KR101758865B1 - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소자의 발광 효율을 개선하고 구동 안정성을 충분히 확보하면서, 간략한 구성을 가지는 유기 전계 발광 소자(유기 EL 소자)를 제공한다.
본 발명의 유기 EL 소자는 기판상에 적층된 양극과 음극 사이에, 발광층을 가지는 유기 전계 발광 소자로서, 상기 발광층이 인광 발광성 도펀트와 비대칭 인돌로카르바졸 화합물을 호스트 재료로서 함유하는 유기 전계 발광 소자이다. 비대칭 인돌로카르바졸 화합물은 인돌로카르바졸 구조를 가지는 2 이상의 기가 연결기에 의해 연결된 구조를 가지며, 인돌로카르바졸 구조를 가지는 기의 적어도 1개는 다른 기와 골격이 상이한 이성체 기이다. 비대칭 인돌로카르바졸 화합물로는 하기 식(2)로 표시되는 화합물이 있고, A는 치환기, R1~R3은 수소 또는 치환기, L은 방향족기로 이루어지는 연결기이다.
Figure 112012058594682-pct00046

Description

유기 전계 발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT}
본 발명은 인돌로카르바졸 화합물을 함유하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이며, 자세하게는 유기 화합물로 이루어지는 발광층에 전계를 걸어 빛을 방출하는 박막형 디바이스에 관한 것이다.
일반적으로 유기 전계 발광 소자(이하, 유기 EL 소자라고 함)는 그 가장 간단한 구조로서, 발광층 및 상기 층을 사이에 끼운 한쌍의 대향전극으로 구성되어 있다. 즉, 유기 EL 소자에서는 양쪽 전극간에 전계가 인가되면 음극으로부터 전자가 주입되고 양극으로부터 정공이 주입되며, 이들이 발광층에 있어서 재결합하여 빛을 방출하는 현상을 이용한다.
최근, 유기 박막을 이용한 유기 EL 소자의 개발이 이루어지게 되었다. 특히 발광 효율을 높이기 위해 전극으로부터 캐리어 주입의 효율 향상을 목적으로 해서 전극의 종류를 최적화하고, 방향족 디아민으로 이루어지는 정공 수송층과 8-하이드록시퀴놀린알루미늄 착체(이하, Alq3라고 함)로 이루어지는 발광층을 전극간에 박막으로서 마련한 소자의 개발로 인해, 종래의 안트라센 등의 단결정을 이용한 소자와 비교해서 대폭적인 발광 효율의 개선이 이루어진 점에서, 자발광·고속 응답성과 같은 특징을 가지는 고성능 플랫 패널에의 실용화를 목표로 해서 진행되어 왔다.
또한 소자의 발광 효율을 올리는 시도로서, 형광이 아니라 인광을 이용하는 것도 검토되고 있다. 상기의 방향족 디아민으로 이루어지는 정공 수송층과 Alq3로 이루어지는 발광층을 마련한 소자를 비롯한 많은 소자가 형광 발광을 이용한 것이었는데, 인광 발광을 이용하는 즉, 삼중항 여기 상태로부터의 발광을 이용함으로써, 종래의 형광(일중항)을 이용한 소자에 비해 3~4배 정도의 효율 향상이 기대된다. 이러한 목적을 위해 쿠마린(coumarin) 유도체나 벤조페논 유도체를 발광층으로 하는 것이 검토되어 왔지만 매우 낮은 휘도밖에 얻어지지 않았다. 또한 삼중항 상태를 이용하는 시도로서 유로퓸 착체를 이용하는 것이 검토되어 왔지만, 이것도 고효율의 발광에는 이르지 않았다. 최근에는 특허문헌 1에 제시된 바와 같이 발광의 고효율화나 장수명화를 목적으로 이리듐 착체 등의 유기 금속 착체를 중심으로 인광 발광 도펀트 재료의 연구가 다수 이루어지고 있다.
높은 발광 효율을 얻기 위해서는 상기 도펀트 재료와 동시에, 사용하는 호스트 재료가 중요해진다. 호스트 재료로서 제안되고 있는 대표적인 것으로서, 특허문헌 2에서 소개되어 있는 카르바졸 화합물의 4,4'-비스(9-카르바졸릴)비페닐(이하, CBP라고 함)을 들 수 있다. CBP는 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 착체(이하, Ir(ppy)3라고 함)로 대표되는 녹색 인광 발광 재료의 호스트 재료로서 사용했을 경우, CBP는 정공을 흘려보내기 쉽고 전자를 흘려보내기 어려운 특성상, 전하 주입 밸런스가 무너지고 과잉 정공은 전자 수송층측으로 유출되어, 결과적으로 Ir(ppy)3로부터의 발광 효율이 저하한다.
상술한 바와 같이, 유기 EL 소자에서 높은 발광 효율을 얻기 위해서는, 높은 삼중항 여기 에너지를 가지면서, 양 전하(정공·전자) 주입 수송 특성에 있어서 균형이 잡힌 호스트 재료가 필요하다. 또한 전기 화학적으로 안정적이고 높은 내열성과 함께 뛰어난 비정질 안정성을 구비한 화합물이 요망되고 있어, 한층 더한 개량이 요구되고 있다.
특허문헌 3에서는 정공 수송 재료로서 아래에 나타내는 것과 같은 인돌로카르바졸 화합물이 개시되어 있다.
Figure 112012058594682-pct00001
특허문헌 4에서는 정공 수송 재료로서 아래에 나타내는 것과 같은 인돌로카르바졸 화합물이 개시되어 있다.
Figure 112012058594682-pct00002
그러나 이들은 인돌로카르바졸 골격을 가지는 화합물을 정공 수송 재료로서 사용할 것을 권장하지만, 형광 발광 소자에 국한된 실시예이며, 인광 발광 소자용 재료로서의 사용을 개시한 것은 아니다.
특허문헌 5에는 호스트 재료로서 아래에 나타내는 것과 같은 인돌로카르바졸 화합물이 개시되어 있으며, 이것을 사용한 유기 EL 소자는 발광 효율이 개선되고, 높은 구동 안정성을 가지게 되는 것을 개시한다.
