KR20110018311A - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정공 및 전자의 주입·수송 성능, 박막의 안정성이나 내구성이 우수한 유기 EL 소자용의 각종 재료를, 각각의 재료가 가지는 특성이 효과적으로 발현될 수 있도록 조합함으로써, 고효율, 저구동 전압, 긴 수명의 유기 EL 소자를 제공하는 것을 과제로 한다. 본 발명은 적어도 양극 전극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 음극 전극을 이 순서로 가지는 유기 전계 발광 소자에 있어서, 상기 정공 주입층이 분자 중에 3개 이상의 트리페닐아민 구조가 단결합 또는 헤테로 원자를 포함하지 않는 2가 기로 연결된 구조를 가지는 아릴아민 화합물을 함유하고, 상기 정공 수송층이 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.

Description

유기 전계 발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE}
본 발명은 각종 표시 장치에 적합한 자발광 소자인 유기 전계 발광 소자에 관한 것이고, 상세하게는 복수종의 특정한 아릴아민 유도체(및 특정한 피리딘 유도체)를 이용한 유기 전계 발광 소자(이하, 유기 EL 소자라 약칭함)에 관한 것이다.
유기 EL 소자는 자기 발광성 소자이기 때문에, 액정 소자에 비하여 밝고 시인성이 우수하고, 선명한 표시가 가능하다는 점에서, 활발한 연구가 이루어져 왔다.
1987년에 이스트만·코닥사의 C. W. Tang 등은 각종 역할을 각 재료에 분담한 적층 구조 소자를 개발함으로써 유기 재료를 이용한 유기 EL 소자를 실용화하였다. 그들은 전자를 수송할 수 있는 형광체와 정공을 수송할 수 있는 유기물을 적층하고, 양쪽의 전하를 형광체의 층 중에 주입하여 발광시킴으로써, 10 V 이하의 전압으로 1000 cd/m2 이상의 고휘도가 얻어지게 되었다(예를 들면 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 (평)8-48656호 공보
특허문헌 2: 일본 특허 제3194657호 공보
현재까지, 유기 EL 소자의 실용화를 위해 많은 개량이 이루어졌고, 적층 구조의 각종 역할을 더 세분화하여, 기판 상에 순차적으로 양극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 음극을 설치한 전계 발광 소자에 의해 고효율과 내구성을 달성하였다(예를 들면 비특허문헌 1 참조).
비특허문헌 1: 응용 물리 학회 제9회 강습회 예고집 55 내지 61 페이지(2001)
또한 발광 효율을 한층 더 향상시킬 목적으로 삼중항 여기자의 이용이 시도되고, 인광 발광성 화합물의 이용이 검토되고 있다(예를 들면 비특허문헌 2 참조).
비특허문헌 2: 응용 물리 학회 제9회 강습회 예고집 23 내지 31 페이지(2001)
발광층은 일반적으로 호스트 재료라 불리는 전하 수송성 화합물에, 형광성 화합물이나 인광 발광성 화합물을 도핑하여 제작할 수도 있다. 상기 비특허문헌에 기재되어 있는 바와 같이, 유기 EL 소자에서의 유기 재료의 선택은, 그 소자의 효율이나 내구성 등 여러가지 특성에 큰 영향을 끼친다(비특허문헌 2 참조).
유기 EL 소자에 있어서는, 양 전극으로부터 주입된 전하가 발광층에서 재결합하여 발광이 얻어지는데, 고효율, 저구동 전압, 긴 수명이 되는 유기 EL 소자로 하기 위해서는, 전자나 정공을 효율적으로 주입·수송하고 양자가 효율적으로 재결합할 수 있는, 캐리어 균형이 우수한 소자로 할 필요가 있다.
유기 EL 소자에 이용되는 정공 주입 재료로서 초기에는 구리프탈로시아닌(이하 CuPc라 약칭함)과 같은 프탈로시아닌류가 제안되었지만(예를 들면 특허문헌 3 참조), 가시 영역에 흡수가 있다는 점에서, 페닐렌디아민 구조를 가지는 재료가 널리 이용되게 되었다(예를 들면 특허문헌 4 참조). 한편, 정공 수송 재료로서는 벤지딘 골격을 포함하는 아릴아민계 재료가 이용되어 왔다(예를 들면 특허문헌 5 참조).
특허문헌 3: 미국 특허 제4,720,432호 공보
특허문헌 4: 일본 특허 공개 (평)8-291115호 공보
특허문헌 5: 일본 특허 제3529735호 공보
대표적인 발광 재료인 트리스(8-히드록시퀴놀린)알루미늄(이후, Alq3이라 약칭함)은 전자 수송 재료로서 일반적으로 사용되고 있지만, 일반적으로 사용되고 있는 정공 수송 재료가 가지는 정공 이동도에 비하여, Alq3이 가지는 전자 이동도가 낮고, Alq3의 일함수가 5.8 eV로 충분한 정공 저지 능력이 있다고 할 수 없기 때문에, 정공의 일부가 발광층을 빠져 나가버려서 효율이 저하되어 버린다.
또한, 양극 및 음극으로부터 발광층에 정공 주입 또는 전자 주입을 효율적으로 행하기 위해, 재료가 가지는 이온화 포텐셜 값과 전자 친화력 값을 단계적으로 설정하여, 정공 주입층 및 전자 주입층 각각에 대해 2층 이상 적층한 소자가 개발되었지만(예를 들면 특허문헌 6 참조), 이용되고 있는 재료에서는 발광 효율, 구동 전압, 소자 수명 중 어느 것에 있어서도 충분하다고는 말할 수 없다.
특허문헌 6: 일본 특허 공개 (평)6-314594호 공보
정공 수송층은 통상 매우 박막이기 때문에, ITO 전극 표면의 거칠기의 영향을 받아, 제작한 소자의 쇼트 발생 등에 의한 불량품 발생 확률이 높았다. 정공 수송층의 막 두께를 두껍게 하면, ITO 전극 표면의 거칠기를 덮어서 숨길 수 있어 제작한 소자의 불량품 발생 확률을 낮출 수 있다. 그러나, 정공 수송층의 막 두께를 두껍게 하면 구동 전압이 상승하여 실용 구동 전압을 초과해 버린다.
유기 EL 소자의 소자 특성의 개선이나 소자 제작의 수율 향상을 위해, 정공 및 전자의 주입·수송 성능, 박막의 안정성이나 내구성이 우수한 재료를 조합함으로써, 정공 및 전자가 고효율로 재결합할 수 있는, 발광 효율이 높고, 구동 전압이 낮고, 긴 수명의 소자가 요구되고 있다.
또한, 유기 EL 소자의 소자 특성을 개선시키기 위해, 정공 및 전자의 주입·수송 성능, 박막의 안정성이나 내구성이 우수한 재료를 조합함으로써, 캐리어 균형이 잡힌 고효율, 저구동 전압, 긴 수명의 소자가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 정공 및 전자의 주입·수송 성능, 박막의 안정성이나 내구성이 우수한 유기 EL 소자용 각종 재료를, 각각의 재료가 가지는 특성이 효과적으로 발현될 수 있도록 조합함으로써, 고효율, 저구동 전압, 긴 수명의 유기 EL 소자를 제공하는 것에 있다. 본 발명에 적합한 유기 화합물의 물리적인 특성으로서는, (1) 정공 및 전자의 주입 특성이 좋을 것, (2) 정공 및 전자의 이동도가 높을 것, (3) 전자 및 정공 저지 능력이 우수할 것, (4) 박막 상태가 안정적일 것, (5) 내열성이 우수할 것을 들 수 있다. 또한, 본 발명에 적합한 소자의 물리적인 특성으로서는, (1) 발광 효율이 높을 것, (2) 발광 개시 전압이 낮을 것, (3) 실용 구동 전압이 낮을 것, (4) 긴 수명인 것을 들 수 있다.
따라서 본 발명자들은 상기의 목적을 달성하기 위해, 아릴아민계 재료가 정공 주입 및 수송 능력, 박막의 안정성이나 내구성이 우수하다는 것에 주목하여, 특정한 2종의 아릴아민 화합물을 선택하고, 발광층에 정공을 효율적으로 주입·수송할 수 있도록 조합한 여러가지 유기 EL 소자를 제작하여, 소자의 특성 평가를 예의 행하였다. 또한, 전자 친화성인 피리딘 유도체가 전자 주입 및 수송 능력, 박막의 안정성이나 내구성이 우수하다는 것에 주목하여, 특정한 아릴아민 화합물과 특정한 피리딘 유도체를 선택하고, 캐리어 균형이 잡히도록 조합한 여러가지 유기 EL 소자를 제작하여, 소자의 특성 평가를 예의 행하였다. 그 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명에 따르면 이하의 유기 EL 소자가 제공된다.
1) 적어도 양극 전극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 음극 전극을 이 순서로 가지는 유기 전계 발광 소자에 있어서, 상기 정공 주입층이 분자 중에 3개 이상의 트리페닐아민 구조가 단결합 또는 헤테로 원자를 포함하지 않는 2가 기로 연결된 구조를 가지는 아릴아민 화합물을 함유하고, 상기 정공 수송층이 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
2) 상기 분자 중에 3개 이상의 트리페닐아민 구조가 단결합 또는 헤테로 원자를 포함하지 않는 2가 기로 연결된 구조를 가지는 아릴아민 화합물이 하기 화학식 2로 표시되는 아릴아민 화합물인 상기 1) 기재의 유기 전계 발광 소자.
Figure pct00001
(식 중, R12 내지 R23은 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기이고, 이들의 치환기가 동일한 벤젠환에 복수개 결합하고 있는 경우는 서로 환을 형성할 수 있으며, r12 내지 r23은 1 내지 4의 정수를 나타내고, A1, A2, A3은 동일하거나 상이할 수 있고, 하기 구조식 (B) 내지 (F)로 표시되는 2가 기 또는 단결합을 나타냄)
Figure pct00002
(식 중, n2는 1 내지 3의 정수를 나타냄)
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
