KR20100014803A - 유기 전계발광 소자 - Google Patents

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요리유끼 다까시마
마사까즈 후나하시
다까시 아라까네
유미꼬 미즈끼
히로시 야마모또
치시오 호소까와
기요시 이께다
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이데미쓰 고산 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 음극 및 양극과,
상기 음극 및 양극의 사이에 적어도 발광층과 전자 수송층을 포함하고,
상기 발광층이 호스트 화합물과 플루오란텐 화합물을 함유하고,
전자 수송층이 하기 화학식 (1)을 포함하는 유기 전계발광 소자에 관한 것이다.
(A)u-(B)v (1)
(식 중, A는 탄소환 3 이상의 방향족 탄화수소기를 포함하는 기이고, B는 치환될 수도 있는 복소환기이고, u, v는 각각 1 내지 6의 정수임)
유기 전계발광 소자, 발광층, 전자 수송층, 호스트 화합물, 플루오란텐 화합물

Description

유기 전계발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE}
본 발명은 플루오란텐 화합물과 특정한 전자 수송 화합물을 조합하여 이용한 유기 전계발광(EL) 소자에 관한 것이다.
유기 전계발광 소자는 전계를 인가함으로써, 양극에 의해 주입된 정공과 음극에 의해 주입된 전자의 재결합 에너지에 의해 형광 물질이 발광하는 원리를 이용한 자발광 소자이다.
이스트만 코닥사의 탕(C. W. Tang) 등에 의한 적층형 소자에 의한 저전압 구동 유기 EL 소자의 보고(비특허 문헌 1)가 이루어진 이래, 유기 재료를 구성 재료로 하는 유기 EL 소자에 관한 연구가 활발히 행해지고 있다.
탕 등은 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄을 발광층에, 트리페닐디아민 유도체를 정공 수송층에 이용한 적층 구조를 채용하고 있다. 적층 구조의 이점으로서는 발광층에의 정공의 주입 효율을 높일 수 있고, 음극에 주입된 전자를 블록하여 재결합에 의해 생성되는 여기자의 생성 효율을 높일 수 있고, 발광층 내에서 생성된 여기자를 밀폐할 수 있는 등을 들 수 있다. 이 예와 같이 유기 EL 소자의 소자 구조로서는 정공 수송(주입)층, 전자 수송 발광층의 2층형, 또는 정공 수송(주입)층, 발광층, 전자 수송(주입)층의 3층형 구조 등이 잘 알려져 있다. 이러한 적층형 구 조 소자로서는 주입된 정공과 전자의 재결합 효율을 높이기 위해서, 소자 구조나 형성 방법에 다양한 고안이 이루어지고 있다.
유기 EL 소자에 이용되는 발광 재료로서는 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄 착체 등의 킬레이트 착체, 쿠마린 착체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 비스스티릴아릴렌 유도체, 옥사디아졸 유도체 등의 발광 재료가 알려져 있고, 이들은 청색으로부터 적색까지의 가시 영역의 발광이 얻어지는 것이 보고되어 있고, 컬러 표시 소자의 실현이 기대되어 있다(예를 들면 특허 문헌 1 내지 3 등). 그러나, 그의 발광 효율이나 수명은 실용 가능한 레벨에까지 도달하지 않고 불충분하였다. 또한, 풀컬러 디스플레이에는 색의 3원색(청색, 녹색, 적색)이 요구되지만, 그 중에서도 고효율인 청색 소자가 요구되고 있다.
최근에는 플루오란텐 유도체를 발광층에 첨가한 청색계 발광 소자가 개시되어 있다. 그러나, 특허 문헌 4 내지 7에 개시되어 있는 발광 소자의 색 순도는 청녹색이거나 또는 기재가 없고, 또한 인가 전압이 12V로 높고, 발광 효율도 4 내지 4.5 cd/A 정도로 낮았다. 특허 문헌 8에서는 색도의 기재가 있지만 순청색 영역이 아니고, 발광 효율은 4 cd/A 이하였다. 특허 문헌 9, 10의 발광 소자는 청색 순도는 우수하지만, 실용적인 수명을 수반하고 있지 않았다.
또한 특허 문헌 11에는 벤조디아졸 화합물을 전자 수송층에 이용한 소자가 개시되어 있지만, 효율은 4.0 cd/A이고, 단수명이었다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 (평)8-239655호 공보
특허 문헌 2: 일본 특허 공개 (평)7-138561호 공보
특허 문헌 3: 일본 특허 공개 (평)3-200889호 공보
특허 문헌 4: 특허 제3853042호 공보
특허 문헌 5: 일본 특허 공개 (평)10-189247호 공보
특허 문헌 6: 일본 특허 공개 (평)11-012205호 공보
특허 문헌 7: 일본 특허 공개 제2001-250688호 공보
특허 문헌 8: 일본 특허 공개 제2000-007594호 공보
특허 문헌 9: 일본 특허 공개 제2003-026616호 공보
특허 문헌 10: 일본 특허 공개 제2005-068087호 공보
특허 문헌 11: 국제 공개 제WO2004/080975호
비특허 문헌 1: C. W. Tang, S. A. Vanslyke, Applied Physics Letters, 51권, 913페이지, 1987년
본 발명의 목적은 실용적인 고효율로 긴 수명, 또한 색 순도가 우수한 유기 EL 소자를 제공하는 것이다.
<발명의 개시>
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 연구를 거듭한 결과, 발광층에 플루오란텐 화합물을, 전자 수송층에 특정한 화합물을 이용함으로써, 유기 EL 소자의 장기 수명화와 고효율화를 달성할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명에 따르면 이하의 유기 EL 소자 등을 제공할 수 있다.
1. 음극 및 양극과,
상기 음극 및 양극의 사이에 적어도 발광층과 전자 수송층을 포함하고,
상기 발광층이 호스트 화합물과 플루오란텐 화합물을 함유하고,
전자 수송층이 하기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계발광 소자.
(A)u-(B)v (1)
(식 중, A는 탄소환 3 이상의 방향족 탄화수소기를 포함하는 기이고, B는 치환될 수도 있는 복소환기이고, u, v는 각각 1 내지 6의 정수임)
2. 상기 양극과 발광층의 사이에 정공 주입층을 더 포함하는 1에 기재된 유기 전계발광 소자.
3. 상기 양극과 발광층의 사이에 정공 수송층을 더 포함하는 1 또는 2에 기재된 유기 전계발광 소자.
4. 상기 플루오란텐 화합물이 하기 화학식 (2)로 표시되는 화합물인 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
FLn-G1 (2)
(식 중, n은 2 내지 4의 정수이고,
FL은 플루오란텐 구조를 갖는 1가의 기이고, 복수의 FL은 동일하거나 상이할 수도 있고,
G1은 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 방향족기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 모노아미노 방향족기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 60의 디아미노 방향족기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 60의 트리아미노 방향족기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 3 내지 40의 복소환기, 치환 또는 비치환된 에테닐렌기, 또는 단결합임)
5. 상기 화학식 (2)의 FL이 하기 화학식 (3) 내지 (6) 중 어느 하나로 표시되는 화합물의 1가의 플루오란텐 화합물 잔기인 4에 기재된 유기 전계발광 소자.
Figure 112009050315445-PCT00001
(식 (3) 내지 (6) 중, X1 내지 X16은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐옥시기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 20의 아릴기(다만, 화학식 (3) 내지 (6)인 경우에는 없음), 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 20의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 20의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 20의 복소환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 2 내지 30의 아미노기, 니트로기, 시아노기, 실릴기, 수산기, -COOR1e기(기 중, R1e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄), -COR2e기(기 중, R2e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기, 또는 아미노기를 나타냄), 또는 -OCOR3e기(기 중, R3e는 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알 킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄)를 나타내고, 또한 X1 내지 X16 중 인접하는 기 및 각 기의 치환기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소환을 형성하고 있을 수도 있음)
6. 상기 1가의 플루오란텐 화합물 잔기가 상기 화학식 (3) 또는 (4)로 표시되는 화합물의 1가 잔기인 5에 기재된 유기 전계발광 소자.
7. 화학식 (2)에 있어서, G1이 하기 화학식으로 표시되는 기 중 어느 하나인 4에 기재된 유기 전계발광 소자.
Figure 112009050315445-PCT00002
8. 상기 플루오란텐 화합물이 하기 화학식 (3) 내지 (6) 중 어느 하나로 표시되는 화합물인 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
Figure 112009050315445-PCT00003
(식 (3) 내지 (6) 중, X1 내지 X16은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐옥시기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 아릴기(다만, 화학식 (3) 내지 (6)인 경우에는 없음), 치환 또는 비치환 된 탄소 원자수 6 내지 40의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 복소환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 2 내지 30의 아미노기, 니트로기, 시아노기, 실릴기, 수산기, -COOR1e기(기 중, R1e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄), -COR2e기(기 중, R2e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기, 또는 아미노기를 나타냄), 또는 -OCOR3e기(기 중, R3e는 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄)를 나타내고, 또한 X1 내지 X16 중 인접하는 기 및 각 기의 치환기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소환을 형성하고 있을 수도 있음)
9. 상기 플루오란텐 화합물이 상기 화학식 (3) 또는 (4)로 표시되는 화합물 인 8에 기재된 유기 전계발광 소자.
10. 상기 각 화학식 (3) 내지 (6) 중의 X1 내지 X16의 적어도 1개가 니트로기, 시아노기, 할로겐 원자, 할로알킬기, -COOR1e기(R1e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄), 및 -COR2e기(R2e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기, 또는 아미노기를 나타냄)로 이루어지는 군에서 선택되는 전자 구인성기 또는 전자 구인성기를 갖는 기인 8에 기재된 유기 전계발광 소자.
11. 상기 플루오란텐 화합물이 상기 화학식 (3) 또는 (4)로 표시되는 화합물인 10에 기재된 유기 전계발광 소자.
12. 상기 각 화학식 (3) 내지 (6)의 X1 내지 X16의 적어도 1개가 하나 이상의 전자 구인성기를 갖는 치환 아릴기인 8에 기재된 유기 전계발광 소자.
13. 상기 각 화학식 (3) 내지 (6)의 X1 내지 X16의 적어도 1개가 치환 아릴기 이고, 상기 아릴기의 치환기가 전자 구인성기를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴기인 8에 기재된 유기 전계발광 소자.
14. 상기 전자 구인성기가 니트로기, 시아노기, 불소기 및 할로알킬기로 이루어지는 군에서 선택되는 기인 10 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
15. 상기 화합물 (4)의 X4 및 X11이 페닐기인 10 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
16. 상기 화합물 (4)의 X7이 수소 원자이고, X8이 전자 구인성 치환기를 갖는 아릴기인 10 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
17. 상기 화합물 (4)의 X7이 수소 원자이고, X8이 전자 구인성 치환기를 갖는 아릴기를 갖는 치환 아릴기인 10 내지 15 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
18. 상기 화합물 (3)의 X3 및 X10이 페닐기인 청구항 10 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
19. 상기 화합물 (3)의 X6이 수소 원자이고, X7이 전자 구인성 치환기를 갖는 아릴기인 10 내지 14 및 18 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
20. 상기 화합물 (3)의 X6이 수소 원자이고, X7이 전자 구인성 치환기를 갖 는 아릴기를 갖는 치환 아릴기인 10 내지 14 및 18 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
21. 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물이 안트라센, 페난트렌, 나프타센, 피렌, 크리센, 벤조안트라센, 펜타센, 디벤조안트라센, 벤조피렌, 플루오렌, 벤조플루오렌, 플루오란텐, 벤조플루오란텐, 나프토플루오란텐, 디벤조플루오렌, 디벤조피렌 및 디벤조플루오란텐으로부터 선택되는 1 이상의 골격을 분자 중에 갖는 화합물인 1 내지 20 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
22. 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물이 질소 함유 복소환 화합물인 1 내지 21 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
23. 상기 질소 함유 복소환 화합물이 피리딘, 피리미딘, 피라진, 피리다진, 트리아진, 퀴놀린, 퀴녹살린, 아크리딘, 이미다조피리딘, 이미다조피리미딘 및 페난트롤린으로부터 선택되는 하나 이상의 골격을 분자 중에 갖는 화합물인 22에 기재된 유기 전계발광 소자.
24. 상기 질소 함유 복소환 화합물이 하기 화학식 (7) 또는 (8)로 표시되는 벤조이미다졸 유도체인 22에 기재된 유기 전계발광 소자.
