JP2023175859A - 有機発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】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。【解決手段】正極と、負極と、前記正極と負極との間の発光層と、を含み、前記発光層は、下記の化学式で表される第1化合物および特定の化学式で表される第2化合物を含む、有機発光素子。JPEG2023175859000139.jpg6669【選択図】なし
Description
[関連出願の相互参照]
本出願は、2019年12月19日付の韓国特許出願第10-2019-0170947号および2020年12月3日付の韓国特許出願第10-2020-0167777号に基づく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全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は、2019年12月19日付の韓国特許出願第10-2019-0170947号および2020年12月3日付の韓国特許出願第10-2020-0167777号に基づく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全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
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。
一般的に、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、一般的に正極と負極および前記正極と負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。このような有機発光素子の構造において、2つの電極の間に電圧をかけると、正極からは正孔が、負極からは電子が有機物層に注入され、注入された正孔と電子が接した時、エキシトン(exciton)が形成され、このエキシトンが再び底状態に落ちる時、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要求され続けている。
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を提供する。
本発明は、下記の有機発光素子を提供する:
正極と、負極と、前記正極と負極との間の発光層と、を含み、
前記発光層は、下記化学式1で表される第1化合物および下記化学式2で表される第2化合物を含む、有機発光素子:
[化学式1]
前記化学式1中、
Aは、それぞれ隣接した2つの5員環に縮合したベンゼン環であり、
Ar1~Ar3はそれぞれ独立して、置換または非置換の炭素数6~60のアリール;またはN、O、およびSで構成される群より選択されるいずれか1つ以上のヘテロ原子を含む置換または非置換の炭素数5~60のヘテロアリールであり、
R1はそれぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;置換または非置換の炭素数1~60のアルキル;置換または非置換の炭素数1~60のアルコキシ;置換または非置換の炭素数2~60のアルケニル;置換または非置換の炭素数2~60のアルキニル;置換または非置換の炭素数3~60のシクロアルキル;置換または非置換の炭素数6~60のアリール;または置換または非置換のN、O、およびSで構成される群より選択されるいずれか1つ以上のヘテロ原子を含む炭素数2~60のヘテロアリールであり、
xは、1~10の整数であり、
ただし、前記Ar1~Ar3、およびR1のうちの少なくとも1つが1個以上の重水素で置換されるか、またはR1のうちの少なくとも1つが重水素であり、前記第1化合物は少なくとも5個の重水素で置換され、
[化学式2]
前記化学式2中、
Bは、それぞれ隣接した2つの5員環に縮合したベンゼン環であり、
Ar4は、置換または非置換の炭素数6~60のアリールであり、
Ar5は、置換または非置換の炭素数6~60のアリール;またはN、O、およびSで構成される群より選択されるヘテロ原子を1個含む置換または非置換の炭素数5~60のヘテロアリールであり、
R2はそれぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;置換または非置換の炭素数1~60のアルキル;置換または非置換の炭素数1~60のアルコキシ;置換または非置換の炭素数2~60のアルケニル;置換または非置換の炭素数2~60のアルキニル;置換または非置換の炭素数3~60のシクロアルキル;置換または非置換の炭素数6~60のアリール;または置換または非置換のN、O、およびSで構成される群より選択されるいずれか1つ以上のヘテロ原子を含む炭素数2~60のヘテロアリールであり、
yは、1~10の整数である。
正極と、負極と、前記正極と負極との間の発光層と、を含み、
前記発光層は、下記化学式1で表される第1化合物および下記化学式2で表される第2化合物を含む、有機発光素子:
[化学式1]
Aは、それぞれ隣接した2つの5員環に縮合したベンゼン環であり、
Ar1~Ar3はそれぞれ独立して、置換または非置換の炭素数6~60のアリール;またはN、O、およびSで構成される群より選択されるいずれか1つ以上のヘテロ原子を含む置換または非置換の炭素数5~60のヘテロアリールであり、
R1はそれぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;置換または非置換の炭素数1~60のアルキル;置換または非置換の炭素数1~60のアルコキシ;置換または非置換の炭素数2~60のアルケニル;置換または非置換の炭素数2~60のアルキニル;置換または非置換の炭素数3~60のシクロアルキル;置換または非置換の炭素数6~60のアリール;または置換または非置換のN、O、およびSで構成される群より選択されるいずれか1つ以上のヘテロ原子を含む炭素数2~60のヘテロアリールであり、
xは、1~10の整数であり、
ただし、前記Ar1~Ar3、およびR1のうちの少なくとも1つが1個以上の重水素で置換されるか、またはR1のうちの少なくとも1つが重水素であり、前記第1化合物は少なくとも5個の重水素で置換され、
[化学式2]
Bは、それぞれ隣接した2つの5員環に縮合したベンゼン環であり、
Ar4は、置換または非置換の炭素数6~60のアリールであり、
Ar5は、置換または非置換の炭素数6~60のアリール;またはN、O、およびSで構成される群より選択されるヘテロ原子を1個含む置換または非置換の炭素数5~60のヘテロアリールであり、
R2はそれぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;置換または非置換の炭素数1~60のアルキル;置換または非置換の炭素数1~60のアルコキシ;置換または非置換の炭素数2~60のアルケニル;置換または非置換の炭素数2~60のアルキニル;置換または非置換の炭素数3~60のシクロアルキル;置換または非置換の炭素数6~60のアリール;または置換または非置換のN、O、およびSで構成される群より選択されるいずれか1つ以上のヘテロ原子を含む炭素数2~60のヘテロアリールであり、
yは、1~10の整数である。
上述した有機発光素子は、発光層に前記化学式1で表される第1化合物および前記化学式2で表される第2化合物を含むことによって、駆動電圧、効率および寿命に優れている。
以下、本発明の理解を助けるためにより詳しく説明する。
