KR20130135276A - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

인돌로카르바졸 화합물을 이용한 유기 전계 발광 소자(EL 소자)를 제공한다. 기판상에 양극, 인광발광층을 포함하는 복수의 유기층 및 음극이 적층되어 이루어지는 유기 EL 소자로서, 인광발광층, 정공수송층, 전자수송층 및 정공저지층에서 선택되는 적어도 하나의 유기층 중에, 일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 함유하는 유기 EL 소자이다.
Figure pct00026

일반식(1) 중, 환 I 및 환 II는 인접환과 축합하는 식(1a) 및 식(1b)으로 표시되는 환이다. X는 질소 또는 C-Y를 나타내는데, 적어도 1개는 질소이고, Y는 수소, 알킬기, 시클로알킬기, 방향족기이고, A는 알킬기, 시클로알킬기, 방향족기인데, Y 및 A의 적어도 1개는 알킬기 또는 시클로알킬기이다. R은 수소, 알킬기, 시클로알킬기, 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기이다.

Description

유기 전계 발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT}
본 발명은 인돌로카르바졸 화합물을 함유하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이며, 자세하게는 유기 화합물로 이루어지는 발광층에 전계를 가하여 빛을 방출하는 박막형 디바이스에 관한 것이다.
일반적으로 유기 전계 발광 소자(이하, 유기 EL 소자라 함)는 그 가장 간단한 구조로서 발광층 및 그 층을 낀 한 쌍의 대향 전극으로 구성되어 있다. 즉 유기 EL 소자에서는 양 전극 사이에 전계가 인가되면 음극으로부터 전자가 주입되고 양극으로부터 정공이 주입되어, 이들이 발광층에서 재결합하며 빛을 방출하는 현상을 이용한다.
최근 유기 박막을 이용한 유기 EL 소자의 개발이 이루어지게 되었다. 특히 발광 효율을 높이기 위해 전극으로부터 캐리어 주입의 효율 향상을 목적으로 전극의 종류를 최적화하고, 방향족 디아민으로 이루어지는 정공수송층과 8-히드록시퀴놀린 알루미늄 착체(이하, Alq3이라 함)로 이루어지는 발광층을 전극 사이에 박막으로서 마련한 소자의 개발에 의해, 기존의 안트라센 등의 단결정(單結晶)을 이용한 소자와 비교하여 대폭적으로 발광 효율이 개선되었기 때문에, 자발광·고속 응답성과 같은 특징을 지닌 고성능 플랫 패널로의 실용화를 목표로 추진해 왔다.
또 소자의 발광 효율을 높이는 시도로서, 형광이 아닌 인광을 이용하는 것도 검토되고 있다. 상기의 방향족 디아민으로 이루어지는 정공수송층과 Alq3으로 이루어지는 발광층을 마련한 소자를 비롯한 많은 소자가 형광 발광을 이용한 것이었지만, 인광 발광을 이용하는, 즉 삼중항 여기 상태로부터의 발광을 이용함으로써 종래의 형광(일중항)을 이용한 소자에 비해 3~4배 정도의 효율 향상이 기대된다. 이러한 목적을 위해 쿠마린 유도체나 벤조페논 유도체를 발광층으로 하는 것이 검토되어 왔지만, 지극히 낮은 휘도밖에 얻지 못했다. 또 삼중항 상태를 이용하는 시도로서, 유로퓸 착체를 이용하는 것이 검토되어 왔지만 이것도 고효율의 발광에는 이르지 못했다. 최근에는 특허문헌 1에 거론되는 것과 같이 발광의 고효율화와 장수명화를 목적으로 이리듐 착체 등의 유기 금속 착체를 중심으로 인광 발광 도펀트 재료의 연구가 다수 이루어지고 있다.
일본국 공표특허공보 2003-515897호 일본국 공개특허공보 2001-313178호 일본국 공개특허공보 평 11-162650호 일본국 공개특허공보 평 11-176578호 WO2008/056746호 공보
높은 발광 효율을 얻기 위해서는 상기 도펀트 재료와 동시에, 사용하는 호스트 재료가 중요해진다. 호스트 재료로서 제안되고 있는 대표적인 것으로 특허문헌 2에 소개되어 있는 카르바졸 화합물의 4,4'-비스(9-카르바졸릴)비페닐(이하, CBP라고 함)을 들 수 있다. CBP는 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 착체(이하, Ir(ppy)3라고 함)으로 대표되는 녹색 인광 발광 재료의 호스트 재료로서 사용한 경우 CBP는 정공을 흘려보내기 쉽고 전자를 흘려보내기 어려운 특성상, 전하 주입 균형이 깨지면서 과잉 정공이 전자수송층 측으로 유출되어 결과적으로 Ir(ppy)3으로부터의 발광 효율이 저하한다.
상술과 같이, 유기 EL 소자에서 높은 발광 효율을 얻기 위해서는 높은 삼중항 여기 에너지를 가지면서 양 전하(정공·전자)주입 수송 특성에 있어서 균형이 잡힌 호스트 재료가 필요하다. 또한 전기 화학적으로 안정적이고, 높은 내열성과 함께 뛰어난 비정질 안정성을 구비하는 화합물이 요망되고 있어 한층 더 개량이 요구되고 있다.
특허문헌 3에서는 정공 수송 재료로서 이하에 나타내는 것과 같은 인돌로카르바졸 화합물이 개시되어 있다.
Figure pct00001
특허문헌 4에서는 정공 수송 재료로서 이하에 나타내는 것과 같은 인돌로카르바졸 화합물이 개시되어 있다.
Figure pct00002
그러나 이들은 인돌로카르바졸 골격을 가진 화합물을 정공 수송 재료로서 사용하는 것을 권장하긴 하지만 형광 발광 소자에서의 실시예일 뿐이며, 인광 발광 소자용 재료로서의 사용을 개시하는 것은 아니다.