Figure 112009050315445-PCT00004
(식 중, R'는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 퀴놀릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고,
m은 0 내지 4의 정수이고,
R11은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 퀴놀릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고,
R12는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 퀴놀릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고,
L은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 피리디닐렌기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기이고,
Ar'는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 또는 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기임)
25. 상기 호스트 화합물이 안트라센 유도체인 1 내지 24 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
26. 상기 안트라센 유도체가 하기 화학식 (9)로 표시되는 화합물인 25에 기 재된 유기 전계발광 소자.
Figure 112009050315445-PCT00005
(식 중, A1 및 A2는 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족기이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족기이고,
R1 내지 R10은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환 또는 비치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 방향족 복소환기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시카르보닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 카르복실기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 히드록실기이고,
Ar1 및 R9, 및/또는 Ar2 및 R10은 각각 결합하여 포화 또는 불포화의 환상 구 조를 형성하고 있을 수도 있음)
27. 상기 안트라센 유도체가, 하기 화학식에 있어서 중심 안트라센의 9위치 및 10위치에 상기 안트라센 상에 나타내는 X-Y축에 대하여 대칭이 되는 기가 결합하지 않은 화합물인 26에 기재된 유기 전계발광 소자.
Figure 112009050315445-PCT00006
28. 상기 발광층이 플루오란텐 화합물을 0.01 내지 20 중량％ 함유하고 있는 1 내지 27 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
29. 상기 양극 및 음극의 적어도 한쪽 표면에 칼코게니드층, 할로겐화 금속층 또는 금속 산화물층이 설치되는 1 내지 28 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 소자.
30. 상기 화학식 (2) 내지 (6) 중 어느 하나로 표시되는 플루오란텐 화합물과, 용매를 포함하는 유기 전계발광 소자 발광층 제조용 용액.
본 발명에 따르면, 실용적인 고효율로 긴 수명, 또한 색 순도가 우수한 유기 EL 소자를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전자 수송층용 및 발광층용의 재료로서 바람직한 화합물을 선택함으로써, 고효율의 유기 EL 소자를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명의 구성에 의해, 전자 수송층에서의 여기자 생성이 억제되고, 전자 수송층으로부터의 미소한 발광을 더 낮은 레벨에까지 억제한 높은 색 순도의 유기 EL 소자가 얻어진다. 또한, 동일한 이유에 의해, 소자의 장기 수명화가 도모된다.
도 1은 본 발명의 유기 EL 소자에 관한 일실시 형태를 나타낸 도면이다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
본 발명의 유기 EL 소자는 음극 및 양극과, 이들 음극 및 양극의 사이에 적어도 발광층과 전자 수송층을 포함한다. 발광층은 호스트 화합물과 플루오란텐 화합물을 함유하고, 전자 수송층은 하기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 포함한다.
(A)u-(B)v (1)
(식 중, A는 탄소환 3 이상의 방향족 탄화수소기이고, B는 치환될 수도 있는 복소환기이고, u, v는 각각 1 내지 6의 정수임)
또한, 바람직하게는 양극과 발광층 사이에 정공 주입층을 포함하고, 또한 바람직하게는 정공 수송층을 포함한다.
본 발명의 유기 EL 소자의 일례를 도 1에 나타내었다. 이 도면에 있어서, 유기 EL 소자 (1)은 기판 (10) 상에 양극 (20), 정공 주입층 (30), 정공 수송층 (40), 발광층 (50), 전자 수송층 (60), 및 음극 (70)을 이 순서대로 적층한 구성을 갖는다. 여기서, 발광층 (50)이 호스트 재료와 도펀트 재료를 포함하고, 도펀트 재료로서 플루오란텐 화합물을 포함한다. 또한, 전자 수송층 (60)은 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 포함한다.
본 발명의 유기 EL 소자는 발광층이 호스트 재료와 플루오란텐 화합물을 포함하고, 전자 수송층이 벤조디아졸 화합물을 포함함으로써, 실용적인 효율과 수명을 실현할 수 있다. 본 발명의 유기 EL 소자는, 바람직하게는 발광색이 청색이다.
플루오란텐 화합물은, 바람직하게는 하기 화학식 (2)로 표시되는 화합물이다.
FLn-G1 (2)
(식 중, n은 2 내지 4의 정수이고,
FL은 플루오란텐 구조를 갖는 1가의 기이고, 복수의 FL은 동일하거나 상이할 수도 있고,
G1은 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 방향족기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 모노아미노 방향족기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 60의 디아미노 방향족기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 60의 트리아미노 방향족기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 3 내지 40의 복소환기, 치환 또는 비치환된 에테닐렌기, 또는 단결합임)
상기 화학식 (2)의 n은, 바람직하게는 2 또는 3이다.
n이 2이상일 때, G1은 n가의 기가 된다. 특히 n이 2일 때, G1은 치환 또는 비치환된 에테닐렌기, 또는 단결합이 될 수 있다.
상기 화학식 (2)의 FL은, 바람직하게는 하기 화학식 (3) 내지 (6) 중 어느 하나로 표시되는 화합물의 1가의 플루오란텐 화합물 잔기이다.
Figure 112009050315445-PCT00007
(식 (3) 내지 (6) 중, X1 내지 X16은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐옥시기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴기(다만, 화학식 (3) 내지 (6)인 경우에는 없음), 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 복소환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 2 내지 30의 아미노기, 니트로기, 시아노기, 실릴기, 수산기, -COOR1e기(기 중, R1e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄), -COR2e기(기 중, R2e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기, 또는 아미노기를 나타냄), 또는 -OCOR3e기(기 중, R3e는 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄)를 나타내고, 또한 X1 내지 X16 중 인접하는 기 및 각 기의 치환기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소환을 형성하고 있을 수도 있음)
상기 1가의 플루오란텐 화합물 잔기는, 바람직하게는 화학식 (3) 또는 (4)로 표시되는 화합물의 1가 잔기이다.
상기 화학식 (3) 내지 (6)에 있어서, X1 내지 X16은 바람직하게는 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기(바람직하게는 페닐기, 디페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 피레닐기, 안트라세닐기, 페닐나프틸기, 나프틸페닐기, 안트라닐기, 페난틸기, 피레닐기, 크리세닐기, 터페닐기, 나프틸페닐기, 나프틸나프틸기, 플루오레닐기, 9,9-디메틸플루오레닐기), 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소수 1 내지 30의 알킬기(바람직하게는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기), 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 복소환기이다.
X1 내지 X16의 치환기로서는 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소수 1 내지 30의 알킬기(바람직하게는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기), 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴기(바람직하게는 페닐기, 나프틸기, 안트라닐기, 페난틸기, 피레닐기, 크리세닐기, 플루오레닐기, 9,9-디메틸플루오레닐기), 전자 흡인기(니트로기, 시아노기, 불소 및 할로알킬기가 바람직함)를 들 수 있다.
X1 내지 X16은 -Ar1-Ar2, -Ar3-Ar4-Ar5가 바람직하다.
Ar1, Ar3, Ar4로서는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴렌기(바람직하게는 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 피렌, 크리센, 플루오렌, 9,9-디메틸플루오렌의 2가 잔기)를 들 수 있다.
Ar2, Ar5로서는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴기(바람직하게는 페닐기, 나프틸기, 안트라닐기, 페난틸기, 피레닐기, 크리세닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸페닐기, 페닐나프틸기, 나프틸나프틸기, 플루오레닐기, 9,9-디메틸플루오레닐기)를 들 수 있다.
또한, Ar1 내지 Ar5의 치환기로서는 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소수 1 내지 30의 알킬기(바람직하게는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기), 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴기(바람직하게는 페닐기, 나프틸기, 안트라닐기, 페난틸기, 피레닐기, 크리세닐기, 플루오레닐기, 9,9-디메틸플루오레닐기), 전자 흡인기(니트로기, 시아노기, 불소 및 할로알킬기가 바람직함)를 들 수 있다.
상기 화학식 (2)의 G1에 있어서, 방향족기의 골격으로서, 벤젠, 디페닐, 나프탈렌, 안트라센, 플루오렌 등을 예시할 수 있다.
복소환기의 골격으로서, 티오펜, 피라진, 티아졸, 티아디아졸, 벤조티아디아졸, 벤조티아졸, 카르바졸 등을 예시할 수 있다.
G1의 치환기로서는 치환 또는 비치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 방향족 복소환기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 카르복실기, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 히드록실기 등을 들 수 있다. 바람직하게는 페닐기 등의 핵 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 탄소수 1 내지 50의 알킬기이다.
상기 화학식 (2)에 있어서, G1은 바람직하게는 하기 화학식으로 표시되는 기 중 어느 하나이다.
Figure 112009050315445-PCT00008
또한, 바람직한 플루오란텐 화합물로서, 하기 화학식 (3) 내지 (6)으로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112009050315445-PCT00009
(식 (3) 내지 (6) 중, X1 내지 X16은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐옥시기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴기(다만, 화학식 (3) 내지 (6)인 경우에는 없음), 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 복소환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 2 내지 30의 아미노기, 니트로기, 시아노기, 실릴기, 수산기, -COOR1e기(기 중, R1e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄), 또는 -COR2e기(기 중, R2e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기, 또는 아미노기를 나타냄), -OCOR3e기(기 중, R3e는 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄)를 나타내고, 또한 X1 내지 X16 중 인접하는 기 및 각 기의 치환기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소환을 형성하고 있을 수도 있음)
특히 상기 화학식 (3) 또는 (4)로 표시되는 화합물이 바람직하다.
상기 화학식 (3) 내지 (6)에 있어서, X1 내지 X16은 바람직하게는 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기(바람직하게는 페닐기, 디페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 피레닐기, 안트라세닐기, 페닐나프틸기, 나프틸페닐기, 안트라닐기, 페난틸기, 피레닐기, 크리세닐기, 터페닐기, 나프틸페닐기, 나프틸나프틸기, 플루오레닐기, 9,9-디메틸플루오레닐기), 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소수 1 내지 30의 알킬기(바람직하게는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기), 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 복소환기이다.
X1 내지 X16의 치환기로서는 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소수 1 내지 30의 알킬기(바람직하게는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기), 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴기(바람직하게는 페닐기, 나프틸기, 안트라닐기, 페난틸기, 피레닐기, 크리세닐기, 플루오레닐기, 9,9-디메틸플루오레닐기), 전자 흡인기(니트로기, 시아노기, 불소 및 할로알킬기가 바람직함)를 들 수 있다.
X1 내지 X16은 -Ar1-Ar2, -Ar3-Ar4-Ar5가 바람직하다.
Ar1, Ar3, Ar4로서는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴렌기(바람직하게는 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 피렌, 크리센, 플루오렌, 9,9-디메틸플루오렌의 2가 잔기)를 들 수 있다.
Ar2, Ar5로서는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴기(바람직하게는 페닐기, 나프틸기, 안트라닐기, 페난틸기, 피레닐기, 크리세닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸페닐기, 페닐나프틸기, 나프틸나프틸기, 플루오레닐기, 9,9-디메틸플루오레닐기)를 들 수 있다.
또한, Ar1 내지 Ar5의 치환기로서는 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소수 1 내지 30의 알킬기(바람직하게는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기), 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40(바람직하게는 6 내지 20)의 아릴기(바람직하게는 페닐기, 나프틸기, 안트라닐기, 페난틸기, 피레닐기, 크리세닐기, 플루오레닐기, 9,9-디메틸플루오레닐기), 전자 흡인기(니트로기, 시아노기, 불소 및 할로알킬기가 바람직함)를 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 상술한 화학식 (3) 내지 (6) 중의 X1 내지 X16의 적어도 1개가 전자 구인성기 또는 전자 구인성기를 갖는 기인 것이 바람직하다.
전자 구인성기로서는 니트로기, 시아노기, 불소기, 클로로기, 브로모기, 요오드기 등의 할로겐 원자, 할로알킬기, -COOR1e기(R1e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄), 및 -COR2e기(R2e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기, 또는 아미노기를 나타냄)로 이루어지는 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
전자 구인성기 중, 1개 이상의 전자 구인성기를 갖는 치환 아릴기가 바람직하다. 구체적으로는 상기한 전자 구인성기을 갖는 페닐기, 나프틸기 등을 들 수 있다.
