KR20120113655A - 피렌 유도체를 이용한 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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KR20120113655A
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마사히로 가와무라
유이찌로 가와무라
유미꼬 미즈끼
히로유끼 사이또
히로까쯔 이또
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이데미쓰 고산 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 한쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 하나 이상의 유기 화합물층을 협지하는 유기 전계 발광 소자로서, 상기 발광층이 하기 화학식 (1)로 표시되는 피렌 유도체를 포함하고, 상기 피렌 유도체의 발광층 중의 함유량이 50 내지 100 중량％인 유기 전계 발광 소자를 제공한다.

Description

피렌 유도체를 이용한 유기 전계 발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT USING PYRENE DERIVATIVE}
본 발명은 피렌 유도체를 이용한 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 높은 청색 순도를 갖고, 수명이 긴 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
유기 전계 발광(EL) 소자는 고체 발광형의 염가인 대면적 풀컬러 표시 소자로서의 용도가 유망시되어 많은 개발이 이루어지고 있다. 일반적으로 유기 EL 소자는 발광층 및 상기 층을 사이에 둔 한쌍의 대향 전극으로 구성되어 있다. 양 전극 사이에 전계가 인가되면, 음극측에서 전자가 주입되고, 양극측에서 정공이 주입된다. 또한, 이 전자가 발광층에서 정공과 재결합하여 여기 상태를 생성하고, 여기 상태가 기저 상태로 되돌아갈 때 에너지를 빛으로서 방출한다.
종래의 유기 EL 소자는 무기 발광 다이오드에 비해 구동 전압이 높고, 발광 휘도나 발광 효율도 낮았다. 또한, 특성 열화도 현저하여 실용화에는 이르고 있지 않았다. 최근의 유기 EL 소자는 서서히 개량되고 있지만, 한층 더 수명의 장기화, 발광 효율의 향상 등이 요구되고 있다.
유기 EL용 발광 재료의 개량에 의해 유기 EL 소자의 성능은 서서히 개선되어왔다. 유기 EL 소자의 발광 효율의 향상 및 장기 수명화는 디스플레이 소비 전력의 저하, 내구성의 향상으로 연결되는 중요한 과제이다. 지금까지 각종 검토에 의해 개선되어 왔지만, 한층 더 개량이 요구되고 있다.
발광층의 발광 재료로서, 각 색(예를 들면, 적색, 녹색 및 청색)으로 발광하는 재료가 개발되었다. 예를 들면, 피렌 유도체가 청색 발광 재료로서 특허문헌 1 내지 특허문헌 8에 개시되어 있다.
그러나 특허문헌 1 내지 특허문헌 8에 개시되어 있는 피렌 유도체는 청색 순도 및 수명의 점에서 충분하지 않다는 문제가 있었다.
일본 특허 공개 제2002-63988호 공보 일본 특허 공개 제2001-118682호 공보 일본 특허 공개 제2003-234190호 공보 일본 특허 공개 제2004-75567호 공보 일본 특허 공개 제2004-43349호 공보 일본 특허 공개 제2005-126431호 공보 국제 공개 제05/115950호 공보 국제 공개 제06/057325호 공보
본 발명은 높은 청색 순도를 갖고, 또한 수명이 긴 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 이하의 유기 EL 소자가 제공된다.
1. 한쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 하나 이상의 유기 화합물층을 협지하는 유기 전계 발광 소자로서,
상기 발광층이 하기 화학식 (1)로 표시되는 피렌 유도체를 포함하고, 상기 피렌 유도체의 발광층 중의 함유량이 50 내지 100 중량％인 유기 전계 발광 소자.
Figure pct00001
(식 중, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
X1 내지 X8은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기이고, X1 내지 X8 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
단, Ar1 또는 Ar2와, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기인 X1 내지 X8은 상이하다. )
2. X1 내지 X8 중 어느 하나가 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, 나머지 X1 내지 X8의 모두가 수소 원자인 1에 기재된 유기 전계 발광 소자.
3. X2가 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, X1 및 X3 내지 X8이 수소 원자인 1 또는 2에 기재된 유기 전계 발광 소자.
4. Ar1 및 Ar2가 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기인 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.
5. 상기 치환 또는 비치환된 페닐기가 하기 화학식 (2)로 표시되는 치환기인 4에 기재된 유기 전계 발광 소자.
Figure pct00002
(식 중, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 치환기이고,
R1 내지 R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기임)
6. 상기 화학식 (2)로 표시되는 치환기가 치환 또는 비치환된 2-비페닐기인 5에 기재된 유기 전계 발광 소자.
7. Ar1 및 Ar2가 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 1-나프틸기인 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재한 유기 전계 발광 소자.
8. Ar1 및 Ar2가 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페난트릴기인 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.
9. 상기 발광층이 도펀트를 더 함유하는 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재한 유기 전계 발광 소자.
10. 상기 도펀트가 방향족 탄화수소 유도체인 9에 기재된 유기 전계 발광 소자.
11. 상기 도펀트가 아민계 화합물인 9에 기재된 유기 전계 발광 소자.
본 발명에 따르면 높은 청색 순도를 갖고, 또한 수명이 긴 유기 EL 소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 한쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 하나 이상의 유기 화합물층을 협지하는 유기 EL 소자로서, 발광층이 하기 화학식 (1)로 표시되는 피렌 유도체를 포함하고, 해당 피렌 유도체의 발광층 중의 함유량이 50 내지 100 중량％이다.
Figure pct00003
식 중, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
X1 내지 X8은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기이고, X1 내지 X8 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
단, Ar1 또는 Ar2와, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기인 X1 내지 X8은 상이하다. 2개의 기가 동일한 구조라도 상이한 위치에서 피렌 골격에 결합할 때, 2개의 기는 상이한 것으로 한다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 화학식 (1)로 표시되는 피렌 유도체(이하, 단순히 본 발명의 피렌 유도체라고 하는 경우가 있음)를 호스트 재료로서 포함한다. 본 발명의 피렌 유도체를 호스트 재료로 포함함으로써, 본 발명의 유기 EL 소자는 수명이 길고, 또한 단파장의 청색 발광이 가능해진다.
