
本発明で用いられる陽極および陰極は、有機発光素子で用いられる電極を意味する。
前記陽極物質としては、通常、有機物層に正孔注入が円滑に行われるように仕事関数が大きい物質が好ましい。前記陽極物質の具体的な例としては、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金のような金属またはこれらの合金;亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)のような金属酸化物;ZnO:AlまたはSNO:Sbのような金属と酸化物の組み合わせ;ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリ[3,4−(エチレン−1,2−ジオキシ)チオフェン](PEDOT)、ポリピロールおよびポリアニリンのような伝導性高分子などがあるが、これらだけに限定されるのではない。
前記陰極物質としては、通常、有機物層に電子注入が容易に行われるように仕事関数が小さい物質であることが好ましい。前記陰極物質の具体的な例としては、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、錫および鉛のような金属またはこれらの合金;LiF/AlまたはLiO/Alのような多層構造物質などがあるが、これらだけに限定されるのではない。
また、前記陽極上には正孔注入層が追加的に含まれてもよい。前記正孔注入層は、正孔注入物質からなっており、正孔注入物質としては、正孔を輸送する能力を有して陽極での正孔注入効果、発光層または発光材料に対して優れた正孔注入効果を有し、発光層で生成された励起子の電子注入層または電子注入材料への移動を防止し、また、薄膜形成能力に優れた化合物が好ましい。
正孔注入物質のHOMO(highest occupied molecular orbital)が陽極物質の仕事関数と周辺有機物層のHOMOとの間であることが好ましい。正孔注入物質の具体的な例としては、金属ポルフィリン(porphyrin)、オリゴチオフェン、アリールアミン系の有機物、ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン系の有機物、キナクリドン(quinacridone)系の有機物、ペリレン(perylene)系の有機物、アントラキノンおよびポリアニリンとポリチオフェン系の伝導性高分子などがあるが、これらだけに限定されるのではない。
発光層
本発明による発光層は、前記化学式1で表される第1ホスト化合物および前記化学式2で表される第2ホスト化合物を含む。
好ましくは、前記化学式1は、下記化学式1−1、1−2、または1−3で表される:
[化学式1−1]
Figure 2019512887
[化学式1−2]
Figure 2019512887
[化学式1−3]
Figure 2019512887
好ましくは、Rは、フェニル;またはビフェニリルである。
好ましくは、RおよびRは、水素である。
好ましくは、Yは、S、またはOである。
好ましくは、Lは、単一結合、またはフェニレンである。
好ましくは、ArおよびArは、それぞれ独立に、フェニル、シアノで置換されたフェニル、ビフェニリル、ジメチルフルオレニル、ナフチル、フェナントレニル、ピリジニル、ジベンゾフラニル、またはジベンゾチオフェニルである。
前記化学式1で表される化合物の代表的な例は次のとおりである。
Figure 2019512887
Figure 2019512887
Figure 2019512887
Figure 2019512887
Figure 2019512887
前記化学式1で表される化合物は、一例として下記反応式1のような製造方法で製造してもよい。
[反応式1]
Figure 2019512887
前記反応式1は、鈴木カップリング反応であり、各反応はパラジウム触媒と塩基の存在下で行うことが好ましく、鈴木カップリング反応のための反応基は当業界に知られたことによって変更が可能である。前記製造方法は後述する製造例でより具体化され得る。
前記化学式2で、好ましくは、R'は、シクロヘキシル、フェニル、シアノで置換されたフェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、ナフチル、フェナントレニル、トリフェニレニル、ジメチルフルオレニル、ピリジニル、ジベンゾフラニル、ジベンゾチオフェニル、または9−フェニル−カルバゾリルである。
好ましくは、n'は、1であり、R'は、水素、またはフェニルである。