특허문헌 5에는 호스트 재료로서 이하와 같은 인돌로카르바졸 화합물이 개시되어, 이를 사용한 유기 EL 소자는 발광 효율을 개선하고 높은 구동 안정성을 가진 것이라는 것을 개시한다.
Figure pct00003
유기 EL 소자를 플랫 패널 디스플레이 등의 표시 소자에 응용하기 위해서는 소자의 발광 효율을 개선함과 동시에 구동시의 안정성을 충분히 확보할 필요가 있다. 본 발명은 상기 현상황을 감안하여 고효율과 높은 구동 안정성을 가진 실용상 유용한 유기 EL 소자 및 이에 적합한 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 예의 검토한 결과, 특정 구조의 인돌로카르바졸 골격을 가지는 화합물을 유기 EL 소자로 이용함으로써 뛰어난 특성을 나타내는 것을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 기판상에 양극, 인광발광층을 포함하는 복수의 유기층 및 음극이 적층되어 이루어지는 유기 전계 발광 소자에서 인광발광층, 정공수송층, 전자수송층 및 정공 저지층으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 유기층 중에, 일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
Figure pct00004
식(1) 중, 환 I은 인접환과 임의의 위치에서 축합하는 식(1a)으로 표시되는 방향족 탄화수소환을 나타내고, 환 II는 인접환과 임의의 위치에서 축합하는 식(1b)으로 표시되는 복소환을 나타낸다. X는 각각 독립하여 질소 또는 C-Y를 나타내는데, 적어도 1개는 질소이다. Y는 각각 독립하여 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~12의 방향족 복소환기를 나타낸다. 식(1b) 중, A는 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~30의 방향족 탄화수소기 또는 5환 이상의 축합 복소환을 포함하지 않는 탄소수 3~30의 방향족 복소환기를 나타낸다. 단, Y 또는 A 중에 적어도 1개는 탄소수 1~10의 알킬기 또는 탄소수 3~11의 시클로알킬기이다. 일반식(1) 및 식(1a) 중, R은 각각 독립해서 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~12의 방향족 복소환기를 나타낸다.
일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물 중에서도, 하기 일반식(2)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 바람직한 화합물로서 들 수 있다.
Figure pct00005
일반식(2) 중, 환 I, 환 II, A, Y 및 R은 일반식(1)과 같은 의미이다. X는 각각 독립하여 질소 또는 CH를 나타내는데, 적어도 1개는 질소이다. 단, Y의 적어도 1개는 탄소수 1~10의 알킬기 또는 탄소수 3~11의 시클로알킬기이다.
일반식(2)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물 중에서도, 하기 일반식(3)~(6)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 보다 바람직한 화합물로서 들 수 있다.
Figure pct00006
일반식(3)~(6) 중 A 및 R은 일반식(1)과 같은 의미이며, X 및 Y는 일반식(2)와 같은 의미이다.
또, 상기 유기 전계 발광 소자는 상기 인돌로카르바졸 화합물과 인광 발광 도펀드를 함유하는 발광층을 갖는 것이 바람직하다.
도 1은 유기 EL 소자의 한 구조예를 나타내는 단면도이다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자는 상기 일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물(이하, 일반식(1)으로 표시되는 화합물 또는 인돌로카르바졸 화합물이라고도 함)을 함유한다.
일반식(1)에서 환 I은 인접환과 임의의 위치에서 축합하는 식(1a)으로 표시되는 방향족 탄화수소환을 나타내고, 환 II는 인접환과 임의의 위치에서 축합하는 식(1b)으로 표시되는 복소환을 나타낸다.
일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 골격에서 식(1a)으로 표시되는 방향족 탄화수소환은 2개의 인접환과 임의의 위치에서 축합할 수 있지만, 구조적으로 축합할 수 없는 위치가 있다. 식(1a)으로 표시되는 방향족 탄화수소환은 6개의 변을 갖지만, 인접하는 2개의 변에서 2개의 인접환과 축합하는 경우는 없다. 또 식(1b)으로 표시되는 복소환은 2개의 인접환과 임의의 위치에서 축합할 수 있지만, 구조적으로 축합할 수 없는 위치가 있다. 즉, 식(1b)으로 표시되는 복소환은 5개의 변을 갖지만, 인접하는 2개의 변에서 2개의 인접환과 축합하는 경우는 없으며, 또 질소 원자를 포함하는 변에서 인접환과 축합하는 경우는 없다. 따라서 인돌로카르바졸 골격의 종류는 한정된다.
일반식(1)에서 인돌로카르바졸 골격은 이하의 형태로 표시되는 것이 바람직하다. 이 예로부터 인돌로카르바졸 골격 중 방향족 탄화수소환 및 복소환의 바람직한 축합 위치가 이해된다.
Figure pct00007
일반식(1)에서 X는 각각 독립하여 질소 또는 C-Y를 나타내는데, 적어도 1개는 질소이다. 바람직하게는 1~4개가 질소이며, 보다 바람직하게는 1~3개가 질소이다.
상기 Y는 각각 독립해서 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~12의 방향족 복소환기를 나타낸다. 바람직하게는 수소, 탄소수 1~10의 알킬기 또는 탄소수 3~11의 시클로알킬기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1~8의 알킬기, 탄소수 5~6의 시클로 알킬 기이다.
일반식(1)의 X를 포함하는 6원환기에 있어서 3위 및 5위의 X가 C-Y이며, 2위, 4위 및 6위의 X가 질소 또는 CH이며, 적어도 1개가 질소인 것이 바람직하다. 그리고 적어도 1개의 Y가 탄소수 1~10의 알킬기 또는 탄소수 3~11의 시클로알킬기인 것이 바람직하다. 또, 식(1b)의 A는 탄소수 6~30의 방향족 탄화수소기 또는 5환 이상의 축합 복소환을 포함하지 않는 탄소수 3~30의 방향족 복소환기인 것이 바람직하다.
알킬기의 구체예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기를 들 수 있고, 바람직하게는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기 또는 옥틸기 등의 탄소수 1~8의 알킬기를 들 수 있다. 상기 알킬기는 직쇄여도 분기해 있어도 무방하다.
