KR20080003432A - 유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료 - Google Patents

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Abstract

서로 탄소-탄소 단일 결합을 통해 연결된 2개 이상의 방향족 분자 구성성분들을 갖는 정공 및/또는 전자 전도용 치환 방향족 분자들을 포함하며, 방향족 분자들은 각각 개별 분자 구성성분으로서 여기 에너지가 23,000 cm-1 초과인 제1 삼중항 준위를 가지며 탄소-탄소 단일 결합에 대하여 오르토 위치에 하나 이상의 치환체를 각각 포함하고, 오르토 위치에 도입된 치환체들은 그들의 크기로 인해 회전축인 탄소-탄소 단일 결합을 따라 이웃하는 분자 구성성분들의 회전을 일으키는 것인, 유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료.
유기 전계발광 소자, 매트릭스 재료, 방향족 분자.

Description

유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료{MATRIX MATERIAL FOR ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICES}
본 발명은 유기 전계발광 층 및 삼중항 준위가 높은 방향족 매트릭스 재료들을 갖는 전계발광 소자에 관한 것이다.
기판 상에 적용되는 다중 박막층들의 층 구조를 가지며, 하나 이상의 유기 전계발광 층 (EL 층)이 예를 들어 실내 조명, 신호등 또는 디스플레이용 백라이트 시스템과 같은 다양한 용도를 위해 빛을 방출하는 유기 전계발광 소자 (OLED)가 이미 알려져 있다. 전형적인 구조는 하나 이상의 투명 전극, 예를 들어 ITO (인듐 주석 산화물), 반사 전극, 예를 들어 금속, 및 상기 전극들 사이에 배치된 유기 재료의 전계발광 층을 포함한다. 발광 저분자들이 정공- 또는 전자-전도 매트릭스 재료에 매입된 전계발광 층을 갖는 OLED는 한편 SMOLED (small molecule organic light-emitting diode, 저분자 유기 발광 다이오드)로 언급된다.
전계발광 층 내부에서는 전극들에 적용된 전압으로 인해 전자 또는 정공으로서 전계발광 층에 주입된 전하 운반체의 재결합에 의하여 상기 발광 분자들이 여기(excitation)된다. 스핀 통계 때문에, 25％의 발광 분자들은 빛 (형광)을 방출함으로써 기준 상태 (ground state)로 진입할 수 있는 단일항 상태로 여기된다. 하지만, 75％의 여기는 기준 상태로의 방사 전이(radiative transition)가 금지되 는 최저 에너지 삼중항 상태로 일어나게 되며, 이는 매우 긴 방사 수명을 유도한다. 인광으로 불리는 삼중항 준위로부터의 발광은, 질소 온도로 냉각하기만 한다면 대부분의 재료에서 관찰된다. 그렇지만 단일항 및 삼중항 상태의 혼합으로 인하여 실온에서도 삼중항 상태로부터의 방사 전이를 나타내는 발광 재료들이 일부 존재한다. 하지만, 전형적으로 여기된 삼중항 상태의 수명은 마이크로 초 내지 밀리 초의 범위이므로, 여기된 단일항 준위의 수명보다 몇 차수 정도가 길다. 이러한 비교적 긴 시간 동안, 매트릭스 분자의 삼중항 준위가 동일하거나 보다 낮은 에너지 준위에 있다면 상기 에너지는 이웃하는 매트릭스 분자로 전달될 수 있다. 일단 삼중항 에너지가 매트릭스 분자들로 전달되면, 상기 에너지는 발광으로 소실될 가능성이 매우 높다.
문서 WO 01/96454는 방출 파장이 적색, 녹색 또는 청색 스펙트럼 범위인 발광 재료의 여기에 적합한 긴-사슬 방향족 매트릭스 분자들을 개시하고 있다. 발광 재료의 에너지 전달에 의한 효과적인 여기를 위해, 상기 매트릭스 분자들은 편극성 치환체들을 가지는 것이 바람직하며 또한 전계발광 소자의 조작 중 결정화 효과를 피하기 위하여 30,000 달톤 초과의 고분자량인 것을 특징으로 한다. 1 달톤은 1.66*10-27 kg에 해당하며, 이는 탄소 원자량의 약 1/12이다. 그러므로 30,000 달톤은 2500 개의 탄소 원자 중량에 해당한다. 개별 분자들은 플루오렌류 및 페닐류를 포함하는 순환 분자 구성성분들로 이루어진다. 상기 분자들은 분자 구성성분 상의 위치들에 (상세 정의되지 않음) 유기 및/또는 무기 치환체를 임의의 수 (상세 명시되지 않음)로 가지며, 상기 치환체들은 서로 간에 가교를 형성할 수 있다.
