KR101431364B1

KR101431364B1 - 유기 발광 소자

Info

Publication number: KR101431364B1
Application number: KR1020127027564A
Authority: KR
Inventors: 마키 오카지마; 게이지 오키나카; 데츠오 다카하시; 하지메 무타; 요헤이 이와사키; 미나코 나카스; 나오키 야마다; 요스케 니시데
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2014-08-19
Also published as: US9331296B2; CN102823014A; EP2553744A4; JP2011216640A; KR20120139834A; CN102823014B; US20130001542A1; WO2011122384A1; JP4781474B1; EP2553744A1

Abstract

본 발명의 측면은 연속 구동 수명을 갖는 청색 유기 발광 소자를 제공한다. 유기 발광 소자는 전자 또는 정공 트랩성을 갖는 도펀트를 함유한 발광층, 및 정공 블록킹 층 또는 전자 블록킹 층을 포함하고, 여기서 도펀트의 LUMO와 호스트 재료의 LUMO 간의 차, 호스트 재료의 HOMO와 도펀트의 HOMO 간의 크기 관계, 및 호스트 재료의 T1와 정공 블록킹 층의 T1 간의 또는 호스트 재료의 T1와 전자 블록킹 층의 T1 간의 차가 규정되어 있다.

Description

유기 발광 소자{ORGANIC LIGHT-EMITTING DEVICE}

본 발명은 유기 화합물을 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유기 화합물로 이루어진 박막에 전압을 인가함으로써 광을 방출하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.

유기 발광 소자는 양극과 음극 사이에 발광성 유기 화합물을 포함하는 박막이 배치되고, 전극 사이에 전압을 인가하여 정공 및 전자를 주입함으로써 구동된다. 정공 및 전자가 소자 내에 재결합하여 발광성 유기 화합물의 여기 상태를 생성한다. 발광성 유기 화합물이 여기 상태에서 기저 상태로 되돌아 올 때 방출되는 광을 이용한다.

유기 발광 소자에 있어서의 최근의 진보는 현저하다. 유기 발광 소자는 저인가 전압에서 고휘도, 다양한 발광 파장, 및 고속 응답성을 갖고, 박형이고 경량이다. 이는 이것이 광범위한 용도에서 사용될 수 있다는 것을 시사한다.

그러나, 예를 들어 풀 컬러 디스플레이로의 유기 발광 소자의 응용이 고려되는 경우, 현 소자는 실용상 불충분한 안정성을 갖는다. 특히, 청색 발광 소자는 연속 구동 동안 시간이 지남에 따라 발광 효율이 저하되는 문제를 갖는다. 상기 문제는 극복할 필요가 있다.

발광 효율의 저하는 발광층의 여기 상태를 거친 열화, 즉 반복되는 여기 및 완화로 인한 발광층의 점진적 열화에 의해 야기될 수 있다. 이후부터, 열화는 "여기 상태를 거친 열화"로 지칭된다. 특허 문헌 1에서는, 여기 상태를 거친 열화와 크게 관련될 수 있는 발광층 재료의 여기 삼중항 상태를 저감시키기 위해, 삼중항 포착제를 발광층 재료와 함께 도입하여 상기 열화를 방지한다.

일본 특허 공개 공보 제2002-359080호

그러나, 종래에는 여기 상태를 거친 열화 메커니즘에 관한 상세한 설명이 명확하지 않았다. 따라서, 여기 상태를 거친 열화에 강한 재료를 분자 구조의 관점에서 설계하는 것이 불가능했다. 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 발광층 재료의 여기 삼중항 상태를 삼중항 포착제에 의해 저감시키더라도, 연속 구동 내구성은 실용상 충분하지 않았다. 본 발명은 상기 문제를 해결하고, 연속 구동 수명이 연장된 청색 발광 소자를 제공하고자 한다.

본 발명의 한 측면에 따라, 유기 발광 소자는 양극 및 음극을 갖는 한 쌍의 전극, 한 쌍의 전극 사이에 배치되고 호스트 재료 및 전자 트랩성을 갖는 청색 형광 도펀트 재료를 함유한 발광층, 및 상기 발광층에 인접한 정공 블록킹 층을 포함하되, 여기서 호스트 재료의 최저 비점유 분자 궤도의 에너지 (LUMO (호스트)) 및 청색 형광 도펀트 재료의 LUMO의 에너지 (LUMO (도펀트))가,

｜LUMO (도펀트)｜－｜LUMO (호스트)｜＞ 0.15 eV을 만족하고,

호스트 재료의 최고 점유 분자 궤도의 에너지 (HOMO (호스트)) 및 청색 형광 도펀트 재료의 HOMO의 에너지 (HOMO (도펀트))가,

｜HOMO (호스트)｜＜｜HOMO (도펀트)｜을 만족하고,

호스트 재료의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 (T1 (호스트)) 및 정공 블록킹 층의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 (T1 (HBL))가,

T1 (호스트) - T1 (HBL) ＞ 0.1 eV을 만족하며,

호스트 재료 및 정공 블록킹 층 재료는 상이한 탄화수소 화합물이고, 각각의 상기 탄화수소 화합물은 비치환된 또는 알킬치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수개 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기들은 오직 단일 결합에 의해 서로 연결되고,

상기 단일 결합 및 단일 결합에 의해 연결된 상기 방향족 탄화수소 잔기를 포함하는 부분구조가 오직 화학식 1 또는 2로 나타내어진다.

(여기서, 화학식 1 및 2에 있는 굵은 선은 각각 단일 결합을 나타낸다)

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 유기 발광 소자는 양극 및 음극을 갖는 한 쌍의 전극, 한 쌍의 전극 사이에 배치되고 호스트 재료 및 정공 트랩성을 갖는 청색 형광 도펀트 재료를 함유한 발광층, 및 상기 발광층에 인접한 전자 블록킹 층을 포함하되, 여기서 호스트 재료의 최저 비점유 분자 궤도의 에너지 (LUMO (호스트)) 및 청색 형광 도펀트 재료의 LUMO의 에너지 (LUMO (도펀트))가,

｜LUMO (호스트)｜＞｜LUMO (도펀트)｜을 만족하고,

｜HOMO (호스트)｜－｜HOMO (도펀트)｜＞ 0.15 eV을 만족하고,

호스트 재료의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 (T1 (호스트)) 및 전자 블록킹 층의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 (T1 (EBL))가,

T1 (호스트) - T1 (EBL) ＞ 0.1 eV을 만족하며,

호스트 재료 및 전자 블록킹 층 재료는 상이한 탄화수소 화합물이고, 각각의 상기 탄화수소 화합물은 비치환된 또는 알킬치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수개 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기들은 오직 단일 결합에 의해 서로 연결되고,

<화학식 1>

<화학식 2>

도 1은 노출 표면적의 일반적인 계산 방법을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 측면에 따른 유기 발광 소자의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 측면에 따른 유기 발광 소자의 단면도이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 측면에 따른 노출 표면적의 계산 방법을 상세하게 나타낸 개념도이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 측면에 따른 노출 표면적의 계산 방법을 그리드 근사법으로 나타낸 개념도이다.
도 6은 화합물 3 및 4의 용액 상태에서의 발광 스펙트럼을 나타낸다.

본 발명자들은 관련 기술과 상이한 접근법에 의해 연속 구동 내구성이 개선된 유기 청색 발광 소자의 개발을 시도했다. 보다 구체적으로, 본 발명자들은 여기 상태를 거친 열화 메커니즘을 상세히 설명하고, 여기 상태를 거친 열화에 강한 재료를 분자 구조의 관점에서 찾아내고, 유기 발광 소자의 열화를 야기하는 경로를 개선하는 최적의 소자 구성을 구축하고자 한다.

본 발명자들은, 여기 상태를 거친 열화 메커니즘을 상세히 설명하고, 여기 상태를 거친 열화에 강한 재료의 분자 구조상의 특징을 찾아내기 위해 하기에 기재된 검증 실험을 수행하였다.

검증 실험 및 검증 실험으로부터의 결과

(1) 검증 실험

(1-1) 검증 실험용 샘플의 제조

샘플 1의 제조

유리 기판 상에 양극으로서 기능하는 산화주석인듐 (ITO)을 스퍼터링법에 의해 130 ㎚의 막 두께로 성막했다. 생성된 기판을 투명 도전성 지지 기판으로서 사용했다. 기판을 아세톤 및 이소프로필 알콜 (IPA)로 순차적으로 초음파 세정하고, IPA로 비등 세정하고, 건조시키고, UV/오존 세정을 실시했다.

그리고 나서 기판 상에 화합물 S-1을 보트로부터 진공 증착에 의해 성막하여 유기물 단층을 50 ㎚의 두께로 형성했다.

또한, 150 ㎚의 두께를 갖는 알루미늄 막을 진공 증착에 의해 형성하여, 샘플 1을 제공했다.

얻은 샘플을 수분 흡착이 일어나지 않도록 이슬점 -70℃ 이하의 질소 분위기하에 보호용 유리판으로 덮고, 에폭시 계 접착제로 밀봉시켰다. 보호용 유리의 접착면 측 상에 리세스가 형성되었고, 수분 흡착용 시트 (유기 EL용 수분 게터 시트, 다이닉 코포레이션(Dynic Corporation)에 의해 제조됨)가 봉입되었음을 주목한다.

다른 샘플의 제조

청색 유기 발광 소자의 발광층 재료로서 사용될 수 있는 각각의 화합물 (40 종)을 화합물 S-1 대신 사용한 점을 제외하고는, 샘플 1에서와 같은 방식으로 다른 샘플을 제조했다.

(1-2-A) 검증 실험 A의 상세

샘플 1의 검증 실험 A

전극 사이의 전압을 0 V로 유지하면서, 즉 샘플 1은 통전되지 않은 상태로 샘플 1에 유리 기판 측으로부터 파장이 365 ㎚인 광을 5.4 W/㎠의 조사 강도로 조사했다. 유기물 층에 의한 조사광의 흡수로 여기 상태 (일중항 여기 상태 및 항간 교착에 의해 부분적으로 형성되는 삼중항 여기 상태가 포함됨)가 생성되었다. 시간 흐름에 따른 유기물 층의 광발광 강도의 변화를 측정했고, 여기 상태를 거친 열화 곡선을 수학식 1을 사용하여 적용한 경우 얻어진 τ를 여기 상태를 거친 화합물 S-1의 열화 시간으로 정의했다.

여기 상태를 거친 샘플 1의 열화 시간 τ는 210 시간이었다.

[수학식 1]

여기서,

L₀: 초기 광발광 강도;

L: 시간 t (시간)에서의 광발광 강도;

t: 시간 t (시간);

α: 여기 상태를 거친 열화 곡선의 형상 인자;

τ: 광발광 강도가 1/e에 도달한 때의 시간으로 정의된 수명.

다른 샘플의 검증 실험 A

샘플 1의 검증 실험 A에서와 같이 여기 상태를 거친 각각의 화합물 (40 종)의 열화 시간 τ를 결정했다. 본원에서, 조사 강도는 각 샘플의 유기물 층이 유닛 시간 당 흡수하는 광자의 수가 또 다른 샘플의 것과 대략 동일하도록 설정되었다. 전극 사이의 전압은 0 V로 유지되었다, 즉 각 샘플은 통전되지 않은 상태였다.

(1-2-B) 검증 실험 B의 상세

샘플 1의 검증 실험 B

검증 실험 A (1-2-A)에서와 같이, 샘플 1에 114 시간 동안 광 조사를 수행했다. 광발광 강도를 조사 전의 광발광 강도의 50%까지 줄였다. 조사 후에 샘플 1의 유기물 층에 함유된 유기물은 순상 LC-APPI-FTMS/DAD/FLD 시스템으로 확인했다. 애질런트(Agilent) 1100 (애질런트 테크놀로지즈(Agilent Technologies)에 의해 제조됨) 및 LTQ 오비트랩(Orbitrap) XL (서모 피셔 사이언티픽 인크.(Thermo Fisher Scientific Inc.)에 의해 제조됨)을 상기 시스템으로서 사용했다. 화합물 S-1 이외에 페닐 기가 화합물 S-1로부터 분리된 구조를 갖는 화합물 및 나프틸 기가 화합물 S-1로부터 분리된 구조를 갖는 화합물이 검출되었다. 검출된 각각의 화합물의 형성은 화합물 S-1의 안트라센 골격과 페닐 기 또는 나프틸 기 사이의 결합의 해리를 요한다. 또한, 화합물 S-1의 페닐 기 부가물, 화합물 S-1의 나프틸 기 부가물, 및 그의 이성질체가 검출되었다. 이들 검출된 화합물은 다른 재료와 결합 해리에 의해 분리된 페닐 기 및 나프틸 기의 재결합에 의해 형성된다. 상기 검출된 화합물이 광을 조사하지 않았던 샘플 1로부터는 검출되지 않았음을 주목한다.

다른 샘플의 검증 실험 B

샘플 1의 검증 실험 B에서와 같이, 광 조사 전 및 후에 다른 화합물 샘플의 유기물 층에 함유된 유기물을 확인했다. 샘플 1의 검증 실험 B와 유사하게, 결합 해리에 의해 형성된 다양한 분해물이 검출되었다.

(2) 검증 실험으로부터의 결과

본 발명자들은 섹션 (1)에 기재된 검증 실험 A 및 B를 통해 집중적인 연구를 수행했다. 그 연구로부터 얻은 결과를 섹션 (2-1) 내지 (2-3)에서 기재할 것이다.

(2-1) 여기 상태를 거친 열화에 강한 재료의 분자 구조상의 특징

먼저, 본 발명자들은 검증 실험 A를 통해 항목 (i) 및 (ii)에 기재된 현상을 주목했다. 즉, 여기 상태를 거친 재료의 열화 정도를 이들의 분자 구조에 의해 결정했다.

(i) 여기 상태를 거쳐 긴 열화 시간을 갖는 (여기 상태를 거친 열화에 강한) 재료는 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기는 오직 단일 결합에 의해 연결된다.

반대로, 예를 들어 아미노 기 및 헤테로고리를 함유한 재료는 여기 상태를 거친 열화 시간이 짧다 (여기 상태를 거친 열화에 덜 강하다).

(ii) 섹션 (2-1)에 기재된 탄화수소 화합물 중에서, 단일 결합 및 상기 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조가 오직 화학식 1 또는 2로 제시되는 경우,

<화학식 1>

<화학식 2>

(여기서, 화학식 1 및 2에 있는 굵은 선은 각각 단일 결합을 나타낸다), 상기 부분구조를 갖는 화합물은 여기 상태를 거친 열화에 강하다.

반대로, 또 다른 유형의 결합을 가진 화합물은 여기 상태를 거친 열화에 덜 강하다.

즉, 또 다른 유형의 결합을 가진 화합물의 예에는 단일 결합 및 및 상기 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 각각 포함한 부분구조를 갖는 화합물이 포함되고, 상기 부분구조는 화학식 3 내지 5로 제시된다. 또 다른 유형의 결합을 가진 화합물의 예에는 두 개의 단일 결합 및 상기 두 개의 단일 결합에 의해 연결된 세 개의 방향족 탄화수소 잔기를 각각 포함한 부분구조를 갖는 화합물이 또한 포함되고, 상기 부분구조는 화학식 6 내지 8로 제시된다.

(여기서, 화학식 3 내지 8에 있는 굵은 선은 각각 단일 결합을 나타낸다).

(2-2) 여기 상태를 거친 열화 메커니즘

본 발명자들은 여기 상태를 거친 재료의 열화 정도를 그들의 분자 구조에 의해 결정하는 현상 (2-1)에 기초하여 여기 상태를 거친 열화 메커니즘을 설명했다. 즉, 본 발명자들은 청색 발광층 재료로서 사용될 수 있는 화합물로 구성된 단막의 경우, 여기 상태를 거친 열화는 결합 절단에 의해 발생하는 라디칼 쌍의 일부가 재결합 없이 확산되고 잔류 라디칼이 발광을 소멸시킨다는 사실에 의해 야기된다고 생각했다.

하기에, 발명자들에게 구상이 떠오른 이유를 기재할 것이다.

검증 실험 B에서, 광 조사 후에 샘플로부터 단일 결합의 해리에 의해 형성된 다양한 분해물이 검출되었다. 이 결과는 여기 상태를 거친 열화가 주로 단일 결합의 해리에 의해 야기됨을 시사한다.