또한, 화학식 (3) 내지 (6)의 X1 내지 X16의 적어도 1개가 치환 아릴기이고, 이 아릴기의 치환기가 전자 구인성기를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴기인 것이 바람직하다.
또한, 전자 구인성기가 니트로기, 시아노기, 불소기 및 할로알킬기로 이루어지는 군에서 선택되는 기인 것이 바람직하다.
또한, 할로알킬기로서는 트리클로로메틸기, 디플루오로메틸기, 플루오로메틸기, 트리플루오로기, 1,1,1,-트리플루오로에틸기, 퍼플루오로에틸기, 퍼플루오로프로필기, 1,1,1,2,2,-펜타플루오로프로필기 등이 바람직하다.
화학식 (3) 내지 (6) 중에서도, 화학식 (3) 또는 (4)로 표시되는 화합물이 바람직하다.
화합물 (3)에 있어서, 특히, X3 및 X10이 페닐기인 것이 바람직하다.
또한, X6이 수소 원자이고, X7이 전자 구인성 치환기를 갖는 아릴기인 것이 바람직하다.
또한, 화합물 (3)의 X6이 수소 원자이고, X7이 전자 구인성 치환기를 갖는 아릴기를 갖는 치환 아릴기인 것이 바람직하다.
화합물 (4)에 있어서, 특히, X4 및 X11이 페닐기인 것이 바람직하다.
또한, 화합물 (4)의 X7이 수소 원자이고, X8이 전자 구인성 치환기를 갖는 아릴기인 것이 바람직하다.
또한, 화합물 (4)의 X7이 수소 원자이고, X8이 전자 구인성 치환기를 갖는 아릴기를 갖는 치환 아릴기인 것이 바람직하다.
플루오란텐 화합물로서, 이하의 화합물을 예시한다.
Figure 112009050315445-PCT00010
Figure 112009050315445-PCT00011
Figure 112009050315445-PCT00012
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Figure 112009050315445-PCT00027
Figure 112009050315445-PCT00028
Figure 112009050315445-PCT00029
발광층은, 플루오란텐 화합물을 바람직하게는 0.01 내지 20 중량％ 함유한다.
발광층에 포함되는 호스트 화합물은, 바람직하게는 안트라센 유도체이다.
구체적인 안트라센 유도체로서, 하기 화학식 (9)로 표시되는 화합물을 들 수 있다.
Figure 112009050315445-PCT00030
(식 중, A1 및 A2는 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족기이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족기이고,
R1 내지 R10은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환 또는 비치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 방향족 복소환기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시카르보닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 카르복실기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 히드록실기이고,
Ar1 및 R9, 또는 및 Ar2 및 R10은 각각 결합하여 포화 또는 불포화의 환상 구조를 형성하고 있을 수도 있음)
A1 및 A2는, 바람직하게는 치환 또는 비치환된 각 탄소수 6 내지 50의 방향족기, 보다 바람직하게는 페닐기, α-나프틸기, β-나프틸기, 안트라닐기, 페난트릴기, 피레닐기, 비페닐기, 터페닐기이다.
Ar1 및 Ar2는, 바람직하게는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 각 탄소수 6 내지 50의 방향족기, 보다 바람직하게는 수소 원자, 페닐기, α-나프틸기, β-나프틸기, 안트라닐기, 페난트릴기, 피레닐기, 비페닐기, 터페닐기이다.
R1 내지 R10은, 바람직하게는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 각 탄소수 6 내지 50의 방향족기, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 보다 바람직하게는 수소 원자, 페닐기, α-나프틸기, β-나프틸기, 안트라닐기, 페난트릴기, 피레닐기, 비페닐기, 터페닐기, 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.
바람직하게는, 상기 안트라센 유도체는, 중심 안트라센의 9위치 및 10위치에 하기 화학식으로 나타낸 안트라센 상의 X-Y축에 대하여 대칭이 되는 기가 결합하지 않는다.
Figure 112009050315445-PCT00031
안트라센 화합물로서, 이하의 화합물을 예시한다.
Figure 112009050315445-PCT00032
Figure 112009050315445-PCT00033
Figure 112009050315445-PCT00034
Figure 112009050315445-PCT00035
Figure 112009050315445-PCT00036
Figure 112009050315445-PCT00037
Figure 112009050315445-PCT00038
Figure 112009050315445-PCT00039
Figure 112009050315445-PCT00040
Figure 112009050315445-PCT00041
본 발명의 유기 EL 소자는 전자 수송층이 하기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 함유하는 것이 바람직하다.
(A)u-(B)v (1)
식 (1) 중, A는 탄소환 3 이상의 방향족 탄화수소기이고, B는 치환될 수도 있는 복소환기이다. u, v는 각각 1 내지 6의 정수이다.
기 A인 탄소환 3 이상의 방향족 탄화수소기로서는 안트라센, 페난트렌, 나프타센, 피렌, 크리센, 벤조안트라센, 펜타센, 디벤조안트라센, 벤조피렌, 플루오렌, 벤조플루오렌, 플루오란텐, 벤조플루오란텐, 나프소플루오란텐, 디벤조플루오렌, 디벤조피렌 및 디벤조플루오란텐 등을 들 수 있다.
기 B인 치환 또는 비치환된 복소환기의 복소환기로서는 피리딘, 피리미딘, 피라진, 피리다진, 트리아진, 퀴놀린, 퀴녹살린, 아크리딘, 이미다조피리딘, 이미다조피리미딘 및 페난트롤린 등을 들 수 있다.
화학식 (1)로 표시되는 화합물은 안트라센, 페난트렌, 나프타센, 피렌, 크리센, 벤조안트라센, 펜타센, 디벤조안트라센, 벤조피렌, 플루오렌, 벤조플루오렌, 플루오란텐, 벤조플루오란텐, 나프소플루오란텐, 디벤조플루오렌, 디벤조피렌 및 디벤조플루오란텐으로부터 선택되는 1 이상의 골격을 분자 중에 갖는 화합물인 것이 바람직하다.
또한, 화학식 (1)로 표시되는 화합물은 질소 함유 복소환 화합물인 것이 바람직하다.
질소 함유 복소환 화합물로서는 피리딘, 피리미딘, 피라진, 피리다진, 트리아진, 퀴놀린, 퀴녹살린, 아크리딘, 이미다조피리딘, 이미다조피리미딘 및 페난트롤린으로부터 선택되는 1 이상의 골격을 분자 중에 갖는 질소 함유 복소환 화합물인 것이 바람직하다.
또한, 질소 함유 복소환 화합물이 하기 화학식 (7) 또는 (8)로 표시되는 벤조이미다졸 유도체인 것이 더욱 바람직하다.
Figure 112009050315445-PCT00042
(식 중, R'는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 퀴놀릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고,
m은 0 내지 4의 정수이고,
R11은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 퀴놀릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고, R12는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 퀴놀릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고,
L은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 피리디닐렌기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기이고,
Ar'는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 또는 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기임)
또한, L 및 Ar'의 적어도 한쪽은 탄소환 3 이상의 방향족 탄화수소기를 포함하는 기임)
화학식 (7) 및 (8)에 있어서, R'는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 퀴놀릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시기이다.
치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기로서는 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 1-안트릴기, 2-안트릴기, 9-안트릴기, 1-페난트릴기, 2-페난트릴기, 3-페난트릴기, 4-페난트릴기, 9-페난트릴기, 1-나프타세닐기, 2-나프타세닐기, 9-나프타세닐기, 1-피레닐기, 2-피레닐기, 4-피레닐기, 2-비페닐일기, 3-비페닐일기, 4-비페닐일기, p-터페닐-4-일기, p-터페닐-3-일기, p-터페닐-2-일기, m-터페닐-4-일기, m-터페닐-3-일기, m-터페닐-2-일기, o-톨릴기, m-톨릴기, p-톨릴기, p-t-부틸페닐기, p-(2-페닐프로필)페닐기, 3-메틸-2-나프틸기, 4-메틸-1-나프틸기, 4-메틸-1-안트릴기, 4'-메틸비페닐일기, 4"-t-부틸-p-터페닐-4-일기, 플루오란테닐기, 플루오레닐기 등이 바람직하고, 페닐기, 나프틸기, 비페닐기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 피레닐기, 크리세닐기, 플루오란테닐기, 플루오레닐기 등이 보다 바람직하다.
치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알킬기로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, 히드록시메틸기, 1-히드록시에틸기, 2-히드록시에틸기, 2-히드록시이소부틸기, 1,2-디히드록시에틸기, 1,3-디히드록시이소프로필기, 2,3-디히드록시-t-부틸기, 1,2,3-트리히드록시프로필기, 클로로메틸기, 1-클로로에틸기, 2-클로로에틸기, 2-클로로이소부틸기, 1,2-디클로로에틸기, 1,3-디클로로이소프로필기, 2,3-디클로로-t-부틸기, 1,2,3-트리클로로프로필기, 브로모메틸기, 1-브로모에틸기, 2-브로모에틸기, 2-브로모이소부틸기, 1,2-디브로모에틸기, 1,3-디브로모이소프로필기, 2,3-디브로모-t-부틸기, 1,2,3-트리브로모프로필기, 요오도메틸기, 1-요오도에틸기, 2-요오도에틸기, 2-요오도이소부틸기, 1,2-디요오도에틸기, 1,3-디요오도이소프로필기, 2,3-디요오도-t-부틸기, 1,2,3-트리요오도프로필기, 아미노메틸기, 1-아미노에틸기, 2-아미노에틸기, 2-아미노이소부틸기, 1,2-디아미노에틸기, 1,3-디아미노이소프로필기, 2,3-디아미노-t-부틸기, 1,2,3-트리아미노프로필기, 시아노메틸기, 1-시아노에틸기, 2-시아노에틸기, 2-시아노이소부틸기, 1,2-디시아노에틸기, 1,3-디시아노이소프로필기, 2,3-디시아노-t-부틸기, 1,2,3-트리시아노프로필기, 니트로메틸기, 1-니트로에틸기, 2-니트로에틸기, 2-니트로이소부틸기, 1,2-디니트로에틸기, 1,3-디니트로이소프로필기, 2,3-디니트로-t-부틸기, 1,2,3-트리니트로프로필기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 1-노르보르닐기, 2-노르보르닐기 등이 바람직하다.
치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시기는 -OY로 표시되는 기이고, Y의 예로서는 상기 알킬기로 설명한 것과 동일한 예를 들 수 있다.
상기 아릴기, 피리딜기, 퀴놀릴기, 알킬기 또는 알콕시기의 치환기로서는 치환 또는 비치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 방향족 복소환기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 카르복실기, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 히드록실기 등을 들 수 있다.
m은 0 내지 4의 정수이고, 0 내지 3인 것이 바람직하고, 0 내지 2인 것이 보다 바람직하다.
R11은 치환 또는 비치환 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환 피리딜기, 치환 또는 비치환 퀴놀릴기, 치환 또는 비치환 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고, 각 기 및 치환기의 예로서는 상기 R'와 동일하다.
R12는 수소 원자, 치환 또는 비치환 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환 피리딜기, 치환 또는 비치환 퀴놀릴기, 치환 또는 비치환 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고, 각 기 및 치환기의 예로서는 상기 R'와 동일하다.
L은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 피리디닐렌기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기이다.
탄소수 6 내지 60의 아릴렌기로서는 탄소수 6 내지 60의 아릴기에서 설명한 치환기로부터, 추가로 1개의 수소 원자를 제외함으로써 할 수 있는 2가의 치환기 등이 바람직하고, 페닐렌기, 나프틸렌기, 비페닐렌기, 안트라세닐렌기, 페난트릴렌기, 피레닐렌기, 크리세닐렌기, 플루오란테닐렌기, 플루오레닐렌기가 보다 바람직하다.
상기 아릴렌기, 피리디닐렌기, 퀴놀리닐렌기 또는 플루오레닐렌기의 치환기의 예로서는 상기 R'와 동일하다.
Ar'는 치환 또는 비치환 탄소수 6 내지 60(바람직하게는 탄소수 6 내지 30)의 아릴기, 치환 또는 비치환 피리디닐기, 또는 치환 또는 비치환 퀴놀리닐기이다.
탄소수 6 내지 60의 아릴기, 및 아릴기, 피리디닐기 및 퀴놀리닐기의 치환기로서는 상기 R'와 동일하다.