알려진 바와 같이, 방향족 고분자들의 삼중항 준위는 분자 구성성분들의 연쇄로 인해 보다 긴 파장으로 이동하게 된다. 예를 들어, 벤젠의 삼중항 준위 에너지 (역 파동수 1/λ 로 표현됨)는 29,500 cm- 1 부터 나프탈렌 (21,300 cm-1)을 거쳐 안트라센 (14,700 cm-1) 까지 감소하고, 페닐류에 대하여 삼중항 준위는 1,1'-비페닐의 22,900 cm- 1 부터 p-터페닐의 20,400 cm-1을 거쳐 p-쿼터페닐의 19,000 cm-1 미만까지 감소하며, 이는 플루오렌류에 대해서도 동일하다. 하지만 청색광은 20,700 cm-1 내지 22,300 cm-1의 파동수를 갖는다. 비록 WO 01/96454에 개시된 방향족 매트릭스 재료들이 발광 분자들의 단일항 상태로부터 청색광 방출을 허용하기는 하나, 상기된 재료들에서 청색광 방출을 위한 발광 분자들의 여기된 삼중항 상태의 에너지는 그럼에도 불구하고 매트릭스 재료들의 삼중항 준위로 전달되어 방사됨이 없이 방출될 수 있어, 청색 스펙트럼 범위에서 OLED의 저 효율성을 수반한다.
따라서, 본 발명의 목적은 효과적인 청색광 방출을 위해 높은 삼중항 에너지를 갖는 동시에 전계발광 소자용으로 양호한 성능 특성들을 갖는 유기 매트릭스 재료를 제공하는 것이다.
상기 목적은 서로 탄소-탄소 단일 결합을 통해 연결된 2개 이상의 방향족 분자 구성성분들을 갖는 정공 및/또는 전자 전도용 치환 방향족 분자들을 포함하며, 방향족 분자들은 각각 개별 분자 구성성분으로서 여기 에너지가 23,000 cm-1 초과인 제1 삼중항 준위를 가지며 탄소-탄소 단일 결합에 대하여 오르토 위치에 하나 이상의 치환체를 각각 포함하고, 오르토 위치에 도입된 치환체들이 그들의 크기로 인해 회전축인 탄소-탄소 단일 결합을 따라 이웃하는 분자 구성성분들의 회전을 일으키는 것인, 유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료에 의하여 달성된다.
방향족 분자 구성성분들은 때때로 23,000 cm-1 초과의 여기 에너지를 가지며, 상기 에너지는 청색 스펙트럼 범위 (20,700 cm-1 및 22,300 cm-1), 따라서 전체 가시광 스펙트럼 범위 위에 존재하게 된다. 이들의 결정화 감수성 또는 불충분한 용융 온도로 인하여, 상기 분자 구성성분들은 매트릭스 재료로서 직접 사용될 수는 없다. 하나 이상의 제 2 분자 구성성분과의 조합으로 안정한 박막층이 생성될 수 있다.
각 분자 구성성분에 대해, 본 발명에 따른 매트릭스 분자들은 이웃하는 분자 구성성분들을 서로 연결하는 탄소-탄소 단일 결합에 대하여 오르토 위치에 하나 이상의 치환체를 갖는다. 이러한 방식으로 배치된 치환체들은 이웃하는 분자 구성성분들의 상호 회전을 일으키므로 실질적으로 분자 구성성분들 서로 간에 개별 p 오비탈들이 짝풀림(decoupling)되도록 하며, 이는 복수의 분자 구성성분들로 구성된 본 발명에 따른 보다 큰 매트릭스 재료 내에서 개별 분자 구성성분들의 전자적 특성, 특히 높은 삼중항 준위의 실질적인 보존을 유도한다. 이 경우 p 오비탈들의 짝풀림은 회전각의 작용이다. 이러한 회전을 달성하기 위해서는, 실질적으로 화학적으로 중성인 치환체들은 적절한 공간-점유 크기를 가져야 한다.
