KR101101037B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents

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마사시 하시모토
신지로 오카다
타카오 타키구치
케이지 오키나카
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

양극 및 음극을 포함하는 1쌍의 전극; 및 상기 1쌍의 전극 사이에 배치된 유기 화합물을 포함하는 층을 포함하는, 발광 효율이 높고 연속 구동 수명이 긴 녹색 발광 소자에 있어서, 상기 층은 하기 일반식 I로 표시되는 제1화합물과, 상기 제1화합물보다 에너지 갭이 큰 피렌 골격 또는 플루오렌 골격을 지니는 제2화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다:
[일반식 I]
Figure 112009048806436-pct00059
(식 중, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15 및 R16은 각각 서로 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 치환 혹은 무치환의 아르알킬기, 치환 혹은 무치환의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 복소환기, 치환 아미노기 또는 할로겐 원자를 나타냄).

Description

유기 발광 소자{ORGANIC LIGHT-EMITTING DEVICE}
본 발명은 유기 화합물을 이용하는 발광 소자에 관한 것으로, 특히, 유기 화합물을 포함하는 박막에 전계를 인가함으로써 광을 방출하는 유기 발광소자에 관한 것이다.
유기 발광소자는, 양극과 음극 사이에 형광성 또는 인광성 유기 화합물을 포함하는 박막을 삽입한 소자이다. 각각의 전극으로부터 전자 및 홀(정공)을 주입함으로써, 형광성 또는 인광성 화합물의 여기자를 생성시킨다. 이 여기자가 기저 상태로 돌아올 때에 광을 방사한다. 유기 발광소자의 최근의 진보는 현저하고, 해당 소자의 특징은, 저인가 전압에서 고휘도를 보이며 또한 발광 파장의 다양성 및 고속 응답성을 지닌 박형·경량의 발광 디바이스화를 가능하게 한다. 이 사실로부터, 해당 소자는 광범위한 적용에의 용도를 찾는 데 가능성을 가진 것을 시사하고 있다.
그러나, 현 상황에서는 더욱 고휘도의 광출력 혹은 더욱 고변환 효율이 필요하다. 또한, 유기 발광 소자는 장시간의 사용에 의한 경시 변화나 산소를 포함한 분위기 기체나 습기 등에 의한 열화 등의 내구성의 점에서 여전히 많은 문제를 지니고 있다. 또, 해당 소자가 풀 컬러 디스플레이 등에 응용되는 것을 고려했을 경 우, 색 순도가 양호한 청색 광, 녹색 광 또는 적색 광의 발광이 필요하다. 하지만, 이들 문제는 아직 충분히 해소된 것은 아니었다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 유기 발광소자용 재료로서 5원환 구조를 포함하는 비교적 큰 축합환 방향족 화합물을 도입하는 것이 제안되고 있다. 5원환 구조를 포함하는 비교적 큰 축합환 방향족 화합물 및 이 화합물을 이용한 유기 발광소자의 구체적인 예는 일본국 공개 특허 평10-330295호 공보, 일본국 공개 특허 제2002-170681호 공보, 일본국 공개 특허 제2002-110356호 공보, 일본국 공개 특허 평11-176573호 공보 및 일본국 공개 특허 제2002-008867호 공보에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 발광 효율이 높고 연속 구동 수명이 긴 녹색 발광 소자를 제공하는 데 있다.
상기 목적은 후술하는 본 발명에 의해 달성된다.
즉, 본 발명에 의하면, 양극 및 음극을 포함하는 1쌍의 전극; 및 상기 1쌍의 전극 사이에 배치된 유기 화합물을 포함하는 층을 포함하는 유기 발광소자에 있어서, 상기 층은 하기 일반식 I로 표시되는 제1화합물과, 상기 제1화합물보다 에너지 갭이 큰 피렌 골격 또는 플루오렌 골격을 지니는 제2화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자가 제공된다:
[일반식 I]
Figure 112009048806436-pct00001
식 중, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15 및 R16은 각각 서로 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 치환 혹은 무치환의 아르알킬기, 치환 혹은 무치환의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 복소환기, 치환 아미노기 또는 할로겐 원자를 나타낸다.
또, 본 발명에 있어서, 상기 제2화합물은 피렌 골격과 플루오렌 골격을 지니는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2화합물은 하기 일반식 II로 표시되는 것이 바람직하다:
[일반식 II]
Figure 112009048806436-pct00002
식 중, R21, R22, R23 및 R24는 각각 서로 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 치환 혹은 무치환의 아르알킬기 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기를 나타내고; a 및 b는 각각 서로 독립적으로 1 내지 4의 정수를 나타내며; R23 및 R24 중 어느 것이 복수개 존재할 경우, 이들은 서로 동일 혹은 상이해도 되고; m은 1 내지 5의 정수를 나타내며, m이 2 이상인 경우, 복수개의 플루오렌다이일기(fluorenediyl group)는 서로 동일 혹은 상이해도 된다.
나아가서는, 상기 제2화합물은 하기 일반식 III으로 표시되는 것이 바람직하다:
[일반식 III]
Figure 112009048806436-pct00003
식 중, R21, R22, R23 및 R25는 각각 서로 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 치환 혹은 무치환의 아르알킬기 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기를 나타내고; a는 1 내지 4의 정수를 나타내며, R23가 복수개 존재할 경우, R23는 서로 동일 혹은 상이해도 되고; c는 1 내지 9의 정수를 나타내며, R25가 복수개 존재할 경우, R25는 서로 동일 혹은 상이해도 되고; m은 1 내지 5의 정수를 나타내며, m이 2 이상인 경우, 복수개의 플루오렌다이일기는 서로 동일 혹은 상이해도 된다.
또, 상기 제2화합물은 하기 일반식 IV로 표시되는 것이 바람직하다:
[일반식 IV]
Figure 112009048806436-pct00004
식 중, R21, R22, R23, R26 및 R27은 각각 서로 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 치환 혹은 무치환의 아르알킬기 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기를 나타내고; a는 1 내지 4의 정수를 나타내며, R23가 복수개 존재할 경우, R23는 서로 동일 혹은 상이해도 되고; d는 1 내지 4의 정수를 나타내며, R26가 복수개 존재할 경우, R26는 서로 동일 혹은 상이해도 되고; e는 1 내지 9의 정수를 나타내며, R27이 복수개 존재할 경우, R27은 서로 동일 혹은 상이해도 되고; m은 1 내지 5의 정수를 나타내며, m이 2 이상인 경우, 복수개의 플루오렌다이일기는 서로 동일 혹은 상이해도 되고; n은 1 내지 5의 정수를 나타내며, n이 2 이상인 경우, 복수개의 페닐렌기는 서로 동일 혹은 상이해도 된다.
