KR20180133545A - 전자 소자 - Google Patents

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필립 슈퇴쎌
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메르크 파텐트 게엠베하
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Abstract

본 출원은 애노드, 캐소드, 애노드와 캐소드 사이의 하나 이상의 발광층, 호스트로서 모노트리아릴아민을 포함하는 하나 이상의 p-도핑된 층 A, 및 모노트리아릴아민을 포함하는 하나 이상의 층 B 를 포함하는 전자 소자에 관한 것이다. 본 발명은 또한 호스트로서 화학식 (II), (III) 또는 (IV) 의 모노트리아릴아민 및 도펀트로서 전자-받게 화합물을 포함하는 p-도핑된 혼합물 및 전자 소자에서의 상기 혼합물의 용도에 관한 것이다.

Description

전자 소자 {ELECTRONIC DEVICES}
본 출원은 애노드, 캐소드, 애노드와 캐소드 사이의 하나 이상의 발광층, 호스트로서 모노트리아릴아민을 포함하는 하나 이상의 p-도핑된 층 A, 및 모노트리아릴아민을 포함하는 하나 이상의 층 B 를 포함하는 전자 소자에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 상기 언급된 층 구조를 포함하는 유기 전계발광 소자 (OLED) 에 관한 것이다. 본 발명은 또한 호스트로서 화학식 (II), (III) 또는 (IV) 의 모노트리아릴아민 및 도펀트로서 전자-받게 화합물을 포함하는 p-도핑된 혼합물 및 전자 소자에서의 상기 혼합물의 용도에 관한 것이다.
유기층을 포함하는 전자 소자는 현재 본 연구의 주제이다. 특히 관심이 있는 것은 예를 들어 모바일 전자 장비의 디스플레이에서 또는 발광 요소로서 사용되는 유기 전계발광 소자이다.
종래 기술, 예컨대 EP 1463130 A2 및 DE 102007031220 A1 에는 도펀트 및 호스트 물질 (상기 호스트 물질은 유기 질소 화합물일 수 있음) 을 포함하는 하나 이상의 p-도핑된 층을 포함하는 전자 소자가 기재되어 있다.
게다가, 예를 들어, US 5093698 A 로부터, 전자 소자 내의 정공- 또는 전자-수송 층의 도핑은 이들의 전도성을 현저하게 증가시킬 수 있다는 것이 공지된다.
종래 기술은 또한 정공-수송 또는 발광층에 대한 물질로서 모노트리아릴아민을 포함하는 전자 소자를 기재하고 있다 (예를 들어 EP 1885008 A1 및 JP 1995053955 A).
신규 전자 소자의 개발에서 매우 중요한 인자는 소자의 장기간 안정성 및 이들의 성능 테이터, 특히 작동 전압 및 효율이다. 개선이 달성되고는 있지만, 종래 기술에 공지된 구현예와 비교하여 모든 상기 관점에서 개선이 지속적으로 필요하다.
본 발명의 기술적인 목적은 상기-언급된 관점 장기간 안정성 및 성능 테이터중 하나 이상에서 종래 기술에 공지된 소자보다 양호한 특성을 갖는 전자 소자의 공급이다.
기술적인 목적은 하기 나타내어진 본 발명의 주제에 의해 달성된다.
하기를 포함하는 전자 소자:
- 애노드,
- 캐소드,
- 애노드와 캐소드 사이에 배열된 하나 이상의 발광층,
- 호스트로서 모노트리아릴아민을 포함하는 하나 이상의 p-도핑된 층 A, 및
- 모노트리아릴아민을 포함하는 하나 이상의 층 B.
p-도핑된 층은 본원에서 자유 정공이 발생되고 그 전도성이 그에 의해 증가된 층을 의미하는 것으로 여겨진다. OLED 에서 또는 유기 태양 전지에서의 도핑된 수송층에 대한 심도있는 논의는 문헌 [Chem. Rev. 2007, 107, 1233] 에서 찾을 수 있다.
모노트리아릴아민은 단일 트리아릴아민기를 함유하는 화합물을 의미하는 것으로 여겨진다. 트리아릴아민기는 3 개의 아릴 또는 헤테로아릴기가 질소 원자에 결합된 기이다. 모노트리아릴아민은 바람직하게는 추가의 아릴아미노기를 함유하지 않는다. 모노트리아릴아민은 특히 바람직하게는 추가의 아미노기를 함유하지 않는다.
전자 소자는 바람직하게는 층 A 및 층 B 가 애노드와 발광층 사이에 배열된 층 구조를 갖는다.
층 A 는 바람직하게는 층 B 의 애노드 면 상에 배열된다.
층 A, 층 B 및 발광층은 게다가 바람직하게는 유기층, 즉, 하나 이상의 유기 화합물로 본질적으로 이루어지는 층이다.
또한, 애노드와 발광층 사이에 하기 층 순서를 가지고, 하기 층들이 서로에 대해 직접 인접하고 있는 소자가 바람직하다:
- 애노드
- 층 A
- 층 B
- 발광층.
본 구현예는 애노드 (2), 층 A (3), 층 B (4), 발광층 (5), 전자-수송층 (6) 및 캐소드 (7) 이 차례로 뒤따르며, 서로 직접 인접하고 있는, 도 1 에 명시된 전자 소자 (1) 의 구조에 상응한다.
전자-주입층 (6a) 는 바람직하게는 도 2 에 제시되는 바와 같이, 전자-수송층 (6) 과 캐소드 (7) 사이에 존재한다.
본 발명의 추가의 바람직한 구현예에서, 추가의 층 C 가 층 B 와 발광층 사이에 존재한다. 본 구현예에 상응하는 전자 소자 (1) 의 가능한 층 배열은 층 C (4a) 와 함께, 도 3 에 제시된다.
층 C 는 상기 정의된 바와 같이, 바람직하게는 유기 아민, 특히 바람직하게는 트리아릴아민, 매우 특히 바람직하게는 모노트리아릴아민을 포함한다.
층 C 는 바람직하게는 발광층에 직접 인접하여 있다.
게다가, 모노트리아릴아민을 포함하는 층 B 또는 또다른 층이 발광층에 직접 인접하고 있는 것이 바람직하다 .