3) 상기 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물이 하기 화학식 3으로 표시되는 아릴아민 화합물인, 상기 1) 또는 2)에 기재된 유기 전계 발광 소자.
Figure pct00007
(식 중, R24 내지 R29는 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기이고, 이들의 치환기가 동일한 벤젠환에 복수개 결합하고 있는 경우는 서로 환을 형성할 수 있으며, r24 내지 r29는 1 내지 4의 정수를 나타내고, A4는 하기 구조식 (B) 내지 (F)로 표시되는 2가 기 또는 단결합을 나타냄)
Figure pct00008
(식 중, n2는 1 내지 3의 정수를 나타냄)
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
4) 상기 정공 수송층의 막 두께가 20 내지 300 nm인 것을 특징으로 하는, 상기 1) 내지 3) 중 어느 하나에 기재된 유기 전계 발광 소자.
5) 상기 전자 수송층이 하기 화학식 1로 표시되는 분자 중에 피리딘환과 피리도인돌환을 가지는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 1) 기재의 유기 전계 발광 소자.
Figure pct00013
(식 중, Ar1은 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기를 나타내고, R1 내지 R11은 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기를 나타내고, B1은 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소의 2가 기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환의 2가 기, 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족의 2가 기 또는 단결합을 나타내고, m1, n1은 1 내지 3의 정수를 나타내고, W, X, Y, Z는 탄소 원자 또는 질소 원자를 나타내며, 여기서 m1=2일 때 및 m1=3일 때에는 n1=1이며, W, X, Y, Z는 그 중 어느 하나만이 질소 원자이고, 이 질소 원자는 R8 내지 R11의 치환기를 가지지 않음)
6) 상기 분자 중에 3개 이상의 트리페닐아민 구조가 단결합 또는 헤테로 원자를 포함하지 않는 2가 기로 연결된 구조를 가지는 아릴아민 화합물이 상기 화학식 2로 표시되는 아릴아민 화합물인, 상기 5) 기재의 유기 전계 발광 소자.
7) 상기 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물이 상기 화학식 3으로 표시되는 아릴아민 화합물인, 상기 5) 또는 6)에 기재된 유기 전계 발광 소자.
8) 상기 분자 중에 피리딘환과 피리도인돌환을 가지는 화합물이 하기 화학식 4로 표시되는 화합물인, 상기 5) 내지 7) 중 어느 하나에 기재된 유기 전계 발광 소자.
Figure pct00014
(식 중, Ar2는 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기를 나타내고, R30 내지 R44는 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기를 나타내고, n3은 1 내지 3의 정수를 나타내고, W, X, Y, Z는 탄소 원자 또는 질소 원자를 나타내며, 여기서 W, X, Y, Z는 그 중 어느 하나만이 질소 원자이고, 이 질소 원자는 R37 내지 R40의 치환기를 가지지 않음)
9) 상기 분자 중에 피리딘환과 피리도인돌환을 가지는 화합물이 하기 화학식 5로 표시되는 화합물인, 상기 5) 내지 7) 중 어느 하나에 기재된 유기 전계 발광 소자.
Figure pct00015
(식 중, Ar3은 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기를 나타내고, R45 내지 R55는 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기를 나타내고, m2, n4는 1 내지 3의 정수를 나타내고, W, X, Y, Z는 탄소 원자 또는 질소 원자를 나타내며, 여기서 m2=2일 때 및 m2=3일 때에는 n4=1이며, W, X, Y, Z는 그 중 어느 하나만이 질소 원자이고, 이 질소 원자는 R52 내지 R55의 치환기를 가지지 않음)
화학식 2 중의 R12 내지 R23으로 표시되는, 「치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기」, 「치환 또는 비치환의 방향족 복소환기」 또는 「치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기」에서의 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기 또는 축합 다환 방향족기로서는, 구체적으로 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 안트릴기, 아세나프테닐기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기, 피리딜기, 피리미딜기, 푸라닐기, 피라닐기, 티오페닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조푸라닐기, 벤조티오페닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴기, 벤조이미다졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티오페닐기, 나프틸리디닐기, 페난트롤리닐기, 아크리디닐기를 들 수 있다.
화학식 2 중의 R12 내지 R23으로 표시되는, 「치환 방향족 탄화수소기」, 「치환 방향족 복소환기」 또는 「치환 축합 다환 방향족기」에서의 치환기로서는, 구체적으로 불소 원자, 염소 원자, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기를 들 수 있고, 이들 치환기는 추가로 치환될 수 있다.
화학식 3 중의 R24 내지 R29로 표시되는, 「치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기」, 「치환 또는 비치환의 방향족 복소환기」 또는 「치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기」에서의 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기 또는 축합 다환 방향족기로서는, 구체적으로 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 안트릴기, 아세나프테닐기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기, 피리딜기, 피리미딜기, 푸라닐기, 피라닐기, 티오페닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조푸라닐기, 벤조티오페닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴기, 벤조이미다졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티오페닐기, 나프틸리디닐기, 페난트롤리닐기, 아크리디닐기를 들 수 있다.
화학식 3 중의 R24 내지 R29로 표시되는, 「치환 방향족 탄화수소기」, 「치환 방향족 복소환기」또는 「치환 축합 다환 방향족기」에서의 치환기로서는, 구체적으로 불소 원자, 염소 원자, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기를 들 수 있고, 추가로 치환될 수 있다.
화학식 1 중의 Ar1로 표시되는, 「치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기」, 「치환 또는 비치환의 방향족 복소환기」 또는 「치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기」에서의 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기 또는 축합 다환 방향족기로서는, 구체적으로 다음과 같은 기를 들 수 있다. 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 안트릴기, 아세나프테닐기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기, 피리딜기, 피리미딜기, 피리도인돌릴기, 푸라닐기, 피라닐기, 티오페닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조푸라닐기, 벤조티오페닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴기, 벤조이미다졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티오페닐기, 나프틸리디닐기, 페난트롤리닐기, 아크리디닐기.
화학식 1 중의 Ar1로 표시되는, 「치환 방향족 탄화수소기」, 「치환 방향족 복소환기」 또는 「치환 축합 다환 방향족기」에서의 치환기로서, 구체적으로는 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 수산기, 니트로기, 알킬기, 시클로알킬기, 알콕시기, 아미노기, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 스티릴기, 피리딜기, 피리도인돌릴기, 퀴놀릴기, 벤조티아졸릴기와 같은 기를 들 수 있고, 이들 치환기는 추가로 치환될 수 있다.