本明細書において、「置換または非置換の」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;アラルキル基;アラルケニル基;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から選択される1個以上の置換基で置換されるか、または非置換であるか、前記例示された置換基のうちの2以上の置換基が連結された置換基に置換されるか、または非置換であることを意味する。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。すなわち、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と解釈されてもよい。
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1~25の直鎖、分枝鎖もしくは環鎖アルキル基、または炭素数6~25のアリール基で置換されていてもよい。具体的には、下記構造式の基であってもよいが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、シリル基は、具体的には、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、これらに限定されるものではない。
本明細書において、ホウ素基は、具体的には、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、これらに限定されるものではない。
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、直鎖もしくは分枝鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、1~40であることが好ましい。一実施形態によれば、前記アルキル基の炭素数は1~20である。また一つの実施形態によれば、前記アルキル基の炭素数は1~10である。また一つの実施形態によれば、前記アルキル基の炭素数は1~6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、これらに限定されるものではない。
本明細書において、前記アルケニル基は、直鎖もしくは分枝鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、2~40であることが好ましい。一実施形態によれば、前記アルケニル基の炭素数は2~20である。また一つの実施形態によれば、前記アルケニル基の炭素数は2~10である。また一つの実施形態によれば、前記アルケニル基の炭素数は2~6である。具体的な例としては、ビニル、1-プロペニル、イソプロペニル、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、これらに限定されるものではない。
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3~60であることが好ましく、一実施形態によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は3~30である。また一つの実施形態によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は3~20である。また一つの実施形態によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は3~6である。具体的には、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、これらに限定されるものではない。
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6~60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。一実施形態によれば、前記アリール基の炭素数は6~30である。一実施形態によれば、前記アリール基の炭素数は6~20である。前記単環式アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などであってもよいが、これらに限定されるものではない。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であってもよいが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、フルオレニル基は置換されていてもよく、置換基2個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、
などであってもよい。ただし、これらに限定されるものではない。
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2~60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、フラニル基、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、トリアゾル基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジニル基、アクリジニル基、ピリダジニル基、ピラジニル基、キノリニル基、キナゾリニル基、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、イソキノリル基、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、これらにのみ限定されるものではない。
本明細書において、アラルキル基、アラルケニル基、アルキルアリール基、アリールアミン基中のアリール基は、上述した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、アラルキル基、アルキルアリール基、アルキルアミン基中のアルキル基は、上述した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、ヘテロアリールアミン中のヘテロアリールは、上述した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、アラルケニル基中のアルケニル基は、上述したアルケニル基に関する説明が適用可能である。本明細書において、アリーレンは、2価の基であることを除けば、上述した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価の基であることを除けば、上述した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価の基ではなく、2個の置換基が結合して形成したことを除けば、上述した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価の基ではなく、2個の置換基が結合して形成したことを除けば、上述したヘテロ環基に関する説明が適用可能である。
本発明に係る有機発光素子は、基板上に、正極、発光層および負極が順次積層された構造(normal type)、または基板上に、負極、発光層および正極が順次積層された逆方向構造(inverted type)の有機発光素子であり得る。また、前記有機発光素子は、前記正極と発光層との間に、正孔注入層、正孔輸送層、電子抑制層のうちの1層以上を選択的にさらに含むことができ、また、前記負極と発光層との間に、正孔阻止層、電子注入層および電子輸送層のうちの1層以上をさらに含むことができる。また、前記電子注入層と電子輸送層をそれぞれの層ではなく、電子注入および輸送層の単一層の形態で含むこともできる。