추가의 바람직한 구현예에 따르면, 층 A' 가 애노드와 층 A 사이에 존재하여, 하기 층 구조가 애노드와 발광층 사이에 생성되도록 하고, 하기 층들이 서로에 대해 직접 인접하고 있다:
- 애노드
- 층 A'
- 층 A
- 층 B
- 발광층.
본 구현예에 상응하는 전자 소자 (1) 의 가능한 층 배열은 층 A' (2a) 와 함께, 도 4 에 제시된다.
층 A' 는 바람직하게는 정공-수송 특성을 갖는 유기 화합물, 특히 바람직하게는 유기 아민을 포함한다. 층 A' 는 매우 특히 바람직하게는 트리아릴아민, 예를 들어 모노트리아릴아민, 비스트리아릴아민 또는 2 개 초과의 트리아릴아민기를 함유하는 화합물을 포함한다. 층 A' 는 p-도핑될 수 있다. 이 경우, 이것은 바람직하게는 도펀트로서 유기 전자-받게 화합물을 포함한다. 이러한 도펀트의 바람직한 구현예는 하기 섹션에 제시된다.
일반적으로, 전자 소자는 또한 추가 층, 예를 들어, 부가적인 정공-수송층, 전자-수송층, 커플링-아웃층, 중간층, 정공-차단층, 전자-차단층, 여기-차단층, 전하-생성층 및/또는 유기 또는 무기 p/n 접합을 포함한다. 이러한 층의 바람직한 배열 및 기능 및 조합은 당업자에게 공지되어 있다.
일반적으로 애노드와 발광층 사이의 층에 대해 모두 하나 이상의 모노트리아릴아민을 포함하는 것이 바람직하다. 이들은 특히 바람직하게는 모노트리아릴아민 이외에 다른 트리아릴아민 화합물을 포함하지 않는다. 하나 이상의 일치하는 모노트리아릴아민은 매우 특히 바람직하게는 애노드와 발광층 사이의 사이의 모든 층에 존재한다.
p-도핑된 층 A 는 바람직하게는 1 내지 500 nm, 특히 바람직하게는 5 내지 300 nm, 매우 특히 바람직하게는 8 내지 250 nm 의 두께를 갖는다.
p-도핑된 층 A 는 바람직하게는 전자-받게 화합물인 도펀트를 포함한다. 도펀트는 특히 바람직하게는 모노트리아릴아민을 산화시킬 수 있다, 즉, 충분히 높은 산화환원 전위, 특히 모노트리아릴아민보다 높은 산화환원 전위를 갖는다.
바람직한 구현예에 따르면, 도펀트는 모노트리아릴아민의 HOMO 보다 0.3 eV 이하로 큰, 바람직하게는 0.2 eV 이하로 큰, 특히 바람직하게는 0.1 eV 이하로 큰 LUMO 를 갖는다. 도펀트는 가장 바람직하게는 모노트리아릴아민의 HOMO 이하인 LUMO 를 갖는다.
본 출원의 목적을 위해, HOMO 및 LUMO 위치는 실시예에 명백하게 제시되는 바와 같은 "Gaussian03W" (Gaussian Inc.) 을 사용하는 양자화학 계산에 의해 측정된다.
도펀트는 바람직하게는 -4.6 eV 미만, 특히 바람직하게는 -4.8 eV 미만, 매우 특히 바람직하게는 -5.0 eV 미만인 LUMO 를 갖는다. 도펀트는 가장 바람직하게는 -5.1 eV 미만인 LUMO 를 갖는다.
적합한 도펀트는 원칙적으로 전자-주게 화합물이며 호스트의 산화에 의해 유기층의 전도성을 증가시킬 수 있는 모든 화합물이다. 당업자는 그의 일반적인 전문 지식 내에서 많은 노력을 기울이지 않고서도 적합한 화합물을 확인할 수 있을 것이다.
특히 적합한 도펀트는 WO 2011/073149, EP 1968131, EP 2276085, EP 2213662, EP 1722602, EP 2045848, DE 102007031220, US 8044390, US 8057712, WO 2009/003455, WO 2010/094378, WO 2011/120709, US 2010/0096600 및 WO 2012/095143 에 기재된 화합물이다.
p-도핑된 층 A 의 도펀트는 바람직하게는 퀴노디메탄 화합물, 아자인데노플루오렌디온, 아자페날렌, 아자트리페닐렌, I2, 금속 할라이드, 바람직하게는 전이-금속 할라이드, 금속 산화물, 바람직하게는 하나 이상의 전이 금속 또는 3 주족 금속을 함유하는 금속 산화물, 및 전이-금속 착물, 바람직하게는 Cu, Co, Ni, Pd 및 Pt 와 결합 부위로서 하나 이상의 산소 원자를 함유하는 리간드와의 착물로부터 선택된다.
추가로 도펀트는 바람직하게는 전이-금속 산화물, 바람직하게는 레늄, 몰리브덴 및 텅스텐의 산화물, 특히 바람직하게는 Re2O7, MoO3, WO3 및 ReO3 이다.
추가로 도펀트는 바람직하게는 전자-받게 특성을 갖는 유기 화합물, 특히 하기 화합물이다:
Figure pat00001
도펀트는 바람직하게는 층 A 내에 0.1 내지 20 부피%, 바람직하게는 0.5 내지 12 부피%, 특히 바람직하게는 1 내지 8 부피%, 매우 특히 바람직하게는 2 내지 6 부피% 의 농도로 존재한다.
p-도핑된 층 A 는 도펀트 및 모노트리아릴아민 외에, 추가의 화합물, 예를 들어 추가의 도펀트 및/또는 정공-수송 특성을 갖는 추가의 화합물을 또한 포함할 수 있다.
바람직한 구현예에 따르면, p-도핑된 층은 10-8 S/cm 초과, 특히 바람직하게는 10-7 S/cm 초과, 매우 특히 바람직하게는 10-6 S/cm 초과, 가장 바람직하게는 10-5 S/cm 초과의 전도성을 갖는다.