또한, 상기 제2화합물은 하기 일반식 V로 표시되는 것이 바람직하다:
[일반식 V]
Figure 112009048806436-pct00005
식 중, R28 및 R29은 각각 서로 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 치환 혹은 무치환의 아르알킬기 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기를 나타내고; f는 1 내지 7의 정수를 나타내며, R28이 복수개 존재할 경우, R28은 서로 동일 혹은 상이해도 되고; g는 1 내지 9의 정수를 나타내며, R29이 복수개 존재할 경우, R29은 서로 동일 혹은 상이해도 되고; p는 1 내지 5의 정수를 나타내며, p가 2 이상인 경우, 복수개의 나프탈렌다이일기(naphthalenediyl group)는 서로 동일 혹은 상이해도 된다.
또, 상기 제1화합물 및 상기 제2화합물은 탄소와 수소만으로 구성되는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명의 유기 발광소자의 제1실시형태를 나타낸 단면도;
도 2는 본 발명의 유기 발광소자의 제2실시형태를 나타낸 단면도;
도 3은 본 발명의 유기 발광소자의 제3실시형태를 나타낸 단면도;
도 4는 본 발명의 유기 발광소자의 제4실시형태를 나타낸 단면도;
도 5는 본 발명의 유기 발광소자의 제5실시형태를 나타낸 단면도;
도 6은 본 발명의 유기 발광소자의 제6실시형태를 나타낸 단면도.
본 발명의 유기 발광소자에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명의 유기 발광소자는, 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 삽입되는 유기 화합물로 이루어진 층으로 구성된다. 이 유기 화합물로 이루어진 층은 본 발명의 축합환 방향족 화합물을 함유한다. 본 발명의 유기 발광소자는, 바람직하게는, 양극과 음극 사이에 전압을 인가함으로써 발광하는 전계 발광소자이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 유기 발광소자를 상세하게 설명한다.
우선, 도면에 이용된 참조 부호를 설명한다. 참조 부호 (1)은 기판, (2)는　양극, (3)은　발광층, (4)는　음극, (5)는　정공 수송층, (6)은　전자 수송층, (7)은　정공 주입층, (8)은　정공/여기자 블로킹층, (10), (20), (30), (40), (50) 및 (60)은 각각 유기 발광소자이다.
도 1은 본 발명의 유기 발광소자의 제1실시형태를 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 유기 발광소자(10)에서는, 기판(1) 상에, 양극(2), 발광층(3) 및 음극(4)이 순차 설치되어 있다. 이 유기 발광소자(10)의 구성은, 발광층(3)이 정공 수송능, 전자 수송능 및 발광능을 모두 가지는 화합물로 구성되어 있는 경우, 또는, 발광층(3)이 정공 수송능, 전자 수송능 및 발광능 중의 어느 하나의 특성을 가지는 화합물의 혼합물로 구성되는 경우에 유용하다.
도 2는 본 발명의 유기 발광소자의 제2실시형태를 나타낸 단면도이다. 도 2에 도시된 유기 발광소자(20)에서는, 기판(1) 상에, 양극(2), 정공 수송층(5), 전 자 수송층(6) 및 음극(4)이 순차 설치되어 있다. 이 유기 발광소자(20)의 구성은, 정공 수송능 및 전자 수송능의 어느 하나를 지닌 유기 화합물과 전자 수송능만 또는 정공 수송능만을 지닌 유기 화합물을 조합해서 이용하는 경우에 유용하다. 또, 도 2에 도시된 유기 발광소자(20)에서는, 정공 수송층(5) 및 전자 수송층(6)이 각각 발광층으로서도 역할하고 있다.
도 3은 본 발명의 유기 발광소자의 제3실시형태를 나타낸 단면도이다. 도 3에 도시된 유기 발광소자(30)는, 도 2에 도시된 유기 발광소자(20)와는, 정공 수송층(5)과 전자 수송층(6) 사이에 발광층(3)이 추가로 삽입된 점에서 상이하다. 이 유기 발광소자(30)는, 캐리어 수송 기능과 발광 기능을 서로 분리한 것이므로, 정공 수송성, 전자 수송성 및 발광성의 각 특성을 가진 유기 화합물을 적절하게 조합해서 이용할 수 있다. 따라서, 재료 선택의 자유도가 상당히 증가할 수 있고 또한 발광 파장을 달리하는 각종 유기 화합물을 사용할 수 있으므로, 광범위한 발광 색상이 제공될 수 있다. 또한, 중앙 부분의 발광층(3)에 캐리어 혹은 여기자를 효과적으로 감금해서 발광 효율을 향상시키는 것도 가능해진다.
도 4는 본 발명의 유기 발광소자의 제4실시형태를 나타낸 단면도이다. 도 4에 도시된 유기 발광소자(40)는, 도 3에 도시된 유기 발광소자(30)와는, 양극(2)과 정공 수송층(5) 사이에 정공 주입층(7)을 추가로 설치한 점에서 상이하다. 이 유기 발광소자(40)에서는, 정공 주입층(7)을 추가로 설치함으로써, 양극(2)과 정공 수송층(5) 간의 밀착성 또는 정공의 주입성이 개선되므로, 구동 전압을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 유기 발광소자의 제5실시형태를 나타낸 단면도이다. 도 5에 도시된 유기 발광소자(50)는, 도 3에 도시된 유기 발광소자(30)와는, 정공 또는 여기자(엑시톤)가 음극(4) 쪽으로 통과하는 것을 차단하는 층(정공/여기자 블로킹층(8))을 발광층(3)과 전자 수송층(6) 사이에 추가로 설치한 점에서 상이하다. 이 구성은 이온화 포텐셜이 상당히 높은 유기 화합물을 정공/여기자 블로킹층(8)으로서 이용함으로써, 유기 발광소자(50)의 발광 효율을 향상시킨다.