以下、各構成別に本発明を詳しく説明する。
正極および負極
本発明で使用される正極および負極は、有機発光素子において使用される電極を意味する。
本発明で使用される正極および負極は、有機発光素子において使用される電極を意味する。
前記正極物質としては、通常有機物層への正孔注入が円滑となるように仕事関数の大きい物質が好ましい。前記正極物質の具体的な例としては、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金などの金属またはこれらの合金;亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)などの金属酸化物;ZnO:AlまたはSNO2:Sbなどの金属と酸化物との組み合わせ;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などの導電性高分子などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記負極物質としては、通常有機物層への電子注入が容易となるように仕事関数の小さい物質であることが好ましい。前記負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、スズおよび鉛などの金属、またはこれらの合金;LiF/AlまたはLiO2/Alなどの多層構造物質などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
正孔注入層
本発明に係る有機発光素子は、必要に応じて前記正極上に正孔注入層をさらに含む。
本発明に係る有機発光素子は、必要に応じて前記正極上に正孔注入層をさらに含む。
前記正孔注入層は、電極から正孔を注入する層で、正孔注入物質としては、正孔を輸送する能力を有し、正極からの正孔注入効果、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、薄膜形成能力の優れた化合物が好ましい。また、正孔注入物質のHOMO(highest occupied molecular orbital)が正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導電性高分子などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
正孔輸送層
本発明に係る有機発光素子は、必要に応じて前記正極上に(または正孔注入層が存在する場合正孔注入層上に)正孔輸送層を含む。
本発明に係る有機発光素子は、必要に応じて前記正極上に(または正孔注入層が存在する場合正孔注入層上に)正孔輸送層を含む。
前記正孔輸送層は、正極また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、正孔輸送物質としては、正極や正孔注入層から正孔輸送を受けて発光層に移し得る物質で、正孔に対する移動性の大きい物質が好適である。
前記正孔輸送物質の具体的な例としては、アリールアミン系の有機物、導電性高分子、および共役部分と非共役部分が共に存在するブロック共重合体などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
発光層
本発明で使用される発光層は、正極と負極から伝達された正孔と電子を結合させることにより可視光線領域の光を発し得る層を意味する。一般に、発光層は、ホスト材料およびドーパント材料を含み、本発明においては、前記化学式1で表される第1化合物および前記化学式2で表される第2化合物をホストとして含む。
本発明で使用される発光層は、正極と負極から伝達された正孔と電子を結合させることにより可視光線領域の光を発し得る層を意味する。一般に、発光層は、ホスト材料およびドーパント材料を含み、本発明においては、前記化学式1で表される第1化合物および前記化学式2で表される第2化合物をホストとして含む。
好ましくは、前記化学式1で表される第1化合物は、5個以上の重水素で置換されたものであり得る。具体的には、前記化学式1中のAr1~Ar3、およびR1のうちの少なくとも1つが1個以上の重水素で置換されるか、またはR1のうちの少なくとも1つが重水素で置換されることによって、前記第1化合物は、化合物中に5個以上、または6個以上、または7個以上、または8個以上、または10個以上の重水素を含むことができ、または前記第1化合物は重水素で完全置換され得る。
好ましくは、前記化学式1は、下記化学式1-1~化学式1-6で構成される群より選択されるいずれか1つで表される:
[化学式1-1]
[化学式1-2]
[化学式1-3]
[化学式1-4]
[化学式1-5]
[化学式1-6]
前記化学式1-1~化学式1-6中、Ar1~Ar3、R1およびxは先に定義した通りである。
[化学式1-1]
前記化学式1中、好ましくは、Ar1~Ar3はそれぞれ独立して、フェニル、ビフェニル、ターフェニル、ジベンゾフラニル、ジベンゾチオフェニル、フルオレニル、9,9-ジメチルフルオレニル、9,9-ジフェニルフルオレニル、カルバゾール-9-イル、または9-フェニル-9H-カルバゾリルであり得る。
前記化学式1中、より好ましくは、Ar1~Ar3のうちの少なくとも1つはフェニルであり、残りはそれぞれ独立して、フェニル、ビフェニル、ターフェニル、ジベンゾフラニル、ジベンゾチオフェニル、フルオレニル、9,9-ジメチルフルオレニル、9,9-ジフェニルフルオレニル、カルバゾール-9-イル、または9-フェニル-9H-カルバゾリルであり得る。
また、前記Ar1~Ar3のうちの少なくとも1つは、1個以上の重水素で置換される。例えば、前記Ar1~Ar3のうちの少なくとも1つは、下記構造からなる群より選択される:
上記式中、aは1~5の整数であり、
bは0~4の整数であり、cは0~5の整数であり、ただしbとcが両方とも同時に0ではなく、
dはそれぞれ独立して、0~3の整数であり、eは0~5の整数であり、ただしdとeが両方とも同時に0ではなく、
fは0~3の整数であり、gはそれぞれ独立して、0~5の整数であり、ただしfとgが両方とも同時に0ではなく、
hは0~3の整数であり、iは0~4の整数であり、ただしhとiが両方とも同時に0ではなく、
jは0~3の整数であり、kは0~4の整数であり、lはそれぞれ独立して、0~5の整数であり、ただしj、kおよびlがいずれも同時に0ではなく、
mは0~4の整数であり、nは0~4の整数であり、ただしmとnが両方とも同時に0ではなく、
oは0~3の整数であり、pは0~4の整数であり、qは0~5の整数であり、ただしo、pおよびqがいずれも同時に0ではない。
bは0~4の整数であり、cは0~5の整数であり、ただしbとcが両方とも同時に0ではなく、
dはそれぞれ独立して、0~3の整数であり、eは0~5の整数であり、ただしdとeが両方とも同時に0ではなく、
fは0~3の整数であり、gはそれぞれ独立して、0~5の整数であり、ただしfとgが両方とも同時に0ではなく、
hは0~3の整数であり、iは0~4の整数であり、ただしhとiが両方とも同時に0ではなく、
jは0~3の整数であり、kは0~4の整数であり、lはそれぞれ独立して、0~5の整数であり、ただしj、kおよびlがいずれも同時に0ではなく、
mは0~4の整数であり、nは0~4の整数であり、ただしmとnが両方とも同時に0ではなく、
oは0~3の整数であり、pは0~4の整数であり、qは0~5の整数であり、ただしo、pおよびqがいずれも同時に0ではない。
また、好ましくは、前記Ar1~Ar3のうちの少なくとも1つは、5個以上の重水素で置換される。