박층의 전도성은 2-지점 방법을 사용하여 측정될 수 있는데, 상기 방법은 전도성 물질, 예를 들어 금 또는 이리듐 산화주석을 포함하는 접촉물을 기판에 적용하는 것이다. 이후 조사하고자 하는 박층을 기판의 전체 영역에 적용하여, 접촉물이 층에 의해 피복되도록 한다. 접촉물에 대한 전압의 적용 후, 흐르는 전류를 측정한다. 샘플의 접촉물 및 층 두께의 기하학적 구조는 이러한 방식으로 측정된 저항으로부터 층의 전도성을 제공한다. 도핑된 유기층 상의 이러한 측정은 예를 들어, EP 1786050 A1 에 기재되어 있다. 대안적으로는, 4-지점 방법이, 문헌 [van der Pauw et al., Philips Technical Review, 1959/1960, Vol. 20, 220] 및 문헌 [van der Pauw et al., Philips Research Reports 1958, Vol. 13, 1] 에 기재되는 바와 같이, 전도성의 측정을 위해 사용될 수 있다.
바람직한 구현예에 따르면, 동일한 모노트리아릴아민이 층 A 및 층 B 에 존재한다.
추가의 바람직한 구현예에 따르면, 동일한 모노트리아릴아민이 층 B 및 층 C 에 존재한다.
추가의 바람직한 구현예에 따르면, 동일한 모노트리아릴아민이 층 A 및 층 C 에 존재한다.
추가의 바람직한 구현예에 따르면, 동일한 모노트리아릴아민이 층 A, 층 B 및 층 C 에 존재한다.
모노트리아릴아민, 특히 층 A 및 B 의 모노트리아릴아민이, 하기 화학식 (I) 의 화합물인 것이 바람직하다:
Figure pat00002
화학식 (I)
(식 중:
Ar1 은 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, 5 내지 60 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템이고, 이는 하나 이상의 라디칼 R1 에 의해 치환될 수 있고;
R1 은 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, H, D, F, Cl, Br, I, CHO, C(=O)R2, P(=O)(R2)2, S(=O)R2, S(=O)2R2, CR2=CR2R2, CN, NO2, Si(R2)3, OSO2R2, 1 내지 40 개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬, 알콕시 또는 티오알콕시기 또는 2 내지 40 개의 C 원자를 갖는 직쇄 알케닐 또는 알키닐기 또는 3 내지 40 개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 시클릭 알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시 또는 티오알콕시기 (여기서 상기 각각은 하나 이상의 라디칼 R2 에 의해 치환될 수 있고, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는 R2C=CR2, C≡C, Si(R2)2, Ge(R2)2, Sn(R2)2, C=O, C=S, C=Se, C=NR2, P(=O)(R2), SO, SO2, NR2, O, S 또는 CONR2 에 의해 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 D, F, Cl, Br, I, CN 또는 NO2 에 의해 대체될 수 있음), 또는 5 내지 60 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템 (이는 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R2 에 의해 치환될 수 있음), 또는 5 내지 60 개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴옥시 또는 헤테로아릴옥시기 (이는 하나 이상의 라디칼 R2 에 의해 치환될 수 있음), 또는 상기 시스템들의 조합이고; 여기서 둘 이상의 인접 치환기 R1 은 또한 서로 모노- 또는 폴리시클릭, 지방족 또는 방향족 고리 시스템을 형성할 수 있고;
R2 는 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, H, D, CN 또는 1 내지 20 개의 C 원자를 갖는 지방족, 방향족 및/또는 헤테로방향족 탄화수소 라디칼 (여기서 또한 H 원자는 D 또는 F 에 의해 대체될 수 있음) 이고; 여기서 둘 이상의 인접 치환기 R2 는 또한 서로 모노- 또는 폴리시클릭, 지방족 또는 방향족 고리 시스템을 형성할 수 있음).
본 발명의 의미에서 방향족 고리 시스템은 고리 시스템 내에 6 내지 60 개의 C 원자를 함유한다. 본 발명의 의미에서 헤테로방향족 고리 시스템은 5 내지 60 개의 방향족 고리 원자를 함유하고, 이중 하나 이상은 헤테로원자이다. 상기 헤테로원자는 바람직하게는 N, O 및/또는 S 로부터 선택된다. 본 발명의 의미에서 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템은 반드시 아릴 또는 헤테로아릴기만을 함유하는 것이 아니라, 또한, 복수의 아릴 또는 헤테로아릴기가 비(非)방향족 단위 (바람직하게는 10% 미만의 H 이외의 원자), 예를 들어, sp3-혼성화된 C, Si, N 또는 O 원자, sp2-혼성화된 C 또는 N 원자 또는 sp-혼성화된 C 원자에 의해 연결될 수 있는 시스템을 의미하는 것으로 의도된다. 따라서, 예를 들어, 9,9'-스피로비플루오렌, 9,9'-디아릴플루오렌, 트리아릴아민, 디아릴 에테르, 스틸벤 등과 같은 시스템은 또한 본 발명의 의미에서 방향족 고리 시스템인 것으로 의도되며, 이는 둘 이상의 아릴기가, 예를 들어 선형 또는 시클릭 알킬, 알케닐 또는 알키닐기 또는 실릴기에 의해 연결되는 시스템과 같다. 나아가, 둘 이상의 아릴 또는 헤테로아릴기가 단일 결합을 통해 서로 연결되는 시스템은 또한 본 발명의 의미에서 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템을 의미하며, 예를 들어 비페닐, 테르페닐 또는 디페닐트리아진과 같은 시스템이다.