본 발명의 피렌 유도체는 바람직하게는 X1 내지 X8 중 어느 하나가 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, 나머지 X1 내지 X8의 모두가 수소 원자이고, 보다 바람직하게는 X2가 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, X1 및 X3 내지 X8이 수소 원자이다. 또한, X2, Ar1 및 Ar2가 동시에 같은 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기가 되지 않는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 피렌 유도체는 바람직하게는 Ar1 및 Ar2가 동일하다.
본 발명의 피렌 유도체는, 바람직하게는 Ar1 및 Ar2가 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
상기 치환 또는 비치환된 페닐기는 바람직하게는 하기 화학식 (2)로 표시되는 치환기이고, 보다 바람직하게는 치환 또는 비치환된 2-비페닐기이다.
Figure pct00004
식 중, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 치환기이고,
R1 내지 R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
본 발명의 피렌 유도체는, 바람직하게는 Ar1 및 Ar2가 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 2-비페닐기, 치환 또는 비치환된 1-나프틸기, 또는 치환 또는 비치환된 페난트릴기이다.
Ar1 및 Ar2가 각각 치환 또는 비치환된 2-비페닐기, 치환 또는 비치환된 1-나프틸기, 또는 치환 또는 비치환된 페난트릴기이면, 입체 장해가 커지기 때문에 호스트끼리의 회합이나 호스트-도펀트 사이의 상호 작용이 작아져, 유기 EL 소자의 색도의 향상에 기여한다. Ar1 및 Ar2가 치환 또는 비치환된 1-페난트릴기, 치환 또는 비치환된 4-페난트릴기 또는 치환 또는 비치환된 9-페난트릴기인 것이 더욱 바람직하다.
발광층에 있어서, 호스트 분자끼리의 회합체가 형성되면, 색도의 변화가 발생한다.
피렌 재료는 높은 평면성을 갖는 분자이고 회합체를 형성하기 쉬운 경향이 있지만, 이 피렌 골격에 대하여, 상기한 바와 같이 입체 장해를 크게 하고, 평면성을 감소시키는 효과를 갖는 치환기를 도입함으로써 회합체의 형성을 억제하여, 색도를 향상할 수 있다. 또 호스트 분자의 평면성을 감소시킴으로써, 호스트와 도펀트의 사이의 상호 작용도 감소하여 색도의 향상에 기여한다.
이하, 본 발명의 피렌 유도체의 각 치환기에 대하여 설명한다.
또한, 본 발명에서 「환 형성 탄소」란 포화환, 불포화환 또는 방향환을 구성하는 탄소 원자를 의미한다. 또한, 본 발명에서 「아릴기」는 「방향족 화합물로부터 수소 원자를 제외함으로써 유도되는 기」를 의미하여, 1가의 아릴기뿐만 아니라, 2가인 「아릴렌기」 등도 포함한다.
또한, 본 발명의 화합물의 수소 원자에는 경수소, 중수소가 포함된다.
Ar1, Ar2 및 X1 내지 X8의 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기로서는, 예를 들면 치환 또는 비치환된 페닐기, 나프틸기, 페난트릴기, 비페닐기, 터페닐기, 안트릴기, 크리세닐기, 벤조페난트릴기, 벤즈안트릴기, 벤조크리세닐기, 플루오레닐기, 9,9-디메틸플루오레닐기, 플루오란테닐기, 나프타세닐기, 트리페닐레닐기 등을 들 수 있다. 그 중에서도 치환 또는 비치환된 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 1-페난트릴기, 4-페난트릴기, 9-페난트릴기, 2-비페닐기, 3-비페닐기, 4-비페닐기, 터페닐기, 9-안트릴기, 2-플루오레닐기, 9,9-디메틸플루오렌-2-일기, 3-플루오란테닐기, 6-크리세닐기, 4-벤즈[a]안트릴기, 7-벤즈[a]안트릴기 등이 바람직하다. 상기 아릴기의 환 형성 탄소수는 6 내지 23이 바람직하고, 6 내지 20이 보다 바람직하고, 6 내지 10이 가장 바람직하다.
X1 내지 X8의 치환 또는 비치환된 알킬기로서는, 치환 또는 비치환된 에틸기, 메틸기, i-프로필기, n-프로필기, s-부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기 등을 들 수 있다. 그 중에서도 치환 또는 비치환된 메틸기, i-프로필기, t-부틸기 등이 바람직하다. 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이 바람직하고, 1 내지 6이 더욱 바람직하다.
X1 내지 X8의 치환 또는 비치환된 시클로알킬기로서는, 치환 또는 비치환된 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 1-노르보르닐기, 2-노르보르닐기 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 치환 또는 비치환된 시클로펜틸기, 시클로헥실기이다. 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 10이 바람직하고, 5 내지 8이 더욱 바람직하다.
Ar1, Ar2 및 X1 내지 X8의 각 치환기가 추가로 갖는 치환기 및 R1 내지 R5의 치환기로서는, 예를 들면 알킬기, 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 시아노기 등을 들 수 있다.
또한, 「각 치환기가 추가로 갖는 치환기」란, 예를 들면 「치환 또는 비치환된 아릴기」가 치환 아릴기인 경우의 아릴기가 갖는 치환기를 가리킨다.
상기 알킬기, 시클로알킬기 및 아릴기의 구체예는 전술한 바와 같다.
상기 치환실릴기로서는, 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 트리이소프로필실릴기 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기이다.
이하에 본 발명의 피렌 유도체의 구체예를 나타낸다.
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서 발광층은,
(i) 주입 기능 : 전계 인가시에 양극 또는 정공 주입층으로부터 정공을 주입할 수 있고, 음극 또는 전자 주입층으로부터 전자를 주입할 수 있는 기능
(ii) 수송 기능 : 주입한 전하(전자와 정공)를 전계의 힘으로 이동시키는 기능
(iii) 발광 기능 : 전자와 정공의 재결합의 장소를 제공하고, 이것을 발광으로 연결하는 기능을 갖는다.
