JP2023551175A - 有機発光素子 - Google Patents
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- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N zinc indium(3+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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Abstract
【要約】本発明は新規な化合物およびこれを含む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、2021年3月8日付の韓国特許出願第10-2021-0030418号に基づく優先権の利益を主張し、該当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、2021年3月8日付の韓国特許出願第10-2021-0030418号に基づく優先権の利益を主張し、該当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、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)が形成されて、このエキシトンが再び基底状態に落ちる時、光が出るようになる。
このような有機発光素子に使用される有機物に対して新たな材料の開発が要求され続けている。
本発明は、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。
正極;
正孔輸送層;
発光層;
電子輸送層、電子注入層、または、電子輸送および注入層;および
負極を含み、
前記発光層は、下記化学式1で表される化合物を含み、
前記電子輸送層、電子注入層、または、電子輸送および注入層は下記化学式2で表される化合物および化学式3で表される化合物のうちのいずれか1つ以上を含む、
有機発光素子:
[化学式1]
前記化学式1中、
ZはO、または、Sで、
L1は直接結合;または置換または非置換の炭素数6~60のアリーレンであり、
Ar1は置換または非置換の炭素数6~60のアリールであり、
R1~R3はそれぞれ独立して、水素;重水素;または、置換または非置換の炭素数6~60のアリールであるか、これらのうち隣接した2つのR1~R3が結合してベンゼン環を形成して、
nは0~8の整数であり、
mは0~4の整数であり、
oは0~3の整数であり、
[化学式2]
[化学式3]
前記化学式2、または化学式3中、
R4~R7はそれぞれ独立して、水素、または重水素であり、
p1~p4は1~4の整数であり、
L2およびL3はそれぞれ独立して、直接結合;または置換または非置換の炭素数6~60のアリーレンであり、
Ar2およびAr3はそれぞれ独立して、下記化学式4で表される置換基であり、
[化学式4]
前記化学式4中、
X1~X5はそれぞれ独立して、NまたはC(R8)であり、X1~X5のうちの少なくとも2つ以上はNであり、
R8はそれぞれ独立して、水素;重水素;置換または非置換の炭素数1~20のアルキル;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つ以上のへテロ原子を含む炭素数2~60のへテロアリールであるか、これらのうち隣接した2個のR8が結合してベンゼン環を形成する。
正極;
正孔輸送層;
発光層;
電子輸送層、電子注入層、または、電子輸送および注入層;および
負極を含み、
前記発光層は、下記化学式1で表される化合物を含み、
前記電子輸送層、電子注入層、または、電子輸送および注入層は下記化学式2で表される化合物および化学式3で表される化合物のうちのいずれか1つ以上を含む、
有機発光素子:
[化学式1]
ZはO、または、Sで、
L1は直接結合;または置換または非置換の炭素数6~60のアリーレンであり、
Ar1は置換または非置換の炭素数6~60のアリールであり、
R1~R3はそれぞれ独立して、水素;重水素;または、置換または非置換の炭素数6~60のアリールであるか、これらのうち隣接した2つのR1~R3が結合してベンゼン環を形成して、
nは0~8の整数であり、
mは0~4の整数であり、
oは0~3の整数であり、
[化学式2]
R4~R7はそれぞれ独立して、水素、または重水素であり、
p1~p4は1~4の整数であり、
L2およびL3はそれぞれ独立して、直接結合;または置換または非置換の炭素数6~60のアリーレンであり、
Ar2およびAr3はそれぞれ独立して、下記化学式4で表される置換基であり、
[化学式4]
X1~X5はそれぞれ独立して、NまたはC(R8)であり、X1~X5のうちの少なくとも2つ以上はNであり、
R8はそれぞれ独立して、水素;重水素;置換または非置換の炭素数1~20のアルキル;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つ以上のへテロ原子を含む炭素数2~60のへテロアリールであるか、これらのうち隣接した2個のR8が結合してベンゼン環を形成する。
