KR20120025008A

KR20120025008A - 유기 전계발광 디바이스

Info

Publication number: KR20120025008A
Application number: KR1020127002636A
Authority: KR
Inventors: 도시히로 이세; 데츠 기타무라; 사키 다카다; 도루 와타나베
Original assignee: 후지필름 가부시키가이샤
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-03-14
Also published as: US20120126691A1; TW201111476A; KR101154911B1; JP2011049511A; JP4523992B1; TWI480359B; WO2011013859A1; US8609257B2

Abstract

유기 전계발광 디바이스는, 그 기판 상에, 한 쌍의 전극들 및 전극들 사이에 발광층을 포함하는 적어도 1층의 유기층을 갖고, 발광층은 특정의 모노아니온성 두자리 배위자를 함유하는 인광성 금속 착물을 함유하고, 디바이스는 발광층 및 캐소드 사이에 끼워진 층에 하기 식 (1) 로 나타낸 화합물을 함유한다:

식 중, Cz 는 치환 또는 비치환된 아릴카르바졸릴기 또는 카르바졸릴아릴기를 나타내고, L 은 단일 결합, 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 시클로알킬렌기 또는 방향족 헤테로환을 나타내고, A 는 치환 또는 비치환된 함질소 6-원 방향족 헤테로환을 나타내며, 그리고 p 및 q 각각은 독립적으로 1 ~ 6 의 정수를 나타낸다.

Description

유기 전계발광 디바이스{ORGANIC ELECTROLUMINESCENCE DEVICE}

본 발명은 유기 전계발광 디바이스 (이하, "디바이스" 또는 "유기 EL 디바이스" 라고도 함) 에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 높은 광도 (luminance intensity) 에서 내구성이 우수한 유기 전계발광 디바이스에 관한 것이다.

저전압 구동으로 유기 전계발광 디바이스들로부터 높은 발광성 방출이 획득되기 때문에, 유기 전계발광 디바이스들의 연구 및 개발이 최근 활발히 수행되고 있다. 일반적으로, 유기 전계발광 디바이스들은 발광층을 포함하는 유기층, 및 유기층이 사이에 끼워지는 한 쌍의 전극들로 구성되며, 캐소드로부터 주입된 전자들이 애노드로부터 주입된 정공들과 발광층에서 재결합하여, 여기자를 생성하며, 그 에너지가 발광에 이용된다.

최근, 디바이스들의 효율 개선이 인광성 (phosphorescent) 재료들을 사용함으로써 이루어지고 있다. 예를 들어, 인광성 재료로서 이리듐 착물들 또는 백금 착물들 등을 사용하여 발광 효율 및 내열성을 개선한 유기 전계발광 디바이스가 연구되고 있다.

또한, 발광 재료를 호스트 재료에 도핑함으로써 획득된 발광층을 사용하는 도프형 디바이스들도 널리 채택되고 있다.

US 2008-297033 에는, 청색광을 방출하고, 내구성이 우수하고, 발광 스펙트럼이 샤프하고, 그리고 전력 소비를 낮출 수 있는 디바이스를 획득할 목적으로 축합 고리형 인광성 재료를 사용하는 발명이 기재되어 있다. 하지만, 축합 고리형 인광성 재료를 사용하는 이러한 디바이스들은 외부 양자 효율이 낮다.

한편, 호스트 재료들의 개발도 활발해지고 있다. 예를 들어, JP-A-2009-99783 에는 고효율 및 장수명을 갖는 디바이스를 제작하기 위해서 호스트 재료로서 축합 고리형 다환 방향족 재료를 사용하는 발명이 개시되어 있다. 또한, JP-A-2009-99783 에는 카르바졸 구조를 갖는 전자 수송 재료를 사용하는 발명이 기재되어 있다. 하지만, 이것에 의하면, 카르바졸릴기를 갖는 불안정한 산화종들을 생성할 수 있는 재료들의 도입은, 디바이스의 수명을 단축시키는 것을 유도하기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 종래 디바이스들은, 발광 효율이 충분하지 않고, 또한 발광 효율이 그 전자 수송층의 두께에 의존할 수 있기 때문에, 추가적인 개선이 요구된다.

JP-A-2009-99783 에 기재된 바와 같이, 카르바졸릴기를 갖는 불안정한 산화종들을 생성할 수 있는 재료들의 사용은 디바이스들의 내구성에 바람직하지 않다는 것이 알려져 있다. 이러한 일반적인 지식에 비추어, 본 발명의 실시형태들이 내구성 개선에 대한 효과를 가질 것이라고 기대될 수 없다.

또한, 종래 디바이스들은 발광 효율이 충분하지 않고, 또한 발광 효율이 전자 수송층의 두께에 의존하기도 하므로, 추가적인 개선이 요구된다.

하지만, 본 발명자들은, 본 발명에 따른 카르바졸릴기를 함유하는 호스트 재료가 특정의 축합 고리형 인광성 재료와 조합하여 사용되는 경우, 발광 효율이 우수한 디바이스가 획득될 수 있고, 또한 전자 수송층의 필름 두께에 대한 발광 효율의 의존성이 감소될 수 있다는 것을 알아냈다.

따라서, 본 발명의 목적은 발광 효율이 우수하고 전자 수송층의 필름 두께에 대한 발광 효율의 의존성이 작은 유기 전계발광 디바이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 이러한 유기 전계발광 디바이스를 갖는 발광 장치를 제공하는 것이다.

하기의 수단에 의해 본 발명이 달성된다.

[1]

기판 상에, 한 쌍의 전극들 및 전극들 사이에 발광층을 포함하는 적어도 1층의 유기층을 갖는 유기 전계발광 디바이스로서,

발광층은 분자량이 40 이상인 금속 및 하기 식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자를 함유하는 인광성 금속 착물을 포함하고,

유기 전계발광 디바이스는 발광층 및 캐소드 사이에 하기 식 (1) 로 나타낸 화합물을 함유하는 다른 유기층을 더 갖는, 유기 전계발광 디바이스.

(E_1a ~ E_1q 각각은 독립적으로 탄소 원자 또는 헤테로 원자를 나타내고; R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.)

(Cz 는 치환 또는 비치환된 아릴카르바졸릴기 또는 치환 또는 비치환된 카르바졸릴아릴기를 나타내고, L 은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타내고, A 는 치환 또는 비치환된 함질소 헤테로방향족 6-원 고리로부터 유도된 기를 나타내며, 그리고 p 및 q 각각은 독립적으로 1 ~ 6 의 정수를 나타낸다.)

[2]

식 (1) 로 나타낸 화합물은 하기 식 (2) 로 나타낸 화합물인, [1]에 의한 유기 전계발광 디바이스.

(Cz 는 치환 또는 비치환된 아릴카르바졸릴기 또는 치환 또는 비치환된 카르바졸릴아릴기를 나타내고; L 은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타내며, 그리고 L 은 Ar₁, Ar₂, X₁, X₂ 또는 X₃ 의 탄소 원자에 연결되고; Ar₁ 및 Ar₂ 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타내고; X₁, X₂ 및 X₃ 각각은 독립적으로 질소 원자 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소 원자를 나타내며; 그리고 p 및 q 각각은 독립적으로 1 ~ 6 의 정수를 나타낸다.)

[3]

식 (1) 로 나타낸 화합물은 하기 식 (3) 으로 나타낸 화합물인, [1]에 의한 유기 전계발광 디바이스.

(X₄ 및 X₅ 각각은 독립적으로 질소 원자 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소 원자를 나타내고, 단 X₄ 또는 X₅ 중 하나는 질소 원자를 나타내고 다른 하나는 치환기를 가질 수도 있는 탄소 원자를 나타내며; L' 는 단일 결합, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타내고; R¹ ~ R⁵ 각각은 독립적으로 치환기를 나타내고; n1 ~ n5 각각은 독립적으로 0 ~ 5 의 정수를 나타내며; 그리고 p' 및 q' 각각은 독립적으로 1 ~ 4 의 정수를 나타낸다.)

[4]

인광성 금속 착물은 분자량이 40 이상인 금속 및 하기 식 (A1-1) 또는 (A2-1) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자를 갖는, [1]에 의한 유기 전계발광 디바이스.

(E_1a ~ E_1q 각각은 독립적으로 탄소 원자 또는 헤테로 원자를 나타내고 R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.)

[5]

인광성 금속 착물은 분자량이 40 이상인 금속 및 하기 식 (A1-2) 또는 (A2-2) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자를 포함하는, [4]에 의한 유기 전계발광 디바이스.

[6]

인광성 금속 착물은 분자량이 40 이상인 금속 및 하기 식 (A1-3) 또는 (A2-3) 으로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자를 갖는, [5]에 의한 유기 전계발광 디바이스.

[7]

인광성 금속 착물은 하기 식 (A9) 로 나타낸 이리듐 착물인, [6]에 의한 유기 전계발광 디바이스.

(R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타내고, X-Y 는 모노아니온성 두자리 배위자를 나타내며, 그리고 n 은 1 ~ 3 의 정수를 나타낸다.)

[8]

식 (1) 로 나타낸 화합물은 탄소 원자, 수소 원자, 및 질소 원자로만 구성되는, [1] 내지 [7] 중 어느 하나에 의한 유기 전계발광 디바이스.

[9]

식 (1) 로 나타낸 화합물의 분자량은 450 이상 800 이하인, [1] 내지 [8] 중 어느 하나에 의한 유기 전계발광 디바이스.

[10]

식 (1) 로 나타낸 화합물은 필름 상태에서 최저 삼중항 여기 상태 T₁ 에너지가 2.61 eV 이상 3.51 eV 이하인, [1] 내지 [9] 중 어느 하나에 의한 유기 전계발광 디바이스.

[11]

식 (1) 로 나타낸 화합물이 발광층에 인접하는 층에 함유되는, [1] 내지 [10] 중 어느 하나에 의한 유기 전계발광 디바이스.

[12]

최대 발광 파장이 400 nm 이상 465 nm 이하인, [1] 내지 [11] 중 어느 하나에 의한 유기 전계발광 디바이스.

[13]

발광층 내의 발광 재료의 함량이 10 이상 30 질량% 이하인, [1] 내지 [12] 중 어느 하나에 의한 유기 전계발광 디바이스.

[14]

식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자 및 분자량이 40 이상인 금속을 함유하는 인광성 금속 착물을 함유하는 박막, 및 식 (1) 로 나타낸 화합물을 함유하는 박막을 적층함으로써 획득된, 적층막.

[15]

[1] 내지 [13] 중 어느 하나에서 청구된 유기 전계발광 디바이스를 사용하는, 발광 장치.

[16]

[1] 내지 [13] 중 어느 하나에서 청구된 유기 전계발광 디바이스를 사용하는, 표시 장치.

[17]

[1] 내지 [13] 중 어느 하나에서 청구된 유기 전계발광 디바이스를 사용하는, 조명 장치.

본 발명은 발광 효율이 우수하고 전자 수송층의 두께에 대한 발광 효율의 의존성이 작은 유기 전계발광 디바이스를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태와 관련된 유기 EL 디바이스의 층 구조의 일례를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태와 관련된 발광 장치의 일례를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태와 관련된 조명 장치의 일례를 도시한 개략도이다.

본 발명의 식들의 기재에서 표현 "수소 원자"는, 그 동위원소 (예컨대, 중수소 원자) 를 포함하고, 치환기를 구성하는 "원자들"도 또한 그 동위원소를 포함하는 것으로 의도된다.

본 발명에서, 알킬기와 같은 치환기에서의 표현 "탄소 원자들의 수"는, 치환기가 다른 치환기들을 더 가질 수 있고 다른 치환기들에 함유된 탄소 원자들도 또한 치환기의 탄소 원자들로 카운트된다는 의미로 사용된다.

그리고 용어 "헤테로알킬기"는 알킬기의 적어도 하나의 탄소 원자가 O, NR 또는 S로 대체되는 알킬기를 말한다.

본 발명의 유기 전계발광 디바이스는 기판 상의 한 쌍의 전극들 및 이 전극들 사이에 끼워진 발광층을 포함하는 적어도 1층의 유기층을 포함하고,

발광층은 하기 식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자 및 분자량이 40 이상인 금속을 함유하는 인광성 착물 재료를 함유하며,

유기층들 중 임의의 유기층은 후술되는 식 (1) 로 나타낸 화합물을 함유한다.

발광 효율이 우수하고 전자 수송층의 필름 두께에 대한 발광 효율의 의존성이 작은 유기 전계발광 디바이스는, 식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자 및 분자량이 40 이상인 금속을 함유하는 인광성 착물 재료 (이하, 이 착물을 "특정의 인광성 착물 재료" 라고도 함) 를 사용하여 획득될 수 있다.

식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 배위자를 갖는 본 발명의 인광성 금속 착물을 함유하는 발광층 및 식 (1) 로 나타낸 본 발명의 화합물을 함유하는 전자 수송층이 조합하여 사용되는 경우, 발광층에서 발생된 여기 에너지의 확산이 식 (1) 로 나타낸 화합물의 최저 삼중항 여기 상태 에너지 (T₁ 에너지) 의 높은 레벨에 의해 방지될 수 있어, 발광 효율이 향상된다. 또한, 식 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 배위자를 갖는 인광성 착물 재료를 함유하는 발광층은, 전자들이 소정의 에너지 레벨로부터 주입되는 경우 정공들 및 전자들 사이에 우수한 발란스를 달성하는 것으로 추측된다. 전자들이 주입되는 발광층에 인접하는 층의 전자들의 전도 준위는 캐리어 발란스의 제어에 중요하다. 한편, 디바이스의 발광 스펙트럼은, 간섭에 의해 강해진 파장이 발광 위치에 의해 결정되기 때문에, 캐리어 발란스에 크게 의존하는 경향이 있다. 따라서, 스펙트럼의 변화가 전자 수송층의 두께 변화에 따라 발생한다는 것이 알려져 있다. 식 (1) 로 나타낸 본 발명의 화합물에서, 전자들이 효과적으로 주입되는 에너지 레벨은 본 발명의 발광층의 캐리어 발란스가 제어될 수 있는 레벨과 합치되는 것으로 추측된다. 그 결과, 전자 수송층의 두께가 변화해도 스펙트럼은 거의 변화하지 않는다.