より好ましくは、前記化学式1中、前記Ar1~Ar3のうちの少なくとも1つは5個の重水素で置換されたフェニルであり、残りは、非置換のフェニル、非置換のビフェニル、非置換のターフェニル、非置換のジベンゾフラニル、非置換のジベンゾチオフェニル、非置換のフルオレニル、非置換の9,9-ジメチルフルオレニル、非置換の9,9-ジフェニルフルオレニル、非置換のカルバゾール-9-イル、または非置換の9-フェニル-9H-カルバゾリルであり得る。
一例として、前記Ar1~Ar3は全てフェニルであり、ただし、前記Ar1~Ar3のうちの少なくとも1つ、具体的にはAr1~Ar3のうちのいずれか1個、または2個、または3個全てが5個の重水素で置換される。
さらに他の一例として、前記Ar1~Ar3のうちの1つは、非置換のビフェニル、非置換のターフェニル、非置換のジベンゾフラニル、非置換のジベンゾチオフェニル、非置換のフルオレニル、非置換の9,9-ジメチルフルオレニル、非置換の9,9-ジフェニルフルオレニル、非置換のカルバゾール-9-イル、または非置換の9-フェニル-9H-カルバゾリルであり、残りはフェニルであり、ただし、前記残りのうちの少なくとも1つ、つまり、残りのうちの1個または2個全てが5個の重水素で置換される。
また、好ましくは、前記Ar1~Ar3のうちの少なくとも1つは、5個以上の重水素で置換されたビフェニル、5個以上の重水素で置換されたターフェニル、5個以上の重水素で置換されたジベンゾフラニル、5個以上の重水素で置換されたジベンゾチオフェニル、5個以上の重水素で置換されたフルオレニル、5個以上の重水素で置換された9,9-ジメチルフルオレニル、5個以上の重水素で置換された9,9-ジフェニルフルオレニル、5個以上の重水素で置換されたカルバゾール-9-イル、または5個以上の重水素で置換された9-フェニル-9H-カルバゾリルであり、残りはそれぞれ独立して、非置換のフェニルまたは非置換のビフェニルであり得る。
一例として、前記Ar1~Ar3のうちの1つは、5個の重水素で置換されたビフェニルであり、残りはそれぞれ独立して、非置換のフェニルまたは非置換のビフェニルであり得る。この時、ビフェニルが5個の重水素で置換されたものは、一例として、下記の構造で表される。
上記式中、rは0~4の整数であり、より具体的には0である。
他の一例として、前記Ar1~Ar3のうちの2つは、5個の重水素で置換されたビフェニルであり、残りは、非置換のフェニルである。この時、ビフェニルが5個の重水素で置換されたものは上記の構造で表される。
さらに他の一例として、前記Ar1~Ar3のうちの1つは、重水素で完全置換されたビフェニル、重水素で完全置換されたターフェニル、重水素で完全置換されたジベンゾフラニル、重水素で完全置換されたジベンゾチオフェニル、重水素で完全置換されたフルオレニル、重水素で完全置換された9,9-ジメチルフルオレニル、重水素で完全置換された9,9-ジフェニルフルオレニル、重水素で完全置換されたカルバゾール-9-イル、または重水素で完全置換された9-フェニル-9H-カルバゾリルであり、残りは、全て非置換のフェニルである。
また、好ましくは、前記Ar1~Ar3はそれぞれ独立して、フェニル、ビフェニル、ターフェニル、ジベンゾフラニル、ジベンゾチオフェニル、フルオレニル、9,9-ジメチルフルオレニル、9,9-ジフェニルフルオレニル、カルバゾール-9-イル、または9-フェニル-9H-カルバゾリルであり、前記Ar1~Ar3は、全て重水素で完全置換される。
また、前記化学式1中、好ましくは、前記R1は、全て水素であり得る。この時、前記化学式1中、xは10の整数であり、また、Ar1~Ar3のうちの少なくとも1つが5個以上の重水素で置換される。
また、前記化学式1中、好ましくは、前記R1のうちの少なくとも5個が重水素であり、残りは水素である。この時、前記化学式1中、xは10の整数である。一例として、前記化学式1中、前記R1のうちの5個、または6個、または7個、または8個が重水素であり、残りは水素であり、またはR1の10個全てが重水素であり得る。
前記化学式1で表される第1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することができる。
[反応式1]
前記反応式1中、Ar1~Ar3、R1およびxは前記化学式1で定義した通りであり、Xはハロゲンであり、好ましくは、塩素または臭素である。
[反応式1]
前記反応式1はアミン置換反応であって、パラジウム触媒および塩基の存在下で行うことが好ましく、アミン置換反応のための反応基は当業界で公知のものによって変更可能である。前記製造方法は、後述する製造例でさらに具体化される。
一方、前記化学式2は、好ましくは、下記化学式2-1~化学式2-6で構成される群より選択されるいずれか1つで表され、より好ましくは、前記化学式2は、下記化学式2-1~化学式2-3で構成される群より選択されるいずれか1つで表される:
[化学式2-1]
[化学式2-2]
[化学式2-3]
[化学式2-4]
[化学式2-5]
[化学式2-6]
前記化学式2-1~化学式2-6中、Ar4、Ar5、R2およびyは先に定義した通りである。
[化学式2-1]
前記化学式2中、好ましくは、Ar4およびAr5はそれぞれ独立して、非置換の炭素数6~30のアリールであり、より好ましくは、Ar4およびAr5はそれぞれ独立して、非置換のフェニル、非置換のビフェニル、非置換のターフェニル、非置換のフルオレニル、非置換の9,9-ジメチルフルオレニル、または非置換の9,9-ジフェニルフルオレニルである。
また、前記化学式2中、好ましくは、Ar4は非置換の炭素数6~30のアリールであり、Ar5はN、O、およびSで構成される群より選択されるヘテロ原子を1個含む非置換の炭素数5~60のヘテロアリールであり、より好ましくは、Ar4は、非置換のフェニル、非置換のビフェニルまたは非置換のターフェニルであり、Ar5は、非置換のジベンゾフラニル、非置換のジベンゾチオフェニル、非置換のカルバゾール-9-イル、または非置換の9-フェニル-9H-カルバゾリルである。
前記化学式2中、好ましくは、R2は全て水素であり、この時、yは10の整数である。
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することができる。
[反応式2]
前記反応式2中、Ar4、Ar5、R2およびyは前記化学式2で定義した通りであり、Yはハロゲンであり、好ましくは、塩素または臭素である。前記Arは、Ar4またはAr5で定義した通りである。
[反応式2]
前記反応式2はアミン置換反応であって、パラジウム触媒および塩基の存在下で行うことが好ましく、アミン置換反応のための反応基は当業界で公知のものによって変更可能である。前記製造方法は、後述する製造例でさらに具体化される。
前記反応式2中、化合物(III)と化合物(IV)の反応を1段階で示したが、化合物(2)中、Ar4とAr5が互いに異なる場合、化合物(IV)でのArを、Ar4およびAr5にそれぞれ対応する官能基に変更して2段階で行うこともできる。この時、反応段階の順序は特に限定されない。
好ましくは、前記発光層において、前記化学式1で表される第1化合物および前記化学式2で表される第2化合物の重量比は10:90~90:10であり、より好ましくは、20:80~80:20、30:70~70:30、30:70~50:50、または30:70~40:60である。
