KR20180095139A - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

고온 구동시의 외부 양자 효율 및 내구성이 높고, 또한, 고온 구동 후의 색도 변화 및 전압 상승이 작은, 고수명의 유기 전계 발광 소자로서, 기판 상에, 한 쌍의 전극과 그 전극간에 발광층을 포함하는 적어도 1 층의 유기층을 갖는 유기 전계 발광 소자로서, 상기 발광층에 적어도 1 종의 특정한 이리듐 착물을 함유하고, 또한, 상기 적어도 1 층의 유기층 중 어느 층에, 적어도 1 종의 일반식 (1) 로 나타내는 화합물을 함유하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
Figure pat00034

일반식 (1) 중, R1 ∼ R5 는 각각 독립적으로 소정의 기 또는 원자를 나타낸다. n1 은 0 ∼ 5 의 정수를 나타낸다. n2 ∼ n5 는 각각 독립적으로 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.

Description

유기 전계 발광 소자{ORGANIC ELECTROLUMINESCENT ELEMENT}
본 발명은, 유기 전계 발광 소자 (이하, 「소자」, 「유기 EL 소자」 라고도 한다) 에 관한 것으로, 특히, 고온 구동시의 소자의 제성능 (구체적으로는, 외부 양자 효율, 내구성, 색도 변화 및 전압차) 이 우수한, 고수명의 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
유기 전계 발광 소자는, 저전압 구동으로 고휘도의 발광이 얻어지는 점에서, 최근 활발한 연구 개발이 이루어지고 있다. 일반적으로 유기 전계 발광 소자는, 발광층을 포함하는 유기층 및 그 층을 사이에 둔 한 쌍의 전극으로 구성되어 있고, 음극으로부터 주입된 전자와 양극으로부터 주입된 정공이 발광층에서 재결합하여, 생성된 여기자 (勵起子) 의 에너지를 발광에 이용하는 것이다.
최근, 인광 발광 재료를 사용함으로써 소자의 고효율화가 진행되고 있다. 예를 들어, 인광 발광 재료로서 이리듐 착물이나 백금 착물 등을 이용하여 발광 효율 및 내열성이 향상된 유기 전계 발광 소자가 연구되고 있다.
또, 발광 재료를 호스트 재료 중에 도프한 발광층을 사용하는 도프형 소자가 널리 채용되고 있다.
최근, 호스트 재료의 개발이 활발히 실시되고 있고, 예를 들어 특허문헌 1 에는 발광 효율이 높고, 화소 결함이 적고, 내열성이 우수한 소자의 제조를 목적으로 하여, 아릴기가 복수 연결된 카르바졸 화합물을 호스트 재료로 사용한 소자가 개시되어 있다.
또, 특허문헌 2 에는 고효율 및 장수명의 소자의 제조를 목적으로 하여, 방향족 다고리 축환계 재료를 호스트 재료로 하여, 페닐퀴놀린계 적색 인광 재료를 도펀트로서 사용하는 발명이 개시되어 있다. 특허문헌 2 에는 카르바졸 골격을 갖는 전자 수송 재료를 사용한 발명에 대한 기재가 있는데, 대체로 산화에 약한 카르바졸기의 도입은 소자의 수명을 짧게 하는 것으로 이어지므로 바람직하지 않은 것이 기재되어 있다.
그러나, 종래의 소자는 고온 구동시의 내구성이 낮고, 또, 고온 구동 후의 색도 변화 및 전압 상승이 크다는 문제가 있어, 개선이 요구되고 있다.
국제 공개 제04/074399호 일본 공개특허공보 2009-99783호
특허문헌 2 에 기재가 있는 바와 같이, 산화에 약한 카르바졸기를 갖는 재료를 사용하는 것은, 소자의 수명에 있어서 바람직하지 않은 것이 알려져 있으며, 본 발명의 양태는 그 상식에 비추어 본 경우, 소자의 수명에 있어서 문제가 발생하는 것이 예상되었다.
또, 종래의 소자는 고온 구동시의 내구성이 낮고, 또, 고온 구동 후의 색도 변화 및 전압 상승이 크다는 문제가 있어, 개선이 요구되고 있었다.
본 발명자들은, 카르바졸기를 함유하는 본 발명의 호스트 재료를, 특정한 이리듐 착물 재료와 조합한 경우에, 예상 외로 고수명의 소자가 제공되는 것을 알아냈다.
또, 본 발명자들은, 상기 본 발명의 구성에 의해, 고온 구동시의 외부 양자 효율 및 내구성이 높고, 또한, 고온 구동 후의 색도 변화 및 전압 상승이 작은 소자가 제공되는 것을 알아냈다.
즉, 본 발명의 목적은, 고온 구동시의 외부 양자 효율 및 내구성이 높고, 또한, 고온 구동 후의 색도 변화 및 전압 상승이 작은, 고수명의 유기 전계 발광 소자의 제공에 있다.
또, 본 발명의 다른 목적은 유기 전계 발광 소자에 유용한 발광층 및 조성물을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 유기 전계 발광 소자를 포함하는 발광 장치, 표시 장치 및 조명 장치를 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 하기의 수단에 의해 달성되었다.
[1] 기판 상에, 한 쌍의 전극과 그 전극간에 발광층을 포함하는 적어도 1 층의 유기층을 갖는 유기 전계 발광 소자로서,
상기 발광층에, 적어도 1 종의 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물을 함유하고, 또한, 상기 적어도 1 층의 유기층 중 어느 층에, 적어도 1 종의 일반식 (1) 로 나타내는 화합물을 함유하는, 유기 전계 발광 소자.
[화학식 1]
Figure pat00001
일반식 (PQ-1) 중, R1 ∼ R10 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타낸다. R1 ∼ R10 으로 나타내는 치환기는 서로 결합하여 고리를 형성해도 된다. 단, R1 ∼ R10 으로 나타내는 치환기는 모두가 동시에 수소 원자는 아니다.
(X-Y) 는 모노 아니온성의 2 좌배위자를 나타낸다.
p 는 1 ∼ 3 의 정수를 나타낸다.
[화학식 2]
Figure pat00002
일반식 (1) 중, R1 은 알킬기, 아릴기, 또는 실릴기를 나타내고, 추가로 치환기 Z 를 가지고 있어도 된다. 단, R1 이 카르바졸릴기 또는 퍼플루오로알킬기를 나타내는 경우는 없다. R1 이 복수 존재하는 경우, 복수의 R1 은 각각 동일해도 되고 상이해도 된다. 또 복수의 R1 은, 서로 결합하여 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 아릴 고리를 형성해도 된다.
R2 ∼ R5 는 각각 독립적으로 알킬기, 아릴기, 실릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타내고, 추가로 치환기 Z 를 가지고 있어도 된다. R2 ∼ R5 가 각각 복수 존재하는 경우, 복수의 R2 ∼ 복수의 R5 는 각각 동일해도 되고 상이해도 된다.
치환기 Z 는 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 방향족 헤테로 고리기, 알콕시기, 페녹시기, 불소 원자, 실릴기, 아미노기, 시아노기 또는 이들을 조합하여 이루어지는 기를 나타내고, 복수의 치환기 Z 는 서로 결합하여 아릴 고리를 형성해도 된다.
n1 은 0 ∼ 5 의 정수를 나타낸다.
n2 ∼ n5 는 각각 독립적으로 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.
[2] 상기 일반식 (PQ-1) 에 있어서, p 가 2 인, 상기 [1] 에 기재된 유기 전계 발광 소자.
[3] 상기 일반식 (PQ-1) 에 있어서, 상기 모노 아니온성의 2 좌배위자 (X-Y) 가, 하기 일반식 (PQL-1) 로 나타내지는, 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 유기 전계 발광 소자.
[화학식 3]
Figure pat00003
일반식 (PQL-1) 중, Ra ∼ Rc 는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 알킬기를 나타낸다. * 는 이리듐에 대한 배위 위치를 나타낸다.
[4] 상기 일반식 (PQ-1) 에 있어서, R1 ∼ R6 이 수소 원자를 나타내고, R7 ∼ R10 이 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기 또는 아릴기를 나타내고, R7 ∼ R10 중 1 개 이상이 알킬기 또는 아릴기인, 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.
[5] 상기 일반식 (1) 로 나타내는 화합물을, 상기 발광층에 사용하는, 상기 [1] ∼ [4] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.
[6] 상기 일반식 (1) 로 나타내는 화합물이, 하기 일반식 (2) 로 나타내지는, 상기 [1] ∼ [5] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.
[화학식 4]
Figure pat00004
일반식 (2) 중, R6 및 R7 은 각각 독립적으로 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타낸다. R6 및 R7 이 각각 복수 존재하는 경우, 복수의 R6 및 복수의 R7 은, 각각 동일해도 되고 상이해도 된다. 또 복수의 R6 및 복수의 R7 은, 각각 서로 결합하여 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 아릴 고리를 형성해도 된다.
n6 및 n7 은 각각 독립적으로 0 ∼ 5 의 정수를 나타낸다.
R8 ∼ R11 은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 실릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타낸다.
치환기 Z 는 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 방향족 헤테로 고리기, 알콕시기, 페녹시기, 불소 원자, 실릴기, 아미노기, 시아노기 또는 이들을 조합하여 이루어지는 기를 나타내고, 복수의 치환기 Z 는 서로 결합하여 아릴 고리를 형성해도 된다.
[7] 상기 일반식 (PQ-1) 에 있어서, R1 ∼ R6 이 수소 원자를 나타내고, R7 ∼ R10 이 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기 또는 아릴기를 나타내고, R7 ∼ R10 중 1 개 이상이 알킬기 또는 아릴기를 나타내고, p 가 2 이며, 상기 모노 아니온성의 2 좌배위자 (X-Y) 가, 상기 일반식 (PQL-1) 로 나타내지고, 상기 일반식 (PQL-1) 에 있어서, Ra 및 Rb 가 각각 독립적으로 알킬기를 나타내고, Rc 가 수소 원자를 나타내고, 상기 일반식 (2) 에 있어서, R6 및 R7 은 각각 독립적으로 알킬기, 또는 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기를 나타내고, n6 및 n7 은 각각 독립적으로 0 ∼ 2 의 정수를 나타내고, R8 ∼ R11 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 알킬기 혹은 페닐기로 치환된 실릴기, 시아노기 또는 불소 원자인, 상기 [6] 에 기재된 유기 전계 발광 소자.
[8] 상기 전극간에, 전자 주입층을 가지며, 그 전자 주입층에 전자 공여성 도펀트를 함유하는, 상기 [1] ∼ [7] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.
[9] 상기 전극간에, 정공 주입층을 가지며, 그 정공 주입층에 전자 수용성 도펀트를 함유하는, 상기 [1] ∼ [7] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.
[10] 상기 한 쌍의 전극간에 있는 유기층 중 적어도 1 층이, 용액 도포 프로세스에 의해 형성된, 상기 [1] ∼ [9] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.
[11] 상기 [1] ∼ [10] 중 어느 한 항에 기재된, 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물과, 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물을 함유하는, 발광층.
[12] 상기 [1] ∼ [10] 중 어느 한 항에 기재된, 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물과, 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물을 함유하는, 조성물.
[13] 상기 [1] ∼ [10] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 사용한 발광 장치.
[14] 상기 [1] ∼ [10] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 사용한 표시 장치.
[15] 상기 [1] ∼ [10] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 사용한 조명 장치.
본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 고온 구동시의 소자의 제성능이 우수하다. 구체적으로는, 본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 고온 구동시의 외부 양자 효율 및 내구성이 높고, 또한, 고온 구동 후의 색도 변화 및 전압 상승이 작다. 또 본 발명은, 카르바졸기를 갖는 재료를 호스트 재료로서 이용해도, 고수명의 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
도 1 은, 본 발명에 관련된 유기 EL 소자의 층 구성의 일례 (제 1 실시형태) 를 나타낸 개략도이다.
도 2 는, 본 발명에 관련된 발광 장치의 일례 (제 2 실시형태) 를 나타낸 개략도이다.
도 3 은, 본 발명에 관련된 조명 장치의 일례 (제 3 실시형태) 를 나타낸 개략도이다.
하기, 일반식 (PQ-1), 일반식 (PQL-1), 일반식 (1) 및 일반식 (2) 의 설명에서의 수소 원자는 동위체 (중수소 원자 등) 도 포함하고, 또 추가로 치환기를 구성하는 원자는 그 동위체도 포함하고 있는 것을 나타낸다.
본 발명에 있어서, 치환기 Z 를 하기와 같이 정의한다. (치환기 Z)
알킬기, 알케닐기, 아릴기, 방향족 헤테로 고리기, 알콕시기, 페녹시기, 불소 원자, 실릴기, 아미노기, 시아노기 또는 이들을 조합하여 이루어지는 기를 나타내고, 복수의 치환기 Z 는 서로 결합하여 아릴 고리를 형성해도 된다.