上述した有機発光素子は、発光層と電子輸送層に含まれる化合物を調節して、有機発光素子で効率の向上、低い駆動電圧および/または寿命特性を向上させることができる。
以下、本発明の理解を助けるためにより詳細に説明する。
本発明において、
は、他の置換基に連結される結合を意味する。
本発明において「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1個以上を含む複素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または非置換されるか、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または非置換されることを意味する。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。即ち、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。
本発明において、カルボニル基の炭素数は特に限定されないが、炭素数1~40であることが好ましい。具体的には、下記のような構造の化合物であってもよいが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、エステル基は、エステル基の酸素が炭素数1~25の直鎖、分枝鎖または環鎖アルキル基、または炭素数6~25のアリール基で置換されてもよい。具体的には、下記構造式の化合物であってもよいが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、イミド基の炭素数は特に限定されないが、炭素数1~25であることが好ましい。具体的には、下記のような構造の化合物であってもよいが、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、1~40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1~20である。さらに一つの実施状態によれば、前記アルキル基の炭素数は1~10である。さらに一つの実施状態によれば、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、2~40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2~20である。さらに一つの実施状態によれば、前記アルケニル基の炭素数は2~10である。さらに一つの実施状態によれば、前記アルケニル基の炭素数は2~6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、一実施状態によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は3~30である。さらに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3~20である。さらに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3~6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。一実施状態によれば、前記アリール基の炭素数は6~30である。一実施状態によれば、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もよく、置換基2個が互いに結合してスピロ構造を形成することができる。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。但し、これらに限定されるものではない。
本明細書において、複素環基は、異種元素としてO、N、SiおよびSのうちの1個以上を含む複素環基であって、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。複素環基の例としては、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、ピリダシン基、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、フララジニル基、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、アルキルアミンキ中のアルキル基は、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、へテロアリールアミン中のへテロアリールは、上述した複素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、へテロアリーレンは、2価の基であることを除けば、上述した複素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、上述した複素環基に関する説明が適用可能である。
本発明は、正極;正孔輸送層;発光層;電子輸送層、電子注入層、または、電子輸送および注入層;および負極を含み、前記発光層は、前記化学式1で表される化合物を含み、前記電子輸送層、電子注入層、または、電子輸送および注入層は、前記化学式2で表される化合物および化学式3で表される化合物のうちのいずれか1つ以上を含む、有機発光素子を提供する。