화학식 1 중의 R1 내지 R11로 표시되는, 「치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기」, 「치환 또는 비치환의 방향족 복소환기」 또는 「치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기」에서의 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기 또는 축합 다환 방향족기로서는, 구체적으로 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 안트릴기, 아세나프테닐기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기, 피리딜기, 피리미딜기, 푸라닐기, 피라닐기, 티오페닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조푸라닐기, 벤조티오페닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴기, 벤조이미다졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티오페닐기, 나프틸리디닐기, 페난트롤리닐기, 아크리디닐기를 들 수 있다.
화학식 1 중의 R1 내지 R11로 표시되는, 「치환 방향족 탄화수소기」, 「치환 방향족 복소환기」 또는 「치환 축합 다환 방향족기」에서의 치환기로서는, 구체적으로 불소 원자, 염소 원자, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기를 들 수 있고, 이들 치환기는 추가로 치환될 수 있다.
화학식 1 중의 B1로 표시되는, 「치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소의 2가 기」, 「치환 또는 비치환의 방향족 복소환의 2가 기」, 「치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족의 2가 기」에서의 방향족 탄화수소의 2가 기, 방향족 복소환의 2가 기 또는 축합 다환 방향족의 2가 기로서는, 구체적으로 페닐렌기, 비페닐릴렌기, 터페닐릴렌기, 테트라키스페닐렌기, 나프틸렌기, 안트릴렌기, 플루오레닐렌기, 페난트롤릴렌기, 인데닐렌기, 피레닐렌기, 피리디닐렌기, 피리미디닐렌기, 퀴놀릴렌, 이소퀴놀릴렌기, 인돌릴렌기, 카르바졸릴렌기, 퀴녹살릴렌기, 벤조이미다졸릴렌기, 피라졸릴렌기, 나프티리디닐렌기, 페난트롤리닐렌기, 아크리디닐렌기를 들 수 있다.
화학식 1 중의 B1로 표시되는, 「치환 방향족 탄화수소의 2가 기」, 「치환 방향족 복소환의 2가 기」, 「치환 축합 다환 방향족의 2가 기」에서의 치환기로서는, 구체적으로 불소 원자, 염소 원자, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기를 들 수 있고, 이들 치환기는 추가로 치환될 수 있다.
화학식 4 중의 Ar2로 표시되는, 「치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기」, 「치환 또는 비치환의 방향족 복소환기」 또는 「치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기」에서의 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기 또는 축합 다환 방향족기로서는, 구체적으로 다음과 같은 기를 들 수 있다. 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 안트릴기, 아세나프테닐기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기, 피리딜기, 피리미딜기, 피리도인돌릴기, 푸라닐기, 피라닐기, 티오페닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조푸라닐기, 벤조티오페닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴기, 벤조이미다졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티오페닐기, 나프틸리디닐기, 페난트롤리닐기, 아크리디닐기.
화학식 4 중의 Ar2로 표시되는, 「치환 방향족 탄화수소기」, 「치환 방향족 복소환기」 또는 「치환 축합 다환 방향족기」에서의 치환기로서, 구체적으로는 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 수산기, 니트로기, 알킬기, 시클로알킬기, 알콕시기, 아미노기, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 스티릴기, 피리딜기, 피리도인돌릴기, 퀴놀릴기, 벤조티아졸릴기와 같은 기를 들 수 있고, 이들 치환기는 추가로 치환될 수 있다.
화학식 4 중의 R30 내지 R44로 표시되는, 「치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기」, 「치환 또는 비치환의 방향족 복소환기」 또는 「치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기」에서의 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기 또는 축합 다환 방향족기로서는, 구체적으로 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 안트릴기, 아세나프테닐기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기, 피리딜기, 피리미딜기, 푸라닐기, 피라닐기, 티오페닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조푸라닐기, 벤조티오페닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴기, 벤조이미다졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티오페닐기, 나프틸리디닐기, 페난트롤리닐기, 아크리디닐기를 들 수 있다.
화학식 4 중의 R30 내지 R44로 표시되는, 「치환 방향족 탄화수소기」, 「치환 방향족 복소환기」 또는 「치환 축합 다환 방향족기」에서의 치환기로서는, 구체적으로 불소 원자, 염소 원자, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기를 들 수 있고, 이들 치환기는 추가로 치환될 수 있다.
화학식 5 중의 Ar3으로 표시되는, 「치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기」, 「치환 또는 비치환의 방향족 복소환기」 또는 「치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기」에서의 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기 또는 축합 다환 방향족기로서는, 구체적으로 다음과 같은 기를 들 수 있다. 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 안트릴기, 아세나프테닐기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기, 피리딜기, 피리미딜기, 피리도인돌릴기, 푸라닐기, 피라닐기, 티오페닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조푸라닐기, 벤조티오페닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴기, 벤조이미다졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티오페닐기, 나프틸리디닐기, 페난트롤리닐기, 아크리디닐기.
화학식 5 중의 Ar3으로 표시되는, 「치환 방향족 탄화수소기」, 「치환 방향족 복소환기」 또는 「치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기」에서의 치환기로서, 구체적으로는 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 수산기, 니트로기, 알킬기, 시클로알킬기, 알콕시기, 아미노기, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 스티릴기, 피리딜기, 피리도인돌릴기, 퀴놀릴기, 벤조티아졸릴기와 같은 기를 들 수 있고, 이들 치환기는 추가로 치환될 수 있다.
화학식 5 중의 R45 내지 R55로 표시되는, 「치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기」, 「치환 또는 비치환의 방향족 복소환기」 또는 「치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기」에서의 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기 또는 축합 다환 방향족기로서는, 구체적으로 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 안트릴기, 아세나프테닐기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기, 피리딜기, 피리미딜기, 푸라닐기, 피라닐기, 티오페닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조푸라닐기, 벤조티오페닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살릴기, 벤조이미다졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티오페닐기, 나프틸리디닐기, 페난트롤리닐기, 아크리디닐기를 들 수 있다.