Figure 112012058594682-pct00003
일본국 공표특허공보 2003-515897호 일본국 공개특허공보 2001-313178호 일본국 공개특허공보 평11-162650호 일본국 공개특허공보 평11-176578호 WO2007/063754호 공보
유기 EL 소자를 플랫 패널 디스플레이 등의 표시 소자에 응용하기 위해서는, 소자의 발광 효율을 개선하는 동시에 구동시의 안정성을 충분히 확보할 필요가 있다. 본 발명은 상기 현실을 감안하여, 고효율이면서 높은 구동 안정성을 가진 실용상 유용한 유기 EL 소자 및 그것에 적합한 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 특정 구조의 인돌로카르바졸 골격을 가지는 화합물을 유기 EL 소자로서 사용함으로써 뛰어난 특성을 나타내는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 기판상에 양극, 인광 발광층을 포함하는 유기층 및 음극이 적층 되어 이루어지는 유기 전계 발광 소자에 있어서, 인광 발광층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 정공 저지층으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 유기층 중에, 일반식(1)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자이다.
Figure 112012058594682-pct00004
일반식(1) 중, L은 (m+n+p+q)가의 탄소수 6~50의 방향족 탄화수소기, 또는 (m+n+p+q)가의 탄소수 3~50의 방향족 복소환기를 나타내고, Y1~Y4는 각각 식(1a-1)~(1a-6) 중 어느 하나로 표시되며, 적어도 1개는 다른 기이다. m은 1~3의 정수, n은 1~3의 정수, p는 0~3의 정수, q는 0~3의 정수를 나타내고, m+n+p+q는 2~6이다.
Figure 112012058594682-pct00005
식(1a-1)~(1a-6) 중, A는 독립적으로 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~50의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~50의 방향족 복소환기를 나타낸다. R1~R3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~11의 방향족 복소환기를 나타낸다. 단, (1a-1), (1a-2), (1a-4) 및 (1a-6)에 있어서, R3은 R3이 결합하는 6원환과 함께 축합환을 형성해도 된다.
일반식(1)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물 중에서도, 하기 일반식(2)~(7)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 보다 바람직한 화합물로서 들 수 있다.
Figure 112012058594682-pct00006
일반식(2)~(7) 중 L, A, R1~R3, m 및 n은 일반식(1) 및 식(1a-1)~(1a-6)과 같은 의미이다.
일반식(2)~(7)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물에서 m 및 n은 1인 것이 더욱 바람직하다.
또한 상기 유기 전계 발광 소자는 상기 인돌로카르바졸 화합물과 인광 발광 도펀트를 함유하는 발광층을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 소자의 발광 효율을 개선하고 구동 안정성을 충분히 확보하면서, 간략한 구성을 가지는 유기 전계 발광 소자를 제공할 수 있다.
도 1은 유기 EL 소자의 하나의 구조예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 화합물 3-15의 1H-NMR 차트를 나타낸다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자에서 사용되는 인돌로카르바졸 화합물은 상기 일반식(1)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물이다. 일반식(1) 중, L은 탄소수 6~50의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~50의 방향족 복소환기이고, (m+n+p+q)가의 기이다. Y1~Y4는 각각 다른 식(1a-1)~(1a-6) 중 어느 하나로 표시되는 기이다. m은 1~3의 정수, n은 1~3의 정수, p는 0~3의 정수, q는 0~3의 정수를 나타내고, m+n+p+q는 2~6이다.
Y1~Y4는 인돌로카르바졸 골격에 R1~R3, 및 A가 치환하고, 인돌로카르바졸 골격 중의 N원자로부터 L과 결합하는 결합기가 생겨 있는 1가의 기이다. 인돌로카르바졸 골격은 5개의 환이 축합하여 생겨 있는데, 그 축합 위치가 상이한 이성체가 존재한다. Y1~Y4는 식(1a-1)~(1a-6)으로 표시되는 기이며, Y1~Y4는 다른 기이다. Y1~Y4 중, 적어도 2개는 서로 다른 기로서 존재한다. 2개 이상의 다른 인돌로카르바졸 이성체 골격을 특정 연결기로 결합한 구조, 또는 동일 이성체여도 분자 구조가 비대칭이 되는 결합 양식을 가짐으로써, 상기와 같은 뛰어난 효과를 초래한다고 생각된다.
일반식(1)에서 L은 탄소수 6~50의 방향족 탄화수소기, 탄소수 3~50의 방향족 복소환기를 나타낸다. L의 구체예로는 벤젠, 나프탈렌, 플루오렌, 안트라센, 페난트렌, 플루오란텐, 피렌, 크리센, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 카르바졸, 아크리딘 또는 이들 방향환이 복수 연결된 방향족 화합물에서 (m+n+p+q)개의 수소를 제거하고 생기는 (m+n+p+q)가의 기를 들 수 있다. 바람직하게는 벤젠, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 나프탈렌, 카르바졸 또는 이들 방향환이 복수 연결된 방향족 화합물에서 수소를 제거하고 생기는 (m+n+p+q)가의 기를 들 수 있다. 상기 방향환이 복수 연결될 경우, 그들은 동일해도 되고 달라도 된다. 상기 방향환이 복수 연결된 방향족 화합물에서 수소를 제거하고 생기는 기의 구체예로는 예를 들면 비페닐, 터페닐, 비피리딘, 비피리미딘, 비트리아진, 비스트리아질벤젠(bistriazylbenzene), 비나프탈렌, 페닐피리딘, 디페닐피리딘, 디페닐피리미딘, 디페닐트리아진, 페닐카르바졸, 피리딜카르바졸 등에서 생기는 (m+n+p+q)가의 기를 들 수 있고, Y1, Y2, Y3 및 Y4의 연결 위치는 한정되지 않으며, 말단의 환이어도 되고 중앙부의 환이어도 된다. 상기 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기는 치환기를 가져도 되는데, 치환기를 가질 경우, 바람직한 치환기로는 탄소수 1~4의 알킬기, 탄소수 3~6의 시클로알킬기, 탄소수 1~2의 알콕시기, 아세틸기 또는 탄소수 6~24의 디아릴아미노기이다.