이 발광층을 형성시키는 방법으로서는, 예를 들면 증착법, 스핀 코팅법, LB 법 등의 공지된 방법을 적용할 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 막인 것이고, 통상 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 소57-51781호 공보에 개시된 바와 같이, 수지 등의 결착제와 재료 화합물을 용제에 녹여 용액으로 한 후, 이것을 스핀 코팅법 등에 의해 박막화함으로써도 발광층을 형성할 수 있다.
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서 발광층은, 바람직하게는 본 발명의 피렌 유도체 외에, 또한 도펀트(인광성 도펀트 및/또는 형광성 도펀트)를 포함한다. 또한, 본 발명의 피렌 유도체를 포함하는 발광층에, 이들 도펀트를 포함하는 발광층을 적층할 수도 있다.
인광성 도펀트는 삼중항 여기자로부터 발광할 수 있는 화합물이다. 삼중항 여기자로부터 발광하면 특별히 한정되지 않지만, Ir, Ru, Pd, Pt, Os 및 Re로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 금속 착체인 것이 바람직하고, 포르피린 금속 착체 또는 오르토메탈화 금속 착체가 바람직하다. 인광성 화합물은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
포르피린 금속 착체로서는, 포르피린 백금 착체가 바람직하다.
오르토메탈화 금속 착체를 형성하는 배위자로서는 여러 가지가 있지만, 바람직한 배위자로서는, 페닐피리딘 골격, 비피리딜 골격 또는 페난트롤린 골격을 갖는 화합물, 또는 2-페닐피리딘 유도체, 7,8-벤조퀴놀린 유도체, 2-(2-티에닐)피리딘 유도체, 2-(1-나프틸)피리딘 유도체, 2-페닐퀴놀린 유도체 등을 들 수 있다. 이들의 배위자는 필요에 따라서 치환기를 가질 수도 있다. 특히, 불소화물, 트리플루오로메틸기를 도입한 것이, 청색계 도펀트로서는 바람직하다. 또한 보조 배위자로서 아세틸아세토네이토, 피크르산 등의 상기 배위자 이외의 배위자를 가질 수도 있다.
이러한 금속 착체의 구체예는, 트리스(2-페닐피리딘)이리듐, 트리스(2-페닐피리딘)루테늄, 트리스(2-페닐피리딘)팔라듐, 비스(2-페닐피리딘)백금, 트리스(2-페닐피리딘)오스뮴, 트리스(2-페닐피리딘)레늄, 옥타에틸백금 포르피린, 옥타페닐백금 포르피린, 옥타에틸팔라듐 포르피린, 옥타페닐팔라듐 포르피린 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않고, 요구되는 발광색, 소자 성능, 사용하는 호스트 화합물에 의해 적절한 착체가 선택된다.
인광성 도펀트의 발광층에 있어서의 함유량으로는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있지만, 예를 들면 0.1 내지 50 중량％이고, 1 내지 30 중량％가 바람직하다. 인광성 화합물의 함유량이 0.1 중량％ 미만이면 발광이 미약하여 그 함유 효과가 충분히 발휘되지 않을 우려가 있고, 50 중량％를 초과하는 경우에는 농도 소광이라 불리는 현상이 현저해져서 소자 성능이 저하될 우려가 있다.
형광성 도펀트로서는 아민계 화합물, 방향족 화합물, 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄 착체 등의 킬레이트 착체, 쿠마린 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 비스스티릴아릴렌 유도체, 옥사디아졸 유도체 등으로부터, 요구되는 발광색에 맞추어서 선택되는 화합물인 것이 바람직하고, 그 중에서도 아민계 화합물, 방향족 화합물을 이용하는 것이 바람직하다.
아민계 화합물이란, 분자 내에 아미노기를 함유하는 방향족 아민 유도체이고, 축합 다환 아민 유도체, 스티릴 아민 유도체 등을 들 수 있다.
방향족 화합물이란, 아미노기를 갖지 않는 방향족 탄화수소 유도체이고, 구체적으로는 안트라센 유도체, 플루오렌 유도체, 피렌 유도체, 플루오란텐 유도체, 벤조플루오란텐 유도체, 페릴렌 유도체 등을 들 수 있다.
방향족 아민 유도체 및 방향족 탄화수소 유도체는 하기 화학식 (10)으로 표시되는 화합물이 바람직하다.
Figure pct00016
식 중, Ar11은 치환 또는 비치환된 안트라센 함유기, 치환 또는 비치환된 피렌 함유기, 치환 또는 비치환된 크리센 함유기, 치환 또는 비치환된 벤조플루오란텐 함유기, 또는 치환 또는 비치환된 스티릴 함유기를 나타낸다.
Ar12 및 Ar13은, 각각 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 30의 복소환기를 나타낸다.
p, q는 0 또는 1의 정수이고, s는 1 내지 6의 정수를 나타낸다. p=1의 경우 q=1이다.
상기 안트라센 함유기로서는 분자 내에 안트라센 골격을 갖는 기이다.
상기 피렌 함유기는 분자 내에 피렌 골격을 갖는 기이다.
상기 크리센 함유기는 분자 내에 크리센 골격을 갖는 기이다.
상기 벤조플루오란텐 함유기는 분자 내에 벤조플루오란텐 골격을 갖는 기이다.
상기 스티릴 함유기는 분자 내에 스티릴 골격 유도체를 갖는 기이다.
본 발명에서 화학식 (10)의 화합물은, 바람직하게는 하기 화학식 (11) 내지 (14)로 표시된다.
Figure pct00017
식 중, R21 내지 R28, R31 내지 R40, R51 내지 R59는 각각 수소 원자, 불소 원자, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 3 내지 10의 시클로 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 알킬 실릴기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 8 내지 30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 30의 복소환기를 나타낸다.