一方、前記発光層は、ホスト以外にドーパントをさらに含む。前記ドーパント材料としては、有機発光素子に使用される物質であれば特に限定されない。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。具体的には、芳香族アミン誘導体としては、置換また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、置換また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、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されるか、または非置換である。具体的には、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、これらに限定されない。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、これらに限定されない。
電子輸送層
本発明に係る有機発光素子は、必要に応じて前記発光層上に電子輸送層を含む。
本発明に係る有機発光素子は、必要に応じて前記発光層上に電子輸送層を含む。
前記電子輸送層は、負極または負極上に形成された電子注入層から電子を受け取って発光層まで電子を輸送し、また、発光層で正孔が伝達されることを抑制する層で、電子輸送物質としては、負極から電子注入をよく受けて発光層に移し得る物質であって、電子に対する移動性の大きい物質が好適である。
前記電子輸送物質の具体的な例としては、8-ヒドロキシキノリンのAl錯体;Alq3を含む錯体;有機ラジカル化合物;ヒドロキシフラボン-金属錯体などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。電子輸送層は、従来技術により使用されているような、任意の所望するカソード物質と共に使用可能である。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。具体的には、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。
電子注入層
本発明に係る有機発光素子は、必要に応じて前記発光層上(または電子輸送層が存在する場合電子輸送層上)に電子注入層をさらに含む。
本発明に係る有機発光素子は、必要に応じて前記発光層上(または電子輸送層が存在する場合電子輸送層上)に電子注入層をさらに含む。
前記電子注入層は電極から電子を注入する層で、電子を輸送する能力を有し、負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、薄膜形成能力の優れた化合物を使用することが好ましい。
前記電子注入層として用いられる物質の具体的な例としては、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、フルオレニリデンメタン、アントロンなどとそれらの誘導体、金属錯体化合物、および含窒素5員環誘導体などがあるが、これらに限定されない。
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、これらに限定されない。
有機発光素子
本発明に係る有機発光素子の構造を図1および図2に示す。図1は、基板1、正極2、発光層3、および負極4からなる有機発光素子の例を示す図である。図2は、基板1、正極2、正孔注入層5、正孔輸送層6、電子抑制層7、発光層3、正孔阻止層8、電子注入および輸送層9、および負極4からなる有機発光素子の例を示す図である。
本発明に係る有機発光素子の構造を図1および図2に示す。図1は、基板1、正極2、発光層3、および負極4からなる有機発光素子の例を示す図である。図2は、基板1、正極2、正孔注入層5、正孔輸送層6、電子抑制層7、発光層3、正孔阻止層8、電子注入および輸送層9、および負極4からなる有機発光素子の例を示す図である。
本発明に係る有機発光素子は、上述した構成を順次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)などのPVD(physical Vapor Deposition)方法を用いて、基板上に金属または導電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正極を形成し、その上に上述した各層を形成した後、その上に負極として用いられる物質を蒸着させて製造することができる。この方法以外にも、基板上に、負極物質から上述した構成の逆順で正極物質まで順次蒸着させて有機発光素子を作ることができる(国際公開第2003/012890号)。また、発光層は、ホストおよびドーパントを真空蒸着法のみならず、溶液塗布法によって形成され得る。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、これらにのみ限定されるものではない。
一方、本発明に係る有機発光素子は、使用される材料によって、前面発光型、後面発光型、または両面発光型であり得る。
以下、本発明の理解を助ける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れたものに過ぎず、これによって本発明の内容が限定されるものではない。
合成例1-1:化合物1-1の合成
段階1)中間体Aの合成
三つ口フラスコに11,12-dihydroindolo[2,3-a]carbazole(15.0g、58.5mmol)、1-bromobenzene-2,3,4,5,6-d5(10.4g、64.4mmol)、bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(Pd(P-t-Bu3)2)(0.6g、1.2mmol)、sodium tert-butoxide(NaOtBu)(8.4g、87.8mmol)、toluene 500mlを入れた後、アルゴン雰囲気下、還流条件下で8時間攪拌した。反応が終了すると常温に冷却した後、H2Oを入れて反応液を分液漏斗に移して抽出した。抽出液をMgSO4で乾燥、濃縮し、試料をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、中間体Aを13.2g得た(収率67%、MS[M+H]+=337)。
段階1)中間体Aの合成
段階2)化合物1-1の合成
三つ口フラスコに中間体A(13.0g、38.5mmol)、化合物a(14.6g、42.4mmol)、bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(0.4g、0.8mmol)、sodium tert-butoxide(5.6g、57.8mmol)、xylene 400mlを入れた後、アルゴン雰囲気下、還流条件下で8時間攪拌した。反応が終了すると常温に冷却した後、H2Oを入れて、反応液を分液漏斗に移して抽出した。抽出液をMgSO4で乾燥、濃縮し、試料をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した後、昇華精製により化合物1-1を7.9g得た(収率32%、MS[M+H]+=644)。
合成例1-2:化合物1-2の合成
合成例1-1の段階1で1-bromobenzene-2,3,4,5,6-d5をbromobenzeneに変更して使用して中間体Bを製造し、段階2で化合物aを化合物bに変更して使用したことを除いては、化合物1-1の製造方法と同様の方法で化合物1-2を製造した(MS[M+H]+=644)。
合成例1-3:化合物1-3の合成
合成例1-1の段階2で化合物aを化合物cに変更して使用したことを除いては、化合物1-1の製造方法と同様の方法で化合物1-3を製造した(MS[M+H]+=649)
合成例1-4:化合物1-4の合成
合成例1-1の段階1で、1-bromobenzene-2,3,4,5,6-d5をbromo-1,1'-biphenylに変更して使用して中間体Cを製造し、段階2で化合物aを化合物dに変更して使用したことを除いては、化合物1-1の製造方法と同様の方法で化合物1-4を製造した(MS[M+H]+=649)。