방향족 탄화수소의 C 원자와 방향족 탄화수소의 C 원자 사이의 단일 결합 (C-C 단일 결합)의 해리 에너지 및 방향족 탄화수소와 알킬 기 사이의 C-C 단일 결합의 해리 에너지는 각각 약 4 내지 약 5 eV이다. 한편, 예를 들어, 방향족 탄화수소의 C 원자와 아미노 기의 N 원자 사이의 단일 결합 (C-N 단일 결합)의 해리 에너지 및 헤테로고리와 방향족 탄화수소 사이의 C-N 단일 결합의 해리 에너지는 각각 약 3 내지 약 4 eV이다. C-N 단일 결합의 해리 에너지가 C-C 단일 결합의 해리 에너지 보다 낮다. 따라서, C-N 단일 결합이 여기 상태를 거쳐 더 쉽게 해리된다. 따라서, 여기 상태를 거친 열화에 강한 청색 발광층 재료가 섹션 (2-1)에 기재된 항목 (i)을 만족시키는 것이 중요하다. 각각 알킬 기로 임의로 치환된 방향족 탄화수소 잔기 사이의 C-C 단일 결합을 가진 청색 발광층 재료는, 이 재료가 최저 여기 일중항 상태 S1 및 최저 여기 삼중항 상태 T1로 바로 여기되는 경우 결합 해리로 덜 쉽게 진행될 것이다.

방향족 탄화수소 잔기 사이의 C-C 단일 결합을 가진 청색 발광층 재료의 경우, 단일 결합은 아마 C-C 단일 결합의 해리 에너지 보다 높은 에너지를 가진 고차 여기 상태로부터 절단된다. 발명자들은 상기 고 에너지 상태가 고차 여기 삼중항 상태 Tn인 것으로 추론한다.

최저 여기 일중항 상태 S1의 또 다른 분자로부터 최저 여기 삼중항 상태 T1의 분자로 에너지가 이동됨으로써, 고차 여기 삼중항 상태 Tn이 생성된다. 이 경우, 고차 여기 삼중항 상태 Tn의 에너지는 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지 및 최저 여기 일중항 상태 S1의 에너지의 합과 같다.

최저 여기 삼중항 상태 T1이 긴 여기 상태 수명 및 막 중의 고 밀도를 갖기 때문에, 상기 에너지 이동 과정이 비교적 높은 빈도로 일어나는 것으로 추론된다.

검증 실험에서 샘플의 청색 발광층에 사용될 수 있는 재료에서처럼, 최저 여기 일중항 상태 S1의 에너지가 약 3.0 eV 만큼 높은 경우, 에너지 이동에 의해 생성되는 고차 여기 삼중항 상태 Tn의 에너지는 C-C 단일 결합의 해리 에너지와 동일하거나 그보다 높을 가능성이 매우 높다. 따라서, 각각 알킬 기로 임의로 치환된 방향족 탄화수소 잔기 사이의 C-C 단일 결합을 가진 청색 발광층 재료의 경우, 상기 재료가 에너지 이동에 의해 생성되는 고차 여기 삼중항 상태 Tn에 있기 때문에 대부분의 C-C 단일 결합은 절단될 수 있다.

일반적으로, 결합 절단에 의해 형성되는 라디칼 쌍은, 재결합하여 단일 결합으로 되돌아오는 과정; 및 확산되어 자유 라디칼이 되는 과정인 두 과정에 따라 거동하는 것으로 알려져 있다. 상기 두 과정 중에서 어떤 과정이 지배적인지는 주로 두가지 요인에 의해 결정되는 것으로 알려져 있다. 첫 번째 요인으로서, 라디칼 쌍이 존재하는 환경 (증기상 또는 응축상)이 상기 거동에 영향을 미친다. 증기상의 경우, 라디칼 쌍은 다른 분자에 의해 덜 쉽게 영향을 받는다; 따라서 이들은 확산되어 자유 라디칼이 되기 쉽다. 응축상의 경우, 두 개의 라디칼 쌍은 다른 분자에 의해 둘러싸여 케이지에 갇힌 것과 같은 상태로 존재하게 된다. 이 상태에서, 라디칼 쌍의 확산은 둘러싸는 다른 분자에 의해 억제된다. 따라서, 라디칼 쌍이 재결합하고 단일 결합으로 되돌아오는 과정이 지배적이게 된다. 실제로, 고 점도 용매의 경우, 이 효과가 증가하는 것으로 알려져 있다. 이러한 현상을 케이지 효과라고 지칭한다. 두 번째 요인으로서, 입체 장애가 라디칼 쌍의 재결합에 영향을 미친다. 라디칼 쌍의 재결합은 라디칼 쌍의 반응 부위의 충돌에 의해 야기된다. 부피가 큰 원자 또는 치환기가 두 라디칼의 반응 부위 근처에 존재하는 경우, 부피가 큰 원자 또는 치환기는 두 라디칼이 서로 접근하는 것을 방해한다. 따라서, 재결합이 덜 쉽게 진행된다. 본원에서, 라디칼 전위가 실질적으로 무시할 정도인 경우, 두 라디칼의 반응 부위는 결합의 절단 이전에 결합에 의해 결합된 두 원자이다. 또한, 확산 전의 라디칼 쌍의 분자 구조가 결합 절단 전의 분자 구조와 상당히 다르지 않은 것으로 추론된다. 따라서, 라디칼 쌍의 재결합은 결합 절단 전의 결합 주위의 입체 장애 정도 (벌키성(bulkiness))에 의해 영향을 받는다. 응용예로서, 실제로 중합체로 이루어진 피막 분야에서는, 광중합 개시제로서 자유 라디칼을 효율적으로 생성하기 위해 라디칼의 재결합을 막는 고도의 입체 장애를 갖는 분자 구조를 가진 재료를 사용했다.

검증 실험의 샘플 및 유기 전자발광식 (EL) 소자의 경우, 이들의 막 상태 때문에 리디칼 쌍은 다른 분자에 의해 둘러싸여 훨씬 덜 쉽게 확산된다. 따라서, 라디칼 쌍이 쉽게 재결합하여 단일 결합으로 되돌아오는 것으로 여겨진다. 즉, 라디칼 쌍은 특별히 강한 케이지 효과가 마련된 환경에 존재하게 된다. 이 경우, 발명자들은 결합 절단에 의해 생성되는 라디칼이 재결합하는지, 또는 확산되어 자유 라디칼이 되는지 (즉, 포착제가 생성되어 재료를 분해하는지)의 여부가, 단일 결합 주위의 입체 장애 정도 (벌키성)인 두 번째 요인에 지배적으로 좌우되는 것으로 생각했다.

섹션 (2-1) "여기 상태를 거친 열화에 강한 재료의 분자 구조상의 특징"의 항목 (ii)에 기재된 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합을 포함하는 부분구조와 관련해서, 화학식 1 및 2로 제시되는 각각의 부분구조는 일반적으로 화학식 3 내지 8과 비교해서, 단일 결합 주위의 입체 장애 정도가 낮다. 이는 상기 추론에서와 같이, 여기 상태를 거친 열화 정도는, 섹션 (2-1)의 항목 (i)에 기재된 탄화수소 화합물의 경우, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합 주위의 벌키성 (입체 장애 정도)에 의해 결정됨을 보여 준다. 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합은 대부분 고차 여기 삼중항 상태 Tn에서 절단된다. 이 경우, 여기 상태를 거친 열화 정도는 생성되는 라디칼 쌍이 효율적으로 재결합하고 단일 결합으로 되돌아오는 정도(라디칼 생성이 억제되는 정도)에 의해 결정되는 것으로 여겨진다. 또한, 방향족 탄화수소 잔기를 알킬 기와 연결하는 C-C 단일 결합의 유무와 여기 상태를 거친 열화 정도 사이에는 일정한 관계가 전혀 없다. 이것은 아마도 방향족 탄화수소 잔기와 알킬 기 사이의 C-C 단일 결합이 또한 고차 여기 삼중항 상태 Tn에서 절단되더라도 재결합의 정도가 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 경우와 비교해서 높기 때문이다.

헤테로고리 함유 재료의 경우, 헤테로원자가 활성 부위로 기능하여 열화 반응을 가능하게 하기 때문에 헤테로원자에 인접한 C 원자는 방향족 탄화수소 기 등으로 치환될 필요가 있다. 이 경우, 헤테로고리 내의 헤테로원자에 인접한 C 원자와 방향족 탄화수소 기 사이의 C-C 단일 결합은 이면각이 0°에 가깝다. 따라서, 입체 장애 정도가 크기 쉽다. 헤테로고리 함유 재료는 방향족 고리 사이의 모든 단일 결합이 C-C 단일 결합인 경우에도 검증 실험에서 여기 상태를 거친 열화에 덜 강했다. 이것은 아마도 입체 장애가 재결합을 방해하기 때문이다.

(2-3) 여기 상태를 거친 열화와 노출 표면적의 관계

본 발명자들은 여기 상태를 거친 열화 정도가 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합 주위의 입체 장애 정도에 의해 결정된다는 결과를 상세하게 분석했다. 즉, 발명자들은 C-C 단일 결합 주위의 입체 장애 정도를 노출 표면적을 계산하여 수치화하고 노출 표면적과 여기 상태를 거친 열화 시간 사이의 관계를 찾아내고자 시도했다.

노출 표면적은 통상적으로 원자 또는 분자에 연결된 프로브 구가 분자의 표면을 따라 구를 때, 프로브 구의 중심 위치, 즉 접근가능한 표면적을 도시함으로써 정의되는 표면의 면적을 나타낸다. 도 1은 노출 표면적을 나타낸 개념도이다. 상기 도면에서, S는 노출 표면적을 나타내고, ML은 반 데르 발스(Van der Waals) 반경을 고려한 분자를 나타내고, PB는 프로브 구를 나타낸다. 간단함을 위해서, 도 1은 2차원으로 예시되었다. 그러나, 실제로 접근가능한 표면적은 3차원 개념이다.

본 발명의 측면에 따라, 특정 영역, 즉 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합 중심 주위의 노출 표면적을 계산함으로써, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합 주위 분자의 벌키성 (입체 장애 정도)를 평가했다. 이것은 단일 결합 주위의 노출 부분 (노출 표면적)이 벌키성에 따라 달라지기 때문이다. 구체적으로, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합으로부터 0.3 Å에 위치한 원자를 선택했다. 프로브 구의 반경을 1.7 Å로 설정했다. 이들 원자의 노출 표면적의 합을 계산했다. 분자의 구조와 관련해서, 분자 궤도 계산에 의해 결정된 최저 여기 삼중항 상태 T1의 안정된 구조를 이용했다. 이것은 결합 절단, 라디칼 쌍의 생성, 및 그의 재결합이 매우 빠르게 일어나고 최저 여기 삼중항 상태 T1의 안정된 구조가 유지될 가능성이 매우 높을 것으로 여겨지기 때문이다.

이러한 방식으로, 각각의 탄화수소 화합물의 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적을 계산했다. 그리고 나서, 발명자들은 섹션 (1-2-A)에 기재된 검증 실험 A에 의해 결정된 여기 상태를 거친 열화 시간 τ 및 노출 표면적 사이의 관계에 관한 연구를 수행했다. 그 결과 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적의 최소치 (얻은 모든 단일 결합의 노출 표면적 중의 최소치)가 여기 상태를 거친 열화 시간 τ의 대수와 매우 상당한 상관관계를 나타냄을 보여주었다. 이는 복수의 C-C 단일 결합을 가진 재료에 있어서, 그의 결합 절단에 의해 생성되는 라디칼 쌍의 재결합이 가장 덜 쉽게 일어나는 C-C 단일 결합 (가장 큰 입체 장애 정도를 가진 C-C 단일 결합)이 여기 상태를 거진 열화 정도를 지배하는 인자인 것으로 여겨짐을 나타낸다.

가장 큰 입체 장애 정도를 가진 C-C 단일 결합은 C-C 단일 결합의 노출 표면적 최소치를 가진 C-C 단일 결합이다.

방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적의 상한치는 약 140이다. 이는 아마도 최고의 노출 표면적을 가진 p-비페닐의 노출 표면적 및 이면각 사이의 관계를 확인함으로써 결정된다. 또한, 알킬 기와 방향족 탄화수소 잔기 사이의 C-C 단일 결합의 노출 표면적이 약 200 이상인 것으로 밝혀졌다. 알킬 기와 방향족 탄화수소 잔기 사이의 C-C 단일 결합으로부터 생성된 라디칼 쌍은, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합과 비교해서 훨씬 더 쉽게 재결합한다. 이는 섹션 (2-2)에 기재된 추론의 결과와 동일한 결과이다.

전술한 바와 같이, 발명자들은 먼저 일련의 실험에 근거하여 여기 상태를 거친 열화 메커니즘을 설명했다. 그 결과 우리는 여기 상태를 거친 열화에 강한 재료의 분자 구조를 설계할 수 있게 되었다.

발명자들은 집중적인 연구를 더 수행하여 본 발명의 작동 메커니즘을 창안했다. 즉, 발명자들은 유기 발광 소자의 열화를 방지하는 최적의 소자 구조를 발명했다.

발명의 작동 메커니즘

본 발명의 측면에 따라, 하기 기재된 모든 요건 (1) 내지 (4)를 충족시킴으로써 상기 요건들이 서로 기능적으로 관련되어 있다. 이는 여기 상태를 거친 열화를 최대한 억제하고 긴 연속 구동 수명을 가진 유기 발광 소자를 제공할 수 있게 한다.

(1) 본 발명의 측면에 따라, 유기 발광 소자는 양극 및 음극을 가진 한 쌍의 전극, 한 쌍의 전극 사이에 배치된 발광층, 및 발광층에 인접한 정공 블록킹 층을 포함하되, 상기 발광층은 호스트 재료 및 전자 트랩성을 갖는 도펀트 재료를 함유한다.

(2) 본 발명의 측면에 따라, 정공 블록킹 층의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지는 호스트 재료의 것보다 0.1 eV 낮은 에너지로 설정한다.

(3) 본 발명의 측면에 따라, 호스트 재료 및 정공 블록킹 층 재료는 탄화수소 화합물이고, 각각의 탄화수소 화합물은 비치환된 또는 알킬치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기는 오직 단일 결합에 의해 연결되어 있다. 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 상기 기재한 화학식 1 또는 2로만 제시된다.

(4) 본 발명의 측면에 따른 도펀트 재료는 청색 형광 도펀트 재료이다.

본 발명의 측면에 따른 요건 (1)에서, "전자 트랩성을 갖는 도펀트"란 용어는 전자를 효율적으로 트랩하지만 발광층에 있는 정공을 트랩하지 않는 도펀트를 나타낸다. 그래서, 전자 트랩성을 갖는 도펀트 재료는 발광층 중의 정공 및 전자가 재결합하는 영역을 음극 근처의 발광층 부분으로 이동하게 하는 효과를 갖는다. 전술한 바와 같이 재결합 영역이 발광층의 음극 측으로 이동하는 경우, 발광층에 인접하고 음극 근처에 위치한 층으로 정공이 누출될 가능성을 없앨 필요가 있다. 발광층으로부터 음극에 인접한 층으로의 정공 누출을 막고 양 전극으로부터 주입된 정공 및 전자의 재결합 영역을 발광층 내에 위치하게 하기 위해, 발광층에 인접하고 음극 근처에 있는 층은 정공 블록킹 층으로서 기능한다.

발광층에서, 정공 및 전자의 발광층 중의 재결합은 여기 상태 (일중항 상태 및 삼중항 상태)를 생성한다. 여기 상태의 생성 후 에너지 이동은 유기물 층에 함유된 재료의 고차 여기 삼중항 상태 Tn을 제공하고, 결합 절단 및 라디칼 쌍의 재결합을 반복하여 유기물 층에 함유된 재료의 열화를 야기하는 것으로 여겨진다. 요건 (1)에서, 여기 상태를 거친 열화를 겪은 유기물 층에 함유된 재료로서, 두 가지 주요 재료를 예시한다. 첫 번째는 정공 및 전자가 재결합한 발광층에 함유된 재료, 특히 호스트 재료의 비율이 높은 발광층에 함유된 호스트 재료이다. 두 번째는, 요건 (2)를 충족시킨다면, 정공 블록킹 층이 정공 및 전자가 재결합하는 영역 근처에 위치한, 발광층에 인접한 정공 블록킹 층에 함유된 재료이다. 요건 (1)에서, 정공 및 전자가 재결합하는 영역은 음극 근처의 발광층 부분에 위치한다. 따라서, 에너지 이동으로 인한 고차 여기 삼중항 상태 Tn이 발광층에 인접하고 양극 근처의 층에서 덜 쉽게 생성되어, 이로써 여기 상태를 거친 열화 정도가 감소한다.

요건 (2)와 관련해서, 요건 (1)을 충족시킨 경우, 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 발광층에 함유된 호스트 재료로부터 정공 블록킹 층으로 확실하게 이동된다. 이는 발광층에 함유된 호스트 재료의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 밀도의 감소를 가능하게 하여, 발광층에 함유된 호스트 재료가 고차 여기 삼중항 상태 Tn으로 여기되어 결합 절단을 겪는 비율을 감소시킨다. 요건 (2)를 충족시키지 않는 경우, 즉 정공 블록킹 층의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지가 호스트 재료의 것보다 높은 경우, 최저 여기 삼중항 상태의 에너지는 발광층에 함유된 호스트 재료로부터 정공 블록킹 층으로 이동되지 않아, 발광층에 함유된 호스트 재료의 여기 상태를 거친 열화 정도를 증가시킨다. 또한, 유기 박막의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 어느 정도 변하는 것으로 여겨진다. 그래서, 발광층에 인접한 층의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지가 발광층에 함유된 호스트 재료의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지보다 단지 낮다는 사실은 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지를 발광층에 함유된 호스트 재료로부터 발광층에 인접한 층으로 확실하게 이동시키기에 불충분하다. 따라서, 요건 (2)에 기재된 바와 같이, 정공 블록킹 층의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지는 발광층에 함유된 호스트 재료의 것보다 0.1 eV 낮은 에너지이다.

