KR100881573B1

KR100881573B1 - 유기 전계발광 소자

Info

Publication number: KR100881573B1
Application number: KR1020060123867A
Authority: KR
Inventors: 제니퍼 에이. 코간; 해니 아지즈
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2009-02-02
Also published as: KR20070067610A; US20070141391A1; US7858207B2

Abstract

유기 전계발광 응용들을 위한 신규한 류의 호스트 물질들이 개시된다. 상기 호스트 물질들은 다음 식 I을 포함하고,

[식 I]

,

여기서 R²은 수소, 알킬, 치환 또는 불치환된 아릴, 헤테로아릴, 그리고 지방족 고리 화합물 알킬(alicyclic alkyl)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 치환체일 수 있고; 여기서 R¹ 치환체들 중 적어도 하나는 상기 R²와 다르고, 치환 또는 불치환된 아릴, 헤테로아릴, 페닐, 토릴, 나프틸, 안트릴, 페닐안트릴, 디페닐안트릴, 비페닐, 페닐비닐, 그리고 디페닐비닐로 구성되는 그룹 A로부터 선택되고; 여기서 상기 R¹ 치환체들 중 하나만이 그룹 A로부터 선택된 치환체이면, 다른 R¹ 치환체는 수소, 예를 들어, 1 내지 25개의 탄소 원자들을 갖는 알킬 그룹, 예를 들어, 약 3 내지 15 개의 탄소 원자들을 갖는 지방족고리 화합물의 알킬 그룹, 1 내지 약 25개의 탄소 원자들을 갖는 알콕시 그룹, 약 2 내지 약 25개의 탄소 원자들을 갖는 디알킬아미노 그룹, 메틸, 부틸, 시클로헥실, 메톡시, 에톡시, 부틸옥시, 디메틸아 미노, 디에틸아미노, 시아노(cyano) 그룹, 그리고 할로겐들로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.

Description

유기 전계발광 소자{Organic electroluminescent devices}

도 1은 본 발명의 실시 예에 따르는 예시적인 카바졸 화합물의 용액내 방출 형광을 보여준다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따르는 예시적인 EL 소자이다.

도 3은 본 발명의 제1 예시적 실시 예의 전계발광 스펙트럼들을 보여준다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따르는 예시적인 EL 소자이다.

도 5는 본 발명의 제2 예시적 실시 예의 전계발광 스펙트럼들을 보여준다.

본 발명은 유기 전계발광(electroluminescent(EL)) 소자들에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 뛰어난 성능 특징들을 가지며, 신규한 카바졸 화합물들을 포함하는 EL 소자들에 관한 것이다. 본 발명의 유기 EL 소자들은 상기한 특징들을 가능하게 할 수 있는 카바졸 화합물들의 새로운 류로 구성되는 전하 수송/발광 물질들을 포함한다. 이들 소자들은 TV 스크린들, 컴퓨터 스크린들 등을 포함하는 평판 패널 발광 디스플레이 기술들에서의 사용을 위하여 선택될 수 있다.

균일한 휘도, 적, 녹, 청에서 포화색, 그리고 낮은 구동 전압들을 제공할 수 있는 유기 EL 소자들을 갖는 것이 바람직하다. 전형적인 유기 EL 소자는 인듐 주석 산화물과 같이 전형적으로 투명한 전도체로 구성되는 양극, 마그네슘, 칼슘, 알루미늄, 또는 다른 금속들과 이들의 합금들과 같이 전형적으로 낮은 일함수를 갖는 음극 사이에 전도적으로 샌드위치된 유기 발광 물질의 층으로 구성될 수 있다.

EL 소자들은 전기장 하에서, 양의 전하들(정공들)과 음의 전하들(전자들)이 각각 양극과 음극으로부터 발광층으로 주입되어 재조합을 거쳐서 이후 빛을 방출하는 여기 상태를 형성하는 원리로 작동한다. 전형적으로, 시각적 표시 응용들을 위하여, 유기 발광 물질들은 정상적으로는 청, 녹 및 적색에 대하여 약 460, 550 그리고 630 나노미터로 최대 방출을 갖고서 가시 스펙트럼에서 만족할만한 컬러를 제공해야만 한다.

몇몇 선행기술의 유기 EL 소자들이 유기 발광물질 및 서로 반대되는 극성을 가진 전극들의 라미네이트로부터 구성되었다. 이들 소자들은 전형적으로 단결정 안트라센(anthracene)과 같은 단결정 물질을 포함한다. 그러나, 이들 소자들은 보통 100 볼트 이상의 여기 전압들을 필요로 한다.