5 내지 60 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템 (이는 각각의 경우 또한 상기 정의된 바와 같은 라디칼에 의해 치환될 수 있고, 임의의 바람직한 위치를 통해 방향족 또는 헤테로방향족기에 연결될 수 있음) 은, 특히, 벤젠, 나프탈렌, 안트라센, 벤즈안트라센, 페난트렌, 벤조페난트렌, 피렌, 크리센, 페릴렌, 플루오란텐, 나프타센, 펜타센, 벤조피렌, 비페닐, 비페닐렌, 테르페닐, 테르페닐렌, 쿼테르페닐, 플루오렌, 스피로비플루오렌, 디히드로페난트렌, 디히드로피렌, 테트라히드로피렌, 시스- 또는 트랜스-인데노플루오렌, 트룩센, 이소트룩센, 스피로트룩센, 스피로이소트룩센, 푸란, 벤조푸란, 이소벤조푸란, 디벤조푸란, 티오펜, 벤조티오펜, 이소벤조티오펜, 디벤조티오펜, 피롤, 인돌, 이소인돌, 카르바졸, 인돌로카르바졸, 인데노카르바졸, 피리딘, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 아크리딘, 페난트리딘, 벤조-5,6-퀴놀린, 벤조-6,7-퀴놀린, 벤조-7,8-퀴놀린, 페노티아진, 페녹사진, 피라졸, 인다졸, 이미다졸, 벤즈이미다졸, 나프티미다졸, 페난트리미다졸, 피리디미다졸, 피라진이미다졸, 퀴녹살린이미다졸, 옥사졸, 벤즈옥사졸, 나프톡사졸, 안트록사졸, 페난트록사졸, 이속사졸, 1,2-티아졸, 1,3-티아졸, 벤조티아졸, 피리다진, 벤조피리다진, 피리미딘, 벤조피리미딘, 퀴녹살린, 1,5-디아자안트라센, 2,7-디아자피렌, 2,3-디아자피렌, 1,6-디아자피렌, 1,8-디아자피렌, 4,5-디아자피렌, 4,5,9,10-테트라아자페릴렌, 피라진, 페나진, 페녹사진, 페노티아진, 플루오루빈, 나프티리딘, 아자카르바졸, 벤조카르볼린, 페난트롤린, 1,2,3-트리아졸, 1,2,4-트리아졸, 벤조트리아졸, 1,2,3-옥사디아졸, 1,2,4-옥사디아졸, 1,2,5-옥사디아졸, 1,3,4-옥사디아졸, 1,2,3-티아디아졸, 1,2,4-티아디아졸, 1,2,5-티아디아졸, 1,3,4-티아디아졸, 1,3,5-트리아진, 1,2,4-트리아진, 1,2,3-트리아진, 테트라졸, 1,2,4,5-테트라진, 1,2,3,4-테트라진, 1,2,3,5-테트라진, 퓨린, 프테리딘, 인돌리진 및 벤조티아디아졸, 또는 상기 기들의 조합에서 유래된 기를 의미하는 것으로 의도된다.
본 발명의 목적을 위하여, 1 내지 40 개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬기 또는 3 내지 40 개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 시클릭 알킬기 또는 2 내지 40 개의 C 원자를 갖는 알케닐 또는 알키닐기 (여기서, 또한 각각의 H 원자 또는 CH2 기는 상기 라디칼의 정의 하에서 상기 언급한 기에 의해 치환될 수 있음) 는, 바람직하게는 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, s-부틸, t-부틸, 2-메틸부틸, n-펜틸, s-펜틸, 시클로펜틸, 네오펜틸, n-헥실, 시클로헥실, 네오헥실, n-헵틸, 시클로헵틸, n-옥틸, 시클로옥틸, 2-에틸헥실, 트리플루오로메틸, 펜타플루오로에틸, 2,2,2-트리플루오로에틸, 에테닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐, 시클로펜테닐, 헥세닐, 시클로헥세닐, 헵테닐, 시클로헵테닐, 옥테닐, 시클로옥테닐, 에티닐, 프로피닐, 부티닐, 펜티닐, 헥시닐 또는 옥티닐 라디칼을 의미하는 것으로 의도된다. 1 내지 40 개의 C 원자를 갖는 알콕시 또는 티오알킬기는 바람직하게는 메톡시, 트리플루오로메톡시, 에톡시, n-프로폭시, i-프로폭시, n-부톡시, i-부톡시, s-부톡시, t-부톡시, n-펜톡시, s-펜톡시, 2-메틸부톡시, n-헥속시, 시클로헥실옥시, n-헵톡시, 시클로헵틸옥시, n-옥틸옥시, 시클로옥틸옥시, 2-에틸헥실옥시, 펜타플루오로에톡시, 2,2,2-트리플루오로에톡시, 메틸티오, 에틸티오, n-프로필티오, i-프로필티오, n-부틸티오, i-부틸티오, s-부틸티오, t-부틸티오, n-펜틸티오, s-펜틸티오, n-헥실티오, 시클로헥실티오, n-헵틸티오, 시클로헵틸티오, n-옥틸티오, 시클로옥틸티오, 2-에틸헥실티오, 트리플루오로메틸티오, 펜타플루오로에틸티오, 2,2,2-트리플루오로에틸티오, 에테닐티오, 프로페닐티오, 부테닐티오, 펜테닐티오, 시클로펜테닐티오, 헥세닐티오, 시클로헥세닐티오, 헵테닐티오, 시클로헵테닐티오, 옥테닐티오, 시클로옥테닐티오, 에티닐티오, 프로피닐티오, 부티닐티오, 펜티닐티오, 헥시닐티오, 헵티닐티오 또는 옥티닐티오를 의미하는 것으로 의도된다.
Ar1 은 바람직하게는 6 내지 40 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템, 특히 바람직하게는 6 내지 30 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 고리 시스템, 매우 특히 바람직하게는 12 내지 30 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 고리 시스템이다.
Ar1 기 중 하나 이상이 12 내지 30 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 고리 시스템을 나타내는 것이 바람직하고, 바람직하게는 비페닐, 테르페닐, 쿼테르페닐, 스피로비플루오렌, 플루오렌 및 인데노플루오렌으로부터 선택되는 것이 바람직하다 (이는 각각 하나 이상의 라디칼 R1 에 의해 치환될 수 있음).
일반적으로, R1 은 바람직하게는 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, H, D, F, CN, Si(R2)3, N(R2)2, 1 내지 20 개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬 또는 알콕시기 (여기서 상기 언급된 기는 각각 하나 이상의 라디칼 R2 에 의해 치환될 수 있고, 상기 언급된 기 중의 하나 이상의 CH2 기는 C≡C, -R2C=CR2-, Si(R2)2, C=O, C=NR2, -NR2-, -O-, -S-, -C(=O)O- 또는 -CONR2- 에 의해 대체될 수 있음), 또는 5 내지 20 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템 (이는 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R2 에 의해 치환될 수 있음) 이고; 여기서 둘 이상의 라디칼 R1 은 연결될 수 있고 고리를 형성할 수 있다.