요건 (3)의 충족은 발광층에 함유된 호스트 재료 및 정공 블록킹 층에 함유된 재료가 여기 상태를 거친 열화에 더 강하게 할 수 있다. 요건 (1) 및 (2)의 충족은 최저 여기 삼중항 상태 T1을 발광층에 함유된 호스트 재료 및 발광층에 인접한 정공 블록킹 층으로 분산시킬 수 있게 한다. 그러나, 요건 (3)을 충족시키지 않으면, 결합 절단에 의해 생성되는 라디칼 쌍은 덜 쉽게 재결합하여, 발광층에 함유된 호스트 재료 및 정공 블록킹 층에 함유된 재료의 여기 상태를 거친 열화 정도가 증가하는데, 이는 역효과가 된다.

요건 (4)의 충족은, 요건 (1) 내지 (3)을 충족시킴으로써 얻어지는 여기 상태를 거친 열화를 억제하는 효과를 특히 증가시킨다. 고차 여기 상태 에너지는 결합 절단을 더 쉽게 야기하고, 이로써 여기 상태를 거친 열화 정도를 증가시키는 것으로 추론된다. 청색 발광 도펀트 재료가 사용되는 경우, 최저 여기 일중항 상태 S1의 에너지는 높고, 에너지 이동에 의해 생성되는 고차 여기 삼중항 상태 Tn의 에너지 또한 높다. 그래서, 특히 여기 상태를 거친 열화가 문제가 된다. 본 발명의 측면에 따라, 여기 상태를 거친 열화를 억제한다. 따라서, 특히 청색 발광 도펀트 재료를 함유한 발광층을 포함하는 소자의 경우, 본 발명이 효과적이다. 발광 도펀트와 관련해서, 인광 도펀트의 경우, 최저 여기 삼중항 상태 T1의 수명이 짧다. 이렇게 하여 발광층에 함유된 호스트 재료의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지가 인광 도펀트로 신속하게 이동하는 것으로 추론된다. 그래서, 발광 도펀트 재료가 인광 도펀트인 경우, 본 발명이 주로 발광층에 함유된 호스트 재료의 여기 상태를 거친 열화를 억제하기 때문에, 본 발명은 덜 효과적일 수 있다. 한편, 청색 형광 도펀트 재료를 함유한 발광층을 포함하는 소자의 경우, 본 발명이 특히 효과적이다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 측면에 따라, 모든 요건 (1) 내지 (4)의 충족은 여기 상태를 거친 열화를 최대로 억제할 수 있다.

본 발명의 측면에 따라, 전술한 바와 같이, 청색 형광 도펀트 재료의 도입은 발광층 중에 정공 및 전자가 재결합하는 영역을 한 측으로 이동하게 한다. 또한, 본 발명의 측면에 따라, 최저 여기 삼중항 상태 T1에 관한 요건을 발광층에 인접하고 재결합 영역 근처에 위치한 층 및 호스트 재료에 도입한다. 여기 상태를 거친 열화에 강한 분자 구조에 관한 요건을 청색 형광 도펀트에 도입한다. 그래서, 여기 상태를 거친 열화를 야기하는 요인인 최저 여기 삼중항 상태는 효과적이고 확실하게 분산된다. 또한, 사용되는 재료는 여기 상태를 거친 열화에 강하다. 이는 전체적으로 여기 상태를 거친 열화를 최대한 억제할 수 있게 한다. 본원에서, 최저 여기 삼중항 상태를, 호스트 재료 및 음극 근처에 위치하고 발광층에 인접한 층 대신, 호스트 재료 및 양극 근처에 위치하고 발광층에 인접한 층에서 효과적이고 확실하게 분산시키더라도, 여기 상태를 거친 열화를 또한 최대한 억제할 수 있다.

그래서, 본 발명의 측면에 따라, 요건 (1) 내지 (3) 대신에, 하기 기재된 모든 요건 (1a) 내지 (3a) 및 전술한 요건 (4)을 충족시킴으로써, 상기 요건들이 서로 기능적으로 관련되어 있다. 이는 여기 상태를 거친 열화를 최대한 억제하고 긴 연속 구동 수명을 가진 유기 발광 소자를 제공할 수 있게 한다.

(1a) 본 발명의 측면에 따라, 유기 발광 소자는 양극 및 음극을 가진 한 쌍의 전극, 한 쌍의 전극 사이에 배치된 발광층, 및 발광층에 인접한 전자 블록킹 층을 포함하되, 상기 발광층은 호스트 재료 및 정공 트랩성을 갖는 도펀트 재료를 함유한다.

(2a) 본 발명의 측면에 따라, 전자 블록킹 층의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지는 호스트 재료의 것보다 0.1 eV 낮은 에너지로 설정한다.

(3a) 본 발명의 측면에 따라, 호스트 재료 및 전자 블록킹 층 재료는 탄화수소 화합물이고, 각각의 탄화수소 화합물은 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기는 오직 단일 결합에 의해 연결되어 있다. 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 상기 기재한 화학식 1 또는 2로 제시된다.

본 발명의 측면에 따른 요건 (1a)에서, "정공 트랩성을 갖는 도펀트"란 용어는 정공을 효율적으로 트랩하지만 발광층에 있는 전자를 트랩하지 않는 도펀트를 나타낸다. 정공 트랩성을 갖는 도펀트는 발광층 중의 정공 및 전자가 재결합하는 영역을 양극 근처의 발광층 부분으로 이동하게 하는 효과를 갖는다. 전술한 바와 같이 재결합 영역이 발광층의 양극 측으로 이동하는 경우, 발광층에 인접하고 양극 근처에 위치한 층으로 전자가 누출될 가능성을 없앨 필요가 있다. 발광층으로부터 양극에 인접한 층으로의 전자 누출을 막고 양 전극으로부터 주입된 정공 및 전자의 재결합 영역을 발광층 내에 위치하게 하기 위해, 발광층에 인접하고 양극 근처에 있는 층은 전자 블록킹 층으로서 기능하게 된다. 요건 (1a)에서, 여기 상태를 거친 열화를 겪은 유기물 층에 함유된 재료는, 요건 (2a)을 충족시킨다면 호스트 재료 및 발광층에 인접한 전자 블록킹 층에 함유된 재료가 되고, 상기 전자 블록킹 층은 정공 및 전자가 재결합하는 영역 근처에 위치한다. 요건 (1a)에서, 정공 및 전자가 재결합하는 영역은 양극 근처의 발광층 부분에 위치하여, 이로써 발광층에 인접하고 음극 근처에 위치한 층의 여기 상태를 거친 열화 정도를 감소시킨다.

요건 (2a)와 관련해서, 요건 (1a)을 충족시킨 경우, 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 요건 (2)에서와 같은 이유로, 발광층에 함유된 호스트 재료로부터 전자 블록킹 층으로 확실하게 이동된다.

요건 (3a)의 충족은 발광층에 함유된 호스트 재료 및 전자 블록킹 층에 함유된 재료가 여기 상태를 거친 열화에 더 강하게 할 수 있다. 요건 (1a) 및 (2a)의 충족은 최저 여기 삼중항 상태 T1을 발광층에 함유된 호스트 재료 및 발광층에 인접한 전자 블록킹 층으로 분산시킬 수 있게 한다. 그러나, 요건 (3a)을 충족시키지 않으면, 발광층에 함유된 호스트 재료 및 전자 블록킹 층에 함유된 재료의 여기 상태를 거친 열화 정도가 증가하는데, 이는 역효과가 된다.

본 발명의 측면에 따라, 전술한 요건 (1) 내지 (4) 이외에 요건 (5)의 충족은 여기 상태를 거친 열화를 더 억제하고 유기 발광 소자의 성능을 더 개선시킬 수 있게 한다.

(5) 발광층에 함유된 호스트 재료 및 정공 블록킹 층에 함유된 재료 각각의 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 초과이다.

또한, 본 발명의 측면에 따라, 전술한 요건 (1a) 내지 (3a) 및 (4) 이외에 요건 (5a)의 충족은 여기 상태를 거친 열화를 더 억제하고 유기 발광 소자의 성능을 더 개선시킬 수 있게 한다.

(5a) 발광층에 함유된 호스트 재료 및 전자 블록킹 층에 함유된 재료 각각의 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 초과이다.

본 발명의 측면에 따라, 청색 형광 도펀트 재료에 플루오란텐 골격을 부분구조로서 포함하는 재료를 사용한 경우, 전자 트랩성을 갖는 청색 발광 도펀트 재료가 효과적이고 용이하게 제공된다. 이는 부분구조로서의 플루오란텐 골격의 존재가 일반적으로, 6원 융합된 다환 방향족 탄화수소 골격과 비교해서 최저 비점유 분자 궤도 (LUMO)의 낮은 에너지를 생성하기 때문이다. 본 발명의 측면에 따라, 청색 형광 도펀트 재료의 부분구조에 함유된 플루오란텐 골격의 수가 많을수록 LUMO 에너지가 더 낮아질 수 있다.

또한, 본 발명의 측면에 따른 청색 형광 도펀트 재료는 그 분자 내에 헤테로고리와 방향족 탄화수소 잔기 사이의 C-N 단일 결합 또는 아미노 기를 함유하지 않는 탄화수소 화합물일 수 있다. 청색 형광 도펀트 재료는 호스트 재료와 비교해서 광여기로 인한 열화에 둔감한 것으로 여겨진다. 청색 형광 도펀트 재료가 C-N 단일 결합을 함유한 경우, 결합 절단은 오직 최저 여기 단일항 상태 S1로의 여기에 의해서만 야기될 수 있다. 그러나, 정공 트랩성을 갖는 청색 형광 도펀트 재료의 부분구조로의 아릴아미노 기의 도입이 정공만을 효과적으로 트랩하는 청색 발광층의 형성을 가능하게 한다는 사실을 고려할 필요가 있다.

본 발명의 측면에 따라, 발광층에 함유된 호스트 재료는 2.5 eV 이하의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지를 가질 수 있다. 이는 최저 여기 삼중항 상태 T1의 수명을 최소화하여 고차 여기 삼중항 상태 Tn의 생성을 최소화하기 때문이다. 본 발명의 측면에 따른 발광 소자는 청색 형광 도펀트 재료를 함유하고 고차 여기 삼중항 상태 Tn의 에너지를 최소화하여 C-C 단일 결합의 절단을 최소화하는 효과를 갖는다.

본 발명의 측면에 따라, 발광층에 인접한 층의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지를 발광층에 함유된 호스트 재료의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지보다 0.1 eV 낮은 에너지로 설정하기 위해 재료를 설계하는데 다음의 생각을 이용할 수 있다.

즉, 발광층에 인접한 층 및 발광층 내의 호스트 재료가, 발광층에 인접한 층의 HOMO 및 LUMO 분포가 발광층에 함유된 호스트 재료의 HOMO 및 LUMO 분포와 같은 동일한 방향족 탄화수소 골격을 함유하지 않는 방식으로 분자 설계를 수행할 수 있다.

이러한 이유는 다음과 같다: 분자 궤도 계산에 따르면, 일반적으로 분자의 HOMO 및 LUMO 분포가 크게 변하지 않는다면, 분자의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지 레벨은 최저 여기 일중항 상태 S1의 에너지 레벨에 따라 변한다. 그래서, 두 종류의 분자 사이에서 HOMO 및 LUMO 분포가 크게 다르지 않은 경우, 최저 여기 일중항 상태 S1의 에너지 레벨 뿐만 아니라 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지 레벨도 그들 사이에서 좀처럼 달라지지 않는 경향이 있다.

본 발명의 측면에 따른 청색 형광 도펀트 재료의 농도는 트랩 메커니즘 및 호스트 재료로부터 청색 형광 도펀트 재료로의 에너지 이동을 고려하여, 호스트 재료 및 청색 형광 도펀트 재료의 총 중량에 대해 바람직하게는 0.1 중량% 내지 35 중량%, 더욱 바람직하게는 1 중량% 내지 15 중량%의 범위이다.

본 발명의 측면에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 발광층에 함유된 호스트 재료의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지가 발광층에 인접한 양 층으로 이동되는 경우, 열화가 더 억제될 수 있다.

이를 위해, 상기 기재된 요건 (1) 내지 (4) 이외에 요건 (6) 및 (7)을 충족시킬 필요가 있다. 대안적으로는, 상기 기재된 요건 (1a) 내지 (3a) 및 (4) 이외에 요건 (6a) 및 (7a)을 충족시킬 필요가 있다.

(6) 발광층에 인접하고 양극 근처에 위치한 층의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지는 호스트 재료의 것보다 0.1 eV 낮은 에너지로 설정한다.

(7) 발광층에 인접하고 양극 근처에 위치한 층의 재료는, 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다. 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 상기 기재한 화학식 1 또는 2로 제시된다.

(6a) 발광층에 인접하고 음극 근처에 위치한 층의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지는 호스트 재료의 것보다 0.1 eV 낮은 에너지로 설정한다.

(7a) 발광층에 인접하고 음극 근처에 위치한 층의 재료는, 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다. 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 상기 기재한 화학식 1 또는 2로 제시된다.

본 발명의 측면에 따른 유기 발광 소자가 전술한 요건 (1) 내지 (7)을 충족시키고 추가로 요건 (8)도 충족시킨 경우, 열화가 더욱 더 억제된다.

(8) 발광층에 인접하고 양극 근처에 위치한 층의 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 초과이다.

대안적으로, 본 발명의 측면에 따른 유기 발광 소자가 요건 (1a) 내지 (3a), (4), 및 (5a) 내지 (7a)을 충족시키고 추가로 요건 (8a)도 충족시킨 경우, 열화가 더욱 더 억제된다.

(8a) 발광층에 인접하고 음극 근처에 위치한 층의 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 초과이다.

본 발명의 측면에 따른 청색 발광의 색은 xy 색도 좌표 상에서 켈리(Kelly)에 의해 정의된 블루, 퍼플리쉬 블루, 그리니쉬 블루, 블루이쉬 퍼플, 및 블루 그린의 범위이다 (문헌[Kelly K.L., Color Designations for Lights, J. Opt. Soc. AM. 33, 627-632(1943)]).

본 발명의 측면에서, 도펀트 재료의 발광 스펙트럼은, 하기 기재된 바와 같이, 농도 약 1 × 10^-5 mol/ℓ의 용액 형태로 샘플의 광발광을 측정함으로써 결정된다.

본 발명의 측면에서, 청색 형광 도펀트 재료의 전자 트랩성은 다음의 식을 만족시킴으로써 얻어진다:

｜LUMO (도펀트)｜－｜LUMO (호스트)｜＞ 0.15 eV, 및

｜HOMO (호스트)｜＜｜HOMO (도펀트)｜

여기서, LUMO (도펀트)는 청색 형광 도펀트 재료의 최저 비점유 분자 궤도의 에너지를 나타내고, LUMO (호스트)는 발광층에 함유된 호스트 재료의 최저 비점유 분자 궤도의 에너지를 나타내고, HOMO (호스트)는 호스트 재료의 최고 점유 분자 궤도의 에너지를 나타내고, HOMO (도펀트)는 청색 형광 도펀트 재료의 HOMO의 에너지를 나타낸다. 요건들을 충족시킨 경우, 발광층 중의 청색 형광 도펀트 재료는 전자를 효과적으로 트랩하고 정공을 트랩하지 못한다. 즉, 오직 잔자만을 트랩하는 발광층을 생성할 수 있다.

본 발명의 측면에서, 발광층에 인접한 정공 블록킹 층은 다음의 식을 만족한다:

｜HOMO (호스트)｜＜｜HOMO (HBL)｜

여기서, HOMO (호스트)는 발광층 중의 호스트 재료의 최고 점유 분자 궤도의 에너지를 나타내고, HOMO (HBL)는 정공 블록킹 층의 최고 점유 분자 궤도의 에너지를 나타낸다.

본 발명의 측면에서, 청색 형광 도펀트 재료의 정공 트랩성은 다음의 식을 만족시킴으로써 얻어진다:

｜LUMO (호스트)｜＞｜LUMO (도펀트)｜, 및

｜HOMO (호스트)｜－｜HOMO (도펀트)｜＞ 0.15 eV

요건들을 충족시킨 경우, 발광층 중의 청색 형광 도펀트 재료는 정공을 효과적으로 트랩하고 전자를 트랩하지 못한다. 즉, 오직 정공만을 트랩하는 발광층을 생성할 수 있다.