本発明に係る有機発光素子は、発光層に含まれる化合物と電子輸送層、電子注入層、または、電子輸送および注入層に含まれる化合物を調節して、有機発光素子で効率の向上、低い駆動電圧および/または寿命特性を向上させることができる。
以下各構成別に本発明を詳細に説明する。
正極および負極
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が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られの合金;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が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られの合金;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、必要に応じて正極と正孔輸送層との間に正孔注入層を含んでもよい。
前記正孔注入層は、電極から正孔を注入する層で、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
本発明で用いられる正孔輸送層は、正極または正極上に形成された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の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が大きい物質が好適である。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。
電子抑制層
本発明に係る有機発光素子は、必要に応じて正孔輸送層と発光層との間に電子抑制層を含んでもよい。前記電子抑制層は、前記正孔輸送層上に形成され、好ましくは発光層に接して備えられて、正孔移動度を調節して、電子の過度の移動を防止して、正孔-電子間結合確率を高めることによって、有機発光素子の効率を改善する役割をする層を意味する。前記電子抑制層は、電子抑制物質を含み、このような電子抑制物質の例として、アリールアミン系の有機物などを使用することができるが、これらに限定されるものではない。
発光層
前記発光層に含まれる発光物質としては、正孔輸送層と電子輸送層から正孔と電子の輸送をそれぞれ受けて結合させることによって、可視光領域の光を出すことができる物質であって、蛍光や燐光に対する量子効率が良い物質が好ましい。前記発光層は、ホスト材料およびドーパント材料を含んでもよく、本発明では前記化学式1で表される化合物をホストで含んでもよい。
好ましくは、L1は、直接結合、フェニレン、ビフェニレン、またはナフチレンであり;前記フェニレン、ビフェニレン、またはナフチレンはそれぞれ独立して、非置換であるか重水素で置換される。
好ましくは、Ar1は、フェニル、ビフェニリル、ナフチル、またはフェナントレニルでり;前記フェニル、ビフェニリル、ナフチル、またはフェナントレニルはそれぞれ独立して、非置換であるか重水素で置換される。
好ましくは、R1~R3はそれぞれ独立して、水素、重水素、フェニル、またはナフチルであるか、これらのうち隣接した2個のR1~R3が結合してベンゼン環を形成して;前記フェニル、ナフチル、または、ベンゼン環はそれぞれ独立して、非置換であるか重水素で置換される。
好ましくは、R1はそれぞれ独立して、水素、または重水素であり;R2またはR3はそれぞれ独立して、水素、重水素、フェニル、またはナフチルであるか、これらのうち隣接した2個のR2またはR3が結合してベンゼン環を形成して;前記フェニル、ナフチル、またはベンゼン環はそれぞれ独立して、非置換であるか重水素で置換される。
好ましくは、前記化学式1で表される化合物は少なくとも1つ以上の重水素を含む。
前記化学式1で表される化合物の代表的な例は以下の通りである:
また、本発明は下記反応式1のような、前記化学式1で表される化合物の製造方法を提供する。
[反応式1]
前記反応式1中、Z、L1、Ar1、R1~R3、n、m、およびoは、上記で定義した通りであり、NBSはN-bromosuccinimideである。
[反応式1]
前記反応は、鈴木カップリング反応を利用するもので、後述する実施例でより具体化することができる。
正孔遮断層
本発明に係る有機発光素子は、必要に応じて前記発光層と電子輸送層との間に正孔遮断層を含む。好ましくは、前記正孔遮断層は前記発光層に接する。前記正孔遮断層は、正極から注入された正孔が発光層で再結合せず負極側に伝達されるのを抑制して、有機発光素子の効率を向上させる役割をする。前記正孔遮断層の素材として使用できる物質の具体的な例としては、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、BCP、アルミニウム錯体などがあるが、これらに限定されない。
電子輸送層、電子注入層、または電子輸送および注入層
本発明に係る有機発光素子は、前記発光層と負極との間に電子輸送層、電子注入層、または電子輸送および注入層を含んでもよい。