치환기 Z 가 나타내는 알킬기로서는, 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 8 의 알킬기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기이며, 예를 들어 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, 이소부틸기, t-부틸기, n-부틸기, 시클로프로필기 등을 들 수 있고, 메틸기, 에틸기, 이소부틸기, 또는 t-부틸기가 바람직하고, 메틸기가 보다 바람직하다.
치환기 Z 가 나타내는 알케닐기로서는, 바람직하게는 탄소수 2 ∼ 8 의 알케닐기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 2 ∼ 6 의 알케닐기이며, 예를 들어 비닐기, n-프로페닐기, 이소프로페닐기, 이소부테닐기, n-부테닐기 등을 들 수 있고, 비닐기, n-프로페닐기, 이소부테닐기, 또는 n-부테닐기가 바람직하고, 비닐기가 보다 바람직하다.
치환기 Z 가 나타내는 아릴기로서는, 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 12 의 아릴기이다. 예를 들어, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트라닐기, 페난트릴기, 크리세닐기 등을 들 수 있고, 이들 중 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 또는 나프틸기가 바람직하고, 페닐기, 비페닐기, 또는 터페닐기가 보다 바람직하고, 페닐기가 더욱 바람직하다.
치환기 Z 가 나타내는 방향족 헤테로 고리기로서는, 바람직하게는 탄소수 4 ∼ 12 의 방향족 헤테로 고리기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 5 ∼ 10 의 방향족 헤테로 고리기이며, 예를 들어 피리딜기, 푸릴기, 티에닐기 등을 들 수 있고, 피리딜기 또는 푸릴기가 바람직하고, 피리딜기가 보다 바람직하다.
치환기 Z 가 나타내는 알콕시기로서는, 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 8 의 알콕시기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 4 의 알콕시기이며, 예를 들어 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, 이소프로폭시기, 이소부톡시기, t-부톡시기, n-부톡시기, 시클로프로필옥시기 등을 들 수 있고, 메톡시기, 에톡시기, 이소부톡시기, 또는 t-부톡시기가 바람직하고, 메톡시기가 보다 바람직하다.
치환기 Z 가 나타내는 실릴기로서는, 바람직하게는 탄소수 3 ∼ 40, 보다 바람직하게는 탄소수 3 ∼ 30, 특히 바람직하게는 탄소수 3 ∼ 24 의 실릴기이며, 예를 들어 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기 등을 들 수 있다.
치환기 Z 가 나타내는 아미노기로서는, 바람직하게는 탄소수 0 ∼ 30, 보다 바람직하게는 탄소수 0 ∼ 20, 특히 바람직하게는 탄소수 0 ∼ 10 의 아미노기이며, 예를 들어 아미노기, 메틸아미노기, 디메틸아미노기, 디에틸아미노기, 디벤질아미노기, 디페닐아미노기, 디톨릴아미노기 등을 들 수 있다.
복수의 치환기 Z 가 서로 결합하여 형성되는 아릴 고리로서는, 벤젠 고리, 나프탈렌 고리 등을 들 수 있고, 벤젠 고리가 바람직하다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 기판 상에 한 쌍의 전극과, 그 전극간에 발광층을 포함하는 적어도 1 층의 유기층을 갖는 유기 전계 발광 소자로서, 상기 발광층에, 적어도 1 종의 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물을 함유하고, 또한, 상기 적어도 1 층의 유기층 중 어느 층에, 적어도 1 종의 일반식 (1) 로 나타내는 화합물을 함유한다.
[일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물]
이하, 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물에 대해 설명한다.
[화학식 5]
Figure pat00005
일반식 (PQ-1) 중, R1 ∼ R10 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타낸다. R1 ∼ R10 으로 나타내는 치환기는 서로 결합하여 고리를 형성해도 된다. 단, R1 ∼ R10 으로 나타내는 치환기는 모두가 동시에 수소 원자는 아니다.
(X-Y) 는 모노 아니온성의 2 좌배위자를 나타낸다.
p 는 1 ∼ 3 의 정수를 나타낸다.
R1 ∼ R10 으로 나타내는 치환기는, 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기 또는 불소 원자인 것이 바람직하고, 수소 원자, 알킬기 또는 아릴기인 것이 보다 바람직하고, 수소 원자 또는 알킬기인 것이 더욱 바람직하다. 단, R1 ∼ R10 으로 나타내는 치환기는 모두가 동시에 수소 원자는 아니다.
R1 ∼ R10 으로 나타내는 알킬기는, 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되고, 포화이거나 불포화이어도 된다. 치환기를 갖는 경우의 치환기로서는, 전술한 치환기 Z 를 들 수 있고, 치환기 Z 로서는 불소 원자가 바람직하다. R1 ∼ R10 으로 나타내는 알킬기는 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 8 의 알킬기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기이며, 예를 들어 메틸기, 트리플루오로메틸기, 에틸기, 비닐기, n-프로필기, 이소프로필기, 이소부틸기, t-부틸기, n-부틸기 등을 들 수 있고, 메틸기, 트리플루오로메틸기, 에틸기, 이소프로필기, 또는 t-부틸기가 바람직하고, 메틸기 또는 에틸기가 보다 바람직하고, 메틸기가 더욱 바람직하다.
R1 ∼ R10 으로 나타내는 시클로알킬기는, 각각 독립적으로 치환기를 가지고 있어도 되고, 포화이거나 불포화이어도 된다. 치환기를 갖는 경우의 치환기로서는, 전술한 치환기 Z 를 들 수 있고, 치환기 Z 로서는 알킬기가 바람직하다. R1 ∼ R10 으로 나타내는 시클로알킬기는 바람직하게는 탄소수 3 ∼ 20 의 시클로알킬기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 3 ∼ 10 의 시클로알킬기이며, 더욱 바람직하게는 탄소수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기이다. 예를 들어 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 시클로헥세닐기 등을 들 수 있고, 시클로헥실기 또는 시클로헥세닐기가 바람직하다.
R1 ∼ R10 으로 나타내는 아릴기는, 각각 독립적으로 축환되어 있어도 되고, 치환기를 가지고 있어도 된다. 치환기를 갖는 경우의 치환기로서는, 전술한 치환기 Z 를 들 수 있고, 치환기 Z 로서는 알킬기, 아릴기 또는 불소 원자가 바람직하고, 알킬기 또는 아릴기가 바람직하고, 알킬기가 보다 바람직하다. R1 ∼ R10 으로 나타내는 아릴기는, 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 12 의 아릴기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 10 의 아릴기이며, 예를 들어 페닐기, 디메틸페닐기 등을 들 수 있고, 페닐기가 바람직하다.
R1 ∼ R10 으로 나타내는 치환기는, 서로 결합하여 고리를 형성해도 되고, 고리를 형성하는 경우, R1 ∼ R10 중의 인접하는 2 개가 서로 결합하여 고리를 형성하는 것이 바람직하고, R7 과 R8, 또는 R8 과 R9 가 서로 결합하여 고리를 형성하는 것이 보다 바람직하다. 형성되는 고리로서는, 전술한 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는, 시클로알킬 고리, 및 아릴 고리 등을 들 수 있고, 또한 아릴기가 축환되어 있어도 된다. 치환기 Z 로서는, 알킬기, 아릴기, 또는 불소 원자가 바람직하다.
형성되는 시클로알킬 고리는, R1 ∼ R10 이외의 고리의 형성에 관계되는 탄소 원자를 포함하고, 바람직하게는 탄소수 5 ∼ 30 의 시클로알킬 고리이며, 보다 바람직하게는 탄소수 5 ∼ 14 의 시클로알킬 고리이다. 형성되는 시클로알킬 고리로서는, 예를 들어 시클로펜틸 고리, 시클로헥실 고리, 인단 고리 등을 들 수 있고, 시클로헥실 고리 또는 인단 고리가 바람직하고, 인단 고리가 보다 바람직하다.
형성되는 아릴 고리는, R1 ∼ R10 이외의 고리의 형성에 관계되는 탄소 원자를 포함하고, 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 30 의 아릴 고리이며, 보다 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 14 의 아릴 고리이다. 형성되는 아릴 고리로서는, 예를 들어 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 페난트렌 고리 등을 들 수 있고, 벤젠 고리 또는 페난트렌 고리가 바람직하고, 벤젠 고리가 보다 바람직하다.
일반식 (PQ-1) 중, R1 ∼ R6 중의 0 ∼ 3 개가 각각 독립적으로 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타냄과 함께, 그 밖의 R1 ∼ R6이 모두 수소 원자인 것도 바람직하고, R1 ∼ R6 중 0 또는 1 개가 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타냄과 함께, 그 밖의 R1 ∼ R6 이 모두 수소 원자인 것이 보다 바람직하고, R1 ∼ R6 이 모두 수소 원자인 것이, 내구성 향상을 위해 더욱 바람직하다.
R7 ∼ R10 중 0 ∼ 2 개가 각각 독립적으로 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타냄과 함께, 그 밖의 R7 ∼ R10 이 모두 수소 원자인 것도 바람직하고, R7 ∼ R10 중 0 ∼ 2 개가 각각 독립적으로 알킬기, 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타냄과 함께, 그 밖의 R7 ∼ R10 이 모두 수소 원자인 것이 보다 바람직하다. 단, R7 ∼ R10 이 모두 수소 원자인 경우에는, R1 ∼ R6 중 적어도 1 개가 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타낸다. 또한, R7 과 R8, 또는 R8 과 R9 는 서로 결합하여 전술한 고리를 형성하고 있어도 되고, 고리를 형성하는 경우, 전술한 아릴 고리를 형성하는 것이 보다 바람직하고, 벤젠 고리를 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
또, 내구성 향상을 위해, R1 ∼ R6 이 모두 수소 원자인 경우에는 R7 ∼ R10 이 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기 또는 아릴기를 나타냄과 함께, R7 ∼ R10 중 적어도 1 개가 알킬기 또는 아릴기인 것이 바람직하고, R7 ∼ R10 중 적어도 1 개가 알킬기인 것이 보다 바람직하고, R7 ∼ R10 중 2 개가 알킬기인 것이 가장 바람직하다. 이 때, R7 과 R8, 또는 R8 과 R9 가 서로 결합하여 전술한 고리를 형성하고 있어도 되고, 고리를 형성하는 경우, 전술한 아릴 고리를 형성하는 것이 보다 바람직하고, 벤젠 고리를 형성하는 것이 더욱 바람직하다.
R1 ∼ R6 이 모두 수소 원자인 경우에, R7 ∼ R10 중 적어도 1 개가 나타내는 알킬기로서는, 예를 들어 메틸기, 트리플루오로메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, iso-부틸기, t-부틸기, n-부틸기 등을 들 수 있고, 메틸기, 트리플루오로메틸기, 에틸기, iso-부틸기, 또는 t-부틸기가 바람직하고, 메틸기가 보다 바람직하다. 또, 아릴기로서는 페닐기가 바람직하다.
내구성의 관점에서, R7 ∼ R10 중 적어도 1 개가 알킬기 또는 아릴기인 경우, 적어도 R8 이 알킬기 또는 아릴기인 것이 바람직하다.
p 는, 2 또는 3 인 것이 바람직하고, 2 인 것이 더욱 바람직하다.
(X-Y) 는, 모노 아니온성의 2 좌배위자를 나타낸다. 이들 배위자는, 광 활성 특성에 직접 기여하는 것이 아니고, 분자의 광 활성 특성을 변경할 수 있는 것으로 생각되고 있다. 발광 재료에 있어서 사용되는 모노 아니온성의 2 좌배위자를, 당업계에서 공지인 것으로부터 선택할 수 있다. 모노 아니온성의 2 좌배위자의 비한정적인 예는, 참조에 의해 원용되는 Lamansky 등의 PCT 출원인 국제 공개 제02/15645호의 89 ∼ 90 페이지에 기재되어 있다. 바람직한 모노 아니온성의 2 좌배위자에는, 아세틸아세토네이트 (acac) 및 피콜리네이트 (pic), 그리고 이들의 유도체가 포함된다. 본 발명에 있어서는 착물의 안정성, 높은 발광 양자 수율의 관점에서 모노 아니온성의 2 좌배위자는, 하기 일반식 (PQL-1) 로 나타내는 아세틸아세토네이트 및 그 유도체인 것이 바람직하다.
[화학식 6]
Figure pat00006
일반식 (PQL-1) 중, Ra ∼ Rc 는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 알킬기를 나타낸다. * 는 이리듐에 대한 배위 위치를 나타낸다.
Ra ∼ Rc 로 나타내는 알킬기로서 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 8 의 알킬기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기이며, 예를 들어 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, 이소부틸기, t-부틸기, n-부틸기, 시클로프로필기, 트리플루오로메틸기 등을 들 수 있고, 메틸기, 에틸기, 이소부틸기, 또는 t-부틸기가 바람직하고, 메틸기 또는 t-부틸기가 보다 바람직하고, 메틸기가 더욱 바람직하다.
Ra 및 Rb 는, 각각 독립적으로 착물의 안정성의 관점에서 바람직하게는 알킬기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기이며, 더욱 바람직하게는 메틸기 및 t-부틸기 중 어느 것이며, 또한 보다 바람직하게는 메틸기이다. Ra 와 Rb 는 동일한 것이 바람직하다.