본 발명의 측면에서, 발광층에 인접한 전자 블록킹 층은 다음의 식을 만족한다:

｜LUMO (호스트)｜＞｜LUMO (EBL)｜

여기서, LUMO (호스트)는 발광층에 함유된 호스트 재료의 최저 비점유 분자 궤도의 에너지를 나타내고, LUMO (EBL)는 전자 블록킹 층의 최저 비점유 분자 궤도의 에너지를 나타낸다.

본 발명의 측면에 따라 호스트 재료, 정공 블록킹 재료, 및 전자 블록킹 재료에 부착될 수 있는 알킬 기의 예에는, 메틸 기, 메틸-d₁ 기, 메틸-d₃ 기, 에틸 기, 에틸-d₅ 기, n-프로필 기, n-부틸 기, n-펜틸 기, n-헥실 기, n-헵틸 기, n-옥틸 기, n-데실 기, 이소프로필 기, 이소프로필-d₇ 기, 이소부틸 기, sec-부틸 기, tert-부틸 기, tert-부틸-d₉ 기, 이소펜틸 기, 네오펜틸 기, 및 tert-옥틸 기가 포함되지만 이들로 한정되지 않는다.

본 발명의 측면에 따라 호스트 재료, 정공 블록킹 재료, 및 전자 블록킹 재료에서 사용될 수 있는 방향족 탄화수소 잔기의 예에는, 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 트리페닐렌, 페난트렌, 피렌, 디벤조[f,j]피센, 크리센, 벤조[e]피렌, 벤조[g]크리센, 벤조[c]페난트렌, 디벤조[fgop]안트라센, 디벤조[a,c]안트라센, 피센, 디벤조[g,p]크리센, 디벤조[hi,uv]헥사센, 벤조[a]안트라센, 벤조[ghi]페릴렌, 벤조[c]크리센, 트리벤조[a,c,h]안트라센, 나프토[2,3-h]펜타펜, 벤조[b]크리센, 디벤조[a,h]안트라센, 디벤조[c,g]크리센, 디벤조[a,i]안트라센, 디벤조[c,g]페난트렌, 디벤조[ij, no]테트라펜, 벤조[s]피센, 9,9-디메틸-9H-플루오렌, 13,13-디메틸-13H-디벤조[a,g]플루오렌, 7,7-디메틸-7H-디벤조[b,g]플루오렌, 7,7-디메틸-7H-디벤조[c,g]플루오렌, 플루오란텐, 벤조[k]플루오란텐, 벤조[e]아세페난트릴렌, 및 나프토[2,3-e]페난트릴렌이 포함되지만 이들로 한정되지 않는다.

본 발명의 측면에 따른 부분구조의 예에는, 화학식 1 및 2로 제시되는 부분구조가, 상기 화학식에 있는 특정 H 원자가 치환되지 않은 경우, 알킬 기 및 방향족 고리로 치환된 부분구조; 화학식 1 및 2로 제시되는 부분구조가 고리에 융합된 부분구조; 및 방향족 고리의 치환에 의해 형성된 새로운 단일 결합 및 방향족 고리와 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함하는 부분구조가 오직 화학식 1 또는 2로 제시되는 경우, 상기 고리 융합된 부분구조가 알킬 기 및 방향족 고리로 치환된 부분구조가 포함된다.

본 발명의 측면에 따라, 호스트 재료, 정공 블록킹 재료, 및 전자 블록킹 재료에 함유된 부분구조는 화학식 1 또는 2로 제시된다. 화학식 1 또는 2에서, 알킬 기 또는 방향족 고리는 특정 H 원자를 제외한 H 원자에 대해 치환될 수 있다. 화학식 1 또는 2에서, 고리는 특정 H 원자가 부착된 위치를 제외하고는 어느 위치에서도 융합될 수 있다. 또한, 고리 융합된 부분구조는 알킬 기 또는 방향족 고리로 더 치환될 수도 있다. 그러나, 방향족 고리의 치환에 의해 형성된 새로운 단일 결합 및 방향족 고리와 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함하는 부분구조는 오직 화학식 1 또는 2로 제시된다.

본 발명의 측면에 따라, 화학식 1의 단일 결합 함유 부분구조의 비제한적인 예는 하기 구조식으로 제시된다.

본 발명의 측면에 따라, 화학식 2의 단일 결합 함유 부분구조의 비제한적인 예는 하기 구조식으로 제시된다.

따라서, 본 발명의 측면에 따라, 발광층의 호스트 재료, 및 발광층에 인접하고 발광층의 호스트 재료의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지가 이동되는 층 (정공 블록킹 층 또는 전자 블록킹 층)의 재료는 하기 기재된 바와 같은 분자적 특성을 갖는다.

즉, 각각의 재료는 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다.

또한, 각각의 재료는 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함하는 부분구조가 화학식 3 내지 5로 제시되지 않는 재료이다. 대안적으로, 각각의 재료는 두 개의 단일 결합 및 두 개의 단일 결합에 의해 연결된 세 개의 방향족 탄화수소 잔기를 포함하는 부분구조가 화학식 6 내지 8로 제시되지 않는 재료이다.

본원에서, 본 발명의 측면에 포함되지 않는 부분구조의 예에는, 화학식 3 내지 8로 제시되는 부분구조가, 상기 화학식에 있는 특정 H 원자가 치환되지 않은 경우, 알킬 기 및 방향족 고리로 치환된 부분구조; 화학식 3 내지 8로 제시되는 부분구조가 고리에 융합된 부분구조; 및 고리 융합된 부분구조가 알킬 기 및 방향족 고리로 치환된 부분구조가 포함된다.

본원에서, 본 발명의 측면에 포함되지 않는 부분구조는 화학식 3 내지 8로 제시되는 부분구조이다. 화학식 3 내지 8에서, 알킬 기 또는 방향족 고리는 특정 H 원자를 제외한 H 원자에 대해 치환될 수 있다. 화학식 3 내지 8에서, 고리는 특정 H 원자가 부착된 위치를 제외하고는 어느 위치에서도 융합될 수 있다. 또한, 고리 융합된 부분구조는 알킬 기 또는 방향족 고리로 더 치환될 수도 있다.

본 발명의 측면에 포함되지 않는 화학식 3의 단일 결합 함유 부분구조의 비제한적인 예는 하기 구조식으로 제시된다.

본 발명의 측면에 포함되지 않는 화학식 4의 단일 결합 함유 부분구조의 비제한적인 예는 하기 구조식으로 제시된다.

본 발명의 측면에 포함되지 않는 화학식 5의 단일 결합 함유 부분구조의 비제한적인 예는 하기 구조식으로 제시된다.

본 발명의 측면에 포함되지 않는 화학식 6의 두 단일 결합을 함유한 부분구조의 비제한적인 예는 하기 구조식으로 제시된다.

본 발명의 측면에 포함되지 않는 화학식 7의 두 단일 결합을 함유한 부분구조의 비제한적인 예는 하기 구조식으로 제시된다.

본 발명의 측면에 포함되지 않는 화학식 8의 두 단일 결합을 함유한 부분구조의 비제한적인 예는 하기 구조식으로 제시된다.

도 2 및 3은 본 발명의 측면에 따른 유기 발광 소자의 전형적인 구조를 예시한다. 도면의 부호를 하기에서 설명한다.

부호 1은 기판을 나타내고, 부호 2는 양극을 나타내고, 부호 3은 발광층을 나타내고, 부호 4는 음극을 나타내고, 부호 5는 정공 수송층을 나타내고, 부호 6은 정공 블록킹 층을 나타내고, 부호 7은 전자 블록킹 층을 나타내고, 부호 8은 전자 수송층을 나타낸다.

도 2는 기판 1 상에 양극 2, 정공 수송층 5, 발광층 3, 정공 블록킹 층 6, 및 음극 4가 순서대로 적층된 구조를 예시한다. 이 구조에서, 캐리어 수송 기능은 발광 기능으로부터 분리되어 있다. 정공 및 전자가 재결합하는 영역은 발광층에 위치한다. 양극 2 및 음극 4는 한 쌍의 전극으로서 서로 대향하도록 배치된다. 정공 수송성, 전자 수송성, 및 발광성을 가진 재료를 적절하게 결합한다. 재료 선택에 있어서 높은 가변성이 제공된다. 또한, 발광 파장이 다른 광선을 방출하는 다양한 재료가 사용될 수 있다. 그래서, 다양한 발광 색상이 가능할 수 있다. 또한, 발광층 3에 캐리어 또는 여기자를 유효하게 한정하여 발광 효율을 개선시킬 수 있다. 발광층 3은 호스트 재료 및 전자 트랩성을 갖는 청색 형광 도펀트 재료를 함유한다. 이는 정공 및 전자의 재결합 영역을 음극에 근접한 발광층 부분으로 이동하게 한다. 정공 블록킹 층 6은 HOMO 에너지가 낮은 (이온화 포텐셜의 절대값이 적은) 재료로 이루어져 있어, 발광층으로부터 음극에 근접한 층으로의 정공 누출을 방지한다. 이 구조는 발광 효율을 개선시키는데 효과적이다.

도 2에 예시된 구조에 있어서, 정공 수송층의 한 유형인 정공 주입층을 양극 2 및 정공 수송층 5 사이에 개재할 수 있다. 이는 양극 2 및 정공 수송층 5 사이의 밀착성을 개선시키거나 정공 주입성을 개선시키는데 효과적이어서, 전압을 유효하게 강하시킨다.

도 2에 예시된 구조에 있어서, 전자 수송층을 정공 블록킹 층 6 및 음극 4 사이에 개재할 수 있다. 도 2에 예시된 구조에 있어서, 전자 수송층의 한 유형인 전자 주입층을 음극 4 및 정공 블록킹 층 6 사이에 개재할 수 있다. 이는 음극 4 및 정공 블록킹 층 6 사이의 밀착성을 개선시키거나 전자 주입성을 개선시키는데 효과적이어서, 전압을 유효하게 강하시킨다.

도 3은 기판 1 상에 양극 2, 전자 블록킹 층 7, 발광층 3, 전자 수송층 8, 및 음극 4가 순서대로 적층된 구조를 예시한다. 이 구조에서, 캐리어 수송 기능은 발광 기능으로부터 분리되어 있다. 정공 및 전자가 재결합하는 영역은 발광층에 위치한다. 정공 수송성, 전자 수송성, 및 발광성을 가진 재료를 적절하게 결합한다. 재료 선택에 있어서 높은 가변성이 제공된다. 또한, 발광 파장이 다른 광선을 방출하는 다양한 재료가 사용될 수 있다. 그래서, 다양한 발광 색상이 가능할 수 있다. 또한, 발광층 3에 캐리어 또는 여기자를 유효하게 한정하여 발광 효율을 개선시킬 수 있다. 발광층 3은 호스트 재료 및 정공 트랩성을 갖는 청색 형광 도펀트 재료를 함유한다. 이는 정공 및 전자의 재결합 영역을 양극에 근접한 발광층 부분으로 이동하게 한다. 정공 블록킹 층 6은 LUMO 에너지가 높은 (전자 친화력의 절대값이 적은) 재료로 이루어져 있어, 발광층으로부터 양극에 근접한 층으로의 전자 누출을 방지한다. 이 구조는 발광 효율을 개선시키는데 효과적이다.

도 3에 예시된 구조에 있어서, 정공 수송층을 전자 블록킹 층 7 및 양극 2 사이에 개재할 수 있다. 도 3에 예시된 구조에 있어서, 정공 수송층의 한 유형인 정공 주입층을 양극 2 및 전자 블록킹 층 7 사이에 개재할 수 있다. 이는 양극 2 및 전자 블록킹 층 7 사이의 밀착성을 개선시키거나 정공 주입성을 개선시키는데 효과적이어서, 전압을 유효하게 강하시킨다.

도 3에 예시된 구조에 있어서, 전자 수송층의 한 유형인 전자 주입층을 음극 4 및 전자 수송층 8 사이에 개재할 수 있다. 이는 음극 4 및 전자 수송층 8 사이의 밀착성을 개선시키거나 전자 주입성을 개선시키는데 효과적이어서, 전압을 유효하게 강하시킨다.

최저 여기 일중항 상태의 에너지(에너지 갭)를 가시광-자외선 흡수 스펙트럼으로부터 결정할 수 있다. 본 발명의 측면에서, 최저 여기 일중항 상태의 에너지는 히타치(Hitachi, Ltd)사에 의해 제조된 분광광도계 U-3010을 사용하여 유리 기판 상에 형성된 박막 흡수단으로부터 결정되었다.

최고 점유 분자 궤도 (HOMO) 에너지와 관련해서, 이온화 포텐셜은 대기 중 광전자분광법 (장치명: AC-1, 리켄키키(Rikenkiki Co., Ltd)사에 의해 제조됨)에 의해 측정되었다.

최저 비점유 분자 궤도 (LUMO) 에너지는 에너지 갭에 대해 측정된 값 및 상기 이온화 포텐셜로부터 계산할 수 있다. 즉, 전자 친화력 = 이온화 포텐셜 - 에너지 갭.

발광 재료의 발광 스펙트럼은 히타치사에 의해 제조된 형광분광계 F-4500을 사용하여 광발광을 측정함으로써 얻어진다. 본 발명의 측면에 따라, 측정을 위해 샘플을 농도 약 1 × 10^-5 mol/ℓ의 용액 형태로 사용했다. 용매로서, 톨루엔 또는 시클로헥산을 사용했다.

최저 여기 삼중항 상태 에너지는 대상이 되는 유기 재료의 인광 스펙트럼으로부터 결정될 수 있다. 구체적으로, 액체 질소 온도 (77 K)와 같은 저온에서 인광 스펙트럼을 측정했다. 최저 여기 삼중항 상태 T1 에너지는 제 1 발광 피크 (최단 파장에서 관찰되는 피크)로부터 결정된다.

인광 발광이 얻어지지 않는 (인광이 너무 약해 측정되지 않는) 재료의 경우, 삼중항 증감제로부터의 에너지 이동을 이용한다.

인광의 발광 효율이 너무 낮아 상기 방법에 의해 측정되지 않는 경우, 억셉터로의 삼중항-삼중항 에너지 이동에 의해 최저 여기 삼중항 상태의 에너지를 결정하는 방법이 있다.

인광이 측정되지 않는 경우, 최저 여기 삼중항 상태의 에너지는 컴퓨터 화학 소프트웨어 (예: Turbomole)를 사용하는 다음의 계산 기법에 의해 결정될 수 있다. 기저 상태의 구조를 범함수로서 기능하는 B3LYP와 기본 함수로서 기능하는 def2-SV(P)를 사용하는 밀도 범함수 이론 (DFT)에 의한 계산에 의해 최적화한다. 그 다음, 최적화 구조에서, 최저 여기 삼중항 상태의 (흡수) 에너지를 범함수로서 기능하는 B3LYP와 기본 함수로서 기능하는 def2-SV(P)를 사용하는 시간 의존형 밀도 범함수 이론 (TDDFT)에 의해 계산한다. DFT 및 TDDFT의 계산은 동일한 기능을 가진 또 다른 컴퓨터 화학 소프트웨어를 사용하여 수행할 수 있다. 최저 여기 삼중항 상태의 (흡수) 에너지 T1 (calc.) [eV]로부터 하기 수학식 2를 사용하여 막의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 T1 (exp. 막) [eV]에 대한 추정치를 결정할 수 있다:

[수학식 2]

T1 (exp./exp) ＝ 0.4518 × T1 (calc.) ＋ 1.3248

본 발명의 측면에 따라, 노출 표면적을 다음의 계산 기법에 의해 독특하게 결정한다.

먼저, 많은 배좌 중에서 최저 여기 삼중항 상태 T1의 안정된 구조를 결정한다. 구체적으로, 캐시(Cache)와 같은 컴퓨터 화학 소프트웨어를 사용하여 분자 역학 계산법 (MM3)에 의해 최적의 배좌 구조 중에서 가장 안정된 구조를 결정한다. 많은 배좌 중에서, MM3에 의해 결정된 가장 안정된 구조를 초기 구조로서 정의한다. 최저 여기 삼중항 상태 T1의 안정된 구조는 컴퓨터 화학 소프트웨어 (예: Turbomole)를 사용하는 밀도 범함수 이론 (DFT)에 의해 결정된다. DFT에서, B3LYP를 범함수로서 사용하고, def2-SV(P)를 기본 함수로서 사용한다. MM3 및 DFT의 계산은 동일한 기능을 가진 또 다른 컴퓨터 화학 소프트웨어 프로그램을 사용하여 수행할 수도 있다.