화학식 (7)로 표시되는 벤조이미다졸 유도체는, 바람직하게는 m이 0이고, R11이 아릴기, L이 탄소수 6 내지 30(보다 바람직하게는 탄소수 6 내지 20)의 아릴렌기 및 Ar'가 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
화학식 (8)로 표시되는 벤조이미다졸 유도체는, 바람직하게는 m이 0이고, R12가 아릴기, L이 탄소수 6 내지 30(보다 바람직하게는 탄소수 6 내지 20)의 아릴렌기 및 Ar'가 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
양극 및 음극의 적어도 한쪽 표면에 칼코게니드층, 할로겐화 금속층 또는 금속 산화물층이 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 층을 설치함으로써, 전류의 누설이나 쇼트에 의한 화소 결함을 유효하게 방지할 수 있다.
칼코게니드층의 예로서, Li2O, LiO, Na2S, Na2Se, NaO, CaO, BaO, SrO, BeO, BaS 및 CaSe를 들 수 있다.
할로겐화 금속층의 예로서, LiF, NaF, KF, LiCl, KCl, NaCl, CaF2, BaF2, SrF2, MgF2, BeF2라고 한 불화물이나 불화물 이외의 할로겐화물을 들 수 있다.
금속 산화물층의 예로서, Ba, Ca, Sr, Yb, Al, Ga, In, Li, Na, Cd, Cs, Mg, Ti, Si, Ge, Mo, Ru, Ta, Sb 및 Zn으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 원소를 포함하는 산화물을 들 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서, 발광층 등의 각 유기층의 형성은 진공 증착, 분자선 증착법(MBE법), 스퍼터링, 플라즈마, 이온 플레이팅 등의 건식 성막법이나 용매에 녹인 용액의 스핀코팅, 딥핑, 캐스팅, 바 코팅, 롤 코팅, 플로우 코팅, 잉크젯 등의 도포법을 적용할 수 있다.
유기 화합물층의 각 층의 막 두께는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 적절한 막 두께로 설정할 필요가 있다. 일반적으로 막 두께가 너무 얇으면 핀홀 등이 발생하여, 전계를 인가하더라도 충분한 발광 휘도가 얻어지지 않게 되는 우려가 있고, 반대로 너무 두꺼우면 일정한 광 출력을 얻기 위해서 높은 인가 전압이 필요하게 되어 효율이 나빠지기 때문에, 통상, 막 두께는 5 nm 내지 10 μm의 범위가 적합하지만, 10 nm 내지 0.2 μm의 범위가 더욱 바람직하다.
특히, 플루오란텐 화합물을 이용하여 발광층을 제조하는 경우, 발광층은 증착뿐만 아니라, 습식이라도 성막할 수 있다.
습식 성막법의 경우, 발광층 형성용 재료로서 상기한 플루오란텐 화합물과, 용매를 함유하는 용액을 사용할 수 있다.
이 용액은 상기 화학식 (2) 내지 (6)으로 표시되는 플루오란텐 화합물을 1종 이상과, 상기 화학식 (9)로 표시되는 안트라센 화합물로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 플루오란텐 화합물은 도펀트 재료이고, 안트라센 화합물은 호스트 재료이다.
바람직한 플루오란텐 화합물의 농도는 0.01 내지 20 중량％이다.
이 경우, 발광층을 형성하는 유기 EL 재료를 적절한 용매에 용해 또는 분산시켜 유기 EL 재료 함유 용액을 제조하여 박막을 형성하지만, 그 용매는 어느 것일 수도 있다. 용매로서는, 예를 들면 디클로로메탄, 디클로로에탄, 클로로포름, 사염화탄소, 테트라클로로에탄, 트리클로로에탄, 클로로벤젠, 디클로로벤젠, 클로로톨루엔, 트리플루오로톨루엔 등의 할로겐계 탄화수소계 용매나, 디부틸에테르, 테트라히드로푸란, 테트라히드로피란, 디옥산, 아니솔, 디메톡시에탄 등의 에테르계 용매, 메탄올이나 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥산올, 시클로헥산올, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 에틸렌글리콜 등의 알코올계 용매, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 2-헥사논, 메틸이소부틸케톤, 2-헵타논, 4-헵타논, 디이소부틸케톤, 아세토닐아세톤, 이소포론, 시클로헥사논, 메틸헥사논, 아세토페논 등의 케톤계 용매, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸벤젠, 헥산, 시클로헥산, 옥탄, 데칸, 테트랄린 등의 탄화수소계 용매, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 아세트산아밀 등의 에스테르계 용매, 디메틸카르보네이트, 메틸에틸카르보네이트, 디에틸카르보네이트 등의 쇄상 탄산에스테르계 용매, 에틸렌카르보네이트, 프로필렌카르보네이트 등의 환상 탄산에스테르계 용매 등을 들 수 있다. 그중에서도, 톨루엔, 디옥산 등의 탄화수소계 용매나 에테르계 용매가 바람직하다. 또한, 이들 용매는 1종을 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 이용할 수도 있다. 또한, 사용할 수 있는 용매는 이것으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 어느 쪽의 유기 화합물층에 있어서도, 성막성 향상, 막의 핀홀 방지 등을 위해 적절한 수지나 첨가제를 사용할 수도 있다. 사용이 가능한 수지로서는 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리술폰, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 셀룰로오스 등의 절연성 수지 및 이들의 공중합체, 폴리-N-비닐카르바졸, 폴리실란 등의 광도전성 수지, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤 등의 도전성 수지 등을 들 수 있다. 또한, 첨가제로서는 산화 방지제, 자외선 흡수제, 가소제 등을 들 수 있다.
본 발명에 의해 얻어진 유기 EL 소자의 온도, 습도, 분위기 등에 대한 안정성의 향상를 위해, 소자의 표면에 보호층을 설치하거나, 실리콘 오일, 수지 등에 의해 소자 전체를 보호하는 것도 가능하다.
[유기 EL 소자의 구성]
이하에 본 발명에 이용되는 유기 EL 소자의 대표적인 구성예를 나타낸다. 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
(1) 양극/발광층/전자 수송층/음극
(2) 양극/정공 수송층/발광층/전자 수송층/음극
(3) 양극/정공 주입층/정공 수송층/발광층/전자 수송층/음극
(4) 양극/정공 수송층/발광층/전자 수송층/전자 주입층/음극
(5) 양극/정공 주입층/정공 수송층/발광층/전자 수송층/ 전자 주입층/음극
(6) 양극/절연층/정공 수송층/발광층/전자 수송층/음극
(7) 양극/정공 수송층/발광층/전자 수송층/절연층/음극
(8) 양극/절연층/정공 수송층/발광층/전자 수송층/절연층/음극
(9) 양극/정공 주입층/정공 수송층/발광층/전자 수송층/절연층/음극
(10) 양극/절연층/정공 주입층/정공 수송층/발광층/전자 수송층/전자 주입층/음극
(11) 양극/절연층/정공 주입층/정공 수송층/발광층/전자 수송층/전자 주입층/절연층/음극
등의 구조를 들 수 있다.
이들 중에서 통상 (2) (3) (4) (5) (8) (9) (11)의 구성이 바람직하게 이용된다.
이하, 유기 EL 소자에 있어서의 각 층의 기능 등에 대해서 설명한다.
[기판]
발광광이 기판측에서 출사되는 하면 발광형 또는 바텀(bottom) 에미션형의 유기 EL 소자로 하는 경우, 본 발명의 유기 EL 소자는 바람직하게는 투광성의 기판 상에 제조한다. 투광성 기판은 400 내지 700 nm의 가시 영역의 광의 투과율이 50％ 이상으로, 평활한 기판이 바람직하다.
구체적으로는 유리판, 중합체판 등을 들 수 있다. 유리판으로서는 특히 소다석회 유리, 바륨ㆍ스트론튬 함유 유리, 납 유리, 알루미노규산 유리, 붕소 규소산 유리, 바륨붕소 규소산 유리, 석영 등을 들 수 있다. 또한 중합체판으로서는 폴리카보네이트, 아크릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르술피드, 폴리설폰 등을 들 수 있다. 또한, 구동용의 TFT가 형성되어 있는 TFT 기판일 수도 있다.
또한, 발광광이 소자의 상부로부터 출사되는 상면 발광형 또는 톱(top) 에미션형의 유기 EL 소자로 하는 경우, 기판은 투광성일 필요는 없다. 이 경우, 상술한 기판 상에 알루미늄 등의 적당한 금속의 반사광을 설치하는 것이 바람직하다.
[양극]
본 발명의 유기 EL 소자의 양극은 정공을 정공 주입/수송층 또는 발광층에 주입하는 역할을 담당하는 것으로, 4.5 eV 이상의 일함수를 갖는 것이 효과적이다. 본 발명에 이용되는 양극 재료의 구체예로서는 산화인듐주석 합금(ITO), 산화주석(NESA), 산화인듐아연 합금(IZO), 금, 은, 백금, 구리 등을 들 수 있다.
이들 재료는 단독으로 이용할 수도 있지만, 이들 재료끼리의 합금이나, 그 밖의 원소를 첨가한 재료도 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
양극은 이들 전극 물질을 증착법이나 스퍼터링법 등의 방법으로 박막을 형성시킴으로써 제조할 수 있다.
하면 발광형 또는 바텀 에미션형의 유기 EL 소자의 경우, 양극의 발광에 대한 투과율은 10％보다 크게하는 것이 바람직하다. 또한 양극의 시트 저항은 수백 Ω/□ 이하가 바람직하다. 양극의 막 두께는 재료에도 의하지만, 통상 10 nm 내지 1 μm, 바람직하게는 10 내지 200 nm의 범위에서 선택된다.
[발광층]
유기 EL 소자의 발광층은 이하의 기능을 겸비하는 것이다. 즉,
(i) 주입 기능: 전계 인가시에 양극 또는 정공 주입ㆍ수송층에 의해 정공을 주입할 수 있고, 음극 또는 전자 주입ㆍ수송층에 의해 전자를 주입할 수 있는 기능
(ii) 수송 기능: 주입한 전하(전자와 정공)를 전계의 힘으로 이동시키는 기능
(iii) 발광 기능: 전자와 정공의 재결합의 장소를 제공하여, 이것을 발광에 연결하는 기능이 있다.
다만, 정공의 주입되기 용이함과 전자의 주입되기 용이함에 차이가 있을 수도 있고, 또한 정공과 전자의 이동도로 표시되는 수송능에 대소가 있을 수도 있지만, 어느 쪽인가 한쪽의 전하를 이동하는 것이 바람직하다.
이 발광층을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 증착법, 스핀 코팅법, LB법 등의 공지된 방법을 사용할 수 있다. 발광층은 특히 분자 퇴적막인 것이 바람직하다.
여기서 분자 퇴적막이란, 기상 상태의 재료 화합물로부터 침착되어 형성된 박막이나, 용액 상태 또는 액상 상태의 재료 화합물로부터 고체화되어 형성된 막의 것이고, 통상 이 분자 퇴적막은 LB법에 의해 형성된 박막(분자 누적막)과는 응집 구조, 고차 구조의 차이나, 그것에 기인하는 기능적인 차이에 의해 구분할 수 있다.
또한, 일본 특허 공개 (소)57-51781호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 수지 등의 결착제와 재료 화합물을 용제에 녹여 용액으로 한 후, 이것을 스핀 코팅법 등에 의해 박막화함으로써도, 발광층을 형성할 수 있다.
[정공 수송층 및 정공 주입층]
정공 수송층은 발광층에의 정공 주입을 도와, 발광 영역까지 수송하는 층이며, 정공 이동도가 크고, 이온화 에너지가 통상 5.5 eV 이하로 작다. 이러한 정공 수송층으로서는 보다 낮은 전계 강도로 정공을 발광층에 수송하는 재료가 바람직하고, 또한 정공의 이동도가 예를 들면 104 내지 106 V/cm의 전계 인가시에 적어도 10-4 ㎠/Vㆍ초이면 바람직하다.
정공 수송층을 형성하는 재료로서는 상기의 바람직한 성질을 갖는 것이면 특별히 제한은 없고, 종래, 광 도전 재료에 있어서 정공의 전하 수송 재료로서 관용되어 있는 것이나, EL 소자의 정공 수송층에 사용되는 공지된 것 중에서 임의의 것을 선택하여 사용할 수 있다.