시클로알킬기의 구체예로는 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 또는 메틸시클로헥실기를 들 수 있고, 바람직하게는 시클로펜틸기 또는 메틸시클로헥실기를 들 수 있다.
방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기의 구체예로는 벤젠, 펜탈렌, 인덴, 나프탈렌, 피롤, 이미다졸, 피라졸, 티아졸, 티오펜, 피리딘, 피라진, 피리미딘, 피리다진, 트리아진, 이소인돌, 인다졸, 푸린(purine), 이소퀴놀린, 이미다졸, 나프티리딘, 프탈라진, 퀴나졸린, 퀴녹살린, 신놀린(cinnoline), 퀴놀린, 프테리딘, 페리미딘, 페난트롤린, 페나진, 카르볼린(carboline), 인돌, 카르바졸, 푸란, 벤조푸란, 이소벤조푸란, 옥산트렌(oxanthrene), 디벤조푸란, 티오펜, 티오크산텐, 티안트렌(thianthrene), 페녹사티인(phenoxathiine), 티오나프텐, 이소티아나프텐, 티오프텐, 티오판트렌 또는 디벤조티오펜으로부터 1개의 수소를 제거하여 생기는 1가의 기를 들 수 있다.
일반식(1), 식(1b)에서 A는 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~30의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~30의 방향족 복소환기를 나타낸다. 바람직하게는 탄소수 6~30의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~30의 방향족 복소환기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 6~18의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~18의 방향족 복소환기이다. 여기서 방향족 복소환기는 5환 이상의 축합 복소환을 포함하지 않는다.
알킬기 또는 시클로알킬기의 구체예는 상기 Y에서 설명한 알킬기 또는 시클로알킬기와 같다.
A가 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기인 경우의 구체예로는 벤젠, 펜탈렌, 인덴, 나프탈렌, 아줄렌, 헵탈렌, 옥탈렌, 인다센, 아세나프틸렌, 페날렌, 페난트렌, 안트라센, 트린덴, 플루오란텐(fluoranthene), 아세페난트릴렌, 아세안 트릴렌, 트리페닐렌, 피렌, 크리센(chrysene), 테트라펜, 테트라센, 플레이아덴(pleiadene), 피센, 페릴렌, 펜타펜, 펜타센, 테트라페닐렌, 콜란트릴렌(cholanthrylene), 헬리센(helicene), 헥사펜, 루비센, 코로넨, 트리나프틸렌, 헵타펜, 피란트렌, 푸란, 벤조푸란, 이소벤조푸란, 크산텐, 옥사트렌(oxanthrene), 디벤조푸란, 페릭산테노크산텐(perixanthenoxanthene), 티오펜, 티오크산텐, 티안트렌, 페녹사티인(phenoxathiin), 티오나프텐, 이소티아나프텐, 티오프텐, 티오판트렌, 디벤조티오펜, 피롤, 피라졸, 텔룰라졸(tellurazole), 셀레나졸(selenazole), 티아졸, 이소티아졸, 옥사졸, 푸라잔(furazan), 피리딘, 피라진, 피리미딘, 피리다진, 트리아진, 인돌리진, 인돌, 이소인돌, 인다졸, 푸린, 퀴놀리진(quinolizine), 이소퀴놀린, 카르바졸, 이미다졸, 나프티리딘, 프탈라진, 퀴나졸린, 벤조디아제핀(benzodiazepine), 퀴녹살린, 신놀린, 퀴놀린, 프테리딘(pteridine), 페난트리딘, 아크리딘, 페리미딘, 페난트롤린, 페나진, 카르볼린, 페노텔루라진(phenotellurazine), 페노셀레나진(phenoselenazine), 페노티아진, 페녹사진, 안티리딘, 벤조티아졸, 벤조이미다졸, 벤조옥사졸, 벤조이소옥사졸, 벤조이소티아졸 또는 이 방향환들이 복수 연결된 방향족 화합물 등으로부터 수소를 제거하고 생기는 1가의 기를 들 수 있다. 바람직하게는 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 피리딘, 피라진, 피리미딘, 피리다진, 트리아진, 이소인돌, 인다졸, 푸린, 이소퀴놀린, 이미다졸, 나프티리딘, 프탈라진, 퀴나졸린, 벤조디아제핀, 퀴녹살린, 신놀린, 퀴놀린, 프테리딘, 페난트리딘, 아크리딘, 페리미딘, 페난트롤린, 페나진, 카르볼린, 인돌, 카르바졸, 디벤조푸란, 디벤조티오펜 또는 이 방향환들이 복수 연결된 방향족 화합물로부터 수소를 제거하고 생기는 1가의 기를 들 수 있다.
또한 방향환이 복수 연결된 방향족 화합물로부터 생기는 기인 경우, 연결되는 수는 2~10이 바람직하고 보다 바람직하게는 2~7이며, 연결되는 방향환은 동일해도 달라도 된다. 그 경우 질소와 결합하는 Z의 결합 위치는 한정되지 않고, 연결된 방향환의 말단부의 환이어도 되고 중앙부의 환이어도 된다. 여기서 방향환은 방향족 탄화수소환 및 방향족 복소환을 총칭하는 의미이다. 또 연결된 방향환에 적어도 1개의 복소환이 포함되는 경우는 방향족 복소환에 포함시킨다.
여기에서 방향환이 복수 연결되어 생기는 1가의 기는, 예를 들면 하기의 식으로 표시된다.
Figure pct00008
식(15)~(17) 중, Ar1~Ar6은 치환 또는 무치환의 방향환을 나타낸다.