다층 구조를 갖는 유기 EL 소자들은 정공 수송을 지원하는 양극에 인접한 하나의 유기층과 전자 수송을 지원하고 상기 소자의 유기 발광 구역으로서 작용하는 음극에 인접한 또 다른 유기층을 포함하는 이층 구조로 형성될 수 있다. 또 다른 선택적인 소자 구조는 세 개의 분리된 층들, 즉 정공 수송층, 발광층, 그리고 전자 수송층으로 구성되고, 이 층들은 차례로 라미네이트되어 양극과 음극 사이에 샌드위치된다.

선택적으로, 형광 도펀트 물질이 방출 영역 또는 방출층에 첨가될 수 있고, 그리하여 전하들의 재조합은 형광성 도펀트 물질의 여기로 귀결된다.

명세서가 여기에 참고로 완전히 결합된 미국특허번호 4,539,507에서, 전도성 유리의 투명한 양극, 1,1-비스(4-p-토릴아미노페닐)시클로헥산의 정공 수송층, 4,4'-비스(5,7-디-터트-펜틸-2-벤조자이조릴)스틸벤(4,4'-bis(5,7-di-tert-pentyl-2-benzoxyzolyl)stilben)의 전자 수송층, 그리고 인듐 음극으로 형성되는 EL 소자가 개시되어 있고, 거기에는 소정의 카바졸들을 갖는 소자들이 예시되어있다.

명세서가 여기에 참고로 완전히 결합된 미국특허번호 4,720,432는 이중층 정공 주입 및 수송 구역을 포함하는 유기 EL 소자를 개시하는데, 상기 이중층 중 한 층은 정공 주입을 지원하는 포피리닉(porphyrinic) 화합물들로 구성되고, 다른 한 층은 정공 수송을 지원하는 방향족 3차 아민 화합물들로 구성된다.

명세서가 여기에 참고로 완전히 결합된 미국특허번호 4,769,292는 정공-전자 재결합을 계속할 수 있는 유기 호스트(host) 물질과 정공-전자 재결합에 의하여 방출된 에너지에 반응하여 빛을 방출할 수 있는 형광성 염료 물질로 구성되는 발광 구역을 채용한 EL 소자를 개시한다. '292 특허에서 개시된 하나의 호스트 물질은 8-하이드록시퀴놀린(hydroxyquinoline), 보다 구체적으로는 트리스(8-하이드록시퀴놀리네이트)알루미늄(tris(8-hydroxyquinolinate)aluminum)으로 이루어진 알루미늄 복합물이다.

명세서가 여기에 참고로 완전히 결합된 미국특허번호 5,409,783은 적색 형광성 염료를 가진 트리스(8-하이드록시퀴놀리네이트)알루미늄의 도펀트를 함유하는 적색-발광 유기 EL 소자를 개시한다. 또한, 청색 발광 유기 EL 소자들은, 예를 들어, 명세서가 여기에서 참고로서 완전히 결합된 미국특허번호 5,151,629와 5,516,577에서 예시되어있다.

유기 발광 소자들은 표시 응용들을 위하여 전도유망한 기술을 나타낸다. OLED에서 효율적인 발광을 위하여, 게스트-호스트 시스템이 종종 사용되는데, 이는 OLED 내에서 전하 분포를 돕고 발광 물질 내에서 엑시플렉스(exciplexes)의 형성에 대항한다. 좋은 게스트-호스트 시스템은 전자들과 정공들이 게스트 상에서 완전한 전하 재결합으로 이끌리는 게스트-호스트 매트릭스(matrix)를 통하여 전송된다. 호스트의 밴드-갭 내에 있는 게스트의 밴드-갭을 가지는 것이 바람직하다.

유기 EL 연구의 발전은 널리 퍼진 응용들을 위한 유기 EL 소자들의 가능성을 높였지만, 수많은 소자들의 성능 레벨들은 여러 방법들에서 여전히 기대 이하이다. 청색 발광 유기 EL 소자들을 위한 좋은 게스트-호스트 시스템을 형성하는 것은 매우 어렵다. 이는 청색 발광 물질들을 위한 넓은 밴드 갭에 기인한다. 사실상, 호스트 물질을 위한 심지어 더 넓은 밴드 갭을 발견하는 것은 극히 어렵다. 이는 인광성 OLED들 뿐만 아니라 형광성 OLED들에 대해서도 중요하다.

본 발명은 관련 기술의 제한들과 단점들로 인한 하나 이상의 문제들을 실질적으로 제거하는 유기 전계발광 소자들을 위한 호스트 물질에 관한 것이다.

본 발명의 장점은 게스트 밴드-갭이 호스트의 밴드 갭 이내인 물질을 제공할 수 있다는 것이다.

본 발명의 추가적인 특징들 및 장점들은 뒤따르는 설명에서 주장될 것이고, 그리고 부분적으로는 설명으로부터 분명해지거나, 또는 본 발명의 실행에 의하여 배울 수도 있다.