合成例1-5:化合物1-5の合成
段階1)中間体1-5-1の合成
三つ口フラスコに中間体C(15.0g、36.7mmol)、化合物e(13.9g、40.4mmol)、bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(0.4g、0.7mmol)、sodium tert-butoxide(5.3g、55.1mmol)、xylene 400mlを入れた後、アルゴン雰囲気下、還流条件下で8時間攪拌した。反応が終了すると常温に冷却した後、H2Oを入れて反応液を分液漏斗に移して抽出した。抽出液をMgSO4で乾燥、濃縮し、試料をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、中間体1-5-1を 17.1g得た(収率65%、MS[M+H]+=715)。
段階1)中間体1-5-1の合成
段階2)化合物1-5の合成
シェーカーチューブに化合物1-5-1(10.0g、14.0mmol)、PtO2(1.0g、4.2mmol)、D2O 70mlを入れた後、チューブを密封し、250℃、600psiで12時間加熱した。反応が終了するとクロロホルムを入れて、反応液を分液漏斗に移して抽出した。抽出液をMgSO4で乾燥、濃縮し、試料をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した後、昇華精製により化合物1-5を4.4g得た(収率42%、重水素置換率82%、MS[M+H]+=749)。
合成例1-6:化合物1-6の合成
合成例1-1の段階2で中間体Aを中間体Bに、化合物aを化合物fに変更して使用したことを除いては、化合物1-1の製造方法と同様の方法で化合物1-6を製造した(MS[M+H]+=658)。
合成例1-7:化合物1-7の合成
合成例1-1の段階1で1-bromobenzene-2,3,4,5,6-d5を2-bromodibenzo[b,d]furan-1,3,4,6,7,8,9-d7に変更して使用して中間体Dを製造し、段階2で化合物aを化合物gに変更して使用したことを除いては、化合物1-1の製造方法と同様の方法で化合物1-7を製造した(MS[M+H]+=660)。
合成例1-8:化合物1-8の合成
合成例1-1の段階2で中間体Aを中間体Bに、化合物aを化合物hに変更して使用したことを除いては、化合物1-1の製造方法と同様の方法で化合物1-8を製造した(MS[M+H]+=733)。
合成例1-9:化合物1-9の合成
合成例1-1の段階1で11,12-dihydroindolo[2,3-a]carbazoleを5,8-dihydroindolo[2,3-c]carbazoleに変更して使用したことを除いては、化合物1-1の製造方法と同様の方法で化合物1-9を製造した(MS[M+H]+=644)。
合成例1-10:化合物1-10の合成
合成例1-1の段階1で11,12-dihydroindolo[2,3-a]carbazoleを5,7-dihydroindolo[2,3-b]carbazoleに、1-bromobenzene-2,3,4,5,6-d5をbromobenzeneに変更して使用して中間体Fを製造し、段階2で化合物aを化合物cに変更して使用したことを除いては、化合物1-1の製造方法と同様の方法で化合物1-10を製造した(MS[M+H]+=644)。
合成例1-11:化合物1-11の合成
合成例1-1の段階1で11,12-dihydroindolo[2,3-a]carbazoleを5,11-dihydroindolo[3,2-b]carbazoleに変更して使用して中間体Gを製造し、段階2で化合物aを化合物iに変更して使用したことを除いては、化合物1-1の製造方法と同様の方法で化合物1-11を製造した(MS[M+H]+=674)
合成例1-12:化合物1-12の合成
段階1)中間体Hの合成
三つ口フラスコに5,12-dihydroindolo[3,2-a]carbazole(10.0g、39.0mmol)、化合物j(16.7g、42.9mmol)、bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(0.4g、0.8mmol)、sodium tert-butoxide(5.6g、58.5mmol)、toluene 400mlを入れた後、アルゴン雰囲気下、還流条件下で8時間攪拌した。反応が終了すると常温に冷却した後、H2Oを入れて、反応液を分液漏斗に移して抽出した。抽出液をMgSO4で乾燥、濃縮し、試料をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、中間体Hを16.9g得た(収率71%、MS[M+H]+=608)。
段階1)中間体Hの合成
段階2)化合物1-12の合成
三つ口フラスコに中間体H(15.0g、24.6mmol)、bromobenzene(4.3g、27.1mmol)、bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(0.3g、0.5mmol)、sodium tert-butoxide(3.6g、37.0mmol)、xylene 250mlを入れた後、アルゴン雰囲気下、還流条件下で8時間攪拌した。反応が終了すると常温に冷却した後、H2Oを入れて反応液を分液漏斗に移して抽出した。抽出液をMgSO4で乾燥、濃縮し、試料をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した後、昇華精製により化合物1-12を5.4g得た(収率32%、MS[M+H]+=684)。
合成例1-13:化合物1-13の合成
合成例1-1の段階1で、11,12-dihydroindolo[2,3-a]carbazoleを5,12-dihydroindolo[3,2-a]carbazoleに、1-bromobenzene-2,3,4,5,6-d5をbromobenzeneに変更して使用して中間体Iを製造し、段階2で化合物aを化合物kに変更して使用したことを除いては、化合物1-1の製造方法と同様の方法で化合物1-13を製造した(MS[M+H]+=657)。
合成例1-14:化合物1-14の合成
合成例1-1の段階1で、11,12-dihydroindolo[2,3-a]carbazoleを11,12-dihydroindolo[2,3-a]carbazole-1,3,5,6,8,10-d6に、および1-bromobenzene-2,3,4,5,6-d5を3-bromo-1,1':3',1''-terphenylに変更して使用して中間体Jを製造し、段階2で化合物aを化合物lに変更して使用したことを除いては、化合物1-1の製造方法と同様の方法で化合物1-14を製造した(MS[M+H]+=723)。
合成例1-15:化合物1-15の合成
合成例1-1の段階1で、11,12-dihydroindolo[2,3-a]carbazoleを11,12-dihydroindolo[2,3-a]carbazole-1,2,3,4,5,6,7,8,9,10-d10に、および1-bromobenzene-2,3,4,5,6-d5を3-bromo-1,1':3',1''-terphenylに変更して使用して中間体Kを製造し、段階2で化合物aを化合物mに変更して使用したことを除いては、化合物1-1の製造方法と同様の方法で化合物1-15を製造した(MS[M+H]+=803)。
合成例2-1:化合物2-1の合成