모노트리아릴아민은 바람직하게는 하기 화학식 (II), (III) 또는 (IV) 중 하나를 따른다:
Figure pat00003
화학식 (II)
Figure pat00004
화학식 (III)
Figure pat00005
화학식 (IV)
(식 중:
Z 는 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, N 또는 CR1 이고, 여기서 치환기가 결합된 경우, Z 는 C 이고;
Ar2 는 5 내지 20 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템이고, 이는 하나 이상의 라디칼 R1 에 의해 치환될 수 있고;
Ar3 은 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, 5 내지 60 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템이고, 이는 하나 이상의 라디칼 R1 에 의해 치환될 수 있고;
R1 은 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, H, D, F, Cl, Br, I, CHO, C(=O)R2, P(=O)(R2)2, S(=O)R2, S(=O)2R2, CR2=CR2R2, CN, NO2, Si(R2)3, OSO2R2, 1 내지 40 개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬, 알콕시 또는 티오알콕시기 또는 2 내지 40 개의 C 원자를 갖는 직쇄 알케닐 또는 알키닐기 또는 3 내지 40 개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 시클릭 알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시 또는 티오알콕시기 (여기서 상기 각각은 하나 이상의 라디칼 R2 에 의해 치환될 수 있고, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는 R2C=CR2, C≡C, Si(R2)2, Ge(R2)2, Sn(R2)2, C=O, C=S, C=Se, C=NR2, P(=O)(R2), SO, SO2, NR2, O, S 또는 CONR2 에 의해 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 D, F, Cl, Br, I, CN 또는 NO2 에 의해 대체될 수 있음), 또는 5 내지 60 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템 (이는 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R2 에 의해 치환될 수 있음), 또는 5 내지 60 개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴옥시 또는 헤테로아릴옥시기 (이는 하나 이상의 라디칼 R2 에 의해 치환될 수 있음), 또는 상기 시스템들의 조합이고; 여기서 둘 이상의 인접 치환기 R1 은 또한 서로 모노- 또는 폴리시클릭, 지방족 또는 방향족 고리 시스템을 형성할 수 있고;
R2 는 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, H, D, CN 또는 1 내지 20 개의 C 원자를 갖는 지방족, 방향족 및/또는 헤테로방향족 탄화수소 라디칼 (여기서 또한 H 원자는 D 또는 F 에 의해 대체될 수 있음) 이고; 여기서 둘 이상의 인접 치환기 R2 는 또한 서로 모노- 또는 폴리시클릭, 지방족 또는 방향족 고리 시스템을 형성할 수 있고;
n 은 0 또는 1 임).
화학식 (II), (III) 및 (IV) 에서, 방향족 고리 당 3 개 이하의 Z 기가 N 인 것이 바람직하다. 특히 바람직하게는, 방향족 고리 당 0, 1 또는 2 개의 Z 기가 N 이다. 매우 특히 바람직하게는, 모든 Z 가 CR1 이거나, 치환기가 결합되는 경우, C 이다.
화학식 (II), (III) 및 (IV) 중의 Ar2 는 바람직하게는 6 내지 18 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템, 특히 바람직하게는 6 내지 18 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 고리 시스템 (이는 하나 이상의 라디칼 R1 에 의해 치환될 수 있음) 이다.
본 발명에 따른 소자에서 사용하기 위한 모노트리아릴아민의 예는 하기 제시된다:
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
본 발명은 추가로 모노트리아릴아민을 포함하는 p-도핑된 혼합물에 관한 것이다.
상기 혼합물은 바람직하게는 상기 정의된 바와 같은, 화학식 (II), (III) 또는 (IV) 의 모노트리아릴아민을 하나 이상 포함한다. 화학식 (II), (III) 또는 (IV) 의 화합물에 대해 상기 나타내어진 바람직한 구현예가 여기 적용된다.
p-도핑된 혼합물은 바람직하게는 전자-받게 화합물인 도펀트를 포함한다. 상기 나타내어진 도펀트의 바람직한 구현예가 적용된다. 특히, 도펀트는 바람직하게는 퀴노디메탄 화합물, 아자인데노플루오렌디온, 아자페날렌, 아자트리페닐렌, I2, 금속 할라이드, 바람직하게는 전이-금속 할라이드, 금속 산화물, 바람직하게는 하나 이상의 전이 금속 또는 3 주족 금속을 함유하는 금속 산화물, 및 전이-금속 착물, 바람직하게는 Cu, Co, Ni, Pd 및 Pt 와 결합 부위로서 하나 이상의 산소 원자를 함유하는 리간드와의 착물로부터 선택된다.
추가로 도펀트는 바람직하게는 전이-금속 산화물, 바람직하게는 레늄, 몰리브덴 및 텅스텐의 산화물, 특히 바람직하게는 Re2O7, MoO3, WO3 및 ReO3 이다.
또한 상기 지시된 바와 같이, 화학식 (D-1) 내지 (D-12) 의 도펀트 화합물이 바람직하다.
p-도핑된 혼합물이 도펀트를 0.1 내지 20 부피%, 바람직하게는 0.5 내지 12 부피%, 특히 바람직하게는 1 내지 8 부피%, 매우 특히 바람직하게는 2 내지 6 부피% 의 농도로 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전자 소자는 바람직하게는 유기 집적 회로 (OIC), 유기 전계-효과 트랜지스터 (OFET), 유기 박막 트랜지스터 (OTFT), 유기 발광 트랜지스터 (OLET), 유기 태양 전지 (OSC), 유기 광학 검출기, 유기 광수용체, 유기 전계-켄치 소자 (OFQD), 유기 발광 전기화학 전지 (OLEC), 유기 레이저 다이오드 (O-laser) 및 유기 전계발광 소자 (OLED) 로부터 선택된다. 전자 소자는 특히 바람직하게는 유기 전계발광 소자이다.
전자 소자의 발광층은 형광 또는 인광 발광층일 수 있다. 하나 이상의 발광층이 소자 내에 존재할 수 있다.