상기 방향환이 복수 연결되어 생기는 기의 구체예로는 예를 들면 비페닐, 터페닐, 비피리딘, 비피리미딘, 비트리아진, 터피리딘, 비스트리아질벤젠, 디카르바졸릴벤젠, 카르바졸릴비페닐, 디카르바졸릴비페닐, 페닐터페닐, 카르바졸릴터페닐, 비나프탈렌, 페닐피리딘, 페닐카르바졸, 디페닐카르바졸, 디페닐피리딘, 페닐피리미딘, 디페닐피리미딘, 페닐트리아진, 디페닐트리아진, 페닐나프탈렌, 디페닐나프탈렌 등으로부터 수소를 제거하고 생기는 1가의 기를 들 수 있다.
여기서 방향족 복소환기는 5환 이상의 축합 복소환을 포함하지 않는다. 방향족 복소환기 중에 축합 복소환을 포함하는 경우는 4환까지의 축합 방향족 복소환에 한한다.
상기 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기는 치환기를 가져도 되며, 이들이 치환기를 가지는 경우 치환기로서는 탄소수 1~20의 알킬기, 탄소수 3~20의 시클로알킬기, 탄소수 1~2의 알콕시기, 아세틸기, 탄소수 6~18의 2급 아미노기, 탄소수 6~18의 2급 포스파닐기, 탄소수 3~18의 실릴기이다. 바람직하게는 탄소수 1~4의 알킬기, 탄소수 3~6의 시클로알킬기 또는 탄소수 6~15의 2급 아미노기이다.
A가 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기이며 치환기를 가지는 경우 치환기의 총수는 1~10이다. 바람직하게는 1~6이며, 보다 바람직하게는 1~4이다. 또 2개 이상의 치환기를 가지는 경우 그들은 동일해도 달라도 된다.
일반식(1)에 있어서 Y 또는 A 중 적어도 1개는 알킬기 또는 시클로알킬기인데, Y가 알킬기 또는 시클로알킬기인 것이 바람직하고, 2개의 Y가 알킬기 또는 시클로알킬기인 것이 보다 바람직하다.
R은 각각 독립해서 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~12의 방향족 복소환기를 나타낸다. 바람직하게는 수소, 바람직하게는 탄소수 1~8의 알킬기, 탄소수 5~6의 시클로알킬기, 탄소수 6~10의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 5~12의 방향족 복소환기이다.
알킬기, 시클로알킬기, 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기의 구체예는 상기 Y를 구성하는 알킬기, 시클로알킬기, 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기와 같다.
일반식(2)에 있어서 X는 각각 독립하여 질소 또는 메틴을 나타내는데, 적어도 1개는 질소이다.
일반식(2)에 있어서 Y는 각각 독립하여 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~12의 방향족 복소환기를 나타낸다. 바람직하게는 Y는 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기이다.
알킬기, 시클로알킬기, 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기의 구체예는 상기 Y를 구성하는 알킬기, 시클로알킬기, 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기와 같다.
식(1b)에 있어서 A는 탄소수 6~30의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~30의 방향족 복소환기를 나타낸다. 바람직하게는 탄소수 6~18의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~18의 방향족 복소환기이다. 여기서 방향족 복소환기는 5환 이상의 축합 복소환을 포함하지 않는다.
방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기의 구체예는 상기 A를 구성하는 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기와 같다.
일반식(3)~(6)에 있어서 A, Y, R 및 X는 일반식(2)와 같은 의미이다.
일반식(1)~(6)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물은 목적으로 하는 화합물의 구조에 따라 원료를 선택하고 공지의 수법을 이용해 합성할 수 있다.
예를 들어 식(3)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 부여하는 골격(IC-1)은 Synlett, 2005, No.1, p42-48에 나타나는 합성예를 참고해서 이하의 반응식에 의해 합성할 수 있다.
Figure pct00009
또 식(4)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 부여하는 골격(IC-2)은 Archiv der Pharmazie(Weinheim, Germany)1987, 320(3), p280-2에 나타나는 합성예를 참고해서 이하의 반응식에 의해 합성할 수 있다.
Figure pct00010
또한 식(5) 및 식(6)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 부여하는 골격(IC-3)은 The Journal of Organic Chemistry, 2007, 72(15)5886 및 Tetrahedron, 1999, 55, p2371에 나타나는 합성예를 참고하여 이하의 반응식에 의해 합성할 수 있다.
Figure pct00011
상술한 반응식으로 얻어지는 각 인돌로카르바졸 화합물의 질소에 결합하는 수소를, 예를 들면 울만 반응(Ullmann reaction) 등의 커플링 반응에 의해 대응하는 치환기로 치환시킴으로써 일반식(1)으로 표시되는 화합물을 합성할 수 있다.
다른 관점에서는 일반식(1)의 화합물은 특허문헌 5로 알려진 화합물에 알킬기를 치환시킨 것이므로, 특허문헌 5로 알려진 합성법에 의해 상기 골격을 형성하고, 이 질소에 결합하는 수소를 알킬 치환 피리딜과 같은 알킬 치환 복소환기와 치환함으로써 합성할 수 있다. 또 특허문헌 5로 알려진 화합물의 질소 치환 복소환기에 알킬기를 치환시키는 것에 의해서도 합성할 수 있다.
일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물의 구체예를 이하에 나타내지만, 본 발명의 유기 전계 발광 소자용 재료는 이들에 한정되지 않는다.
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
상기 일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물은 기판상에 양극, 복수의 유기층 및 음극이 적층되어 이루어지는 유기 EL 소자의 적어도 1개의 유기층에 함유시킴으로써, 뛰어난 유기 전계 발광 소자를 부여한다. 함유시키는 유기층으로는 발광층, 정공수송층, 전자수송층 또는 정공저지층이 적합하다. 보다 바람직하게는 인광 발광 도펀트를 함유하는 발광층의 호스트 재료로서 함유시키는 것이 좋다.
다음으로, 본 발명의 유기 EL 소자에 대해 설명한다.
본 발명의 유기 EL 소자는 기판상에 적층된 양극과 음극의 사이에 적어도 하나의 발광층을 가지는 유기층을 가지면서, 적어도 하나의 유기층은 상기 인돌로카르바졸 화합물을 포함한다. 유리하게는 인광 발광 도펀트와 함께 본 발명의 유기 전계 발광 소자용 재료를 발광층 안에 포함한다.