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のを抑制する層であり、電子輸送物質としては、負極から電子の注入を良好に受けて発光層に移すことができる物質として、本発明には前記化学式2で表される化合物および化学式3で表される化合物のうちのいずれか1つ以上を含んでもよい。
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、また薄膜形成能力に優れた化合物として、本発明には前記化学式2で表される化合物および化学式3で表される化合物のうちのいずれか1つ以上を含んでもよい。
前記電子輸送および注入層は、電子輸送と注入を同時に行う層であり、前記化学式2で表される化合物および化学式3で表される化合物のうちのいずれか1つ以上を含んでもよい。
好ましくは、前記化学式2は下記化学式2-1で表され;前記化学式3は下記化学式3-1で表される。
[化学式2-1]
[化学式3-1]
前記化学式2-1、または化学式3-1中、L2、L3、Ar2およびAr3は上記で定義した通りである。
[化学式2-1]
好ましくは、L2およびL3はそれぞれ独立して、直接結合、フェニレン、またはビフェニルジイルである。
好ましくは、Ar2およびAr3はそれぞれ独立して、下記で構成される群より選択されるいずれか1つである。
前記群中、R8は上記で定義した通りである。
好ましくは、R8はそれぞれ独立して、水素、重水素、メチル、tert-ブチル、フェニル、ビフェニリル、ターフェニリル、ナフチル、ピリジニル、フラニル、またはチオフェニルであるか、これらのうち隣接した2個のR8が結合してベンゼン環を形成し;前記フェニル、ビフェニリル、ターフェニリル、ナフチル、ピリジニル、フラニル、またはチオフェニルはそれぞれ独立して、非置換であるか、重水素、メチル、またはtert-ブチルで置換される。
好ましくは、Ar2およびAr3はそれぞれ独立して、下記で構成される群より選択されるいずれか1つである:
前記化学式2で表される化合物および化学式3で表される化合物の代表的な例は、以下の通りである:
また、本発明は下記反応式2~5のような、前記化学式2で表される化合物または前記化学式3で表される化合物の製造方法を提供する。
[反応式2]
[反応式3]
[反応式4]
[反応式5]
[反応式2]
前記反応式2~5中、Lはそれぞれ独立して、L2、またはL3であり;Arはそれぞれ独立して、Ar2、またはAr3であり;Rはそれぞれ独立して、R4~R7のうちのいずれか1つであり;pはそれぞれ独立して、p1~p4のうちのいずれか1つである。また、L2、L3、Ar2、Ar3、R4~R7、およびp1~p4は、上記で定義した通りであり、Xは、ハロゲンであり、好ましくはブロモ、またはクロロである。
また、前記電子輸送層は、金属錯体化合物を追加で含んでもよい。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-クレゾラト)ガリウム、ビス(2-メチル-8-キノリナト)(1-ナフトラト)アルミニウム、ビス(2-メチル-8-キノリナト)(2-ナフトラト)ガリウムなどがあるが、これらに限定されない。
また、前記電子注入層は、金属錯体化合物を追加で含んでもよい。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-クレゾラト)ガリウム、ビス(2-メチル-8-キノリナト)(1-ナフトラト)アルミニウム、ビス(2-メチル-8-キノリナト)(2-ナフトラト)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に例示した。図1は、基板1、正極2、正孔輸送層3、発光層4、電子輸送および注入層5、および負極6からなる有機発光素子の例を示す図である。
また、図2は、基板1、正極2、正孔注入層7、正孔輸送層3、電子抑制層8、発光層4、正孔遮断層9、電子輸送および注入層5、および負極6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)のようなPVD(physical Vapor Deposition)方法を利用して、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られの合金を蒸着させて正極を形成して、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に蒸着させて、有機発光素子を作ることができる(WO2003/012890)。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、インクジエ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、用いられる材料に応じて前面発光型、背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、本発明をより理解し易くするために提供されるだけであり、これによって本発明の内容が限定されるものではない。
[製造例]
製造例1-1:化合物B1の製造