화학식 5 중의 R 45 내지 R55로 표시되는, 「치환 방향족 탄화수소기」, 「치환 방향족 복소환기」 또는 「치환 축합 다환 방향족기」에서의 치환기로서는, 구체적으로 불소 원자, 염소 원자, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기, 테트라키스페닐기, 스티릴기, 나프틸기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 인데닐기, 피레닐기를 들 수 있고, 이들 치환기는 추가로 치환될 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자에 이용되는, 상기 화학식 2로 표시되는 분자 중에 3개 이상의 트리페닐아민 구조가 단결합 또는 헤테로 원자를 포함하지 않는 2가 기로 연결된 구조를 가지는 아릴아민 화합물, 또는 상기 화학식 3으로 표시되는 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물은 유기 EL 소자의 정공 주입층 또는 정공 수송층의 구성 재료로서 사용할 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 분자 중에 3개 이상의 트리페닐아민 구조가 단결합 또는 헤테로 원자를 포함하지 않는 2가 기로 연결된 구조를 가지는 아릴아민 화합물은, 상기 화학식 3으로 표시되는 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물과 비교하여 정공의 이동도가 높아서 정공 주입층의 재료로서 적합한 화합물이다.
본 발명의 유기 EL 소자에 이용되는, 상기 화학식 1, 상기 화학식 4 또는 상기 화학식 5로 표시되는, 분자 중에 피리딘환과 피리도인돌환을 가지는 화합물(본 발명에 이용하는 특정한 피리딘 유도체)은 유기 EL 소자의 전자 수송층의 구성 재료로서 사용할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 정공 및 전자의 주입·수송 성능, 박막의 안정성이나 내구성이 우수한 유기 EL 소자용 재료를, 캐리어 균형을 고려하면서 조합하였기 때문에, 종래의 유기 EL 소자에 비하여 정공 주입층에의 정공 주입 효율이 향상되고, 정공 수송층으로부터 발광층에의 정공 수송 효율도 향상됨(또한, 특정한 피리딘 유도체를 이용한 양태에서는, 전자 수송층으로부터 발광층에의 전자 수송 효율도 향상됨)에 따라, 발광 효율이 향상됨과 동시에 구동 전압이 저하되어 유기 EL 소자의 내구성을 향상시킬 수 있다.
고효율, 저구동 전압, 긴 수명의 유기 EL 소자를 실현하는 것이 가능해졌다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 정공 및 전자의 주입·수송 성능, 박막의 안정성이나 내구성이 우수하여, 정공의 주입·수송의 역할을 효과적으로 발현할 수 있는 특정한 2종의 아릴아민 화합물의 조합을 선택함으로써, 발광층에 정공을 효율적으로 주입·수송할 수 있고, 고효율, 저구동 전압, 긴 수명의 유기 EL 소자를 실현할 수 있다. 또한, 특정한 아릴아민 화합물과 특정한 피리딘 유도체를 선택하고, 캐리어 균형이 잡히도록 조합하여, 고효율, 저구동 전압, 긴 수명의 유기 EL 소자를 실현할 수 있다. 본 발명에 따르면, 종래의 유기 EL 소자의 발광 효율 및 구동 전압, 그리고 내구성을 개량할 수 있다.
도 1은 본 발명의 EL 소자 구성예를 나타낸 도이다.
도 2는 실시예의 EL 소자 구성을 나타낸 도이다.
본 발명의 유기 EL 소자에 적합하게 이용되는, 상기 화학식 2로 표시되는 분자 중에 3개 이상의 트리페닐아민 구조가 단결합 또는 헤테로 원자를 포함하지 않는 2가 기로 연결된 구조를 가지는 아릴아민 화합물 중에서, 적합한 화합물의 구체예를 이하에 나타내지만, 이들 화합물에 한정되는 것은 아니다.
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
Figure pct00021
Figure pct00022
Figure pct00023
Figure pct00024
Figure pct00025
Figure pct00026
Figure pct00027
Figure pct00028
Figure pct00029
본 발명의 유기 EL 소자에 적합하게 이용되는, 상기 화학식 3으로 표시되는 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물 중에서, 바람직한 화합물의 구체예를 이하에 나타내지만, 이들 화합물에 한정되는 것은 아니다.
Figure pct00030
Figure pct00031
Figure pct00032
Figure pct00033
Figure pct00034
Figure pct00035
Figure pct00036
Figure pct00037
Figure pct00038
Figure pct00039
Figure pct00040
Figure pct00041
Figure pct00042
Figure pct00043
Figure pct00044
본 발명의 유기 EL 소자에 적합하게 이용되는 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물로서, 상기 화학식 3으로 표시되는 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물 외에, 바람직한 화합물의 구체예를 이하에 나타내지만, 이들 화합물에 한정되는 것은 아니다.
Figure pct00045
Figure pct00046
본 발명의 유기 EL 소자에 적합하게 이용되는, 상기 화학식 1, 상기 화학식 4 또는 상기 화학식 5로 표시되는, 분자 중에 피리딘환과 피리도인돌환을 가지는 화합물은, 예를 들면 상당하는 할로게노아닐리노피리딘을 팔라듐 촉매에 의한 환화 반응을 행함으로써 피리도인돌환을 합성하고(예를 들면 비특허문헌 3 참조), 할로게노피리딘 또는 피리딜기를 가지는 여러가지 할로게노아릴렌과 축합함으로써 합성할 수 있다. 비피리딜기를 가지는 여러가지 할로게노아릴렌은 상당하는 알데히드와 아세틸피리딘을 염기 존재 하에 축합시키고, 또한 상당하는 피리디늄·요오드화물을 반응시킴으로써 합성할 수 있다.(예를 들면 비특허문헌 4 참조)
또한, 상기 합성한 상당하는 피리도인돌환을 여러가지 할로게노아릴렌과 축합함으로써, 할로게노아릴렌피리도인돌환 구조를 합성하고, 팔라듐 촉매에 의한 보론산에스테르화 반응을 행함으로써, 상당하는 보론산에스테르를 합성할 수 있다. 또한 상당하는 디할로게노피리딘 유도체를 주석 시약에 의한 축합 반응을 행함으로써 디할로게노피리딜기를 합성하고(예를 들면 비특허문헌 6 참조), 상기 보론산에스테르와 축합함으로써, 치환된 피리딜기와 피리도인돌환 구조가 아릴렌기를 통해 연결된 화합물을 합성할 수 있다.
비특허문헌 3: J.Chem.Soc., Perkin Trans.1, p.1505(1999)
비특허문헌 4: Synthesis, 1(1976)
비특허문헌 5: J.Org.Chem., 67, p.443(2002)
본 발명의 유기 EL 소자에 이용되는, 상기 화학식 2로 표시되는 분자 중에 3개 이상의 트리페닐아민 구조가 단결합 또는 헤테로 원자를 포함하지 않는 2가 기로 연결된 구조를 가지는 아릴아민 화합물, 또는 상기 화학식 3으로 표시되는 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물은 기지된 방법에 의해서 합성할 수 있다.(예를 들면 특허문헌 7 내지 9 참조)
특허문헌 7: 일본 특허 공개 (평)7-126615호 공보
특허문헌 8: 일본 특허 공개 (평)8-048656호 공보
특허문헌 9: 일본 특허 공개 제2005-108804호 공보
본 발명의 유기 EL 소자에 이용되는, 상기 화학식 1로 표시되는 분자 중에 피리딘환과 피리도인돌환을 가지는 화합물 중에서, 바람직한 화합물의 구체예를 이하에 나타내지만, 이들 화합물에 한정되는 것은 아니다.
Figure pct00047
Figure pct00048
Figure pct00049
Figure pct00050
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Figure pct00052
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Figure pct00069
Figure pct00070
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Figure pct00073
Figure pct00074
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Figure pct00080
Figure pct00081
Figure pct00082
Figure pct00083
Figure pct00084