다음으로, 본 발명의 유기 EL 소자의 구조에 대해서 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명의 유기 EL 소자의 구조는 도시한 것에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 이용되는 일반적인 유기 EL 소자의 구조예를 나타내는 단면도이며, 1은 기판, 2는 양극, 3은 정공주입층, 4는 정공수송층, 5는 발광층, 6은 전자수송층, 7은 음극을 각각 나타낸다. 본 발명의 유기 EL 소자에서는 발광층과 인접하여 여기자 저지층을 가져도 되고, 또 발광층과 정공주입층 사이에 전자 저지층을 가져도 된다. 여기자 저지층은 발광층의 양극측, 음극측 어느쪽에도 삽입할 수 있으며 양쪽 동시에 삽입할 수도 있다. 본 발명의 유기 EL 소자에서는 기판, 양극, 발광층 및 음극을 필수 층으로 갖는데, 필수 층 이외의 층에 정공 주입 수송층, 전자 주입 수송층을 갖는 것이 좋고, 또한 발광층과 전자 주입 수송층 사이에 정공저지층을 갖는 것이 좋다. 또한 정공 주입 수송층은 정공주입층과 정공수송층 중 어느 하나 또는 양자를 의미하며, 전자 주입 수송층은 전자주입층과 전자수송층 중 어느 하나 또는 양자를 의미한다.
또한 도 1과는 반대의 구조, 즉 기판(1)상에 음극(7), 전자수송층(6), 발광층(5), 정공수송층(4), 양극(2) 순으로 적층할 수도 있으며, 이 경우도 필요에 따라 층을 추가하거나 생략하는 것이 가능하다.
-기판-
본 발명의 유기 EL 소자는 기판에 지지되어 있는 것이 바람직하다. 이 기판에 대해서는 특별히 제한은 없고, 종래부터 유기 EL 소자에 관용되어 있는 것이면 되는데, 예를 들면 유리, 투명 플라스틱, 석영 등으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다.
-양극-
유기 EL 소자에 있어서 양극으로서는, 일 함수가 큰(4eV이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 전극 물질로 하는 것이 바람직하게 사용된다. 이러한 전극 물질의 구체예로는 Au 등의 금속, CuI, 인듐틴옥시드(ITO), SnO2, ZnO 등의 도전성 투명 재료를 들 수 있다. 또 IDIXO(In2O3-ZnO) 등 비결정질이며 투명 도전막을 제작 가능한 재료를 이용해도 된다. 양극은 이 전극 물질들을 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시켜, 포토리소그래피법으로 소망하는 형상의 패턴을 형성해도 되고, 혹은 패턴 정밀도를 그다지 필요로 하지 않을 경우는(100㎛이상 정도), 상기 전극 물질의 증착이나 스퍼터링시에 소망하는 형상의 마스크를 통해 패턴을 형성해도 된다. 혹은 유기 도전성 화합물과 같이 도포 가능한 물질을 이용하는 경우에는, 인쇄 방식, 코팅 방식 등 습식 성막법(成膜法)을 이용할 수도 있다. 이 양극으로부터 발광을 추출하는 경우에는, 투과율을 10%보다 크게 하는 것이 바람직하고, 또 양극으로서의 시트 저항은 수백Ω/□이하가 바람직하다. 또한 막두께는 재료에 따라 다르지만, 보통 10~1000nm, 바람직하게는 10~200nm의 범위에서 선택된다.
-음극-
한편, 음극으로서는 일 함수가 작은(4eV이하) 금속(전자 주입성 금속이라 칭함), 합금, 전기 전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 전극 물질로 하는 것이 이용된다. 이러한 전극 물질의 구체예로는 나트륨, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘, 리튬, 마그네슘/구리 혼합물, 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄(Al2O3) 혼합물, 인듐, 리튬/알루미늄 혼합물, 희토류 금속 등을 들 수 있다. 이들 중에서, 전자 주입성 및 산화 등에 대한 내구성의 면에서, 전자 주입성 금속과 이것보다 일 함수의 값이 크고 안정적인 금속인 제2 금속의 혼합물, 예를 들면 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄(Al2O3) 혼합물, 리튬/알루미늄 혼합물, 알루미늄 등이 적합하다. 음극은 이 전극 물질들을 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시킴으로써 제작할 수 있다. 또 음극으로서의 시트 저항은 수백Ω/□이하가 바람직하고, 막두께는 보통 10nm~5㎛, 바람직하게는 50~200nm의 범위에서 선택된다. 또한 발광한 빛을 투과시키기 위해, 유기 EL 소자의 양극 또는 음극의 어느 한쪽이 투명 또는 반투명이면 발광 휘도가 향상하여 유리하다.
또 음극에 상기 금속을 1~20nm의 막두께로 제작한 후에, 양극의 설명에서 든 도전성 투명 재료를 그 위에 제작함으로써, 투명 또는 반투명의 음극을 제작할 수 있고, 이것을 응용함으로써 양극과 음극의 양쪽이 투과성을 가지는 소자를 제작할 수 있다.
-발광층-
발광층은 인광발광층이며, 인광 발광 도펀트와 호스트 재료를 포함한다. 인광 발광 도펀트 재료로서는 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금 및 금에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 유기 금속 착체를 함유하는 것이 좋다. 이러한 유기 금속 착체는 상기 선행 기술문헌 등에서 공지이며, 이들이 선택되어 사용 가능하다.
바람직한 인광 발광 도펀트로서는, Ir 등의 귀금속 원소를 중심 금속으로서 가지는 Ir(ppy)3 등의 착체류, (Bt)2Iracac 등의 착체류, (Btp)Ptacac 등의 착체류를 들 수 있다. 이들 착체류의 구체예를 이하에 나타내는데, 하기의 화합물에 한정되지 않는다.