窒素雰囲気で5,8-dihydroindolo[2,3-c]carbazole(15.0g、58.5mmol)と4-bromo-1,1'-biphenyl(30.0g、128.8mmol)をtoluene 300mlに入れて、攪拌および還流した。その後、sodium tert-butoxide(16.9g、175.6mmol)、bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(0.9g、1.8mmol)を投入した。12時間反応後、常温まで冷却し、クロロホルムと水を利用して有機層を分離後、有機層を蒸留した。これを再びクロロホルムに溶かし、水で2回洗浄後に有機層を分離して、無水硫酸マグネシウムを入れて攪拌した後、ろ過して濾液を減圧蒸留した。濃縮した化合物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した後、昇華精製により化合物2-1を9.8g製造した(収率30%、MS:[M+H]+=562)。
合成例2-2:化合物2-2の合成
段階1)中間体2-1-1の合成
窒素雰囲気で5,8-dihydroindolo[2,3-c]carbazole(15.0g、58.5mmol)と4-bromo-1,1':4',1''-terphenyl(19.9g、64.4mmol)をtoluene 300mlに入れて、攪拌および還流した。その後、sodium tert-butoxide(8.4g、87.8mmol)、bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(0.9g、1.8mmol)を投入した。11時間反応後、常温まで冷却し、クロロホルムと水を利用して有機層を分離後、有機層を蒸留した。これを再びクロロホルムに溶かし、水で2回洗浄後に有機層を分離して、無水硫酸マグネシウムを入れて攪拌した後、ろ過して濾液を減圧蒸留した。濃縮した化合物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製して、中間体2-2-1を19.3g製造した(収率68%、MS:[M+H]+=486)
段階1)中間体2-1-1の合成
段階2)化合物2-2の合成
窒素雰囲気で中間体2-2-1(15.0g、31.0mmol)と3-bromo-1,1'-biphenyl(7.9g、34.0mmol)をtoluene 300mlに入れて、攪拌および還流した。その後、sodium tert-butoxide(4.5g、46.4mmol)、bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(0.5g、0.9mmol)を投入した。7時間反応後、常温まで冷却し、クロロホルムと水を利用して有機層を分離後、有機層を蒸留した。これを再びクロロホルムに溶かし、水で2回洗浄後に有機層を分離して、無水硫酸マグネシウムを入れて攪拌した後、ろ過して濾液を減圧蒸留した。濃縮した化合物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した後、昇華精製により化合物2-2を9.5g製造した(収率48%、MS:[M+H]+=638)
合成例2-3:化合物2-3の合成
合成例2-2の段階1で、5,8-dihydroindolo[2,3-c]carbazoleを5,11-dihydroindolo[3,2-b]carbazoleに、4-bromo-1,1':4',1''-terphenylを4-bromo-1,1'-biphenylに、段階2で3-bromo-1,1'-biphenylを4-chloro-1,1':3',1''-terphenylに変更して使用したことを除いては、化合物2-2の製造方法と同様の方法で化合物2-3を製造した(MS[M+H]+=638)。
合成例2-4:化合物2-4の合成
合成例2-2の段階1で、5,8-dihydroindolo[2,3-c]carbazoleを5,12-dihydroindolo[3,2-a]carbazoleに、4-bromo-1,1':4',1''-terphenylを2-bromodibenzo[b,d]furanに、段階2で3-bromo-1,1'-biphenylを4-bromo-1,1'-biphenylに変更して使用したことを除いては、化合物2-2の製造方法と同様の方法で化合物2-4を製造した(MS[M+H]+=576)。
実施例1
ITO(indium tin oxide)が1,400Å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留水に入れて超音波洗浄した。この時、洗剤としてはフィッシャー社(Fischer Co.)製品を使用し、蒸留水としてはミリポア社(Millipore Co.)製品のフィルタ(Filter)で2次ろ過した蒸留水を使用した。ITOを30分間洗浄した後、蒸留水で2回繰り返し超音波洗浄を10分間進行した。蒸留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して乾燥させた後、プラズマ洗浄機に輸送させた。また、酸素プラズマを用いて前記基板を5分間洗浄した後、真空蒸着機に基板を輸送させた。
ITO(indium tin oxide)が1,400Å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留水に入れて超音波洗浄した。この時、洗剤としてはフィッシャー社(Fischer Co.)製品を使用し、蒸留水としてはミリポア社(Millipore Co.)製品のフィルタ(Filter)で2次ろ過した蒸留水を使用した。ITOを30分間洗浄した後、蒸留水で2回繰り返し超音波洗浄を10分間進行した。蒸留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して乾燥させた後、プラズマ洗浄機に輸送させた。また、酸素プラズマを用いて前記基板を5分間洗浄した後、真空蒸着機に基板を輸送させた。
こうして準備されたITO透明電極上に、下記HT-Aと5重量%のPDを100Åの厚さに熱真空蒸着して正孔注入層を形成し、次いでHT-A物質のみを1150Åの厚さに蒸着して正孔輸送層を形成した。その上に電子抑制層として下記HT-Bを450Åの厚さに熱真空蒸着した。次いで、発光層のホストとして化合物1-1と化合物2-1を40:60の重量比で、ホストの8重量%のGDをドーパントにして400Åの厚さに真空蒸着した。次いで、正孔阻止層として下記ET-Aを50Åの厚さに真空蒸着した。次いで、前記正孔阻止層上に、下記ET-BとLiqを2:1の比率で250Åの厚さに熱真空蒸着した後、LiFとマグネシウムを1:1の比率で30Åの厚さに真空蒸着して、電子輸送層および電子注入層を順次形成した。前記電子注入層上にマグネシウムと銀を1:4の比率で160Åの厚さに蒸着して負極を形成して、有機発光素子を製造した。
実施例2~実施例23および比較例1~比較例20
ホスト物質を下記表1から3のいずれかの通り変更したことを除いては、前記実施例1と同様の方法で実施例2~実施例23、および比較例1~比較例20の有機発光素子をそれぞれ製作した。この時、ホストとして2種の化合物の混合物を用いた場合、括弧内はホスト化合物間の重量比を意味する。
ホスト物質を下記表1から3のいずれかの通り変更したことを除いては、前記実施例1と同様の方法で実施例2~実施例23、および比較例1~比較例20の有機発光素子をそれぞれ製作した。この時、ホストとして2種の化合物の混合物を用いた場合、括弧内はホスト化合物間の重量比を意味する。
実験例:素子の特性評価
前記実施例および比較例で製作された有機発光素子に電流を印加して電圧、効率および寿命(T95)を測定し、その結果を下記表1から3に示す。この時、電圧および効率は10mA/cm2の電流密度を印加して測定し、T95は、電流密度20mA/cm2で初期輝度が95%に低下するまでの時間(hr)を意味する。