본 발명의 유기 EL 소자의 구조로서는, 도 2에 나타낸 바와 같이 기판 상에 순차적으로, 양극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 음극으로 이루어지는 것, 또한 도 1에 나타낸 바와 같이, 발광층과 전자 수송층 사이에 정공 저지층을 더 가지는 것을 들 수 있다. 이들 다층 구조에서는 유기층을 몇 층 생략하는 것이 가능하고, 예를 들면 기판 상에 순차적으로, 양극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 음극으로 할 수도 있다.
본 발명의 유기 EL 소자의 양극으로서는, ITO나 금과 같은 일함수가 큰 전극 재료가 이용된다.
정공 주입층으로서는, 정공의 이동도가 높고, 분자 중에 3개 이상의 트리페닐아민 구조가 단결합 또는 헤테로 원자를 포함하지 않는 2가 기로 연결된 구조를 가지는 아릴아민 화합물이 이용된다.
정공 수송층으로서는, 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물이 이용된다.
정공 수송층은 통상 40 내지 60 nm의 막 두께로 이용되지만, 본 발명의 유기 EL 소자에서는, 100 nm 이상의 막 두께에서도 구동 전압의 상승을 억제할 수 있고, 20 내지 300 nm의 막 두께에서 실용 구동 전압을 유지할 수 있다. 실용 구동 전압을 유지하기 위해, 보다 바람직한 막 두께는 20 내지 200 nm이다.
본 발명의 유기 EL 소자의 발광층, 정공 저지층으로서는, 알루미늄 착체, 스티릴 유도체, 티아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 카르바졸 유도체, 폴리디알킬플루오렌 유도체 등이 이용된다.
또한, 발광층의 호스트 재료로서, 예를 들면 퀴나크리돈, 쿠마린, 루브렌 등의 형광체를 사용할 수 있다. 인광 발광체로서는, 페닐피리딘의 이리듐 착체(Ir(PPy)3) 등의 녹색 인광 발광체, Firpic, Fir6 등의 청색 인광 발광체, Btp2Ir(acac) 등의 적색 인광 발광체 등이 이용되고, 이때의 호스트 재료로서는 정공 주입·수송성의 호스트 재료 4,4'-디(N-카르바졸릴)비페닐(이후, CBP라 약칭함) 등을 이용함으로써도, 고성능의 유기 EL 소자를 제작할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자의 정공 저지층으로서는, 이온화 포텐셜의 값이 크고 정공을 블록하는 특성을 가지는 BCP(바소큐프로인)와 같은 페난트롤린 유도체나, BAlq(알루미늄(III)비스(2-메틸-8-퀴놀리네이트)-4-페닐페놀레이트)와 같은 알루미늄 착체 등을 이용할 수 있다. 또한, 정공을 블록하는 특성을 가지고 있으면, 치환된 비피리딜 화합물, 티아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 카르바졸 유도체, 폴리디알킬플루오렌 유도체와 같은 전자 수송성 재료를 이용할 수도 있다.
또는, 정공 저지층으로서, 상기의 분자 중에 피리딘환과 피리도인돌환을 가지는 화합물을 이용할 수도 있다.
본 발명의 유기 EL 소자의 전자 수송층으로서는, 상기의 분자 중에 피리딘환과 피리도인돌환을 가지는 화합물을 이용하는 것이 바람직하다.
또는, 전자 수송층으로서, 치환된 비피리딜 화합물, 페난트롤린 유도체, 알루미늄 착체, 티아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 카르바졸 유도체, 폴리디알킬플루오렌 유도체 등을 이용할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자는 도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이 전자 주입층을 가질 수 있다. 전자 주입층으로서는 불화리튬 등을 이용할 수 있다.
음극으로서는, 알루미늄과 같은 일함수가 낮은 전극 재료나, 알루미늄마그네슘과 같은, 보다 일함수가 낮은 합금이 전극 재료로서 이용된다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시 형태에 관하여, 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 넘지 않는 한, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1A>
유기 EL 소자는 도 2에 나타낸 바와 같이, 유리 기판 (1) 상에 투명 양극 (2)로서 ITO 전극을 미리 형성한 것 위에, 정공 주입층 (3), 정공 수송층 (4), 발광층 (5), 전자 수송층 (7), 전자 주입층 (8), 음극(알루미늄 전극) (9)의 순으로 증착하여 제작하였다.
우선, 막 두께 150 nm의 ITO를 성막한 유리 기판 (1)을, 이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 20 분간 행한 후, 150 ℃로 가열한 핫 플레이트 상에서 20 분간 펄펄 끓여 세정을 행하였다. 그 후, 이 ITO 부착 유리 기판을 진공 증착기 내에 부착하고, 산소 플라즈마 처리 5 분간 행한 후에, 0.001 Pa 이하까지 감압하였다.
계속해서, 투명 전극 (2)를 덮도록 정공 주입층 (3)으로서 하기 구조식의 화합물 (2-1)을 막 두께 20 nm이 되도록 형성하였다. 이 정공 주입층 (3) 위에, 정공 수송층 (4)로서 하기 구조식의 화합물 (3-1)을 막 두께 40 nm가 되도록 형성하였다. 이 정공 수송층 (4) 위에, 발광층 (5)로서 하기 구조식의 화합물 7과 하기 구조식의 화합물 8을, 증착 속도비가 화합물 7:화합물 8=5:95가 되는 증착 속도로 이원 증착을 행하여, 막 두께 30 nm가 되도록 형성하였다. 이 발광층 (5) 위에, 전자 수송층 (7)로서 Alq3을 막 두께 30 nm가 되도록 형성하였다. 이 전자 수송층 (7) 위에, 전자 주입층 (8)로서 불화리튬을 막 두께 0.5 nm가 되도록 형성하였다. 마지막으로, 알루미늄을 150 nm 증착하여 음극 (9)를 형성하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 5.43 V였다.
Figure pct00085
Figure pct00086
Figure pct00087
Figure pct00088
<실시예 2A>
실시예 1A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1)을 막 두께 100 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 5.45 V였다.
<실시예 3A>
실시예 1A에서, 정공 수송층 (4)와 하여 화합물 (3-1)을 막 두께 150 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 6.65 V였다.
<실시예 4A>
실시예 1A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1)을 막 두께 200 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 6.70 V였다.
<실시예 5A>
실시예 1A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1)을 막 두께 300 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 7.41 V였다.
<실시예 6A>
실시예 1A에서, 정공 주입층 (3)으로서 화합물 (2-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (2-4)를 막 두께 20 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 5.49 V였다.
Figure pct00089
<실시예 7A>
실시예 6A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1)을 막 두께 200 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 6.79 V였다.
<실시예 8A>
실시예 1A에서, 정공 주입층 (3)으로서 화합물 (2-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (2-6)을 막 두께 20 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 5.63 V였다.
Figure pct00090
<실시예 9A>
실시예 8A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1)을 막 두께 200 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 6.91 V였다.
<실시예 10A>
실시예 1A에서, 정공 주입층 (3)으로서 화합물 (2-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (2-10)을 막 두께 20 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 5.59 V였다.
Figure pct00091
<실시예 11A>
실시예 10A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1)을 막 두께 200 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 6.89 V였다.
<실시예 12A>
실시예 1A에서, 정공 주입층 (3)으로서 화합물 (2-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (2-14)를 막 두께 20 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 5.56 V였다.