도 6은 본 발명의 유기 발광소자의 제6실시형태를 나타낸 단면도이다. 도 6에 도시된 유기 발광소자(60)는, 도 4에 도시된 유기 발광소자(40)와는, 정공/여기자 블로킹층(8)을 발광층(3)과 전자 수송층(6) 사이에 추가로 설치한 점에서 상이하다. 이온화 포텐셜이 매우 높은 유기 화합물을 정공/여기자 블로킹층(8)으로서 이용함으로써, 유기 발광소자(60)의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 6은 단지 매우 기본적인 소자 구성을 도시한 것으로, 본 발명에 의한 나프탈렌 화합물을 함유하는 유기 발광소자의 구성은 이들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전극과 유기층 사이의 계면에 절연층, 접착층 또는 간섭층을 형성한 것 등과 같이 각종 층 구성을 채용할 수 있다. 또, 정공 수송층(5)은 이온화 포텐셜이 다른 2층으로 구성된다.
발광층이 캐리어 수송성의 호스트와 게스트로 형성되는 경우, 발광에 이르는 과정은 이하의 몇몇 단계로 구성된다.
1. 발광층 내에서의 전자/정공의 수송.
2. 호스트 내에 여기자의 발생.
3. 호스트 분자 간의 여기 에너지 전달.
4. 호스트로부터 게스트로의 여기 에너지 이동.
각각의 단계에 있어서의 원하는 에너지 이동이나 발광은 다양한 실활(deactivation) 단계와 경쟁적으로 일어난다.
또, 여기서 이용되는 "게스트"란 용어는, 유기 발광소자의 발광 영역에 있어서, 정공과 전자 간의 재결합에 응답하여 광을 발하는 화합물을 의미하며, 해당 게스트는 발광 영역을 형성하는 물질(호스트)과 함께 발광층(3)에 함유된다.
발광 영역은 한 층의 영역이어도 되고, 또는 복수의 층 간의 계면이어도 되지만, 바람직하게는 한 층이다. 발광 영역을 지니는 층을 "발광층"이라 부를 수 있다.
유기 발광소자의 발광 효율을 증가시키기 위해서는, 발광 중심 재료 그 자체의 발광 양자 수율을 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 호스트와 호스트 사이 혹은 호스트와 게스트 사이의 에너지 이동이 어떻게 높은 효율로 얻어지는가도 큰 문제가 된다. 또, 통전에 의한 발광 열화의 원인은 아직 분명하지 않지만, 그 열화는 적어도 발광 중심 재료 그 자체 또는 그 주변 분자에 의한 발광재료의 환경 변화와 관련된 것으로 상정된다.
본 발명에서는, 발광층(3)에 있어서 하기 일반식 I로 표시되는 제1화합물을 게스트로서 이용하고, 상기 제1화합물보다 에너지 갭이 큰 피렌 골격 또는 플루오렌 골격을 지니는 제2화합물을 호스트로서 이용한다:
[일반식 I]
Figure 112009048806436-pct00006
일반식 I에 있어서, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15 및 R16은 각각 서로 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 치환 혹은 무치환의 아르알킬기, 치환 혹은 무치환의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 복소환기, 치환 아미노기 또는 할로겐 원자를 나타낸다.
상기 일반식 I로 표시되는 화합물은 높은 양자 수율을 지닌다. 이 화합물을 게스트로 이용하고, 상기 제1화합물보다 에너지 갭이 큰 피렌 골격 또는 플루오렌 골격을 지니는 제2화합물을 호스트로서 이용할 경우, 발광 효율이 높고 장수명의 소자를 제공할 수 있다. 이하에, 게스트 재료 및 호스트 재료로서 적합한 각각의 유기 재료를 상세히 설명한다.
게스트 재료는 하기 일반식 I로 표시되는 화합물이다:
[일반식 I]
Figure 112009048806436-pct00007
식 중, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15 및 R16은 각각 서로 독립적으로 수소 원자; 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, n-뷰틸기, tert-뷰틸기, 옥틸기, 사이클로헥실기 또는 트라이플루오로메틸기 등의 알킬기; 벤질기 또는 페네틸기 등의 아르알킬기; 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 나프틸기, 플루오란테닐기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기, 테트라세닐기, 펜타세닐기, 트라이페닐레닐기 또는 페릴레닐기 등의 아릴기; 티에닐기, 피롤릴기, 피리딜기, 옥사졸릴기, 옥사다이아졸릴기, 티아졸릴기 또는 티아다이아졸릴기 등의 복소환기; 다이메틸아미노기, 다이에틸아미노기, 다이벤질아미노기, 다이페닐아미노기, 다이톨릴아미노기 또는 다이아니솔릴아미노기 등의 아미노기; 또는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드 등의 할로겐 원자를 나타낸다.
게스트로서 이용되는 화합물의 함유량은, 바람직하게는, 발광층을 구성하는 재료 전체의 중량에 의거해서 50 중량% 이하이다. 이 함유량은, 호스트로부터 발광성 게스트로의 에너지 이동의 관점에서, 보다 바람직하게는, 0.1 중량% 이상 30 중량% 이하이며, 특히 바람직하게는, 0.1 중량% 이상 15 중량% 이하이다.
또, 고립 전자쌍의 전자는 금속이나 루이스 산성 물질에 배위하는 것이 가능 하므로, 고립 전자쌍을 가지는 화합물은 리간드나 루이스 염기로서 작용할 수 있다. 따라서, 이 화합물은 불순물을 그 안에 유지하는 경향이 있다. 또한, 유기 발광소자 내에서, 주변 분자와의 회합이나 화학 반응이 일어날 수 있는 것도 고려된다. 그 때문에, 게스트 재료로서는, 탄소와 수소만으로 구성되는 화합물이 특히 바람직하다.
이하, 본 발명에 이용되는 게스트의 구체적인 구조식을 하기에 나타낸다. 그러나, 이들 구조식은 대표예만을 예시한 것일 뿐, 본 발명은 이들 구조식으로 한정되는 것은 아니다:
Figure 112009048806436-pct00008
Figure 112009048806436-pct00009
Figure 112009048806436-pct00010
Figure 112009048806436-pct00011
Figure 112009048806436-pct00012
Figure 112009048806436-pct00013
Figure 112009048806436-pct00014
Figure 112009048806436-pct00015
Figure 112009048806436-pct00016
Figure 112009048806436-pct00017
Figure 112009048806436-pct00018
다음에, 호스트 재료에 대해 구체적으로 설명한다.