다음, 하기 식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 두자리 배위자들을 설명한다.

[식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 두자리 배위자들]

식들 (A1) ~ (A4) 에서, E_1a ~ E_1q 각각은 독립적으로 탄소 원자 또는 헤테로 원자를 나타내고; R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.

두자리 배위자는 다른 배위자와 커플링되어 세자리, 네자리, 다섯 자리, 또는 여섯 자리 배위자를 형성할 수도 있다.

E_1a ~ E_1q 는 탄소 원자 또는 헤테로 원자들, 바람직하게 탄소 원자 또는 질소 원자로부터 선택된다. E_1a ~ E_1q 는 바람직하게 서로 상이한 원자들이다. 금속 착물은 18π 전자 구조를 갖는다.

E_1a ~ E_1q로 구성되는 고리는 5-원 헤테로환, 보다 구체적으로, 옥사졸, 티아졸, 이소옥사졸, 이소티아졸, 피롤, 이미다졸, 피라졸, 트리아졸, 또는 테트라졸을 나타내고, 바람직하게 이미다졸 또는 피라졸, 보다 바람직하게 이미다졸을 나타낸다.

E_1f ~ E_1k로 구성되는 고리 및 E_1l ~ E_1q로 구성되는 고리의 각각은 독립적으로 6-원 방향족 탄화수소 고리 및 5- 또는 6-원 헤테로환, 예를 들어, 벤젠, 옥사졸, 티아졸, 이소옥사졸, 이소티아졸, 옥사디아졸, 티아디아졸, 푸란, 티오펜, 피롤, 이미다졸, 피라졸, 트리아졸, 피리딘, 피라진, 피리미딘, 피리다진, 및 트리아진으로부터 선택된다.

R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 후술되는 치환기 Z 로부터 선택되며, 바람직하게 수소 원자, 탄화수소 치환기, 시아노기, 플루오로기, OR_2a, SR_2a, NR_2aR_2b, BR_2aR_2b, 또는 SiR_2aR_2bR_2c 이다. R_2a ~ R_2c 각각은 독립적으로 탄화수소 치환기 또는 헤테로 원자로 치환된 탄화수소 치환기를 나타낸다. R_1a ~ R_1i 및 R_2a ~ R_2c 중 어느 2개는 서로 커플링되어 포화 또는 비포화된, 방향족 또는 비방향족 고리를 형성할 수 있다. 질소 원자에 커플링되는 경우, R_1a ~ R_1i 각각은 수소 원자를 나타내지 않는다.

본 명세서에 사용되는 용어 "헤테로원자"는 탄소 원자 및 수소 원자 이외의 다른 원자를 의미한다. 헤테로원자의 예들은 산소, 질소, 인, 황, 셀레늄, 비소, 염소, 브롬, 규소, 및 불소를 포함한다.

치환기 Z 에 속하는 치환기들의 구체예들은 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아미노기, 알콕시기, 아릴옥시기, 헤테로환 옥시기, 아실기, 알콕시카르보닐기, 아릴옥시카르보닐기, 아실옥시기, 아실아미노기, 알콕시카르보닐아미노기, 아릴옥시카르보닐아미노기, 술포닐아미노기, 술파모일기, 카르바모일기, 알킬티오기, 아릴티오기, 헤테로아릴티오기, 술포닐기, 술피닐기, 우레이도기, 인산 아미드기, 히드록시기, 메르캅토기, 할로겐기, 시아노기, 술포기, 카르복실기, 니트로기, 히드록삼산기, 술피노기, 히드라지노기, 이미노기, 헤테로아릴기 이외의 헤테로환기, 실릴기, 실릴옥시기, 및 중수소를 포함한다. 이 치환기들은 다른 치환기로 더 치환될 수도 있다.

알킬기는 바람직하게 C₁ _-30, 보다 바람직하게 C₁ _-20, 특히 바람직하게 C₁ _-10 알킬기이다. 예들은 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, tert-부틸기, n-옥틸기, n-노닐기, n-데실기, n-도데실기, n-옥타데실기, n-헥사데실, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로옥틸, 1-아다만틸, 및 트리플루오로메틸을 포함한다.

알케닐기는 바람직하게 C₂ _-30, 보다 바람직하게 C₂ _-20, 특히 바람직하게 C₂ _-10 알케닐기이다. 예들은 비닐, 알릴, 1-프로페닐, 1-이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 및 3-펜테닐을 포함한다.

알키닐기는 바람직하게 C₂ _-30, 보다 바람직하게 C₂ _-20, 특히 바람직하게 C₂ _-10 알키닐기이다. 예들은 에티닐, 프로파르길, 1-프로피닐, 및 3-펜티닐을 포함한다.

용어 "아릴기"는 방향족 탄화수소 모노라디칼을 의미한다. 아릴기가 치환되는 경우, 치환기의 바람직한 예들은 플루오로기, 탄화수소 치환기, 헤테로-치환된 탄화수소 치환기, 및 시아노기를 포함한다. 아릴기는 바람직하게 C₆ _-30, 보다 바람직하게 C₆ _-20, 특히 바람직하게 C₆ _-12 아릴기이다. 예들은 페닐, o-메틸페닐, m-메틸페닐, p-메틸페닐, 2,6-크실릴, p-쿠메닐, 메시틸, 나프틸, 및 안트라닐을 포함한다.

용어 "헤테로아릴기"는 방향족 헤테로환 모노라디칼을 의미한다. 치환되는 경우, 치환기의 바람직한 예들은 플루오로기, 탄화수소 치환기, 헤테로-치환된 탄화수소 치환기, 및 시아노기를 포함한다. 헤테로환기의 예들은 이미다졸릴, 피라졸릴, 피리딜, 피라질, 피리미딜, 트리아지닐, 퀴놀릴, 이소퀴놀리닐, 피롤릴, 인돌릴, 푸릴, 티에닐, 벤조옥사졸릴, 벤즈이미다졸릴, 벤즈티아졸릴, 카르바졸릴, 및 아제피닐을 포함한다.

아미노기는 바람직하게 C₀ _-30, 보다 바람직하게 C₀ _-20, 특히 바람직하게 C₀ _-10 아미노기이다. 예들은 아미노, 메틸아미노, 디메틸아미노, 디에틸아미노, 디벤질아미노, 디페닐아미노, 및 디톨릴아미노를 포함한다.

알콕시기는 바람직하게 C₁ _-30, 보다 바람직하게 C₁ _-20, 특히 바람직하게 C₁ _-10 알콕시기이다. 예들은 메톡시, 에톡시, 부톡시, 및 2-에틸헥실옥시를 포함한다.

아릴옥시기는 바람직하게 C₆ _-30, 보다 바람직하게 C₆ _-20, 특히 바람직하게 C₆ _-12 아릴옥시기이다. 예들은 페닐옥시, 1-나프틸옥시, 및 2-나프틸옥시를 포함한다.

헤테로환 옥시기는 바람직하게 C₁ _-30, 보다 바람직하게 C₁ _-20, 특히 바람직하게 C_1-12 헤테로환 옥시기이다. 예들은 피리딜옥시, 피라질옥시, 피리미딜옥시, 및 퀴놀릴옥시를 포함한다.

아실기는 바람직하게 C₂ _-30, 보다 바람직하게 C₂ _-20, 특히 바람직하게 C₂ _-12 아실기이다. 예들은 아세틸, 벤조일, 포르밀, 및 피바로일을 포함한다.

알콕시카르보닐기는 바람직하게 C₂ _-30, 보다 바람직하게 C₂ _-20, 특히 바람직하게 C₂ _-12 알콕시카르보닐기이다. 예들은 메톡시카르보닐 및 에톡시카르보닐을 포함한다.

아릴옥시카르보닐기는 바람직하게 C₇ _-30, 보다 바람직하게 C₇ _-20, 특히 바람직하게 C₇ _-12 아릴옥시카르보닐기이다. 예들은 페닐옥시카르보닐을 포함한다.

아실옥시기는 바람직하게 C₂ _-30, 보다 바람직하게 C₂ _-20, 특히 바람직하게 C₂ _-10 아실옥시기이다. 예들은 아세톡시 및 벤조일옥시를 포함한다.

아실아미노기는 바람직하게 C₂ _-30, 보다 바람직하게 C₂ _-20, 특히 바람직하게 C_2-10 아실아미노기이다. 예들은 아세틸아미노 및 벤조일아미노를 포함한다.

알콕시카르보닐아미노기 바람직하게 C₂ _-30, 보다 바람직하게 C₂ _-20, 특히 바람직하게 C₂ _-12알콕시카르보닐아미노기이다. 예들은 메톡시카르보닐아미노를 포함한다.

아릴옥시카르보닐아미노기는 바람직하게 C₇ _-30, 보다 바람직하게 C₇ _-20, 특히 바람직하게 C₇ _-12 아릴옥시카르보닐아미노기이다. 예들은 페닐옥시카르보닐아미노를 포함한다.

술포닐아미노기는 바람직하게 C₁ _-30, 보다 바람직하게 C₁ _-20, 특히 바람직하게 C_1-12 술포닐아미노기이다. 예들은 메탄술포닐아미노 및 벤젠술포닐아미노를 포함한다.

술파모일기는 바람직하게 C₀ _-30, 보다 바람직하게 C₀ _-20, 특히 바람직하게 C₀ _-12 술파모일기이다. 예들은 술파모일, 메틸술파모일, 디메틸술파모일, 및 페닐술파모일을 포함한다.

카르바모일기는 바람직하게 C₁ _-30, 보다 바람직하게 C₁ _-20, 특히 바람직하게 C_1-12 카르바모일기이다. 예들은 카르바모일, 메틸카르바모일, 디에틸카르바모일, 및 페닐카르바모일을 포함한다.

알킬티오기는 바람직하게 C₁ _-30, 보다 바람직하게 C₁ _-20, 특히 바람직하게 C₁ _-12 알킬티오기이다. 예들은 메틸티오 및 에틸티오를 포함한다.

아릴티오기는 바람직하게 C₆ _-30, 보다 바람직하게 C₆ _-20, 특히 바람직하게 C₆ _-12 아릴티오기이다. 예들은 페닐티오를 포함한다.

헤테로아릴티오기는 바람직하게 C₁ _-30, 보다 바람직하게 C₁ _-20, 특히 바람직하게 C₁ _-12 헤테로아릴티오기이다. 예들은 피리딜티오, 2-벤즈이미다졸릴티오, 2-벤조옥사졸릴티오, 및 2-벤즈아졸릴티오를 포함한다.

술포닐기는 바람직하게 C₁ _-30, 보다 바람직하게 C₁ _-20, 특히 바람직하게 C₁ _-12 술포닐기이다. 예들은 메실, 토실, 및 트리플루오로메탄술포닐을 포함한다.

술피닐기는 바람직하게 C₁ _-30, 보다 바람직하게 C₁ _-20, 특히 바람직하게 C₁ _-12 술피닐기이다. 예들은 메탄술피닐 및 벤젠술피닐을 포함한다.

우레이도기는 바람직하게 C₁ _-30, 보다 바람직하게 C₁ _-20, 특히 바람직하게 C₁ _-12 우레이도기이다. 예들은 우레이도, 메틸우레이도, 및 페닐우레이도를 포함한다.

인산 아미드기는 바람직하게 C₁ _-30, 보다 바람직하게 C₁ _-20, 특히 바람직하게 C_1-12 인산 아미드기이다. 예들은 디에틸인산 아미드 및 페닐인산 아미드를 포함한다.

할로겐 원자들의 예는 불소, 염소, 브롬, 및 요오드 원자들를 포함한다.

헤테로아릴기 이외의 헤테로환기는 바람직하게 C₁ _-30, 보다 바람직하게 C₁ _-12 헤테로아릴기 이외의 헤테로환기이고, 헤테로원자로서 질소 원자, 산소 원자, 또는 황 원자를 갖는다. 구체예들은 피페리딜, 모르폴리노, 및 피롤리딜을 포함한다.

실릴기는 바람직하게 C₃ _-40, 보다 바람직하게 C₃ _-30, 특히 바람직하게 C₃ _-24 실릴기이다. 예들은 트리메틸실릴, 트리에틸실릴, 트리이소프로필실릴, 디메틸-tert-부틸실릴, 디메틸페닐실릴, 디페닐-tert-부틸실릴, 트리페닐실릴, 트리-1-나프틸실릴, 및 트리-2-나프틸실릴을 포함한다.

실릴옥시기는 바람직하게 C₃ _-40, 보다 바람직하게 C₃ _-30, 특히 바람직하게 C₃ _-24실릴옥시기이다. 예들은 트리메틸실릴옥시 및 트리페닐실릴옥시를 포함한다.

R_1a ~ R_1i 중 적어도 하나는 바람직하게 아릴기를 나타낸다. 아릴기는 바람직하게 그 메인 구조에 대해 70 도 이상의 이면각을 갖는다. 그것은 보다 바람직하게 후술되는 식 ss-1 로 나타낸 치환기이고, 보다 더 바람직하게 2,6-이치환된 아릴기이다. 특히, R_1b 가 아릴기인 것이 바람직하고, 그 메인 구조에 대해 70 도 이상의 이면각을 갖는 것이 보다 바람직하고, 후술되는 식 ss-1 로 나타낸 치환기인 것이 보다 더 바람직하며, 2,6-이치환된 아릴기인 것이 가장 바람직하다.

(식 ss-1에서, Ra, Rb, 및 Rc 각각은 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 및 아릴기 중 어느 것을 나타낸다).

Ra, Rb, 또는 Rc 로 나타낸 알킬기는 바람직하게 C₁ _-3O, 보다 바람직하게 C₁ _-2O, 특히 바람직하게 C₁ _-1O 알킬기이다. 예들은 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, tert-부틸, n-옥틸, n-노닐, n-데실, n-도데실, n-옥타데실, n-헥사데실, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로옥틸, 1-아다만틸, 및 트리플루오로메틸을 포함한다. 이들 중에서, 메틸기 및 이소프로필기가 바람직하다.