이들 및 다른 장점들을 달성하기 위하여 본발명의 실시 예에 따른 유기 전계발광 소자는 양극, 음극, 그리고 다음 식 (I)의 화합물을 포함하고:

[식 I]

,

여기서 R²은 수소, 알킬, 치환 또는 불치환된 아릴, 헤테로아릴, 그리고 지방족 고리 화합물 알킬(alicyclic alkyl)를 포함하는 그룹으로부터 선택된 치환체일 수 있다.
여기서 R¹ 치환체들 중 적어도 하나는 상기 R²와 다르고, 치환 또는 불치환된 아릴, 헤테로아릴, 비페닐일, 페닐비닐, 그리고 디페닐비닐을 포함하는 그룹 A중에서 선택될 수 있다. 상기 R¹ 치환체들 중 적어도 하나는, 페닐, 토릴, 나프틸, 안트릴, 페닐안트릴, 디페닐안트릴, 비페닐일, 페닐비닐, 그리고 디페닐비닐을 포함하는 그룹 A로부터 선택될 수 있다.
여기서 상기 R¹ 치환체들 중 하나만이 그룹 A로부터 선택된 치환체이면, 다른 R¹ 치환체는 수소, 예를 들어, 1 내지 25개의 탄소 원자들을 갖는 알킬 그룹, 예를 들어, 약 3 내지 15 개의 탄소 원자들을 갖는 지방족 고리 화합물 알킬(alicyclic alkyl) 그룹, 1 내지 약 25개의 탄소 원자들을 갖는 알콕시 그룹, 약 2 내지 약 25개의 탄소 원자들을 갖는 디알킬아미노 그룹, 디메틸아미노, 디에틸아미노, 시아노(cyano) 그룹, 그리고 할로겐들을 포함하는 그룹에서 선택될 수 있다. 예를 들어 상기 R¹ 치환체들 중 하나만이 그룹 A로부터 선택된 치환체이면, 다른 R¹ 치환체는 메틸, 부틸, 시클로헥실, 메톡시, 에톡시, 부틸옥시, 디메틸아미노, 디에틸아미노, 시아노(cyano) 그룹, 그리고 할로겐들을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.

이전의 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명 양자는 예시적이고 설명적이며 주장된 발명의 추가적인 설명을 제공하기 위한 것이라고 이해될 것이다.

이하, 본 발명의 실시 예가 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.

본 발명에 따르는 유기 EL 응용들을 위한 호스트 물질들의 새로운 류는 다음 식 I로 표시된다:

[식 I]

여기서 R²은 수소, 알킬, 치환 또는 불치환된 아릴, 헤테로아릴, 그리고 지방족 고리 화합물 알킬(alicyclic alkyl)를 포함하는 그룹으로부터 선택된 치환체일 수 있다.
여기서 R¹ 치환체들 중 적어도 하나는 상기 R²와 다르고, 치환 또는 불치환된 아릴, 헤테로아릴, 비페닐일, 페닐비닐, 그리고 디페닐비닐을 포함하는 그룹 A 중에서 선택될 수 있다. 상기 R¹ 치환체들 중 적어도 하나는, 페닐, 토릴, 나프틸, 안트릴, 페닐안트릴, 디페닐안트릴, 비페닐일, 페닐비닐, 그리고 디페닐비닐을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.

여기서 상기 R¹ 치환체들 중 하나만이 그룹 A로부터 선택된 치환체이면, 다른 R¹ 치환체는 수소, 예를 들어, 1 내지 25개의 탄소 원자들을 갖는 알킬 그룹, 예를 들어, 약 3 내지 15 개의 탄소 원자들을 갖는 지방족 고리 화합물 알킬(alicyclic alkyl) 그룹, 1 내지 약 25개의 탄소 원자들을 갖는 알콕시 그룹, 약 2 내지 약 25개의 탄소 원자들을 갖는 디알킬아미노 그룹, 디메틸아미노, 디에틸아미노, 시아노(cyano) 그룹, 그리고 할로겐들을 포함하는 그룹에서 선택될 수 있다. 예를 들어 상기 R¹ 치환체들 중 하나만이 그룹 A로부터 선택된 치환체이면, 다른 R¹ 치환체는 메틸, 부틸, 시클로헥실, 메톡시, 에톡시, 부틸옥시, 디메틸아미노, 디에틸아미노, 시아노(cyano) 그룹, 그리고 할로겐들을 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.