게스트가 상기 일반식 I로 표시되는 비교적 큰 축합환을 지닌 화합물이므로, 호스트와 게스트 간의 상용성의 관점에서, 호스트도 축합환 방향족 화합물이 바람직하다. 또, 본 발명자들의 검토에 의하면, 피렌 골격재료 및 플루오렌 골격재료는, 특히 캐리어 수송성이 우수한 것으로 판명되었다. 또한, 헤테로 원자를 함유하는 화합물에서, 전자 또는 정공의 어느 한쪽의 이동도가 다른 쪽의 이동도보다 빠른 반면, 피렌 골격재료 및 플루오렌 골격재료에서는, 전자와 정공 양쪽 모두의 이동도가 비교적 빠르고, 전자와 정공의 이동도 간의 차이도 작다. 또, 발광층이 이 재료로 형성된 경우, 게스트와 호스트의 간의 HOMO 갭과, 게스트와 호스트 간의 LUMO 갭이 서로 바람직한 관계를 지닌다. 따라서, 발광층 내의 전자/정공 캐리어 밸런스를 유지하는, 발광 효율이 높고, 장수명을 지니는 소자를 제공할 수 있다. 또한, 캐리어 수송성의 관점에서, 호스트 분자 내에 플루오렌 환과 피렌 환을 모두 지니는 화합물이 특히 바람직하다.
본 발명에 이용되는 호스트 화합물로서는, 하기 일반식 II로 표시되는 화합물을 이용하는 것이 바람직하다:
[일반식 II]
식 중, R21, R22, R23 및 R24는 각각 서로 독립적으로 수소 원자; 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, n-뷰틸기, tert-뷰틸기, 옥틸기 또는 사이클로헥실기 등의 알킬기; 벤질기 또는 페네틸기 등의 아르알킬기; 또는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 나프틸기, 플루오란테닐기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기, 테트라세닐기, 펜타세닐기, 트라이페닐레닐기 또는 페릴레닐기 등의 아릴기를 나타낸다.
상기 아르알킬기 및 상기 아릴기가 더욱 지닐 수 있는 치환기의 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, tert-뷰틸기, 사이클로헥실기 등의 알킬기; 벤질기, 페네틸기 등의 아르알킬기; 또는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 나프틸기, 플루오란테닐기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기, 테트라세닐기, 펜타세닐기, 트라이페닐레닐기, 페릴레닐기 등의 아릴기를 들 수 있다. 여기서, a 및 b는 각각 서로 독립적으로 1 내지 4의 정수를 나타내고, R23 및 R24 중 어느 것이 복수개 존재할 경우, 이들은 서로 동일 혹은 상이해도 된다. m은 1 내지 5의 정수를 나타내고, m이 2 이상인 경우, 복수개의 플루오렌다이일기는 서로 동일 혹은 상이해도 된다.
일반식 II의 구체예로는 하기와 같은 구조를 들 수 있지만, 본 발명은 이들 구조로 한정되는 것은 아니다.
Figure 112009048806436-pct00020
Figure 112009048806436-pct00021
본 발명에 이용되는 호스트 화합물로서는, 하기 일반식 III으로 표시되는 화합물을 이용하는 것이 바람직하다:
[일반식 III]
Figure 112009048806436-pct00022
식 중, R21, R22, R23 및 R25는 각각 서로 독립적으로 수소 원자; 메틸기, 에틸기, n- 프로필기, 아이소프로필기, n-뷰틸기, tert-뷰틸기, 옥틸기 또는 사이클로헥실기 등의 알킬기; 벤질기 또는 페네틸기 등의 아르알킬기; 또는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 나프틸기, 플루오란테닐기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기, 테트라세닐기, 펜타세닐기, 트라이페닐레닐기 또는 페릴레닐기 등의 아릴기를 나타낸다.
상기 아르알킬기 및 상기 아릴기가 더욱 지닐 수 있는 치환기의 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, tert-뷰틸기, 사이클로헥실기 등의 알킬기; 벤질기, 페네틸기 등의 아르알킬기; 또는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 나프틸기, 플루오란테닐기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기, 테트라세닐기, 펜타세닐기, 트라이페닐레닐기, 페릴레닐기 등의 아릴기를 들 수 있다.
여기서, a는 1 내지 4의 정수를 나타내고, R23가 복수개 존재할 경우, R23는 서로 동일 혹은 상이해도 된다. 또, c은 1 내지 9의 정수를 나타내고, R25가 복수개 존재할 경우, R25는 서로 동일 혹은 상이해도 된다. 또한, m은 1 내지 5의 정수를 나타내고, m이 2 이상인 경우, 복수개의 플루오렌다이일기는 서로 동일 혹은 상이해도 된다.
일반식 III의 구체예로는 하기와 같은 구조를 들 수 있지만, 본 발명은 이들 구조로 한정되는 것은 아니다.
Figure 112009048806436-pct00023
Figure 112009048806436-pct00024
Figure 112009048806436-pct00025
또한, 본 발명에 이용되는 호스트 화합물로서는, 하기 일반식 IV로 표시되는 화합물을 이용하는 것이 바람직하다:
[일반식 IV]
Figure 112009048806436-pct00026
식 중, R21, R22, R23, R26 및 R27은 각각 서로 독립적으로 수소 원자; 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, n-뷰틸기, tert-뷰틸기, 옥틸기 또는 사이클로헥실기 등의 알킬기; 벤질기 또는 페네틸기 등의 아르알킬기; 또는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 나프틸기, 플루오란테닐기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기, 테트라세닐기, 펜타세닐기, 트라이페닐레닐기 또는 페릴레닐기 등의 아릴기를 나타낸다.
상기 아르알킬기 및 상기 아릴기가 더욱 지닐 수 있는 치환기의 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, tert-뷰틸기, 사이클로헥실기 등의 알킬기; 벤질기, 페네틸기 등의 아르알킬기; 또는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 나프틸기, 플루오란테닐기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기, 테트라세닐기, 펜타세닐기, 트라이페닐레닐기, 페릴레닐기 등의 아릴기를 들 수 있다.