窒素雰囲気下でB1-A(20g、60mmol)とB1-B(12.7g、60mmol)をテトラハイドロフラン(400ml)に入れて攪拌および還流した。その後、炭酸カリウム(24.9g、180.1mmol)を水(25ml)に溶かして投入して十分に攪拌した後、テトラキストリフェニル-ホスフィノパラジウム(2.1g、1.8mmol)を投入した。1時間反応後、常温に冷やした後、有機層と水層を分離後、有機層を蒸留した。これをさらにクロロホルム(20倍、505mL)に投入して溶かして、水で2回洗浄した後、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。濃縮した化合物をクロロホルムと酢酸エチルで再結晶して固体化合物B1(12.6g、50%)を製造した。
MS:[M+H]+=421
MS:[M+H]+=421
製造例1-2:化合物B2の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例1-1の製造方法と同じ方法で前記化合物B2-Aを製造した(MS:[M+H]+=471)。
構造式B2-A(40.9g、86.9mmol)とAlCl3(0.5g)をC6D6(400ml)に入れて2時間攪拌した。反応終了後、D2O(60ml)を入れて30分攪拌した後、トリメチルアミン(trimethylamine、6ml)を滴加した。反応液を分液漏斗に移して、水とトルエンで抽出した。抽出液を無水硫酸マグネシウム(MgSO4)で乾燥後、酢酸エチルで再結晶して、構造式B2(21.4g、50%)を得た。
MS:[M+H]+=493
MS:[M+H]+=493
製造例1-3:化合物B3の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例1-2の製造方法と同じ方法で前記化合物B3を製造した。
MS:[M+H]+=521
MS:[M+H]+=521
製造例1-4:化合物B4の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例1-1の製造方法と同じ方法で前記化合物B4を製造した。
MS:[M+H]+=479
MS:[M+H]+=479
製造例1-5:化合物B5の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例1-1の製造方法と同じ方法で前記化合物B5を製造した。
MS:[M+H]+=434
MS:[M+H]+=434
製造例2-1:化合物E1の製造
窒素雰囲気下でE1-A(20g、64.1mmol)とE1-B(55.8g、128.2mmol)をテトラヒドロフラン(400ml)に入れて攪拌および還流した。以後、炭酸カリウム(26.6g、192.3mmol)を水(27ml)に溶かして投入して、十分に攪拌した後、テトラキストリフェニル-ホスフィノパラジウム(2.2g、1.9mmol)を投入した。1時間反応後、常温に冷やした後、有機層と水層を分離して有機層を蒸留した。これをさらにクロロホルム(20倍、986mL)に投入して溶かして、水で2回洗浄した後、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E1(32.5g、66%)を製造した。
MS:[M+H]+=769
MS:[M+H]+=769
製造例2-2:化合物E2の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-1の製造方法と同じ方法で前記化合物E2を製造した。
MS:[M+H]+=767
MS:[M+H]+=767
製造例2-3:化合物E3の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-1の製造方法と同じ方法で前記化合物E3を製造した。
MS:[M+H]+=715
MS:[M+H]+=715
製造例2-4:化合物E4の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-1の製造方法と同じ方法で前記化合物E4を製造した。
MS:[M+H]+=615
MS:[M+H]+=615
製造例2-5:化合物E5の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-1の製造方法と同じ方法で前記化合物E5を製造した。
MS:[M+H]+=619
MS:[M+H]+=619
製造例2-6:化合物E6の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-1の製造方法と同じ方法で前記化合物E6を製造した。
MS:[M+H]+=715
MS:[M+H]+=715
製造例2-7:化合物E7の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-1の製造方法と同じ方法で前記化合物E7を製造した。
MS:[M+H]+=919
MS:[M+H]+=919
製造例2-8:化合物E8の製造