여기서, 방향환이 복수 연결된 방향족 화합물에서 생기는 기는 2가의 기일 경우, 예를 들면 하기 식(11)~(13)으로 표시된다.
Figure 112012058594682-pct00007
(식(11)~(13) 중, Ar1~Ar6은 무치환의 단환 또는 축합환의 방향환을 나타낸다.)
L, A 및 R1~R3이 치환기를 가질 경우, 치환기의 총 수는 1~10이다. 바람직하게는 1~6이고, 보다 바람직하게는 1~4이다. 또한 L, A 및 R1~R3이 2개 이상의 치환기를 가질 경우, 그들은 동일해도 되고 달라도 된다. 또 L, A 및 R1~R3의 탄소수를 계산함에 있어서, 치환기를 가질 경우, 그 치환기의 탄소수를 포함한다.
일반식(1)에서 Y1~Y4는 각각 식(1a-1)~(1a-6)으로 표시된다. 식(1a-1)~(1a-6)에서 R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~11의 방향족 복소환기를 나타낸다. 바람직하게는 수소, 탄소수 1~4의 알킬기, 탄소수 3~6의 시클로알킬기, 페닐기, 나프틸기, 카르바졸릴기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기이다. 그리고 보다 바람직하게는 수소, 페닐기 또는 카르바졸릴기이다.
또한 식(1a-1), (1a-2), (1a-4) 및 (1a-6)에서 R3은 인돌로카르바졸 골격을 형성하는 중앙의 6원환과 축합환을 형성해도 된다. 상기 6원환과 R3이 축합할 경우, R3은 축합환이어도 된다. 축합환일 경우에는 인돌환이 바람직하고, 이 경우, 디인돌로카르바졸을 형성하게 된다. 이 때, 상기 인돌환은 치환기를 가져도 된다. R3이 상기 6원환에 축합하는 기일 경우, 축합하여 형성된 축합환에서 상기 6원환을 제거한 환으로는 피롤환, 푸란환, 티오펜환, 인돌환, 벤조푸란환, 벤조티오펜환, 벤젠환, 나프탈렌환 등을 들 수 있다. 이 환들은 치환기를 가져도 되고, 바람직하게는 치환기를 가져도 되는 인돌환이며, 그 경우 상기 6원환을 포함시키면 카르바졸환을 형성하는 것이 좋다. R3이 상기 6원환과 축합하는 경우는, R3이 상기 6원환에 치환하는 위치의 인접위의 탄소가 치환 가능한 수소를 가지는 경우이다.
A는 독립적으로 1가의 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~50의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~50의 방향족 복소환기를 나타낸다. 바람직한 A의 구체예로는 벤젠, 나프탈렌, 플루오렌, 안트라센, 페난트렌, 플루오란텐, 피렌, 크리센, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 나프티리딘, 카르바졸, 아크리딘 또는 이들이 복수 연결된 방향족 화합물에서 수소를 제거하고 생기는 1가의 기를 들 수 있다. 보다 바람직하게는 벤젠, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 나프탈렌, 카르바졸 또는 이들이 복수 연결된 방향족 화합물에서 수소를 제거하고 생기는 1가의 기를 들 수 있다. 상기 방향족 화합물이 복수 연결될 경우, 그들은 동일해도 되고 달라도 된다. 상기 복수 연결된 방향족 화합물에서 수소를 제거하고 생기는 기의 구체예로는 예를 들면 비페닐, 터페닐, 비피리딘, 비피리미딘, 비트리아진, 비스트리아질벤젠, 페닐피리딘, 디페닐피리딘, 디페닐피리미딘, 디페닐트리아진, 페닐카르바졸, 피리딜카르바졸 등으로부터 생기는 1가의 기를 들 수 있다. 상기 알킬기, 시클로알킬기, 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기는 치환기를 가져도 되고, 치환기를 가질 경우, 바람직한 치환기는 탄소수 1~4의 알킬기, 탄소수 1~2의 알콕시기, 아세틸기, 탄소수 6~18의 아릴기, 탄소수 3~17의 헤테로아릴기이다. 보다 바람직하게는 페닐기, 나프틸기, 카르바졸릴기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기이다. 또한 식(1a-1)~(1a-6)의 N과의 A의 치환 위치는 한정되지 않는다.
일반식(1)에서 m은 1~3의 정수를 나타낸다. 바람직하게는 m은 1~2의 정수이고, 보다 바람직하게는 m은 1이다.
일반식(1)에서 n은 1~3의 정수를 나타낸다. 바람직하게는 n은 1~2의 정수이고, 보다 바람직하게는 n은 1이다.
일반식(1)에서 p는 0~3의 정수를 나타낸다. 바람직하게는 p는 0~2의 정수이고, 보다 바람직하게는 p는 0 또는 1이다.
일반식(1)에서 q는 0~3의 정수를 나타낸다. 바람직하게는 q는 0~2의 정수이고, 보다 바람직하게는 q는 0 또는 1이다.
일반식(1)에서 m, n, p 및 q의 총 합은 2~6의 정수이다. 바람직하게는 2~4이고, 보다 바람직하게는 2 또는 3이다.
일반식(1)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물 중에서도 상기 일반식(2)~(7)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 바람직한 화합물로서 들 수 있다.
일반식(1)~(7) 및 식(1a-1)~(1a-6)에서 각각 동일한 기호 및 식은 특별히 언급하지 않는 한 동일한 의미를 가진다고 이해된다. 일반식(2)~(7)에서 m 및 n은 각각 1 또는 2인 것이 바람직하고, m 및 n이 각각 1인 것이 보다 바람직하다.
일반식(1)~(7)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물은 목적으로 하는 화합물의 구조에 따라 원료를 선택하고, 공지의 수법을 이용하여 합성할 수 있다.
예를 들면 식(1a-1)로 표시되는 인돌로카르바졸 골격 Synlett, 2005, No.1, p42-48에 제시된 합성예를 참고로 해서 이하의 반응식에 의해 합성할 수 있다.