Ra, Rb, 또는 Rc 로 나타낸 아릴기는 바람직하게 C₆ _-3O, 보다 바람직하게 C₆ _-20, 특히 바람직하게 C₆ _-12 아릴기이다. 예들은 페닐, o-메틸페닐, m-메틸페닐, p-메틸페닐, 2,6-크실릴, p-쿠메닐, 메시틸, 나프틸, 및 안트라닐을 포함한다. 이들 중에서, 페닐기가 바람직하다.

Ra 및 Rb 중 적어도 하나는 알킬기 및 아릴기로부터 선택된다. Ra 및 Rb 중 적어도 하나가 알킬기로부터 선택되는 것이 바람직하고, Ra 및 Rb 모두가 알킬기로부터 선택되는 것이 보다 바람직하고, Ra 및 Rb 모두가 메틸기 또는 이소프로필기인 것이 가장 바람직하다.

2,6-이치환된 아릴기는 바람직하게 2,6-디메틸페닐, 2,4,6-트리메틸페닐, 2,6-디이소프로필페닐, 2,4,6-트리이소프로필페닐, 2,6-디메틸-4-페닐페닐, 2,6-디메틸-4-(2,6-디메틸피리딘-4-일)페닐, 2,6-디페닐페닐, 2,6-디페닐-4-이소프로필페닐, 2,4,6-트리페닐페닐, 2,6-디이소프로필-4-(4-이소프로필페닐)페닐, 2,6-디이소프로필-4-(3,5-디메틸페닐)페닐, 2,6-디이소프로필-4-(피리딘-4-일)페닐, 또는 2,6-디-(3,5-디메틸페닐)페닐이다.

한편, R_1a ~ R_1i 중 적어도 하나가 알킬기인 것이 바람직하고, R_1e 가 알킬기인 것이 보다 바람직하다. 알킬기는 바람직하게 4개 이상의 탄소 원자들로 구성되고 벤질 위치로부터 떨어진 부위에서 분지되며, 보다 바람직하게 메틸 또는 네오펜틸기이고, 보다 더 바람직하게 네오펜틸기이다.

한편, R_1a 및 R_1b 중 적어도 하나는 알킬기이다.

한편, R_1a 는 바람직하게 전자 공여성 치환기이고, 보다 바람직하게 메틸기이다.

용어 "탄화수소 치환기"는 탄소 원자 및 수소 원자로만 구성되는 1가 또는 2가의, 선형, 분지형, 또는 환형 치환기를 의미한다. 1가 탄화수소 치환기의 예들은 C₁ _-2O 알킬기; C₁ _-2O 알킬기, C₃ _-8시클로알킬기, 및 아릴기로부터 선택된 적어도 하나의 기로 치환된 C₁ _-2O 알킬기; C₃ _-8 시클로알킬기; C₁ _-2O 알킬기, C₃ _-8 시클로알킬기, 및 아릴기로부터 선택된 적어도 하나의 기로 치환된 C₃ _-8 시클로알킬기; C₆ _-18 아릴기; 및 C₁ _-2O 알킬기, C₃ _-8 시클로알킬기, 및 아릴기로부터 선택된 적어도 하나의 기로 치환된 아릴기를 포함한다.

2가 탄화수소기의 예들은 -CH₂-, -CH₂CH₂-, -CH₂CH₂CH₂-, 및 1,2-페닐렌을 포함한다.

금속은 원자량이 40 이상인 비방사성 금속으로부터 선택된다. 금속은 Re, Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, 및 Au 중 임의의 것이 바람직하고, Os, Ir, 또는 Pt 인 것이 보다 바람직하며, Ir 또는 Pt 인 것이 보다 더 바람직하다. 높은 발광 효율, 높은 착물 안정성, 및 발광층에서의 정공/전자 수송시 캐리어 발란스의 제어의 관점에서, Ir 이 가장 바람직하다.

본 발명에서, 식의 배위자를 갖는 금속 착물은 주 (main) 배위자 또는 그 호변이성체 (tautomer) 및 부 (ancillary) 배위자 또는 그 호변이성체로 구성될 수 있다. n=0 인 경우, 금속 착물의 모든 배위자들은 주 배위자 또는 그 호변이성체로 나타낸 부분 구조로 구성될 수 있다.

금속 착물은, 부 배위자로서, 종래 알려져 있는 금속 착물들의 형성에 사용되고 당업자들에게 소위 배위자로 알려져 있는 배위자들 (또한, "배위 화합물들"이라고도 함) 을 필요에 따라 함유할 수도 있다.

본 발명에 기재된 이점을 성공적으로 얻기 위해서, 착물은 바람직하게 1종 또는 2종의 배위자들, 보다 바람직하게 1종의 배위자를 함유한다. 반응성기가 착물의 분자에 도입되는 경우, 합성 용이의 관점에서 2종의 배위자들을 사용하는 것이 또한 바람직하다.

종래 알려져 있는 금속 착물들의 형성에 사용되는 배위자들로서, 알려져 있는 배위자들이 다양하게 있다. 예들은 H. Yersin, Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds, Springer-Verlag A.G (1987) 및 Akio Yamamoto, 유기 금속 화학 - 기초와 응용 - Shokabo Publishing Co., Ltd. (1982) 에 기재된 것 (예를 들어, 할로겐 배위자들, 바람직하게 염소 배위자, 함질소 헤테로아릴 배위자들, 예컨대, 비피리딜 및 페난트롤린, 그리고 디케톤 배위자들, 예컨대, 아세틸아세톤) 을 포함한다. 이들 중에서, 디케톤 및 피콜린산 유도체가 바람직하다.

이하는 부 배위자의 구체예들이지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

부 배위자의 상기 예들에서, M₁ 은 분자량이 40 이상인 금속 원자를 나타내고 Rx, Ry, 및 Rz 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.

식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자들은 바람직하게 하기 식 (A1) 또는 (A2) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자들이다.

(식들 (A1) 및 (A2) 에서, E_1a ~ E_1q 각각은 독립적으로 탄소 원자 또는 헤테로 원자를 나타내고 R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.)

식들 (A1) 및 (A2) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자들은 바람직하게 하기 식 (A1-1) 및 (A2-1) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자들이다.

(식들 (A1-1) 및 (A2-1) 에서, E_1a ~ E_1e, E_1o ~ E_1q, 및 E_1l ~ E_1n 각각은 독립적으로 탄소 원자 또는 헤테로 원자를 나타내고 R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.)

식들 (A1-1) 및 (A2-1) 에서, E_1a ~ E_1e, E_1o ~ E_1q, E_1l ~ E_1n, 및 R_1a ~ R_1i 는 각각 식들 (A1) 및 (A2) 에서 정의된 E_1a ~ E_1e, E_1o ~ E_1q, E_1l ~ E_1n, 및 R_1a ~ R_1i 와 동일한 의미를 갖는다. 그들의 바람직한 범위도 또한 동일하다.

식들 (A1-1) 및 (A2-1) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자들은 바람직하게 하기 식들 (A1-2) 및 (A2-2) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자들이다.

(식들 (A1-2) 및 (A2-2) 에서, E_1o ~ E_1q 및 E_1l ~ E_1n 각각은 독립적으로 탄소 원자 또는 헤테로 원자를 나타내고 R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.)

식들 (A1-2) 및 (A2-2) 에서, E_1o ~ E_1q, E_1l ~ E_1n, 및 R_1a ~ R_1i 는 각각 식들 (A1-1) 및 (A2-1) 에서 정의된 E_1o ~ E_1q, E_1l ~ E_1n, 및 R_1a ~ R_1i 와 동일한 의미를 갖는다. 그들의 바람직한 범위도 또한 동일하다.

식들 (A1-1) 및 (A2-1) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자들은 바람직하게 하기 식들 (A1-3) 및 (A2-3) 으로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자들이다.

(식들 (A1-3) 및 (A2-3) 에서, E_1o ~ E_1q 및 E_1l ~ E_1n의 각각은 독립적으로 탄소 원자 또는 헤테로 원자를 나타내고 R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.)

식들 (A1-3) 및 (A2-3) 에서, E_1o ~ E_1q, E_1l ~ E_1n, 및 R_1a ~ R_1i 는 각각 식들 (A1-1) 및 (A2-1) 에서 정의된 E_1o ~ E_1q, E_1l ~ E_1n, 및 R_1a ~ R_1i 와 동일한 의미를 갖는다. 그들의 바람직한 범위도 또한 동일하다.

식들 (A1-3) 및 (A2-3) 으로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자들 및 분자량이 40 이상인 금속을 함유하는 인광성 금속 착물은 바람직하게 식 (A9)로 나타낸 인광성 금속 착물이다.

(식 (A9) 에서, R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타내고, X-Y 는 부 배위자를 나타내며, 그리고 n 은 1 ~ 3 의 정수를 나타낸다).

식 (A9) 에서, R_1a ~ R_1i 는 각각 식들 (A1-3) 및 (A2-3) 에서 정의된 R_1a ~ R_1i 와 동일한 의미를 가지며, 그 바람직한 범위도 또한 동일하다.

X-Y 는 부 배위자를 나타내고 n 은 1 ~ 3 의 정수를 나타내며, 바람직하게 3 을 나타낸다. 부 배위자로서, 구체예들에서 상술된 것과 유사한 배위자들이 적합하게 사용된다. 바람직한 예들은 아세틸아세토네이트 배위자들 및 치환된 아세틸아세토네이트 배위자 아날로그를 포함한다.

식 (A9) 로 나타낸 금속 착물은 식 (A10) 으로 나타낸 금속 착물이다.

보다 구체적으로, 식 (A1) 또는 (A2) 는 바람직하게 하기 구조들을 갖으며, 가장 바람직하게 하기 구조들 (X-64) ~ (X-68) 을 갖는다.

R^1a ~ R¹ⁱ 는 식 (A1) 에서 정의된 것과 동일한 의미를 갖는다. 이들 모두가 수소 원자를 나타내는 것이 바람직하다.

식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자 및 분자량이 40 이상인 금속을 함유하는 인광성 금속 착물은 US2007/0190359 또는 US2008/0297033 에 기재된 것과 같은 다양한 공정들에 의해 합성될 수 있다.

예를 들어, 용매 (예컨대, 할로겐 용매, 알코올 용매, 에테르 용매, 에스테르 용매, 케톤 용매, 니트릴 용매, 아미드 용매, 술폰 용매, 술폭시드 용매, 및 물) 에서, 또는 무용매 방식으로 염기 (나트륨 메톡시드, t-부톡시 칼륨, 트리에틸아민, 및 칼륨 카보네이트와 같은 다양한 무기 또는 유기 염기) 의 존재하에서 또는 용매의 비존재하에서, 배위자 또는 그 해리물 및 금속 화합물을 실온 이하의 온도로 냉각하거나 또는 가열 (상온 가열뿐만 아니라 마이크로파를 이용한 가열도 또한 효과적이다) 함으로써 획득될 수 있다. 보다 구체적으로, XM-64 는 시작 원료로 7-메틸이미다조페난트리딘을 사용하면서 US2007/0190359 의 단락들 132 ~ 134 에 기재된 공정에 의해 합성될 수 있다. XM-63 은 US2008/0297033 의 단락들 281 ~ 287 에 기재된 공정에 의해 합성될 수 있다.

외부 양자 효율이 우수한 유기 전계발광 디바이스는, 상기 특정의 인광성 금속 착물을 식 (1) 로 나타낸 화합물과 조합하여 사용함으로써 획득될 수 있다. 본 발명의 발광층에 있어서 특정의 인광성 금속 착물의 함량은 발광층 중에서 각각 바람직하게 1 ~ 30 질량%, 보다 바람직하게 5 ~ 20 질량% 이다.

이하, 식 (1) 로 나타낸 화합물을 설명한다.

[식 (1) 로 나타낸 화합물]

식 (1) 에서, Cz 는 치환 또는 비치환된 아릴카르바졸릴기 또는 치환 또는 비치환된 카르바졸릴아릴기를 나타내고, L 은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타내고, A 는 치환 또는 비치환된 함질소 헤테로방향족 6-원 고리로부터 유도된 기를 나타내며, 그리고 p 및 q 각각은 독립적으로 1 ~ 6 의 정수를 나타낸다.

이하, 식 (1) 을 상세히 설명한다.

Cz 는 치환 또는 비치환된 아릴카르바졸릴기 또는 치환 또는 비치환된 카르바졸릴아릴기를 나타낸다.

아릴카르바졸릴기 및 카르바졸릴아릴기 각각에서의 아릴기는 바람직하게 탄소 원자수가 6 ~ 30 이고, 예들은 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 나프타세닐기, 피레닐기, 플루오레닐기, 비페닐기 및 터페닐기를 포함한다. 이 기들 중에서, 페닐기, 나프틸기, 비페닐기 및 터페닐기가 바람직하고, 페닐기 및 비페닐기가 특히 바람직하다.

아릴카르바졸릴기 및 카르바졸릴아릴기 각각에서의 아릴기는 카르바졸 고리 상의 치환 위치에 대해 특별히 제한되지 않지만, 화학적 안정성 및 캐리어-수송 능력에 측면에서, 아릴기가 카르바졸 고리의 2-위치, 3-위치, 6-위치, 7-위치 또는 9-위치 상에서 수소를 치환하는 것이 바람직하고, 아릴기가 카르바졸 고리의 3-위치, 6-위치 및 9-위치 상에서 수소를 치환하는 것이 보다 바람직하며, 아릴기가 카르바졸 고리의 9-위치 (N-위치) 상에서 수소를 치환하는 것이 가장 바람직하다.

Cz 가 아릴카르바졸릴기를 나타내는 경우, Cz-L 연결에 대한 특별한 제한은 없지만, 아릴카르바졸릴기가 카르바졸 고리의 2-위치, 3-위치, 6-위치, 7-위치 또는 9-위치 (N-위치) 에서 L 에 연결되는 것이 바람직하고, 카르바졸 고리의 3-위치, 6-위치, 또는 9-위치 (N-위치) 에서 L 에 연결되는 것이 더 바람직하며, 카르바졸 고리의 9-위치 (N-위치) 에서 L 에 연결되는 것이 특히 바람직하다.