窒素雰囲気下でE8-A(20g、47.6mmol)とE8-B(28g、47.6mmol)を1,4-Dioxane(400ml)に入れて攪拌および還流した。以後、リン酸三カリウム(30.3g、142.9mmol)を水(30ml)に溶かして投入して、十分に攪拌した後、ジベンジリデンアセトンパラジウム(0.8g、1.4mmol)およびトリシクルロヘキシルホスフィン(0.8g、2.9mmol)を投入した。5時間反応後、常温に冷やした後、生成された固体をろ過した。固体をクロロホルム(30倍、1207mL)に投入して溶かして、水で2回洗浄した後、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E8(6g、15%)を製造した。
MS:[M+H]+=845
MS:[M+H]+=845
製造例2-9:化合物E9の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-8の製造方法と同じ方法で前記化合物E9を製造した。
MS:[M+H]+=769
MS:[M+H]+=769
製造例2-10:化合物E10の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-8の製造方法と同じ方法で前記化合物E10を製造した。
MS:[M+H]+=843
MS:[M+H]+=843
製造例2-11:化合物E11の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-1の製造方法と同じ方法で前記化合物E11を製造した。
MS:[M+H]+=769
MS:[M+H]+=769
製造例2-12:化合物E12の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-1の製造方法と同じ方法で前記化合物E12を製造した。
MS:[M+H]+=715
MS:[M+H]+=715
製造例2-13:化合物E13の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-1の製造方法と同じ方法で前記化合物E13を製造した。
MS:[M+H]+=795
MS:[M+H]+=795
製造例2-14:化合物E14の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-1の製造方法と同じ方法で前記化合物E14を製造した。
MS:[M+H]+=869
MS:[M+H]+=869
製造例2-15:化合物E15の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-1の製造方法と同じ方法で前記化合物E15を製造した。
MS:[M+H]+=919
MS:[M+H]+=919
製造例2-16:化合物E16の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-8の製造方法と同じ方法で前記化合物E16を製造した。
MS:[M+H]+=768
MS:[M+H]+=768
製造例2-17:化合物E17の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-8の製造方法と同じ方法で前記化合物E17を製造した。
MS:[M+H]+=845
MS:[M+H]+=845
製造例2-18:化合物E18の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-8の製造方法と同じ方法で前記化合物E18を製造した。
MS:[M+H]+=775
MS:[M+H]+=775
製造例2-19:化合物E19の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-1の製造方法と同じ方法で前記化合物E19を製造した。
MS:[M+H]+=921
MS:[M+H]+=921
製造例20:化合物E20の製造
各出発物質を前記反応式のようにすることを除いては、前記製造例2-1の製造方法と同じ方法で前記化合物E20を製造した。
MS:[M+H]+=919
MS:[M+H]+=919
[実験例]
実験例1
ITO(indium tin oxide)が1,000Åの厚さで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.)製品を使用し、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次ろ過した蒸留水を使用した。ITOを30分間洗浄した後、蒸溜水で2回繰り返し超音波洗浄を10分間進行した。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し、乾燥させた後、プラズマ洗浄装置に輸送させた。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、真空蒸着装置に基板を輸送させた。
ITO(indium tin oxide)が1,000Åの厚さで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.)製品を使用し、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次ろ過した蒸留水を使用した。ITOを30分間洗浄した後、蒸溜水で2回繰り返し超音波洗浄を10分間進行した。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し、乾燥させた後、プラズマ洗浄装置に輸送させた。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、真空蒸着装置に基板を輸送させた。