Figure 112012058594682-pct00008
또한 식(1a-2)로 표시되는 인돌로카르바졸 골격을 부여하는 인돌로카르바졸 화합물은 Archiv der Pharmazie(Weinheim, Germany) 1987, 320(3), p280-2에 제시된 합성예를 참고로 해서 이하의 반응식에 의해 합성할 수 있다.
Figure 112012058594682-pct00009
또, 식(1a-3) 및 식(1a-4)로 표시되는 인돌로카르바졸 골격을 부여하는 인돌로카르바졸 화합물은 The Journal of Organic Chemistry, 2007, 72(15) 5886 및 Tetrahedron, 1999, 55, p2371에 제시된 합성예를 참고로 해서 이하의 반응식에 의해 합성할 수 있다.
Figure 112012058594682-pct00010
상술한 반응식에서 얻어지는 각 인돌로카르바졸 화합물의 질소에 결합하는 수소를, 정법(定法)에 따라, 대응하는 방향족기로 치환시켜 커플링함으로써, 일반식(1) 또는 (2)~(7)로 표시되는 화합물군을 합성할 수 있다.
일반식(1)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물의 구체예를 이하에 나타내지만, 본 발명의 유기 전계 발광 소자에서 사용되는 인돌로카르바졸 화합물은 이들에 한정되지 않는다.
Figure 112012058594682-pct00011
Figure 112012058594682-pct00012
Figure 112012058594682-pct00013
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상기 일반식(1)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물은 기판상에 양극, 복수의 유기층 및 음극이 적층되어 이루어지는 유기 EL 소자의 적어도 1개의 유기층에 함유시킴으로써 뛰어난 유기 전계 발광 소자를 부여한다. 함유시키는 유기층으로는 발광층, 정공 수송층, 전자 수송층 또는 정공 저지층이 적합하다. 보다 바람직하게는 인광 발광 도펀트를 함유하는 발광층의 호스트 재료로서 함유시키는 것이 좋다.
다음으로 본 발명의 유기 EL 소자에 대하여 설명한다.
본 발명의 유기 EL 소자는 기판상에 적층된 양극과 음극 사이에, 적어도 하나의 발광층을 가지는 유기층을 가지며, 또 적어도 하나의 유기층은 상기 인돌로카르바졸 화합물을 포함한다. 유리하게는 인광 발광 도펀트와 함께 상기 인돌로카르바졸 화합물을 발광층 중에 포함한다.
다음으로 본 발명의 유기 EL 소자의 구조에 대하여 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명의 유기 EL 소자의 구조는 도시된 것에 전혀 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 이용되는 일반적인 유기 EL 소자의 구조예를 나타내는 단면도이며, 1은 기판, 2는 양극, 3은 정공 주입층, 4는 정공 수송층, 5는 발광층, 6은 전자 수송층, 7은 음극을 각각 나타낸다. 본 발명의 유기 EL 소자에서는 발광층과 인접하여 여기자 저지층을 가져도 되고, 또한 발광층과 정공 주입층 사이에 전자 저지층을 가져도 된다. 여기자 저지층은 발광층의 양극측, 음극측 중 어느 것에도 삽입할 수 있고, 양쪽 동시에 삽입하는 것도 가능하다. 본 발명의 유기 EL 소자에서는 기판, 양극, 발광층 및 음극을 필수 층으로서 가지는데, 필수 층 이외의 층으로 정공주입 수송층, 전자주입 수송층을 가지는 것이 좋고, 또한 발광층과 전자주입 수송층 사이에 정공 저지층을 가지는 것이 좋다. 한편 정공주입 수송층은 정공 주입층과 정공 수송층 중 어느 하나 또는 양자를 의미하고, 전자주입 수송층은 전자 주입층과 전자 수송층 중 어느 하나 또는 양자를 의미한다.
한편, 도 1과는 반대의 구조, 즉 기판(1)상에 음극(7), 전자 수송층(6), 발광층(5), 정공 수송층(4), 양극(2)의 순으로 적층하는 것도 가능하며, 이 경우에도 필요에 따라 층을 추가하거나 생략할 수 있다.
-기판-
본 발명의 유기 EL 소자는 기판에 지지되어 있는 것이 바람직하다. 이 기판에 대해서는 특별히 제한은 없으며, 종래부터 유기 EL 소자에 관용되고 있는 것이면 되는데, 예를 들면 유리, 투명 플라스틱, 석영 등으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다.
-양극-
유기 EL 소자에서의 양극으로는 일 함수가 큰(4eV 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 전극 물질로 하는 것이 바람직하게 사용된다. 이러한 전극 물질의 구체예로는 Au 등의 금속, CuI, 인듐틴옥시드(ITO), SnO2, ZnO 등의 도전성 투명재료를 들 수 있다. 또한 IDIXO(In2O3-ZnO) 등 비정질이고 투명 도전막을 제작할 수 있는 재료를 사용해도 된다. 양극은 이 전극 물질들을 증착이나 스퍼터링 등의 방법으로 박막을 형성시켜, 포토리소그래피법으로 원하는 형상의 패턴을 형성해도 되고, 혹은 패턴 정밀도를 그다지 필요로 하지 않을 경우에는(100㎛ 이상 정도), 상기 전극 물질의 증착이나 스퍼터링시에 원하는 형상의 마스크를 통해 패턴을 형성해도 된다. 혹은 유기 도전성 화합물과 같이 도포 가능한 물질을 사용할 경우에는 인쇄 방식, 코팅 방식 등 습식 성막법을 이용할 수도 있다. 이 양극으로부터 발광을 추출할 경우에는 투과율을 10%보다 크게 하는 것이 바람직하고, 또 양극으로서의 시트 저항은 수백Ω/□ 이하가 바람직하다. 또한 막두께는 재료에 따라 다르지만, 보통 10~1000nm, 바람직하게는 10~200nm의 범위에서 선택된다.