여기서, a는 1 내지 4의 정수를 나타내고, R23가 복수개 존재할 경우, R23는 서로 동일 혹은 상이해도 된다. 또, d는 1 내지 4의 정수를 나타내고, R26가 복수개 존재할 경우, R26는 서로 동일 혹은 상이해도 된다. 또한, e는 1 내지 9의 정수 를 나타내고, R27이 복수개 존재할 경우, R27은 서로 동일 혹은 상이해도 된다. 또, m은 1 내지 5의 정수를 나타내고, m이 2 이상인 경우, 복수개의 플루오렌다이일기는 서로 동일 혹은 상이해도 된다. 또한, n은 1 내지 5의 정수를 나타내고, n이 2 이상인 경우, 복수개의 페닐렌기는 서로 동일 혹은 상이해도 된다.
일반식 IV의 구체예로는 하기와 같은 구조를 들 수 있지만, 본 발명은 이들 구조로 한정되는 것은 아니다.
Figure 112009048806436-pct00027
또한, 본 발명에 이용되는 호스트 화합물로서는, 하기 일반식 V로 표시되는 화합물을 이용하는 것이 바람직하다:
[일반식 V]
Figure 112009048806436-pct00028
식 중, R28 및 R29은 각각 서로 독립적으로 수소 원자; 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, n-뷰틸기, tert-뷰틸기, 옥틸기 또는 사이클로헥실기 등의 알킬기; 벤질기 또는 페네틸기 등의 아르알킬기; 또는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 나프틸기, 플루오란테닐기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기, 테트라세닐기, 펜타세닐기, 트라이페닐레닐기 또는 페릴레닐기 등의 아릴기를 나타낸다.
상기 아르알킬기 및 상기 아릴기가 더욱 지닐 수 있는 치환기의 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, tert-뷰틸기, 사이클로헥실기 등의 알킬기; 벤질기, 페네틸기 등의 아르알킬기; 또는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 플루오레닐기, 나프틸기, 플루오란테닐기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기, 테트라세닐기, 펜타세닐기, 트라이페닐레닐기, 페릴레닐기 등의 아릴기를 들 수 있다.
여기서, f는 1 내지 7의 정수를 나타내고, R28이 복수개 존재할 경우, R28은 서로 동일 혹은 상이해도 된다.
또, g는 1 내지 9의 정수를 나타내고, R29이 복수개 존재할 경우, R29은 서로 동일 혹은 상이해도 된다.
또한, p는 1 내지 5의 정수를 나타내고, p가 2 이상인 경우, 복수개의 나프탈렌다이일기는 서로 동일 혹은 상이해도 된다.
일반식 V의 구체예로는 하기와 같은 구조를 들 수 있지만, 본 발명은 이들 구조로 한정되는 것은 아니다.
Figure 112009048806436-pct00029
본 발명에 이용가능한 피렌 골격을 지니는 호스트 화합물의 구체예로는 하기와 같은 구조를 들 수 있지만, 본 발명은 이들 구조로 한정되는 것은 아니다.
Figure 112009048806436-pct00030
본 발명의 일반식 II 내지 V로 표시되는 호스트 재료는, 그 분자 구조로부터 이하의 우수한 특성을 제공할 수 있다:
(1) 극히 비정질성이 우수하고, 내열성이 높다.
(2) 전자 및 정공의 양쪽 모두에 대해서, 바람직한 캐리어 주입 수준을 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 일반식 I로 표시되는 게스트와 호스트 재료의 조합에 의해, 이하의 우수한 특성을 용이하게 얻을 수 있다:
(3) 호스트로부터 도펀트로의 양호한 에너지 이동이 얻어진다. 게스트 재료의 에너지 갭(E1)과 호스트 재료의 에너지 갭(E2)이 E1<E2를 충족하는 것이 중요하다.
(4) 플루오렌 골격 호스트 또는 피렌 골격 호스트는 일반식 I로 표시되는 게스트와의 상용성이 높고, 발광성 도펀트가 막 속으로 양호하게 분산된다. 그 때문에, 발광성 도펀트의 회합에 기인하는 효율 저하나 수명 저하를 개선할 수 있다. 상용성의 관점에서도, 호스트 재료 및 발광성 도펀트가 탄화수소 화합물인 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 발광소자에서는, 바람직하게는, 전자 수송층 또는 발광층의 어느 한쪽을 구성하는 성분으로서 본 발명의 축합환 방향족 화합물이 이용되지만, 지금까지 알려져 있는 정공 수송성 화합물, 발광성 화합물 혹은 전자 수송성 화합물을 필요에 따라서 함께 사용할 수도 있다.
이하에 이들 화합물의 예를 나타낸다.
정공 수송 화합물
Figure 112009048806436-pct00031
전자 수송/발광 재료
Figure 112009048806436-pct00032
발광 재료
Figure 112009048806436-pct00033
발광층 매트릭스 재료 및 전자 수송 재료
Figure 112009048806436-pct00034
본 발명의 유기 발광소자에 이용되는 양극 재료는 가능한 한 일 함수가 큰 것이 바람직하며, 그 예로는, 금, 백금, 니켈, 팔라듐, 코발트, 셀렌, 바나듐 등의 금속 단체 혹은 이들의 합금, 산화주석, 산화아연, 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐 등의 금속 산화물을 들 수 있다. 또, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리페닐렌설파이드 등의 도전성 폴리머도 사용할 수 있다. 이들 전극 물질은 단독으로 혹은 복수종 병용해서 이용해도 된다.
한편, 본 발명의 유기 발광소자에 이용되는 음극 재료는, 일 함수가 작은 것이 바람직하며, 그 예로는, 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 인듐, 은, 납, 주석, 크롬 등의 금속 단체를 들 수 있다. 대안적으로는, 상기 금속의 복수종으로 이루어진 합금을 이용하는 것도 가능하다. 또, 산화주석인듐(ITO) 등의 금속 산화물도 이용할 수 있다. 또한, 음극은 단층 구성이거나 혹은 다층 구성이어도 무방하다.
본 발명의 유기 발광소자에 이용되는 기판은, 특히 한정되는 것은 아니지만, 금속제 기판, 세라믹스제 기판 등의 불투명성 기판, 유리, 석영, 플라스틱 시트 등의 투명성 기판이 이용된다. 또, 기판에 컬러 필터막, 형광색 변환 필터막, 유전체 반사막 등을 이용해서 발색광을 제어하는 것도 가능하다.