Figure pct00092
<실시예 13A>
실시예 12A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1)을 막 두께 200 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 6.88 V였다.
<실시예 14A>
실시예 1A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (3-4)를 막 두께 40 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 5.44 V였다.
Figure pct00093
<실시예 15A>
실시예 14A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-4)를 막 두께 200 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 6.73 V였다.
<실시예 16A>
실시예 1A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (3-6)을 막 두께 40 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 5.54 V였다.
Figure pct00094
<실시예 17A>
실시예 16A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-6)을 막 두께 200 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 6.85 V였다.
<실시예 18A>
실시예 1A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (3-10)을 막 두께 40 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 5.51 V였다.
Figure pct00095
<실시예 19A>
실시예 18A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-10)을 막 두께 200 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 6.82 V였다.
<실시예 20A>
실시예 1A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (3-15)를 막 두께 40 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 5.46 V였다.
Figure pct00096
<실시예 21A>
실시예 20A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-15)를 막 두께 200 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 6.76 V였다.
[비교예 1A]
실시예 1A에서, 정공 주입층 (3)으로서 화합물 (2-1) 대신에 CuPc를 막 두께 20 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 8.30 V였다.
[비교예 2A]
실시예 1A에서, 정공 주입층 (3)으로서 화합물 (2-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 9를 막 두께 20 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 8.14 V였다.
Figure pct00097
[비교예 3A]
실시예 1A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1) 대신에 NPD를 막 두께 40 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 5.50 V였다.
[비교예 4A]
실시예 2A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1) 대신에 NPD를 막 두께 100 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 6.30 V였다.
[비교예 5A]
실시예 3A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1) 대신에 NPD를 막 두께 150 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 7.55 V였다.
[비교예 6A]
실시예 4A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1) 대신에 NPD를 막 두께 200 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 8.95 V였다.
[비교예 7A]
실시예 5A에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1) 대신에 NPD를 막 두께 300 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온 하에 직류 전압을 인가함으로써 특성 측정을 행하였다. 그 결과, 전류 밀도 10 mA/cm2의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은 11.1 V였다.
실시예 1A와 비교예 1A에서, 정공 주입층의 화합물을 CuPc에서, 화합물 (2-1)로 바꾸면, 구동 전압은 8.30 V에서 5.43 V로 저하되었다. 또한, 실시예 1A와 비교예 2A에서, 정공 주입층의 화합물을 상기 구조식의 화합물 9에서, 화합물 (2-1)로 바꾸면, 구동 전압은 8.14 V에서 5.43 V로 저하되었다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 특정한 2종의 아릴아민 화합물을 조합함으로써, 유기 EL 소자 내부의 캐리어 균형을 개선하고, CuPc 또는 상기 구조식의 화합물 9를 이용하는 종래의 유기 EL 소자와 비교하여 저구동 전압, 긴 수명의 유기 EL 소자를 실현할 수 있는 것을 알게 되었다.
또한, 실시예 1A 내지 5A와 비교예 3A 내지 7A와의 비교에서, 화합물 (2-1)을 정공 수송층의 재료로서 사용한 경우, 상기 정공 수송층의 막 두께를 두껍게 하더라도 구동 전압의 감소가 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 특정한 2종의 아릴아민 화합물을 조합하는 것에의해, 유기 EL 소자 내부의 캐리어 균형을 개선하여, 일반적으로 널리 이용되고 있는 정공 수송제인 NPD를 이용하는 종래의 유기 EL 소자와 비교하여, 저구동 전압, 긴 수명의 후막두께의 정공 수송층을 가지는 유기 EL 소자를 실현할 수 있는 것을 알게 되었다.
<실시예 1B>
([6-(4-5H-피리도[4,3-b]인돌-5-일)페닐]-4-나프탈렌-2-일-[2,2']비피리딘(화합물 (1-20)의 합성)
4'-브로모아세토페논 10.0 g, 요오드 12.8 g, 피리딘 80 ml를 가하여 가열하고, 100 ℃에서 3 시간 교반을 행하였다. 실온까지 냉각한 후, 물 100 ml를 가하고, 재결정에 의한 정제를 행하였다. 70 ℃, 12 시간 감압 건조하여, 4-브로모페나실피리디늄요오드화물 15.5 g(수율 76 ％)의 갈색 분체를 얻었다.
계속해서, 2-나프토알데히드 6.0 g, 2-아세틸피리딘 4.7 g, 메탄올 40 ml를 가하고, 교반하면서 -5 ℃로 냉각하였다. 3 중량％의 NaOH/메탄올 용액 62 ml를 적하하고, -5 ℃에서 2 시간 교반을 행한 후, 같은 온도에서 2일간 더 반응시켰다. 반응액에 아세트산암모늄 37.0 g, 상기 4-브로모페나실피리디늄요오드화물 15.5 g, 메탄올 100 ml를 가하고, 55 ℃에서 2일간 교반을 행하였다. 실온까지 냉각한 후, 조제물을 여과에 의해서 채취하여, 메탄올로 세정하였다. 70 ℃에서 12 시간 감압 건조하고, 6-(4-브로모페닐)-4-나프탈렌-2-일-[2,2']비피리딘 3.8 g(수율 23 ％)의 회색 분체를 얻었다.
얻어진 6-(4-브로모페닐)-4-나프탈렌-2-일-[2,2']비피리딘 2.5 g, 5H-피리도[4,3-b]인돌 1.0 g, 구리 분말 0.2 g, 탄산칼륨 2.4 g, 디메틸술폭시드 0.2 ml, n-도데칸 10 ml를 가하고 7 시간 가열 환류하면서, 교반을 행하였다. 실온까지 냉각하고, 클로로포름 60 ml를 가하여 불용물을 여과에 의해서 제거하고, 여과액을 감압 하에 농축하여 조제물을 얻었다. 조제물을 칼럼 크로마토그래프(담체: NH 실리카겔, 용리액: 헥산/클로로포름)에 의해서 정제하여, [6-(4-5H-피리도[4,3-b]인돌-5-일)페닐]-4-나프탈렌-2-일-[2,2']비피리딘(화합물 (1-20)) 1.85 g(수율 62 ％)의 백색 분체를 얻었다.
[합성 참고예 1]
(6''-나프탈렌-1-일-6-5H-피리도[4,3-b]인돌-5-일-[2,2';6',2'']터피리딘의 합성)
6''-브로모-6-5H-피리도[4,3-b]인돌-5-일-[2,2';6',2'']터피리딘 0.9 g, 나프탈렌보론산 0.39 g, 2M 탄산칼륨 수용액 9 ml, 테트라키스트리페닐포스핀팔라듐 (0) 0.1 g, 톨루엔 120 ml, 에탄올 30 ml를 가하고 6 시간 가열 환류하면서, 교반을 행하였다. 실온까지 냉각하고, 물 200 ml를 가하여 클로로포름 150 ml로 추출하였다. 황산마그네슘으로 건조시킨 후, 감압 하에 농축하여 조제물을 얻었다. 조제물을 칼럼 크로마토그래프(담체: NH 실리카겔, 용리액: 클로로포름)에 의해서 정제하여, 하기 구조식의 6''-나프탈렌-1-일-6-5H-피리도[4,3-b]인돌-5-일-[2,2';6',2'']터피리딘(화합물 6) 799 mg(수율 80 ％)의 백색 분체를 얻었다.