Rc 는 바람직하게는 수소 원자이다.
이하에, 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물의 구체예를 예시하는데, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 7]
Figure pat00007
[화학식 8]
Figure pat00008
[화학식 9]
Figure pat00009
상기 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물로서 예시한 화합물은, 예를 들어 일본 특허 제3929689호에 기재된 방법 등 여러 가지의 방법으로 합성할 수 있다. 예를 들어, FR-2 는 일본 특허 제3929689호의 [0054] ∼ [0055] (18 페이지 1 행 ∼ 13 행) 에 기재된 방법으로 합성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물은 발광층에 함유되는데, 그 용도가 한정되는 경우는 없고, 유기층 내의 어느 층에 추가로 함유되어도 된다.
본 발명에서는, 고온 구동 후의 색도 변화를 보다 억제하기 위해서, 이하에 기재하는 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물과, 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물을 발광층에 함유하는 것이 바람직하다.
일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물은, 발광층의 전체 질량에 대해 0.1 ∼ 30 질량% 함유시키는 것이 바람직하고, 1 ∼ 20 질량% 함유시키는 것이 보다 바람직하고, 5 ∼ 15 질량% 함유시키는 것이 보다 더 바람직하다.
[일반식 (1) 로 나타내는 화합물]
이하, 일반식 (1) 로 나타내는 화합물에 대해 설명한다.
[화학식 10]
Figure pat00010
일반식 (1) 중, R1 은 알킬기, 아릴기, 또는 실릴기를 나타내고, 추가로 치환기 Z 를 가지고 있어도 된다. 단, R1 이 카르바졸릴기 또는 퍼플루오로알킬기를 나타내는 경우는 없다. R1 이 복수 존재하는 경우, 복수의 R1 은, 각각 동일해도 되고 상이해도 된다. 또 복수의 R1 은, 서로 결합하여 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 아릴 고리를 형성해도 된다.
R2 ∼ R5 는 각각 독립적으로 알킬기, 아릴기, 실릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타내고, 추가로 치환기 Z 를 가지고 있어도 된다. R2 ∼ R5 가 각각 복수 존재하는 경우, 복수의 R2 ∼ 복수의 R5 는 각각 동일해도 되고 상이해도 된다.
치환기 Z 는 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 방향족 헤테로 고리기, 알콕시기, 페녹시기, 불소 원자, 실릴기, 아미노기, 시아노기 또는 이들을 조합하여 이루어지는 기를 나타내고, 복수의 치환기 Z 는 서로 결합하여 아릴 고리를 형성해도 된다.
n1 은 0 ∼ 5 의 정수를 나타낸다.
n2 ∼ n5 는 각각 독립적으로 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.
R1 로 나타내는 알킬기는 치환기를 가지고 있어도 되고, 포화이거나 불포화이어도 된다. 치환기를 갖는 경우의 치환기로서는, 전술한 치환기 Z 를 들 수 있고, 치환기 Z 로서는 불소 원자가 바람직하다. 단, R1 로 나타내는 알킬기는, 퍼플루오로알킬기가 되는 경우는 없다. R1 로 나타내는 알킬기는 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 8 의 알킬기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기이며, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기이다. 예를 들어 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, t-부틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, 2-메틸펜틸기, 네오펜틸기, n-헥실기, 4-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 3,3-디메틸부틸기, 2,2-디메틸부틸기, 1,1-디메틸부틸기, 1,2-디메틸부틸기, 1,3-디메틸부틸기, 2,3-디메틸부틸기 등을 들 수 있고, 이들 중, 메틸기, 이소프로필기, t-부틸기, 또는 네오펜틸기가 바람직하고, 메틸기 또는 t-부틸기가 보다 바람직하고, t-부틸기가 더욱 바람직하다.
R1 로 나타내는 아릴기는 축환되어 있어도 되고, 치환기를 가지고 있어도 된다. 치환기를 갖는 경우의 치환기로서는, 전술한 치환기 Z 를 들 수 있고, 치환기 Z 로서는, 불소 원자로 치환되어 있어도 되는 알킬기, 아릴기, 불소 원자 또는 시아노기가 바람직하고, 알킬기가 보다 바람직하다. R1 로 나타내는 아릴기는 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 30 의 아릴기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기이다. 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기는 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 6 의 불소 원자로 치환되어 있어도 되는 알킬기, 불소 원자 또는 시아노기를 가지고 있어도 되는 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기를 가지고 있어도 되는 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기이다. 예를 들어, 페닐기, 디메틸페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 메틸나프틸기, t-부틸나프틸기, 안트라닐기, 페난트릴기, 크리세닐기, 시아노페닐기, 트리플루오로메틸페닐기, 불화페닐기 등을 들 수 있고, 이들 중 페닐기, 디메틸페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 메틸나프틸기, 또는 t-부틸나프틸기가 바람직하고, 페닐기, 비페닐기, 또는 터페닐기가 보다 바람직하다.
R1 로 나타내는 실릴기는 치환기를 가지고 있어도 된다. 치환기를 갖는 경우의 치환기로서는, 전술한 치환기 Z 를 들 수 있고, 치환기 Z 로서는 알킬기 또는 페닐기가 바람직하고, 페닐기가 보다 바람직하다. R1 로 나타내는 실릴기는 바람직하게는 탄소수 0 ∼ 18 의 실릴기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 3 ∼ 18 의 실릴기이다. 탄소수 3 ∼ 18 의 실릴기는 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기 혹은 페닐기로 치환된 탄소수 3 ∼ 18 의 실릴기이며, 실릴기의 3 개의 수소 원자 전부가, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기 및 페닐기 중 어느 것으로 치환되어 있는 것이 보다 바람직하고, 페닐기로 치환되어 있는 것이 더욱 바람직하다. 예를 들어, 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 디에틸이소프로필실릴기, 디메틸페닐실릴기, 디페닐메틸실릴기, 트리페닐실릴기 등을 들 수 있고, 이들 중, 트리메틸실릴기, 디메틸페닐실릴기 또는 트리페닐실릴기가 바람직하고, 트리페닐실릴기가 보다 바람직하다.
R1 이 복수 존재하는 경우, 복수의 R1 은 각각 동일해도 되고 상이해도 된다. 또 복수의 R1 은, 서로 결합하여 전술한 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 아릴 고리를 형성해도 된다. 치환기 Z 로서는, 알킬기 또는 아릴기가 바람직하고, 알킬기가 보다 바람직하다.
복수의 R1 이 서로 결합하여 형성되는 아릴 고리는, 그 복수의 R1 이 치환되는 탄소 원자를 포함하며, 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 30 의 아릴 고리이며, 보다 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 14 의 아릴 고리이다. 형성되는 고리로서는 벤젠 고리, 나프탈렌 고리 및 페난트렌 고리 중 어느 것인 것이 바람직하고, 벤젠 고리 또는 페난트렌 고리인 것이 보다 바람직하고, 벤젠 고리인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 복수의 R1 에 의해 형성되는 고리는 복수 존재해도 되고, 예를 들어, 복수의 R1 이 각각 서로 결합하여 2 개의 벤젠 고리를 형성하고, 그 복수의 R1 이 치환되는 벤젠 고리와 함께, 페난트렌 고리를 형성해도 된다.
R1 은, 전하 수송능 및 전하에 대한 안정성의 관점에서, 바람직하게는 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 및 알킬기 혹은 페닐기로 치환된 실릴기 중 어느 것이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기를 가지고 있어도 되는 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기이며, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기를 가지고 있어도 되는 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기이다.
그 중에서도, R1 은 바람직하게는 메틸기, t-부틸기, 네오펜틸기, 무치환의 페닐기, 시아노기 혹은 불소 원자 혹은 트리플루오로메틸기에 의해 치환된 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 무치환의 나프틸기, 메틸기 혹은 t-부틸기에 의해 치환된 나프틸기, 트리페닐실릴기, 복수의 알킬기 또는 아릴기가 각각 서로 결합하여 형성된 벤젠 고리 또는 페난트렌 고리이며, 보다 바람직하게는 무치환의 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 또는 복수의 알킬기가 각각 서로 결합하여 형성된 벤젠 고리이고, 더욱 바람직하게는 무치환의 페닐기, 터페닐기 또는 복수의 알킬기가 각각 서로 결합하여 형성된 벤젠 고리이다.
n1 은, 0 ∼ 4 의 정수인 것이 바람직하고, 0 ∼ 3 의 정수인 것이 보다 바람직하고, 0 ∼ 2 의 정수인 것이 더욱 바람직하다.
R2 ∼ R5 로 나타내는 아릴기, 실릴기의 구체예 및 바람직한 예는, 상기 R1 로 나타내는 아릴기, 실릴기의 구체예 및 바람직한 예와 동일하다.
R2 ∼ R5 로 나타내는 알킬기로서는, 상기 R1 로 나타내는 알킬기의 예시에 더하여 트리플루오로메틸기 등의 퍼플루오로알킬기를 들 수 있다. 이들 중, 메틸기, 트리플루오로메틸기, 이소프로필기, t-부틸기, 또는 네오펜틸기가 바람직하고, 메틸기 또는 t-부틸기가 보다 바람직하고, t-부틸기가 더욱 바람직하다.
R2 ∼ R5 는 각각 독립적으로 전하 수송능 및 전하에 대한 안정성의 관점에서, 바람직하게는 알킬기, 아릴기, 알킬기 혹은 페닐기로 치환된 실릴기, 시아노기, 및 불소 원자 중 어느 것이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기, 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기 혹은 페닐기로 치환된 탄소수 3 ∼ 18 의 실릴기, 시아노기, 및 불소 원자 중 어느 것이며, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기, 탄소수 6 ∼ 12 의 아릴기, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기 혹은 페닐기로 치환된 탄소수 3 ∼ 18 의 실릴기, 시아노기, 및 불소 원자 중 어느 것이다.
그 중에서도, R2 ∼ R5 는 각각 독립적으로 바람직하게는 메틸기, 이소프로필기, t-부틸기, 네오펜틸기, 트리플루오로메틸기, 페닐기, 디메틸페닐기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 불소 원자, 및 시아노기 중 어느 것이며, 보다 바람직하게는 t-부틸기, 페닐기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 및 시아노기 중 어느 것이며, 더욱 바람직하게는 t-부틸기, 페닐기, 트리페닐실릴기, 및 시아노기 중 어느 것이다.
n2 ∼ n5 는 각각 독립적으로 0 ∼ 2 의 정수인 것이 바람직하고, 0 또는 1 인 것이 보다 바람직하다. 카르바졸 골격에 치환기를 도입하는 경우, 카르바졸 골격의 3 위치 및 6 위치가 반응 활성위이며, 합성의 용이함, 및 화학적 안정성 향상의 관점에서, 이 위치에 치환기를 도입하는 것이 바람직하다.
일반식 (1) 로 나타내는 화합물은, 일반식 (2) 로 나타내지는 것이 보다 바람직하다.
[화학식 11]
Figure pat00011
일반식 (2) 중, R6 및 R7 은 각각 독립적으로 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타낸다. R6 및 R7 이 각각 복수 존재하는 경우, 복수의 R6 및 복수의 R7 은 각각 동일해도 되고 상이해도 된다. 또 복수의 R6 및 복수의 R7 은, 각각 서로 결합하여 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 아릴 고리를 형성해도 된다.
n6 및 n7 은 각각 독립적으로 0 ∼ 5 의 정수를 나타낸다.
R8 ∼ R11 은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 실릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타낸다.
치환기 Z 는 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 방향족 헤테로 고리기, 알콕시기, 페녹시기, 불소 원자, 실릴기, 아미노기, 시아노기 또는 이들을 조합하여 이루어지는 기를 나타내고, 복수의 치환기 Z 는 서로 결합하여 아릴 고리를 형성해도 된다.