-음극-
한편 음극으로는 일 함수가 작은(4eV 이하) 금속(전자 주입성 금속이라고 칭함), 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 전극 물질로 하는 것이 사용된다. 이러한 전극 물질의 구체예로는 나트륨, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘, 리튬, 마그네슘/구리 혼합물, 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄(Al2O3) 혼합물, 인듐, 리튬/알루미늄 혼합물, 희토류 금속 등을 들 수 있다. 이들 중에서 전자 주입성 및 산화 등에 대한 내구성의 점에서, 전자 주입성 금속과 이것보다 일 함수의 값이 크고 안정된 금속인 제2금속과의 혼합물, 예를 들면 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄(Al2O3) 혼합물, 리튬/알루미늄 혼합물, 알루미늄 등이 바람직하다. 음극은 이 전극 물질들을 증착이나 스퍼터링 등의 방법으로 박막을 형성시킴으로써 제작할 수 있다. 또한 음극으로서의 시트 저항은 수백Ω/□ 이하가 바람직하고, 막두께는 보통 10nm~5㎛, 바람직하게는 50~200nm의 범위에서 선택된다. 한편 발광한 빛을 투과시키기 위해, 유기 EL 소자의 양극 또는 음극 중 어느 한쪽이 투명 또는 반투명이면 발광 휘도가 향상되므로 유리하다.
또한 음극에 상기 금속을 1~20nm의 막두께로 제작한 후에, 양극의 설명에서 예로 든 도전성 투명재료를 그 위에 제작함으로써 투명 또는 반투명의 음극을 제작할 수 있고, 이것을 응용함으로써 양극과 음극이 모두 투과성을 가지는 소자를 제작할 수 있다.
-발광층-
발광층은 인광 발광층이며, 인광 발광 도펀트와 호스트 재료를 포함한다. 인광 발광 도펀트 재료로서는 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금 및 금에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 유기 금속 착체를 함유하는 것이 좋다. 이러한 유기 금속 착체는 상기 선행기술문헌 등에서 공지이며, 이들을 선택해서 사용할 수 있다.
바람직한 인광 발광 도펀트로서는 Ir 등의 귀금속 원소를 중심 금속으로 가지는 Ir(ppy)3 등의 착체류, (Bt)2Iracac 등의 착체류, (Btp)Ptacac 등의 착체류를 들 수 있다. 이 착체류들의 구체예를 이하에 나타내지만, 하기의 화합물에 한정되지 않는다.
Figure 112012058594682-pct00031
Figure 112012058594682-pct00032
상기 인광 발광 도펀트가 발광층 중에 함유되는 양은 5~30중량%의 범위에 있는 것이 바람직하다.
발광층에서의 호스트 재료로는 상기 일반식(1)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 상기 인돌로카르바졸 화합물을 발광층 이외의 다른 어느 유기층에 사용할 경우에는, 발광층에 사용하는 재료는 인돌로카르바졸 화합물 이외의 기타 호스트 재료여도 된다. 또한 인돌로카르바졸 화합물과 기타 호스트 재료를 병용해도 된다. 또, 공지의 호스트 재료를 복수 종류 병용해서 이용해도 된다.
사용 가능한 공지의 호스트 화합물로서는 정공 수송능, 전자 수송능을 가지면서, 발광의 장파장화를 막고, 게다가 높은 유리전이온도를 가지는 화합물이 바람직하다.
이러한 기타 호스트 재료는 다수의 특허문헌 등에 알려져 있으므로, 그 중에서 선택할 수 있다. 호스트 재료의 구체예로는, 특별히 한정되지 않지만, 인돌 유도체, 카르바졸 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아릴알칸 유도체, 피라졸린 유도체, 피라졸론 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘(chalcone) 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 히드라존(hydrazone) 유도체, 스틸벤(stilbene) 유도체, 실라잔 유도체, 방향족 제3아민 화합물, 스티릴아민 화합물, 방향족 디메틸리덴계 화합물, 포르피린계 화합물, 안트라퀴노디메탄 유도체, 안트론(anthrone) 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 티오피란디옥시드 유도체, 나프탈렌페릴렌 등의 복소환 테트라카르복실산무수물, 프탈로시아닌 유도체, 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착체나 메탈프탈로시아닌, 벤조옥사졸이나 벤조티아졸 유도체의 금속 착체로 대표되는 각종 금속 착체, 폴리실란계 화합물, 폴리(N-비닐카르바졸) 유도체, 아닐린계 공중합체, 티오펜 올리고머, 폴리티오펜 유도체, 폴리페닐렌 유도체, 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등의 고분자 화합물 등을 들 수 있다.
-주입층-
주입층이란, 구동 전압 저하나 발광 휘도 향상을 위해 전극과 유기층 사이에 마련되는 층으로, 정공 주입층과 전자 주입층이 있으며, 양극과 발광층 또는 정공 수송층의 사이, 및 음극과 발광층 또는 전자 수송층과의 사이에 존재시켜도 된다. 주입층은 필요에 따라 마련할 수 있다.
-정공 저지층-
정공 저지층은 넓은 의미에서는 전자 수송층의 기능을 가지며, 전자를 수송하는 기능을 가지면서 정공을 수송하는 능력이 현저하게 작은 정공 저지 재료로 이루어지고, 전자를 수송하면서 정공을 저지함으로써 전자와 정공의 재결합 확률을 향상시킬 수 있다.
정공 저지층에는 일반식(1)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 사용하는 것이 바람직하지만, 인돌로카르바졸 화합물을 다른 어느 유기층에 사용할 경우에는 공지의 정공 저지층 재료를 사용해도 된다. 또한 정공 저지층 재료로서는 후술하는 전자 수송층 재료를 필요에 따라 사용할 수 있다.
-전자 저지층-
전자 저지층은 정공을 수송하는 기능을 가지면서 전자를 수송하는 능력이 현저하게 작은 재료로 이루어지고, 정공을 수송하면서 전자를 저지함으로써 전자와 정공이 재결합하는 확률을 향상시킬 수 있다.
전자 저지층의 재료로는 본 발명에 따른 일반식(1)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 사용할 수 있는데, 다른 재료로서, 후술하는 정공 수송층 재료를 필요에 따라 사용할 수도 있다. 전자 저지층의 막두께는 바람직하게는 3~100nm이고, 보다 바람직하게는 5~30nm이다.