상기의 경우 치환된 방향족 분자들이 10,000 원자 질량 단위 미만의 분자 질량을 갖는 매트릭스 재료가 바람직하며, 특히 바람직하게는 2000 원자 질량 단위 미만이며, 1 원자 질량 단위 (u)는 1.66*10-27 kg (탄소 원자 질량의 약 1/12 임)에 해당한다. 분자 질량이 커질수록 p 오비탈의 큰 공액(conjugation) 길이의 가능성이 높아지며, 이는 개별 방향족 분자 구성성분들에 비하여 치환 방향족 분자의 삼중항 에너지가 감소되도록 한다. 보다 큰 분자 질량은 또한 유기층 생성을 위해 증기 증착법을 사용하는 것을 매우 곤란하게 한다.
유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료의 분자 구성성분들이 하기 군으로부터의 재료들을 포함하는 것이 바람직하다:
Figure 112007082813788-PCT00001
이들 분자 구성성분들은 상응하는 단위분자들의 특히 높은 삼중항 준위, 즉 29,500 cm-1 (I), 23,700 cm-1 (II) 및 23,400 cm-1 (III)를 특징으로 한다.
방향족 분자 구성성분들의 수는 유리하게는 10 이하, 바람직하게는 6 미만이며, 이는 치환된 방향족 분자의 뒤틀린 구조 및 이에 수반한 p 오비탈들의 실질적인 짝풀림에도 불구하고, 매트릭스 층 내에 매입된 발광 분자들을 여기시키기에 충분한 전하 수송이 가능하도록 한다. 또한, 분자 구성성분들의 수가 적으면, 여기 에너지가 하전 여기 이외에 여기자(exciton)에 의해 수송될 수도 있다.
분자 구성성분들의 치환체들이 플루오르, 및/또는 선형 또는 분지된 알킬, 알케닐, 알키닐 또는 아다만탄 기를 포함하는 유기 재료, 바람직하게는 적어도 부분적으로 플루오르화된 유기 재료인 것이 특히 바람직하다. 이들 공간-점유 유기 재료들은 상기 분자 구성성분들이 이웃하는 분자 구성성분들의 평면으로 다시 회전하여 돌아가는 것을 방지한다.
알킬 사슬은 2 내지 20 의 탄소 원자수를 갖는 것이 특히 바람직하다. 이들 사슬은 이웃하는 분자 구성성분들의 충분한 회전을 유발하기에 충분히 긴 동시에 양호한 치환 특성을 갖는다.
특히 바람직한 치환 방향족 분자들은 하기 군으로부터의 하나 이상의 분자들로 이루어진다:
Figure 112007082813788-PCT00002
Figure 112007082813788-PCT00003
Figure 112007082813788-PCT00004
Figure 112007082813788-PCT00005
Figure 112007082813788-PCT00006
[식 중, R1 내지 R7은 동일하거나 상이한 치환체들임]. 주로 p-헥사페닐 핵중심 (6개의 연결된 탄소 고리들의 사슬)으로 이루어진 매트릭스 재료는 전자 전도성이 정공 전도성보다 높은 것을 특징으로 한다. 또한 R1 내지 R7은 용해도를 개선하고, 결정화 감수성을 감소시키며, 산화환원 전위 (산화 또는 환원 용이성)을 조정하고 전하 수송성을 개선하기 위해 사용된다.
이웃하는 방향족 분자 구성성분들 간의 회전이 10 도 초과의 각도에 해당하는 것이 유리하며, 바람직하게는 30 도 초과이다. 여기서 상기 각도는 분자 구성성분들의 방향족 고리들에 의해 정의되는 평면들 사이의 각도이다.