그 다음에, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적을 결정한다. 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적은 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 중점으로부터 고정 거리 이내 (proximity = 3.0 Å)에 존재하는 원자를 선택하고, 원자의 노출 표면적의 합을 계산함으로써 결정된다 (도 4a 내지 4c 참조). 도 4a는 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합 주위의 전형적인 부분구조를 나타낸다. 도 4a에서, BC는 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 중점을 나타낸다. R은 반 데르 발스 반경 (본디(Bondi)에 의한 값) 및 프로브의 반경을 더해 결정되는 반경을 가진 구의 표면을 나타낸다. C는 탄소 원자를 나타낸다. H는 수소 원자를 나타낸다. 도 4b는 중점으로부터 3.0 Å 이내에 존재하는 원자를 선택한 경우의 상태를 나타낸다. PX는 BC로부터 3.0 유닛 이내의 영역을 나타낸다. SA는 PX에 포함된 원자를 나타낸다. USA는 PX에 포함되지 않은 원자를 나타낸다. 도 4c는 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적을 나타낸다. S는 주목하는 단일 결합의 노출 표면적을 나타낸다. 간단함을 위해서, 도 4a 내지 4c는 2차원으로 나타냈다. 그러나, 실제로 노출 표면적은 3차원으로 계산된다.

노출 표면적은 1.7 Å의 프로브 반경을 가진 프로브 구의 중심 위치를 도시함으로써 정의되는 표면적을 보여줄 수 있다. 구체적으로, 반 데르 발스 반경 (본디에 의한 값) 및 프로브의 반경을 더해 결정되는 반경을 가진 분자의 표면 상에 그리드 점을 발생시키고, 또 다른 원자에 존재하는 그리드 점을 빼고, 남아 있는 그리드 점의 수를 세어 근사 계산을 수행하는 것이 가능하다 (도 5a 및 5b 참조). 도 5a는 그리드 점이 발생된 상태를 예시한다. 도 5b는 또 다른 원자에 존재하는 그리드 점을 뺀 상태를 예시한다. 도 5a에서, A는 반 데르 발스 반경을 고려한 원자를 나타낸다. PB는 프로브 구를 나타낸다. GR은 그리드 점을 나타낸다. R은 반 데르 발스 반경 및 프로브 반경을 더해서 결정된 값을 나타낸다. 간단함을 위해서, 도 5a 및 5b는 2차원으로 예시되었다. 그러나, 실제로 노출 표면적은 3차원으로 계산된다.

그리드 점은 다음과 같이 발생된다: 각 원자의 반 데르 발스 반경 및 프로브 반경을 더해 결정된 반경을 가진 구에 내접하는 정20면체가 형성된다. 각 면을 25개의 정삼각형으로 분할한다. 각 정삼각형의 정점을 외접구에 사영하여 지오데식 돔을 형성한다. 지오데식 돔의 정점을 사용하여 252 점의 그리드를 생성한다. 본 발명의 측면에 따른 노출 표면적의 계산은 근사치로 한정되지 않는다. 근사치의 경우, 252 점 이상의 그리드가 생성될 수 있다.

각 단일 결합의 노출 표면적의 계산 후, 최소값을 선택한다.

본 발명의 측면에 따른 정공 수송 재료는 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 하고, 주입되는 정공을 발광층으로 수송하는 탁월한 이동성을 가질 수 있다. 정공 주입 또는 수송 성능을 가진 저 분자량 재료 및 중합체 재료의 예로는 트리아릴아민 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 피라졸린 유도체, 피라졸론 유도체, 옥사졸 유도체, 플루오레논 유도체, 히드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 프탈로시아닌 유도체, 포르피린 유도체, 폴리(비닐카르바졸), 폴리(실릴렌), 폴리(티오펜), 및 다른 도전성 중합체가 포함되지만, 이들로 한정되지 않는다. 전자 친화력이 낮은 재료도 또한 전자 블록킹 재료로서 사용할 수 있다.

본 발명의 측면에 따른 전자 주입/수송 재료는, 음극으로부터의 전자 주입을 용이하게 하고 주입되는 전자를 발광층으로 수송하는 성능을 가진 각각의 재료들 중에서 선택될 수 있다. 전자 주입/수송 재료는 예를 들어 정공 수송 재료의 캐리어 이동도 사이의 균형을 고려하여 선택된다. 전자를 주입 또는 수송하는 성능을 가진 재료의 예로는 옥사디아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 티아졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 피라진 유도체, 트리아졸 유도체, 트리아진 유도체, 페릴렌 유도체, 퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 플루오레논 유도체, 안트론 유도체, 페난트롤린 유도체, 및 유기금속 착체가 포함되지만, 이들로 한정되지 않는다. 또한, 높은 이온화 포텐셜을 가진 재료도 정공 블록킹 재료로서 사용할 수 있다.

본 발명의 측면에 따른 유기 발광 소자의 유기 재료로 이루어진 층, 예를 들어 발광층 및 기타 유기물 층은 다양한 방법으로 형성된다. 통상적으로, 박막은 진공 증착, 이온화 증착, 스퍼터링, 또는 플라즈마 향상 화학 증착 (CVD)에 의해 형성된다. 대안적으로, 박막은 재료가 적절한 용매 중에 용해된 용액을 사용하는 공지된 도포법 (예를 들어, 스핀 코팅, 디핑, 캐스팅, LB법, E는 잉크젯 방법)에 의해 형성된다. 특히, 도포법에 의해 성막하는 경우, 적절한 바인더 수지와 조합해서 막을 형성할 수 있다.

바인더 수지는 매우 다양한 바인더 수지 중에서 선택될 수 있다. 그의 예로는 폴리비닐카르바졸 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리스티렌 수지, ABS 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리우레탄 수지, 아크릴 수지, 메타크릴 수지, 부티랄 수지, 폴리비닐아세탈 수지, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리에테르술폰 수지, 디알릴 프탈레이트 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리술폰 수지, 및 우레아 수지가 포함되지만, 이들로 한정되지 않는다. 이들은 단독중합체의 형태로 개별적으로 또는 공중합체의 형태로 혼합물로서 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 필요한 경우, 가소제, 산화방지제, 및 자외선 흡수제와 같은 공지된 첨가제와 조합하여 사용될 수 있다.

본 발명의 측면에 따른 양극은 더 큰 일함수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 사용될 수 있는 재료의 예로는 원소 금속, 예컨대 금, 백금, 은, 구리, 니켈, 팔라듐, 코발트, 셀레늄, 바나듐, 및 텅스텐; 그의 합금; 및 금속 산화물, 예컨대 산화주석, 산화아연, 산화인듐, 산화인듐주석 (ITO), 및 산화인듐아연이 포함된다. 또한, 도전성 중합체, 예컨대 폴리아닐린, 폴리피롤, 및 폴리티오펜도 사용될 수 있다. 이들 전극 재료는 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 양극은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.

본 발명의 측면에 따른 음극은 더 적은 일함수를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 그의 예로는 원소 금속, 예컨대 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 인듐, 루테늄, 티타늄, 망간, 이트륨, 은, 납, 주석 및 크롬; 합금, 예컨대 리튬-인듐, 나트륨-칼륨, 마그네슘-은, 알루미늄-리튬, 알루미늄-마그네슘, 및 마그네슘-인듐; 및 금속 산화물, 예컨대 산화인듐주석 (ITO)이 포함된다. 이들 전극 재료는 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 음극은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.

또한, 양극 및 음극 중 적어도 하나는 투명 또는 반투명일 수 있다.

본 발명의 측면에 따른 기판의 예로는 불투명 기판, 예컨대 금속성 기판 및 세라믹 기판; 및 투명 기판, 예컨대 유리 기판, 석영 기판, 및 플라스틱 시트를 포함하지만, 이들로 특별히 한정되지 않는다. 또한, 기판 상에 컬러 필터막, 형광 색 변환 필터막, 유전체 반사막 등을 사용하여 발광 색을 조절할 수도 있다.

소자의 광 방출 방향과 관련해서, 본 발명의 측면에 따른 유기 발광 소자는 광이 기판측으로부터 방출되는 배면 발광(bottom-emission) 구조, 또는 광이 기판의 반대측으로부터 방출되는 전면 발광(top-emission) 구조를 가질 수 있다.

산소, 수분 등과 접촉하는 것을 방지하기 위해, 생성된 소자에 보호층 또는 밀봉층을 마련할 수 있다. 보호층의 예로는 다이아몬드 박막, 무기 재료, 예컨대 금속 산화물 및 금속 질화물로 이루어진 무기 막; 중합체, 예컨대 불소 수지, 폴리-p-자일렌, 폴리에틸렌, 실리콘 수지, 및 폴리스티렌 수지로 이루어진 중합체 막; 및 광경화성 수지가 포함된다. 또한, 소자를, 예를 들어 유리, 기체 불투과성 막, 또는 금속으로 피복하고, 적당한 밀봉 수지로 패키징할 수 있다.

본 발명의 측면에 따른 유기 발광 소자를 영상 표시 장치의 화소로서 사용하거나 조명 광원으로서 사용할 수 있다. 영상 표시 장치는 본 발명의 측면에 따른 유기 발광 소자인 화소, 및 발광 강도를 제어하고 유기 발광 소자에 연결된 트랜지스터를 가질 수 있다.

영상 표시 장치는 복수의 화소를 가질 수 있다. 조명 광원은 백색 발광하는 광원 또는 단색 (예를 들어, 적색, 청색 또는 녹색) 발광하는 광원일 수 있다. 조명 광원은 상이한 색을 혼합하여 얻은 백색을 발광하는 광원일 수 있다. 그 경우, 본 발명의 측면에 따른 유기 발광 소자는 이들 중 한가지 색을 발광할 수 있다.

실시예

본 발명을 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명할 것이지만, 본 발명이 이들 실시예로 한정되지는 않는다.

합성예

실시예 1 내지 6에서 사용된 화합물 1 내지 13의 합성예를 하기에 기재할 것이다.

화합물 1의 합성예

100 ㎖ 리커버리 플라스크에 N,N'-디페닐벤지딘 (4.88 g (14.5 mmol)), 2-요오도-9,9-디메틸플루오렌 (6.40 g (20 mmol)), 탄산칼륨 (4.00 g), 구리 분말 (3.0 g), 및 o-디클로로벤젠 (30 ㎖)을 넣었다. 플라스크에 냉각관을 장착했다. 혼합물을 20 시간 동안 환류시켰다. 반응 혼합물을 냉각한 후 여과했다. 감압하 증발에 의해 o-디클로로벤젠을 제거한 후, 거기에 메탄올을 첨가하여 조질 결정을 침전시켰다. 조질 결정을 여과에 의해 회수했다.

조질 결정을 톨루엔/헥산 혼합 용매를 사용하는 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하여 화합물 1을 백색 결정으로서 7.32 g (수율: 70%) 얻었다.

화합물 2의 합성예

1) 중간체 2-1의 합성

먼저, (3-브로모페닐)-(9,9-디메틸플루오렌-2-일)페닐아민 (화합물 2-1)은 (9,9-디메틸플루오렌-2-일)페닐아민 및 3-브로모요오도벤젠으로부터 울만(Ullmann) 반응에 의해 제조할 수 있다.

2) 화합물 2의 합성

300 ㎖ 삼구 플라스크를 준비했다. 상기 플라스크에 디보레이트 비페닐렌 중간체 2-2 (1.8 g (4.4 mmol))를 채워 넣었다. 그리고 나서, 거기에 3-브로모페닐-(9,9-디메틸플루오렌-2-일)페닐아민 [1-1] (4.3 g (9.7 mmol))을 첨가했다. 또한, 거기에 톨루엔 (100 ㎖) 및 에탄올 (50 ㎖)을 첨가했다. 거기에 탄산칼슘 (12 g)/물 (50 ㎖)의 수용액을 질소 분위기하에 실온에서 교반하면서 적가했다. 그리고 나서, 거기에 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) (0.25 g (0.22 mmol))을 첨가했다. 혼합물을 실온에서 30 분간 교반하고, 70℃로 가열하고, 9 시간 동안 교반했다. 반응 후, 유기층에 톨루엔 추출을 실시했다. 얻은 혼합물을 무수 황산나트륨으로 건조시켰다. 혼합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (용리액: 헥산-톨루엔 혼합 용매)에 의해 정제하여, 화합물 2 (백색 결정)를 1.4 g (수율: 74%) 얻었다. 매트릭스-지원 레이저 탈착 이온화-비행 시간형 질량 분석 (MALDI-TOF MS)에 의해 이 화합물의 M⁺가 872.4임을 확인했다.

화합물 3의 합성예

(1) 중간체 3-1의 합성

반응 용기에 시약 및 용매를 채워 넣었다.

5-브로모아세나프틸렌: 14.5 g (62.8 mmol)

디페닐이소벤조푸란: 17.1 g (63.3 mmol)

자일렌: 200 ㎖

반응 용액을 자일렌 용매가 환류되는 온도에서 5 시간 동안 교반했다. 반응 용액을 실온으로 냉각시킨 후, 용매를 감압하 증발에 의해 제거했다. 거기에 트리플루오로아세트산 무수물 (26 ㎖) 및 클로로포름 (260 ㎖)을 첨가했다. 반응 용액을 1 시간 동안 교반하면서 환류시켰다. 반응 용액을 실온으로 냉각시킨 후, 감압하 증발에 의해 용매를 제거하여 잔류물을 얻었다. 잔류물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (용리액: 톨루엔/헵탄 = 1/3)에 의해 정제하여, 중간체 3-1인 4-브로모-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐을 황색 고체로서 16 g 얻었다.

(2) 화합물 3의 합성

반응 용기를 질소 분위기로 채운 후, 시약 및 용매를 상기 용기에 채워 넣었다.

4-브로모-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐: 0.7 g (1.45 mmol)

2-(플루오란텐-3-일)-4,4,5,5-테트라메틸[1,3,2]디옥사보롤란: 0.48 g (1.45 mmol)

톨루엔: 100 ㎖

에탄올: 50 ㎖

증류수 (15 ㎖)에 용해된 탄산세슘 (0.95 g (2.90 mmol))의 수용액을 반응 용액에 첨가했다. 반응 용액을 50℃로 가열하고 30 분간 교반했다.

거기에 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 (0.17 g (0.145 mmol))을 첨가했다. 반응 용액을 90℃로 가열되는 실리콘 오일 욕에서 가열하면서 5 시간 동안 교반했다. 반응 용액을 실온으로 냉각시킨 후, 거기에 물, 톨루엔, 및 에틸 아세테이트를 첨가했다. 그리고 나서 유기층을 분리했다. 수성층에 톨루엔-에틸아세테이트 혼합 용매로 두 번 추출을 실시했다. 얻은 유기층을 처음에 분리된 유기층에 첨가했다. 모은 유기층을 염수로 세척하고 황산나트륨으로 건조시켰다. 유기층의 용매를 감압하에 제거하여 잔류물을 얻었다. 잔류물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (용리액: 톨루엔/헵탄 = 1/3)에 의해 정제하여, 결정을 얻었다. 얻은 결정을 120℃에서 진공 건조시킨 후, 승화에 의해 정제하여 화합물 3을 담황색 고체로서 0.6 g 얻었다.

매트릭스-지원 레이저 탈착 이온화-비행 시간형 질량 분석 (MALDI-TOF MS)에 의해 이 화합물의 M⁺가 604.7임을 확인했다.

화합물 3을 함유한 농도가 1 × 10^-5 mol/ℓ인 톨루엔 용액의 PL 스펙트럼을 형광분광계 F-4500 (히타치사에 의해 제조됨)을 사용하여 350 ㎚의 여기 파장에서 측정했다. 451 ㎚에서 최대 피크 강도를 가진 청색 발광 스펙트럼이 관측되었다 (도 6의 L3 참조).

화합물 4의 합성예

(1) 중간체 4-3의 합성

중간체 4-1 (1.0 g (2.51 mmol)), 중간체 4-2 (1.0 g (2.51 mmol)), 탄산나트륨 (5.0 g), 톨루엔 (50 ㎖), 에탄올 (10 ㎖), 및 물 50 ㎖를 200 ㎖ 3목 플라스크에 채워 넣었다.

질소 분위기하에 실온에서 교반하면서 거기에 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) (57.8 ㎎)을 첨가했다. 혼합물을 80℃로 가열하고 5 시간 동안 교반했다. 반응 후, 유기층에 톨루엔 추출을 실시했다. 얻은 혼합물을 무수 황산나트륨으로 건조시켰다. 혼합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (용리액: 헵탄-톨루엔 혼합 용매)에 의해 정제하여, 중간체 4-3 (황백색 결정)을 0.927 g (수율: 68%) 얻었다.

(2) 화합물 4의 합성

중간체 4-3 (0.924 g (1.70 mmol)), 중간체 4-4 (0.957 g (3.40 mmol)), 나트륨 tert-부톡시드 (0.65 g (6.80 mmol)), 및 자일렌 (100 ㎖)을 200 ㎖ 3목 플라스크에 채워 넣었다. 트리-tert-부틸포스핀 (34.4 ㎎ (0.17 mmol))을, 그리고 나서 팔라듐 디벤질리덴아세톤 48.9 ㎎ (0.085 mmol)을 질소 분위기하에 실온에서 교반하면서 상기 혼합물에 첨가했다. 혼합물을 125℃로 가열하고 3 시간 동안 교반했다. 반응 후, 유기층에 톨루엔 추출을 실시했다. 얻은 혼합물을 무수 황산나트륨으로 건조시켰다. 혼합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (용리액: 헵탄-톨루엔 혼합 용매)에 의해 정제하여, 화합물 4 (황백색 결정)를 0.920 g (수율: 72.7%) 얻었다.