또, 유기 발광소자를 작성한 후에, 산소나 수분 등과의 접촉을 방지할 목적으로 보호층 혹은 밀봉층을 더욱 형성할 수도 있다. 이러한 보호층의 예로는, 다이아몬드 박막; 금속 산화물, 금속 질화물 등의 무기 재료막; 불소 수지, 폴리-p-자일렌, 폴리에틸렌, 실리콘 수지, 폴리스타이렌 수지 등의 고분자막; 또, 광경화성 수지 등을 들 수 있다. 또, 작성된 소자는 유리, 기체불투과성 필름, 금속 등으로 커버하거나, 또는 적절한 밀봉 수지로 패키징할 수도 있다.
본 발명의 유기 발광소자에 있어서, 본 발명의 축합환 방향족 화합물을 함유하는 층 및 무기 화합물을 함유하는 다른 층은 다음과 같은 방법에 의해 형성된다. 일반적으로는 진공 증착법 또는 유기 화합물을 적당한 용매에 용해시켜 도포하는 도포법에 의해 박막을 형성한다. 특히 도포법으로 막을 형성할 경우에는, 적당한 결착수지를 추가로 이용함으로써 막을 형성할 수도 있다.
상기 결착수지로서는, 광범위한 결착성 수지로부터 선택할 수 있으며, 예를 들어, 폴리비닐카바졸 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에스터 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리스타이렌 수지, 아크릴 수지, 메타크릴 수지, 뷰티랄수지, 폴리비닐아세탈 수지, 다이알릴프탈레이트 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리설폰 수지, 요소 수지 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 유기 발광소자에 있어서, 본 발명의 축합환 방향족 화합물을 포함하는 층의 막 두께는 10㎛ 이하이고, 바람직하게는 0.5㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.01㎛ 이상 0.5㎛ 이하이다.
( 실시예 )
이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
( 실시예 1)
유리 기판 위에, 양극(2)으로서 산화주석인듐(ITO)을 스퍼터링법에 의해 120㎚ 두께의 막으로 형성하였다. 그 후, 이와 같이 ITO 막이 상부에 형성된 유리 기 판을 아세톤 및 아이소프로필 알코올(IPA)로 순차 초음파 세정하고, 이어서, 끓는 IPA로 세정 후 건조시키고 나서, 더욱 UV/오존으로 세정하였다. 이와 같이 해서 처리된 유리 기판을 투명 도전성 지지 기판으로서 사용하였다.
정공 수송층으로서, 상기 투명 도전성 지지 기판 위에 이하의 구조식으로 표시되는 화합물 1의 클로로폼 용액을 스핀 코팅법에 의해 20㎚의 두께로 막을 형성하였다.
Figure 112009048806436-pct00035
또한, 다른 유기층 및 음극으로서 기능하는 전극층을, 내압 10-5㎩의 진공실내에서 저항 가열을 이용한 진공 증착에 의해 연속적으로 형성하여, 유기 발광소자를 제작하였다. 구체적으로는, 우선, 발광층으로서, 이하의 구조식으로 표시되는 게스트로서의 예시 화합물 번호 A-2와 호스트로서의 HB-51을, 예시 화합물 번호 A-2가 발광층 전체의 5중량%로 되는 방식으로 30㎚의 두께로 막을 형성하였다.
Figure 112009048806436-pct00036
다음에, 전자 수송층으로서, 상기 구조식으로 표시되는 화합물 2의 막을 40㎚ 두께로 형성하였다. 이어서, 제1금속 전극층으로서, LiF의 막을 0.5㎚의 두께로 형성하였다. 최후에, 제2금속 전극층으로서, Al의 막을 150㎚의 두께로 형성하였다.
이와 같이 해서 제작된 유기 발광소자의 특성을 조사하였다. 구체적으로는, 소자의 전류-전압특성을 미소전류계(pico-amp meter)(휴렛 패커드사 제품 4140B)로 측정하고, 해당 소자의 발광 휘도를 탑콘사(TOPCON CORPORATION) 제품인 BM7로 측정하였다. 그 결과, 본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 2000 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또한, 이 소자에 질소분위기 하에서 30 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 3100 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 3000 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.34, y=0.60으로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 2)
예시 화합물 번호 A-2 대신에 이하에 나타낸 예시 화합물 번호 A-11을 발광 층의 게스트로서 이용한 이외에는, 실시예 1과 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00037
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 1900 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 30 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 3000 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 2900 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.35, y=0.60으로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 3)
예시 화합물 번호 A-2 대신에 이하에 나타낸 예시 화합물 번호 B-20을 발광층의 게스트로서 이용한 이외에는, 실시예 1과 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00038
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 2400 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또한, 이 소자에 질소분위기하에서 30 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 3700 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 3550 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.30, y=0.65로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 4)
예시 화합물 번호 A-2 대신에 이하에 나타낸 예시 화합물 번호 B-1을 발광층의 게스트로서 이용한 이외에는, 실시예 1과 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00039
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 2200 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 30 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 3500 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 3400 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.30, y=0.65로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 5)
실시예 1과 같은 절차에 따라 기판 위에 양극으로서의 전극 및 정공 수송층을 형성하였다.
또, 이하의 유기층 및 음극으로서 기능하는 전극층을, 내압 10-5㎩의 진공실내에서 저항 가열을 이용한 진공증착에 의해 연속적으로 형성하여, 유기 발광소자를 제작하였다.
·예시화합물 번호 E-4(2중량%)와 HB-51을 이용한 발광층(두께: 30㎚)
·화합물 2를 이용한 전자 수송층(두께: 40㎚)
·LiF를 이용한 금속 전극층 1(두께: 0.5㎚)
·Al을 이용한 금속 전극층 2(두께: 150㎚)
Figure 112009048806436-pct00040
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 4000 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 100 mA/㎠의 전류밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 15500 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 14700 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.28, y=0.65로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 6)
실시예 1과 같은 절차에 따라 기판 위에 양극으로서의 전극 및 정공 수송층을 형성하였다.
또, 이하의 유기층 및 음극으로서 기능하는 전극층을, 내압 10-5㎩의 진공실내에서 저항 가열을 이용한 진공증착에 의해 연속적으로 형성하여, 유기 발광소자를 제작하였다.