Figure pct00016
Figure pct00017
상기 인광 발광 도펀트가 발광층 중에 함유되는 양은 2~40중량%, 바람직하게는 5~30중량%의 범위에 있는 것이 좋다.
발광층에 있어서 호스트 재료로서는, 상기 일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 이용하는 것이 바람직하다. 그러나 이 인돌로카르바졸 화합물을 발광층 이외의 다른 어떤 유기층에 사용하는 경우는, 발광층에 사용하는 재료는 인돌로카르바졸 화합물 이외의 다른 호스트 재료여도 된다. 또 인돌로카르바졸 화합물과 다른 호스트 재료를 병용해도 된다. 또한 공지의 호스트 재료를 복수 종류 병용하여 이용해도 된다.
사용할 수 있는 공지의 호스트 화합물로는 정공 수송능, 전자 수송능을 가지면서, 발광의 장파장화를 방지하고, 또한 높은 유리 전이 온도를 가지는 화합물인 것이 바람직하다.
이러한 다른 호스트 재료는 다수의 특허문헌 등에 의해 알려져 있으므로, 그들로부터 선택할 수 있다. 호스트 재료의 구체예로는, 특별히 한정되는 것은 아니지만 인돌 유도체, 카르바졸 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아릴알칸 유도체, 피라졸린 유도체, 피라졸론 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 히드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 실라잔 유도체, 방향족 제3아민 화합물, 스티릴아민 화합물, 방향족 디메틸리덴계 화합물, 포르피린계 화합물, 안트라퀴노디메탄 유도체, 안트론 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 티오피란디옥시드 유도체, 나프탈렌페릴렌 등의 복소환 테트라카르본산 무수물, 프탈로시아닌 유도체, 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착체나 메탈프탈로시아닌, 벤조옥사졸이나 벤조티아졸 유도체의 금속 착체로 대표되는 각종 금속 착체, 폴리실란계 화합물, 폴리(N-비닐카르바졸) 유도체, 아닐린계 공중합체, 티오펜 올리고머, 폴리티오펜 유도체, 폴리페닐렌 유도체, 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등의 고분자 화합물 등을 들 수 있다.
-주입층-
주입층이란, 구동 전압 저하나 발광 휘도 향상을 위해 전극과 유기층간에 마련되는 층으로, 정공주입층과 전자주입층이 있고, 양극과 발광층 또는 정공수송층의 사이, 및 음극과 발광층 또는 전자수송층과의 사이에 존재시켜도 된다. 주입층은 필요에 따라 마련할 수 있다.
-정공저지층-
정공저지층이란 넓은 의미로는 전자수송층의 기능을 가지고, 전자를 수송하는 기능을 가지면서 정공을 수송하는 능력이 현저하게 작은 정공 저지 재료로 이루어지며, 전자를 수송하면서 정공을 저지함으로써 전자와 정공의 재결합 확률을 향상시킬 수 있다.
정공저지층에는 일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 이용하는 것이 바람직하지만, 인돌로카르바졸 화합물을 다른 어떤 유기층에 사용하는 경우는 공지의 정공저지층 재료를 이용해도 된다. 또 정공저지층 재료로서는 후술하는 전자수송층의 재료를 필요에 따라 이용할 수 있다.
-전자저지층-
전자저지층이란, 정공을 수송하는 기능을 가지면서 전자를 수송하는 능력이 현저하게 작은 재료로 이루어지며, 정공을 수송하면서 전자를 저지함으로써 전자와 정공이 재결합할 확률을 향상시킬 수 있다.
전자저지층의 재료로서는 본 발명에 따른 일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 이용할 수 있지만, 다른 재료로서 후술하는 정공수송층의 재료를 필요에 따라 이용할 수도 있다. 전자저지층의 막두께는 바람직하게는 3~100nm이며, 보다 바람직하게는 5~30nm이다.
-여기자 저지층-
여기자 저지층이란 발광층 내에서 정공과 전자가 재결합함으로써 생긴 여기자가 전하수송층에 확산하는 것을 저지하기 위한 층이며, 본 층의 삽입에 의해 여기자를 효율적으로 발광층 내에 가두는 것이 가능해져, 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 여기자 저지층은 발광층에 인접하여 양극측, 음극측의 어느 것에도 삽입할 수 있고, 양쪽 동시에 삽입하는 것도 가능하다.
여기자 저지층의 재료로서는, 일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 이용할 수 있지만, 다른 재료로서 예를 들면 1,3-디카르바졸릴벤젠(mCP)이나, 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)-4-페닐페놀라토알루미늄(III)(BAlq)을 들 수 있다.
-정공수송층-
정공수송층이란 정공을 수송하는 기능을 가지는 정공수송 재료로 이루어지고, 정공수송층은 단층 또는 복수층 마련할 수 있다.
정공수송 재료로서는 정공의 주입 또는 수송, 전자의 장벽성의 어느 하나를 가지는 것이며, 유기물, 무기물의 어느 것이어도 된다. 정공수송층에는 일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 이용하는 것이 바람직한데, 종래 공지의 화합물 중에서 임의의 것을 선택하여 이용할 수 있다. 사용할 수 있는 공지의 정공수송 재료로서는 예를 들면 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아릴알칸 유도체, 피라졸린 유도체 및 피라졸론 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 옥사졸 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 히드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 실라잔 유도체, 아닐린계 공중합체, 또한 도전성 고분자 올리고머, 특히 티오펜 올리고머 등을 들 수 있는데, 포르피린 화합물, 방향족 제3급 아민 화합물 및 스티릴아민 화합물을 사용하는 것이 바람직하고, 방향족 제3급 아민 화합물을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
-전자수송층-
전자수송층이란 전자를 수송하는 기능을 가지는 재료로 이루어지고, 전자수송층은 단층 또는 복수층 마련할 수있다.