-여기자 저지층-
여기자 저지층은 발광층 내에서 정공과 전자가 재결합함으로써 생긴 여기자가 전하 수송층으로 확산되는 것을 저지하기 위한 층이며, 본 층의 삽입에 의해 여기자를 효율적으로 발광층 내에 가둘 수 있게 되어 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 여기자 저지층은 발광층에 인접하여 양극측, 음극측 중 어느 것에도 삽입할 수 있고, 양쪽 동시에 삽입하는 것도 가능하다.
여기자 저지층의 재료로는 일반식(1)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 사용할 수 있는데, 다른 재료로서, 예를 들면 1,3-디카르바졸릴벤젠(mCP)이나, 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-4-페닐페놀라토알루미늄(III)(BAlq)을 들 수 있다.
-정공 수송층-
정공 수송층은 정공을 수송하는 기능을 가지는 정공 수송 재료로 이루어지며, 정공 수송층은 단층 또는 복수층 마련할 수 있다.
정공 수송 재료로서는 정공의 주입 또는 수송, 전자의 장벽성 중 어느 하나를 가지는 것이며, 유기물, 무기물 중 어느 것이어도 된다. 정공 수송층에는 일반식(1)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 사용하는 것이 바람직하지만, 종래 공지의 화합물 중에서 임의의 것을 선택하여 사용할 수 있다. 사용 가능한 공지의 정공 수송 재료로서는 예를 들면 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아릴알칸 유도체, 피라졸린 유도체 및 피라졸론 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 옥사졸 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 히드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 실라잔 유도체, 아닐린계 공중합체, 또한 도전성 고분자 올리고머, 특히 티오펜 올리고머 등을 들 수 있는데, 포르피린 화합물, 방향족 제3급 아민 화합물 및 스티릴아민 화합물을 사용하는 것이 바람직하고, 방향족 제3급 아민 화합물을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
-전자 수송층-
전자 수송층은 전자를 수송하는 기능을 가지는 재료로 이루어지며, 전자 수송층은 단층 또는 복수층 마련할 수 있다.
전자 수송 재료(정공 저지 재료를 겸하는 경우도 있음)로서는, 음극으로부터 주입된 전자를 발광층에 전달하는 기능을 가지고 있으면 된다. 전자 수송층에는 본 발명에 따른 일반식(1)로 표시되는 재료를 사용하는 것이 바람직하지만, 종래 공지의 화합물 중에서 임의의 것을 선택해서 사용할 수 있으며, 예를 들면 니트로 치환 플루오렌 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 티오피란디옥시드 유도체, 카르보디이미드, 플루오레닐리덴메탄 유도체, 안트라퀴노디메탄 및 안트론 유도체, 옥사디아졸 유도체 등을 들 수 있다. 나아가 상기 옥사디아졸 유도체에 있어서, 옥사디아졸환의 산소원자를 유황원자로 치환한 티아디아졸 유도체, 전자 흡인기로서 알려져 있는 퀴녹살린환을 가지는 퀴녹살린 유도체도 전자 수송 재료로서 사용할 수 있다. 또한 이 재료들을 고분자쇄에 도입한, 또는 이 재료들을 고분자의 주쇄로 한 고분자 재료를 사용할 수도 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 자세하게 설명하지만, 본 발명은 물론 이 실시예들에 한정되지 않으며, 그 요지를 넘어서지 않는 한 다양한 형태로 실시하는 것이 가능하다.
이하에 나타내는 루트로 인돌로카르바졸 화합물을 합성하였다. 한편, 화합물번호는 상기 화학식에 부여한 번호에 대응한다.
<합성예 1>
화합물 3-15의 합성
Figure 112012058594682-pct00033
질소 분위기하, 1,2-시클로헥산디온 33.3g(0.30mol), 페닐히드라진 염산염 86.0g(0.60mol)과 에탄올 1000ml를 실온에서 교반하면서, 농황산 3.0g(0.031mol)을 5분에 걸쳐 적하한 후에, 65℃로 가열하면서 4시간 교반하였다. 반응 용액을 실온까지 냉각한 후에 석출한 결정을 여과 추출하고, 에탄올(2×500ml)을 이용해서 세정하여 보라색을 띤 갈색 결정 80.0g을 얻었다. 이 결정 72.0g(0.26mol), 트리플루오로아세트산 72.0g과 아세트산 720.0g을 100℃로 가열하면서 15시간 교반하였다. 반응 용액을 실온까지 냉각한 후에 석출한 결정을 여과 추출하고 아세트산(200ml)으로 세정하였다. 리슬러리 정제하여 백색 결정으로서 5,12-디하이드로인돌로[2,3-a]카르바졸(IC-1) 30.0g(수율 45%)을 얻었다.
Figure 112012058594682-pct00034
질소 분위기하, 인돌 20.0g(0.17mol)의 탈수 디에틸에테르 300ml 용액을 실온에서 교반하면서, 농황산 211.7g(2.16mol)에 농염산 112.0g(1.10mol)을 1시간에 걸쳐 적하하여 발생시킨 염화 수소 가스를 뿜어넣었다. 반응 용액을 실온에서 15시간 교반한 후에, 아세트산에틸 121.0g과 포화 탄산수소나트륨 수용액 303.2g을 첨가하였다. 수층(water layer)을 아세트산에틸(2×100ml)로 추출한 후에, 유기층을 포화 탄산수소나트륨 수용액(100ml)과 증류수(2×100ml)로 세정하였다. 유기층을 무수 황산마그네슘으로 건조한 후에 황산마그네슘을 여과 분별하고 용매를 감압 증류 제거하였다. 얻어진 잔사를 톨루엔 150ml에 용해하고, 팔라듐/활성탄 2.5g을 첨가한 후에 111℃로 가열 환류하면서 3시간 교반하였다. 반응 용액을 실온까지 냉각한 후에 팔라듐/활성탄을 여과 분별하고 용매를 감압 증류 제거하였다. 재결정에 의해 정제를 실시하여, 백색 결정으로서 중간체 A 14.7g(수율 37%)을 얻었다.