R6 및 R7 로 나타내는 알킬기는 치환기를 가지고 있어도 되고, 포화이거나 불포화이어도 된다. 치환기를 갖는 경우의 치환기로서는, 전술한 치환기 Z 를 들 수 있고, 치환기 Z 로서는 불소 원자가 바람직하다.
R6 및 R7 로 나타내는 알킬기는 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기이다. R6 및 R7 로 나타내는 알킬기의 구체예 및 바람직한 예는, 상기 일반식 (1) 중의 R2 ∼ R5 로 나타내는 알킬기의 구체예 및 바람직한 예와 동일하다.
R6 및 R7 로 나타내는, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기에 있어서의 알킬기는, 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기이다. 그 알킬기의 구체예 및 바람직한 예는, 상기 일반식 (1) 중의 R2 ∼ R5 로 나타내는 알킬기의 구체예 및 바람직한 예와 동일하다.
R6 및 R7 로 나타내는, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기에 있어서의 아릴기는, 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 12 의 아릴기이다. 예를 들어, 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트라닐기, 페난트릴기, 크리세닐기 등을 들 수 있고, 이들 중 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 또는 나프틸기가 바람직하고, 페닐기, 비페닐기, 또는 터페닐기가 보다 바람직하다.
R6 및 R7 로 나타내는, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기는, 무치환의 아릴기인 것이 바람직하다.
R6 및 R7 로 나타내는, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기로서는, 예를 들어, 페닐기, 디메틸페닐기, t-부틸페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 메틸나프틸기, t-부틸나프틸기, 안트라닐기, 페난트릴기, 크리세닐기 등을 들 수 있고, 페닐기, t-부틸페닐기, 또는 비페닐기가 바람직하고, 페닐기가 보다 바람직하다.
R6 및 R7 이 각각 복수 존재하는 경우, 복수의 R6 및 복수의 R7 은 각각 동일해도 되고 상이해도 된다. 또 복수의 R6 및 복수의 R7 은, 각각 서로 결합하여 전술한 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 아릴 고리를 형성해도 된다. 치환기 Z 로서는, 알킬기 또는 아릴기가 바람직하고, 알킬기가 보다 바람직하다.
복수의 R6 및 복수의 R7 이, 각각 서로 결합하여 형성되는 아릴 고리는, 그 복수의 R6 및 그 복수의 R7 의 각각이 치환되는 탄소 원자를 포함하며, 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 30 의 아릴 고리이며, 보다 바람직하게는 탄소수 6 ∼ 14 의 아릴 고리이며, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기를 가지고 있어도 되는 탄소수 6 ∼ 14 의 아릴 고리이다. 형성되는 고리로서는, 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기를 가지고 있어도 되는 벤젠 고리, 나프탈렌 고리 및 페난트렌 고리 중 어느 것인 것이 바람직하고, 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기를 가지고 있어도 되는 벤젠 고리가 보다 바람직하고, 예를 들어, 벤젠 고리, t-부틸기로 치환된 벤젠 고리 등을 들 수 있다. 또한, 복수의 R6 또는 복수의 R7 에 의해 형성되는 고리는 복수 존재해도 되고, 예를 들어, 복수의 R6 또는 복수의 R7 이 각각 서로 결합하여 2 개의 벤젠 고리를 형성하고, 그 복수의 R6 또는 그 복수의 R7 이 치환되는 벤젠 고리와 함께, 페난트렌 고리를 형성해도 된다.
R6 및 R7 은, 전하 수송능 및 전하에 대한 안정성의 관점에서, 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기를 가지고 있어도 되는 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기, 시아노기 및 불소 원자 중 어느 것이며, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기를 가지고 있어도 되는 탄소수 6 ∼ 12 의 아릴기, 시아노기 및 불소 원자 중 어느 것이다. 전하 수송능 및 전하에 대한 안정성의 관점에서, R6 및 R7 은 각각 독립적으로 알킬기, 또는 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기를 나타내는 것도 바람직하다.
그 중에서도, R6 및 R7 은 각각 독립적으로 바람직하게는 메틸기, 트리플루오로메틸기, t-부틸기, 무치환의 페닐기, t-부틸기에 의해 치환된 페닐기, 비페닐기, 시아노기, 불소 원자, 및 복수의 알킬기가 각각 서로 결합하여 형성된 무치환의 벤젠 고리 또는 t-부틸기에 의해 치환된 벤젠 고리 중 어느 것이며, 보다 바람직하게는 메틸기, 트리플루오로메틸기, 무치환의 페닐기, 시아노기, 불소 원자, 및 복수의 알킬기가 각각 서로 결합하여 형성된 무치환의 벤젠 고리 또는 t-부틸기에 의해 치환된 벤젠 고리 중 어느 것이며, 가장 바람직하게는 무치환의 페닐기이다.
n6 및 n7 은 각각 독립적으로 0 ∼ 4 의 정수인 것이 바람직하고, 0 ∼ 2 의 정수인 것이 보다 바람직하고, 0 또는 1 인 것이 더욱 바람직하다.
R8 ∼ R11 로 나타내는 알킬기는 치환기를 가지고 있어도 되고, 포화이거나 불포화이어도 된다. 치환기를 갖는 경우의 치환기로서는, 전술한 치환기 Z 를 들 수 있고, 치환기 Z 로서는 불소 원자가 바람직하다.
R8 ∼ R11 로 나타내는 알킬기는 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기이다. R8 ∼ R11 로 나타내는 알킬기의 구체예 및 바람직한 예는, 상기 일반식 (1) 중의 R2 ∼ R5 로 나타내는 알킬기의 구체예 및 바람직한 예와 동일하다.
R8 ∼ R11 로 나타내는 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기는, 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기를 가지고 있어도 되는 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기이며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기를 가지고 있어도 되는 탄소수 6 ∼ 12 의 아릴기이다.
R8 ∼ R11 로 나타내는 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기의 구체예 및 바람직한 예는, 전술한 R6 및 R7 로 나타내는 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기에 있어서의 구체예 및 바람직한 예와 동일하다.
R8 ∼ R11 로 나타내는 실릴기는 치환기를 가지고 있어도 된다. 치환기를 갖는 경우의 치환기로서는, 전술한 치환기 Z 를 들 수 있고, 치환기 Z 로서는 알킬기 또는 페닐기가 바람직하고, 페닐기가 보다 바람직하다. R8 ∼ R11 로 나타내는 실릴기는 바람직하게는 탄소수 3 ∼ 18 의 실릴기이며, R8 ∼ R11 로 나타내는 탄소수 3 ∼ 18 의 실릴기의 구체예 및 바람직한 예는, 상기 일반식 (1) 중의 R1 로 나타내는 실릴기에 있어서의 탄소수 3 ∼ 18 의 실릴기의 구체예 및 바람직한 예와 동일하다.
R8 ∼ R11 은 각각 독립적으로 전하 수송능 및 전하에 대한 안정성의 관점에서, 바람직하게는 수소 원자, 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 알킬기 혹은 페닐기로 치환된 실릴기, 시아노기, 및 불소 원자 중 어느 것이며, 보다 바람직하게는 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기를 가지고 있어도 되는 탄소수 6 ∼ 18 의 아릴기, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기 혹은 페닐기로 치환된 탄소수 3 ∼ 18 의 실릴기, 시아노기, 및 불소 원자 중 어느 것이며, 더욱 바람직하게는 수소 원자, 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기, 탄소수 1 ∼ 4 의 알킬기를 가지고 있어도 되는 탄소수 6 ∼ 12 의 아릴기, 탄소수 1 ∼ 6 의 알킬기 혹은 페닐기로 치환된 탄소수 3 ∼ 18 의 실릴기, 시아노기, 및 불소 원자 중 어느 것이다.
그 중에서도, R8 ∼ R11 은 각각 독립적으로 바람직하게는 수소 원자, 메틸기, 이소프로필기, t-부틸기, 네오펜틸기, 트리플루오로메틸기, 페닐기, 디메틸페닐기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 불소 원자, 및 시아노기 중 어느 것이며, 보다 바람직하게는 수소 원자, t-부틸기, 페닐기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 및 시아노기 중 어느 것이며, 더욱 바람직하게는 수소 원자, t-부틸기, 페닐기, 트리페닐실릴기, 및 시아노기 중 어느 것이다.
일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물은, 탄소 원자, 수소 원자 및 질소 원자만으로 이루어지는 경우가 가장 바람직하다.
일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물의 유리 전이 온도 (Tg) 는 80 ℃ 이상 400 ℃ 이하인 것이 바람직하고, 100 ℃ 이상 400 ℃ 이하인 것이 보다 바람직하고, 120 ℃ 이상 400 ℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
일반식 (1) 또는 (2) 가 수소 원자를 갖는 경우, 동위체 (중수소 원자 등) 도 포함한다. 이 경우 화합물 중의 모든 수소 원자가 동위체로 치환되어 있어도 되고, 또 일부가 동위체를 포함하는 화합물인 혼합물이어도 된다.
이하에, 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물의 구체예를 예시하는데, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 12]
Figure pat00012
[화학식 13]
Figure pat00013
[화학식 14]
Figure pat00014
상기 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물로서 예시한 화합물은, 국제 공개 제2004/074399호 등을 참고로 합성했다. 예를 들어, 화합물 (A-1) 은 국제 공개 제2004/074399호의 52 페이지 22 행 ∼ 54 페이지 15 행에 기재된 방법으로 합성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물은, 그 용도가 한정되는 경우는 없고, 유기층 내의 어느 층에 함유되어도 된다. 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물의 도입층으로서는, 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 여기자 블록층, 전하 블록층 중 어느 것, 혹은 복수에 함유되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 고온 구동 후의 색도 변화를 보다 억제하기 위해서, 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물을 발광층 또는 발광층에 인접하는 층 중 어느 것에 함유시키는 것이 바람직하고, 발광층에 함유시키는 것이 보다 바람직하다. 또, 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물을 발광층 및 인접하는 층의 양 층에 함유시켜도 된다.
일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물을 발광층 중에 함유시키는 경우, 본 발명의 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물은 발광층의 전체 질량에 대해 0.1 ∼ 99 질량 % 함유시키는 것이 바람직하고, 1 ∼ 95 질량 % 함유시키는 것이 보다 바람직하고, 10 ∼ 95 질량 % 함유시키는 것이 보다 바람직하다. 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물을 발광층 이외의 층에 추가로 함유시키는 경우에는, 그 층의 전체 질량에 대해 70 ∼ 100 질량 % 함유되는 것이 바람직하고, 85 ∼ 100 질량% 함유되는 것이 보다 바람직하다.
[일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물과, 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물을 함유하는 발광층]
본 발명은 상기 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물과, 상기 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물을 함유하는 발광층에 관한 것이기도 하다. 본 발명의 발광층은 유기 전계 발광 소자에 사용할 수 있다.
[일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물과, 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물을 함유하는 조성물]
본 발명은 상기 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물과, 상기 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물을 함유하는 조성물에 관한 것이기도 하다.