본 발명에 따른 치환 방향족 분자의 저급 삼중항 준위가 22,500 cm-1 초과의 여기 에너지를 갖는 것이 특히 바람직하며, 바람직하게는 23,000 cm-1 초과, 더욱 바람직하게는 24,000 cm-1 초과이다. 청색 발광 재료의 여기된 상태는 단지 극미한 정도로만 매트릭스 재료로의 에너지 전달에 의해 방사됨이 없이 기준 상태로 진입할 수 있다.
본 발명은 또한 기판, 2개 이상의 전극, 상기 전극 사이에 배치되고 청구항 제 1 항에 기재된 매트릭스 재료를 포함하는 하나 이상의 전계발광 층, 및 상기 매트릭스 재료에 매입된 방출을 위한 발광 재료를 가지며, 특히 상기 발광 재료가 청색광을 방출하는 경우, 매트릭스 재료의 최저 삼중항 준위가 발광 재료의 최저 삼중항 준위보다 높은 에너지로 존재하는 전계발광 소자에 관한 것이다. 오직 이러한 방식에 의해서만, 여기된 삼중항 상태들이 그들의 여기 에너지를 방사 없이 이웃하는 매트릭스 분자들에 전달하는 것을 방지할 수 있다. 스핀 통계로 인하여 75％의 여기 에너지가 삼중항 상태로 여기되기 때문에, 이는 효과적인 전계발광 광원에 매우 중요하다.
본 발명의 상기 및 기타 특징들은 이후 기술되는 구현예를 통하여 명백해지고, 이를 참조로 설명될 것이다.
도면에서:
도 1은 전계발광 소자의 도식적인 표시를 제시한다.
도 1에 표시된 전계발광 소자는 전형적으로 기판(1) 및, 그 위에 적용되는 하나 이상의 애노드(anode)(2), 전계발광 층(4) 및 캐소드(cathode)(6)을 갖는다. 도 1에 제시된 전계발광 소자의 효율을 개선하기 위하여, 이는 애노드(2)와 전계발광 층(4) 사이에 정공 수송 층(3)을 갖고 캐소드(6)과 전계발광 층(4) 사이에 전자 수송 층(5)를 가질 수도 있다. 필요한 경우, 상기 층 구조는 역순으로 적용될 수도 있다. 기판을 통하거나 (하부 방출체, bottom emitter) 또는 기판 반대쪽 상에서 (상부 방출체, top emitter), 목적하는 빛의 출구 방향에 따라 전극(2) 또는 (4)가 투명하다.
하부 방출체에서, 기판(1)은 바람직하게는 투명 유리판 또는 플라스틱판이다. 플라스틱판은 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)를 함유할 수 있다. 애노드(2)는 바람직하게는 투명하며, 예를 들어 p-도핑된 규소, 인듐 도핑된 주석 산화물 (ITO) 또는 안티몬 도핑된 주석 산화물 (ATO)을 함유할 수 있다. 애노드(2)는 바람직하게는 ITO를 함유한다. 애노드(2)는 전형적으로 구조화되지 않으나, 평판으로서 고안된다. 캐소드(6)은 예를 들어 알루미늄, 구리, 은 또는 금과 같은 금속, 합금 또는 n-도핑된 규소를 함유할 수 있다. 캐소드(6)이 둘 이상의 전도층을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 캐소드(6)이 알칼리 토금속, 예를 들어, 칼슘, 바륨 또는 LiF의 제 1층 및 알루미늄의 제 2층을 함유하는 것이 특히 바람직할 수 있다. 캐소드(6)은 구조화될 수 있으며, 예를 들어 전도성 재료(들)의 다중 평행 띠들을 함유할 수 있다. 대안적으로, 캐소드(6)은 비(非)구조화되거나 평판으로서 고안될 수 있다.
애노드(2)는 제 1 정공 수송층(3)과 인접하며, 바람직한 구현예에서, 상기 정공 수송층(3)은 예를 들어 테트라플루오로-테트라시아노-퀴노디메탄 (F4-TCNQ) 으로 1％ 도핑된 4,4',4"-트리스-(N-(3-메틸-페닐)-N-페닐아미노)-트리페닐아민 (MTDATA)의 정공 주입층과, 예를 들어 트리아릴아민류, 디아릴아민류, 트리스틸벤아민류, 또는 폴리에틸렌 디옥시티오펜 (PDOT) 및 폴리(스티렌술포네이트)의 혼합물의 정공 송달층으로 이루어진다.