Figure 112012058594682-pct00035
질소 분위기하, 중간체 A 14.1g(0.061mol), N,N'-디메틸아미노아세트알데히드디에틸아세탈 11.4g(0.071mol)과 아세트산 110.0g을 118℃로 가열 환류하면서 8시간 교반하였다. 반응 용액을 실온까지 냉각한 후에 석출한 결정을 여과 추출하고 아세트산(30ml)으로 세정하였다. 얻어진 결정을 리슬러리 정제하여, 백색 결정으로서 5,12-디하이드로인돌로[3,2-a]카르바졸(IC-2) 10.4g(수율 67%)을 얻었다.
Figure 112012058594682-pct00036
질소 분위기하, 화합물(IC-2) 10.0g(0.039mol), 요오드벤젠 39.8g(0.20mol), 구리 6.2g(0.098mol), 탄산칼륨 8.1g(0.059mol), 테트라글라임 200ml를 첨가하여 교반하였다. 그 후 190℃까지 가열하고 24시간 교반하였다. 반응 용액을 실온까지 냉각한 후에 구리, 무기물을 여과 분별하였다. 여과액에 증류수 200ml를 첨가하여 교반하고, 석출한 결정을 여과 분별하였다. 이것을 감압 건조한 후, 칼럼 크로마토그래피로 정제하여 백색 분말의 중간체 B 9.7g(0.029mol, 수율 75%)을 얻었다.
Figure 112012058594682-pct00037
질소 분위기하, 화합물(IC-1) 26.0g(0.10mol), 요오드벤젠 122.7g(0.60mol), 요오드화구리 54.7g(0.29mol), 탄산칼륨 66.7g(0.48mol)과 퀴놀린 800ml를 190℃로 가열하면서 72시간 교반하였다. 반응 용액을 실온까지 냉각한 후에 증류수(500ml)와 디클로로메탄(500ml)을 교반하면서 첨가하였다. 석출한 결정을 여과 분별한 후에 유기층을 증류수(3×500ml)로 세정하였다. 유기층을 무수 황산마그네슘으로 건조한 후에 황산마그네슘을 여과 분별하고 용매를 감압 증류 제거하였다. 얻어진 잔사를 실리카겔 칼럼 크로마토그래피로 정제하여, 백색 고체로서 중간체 C 13.7g(수율 41%)을 얻었다.
Figure 112012058594682-pct00038
질소 분위기하, 염화 시아눌 85.4g(0.46mol), 탈수 테트라하이드로푸란 500ml를 첨가하여 교반하였다. 반응 용액의 온도를 -20℃ 이하로 유지하면서 1.1mol/l 브롬화 페닐마그네슘, 테트라하이드로푸란 용액 600ml를 1시간에 걸쳐 적하한 후 1.5시간 교반을 계속하였다. 그 후 톨루엔 300ml, 2N HCl 500ml를, 반응 용액의 온도를 5℃ 이하로 유지하면서 첨가하였다. 반응 용액을 유기층과 수층으로 분획하여, 유기층을 증류수(2×300ml)로 세정하고, 또한 포화 식염수로 1회 세정한 후, 유기층을 황산마그네슘으로 탈수하였다. 황산마그네슘을 여과 분별한 후, 용매를 감압 증류 제거하였다. 얻어진 점성이 있는 액체에 n-헥산 1000g을 첨가하고 가열, 교반하였다. 그 후, 열시(熱時) 여과를 하고 불용분을 제거하였다. 여과액을 냉각하고, 석출한 침상(針狀) 결정을 여과 추출, 건조하여 중간체 D 73.3g (0.32mol, 수율 75%)을 얻었다.
Figure 112012058594682-pct00039
질소 분위기하, 56% 수소화나트륨 1.6g, 탈수 N,N-디메틸포름아미드 50ml를 첨가하여 교반하였다. 다음으로 중간체 C 10.0g(0.030mol)을 탈수 N,N-디메틸포름아미드 60ml에 용해시킨 용액을 30분에 걸쳐 적하하였다. 그 후, 1시간 교반을 계속하였다. 다음으로 중간체 D 7.0g(0.031mol)을 탈수 N,N-디메틸포름아미드 60ml에 용해시킨 용액을 30분에 걸쳐 적하하였다. 그 후, 하루동안 교반을 계속하였다. 다음으로 동 플라스크 내에 증류수 300g을 첨가하고, 석출한 황색 결정을 여과 추출하였다. 여과 추출한 황색 결정을 리슬러리 정제하고, 건조시켜 중간체 E 15.0g (0.029mol, 수율 96%)을 얻었다.
APCI-TOFMS, m/z 523 [M+H]+
Figure 112012058594682-pct00040
질소 분위기하, 56% 수소화나트륨 2.4g, 탈수 N,N-디메틸포름아미드 130ml를 첨가하여 교반하였다. 다음으로 중간체 B 15.4g(0.046mol)을 탈수 N,N-디메틸포름아미드 154ml에 용해시킨 용액을 30분에 걸쳐 적하하였다. 그 후, 1시간 교반을 계속하였다. 다음으로 중간체 E 22.0g(0.042mol)을 탈수 N,N-디메틸포름아미드 220ml에 용해시킨 용액을 30분에 걸쳐 적하하였다. 그 후, 4시간 교반을 계속하였다. 다음으로 동 플라스크 내에 증류수 500g을 첨가하고, 석출한 황색 결정을 여과 추출하였다. 여과 추출한 황색 결정을 리슬러리를 실시하고 건조하였다. 그 후, 실리카겔 칼럼으로 정제하여, 화합물 3-15를 9.2g(0.011mol, 수율 27%) 얻었다.
APCI-TOFMS, m/z 818 [M+H]+, 1H-NMR 측정 결과(측정 용매:THF-d8)를 도 2에 나타낸다.
또한 상기와 동일하게 해서, 화합물 1-31, 2-3, 3-22, 5-19, 6-11, 6-17 및 6-30을 합성하였다.