Ar21 내지 Ar24, Ar31 내지 Ar34, Ar41 내지 Ar46, Ar51 내지 Ar53은, 각각 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 30의 복소환기를 나타낸다.
또한, Ar41 및 Ar42의 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 환 형성 원자수 5 내지 30의 복소환기는, 각각 대응하는 2가의 잔기이다.
상기 화학식 (10) 내지 (14)의 각 치환기가 추가로 갖는 치환기로서는, 예를 들면 알킬기, 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 시아노기 등을 들 수 있다.
또한, 「각 치환기가 추가로 갖는 치환기」란, 예를 들면 「치환 또는 비치환된 아릴기」가 치환 아릴기인 경우, 아릴기가 갖는 치환기를 가리킨다.
이하에 화학식 (11) 내지 화학식 (14)의 각 기 및 치환기의 구체예를 든다.
알킬기로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기 등을 들 수 있다.
상기 탄소수는 1 내지 10이 바람직하고, 1 내지 8이 보다 바람직하며, 1 내지 6이 더욱 바람직하다. 그 중에서도 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, n-헥실기가 바람직하다.
시클로알킬기는 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 1-노르보르닐기, 2-노르보르닐기 등을 들 수 있다. 환 형성 탄소수는 3 내지 10이 바람직하고, 3 내지 8이 보다 바람직하고, 3 내지 6이 더욱 바람직하다.
알킬실릴기는 -SiY3으로 나타나며, Y의 예로서 상기 알킬의 예를 들 수 있고, 예를 들면 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기 등을 들 수 있다.
아릴실릴기는 -SiZ3으로 나타나며, Z의 예로서 상기 아릴의 예를 들 수 있고, 예를 들면 트리페닐실릴기, 페닐디메틸실릴기, t-부틸디페닐실릴기, 트리톨릴실릴기, 트리크실릴실릴기 등을 들 수 있다.
알콕시기는 -OY로 나타나며, Y의 예로서 상기 알킬 또는 아릴의 예를 들 수 있고, 예를 들면 메톡시기, 에톡시기, 부톡시기 등을 들 수 있다.
아릴옥시기는 -OZ로 나타나며, Z의 예로서 상기 아릴의 예를 들 수 있고, 예를 들면 페녹시기 등을 들 수 있다.
아릴기로서는, 예를 들면 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 나프타세닐기, 피레닐기, 크리세닐기, 벤조[c]페난트릴기, 벤조[g]크리세닐기, 트리페닐레닐기, 플루오레닐기, 9,9-디메틸플루오레닐기, 벤조플루오레닐기, 디벤조플루오레닐기, 비페닐일기, 터페닐릴기 등을 들 수 있다.
상기 아릴기의 환 형성 탄소수는 6 내지 20이 바람직하고, 6 내지 14가 보다 바람직하며, 6 내지 10이 더욱 바람직하다. 바람직하게는 페닐기, 나프틸기이다.
복소환기로서는, 예를 들면 피롤릴기, 피라지닐기, 피리디닐기, 인돌릴기, 이소인돌릴기, 푸릴기, 벤조푸라닐기, 이소벤조푸라닐기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티오페닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 퀴녹살리닐기, 카르바졸릴기, 페난트리디닐기, 아크리디닐기, 페난트롤닐기, 페나지닐기, 페노티아지닐기, 페녹사지닐기, 옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 푸라자닐기, 티에닐기, 2-메틸피롤릴기, 3-메틸피롤릴기, 2-t-부틸피롤릴기, 3-(2-페닐프로필)피롤릴기 등을 들 수 있다.
상기 복소환기의 환 형성 원자수는 5 내지 20이 바람직하고, 5 내지 14가 더욱 바람직하다. 바람직하게는 디벤조푸라닐기, 디벤조티오페닐기, 카르바졸릴기이다.
본 발명의 피렌 유도체는 발광층 외, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 전자 수송층에 이용하는 것도 가능하다.
본 발명에서 유기 화합물층(유기 박막층)이 복수층형인 유기 EL 소자로서는, (양극/정공 주입층/발광층/음극), (양극/발광층/전자 주입층/음극), (양극/정공 주입층/발광층/전자 주입층/음극), (양극/정공 주입층/정공 수송층/발광층/전자 주입층/음극) 등의 구성으로 적층한 것을 들 수 있다.
유기 EL 소자는 상기 유기 박막층을 복수층 구조로 함으로써, 켄칭(Quenching)에 의한 휘도나 수명의 저하를 막을 수 있다. 필요하다면 발광 재료, 도핑 재료, 정공 주입 재료나 전자 주입 재료을 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 도핑 재료에 의해 발광 휘도나 발광 효율이 향상되는 경우가 있다. 또한, 정공 주입층, 발광층, 전자 주입층은 각각 2층 이상의 층 구성에 의해 형성될 수도 있다. 그 때 정공 주입층의 경우, 전극으로부터 정공을 주입하는 층을 정공 주입층, 정공 주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층을 정공 수송층이라고 부른다. 마찬가지로 전자 주입층의 경우, 전극으로부터 전자를 주입하는 층을 전자 주입층, 전자 주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 층을 전자 수송층이라고 부른다. 이들 각 층은 재료의 에너지 준위, 내열성, 유기층 또는 금속 전극과의 밀착성 등의 각 요인에 의해 선택되어 사용된다.