예를 들어 트리스-(8-히드록시-퀴놀리네이토)-알루미늄 (Alq3), 1,3,5-트리스-(1-페닐-1H-벤즈이미다졸-2-일)벤젠 (TPBI), 또는 1,3,4-옥사디아졸류 또는 1,2,4-트리아졸류와 같은 저(低)전자 헤테로사이클류를 함유할 수 있는 정공-차단 및 전자-수송 층(5)가 전형적으로 캐소드(6)과 전계발광 층(4) 사이에 배치된다.
전계발광 층(4)는 유기 매트릭스 재료 및 이에 매입된 발광 재료들을 함유한다. 이러한 유형의 전계발광 층(4)를 갖는 전계발광 소자는 또한 SMOLED (저분자 유기 발광 다이오드)로서 언급되기도 하며, 유리하게는 고분자에 비하여 증기 증착에 의해 얇은 층으로서 제조되는 것이 가능하다는 것을 특징으로 한다. 스핀 통계 때문에, 25％의 작은 발광 분자들은 빛 (형광)을 방출함으로써 기준 상태로 진입할 수 있는 단일항 상태로 여기된다. 하지만, 75％의 재조합에서, 기준 상태로의 방사 전이가 금지되는 최저 에너지 삼중항 상태로 여기가 일어나게 되며, 이는 매우 긴 방사 수명을 초래한다. 인광으로 불리는 삼중항 준위로부터의 발광은, 질소 온도로 냉각하기만 한다면 대부분의 재료에서 관찰된다. 그렇지만 단일항 및 삼중항 상태의 혼합으로 인하여 실온에서도 삼중항 상태로부터의 방사 전이를 나타내는 발 광 재료들이 일부 존재한다. 하지만, 전형적으로 이러한 상태의 수명은 마이크로 초 내지 밀리 초의 범위이므로, 단일항 준위의 전이 보다 훨씬 더 길다. 이러한 비교적 긴 시간 동안, 매트릭스 분자의 삼중항 준위가 보다 낮은 에너지 준위에 있거나, 보다 높은 삼중항 준위의 경우에 열 활성화에 의한 전이가 가능하다면, 상기 에너지는 이웃하는 매트릭스 분자로 전달될 수 있다. 일단 삼중항 에너지가 예를 들어 매트릭스 분자들과 같은 다른 분자들로 전달되면, 이는 발광으로 소실될 가능성이 매우 높다. 실온에서의 에너지 전달을 실질적으로 방지하기 위해서는, 이웃하는 매트릭스 분자들의 삼중항 상태는 발광 분자들의 파동수보다 높은 파동수인 약 1000-2000이어야 한다. 이러한 조건은 녹색 또는 적색 삼중항 방출체에 대하여는 매우 쉽게 충족되지만 청색 삼중항 방출체에 대해서는 어려운 요구 조건인데, 이는 청색 스펙트럼 범위에서의 방출을 위한 방출체 분자들의 삼중항 준위가 21,000 cm-1 내지 22,000 cm-1이기 때문이다.
치환체가 없이 분자량의 증가는 매트릭스 분자의 삼중항 준위의 여기 에너지를 감소시키며, 이는 벤젠 및 상응하는 보다 긴-사슬 구조들 a) 및 b)를 참조하여 제시된 바와 같다:
a)
Figure 112007082813788-PCT00007
b)
Figure 112007082813788-PCT00008
삼중항 에너지 준위는 벤젠 → 나프탈렌 → 안트라센 → 테트라센 순서대로 29,500 cm- 1 에서 10,250 cm- 1 까지 감소하며, 삼중항 에너지는 벤젠 → 비페닐 → 터페닐 → 쿼터페닐 순서대로 29,500 cm- 1 부터 19,000 cm-1 미만까지 감소한다. 분자 크기가 증가할수록 분자 내 p 오비탈들의 공액 길이가 증가하며, 적합한 치환체의 도입과 같은 추가의 조치 없이는, 개별 분자 구성성분 벤젠의 삼중항 준위와 비교하여 전체적인 분자의 삼중항 준위 에너지를 감소시킨다.