질량 분석에 의해 이 화합물의 M⁺가 743.5임을 확인했다. 또한, 시차 주사 열량 분석법 (DSC)에 의해 화합물의 융점을 결정하고 323℃임을 확인했다.

화합물 4를 함유한 농도가 1 × 10^-5 mol/ℓ인 톨루엔 용액의 PL 스펙트럼을 형광분광계 F-4500 (히타치사에 의해 제조됨)을 사용하여 350 ㎚의 여기 파장에서 측정했다. 451 ㎚에서 최대 피크 강도를 가진 청색 발광 스펙트럼이 관측되었다 (도 6의 L4 참조).

화합물 5의 합성예

300 ㎖ 3목 플라스크에, 2-요오도-9,9-디메틸플루오렌 [중간체 5-1] (5.8 g (18.1 mmol)) 및 디에틸 에테르 (80 ㎖)를 채워 넣었다. 거기에 n-부틸리튬 (15% 헥산 용액) (11.7 ㎖ (18.1 mmol))을 질소 분위기하에 -78℃에서 교반하면서 적가했다. 혼합물을 실온으로 가온하고, 1 시간 동안 교반하고, -20℃로 냉각시켰다. 거기에 톨루엔 (100 ㎖) 중 페난트롤린 [8B] (0.81 g (4.51 mmol))의 분산액을 적가했다. 혼합물을 실온에서 12 시간 동안 교반한 후, 거기에 물을 첨가했다. 유기층에 클로로포름 추출을 실시했다. 얻은 혼합물을 무수 황산나트륨으로 건조시키고 알루미나 컬럼 크로마토그래피 (용리액: 헥산-클로로포름 혼합 용매)에 의해 정제하여, 화합물 5 (백색 결정)를 2.04 g (수율: 80%) 얻었다.

화합물 6의 합성예

(1) 중간체 6-1의 합성

먼저, 8-브로모-3-클로로벤젠[c]페난트렌 (260 ㎎ (0.76 mmol)), 페닐보론산 (97 ㎎ (0.80 mmol)), 및 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) (53 ㎎ (0.046 mmol))을 톨루엔 (4 ㎖), 에탄올 (1 ㎖), 및 20 중량% 탄산나트륨 함유 수용액 2 ㎖의 혼합물에 첨가했다. 얻은 혼합물을 90℃에서 4 시간 동안 교반했다. 냉각시킨 후, 거기에 물 (100 ㎖)을 첨가했다. 혼합물에 톨루엔 추출을 실시했다. 유기층을 물 (100 ㎖ × 2)로 세척했다. 얻은 유기층을 황산마그네슘으로 건조시키고 여과했다. 여액을 농축시키고, 컬럼 크로마토그래피 (클로로포름:헵탄 = 1:9)에 의해 정제하고, 메탄올로 세척하여 중간체 6-1을 백색 고체로서 180 ㎎ (수율: 69%) 얻었다.

(2) 중간체 6-2의 합성

트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0) (48 ㎎ (0.053 mmol)) 및 트리시클로헥실포스핀 (37 ㎎ (0.13 mmol))을 1,4-디옥산 (5 ㎖)에 첨가했다. 혼합물을 실온에서 15 분간 교반했다. 거기에 중간체 6-1 (180 ㎎ (0.53 mmol)), 비스(피나콜라토)디보론 (0.20 g (0.79 mmol)), 및 칼륨 아세테이트 (77 ㎎ (0.79 mmol))를 첨가했다. 혼합물을 95℃에서 3 시간 동안 교반했다. 냉각시킨 후, 거기에 물 (100 ㎖)을 첨가했다. 혼합물에 톨루엔 추출을 실시했다. 유기층을 물 (100 ㎖ × 2)로 세척했다. 유기층을 황산마그네슘으로 건조시키고 여과했다. 여액을 농축시키고, 컬럼 크로마토그래피 (클로로포름:헵탄 = 1:1)에 의해 정제하고, 메탄올로 세척하여 중간체 6-2를 백색 고체로서 68 ㎎ (수율: 30%) 얻었다.

(3) 중간체 6-3의 합성

중간체 6-브로모나프탈렌-2-올 (3.0 g (13 mmol)), (9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-일)보론산 (3.3 g (14 mmol)), 및 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) (0.31 g (0.27 mmol))을 톨루엔 (100 ㎖), 에탄올 (50 ㎖), 및 20 중량% 탄산나트륨 함유 수용액 50 ㎖의 혼합물에 첨가했다. 얻은 혼합물을 76℃에서 24 시간 동안 교반했다. 냉각시킨 후, 클로로포름 추출을 수행했다. 유기층을 황산마그네슘으로 건조시켰다. 생성된 용액을 컬럼 크로마토그래피 (클로로포름)에 의해 조정제했다. 얻은 조질 생성물을 헵탄으로 세척하여 중간체 6-3을 담갈색 고체로서 2.7 g (수율: 60%) 얻었다.

(4) 중간체 6-4의 합성

중간체 6-3 (0.30 g (0.89 mmol))을 피리딘 (3 ㎖)에 용해시키고, 용액을 0℃로 냉각시켰다. 거기에 트리플루오로메탄술폰산 무수물 (0.36 ㎖ (2.1 mmol))을 천천히 적가했다. 반응 용액의 온도를 실온으로 점차적으로 올리면서 반응 용액을 2 시간 동안 교반했다. 거기에 물 및 톨루엔을 첨가했다. 반응 용액에 추출을 실시했다. 유기층을 황산나트륨으로 건조시켰다. 용매를 농축시키고 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (톨루엔:헵탄 = 1:2)에 의해 정제하여 중간체 6-4를 0.23 g (수율: 56%) 얻었다.

(5) 화합물 6의 합성

중간체 6-2 (68 ㎎ (0.16 mmol)), 중간체 6-4 (70 ㎎ (0.15 mmol)), 및 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) (17 ㎎ (0.015 mmol))을 톨루엔 (2 ㎖), 에탄올 (1 ㎖), 및 20 중량% 탄산나트륨 함유 수용액 1 ㎖의 혼합물에 첨가했다. 얻은 혼합물을 90℃에서 2 시간 동안 교반했다. 냉각시킨 후, 혼합물에 톨루엔 추출을 실시했다. 유기층을 물 (100 ㎖ × 2)로 세척했다. 얻은 유기층을 황산마그네슘으로 건조시키고 여과했다. 여액을 농축시키고, 컬럼 크로마토그래피 (클로로포름:헵탄 = 1:4)에 의해 정제하고, 메탄올로 세척하여 화합물 6을 백색 고체로서 68 ㎎ (수율: 69%) 얻었다.

NMR에 의해 이 화합물의 구조를 확인했다.

화합물 7의 합성예

다음 반응식에 따라 화합물 7을 합성했다.

(1) 중간체 7-2의 합성

중간체 7-1 (0.900 g (3.57 mmol)), 벤질트리메틸암모늄 트리브로마이드 (1.389 g (3.56 mmol)), 염화아연 (0.486 g (3.57 mmol)), 및 클로로포름 (60 ㎖)을 100 ㎖ 삼구 플라스크에 채워 넣었다. 혼합물을 실온에서 3 시간 동안 교반했다. 반응 후, 거기에 물 (100 ㎖)을 첨가했다. 유기층에 톨루엔 추출을 실시했다. 얻은 혼합물을 무수 황산나트륨으로 건조시키고, 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (용리액: 톨루엔-헵탄 혼합 용매)에 의해 정제하여 중간체 7-2 (백색 결정)를 0.963 g (수율: 96%) 얻었다.

(2) 중간체 7-3의 합성

중간체 7-2 (0.900 g (3.43 mmol)), [1,1'-비스(디페닐포스피노)프로판]디클로로니켈 (188 ㎎ (0.343 mmol)), 4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-디옥사보롤란 (0.99 ㎖ (6.85 mmol)), 톨루엔 (30 ㎖), 및 트리에틸아민 (5 ㎖)을 100 ㎖ 삼구 플라스크에 채워 넣었다. 혼합물을 질소 분위기에서 90℃로 가열하고, 6 시간 동안 교반했다. 반응 후, 거기에 물 (50 ㎖)을 첨가했다. 반응 후, 유기층에 톨루엔 추출을 실시했다. 얻은 혼합물을 무수 황산나트륨으로 건조시키고, 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (용리액: 톨루엔-헵탄 혼합 용매)에 의해 정제하여 중간체 7-3 (백색 결정)을 1.10 g (수율: 84.7%) 얻었다.

(3) 중간체 7-5의 합성

100 ㎖ 삼구 플라스크에, a-4 (0.624 g (2.80 mmol)), 중간체 7-3 (1.10 g (2.91 mmol)), 톨루엔 (20 ㎖), 및 에탄올 (10 ㎖)을 채워 넣었다. 거기에 탄산나트륨 (10 g)/물 (20 ㎖)의 수용액을 질소 분위기하에 실온에서 교반하면서 적가했다. 그리고 나서, 거기에 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) (0.161 ㎎)을 첨가했다. 혼합물을 77℃로 가열하고 5 시간 동안 교반했다. 반응 후, 유기층에 톨루엔 추출을 실시했다. 얻은 혼합물을 무수 황산나트륨으로 건조시키고, 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (용리액: 톨루엔-헵탄 혼합 용매)에 의해 정제하여 중간체 7-5 (백색 결정)를 0.94 g (수율: 85%) 얻었다.

(4) 중간체 7-6의 합성

중간체 7-5 (0.94 g (2.38 mmol)) 및 무수 피리딘 (50 ㎖)을 200 ㎖ 삼구 플라스크에 채워 넣었다. 트리플루오로메탄술폰산 무수물 (Tf₂O) (0.56 ㎖ (4.47 mmol))을 질소 분위기하에 얼음 위에서 교반하면서 천천히 적가했다. 혼합물을 1 시간 동안 교반했다. 반응 용액을 실온에서 2 시간 동안 교반했다. 반응 후, 물 (50 ㎖)을 반응 용액에 첨가했다. 유기층에 톨루엔 추출을 실시했다. 얻은 혼합물을 무수 황산나트륨으로 건조시키고, 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (용리액: 톨루엔-헵탄 혼합 용매)에 의해 정제하여 중간체 7-6 (백색 결정)을 1.09 g (수율: 87%) 얻었다.

(5) 화합물 7의 합성

중간체 7-6 (0.50 g (0.95 mmol)), 중간체 7-7 (0.180 g (1.04 mmol)), 탄산나트륨 (1.06 g (10.0 mmol)), 톨루엔 (30 ㎖), 에탄올 (10 ㎖), 및 물 (20 ㎖)을 100 ㎖ 삼구 플라스크에 채워 넣었다. 거기에 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) (57.8 ㎎)을 질소 분위기하에 실온에서 교반하면서 첨가했다. 혼합물을 80℃로 가열하고 5 시간 동안 교반했다. 반응 후, 유기층에 톨루엔 추출을 실시했다. 얻은 혼합물을 무수 황산나트륨으로 건조시키고, 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (용리액: 톨루엔-헵탄 혼합 용매)에 의해 정제하여 화합물 7 (황백색 결정)을 0.360 g (수율: 75%) 얻었다.

질량 분석에 의해 화합물 7의 M⁺가 504임을 확인했다.

¹H NMR에 의해 화합물 7의 구조를 확인했다.

화합물 8의 합성예

다음 반응식에 따라 화합물 8을 합성했다.

중간체 7-6 (0.50 g (0.95 mmol)), 중간체 8-1 (0.248 g (1.04 mmol)), 탄산나트륨 (1.06 g (10.0 mmol)), 톨루엔 (30 ㎖), 에탄올 (10 ㎖), 및 물 (20 ㎖)을을 100 ㎖ 삼구 플라스크에 채워 넣었다. 거기에 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) (57.8 ㎎)을 질소 분위기하에 실온에서 교반하면서 첨가했다. 혼합물을 80℃로 가열하고 5 시간 동안 교반했다. 반응 후, 유기층에 톨루엔 추출을 실시했다. 얻은 혼합물을 무수 황산나트륨으로 건조시키고, 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피 (용리액: 톨루엔-헵탄 혼합 용매)에 의해 정제하여 화합물 8 (백황색 결정)을 0.423 g (수율: 78%) 얻었다.

질량 분석에 의해 화합물 8의 M⁺가 570임을 확인했다.

¹H NMR에 의해 화합물 8의 구조를 확인했다.

화합물 9의 합성예

하기 설명한 방법에 의해 예시 화합물 1-1을 제조했다. 2,7-(Bpin)₂피렌을 문헌[Chemical Communication, 2005, pp. 2172-2174]에 기재된 방법에 따라 합성했음을 주목한다.

질소 분위기하에, 다음의 화합물들을 톨루엔 (50 ㎖) 및 에탄올 (10 ㎖)의 혼합 용매에 용해시켰다. 거기에 증류수 (7 ㎖)에 용해된 탄산나트륨 (1.45 g (13.7 mmol)) 수용액을 첨가했다. 얻은 혼합물을 90℃로 가열되는 실리콘 오일 욕에서 5 시간 동안 교반했다.

7-tert-부틸-1-브로모피렌 2.03 g (6.02 mmol)

2,7-(Bpin)₂피렌 1.24 g (2.74 mmol)

비스(트리페닐포스핀)팔라듐(II) 디클로라이드 (Pd(PPh₃)₂Cl₂) 0.192 g (0.274 mmol)

실온으로 냉각시킨 후, 침전된 고체를 여과하고 물 및 메탄올로 세척했다. 생성된 고체를 진공 건조시키고, 클로로벤젠에 가열 용해시켰다. 고온 여과를 수행하여 불용물을 제거했다. 얻은 여액으로부터 재결정을 수행하여 화합물 9를 백색 결정으로서 1.13 g (수율: 58%) 얻었다.

MALDI-TOF MS에 의해 이 화합물의 M⁺가 714.3임을 확인했다.

화합물 10의 합성예

질소 분위기하에, 다음의 화합물들을 톨루엔 (80 ㎖) 및 에탄올 (40 ㎖)의 혼합 용매에 용해시켰다. 그리고 나서, 거기에 10 중량% 탄산나트륨 수용액 (40 ㎖)을 첨가했다. 계 중의 산소를 제거하기 위해 아르곤 기포를 혼합물로 발생시켰다. 그리고 나서, 혼합물을 20 시간 동안 환류시켰다.

2-(7-tert-부틸피렌-1-일)-4,4,5,5-테트라메틸-[1,3,2]디옥사보란 1.70 g (4.40 mmol)

2,7-디브로모페난트렌 724 ㎎ (2.16 mmol)

테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 80.8 ㎎ (0.070 mmol)

혼합물을 실온에 도달하게 한 후, 혼합물에 클로로포름 추출을 실시했다. 유기층을 황산마그네슘으로 건조시켰다. 잔류 팔라듐을 제거하기 위해, 거기에 중금속 제거용 실리카 (SH 타입, 후지 실리시아 케미칼사(Fuji Silysia Chemical Ltd.)에 의해 제조됨)를 첨가했다. 혼합물을 잠시 동안 교반했다. 그리고 나서, 실리카 및 황산마그네슘을 여과했다. 유기층을 농축시켜 1.65 g의 조질 생성물을 얻었다. 클로로벤젠으로부터 조질 생성물을 재결정하여 화합물 10을 백색 분말로서 0.94 g (수율: 63%) 얻었다.

MALDI-TOF MS에 의해 이 화합물의 M⁺가 690.2임을 확인했다.

화합물 11의 합성예

2-(7-tert-부틸피렌-1-일)-4,4,5,5-테트라메틸-[1,3,2]디옥사보란 1.41 g (3.67 mmol)

2,6-디브로모페난트렌 508 ㎎ (1.78 mmol)

테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 85 ㎎ (0.081 mmol)

혼합물을 실온에 도달하게 한 후, 혼합물에 클로로포름 추출을 실시했다. 유기층을 황산마그네슘으로 건조시켰다. 잔류 팔라듐을 제거하기 위해, 거기에 중금속 제거용 실리카 (SH 타입, 후지 실리시아 케미칼사에 의해 제조됨)를 첨가했다. 혼합물을 잠시 동안 교반했다. 그리고 나서, 실리카 및 황산마그네슘을 여과했다. 유기층을 농축시켜 0.90 g의 조질 생성물을 얻었다. 클로로벤젠으로부터 조질 생성물을 재결정하여 화합물 11을 백색 분말로서 0.88 g (수율: 63%) 얻었다.

MALDI-TOF MS에 의해 이 화합물의 M⁺가 639.9임을 확인했다.

화합물 12의 합성예

질소 분위기하에, 다음의 화합물들을 톨루엔 (80 ㎖) 및 에탄올 (40 ㎖)의 혼합 용매에 용해시켰다. 그리고 나서, 거기에 10 중량% 탄산나트륨 수용액 (40 ㎖)을 첨가했다. 계 중의 산소를 제거하기 위해 아르곤 기포를 혼합물로 발생시켰다. 그리고 나서, 혼합물을 16.5 시간 동안 환류시켰다.