본 발명의 피렌 유도체와 함께 발광층에 사용할 수 있는 재료로서는, 예를 들면 나프탈렌, 페난트렌, 루브렌, 안트라센, 테트라센, 피렌, 페릴렌, 크리센, 데카시클렌, 코로넨, 테트라페닐시클로펜타디엔, 펜타페닐시클로펜타디엔, 플루오렌, 스피로플루오렌 등의 축합 다환 방향족 화합물 및 이들의 유도체, 트리스(8-퀴놀리놀레이트)알루미늄 등의 유기 금속 착체, 트리아릴아민 유도체, 스티릴아민 유도체, 스틸벤 유도체, 쿠마린 유도체, 피란 유도체, 옥사존 유도체, 벤조티아졸 유도체, 벤조옥사졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 피라진 유도체, 신남산 에스테르 유도체, 디케토피롤로피롤 유도체, 아크리돈 유도체, 퀴나크리돈 유도체 등을 들 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
정공 주입 재료로서는 정공을 수송하는 능력을 갖고, 양극으로부터의 정공 주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 또한 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 프탈로시아닌 유도체, 나프탈로시아닌 유도체, 포르피린 유도체, 벤지딘형 트리페닐아민, 디아민형 트리페닐아민, 헥사시아노헥사아자트리페닐렌 등과, 이들의 유도체 및 폴리비닐카르바졸, 폴리실란, 도전성 고분자 등의 고분자 재료를 들 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서 사용할 수 있는 정공 주입 재료 중에서, 더욱 효과적인 정공 주입 재료는 프탈로시아닌 유도체이다.
프탈로시아닌(Pc) 유도체로서는, 예를 들면 H2Pc, CuPc, CoPc, NiPc, ZnPc, PdPc, FePc, MnPc, ClAlPc, ClGaPc, ClInPc, ClSnPc, Cl2SiPc, (HO)AlPc, (HO)GaPc, VOPc, TiOPc, MoOPc, GaPc-O-GaPc 등의 프탈로시아닌 유도체 및 나프탈로시아닌 유도체가 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 정공 주입 재료에 TCNQ 유도체 등의 전자 수용 물질을 첨가함으로써 캐리어를 증감시키는 것도 가능하다.
본 발명의 유기 EL 소자에서 사용할 수 있는 바람직한 정공 수송 재료는 방향족 삼급 아민 유도체이다.
방향족 삼급 아민 유도체로서는, 예를 들면 N,N'-디페닐-N,N'-디나프틸-1, 1'-비페닐-4,4'-디아민, N,N,N',N'-테트라비페닐-1,1'-비페닐-4,4'-디아민 등 또는 이들 방향족 삼급 아민 골격을 가진 올리고머 또는 중합체인데, 이것에 한정되는 것은 아니다.
전자 주입 재료로서는 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자 주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자 주입 효과를 갖고, 또한 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다.
본 발명의 유기 EL 소자에 있어서, 또한 효과적인 전자 주입 재료는 금속 착체 화합물 및 질소 함유 복소환 유도체이다.
상기 금속 착체 화합물로서는, 예를 들면 8-히드록시퀴놀리네이트리튬, 비스(8-히드록시퀴놀리네이트)아연, 트리스(8-히드록시퀴놀리네이트)알루미늄, 트리스(8-히드록시퀴놀리네이트)갈륨, 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리네이트)베릴륨, 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리네이트)아연 등을 들 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
상기 질소 함유 복소환 유도체로서는, 예를 들면 옥사졸, 티아졸, 옥사디아졸, 티아디아졸, 트리아졸, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 페난트롤린, 벤즈이미다졸, 이미다조피리딘 등이 바람직하고, 그 중에서도 벤즈이미다졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 이미다조피리딘 유도체가 바람직하다.
바람직한 형태로서, 이들 전자 주입 재료에 추가로 도펀트를 함유하여, 음극으로부터의 전자의 수취를 쉽게 하기 위해서, 보다 바람직하게는 제2 유기층의 음극계면 근방에 알칼리 금속으로 대표되는 도펀트를 도핑한다.
도펀트로서는, 도너성 금속, 도너성 금속 화합물 및 도너성 금속 착체를 들 수 있고, 이들 환원성 도펀트는 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.
본 발명의 유기 EL 소자에서는, 발광층 중에 화학식 (1)로 표시되는 피렌 유도체로부터 선택되는 적어도 1종 외에, 발광 재료, 도핑 재료, 정공 주입 재료, 정공 수송 재료 및 전자 주입 재료 중 적어도 1종이 동일층에 함유될 수도 있다. 또한, 본 발명에 의해 얻어진 유기 EL 소자의 온도, 습도, 분위기 등에 관한 안정성 향상을 위해 소자의 표면에 보호층을 설치하거나, 실리콘 오일, 수지 등에 의해 소자 전체를 보호하는 것도 가능하다.
본 발명의 유기 EL 소자의 양극에 사용되는 도전성 재료로서는, 4eV 보다 큰 일함수를 갖는 것이 적합하고, 탄소, 알루미늄, 바나듐, 철, 코발트, 니켈, 텅스텐, 은, 금, 백금, 팔라듐 등 및 이들의 합금, ITO 기판, NESA 기판에 사용되는 산화주석, 산화인듐 등의 산화 금속, 또한 폴리티오펜이나 폴리피롤 등의 유기 도전성 수지가 이용된다. 음극에 사용되는 도전성 물질로서는 4eV 보다 작은 일함수를 갖는 것이 적합하고, 마그네슘, 칼슘, 주석, 납, 티타늄, 이트륨, 리튬, 루테늄, 망간, 알루미늄, 불화리튬 등 및 이들의 합금이 이용되지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 합금으로서는 마그네슘/은, 마그네슘/인듐, 리튬/알루미늄 등을 대표예로서 들 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 합금의 비율은 증착원의 온도, 분위기, 진공도 등에 의해 제어되고, 적절한 비율로 선택된다. 양극 및 음극은 필요하다면 2층 이상의 층 구성으로 형성되어 있을 수도 있다.
본 발명의 유기 EL 소자로서는, 효율 좋게 발광시키기 위해서 적어도 한쪽 면은 소자의 발광 파장 영역에서 충분하게 투명으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 기판도 투명한 것이 바람직하다. 투명 전극은 상기한 도전성 재료를 사용하여 증착이나 스퍼터링 등의 방법으로 소정의 투광성이 확보되도록 설정한다. 발광면의 전극은 광투과율을 10％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 기판은 기계적, 열적 강도를 갖고, 투명성을 갖는 것이면 한정되는 것은 아니지만, 유리 기판 및 투명성 수지 필름이 있다.