Figure pct00098
<실시예 2B>
유기 EL 소자는 도 2에 나타낸 바와 같이, 유리 기판 (1) 상에 투명 양극 (2)로서 ITO 전극을 미리 형성한 것의 위에, 정공 주입층 (3), 정공 수송층 (4), 발광층 (5), 전자 수송층 (7), 전자 주입층 (8), 음극(알루미늄 전극) (9)의 순으로 증착하여 제작하였다.
우선, 막 두께 150 nm의 ITO를 성막한 유리 기판 (1)을, 이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 20 분간 행한 후, 150 ℃로 가열한 핫 플레이트 상에서 20 분간 펄펄 끓여 세정을 행하였다. 그 후, 이 ITO 부착 유리 기판을 진공 증착기 내에 부착하고, 산소 플라즈마 처리 5 분간 행한 후에, 0.001 Pa 이하까지 감압하였다.
계속해서, 투명 전극 (2)를 덮도록 정공 주입층 (3)으로서, 하기 구조식의 화합물 (2-1)을 막 두께 20 nm가 되도록 형성하였다. 이 정공 주입층 (3) 위에, 정공 수송층 (4)로서 하기 구조식의 화합물 (3-1)을 막 두께 40 nm가 되도록 형성하였다. 이 정공 수송층 (4) 위에, 발광층 (5)로서 하기 구조식의 화합물 7과 하기 구조식의 화합물 8을, 증착 속도비가 화합물 7:화합물 8=5:95가 되는 증착 속도로 이원 증착을 행하여, 막 두께 30 nm가 되도록 형성하였다. 이 발광층 (5) 위에, 전자 수송층 (7)로서 하기 구조식의 화합물 (1-3)을 막 두께 30 nm가 되도록 형성하였다. 이 전자 수송층 (7) 위에, 전자 주입층 (8)로서 불화리튬을 막 두께 0.5 nm가 되도록 형성하였다. 마지막으로, 알루미늄을 150 nm 증착하여 음극 (9)를 형성하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 1에 정리하여 나타내었다.
Figure pct00099
Figure pct00100
<화학식 7>
Figure pct00101
<화학식 8>
Figure pct00102
Figure pct00103
<실시예 3B>
실시예 2B에서, 전자 수송층 (7)로서 화합물 (1-3) 대신에 하기 구조식의 화합물 (1-4)를 막 두께 30 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 1에 정리하여 나타내었다.
Figure pct00104
<실시예 4B>
실시예 2B에서, 전자 수송층 (7)로서 화합물 (1-3) 대신에 하기 구조식의 화합물 (1-10)을 막 두께 30 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 1에 정리하여 나타내었다.
Figure pct00105
<실시예 5B>
실시예 2B에서, 전자 수송층 (7)로서 화합물 (1-3) 대신에 하기 구조식의 화합물 (1-20)을 막 두께 30 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 1에 정리하여 나타내었다.
Figure pct00106
<실시예 6B>
실시예 4B에서, 정공 주입층 (3)으로서 화합물 (2-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (2-4)를 막 두께 20 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 2에 정리하여 나타내었다.
Figure pct00107
<실시예 7B>
실시예 4B에서, 정공 주입층 (3)으로서 화합물 (2-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (2-6)을 막 두께 20 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 2에 정리하여 나타내었다.
Figure pct00108
<실시예 8B>
실시예 4B에서, 정공 주입층 (3)으로서 화합물 (2-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (2-10)을 막 두께 20 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 2에 정리하여 나타내었다.
Figure pct00109
<실시예 9B>
실시예 4B에서, 정공 주입층 (3)으로서 화합물 (2-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (2-14)를 막 두께 20 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 2에 정리하여 나타내었다.
Figure pct00110
<실시예 10B>
실시예 4B에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (3-4)를 막 두께 40 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 2에 정리하여 나타내었다.
Figure pct00111
<실시예 11B>
실시예 4B에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (3-6)을 막 두께 40 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 2에 정리하여 나타내었다.
Figure pct00112
<실시예 12B>
실시예 4B에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (3-10)을 막 두께 40 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 2에 정리하여 나타내었다.
Figure pct00113
<실시예 13B>
실시예 4B에서, 정공 수송층 (4)로서 화합물 (3-1) 대신에 하기 구조식의 화합물 (3-15)를 막 두께 40 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 2에 정리하여 나타내었다.
Figure pct00114
[참고예 1B]
실시예 2B에서, 전자 수송층 (7)로서 화합물 (1-3) 대신에 Alq3을 막 두께 30 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 1에 정리하여 나타내었다.
[비교예 1B]
참고예 1B에서, 정공 주입층 (3)으로서 화합물 (2-1) 대신에 CuPc를 막 두께 20 nm가 되도록 형성한 것 이외에는, 동일한 방법으로 유기 EL 소자를 제작하였다. 제작한 유기 EL 소자에 관하여, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 행하였다.
제작한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가한 발광 특성의 측정 결과를 표 1에 정리하여 나타내었다.
Figure pct00115
참고예 1B와 비교예 1B에서, 정공 주입층의 화합물을 CuPc에서, 화합물 (2-1)로 바꾼 경우, 구동 전압은 저하되지만, 전류 효율이 저하되는 것이 확인되었다. 이것은 화합물 (2-1)의 정공 이동도가 너무 높기 때문에, 정공 캐리어가 증대하고 캐리어 균형이 무너져 재결합 확립이 저하되었기 때문이라고 생각되었다. 따라서, 전자 수송층의 화합물을, 전자 캐리어의 수송 속도가 빠른 재료인, 분자 중에 피리딘환과 피리도인돌환을 가지는 화합물(화합물 (1-3), 화합물 (1-4), 화합물 (1-10), 화합물 (1-20))로 바꾼 바, 실시예 2B 내지 5B에 나타낸 바와 같이, 구동 전압의 저하 및 전류 효율, 전력 효율의 대폭적인 향상을 확인할 수 있었다. 이것은 정공의 이동도가 높은 재료와 전자 캐리어의 수송 속도가 빠른 재료을 조합함으로써, 정공 캐리어와 전자 캐리어의 캐리어 균형이 개선된 것을 나타낸다.
Figure pct00116
특정한 아릴아민 화합물과 특정한 피리딘 유도체을 조합함으로써, 유기 EL 소자 내부의 캐리어 균형을 개선하고, CuPc 및 Alq3을 이용하는 종래의 유기 EL 소자와 비교하여 전류 효율, 전력 효율이 높고, 저구동 전압, 긴 수명의 유기 EL 소자를 실현할 수 있는 것을 알게 되었다.
본 발명을 상세히 또한 특정한 실시 양태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러가지 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 분명하다.
본 출원은 2008년 5월 16일 출원된 일본 특허 출원 제2008-129340호 및 제2008년 7월 2일 출원된 일본 특허 출원 제2008-173023호에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 포함한다.
본 발명의, 특정한 2종의 아릴아민 화합물을 조합한 유기 EL 소자 및 특정한 아릴아민 화합물과 특정한 피리딘 유도체을 조합한 유기 EL 소자는, 발광 효율이 향상됨과 동시에, 구동 전압이 저하되어, 유기 EL 소자의 내구성을 개선시킬 수 있어, 예를 들면 가정 전화 제품이나 조명 용도에의 전개가 가능해졌다.
1 유리 기판
2 투명 양극
3 정공 주입층
4 정공 수송층
5 발광층
6 정공 저지층
7 전자 수송층
8 전자 주입층
9 음극