하지만, Cz 가 카르바졸릴아릴기인 것이 바람직하다.

A 는 치환 또는 비치환된 함질소 헤테로방향족 6-원 고리로부터 유도된 기를 나타내고, 바람직하게 탄소 원자수가 2 ~ 40 인 함질소 헤테로방향족 6-원 고리로부터 유도된 기를 나타낸다. A 로 나타낸 기는 2종 이상의 치환기들을 가질 수 있고, 이 치환기들은 서로 조합하여 고리 또는 고리들을 형성할 수 있다.

함질소 헤테로방향족 6-원 고리 또는 함질소 헤테로방향족 6-원 고리를 갖는 함질소 헤테로방향족 고리의 예들은 피리딘, 피리미딘, 피라진, 피리다진, 트리아진, 아자인돌리진, 인돌리진, 푸린, 프테리딘, β-카르볼린, 나프티리딘, 퀴녹살린, 터피리딘, 비피리딘, 아크리딘, 페난트롤린, 페나진 및 이미다조피리딘을 포함한다. 이 고리들 중에서, 피리딘, 피리미딘, 피라진 및 트리아진이 바람직하고, 피리딘 및 피리미딘이 더 바람직하며, 피리미딘이 가장 바람직하다.

L 은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타낸다. L 이 갖는 치환기로서, 치환기 A 에 예시된 것이 사용될 수 있다. 바람직한 예들은 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 시클로헥실기, 시클로펜틸기, 페닐기, 톨릴기, 크실릴기, 피리딜기, 피리미딜기, 티에닐기, 플루오로기, 시아노기, 트리플루오로메틸기, 펜타플루오로페닐기, 트리페닐실릴기, 및 트리메틸실릴기를 포함한다. 이들 중에서, 메틸기, 에틸기, 부틸기, 페닐기, 피리딜기, 피리미딜기, 플루오로기, 시아노기, 및 트리플루오로메틸기가 보다 바람직하고, 메틸기, 페닐기, 및 플루오로기가 보다 더 바람직하다.

아릴렌기는 탄소 원자들의 수가 6 ~ 30 인 아릴렌기가 바람직하고, 예들은 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 나프틸렌기, 안트라닐렌기, 페난트릴렌기, 피레닐렌기, 크리세닐렌기, 플루오란테닐렌기 및 퍼플루오로아릴렌기를 포함한다. 이 기들 중에서, 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기 및 퍼플루오로아릴렌기가 다른 기들보다 바람직하고, 페닐렌기, 비페닐렌기 및 터페닐렌기가 더 바람직하며, 페닐렌기 및 비페닐렌기가 더욱 바람직하다.

시클로알킬렌기는 바람직하게 탄소 원자들의 수가 5 ~ 30 인 시클로알킬렌기이고, 예들은 시클로펜틸렌기, 시클로헥실렌기 및 시클로헵틸렌기를 포함한다. 이러한 기들 중에서, 시클로펜틸렌기 및 시클로헥실렌기가 다른 기들보다 바람직하고, 시클로헥실렌기가 더 바람직하다.

헤테로방향족 고리로부터 유도된 기는 바람직하게 탄소 원자들의 수가 2 ~ 30 인 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기이고, 예들은 1-피롤릴기, 2-피롤릴기, 3-피롤릴기, 피라지닐기, 2-피리디닐기, 3-피리디닐기, 4-피리디닐기, 1-인돌릴기, 2-인돌릴기, 3-인돌릴기, 4-인돌릴기, 5-인돌릴기, 6-인돌릴기, 7-인돌릴기, 1-이소인돌릴기, 2-이소인돌릴기, 3-이소인돌릴기, 4-이소인돌릴기, 5-이소인돌릴기, 6-이소인돌릴기, 7-이소인돌릴기, 2-푸릴기, 3-푸릴기, 2-벤조푸라닐기, 3-벤조푸라닐기, 4-벤조푸라닐기, 5-벤조푸라닐기, 6-벤조푸라닐기, 7-벤조푸라닐기, 1-이소벤조푸라닐기, 3-이소벤조푸라닐기, 4-이소벤조푸라닐기, 5-이소벤조푸라닐기, 6-이소벤조푸라닐기, 7-이소벤조푸라닐기, 2-퀴놀릴기, 3-퀴놀릴기, 4-퀴놀릴기, 5-퀴놀릴기, 6-퀴놀릴기, 7-퀴놀릴기, 8-퀴놀릴기, 1-이소퀴놀릴기, 3-이소퀴놀릴기, 4-이소퀴놀릴기, 5-이소퀴놀릴기, 6-이소퀴놀릴기, 7-이소퀴놀릴기, 8-이소퀴놀릴기, 2-퀴녹살리닐기, 5-퀴녹살리닐기, 6-퀴녹살리닐기, 1-카르바졸릴기, 2-카르바졸릴기, 3-카르바졸릴기, 4-카르바졸릴기, 9-카르바졸릴기, 1-페난트리디닐기, 2-페난트리디닐기, 3-페난트리디닐기, 4-페난트리디닐기, 6-페난트리디닐기, 7-페난트리디닐기, 8-페난트리디닐기, 9-페난트리디닐기, 10-페난트리디닐기, 1-아크리디닐기, 2-아크리디닐기, 3-아크리디닐기, 4-아크리디닐기, 9-아크리디닐기, 1,7-페난트롤린-2-일기, 1,7-페난트롤린-3-일기, 1,7-페난트롤린-4-일기, 1,7-페난트롤린-5-일기, 1,7-페난트롤린-6-일기, 1,7-페난트롤린-8-일기, 1,7-페난트롤린-9-일기, 1,7-페난트롤린-10-일기, 1,8-페난트롤린-2-일기, 1,8-페난트롤린-3-일기, 1,8-페난트롤린-4-일기, 1,8-페난트롤린-5-일기, 1,8-페난트롤린-6-일기, 1,8-페난트롤린-7-일기, 1,8-페난트롤린-9-일기, 1,8-페난트롤린-10-일기, 1,9-페난트롤린-2-일기, 1,9-페난트롤린-3-일기, 1,9-페난트롤린-4-일기, 1,9-페난트롤린-5-일기, 1,9-페난트롤린-6-일기, 1,9-페난트롤린-7-일기, 1,9-페난트롤린-8-일기, 1,9-페난트롤린-10-일기, 1,10-페난트롤린-2-일기, 1,10-페난트롤린-3-일기, 1,10-페난트롤린-4-일기, 1,10-페난트롤린-5-일기, 2,9-페난트롤린-1-일기, 2,9-페난트롤린-3-일기, 2,9-페난트롤린-4-일기, 2,9-페난트롤린-5-일기, 2,9-페난트롤린-6-일기, 2,9-페난트롤린-7-일기, 2,9-페난트롤린-8-일기, 2,9-페난트롤린-10-일기, 2,8-페난트롤린-1-일기, 2,8-페난트롤린-3-일기, 2,8-페난트롤린-4-일기, 2,8-페난트롤린-5-일기, 2,8-페난트롤린-6-일기, 2,8-페난트롤린-7-일기, 2,8-페난트롤린-9-일기, 2,8-페난트롤린-10-일기, 2,7-페난트롤린-1-일기, 2,7-페난트롤린-3-일기, 2,7-페난트롤린-4-일기, 2,7-페난트롤린-5-일기, 2,7-페난트롤린-6-일기, 2,7-페난트롤린-8-일기, 2,7-페난트롤린-9-일기, 2,7-페난트롤린-10-일기, 1-페나지닐기, 2-페나지닐기, 1-페노티아지닐기, 2-페노티아지닐기, 3-페노티아지닐기, 4-페노티아지닐기, 10-페노티아지닐기, 1-페녹사지닐기, 2-페녹사지닐기, 3-페녹사지닐기, 4-페녹사지닐기, 10-페녹사지닐기, 2-옥사졸릴기, 4-옥사졸릴기, 5-옥사졸릴기, 2-옥사디아졸릴기, 5-옥사디아졸릴기, 3-푸라자닐기, 2-티에닐기, 3-티에닐기, 2-메틸피롤-1-일기, 2-메틸피롤-3-일기, 2-메틸피롤-4-일기, 2-메틸피롤-5-일기, 3-메틸피롤-1-일기, 3-메틸피롤-2-일기, 3-메틸피롤-4-일기, 3-메틸피롤-5-일기, 2-t-부틸피롤-4-일기, 3-(2-페닐프로필)피롤-1-일기, 2-메틸-1-인돌릴기, 4-메틸-1-인돌릴기, 2-메틸-3-인돌릴기, 4-메틸-3-인돌릴기, 2-t-부틸-1-인돌릴기, 4-t-부틸-1-인돌릴기, 2-t-부틸-3-인돌릴기 및 4-t-부틸-3-인돌릴기로부터 각각 유도된 기들을 포함한다. 이 기들 중에서, 피리디닐기, 퀴놀릴기, 인돌릴기 및 카르바졸릴기로부터 각각 유도된 기들이 다른 기들보다 바람직하고, 피리디닐기 및 카르바졸릴기로부터 각각 유도된 기들이 더 바람직하다.

L 은 바람직하게 단일 결합, 페닐렌기, 비페닐렌기, 시클로헥실렌기, 피리디닐렌기 또는 카르바졸릴렌기를 나타내고, 더 바람직하게 단일 결합, 페닐렌기 또는 비페닐렌기를 나타내며, 더욱 바람직하게 단일 결합 또는 페닐렌기를 나타낸다.

식 (1) 에서 Cz 및 A 로 나타낸 기들의 치환기 각각의 예들은 할로겐 원자들, 예컨대, 불소, 염소, 브롬 및 요오드, 카르바졸릴기, 히드록실기, 치환 또는 비치환된 아미노기, 니트로기, 시아노기, 실릴기, 트리플루오로메틸기, 카르보닐기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 알킬기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 방향족 헤테로환기, 치환 또는 비치환된 아르알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴옥시기, 및 치환 또는 비치환된 알킬옥시기를 포함할 수 있다. 이 치환기들 중에서, 불소 원자, 메틸기, 퍼플루오로페닐렌기, 페닐기, 나프틸기, 피리딜기, 피라질기, 피리미딜기, 아다만틸기, 벤질기, 니트로기, 시아노기, 실릴기, 트리플루오로메틸기, 카르바졸릴기 및 이 기들만의 조합이 바람직하고, 불소 원자, 메틸기, 페닐기, 피리딜기, 피리미딜기, 시아노기, 실릴기, 카르바졸릴기 및 이 기들만의 조합이 더 바람직하고, 페닐기, 피리딜기, 피리미딜기, 카르바졸릴기 및 이 기들만의 조합이 더욱 바람직하며, 페닐기가 최상이다. Cz 또는 A 로 나타낸 기가 2종 이상의 치환기들을 갖는 경우, 이 치환기들은 서로 조합하여 고리 또는 고리들을 형성할 수도 있다.

식 (1) 에서 p 및 q 각각은 독립적으로 1 ~ 6 의 정수를 나타내고, 바람직하게 1 ~ 4, 더 바람직하게 1 ~ 3, 더욱 바람직하게 1 또는 2를 나타낸다.

식 (1) 로 나타낸 화합물은 바람직하게 하기 식 (2) 로 나타낸 화합물이다.

식 (2) 에서, Cz 는 치환 또는 비치환된 아릴카르바졸릴기 또는 치환 또는 비치환된 카르바졸릴아릴기를 나타내고; L 은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타내고, L 은 Ar₁, Ar₂, X₁, X₂ 또는 X₃ 의 탄소 원자에 연결되고; Ar₁ 및 Ar₂ 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타내고; X₁, X₂ 및 X₃ 각각은 독립적으로 질소 원자 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소 원자를 나타내며; 그리고 p 및 q 각각은 독립적으로 1 ~ 6 의 정수를 나타낸다.

이하, 식 (2) 를 상세히 설명한다.

식 (2) 에서의 Cz, L, p 및 q 의 정의는 각각 식 (1) 에서와 동일하며, 식 (2) 에서의 Cz, L, p 및 q 의 바람직한 예들도 또한 식 (1) 에서와 동일하다.

Ar₁ 및 Ar₂ 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타낸다.

아릴기는 바람직하게 탄소 원자들의 수가 6 ~ 30 인 치환 또는 비치환된 아릴기이고, 예들은 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트라닐기, 페난트릴기, 피레닐기, 크리세닐기, 플루오란테닐기 및 퍼플루오로아릴기를 포함한다. 이 기들 중에서, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 및 퍼플루오로아릴기가 바람직하고, 페닐기, 비페닐기 및 터페닐기가 더 바람직하며, 페닐기 및 비페닐기가 더욱 바람직하다.

아릴렌기는 바람직하게 탄소 원자들의 수가 6 ~ 30 인 아릴렌기이고, 그 예들 및 바람직한 기들은 식 (1) 에서의 L 의 설명에서 언급된 것과 동일하다. 그리고 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기는 바람직하게 치환 또는 비치환된 기이고 탄소 원자들의 수가 2 ~ 30인 헤테로방향족 고리이고, 그 예들 및 바람직한 기들은 식 (1) 에서의 L 의 설명에서 언급된 것과 동일하다. 치환기들이 이들 기에 부착되는 경우, 치환기의 예들 및 치환기로서 바람직한 기들은 식 (1) 에서의 Cz 및 A 의 치환기들로 언급된 것과 동일하다.

고리원들 X₁, X₂ 및 X₃ 각각은 독립적으로 질소 원자 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소 원자를 나타낸다. X₁, X₂ 및 X₃ 중 최대 2개가 질소 원자들인 경우가 바람직하고, X₁, X₂ 및 X₃ 중 0 또는 1개가 질소 원자인 경우가 더 바람직하며, X₁, X₂ 및 X₃ 중 임의의 1개가 질소 원자인 경우가 가장 바람직하다. X₁, X₂ 및 X₃ 중 임의의 1개가 질소 원자인 경우, X₁ 및 X₃ 중 어느 하나가 질소 원자인 것이 바람직하다. 식 (2) 에서 X₁ ~ X₃ 를 함유하는 고리는 바람직하게 피리딘 또는 피리미딘이고, 더 바람직하게 피리미딘이다. 탄소 원자에 결합될 수 있는 치환기의 예들 및 치환기로서 바람직한 기들은 식 (1) 에서의 Cz 및 A 의 치환기들로 언급된 것과 동일하다. 또한, 식 (2)에서 L 의 연결 위치는 화학적 안정성 및 캐리어 수송 능력 측면에서 특별히 한정되지 않지만, L 이 Ar₁ 의 탄소 원자에 연결되는 것이 바람직하다.