구체예로서 예를 들면, 트리아졸 유도체(미국 특허3,112,197호 명세서 등 참조), 옥사디아졸 유도체(미국 특허3,189,447호 명세서 등 참조), 이미다졸 유도체(일본 특허 공고 (소)37-16096호 공보 등 참조), 폴리아릴알칸 유도체(미국 특허3,615,402호 명세서, 동 제3,820,989호 명세서, 동 제3,542,544호 명세서, 일본 특허 공고 (소)45-555호 공보, 동 51-10983호 공보, 일본 특허 공개 (소)51-93224호 공보, 동 55-17105호 공보, 동 56-4148호 공보, 동 55-108667호 공보, 동 55-156953호 공보, 동 56-36656호 공보 등 참조), 피라졸린 유도체 및 피라졸론 유도체(미국 특허 제3,180,729호 명세서, 동 제4,278,746호 명세서, 일본 특허 공개 (소)55-88064호 공보, 동 55-88065호 공보, 동 49-105537호 공보, 동 55-51086호 공보, 동 56-80051호 공보, 동 56-88141호 공보, 동 57-45545호 공보, 동 54-112637호 공보, 동 55-74546호 공보 등 참조), 페닐렌디아민 유도체(미국 특허 제3,615,404호 명세서, 일본 특허 공고 (소)51-10105호 공보, 동 46-3712호 공보, 동 47-25336호 공보, 동 54-119925호 공보 등 참조), 아릴아민 유도체(미국 특허 제3,567,450호 명세서, 동 제3,240,597호 명세서, 동 제3,658,520호 명세서, 동 제4,232,103호 명세서, 동 제4,175,961호 명세서, 동 제4,012,376호 명세서, 일본 특허 공고 (소)49-35702호 공보, 동 39-27577호 공보, 일본 특허 공개 (소)55-144250호 공보, 동 56-119132호 공보, 동 56-22437호 공보, 서독 특허 제1,110,518호 명세서 등 참조), 아미노 치환 칼콘 유도체(미국 특허 제3,526,501호 명세서 등 참조), 옥사졸 유도체(미국 특허 제3,257,203호 명세서 등에 개시된 것), 스티릴안트라센 유도체(일본 특허 공개 (소)56-46234호 공보 등 참조), 플루오레논 유도체(일본 특허 공개 (소)54-110837호 공보 등 참조), 히드라존 유도체(미국 특허 제3,717,462호 명세서, 일본 특허 공개 (소)54-59143호 공보, 동 55-52063호 공보, 동 55-52064호 공보, 동 55-46760호 공보, 동 57-11350호 공보, 동 57-148749호 공보, 일본 특허 공개 (평)2-311591호 공보 등 참조), 스틸벤 유도체(일본 특허 공개 (소)61-210363호 공보, 동 제61-228451호 공보, 동 61-14642호 공보, 동 61-72255호 공보, 동 62-47646호 공보, 동 62-36674호 공보, 동 62-10652호 공보, 동 62-30255호 공보, 동 60-93455호 공보, 동 60-94462호 공보, 동 60-174749호 공보, 동 60-175052호 공보 등 참조), 실라잔 유도체(미국 특허 제4,950,950호 명세서), 폴리실란계(일본 특허 공개 (평)2-204996호 공보), 아닐린계 공중합체(일본 특허 공개 (평)2-282263호 공보), 도전성 고분자 올리고머(특히 티오펜 올리고머) 등을 들 수 있다.
바람직하게는 이하의 식으로 나타내는 재료가 이용된다.
Q1-G-Q2
(식 중, Q1 및 Q2는 적어도 1개의 3급 아민을 갖는 부위이고, G는 연결기임)
더욱 바람직하게는 이하의 화학식으로 나타내는 아민 유도체이다.
Figure 112009050315445-PCT00043
화학식에 있어서, Ar21 내지 Ar24는 치환 또는 비치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족환, 또는 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 복소 방향족환이다.
R21, R22는 치환기이고, s, t는 각각 0 내지 4의 정수이다.
Ar21 및 Ar22, Ar23 및 Ar24는 각각 서로 연결하여 환상 구조를 형성할 수도 있다.
R21 및 R22도 각각 서로 연결하여 환상 구조를 형성할 수도 있다.
Ar21 내지 Ar24의 치환기, 및 R21, R22는 치환 또는 비치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족환, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 복소 방향족환, 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 탄소수 1 내지 50의 알콕시기, 탄소수 1 내지 50의 알킬아릴기, 탄소수 1 내지 50의 아르알킬기, 스티릴기, 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족환 또는 핵 원자수 5 내지 50의 복소 방향족환으로 치환된 아미노기, 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족환 또는 핵 원자수 5 내지 50의 복소 방향족환으로 치환된 아미노기로 치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족환 또는 핵 원자수 5 내지 50의 복소 방향족환이다.
또한 정공의 주입을 돕기 위해서, 정공 수송층 이외에 별도로, 정공 주입층을 설치할 수도 있다. 정공 주입층의 재료로서는 정공 수송층과 동일한 재료를 사용할 수 있지만, 포르피린 화합물(일본 특허 공개 (소)63-295695호 공보 등에 개시된 것), 방향족 제3급 아민 화합물 및 스티릴아민 화합물(미국 특허 제4,127,412호 명세서, 일본 특허 공개 (소)53-27033호 공보, 동 54-58445호 공보, 동 55-79450호 공보, 동 55-144250호 공보, 동 56-119132호 공보, 동 61-295558호 공보, 동 61-98353호 공보, 동 63-295695호 공보 등 참조), 특히 방향족 제3급 아민 화합물을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 미국 특허 제5,061,569호에 기재되어 있는 2개의 축합 방향족환을 분자 내에 갖는 예를 들면 4,4'-비스(N-(1-나프틸)-N-페닐아미노)비페닐(이하 NPD라고 약기함), 또한 일본 특허 공개 (평)4-308688호 공보에 기재되어 있는 트리페닐아민 유닛이 3개 스타버스트형으로 연결된 4,4',4"-트리스(N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노)트리페닐아민(이하 MTDATA라고 약기함) 등을 들 수 있다.
또한, 방향족 디메틸리딘계 화합물 이외에, p형 Si, p형 SiC 등의 무기 화합물도 정공 주입층의 재료로서 사용할 수 있다.
정공 주입층, 정공 수송층은 상술한 화합물을 예를 들면 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스팅법, LB법 등의 공지된 방법에 의해 박막화함으로써 형성할 수 있다. 정공 주입층, 정공 수송층의 막 두께는 특별히 제한은 없지만, 통상은 5 nm 내지 5 μm이다. 이 정공 주입층, 정공 수송층은 정공 수송 대역에 상기 화합물을 함유하고 있으면, 상술한 재료의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 한층으로 구성될 수도 있고, 또는 상기 정공 주입층, 정공 수송층과는 별종의 화합물을 포함하는 정공 주입층, 정공 수송층을 적층한 것일 수도 있다.
또한, 유기 반도체층도 정공 수송층의 일종이지만, 이것은 발광층에의 정공 주입 또는 전자 주입을 돕는 층으로서, 10-10 S/cm 이상의 도전율을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 유기 반도체층의 재료로서는 티오펜 함유 올리고머나 일본 특허 공개 (평)8-193191호 공보에 개시되어 있는 아릴아민 함유 올리고머 등의 도전성 올리고머, 아릴아민 함유 덴드리머 등의 도전성 덴드리머 등을 사용할 수 있다.
[전자 주입ㆍ수송층(전자 수송 대역)]
유기 발광 매체층의 음극측에는 전자 주입ㆍ수송층을 추가로 적층하고 있을 수도 있다. 전자 주입ㆍ수송층은 발광 매체층에의 전자의 주입을 돕는 층으로서, 전자 이동도가 크다. 전자 수송층은 수 nm 내지 수 μm의 막 두께에서 적절하게 선택되지만, 특히 막 두께가 두꺼울 때, 전압 상승을 피하기 위해서, 104 내지 106 V/cm의 전계 인가시에 전자 이동도가 적어도 10-5 ㎠/Vs 이상인 것이 바람직하다.
하기 화학식으로 표시되는 질소 함유 복소환 유도체
Figure 112009050315445-PCT00044
(식 중, A331 내지 A333은 질소 원자 또는 탄소 원자이고,
R331 및 R332는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 할로알킬기 또는 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고, n은 0 내지 5의 정수이고, n이 2 이상의 정수일 때, 복수의 R331은 서로 동일하거나 상이할 수 있고,
또한, 인접하는 복수의 R331기끼리 서로 결합하여, 치환 또는 비치환된 탄소환식 지방족환, 또는 치환 또는 비치환된 탄소환식 방향족환을 형성하고 있을 수도 있고,
Ar331은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기이고,
Ar331'는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴렌기이고,
Ar332는 수소 원자, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 할로알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기이되,
다만, Ar331, Ar332중 어느 한쪽은 치환 또는 비치환된 탄소수 10 내지 60의 축합환기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 헤테로 축합환기이다.