こうして用意されたITO透明電極上に、下記化合物HI-Aを600Åの厚さで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化学式のヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン(hexaazatriphenylene;HAT、50Å)および下記化合物HT-A(600Å)を順次真空蒸着して正孔輸送層を形成した。
続いて、前記正孔輸送層上に膜厚200Åで前記化合物B1と下記化合物BDを25:1の重量比で真空蒸着して発光層を形成した。
前記発光層上に前記化合物E1と下記化合物[LiQ](Lithiumquinolate)を1:1の重量比で真空蒸着して、350Åの厚さで電子注入および輸送層を形成した。前記電子注入および輸送層上に順次10Åの厚さでフッ化リチウム(LiF)と1,000Åの厚さでアルミニウムを蒸着して負極を形成した。
前記の過程で、有機物の蒸着速度は0.4~0.9Å/secを維持し、負極のリチウムフルオリドは0.3Å/sec、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を維持して、有機発光素子を製作した。
実験例2~100
化合物B1又は化合物E1の代わりに表1の化合物を使用したことを除いては、実験例1と同じ方法で有機発光素子を製造した。
化合物B1又は化合物E1の代わりに表1の化合物を使用したことを除いては、実験例1と同じ方法で有機発光素子を製造した。
比較実験例1~251
化合物B1又は化合物E1の代わりに表1の化合物を使用したことを除いては、実験例1と同じ方法で有機発光素子を製造した。下記の表1で使用したBH-1~BH-4、ET-1~ET-19の化合物は下記の通りである。
化合物B1又は化合物E1の代わりに表1の化合物を使用したことを除いては、実験例1と同じ方法で有機発光素子を製造した。下記の表1で使用したBH-1~BH-4、ET-1~ET-19の化合物は下記の通りである。
有機発光素子を10mA/cm2の電流密度で駆動電圧と発光効率を測定し、20mA/cm2の電流密度で初期輝度対比90%となる時間(T90)を測定した。その結果を下記表1に示す。
[表1]
前記表1に記載されたように、本発明の化学式1で表される化合物は、有機発光素子の発光層に該当する有機物層に用いられる。
前記表1に記載されたように、本発明の化学式2、または化学式3で表される化合物は、有機発光素子の電子注入および電子輸送を同時に行うことができる有機物層に用いられる。
前記表1の実験例1~100と比較実験例96~175を比較すると、本発明の化学式1の複素環化合物を含む有機発光素子は、発光層にアリール基だけ置換された化合物を含む有機発光素子より効率、寿命の面で顕著に優れた特性を示すことを確認することができた。
前記表1の実験例1~100、比較実験例96~175と比較実験例1~11、20~30、39~49、58~68、176~186、195~205、241~224、233~243を比較すると、本発明の化学式2、または化学式3の複素環化合物を含む有機発光素子は、Ar2とAr3との間にクォーターフェニル未満のフェニル基が置換された化合物を含む有機発光素子より効率、寿命の面で顕著に優れた特性を示すことを確認することができた。
前記表1の実験例1~100と比較実験例12~17、31~36、50~55、69~74、88~93、187~192、206~211、225~230、244~249を比較すると、本発明の化学式2、または化学式3の複素環化合物を含む有機発光素子は、本願と異なる置換位置のクォーターフェニルが置換された化合物を含む有機発光素子より効率、寿命の面で顕著に優れた特性を示すことを確認することができた。
前記表1の実験例1~100および比較実験例18、37、56、75、94、193、212、231、250を比較すると、本発明の化学式2、または化学式3の複素環化合物を含む有機発光素子は、Ar2とAr3との間にナフタレンが置換された化合物を含む有機発光素子より効率、寿命の面で顕著に優れた特性を示すことを確認することができた。
前記表1の実験例1~100および比較実験例19、38、57、76、95、194、213、232、251を比較すると、本発明の化学式2、または化学式3の複素環化合物を含む有機発光素子は、クォーターフェニレンにへテロアリールが追加的に置換された化合物を含む有機発光素子より効率、寿命の面で顕著に優れた特性を示すことを確認することができた。
1 基板
2 正極
3 正孔輸送層
4 発光層
5 電子輸送および注入層
6 負極
7 正孔注入層
8 電子抑制層
9 正孔遮断層
2 正極
3 正孔輸送層
4 発光層
5 電子輸送および注入層
6 負極
7 正孔注入層
8 電子抑制層
9 正孔遮断層