전자수송 재료(정공 저지 재료를 겸하는 경우도 있음)으로서는, 음극으로부터 주입된 전자를 발광층에 전달하는 기능을 가지고 있으면 된다. 전자수송층에는 본 발명에 따른 일반식(1)으로 표시되는 재료를 이용하는 것이 바람직한데, 종래 공지의 화합물 중에서 임의의 것을 선택하여 사용할 수 있고, 예를 들면 니트로 치환 플루오렌 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 티오피란디옥시드 유도체, 카르보디이미드, 플루오레닐리덴메탄 유도체, 안트라퀴노디메탄 및 안트론 유도체, 옥사디아졸 유도체 등을 들 수 있다. 또한 상기 옥사디아졸 유도체에 있어서 옥사디아졸환의 산소원자를 유황원자로 치환한 티아디아졸 유도체, 전자 흡인기로서 알려져 있는 퀴녹살린환을 가지는 퀴녹살린 유도체도 전자수송 재료로서 이용할 수 있다. 또한 이 재료들을 고분자쇄에 도입했거나, 이 재료들을 고분자의 주쇄로 한 고분자 재료를 사용할 수도 있다.
< 실시예 >
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 물론 이 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 넘지 않는 한에 있어서, 다양한 형태로 실시하는 것이 가능하다.
[실시예 1]
막두께 110nm의 ITO로 이루어지는 양극이 형성된 유리 기판상에 각 박막을 진공 증착법으로 진공도 4.0×10-5Pa로 적층시켰다. 먼저 ITO위에 구리 프탈로시아닌(CuPC)을 25nm의 두께로 형성했다. 다음으로 정공수송층으로서 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(NPB)을 40nm의 두께로 형성했다. 다음으로 정공수송층 위에 호스트 재료로서 화합물(1-1)과, 인광 발광 도펀트로서 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)(Ir(ppy)3)을 다른 증착원으로부터 공증착하여, 40nm의 두께로 발광층을 형성했다. 발광층 중의 Ir(ppy)3의 농도는 10.0wt%였다. 다음으로 전자수송층으로서 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄(III)(Alq3)을 20nm의 두께로 형성했다. 또한 전자수송층 위에 전자주입층으로서 불화 리튬(LiF)을 1.0nm의 두께로 형성했다. 마지막으로 전자주입층 위에 전극으로서 알루미늄(Al)을 70nm의 두께로 형성하고 유기 EL 소자를 제작했다.
얻어진 유기 EL 소자에 외부 전원을 접속하여 직류 전압을 인가한 결과, 표 1과 같은 발광 특성을 갖는 것이 확인되었다. 표 1에서 휘도, 전압 및 발광 효율은 10mA/cm2에서의 값을 나타낸다. 소자 발광 스펙트럼의 극대 파장은 520nm이며, Ir(ppy)3으로부터의 발광이 얻어지고 있는 것을 알 수 있었다.
[실시예 2]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(1-2)을 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[실시예 3]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(1-6)을 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[실시예 4]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(1-8)을 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[실시예 5]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(1-9)을 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[실시예 6]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(2-3)을 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[실시예 7]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(2-4)을 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[실시예 8]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(3-1)을 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[실시예 9]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(3-3)을 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[실시예 10]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(3-6)을 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[실시예 11]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(4-2)을 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[실시예 12]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(4-3)을 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[비교예 1]
발광층의 호스트 재료로서, CBP를 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[비교예 2]
발광층의 호스트 재료로서, 하기 화합물 H-1을 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
Figure pct00018
[비교예 3]
발광층의 호스트 재료로서, 하기 화합물 H-2를 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
Figure pct00019
[비교예 4]
발광층의 호스트 재료로서, 하기 화합물 H-3을 이용한 것 외에는 실시예 1과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
Figure pct00020
실시예 2~12 및 비교예 1~4에서 작성한 유기 EL 소자의 소자 발광 스펙트럼의 극대 파장은 모두 520nm이며, Ir(ppy)3으로부터의 발광이 얻어지고 있는 것을 알 수 있었다. 호스트 재료로서 사용한 화합물과 발광 특성 및 수명 특성을 표 1에 나타낸다.
Figure pct00021
표 1로부터 일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 이용한 유기 EL 소자는 인광 호스트로서 일반적으로 알려져 있는 CBP를 이용한 경우에 비해 양호한 발광 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한 분자 중에 방향족 복소환기를 가지지 않는 화합물인 H-1 및 H-2를 이용한 경우에 비해 양호한 발광 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한 분자 중에 알킬기를 가지지 않는 H-3을 이용한 경우와 비교하여 양호한 발광 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 이상으로부터 상기 인돌로카르바졸 화합물을 이용한 유기 EL 소자의 우위성은 명백하다.
[실시예 13]
막두께 110nm의 ITO로 이루어지는 양극이 형성된 유리 기판상에 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)·폴리스티렌술폰산(PEDOT/PSS):(에이치.씨.슈타크(H.C. Starck) 가부시키가이샤 제품, 상품명:클레비오스 PCH8000)을 스핀 코트법으로 25nm의 두께로 성막했다. 이어서 호스트 재료로서 화합물(1-2)과 인광 발광 도펀트로서 트리스(2-페닐 피리딘)이리듐(III)(Ir(ppy)3)을, 호스트 재료에 대하여 10.0wt% 첨가한 테트라히드로푸란(THF) 1wt%용액을 이용해 스핀 코트법으로 40nm의 발광층을 형성했다. 전자수송층으로서 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄(III)(Alq3)을 진공 증착법으로 20nm의 두께로 형성했다. 또한 전자수송층 위에 전자주입층으로서 불화 리튬(LiF)을 진공 증착법으로 1.0nm의 두께로 형성했다. 마지막으로 전자주입층 위에 전극으로서 알루미늄(Al) 박막을 진공 증착법으로 70nm의 두께로 형성하여 유기 EL 소자를 제작했다.
얻어진 유기 EL 소자에 외부 전원을 접속하여 직류 전압을 인가한 결과, 표 2와 같은 발광 특성을 갖는 것이 확인되었다. 표 2에서 전류 효율은 20mA/cm2의 값을 나타낸다. 소자 발광 스펙트럼의 극대 파장은 520nm이며, Ir(ppy)3으로부터의 발광이 얻어지고 있는 것을 알 수 있었다.