이들 화합물들의 유형들은 종래의 합성 방법들을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, R¹ 그룹은 Ullmann 농축 반응을 이용하여 카바졸을 적당한 요오드 화합물과 반응시키거나 Buchwald-Hartwig 반응을 이용하여 카바졸을 적당한 브롬 화합물과 반응시켜서 도입될 수 있다. 또한, R² 그룹은 카바졸을 먼저 브롬화하고 이후 Suzuki 반응을 이용하여 그것을 적당한 붕산과 반응시키므로써 도입될 수 있다.

다음은 본 발명에 따르는 신규한 카바졸 화합물의 일반화된 예시적 실시예의 준비를 위한 예시적 합성이다. 다른 합성이 또한 가능하다.

이들 신규한 화합물들은 호스트 물질들 또는 혼자서 사용될 수도 있다. 이들 화합물들은 일반적으로 발광 물질들로서 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주에 속하는 다양한 EL 소자들이 식 I의 그 물질을 이용하여 제조될 수 있다. 본 발명의 일부 예시적 실시 예들에서, 식 I의 물질이 양극과 음극 사이에 제공될 수도 있다. 선택적으로, 식 I의 물질은 하나 이상의 전자 수송 물질들, 정공 수송 물질들, 버퍼 물질들, 정공 주입 및 전자 주입 물질들 그리고 유기 EL 소자들에서 전형적으로 사용되는 임의의 다른 물질과 관련하여 사용될 수도 있다.

본 발명에 따르는 식 I의 물질들은 특히 호스트 물질로서 유용한데, 이는 이들 물질들이 다른 발광 물질들에 비하여 상대적으로 넓은 밴드 갭을 갖기 때문이다. 본 발명의 식 I에 따르는 물질의 밴드 갭은 게스트 물질의 밴드 갭이 상기 식 I에 따르는 물질의 밴드 갭 내에 속하도록 할 정도로 충분히 넓다. 다른 발광 물질들과는 달리, 그것은 청색 발광 소자들에서 특히 유용한데, 이는 식 I의 물질들이, 일반적으로 매우 넓어서 그 범위 내에 있는, 청색 발광 게스트 물질들의 밴드 갭을 허용할 정도로 충분히 넓은 밴드 갭을 가지고, 그리하여 게스트 물질 상에서 완전한 전하 재결합을 허용하기 때문이다.

본 발명의 하나의 예시적 실시 예에서, 지지 기판, 양극, 선택적 버퍼층, 정 공 수송층, 식 I의 물질을 포함하는 발광층, 전자 수송층, 그리고 음극과 같이 이들과 접촉하고 있는 낮은 일함수 금속을 포함하는 유기 EL 소자들이 제공된다.

예시적 실시 예들에서, 유기 EL 소자들은 지지 기판을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 지지 기판의 예시적 실시 예는 고분자 성분들, 유리 등, 그리고 MYLAR^TM와 같은 폴리에스테르들, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리메타아크릴레이트, 폴리술폰, 석영 등을 포함한다. 선택된 물질이 효과적으로 다른 층들을 지지할 수 있고 기판이 실질적으로 소자의 작동 성능과 간섭하지 않으면, 다른 기판들도 사용될 수 있다. 기판의 두께는, 예를 들어, 약 25 내지 약 5,000 마이크론 이상, 그리고 예를 들어, 상기 소자의 구조적인 요구들에 따라서 약 50 내지 약 3,000 마이크론일 수 있다.

기판에 인접한 양극의 예들은 인듐 주석 산화물, 주석 산화물, 금, 백금과 같은 양전하 주입 전극들, 또는 약 4 eV 이상, 그리고 보다 구체적으로는 약 4 eV 내지 약 6 eV 범위의 일함수를 가지는, 전기 전도성 탄소와 같은 다른 물질들을 포함한다. 양극의 두께는 약 1 내지 약 5,000 나노미터로서, 바람직한 두께범위는 양극 물질의 광학적 상수에 의하여 결정된다. 양극과 같은 전극을 위한 하나의 예시적인 두께 범위는 약 30 내지 약 100 나노미터이다.