前記実施例および比較例で製作された有機発光素子に電流を印加して電圧、効率および寿命(T95)を測定し、その結果を下記表1から3に示す。この時、電圧および効率は10mA/cm2の電流密度を印加して測定し、T95は、電流密度20mA/cm2で初期輝度が95%に低下するまでの時間(hr)を意味する。
本発明での化学式1で表される第1化合物および化学式2で表される第2化合物は、いずれもインドロカルバゾール骨格を有する。それに、前記第1化合物はトリアジン基を含んで電子を輸送する能力が強く、前記第2化合物は正孔を輸送する能力が強いので、2つの物質の混合物をホストとして使用するのに好適な特性を有する。特に、2つの物質は、いずれもインドロカルバゾール構造を有するので、互いによく混ざり合ってエキシプレックス(exciplex)形成に有利で、ドーパントとして効果的にエネルギーを伝達するのに有利である。この時、第1化合物は陰イオン、第2化合物は陽イオンとなってエキシプレックスを形成するが、陰イオン状態となる第1化合物がより不安定な状態になる。そこに5個以上の重水素で置換されることで第1化合物は陰イオン状態でも振動エネルギーが低くなり、より安定したエネルギーを有する。
結果的に、表1および2から分かるように、本発明での化学式1で表される第1化合物と化学式2で表される第2化合物をいずれも有機発光素子の発光層として使用した実施例1~実施例23は、比較例に比べて顕著に向上した低電圧、高効率、および長寿命特性を示した。
Claims (15)
- 正極と、負極と、前記正極と負極との間に含まれる発光層と、を含み、
前記発光層は、下記化学式1で表される第1化合物および下記化学式2で表される第2化合物を含む、有機発光素子:
[化学式1]
Aは、それぞれ隣接した2つの5員環に縮合したベンゼン環であり、
Ar1~Ar3はそれぞれ独立して、置換または非置換の炭素数6~60のアリール;またはN、O、およびSで構成される群より選択されるいずれか1つ以上のヘテロ原子を含む置換または非置換の炭素数5~60のヘテロアリールであり、
R1はそれぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;置換または非置換の炭素数1~60のアルキル;置換または非置換の炭素数1~60のアルコキシ;置換または非置換の炭素数2~60のアルケニル;置換または非置換の炭素数2~60のアルキニル;置換または非置換の炭素数3~60のシクロアルキル;置換または非置換の炭素数6~60のアリール;または置換または非置換のN、O、およびSで構成される群より選択されるいずれか1つ以上のヘテロ原子を含む炭素数2~60のヘテロアリールであり、
xは、1~10の整数であり、
ただし、前記Ar1~Ar3、およびR1のうちの少なくとも1つが1個以上の重水素で置換されるか、またはR1のうちの少なくとも1つが重水素であり、前記第1化合物は少なくとも5個の重水素を含み、
[化学式2]
Bは、それぞれ隣接した2つの5員環に縮合したベンゼン環であり、
Ar4は、置換または非置換の炭素数6~60のアリールであり、
Ar5は、置換または非置換の炭素数6~60のアリール;またはN、O、およびSで構成される群より選択されるヘテロ原子を1個含む置換または非置換の炭素数5~60のヘテロアリールであり、
R2はそれぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;置換または非置換の炭素数1~60のアルキル;置換または非置換の炭素数1~60のアルコキシ;置換または非置換の炭素数2~60のアルケニル;置換または非置換の炭素数2~60のアルキニル;置換または非置換の炭素数3~60のシクロアルキル;置換または非置換の炭素数6~60のアリール;または置換または非置換のN、O、およびSで構成される群より選択されるいずれか1つ以上のヘテロ原子を含む炭素数2~60のヘテロアリールであり、
yは、1~10の整数である。 - 前記化学式1は、下記化学式1-1~化学式1-6で構成される群より選択されるいずれか1つで表される、請求項1に記載の有機発光素子:
[化学式1-1]
- Ar1~Ar3はそれぞれ独立して、フェニル、ビフェニル、ターフェニル、ジベンゾフラニル、ジベンゾチオフェニル、フルオレニル、9,9-ジメチルフルオレニル、9,9-ジフェニルフルオレニル、カルバゾール-9-イル、または9-フェニル-9H-カルバゾリルである、請求項1または2に記載の有機発光素子。
- Ar1~Ar3のうちの少なくとも1つはフェニルであり、
残りはそれぞれ独立して、フェニル、ビフェニル、ターフェニル、ジベンゾフラニル、ジベンゾチオフェニル、フルオレニル、9,9-ジメチルフルオレニル、9,9-ジフェニルフルオレニル、カルバゾール-9-イル、または9-フェニル-9H-カルバゾリルである、請求項1から3のいずれか一項に記載の有機発光素子。 - Ar1~Ar3のうちの少なくとも1つは、5個の重水素で置換されたフェニルであり、
残りは、非置換のフェニル、非置換のビフェニル、非置換のターフェニル、非置換のジベンゾフラニル、非置換のジベンゾチオフェニル、非置換のフルオレニル、非置換の9,9-ジメチルフルオレニル、非置換の9,9-ジフェニルフルオレニル、非置換のカルバゾール-9-イル、または非置換の9-フェニル-9H-カルバゾリルである、請求項1に記載の有機発光素子。 - Ar1~Ar3のうちの1つは、5個以上の重水素で置換されたビフェニル、5個以上の重水素で置換されたターフェニル、5個以上の重水素で置換されたジベンゾフラニル、5個以上の重水素で置換されたジベンゾチオフェニル、5個以上の重水素で置換されたフルオレニル、5個以上の重水素で置換された9,9-ジメチルフルオレニル、5個以上の重水素で置換された9,9-ジフェニルフルオレニル、5個以上の重水素で置換されたカルバゾール-9-イル、または5個以上の重水素で置換された9-フェニル-9H-カルバゾリルであり、
残りはそれぞれ独立して、非置換のフェニルまたは非置換のビフェニルである、請求項1に記載の有機発光素子。 - Ar1~Ar3はそれぞれ独立して、フェニル、ビフェニル、ターフェニル、ジベンゾフラニル、ジベンゾチオフェニル、フルオレニル、9,9-ジメチルフルオレニル、9,9-ジフェニルフルオレニル、カルバゾール-9-イル、または9-フェニル-9H-カルバゾリルであり、
前記Ar1~Ar3は、全て重水素で完全置換された、請求項1に記載の有機発光素子。 - 前記R1は、全て水素である、請求項1から7のいずれか一項に記載の有機発光素子。
- 前記R1のうちの少なくとも5個が重水素であり、残りは水素である、請求項1から7のいずれか一項に記載の有機発光素子。
- 前記化学式2は、下記化学式2-1~化学式2-6で構成される群より選択されるいずれか1つで表される、請求項1から10のいずれか一項に記載の有機発光素子:
[化学式2-1]
- Ar4およびAr5はそれぞれ独立して、非置換のフェニル、非置換のビフェニル、非置換のターフェニル、非置換のフルオレニル、非置換の9,9-ジメチルフルオレニル、または非置換の9,9-ジフェニルフルオレニルである、請求項1から11のいずれか一項に記載の有機発光素子。
- Ar4は、非置換のフェニル、非置換のビフェニルまたは非置換のターフェニルであり、
Ar5は、非置換のジベンゾフラニル、非置換のジベンゾチオフェニル、非置換のカルバゾール-9-イル、または非置換の9-フェニル-9H-カルバゾリルである、請求項1から11のいずれか一項に記載の有機発光素子。 - R2は、全て水素である、請求項1から13のいずれか一項に記載の有機発光素子。
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