好ましくは、m'は、1であり、R'は、水素、tert−ブチル、シアノ、フェニル、シアノで置換されたフェニル、またはピリジニルである。
好ましくは、Y'は、O、S、またはNR'であり、R'は、フェニル、またはビフェニリルである。
好ましくは、Y'は、CR'R"であり、R'およびR"は、メチルであるか、またはR'およびR"が共にフルオレン環を形成する。
好ましくは、L'は、単一結合、またはフェニレンである。
前記化学式2で表される化合物の代表的な例は次のとおりである:
Figure 2019512887
Figure 2019512887
前記化学式2で表される化合物は、一例として下記反応式2のような製造方法で製造してもよい。
[反応式2]
Figure 2019512887
前記反応式2は、鈴木カップリング反応であり、各反応は、パラジウム触媒と塩基の存在下で行うことが好ましく、鈴木カップリング反応のための反応基は当業界に知られたことによって変更が可能である。前記製造方法は、後述する製造例でより具体化され得る。
好ましくは、前記第1ホスト化合物と第2ホスト化合物の重量比は、1:99から99:1で用いる。
また、前記発光層は、前記ホスト化合物以外にドーパント材料を含んでもよい。前記ドーパント材料としては、有機発光素子に用いられるものであれば特に制限されず、一例として芳香族アミン誘導体、スチリルアミン化合物、ホウ素錯体、フルオランテン化合物、金属錯体などがある。
具体的に、芳香族アミン誘導体としては、置換もしくは非置換のアリールアミノ基を有する縮合芳香族環誘導体であって、アリールアミノ基を有するピレン、アントラセン、クリセン、ペリフランテンなどがあり、スチリルアミン化合物としては、置換もしくは非置換のアリールアミンに少なくとも1個のアリールビニル基が置換されている化合物であって、アリール基、シリル基、アルキル基、シクロアルキル基およびアリールアミノ基からなる群より1または2以上選択される置換基が置換または非置換される。具体的にスチリルアミン、スチリルジアミン、スチリルトリアミン、スチリルテトラアミンなどがあるが、これに限定されない。また、金属錯体としては、イリジウム錯体、白金錯体などがあるが、これに限定されない。
その他層
また、本発明による有機発光素子は、必要に応じて正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、および/または電子伝達層を含んでもよい。
前記正孔注入層は、電極から正孔を注入する層であり、正孔注入物質としては、正孔を輸送する能力を有して陽極での正孔注入効果、発光層または発光材料に対して優れた正孔注入効果を有し、発光層で生成された励起子の電子注入層または電子注入材料への移動を防止し、また、薄膜形成能力に優れた化合物が好ましい。正孔注入物質のHOMO(highest occupied molecular orbital)が陽極物質の仕事関数と周辺有機物層のHOMOとの間であることが好ましい。正孔注入物質の具体的な例としては、金属ポルフィリン(porphyrin)、オリゴチオフェン、アリールアミン系の有機物、ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン系の有機物、キナクリドン(quinacridone)系の有機物、ペリレン(perylene)系の有機物、アントラキノンおよびポリアニリンとポリチオフェン系の伝導性高分子などがあるが、これらだけに限定されるのではない。
前記正孔輸送層は、正孔注入層から正孔を受け取って発光層まで正孔を輸送する層であり、正孔輸送物質としては、陽極や正孔注入層から正孔を輸送されて発光層に移すことができる物質であって、正孔に対する移動性が大きい物質が適切である。具体的な例としては、アリールアミン系の有機物、伝導性高分子、および共役部分と非共役部分が共にあるブロック共重合体などがあるが、これらだけに限定されるのではない。
前記電子輸送層は、電子注入層または陰極から電子を受け取って発光層まで電子を輸送する層であり、電子輸送物質としては、陰極から良好に電子を注入されて発光層に移すことができる物質であって、電子に対する移動性が大きい物質が適切である。具体的な例としては、8−ヒドロキシキノリンのAl錯物;Alqを含む錯物;有機ラジカル化合物;ヒドロキシフラボン−金属錯物などがあるが、これらだけに限定されるのではない。電子輸送層は、従来の技術により用いられたとおり、任意の所望するカソード物質と共に用いることができる。特に、適切なカソード物質の例は、低い仕事関数を有し、アルミニウム層またはシルバー層が後に続く通常の物質である。具体的にセシウム、バリウム、カルシウム、イッテルビウムおよびサマリウムであり、各場合、アルミニウム層またはシルバー層が後に続く。