Claims (9)

  1. 적어도 양극 전극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 음극 전극을 이 순서로 가지는 유기 전계 발광 소자에 있어서, 상기 정공 주입층이 분자 중에 3개 이상의 트리페닐아민 구조가 단결합 또는 헤테로 원자를 포함하지 않는 2가 기로 연결된 구조를 가지는 아릴아민 화합물을 함유하고, 상기 정공 수송층이 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분자 중에 3개 이상의 트리페닐아민 구조가 단결합 또는 헤테로 원자를 포함하지 않는 2가 기로 연결된 구조를 가지는 아릴아민 화합물이 하기 화학식 2로 표시되는 아릴아민 화합물인 유기 전계 발광 소자.
    <화학식 2>
    Figure pct00117

    (식 중, R12 내지 R23은 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기이고, 이들의 치환기가 동일한 벤젠환에 복수개 결합하고 있는 경우는 서로 환을 형성할 수 있으며, r12 내지 r23은 1 내지 4의 정수를 나타내고, A1, A2, A3은 동일하거나 상이할 수 있고, 하기 구조식 (B) 내지 (F)로 표시되는 2가 기 또는 단결합을 나타냄)
    Figure pct00118

    (식 중, n2는 1 내지 3의 정수를 나타냄)
    Figure pct00119

    Figure pct00120

    Figure pct00121

    Figure pct00122
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물이 하기 화학식 3으로 표시되는 아릴아민 화합물인 유기 전계 발광 소자.
    <화학식 3>
    Figure pct00123

    (식 중, R24 내지 R29는 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기이고, 이들의 치환기가 동일한 벤젠환에 복수개 결합하고 있는 경우는 서로 환을 형성할 수 있으며, r24 내지 r29는 1 내지 4의 정수를 나타내고, A4는 하기 구조식 (B) 내지 (F)로 표시되는 2가 기 또는 단결합을 나타냄)
    Figure pct00124

    (식 중, n2는 1 내지 3의 정수를 나타냄)
    Figure pct00125

    Figure pct00126

    Figure pct00127

    Figure pct00128
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정공 수송층의 막 두께가 20 내지 300 nm인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전자 수송층이 하기 화학식 1로 표시되는 분자 중에 피리딘환과 피리도인돌환을 가지는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    <화학식 1>
    Figure pct00129

    (식 중, Ar1은 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기를 나타내고, R1 내지 R11은 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기를 나타내고, B1은 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소의 2가 기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환의 2가 기, 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족의 2가 기 또는 단결합을 나타내고, m1, n1은 1 내지 3의 정수를 나타내고, W, X, Y, Z는 탄소 원자 또는 질소 원자를 나타내며, 여기서 m1=2일 때 및 m1=3일 때에는 n1=1이며, W, X, Y, Z는 그 중 어느 하나만이 질소 원자이고, 이 질소 원자는 R8 내지 R11의 치환기를 가지지 않음)
  6. 제5항에 있어서, 상기 분자 중에 3개 이상의 트리페닐아민 구조가 단결합 또는 헤테로 원자를 포함하지 않는 2가 기로 연결된 구조를 가지는 아릴아민 화합물이 하기 화학식 2로 표시되는 아릴아민 화합물인 유기 전계 발광 소자.
    <화학식 2>
    Figure pct00130

    (식 중, R12 내지 R23은 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기이고, 이들의 치환기가 동일한 벤젠환에 복수개 결합하고 있는 경우는 서로 환을 형성할 수 있으며, r12 내지 r23은 1 내지 4의 정수를 나타내고, A1, A2, A3은 동일하거나 상이할 수 있고, 하기 구조식 (B) 내지 (F)로 표시되는 2가 기 또는 단결합을 나타냄)
    Figure pct00131

    (식 중, n2는 1 내지 3의 정수를 나타냄)
    Figure pct00132

    Figure pct00133

    Figure pct00134

    Figure pct00135
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 분자 중에 트리페닐아민 구조를 2개 가지는 아릴아민 화합물이 하기 화학식 3으로 표시되는 아릴아민 화합물인 유기 전계 발광 소자.
    <화학식 3>
    Figure pct00136

    (식 중, R24 내지 R29는 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기이고, 이들의 치환기가 동일한 벤젠환에 복수개 결합하고 있는 경우는 서로 환을 형성할 수 있으며, r24 내지 r29는 1 내지 4의 정수를 나타내고, A4는 하기 구조식 (B) 내지 (F)로 표시되는 2가 기 또는 단결합을 나타냄)
    Figure pct00137

    (식 중, n2는 1 내지 3의 정수를 나타냄)
    Figure pct00138

    Figure pct00139

    Figure pct00140

    Figure pct00141
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분자 중에 피리딘환과 피리도인돌환을 가지는 화합물이 하기 화학식 4로 표시되는 화합물인 유기 전계 발광 소자.
    <화학식 4>
    Figure pct00142

    (식 중, Ar2는 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기를 나타내고, R30 내지 R44는 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기를 나타내고, n3은 1 내지 3의 정수를 나타내고, W, X, Y, Z는 탄소 원자 또는 질소 원자를 나타내며, 여기서 W, X, Y, Z는 그 중 어느 하나만이 질소 원자이고, 이 질소 원자는 R37 내지 R40의 치환기를 가지지 않음)
  9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분자 중에 피리딘환과 피리도인돌환을 가지는 화합물이 하기 화학식 5로 표시되는 화합물인 유기 전계 발광 소자.
    <화학식 5>
    Figure pct00143

    (식 중, Ar3은 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기를 나타내고, R45 내지 R55는 동일하거나 상이할 수 있고, 수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 탄소 원자수 1 내지 6의 직쇄상 또는 분지상의 알킬기, 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환의 방향족 복소환기, 또는 치환 또는 비치환의 축합 다환 방향족기를 나타내고, m2, n4는 1 내지 3의 정수를 나타내고, W, X, Y, Z는 탄소 원자 또는 질소 원자를 나타내며, 여기서 m2=2일 때 및 m2=3일 때에는 n4=1이며, W, X, Y, Z는 그 중 어느 하나만이 질소 원자이고, 이 질소 원자는 R52 내지 R55의 치환기를 가지지 않음)
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