본 발명에 따른 전자 소자는 복수의 발광층을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 발광층은 특히 바람직하게는 380 nm 내지 750　nm 에서 총 복수의 발광 최대값을 갖고, 이는 종합적으로 백색 발광을 야기하며, 즉 형광 또는 인광을 발광할 수 있고, 청색 또는 황색 또는 주황색 또는 적색 광을 발광하는 각종 발광 화합물이 발광층에 사용된다. 3-층 시스템, 즉 3 개의 발광층을 갖는 시스템이 특히 바람직하며, 여기서 3 개의 층은 청색, 녹색 및 주황색 또는 적색 발광을 나타낸다 (기본 구조에 있어서, 예를 들어 WO 2005/011013 참조). 백색 광의 생성을 위하여, 넓은 파장 범위에서 발광하는 개별적으로 사용되는 발광체 화합물이, 또한 색상을 발광하는 복수의 발광체 화합물보다 적합할 수 있다는 것에 주목해야 한다.
발광층 또는 발광층들 각각은 인광성 또는 형광성일 수 있는 하나 이상의 발광체 화합물을 포함한다.
용어 인광 발광체에는 통상적으로 스핀-금지 전이 (spin-forbidden transition), 예를 들어 여기된 3중항 상태 또는 비교적 높은 스핀 양자수를 갖는 상태, 예를 들어 사중항 상태로부터의 전이를 통해 광을 방출하는 화합물이 포함된다.
적합한 인광 발광체는, 특히, 바람직하게는 가시 영역에서, 적합한 여기 상에서 발광하고, 또한 20 초과, 바람직하게는 38 초과 내지 84 미만, 특히 바람직하게는 56 초과 내지 80 미만의 원자 번호를 갖는 하나 이상의 원자를 함유하는 화합물이다. 사용되는 인광 도펀트는 바람직하게는 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 레늄, 루테늄, 오스뮴, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 백금, 은, 금 또는 유로퓸을 함유하는 화합물이고, 특히 이리듐, 백금 또는 구리를 함유하는 화합물이다.
본 발명의 목적을 위해, 모든 발광 이리듐, 백금 또는 구리 착물이 인광 화합물로서 간주된다.
인광 발광체의 예는, 특허 출원 WO 2000/70655, WO 2001/41512, WO 2002/02714, WO 2002/15645, EP 1191613, EP 1191612, EP 1191614, WO 2005/033244, WO 2005/019373 및 US 2005/0258742 에 개시되어 있다. 일반적으로, 인광 OLED 에 대하여 선행 기술에 따라 사용되고, 유기 전계발광 소자 분야의 기술자에게 공지되어 있는 모든 인광 착물이 본 발명에 따른 소자에서 사용하기에 적합하다. 당업자는 또한 OLED 에서 본 발명에 따른 화합물과 조합으로, 진보성 없이, 추가의 인광 착물을 이용할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 전자 소자에서 사용될 수 있는 인광 발광체의 구체적인 예는 이용되는 물질은 하기에 기재되어 있다:
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바람직한 형광 발광체는 아릴아민의 부류로부터 선택된다. 본 발명의 의미에서 아릴아민 또는 방향족 아민은 질소에 직접적으로 결합된 3 개의 치환 또는 비치환된 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템을 함유하는 화합물을 의미하는 것으로 여겨진다. 이러한 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템 중 하나 이상은 바람직하게는 축합된 고리 시스템, 특히 바람직하게는 14 개 이상의 방향족 고리 원자를 갖는 축합된 고리 시스템이다. 이의 바람직한 예는 방향족 안트라센아민, 방향족 안트라센디아민, 방향족 피렌아민, 방향족 피렌디아민, 방향족 크리센아민 또는 방향족 크리센디아민이다. 방향족 안트라센아민은 1 개의 디아릴아미노기가 바람직하게는 9-위치에서 안트라센기에 직접적으로 결합된 화합물을 의미하는 것으로 의도된다. 방향족 안트라센디아민은 2 개의 디아릴아미노기가 바람직하게는 9,10-위치에서 안트라센기에 직접적으로 결합된 화합물을 의미하는 것으로 의도된다. 방향족 피렌아민, 피렌디아민, 크리센아민 및 크리센디아민은 이와 유사하게 정의되며, 여기서 디아릴아미노기는 바람직하게는 1-위치 또는 1,6-위치에서 피렌에 결합된다.
하나 이상의 발광 화합물 외에, 발광층은 또한 바람직하게는 하나 이상의 매트릭스 물질을 포함한다.
바람직하게는 형광 발광체를 위한 적합한 매트릭스 물질은, 각종 물질의 부류로부터의 물질이다. 바람직한 매트릭스 물질은 올리고아릴렌 (예를 들어 EP 676461 에 따른 2,2',7,7'-테트라페닐스피로바이플루오렌 또는 디나프틸안트라센), 특히 축합된 방향족기 함유 올리고아릴렌, 올리고아릴렌비닐렌 (예를 들어 EP 676461 에 따른 DPVBi 또는 스피로-DPVBi), 폴리모달 (polypodal) 금속 착물 (예를 들어 WO 2004/081017 에 따름), 정공-전도성 화합물 (예를 들어 WO 2004/058911 에 따름), 전자-전도성 화합물, 특히 케톤, 포스핀 옥시드, 술폭시드 등 (예를 들어 WO 2005/084081 및 WO 2005/084082 에 따름), 아트로프이성질체 (atropisomer) (예를 들어 WO 2006/048268 에 따름), 보론산 유도체 (예를 들어 WO 2006/117052 에 따름) 또는 벤즈안트라센 (예를 들어 WO 2008/145239 에 따름) 의 부류로부터 선택된다. 특히 바람직한 매트릭스 물질은 나프탈렌, 안트라센, 벤즈안트라센 및/또는 피렌 또는 이러한 화합물들의 아트로프이성질체를 포함하는 올리고아릴렌, 올리고아릴렌비닐렌, 케톤, 포스핀 옥시드 및 술폭시드의 부류로부터 선택된다. 매우 특히 바람직한 매트릭스 물질은 안트라센, 벤즈안트라센, 벤조페난트렌 및/또는 피렌 또는 이러한 화합물의 아트로프이성질체를 포함하는 올리고아릴렌 부류로부터 선택된다. 본 발명의 의미에서 올리고아릴렌은 3 개 이상의 아릴 또는 아릴렌기가 서로 결합된 화합물을 의미하는 것으로 의도된다.