前記電子注入層は、電極から電子を注入する層であり、電子を輸送する能力を有し、陰極からの電子注入効果、発光層または発光材料に対して優れた電子注入効果を有し、発光層で生成された励起子の正孔注入層への移動を防止し、また、薄膜形成能力に優れた化合物が好ましい。具体的には、フルオレノン、アントラキノジメタン、ジフェノキノン、チオピランジオキシド、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、ペリレンテトラカルボン酸、フレオレニリデンメタン、アントロンなどとこれらの誘導体、金属錯体化合物および窒素含有5員環誘導体などがあるが、これに限定されない。
前記金属錯体化合物としては、8−ヒドロキシキノリナトリチウム、ビス(8−ヒドロキシキノリナト)亜鉛、ビス(8−ヒドロキシキノリナト)銅、ビス(8−ヒドロキシキノリナト)マンガン、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム、トリス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)ガリウム、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)亜鉛、ビス(2−メチル−8−キノリナト)クロロガリウム、ビス(2−メチル−8−キノリナト)(o−クレゾラート)ガリウム、ビス(2−メチル−8−キノリナト)(1−ナフトラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリナト)(2−ナフトラート)ガリウムなどがあるが、これに限定されない。
有機発光素子
本発明による有機発光素子は、前記発光層に第1ホストと第2ホストを含むことを除いては当該技術分野に知られている材料と方法で製造されてもよい。
例えば、本発明による有機発光素子は、基板上に陽極、有機物層および陰極を順次に積層させて製造することができる。この時、スパッタリング法(sputtering)や電子ビーム蒸発法(e−beam evaporation)のようなPVD(physical Vapor Deposition)方法を利用して、基板上に金属または伝導性を有する金属酸化物またはこれらの合金を蒸着させて陽極を形成し、その上に正孔注入層、正孔輸送層、発光層および/または電子輸送層を含む有機物層を形成した後、その上に陰極として用いることができる物質を蒸着させて製造することができる。このような方法以外にも、基板上に陰極物質から有機物層、陽極物質を順次に蒸着させて有機発光素子を作ることができる。
また、前記第1ホスト化合物および第2ホスト化合物は、有機発光素子の製造時、真空蒸着法だけでなく、溶液塗布法により発光層として形成されてもよい。ここで、溶液塗布法とは、スピンコーティング、ディップコーティング、ドクターブレーディング、インクジェットプリンティング、スクリーンプリンティング、スプレー法、ロールコーティングなどを意味するが、これらだけで限定されるのではない。
このような方法以外にも、基板上に陰極物質から有機物層、陽極物質を順次に蒸着させて有機発光素子を製造することができる(WO2003/012890)。 ただし、製造方法がこれに限定されるのではない。
本発明による有機発光素子は、用いられる材料により前面発光型、後面発光型または両面発光型であってもよい。
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示する。しかし、下記の実施例は本発明をより容易に理解するために提供させるものに過ぎず、これによって本発明の内容が限定されるのではない。
[製造例]
製造例1:中間体Aの製造
Figure 2019512887
段階1)化合物A−1の製造
3−ブロモベンゼン−1,2−ジオール(100g、529mmol)とシクロヘキサノン(54.5g、555mmol)をトルエンに投入した後、冷却した。0℃で三塩化リン(PCl)(29g、211.7mmol)を徐々に投入し、室温で攪拌した。反応が終結すると、過剰の水に反応物を投入してクロロホルムで抽出し、これを飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した後、有機層を分離して無水硫酸ナトリウムでスラリーして濾過後、減圧濃縮した。濃縮した化合物にヘキサンを投入して攪拌し、生成された固体を濾過して化合物A−1(92.6g、収率65%)を製造した。
段階2)化合物A−2の製造