식 (1) 로 나타낸 화합물이 하기 식 (3) 으로 나타낸 화합물인 것이 더 바람직하다.

식 (3) 에서, X₄ 및 X₅ 의 각각은 독립적으로 질소 원자 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소 원자를 나타내고, X₄ 또는 X₅ 중 어느 하나가 질소 원자를 나타내고 다른 하나가 치환기를 가질 수도 있는 탄소 원자를 나타내는 것이 바람직하며; L' 는 단일 결합, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타내고; R¹ ~ R⁵ 각각은 독립적으로 치환기를 나타내고; n1 ~ n5 각각은 독립적으로 0 ~ 5 의 정수를 나타내며; 그리고 p' 및 q' 각각은 독립적으로 1 ~ 4 의 정수를 나타낸다.

이하, 식 (3) 을 상세히 설명한다.

X₄ 및 X₅ 각각은 독립적으로 질소 원자 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소 원자를 나타낸다. 여기서, X₄ 또는 X₅ 중 어느 하나가 질소 원자를 나타내고 다른 하나가 치환기를 가질 수도 있는 탄소 원자를 나타내는 것이 바람직하다. 식 (3) 에서, X₄ 및 X₅ 를 함유하는 고리는 바람직하게 피리딘 또는 피리미딘이고, 더 바람직하게 피리미딘이다. 탄소 원자에 결합될 수 있는 치환기의 예들 및 치환기로서 바람직한 기들은 식 (1) 에서의 Cz 및 A 의 치환기들로 언급된 것과 동일하다.

식 (3) 에서의 L' 의 정의는 식 (1) 에서의 L 과 동일하고, L' 로서 바람직한 기들은 L 로서 바람직한 것과 동일하다. 그리고 L' 는 식 (3) 에 그려진 함질소 헤테로방향족 고리 구조 중의 벤젠 고리에 연결된다.

R¹ ~ R⁵ 각각은 독립적으로 치환기를 나타낸다. 치환기의 예들 및 바람직한 기들은 식 (1) 에서의 Cz 및 A 의 치환기들로 언급된 것과 동일하다. R¹ ~ R⁵ 는 각각 바람직하게 불소 원자, 메틸기, t-부틸기, 페닐기, 피리딜기, 피라질기, 피리미딜기, 아다만틸기, 시아노기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 트리플루오로메틸기, 또는 카르바졸릴기이고; 보다 바람직하게 불소 원자, 메틸기, t-부틸기, 페닐기, 피리딜기, 시아노기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 트리플루오로메틸기, 또는 카르바졸릴기이고; 보다 더 바람직하게 불소 원자, 메틸기, t-부틸기, 페닐기, 시아노기, 실릴기, 트리페닐실릴기, 트리플루오로메틸기, 또는 카르바졸릴기이며, 보다 더 바람직하게 불소 원자, t-부틸기, 페닐기, 시아노기, 트리페닐실릴기, 또는 카르바졸릴기이다. 하나 초과의 R¹, R², R³, R⁴ 또는 R⁵ 가 존재하는 경우, 각각의 R¹, R², R³, R⁴ 또는 R⁵ 는 모든 다른 R¹, R², R³, R⁴ 또는 R⁵ 와 각각 동일하거나 또는 상이할 수 있다.

n1 ~ n5 각각은 독립적으로 0 ~ 5 의 정수를 나타낸다. 그리고 각각은 바람직하게 0, 1 또는 2 이고, 더 바람직하게 0 또는 1 이며, 더욱 바람직하게 0 이다.

p' 및 q' 각각은 독립적으로 1 ~ 4 의 정수를 나타낸다. 그리고 각각은 바람직하게 1, 2 또는 3 이고, 더 바람직하게 1 또는 2 이다.

식 (1) 로 나타낸 화합물은 가장 바람직하게 탄소 원자, 수소 원자, 및 질소 원자로만 구성된다.

식 (1) 로 나타낸 화합물의 분자량은 바람직하게 400 이상 1,000 이하, 더 바람직하게 450 이상 800 이하, 더욱 바람직하게 500 이상 700 이하이다.

식 (1) 로 나타낸 화합물이 필름 형태인 최저 삼중항 여기 상태 (T₁) 에너지는 바람직하게 2.61 eV (62 kcal/mol) 이상 3.51 eV (80 kcal/mol) 이하, 더 바람직하게 2.69 eV (63.5 kcal/mol) 이상 3.51 eV (80 kcal/mol) 이하, 더욱 바람직하게 2.76 eV (65 kcal/mol) 이상 3.51 eV (80 kcal/mol) 이하이다.

식 (1) 로 나타낸 화합물의 유리 전이 온도 (Tg) 는 바람직하게 80℃ 이상 400℃ 이하, 더 바람직하게 100℃ 이상 400℃ 이하, 더욱 바람직하게 120℃ 이상 400℃ 이하이다.

식 (1) 에서의 수소 원자들은 또한 수소의 동위원소 원자들 (예컨대, 중수소 원자들) 을 포함할 수도 있다. 이러한 경우, 화합물은 모든 수소 원자들이 수소의 동위원소 원자들로 대체되는 상태일 수 있거나, 또는 수소 원자들이 수소의 동위원소 원자들로 상이한 정도로 부분 대체되는 화합물들의 혼합물일 수도 있다.

식 (1) 로 나타낸 화합물의 예들을 아래에 나타내지만, 본 발명이 이 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 하기 예들에서 Ph 는 페닐기를 나타낸다.

식 (1) 로 나타낸 화합물을 예시하는 상기 화합물들은 WO 03/080760, WO 03/078541 및 WO 05/085387 팜플렛에 개시된 방법들과 같은 다양한 방법들에 따라 합성될 수 있다.

예를 들어, 예시 화합물 4 의 화합물은 WO 05/085387 팜플렛, 단락 번호들 74 ~ 75 (45 페이지, 11 행부터 46 페이지, 18 행까지) 에 개시되어 있는 방법에 따라 m-브로모벤즈알데히드를 시작 재료로 사용하여 합성될 수 있다. 예시 화합물 45 의 화합물은 WO 03/080760 팜플렛, 46 페이지, 9 행부터 12 행까지에 개시되어 있는 방법에 따라 3,5-디브로모벤즈알데히드를 시작 재료로 사용하여 합성될 수 있다. 또한, 예시 화합물 68 의 화합물은 WO 05/022962 팜플렛, 페이지 137, 10 행 내지 페이지 139, 9 행에 개시되어 있는 방법에 따라 N-페닐카르바졸을 시작 재료로 사용하여 합성될 수 있다.

본 발명에서, 식 (1) 로 나타낸 화합물은 그 용도에 제한되지 않으며 유기층들 중 임의의 층에 포함될 수도 있다. 식 (1) 로 나타낸 화합물의 도입에 적합한 층의 예들은 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 여기자 차단층 및 전하 차단층을 포함한다. 식 (1) 로 나타낸 화합물이 이 층들 중 하나의 층 또는 임의의 하나 이상의 층에 도입될 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 고온 구동시 색도 변화를 억제하기 위해서, 식 (1) 로 나타낸 화합물은 발광층 또는 이에 인접하는 층 중 어느 하나에 도입되는 것이 바람직하고, 발광층에 인접하는 층에 도입되는 것이 보다 바람직하다. 식 (1) 로 나타낸 화합물이 발광층 및 이에 인접하는 층 모두에 도입될 수도 있다.

식 (1) 로 나타낸 화합물이 발광층에 포함되는 경우, 발광층의 총 질량에 대한 화합물 함량은 바람직하게 0.1 질량% ~ 99 질량%, 더 바람직하게 1 질량% ~ 95 질량%, 더욱 바람직하게 10 질량% ~ 95 질량% 이다.

또한, 본 발명은 식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자 및 분자량이 40 이상인 금속을 갖는 인광성 금속 착물을 함유하는 박막, 및 식 (1) 로 나타낸 화합물을 함유하는 박막의 적층에 관한 것이다. 이러한 적층막을 이용함으로써, 우수한 발광 효율을 나타내고 필름 두께에 대한 발광 효율의 의존성이 작은 유기 전계발광 디바이스가 제공될 수 있다.

[유기 전계발광 디바이스]

이하, 본 발명의 디바이스를 상세히 설명한다.

본 발명의 유기 전계발광 디바이스는, 기판 상에, 한 쌍의 전극들 및 전극들 사이에 발광층을 포함하는 1층 이상의 유기층들을 갖으며, 발광층은 식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자 및 분자량이 40 이상인 금속을 함유하는 인광성 금속 착물을 함유하고; 발광층 및 캐소드 사이에 끼워진 유기층들 중 임의의 층은 식 (1) 로 나타낸 화합물을 함유한다.

본 발명의 유기 전계발광 디바이스에서, 발광층은 유기층이고, 유기 전계발광 디바이스는 발광층 및 캐소드 사이에 적어도 1층의 유기층을 갖는다. 복수의 유기층들을 더욱 포함할 수도 있다.

발광 디바이스의 특성의 측면에서, 2개의 전극들인, 애노드 및 캐소드 중 적어도 어느 하나는 투명하거나 또는 반투명한 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 유기 전계발광 디바이스의 구조들의 일례를 도시한다. 도 1에 도시된 본 발명의 유기 전계발광 디바이스 (10) 는 지지 기판 (2) 상에, 애노드 (3) 및 캐소드 (9) 사이에 끼워진 발광층 (6) 을 갖는다. 보다 구체적으로, 애노드 (3) 및 캐소드 (9) 사이에는, 정공 주입층 (4), 정공 수송층 (5), 발광층 (6), 정공 차단층 (7) 및 전자 수송층 (8) 이 언급된 순서대로 적층된다.

<유기층들의 구성>

유기층은 그 층 구조에 특별한 제한이 없으며, 그 층 구조는 유기 전계발광 디바이스의 사용 목적에 따라서 적절히 선택될 수 있다. 하지만, 유기층이 투명 전극 또는 배면 전극 상에 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 유기층은 투명 전극 또는 배면 전극의 정면 또는 전면에 형성된다.

유기층은 예를 들어 그 형상, 사이즈 및 두께에 특별한 제한이 없으며, 이 팩터들은 유기층에 주어진 목적에 따라서 적절하게 선택될 수 있다.

하기는 층 구조의 구체예들이지만, 이 층 구조들은 본 발명이 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

애노드/정공 수송층/발광층/전자 수송층/캐소드

애노드/정공 수송층/발광층/차단층/전자 수송층/캐소드

애노드/정공 수송층/발광층/차단층/전자 수송층/전자 주입층/캐소드

애노드/정공 주입층/정공 수송층/발광층/차단층/전자 수송층/캐소드

애노드/정공 주입층/정공 수송층/발광층/차단층/전자 수송층/전자 주입층/캐소드

유기 전계발광 디바이스의 구조, 기판, 캐소드 및 애노드는 예를 들어 JP-A-2008-270736 에 기재되어 있으며, 이러한 참고 문헌에 기재된 사항들도 또한 본 발명에 적용될 수 있다.

<기판>

본 발명에서 사용되는 기판은 유기층으로부터 방출된 광의 산란도 감쇠도 야기시키지 않는 기판이 바람직하다. 기판이 유기 재료로 형성되는 경우, 유기 재료는 내열성, 치수 안정성, 내용매성, 전기 절연성 및 가공성이 우수한 것이 바람직하다.

<애노드>

통상의 경우, 애노드는 유기층에 정공들을 공급하기 위한 전극으로 기능해야 하는 것만이 필수적이며, 예를 들어, 애노드의 형상, 구조 및 사이즈에 대한 특별한 제한은 없다. 그리고 전극 재료는 발광 디바이스의 용도 및 목적에 따라서 적절하게 지금까지 알려져 있는 것으로부터 선택될 수 있다. 상술한 바와 같이, 애노드는 보통 투명한 상태로 제공된다.

<캐소드>

통상의 경우, 캐소드는 유기층에 전자들을 공급하기 위한 전극으로 기능해야 하는 것만이 필수적이며, 예를 들어, 캐소드의 형상, 구조 및 사이즈에 대한 특별한 제한은 없다. 그리고 전극 재료는 발광 디바이스의 용도 및 목적에 따라서 적절하게 지금까지 알려져 있는 것으로부터 선택될 수 있다.

기판, 애노드 및 캐소드와 관련하여서는, JP-A-2008-270736 에 기재된 사항들이 본 발명에 적용가능하다.

<유기층>

이하, 본 발명의 유기층을 설명한다.

-유기층의 형성-

본 발명의 유기 전계발광 디바이스의 각각의 유기층은 증착법 또는 스퍼터링법과 같은 건식 제막법, 전사법, 인쇄법 등 중 임의의 방법에 따라서 적합하게 형성될 수 있다.

(발광층)

- 발광 재료 -

본 발명의 발광 재료는 바람직하게 상기 특정의 인광성 착물 재료이다.

발광층에서의 발광 재료 함량은 일반적으로 발광층을 구성하는 화합물의 총 질량에 대해 0.1 질량% ~ 50 질량% 이지만, 내구성 및 외부 양자 효율의 관점에서 그 함량은 바람직하게 1 질량% ~ 50 질량%, 더 바람직하게 2 질량% ~ 40 질량% 이다.

발광층의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 통상의 경우 2 nm ~ 500 nm 인 것이 바람직하다. 특히 외부 양자 효율의 관점에서, 그 두께는 더 바람직하게 3 nm ~ 200 nm, 더욱 바람직하게 5 nm ~ 100 nm 이다.