인광 발광체를 위한 바람직한 매트릭스 물질은 방향족 아민, 특히 트리아릴아민 (예를 들어 US 2005/0069729 에 따름), 카르바졸 유도체 (예를 들어 CBP, N,N-비스카르바졸릴바이페닐) 또는 WO 2005/039246, US　2005/0069729, JP　2004/288381, EP 1205527 또는 WO 2008/086851 에 따른 화합물, 브릿지된 카르바졸 유도체 (예를 들어 WO 2011/088877 및 WO 2011/128017 에 따름), 인데노카르바졸 유도체 (예를 들어 WO 2010/136109 및 WO 2011/000455 에 따름), 아자카르바졸 유도체 (예를 들어 EP 1617710, EP 1617711, EP 1731584, JP 2005/347160 에 따름), 인돌로카르바졸 유도체 (예를 들어 WO 2007/063754 또는 WO 2008/056746 에 따름), 케톤 (예를 들어 WO 2004/093207 또는 WO 2010/006680 에 따름), 포스핀 옥시드, 술폭시드 및 술폰 (예를 들어 WO 2005/003253 에 따름), 올리고페닐렌, 양극성 매트릭스 물질 (예를 들어 WO 2007/137725 에 따름), 실란 (예를 들어 WO 2005/111172 에 따름), 아자보롤 또는 보론 에스테르 (예를 들어 WO 2006/117052 에 따름), 트리아진 유도체 (예를 들어 WO 2010/015306, WO 2007/063754 또는 WO 2008/056746 에 따름), 아연 착물 (예를 들어 EP 652273 또는 WO 2009/62578 에 따름), 알루미늄 착물 (예를 들어 BAlq), 디아자실롤 및 테트라아자실롤 유도체 (예를 들어 WO 2010/054729 에 따름), 디아자포스폴 유도체 (예를 들어 WO 2010/054730 에 따름) 및 알루미늄 착물 (예를 들어 BAlQ) 이다.
본 발명에 따른 전자 소자의 정공-주입 또는 정공-수송층 또는 전자-차단층 또는 전자-수송층에 사용될 수 있는 적합한 전하-수송 물질은, 예를 들어 [Y. Shirota et al., Chem. Rev. 2007, 107(4), 953-1010] 에 개시된 화합물 또는 선행 기술에 따라 이러한 층에 이용되는 기타 물질이다.
전자-수송층을 위해 사용될 수 있는 물질은 전자-수송층에서 전자-수송 물질로서 종래 기술에 따라 사용되는 모든 물질이다. 특히 적합한 것은 알루미늄 착물, 예를 들어 Alq3, 지르코늄 착물, 예를 들어 Zrq4, 벤즈이미다졸 유도체, 트리아진 유도체, 피리미딘 유도체, 피리딘 유도체, 피라진 유도체, 퀴녹살린 유도체, 퀴놀린 유도체, 옥사디아졸 유도체, 방향족 케톤, 락탐, 보란, 디아자포스폴 유도체 및 포스핀 옥시드 유도체이다. 또한 적합한 물질은 JP 2000/053957, WO 2003/060956, WO 2004/028217, WO 2004/080975 및 WO 2010/072300 에 기재된 바와 같은, 상기 언급된 화합물의 유도체이다.
본 발명에 따른 전계발광 소자에서 정공-수송, 정공-주입 또는 전자-차단층에 사용될 수 있는 바람직한 정공-수송 물질은 일반적으로 인데노플루오렌아민 유도체 (예를 들어 WO 06/122630 또는 WO 06/100896 에 따름), EP 1661888 에 기재된 아민 유도체, 헥사아자트리페닐렌 유도체 (예를 들어 WO 01/049806 에 따름), 축합 방향족 고리를 갖는 아민 유도체 (예를 들어 US 5,061,569 에 따름), WO 95/09147 에 기재된 아민 유도체, 모노벤조인데노플루오렌아민 (예를 들어 WO 08/006449 에 따름), 디벤조인데노플루오렌아민 (예를 들어 WO 07/140847 에 따름), 스피로비플루오렌아민 (예를 들어 WO 2012/034627 또는 아직 미공개 상태인 EP 12000929.5 에 따름), 플루오렌아민 (예를 들어 아직 미공개 상태의 출원인 EP 12005369.9, EP 12005370.7 및 EP 12005371.5 에 따름), 스피로디벤조피란아민 (예를 들어 아직 미공개 상태의 출원인 EP 11009127.9 에 따름) 및 디히드로아크리딘 유도체 (예를 들어 아직 미공개 상태인 EP 11007067.9 에 따름) 이다.
상기 전자 소자의 캐소드는 바람직하게는 낮은 일함수를 갖는 금속, 금속 합금 또는 각종 금속, 예를 들어 알칼리 토금속, 알칼리 금속, 주족 금속 또는 란타노이드 (예를 들어 Ca, Ba, Mg, Al, In, Mg, Yb, Sm 등) 를 포함하는 다중층 구조를 포함한다. 또한, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 및 은을 포함하는 합금, 예를 들어 마그네슘 및 은을 포함하는 합금이 적합하다. 다중층 구조의 경우, 비교적 높은 일함수를 갖는 추가의 금속, 예를 들어 Ag 또는 Al 이 또한 상기 금속 이외에 사용될 수 있고, 이러한 경우, 금속의 조합, 예를 들어 Ca/Ag, Mg/Ag 또는 Ba/Ag 가 일반적으로 사용된다. 또한, 금속성 캐소드와 유기 반도체 사이에 높은 유전 상수를 갖는 물질의 얇은 중간층을 도입하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 목적을 위하여, 예를 들어 알칼리 금속 플루오라이드 또는 알칼리 토금속 플루오라이드 뿐 아니라, 해당 산화물 또는 탄산염 (예를 들어 LiF, Li2O, BaF2, MgO, NaF, CsF, Cs2CO3 등) 도 적합하다. 나아가, 리튬 퀴놀리네이트 (LiQ) 가 상기 목적을 위하여 사용될 수 있다. 이러한 층의 층 두께는 바람직하게는 0.5 내지 5 nm 이다.