삼중항 에너지가 24,500 cm-1인 트리페닐아민에 이외에도, 하기의 삼중항 에너지를 갖는 벤젠, 플루오렌 및 트리페닐렌이 바람직한 방향족 분자이다:
Figure 112007082813788-PCT00009
하지만 상기의 작은 분자들은 결정화 감수성이 높거나 용융 또는 유리 전이 온도가 불충분하기 때문에 매트릭스 재료로서 적합하지 않다. 상기 분자 구성성분들 벤젠, 트리페닐아민, 플루오렌 및/또는 트리페닐렌과, 동일한 군으로부터의 하나 이상의 제 2 분자 구성성분이 탄소-탄소 단일 결합에 의해 짝지어진 조합으로부터, 10,000 원자 질량 단위 미만, 바람직하게는 2,000 원자 질량 단위 미만의 질량을 갖는 본 발명에 따른 매트릭스 재료가 제조될 수 있으며, 이때, 이웃하는 분자 구성성분들의 강제 상호 회전이 분자 구성성분들 서로간의 개별 p 오비탈들의 짝풀림을 유발하도록, 이웃하는 분자 구성성분들의 탄소-탄소 단일 결합에 대하여 오르토 위치에, 각각의 분자 구성성분 상으로 적절한 크기의 치환체를 하나 이상 도입하며, 이는 두 분자 구성성분들 간의 탄소-탄소 단일 결합의 예인 하기의 두 3D 표현에 제시된 바와 같다 (CH3 치환체들이 한쪽 (a) 및 양쪽 (b)의 오르토 위치에 도입됨).
Figure 112007082813788-PCT00010
치환체 A는 탄소-탄소 단일 결합에 의해 서로 연결된 추가의 분자 구성성분들 및/또는 추가의 치환체들을 의미한다. 상기 3D 표현은 탄소-탄소 단일 결합을 따라, 그에 대해 오르토 위치에 각각 도입된 CH3 치환체들에 의해 유발된 이웃하는 분자 구성성분들의 회전을 명백하게 보여준다. 이와 관련하여, 이웃하는 분자 구성성분들의 상호 회전의 존재의 관점에서, 두 분자 구성성분들의 치환체들이 탄소-탄소 단일 결합과 같은 쪽 혹은 반대 쪽에 도입되는지는 별로 중요하지 않다. 하지만, 대략 큰 각도로 회전을 일으키려면, (a)에 제시된 바와 같이 두 이웃하는 분자 구성성분들의 치환체들이 탄소-탄소 단일 결합에 대해 같은 쪽에 도입되는 경우가 유리하다. 그러나 대안적으로, (b)에 제시된 바와 같이, 각각의 경우 분자 구성성분 당 2 개의 치환체들이 탄소-탄소 단일 결합에 대해 오르토 위치에 도입되는 것도 가능하다. 이는 복수의 분자 구성성분들로 구성된 보다 큰 치환 방향족 분자 내에서, 각각의 분자 구성성분들의 전자적 특성, 특히 높은 삼중항 준위의 실질적인 보존을 달성한다
분자 구성성분들의 뒤틀린 구조 및 이에 수반한 p 오비탈들의 실질적인 짝풀림에도 불구하고, 고분자와 비교하여 작은 분자 크기는 매입된 발광 분자들을 여기시키기에 충분한 전하 수송이 가능하도록 한다. 발광 분자들의 효과적인 하전 여기를 위해, 본 발명에 따른 매트릭스 분자들은 10 개 초과의 분자 구성성분들을 함유하지 않아야 한다. 분자 구성성분들이 6개 이하인 분자들은 또한 하전 여기 이외에도, 여기자 에너지를 발광 재료로 효과적으로 수송할 수 있다.
열 증기 증착은 제어가 용이하며 균질하고 고른 층을 생성하기 때문에, SMOLED, 특히 10,000 원자 질량 단위 미만, 바람직하게는 2,000 원자 질량 단위 미만의 분자 질량을 갖는 분자들에 대해 통상적인 층 제조법을 대표한다.