본 발명의 조성물에 있어서, 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물의 함유량은, 조성물 중의 전체 고형분에 대해 1 ∼ 40 질량% 인 것이 바람직하고, 3 ∼ 20 질량% 인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 조성물에 있어서, 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물의 함유량은, 조성물 중의 전체 고형분에 대해 50 ∼ 97 질량% 인 것이 바람직하고, 70 ∼ 90 질량% 인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 조성물에 있어서의 그 밖에 함유해도 되는 성분으로서는, 유기물이거나 무기물이어도 되고, 유기물로서는 후술하는 호스트 재료, 형광 발광 재료, 인광 발광 재료, 탄화수소 재료로서 든 재료를 적용할 수 있다. 본 발명의 조성물은 증착법이나 스퍼터법 등의 건식 성막법, 전사법, 인쇄법 등의 습식 성막법에 의해 유기 전계 발광 소자의 유기층을 형성할 수 있다.
[유기 전계 발광 소자]
본 발명의 소자에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 기판 상에, 한 쌍의 전극과 그 전극간에 발광층을 포함하는 적어도 1 층의 유기층을 갖는 유기 전계 발광 소자로서, 상기 발광층에, 적어도 1 종의 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물을 함유하고, 또한, 상기 적어도 1 층의 유기층 중 어느 층에, 적어도 1 종의 일반식 (1) 로 나타내는 화합물을 함유한다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 발광층은 유기층이며, 추가로 복수의 유기층을 가지고 있어도 된다.
발광 소자의 성질상, 양극 및 음극 중 적어도 일방의 전극은, 투명 혹은 반투명인 것이 바람직하다.
도 1 은, 본 발명에 관련된 유기 전계 발광 소자의 층 구성의 일례를 나타내고 있다. 도 1 에 나타낸 본 발명에 관련된 유기 전계 발광 소자 (10) 는, 기판 (2) 상에 있어서, 양극 (3) 과 음극 (9) 사이에 발광층 (6) 이 끼워져 있다. 구체적으로는, 양극 (3) 과 음극 (9) 사이에 정공 주입층 (4), 정공 수송층 (5), 발광층 (6), 정공 블록층 (7), 및 전자 수송층 (8) 이 이 순서대로 적층되어 있다.
<유기층의 구성>
상기 유기층의 층 구성으로서는 특별히 제한은 없고, 유기 전계 발광 소자의 용도, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있는데, 상기 투명 전극 상에 또는 상기 반투명 전극 상에 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 유기층은, 상기 투명 전극 또는 상기 반투명 전극 상의 전면 또는 일면에 형성된다.
유기층의 형상, 크기, 및 두께 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다.
구체적인 층 구성으로서 하기를 들 수 있는데, 본 발명은 이들의 구성에 한정되는 것은 아니다.
·양극/정공 수송층/발광층/전자 수송층/음극,
·양극/정공 수송층/발광층/블록층/전자 수송층/음극,
·양극/정공 수송층/발광층/블록층/전자 수송층/전자 주입층/음극,
·양극/정공 주입층/정공 수송층/발광층/전자 수송층/전자 주입층/음극
·양극/정공 주입층/정공 수송층/발광층/블록층/전자 수송층/음극,
·양극/정공 주입층/정공 수송층/발광층/블록층/전자 수송층/전자 주입층/음극.
유기 전계 발광 소자의 소자 구성, 기판, 음극 및 양극에 대해서는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2008-270736호에 상세히 서술되어 있고, 그 공보에 기재된 사항을 본 발명에 적용할 수 있다.
<기판>
본 발명에서 사용하는 기판으로서는, 유기층에서 발생되는 광을 산란 또는 감쇠시키지 않는 기판인 것이 바람직하다. 유기 재료의 경우에는, 내열성, 치수 안정성, 내용제성, 전기 절연성, 및 가공성이 우수한 것이 바람직하다.
<양극>
양극은, 통상적으로 유기층에 정공을 공급하는 전극으로서의 기능을 가지고 있으면 되고, 그 형상, 구조, 크기 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 발광 소자의 용도, 목적에 따라 공지된 전극 재료 중에서 적절히 선택할 수 있다. 전술한 바와 같이, 양극은 통상적으로 투명 양극으로서 형성된다.
<음극>
음극은, 통상적으로 유기층에 전자를 주입하는 전극으로서의 기능을 가지고 있으면 되고, 그 형상, 구조, 크기 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 발광 소자의 용도, 목적에 따라 공지된 전극 재료 중에서 적절히 선택할 수 있다.
기판, 양극, 음극에 대해서는, 일본 공개특허공보 2008-270736호의 단락 번호 [0070] ∼ [0089] 에 기재된 사항을 본 발명에 적용할 수 있다.
<유기층>
본 발명에 있어서의 유기층에 대해 설명한다.
- 유기층의 형성 -
본 발명의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 각 유기층은, 증착법이나 스퍼터 법 등의 건식 성막법, 전사법, 인쇄법, 스핀 코트법, 바 코트법 등의 용액 도포 프로세스 중 어느 것에 의해서도 바람직하게 형성할 수 있다. 유기층 중 적어도 1 층이 용액 도포 프로세스에 의해 형성된 것이 바람직하다.
(발광층)
<발광 재료>
본 발명에 있어서의 발광 재료는, 상기 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물인 것이 바람직하다.
발광층 중의 발광 재료는, 발광층 중에 일반적으로 발광층을 형성하는 전체 화합물 질량에 대해 0.1 질량% ∼ 50 질량% 함유되는데, 내구성, 외부 양자 효율의 관점에서 1 질량% ∼ 50 질량% 함유되는 것이 바람직하고, 2 질량% ∼ 40 질량% 함유되는 것이 보다 바람직하다.
발광층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상적으로 2 ㎚ ∼ 500 ㎚ 인 것이 바람직하고, 그 중에서도 외부 양자 효율의 관점에서 3 ㎚ ∼ 200 ㎚ 인 것이 보다 바람직하고, 5 ㎚ ∼ 100 ㎚ 인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 소자에 있어서의 발광층은, 발광 재료만으로 구성되어 있어도 되고, 호스트 재료와 발광 재료의 혼합층으로 한 구성이어도 된다. 발광 재료는 형광 발광 재료이거나 인광 발광 재료이어도 되고, 도펀트는 1 종이거나 2 종 이상이어도 된다. 호스트 재료는 전하 수송 재료인 것이 바람직하다. 호스트 재료는 1 종이거나 2 종 이상이어도 되고, 예를 들어, 전자 수송성의 호스트 재료와 홀 수송성의 호스트 재료를 혼합한 구성을 들 수 있다. 또한, 발광층 중에 전하 수송성을 갖지 않고, 발광하지 않는 재료를 포함하고 있어도 된다. 본 발명의 소자에 있어서의 발광층으로서는, 호스트 재료로서 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물과 발광 재료로서 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물을 사용한 것이 바람직하다.
또, 발광층은 1 층이거나 2 층 이상의 다층이어도 된다. 발광층이 복수인 경우, 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물 및 (PQ-1) 로 나타내는 화합물을 2 층 이상의 발광층에 포함해도 된다. 또, 각각의 발광층이 상이한 발광색으로 발광해도 된다.
<호스트 재료>
본 발명에 사용하는 호스트 재료는, 상기 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물이 바람직하다.
일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물은, 정공과 전자의 양 전하를 수송 가능한 화합물이며, 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물과 조합함으로써, 발광층 내에 있어서의 정공과 전자의 수송능의 밸런스가 온도나 전장 등의 외부 환경에 의해 변화되는 것을 억제할 수 있다. 이로써, 카르바졸기를 갖는 화합물임에도 불구하고 구동 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 고온 구동 후의 색 변화를 억제할 수 있다.
본 발명에 사용되는 호스트 재료로서 이하의 화합물을 추가로 함유하고 있어도 된다. 예를 들어, 피롤, 인돌, 카르바졸 (CBP(4,4'-디(9-카르바졸릴)비페닐) 등), 아자인돌, 아자카르바졸, 트리아졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 피라졸, 이미다졸, 티오펜, 폴리아릴알칸, 피라졸린, 피라졸론, 페닐렌디아민, 아릴아민, 아미노 치환 칼콘, 스티릴안트라센, 플루오레논, 하이드라존, 스틸벤, 실라잔, 방향족 제 3 급 아민 화합물, 스티릴아민 화합물, 포르피린계 화합물, 폴리실란계 화합물, 폴리(N-비닐카르바졸), 아닐린계 공중합체, 티오펜올리고머, 폴리티오펜 등의 도전성 고분자 올리고머, 유기 실란, 카본막, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 이미다졸, 피라졸, 트리아졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 플루오레논, 안트라퀴노디메탄, 안트론, 디페닐퀴논, 티오피란디옥사이드, 카르보디이미드, 플루오레닐리덴메탄, 디스티릴피라진, 불소 치환 방향족 화합물, 나프탈렌퍼릴렌 등의 복소 고리 테트라카르복실산 무수물, 프탈로시아닌, 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착물이나 메탈프탈로시아닌, 벤조옥사졸이나 벤조티아졸을 배위자로 하는 금속 착물로 대표되는 각종 금속 착물 및 그들의 유도체 (치환기나 축환을 가지고 있어도 된다) 등을 들 수 있다.
본 발명에서의 발광층에 있어서, 상기 호스트 재료 (일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물도 포함한다) 의 삼중항 최저 여기 에너지 (T1 에너지) 가, 상기 인광 발광 재료의 T1 에너지보다 높은 것이 색 순도, 발광 효율, 구동 내구성의 점에서 바람직하다.
또, 본 발명에 있어서의 호스트 화합물의 함유량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 발광 효율, 구동 전압의 관점에서, 발광층을 형성하는 전체 화합물 질량에 대해 15 질량% 이상 98 질량% 이하인 것이 바람직하다.
(형광 발광 재료)
본 발명에 사용할 수 있는 형광 발광 재료의 예로서는, 예를 들어, 벤조옥사졸 유도체, 벤조이미다졸 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, 티아디아졸피리딘 유도체, 시클로펜타디엔 유도체, 스티릴아민 유도체, 디케토피롤로피롤 유도체, 방향족 디메틸리딘 화합물, 8-퀴놀리놀 유도체의 착물이나 피로메텐 유도체의 착물로 대표되는 각종 착물 등, 폴리티오펜, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌 등의 폴리머 화합물, 유기 실란 유도체 등의 화합물 등을 들 수 있다.
(인광 발광 재료)
본 발명에 사용할 수 있는 인광 발광 재료로서는, 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물 외에, 예를 들어, US6303238B1, US6097147, WO00/57676, WO00/70655, WO01/08230, WO01/39234A2, WO01/41512A1, WO02/02714A2, WO02/15645A1, WO02/44189A1, WO05/19373A2, 일본 공개특허공보 2001-247859호, 일본 공개특허공보 2002-302671호, 일본 공개특허공보 2002-117978호, 일본 공개특허공보 2003-133074호, 일본 공개특허공보 2002-235076호, 일본 공개특허공보 2003-123982호, 일본 공개특허공보 2002-170684호, EP1211257, 일본 공개특허공보 2002-226495호, 일본 공개특허공보 2002-234894호, 일본 공개특허공보 2001-247859호, 일본 공개특허공보 2001-298470호, 일본 공개특허공보 2002-173674호, 일본 공개특허공보 2002-203678호, 일본 공개특허공보 2002-203679호, 일본 공개특허공보 2004-357791호, 일본 공개특허공보 2006-256999호, 일본 공개특허공보 2007-19462호, 일본 공개특허공보 2007-84635호, 일본 공개특허공보 2007-96259호 등의 특허문헌에 기재된 인광 발광 화합물 등을 들 수 있고, 그 중에서도, 더욱 바람직한 발광 재료로서는, Ir 착물, Pt 착물, Cu 착물, Re 착물, W 착물, Rh 착물, Ru 착물, Pd 착물, Os 착물, Eu 착물, Tb 착물, Gd 착물, Dy 착물, 및 Ce 착물을 들 수 있다. 특히 바람직하게는, Ir 착물, Pt 착물, 또는 Re 착물이고, 그 중에서도 금속-탄소 결합, 금속-질소 결합, 금속-산소 결합, 금속-황 결합 중 적어도 1 개의 배위 양식을 포함하는 Ir 착물, Pt 착물, 또는 Re 착물이 바람직하다. 또한, 발광 효율, 구동 내구성, 색도 등의 관점에서, 3 자리 이상의 다좌 (多座) 배위자를 포함하는 Ir 착물, Pt 착물, 또는 Re 착물이 특히 바람직하다.
본 발명에 사용할 수 있는 인광 발광 재료 (일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물 및/또는 병용하는 인광 발광 재료) 의 함유량은, 발광층의 총 질량에 대해 0.1 질량% 이상 50 질량% 이하의 범위가 바람직하고, 1 질량% 이상 40 질량% 이하의 범위가 보다 바람직하고, 5 질량% 이상 30 질량% 이하의 범위가 가장 바람직하다. 특히 5 질량% 이상 30 질량% 이하의 범위에서는, 그 유기 전계 발광 소자의 발광의 색도는, 인광 발광 재료의 첨가 농도 의존성이 작다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 상기 화합물 (PQ-1) (일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물) 중 적어도 1 종을 그 발광층의 총 질량에 대해 5 ∼ 30 질량% 함유하는 것이 가장 바람직하다.
(전하 수송층)