여기에서 예시된 버퍼층은 선택적이다. 이 층의 기능들은 주로 양극으로부터 정공들의 효율적인 주입을 손쉽게 하고, 그리고 양극과 유기 정공 수송층 사이의 접착을 개선하여, 실시 예들에서 소자의 동작 안정성을 더욱 개선하는 것이다. 버 퍼층 물질들의 예들은 폴리아닐린들(polyanilines)과 그들의 산-도핑된 형태들, 폴리티오펜들(polythiophenes)과 그들의 산-도핑된 형태들, 폴리피롤, 폴리(페닐렌 비닐렌), 비정질 그래파이트 또는 탄소 등과 같은 전도성 물질들을 포함한다. 버퍼층에서 사용되는 바람직한 물질들은 정공 수송 분자들이다. 그러한 정공 수송 물질들의 특정 예들은 명세서 전체가 여기에서 참조로서 결합되어 있는 미국특허번호 4,356,429에서 개시된 것들과 같은 포피린(porphyrin) 유도체들로서, 1,10,15,20-테트라페닐-21H,23H-포피린 구리 (II); 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine); 구리 테트라메틸 프탈로시아닌; 아연 프탈로시아닌; 티타늄 산화물 프탈로시아닌; 마그네슘 프탈로시아닌 등을 포함한다. 바람직하게는, 상기 버퍼층은 기상 증착 또는 스핀 코팅과 같은 공지된 방법들에 의하여 버퍼 화합물들 중 하나를 박막으로 형성하므로써 제조될 수 있다. 이렇게 형성된 버퍼층의 두께는 특별히 제한되지는 않고, 예를 들어 5 나노미터 내지 300 나노미터로 형성될 수 있으며, 선택적으로 약 10 나노미터 내지 약 100 나노미터로 형성될 수 있다.

정공 주입-보조층은 명세서 전체가 여기에서 참조로서 결합되어 있는 미국특허번호 4,539,507에서 개시된 것들과 같은 방향족 3차 아민들과 같이, 적합하다고 알려진 다양한 공지된 물질들로 형성될 수 있다. 적합한 예시적인 방향족 3차 아민들은, 이들에 국한되지는 않지만, 비스(4-디메틸아미노-2-메틸페닐)페닐메탄, N,N,N-트리(p-토릴)아민, 1,1-비스(4-디-p-토릴아미노페닐)시클로헥산, 1,1-비스(4-디-p-토릴아미노페닐)-4-페닐 시클로헥산, N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐- 4,4'-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-메톡시페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민, N,N,N',N'-테트라-p-토릴-1,1'-비페닐-4,4'-디아민, N,N'-비스(1,1'-비페닐-4-일)-N,N'-디페닐-1,1'-비페닐-4,4'-디아민, N,N,N',N'-테트라키스(1,1'-비페닐-4-일)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민, N,N'-디-1-나프틸-N,N'-디페닐-1,1'-비페닐-4,4'-디아민, N,N,N',N'-테트라-1-나프틸-1,1'-비페닐-4,4'-디아민, 이들의 혼합물들 그리고 유사류; 다핵 방향족 아민들을 포함한다. 이들 다핵 방향족 아민들의 예들은 N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-토릴아미노)-4-비페닐일]아닐린, N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-토릴아미노)-4-비페닐일]-m-톨루이딘, N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-토릴아미노)-4-비페닐일]-p-톨루이딘, N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-p-토릴아미노)4-비페닐일]아닐린, N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-p-토릴아미노)-4-비페닐일]-m-톨루이딘, N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-p-토릴아미노)-4-비페닐일]-p-톨루이딘, N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-p-클로로페닐아미노)-4-비페닐일]-m-톨루이딘, N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-클로로페닐아미노)-4-비페닐일]-m-톨루이딘, N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-클로로페닐아미노)-4-비페닐일]-p-톨루이딘, N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-토릴아미노)-4-비페닐일]-p-클로로아닐린, N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-p-토릴아미노)-4-비페닐일]-m-클로로아닐린, N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-토릴아미노)-4-비페닐일]-1-아미노나프탈렌, 이들의 혼합물들과 유사류를 포함한다.

임의의 적합한 물질이 정공 수송 물질을 위하여 선택될 수도 있다. 정공 수송 층에서 이용될 수 있는 정공 수송 물질들의 예들은 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리(페닐렌 비닐렌), 폴리티오펜, 폴리아릴아민, PEDOT, 그리고 그들의 유도체들, 그리고 공지된 반도체 유기 물질들; 1,10,15,20-테트라페닐-21H,23H-포피린 구리 (II)와 같은 포피린 유도체들; 구리 프탈로시아닌(copper phthalocyanine); 구리 테트라메틸 프탈로시아닌; 아연 프탈로시아닌; 티타늄 산화물 프탈로시아닌; 마그네슘 프탈로시아닌 등을 포함할 수 있다.