본 발명의 디바이스에서의 발광층은 발광 재료만으로 구성되거나 또는 발광 재료 및 호스트 재료의 혼합물로 구성될 수 있다. 발광 재료는 형광성 (fluorescent) 재료 또는 인광성 (phosphorescent) 재료일 수 있고, 여기에 1종의 도펀트 또는 2종 이상의 도펀트들이 첨가될 수 있다. 호스트 재료는 바람직하게 전하 수송 재료이다. 1종의 호스트 재료 또는 2종 이상의 호스트 재료들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 호스트 재료는 전자 수송 호스트 재료 및 정공 수송 호스트 재료의 혼합물로 구성될 수도 있다. 또한, 발광층은 전하 수송성을 가지지도 않고 광을 방출하지도 않는 재료를 함유할 수도 있다.

또한, 발광층은 단일층일 수 있거나, 또는 다중 (2 이상의) 구성층들을 포함할 수도 있다. 발광층이 다중 구성층들을 포함하는 경우, 다중 구성층들 각각은 발광색이 상이한 광을 방출할 수도 있다.

- 호스트 재료 -

본 발명에서 사용되는 호스트 재료는 하기의 화합물들을 함유할 수 있다. 그 예들은 피롤, 인돌, 카르바졸 (CBP (4,4'-디(9-카르바졸릴)비페닐) 포함), 아자인돌, 아자카르바졸, 트리아졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 피라졸, 이미다졸, 티오펜, 폴리아릴알칸, 피라졸린, 피라졸론, 페닐렌디아민, 아릴아민, 아미노-치환된 칼콘, 스티릴안트라센, 플루오레논, 히드라존, 스틸벤, 실라잔, 방향족 제 3 급 아민 화합물, 스티릴아민 화합물, 포르피린 화합물, 폴리실란 화합물, 폴리(N-비닐카르바졸), 아닐린 코폴리머, 티오펜 올리고머, 폴리티오펜과 같은 도전성 폴리머의 올리고머, 유기 실란, 탄소 필름, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 안트라퀴노디메탄, 안트론, 디페닐퀴논, 티오피란 디옥사이드, 카르보디이미드, 플루오레닐리덴메탄, 디스티릴피라진, 플루오로-치환된 방향족 화합물, 나프탈렌 및 페릴렌과 같은 축합 방향족 고리 화합물의 테트라카르복실산 무수물, 프탈로시아닌, 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착물들 및 배위자가 메탈로프탈로시아닌, 벤조옥사졸 또는 벤조티아졸 분자들인 금속 착물들로 대표되는 다양한 금속 착물들, 및 상기 언급된 금속 착물들의 유도체 (예를 들어, 치환기들로 대체된 것들 또는 다른 고리들과 축합된 것들) 를 포함한다.

본 발명에 의한 발광층에서, 호스트 재료들의 최저 삼중항-상태 여기 에너지 (T₁ 에너지) 가 인광성 재료들의 T₁ 에너지보다 높은 것이 색순도, 발광 효율 및 구동시의 내구성 측면에서 바람직하다.

본 발명에서 호스트-화합물 함량은 특별히 한정되지 않지만, 발광 효율 및 구동 전압의 측면에서, 발광층을 구성하는 모든 화합물들의 총 질량에 대해 15 질량% ~ 98 질량% 인 것이 바람직하다.

- 형광성 재료 -

본 발명에서 사용가능한 형광성 재료의 예들은 벤조옥사졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 스티릴벤젠 유도체, 폴리페닐 유도체, 디페닐부타디엔 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 나프탈이미드 유도체, 쿠마린 유도체, 축합 방향족 화합물, 페리논 유도체, 옥사디아졸 유도체, 옥사진 유도체, 알다진 유도체, 피라리딘 유도체, 시클로펜타디엔 유도체, 비스스티릴안트라센 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 피롤로피리딘 유도체, 티아디아졸로피리딘 유도체, 시클로펜타디엔 유도체, 스티릴아민 유도체, 디케토피롤로피롤 유도체, 방향족 디메틸리딘 유도체, 8-퀴노리놀 유도체의 착물들 및 피로메텐 유도체의 착물로 대표되는 다양한 종류의 착물들, 폴리티오펜, 폴리페닐렌 및 폴리페닐렌비닐렌과 같은 중합성 화합물, 그리고 유기 실란 유도체와 같은 화합물을 포함한다.

- 인광성 재료 -

본 발명에서 사용가능한 인광성 재료의 예는 식 (T-1)로 나타낸 화합물을 포함하고, 그 외에 US 6303238B1, US 6097147, WO 00/57676, WO 00/70655, WO 01/08230, WO 01/39234A2, WO 01/41512A1, WO 02/02714A2, WO 02/15645A1, WO 02/44189A1 , WO 05/19373A2, JP-A-2001-247859, JP-A-2002-302671, JP-A-2002-117978, JP-A-2003-133074, JP-A-2002-235076, JP-A-2003-123982, JP-A-2002-170684, EP 1211257, JP-A-2002-226495, JP-A-2002-234894, JP-A-2001-247859, JP-A-2001-298470, JP-A-2002-173674, JP-A-2002-203678, JP-A-2002-203679, JP-A-2004-357791, JP-A-2006-256999, JP-A-2007-19462, JP-A-2007-84635 및 JP-A-2007-96259 에 개시되어 있는 인광성 화합물을 포함한다. 이 화합물들 중에서 더 바람직한 발광성 도펀트의 예들은 Ir 착물들, Pt 착물들, Cu 착물들, Re 착물들, W 착물들, Rh 착물들, Ru 착물들, Pd 착물들, Os 착물들, Eu 착물들, Tb 착물들, Gd 착물들, Dy 착물들 및 Ce 착물들을 포함한다. 이 착물들 중에서, Ir 착물들, Pt 착물들 및 Re 착물들이 특히 바람직하고, 특히 금속-탄소, 금속-질소, 금속-산소 및 금속-황 배위 결합들로부터 선택되는 적어도 1종의 배위 결합을 각각 갖는 Ir 착물들, Pt 착물들 및 Re 착물들이 바람직하다. 발광 효율, 구동시의 내구성, 색도 등의 측면에서 세자리 이상의 배위자를 포함하는 다자리 배위자를 각각 갖는 Ir 착물들, Pt 착물들 및 Re 착물들이 다른 것보다 바람직하다.

발광층에서의 인광성 재료들의 함량은 발광층의 총 질량에 대해서 바람직하게 0.1 질량% 이상 50 질량% 이하, 더 바람직하게 0.2 질량% 이상 50 질량% 이하, 더욱 바람직하게 0.3 질량% 이상 40 질량% 이하, 특히 바람직하게 10 질량% 이상 30 질량% 이하의 범위이다.

본 발명에서 사용가능한 인광성 재료들의 함량 (특정의 인광성 금속 착물 및/또는 조합하여 사용되는 인광성 재료) 은 발광층의 총 질량에 대해서 바람직하게 0.1 질량% 이상 50 질량% 이하, 더 바람직하게 1 질량% 이상 40 질량% 이하, 특히 바람직하게 5 질량% 이상 30 질량% 이하의 범위이다. 특히 5 질량% 이상 30 질량% 이하의 범위에서, 유기 전계발광 디바이스의 발광 색도는 첨가된 인광성 재료들의 농도에 대한 의존성이 작다.

본 발명의 유기 전계발광 디바이스가 특정의 인광성 금속 착물들 중 적어도 1종을 발광층의 총 질량에 대해 5 질량% ~ 30 질량% 의 양으로 포함하는 것이 최상이다.

유기 전계발광 디바이스들이 탄화수소 화합물을 함유하는 것이 바람직하고, 특히 각각의 발광층들에서 함유하는 것이 바람직하다.

그리고 탄화수소 화합물은 바람직하게 하기 식 (VI) 로 나타낸 화합물이다.

발광 재료들과 조합하여 식 (VI) 로 나타낸 화합물을 적절하게 사용하는 것은, 재료의 분자들 사이의 상호작용을 적절히 제어하게 하고 인접하는 분자들 사이의 에너지-갭 상호작용을 균일하게 할 수 있게 하여, 구동 전압의 추가 감소를 가능하게 한다.

또한, 식 (VI) 로 나타내고 유기 전계발광 디바이스들에 사용가능한 화합물은, 화학적 안정성이 우수하고 디바이스들의 구동시 재료들의 분해와 같은 변질을 약간만 일으키므로, 식 (VI) 의 화합물을 함유하는 유기 전계발광 디바이스들이 재료들의 분해를 통한 효율 및 수명의 감소를 피할 수 있다.

아래에 식 (VI) 로 나타낸 화합물을 설명한다.

식 (VI) 에서, R₄, R₆, R₈, R₁₀ 및 X₄ 내지 X₁₅ 각각은 독립적으로 수소 원자, 알킬기 또는 아릴기를 나타낸다.

식 (VI) 에서 R₄, R₆, R₈, R₁₀ 및 X₄ 내지 X₁₅ 각각으로 나타낸 알킬기는 치환기로서 아다만탄 구조 또는 아릴 구조를 가질 수 있고, 알킬기에서의 탄소 원자들의 수는 바람직하게 1 ~ 70, 더 바람직하게 1 ~ 50, 더욱 바람직하게 1 ~ 30, 더욱 더 바람직하게 1 ~ 10, 특히 바람직하게 1 ~ 6 이다. 그리고 가장 바람직한 알킬기는 2 ~ 6 개의 탄소 원자들을 갖는 선형 알킬기이다.

식 (VI) 에서 R₄, R₆, R₈, R₁₀ 및 X₄ 내지 X₁₅ 각각으로 나타낸 알킬기의 에들은 n-C₅₀H₁₀₁ 기, n-C₃₀H₆₁ 기, 3-(3,5,7-트리페닐아다만탄-1-일)프로필기 (탄소 원자들의 수: 31), 트리틸기 (탄소 원자들의 수: 19), 3-(아다만탄-1-일)프로필기 (탄소 원자들의 수: 13), 9-데카릴기 (탄소 원자들의 수: 10), 벤질기 (탄소 원자들의 수: 7), 시클로헥실기 (탄소 원자들의 수: 6), n-헥실기 (탄소 원자들의 수: 6), n-펜틸기 (탄소 원자들의 수: 5), n-부틸기 (탄소 원자들의 수: 4), n-프로필기 (탄소 원자들의 수: 3), 시클로프로필기 (탄소 원자들의 수: 3), 에틸기 (탄소 원자들의 수: 2) 및 메틸기 (탄소 원자들의 수: 1) 를 포함한다.

식 (VI) 에서 R₄, R₆, R₈, R₁₀ 및 X₄ 내지 X₁₅ 각각으로 나타낸 아릴기는 치환기로서 아다만탄 구조 또는 알킬 구조를 가질 수 있고, 아릴기의 탄소 원자들의 수는 바람직하게 6 ~ 30, 더 바람직하게 6 ~ 20, 더욱 바람직하게 6 ~ 15, 특히 바람직하게 6 ~ 10, 가장 바람직하게 6 이다.

식 (VI) 에서 R₄, R₆, R₈, R₁₀ 및 X₄ 내지 X₁₅ 각각으로 나타낸 아릴기의 예들은 1-피레닐기 (탄소 원자들의 수: 16), 9-안트라세닐기 (탄소 원자들의 수: 14), 1-나프틸기 (탄소 원자들의 수: 10), 2-나프틸기 (탄소 원자의 수: 10), p-t-부틸페닐기 (탄소 원자들의 수: 10), 2-m-크실릴기 (탄소 원자들의 수: 8), 5-m-크실릴기 (탄소 원자들의 수: 8), o-톨릴기 (탄소 원자들의 수: 7), m-톨릴기 (탄소 원자들의 수: 7), p-톨릴기 (탄소 원자들의 수: 7) 및 페닐기 (탄소 원자들의 수: 6) 를 포함한다.

높은 유리 전이 온도가 바람직하다는 관점에서 식 (VI) 에서의 R₄, R₆, R₈ 및 R₁₀ 의 각각이 수소 원자, 또는 알킬기, 또는 아릴기일 수 있지만, 이들 중 적어도 하나가 아릴기인 것이 바람직하고, 이들 중 적어도 2개가 아릴기인 것이 더 바람직하며, 그리고 이들 중 3개 또는 4개가 아릴기인 것이 특히 바람직하다.

식 (VI) 에서의 X₄ 내지 X₁₅ 의 각각이 수소 원자, 또는 알킬기, 또는 아릴기일 수 있지만, 각각이 수소 원자 또는 아릴기인 것이 바람직하고, 수소 원자인 것이 특히 바람직하다.

유기 전계발광 디바이스들은 증착 공정 또는 용액 코팅 공정을 이용하여 제작되므로, 증착 안정성 및 용해성의 측면에서 본 발명에서 식 (VI) 로 나타낸 화합물의 분자량은 바람직하게 2,000 이하, 더 바람직하게 1,200 이하, 특히 1,000 이하이다. 또한, 증착 안정성의 관점에서, 분자량은 바람직하게 250 이상, 더 바람직하게 350 이상, 특히 바람직하게 400 이상이다. 이것은, 화합물이 너무 낮은 분자량을 갖는 경우, 그 증기압이 낮아지고 기상으로부터 고상으로의 변화가 일어나지 않으므로, 화합물이 유기층을 형성하는 것이 곤란하기 때문이다.

식 (VI) 로 나타낸 화합물은 바람직하게 실온 (25℃) 에서 고상이고, 더 바람직하게 실온 ~ 40℃ 의 범위에서 고상이며, 특히 바람직하게 실온 ~ 6O℃ 의 범위에서 고상이다.

식 (VI) 로 나타냈지만, 실온에서 고상이 아닌 화합물을 사용하는 경우, 그 화합물을 다른 물질들과 조합함으로써 상온에서 고상을 형성하는 것이 가능하다.

식 (VI) 로 나타낸 화합물의 사용은 제한되지 않으며, 그 화합물은 유기층들 중 임의의 층에 포함될 수도 있다. 본 발명에서 식 (VI) 로 나타낸 화합물이 도입되는 층은 바람직하게 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 여기자 차단층 및 전하 차단층, 또는 이 층들 중 2층 이상의 조합으로부터 선택된 층이고, 더 바람직하게 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 전자 주입층, 또는 이 층들 중 2층 이상의 조합으로부터 선택된 층이고, 특히 바람직하게 발광층, 정공 주입층 및 정공 수송층, 또는 이 층들 중 2층 이상의 조합으로부터 선택된 층이며, 가장 바람직하게 발광층이다.