化合物A−1(100g、371mmol)と(2−クロロ−6−フルオロフェニル)ボロン酸(68g、390mmol)をテトラヒドロフラン1000mLに投入した後、冷却した。2M炭酸カリウム水溶液(aq.KCO)(370mL、743mmol)を添加し、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム[Pd(PPh](4.3g、1mol%)を入れた後、6時間還流攪拌した。反応完結後、常温に温度を低め、水層を除去して有機層を減圧濃縮し、濃縮された化合物をクロロホルム500mLに溶かして水で洗浄して分離し、有機層を無水硫酸マグネシウムで処理して濾過した。濾液を減圧濃縮し、過剰のヘキサンと少量の酢酸エチルでスラリーして化合物A−2(86.5g、収率73%)を製造した。
段階3)化合物A−3の製造
化合物A−2(60g、188mmol)をN−メチル−2−ピロリドン200mLに分散させ、塩酸60mLを添加して加温した。2時間程度反応させた後、室温で冷却し、水1Lに注いで酢酸エチルで抽出した。有機層を飽和炭酸水素ナトリウムで洗浄した後、再び水でさらに1回洗浄した。有機層を無水硫酸マグネシウムでスラリーした後、濾過して減圧濃縮した。濃縮した化合物を過剰のヘキサンを投入して固体を生成し、これを濾過して化合物A−3(36.4g、収率81%)を製造した。
段階4)化合物Aの製造
窒素雰囲気で化合物A−3(50g、210mmol)をN−メチル−2−ピロリドン100mLに入れて攪拌した。以降、炭酸カリウム(58g、420mmol)を投入した後、80℃に加温して攪拌した。反応が完結された後、常温に温度を低め、水1Lに反応物を注いで酢酸エチルで抽出した。抽出した混合物に無水硫酸マグネシウムを入れてスラリー後、濾過して濾液を減圧濃縮した。濃縮した化合物をヘキサンと酢酸エチルでシリカカラムクロマトグラフィーを通じて精製して化合物A(34.4g、収率75%)を得た。
MS:[M+H]=219
製造例2:中間体Bの製造
Figure 2019512887
化合物A−1と(5−クロロ−2−フルオロフェニル)ボロン酸を用いて中間体Aの製造例と同様に実験を行って中間体化合物Bを製造した。
製造例3:中間体Cの製造
Figure 2019512887
化合物A−1と(4−クロロ−2−フルオロフェニル)ボロン酸を用いて中間体Aの製造例と同様に実験を行って中間体化合物Cを製造した。
製造例4:中間体Dの製造
Figure 2019512887
段階1)化合物D−1の製造
(2,4−ジクロロフェニル)ボロン酸(100g、524mmol)と2−ブロモ−6−ヨードアニリン(234g、785.5mmol)をトルエン1500mLに投入した後、炭酸カリウム(217g、1517mmol)を水500mLに溶かして投入し、テトラキストリフェニルホスフィノパラジウム[Pd(PPh](30.3g、5mol%)を入れた後、加温して還流攪拌した。反応完結後、常温に温度を低め、水層を除去して有機層を減圧濃縮し、濃縮された化合物をクロロホルム500mLに溶かして無水硫酸マグネシウムで処理して濾過した。濾液を減圧濃縮し、ヘキサンと酢酸エチルでシリカカラムクロマトグラフィーにより精製して化合物D−1(101.3g、収率61%)を製造した。
段階2)化合物D−2の製造
化合物D−1(101g、319.5mmol)をメタノールに投入し、温度を0℃に低めてconc. HClを徐々に滴加した。冷却状態で亜硝酸ナトリウム(NaNO)(22g、319.5mmol)を徐々に滴加した後、チオシアン酸カリウム(KSCN)(99.3g、1022mmol)と塩化鉄(FeCl)(36.3g、223.6mmol)を投入して室温で攪拌した。反応完了後、2M NaOH水溶液で中和させた。混合物をクロロホルムで抽出して分離し、無水硫酸マグネシウムで乾燥して濃縮した後、シリカカラムを通じて精製して化合物D−2(79g、収率69%)を製造した。
段階3)化合物D−3の製造
化合物D−2(79g、220mmol)をテトラヒドロフランに投入し、0℃に冷却して水素化アルミニウムリチウム(LiAlH4)(1M in THF)(240mL、240mmol)を徐々に滴加して攪拌した。反応が完了されると、水を徐々に投入して攪拌した後、2M HCl水溶液を投入して酢酸エチルで抽出した。分離した有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧濃縮して化合物D−3(64g、収率87%)を製造した。
段階4)化合物Dの製造