본 발명에 따른 치환 방향족 분자들의 하기 구현예 1 내지 3은 p-헥사페닐 핵중심을 갖는 분자들이다:
1)
Figure 112007082813788-PCT00011
2)
Figure 112007082813788-PCT00012
3)
Figure 112007082813788-PCT00013
여기서, 6 개의 페닐 고리들 (구현예 1) 또는 3 개의 플루오렌 단위체들 (구현예 2)이 회전 중 연결될 수 있다. 구현예 1 과 2의 조합이 구현예 3에 제시되며, 여기서 중앙의 플루오렌 단위체가 2 개의 페닐 단위체에 각각 연결된다. 이 경우, R1은 회전축인 탄소-탄소 단일 결합을 따라 이웃하는 개별 분자 구성성분들이 영구적으로 회전되도록 하는데 적합한 크기의 치환체이다. 상기 치환체들 R2 및 R3은 다양한 유기 및/또는 무기 재료들일 수 있다. 분자들 사이의 보다 양호한 전하 수송성을 위해, 예를 들어 트리페닐 단위체들이 R2의 한쪽 또는 양쪽에 말단 부착될 수 있다.
탄소 원자 수 2 내지 20의 선형 또는 분지된 알킬, 알케닐, 알키닐 및/또는 아다만탄 기를 포함하는 유기 재료가 특히, 바람직하게는 적어도 부분적으로 플루오르화된 유기 재료가, 분자 구성성분을 연결하는 탄소-탄소 단일 결합에 대해 오 르토 위치에 위치함으로써 분자 구성성분들의 상호 회전을 일으킬 수 있는 공간-점유 치환체 R1로서 적합하다. 모든 분자 구성성분들에 대해 일관성 있게 선택되는 본 발명에 따른 치환체에 대한 참조 R1은 단지 모든 분자 구성성분들에 대해 유사한 회전 효과만을 다룬다. R1에 대한 재료는 매트릭스 분자 내에서 쉽게 달라질 수 있다.
페닐 핵중심을 갖는 분자들은 본 발명에 따른 매트릭스 재료들의 하기 구현예 4 및 5에 제시된다:
4)
Figure 112007082813788-PCT00014
구현예 4에서, 3 개의 트리페닐 단위체는 중심 페닐 고리 상의 위치 1, 3 및 5에 부착된다. 여기서, 중심 페닐 고리에 대한 회전은 R1에 대해 전기된 재료들을 갖는 치환체 R1 및 R2에 의해 영향을 받을 수 있다. 치환체 R1 및 R2는 이 경우 동일하거나 상이할 수 있다. 상이한 분자 구성성분들 상의 치환체들 R1은 마찬가지로 동일하거나 상이할 수 있다. 치환체 R3 내지 R7로서 사용되는 재료들은 예를 들어 용해도를 개선하거나, 결정화 감수성을 낮추거나 산화환원 전위를 조정하기 위해 적절히 선택될 수 있다.
구현예 5는 중심 페닐 고리 상의 위치 1, 3 및 5에 3 개의 플루오렌 단위체의 연결을 보여준다. 여기서, 중심 페닐 고리에 대한 회전은 R1에 대해 전기된 재료들을 갖는 치환체 R1 및 R2에 의해 영향을 받을 수 있다. 치환체 R1 및 R2는 이 경우 동일하거나 상이할 수 있다. 상이한 분자 구성성분들 상의 치환체들 R1은 마찬가지로 동일하거나 상이할 수 있다. 치환체 R4 및 R5로서 사용되는 재료들은 예를 들어 용해도를 개선하거나, 결정화 감수성을 낮추거나 산화환원 전위를 조정하기 위해 적절히 선택될 수 있다.