식 (VI) 로 나타낸 화합물이 유기층에 사용되는 경우, 그 함량은 전하 수송성을 억제하지 않을 정도로 제한될 필요가 있고, 따라서 0.1 질량% ~ 70 질량% 인 것이 바람직하고, 0.1 질량% ~ 30 질량% 인 것이 더 바람직하며, 0.1 질량% ~ 25 질량% 인 것이 특히 바람직하다.

식 (VI) 로 나타낸 화합물이 2층 이상의 유기층에 사용되는 경우, 각각의 유기층에서의 그 함량은 바람직하게 상기에서 특정된 범위 내이다.

유기층들 중 어느 한 층에, 식 (VI) 로 나타낸 화합물들 중에서 1종만이 포함될 수 있거나, 또는 식 (VI) 로 나타낸 화합물들 중에서 임의의 2종 이상이 임의의 비율로 조합되어 포함될 수도 있다.

탄화수소 화합물의 예들을 아래에 나타내지만, 본 발명이 이 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.

식 (VI) 로 나타낸 화합물은 아다만탄 또는 할로아다만탄을 할로알칸 또는 알킬마그네슘 할라이드 (그리냐르 시약) 과 적절히 조합함으로써 합성될 수 있다. 예를 들어, 인듐의 사용에 의해 할로아다만탄 및 할로알칸 사이에 커플링을 제공하는 것이 가능하다 (참조 문헌 1). 대안으로, 할로알칸을 알킬구리 시약으로 변환하고 또한 그 시약을 방향족 화합물의 그리냐르 시약에 커플링하는 것이 가능하다 (참조 문헌 2). 또한, 할로알칸의 커플링이 적절한 아릴붕산 및 팔라듐 촉매를 사용하여 수행될 수도 있다 (참조 문헌 3).

참조 문헌 1: Tetrahedron Lett. 39, 1998, 9557-9558

참조 문헌 2: Tetrahedron Lett. 39, 1998, 2095-2096

참조 문헌 3: J. Am. Chem. Soc. 124, 2002, 13662-13663

아릴기를 갖는 아다만탄 구조는, 아다만탄 또는 할로아다만탄을 상응하는 아렌 또는 할로아렌을 적절히 조합함으로써 합성될 수 있다.

또한, 정의된 치환기들이 이들 제조 방법들 중 소정의 합성 조건하에서 변화를 겪거나 또는 이들 방법들을 수행하기에 부적합한 경우이더라도, 의도된 화합물들은, 예를 들어, 관능기들을 보호 및 탈보호하기 위한 방법들을 채용함으로써 쉽게 제조될 수 있다 (T. W. Greene, Protective Groups in Organic Synthesis, John Wiley & Sons Inc. (1981)). 또한, 필요에 따라 적절하게, 치환기 도입 단계를 포함하는 반응 단계들의 순서를 변경하는 것이 또한 가능하다.

일반적으로 발광층의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게 1 nm ~ 500 nm, 더 바람직하게 5 nm ~ 200 nm, 더욱 바람직하게 10 nm ~ 100 nm 이다.

- 정공 주입층, 정공 수송층 -

정공 주입층 및 정공 수송층은 애노드 또는 애노드 측으로부터 정공들을 받고 그들을 캐소드 측으로 수송하는 기능을 갖는 층이다.

본 발명에서, 유기층은 바람직하게 전자 수용성 도펀트를 함유하는 정공 주입층 또는 정공 수송층을 포함한다.

- 전자 주입층, 전자 수송층 -

전자 주입층 및 전자 수송층은 캐소드 또는 캐소드 측으로부터 전자들을 받고 그들을 애노드 측으로 수송하는 기능을 갖는 층이다. 본 발명에서 전자 주입층 및 전자 수송층 중 적어도 하나는 식 (1) 로 나타낸 화합물을 함유한다. 전자 주입층 또는 전자 수송층에서 식 (1) 로 나타낸 화합물의 함량은 바람직하게 30% 이상 100% 이하, 보다 바람직하게 50% 이상 100% 이하, 보다 더 바람직하게 70% 이상 100% 이하이다.

본 발명에 따른 식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 배위자를 갖는 인광성 금속 착물을 함유하는 발광층을 식 (1) 로 나타낸 화합물을 함유하는 전자 수송층과 조합하여 사용함으로써, 식 (1) 로 나타낸 화합물이 갖는 최저 삼중항 여기 상태 에너지 (T₁ 에너지) 의 높은 레벨에 의해, 발광층에서 발생된 여기 에너지의 확산이 방지될 수 있고, 이는 발광 효율을 향상시킨다. 또한, 식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 배위자를 갖는 인광성 금속 착물을 함유하는 발광층은, 전자들이 소정의 에너지 레벨로부터 주입되는 경우 정공들 및 전자들 사이에 우수한 발란스를 갖는 것으로 추측된다. 따라서, 전자들이 주입되는 발광층에 인접하는 층의 전자들의 전도 준위가 캐리어 발란스를 제어하는데 중요하게 된다. 한편, 디바이스의 발광 스펙트럼은 캐리어 발란스에 크게 의존하는 경향이 있으며, 그 이유는 발광 위치에 의존하여 간섭에 의해 강화되는 발광 스펙트럼의 파장이 달라지기 때문이다. 따라서, 스펙트럼의 변화가 전자 수송층의 필름 두께의 변화에 따라 발생한다는 것이 알려져 있다. 전자들을 효과적으로 주입하기 위한 식 (1) 로 나타낸 화합물의 에너지 레벨이 본 발명의 발광층의 캐리어 발란스를 제어할 수 있는 레벨에 도달하는 것으로 추측된다. 그 결과, 전자 수송층의 필름 두께를 변화시키는 것에 의해서도 스펙트럼에서의 변화가 거의 일어나지 않는다.

일본 공개특허공보 No. 2008-270736 의 단락들 165 ~ 167 에서의 기재는 본 발명의 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입층, 및 정공 수송층에 적용될 수 있다.

- 정공 차단층 -

정공 차단층은 애노드 측에서 발광층으로 수송되는 정공들이 캐소드 측으로 통과되는 것을 차단하는 기능을 갖는 층이다. 본 발명에서, 정공 차단층은 캐소드 측에서 발광층에 인접하는 유기층으로 제공될 수 있다.

정공 차단층을 구성하는 유기 화합물의 예들은, 본 발명에 따라 식 (1) 로 나타낸 화합물 이외에, 알루미늄 착물들, 예컨대, 알루미늄(III) 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토) 4-페닐페놀레이트 (BAlq 로 약칭), 트리아졸 유도체, 및 페난트롤린 유도체, 예컨대, 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (BCP 로 약칭) 을 포함한다.

정공 차단층의 두께는 바람직하게 1 nm ~ 500 nm, 더 바람직하게 5 nm ~ 200 nm, 더욱 바람직하게 10 nm ~ 100 nm 이다.

정공 차단층은 상기 언급된 재료의 1종 또는 2종 이상으로 구성된 단일층 구조 또는 조성이 동일하거나 상이한 2층 이상으로 구성된 다중층 구조를 가질 수 있다.

- 전자 차단층 -

전자 차단층은 캐소드 측에서 발광층으로 수송되는 전자들이 애노드 측으로 통과되는 것을 방지하는 기능을 갖는 층이다. 본 발명에서, 전자 차단층은 애노드 측에서 발광층에 인접하는 유기층으로서 제공될 수 있다.

전자 차단층을 구성하는 화합물의 예로서, 예를 들어, 상술된 정공 수송 재료들이 적용될 수 있다.

전자 차단층의 두께는 바람직하게 1 nm ~ 500 nm, 보다 바람직하게 5 nm ~ 200 nm, 보다 더 바람직하게 10 nm ~ 100 nm 이다.

전자 차단층은 상기 재료들의 하나 이상으로 구성되는 단일층 구조를 가질 수 있거나 또는 동일한 조성 또는 상이한 조성을 갖는 2층 이상으로 구성된 다층 구조일 수 있다.

<보호층>

본 발명에서, 유기 EL 디바이스의 전체는 보호층으로 코팅될 수 있다.

보호층과 관련하여, JP-A-2008-270736, 단락 번호들 169 ~ 170 에 기재된 사항들이 본 발명에 적용가능하다.

<봉지 용기>

본 디바이스들은 봉지 인클로져의 사용을 통해서 그 전체가 봉지될 수 있다.

봉지 인클로져와 관련하여, JP-A-2008-270736 에 기재된 사항들이 본 발명에 적용가능하다.

(구동)

본 유기 전계발광 디바이스들 각각은 (필요에 따라 교류 성분을 포함할 수도 있는) 직류 전압 (보통 2 ~ 15 volts 의 범위) 또는 직류가 애노드 및 캐소드 사이에 인가되는 경우 발광을 생성할 수 있다.

본 유기 전계발광 디바이스들의 구동 방법에, JP-A-2-148687, JP-A-6-301355, JP-A-5-29080, JP-A-7-134558, JP-A-8-234685, JP-A-8-241047, 일본 특허 No. 2784615, US 특허 Nos. 5828429 및 6023308 에 개시된 구동 방법이 적용될 수 있다.

본 유기 전계발광 디바이스들은 여러가지 공지된 개선들을 이용함으로써 광 취출 효율을 높일 수 있다. 예를 들어, 기판의 표면 프로파일을 가공 (예를 들어, 기판 표면 상에 미세한 요철 (asperity) 의 패턴을 형성) 하거나, 또는 기판, ITO층 및 유기층의 굴절률을 제어하거나, 또는 기판, ITO층 및 유기층의 두께를 제어하는 것 등에 의해 광 취출 효율을 향상시키고 외부 양자 효율을 높이는 것이 가능하다.

본 발광 디바이스들은 애노드 측으로부터 발광을 취출하는 모드, 또는 소위 탑 루미너스 모드를 채용할 수 있다.

본 유기 EL 디바이스들은 공진기 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 각각의 디바이스는 투명한 기판 상에, 서로의 상부에 중첩되는, 상이한 굴절률을 갖는 복수의 적층막으로 형성된 다층 필름 미러, 투명 또는 반투명 전극, 발광층 및 금속 전극을 갖는다. 발광층에서 생성되는 광의 반사는 다층 필름 미러 및 반사판으로서 기능하는 금속 전극 사이에서 반복적으로 일어나며, 이로써 공진을 만든다.

다른 양태에서, 투명 또는 반투명 전극 및 금속 전극은 각각 투명 기판 상에서 반사판으로 기능하며, 발광층에서 생성되는 광의 반사는 반사판들 사이에서 반복적으로 일어나며, 이로써 공진을 만든다.

공진 구조를 형성하기 위해서, 2개의 반사판들의 유효 굴절률, 및 2개의 반사판들 사이에 끼워진 각 층들의 굴절률 및 두께로부터 결정되는 광학 거리가, 원하는 공진 파장을 획득하기 위한 최대값을 갖도록 조정된다. 제 1 양태의 경우에서의 계산식은 JP-A-9-180883 에 기재되어 있고, 제 2 양태의 경우에서의 계산식은 JP-A-2004-127795 에 기재되어 있다.

본 발명의 유기 전계발광 디바이스의 외부 양자 효율은 바람직하게 5% 이상, 보다 바람직하게 7% 이상이다. 외부 양자 효율로서, 디바이스가 20℃ 에서 구동될 때의 최대 외부 양자 효율 또는 디바이스가 20℃ 에서 구동될 때의 100 ~ 300 cd/㎡ 부근의 외부 양자 효율이 이용될 수 있다.

본 발명의 유기 전계발광 디바이스의 내부 양자 효율은 바람직하게 30% 이상, 보다 바람직하게 50% 이상, 보다 더 바람직하게 70% 이상이다. 디바이스의 내부 양자 효율은 외부 양자 효율을 광 취출 효율로 제산함으로써 결정된다. 통상의 유기 EL 디바이스의 광 취출 효율이 약 20% 이더라도, 광 취출 효율은 기판의 형상, 전극의 형상, 유기층의 두께, 무기층의 두께, 유기층의 굴절률, 무기층의 굴절률 등을 고안함으로써 20% 이상으로 증가될 수 있다.

본 발명의 유기 전계발광 디바이스는 최대 발광 파장 (발광 스펙트럼의 최대 강도 파장) 이 바람직하게 350 nm ~ 700 nm, 보다 바람직하게 350 nm ~ 600 nm, 보다 더 바람직하게 400 nm ~ 520 nm, 특히 바람직하게 400 nm ~ 465 nm 이다.

(본 발명의 발광 디바이스의 의도된 용도)

본 발광 디바이스들은 발광 장치, 픽셀, 표시 디바이스, 디스플레이, 백라이트, 전자사진 디바이스, 조명 광원, 기록 광원, 노광 광원, 판독 (readout) 광원, 표식, 간판, 인테리어 데코레이션 또는 광통신에 적합하게 이용될 수 있으며, 특히 바람직하게 조명 장치 및 표시 장치와 같은 고강도 발광의 영역에서 구동되는 디바이스들에 적합하게 이용될 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발광 장치를 설명한다.

본 발광 장치는 본 유기 전계발광 디바이스들 중 임의의 하나를 포함한다.

도 2는 본 발명의 발광 장치의 일례를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2의 발광 장치 (20) 는 투명 기판 (2) (지지 기판), 유기 전계발광 디바이스 (10), 봉지 인클로져 (16) 등을 포함한다.

유기 전계발광 디바이스 (10) 는 기판 (2) 상에 애노드 (3) (제 1 전극), 유기층 (11) 및 캐소드 (9) (제 2 전극) 를 언급된 순서대로 적층함으로써 형성된다. 또한, 보호층 (12) 이 캐소드 (9) 상에 중첩되고, 보호층 (12) 상에 봉지 인클로져 (16) 가 접착제층 (14) 을 개재하여 더 제공된다. 또한, 도 2에는 각 전극들 (3 및 9) 의 일부, 격벽 및 절연층이 생략되어 있다.