정공 수송층에서 이용될 수 있는 정공 수송물질들의 추가적인 류는 방향족 3차 아민들이다. 방향족 3차 아민들의 적합한 예들은, 이들에 국한되지는 않지만, 비스(4-디메틸아미노-2-메틸페닐)페닐메탄; N,N,N-트리(p-토릴)아민; 1,1-비스(4-디-p-토릴아미노페닐)시클로헥산; 1,1-비스(4-디-p-토릴아미노페닐)-4-페닐 시클로헥산; N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민; N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민; N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-메톡시페닐)-1,1'-비페닐-4,4'-디아민; N,N,N',N'-테트라-p-토릴-1,1'-비페닐-4,4'-디아민; N,N'-디-1-나프틸-N,N'-디페닐-1,1'-비페닐-4,4'-디아민; 이들의 혼합물들 등을 포함한다. 또 다른 류의 방향족 3차 아민들은 다핵 방향족 아민들이다. 이들 다핵 방향족 아민들의 예들은, 이들에 국한되지는 않지만, N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-토릴아미노)-4-비페닐일]아닐린; N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-토릴아미노)-4-비페닐일]-m-톨루이딘; N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-토릴아미노)-4-비페닐일]-p-톨루이딘; N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-p-토릴아미노)4-비페닐일]아닐린: N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-p-토릴아미노)-4-비페닐일]-m-톨루이딘; N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-p-토릴아미노)-4-비페닐일]-p-톨루이딘; N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-p-클로로페닐아미노)-4-비페닐일]-m-톨루이딘; N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-클로로페닐아미노)-4-비페닐일]-m-톨 루이딘; N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-클로로페닐아미노)-4-비페닐일]-p-톨루이딘; N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-토릴아미노)-4-비페닐일]-p-클로로아닐린; N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-p-토릴아미노)-4-비페닐일]-m-클로로아닐린; 그리고 N,N-비스-[4'-(N-페닐-N-m-토릴아미노)-4-비페닐일]-1-아미노나프탈렌, 이들의 혼합물들과 유사류; 4,4'-비스(9-카바조릴)-1,1'-비페닐과 4,4'-비스(3-메틸-9-카바조릴)-1,1'-비페닐 등과 같은 4,4'-비스(9-카바조릴)-1,1'-비페닐 화합물들을 포함한다.

임의의 적합한 전자 성분이 상기 전자 수송층을 위하여 선택될 수도 있다. 청색 발광 소자들을 위하여, 상기 전자 수송 물질들은, 예를 들어, 약 400 나노미터 내지 약 550 나노미터의 청색 영역에서 밴드 갭을 가지는 것이 바람직하다. 이 층은 진공증착과 같이, 공지된 방법들에 의하여 형성될 수 있고, 층 두께는 약 1 나노미터 내지 약 300 나노미터, 그리고 선택적으로는 약 5 나노미터 내지 약 100 나노미터로 형성될 수 있다. 전자 수송 화합물들의 예시적인 예들은 일본 특허출원 1995-150137에서 개시된 것들과 같이, 퀴놀린들, 미국특허번호 6,225,467에서 개시된 것들과 같이, 트리아진 화합물들, 그리고 미국특허번호 4,539,507; 5,151,629 그리고 5,150,006에서 개시된 8-하이드록시퀴놀린의 금속 킬레이트(metal chelates)을 포함한다. 상기 명세서들은 전체가 여기에서 참조로서 결합된다.

전자 주입 보조층은 선택적이지만, 청색 발광 소자들에서 유용할 수 있다. 이 층의 주요한 목적은 계단식으로 에너지 레벨을 높여서 음극으로부터 전자 수송층으로의 전자 주입을 돕고, 그리하여 소자의 구동 전압을 감소시키기 위한 것이다. 이 기술에서 알려진 수많은 적합한 전자 수송 물질이 이 층을 위하여 사용될 수도 있다. 전자 주입 보조층을 위하여 선택될 수 있는 전자 수송 물질들의 실례들은 명세서 전체가 여기에서 참조로서 결합되어 있는 미국특허번호 6,225,467에서 개시된 것들과 같은 트리아진 화합물들, 그리고 트리스(8-하이드록시퀴놀리네이트)알루미늄, 바람직한 하나, 트리스(8-하이드록시퀴놀리네이트)갈륨, 비스(8-하이드록시퀴놀리네이트)마그네슘, 비스(8-하이드록시퀴놀리네이트)아연, 트리스(5-메틸-8-하이드록시퀴놀리네이트)알루미늄, 트리스(7-프로필-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 비스[벤조{f}-8-퀴놀리네이트]아연, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리네이트)베릴륨, 등과 같은 8-하이드록시퀴놀린의 금속 킬레이트를 포함한다. 또 다른 류의 바람직한 전자 주입 화합물들은 명세서 전체가 여기에서 참조로서 결합되어 있는 미국특허번호 5,846,666에서 예시된 금속 티옥시노이드(thioxinoid) 화합물들이다. 금속 티옥시노이드 화합물들의 실례들은 비스(8-퀴놀린티오라토)아연, 비스(8-퀴놀린티오라토)카드뮴, 트리스(8-퀴놀린티오라토)갈륨, 트리스(8-퀴놀린티오라토)인듐, 비스(5-메틸퀴놀린티오라토)아연, 트리스(5-메틸퀴놀린티오라토)갈륨, 트리스(5-메틸퀴놀린티오라토)인듐, 비스(5-메틸퀴놀린티오라토)카드뮴, 비스(3-메틸퀴놀린티오라토)카드뮴, 비스(5-메틸퀴놀린티오라토)아연, 비스[벤조{f}-8-퀴놀린티오라토]아연, 비스[3-메틸벤조{f}-8-퀴놀린티오라토]아연, 비스[3,7-디메틸벤조{f}-8-퀴놀린티오라토)아연을 포함한다. 바람직하게는, 비스(8-퀴놀린티오라토)아연, 비스(8-퀴놀린티오라토)카드뮴, 트리스(8-퀴놀린티오라토)갈륨, 트리스(8-퀴놀린티오라토)인듐, 그리고 비스[벤조{f}-8-퀴놀린티오라토]아연을 포함한다.