L331, L332 및 L333은 각각 단결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 축합환, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 헤테로 축합환 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기임)
일본 특허 출원2003-004193호에 표시되어 있는 하기 화학식으로 표시되는 질소 함유 복소환 유도체
HAr-L341-Ar341-Ar342
(식 중, HAr은 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 질소 함유 복소환이고,
L341은 단결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기이고,
Ar341은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 2가의 방향족 탄화수소기이고,
Ar342는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 헤테로아릴기임)
일본 특허 공개 (평)09-087616에 표시되어 있는 하기 화학식으로 표시되는 실라시클로펜타디엔 유도체
Figure 112009050315445-PCT00045
(식 중, X351 및 Y351은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6까지의 포화 또는 불포화의 탄화수소기, 알콕시기, 알케닐옥시기, 알키닐옥시기, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로환 또는 X351과 Y351이 결합하여 포화 또는 불포화의 환을 형성한 구조이고, R351 내지 R354는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6까지의 알킬기, 알콕시기, 아릴옥시기, 퍼플루오로알킬기, 퍼플루오로알콕시기, 아미노기, 알킬카르보닐기, 아릴카르보닐기, 알콕시카르보닐기, 아릴옥시카르보닐기, 아조기, 알킬카르보닐옥시기, 아릴카르보닐옥시기, 알콕시카르보닐옥시기, 아릴옥시카르보닐옥시기, 술피닐기, 술포닐기, 술파닐기, 실릴기, 카르바모일기, 아릴기, 헤테로환기, 알케닐기, 알키닐기, 니트로기, 포르밀기, 니트로소기, 포르밀옥시기, 이소시아노기, 시아네이트기, 이소시아네이트기, 티오시아네이트기, 이소티오시아네이트기 또는 시아노기 또는 인접한 경우에는 치환 또는 비치환된 환이 축합한 구조임)
일본 특허 공개 (평)09-194487에 표시되어 있는 하기 화학식으로 표시되는 실라시클로펜타디엔 유도체
Figure 112009050315445-PCT00046
(식 중, X361 및 Y361은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6까지의 포화 또는 불포화된 탄화수소기, 알콕시기, 알케닐옥시기, 알키닐옥시기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로환 또는 X361과 Y361이 결합하여 포화 또는 불포화된 환을 형성한 구조이고, R361 내지 R364는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6까지의 알킬기, 알콕시기, 아릴옥시기, 퍼플루오로알킬기, 퍼플루오로알콕시기, 아미노기, 알킬카르보닐기, 아릴카르보닐기, 알콕시카르보닐기, 아릴옥시카르보닐기, 아조기, 알킬카르보닐옥시기, 아릴카르보닐옥시기, 알콕시카르보닐옥시기, 아릴옥시카르보닐옥시기, 술피닐기, 술포닐기, 술파닐기, 실릴기, 카르바모일기, 아릴기, 헤테로환기, 알케닐기, 알키닐기, 니트로기, 포르밀기, 니트로소기, 포르밀옥시기, 이소시아노기, 시아네이트기, 이소시아네이트기, 티오시아네이트기, 이소티오시아네이트기, 또는 시아노기 또는 인접한 경우에는 치환 또는 비치환된 환이 축합한 구조임(단, R361 및 R364가 페닐기의 경우, X361 및 Y361은 알킬기 및 페닐기가 아니고, R361 및 R364가 티에닐기의 경우, X361 및 Y361은 1가 탄화수소기를 R362 및 R363은 알킬기, 아릴기, 알케닐기 또는 R362와 R363이 결합하여 환을 형성하는 지방족기를 동시에 만족시키지 않는 구조이고, R361 및 R364가 실릴기의 경우, R362, R363, X361 및 Y361은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6의 1가 탄화수소기 또는 수소 원자가 아니고, R361 및 R362로 벤젠환이 축합한 구조의 경우, X361 및 Y361은 알킬기 및 페닐기가 아님))
특허 재공표 제2000-040586호 공보에 표시되어 있는 화학식으로 표시되는 보란 유도체
Figure 112009050315445-PCT00047
(식 중, R371 내지 R378 및 Z372는 각각 독립적으로 수소 원자, 포화 또는 불포화의 탄화수소기, 방향족기, 헤테로환기, 치환 아미노기, 치환 보릴기, 알콕시기 또는 아릴옥시기를 나타내고, X371, Y371 및 Z371은 각각 독립적으로 포화 또는 불포화의 탄화수소기, 방향족기, 헤테로환기, 치환아미노기, 알콕시기 또는 아릴옥시기를 나타내고, Z371과 Z372의 치환기는 서로 결합하여 축합환을 형성할 수도 있고, n은 1 내지 3의 정수를 나타내고, n이 2 이상의 경우, Z371은 상이할 수도 있되, 단, n이 1, X371, Y371 및 R372가 메틸기이며, R378가 수소 원자 또는 치환 보릴기의 경우, 및 n이 3이고 Z371이 메틸기의 경우를 포함하지 않음)
일본 특허 공개 (평)10-088121에 표시되어 있는 하기 화학식으로 표시되는 화합물
Figure 112009050315445-PCT00048
(식 중, Q381 및 Q382는 각각 독립적으로 하기 화학식으로 표시되는 배위자를 나타내고, L381은 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 복소환기, -OR391(R391은 수소 원자, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 복소환기임) 또는 -O-Ga-Q391(Q392)(Q391 및 Q392는 Q381 및 Q382와 동일 의미를 나타냄)로 표시되는 배위자를 나타냄)
Figure 112009050315445-PCT00049
(식 중, 환 A401 및 A402는 서로 결합한 치환 또는 비치환된 아릴환 또는 복소환 구조임)
상기 화학식의 배위자를 형성하는 환 A401 및 A402의 치환기의 구체적인 예를 들면, 염소, 브롬, 요오드, 불소의 할로겐 원자, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 스테아릴기, 트리클로로메틸기 등의 치환 또는 비치환된 알킬기, 페닐기, 나프틸기, 3-메틸페닐기, 3-메톡시페닐기, 3-플루오로페닐기, 3-트리클로로메틸페닐기, 3-트리플루오로메틸페닐기, 3-니트로페닐기 등의 치환 또는 비치환된 아릴기, 메톡시기, n-부톡시기, tert-부톡시기, 트리클로로메톡시기, 트리플루오로에톡시기, 펜타플루오로프로폭시기, 2,2,3,3-테트라플루오로프로폭시기, 1,1,1,3,3,3-헥사플루오로-2-프로폭시기, 6-(퍼플루오로에틸)헥실옥시기 등의 치환 또는 비치환된 알콕시기, 페녹시기, p-니트로페녹시기, p-tert-부틸페녹시기, 3-플루오로페녹시기, 펜타플루오로페닐기, 3-트리플루오로메틸페녹시기 등의 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 메틸티오기, 에틸티오기, tert-부틸티오기, 헥실티오기, 옥틸티오기, 트리플루오로메틸티오기 등의 치환 또는 비치환된 알킬티오기, 페닐티오기, p-니트로페닐티오기, ptert-부틸페닐티오기, 3-플루오로페닐티오기, 펜타플루오로페닐티오기, 3-트리플루오로메틸페닐티오기 등의 치환 또는 비치환된 아릴티오기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 메틸아미노기, 디에틸아미노기, 에틸아미노기, 디에틸아미노기, 디프로필아미노기, 디부틸아미노기, 디페닐아미노기 등의 모노 또는 디치환 아미노기, 비스(아세톡시메틸)아미노기, 비스(아세톡시에틸)아미노기, 비스아세톡시프로필)아미노기, 비스(아세톡시부틸)아미노기 등의 아실아미노기, 수산기, 실록시기, 아실기, 카르바모일기, 메틸카르바모일기, 디메틸카르바모일기, 에틸카르바모일기, 디에틸카르바모일기, 프로필카르바모일기, 부틸카르바모일기, 페닐카르바모일기 등의 치환 또는 비치환된 카르바모일기, 카르복실산기, 술폰산기, 이미드기, 시클로펜탄기, 시클로헥실기 등의 시클로알킬기, 페닐기, 나프틸기, 비페닐기, 안트라닐기, 페난트릴기, 플루오레닐기, 피레닐기 등의 아릴기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 인돌리닐기, 퀴놀리닐기, 아크리디닐기, 피롤리디닐기, 디옥사닐기, 피페리디닐기, 모르폴리디닐기, 피페라지닐기, 카르바졸릴기, 푸라닐기, 티오페닐기, 옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 티아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 트리아졸릴기, 이미다졸릴기, 벤조이미다졸릴기 등의 복소환기 등이 있다. 또한, 이상의 치환기끼리가 결합하여 추가적인 6원 아릴환 또는 복소환을 형성할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 형태로, 전자를 수송하는 영역 또는 음극과 유기층의 계면 영역에 환원성 도펀트를 함유하는 소자가 있다. 여기서, 환원성 도펀트란, 전자 수송성 화합물을 환원을 할 수 있는 물질로 정의된다. 따라서, 일정한 환원성을 갖는 것이면, 다양한 것이 이용되고, 예를 들면 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 금속, 알칼리 금속의 산화물, 알칼리 금속의 할로겐화물, 알칼리 토금속의 산화물, 알칼리 토금속의 할로겐화물, 희토류 금속의 산화물 또는 희토류 금속의 할로겐화물, 알칼리 금속의 유기 착체, 알칼리 토금속의 유기 착체, 희토류 금속의 유기 착체로 이루어지는 군에서 선택되는 1개 이상의 물질을 바람직하게 사용할 수 있다.
또한, 보다 구체적으로, 바람직한 환원성 도펀트로서는 Na(일함수: 2.36 eV), K(일함수: 2.28 eV), Rb(일함수: 2.16 eV) 및 Cs(일함수: 1.95 eV)로 이루어지는 군에서 선택되는 1개 이상의 알칼리 금속이나, Ca(일함수: 2.9 eV), Sr(일함수: 2.0 내지 2.5 eV), 및 Ba(일함수: 2.52 eV)로 이루어지는 군에서 선택되는 1개 이상의 알칼리 토금속을 들 수 있는 일함수가 2.9 eV 이하의 것이 특히 바람직하다. 이들 중에서, 보다 바람직한 환원성 도펀트는 K, Rb 및 Cs로 이루어지는 군에서 선택되는 1개 이상의 알칼리 금속이고, 더욱 바람직하게는 Rb 또는 Cs이고, 가장 바람직한 것은 Cs이다. 이들 알칼리 금속은 특히 환원 능력이 높고, 전자 주입역에의 비교적 소량의 첨가에 의해, 유기 EL 소자에 있어서의 발광 휘도의 향상이나 장기 수명화가 도모된다. 또한, 일함수가 2.9 eV 이하의 환원성 도펀트로서, 이들 2종 이상의 알칼리 금속의 조합도 바람직하고, 특히, Cs를 포함한 조합, 예를 들면 Cs와 Na, Cs와 K, Cs와 Rb 또는 Cs와 Na와 K와의 조합인 것이 바람직하다. Cs를 조합하여 포함함으로써, 환원 능력을 효율적으로 발휘할 수 있고, 전자 주입역에의 첨가에 의해, 유기 EL 소자에 있어서의 발광 휘도의 향상이나 장기 수명화가 도모된다.
본 발명에 있어서는 음극과 유기층 사이에 절연체나 반도체로 구성되는 전자 주입층을 추가로 설치할 수도 있다. 이 때, 전류의 누설을 유효하게 방지하여, 전자 주입성을 향상시킬 수 있다. 이러한 절연체로서는 알칼리 금속 칼코게나이드, 알칼리 토금속 칼코게나이드, 알칼리 금속의 할로겐화물 및 알칼리 토금속의 할로겐화물로 이루어지는 군에서 선택되는 1개 이상의 금속 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 전자 주입층이 이들 알칼리 금속 칼코게나이드 등으로 구성되어 있으면, 전자 주입성을 더 향상시킬 수 있는 점에서 바람직하다. 구체적으로 바람직한 알칼리 금속 칼코게나이드로서는, 예를 들면 Li2O, LiO, Na2S, Na2Se 및 NaO를 들 수 있고, 바람직한 알칼리 토금속 칼코게나이드로서는, 예를 들면 CaO, BaO, SrO, BeO, BaS, 및 CaSe를 들 수 있다. 또한, 바람직한 알칼리 금속의 할로겐화물로서는, 예를 들면 LiF, NaF, KF, LiCl, KCl 및 NaCl 등을 들 수 있다. 또한, 바람직한 알칼리 토금속의 할로겐화물로서는, 예를 들면 CaF2, BaF2, SrF2, MgF2 및 BeF2라고 한 불화물이나, 불화물 이외의 할로겐화물을 들 수 있다.
또한, 전자 주입층을 구성하는 반도체로서는 Ba, Ca, Sr, Yb, Al, Ga, In, Li, Na, Cd, Mg, Si, Ta, Sb 및 Zn의 1개 이상의 원소를 포함하는 산화물, 질화물 또는 산화질화물 등의 1종 단독 또는 2종 이상의 조합을 들 수 있다. 또한, 전자 주입층을 구성하는 무기 화합물이 미결정 또는 비정질의 절연성 박막인 것이 바람직하다. 전자 주입층이 이들 절연성 박막으로 구성되어 있으면, 보다 균질한 박막이 형성되기 때문에, 다크 스폿 등의 화소 결함을 감소시킬 수 있다. 또한, 이러한 무기 화합물로서는 상술한 알칼리 금속 칼코게나이드, 알칼리 토금속 칼코게나이드, 알칼리 금속의 할로겐화물 및 알칼리 토금속의 할로겐화물 등을 들 수 있다.
[음극]
음극으로서는 전자 주입ㆍ수송층 또는 발광층에 전자를 주입하기 위해서, 일함수가 작은(4 eV 이하) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들 혼합물을 전극 물질로 하는 것이 이용된다. 이러한 전극 물질의 구체예로서는 나트륨, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘, 리튬, 마그네슘ㆍ은 합금, 알루미늄/산화알루미늄, 알루미늄ㆍ리튬 합금, 인듐, 희토류 금속 등을 들 수 있다.
이 음극은 이들 전극 물질을 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시킴으로써, 제조할 수 있다.
여기서 상면 발광형 또는 톱 에미션형의 유기 EL 소자의 경우, 음극의 발광에 대한 투과율은 10％보다 크게하는 것이 바람직하다.
또한, 음극으로서의 시트 저항은 수백 Ω/□ 이하가 바람직하고, 막 두께는 통상 10 nm 내지 1 μm, 바람직하게는 50 내지 200 nm이다.
[절연층]
유기 EL 소자는 초박막에 전계를 인가하기 위해서, 누설이나 쇼트에 의한 화소 결함이 생기기 쉽다. 이것을 방지하기 위해서, 한쌍의 전극 사이에 절연성의 박막층을 삽입하는 것이 바람직하다.
절연층에 이용되는 재료로서는 예를 들면 산화알루미늄, 불화리튬, 산화리튬, 불화세슘, 산화세슘, 산화마그네슘, 불화마그네슘, 산화칼슘, 불화칼슘, 불화세슘, 탄산세슘, 질화알루미늄, 산화티탄, 산화규소, 산화게르마늄, 질화규소, 질화붕소, 산화 몰리브덴, 산화루테늄, 산화바나듐 등을 들 수 있다.
이들의 혼합물이나 적층물을 이용할 수도 있다.
다음으로, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
25 mm×75 mm×0.7 mm 크기의 유리 기판 상에, 막 두께 120 nm의 인듐주석 산화물로 이루어지는 투명 전극(양극)을 설치하였다. 이 유리 기판을 이소프로필알코올속에서 초음파 세정을 5분간 행한 후, UV 오존 세정을 30분간 행하여, 진공 증착 장치에 이 기판을 설치하였다.