化合物D−3(64g、191mmol)をアセトニトリル溶媒に投入し、セシウムカーボネート(93.7g、287.6mmol)を添加してマイクロ波照射(microwave irradiation)で130℃で攪拌した。反応が完了されると、水で2回洗浄し、クロロホルムで抽出して有機層を無水硫酸マグネシウムで攪拌した後、濾過して減圧濃縮した。濃縮した化合物をシリカカラムを通じて精製して中間体化合物D(47g、収率83%)を製造した。
MS:[M+H]=296
[実施例]実施例1:化合物1−1の製造
Figure 2019512887
段階1)化合物1−1−1の製造
化合物A(21g、95mmol)をアセトニトリル200mLに分散させ、炭酸カリウム(26.3g、190mmol)と水40mLを投入し、ノナフルオロブタンスルホニルフルオリド(43g、142.5mmol)を投入して80℃に加温した。6時間反応させた後に混合物を室温で冷却し、溶媒を減圧濃縮して除去した。濃縮された化合物を酢酸エチルに再び溶かした後、水で1回洗浄し、有機層を分離して無水硫酸マグネシウムで処理して濾過後、濃縮して化合物1−1−1(35.1g、収率73%)を製造した。
段階2)化合物1−1−2の製造
化合物1−1−1(27g、54mmol)、ビス(ピナコラト)ジボロン(Bis(pinacolato)diborone)(16.4g、64.7mmol)、ポタシウムアセテート(potassium acetate)(10.5g、107mmol)を1,4−ジオキサン150mLに投入し、還流攪拌状態でジベンジリデンアセトンパラジウム(0.9g、3mol%)とトリシクロヘキシルホスフィン(0.9g、6mol%)を添加して12時間還流攪拌した。反応終結後、混合物を室温で冷却し、セライトを通じて濾過した。濾液を減圧下に濃縮した後、残留物にクロロホルムを入れて溶かした後、水で洗浄して有機層を分離した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。これを濾過して減圧蒸留し、酢酸エチルとエタンオールで攪拌して化合物1−1−2(15.2g、収率86%)を製造した。
段階3)化合物1−1−3の製造
化合物1−1−2(25g、76mmol)と2−クロロ−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン(20.3g、76mmol)をテトラヒドロフラン200mLに分散させた後、2M炭酸カリウム水溶液(aq. KCO)(57mL、114mmol)を添加し、テトラキストリフェニルホスフィノパラジウム[Pd(PPh](0.88g、1mol%)を入れた後、6時間還流攪拌した。常温に温度を低め、水層を分離し、有機層を減圧濃縮した。濃縮された化合物を酢酸エチルに再び溶かした後、水で2回洗浄し、分離して無水硫酸マグネシウムを入れて濾過して濃縮した。濃縮された残留物に少量の酢酸エチルと過剰のヘキサンを投入して攪拌して固体で析出させて1時間攪拌した後、濾過して化合物1−1−3(26.7g、収率81%)を製造した。
段階4)化合物1−1の製造
化合物1−1−3(22g、50mmol)と(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)ボロン酸(15.2g、53mmol)をテトラヒドロフラン(200mL)に分散させた後、2M炭酸カリウム水溶液(aq. KCO)(75mL、151mmol)を添加し、テトラキストリフェニルホスフィノパラジウム[Pd(PPh](0.6g、1mol%)を入れた後、6時間攪拌還流した。常温に温度を低め、水層を除去して減圧濃縮し、酢酸エチルを投入して3時間攪拌して析出された固体を濾過した。得られた固体をクロロホルムに再び溶かし、水で洗浄した後、分離して無水硫酸マグネシウムと酸性白土で処理して濾過した。濾液を減圧濃縮して半分程度除去した後、酢酸エチルを投入して再結晶を通じて化合物1−1(26.3g、収率81%)を製造した。
MS:[M+H]=641
実施例2:化合物1−2の製造
Figure 2019512887
化合物Bを用いて化合物1−1の製造例と同様に実験を行って化合物1−2を製造した。
MS:[M+H]=641
実施例3:化合物1−3の製造
Figure 2019512887
化合物Cを用いて化合物1−1の製造例と同様に実験を行って化合物1−3を製造した。
MS:[M+H]=641
実施例4:化合物1−4の製造
Figure 2019512887
化合物Dを用いて実施例1の段階1を除いた化合物1−1の製造例と同様に実験を行って化合物1−4を製造した。
MS:[M+H]=657
実施例5:化合物2−1の製造
Figure 2019512887