[실시예 14]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(1-6)을 이용한 것 외에는 실시예 13과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[실시예 15]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(1-12)을 이용한 것 외에는 실시예 13과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[실시예 16]
발광층의 호스트 재료로서, 화합물(3-7)을 이용한 것 외에는 실시예 13과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[비교예 5]
발광층의 호스트 재료로서, 하기 화합물 H-2를 이용한 것 외에는 실시예 13과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
[비교예 6]
발광층의 호스트 재료로서, 하기 화합물 H-3을 이용한 것 외에는 실시예 13과 같은 방법으로 유기 EL 소자를 제작했다.
실시예 14~16 및 비교예 5~6에서 작성한 유기 EL 소자의 소자 발광 스펙트럼의 극대 파장은 모두 520nm이며, Ir(ppy)3으로부터의 발광이 얻어지고 있는 것을 알 수 있었다. 호스트 재료로서 이용한 화합물과 발광 특성 및 수명 특성을 표 2에 나타낸다.
Figure pct00022
표 2로부터 일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 이용한 유기 EL 소자는 분자 중에 방향족 복소환기를 가지지 않는 화합물인 H-2를 이용한 경우와 비교하여 양호한 발광 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 또 분자 중에 알킬기를 가지지 않는 화합물인 H-3를 이용했을 경우에 비해 양호한 발광 특성을 나타내, 일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 이용한 유기 EL 소자의 우위성은 명백하다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자에서 사용되는 인돌로카르바졸 화합물은 인돌로카르바졸 골격의 질소가 적어도 1개의 함질소 6원환으로 치환되고, 또한 알킬기 또는 시클로알킬기를 가지는 것을 특징으로 하고 있다. 상기 인돌로카르바졸 화합물은 양호한 정공과 전자의 주입 수송 특성을 나타내고, 또한 높은 내구성을 가진다고 생각된다. 이것을 이용한 유기 EL 소자는 구동 전압이 낮고, 특히 발광층 안에 이 인돌로카르바졸 화합물을 포함하는 경우 양 전하의 균형이 양호해짐으로써 재결합 확률이 향상되고, 또 높은 최저 여기 삼중항 상태의 에너지를 가지고 있기 때문에 도펀트에서 호스트 분자로의 삼중항 여기 에너지의 이동을 효과적으로 억제할 수 있는 등의 특징을 가지며, 그로 인해 뛰어난 발광 특성을 부여한다고 생각된다. 덧붙여, 알킬기 또는 시클로알킬기를 가짐으로 인해 양호한 비정질 특성과 높은 열 안정성을 나타내고, 또 전기 화학적으로 안정적인 점에서 구동 수명이 길고 내구성이 높은 유기 EL 소자를 실현한다고 생각된다. 또한 알킬기 또는 시클로알킬기를 가짐으로 인해 용해성이 향상되는 점에서 건식 프로세스뿐 아니라 습식 프로세스에도 적절하게 적용할 수 있으며, 다양한 성막 방법으로 소자의 제작이 가능하게 된다고 생각된다.
본 발명에 의한 유기 EL 소자는 발광 특성, 구동 수명 및 내구성에 있어서 실용상 만족할 수 있는 레벨에 있으며, 플랫 패널 디스플레이(휴대 전화 표시 소자, 차재(車載) 표시 소자, OA컴퓨터 표시 소자나 텔레비전 등), 면발광체로서의 특징을 살린 광원(조명, 복사기의 광원, 액정 디스플레이나 계기류의 백라이트 광원), 표지판이나 표식등(標識燈) 등에의 응용에 있어서 그 기술적 가치가 크다.

Claims (4)

  1. 기판상에 양극, 인광발광층을 포함하는 복수의 유기층 및 음극이 적층되어 이루어지는 유기 전계 발광 소자에 있어서, 인광발광층, 정공수송층, 전자수송층 및 정공저지층으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 유기층 중에, 일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    Figure pct00023

    식(1) 중, 환 I은 인접환과 임의의 위치에서 축합하는 식(1a)으로 표시되는 방향족 탄화수소환을 나타내고, 환 II는 인접환과 임의의 위치에서 축합하는 식(1b)으로 표시되는 복소환을 나타낸다. X는 각각 독립하여 질소 또는 C-Y를 나타내는데, 적어도 1개는 질소이다. Y는 각각 독립하여 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~12의 방향족 복소환기를 나타낸다. 식(1b) 중, A는 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~30의 방향족 탄화수소기 또는 5환 이상의 축합 복소환을 포함하지 않는 탄소수 3~30의 방향족 복소환기를 나타낸다. 단, Y 또는 A 중 적어도 1개는 탄소수 1~10의 알킬기 또는 탄소수 3~11의 시클로알킬기이다. 일반식(1) 및 식(1a) 중, R은 각각 독립하여 수소, 탄소수 1~10의 알킬기, 탄소수 3~11의 시클로알킬기, 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기 또는 탄소수 3~12의 방향족 복소환기를 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    일반식(1)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물이 일반식(2)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    Figure pct00024

    여기에서 환 I, 환 II, A, Y 및 R은 일반식(1)과 같은 의미이다. X는 각각 독립하여 질소 또는 CH를 나타내는데 적어도 1개는 질소이다. 단, Y의 적어도 1개는 탄소수 1~10의 알킬기 또는 탄소수 3~11의 시클로알킬기이다.
  3. 제2항에 있어서,
    일반식(2)으로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물이 일반식(3)~(6)의 어느 하나로 표시되는 인돌로카르바졸 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    Figure pct00025

    식(3)~(6) 중 A 및 R은 일반식(1)과 같은 의미이며, X 및 Y는 일반식(2)와 같은 의미이다.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    인돌로카르바졸 화합물을 포함하는 유기층이 인광 발광 도펀트를 함유하는 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
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