<실시예 1>
막두께 110nm의 ITO로 이루어지는 양극이 형성된 유리 기판상에, 각 박막을 진공 증착법으로 진공도 4.0×10-5Pa로 적층시켰다. 먼저, ITO상에 구리 프탈로시아닌(CuPC)을 25nm의 두께로 형성하였다. 다음으로 정공 수송층으로서 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(NPB)을 40nm의 두께로 형성하였다. 다음으로 정공 수송층상에, 호스트 재료로서 합성예 1에서 얻은 화합물 3-15와, 인광 발광 도펀트로서의 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)(Ir(ppy)3)을 다른 증착원으로부터 공증착하여 40nm의 두께로 발광층을 형성하였다. 발광층 중의 Ir(ppy)3의 농도는 10.0wt%였다. 다음으로 전자 수송층으로서 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄(III) (Alq3)을 20nm의 두께로 형성하였다. 또한 전자 수송층상에, 전자 주입층으로서 불화리튬(LiF)을 1.0nm의 두께로 형성하였다. 마지막으로 전자 주입층상에, 전극으로서 알루미늄(Al)을 70nm의 두께로 형성하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
얻어진 유기 EL 소자에 외부 전원을 접속하여 직류 전압을 인가한 결과, 표 1과 같은 발광 특성을 가지는 것이 확인되었다. 표 1에서 휘도, 전압 및 발광 효율은 10mA/㎠에서의 값을 나타낸다. 한편 휘도 반감 시간은 40mA/㎠의 일정 전류 구동으로 평가하고, 이 결과를 초기 휘도 1000cd/㎡의 경우로 환산한 값을 나타낸다. 한편 소자 발광 스펙트럼의 극대 파장은 520nm이며, Ir(ppy)3로부터의 발광이 얻어지고 있음을 알 수 있었다.
<실시예 2>
발광층의 호스트 재료로서, 화합물 1-31을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
<실시예 3>
발광층의 호스트 재료로서, 화합물 2-3을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
<실시예 4>
발광층의 호스트 재료로서, 화합물 3-22를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
<실시예 5>
발광층의 호스트 재료로서, 화합물 5-19를 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
<실시예 6>
발광층의 호스트 재료로서, 화합물 6-11을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
<실시예 7>
발광층의 호스트 재료로서, 화합물 6-17을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
<실시예 8>
발광층의 호스트 재료로서, 화합물 6-30을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
<비교예 1>
발광층의 호스트 재료로서, 하기 화합물 H-1을 사용한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
Figure 112012058594682-pct00041
실시예 2~8 및 비교예 1에서 얻은 유기 EL 소자의 소자 발광 스펙트럼의 극대 파장은 모두 520nm로, Ir(ppy)3로부터의 발광이 얻어지고 있음을 알 수 있었다. 발광 특성 및 수명 특성을 표 1에 나타낸다.
Figure 112012058594682-pct00042
실시예 1~8의 유기 EL 소자는 비교예 1에 비해 초기 특성 및 수명 특성이 향상되었으며, 이것으로 보아, 1분자 중에 다른 인돌로카르바졸 골격을 가지는 재료를 발광층 주성분으로 사용함으로써 유기 EL 소자 특성이 개선됨을 알 수 있다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자에서 사용되는 인돌로카르바졸 화합물은 1분자 중에 2종류 이상의 인돌로카르바졸 이성체 골격을 가지거나, 또는 동일 이성체여도 분자 구조가 비대칭이 되는 결합 양식을 가짐으로써, 정공, 전자 이동 속도의 미세 조정, 및 IP, EA, T1의 각종 에너지값의 제어가 가능해진다. 그 결과, 상기 인돌로카르바졸 화합물을 사용한 유기 EL 소자에서 발광층 중의 최적의 캐리어 밸런스를 실현하여, 발광 특성의 대폭적인 개선이 가능해진다. 또, 이 인돌로카르바졸 화합물은 산화, 환원, 여기의 각 활성 상태에서 안정성을 향상시킬 수 있고, 동시에 양호한 비정질 특성을 가지므로, 구동 수명이 길고 내구성이 높은 유기 EL 소자를 실현할 수 있다. 또한 용해성 향상 등의 기능을 부여시킨 재료 설계가 가능하며, 습식 프로세스에 보다 적합한 재료를 부여할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 EL 소자는 발광 특성, 구동 수명 및 내구성에 있어서 실용상 만족할 수 있는 수준에 있으며, 플랫 패널 디스플레이(휴대전화 표시소자, 차재(車載) 표시소자, OA 컴퓨터 표시소자나 텔레비전 등), 면 발광체로서의 특징을 살린 광원(조명, 복사기의 광원, 액정 디스플레이나 계기류의 백라이트 광원), 표시판이나 표식등 등에의 응용에 있어서 그 기술적 가치가 크다.

Claims (4)

  1. 기판상에 양극, 인광 발광층을 포함하는 유기층 및 음극이 적층되어 이루어지는 유기 전계 발광 소자에 있어서, 인광 발광층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 정공 저지층으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 유기층 중에, 일반식(1)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    Figure 112017052397165-pct00043

    일반식(1) 중, L은 (m+n+p+q)가의 탄소수 6~50의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~50의 방향족 복소환기를 나타내고, Y1~Y4는 각각 식(1a-1)~(1a-6) 중 어느 하나로 표시되는 기이며, 적어도 1개는 식이 다른 기이다. m은 1~3의 정수, n은 1~3의 정수, p는 0~3의 정수, q는 0~3의 정수를 나타내고, m+n+p+q는 2~6이다.
    Figure 112017052397165-pct00044

    식(1a-1)~(1a-6) 중, A는 독립적으로 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~50의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~50의 방향족 복소환기를 나타낸다. R1~R3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~11의 방향족 복소환기를 나타낸다. 단, 식(1a-1), (1a-2), (1a-4) 및 (1a-6)에서 R3은 R3이 결합하는 6원환과 함께 축합환을 형성해도 된다.
  2. 제1항에 있어서,
    일반식(1)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물이, 일반식(2)~(7) 중 어느 하나로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    Figure 112017052397165-pct00045

    일반식(2)~(7) 중 L, A, R1~R3, m 및 n은 제1항에 정의된 바와 같다.
  3. 제2항에 있어서,
    일반식(2)~(7)로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물에 있어서, m 및 n이 각각 1이고, R1~R3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~11의 방향족 복소환기를 나타내는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    인돌로카르바졸 화합물을 포함하는 유기층이, 인광 발광 도펀트를 함유하는 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
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