전하 수송층이란, 유기 전계 발광 소자에 전압을 인가했을 때에 전하 이동이 일어나는 층을 말한다. 구체적으로는 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 블록층, 발광층, 정공 블록층, 전자 수송층 또는 전자 주입층을 들 수 있다. 바람직하게는, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 블록층 또는 발광층이다. 도포법에 의해 형성되는 전하 수송층이 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 블록층 또는 발광층이면, 저비용이고 또한 고효율인 유기 전계 발광 소자의 제조가 가능해진다. 또, 전하 수송층으로서 보다 바람직하게는 정공 주입층, 정공 수송층 또는 전자 블록층이다.
- 정공 주입층, 정공 수송층 -
정공 주입층, 정공 수송층은, 양극 또는 양극측으로부터 정공을 받아 음극 측으로 수송하는 기능을 갖는 층이다.
정공 주입층에는 전자 수용성 도펀트를 함유하는 것이 바람직하다. 정공 주입층에 전자 수용성 도펀트를 함유함으로써, 정공 주입성이 향상되고, 구동 전압이 저하되고, 효율이 향상되는 등의 효과가 있다.
전자 수용성 도펀트란, 도프되는 재료로부터 전자를 빼내어, 라디칼 카티온을 발생시키는 것이 가능한 재료이면 유기 재료, 무기 재료 중 어떠한 것이어도 되는데, 예를 들어 벤조퀴논이나 그 유도체, 및 금속 산화물 등을 들 수 있고, 바람직하게는 테트라시아노퀴노디메탄 (TCNQ), 테트라플루오로테트라시아노퀴노디메탄 (F4-TCNQ), 산화몰리브덴이다.
정공 주입층 중의 전자 수용성 도펀트는, 정공 주입층을 형성하는 전체 화합물 질량에 대해 0.01 질량% ∼ 50 질량% 함유되는 것이 바람직하고, 0.1 질량% ∼ 40 질량% 함유되는 것이 보다 바람직하고, 0.5 질량% ∼ 30 질량% 함유되는 것이 보다 바람직하다.
- 전자 주입층, 전자 수송층 -
전자 주입층, 전자 수송층은, 음극 또는 음극측으로부터 전자를 받아 양극측으로 수송하는 기능을 갖는 층이다.
전자 주입층에는 전자 공여성 도펀트를 함유하는 것이 바람직하다. 전자 주입층에 전자 공여성 도펀트를 함유시킴으로써, 전자 주입성이 향상되고, 구동 전압이 저하되고, 효율이 향상되는 등의 효과가 있다. 전자 공여성 도펀트란, 도프되는 재료에 전자를 부여하여, 라디칼 아니온을 발생시키는 것이 가능한 재료이면 유기 재료, 무기 재료 중 어떠한 것이어도 되는데, 예를 들어, 테트라티아풀바렌 (TTF), 테트라티아나프타센 (TTT), 리튬, 세슘 등을 들 수 있다.
전자 주입층 중의 전자 공여성 도펀트는, 전자 주입층을 형성하는 전체 화합물 질량에 대해 0.1 질량% ∼ 50 질량% 함유되는 것이 바람직하고, 0.1 질량% ∼ 40 질량% 함유되는 것이 보다 바람직하고, 0.5 질량% ∼ 30 질량% 함유되는 것이 보다 바람직하다.
정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 전자 수송층에 대해서는, 일본 공개특허공보 2008-270736호의 단락 번호 [0165] ∼ [0167] 에 기재된 사항을 본 발명에 적용할 수 있다.
본 발명의 소자에 있어서, 전자 수용성 도펀트 또는 전자 공여성 도펀트를 함유한 소자는, 그것들을 함유하지 않는 소자에 대해 외부 양자 효율의 상대치가 향상된다. 그 이유는 분명하지 않지만, 다음과 같이 생각하고 있다. 전자 주입성이나 홀 주입성이 향상되면, 발광층 내의 전하 밸런스가 무너져 발광 위치가 변화된다. 정공 주입성이 향상되면 발광층의 음극측 계면에 전하가 모여, 그 위치에서의 발광하는 비율이 증가되고, 전자 주입성이 향상되면 발광층의 양극측 계면에 전하가 모여, 그 위치에서의 발광하는 비율이 증가된다. 전자 수용성 도펀트 또는 전자 공여성 도펀트를 함유하지 않는 소자에서는, 이 발광 위치의 변화가 크고, 각각 정공 블록층, 전자 블록층에 의해 여기자의 실활 (失活) 을 받아 효율이 크게 저하된 것에 대해, 전자 수용성 도펀트 또는 전자 공여성 도펀트를 함유한 소자에서는, 발광 위치가 크게 변화하지 않고, 효율이 유지되기 때문에, 결과적으로 외부 양자 효율의 상대치가 향상된다고 생각된다.
- 정공 블록층 -
정공 블록층은, 양극측으로부터 발광층으로 수송된 정공이, 음극측으로 빠져나가는 것을 방지하는 기능을 갖는 층이다. 본 발명에 있어서, 발광층과 음극측에서 인접하는 유기층으로서 정공 블록층을 형성할 수 있다.
정공 블록층을 구성하는 유기 화합물의 예로서는, 알루미늄 (Ⅲ) 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)4-페닐페놀레이트 (Aluminum (Ⅲ) bis(2-methyl-8-quinolinato) 4-phenylphenolate (BAlq 로 약기한다)) 등의 알루미늄 착물, 트리아졸 유도체, 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP 로 약기한다)) 등의 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다.
정공 블록층의 두께로서는 1 ㎚ ∼ 500 ㎚ 인 것이 바람직하고, 5 ㎚ ∼ 200 ㎚ 인 것이 보다 바람직하고, 10 ㎚ ∼ 100 ㎚ 인 것이 더욱 바람직하다.
정공 블록층은, 상기 서술한 재료의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 단층 구조이어도 되고, 동일 조성 또는 이종 조성의 복수층으로 이루어지는 다층 구조이어도 된다.
- 전자 블록층 -
전자 블록층은, 음극측으로부터 발광층으로 수송된 전자가, 양극측으로 빠져나가는 것을 방지하는 기능을 갖는 층이다. 본 발명에 있어서, 발광층과 양극측에서 인접하는 유기층으로서 전자 블록층을 형성할 수 있다.
전자 블록층을 구성하는 유기 화합물의 예로서는, 예를 들어 전술한 정공 수송 재료로서 든 것을 적용할 수 있다.
전자 블록층의 두께로서는 1 ㎚ ∼ 500 ㎚ 인 것이 바람직하고, 5 ㎚ ∼ 200 ㎚ 인 것이 보다 바람직하고, 10 ㎚ ∼ 100 ㎚ 인 것이 더욱 바람직하다.
전자 블록층은, 상기 서술한 재료의 1 종 또는 2 종 이상으로 이루어지는 단층 구조이어도 되고, 동일 조성 또는 이종 조성의 복수층으로 이루어지는 다층 구조이어도 된다.
<보호층>
본 발명에 있어서, 유기 EL 소자 전체는 보호층에 의해 보호되어 있어도 된다.
보호층에 대해서는, 일본 공개특허공보 2008-270736호의 단락 번호 [0169] ∼ [0170] 에 기재된 사항을 본 발명에 적용할 수 있다.
<밀봉 용기>
본 발명의 소자는, 밀봉 용기를 이용하여 소자 전체를 밀봉해도 된다.
밀봉 용기에 대해서는, 일본 공개특허공보 2008-270736호의 단락 번호 [0171] 에 기재된 사항을 본 발명에 적용할 수 있다.
(구동)
본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 양극과 음극 사이에 직류 (필요에 따라 교류 성분을 포함해도 된다) 전압 (통상적으로 2 볼트 ∼ 15 볼트), 또는 직류 전류를 인가함으로써 발광을 얻을 수 있다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자의 구동 방법에 대해서는, 일본 공개특허공보 평2-148687호, 일본 공개특허공보 평6-301355호, 일본 공개특허공보 평5-29080호, 일본 공개특허공보 평7-134558호, 일본 공개특허공보 평8-234685호, 일본 공개특허공보 평8-241047호, 일본 특허 제2784615호, 미국 특허 제5828429호, 미국 특허 제6023308호의 각 명세서 등에 기재된 구동 방법을 적용할 수 있다.
본 발명의 발광 소자는, 각종 공지된 연구에 의해 광 취출 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 기판 표면 형상을 가공하고 (예를 들어 미세한 요철 패턴을 형성한다), 기판·ITO 층·유기층의 굴절률을 제어하고, 기판·ITO 층·유기층의 막두께를 제어하는 것 등에 의해, 광의 취출 효율을 향상시키고, 외부 양자 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명의 발광 소자의 외부 양자 효율로서는, 외부 양자 효율이 15 % 이상 30 % 이하인 것이 바람직하다. 외부 양자 효율의 수치는 80 ℃ 에서 소자를 구동했을 때의 외부 양자 효율의 최대치, 혹은, 80 ℃ 에서 소자를 구동했을 때의 100 ∼ 1000 ㏅/㎡ 부근에서의 외부 양자 효율의 값을 사용할 수 있다.
본 발명의 발광 소자는, 양극측으로부터 발광을 취출하는, 이른바 톱 에미션 방식이어도 된다.
본 발명에 있어서의 유기 EL 소자는, 공진기 구조를 가져도 된다. 예를 들어, 투명 기판 상에, 굴절률이 상이한 복수의 적층막으로 이루어지는 다층막 미러, 투명 또는 반투명 전극, 발광층, 및 금속 전극을 중첩하여 갖는다. 발광층에서 발생한 광은 다층막 미러와 금속 전극을 반사판으로 하여 그 사이에서 반사를 반복하여 공진한다.
다른 바람직한 양태에서는, 투명 기판 상에, 투명 또는 반투명 전극과 금속 전극이 각각 반사판으로서 기능하여, 발광층에서 발생한 광은 그 사이에서 반사를 반복하여 공진한다.
공진 구조를 형성하기 위해서는, 2 개의 반사판의 유효 굴절률, 반사판간의 각 층의 굴절률과 두께로부터 결정되는 광로 길이를 원하는 공진 파장을 얻는데 최적인 값이 되도록 조정된다. 제 1 양태의 경우의 계산식은 일본 공개특허공보 평9-180883호 명세서에 기재되어 있다. 제 2 양태의 경우의 계산식은 일본 공개특허공보 2004-127795호 명세서에 기재되어 있다.
(본 발명의 발광 소자의 용도)
본 발명의 발광 소자는, 발광 장치, 픽셀, 표시 소자, 디스플레이, 백라이트, 전자 사진, 조명 광원, 기록 광원, 노광 광원, 판독 광원, 표식, 간판, 인테리어, 또는 광 통신 등에 바람직하게 이용할 수 있다. 특히, 조명 장치, 표시 장치 등의 발광 휘도가 높은 영역에서 구동되는 디바이스에 바람직하게 사용된다.
(발광 장치)
다음으로, 도 2 를 참조하여 본 발명의 발광 장치에 대해 설명한다.
본 발명의 발광 장치는, 상기 유기 전계 발광 소자를 사용하여 이루어진다.
도 2 는, 본 발명의 발광 장치의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2 의 발광 장치 (20) 는, 기판 (지지 기판) (2), 유기 전계 발광 소자 (10), 밀봉 용기 (16) 등에 의해 구성되어 있다.
유기 전계 발광 소자 (10) 는 기판 (2) 상에, 양극 (제 1 전극) (3), 유기층 (11), 음극 (제 2 전극) (9) 이 순차 적층되어 구성되어 있다. 또, 음극 (9) 상에는, 보호층 (12) 이 적층되어 있고, 또한, 보호층 (12) 상에는 접착층 (14) 을 개재하여 밀봉 용기 (16) 가 형성되어 있다. 또한, 각 전극 (3, 9) 의 일부, 격벽, 절연층 등은 생략되어 있다.
여기서, 접착층 (14) 으로서는, 에폭시 수지 등의 광 경화형 접착제나 열 경화형 접착제를 사용할 수 있고, 예를 들어 열 경화성의 접착 시트를 사용할 수도 있다.
본 발명의 발광 장치의 용도는 특별히 제한되는 것은 아니고, 예를 들어, 조명 장치 외에, 텔레비전, 퍼스널 컴퓨터, 휴대전화, 전자 페이퍼 등의 표시 장치로 할 수 있다.
(조명 장치)
다음으로, 도 3 을 참조하여 본 발명의 실시형태에 관련된 조명 장치에 대해 설명한다.
도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 조명 장치의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명의 실시형태에 관련된 조명 장치 (40) 는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 전술한 유기 EL 소자 (10) 와 광 산란 부재 (30) 를 구비하고 있다. 보다 구체적으로는, 조명 장치 (40) 는, 유기 EL 소자 (10) 의 기판 (2) 과 광 산란 부재 (30) 가 접촉하도록 구성되어 있다.
광 산란 부재 (30) 는, 광을 산란할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는데, 도 3 에 있어서는, 투명 기판 (31) 에 미립자 (32) 가 분산된 부재로 되어 있다. 투명 기판 (31) 으로서는, 예를 들어, 유리 기판을 바람직하게 들 수 있다. 미립자 (32) 로서는, 투명 수지 미립자를 바람직하게 들 수 있다. 유리 기판 및 투명 수지 미립자로서는 모두 공지된 것을 사용할 수 있다. 이와 같은 조명 장치 (40) 는, 유기 전계 발광 소자 (10) 로부터의 발광이 광 산란 부재 (30) 의 광 입사면 (30A) 에 입사되면, 입사광을 광 산란 부재 (30) 에 의해 산란시켜, 산란광을 광 출사면 (30B) 으로부터 조명광으로서 출사하는 것이다.
실시예
이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명의 범위는 이하의 구체예에 제한되는 것은 아니다.
실시예에서 사용한 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 화합물은, 국제 공개 제2004/074399호 등을 참고로 합성했다. 예를 들어, 화합물 (A-1) 은 국제 공개 제2004/074399호 52 페이지 22 행 ∼ 54 페이지 15 행에 기재된 방법으로 합성했다. 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물은 일본 특허 제3929689호를 참고로 합성했다. 예를 들어, FR-2 는 일본 특허 제3929689호의 [0054] ∼ [0055] (18 페이지 1 행 ∼ 13 행) 에 기재된 방법으로 합성했다.
또한, 본 실시예에 사용한 유기 재료는 모두 승화 정제된 것을 사용하여, 고속 액체 크로마토그래피 (토소 TSKgel ODS-100Z) 에 의해 분석하고, 254 ㎚ 의 흡수 강도 면적비로 99.9 % 이상인 것을 사용했다.
[실시예 1-1]
0.5 ㎜ 두께, 가로 세로 2.5 ㎝ 인 산화인듐주석 (ITO) 막을 갖는 유리 기판 (지오마텍사 제조, 표면 저항 10Ω/□) 을 세정 용기에 넣어, 2-프로판올 중에서 초음파 세정한 후, 30 분간 UV-오존 처리를 실시했다. 이 투명 양극 (ITO 막) 상에 진공 증착법으로 이하의 유기층을 순차 증착했다.
제 1 층 : CuPc (구리 프탈로시아닌) : 막두께 10 ㎚
제 2 층 : NPD (N,N'-디-α-나프틸-N,N'-디페닐)-벤지딘) : 막두께 20 ㎚