음극은, 예를 들어, 약 4 eV 내지 약 6 eV 범위의 일함수를 갖는 높은 일함 수 성분들, 또는 예를 들어, 약 2.5 eV 내지 약 4 eV 범위의 일함수를 갖는 금속들과 같이, 낮은 일함수 성분들을 포함하는 임의의 적합한 금속으로 구성될 수 있다. 상기 음극은 낮은 일함수(약 4 eV 이하) 금속과 적어도 하나의 다른 금속의 조합으로부터 얻어질 수 있다. 제2 또는 다른 금속에 대한 낮은 일함수 금속의 유효 분율들은, 예를 들어, 약 0.1 중량% 내지 약 99.9 중량%이다. 낮은 일함수 금속들의 실례들은 리튬 또는 나트륨과 같은 알카리 금속; 베릴륨, 마그네슘, 칼슘 또는 바륨과 같은 2A족 또는 알카리 토금속; 그리고 스칸듐, 이트륨, 란타늄, 세륨, 유로퓸, 테르븀 또는 악티늄과 같은 희토류 금속과 악티나이드 족 금속들을 포함하는 III족 금속들을 포함한다. 리튬, 마그네슘, 그리고 칼슘은 예시적인 낮은 일함수 금속들이다. 리튬, 마그네슘 그리고 칼슘은 실시예들에서 바람직한 낮은 일함수 금속들이다.

음극의 두께는, 예를 들어, 약 10 nm 내지 약 500 nm 범위이다. 미국특허번호 4,885,211의 Mg-Ag 음극들은 하나의 예시적인 음극 구성이다. 다른 예시적인 음극 구성은 미국특허번호 5,429,884에서 설명되는데, 여기서 음극들은 알루미늄 그리고 인듐과 같은 다른 높은 일함수 금속들을 갖는 리튬 합금들로부터 형성된다.

양극과 음극 양자는, 예를 들어, 임의의 적합한 형태들, 얇은 전도층이 투광성 기판, 예를 들어, 투명하거나 실질적으로 투명한 유리판 또는 플라스틱 필름 위에 코팅될 수 있는 형태들로 구성될 수 있다. EL 소자는 유기판 위에 코팅된 주석 산화물 또는 인듐 주석 산화물로부터 형성된 투광성 양극을 포함할 수 있다. 또한, 매우 얇은, 95 내지 약 100 옹스트롬과 같이, 예를 들어, 200 옹스트롬보다 작은 금, 백금 등과 같은 투광성 금속 양극들이 사용될 수 있다. 아울러, 폴리아닐린, 폴리피롤 등과 같이 전도성 탄소 또는 공액 고분자들로 이루어진 투명하거나 반투명한 얇은 층들이 양극으로서 사용될 수 있다. 임의의 투광성 고분자 막이 기판으로서 채용될 수 있다.

예시적 실시 예들:

본 발명의 예시적 실시 예에 따르면, 본 발명에 따르는 신규한 카바졸 화합물은 다음의 합성에 의하여 제조될 수 있는 N-페닐-3,6-비나프틸카바졸(binaphthylcarbazole (PBNC))일 수 있다:

결과적인 예시적 화합물 PBNC는 매우 좋은 성질들을 가진다는 것을 알 수 있었다. 예를 들어, 이 화합물은 437 ℃의 높은 융점을 가진다는 것을 알 수 있었다. 아울러, 도 1에 도시된 것처럼, 이 화합물은 또한 용액에서 시험되었을 때 청색 영역에서 강한 형광을 생성한다는 것을 알 수 있었다.

위에서 설명된, 예시적인 화합물, PBNC는 다양한 예시적 EL 소자들에서 사용될 수도 있다.

제1 예시적 실시 예

도 2는 발광층으로서 위에서 설명된 예시적인 신규한 카바졸 화합물을 이용한 제1의 예시적 EL 소자를 보여준다.