그 기판에, 우선, 정공 주입층으로서, 화합물 (A)를 60 nm의 두께로 증착한 후, 그 위에 정공 수송층으로서, N,N'-비스[4'-{N-(나프틸-1-일)-N-페닐}아미노비 페닐-4-일]-N-페닐아민을 20 nm의 두께로 증착하였다. 이어서, 발광층으로서, 9-(2-나프틸)-10-[4-(1-나프틸)페닐]안트라센으로 표시되는 안트라센 유도체와 하기 화학식 (2-22)로 표시되는 플루오란텐 화합물을 중량비 40:3으로 동시 증착하여, 40 nm의 두께로 증착하였다.
다음으로, 전자 수송층으로서, 화합물 (B)를 20 nm의 두께로 증착하였다.
Figure 112009050315445-PCT00050
다음으로 불화리튬을 0.5 nm의 두께로 증착하고, 이어서 알루미늄을 150 nm의 두께로 증착하였다. 이 알루미늄/불화리튬은 음극으로서 기능한다. 이와 같이 하여 유기 EL 소자를 제조하였다.
얻어진 소자에 통전 시험을 행한 바, 전류 밀도 10 mA/㎠에서 구동 전압 4.0 V, 발광 휘도 793 cd/㎡의 청색 발광이 얻어지고, 색도 좌표는 (0.150, 0.134), 효율은 7.93 cd/A였다. 또한, 초기 휘도 5000 cd/㎡에서의 직류의 연속 통전 시험을 행한 바, 초기 휘도의 50％에 달했을 때의 구동 시간은 840시간이었다.
실시예 2
25 mm×75 mm×0.7 mm 크기의 유리 기판 상에, 막 두께 120 nm의 인듐주석 산화물로 이루어지는 투명 전극(양극)을 설치하였다. 이 유리 기판을 이소프로필알코올속에서 초음파 세정을 5분간 행한 후, UV 오존 세정을 30분간 행하여, 진공 증착 장치에 이 기판을 설치하였다.
그 기판에, 우선 정공 주입층으로서, 화합물 (A)를 10 nm의 두께로 증착한 후, 그 위에 정공 수송층으로서, N,N'-비스[4'-{N-(나프틸-1-일)-N-페닐}아미노비페닐-4-일]-N-페닐아민을 70 nm의 두께로 증착하였다. 이어서, 발광층으로서, 9-(2-나프틸)-10-[4-(1-나프틸)페닐]안트라센으로 표시되는 안트라센 유도체와 하기 화학식 (2-29)로 표시되는 플루오란텐 화합물을 중량비 20:1로 동시 증착하고, 20 nm의 두께로 증착하였다.
다음으로, 전자 수송층으로서, 화합물 (C)를 35 nm의 두께로 증착하였다.
Figure 112009050315445-PCT00051
다음으로 불화리튬을 0.5 nm의 두께로 증착하고, 이어서 알루미늄을 150 nm의 두께로 증착하였다. 이 알루미늄/불화리튬은 음극으로서 기능한다. 이와 같이 하여 유기 EL 소자를 제조하였다.
얻어진 소자에 통전 시험을 행한 바, 전류 밀도 10 mA/㎠에서, 구동 전압 4.0 V, 발광 휘도 710 cd/㎡의 청색 발광이 얻어지고, 색도 좌표는 (0.150, 0.128), 효율은 7.10 cd/A였다. 또한, 초기 휘도 5000 cd/㎡에서의 직류의 연속 통전 시험을 행한 바, 초기 휘도의 50％에 달했을 때의 구동 시간은 860시간이었다.
비교예 1
25 mm×75 mm×0.7 mm 크기의 유리 기판 상에, 막 두께 120 nm의 인듐주석 산화물을 포함하는 투명 전극(양극)을 설치하였다. 이 유리 기판을 이소프로필알코올속에서 초음파 세정을 5분간 행한 후, UV 오존 세정을 30분간 행하여, 진공 증착 장치에 이 기판을 설치하였다.
그 기판에, 우선 정공 주입층으로서, 화합물 (A)를 60 nm의 두께로 증착한 후, 그 위에 정공 수송층으로서, N,N'-비스[4'-{N-(나프틸-1-일)-N-페닐}아미노비페닐-4-일]-N-페닐아민을 20 nm의 두께로 증착하였다. 이어서, 발광층으로서, 9-(2-나프틸)-10-[4-(1-나프틸)페닐]안트라센으로 표시되는 안트라센 유도체와 상기 화학식 (2-29)로 표시되는 플루오란텐 화합물을 중량비 40:3으로 동시 증착하고, 40 nm의 두께로 증착하였다.
다음으로, 전자 수송층으로서, Alq를 20 nm의 두께로 증착하였다.
다음으로 불화리튬을 0.5 nm의 두께로 증착하고, 이어서 알루미늄을 150 nm의 두께로 증착하였다. 이 알루미늄/불화리튬은 음극으로서 기능한다. 이와 같이 하여 유기 EL 소자를 제조하였다.
얻어진 소자에 통전 시험을 행한 바, 전류 밀도 10 mA/㎠에서, 구동 전압 5.4 V, 발광 휘도 332 cd/㎡의 청색 발광이 얻어지고, 색도 좌표는 (0.153, 0.136), 효율은 3.32 cd/A였다. 또한, 초기 휘도 5000 cd/㎡에서의 직류의 연속 통전 시험을 행한 바, 초기 휘도의 50％에 달했을 때의 구동 시간은 170시간이었다.
실시예 3
상기 화합물 (1-3)의 대신에, 하기 화합물 (3-1)을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다.
Figure 112009050315445-PCT00052
얻어진 소자에 통전 시험을 행한 바, 전류 밀도 10 mA/㎠에서, 구동 전압 4.0 V, 발광 휘도 930 cd/㎡의 청색 발광이 얻어지고, 색 좌표는 (0.146, 0.132), 효율은 9.3 cd/A였다. 또한, 초기 휘도 5000 cd/㎡에서의 직류의 연속 통전 시험을 행한 바, 초기 휘도의 50％에 달했을 때의 구동 시간은 900시간이었다.
실시예 4
상기 화합물 (1-3) 대신에 하기 화합물 (3-6)을 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다.
Figure 112009050315445-PCT00053
얻어진 소자에 통전 시험을 행한 바, 전류 밀도 10 mA/㎠에서, 구동 전압 4.2 V, 발광 휘도 798 cd/㎡의 청색 발광이 얻어지고, 색 좌표는 (0.146, 0.128), 효율은 8.0 cd/A였다. 또한, 초기 휘도 5000 cd/㎡에서의 직류의 연속 통전 시험을 행한 바, 초기 휘도의 50％에 달했을 때의 구동 시간은 810시간이었다.
실시예 5
상기 화합물 (1-3) 대신에 하기 화합물 (3-12)를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다.
Figure 112009050315445-PCT00054
얻어진 소자에 통전 시험을 행한 바, 전류 밀도 10 mA/㎠에서, 구동 전압 4.0 V, 발광 휘도 850 cd/㎡의 청색 발광이 얻어지고, 색 좌표는 (0.146, 0.140), 효율은 8.5 cd/A였다. 또한, 초기 휘도 5000 cd/㎡에서의 직류의 연속 통전 시험을 행한 바, 초기 휘도의 50％에 달했을 때의 구동 시간은 950시간이었다.
실시예 6
상기 화합물 (1-3) 대신에 하기 화합물 (3-32)를 이용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제조하였다.
Figure 112009050315445-PCT00055
얻어진 소자에 통전 시험을 행한 바, 전류 밀도 10 mA/㎠에서, 구동 전압 4.1 V, 발광 휘도 780 cd/㎡의 청색 발광이 얻어지고, 색 좌표는 (0.146, 0.118), 효율은 7.8 cd/A였다. 또한, 초기 휘도 5000 cd/㎡에서의 직류의 연속 통전 시험을 행한 바, 초기 휘도의 50％에 달했을 때의 구동 시간은 795시간이었다.
플루오란텐 화합물의 합성예로서, 상기 실시예 3 내지 6에서 사용한 화합물의 예를 이하에 나타내었다.
합성예 1[상기 화학식 (3-1)의 합성]
(1) 5-브로모아세나프틸렌의 합성
5-브로모아세나프텐 25.4 g(107.3 mmol), 건조(dry) 벤젠 500 ml에 2,3-디클로로-5,6-디시아노-1,4-벤조퀴논(DDQ) 29.2 g(128.7 mmol)을 가하고, 가열 환류하, 6시간 교반하였다. 또한, 반응 혼합물에 DDQ 6.0 g(26.4 mmol)을 가하고, 4시간 가열 교반하였다. 방냉 후, 침전물을 여과 분별하여, 클로로포름으로 세정하였다. 여액을 합쳐서, 10％ 수산화나트륨 수용액, 물로 세정하였다. 분액 후, 유기상을 무수 황산나트륨으로 건조하여, 용매를 증류 제거하였다. 감압하, 건조하여, 갈색의 고체, 5-브로모아세나프틸렌 13.0 g(수율 51.6％)을 얻었다.
(2) 3-브로모-7,12-디벤조[k]플루오란텐의 합성
1,3-디페닐이소벤조푸란 14.9 g(55.2 mmol), 5-브로모-아세나프틸렌 12.8 g(55.2 mmol)의 톨루엔 50 ml의 혼합물을 가열 환류하, 16시간 교반하였다. 용매를 증류 제거 후, 아세트산 1200 ml를 가하여, 80 ℃에서 가열하였다. 이 혼합물에 48％ HBr 수용액 150 ml을 가하고, 80 ℃에서 1시간 교반하였다. 실온까지 냉 각 후, 침전물을 여과 분리하여, 메탄올로 세정하였다. 얻어진 황색 고체를 톨루엔 200 ml로 재결정화하였다. 결정을 여과 분리하여, 황색 고체, 3-브로모-7,12-디벤조[k]플루오란텐 19.8 g(수율: 74％)을 얻었다.
(3) 7,12-디벤조[k]플루오란텐-3-일보론산의 합성
3-브로모-7,12-디벤조[k]플루오란텐 30.8 g(64.0 mmol)을 건조 THF 400 ml, 건조 톨루엔 300 ml에 용해시켜, -70 ℃로 냉각하고, n-부틸리튬 44.6 ml(70.4 mmol)를 적하하여 1시간 교반하고, 트리이소프리필보론산에스테르 44.0 ml(192 mmol)를 가하여, 2시간 걸쳐 실온까지 승온하였다. 침전물을 여과 분리하여, 톨루엔으로 세정하고, 감압하, 건조하여, 황색의 고체 7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐-3-일보론산 25.14 g(수율 88％)을 얻었다.
(4) 3-(6-브로모나프탈렌-2-일)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐의 합성
아르곤 분위기하, 2,6-디브로모나프탈렌 2.3 g(8.0 mmol), 7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐-3-일보론산 4.3 g(9.6 mmol), 톨루엔 25 ml, 디메톡시에탄 25 ml의 혼합물에 2M 탄산나트륨 수용액(6.2 ml, 12.4 mmol), 테트라키스(트리페닐포스피노)팔라듐 0.29 g(0.25 mmol)을 가하고, 80 ℃에서 8시간 교반하였다. 실온까지 냉각 후, 메탄올을 가하여, 고체를 여과 분리하고, 메탄올로 세정하였다. 얻어진 고체를 디클로로메탄, 메탄올로 재결정화를 행하여, 황색의 고체, 3-(6-브로모나프탈렌-2-일)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐 2.8 g(수율 58％)을 얻었다.
(5) 3-(6-(4-시아노페닐)나프탈렌-2-일)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐 「화합물 (3-1)」의 합성
상기 (4)에 있어서, 2,6-디브로모나프탈렌 대신에 3-(6-브로모나프탈렌-2-일)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐을 이용하고, 7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐-3-일보론산 대신에 4-시아노페닐보론산을 이용한 것 이외에, 상기 (4)와 동일한 방법으로 3-(6-(4-시아노페닐)나프탈렌-2-일)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐(화합물 3-1)을 얻었다.
얻어진 화합물에 대해서, FDMS, 톨루엔 용액 중의 자외선 흡수 극대 파장 λmax(몰 흡광 계수ε) 및 형광 발광 극대 파장을 나타낸다.