5)
Figure 112007082813788-PCT00015
본 발명에 따른 전계발광 소자의 구현예:
- 150 nm 두께의 인듐 주석 산화물 (ITO)의 애노드를 갖는 유리 기판
- 1％ F4-TCNQ 를 갖는 MTDATA 정공 주입 층, 두께 400 nm
- MTDATA 정공 송달층, 도핑되지 않음, 두께 100 nm
- 본 발명에 따른 매트릭스 분자들의 방출 층, 예를 들어 본 발명에 따른 치환 p-헥사페닐, 9 중량％ 발광 재료 함유, 두께 150 nm
- TPBI 정공-차단 및 전자-수송 층, 두께 500 nm
- LiF 전자-주입 층, 두께 1 nm
- 알루미늄 캐소드, 두께 70 nm
전기된 정공 차단 층은 전자 이동성이 정공 이동성보다 높은 매트릭스 재료를 갖는 전계발광 소자의 바람직한 구현예에서 생략될 수 있으며, 이는 제조 방법을 간소화시킨다. 본 발명에 따른 치환 p-헥사페닐이 그러한 매트릭스 재료의 한 예이다.
본 발명에 따른 치환 방향족 분자들의 제조 방법은 선행 기술이므로 당업자에게 공지되어 있다.
이제까지 언급된 구현예들은 단지 소수의 본 발명에 따른 매트릭스 분자들을 제시하며, 특허 청구항들을 이들 예시로써 제한하는 것으로서 해석되어서는 아니된다. 특허 청구항의 보호 범위에 의해 마찬가지로 포괄되는 대안 구현예들 또한 당업자들에게는 가능하다.

Claims (11)

  1. 서로 탄소-탄소 단일 결합을 통해 연결된 2개 이상의 방향족 분자 구성성분들을 갖는 정공 및/또는 전자 전도용 치환 방향족 분자들을 포함하며, 방향족 분자들은 각각 개별 분자 구성성분으로서 여기 에너지가 23,000 cm-1 초과인 제1 삼중항 준위를 가지며 탄소-탄소 단일 결합에 대하여 오르토 위치에 하나 이상의 치환체를 각각 포함하고, 오르토 위치에 도입된 치환체들이 그들의 크기로 인해 회전축인 탄소-탄소 단일 결합을 따라 이웃하는 분자 구성성분들의 회전을 일으키는 것인, 유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료.
  2. 제 1 항에 있어서, 치환 방향족 분자들은 10,000 원자 질량 단위 미만, 특히 바람직하게는 2,000 원자 질량 단위 미만의 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 방향족 분자 구성성분들이 하기 군으로부터의 하나 이상의 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료:
    Figure 112007082813788-PCT00016
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 방향족 분자 구성성분들의 수가 10 이하, 바람직하게는 6 이하인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 치환체들이 플루오르, 및/또는 알킬, 알케닐, 알키닐 또는 아다만탄 기를 포함하는 유기 재료, 바람직하게는 적어도 부분적으로 플루오르화된 유기 재료인 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료.
  6. 제 5 항에 있어서, 치환체들이 2 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 치환 방향족 분자들이 하기 군으로부터의 하나 이상의 분자들로 구성되는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료:
    Figure 112007082813788-PCT00017
    Figure 112007082813788-PCT00018
    Figure 112007082813788-PCT00019
    Figure 112007082813788-PCT00020
    Figure 112007082813788-PCT00021
    [식 중, R1 내지 R7은 동일하거나 상이한 치환체들 및/또는 분자 구성성분들을 포함한다].
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 이웃하는 방향족 분자 구성성분들 사이의 회전이 10 도 초과, 바람직하게는 30 도 초과의 각도에 해당하는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 치환 방향족 분자는 여기 에너지가 22,500 cm-1 초과, 바람직하게는 23,000 cm-1 초과, 더욱 바람직하게는 24,000 cm-1 초과인 저급 삼중항 준위를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자용 매트릭스 재료.
  10. 기판, 2개 이상의 전극, 상기 전극 사이에 배치되고 제 1 항에 기재된 매트릭스 재료를 포함하는 하나 이상의 전계발광 층, 및 상기 매트릭스 재료에 매입된 발광 재료를 가지며, 매트릭스 재료의 제1 삼중항 준위가 발광 재료의 제1 삼중항 준위보다 높은 에너지로 존재하는 것인, 전계발광 소자.
  11. 제 10 항에 있어서, 발광 재료가 청색광을 방출하는 것을 특징으로 하는 전계발광 소자.
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