중간체 12-1 1.00 g (2.15 mmol)

중간체 12-2 0.89 g (2.11 mmol)

테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 296.9 ㎎ (0.257 mmol)

혼합물을 실온에 도달하게 한 후, 혼합물에 클로로포름 추출을 실시했다. 유기층을 황산마그네슘으로 건조시켰다. 잔류 팔라듐을 제거하기 위해, 거기에 중금속 제거용 실리카 (SH 타입, 후지 실리시아 케미칼사에 의해 제조됨)를 첨가했다. 혼합물을 잠시 동안 교반했다. 그리고 나서, 실리카 및 황산마그네슘을 여과했다. 유기층을 농축시켜 1.46 g의 조질 생성물을 얻었다. 조질 생성물을 아세톤에 분산시켜 고 극성 불순물을 제거했다. 톨루엔으로부터 조질 생성물을 재결정하고 메탄올에 분산시켜 화합물 12를 백색 분말로서 0.83 g (수율: 66%) 얻었다.

MALDI-TOF MS에 의해 이 화합물의 M⁺가 586.3임을 확인했다.

화합물 13의 합성예

질소 분위기하에, 다음의 화합물들을 톨루엔 (80 ㎖) 및 에탄올 (40 ㎖)의 혼합 용매에 용해시켰다. 그리고 나서, 거기에 10 중량% 탄산나트륨 수용액 (40 ㎖)을 첨가했다. 계 중의 산소를 제거하기 위해 아르곤 기포를 혼합물로 발생시켰다. 그리고 나서, 혼합물을 15 시간 동안 환류시켰다.

2-(7-tert-부틸피렌-1-일)-4,4,5,5-테트라메틸-[1,3,2]디옥사보란 3.2 g (8.33 mmol)

중간체 12-2 3.2 g (7.95 mmol)

테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 189 ㎎ (0.154 mmol)

혼합물을 실온에 도달하게 한 후, 혼합물에 클로로포름 추출을 실시했다. 유기층을 황산마그네슘으로 건조시켰다. 잔류 팔라듐을 제거하기 위해, 거기에 중금속 제거용 실리카 (SH 타입, 후지 실리시아 케미칼사에 의해 제조됨)를 첨가했다. 혼합물을 잠시 동안 교반했다. 그리고 나서, 실리카 및 황산마그네슘을 여과했다. 유기층을 농축시켰다. 얻은 농축 생성물을 아세톤 및 메탄올에 순차적으로 분산시켜 고 극성 불순물을 제거했다. 톨루엔으로부터 얻은 조질 생성물을 재결정하고 시클로헥산에 분산시켜 화합물 13을 백색 분말로서 2.49 g (수율: 66%) 얻었다.

MALDI-TOF MS에 의해 이 화합물의 M⁺가 510.2임을 확인했다.

비교예에 사용된 화합물의 화학식을 하기에 기재한다.

실시예 및 비교예에 사용된 화합물 중에서, 화합물 3, 화합물 4, 및 화합물 6 내지 17의 HOMO 및 LUMO의 에너지를 하기 표 1에 제시했다. 각 화합물의 박막을 진공 증착에 의해 슬라이드 유리 상에 형성했다. 각 박막의 HOMO 에너지를 대기 하에 광전자 분광장치 (장치명: AC-1)으로 측정했다. 각 박막의 가시광 흡수 스펙트럼을 분광광도계 (장치명: U-3010)으로 측정했다. 측정 결과로부터 에너지 갭을 결정하고, 이로써 LUMO 에너지를 계산했다.

실시예 및 비교예에 사용된 화합물 중에서, 화합물 6 내지 17과 관련해서, 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 및 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적의 최소치를 표 2에 제시했다. 각 화합물 6 및 13의 박막을 진공 증착에 의해 슬라이드 유리 상에 형성했다. 최저 여기 삼중항 상태의 에너지를 측정했다. 화합물 7 내지 12 및 화합물 15 내지 17의 경우, 각 화합물 및 삼중항 증감제로서 기능하는 화합물 18을 동시 증착시켜 슬라이드 유리 상에 박막을 형성하고, 최저 여기 삼중항 상태의 에너지를 측정했다. 삼중항 증감제의 농도는 10 중량%였다. 삼중항 증감제의 두께는 100 ㎚였다. 각 화합물의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지를 형광분광계 (장치명: F-4500)로 측정했다.

화합물 14의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 값은 화합물 14의 박막의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지의 측정값의 추정치이다. 상기 추정치는 다음과 같이 결정된다: 최저 여기 삼중항 상태의 (흡수) 에너지의 계산값을 다음의 계산 방법에 의해 결정한다. 그리고 나서, 수학식 2를 이용하여 추정치를 계산한다.

1) 구조의 최적화

밀도 범함수 이론 (DFT)

범함수: B3LYP

기본 함수: def2-SV(P)

소프트웨어: TURBOMOLE

2) 최저 여기 삼중항 상태의 (흡수) 에너지

시간 의존형 밀도 범함수 이론 (TDDFT)

밀도 범함수 이론 (DFT)

범함수: B3LYP

기본 함수: def2-SV(P)

소프트웨어: TURBOMOLE

소프트웨어: TURBOMOLE:

TURBOMOLE:

R. Ahlrichs, M. Baer, M. Haeser, H. Horn, and C. Koelmel

Electronic structure calculations on workstation computers:

the program system TURBOMOLE Chem. Phys. Let T162 : 165 (1989)

각각의 화합물 3 내지 17의 경우, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적의 최소치를 다음의 계산 방법에 의해 계산했다.

1) 초기 구조 (배좌이성체 중 가장 안정된 구조의 결정)

분자 역학 계산법 (MM3)

소프트웨어: Cache

2) 최저 여기 삼중항 상태의 구조 최적화

밀도 범함수 이론 (DFT)

범함수: B3LYP

기본 함수: def2-SV(P)

소프트웨어: TURBOMOLE

3) 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 및 그의 최소치

Proximity = 3.0 Å

프로브 반경 = 1.7 Å

근사법: 지오데식 돔 근사법

실시예 1

유리 기판 상에 양극으로서 기능하는 산화인듐주석 (ITO)을 스퍼터링법에 의해 130 ㎚의 막 두께로 성막했다. 생성된 기판을 투명 도전성 지지 기판으로서 사용했다. 기판을 아세톤 및 이소프로필 알콜 (IPA)로 순차적으로 초음파 세정하고, IPA로 비등 세정하고, 건조시키고, UV/오존 세정을 실시했다.

정공 주입층의 재료로서 화합물 1을 사용했다. 0.1 중량% 화합물 1을 함유한 클로로포름 용액을 제조했다.

이 용액을 상기 ITO 전극 상에 적하했다. 500 RPM에서 10 초 동안, 그리고 나서 1000 RPM에서 1 분 동안 스핀 코팅을 수행하여 박막을 형성했다. 박막을 10 분 동안 80℃의 진공 오븐에서 건조시켜 박막 중의 용매를 완전히 제거했다. 생성된 정공 주입층의 두께는 11 ㎚였다.

그 다음, 화합물 2를 진공 증착에 의해 성막하여 15 ㎚ 두께를 갖는 정공 수송층을 형성했다.

호스트 재료로서 기능하는 화합물 6 및 전자 트랩성을 갖는 청색 형광 재료로서 기능하는 화합물 3의 동시 증착에 의해 발광층을 형성했고, 상기 화합물 6 및 3은 다른 보트로부터 공급되었다. 발광 재료의 농도는 5 중량%였다. 발광층 두께는 30 ㎚였다.

화합물 7을 진공 증착에 의해 성막하여 10 ㎚ 두께를 갖는 정공 블록킹 층을 형성했다.

화합물 5를 진공 증착에 의해 성막하여 30 ㎚ 두께를 갖는 전자 수송층을 형성했다.

유기물 층의 증착 동안에, 진공도는 7.0 × 10^-5 Pa 이하였고, 성막 속도는 0.08 ㎚/sec 내지 0.10 ㎚/sec의 범위였다. 발광층의 경우, 성막 속도가 호스트 재료 및 도펀트 재료 양자의 총 성막 속도를 나타냄을 주목한다.

그 다음, 생성된 유기 층 상에 불화리튬 (LiF)을 진공 증착에 의해 성막하여 0.5 ㎚ 두께를 갖는 막을 형성했다. 그 위에 150 ㎚ 두께를 갖는 알루미늄 막을 진공 증착에 의해 형성하여, 전자 주입 전극 (음극)을 제공했다. 이로써, 유기 발광 소자가 제조되었다. 증착 동안에, 진공도는 1.0 × 10^-4 Pa였다. 불화리튬의 성막 속도는 0.05 ㎚/sec였다. 알루미늄의 성막 속도는 1.0 ㎚/sec 내지 1.2 ㎚/sec의 범위였다.

얻은 유기 발광 소자 샘플을, 수분 흡착이 일어나지 않도록 이슬점 -70℃ 이하의 질소 분위기하에 보호용 유리판으로 덮고, 에폭시 계 접착제로 밀봉시켰다. 보호용 유리의 접착면 측 상에 리세스가 형성되었고, 수분 흡착용 시트 (유기 EL용 수분 게터 시트, 다이닉 코포레이션에 의해 제조됨)가 봉입되었음을 주목한다.

얻은 소자에, ITO 전극 (양극)을 정극으로서 사용했다. 알루미늄 전극 (음극)을 부극으로서 사용했다. 5.6 V의 전압을 전극 사이에 인가한 경우, 청색 형광 도펀트 재료로부터 유래한 청색 발광이 3508 ㏅/㎡의 발광 휘도 및 7.89 ㏅/A의 발광 효율로 관측되었다. CIE 색도 좌표는 (x,y) = (0.17, 0.29)였다.

소자에 100 ㎃/㎠의 일정한 전류 밀도를 유지하면서 전압을 인가한 경우, 발광 휘도가 초기 발광 휘도의 50%까지 감소하는데 걸린 시간은 143 시간이었고, 만족스러운 내구성능을 나타냈다.

표 1로부터, 화합물 3 및 6의 HOMO 및 LUMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜LUMO (화합물 3)｜－｜LUMO (화합물 6)｜＞ 0.15 eV, 및

｜HOMO (화합물 6)｜＜｜HOMO (화합물 3)｜

발광층의 청색 형광 재료, 즉 화합물 3은 오직 전자만을 트랩한다.

표 1로부터, 화합물 6 및 7의 HOMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜HOMO (화합물 6)｜＜｜HOMO (화합물 7)｜

전자만을 트랩하는 발광층에 인접하고 음극 근처에 위치한 층은 정공을 블록킹한다.

표 2로부터, 화합물 6 및 7의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 다음의 식을 만족한다:

T1 (화합물 6) - T1 (화합물 7) ＞ 0.1 eV

또한, 각각의 화합물 6 및 7은 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다. 또한, 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 화학식 1 또는 2로 제시된다.

표 2로부터, 각각의 화합물 6 및 7에서, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 초과이다.

실시예 2

정공 블록킹 층으로서 기능하는 화합물 9를 화합물 7 대신 사용한 점을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 소자를 제조했다.

이 실시예의 소자에 5.6 V의 전압을 인가한 경우, 청색 형광 도펀트 재료로부터 유래한 청색 발광이 2151 ㏅/㎡의 발광 휘도 및 6.69 ㏅/A의 발광 효율로 관측되었다. CIE 색도 좌표는 (x,y) = (0.20, 0.33)였다.

이 실시예의 소자에 100 ㎃/㎠의 일정한 전류 밀도를 유지하면서 전압을 인가한 경우, 발광 휘도가 초기 발광 휘도의 50%까지 감소하는데 걸린 시간은 237 시간이었고, 만족스러운 내구성능을 나타냈다.

표 1로부터, 화합물 6 및 9의 HOMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜HOMO (화합물 6)｜＜｜HOMO (화합물 9)｜

표 2로부터, 화합물 6 및 9의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 다음의 식을 만족한다:

T1 (화합물 6) - T1 (화합물 9) ＞ 0.1 eV

또한, 각각의 화합물 6 및 9는 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다. 또한, 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 화학식 1 또는 2로 제시된다.

표 2로부터, 각각의 화합물 6 및 9에서, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 초과이다.

실시예 3

발광층에서 호스트 재료로서 기능하는 화합물 8을 화합물 6 대신 사용하고 정공 블록킹 층으로서 기능하는 화합물 10을 화합물 7 대신 사용한 점을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 소자를 제조했다.

이 실시예의 소자에 5.6 V의 전압을 인가한 경우, 청색 형광 도펀트 재료로부터 유래한 청색 발광이 5176 ㏅/㎡의 발광 휘도 및 7.89 ㏅/A의 발광 효율로 관측되었다. CIE 색도 좌표는 (x,y) = (0.15, 0.16)였다.

이 실시예의 소자에 100 ㎃/㎠의 일정한 전류 밀도를 유지하면서 전압을 인가한 경우, 발광 휘도가 초기 발광 휘도의 50%까지 감소하는데 걸린 시간은 378 시간이었고, 만족스러운 내구성능을 나타냈다.

표 1로부터, 화합물 3 및 8의 HOMO 및 LUMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜LUMO (화합물 3)｜－｜LUMO (화합물 8)｜＞ 0.15 eV, 및

｜HOMO (화합물 8)｜＜｜HOMO (화합물 3)｜

표 1로부터, 화합물 8 및 10의 HOMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜HOMO (화합물 8)｜＜｜HOMO (화합물 10)｜

표 2로부터, 화합물 8 및 10의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 다음의 식을 만족한다:

T1 (화합물 8) - T1 (화합물 10) ＞ 0.1 eV

또한, 각각의 화합물 8 및 10은 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다. 또한, 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 화학식 1 또는 2로 제시된다.

표 2로부터, 각각의 화합물 8 및 10에서, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 초과이다.

실시예 4

정공 블록킹 층으로서 기능하는 화합물 11을 화합물 10 대신 사용한 점을 제외하고는 실시예 3에서와 같이 소자를 제조했다.

이 실시예의 소자에 5.6 V의 전압을 인가한 경우, 청색 형광 도펀트 재료로부터 유래한 청색 발광이 4468 ㏅/㎡의 발광 휘도 및 7.75 ㏅/A의 발광 효율로 관측되었다. CIE 색도 좌표는 (x,y) = (0.15, 0.26)였다.

이 실시예의 소자에 100 ㎃/㎠의 일정한 전류 밀도를 유지하면서 전압을 인가한 경우, 발광 휘도가 초기 발광 휘도의 50%까지 감소하는데 걸린 시간은 411 시간이었고, 만족스러운 내구성능을 나타냈다.

표 1로부터, 화합물 8 및 11의 HOMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜HOMO (화합물 8)｜＜｜HOMO (화합물 11)｜

표 2로부터, 화합물 8 및 11의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 다음의 식을 만족한다:

T1 (화합물 8) - T1 (화합물 11) ＞ 0.1 eV

또한, 각각의 화합물 8 및 11은 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다. 또한, 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 화학식 1 또는 2로 제시된다.

표 2로부터, 각각의 화합물 8 및 11에서, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 초과이다.

비교예 1

발광층에서 호스트 재료로서 기능하는 화합물 14를 화합물 6 대신 사용한 점을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 소자를 제조했다.

이 비교예의 소자에 5.6 V의 전압을 인가한 경우, 청색 형광 도펀트 재료로부터 유래한 청색 발광이 3293 ㏅/㎡의 발광 휘도 및 6.13 ㏅/A의 발광 효율로 관측되었다. CIE 색도 좌표는 (x,y) = (0.16, 0.27)였다.

이 비교예의 소자에 100 ㎃/㎠의 일정한 전류 밀도를 유지하면서 전압을 인가한 경우, 발광 휘도가 초기 발광 휘도의 50%까지 감소하는데 걸린 시간은 23 시간이었고, 실시예 1 내지 4에서보다 짧은 내구성능을 나타냈다.

표 1로부터, 화합물 3 및 14의 HOMO 및 LUMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜LUMO (화합물 3)｜－｜LUMO (화합물 14)｜＞ 0.15 eV, 및

｜HOMO (화합물 14)｜＜｜HOMO (화합물 3)｜

표 1로부터, 화합물 14 및 7의 HOMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜HOMO (화합물 14)｜＜｜HOMO (화합물 7)｜

표 2로부터, 화합물 14 및 7의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 다음의 식을 만족하지 못한다:

T1 (호스트) - T1 (HBL) ＞ 0.1 eV

또한, 화합물 14는 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다. 그러나, 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 화학식 1 또는 2로만 제시되지 않는다. 표 2로부터, 화합물 14의 경우, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 이하이다.

비교예 2

발광층에서 호스트 재료로서 기능하는 화합물 15를 화합물 6 대신 사용한 점을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 소자를 제조했다.