이 예시적 실시예에 따르면, EL 소자는 유리기판(101), 약 15 nm 두께의 ITO/CuPc (구리 (II) 프탈로시아닌) 양극/정공 주입층(102), 약 30 nm 두께의 NPB (N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-1,1'-비페닐-4,4/-디아민)와 같은 정공 수송층(103), 약 30 nm 두께의 위에서 제조된 PBNC 화합물만을 포함하는 발광층(104), 약 25 nm 두께의 트리아진 화합물과 같은 전자 수송층(105), 그리고 Mg 및/또는 Al과 같은 음극층(106)을 포함할 수 있다.

도 3은 발광층에서 PBNC 화합물만을 이용한 제1 예시적 EL 소자의 전계발광 스펙트럼들을 보여준다. 데이터가 보여주듯이, PBNC는 약 450 nm, 즉 청색 영역에서 최대 방출을 갖는 청색 발광 물질이다.

제2 예시적 실시 예

도 4는 발광층을 위한 호스트 물질로서 위에서 설명된 예시적인 신규한 카바졸 화합물을 이용하는 제2 예시적 EL 소자를 보여준다.

제1 예시적 실시 예에서처럼, 제2 예시적 실시 예에서, EL 소자는 ITO 유리기판(201), 약 15 nm 두께의 CuPc 양극층(202), 약 30 nm 두께의 NPB와 같은 정공 수송층(203), 약 25 nm 두께의 트리아진 화합물과 같은 전자 수송층(205), 그리고 Mg 및/또는 Al과 같은 음극층(206)을 포함할 수 있다.

그러나, 이 제2 예시적 실시예에서, 위에서 제조된 PBNC 화합물을 포함하는 발광층(204)은 치환된 디나프틸 안트라센을 기본으로 하는 청색 발광 물질(BH2)를 또한 포함한다. 따라서, 100%의 PBNC 대신에, 이 제2 예시적 실시 예의 발광층은 PBNC와 BH2의 50:50 혼합물이다. 발광층(204)의 두께는 약 30 nm일 수 있다.

제2 예시적 실시 예의 전계발광 스펙트럼이 측정되어 발광층으로서 100%의 BH2를 함유하는 소자와 비교되었다. 도 5에 도시된 것처럼, 두 개의 스펙트럼들은 일치한다. 이는 BH2 물질 (게스트 물질) 상에서 전하의 완전한 재결합이 있고 관측된 방출은 전적으로 BH2로부터 생긴다는 것을 의미한다. 이는 본 발명에 따르는 화합물들이, 이 예시적 실시 예의 PBNC에서, 안트라센을 기본으로 하는 청색 발광 물질들을 위하여 매우 좋은 호스트 물질들이라는 것을 나타낸다.

본 발명의 사상 또는 범주를 벗어남이 없이 본 발명이 다양하게 변경되고 변화될 수 있다는 것이 이 기술에서 통상의 지식을 가진 자에게 분명할 것이다. 그러므로, 그러한 변형들과 변경들이 첨부한 청구항들과 그들의 등가물들의 범위 내에 있으면 본 발명은 그러한 변형들과 변경들을 포함하는 것으로 간주된다.

본 발명에 의하면 게스트 밴드-갭이 호스트의 밴드 갭 이내인 물질을 제공할 수 있는 장점이 있다.

Claims

양극;

음극; 및

식 I의 화합물을 포함하고,

[식 I]

,

여기서 R²은 수소, 알킬, 치환 또는 불치환된 아릴, 헤테로아릴, 그리고 지방족 고리 화합물 알킬(alicyclic alkyl)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 치환체이고; 여기서 두 개의 R¹ 치환체들은 나프틸 그룹들이고, 상기 R²와 다르며;

상기 식 I의 화합물은 형광물질인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
삭제
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제1항에 있어서,

유리기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제1항에 있어서,

버퍼층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제1항에 있어서,

정공 수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제1항에 있어서,

전자 수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제1항에 있어서,

상기 식 I의 화합물은 발광 물질로서 사용되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제9항에 있어서,

상기 발광 물질은 상기 식 I의 화합물만으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제9항에 있어서,

상기 발광 물질은 상기 식 I의 화합물을 포함하는 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
삭제
제9항에 있어서,

상기 식 I의 화합물은 PBNC인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제1항에 있어서,

상기 식 I의 화합물은 PBNC인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제1항에 있어서,

상기 식 I의 화합물은 PBNC을 포함하고;

상기 양극은 인듐 주석 산화물과 CuPc를 포함하고; 그리고

상기 음극은 Mg 또는 Al을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
제15항에 있어서,

트리아진 화합물을 포함하는 전자 수송층; 및

NPB를 포함하는 정공 수송층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
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