前記表1の実験例1~100と比較実験例1~11、20~30、39~49、58~68、77~87、176~186、195~205、214~224、233~243を比較すると、本発明の化学式2、または化学式3の複素環化合物を含む有機発光素子は、Ar2とAr3との間にクォーターフェニル未満のフェニル基が置換された化合物を含む有機発光素子より効率、寿命の面で顕著に優れた特性を示すことを確認することができた。
Claims (13)
- 正極;
正孔輸送層;
発光層;
電子輸送層、電子注入層、または電子輸送および注入層;および
負極;を含み、
前記発光層は、下記化学式1で表される化合物を含み、
前記電子輸送層、電子注入層、または電子輸送および注入層は、下記化学式2で表される化合物および化学式3で表される化合物のうちのいずれか1つ以上を含む、
有機発光素子:
[化学式1]
ZはO、またはSであり、
L1は、直接結合;または、置換または非置換の炭素数6~60のアリーレンであり、
Ar1は、置換または非置換の炭素数6~60のアリールであり、
R1~R3はそれぞれ独立して、水素;重水素;または置換または非置換の炭素数6~60のアリールであるか、これらのうち隣接した2つのR1~R3が結合してベンゼン環を形成し、
nは0~8の整数であり、
mは0~4の整数であり、
oは0~3の整数であり、
[化学式2]
R4~R7はそれぞれ独立して、水素、または重水素であり、
p1~p4は1~4の整数であり、
L2およびL3はそれぞれ独立して、直接結合;または置換または非置換の炭素数6~60のアリーレンであり、
Ar2およびAr3はそれぞれ独立して、下記化学式4で表される置換基であり、
[化学式4]
X1~X5はそれぞれ独立して、NまたはC(R8)であり、X1~X5のうちの少なくとも2つ以上はNであり、
R8はそれぞれ独立して、水素;重水素;置換または非置換の炭素数1~20のアルキル;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つ以上のへテロ原子を含む炭素数2~60のへテロアリールであるか、これらのうち隣接した2個のR8が結合してベンゼン環を形成する。 - L1は、直接結合、フェニレン、ビフェニレン、またはナフチレンであり、
前記フェニレン、ビフェニレン、またはナフチレンはそれぞれ独立して、非置換であるか重水素で置換された、請求項1に記載の有機発光素子。 - Ar1は、フェニル、ビフェニリル、ナフチル、またはフェナントレニルであり、
前記フェニル、ビフェニリル、ナフチル、またはフェナントレニルはそれぞれ独立して、非置換であるか重水素で置換された、請求項1または2に記載の有機発光素子。 - R1~R3はそれぞれ独立して、水素、重水素、フェニル、またはナフチルであるか、これらのうち隣接した2個のR1~R3が結合してベンゼン環を形成して、
前記フェニル、ナフチル、またはベンゼン環はそれぞれ独立して、非置換であるか重水素で置換された、請求項1から3のいずれか一項に記載の有機発光素子。 - R1はそれぞれ独立して、水素、または重水素であり、
R2またはR3はそれぞれ独立して、水素、重水素、フェニル、またはナフチルであるか、これらのうち隣接した2個のR2またはR3が結合してベンゼン環を形成して、
前記フェニル、ナフチル、またはベンゼン環はそれぞれ独立して、非置換であるか重水素で置換された、請求項1から4のいずれか一項に記載の有機発光素子。 - 前記化学式1で表される化合物は、少なくとも1つ以上の重水素を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の有機発光素子。
- 前記化学式1で表される化合物は、下記化合物で構成される群より選択されるいずれか1つである、請求項1に記載の有機発光素子:
- 化学式2は、下記化学式2-1で表され、
化学式3は、下記化学式3-1で表される、請求項1から6のいずれか一項に記載の有機発光素子:
[化学式2-1]
L2、L3、Ar2およびAr3は請求項1で定義した通りである。 - L2およびL3はそれぞれ独立して、直接結合、フェニレン、またはビフェニルジイルである、請求項1から6のいずれか一項に記載の有機発光素子。
- Ar2およびAr3はそれぞれ独立して、下記で構成される群より選択されるいずれか1つである、請求項1に記載の有機発光素子:
R8は請求項1で定義した通りである。 - R8はそれぞれ独立して、水素、重水素、メチル、tert-ブチル、フェニル、ビフェニリル、ターフェニリル、ナフチル、ピリジニル、フラニル、またはチオフェニルであるか、これらのうち隣接した2個のR8が結合してベンゼン環を形成して、
前記フェニル、ビフェニリル、ターフェニリル、ナフチル、ピリジニル、フラニル、またはチオフェニルはそれぞれ独立して、非置換であるか、重水素、メチル、またはtert-ブチルで置換された、請求項1から6のいずれか一項に記載の有機発光素子。 - Ar2およびAr3はそれぞれ独立して、下記で構成される群より選択されるいずれか1つである、請求項1に記載の有機発光素子:
- 前記化学式2で表される化合物および化学式3で表される化合物は、下記化合物で構成される群より選択されるいずれか1つである、請求項1に記載の有機発光素子:
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