段階1)化合物2−1−1の製造
3−ブロモ−9H−カルバゾール(15g、61mmol)と(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)ボロン酸(18.4g、64mmol)をテトラヒドロフラン150mLに分散させた後、2M炭酸カリウム水溶液(aq. KCO)(60mL、120mmol)を添加し、テトラキストリフェニルホスフィノパラジウム[Pd(PPh](1.03g、1mol%)を入れた後、8時間還流攪拌した。反応が完結されると、常温に温度を低め、水層を除去して有機層を減圧濃縮し、酢酸エチルを投入して攪拌した。生成された固体を濾過して化合物2−1−1(30g、収率82%)を製造した。
段階2)化合物2−1の製造
化合物2−1−1(12g、30mmol)と2−ブロモ−9−フェニル−9H−カルバゾール(9.5g、30mmol)をトルエン150mLに投入して溶かし、ナトリウム−tert−ブトキシド(5.6g、59mmol)を添加して加温した。ビス(トリ−tert−ブチルホスフィン)パラジウム(0.15g、1mol%)を投入して12時間還流攪拌した。反応完了後、常温に温度を低めた後、生成された固体を濾過した。薄い黄色の固体をクロロホルムで溶かし、水で2回洗浄後に有機層を分離し、無水硫酸マグネシウムと酸性白土を入れて攪拌した後、濾過して減圧濃縮した。濃縮した化合物をクロロホルムと酢酸エチルで再結晶して白色の固体化合物である化合物2−1(14.5g、収率76%)を得た。
MS:[M+H]=650
実施例6:化合物2−2の製造
Figure 2019512887
9−([1,1'−ビフェニル]−3−イル)−3−ブロモ−9H−カルバゾール(16g、40mmol)と9−([1,1'−ビフェニル]−3−イル)−9H−カルバゾール−3−イル)ボロン酸(14.6g、40mmol)を用いて化合物2−1−1の製造例と同様な方法で実験して化合物2−2(19.7g、収率77%)を製造した。
MS:[M+H]=637
実施例7:化合物2−3の製造
Figure 2019512887
化合物2−1−1(20g、49mmol)と2−ブロモ[b,d]チオフェン(12.9g、49mmol)を用いて化合物2−1の製造例と同様な方法で実験を実施して化合物2−3(23.1g、収率80%)を製造した。
MS:[M+H]=591
[実験例]
実験例1
ITO(indium tin oxide)が1,300Åの厚さに薄膜コーティングされたガラス基板を洗剤を溶かした蒸溜水に入れて超音波で洗浄した。この時、洗剤としては、フィッシャー社(Fischer Co.)製品を用い、蒸溜水としてはミリポア社 (Millipore Co.)製品のフィルター(Filter)で2次濾過された 蒸留水を用いた。ITOを30分間洗浄した後、蒸溜水で2回繰り返して超音波洗浄を10分間行った。蒸溜水洗浄が終わった後、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノールの溶剤で超音波洗浄を行い、乾燥させた後、プラズマ洗浄機に輸送させた。また、酸素プラズマを利用して前記基板を5分間洗浄した後、真空蒸着器に基板を輸送させた。
前記のように準備されたITO透明電極上に下記HI−1化合物を50Åの厚さに熱真空蒸着して正孔注入層を形成した。前記正孔注入層上に下記HT−1化合物を250Åの厚さに熱真空蒸着して正孔輸送層を形成し、HT−1蒸着膜上に下記HT−2化合物を50Åの厚さに真空蒸着して電子阻止層を形成した。次に、前記HT−2蒸着膜上に前記で製造した化合物1−1と前記で製造した化合物2−1を下記表1の重量比に同時蒸発により蒸着し、この時、下記表1の重量比(12%;化合物1−1、化合物2−1、およびYGD総重量対比)に燐光ドーパントである下記YGD化合物を共蒸着して下記表1の厚さ(400Å)に発光層を形成した。前記発光層上に下記ET−1化合物を250Åの厚さに真空蒸着し、追加的に下記ET−2化合物を100Åの厚さに2%重量比のLiと共蒸着して電子輸送層および電子注入層を形成した。前記電子注入層上に1000Åの厚さにアルミニウムを蒸着して陰極を形成した。
Figure 2019512887
前記の過程で有機物の蒸着速度は0.4〜0.7Å/secを維持し、アルミニウムは2Å/secの蒸着速度を維持し、蒸着時の真空度は1×10−7〜5×10−8torrを維持した。
実験例2から7
前記実験例1と同様な方法で製造し、発光層の形成時に燐光ホスト物質およびドーパント含有量を下記表1のように変更した点を除いては、前記実験例1と同様な方法を利用して有機発光素子をそれぞれ製作した。