FDMS, 계산치 C49H29N=632, 실측치 m/z=632(M+)
UV(PhMe); λmax, 424(ε4.37), FL(PhMe, λex=420 nm); λmax, 444 nm
합성예 2[상기 화합물 (3-6)의 합성]
(1) 3-(4-브로모페닐)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐의 합성
합성예 1(4)에 있어서, 2,6-디브로모나프탈렌 대신에 1-브로모-4-요오도벤젠을 이용한 것 이외에, 합성예 1과 동일한 방법으로 3-(4-브로모페닐)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐을 얻었다.
(2) 3-(4-(4-니트로페닐)페닐)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐 「화합물 (3-6)」의 합성
합성예 1에 있어서, 2,6-디브로모나프탈렌 대신에 3-(4-브로모페닐)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐을 이용하고, 7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐-3-일보론산 대신에 4-니트로페닐보론산을 이용한 것 이외에, 합성예 1과 동일한 방법으로 3-(4- (4-니트로페닐)페닐)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐 「화합물 (3-6)」을 얻었다.
얻어진 화합물에 대해서, FDMS를 나타내었다.
FDMS, 계산치 C44H27NO2=601, 실측치 m/z=601(M+)
합성예 3 [상기 화합물 (3-12)의 합성]
(1) 3-(7-브로모-9,9-디메틸플루오렌-2-일)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐의 합성
합성예 1(4)에 있어서, 2,6-디브로모나프탈렌 대신에 2-브로모-7-요오드-9,9-디메틸플루오렌을 이용한 것 이외에, 합성예 1과 동일한 방법으로 3-(7-브로모-9,9-디메틸플루오렌-2-일)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐을 얻었다.
(2) 3-(7-(4-시아노페닐)-9,9-디메틸플루오렌-2-일)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐(화합물 3-12)의 합성
합성예 1(4)에 있어서, 2,6-디브로모나프탈렌 대신에 3-(7-브로모-9,9-디메틸플루오렌-2-일)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐을 이용하고, 7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐-3-일보론산 대신에 4-시아노페닐보론산을 이용한 것 이외에, 합성예 1과 동일한 방법으로 3-(7-(4-시아노페닐)-9,9-디메틸플루오렌-2-일)-7,12-디페닐벤조[k]플루오란텐(화합물 3-12)을 얻었다.
얻어진 화합물에 대해서, FDMS를 나타내었다.
FDMS, 계산치 C54H35N=697, 실측치 m/z=697(M+)
합성예 4 [상기 화합물 (3-32)의 합성]
합성예 1(4)에 있어서, 2,6-디브로모나프탈렌의 대신에 1,3-디브로모-5-시아노벤젠을 이용한 것 이외에, 합성예 1과 동일한 방법으로 화합물 (3-32)를 얻었다.
얻어진 화합물에 대해서, FDMS를 나타내었다.
FDMS, 계산치 C71H41N=907, 실측치 m/z=907(M+)
본 발명의 유기 EL 소자는 각종 표시 장치, 디스플레이, 백 라이트, 조명 광원, 표지, 간판, 인테리어 등의 분야에 적용할 수 있고, 특히 컬러 디스플레이의 표시 소자로서 적합하다.
이 명세서에 기재된 문헌의 내용을 전부 여기에 인용한다.

Claims (30)

  1. 음극 및 양극과,
    상기 음극 및 양극의 사이에 적어도 발광층과 전자 수송층을 포함하고,
    상기 발광층이 호스트 화합물과 플루오란텐 화합물을 함유하고,
    전자 수송층이 하기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계발광 소자.
    (A)u-(B)v (1)
    (식 중, A는 탄소환 3 이상의 방향족 탄화수소기를 포함하는 기이고, B는 치환될 수도 있는 복소환기이고, u, v는 각각 1 내지 6의 정수임)
  2. 제1항에 있어서, 상기 양극과 발광층의 사이에 정공 주입층을 더 포함하는 유기 전계발광 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 양극과 발광층의 사이에 정공 수송층을 더 포함하는 유기 전계발광 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플루오란텐 화합물이 하기 화학식 (2)로 표시되는 화합물인 유기 전계발광 소자.
    FLn-G1 (2)
    (식 중, n은 2 내지 4의 정수이고,
    FL은 플루오란텐 구조를 갖는 1가의 기이고, 복수의 FL은 동일하거나 상이할 수도 있고,
    G1은 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 방향족기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 모노아미노 방향족기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 60의 디아미노 방향족기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 60의 트리아미노 방향족기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 3 내지 40의 복소환기, 치환 또는 비치환된 에테닐렌기, 또는 단결합임)
  5. 제4항에 있어서, 상기 화학식 (2)의 FL이 하기 화학식 (3) 내지 (6) 중 어느 하나로 표시되는 화합물의 1가의 플루오란텐 화합물 잔기인 유기 전계발광 소자.
    Figure 112009050315445-PCT00056
    (식 (3) 내지 (6) 중, X1 내지 X16은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐옥시기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 아릴기(다만, 화학식 (3) 내지 (6)인 경우에는 없음), 치환 또는 비치환 된 탄소 원자수 6 내지 40의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 복소환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 2 내지 30의 아미노기, 니트로기, 시아노기, 실릴기, 수산기, -COOR1e기(기 중, R1e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄), -COR2e기(기 중, R2e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기, 또는 아미노기를 나타냄), 또는 -OCOR3e기(기 중, R3e는 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄)를 나타내고, 또한 X1 내지 X16 중 인접하는 기 및 각 기의 치환기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소환을 형성하고 있을 수도 있음)
  6. 제5항에 있어서, 상기 1가의 플루오란텐 화합물 잔기가 상기 화학식 (3) 또는 (4)로 표시되는 화합물의 1가 잔기인 유기 전계발광 소자.
  7. 제4항에 있어서, 화학식 (2)에 있어서, G1이 하기 화학식으로 표시되는 기 중 어느 하나인 유기 전계발광 소자.
    Figure 112009050315445-PCT00057
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플루오란텐 화합물이 하기 화학식 (3) 내지 (6) 중 어느 하나로 표시되는 화합물인 유기 전계발광 소자.
    Figure 112009050315445-PCT00058
    (식 (3) 내지 (6) 중, X1 내지 X16은 각각 독립적으로 수소 원자, 할로겐 원자, 니트로기, 시아노기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐옥시기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 아릴기(다만, 화학식 (3) 내지 (6)인 경우에는 없음), 치환 또는 비치환 된 탄소 원자수 6 내지 40의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 40의 복소환기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 2 내지 30의 아미노기, 니트로기, 시아노기, 실릴기, 수산기, -COOR1e기(기 중, R1e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄), -COR2e기(기 중, R2e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기, 또는 아미노기를 나타냄), 또는 -OCOR3e기(기 중, R3e는 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄)를 나타내고, 또한 X1 내지 X16 중 인접하는 기 및 각 기의 치환기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소환을 형성하고 있을 수도 있음)
  9. 제8항에 있어서, 상기 플루오란텐 화합물이 상기 화학식 (3) 또는 (4)로 표시되는 화합물인 유기 전계발광 소자.
  10. 제8항에 있어서, 상기 각 화학식 (3) 내지 (6) 중의 X1 내지 X16의 적어도 1개가 니트로기, 시아노기, 할로겐 원자, 할로알킬기, -COOR1e기(R1e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기를 나타냄), 및 -COR2e기(R2e는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄, 분지 또는 환상의 탄소 원자수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 7 내지 30의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소 원자수 6 내지 30의 아릴기, 또는 아미노기를 나타냄)로 이루어지는 군에서 선택되는 전자 구인성기 또는 전자 구인성기를 갖는 기인 유기 전계발광 소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 플루오란텐 화합물이 상기 화학식 (3) 또는 (4)로 표시되는 화합물인 유기 전계발광 소자.
  12. 제8항에 있어서, 상기 각 화학식 (3) 내지 (6)의 X1 내지 X16의 적어도 1개가 하나 이상의 전자 구인성기를 갖는 치환 아릴기인 유기 전계발광 소자.
  13. 제8항에 있어서, 상기 각 화학식 (3) 내지 (6)의 X1 내지 X16의 적어도 1개가 치환 아릴기이고,
    상기 아릴기의 치환기가 전자 구인성기를 갖는 치환 또는 비치환된 아릴기인 유기 전계발광 소자.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 구인성기가 니트로기, 시아노기, 불소기 및 할로알킬기로 이루어지는 군에서 선택되는 기인 유기 전계발광 소자.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 (4)의 X4 및 X11이 페닐기인 유기 전계발광 소자.
  16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 (4)의 X7이 수소 원자이고, X8이 전자 구인성 치환기를 갖는 아릴기인 유기 전계발광 소자.
  17. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 (4)의 X7이 수소 원자이고, X8이 전자 구인성 치환기를 갖는 아릴기를 갖는 치환 아릴기인 유기 전계발광 소자.
  18. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 (3)의 X3 및 X10이 페닐기인 유기 전계발광 소자.
  19. 제10항 내지 제14항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화합물 (3)의 X6이 수소 원자이고, X7이 전자 구인성 치환기를 갖는 아릴기인 유기 전계발광 소자.
  20. 제10항 내지 제14항 및 제18항에 있어서, 상기 화합물 (3)의 X6이 수소 원자이고, X7이 전자 구인성 치환기를 갖는 아릴기를 갖는 치환 아릴기인 유기 전계발광 소자.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물이 안트라센, 페난트렌, 나프타센, 피렌, 크리센, 벤조안트라센, 펜타센, 디벤 조안트라센, 벤조피렌, 플루오렌, 벤조플루오렌, 플루오란텐, 벤조플루오란텐, 나프토플루오란텐, 디벤조플루오렌, 디벤조피렌 및 디벤조플루오란텐으로부터 선택되는 1 이상의 골격을 분자 중에 갖는 화합물인 유기 전계발광 소자.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물이 질소 함유 복소환 화합물인 유기 전계발광 소자.
  23. 제22항에 있어서, 상기 질소 함유 복소환 화합물이 피리딘, 피리미딘, 피라진, 피리다진, 트리아진, 퀴놀린, 퀴녹살린, 아크리딘, 이미다조피리딘, 이미다조피리미딘 및 페난트롤린으로부터 선택되는 하나 이상의 골격을 분자 중에 갖는 화합물인 유기 전계발광 소자.
  24. 제22항에 있어서, 상기 질소 함유 복소환 화합물이 하기 화학식 (7) 또는 (8)로 표시되는 벤조이미다졸 유도체인 유기 전계발광 소자.
    Figure 112009050315445-PCT00059
    (식 중, R'는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 퀴놀릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고,
    m은 0 내지 4의 정수이고,
    R11은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 퀴놀릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 또는 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고,
    R12는 수소 원자, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 퀴놀릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이고,
    L은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 피리디닐렌기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기이고,
    Ar'는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 또는 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기임)
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 호스트 화합물이 안트라센 유도체인 유기 전계발광 소자.
  26. 제25항에 있어서, 상기 안트라센 유도체가 하기 화학식 (9)로 표시되는 화합물인 유기 전계발광 소자.
    Figure 112009050315445-PCT00060
    (식 중, A1 및 A2는 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족기이고,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 수소 원자, 또는 치환 또는 비치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족기이고,
    R1 내지 R10은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환 또는 비치환된 핵 탄소수 6 내지 50의 방향족기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 방향족 복소환기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 핵 원자수 5 내지 50의 아릴티오기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알콕시카르보닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 카르복실기, 할로겐 원자, 시아노기, 니트로기, 또는 히드록실기이고,
    Ar1 및 R9, 및/또는 Ar2 및 R10은 각각 결합하여 포화 또는 불포화의 환상 구조를 형성하고 있을 수도 있음)
  27. 제26항에 있어서, 상기 안트라센 유도체가, 하기 화학식에 있어서 중심 안트라센의 9위치 및 10위치에 상기 안트라센 상에 나타내는 X-Y축에 대하여 대칭이 되는 기가 결합하지 않은 화합물인 유기 전계발광 소자.
    Figure 112009050315445-PCT00061
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광층이 플루오란텐 화합물을 0.01 내지 20 중량％ 함유하고 있는 유기 전계발광 소자.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양극 및 음극의 적어도 한쪽 표면에 칼코게니드층, 할로겐화 금속층 또는 금속 산화물층이 설치되어 있는 유기 전계발광 소자.
  30. 상기 화학식 (2) 내지 (6) 중 어느 하나로 표시되는 플루오란텐 화합물과, 용매를 포함하는 유기 전계발광 소자 발광층 제조용 용액.
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