본 발명의 유기 EL 소자의 각 층의 형성은, 진공 증착, 스퍼터링, 플라즈마, 이온 플레이팅 등의 건식 성막법이나 스핀 코팅, 디핑, 플로우 코팅 등의 습식 성막법 중 어느 쪽의 방법을 적용할 수 있다. 막 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 적절한 막 두께로 설정할 필요가 있다. 막 두께가 너무 두꺼우면, 일정한 광 출력을 얻기 위해서 큰 인가 전압이 필요하게 되어 효율이 나빠진다. 막 두께가 너무 얇으면 핀홀 등이 발생하여, 전계를 인가하더라도 충분한 발광 휘도가 얻어지지 않는다. 통상의 막 두께는 5 ㎚ 내지 10 ㎛의 범위가 적합한데, 10 ㎚ 내지 0.2 ㎛의 범위가 더욱 바람직하다.
습식 성막법의 경우, 각 층을 형성하는 재료를 에탄올, 클로로포름, 테트라히드로푸란, 디옥산 등이 적절한 용매에 용해 또는 분산시켜 박막을 형성하는데, 그 용매는 어느 것일 수도 있다.
이러한 습식 성막법에 적합한 용액으로서, 유기 EL 재료로서 본 발명의 피렌 유도체와 용매를 함유하는 유기 EL 재료 함유 용액을 사용할 수 있다.
상기 유기 EL 재료가 호스트 재료와 도펀트 재료를 포함하고, 상기 호스트 재료가 본 발명의 피렌 유도체이고, 상기 도펀트 재료가 상기한 도펀트로부터 선택되는 적어도 1종이면 바람직하다.
어느 쪽의 유기 박막층에서도 성막성 향상, 막의 핀홀 방지 등을 위해 적절한 수지나 첨가제를 사용할 수도 있다.
본 발명의 유기 EL 소자는 벽걸이 텔레비젼의 평판 디스플레이 등의 평면 발광체, 복사기, 프린터, 액정 디스플레이의 백 라이트 또는 계기류 등의 광원, 표시판, 표지등 등에 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 화합물은 유기 EL 소자뿐만 아니라, 전자 사진 감광체, 광전 변환 소자, 태양 전지, 이미지 센서 등의 분야에서도 사용할 수 있다.
[실시예]
(제조예 1)
화합물 1을 하기 반응식에 따라서 합성하였다.
Figure pct00018
[1,6-디페닐피렌의 합성]
아르곤 분위기 하, 1,6-디 브로모피렌 15.0g, 페닐보론산 13.2g, 테트라키스(토르페닐포스핀)팔라듐(0)〔Pd(PPh3)4〕1.9g, 탄산나트륨 27.8g(상수 130mL), 톨루엔 및 테트라히드로푸란을 투입, 90℃에서 7시간 반응시켰다. 냉각 후, 반응 용액을 여과하여 얻어진 고체를 메탄올 및 상수로 각각 세정하여, 실리카겔크로마토그래피(열 톨루엔)으로 정제하였다. 농축하여 얻어진 조생성물을 톨루엔으로 재결정하여, 감압 건조한 결과, 백색 고체인 1,6-디페닐피렌(11.8g)을 얻었다.
[3-브로모-1,6-디페닐피렌의 합성]
아르곤 기류 하, 1,6-디페닐피렌 11.8g, N-브로모숙신이미드 5.93g 및 DMF를 투입, 60℃에서 2일간 반응시켰다. 냉각 후, 반응 용액에 상수를 가하여 얻어진 결정을 여과하여, 상수, 메탄올, 상수로 세정하였다. 얻어진 고체를 추가로 감압 건조한 결과, 백색 고체인 3-브로모-1,6-디페닐피렌(8.60g)을 얻었다.
[화합물 1의 합성]
아르곤 분위기 하, 3-브로모-1,6-디페닐피렌 8.60g, 1-나프틸보론산 4.13g, 테트라키스(토르페닐포스핀)팔라듐(0)〔Pd(PPh3)4〕0.462g, 톨루엔 80mL 및 2M 탄산나트륨 수용액 40mL을 넣어, 90℃에서 7시간 반응시켰다. 냉각 후, 반응 용액을 여과하여 얻어진 고체를 메탄올, 상수로 세정하여, 실리카겔크로마토그래피로 정제하여 6.73g의 백색 고체를 얻었다.
얻어진 백색 고체는 질량 스펙트럼 분석 결과, 화합물 1인 것이 확인되었다.
화합물 1은 분자량 480.19에 대하여 m/e=480이었다.
[제조예 2]
화합물 2를 하기 반응식에 따라서 합성하였다.
Figure pct00019
1-나프틸보론산 대신에 2-나프틸보론산을 이용한 외에는 제조예 1과 동일하게 하여 반응을 행하여 화합물 2를 합성하였다.
화합물 2의 동정은 질량 스펙트럼 분석에 의해 행하고, 분자량 480.19에 대하여 m/e=480이었다.
[제조예 3]
화합물 3을 하기 반응식에 따라서 합성하였다.
Figure pct00020
1-나프틸보론산 대신에 9-페난트레닐보론산을 이용한 외에는 제조예 1과 동일하게 하여 반응을 행하여 화합물 3을 합성하였다.
화합물 3의 동정은 질량 스펙트럼 분석에 의해 행하고, 분자량 530.20에 대하여 m/e=530이었다.
[제조예 4]
화합물 4를 하기 반응식에 따라서 합성하였다.
Figure pct00021
1,6-디페닐피렌의 합성에서 페닐보론산 대신에 1-나프틸보론산을 이용하고, 화합물 1의 합성에 있어서, 1-나프틸보론산 대신에 2-나프틸보론산을 이용한 외에는 제조예 1과 동일하게 하여 반응을 행하여 화합물 4를 합성하였다.