比較実験例1から10
前記実験例1と同様な方法で製造し、発光層の形成時に燐光ホスト物質およびドーパント含有量を下記表1のように変更した点を除いては、前記実験例1と同様な方法を利用して有機発光素子をそれぞれ製作した。この時、用いられたホスト物質AからCは下記のとおりである。
Figure 2019512887
前記実験例および比較実験例で製造した有機発光素子に電流を印加し、電圧、効率、輝度、色座標および寿命を測定し、その結果を下記表1に示した。この時、T95は、電流密度50mA/cmでの初期輝度を100%にした時、輝度が95%に減少するのにかかる時間を意味する。
Figure 2019512887
1:基板
2:陽極
3:発光層
4:陰極
5:正孔注入層
6:正孔輸送層
7:発光層
8:電子輸送層

Claims (15)

  1. 陰極;陽極;および前記陰極と陽極との間に少なくとも一つ以上の発光層を含み、
    前記発光層は、下記化学式1で表される第1ホスト化合物および下記化学式2で表される第2ホスト化合物を含む、有機発光素子:
    [化学式1]
    Figure 2019512887
    前記化学式1で、
    は、置換もしくは非置換のC1−60アルキル;置換もしくは非置換のC3−60シクロアルキル;置換もしくは非置換のC6−60アリール;または置換もしくは非置換のO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含むC2−60ヘテロアリールであり、
    およびRは、それぞれ独立に、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;置換もしくは非置換のC1−60アルキル;または置換もしくは非置換のC3−60シクロアルキルであり、
    nは、0から4の整数であり、
    mは、0から3の整数であり、
    Yは、O、S、またはCRであり、
    およびRは、それぞれ独立に、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;置換もしくは非置換のC1−60アルキル;置換もしくは非置換のC3−60シクロアルキル;または置換もしくは非置換のC6−60アリールであり、
    Arは、下記化学式1'で表され、
    [化学式1']
    Figure 2019512887
    Lは、単一結合;置換もしくは非置換のC6−60アリーレン;または置換もしくは非置換のO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含むC2−60ヘテロアリーレンであり、
    からXは、それぞれ独立に、N、またはCRであり、ただし、XからXのうちの少なくとも一つはNであり、
    は、それぞれ独立に、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;ニトロ;アミノ;置換もしくは非置換のC1−60アルキル;置換もしくは非置換のC1−60ハロアルキル;置換もしくは非置換のC1−60ハロアルコキシ;置換もしくは非置換のC3−60シクロアルキル;置換もしくは非置換のC2−60アルケニル;置換もしくは非置換のC6−60アリール;または置換もしくは非置換のO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含むC2−60ヘテロアリールであり、
    ArおよびArは、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のC6−60アリール;または置換もしくは非置換のO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含むC2−60ヘテロアリールであり、
    [化学式2]
    Figure 2019512887
    前記化学式2で、
    R'は、置換もしくは非置換のC6−60アリールであり、
    R'およびR'は、それぞれ独立に、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;置換もしくは非置換のC1−60アルキル;置換もしくは非置換のC3−60シクロアルキル;置換もしくは非置換のC6−60アリール;または置換もしくは非置換のO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含むC2−60ヘテロアリールであり、
    n'およびm'は、それぞれ独立に、0から4の整数であり、