이 비교예의 소자에 5.6 V의 전압을 인가한 경우, 청색 형광 도펀트 재료로부터 유래한 청색 발광이 200 ㏅/㎡의 발광 휘도 및 6.37 ㏅/A의 발광 효율로 관측되었다. CIE 색도 좌표는 (x,y) = (0.16, 0.20)였다.

이 비교예의 소자에 100 ㎃/㎠의 일정한 전류 밀도를 유지하면서 전압을 인가한 경우, 발광 휘도가 초기 발광 휘도의 50%까지 감소하는데 걸린 시간은 39 시간이었고, 실시예 1 내지 4에서보다 짧은 내구성능을 나타냈다.

표 1로부터, 화합물 3 및 15의 HOMO 및 LUMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜LUMO (화합물 3)｜－｜LUMO (화합물 15)｜＞ 0.15 eV, 및

｜HOMO (화합물 15)｜＝｜HOMO (화합물 3)｜

발광층은, 발광층의 청색 형광 재료, 즉 화합물 3이 오직 전자만을 효과적으로 트랩하는 소자 구조를 갖지 않았다.

표 1로부터, 화합물 15 및 7의 HOMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜HOMO (화합물 15)｜＜｜HOMO (화합물 7)｜

전자를 약간 트랩하는 발광층에 인접하고 음극 근처에 위치한 층은 정공을 블록킹한다.

표 2로부터, 화합물 15 및 7의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 다음의 식을 만족한다:

T1 (화합물 15) - T1 (화합물 7) ＞ 0.1 eV

화합물 15는 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다. 그러나, 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 화학식 1 또는 2로만 제시되지 않는다. 표 2로부터, 화합물 15의 경우, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 이하이다.

비교예 3

정공 블록킹 재료로서 기능하는 화합물 16을 화합물 7 대신 사용한 점을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 소자를 제조했다.

이 비교예의 소자에 5.6 V의 전압을 인가한 경우, 청색 형광 도펀트 재료로부터 유래한 청색 발광이 3056 ㏅/㎡의 발광 휘도 및 8.52 ㏅/A의 발광 효율로 관측되었다. CIE 색도 좌표는 (x,y) = (0.16, 0.28)였다.

이 비교예의 소자에 100 ㎃/㎠의 일정한 전류 밀도를 유지하면서 전압을 인가한 경우, 발광 휘도가 초기 발광 휘도의 50%까지 감소하는데 걸린 시간은 69 시간이었고, 실시예 1 내지 4에서보다 짧은 내구성능을 나타냈다.

표 1로부터, 화합물 6 및 16의 HOMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜HOMO (화합물 6)｜＜｜HOMO (화합물 16)｜

표 2로부터, 화합물 16 및 6의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 다음의 식을 만족한다:

T1 (화합물 6) - T1 (화합물 16) ＞ 0.1 eV

화합물 16은 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다. 그러나, 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 화학식 1 또는 2로만 제시되지 않는다. 표 2로부터, 화합물 16의 경우, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 이하이다.

비교예 4

정공 블록킹 재료로서 기능하는 화합물 17을 화합물 7 대신 사용한 점을 제외하고는 실시예 1에서와 같이 소자를 제조했다.

이 비교예의 소자에 5.6 V의 전압을 인가한 경우, 청색 형광 도펀트 재료로부터 유래한 청색 발광이 1109 ㏅/㎡의 발광 휘도 및 5.46 ㏅/A의 발광 효율로 관측되었다. CIE 색도 좌표는 (x,y) = (0.16, 0.22)였다.

이 비교예의 소자에 100 ㎃/㎠의 일정한 전류 밀도를 유지하면서 전압을 인가한 경우, 발광 휘도가 초기 발광 휘도의 50%까지 감소하는데 걸린 시간은 70 시간이었고, 실시예 1 내지 4에서보다 짧은 내구성능을 나타냈다.

표 1로부터, 화합물 6 및 17의 HOMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜HOMO (화합물 6)｜＜｜HOMO (화합물 17)｜

표 2로부터, 화합물 6 및 17의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 다음의 식을 만족하지 못한다:

T1 (호스트) - T1 (HBL) ＞ 0.1 eV

화합물 17은 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다. 그러나, 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 화학식 1 또는 2로만 제시되지 않는다. 표 2로부터, 화합물 17의 경우, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 이하이다.

실시예 5

그 다음, 화합물 12를 진공 증착에 의해 성막하여 15 ㎚ 두께를 갖는 전자 블록킹 층을 형성했다.

호스트 재료로서 기능하는 화합물 7 및 오직 전자만을 트랩하는 성능을 가진 청색 형광 재료로서 기능하는 화합물 4의 동시 증착에 의해 발광층을 형성했고, 상기 화합물 7 및 4는 다른 보트로부터 공급되었다. 발광 재료의 농도는 10 중량%였다. 발광층 두께는 30 ㎚였다.

그 다음, 생성된 유기물 층 상에 불화리튬 (LiF)을 진공 증착에 의해 성막하여 0.5 ㎚ 두께를 갖는 막을 형성했다. 그 위에 150 ㎚ 두께를 갖는 알루미늄 막을 진공 증착에 의해 형성하여, 전자 주입 전극 (음극)을 제공했다. 이로써, 유기 발광 소자가 제조되었다. 증착 동안에, 진공도는 1.0 × 10^-4 Pa였다. 불화리튬의 성막 속도는 0.05 ㎚/sec였다. 알루미늄의 성막 속도는 1.0 ㎚/sec 내지 1.2 ㎚/sec의 범위였다.

얻은 소자에, ITO 전극 (양극)을 정극으로서 사용했다. 알루미늄 전극 (음극)을 부극으로서 사용했다. 5.6 V의 전압을 전극 사이에 인가한 경우, 청색 형광 도펀트 재료로부터 유래한 청색 발광이 2110 ㏅/㎡의 발광 휘도 및 2.40 ㏅/A의 발광 효율로 관측되었다. CIE 색도 좌표는 (x,y) = (0.15, 0.20)였다.

소자에 100 ㎃/㎠의 일정한 전류 밀도를 유지하면서 전압을 인가한 경우, 발광 휘도가 초기 발광 휘도의 50%까지 감소하는데 걸린 시간은 11 시간이었고, 만족스러운 내구성능을 나타냈다.

표 1로부터, 화합물 4 및 7의 HOMO 및 LUMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜HOMO (화합물 7)｜－｜HOMO (화합물 4)｜＞ 0.15 eV, 및

｜LUMO (화합물 4)｜＜｜LUMO (화합물 7)｜

발광층의 청색 형광 재료, 즉 화합물 4는 오직 정공만을 트랩한다.

표 1로부터, 화합물 7 및 12의 LUMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜LUMO (화합물 12)｜＜｜LUMO (화합물 7)｜

정공만을 트랩하는 발광층에 인접하고 양극 근처에 위치한 층은 전자를 블록킹한다.

표 2로부터, 화합물 7 및 12의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 다음의 식을 만족한다:

T1 (화합물 7) - T1 (화합물 12) ＞ 0.1 eV

또한, 각각의 화합물 7 및 12는 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다. 또한, 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 화학식 1 또는 2로 제시된다.

표 2로부터, 각각의 화합물 7 및 12에서, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 초과이다.

실시예 6

전자 블록킹 층으로서 기능하는 화합물 13을 화합물 12 대신 사용한 점을 제외하고는 실시예 5에서와 같이 소자를 제조했다.

이 실시예에서 얻은 소자의 경우, ITO 전극 (양극)을 정극으로서 사용했다. 알루미늄 전극 (음극)을 부극으로서 사용했다. 5 V의 전압을 전극 사이에 인가한 경우, 청색 형광 도펀트 재료로부터 유래한 청색 발광이 1472 ㏅/㎡의 발광 휘도 및 1.77 ㏅/A의 발광 효율로 관측되었다. CIE 색도 좌표는 (x,y) = (0.15, 0.23)였다.

소자에 100 ㎃/㎠의 일정한 전류 밀도를 유지하면서 전압을 인가한 경우, 발광 휘도가 초기 발광 휘도의 50%까지 감소하는데 걸린 시간은 17 시간이었고, 만족스러운 내구성능을 나타냈다.

표 1로부터, 화합물 7 및 13의 LUMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜LUMO (화합물 13)｜＜｜LUMO (화합물 7)｜

표 2로부터, 화합물 7 및 13의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 다음의 식을 만족한다:

T1 (화합물 7) - T1 (화합물 13) ＞ 0.1 eV

또한, 각각의 화합물 7 및 13은 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다. 또한, 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 화학식 1 또는 2로 제시된다.

표 2로부터, 각각의 화합물 7 및 13에서, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 초과이다.

비교예 5

발광층에서 호스트 재료로서 기능하는 화합물 15를 화합물 7 대신 사용한 점을 제외하고는 실시예 5에서와 같이 소자를 제조했다.

이 비교예에서 얻은 소자의 경우, ITO 전극 (양극)을 정극으로서 사용했다. 알루미늄 전극 (음극)을 부극으로서 사용했다. 8 V의 전압을 전극 사이에 인가한 경우, 청색 형광 도펀트 재료로부터 유래한 청색 발광이 545 ㏅/㎡의 발광 휘도 및 1.89 ㏅/A의 발광 효율로 관측되었다. CIE 색도 좌표는 (x,y) = (0.15, 0.19)였다.

소자에 100 ㎃/㎠의 일정한 전류 밀도를 유지하면서 전압을 인가한 경우, 발광 휘도가 초기 발광 휘도의 50%까지 감소하는데 걸린 시간은 6 시간이었고, 실시예 5 및 6에서보다 짧은 내구성능을 나타냈다.

표 1로부터, 화합물 4 및 15의 HOMO 및 LUMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜HOMO (화합물 15)｜－｜HOMO (화합물 4)｜＞ 0.15 eV, 및

｜LUMO (화합물 4)｜＜｜LUMO (화합물 15)｜

표 1로부터, 화합물 15 및 12의 LUMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜LUMO (화합물 12)｜＜｜LUMO (화합물 15)｜

표 2로부터, 화합물 15 및 12의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 다음의 식을 만족하지 못한다:

T1 (호스트) - T1 (EBL) ＞ 0.1 eV

화합물 15는 알킬 기로 각각 임의로 치환된 일가 또는 더 고가의 방향족 탄화수소 잔기를 복수 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기가 오직 단일 결합에 의해 연결된 탄화수소 화합물이다. 그러나, 이 탄화수소 화합물에서, 단일 결합과 단일 결합에 의해 연결된 방향족 탄화수소 잔기를 포함한 부분구조는 오직 화학식 1 또는 2로만 제시되지 않는다. 표 2로부터, 화합물 15의 경우, 방향족 탄화수소 잔기 사이의 단일 결합의 노출 표면적 최소치는 87 이하이다.

비교예 6

발광층에서 호스트 재료로서 기능하는 화합물 15를 화합물 7 대신 사용한 점을 제외하고는 실시예 6에서와 같이 소자를 제조했다.

이 비교예에서 얻은 소자의 경우, ITO 전극 (양극)을 정극으로서 사용했다. 알루미늄 전극 (음극)을 부극으로서 사용했다. 8 V의 전압을 전극 사이에 인가한 경우, 청색 형광 도펀트 재료로부터 유래한 청색 발광이 565 ㏅/㎡의 발광 휘도 및 2.37 ㏅/A의 발광 효율로 관측되었다. CIE 색도 좌표는 (x,y) = (0.15, 0.19)였다.

소자에 100 ㎃/㎠의 일정한 전류 밀도를 유지하면서 전압을 인가한 경우, 발광 휘도가 초기 발광 휘도의 50%까지 감소하는데 걸린 시간은 7 시간이었고, 실시예 5 및 6에서보다 짧은 내구성능을 나타냈다.

｜HOMO (화합물 15)｜－｜HOMO (화합물 4)｜＞ 0.15 eV, 및

｜LUMO (화합물 4)｜＜｜LUMO (화합물 15)｜

표 1로부터, 화합물 15 및 13의 LUMO 에너지는 다음의 식을 만족한다:

｜LUMO (화합물 13)｜＜｜LUMO (화합물 15)｜

표 2로부터, 화합물 15 및 13의 최저 여기 삼중항 상태 T1의 에너지는 다음의 식을 만족하지 못한다:

T1 (호스트) - T1 (EBL) ＞ 0.1 eV

본 발명의 측면은 긴 연속 구동 수명을 갖는 청색 유기 발광 소자를 제공한다.

본 발명을 예시적인 실시양태를 참고로 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시양태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 하기 특허청구범위의 범주는 이러한 변형 및 등가 구조 및 기능을 모두 포괄하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

본 출원은 2010년 3월 31일에 출원된 일본 특허 출원 제2010-082817호를 우선권 주장하며, 상기 출원은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.

Claims

양극 및 음극을 갖는 한 쌍의 전극;
한 쌍의 전극 사이에 배치되고, 호스트 재료 및 전자 트랩성을 갖는 청색 형광 도펀트 재료를 함유한 발광층; 및
발광층에 인접한 정공 블록킹 층을 포함하는 유기 발광 소자로서,
호스트 재료의 최저 비점유 분자 궤도의 에너지 (LUMO (호스트)) 및 청색 형광 도펀트 재료의 LUMO의 에너지 (LUMO (도펀트))가,
｜LUMO (도펀트)｜－｜LUMO (호스트)｜＞ 0.15 eV을 만족하고,
호스트 재료의 최고 점유 분자 궤도의 에너지 (HOMO (호스트)) 및 청색 형광 도펀트 재료의 HOMO의 에너지 (HOMO (도펀트))가,
｜HOMO (호스트)｜＜｜HOMO (도펀트)｜을 만족하고,
호스트 재료의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 (T1 (호스트)) 및 정공 블록킹 층의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 (T1 (HBL))가,
T1 (호스트) - T1 (HBL) ＞ 0.1 eV을 만족하며,
호스트 재료 및 정공 블록킹 층 재료는 상이한 탄화수소 화합물이고, 각각의 상기 탄화수소 화합물은 비치환된 또는 알킬치환된 일가 또는 일가보다 큰 방향족 탄화수소 잔기를 복수개 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기들은 오직 단일 결합에 의해 서로 연결되고,
상기 단일 결합 및 단일 결합에 의해 연결된 상기 방향족 탄화수소 잔기를 포함하는 부분구조가 오직 화학식 1 또는 2로 나타내어지는 유기 발광 소자.
<화학식 1>

<화학식 2>

(여기서, 화학식 1 및 2에 있는 굵은 선은 각각 단일 결합을 나타낸다)
제1항에 있어서, 호스트 재료 및 정공 블록킹 층 재료 각각의 단일 결합의 노출 표면적 최소치가 87 Å² 초과인 유기 발광 소자.
제1항에 있어서, 전자 트랩성을 갖는 청색 형광 도펀트 재료가 플루오란텐 골격을 함유한 부분구조를 갖는 탄화수소 화합물인 유기 발광 소자.
양극 및 음극을 갖는 한 쌍의 전극,
한 쌍의 전극 사이에 배치되고, 호스트 재료 및 정공 트랩성을 갖는 청색 형광 도펀트 재료를 함유한 발광층, 및
발광층에 인접한 전자 블록킹 층을 포함하는 유기 발광 소자로서,
호스트 재료의 최저 비점유 분자 궤도의 에너지 (LUMO (호스트)) 및 청색 형광 도펀트 재료의 LUMO의 에너지 (LUMO (도펀트))가,
｜LUMO (호스트)｜＞｜LUMO (도펀트)｜을 만족하고,
호스트 재료의 최고 점유 분자 궤도의 에너지 (HOMO (호스트)) 및 청색 형광 도펀트 재료의 HOMO의 에너지 (HOMO (도펀트))가,
｜HOMO (호스트)｜－｜HOMO (도펀트)｜＞ 0.15 eV을 만족하고,
호스트 재료의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 (T1 (호스트)) 및 전자 블록킹 층의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 (T1 (EBL))가,
T1 (호스트) - T1 (EBL) ＞ 0.1 eV을 만족하며,
호스트 재료 및 전자 블록킹 층 재료는 상이한 탄화수소 화합물이고, 각각의 상기 탄화수소 화합물은 비치환된 또는 알킬치환된 일가 또는 일가보다 큰 방향족 탄화수소 잔기를 복수개 갖고, 상기 방향족 탄화수소 잔기들은 오직 단일 결합에 의해 서로 연결되고,
상기 단일 결합 및 단일 결합에 의해 연결된 상기 방향족 탄화수소 잔기를 포함하는 부분구조가 오직 화학식 1 또는 2로 나타내어지는 유기 발광 소자.
<화학식 1>

<화학식 2>

(여기서, 화학식 1 및 2에 있는 굵은 선은 각각 단일 결합을 나타낸다)
제4항에 있어서, 호스트 재료 및 전자 블록킹 층 재료 각각의 단일 결합의 노출 표면적 최소치가 87 Å² 초과인 유기 발광 소자.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 발광층에 함유된 호스트 재료의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 T1이 2.5 eV 이하인 유기 발광 소자.