·예시화합물 번호 E-4(2중량%)와 HB-51을 이용한 발광층(두께: 30㎚)
·BAlq를 이용한 정공/여기자 블로킹층(두께: 10㎚)
·화합물 2를 이용한 전자 수송층(두께: 30㎚)
·LiF를 이용한 금속 전극층 1(두께: 0.5㎚)
·Al을 이용한 금속 전극층 2(두께: 150㎚)
Figure 112009048806436-pct00041
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 3690 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 100 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 18400 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 16600 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.29, y=0.63으로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 7)
예시 화합물 번호 E-4 대신에 이하에 나타낸 예시 화합물 번호 E-48을 발광층의 게스트로서 이용한 이외에는, 실시예 5와 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00042
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 4200 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 100 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 14900 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 14000 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.28, y=0.63으로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 8)
예시 화합물 번호 E-4 대신에 이하에 나타낸 예시 화합물 번호 C-11을 발광층의 게스트로서 이용한 이외에는, 실시예 5와 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00043
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 4500 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 100 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 18500 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 18200 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.32, y=0.64로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 9)
실시예 1과 같은 절차에 따라 기판 위에 양극으로서의 전극 및 정공 수송층을 형성하였다.
또, 이하의 유기층 및 음극으로서 기능하는 전극층을, 내압 10-5㎩의 진공실내에서 저항 가열을 이용한 진공증착에 의해 연속적으로 형성하여, 유기 발광소자를 제작하였다.
·예시 화합물 번호 A-2(2중량%) 및 HA-3을 이용한 발광층(두께: 30㎚)
·화합물 2를 이용한 전자 수송층(두께: 40㎚)
·LiF를 이용한 금속 전극층 1(두께: 0.5㎚)
·Al을 이용한 금속 전극층 2(두께: 150㎚)
Figure 112009048806436-pct00044
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 350 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 100 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 8500 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 7000 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.28, y=0.64로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 10)
예시 화합물 번호 HA-3 대신에 이하에 나타낸 예시 화합물 번호 HB-55를 발광층의 호스트로서 이용한 이외에는, 실시예 9와 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00045
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 4000 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 100 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 15500 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 15000 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.30, y=0.64로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 11)
예시 화합물 번호 HA-3 대신에 이하에 나타낸 예시 화합물 번호 HB-25를 발광층의 호스트로서 이용한 이외에는, 실시예 9와 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00046
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 4000 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 30 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 4500 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 4300 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.30, y=0.64로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 12)
예시 화합물 번호 HA-3 대신에 이하에 나타낸 예시 화합물 번호 HC-1을 발광층의 호스트로서 이용한 이외에는, 실시예 9와 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00047
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 3800 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 100 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 13000 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 11000 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.27, y=0.63으로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 13)
예시 화합물 번호 HA-3 대신에 이하에 나타낸 예시 화합물 번호 HA-47을 발광층의 호스트로서 이용한 이외에는, 실시예 9와 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00048
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 8000 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 100 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 13300 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 11000 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.28, y=0.64로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 14)
예시 화합물 번호 HA-3 대신에 이하에 나타낸 예시 화합물 번호 HD-4를 발광층의 호스트로서 이용한 이외에는, 실시예 9와 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00049
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 5000 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 100 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 16100 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 16000 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.30, y=0.64로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 15)
예시 화합물 번호 HA-3 대신에 이하에 나타낸 예시 화합물 번호 HD-8을 발광층의 호스트로서 이용한 이외에는, 실시예 9와 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00050
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 4800 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 100 mA/㎠의 전류 밀도에서 100시간 전압을 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 14800 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 14700 cd/㎡로 저감되었고, 이것은 휘도 열화가 적은 것을 의미하였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.28, y=0.65로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 실시예 16)
투명기판으로서의 유리 기판 위에 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)를 형성하였다. 그 TFT 위에, 폴리이미드를 형성하고 나서, 노광, 현상 및 소성함으로써, 평탄화 막을 형성하였다. 이 단계에서, 콘택트 홀을 미리 형성해두고, 후속 공정에서 형성하는 전극을 이 콘택트 홀을 통해서 TFT에 접속하였다.
그 다음에, 평탄화 막 위로 100㎚ 두께로 Al 막을 형성하고, 그 위에 화소분리용 폴리이미드 수지의 절연막을 적층하고, 패턴화하였다.
또, 이하의 유기층 및 음극으로서 기능하는 전극층을, 내압 10-5㎩의 진공실내에서 저항 가열을 이용한 진공증착에 의해 연속적으로 형성하여, 유기 발광소자를 제작하였다.
·화합물 1을 이용한 정공 수송층(두께: 110㎚)
·예시 화합물 번호 C-11(2중량%) 및 HB-51을 이용한 발광층(두께: 20㎚)
·BAlq를 이용한 정공/여기자 블로킹층(두께: 10㎚)
·화합물 2를 이용한 전자 수송층 1(두께: 10㎚)
·Cs2CO3(2중량%) 및 화합물 2를 이용한 전자 수송층 2(두께: 60㎚)
본 실시예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 10000 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 100 mA/㎠의 전류밀도에서 전압을 인가한 바, 해당 소자는 24400 cd/㎡의 높은 효율을 보였다. 또한, 상기 소자는, CIE 색도 좌표가 x=0.25, y=0.69로 색순도가 양호한 녹색의 발광이 관측되었다.
( 비교예 1)
예시화합물 번호 HA-3 대신에 이하에 나타낸 비교 화합물 1을 발광층의 호스트로서 이용한 이외에는, 실시예 9와 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00051
본 비교예의 소자는, 호스트로서의 비교 화합물 1에 기인한 오렌지색의 발광이 관찰되었고, 또, 본 발명이 의도하는 녹색의 발광은 얻어지지 않았다. 이것은, 본 발명에 이용된 일반식 I로 표시되는 구조를 지니는 화합물의 에너지 갭이 테트라센 골격을 지니는 화합물의 에너지 갭보다 크기 때문이다.