화합물 4의 동정은 질량 스펙트럼 분석에 의해 행하고, 분자량 580.22에 대하여 m/e=580이었다.
[제조예 5]
화합물 5를 하기 반응식에 따라서 합성하였다.
Figure pct00022
2-나프틸보론산 대신에 9-페난트레닐보론산을 이용한 외에는 제조예 4와 동일하게 하여 반응을 행하여 화합물 5를 합성하였다.
화합물 5의 동정은 질량 스펙트럼 분석에 의해 행하고, 분자량 630.23에 대하여 m/e=630이었다.
[제조예 6]
화합물 6을 하기 반응식에 따라서 합성하였다.
Figure pct00023
1,6-디페닐피렌의 합성에 있어서, 페닐보론산 대신에 2-비페닐보론산을 이용한 외에는 제조예 1과 동일하게 하여 반응을 행하여 화합물 6을 합성하였다.
화합물 6의 동정은 질량 스펙트럼 분석에 의해 행하고, 분자량 632.25에 대하여 m/e=632였다.
[제조예 7]
화합물 7을 하기 반응식에 따라서 합성하였다.
Figure pct00024
1-나프틸보론산 대신에 2-나프틸보론산을 이용한 외에는 제조예 6과 동일하게 하여 반응을 행하여 화합물 7을 합성하였다.
화합물 7의 동정은 질량 스펙트럼 분석에 의해 행하고, 분자량 632.25에 대하여 m/e=632였다.
[제조예 8]
화합물 8을 하기 반응식에 따라서 합성하였다.
Figure pct00025
1-나프틸보론산 대신에 9-페난트레닐보론산을 이용한 외에는 제조예 6과 동일하게 하여 반응을 행하여 화합물 8을 합성하였다.
화합물 8의 동정은 질량 스펙트럼 분석에 의해 행하고, 분자량 682.27에 대하여 m/e=682였다.
[제조예 9]
화합물 9를 하기 반응식에 따라서 합성하였다.
Figure pct00026
1-나프틸보론산 대신에 2-비페닐보론산을 이용한 외에는 제조예 6과 동일하게 하여 반응을 행하여 화합물 9를 합성하였다.
화합물 9의 동정은 질량 스펙트럼 분석에 의해 행하고, 분자량 658.27에 대하여 m/e=658이었다.
[제조예 10]
화합물 10을 하기 반응식에 따라서 합성하였다.
Figure pct00027
1-나프틸보론산 대신에 2-(9,9-디메틸플루오레닐)보론산을 이용한 외에는 제조예 6과 동일하게 하여 반응을 행하여 화합물 10을 합성하였다.
화합물 10의 동정은 질량 스펙트럼 분석에 의해 행하고, 분자량 698.30에 대하여 m/e=698이었다.
[제조예 11]
화합물 11을 하기 반응식에 따라서 합성하였다.
Figure pct00028
1-나프틸보론산 대신에 2-(9,9-디메틸플루오레닐)보론산을 이용한 외에는 제조예 1과 동일하게 하여 반응을 행하여 화합물 11을 합성하였다.
화합물 11의 동정은 질량 스펙트럼 분석에 의해 행하고, 분자량 546.23에 대하여 m/e=546이었다.
[실시예 1]
25 mm×75 mm×1.1 mm 두께의 ITO 투명 전극(양극) 부착 유리 기판(지오마틱사 제조)을 이소프로필 알코올 중에서 초음파 세정을 5분간 행한 후, UV 오존 세정을 30분간 행하였다. 세정 후의 투명 전극 라인 부착 유리 기판을 진공 증착 장치의 기판 홀더에 장착하여, 우선 투명 전극 라인이 형성되어 있는 측의 면 상에 투명 전극을 덮도록 하여 막 두께 50 ㎚의 화합물 A-1을 성막하고, 정공 주입층으로 하였다. A-1막의 성막에 이어, 이 A-1막 상에 막 두께 45 ㎚의 화합물 A-2를 성막하여, 정공 수송층으로 하였다. 이 A-2막 상에 막 두께 20 ㎚로 제조예 1에서 제조한 화합물 1과 화합물 D-1을 20:1의 막 두께비로 성막하여 청색계 발광층으로 하였다. 이 막 상에 전자 수송층으로서 막 두께 30 ㎚로 하기 구조의 ET-1을 증착에 의해 성막하였다. 이 후, LiF를 막 두께 1 ㎚로 성막하였다. 이 LiF 막 상에 금속 Al을 150 ㎚ 증착시켜 금속 음극을 형성하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
Figure pct00029
제작한 유기 EL 소자에 대해서, 전류 밀도 10 mA/㎠에서의 구동 시의 전압, 외부 양자 효율(EQE), 색도 및 초기 휘도 500 cd/㎡에서의 반감 수명을 측정하였다. 측정 방법을 이하에 나타내었다.
결과를 표 1에 나타내었다.
색도 CIE1931의 x, y: 분광 방사 휘도계(CS-1000, 미놀타 제조)에 의해 측정하였다.
외부 양자 수율: 얻어진 유기 EL 소자에 전류 밀도 10 mA/㎠의 전류를 통전하여, 분광 방사 휘도계(CS1000: 미놀타 제조)로 발광 스펙트럼을 측정하고, 하기 수학식 1에 의해 외부 양자 수율을 산출하였다.
Figure pct00030
NP: 광자수
NE: 전자수
π: 원주율=3.1416
λ: 파장(㎚)
φ: 발광 강도(W/sr?㎡?㎚)
h: 프랭크 상수=6.63×10-34(J?s)
c: 광속도=3x 108(m/s)
J: 전류 밀도(mA/㎠)
e: 전하=1.6x10-19(C)
실시예 2 내지 11 및 비교예 1 내지 4
발광층의 호스트 및 도펀트로서 표 1에 나타내는 재료를 각각 이용한 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작하여 평가하였다.
결과를 표 1에 나타내었다.