제 3 층 : FR-1 (5 질량%), A-1 (95 질량%) : 막두께 30 ㎚
제 4 층 : BAlq : 막두께 30 ㎚
이 위에, 불화리튬 0.2 ㎚ 및 금속 알루미늄 70 ㎚ 를 이 순서대로 증착하여 음극으로 했다.
얻어진 적층체를 대기에 접촉시키지 않고, 아르곤 가스로 치환한 그로브 박스 내에 넣어, 스테인리스제의 밀봉 캔 및 자외선 경화형의 접착제 (XNR5516HV, 나가세 치바 (주) 제조) 를 이용하여 밀봉하여, 실시예 1-1 의 유기 전계 발광 소자를 얻었다.
[실시예 1-2 ∼ 1-29 및 비교예 1-1 ∼ 1-15]
실시예 1-1 에 있어서의 제 3 층의 구성 재료를, 하기 표 1 중에 나타낸 재료로 변경한 것 이외에는 실시예 1-1 과 동일하게 하여, 실시예 1-2 ∼ 1-29, 및 비교예 1-1 ∼ 1-15 의 유기 전계 발광 소자를 얻었다. 표 1 중, 색도 변화의 평가에서의 기호 「<」는 부등호를 의미하며, 예를 들어 「<0.005」는 색도 변화가 0.005 미만인 것을 의미한다.
Figure pat00015
Figure pat00016
[실시예 2-1]
0.5 ㎜ 두께, 가로 세로 2.5 ㎝ 인 산화인듐주석 (ITO) 막을 갖는 유리 기판 (지오마텍사 제조, 표면 저항 10Ω/□) 을 세정 용기에 넣어, 2-프로판올 중에서 초음파 세정한 후, 30 분간 UV-오존 처리를 실시했다. 이 투명 양극 (ITO 막) 상에 진공 증착법으로 이하의 유기층을 순차 증착했다.
제 1 층 : CuPc (구리 프탈로시아닌) : 막두께 10 ㎚
제 2 층 : NPD (N,N'-디-α-나프틸-N,N'-디페닐)-벤지딘) : 막두께 30 ㎚
제 3 층 : A-1 : 막두께 5 ㎚
제 4 층 : FR-1 (5 질량%), A-1 (95 질량%) : 막두께 30 ㎚
제 5 층 : A-1 : 막두께 3 ㎚
제 6 층 : BAlq : 막두께 30 ㎚
이 위에, 불화리튬 0.2 ㎚ 및 금속 알루미늄 70 ㎚ 를 이 순서대로 증착하여 음극으로 했다.
얻어진 적층체를, 대기에 접촉시키지 않고, 아르곤 가스로 치환한 그로브 박스 내에 넣어, 스테인리스제의 밀봉 캔 및 자외선 경화형의 접착제 (XNR5516HV, 나가세 치바 (주) 제조) 를 이용하여 밀봉하여, 실시예 2-1 의 유기 전계 발광 소자를 얻었다.
[실시예 2-2 ∼ 2-5 및 비교예 2-1 ∼ 2-5]
실시예 2-1 에 있어서, 제 4 층에 사용한 FR-1, 그리고, 제 3 층, 제 4 층 및 제 5 층에 사용한 A-1 을, 하기 표 2 중에 나타낸 재료로 변경한 것 이외에는 실시예 2-1 과 동일하게 하여, 실시예 2-2 ∼ 2-5, 및 비교예 2-1 ∼ 2-5 의 유기 전계 발광 소자를 얻었다. 표 2 중, 색도 변화의 평가에서의 기호 「<」는 부등호를 의미하며, 예를 들어 「<0.005」는 색도 변화가 0.005 미만인 것을 의미한다.
Figure pat00017
[실시예 3-1]
0.5 ㎜ 두께, 가로 세로 2.5 ㎝ 인 ITO 막을 갖는 유리 기판 (지오마텍사 제조, 표면 저항 10Ω/□) 을 세정 용기에 넣어, 2-프로판올 중에서 초음파 세정한 후, 30 분간 UV-오존 처리를 실시했다. 이것에 PEDOT (폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜))/PSS(폴리스티렌술폰산) 수용액 (BaytronP (표준품)) 을 스핀 코트 (4000 rpm, 60 초간) 하여, 120 ℃ 에서 10 분간 건조시킴으로써, 정공 수송층 (두께 150 ㎚) 을 형성시켰다.
이 위에 화합물 A-1 을 1 질량% 및 FR-2 를 0.05 질량% 함유하는 톨루엔 용액을 스핀 코트 (2000 rpm, 60 초간) 하여, 발광층 (두께 50 ㎚) 을 형성시켰다. 이 위에, BAlq [비스-(2-메틸-8-퀴놀리노레이트)-4-(페닐페놀레이트)알루미늄] 을 진공 증착법에 의해 40 ㎚ 증착하여 전자 수송층으로 하고, 게다가 불화리튬 0.2 ㎚ 및 금속 알루미늄 150 ㎚ 를 이 순서대로 증착시켜 음극으로 했다. 이것을 대기에 접촉시키지 않고, 아르곤 가스로 치환한 그로브 박스 내에 넣어, 스테인리스제의 밀봉 캔 및 자외선 경화형의 접착제 (XNR5516HV, 나가세 치바 (주) 제조) 를 이용하여 밀봉하여, 실시예 3-1 의 유기 EL 소자를 얻었다.
[실시예 3-2 ∼ 3-4 및 비교예 3-1 ∼ 3-5]
실시예 3-1 에 있어서의 발광층의 구성 재료를, 하기 표 3 중에 나타낸 재료로 변경한 것 이외에는 실시예 3-1 과 동일하게 하여, 실시예 3-2 ∼ 3-4, 및 비교예 3-1 ∼ 3-5 의 유기 EL 소자를 얻었다. 표 3 중, 색도 변화의 평가에서의 기호 「<」는 부등호를 의미하며, 예를 들어 「<0.005」는 색도 변화가 0.005 미만인 것을 의미한다.
Figure pat00018
[실시예 4-1]
0.5 ㎜ 두께, 가로 세로 2.5 ㎝ 인 산화인듐주석 (ITO) 막을 갖는 유리 기판 (지오마텍사 제조, 표면 저항 10Ω/□) 을 세정 용기에 넣어, 2-프로판올 중에서 초음파 세정한 후, 30 분간 UV-오존 처리를 실시했다. 이 투명 양극 (ITO 막) 상에 진공 증착법으로 이하의 유기층을 순차 증착했다.
제 1 층 : CuPc (구리 프탈로시아닌) : 막두께 10 ㎚
제 2 층 : NPD (N,N'-디-α-나프틸-N,N'-디페닐)-벤지딘) : 막두께 20 ㎚
제 3 층 : FR-1 (5 질량%), A-1 (95 질량%) : 막두께 30 ㎚
제 4 층 : BAlq : 막두께 10 ㎚
제 5 층 : BCP (99 질량%), Li (1 질량%) : 막두께 30 ㎚
이 위에, 불화리튬 0.2 ㎚ 및 금속 알루미늄 70 ㎚ 를 이 순서대로 증착하여 음극으로 했다.
얻어진 적층체를 대기에 접촉시키지 않고, 아르곤 가스로 치환한 그로브 박스 내에 넣어, 스테인리스제의 밀봉 캔 및 자외선 경화형의 접착제 (XNR5516HV, 나가세 치바 (주) 제조) 를 이용하여 밀봉하여, 실시예 4-1 의 유기 전계 발광 소자를 얻었다.
[실시예 4-2 ∼ 4-4 및 비교예 4-1 ∼ 4-9]
실시예 4-1 에 있어서, 제 3 층에 사용한 FR-1 및 A-1 을, 하기 표 4 중에 나타낸 재료로 변경한 것 이외에는 실시예 4-1 과 동일하게 하여, 실시예 4-2 ∼ 4-4, 및 비교예 4-1 ∼ 4-9 의 유기 전계 발광 소자를 얻었다. 표 4 중, 색도 변화의 평가에서의 기호 「<」는 부등호를 의미하며, 예를 들어 「<0.005」는 색도 변화가 0.005 미만인 것을 의미한다.
Figure pat00019
[실시예 5-1]
0.5 ㎜ 두께, 가로 세로 2.5 ㎝ 인 산화인듐주석 (ITO) 막을 갖는 유리 기판 (지오마텍사 제조, 표면 저항 10Ω/□) 을 세정 용기에 넣어, 2-프로판올 중에서 초음파 세정한 후, 30 분간 UV-오존 처리를 실시했다. 이 투명 양극 (ITO 막) 상에 진공 증착법으로 이하의 유기층을 순차 증착했다.
제 1 층 : 2-TNATA (99.7 질량%), F4-TCNQ (0.3 질량%) : 막두께 50 ㎚
제 2 층 : NPD (N,N'-디-α-나프틸-N,N'-디페닐)-벤지딘) : 막두께 10 ㎚
제 3 층 : FR-1 (5 질량%), A-1 (95 질량%) : 막두께 30 ㎚
제 4 층 : BAlq : 막두께 10 ㎚
이 위에, 불화리튬 0.2 ㎚ 및 금속 알루미늄 70 ㎚ 를 이 순서대로 증착하여 음극으로 했다.
얻어진 적층체를 대기에 접촉시키지 않고, 아르곤 가스로 치환한 그로브 박스 내에 넣어, 스테인리스제의 밀봉 캔 및 자외선 경화형의 접착제 (XNR5516HV, 나가세 치바 (주) 제조) 를 이용하여 밀봉하여, 실시예 5-1 의 유기 전계 발광 소자를 얻었다.
[실시예 5-2 ∼ 5-4 및 비교예 5-1 ∼ 5-9]
실시예 5-1 에 있어서, 제 3 층에 사용한 FR-1 및 A-1 을, 하기 표 5 중에 나타낸 재료로 변경한 것 이외에는 실시예 5-1 과 동일하게 하여, 실시예 5-2 ∼ 5-4, 및 비교예 5-1 ∼ 5-9 의 유기 전계 발광 소자를 얻었다. 표 5 중, 색도 변화의 평가에서의 기호 「<」는 부등호를 의미하며, 예를 들어 「<0.005」는 색도 변화가 0.005 미만인 것을 의미한다.
Figure pat00020
(유기 전계 발광 소자의 성능 평가)
상기와 같이 얻어진 각 소자의 성능은 이하와 같이 평가했다.
(a) 고온 구동시의 외부 양자 효율
80 ℃ 의 항온조 중에서, 토요 테크니카 제조 소스 메저 유닛 2400 을 이용하여, 직류 전압을 각 소자에 인가하여 발광시키고, 그 휘도를 탑콘사 제조 휘도계 BM-8 을 이용하여 측정했다. 발광 스펙트럼과 발광 파장은 하마마츠 포토닉스 제조 스펙트럼 애널라이저 PMA-11 을 이용하여 측정했다. 이들을 기초로 휘도가 1000 ㏅/㎡ 부근의 외부 양자 효율을 휘도 환산법에 의해 산출하고, 표 1 에서는 비교예 1-1 의 값을, 표 2 에서는 비교예 2-1 의 값을, 표 3 에서는 비교예 3-1 의 값을, 표 4 에서는 비교예 4-1 의 값을, 표 5 에서는 비교예 5-1 의 값을 각각 10 으로 하여, 각 표에 있어서 상대치로 나타냈다. 외부 양자 효율은 숫자가 클수록 우수하여 바람직하다.
(b) 고온 구동시의 내구성
80 ℃ 의 항온조 중에서, 각 소자를 휘도가 5000 ㏅/㎡ 가 되도록 직류 전압을 인가하여 계속 발광시키고, 휘도가 4000 ㏅/㎡ 가 될 때까지 필요로 한 시간을 구동 내구성의 지표로 하여, 표 1 에서는 비교예 1-1 의 값을, 표 2 에서는 비교예 2-1 의 값을, 표 3 에서는 비교예 3-1 의 값을, 표 4 에서는 비교예 4-1 의 값을, 표 5 에서는 비교예 5-1 의 값을 각각 100 으로 하여, 각 표에 있어서 상대치로 나타냈다. 내구성은 숫자가 클수록 우수하여 바람직하다.
(c) 고온 구동 후의 전압차
80 ℃ 의 항온조 중에서, 각 소자를 휘도가 5000 ㏅/㎡ 가 되도록 직류 전압을 인가했을 때의 인가 전압과, 직류 전압을 인가하여 계속 발광시키고, 휘도가 4000 ㏅/㎡ 가 되었을 때의 인가 전압과의 차를, 고온 구동시의 전압차의 지표로 하여, 그 값을 전압차 ΔV(V) 로서 나타냈다. 전압차 ΔV 는 숫자가 작을수록 우수하여 바람직하다.
(d) 고온 구동 후의 색도 변화
80 ℃ 의 항온조 중에서 각 소자의 휘도가 5000 ㏅/㎡ 가 되도록 직류 전압을 인가하여 발광시켰을 때의 색도와, 직류 전압을 계속 인가하여 휘도가 4000 ㏅/㎡ 가 되었을 때의 색도의 x 값, y 값의 차 (Δx,Δy) 를 고온 구동시의 색도 변화의 지표로 하여, 그 변화를 (Δx,Δy) 로서 나타냈다. 색도 변화는 그 숫자가 작을수록 우수하여 바람직하다.
표 1 ∼ 5 의 결과로부터, 일반식 (1) 또는 (2) 로 나타내는 카르바졸기를 포함하는 호스트 재료와 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 특정한 이리듐 착물을 사용한 본 발명의 소자는, 비교예의 소자와 비교하여, 고온 구동시의 외부 양자 효율 및 내구성, 그리고, 고온 구동 후의 전압차 및 색도 변화가 우수하며, 특히 고온 구동시의 내구성이 매우 우수한 것을 알 수 있다.
본 발명의 발광 재료와 호스트 재료가 고온 구동시의 소자 성능, 특히 내구성을 향상시키는 이유는 분명하지 않지만, 다음과 같이 생각하고 있다. 실온시에 비하여 고온에서 소자를 구동하면, 보다 막 상태가 변화되기 쉬워져 소자 결함이 발생하기 쉽다. 이것은, 일반적으로 유리 전이 온도가 낮은 저분자량의 재료나, 대칭성, 분자간 상호 작용이 커서 결정화되기 쉬운 재료에서 보다 현저하게 나타나는 것으로 생각된다. 또, 이리듐 착물계의 인광 재료에 있어서, 착물 재료의 숙명인 배위자의 이탈을 계기로 하는 분해, 소광재의 생성이 소자 성능을 악화시키는 것이 추정되고 있고, 이 분해 반응도 고온에서 구동함으로써 가속된다. 본 발명에서는 분자량을 크게 하여, 결정화를 일으키기 어려운 호스트 재료를 사용함으로써 막 상태의 변화가 저감된 것, 또 발광 재료의 배위자를 페닐이소퀴놀린에서 페닐퀴놀린으로 함으로써, 중심 금속인 이리듐 주변이 입체적으로 부피가 커져 착물의 안정성이 향상되어, 소자 성능이 대폭 향상된 것으로 생각된다.
발광 장치, 표시 장치, 조명 장치의 경우, 각 화소부에서 높은 전류 밀도를 통하여 순간적으로 고휘도 발광시킬 필요가 있고, 본 발명의 발광 소자는 그러한 경우에 발광 효율이 높아지도록 설계되어 있기 때문에, 유리하게 이용할 수 있다.
또, 본 발명의 소자는 차재 용도 등의 고온 환경에서 사용할 때에도 발광 효율이나 내구성이 우수하여, 발광 장치, 표시 장치, 조명 장치에 바람직하다.
상기 실시예 및 비교예에서 사용한 화합물의 구조를 이하에 나타낸다.
[화학식 15]
Figure pat00021
[화학식 16]
Figure pat00022
[화학식 17]
Figure pat00023
[화학식 18]
Figure pat00024
[화학식 19]
Figure pat00025
산업상 이용가능성
본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 고온 구동시의 소자의 제성능이 우수하다. 구체적으로는, 본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 고온 구동시의 외부 양자 효율 및 내구성이 높고, 또한, 고온 구동 후의 색도 변화 및 전압 상승이 작다. 또 본 발명은, 카르바졸기를 갖는 재료를 호스트 재료로서 이용해도, 고수명의 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
본 발명을 상세하게 또 특정한 실시양태를 참조하여 설명했는데, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러 가지 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어 자명하다.
본 출원은, 2010년 01월 15일 출원된 일본 특허 출원 (일본 특허출원 2010-007534호), 및 2010년 05월 20일 출원된 일본 특허 출원 (일본 특허출원 2010-116664호) 에 의거하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 받아들여진다.
2 : 기판
3 : 양극
4 : 정공 주입층
5 : 정공 수송층
6 : 발광층
7 : 정공 블록층
8 : 전자 수송층
9 : 음극
10 : 유기 전계 발광 소자 (유기 EL 소자)
11 : 유기층
12 : 보호층
14 : 접착층
16 : 밀봉 용기
20 : 발광 장치
30 : 광 산란 부재
30A : 광 입사면
30B : 광 출사면
31 : 투명 기판
32 : 미립자
40 : 조명 장치