( 비교예 2)
예시화합물 번호 HA-3 대신에 이하에 나타낸 비교 화합물 2를 발광층의 호스 트로서 이용한 이외에는, 실시예 9와 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00052
본 비교예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 360 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 100 mA/㎠의 전류밀도에서 전압을 인가한 바, 해당 소자는 약 7500 cd/㎡의 적은 효율을 보였다. 또한, 이 소자에 100시간 전압을 계속 인가한 바, 휘도는 초기 단계에서 약 7500 cd/㎡로부터 100시간 경과 후 약 5000 cd/㎡로 저감되었고, 따라서, 그 열화는 피렌 골격 또는 플루오렌 골격을 지닌 화합물의 열화보다 컸다. 또한, CIE 색도 좌표는 x=0.28, y=0.64이었다.
( 비교예 3)
예시화합물 번호 HA-3 대신에 이하에 나타낸 비교 화합물 3을 발광층의 호스트로서 이용한 이외에는, 실시예 9와 같은 절차에 따라 소자를 제작하였다.
Figure 112009048806436-pct00053
본 비교예의 소자는 6.0V의 인가 전압에서 발광 휘도 4400 cd/㎡의 녹색의 발광이 관측되었다. 또, 이 소자에 질소분위기하에서 100 mA/㎠의 전류밀도에서 전압을 인가한 바, 상기 소자는 약 3000 cd/㎡의 휘도를 보였고, 그 효율은 피렌 골격 또는 플루오렌 골격을 지닌 화합물보다 상당히 낮았다. 또한, CIE 색도 좌표는 x=0.35, y=0.60이었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 발광 효율이 높고 연속 구동 수명이 긴 녹색 발광 소자를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명의 정신과 범위 내에서 각종 변형 및 변경이 행해질 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위를 일반 대중에게 알리기 위하여, 이하의 청구의 범위를 작성하였다.
본 출원은 일본국 특허 출원 제2007-060609호(출원일: 2007년 3월 9일) 및 제2008-023232호(출원일: 2008년 2월 1일)의 우선권을 주장하며, 이 기초 출원은 참조로 그의 전문이 여기에 원용되어 있다.

Claims (7)

  1. 양극 및 음극을 포함하는 1쌍의 전극; 및
    상기 1쌍의 전극 사이에 배치된 유기 화합물을 포함하는 층
    을 포함하는 유기 발광소자에 있어서,
    상기 층은 하기 일반식 I로 표시되는 제1화합물과, 상기 제1화합물보다 에너지 갭이 큰 피렌 골격 또는 플루오렌 골격을 지니는 제2화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자:
    [일반식 I]
    Figure 112011047009017-pct00054
    (식 중, R2, R7, R10 및 R15는 각각 서로 독립적으로 아릴기이고, 상기 아릴기는 알킬기를 가질 수 있고, R1, R8, R9 및 R16은 각각 수소 원자이고, R3 내지 R6 및 R11 내지 R14는 각각 서로 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 치환 혹은 무치환의 아르알킬기, 치환 혹은 무치환의 아릴기, 치환 혹은 무치환의 복소환기, 치환 아미노기 및 할로겐 원자로 이루어진 군으로부터 선택됨).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2화합물은 피렌 골격과 플루오렌 골격을 지니는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2화합물은 하기 일반식 II로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자:
    [일반식 II]
    Figure 112009048806436-pct00055
    (식 중, R21, R22, R23 및 R24는 각각 서로 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 치환 혹은 무치환의 아르알킬기 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기를 나타내고; a 및 b는 각각 서로 독립적으로 1 내지 4의 정수를 나타내며; R23 및 R24 중 어느 하나가 복수개 존재할 경우, 이들은 서로 동일 혹은 상이해도 되고; m은 1 내지 5의 정수를 나타내며, m이 2 이상인 경우, 복수개의 플루오렌다이일기(fluorenediyl group)는 서로 동일 혹은 상이해도 됨).
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2화합물은 하기 일반식 III으로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자:
    [일반식 III]
    Figure 112009048806436-pct00056
    (식 중, R21, R22, R23 및 R25는 각각 서로 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 치환 혹은 무치환의 아르알킬기 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기를 나타내고; a는 1 내지 4의 정수를 나타내며, R23가 복수개 존재할 경우, R23는 서로 동일 혹은 상이해도 되고; c는 1 내지 9의 정수를 나타내며, R25가 복수개 존재할 경우, R25는 서로 동일 혹은 상이해도 되고; m은 1 내지 5의 정수를 나타내며, m이 2 이상인 경우, 복수개의 플루오렌다이일기는 서로 동일 혹은 상이해도 됨).
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2화합물은 하기 일반식 IV로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자:
    [일반식 IV]
    Figure 112009048806436-pct00057
    (식 중, R21, R22, R23, R26 및 R27은 각각 서로 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 치환 혹은 무치환의 아르알킬기 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기를 나타내고; a는 1 내지 4의 정수를 나타내며, R23가 복수개 존재할 경우, R23는 서로 동일 혹은 상이해도 되고; d는 1 내지 4의 정수를 나타내며, R26가 복수개 존재할 경우, R26는 서로 동일 혹은 상이해도 되고; e는 1 내지 9의 정수를 나타내며, R27이 복수개 존재할 경우, R27은 서로 동일 혹은 상이해도 되고; m은 1 내지 5의 정수를 나타내며, m이 2 이상인 경우, 복수개의 플루오렌다이일기는 서로 동일 혹은 상이해도 되고; n은 1 내지 5의 정수를 나타내며, n이 2 이상인 경우, 복수개의 페닐렌기는 서로 동일 혹은 상이해도 됨).
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2화합물은 하기 일반식 V로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자:
    [일반식 V]
    Figure 112009048806436-pct00058
    (식 중, R28 및 R29은 각각 서로 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 치환 혹은 무치환의 아르알킬기 또는 치환 혹은 무치환의 아릴기를 나타내고; f는 1 내지 7의 정수를 나타내며, R28이 복수개 존재할 경우, R28은 서로 동일 혹은 상이해도 되고; g는 1 내지 9의 정수를 나타내며, R29이 복수개 존재할 경우, R29은 서로 동일 혹은 상이해도 되고; p는 1 내지 5의 정수를 나타내며, p가 2 이상인 경우, 복수개의 나프탈렌다이일기(naphthalenediyl group)는 서로 동일 혹은 상이해도 됨).
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1화합물 및 상기 제2화합물은 탄소와 수소만으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광소자.
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