여기서, 에폭시 수지와 같은 광 경화성 접착제, 또는 열경화성 접착제가 접착제층 (14) 으로 사용될 수 있다. 대안으로, 열경화성 접착제 시트가 접착제층 (14) 으로 사용될 수도 있다.

본 발명의 발광 장치는 그 용도에 특별한 제한이 없으며, 구체적으로, 예를 들어, 조명 장치뿐만 아니라 텔레비젼 세트, 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화, 전자 페이퍼 등의 표시 장치로서도 이용될 수 있다.

(조명 장치)

다음, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시형태와 관련된 조명 장치를 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시형태와 관련된 조명 장치의 일례를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시형태와 관련된 조명 장치 (40) 에 유기 전계발광 디바이스 (10) 및 광 산란 부재 (30) 가 구비되어 있다. 보다 구체적으로, 조명 장치 (40) 는 유기 전계발광 디바이스 (10) 의 기판 (2) 이 광 산란 부재 (30) 에 접촉하게 되도록 구성된다.

광 산란 부재 (30) 는 광을 산란시킬 수 있는 한 특별한 제한이 없다. 도 3에서, 광 산란 부재 (30) 는 투명 기판 (31) 에 미립자들 (32) 을 분산시킴으로써 획득된 부재로서 도시된다. 투명 기판 (31) 의 바람직한 예는 유리 기판을 포함한다. 그리고 투명 수지의 미립자들이 미립자들 (32) 의 적합한 예로서 주어질 수 있다. 이러한 조명 장치 (40) 에서, 유기 전계발광 디바이스 (10) 로부터 방출된 광은 광 입사면 (30A) 에서 광 산란 부재 (30) 로 입사하고, 입사한 광은 광 산란 부재에 의해 산란되며, 산란된 광은 광 출사면 (3OB) 으로부터 조명용 광으로서 출사된다.

이하, 하기 실시예들을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 이 실시예들이 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.

예시 화합물 4 및 예시 화합물 43 는 WO 03/080760, WO 03/078541, WO 05/085387, 및 WO 05/022962 를 참조하여 합성되었다. 예를 들어, 예시 화합물 4 는 시작 원료로 m-브로모벤즈알데히드를 사용하면서, WO 05/085387 의 단락들 74 ~ 75 (45 페이지, 11 행부터 46 페이지, 18 행까지) 에 기재된 공정을 이용하여 합성될 수 있다. 예시 화합물 45 는 시작 원료로 3,5-디브로모벤즈알데히드를 사용하면서, WO 03/080760 의 46 페이지, 9행에서 46 페이지, 12 행까지에 기재된 공정을 이용하여 합성될 수 있다. 예시 화합물 77 은 시작 원료로 N-페닐카르바졸를 사용하면서, WO 05/022962 의 137 페이지, 10 행에서 139 페이지, 9행까지에 기재된 공정을 이용하여 합성될 수 있다.

XM-64 및 XM-63 은 예를 들어, US2007/0190359 및 US 2008/0297033 에 기재된 것과 같은 다양한 공정들을 이용함으로써 합성되었다.

보다 구체적으로, XM-64 는 시작 원료로 7-메틸이미다조페난트리딘를 사용하면서, US2007/0190359 의 단락들 132 ~ 134 에 기재된 공정을 이용함으로써 합성될 수 있는 한편, XM-63 은 US2008/0297033 의 단락들 281 ~ 287 에 기재된 공정을 이용함으로써 합성될 수 있다.

본 명세서에서 실시예들에 사용된 모든 유기 재료들은 승화에 의한 정제 이후 제공되었다.

[실시예 1]

인듐 주석 산화물 (ITO) 필름을 갖는 0.5-mm 두께 및 2.5-cm 스퀘어 유리 기판 (Geomatec Corp. 의 제품, 표면 저항: 10 Ω/□) 을 세정 용기에 배치하였다. 2-프로판올에서의 초음파 세정 이후, 30분 동안 기판을 UV-오존 처리하였다. 형성된 투명 애노드 (ITO 필름) 상에 하기의 유기층들을 증착에 의해 연속적으로 퇴적시켰다.

제 1 층: ITO/CuPc (구리 프탈로시아닌), 필름 두께: 10 nm

제 2 층: NPD (N,N'-디-

-나프틸-N,N'-디페닐)-벤지딘), 필름 두께: 30 nm

제 3 층: 도펀트 (10 질량%), 호스트 재료 (mCBP) (90 질량%), 필름 두께: 30 nm

제 4 층: 제 1 전자 수송 재료 (BAlq), 필름 두께: 40 nm

제 5 층: 제 2 전자 수송 재료 (Alq (트리스(8-히드록시퀴놀린)알루미늄 착물)), 필름 두께: 0 nm

이후, 제 5 층 상에 불화 리튬 및 금속 알루미늄을 각각 0.2 nm 및 70 nm 의 두께로 퇴적시켜 캐소드를 형성하였다.

형성된 라미네이트를 대기와 접촉시키지 않고 아르곤 가스로 퍼지된 글로브 박스에 배치한 다음, 스테인리스로 제작된 봉지 캔 및 자외선 경화성 접착제 ("XNR5516HV, Nagase Chiba 의 제품) 를 사용함으로써 봉지하여 본 발명의 디바이스 1 을 획득하였다.

[실시예들 2 ~ 33 및 비교예들 1 ~ 47]

실시예 1에서 사용된 구성 재료들을 하기의 표들 1 ~ 4 에 기재된 바와 같이 변화시키는 것을 제외하고, 실시예들 2 ~ 33 및 비교예들 1 ~ 47 의 디바이스들 각각을 실시예들 1에서 채용된 것과 유사한 방식으로 제작하였다. 이 표들에서, 필름 두께의 단위는 nm 이다.

(유기 전계발광 디바이스의 성능 평가)

이로써 획득된 디바이스들 각각의 성능을 평가하였다.

(a) 외부 양자 효율

각각의 디바이스는 TOYO Corporation 에 의해 제작된 Source Measure Unit 2400 에 의한 직류 전압의 인가를 통해 광을 방출하도록 제작되며, 광의 강도는 TOPCON CORPORATION 에 의해 제작된 휘도계 BM-8 로 측정된다. 그리고 발광 스펙트럼 및 발광 파장은 Hamamatsu Photonics K.K. 에 의해 제작된 스펙트럼 분석기 PMA-11 로 측정된다. 이들 데이터에 기초하여, 약 1,000 cd/㎡ 의 휘도에서의 외부 양자 효율이 휘도 변환법에 의해 계산된다.

비교예들의 디바이스들과 비교하여, 식 (1) 로 나타낸 화합물을 함유하는 전자 수송층 및 특정의 인광성 착물 재료들을 사용하는 발광층을 갖는 본 발명의 디바이스들이 외부 양자 효율이 우수하고 전자 수송층의 두께에 대한 의존성이 작다는 것이 표들 1 ~ 4 의 결과들로부터 발견되었다.

발광 장치들, 표시 장치들, 및 조명 장치들의 경우, 각각의 픽셀 부분은 높은 전류 밀도를 인가함으로써 순간적으로 고강도 광을 방출할 것이 요구된다. 본 발명의 전계발광 디바이스는 이러한 경우 높은 발광 효율을 갖도록 설계되어, 이롭게 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 디바이스는 차재 용도와 같은 고온 환경하에서 사용되는 경우에도 발광 효율 및 내구성 면에서 우수하기 때문에, 발광 장치들, 표시 장치들, 및 조명 장치들에 적합하다.

이하, 실시예들 및 비교예들에서 사용되는 화합물들의 구조를 나타낸다.

산업상 이용가능성

본 발명에 따라서, 발광 효율이 우수하고 전자 수송층의 두께에 대한 발광 효율의 의존성이 작은 유기 전계발광 디바이스, 및 이러한 유기 전계발광 디바이스를 갖는 발광 장치가 제공될 수 있다.

본 출원은 2009년 7월 31일에 출원된 일본 특허 출원 No. 2009-180225 및 2009년 9월 25일에 출원된 일본 특허 출원 No. 2009-221664 에 기초하며, 그 전체 내용은 참조로써 본 명세서에 포함되며, 상세히 기재되어 있는 것과 동일하다.

2… 기판
3… 애노드
4… 정공 주입층
5… 정공 수송층
6… 발광층
7… 정공 차단층
8… 전자 수송층
9… 캐소드
10… 유기 전계발광 디바이스 (유기 EL 디바이스)
11… 유기층
12… 보호층
14… 접착제층
16… 봉지 인클로져
20… 발광 장치
30… 광 산란 부재
30A… 광 입사면
30B… 광 출사면
32… 미립자들
40… 조명 장치

Claims

기판 상에, 한 쌍의 전극들 및 상기 전극들 사이에 발광층을 포함하는 적어도 1층의 유기층을 포함하는 유기 전계발광 디바이스로서,
상기 발광층은 분자량이 40 이상인 금속 및 하기 식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자를 함유하는 인광성 금속 착물을 포함하고,
상기 유기 전계발광 디바이스는 상기 발광층 및 캐소드 사이에 하기 식 (1) 로 나타낸 화합물을 함유하는 다른 유기층을 더 갖는, 유기 전계발광 디바이스.

식 중, E_1a ~ E_1q 각각은 독립적으로 탄소 원자 또는 헤테로 원자를 나타내고; R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타내며,

식 중, Cz 는 치환 또는 비치환된 아릴카르바졸릴기 또는 치환 또는 비치환된 카르바졸릴아릴기를 나타내고; L 은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타내고; A 는 치환 또는 비치환된 함질소 헤테로방향족 6-원 고리로부터 유도된 기를 나타내며; 그리고 p 및 q 각각은 독립적으로 1 ~ 6 의 정수를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 식 (1) 로 나타낸 화합물은 하기 식 (2) 로 나타낸 화합물인, 유기 전계발광 디바이스.

식 중, Cz 는 치환 또는 비치환된 아릴카르바졸릴기 또는 치환 또는 비치환된 카르바졸릴아릴기를 나타내고; L 은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타내며, 그리고 L 은 Ar₁, Ar₂, X₁, X₂ 또는 X₃ 의 탄소 원자에 연결되고; Ar₁ 및 Ar₂ 각각은 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타내고; X₁, X₂ 및 X₃ 각각은 독립적으로 질소 원자 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소 원자를 나타내며; 그리고 p 및 q 각각은 독립적으로 1 ~ 6 의 정수를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 식 (1) 로 나타낸 화합물은 하기 식 (3) 으로 나타낸 화합물인, 유기 전계발광 디바이스.

식 중, X₄ 및 X₅ 각각은 독립적으로 질소 원자 또는 치환기를 가질 수도 있는 탄소 원자를 나타내고, 단 X₄ 또는 X₅ 중 하나는 질소 원자를 나타내고 다른 하나는 치환기를 가질 수도 있는 탄소 원자를 나타내며; L' 는 단일 결합, 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 시클로알킬렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 고리로부터 유도된 기를 나타내고; R¹ ~ R⁵ 각각은 독립적으로 치환기를 나타내고; n1 ~ n5 각각은 독립적으로 0 ~ 5 의 정수를 나타내며; 그리고 p' 및 q' 각각은 독립적으로 1 ~ 4 의 정수를 나타낸다.
제 1 항에 있어서,
상기 인광성 금속 착물은 분자량이 40 이상인 금속 및 하기 식 (A1-1) 또는 (A2-1) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자를 포함하는, 유기 전계발광 디바이스.

식 중, E_1a ~ E_1q 각각은 독립적으로 탄소 원자 또는 헤테로 원자를 나타내며; 그리고 R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.
제 4 항에 있어서,
상기 인광성 금속 착물은 분자량이 40 이상인 금속 및 하기 식 (A1-2) 또는 (A2-2) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자를 포함하는, 유기 전계발광 디바이스.

식 중, E_1a ~ E_1q 각각은 독립적으로 탄소 원자 또는 헤테로 원자를 나타내며; 그리고 R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.
제 5 항에 있어서,
상기 인광성 금속 착물은 분자량이 40 이상인 금속 및 하기 식 (A1-3) 또는 (A2-3) 으로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자를 포함하는, 유기 전계발광 디바이스.

식 중, E_1a ~ E_1q 각각은 독립적으로 탄소 원자 또는 헤테로 원자를 나타내며; 그리고 R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타낸다.
제 6 항에 있어서,
상기 인광성 금속 착물은 하기 식 (A9) 로 나타낸 이리듐 착물인, 유기 전계발광 디바이스.

식 중, R_1a ~ R_1i 각각은 독립적으로 수소 원자 또는 치환기를 나타내고; X-Y 는 모노아니온성 두자리 배위자를 나타내며; 그리고 n 은 1 ~ 3 의 정수를 나타낸다.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 식 (1) 로 나타낸 화합물은 탄소 원자, 수소 원자, 및 질소 원자로만 구성되는, 유기 전계발광 디바이스.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 식 (1) 로 나타낸 화합물의 분자량은 450 이상 800 이하인, 유기 전계발광 디바이스.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 식 (1) 로 나타낸 화합물은 필름 상태에서 최저 삼중항 여기 상태 T₁ 에너지가 2.61 eV 이상 3.51 eV 이하인, 유기 전계발광 디바이스.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 식 (1) 로 나타낸 화합물은 상기 발광층에 인접하는 층에 함유되는, 유기 전계발광 디바이스.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
최대 발광 파장이 400 nm 이상 465 nm 이하인, 유기 전계발광 디바이스.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발광층 내의 발광 재료의 함량은 10 질량% 이상 30 질량% 이하인, 유기 전계발광 디바이스.
식들 (A1) ~ (A4) 로 나타낸 모노아니온성 두자리 배위자 및 분자량이 40 이상인 금속을 함유하는 인광성 금속 착물을 함유하는 박막, 및 식 (1) 로 나타낸 화합물을 함유하는 박막을 적층함으로써 획득된, 적층막.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 디바이스를 사용하는, 발광 장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 디바이스를 사용하는, 표시 장치.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계발광 디바이스를 사용하는, 조명 장치.