    L'は、単一結合;置換もしくは非置換のC6−60アリーレンであり、
    Y'は、O、S、NR'、またはCR'R"であり、
    R'およびR"は、それぞれ独立に、置換もしくは非置換のC1−60アルキル;置換もしくは非置換のC3−60シクロアルキル;置換もしくは非置換のC6−60アリール;または置換もしくは非置換のO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含むC2−60ヘテロアリールであり、またはR'およびR"が共に置換もしくは非置換のC6−60芳香族環を形成する。
  2. 前記化学式1は、下記化学式1−1、1−2、または1−3で表される、請求項1に記載の有機発光素子:
    [化学式1−1]
    Figure 2019512887
    [化学式1−2]
    Figure 2019512887
    [化学式1−3]
    Figure 2019512887
  3. は、フェニル;またはビフェニリルである、請求項1または2に記載の有機発光素子。
  4. およびRは、水素である、請求項1から3のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  5. Yは、S、またはOである、請求項1から4のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  6. Lは、単一結合、またはフェニレンである、請求項1から5のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  7. ArおよびArは、それぞれ独立に、フェニル、シアノで置換されたフェニル、ビフェニリル、ジメチルフルオレニル、ナフチル、フェナントレニル、ピリジニル、ジベンゾフラニル、またはジベンゾチオフェニルである、請求項1から6のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  8. 前記化学式1で表される化合物は、下記から構成される群より選択されるいずれか一つである、請求項1に記載の有機発光素子:
    Figure 2019512887
    Figure 2019512887
    Figure 2019512887
    Figure 2019512887
    Figure 2019512887
  9. R'は、シクロヘキシル、フェニル、シアノで置換されたフェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、ナフチル、フェナントレニル、トリフェニレニル、ジメチルフルオレニル、ピリジニル、ジベンゾフラニル、ジベンゾチオフェニル、または9−フェニル−カルバゾリルである、請求項1から8のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  10. n'は、1であり、
    R'は、水素、またはフェニルである、請求項1から9のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  11. m'は、1であり、
    R'は、水素、tert−ブチル、シアノ、フェニル、シアノで置換されたフェニル、またはピリジニルである、請求項1から10のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  12. Y'は、O、S、またはNR'であり、
    R'は、フェニル、またはビフェニリルである、請求項1から11のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  13. Y'は、CR'R"であり、
    R'およびR"は、メチルであるか、またはR'およびR"が共にフルオレン環を形成する、請求項1から11のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  14. L'は、単一結合、またはフェニレンである、請求項1から13のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  15. 前記化学式2で表される化合物は、下記から構成される群より選択されるいずれか一つである、請求項1に記載の有機発光素子:
    Figure 2019512887
    Figure 2019512887
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