Claims (14)

  1. 기판 상에, 한 쌍의 전극과, 상기 전극간에 발광층을 포함하는 적어도 1 층의 유기층을 갖는 유기 전계 발광 소자로서,
    상기 발광층에, 발광 재료로서 1 종의 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물만을 함유하고, 또한, 상기 적어도 1 층의 유기층 중 어느 층에, 적어도 1 종의 일반식 (2) 로 나타내는 화합물을 함유하는, 유기 전계 발광 소자:
    Figure pat00026

    일반식 (PQ-1) 중, R1 ∼ R10 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타내고, R7 및 R8, 또는 R8 및 R9 로 나타내는 치환기는 서로 결합하여 고리를 형성해도 되는데, 단, R1 ∼ R10 으로 나타내는 치환기는 모두가 동시에 수소 원자는 아니고 R6 은 알킬기가 아니며;
    (X-Y) 는 모노 아니온성의 2 좌배위자를 나타내고;
    p 는 1 ∼ 3 의 정수를 나타내고;

    Figure pat00027

    일반식 (2) 중, R6 및 R7 은 각각 독립적으로 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타내고, R6 및 R7 이 각각 복수 존재하는 경우, 복수의 R6 및 복수의 R7 은, 각각 동일해도 되고 상이해도 되며, 또 복수의 R6 및 복수의 R7 은, 각각 서로 결합하여 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 아릴 고리를 형성해도 되고;
    n6 및 n7 은 각각 독립적으로 0 ∼ 5 의 정수를 나타내고;
    R8 ∼ R11 은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 실릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타내고;
    치환기 Z 는 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 방향족 헤테로 고리기, 알콕시기, 페녹시기, 불소 원자, 실릴기, 아미노기, 시아노기 또는 이들을 조합하여 이루어지는 기를 나타내고, 복수의 치환기 Z 는 서로 결합하여 아릴 고리를 형성해도 된다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반식 (PQ-1) 에 있어서, p 가 2 인, 유기 전계 발광 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반식 (PQ-1) 에 있어서, 상기 모노 아니온성의 2 좌배위자 (X-Y) 가, 하기 일반식 (PQL-1) 로 나타내지는, 유기 전계 발광 소자.
    Figure pat00028

    일반식 (PQL-1) 중, Ra ∼ Rc 는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 알킬기를 나타내고; * 는 이리듐에 대한 배위 위치를 나타낸다.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반식 (PQ-1) 에 있어서, R1 ∼ R6 이 수소 원자를 나타내고, R7 ∼ R10 이 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기 또는 아릴기를 나타내고, R7 ∼ R10 중 1 개 이상이 알킬기 또는 아릴기인, 유기 전계 발광 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반식 (2) 로 나타내는 화합물을, 상기 발광층에 사용하는, 유기 전계 발광 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반식 (PQ-1) 에 있어서, R1 ∼ R6 이 수소 원자를 나타내고, R7 ∼ R10 이 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기 또는 아릴기를 나타내고, R7 ∼ R10 중, 1 개 이상이 알킬기 또는 아릴기를 나타내고, p 가 2 이며, 상기 모노 아니온성의 2 좌배위자 (X-Y) 가, 일반식 (PQL-1) 로 나타내지고,
    Figure pat00029

    상기 일반식 (PQL-1) 에 있어서, Ra 및 Rb 가 각각 독립적으로 알킬기를 나타내고, Rc 가 수소 원자를 나타내고, * 는 이리듐에 대한 배위 위치를 나타내며, 상기 일반식 (2) 에 있어서, R6 및 R7 은 각각 독립적으로 알킬기, 또는 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기를 나타내고, n6 및 n7 은 각각 독립적으로 0 ∼ 2 의 정수를 나타내고, R8 ∼ R11 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 알킬기 혹은 페닐기로 치환된 실릴기, 시아노기 또는 불소 원자인, 유기 전계 발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극간에 전자 주입층을 가지며, 상기 전자 주입층에 전자 공여성 도펀트를 함유하는, 유기 전계 발광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극간에 정공 주입층을 가지며, 상기 정공 주입층에 전자 수용성 도펀트를 함유하는, 유기 전계 발광 소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극간에 있는 유기층 중 적어도 1 층이, 용액 도포 프로세스에 의해 형성된, 유기 전계 발광 소자.
  10. 발광 재료로서 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물만을 함유하고, 일반식 (2) 로 나타내는 화합물을 함유하는, 발광층:
    Figure pat00030

    일반식 (PQ-1) 중, R1 ∼ R10 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타내고, R7 및 R8, 또는 R8 및 R9 로 나타내는 치환기는 서로 결합하여 고리를 형성해도 되는데, 단, R1 ∼ R10 으로 나타내는 치환기는 모두가 동시에 수소 원자는 아니고, R6 은 알킬기가 아니며;
    p 는 1 ∼ 3 의 정수를 나타내고;
    Figure pat00031

    일반식 (2) 중, R6 및 R7 은 각각 독립적으로 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타내고, R6 및 R7 이 각각 복수 존재하는 경우, 복수의 R6 및 복수의 R7 은, 각각 동일해도 되고 상이해도 되며, 또 복수의 R6 및 복수의 R7 은, 각각 서로 결합하여 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 아릴 고리를 형성해도 되고;
    n6 및 n7 은 각각 독립적으로 0 ∼ 5 의 정수를 나타내고;
    R8 ∼ R11 은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 실릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타내고;
    치환기 Z 는 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 방향족 헤테로 고리기, 알콕시기, 페녹시기, 불소 원자, 실릴기, 아미노기, 시아노기 또는 이들을 조합하여 이루어지는 기를 나타내고, 복수의 치환기 Z 는 서로 결합하여 아릴 고리를 형성해도 된다.
  11. 발광 재료로서 일반식 (PQ-1) 로 나타내는 화합물만을 함유하고, 일반식 (2) 로 나타내는 화합물을 함유하는, 조성물:
    Figure pat00032

    일반식 (PQ-1) 중, R1 ∼ R10 은 각각 독립적으로 수소 원자, 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타내고, R7 및 R8, 또는 R8 및 R9 로 나타내는 치환기는 서로 결합하여 고리를 형성해도 되는데, 단, R1 ∼ R10 으로 나타내는 치환기는 모두가 동시에 수소 원자는 아니고 R6 은 알킬기가 아니며;
    (X-Y) 는 모노 아니온성의 2 좌배위자를 나타내고;
    p 는 1 ∼ 3 의 정수를 나타내고;

    Figure pat00033

    일반식 (2) 중, R6 및 R7 은 각각 독립적으로 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타내고, R6 및 R7 이 각각 복수 존재하는 경우, 복수의 R6 및 복수의 R7 은, 각각 동일해도 되고 상이해도 되며, 또 복수의 R6 및 복수의 R7 은, 각각 서로 결합하여 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 아릴 고리를 형성해도 되고;
    n6 및 n7 은 각각 독립적으로 0 ∼ 5 의 정수를 나타내고;
    R8 ∼ R11 은 각각 독립적으로 수소 원자, 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 알킬기, 알킬기를 가지고 있어도 되는 아릴기, 치환기 Z 를 가지고 있어도 되는 실릴기, 시아노기 또는 불소 원자를 나타내고;
    치환기 Z 는 알킬기, 알케닐기, 아릴기, 방향족 헤테로 고리기, 알콕시기, 페녹시기, 불소 원자, 실릴기, 아미노기, 시아노기 또는 이들을 조합하여 이루어지는 기를 나타내고, 복수의 치환기 Z 는 서로 결합하여 아릴 고리를 형성해도 된다.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 사용한, 발광 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 사용한, 표시 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 계 발광 소자를 사용한, 조명 장치.
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