Figure pct00031
Figure pct00032
[실시예 12]
25 mm×75 mm×1.1 mm 두께의 ITO 투명 전극(양극) 부착 유리 기판(지오마틱 사 제조)을 이소프로필 알코올 중에서 초음파 세정을 5분간 행한 후, UV 오존 세정을 30분간 행하였다. 세정 후의 투명 전극 라인 부착 유리 기판을 진공 증착 장치의 기판 홀더에 장착하여, 우선 투명 전극 라인이 형성되어 있는 측의 면 상에 투명 전극을 덮도록 하여 막 두께 50 ㎚의 화합물 A-1을 성막하고, 정공 주입층으로 하였다. A-1막의 성막에 이어서, 이 A-1막 상에 막 두께 45 ㎚의 화합물 A-3을 성막하여 정공 수송층으로 하였다. 이 A-3막 상에 막 두께 25 ㎚에서 화합물 1과 화합물 D-2를 20:1의 막 두께비로 성막하여 청색계 발광층으로 하였다. 이 막 상에 전자 수송층으로서 막 두께 25 ㎚로 하기 구조의 ET-2를 증착에 의해 성막하였다. 이 후, LiF를 막 두께 1 ㎚로 성막하였다. 이 LiF 막 상에 금속 Al을 150 ㎚ 증착시켜 금속 음극을 형성하여, 유기 EL 소자를 제작하였다.
Figure pct00033
제작한 유기 EL 소자에 대해서, 전류 밀도 10 mA/㎠에서의 구동시의 전압, 외부 양자 효율(EQE), 색도 및 초기 휘도 500 cd/㎡에서의 반감 수명을 측정하였다.
결과를 표 2에 나타내었다.
실시예 13 내지 16 및 비교예 5 내지 6
발광층의 호스트 및 도펀트로서, 표 2에 나타내는 재료를 각각 이용한 외에는 실시예 12와 같이 하여 유기 EL 소자를 제작하고 평가하였다.
결과를 표 2에 나타내었다.
Figure pct00034
표 1, 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 피렌 유도체를 발광층의 호스트 재료로서 이용하면, 2 치환 피렌을 이용했을 때와 비교하여, 정공 수송층으로부터 발광층으로의 정공 주입이 용이하게 된다. 이 때문에 보다 저전압에서의 소자 구동이 가능하게 된다고 생각된다.
또한, 종래 알려져 있었던 피렌 유도체나 비스피렌 유도체를 호스트로 이용한 유기 EL 소자는 청색 색도가 나쁘다는 결점이 있었지만, 본 발명의 화합물을 이용하면 색도의 악화를 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 피렌 유도체를 발광층의 호스트 재료로서 이용한 유기 EL 소자가 수명이 긴 것을 알 수 있다. 고색 순도와 긴 수명을 동시에 달성하는 것은 어려운 기술이라고 생각되고 있었지만, 본 발명의 피렌 유도체를 이용하면 달성하는 것이 가능하였다. 이 때문에 본 발명의 화합물 쪽이 고청색 순도이면서 또한 수명이 긴 호스트라는 목적에 부합하는 화합물이다.
이상과 같이 본 발명의 피렌 유도체는 저전압 구동, 색도 악화 억제, 수명의 장기화 효과를 더불어 갖는 청색 유기 EL 소자에 최적인 호스트 재료이다.
본 발명의 피렌 유도체는, 유기 전계 발광 소자의 호스트 재료로서 바람직하게 사용할 수 있다. 또한 본 발명의 유기 전계 발광 소자는 벽걸이 텔레비젼의 평면 발광체나 디스플레이의 백 라이트 등의 광원으로서 유용하다.
상기에 본 발명의 실시 형태 및/또는 실시예를 몇가지 상세히 설명했으나, 당업자는 본 발명의 신규 교시 및 효과로부터 실질적으로 벗어나지 않고, 이들의 예시인 실시 형태 및/또는 실시예에 많은 변경을 가하는 것이 용이하다. 따라서 이러한 많은 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
이 명세서에 기재된 문헌의 내용을 전부 여기에 원용한다.

Claims (11)

  1. 한쌍의 전극 사이에 발광층을 포함하는 하나 이상의 유기 화합물층을 협지하는 유기 전계 발광 소자로서,
    상기 발광층이 하기 화학식 (1)로 표시되는 피렌 유도체를 포함하고, 상기 피렌 유도체의 발광층 중의 함유량이 50 내지 100 중량％인 유기 전계 발광 소자.
    Figure pct00035

    (식 중, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고,
    X1 내지 X8은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 시클로알킬기이고, X1 내지 X8 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기이되,
    단, Ar1 또는 Ar2와, 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기인 X1 내지 X8은 상이함)
  2. 제1항에 있어서, X1 내지 X8 중 어느 하나가 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, 나머지 X1 내지 X8의 전부가 수소 원자인 유기 전계 발광 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, X2가 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, X1 및 X3 내지 X8이 수소 원자인 유기 전계 발광 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, Ar1 및 Ar2가 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기인 유기 전계 발광 소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 치환 또는 비치환된 페닐기가 하기 화학식 (2)로 표시되는 치환기인 유기 전계 발광 소자.
    Figure pct00036

    (식 중, R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 치환기이고,
    R1 내지 R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 환 형성 탄소수 6 내지 30의 아릴기임)
  6. 제5항에 있어서, 상기 화학식 (2)로 표시되는 치환기가 치환 또는 비치환된 2-비페닐기인 유기 전계 발광 소자.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, Ar1 및 Ar2가 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 1-나프틸기인 유기 전계 발광 소자.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, Ar1 및 Ar2가 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페난트릴기인 유기 전계 발광 소자.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광층이 도펀트를 더 함유하는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제9항에 있어서, 상기 도펀트가 방향족 탄화수소 유도체인 유기 전계 발광 소자.
  11. 제9항에 있어서, 상기 도펀트가 아민계 화합물인 유기 전계 발광 소자.
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