애노드는 바람직하게는 높은 일함수를 갖는 물질을 포함한다. 상기 애노드는 바람직하게는 진공에 비해 4.5 eV 초과의 일함수를 갖는다. 상기 목적을 위하여, 한편으로는 높은 산화환원 전위를 갖는 금속, 예컨대 Ag, Pt 또는 Au 이 적합하다. 다른 한편으로는, 금속/금속 산화물 전극 (예를 들어 Al/Ni/NiOx, Al/PtOx) 이 또한 바람직할 수 있다. 일부 적용에 있어서, 하나 이상의 상기 전극은 유기 물질의 조사 (유기 태양 전지) 또는 광의 커플링-아웃 (OLED, O-laser) 을 가능하게 하기 위하여 투명하거나 부분적으로 투명해야 한다. 여기서, 바람직한 애노드 물질은 전도성 혼합 금속 산화물이다. 산화인듐주석 (ITO) 또는 산화인듐아연 (IZO) 이 특히 바람직하다. 나아가 전도성, 도핑된 유기 물질, 특히 전도성, 도핑된 폴리머가 바람직하다.
전자 소자는 바람직하게는, 승화에 의해 하나 이상의 층을 생성함으로쎄 제조된다. 이 공정에서, 물질이 진공 승화 장치 내에서 10-5　mbar 미만, 바람직하게는 10-6　mbar 미만의 초기 압력에서 증기 증착에 의해 적용된다. 하지만, 또한 여기서 상기 초기 압력은, 예를 들어 10-7　mbar 미만으로, 더 낮을 수도 있다.
특히, p-도핑된 층 A 는 바람직하게는 도펀트 및 모노트리아릴아민의 공동-승화에 의해 제조된다. 본 목적을 위한 공정은 예를 들어, 문헌 [Solar Energy Materials & Solar Cells, 2000, 63, 83-99] 에 기재되어 있다.
마찬가지로, 하나 이상의 층이 OVPD (유기 증기상 증착) 공정에 의해 또는 운반 기체 (carrier-gas) 승화에 의해 코팅되며, 여기서 상기 물질이 10-5 mbar 내지 1　bar 의 압력에서 적용되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다. 상기 공정의 특별한 경우는 OVJP (유기 증기 제트 프린팅) 공정으로, 여기서 상기 물질은 노즐을 통해 직접적으로 적용되어, 구조화된다 (예를 들어 [M. S. Arnold et al., Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 053301]).
나아가, 하나 이상의 층이 용액으로부터, 예를 들어 스핀 코팅에 의해 또는 임의의 바람직한 프린팅 공정, 예를 들어 스크린 프린팅, 플렉소그래피 프린팅, 노즐 프린팅 또는 오프셋 프린팅, 특히 바람직하게는 LITI (광 유도 열 이미지화 (light induced thermal imaging), 열 전사 프린팅) 또는 잉크젯 프린팅에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 가용성 화합물이 상기 목적을 위해 요구된다. 충분한 용해성은 상기 화합물의 적합한 치환을 통해 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 전자 소자의 제조를 위하여, 나아가 용액으로부터 하나 이상의 층을 적용하고, 승화 공정에 의해 하나 이상의 층을 적용하는 것이 바람직하다.
상기 소자는 (적용에 따라) 본 발명에 따른 소자의 수명이 물 및/또는 공기의 존재 하에 단축되므로, 구조화되고, 접촉물로 공급되고 제조 동안 최종적으로 밀봉된다.
하기 도면은 본 발명을 설명한다:
도 1 은 애노드 (2), 층 A (3), 층 B (4), 발광층 (5), 전자-수송층 (6) 및 캐소드 (7) 을 포함하는 전자 소자 (1) 을 나타낸다.
도 2 는 애노드 (2), 층 A (3), 층 B (4), 발광층 (5), 전자-수송층 (6), 전자-주입층 (6a) 및 캐소드 (7) 을 포함하는 전자 소자 (1) 을 나타낸다.
도 3 은 애노드 (2), 층 A (3), 층 B (4), 층 C (4a), 발광층 (5), 전자-수송층 (6), 전자-주입층 (6a) 및 캐소드 (7) 을 포함하는 전자 소자 (1) 을 나타낸다.
도 4 는 애노드 (2), 층 A' (2a), 층 A (3), 층 B (4), 발광층 (5), 전자-수송층 (6), 전자-주입층 (6a) 및 캐소드 (7) 을 포함하는 전자 소자 (1) 을 나타낸다.
실시예
A) 화합물의 HOMO/LUMO 위치의 측정
물질의 HOMO 및 LUMO 위치를 양자-화학 계산을 통해 측정한다. 이것을 위해, "Gaussian03W" 소프트웨어 패키지 (Gaussian Inc.) 를 사용한다. 금속이 없는 유기 성분을 계산하기 위해, 먼저 "Ground State/Semi-empirical/Default Spin/AM1/Charge 0/Spin Singlet" 방법을 사용하여 기하학 최적화를 실시한다. 이어서 최적화된 기하학에 근거하여 에너지 계산을 실시한다. 이 경우, "6-31G(d)" 기본 세트 (전하 0, 스핀 단일선) 에 의한 "TD-SFC/DFT/Default Spin/ B3PW91" 방법을 사용한다. 유기금속 화합물의 경우, "Ground State/Hartree-Fock/Default Spin/LanL2MB/Charge 0/Spin Singlet" 방법을 통해 기하학을 최적화한다. 에너지 계산은 "LanL2DZ" 기본 세트를 금속 원자에 대해 사용하고 "6-31G(d)" 기본 세트를 리간드에 대해 사용하는 차이를 두고, 상기 기재된 바와 같이 유기 성분에 대해 유사하게 실시한다. 에너지 계산은 HOMO HEh 또는 LUMO LEh 를 Hartree 단위로 산출한다. 이로부터, 순환 전압전류 측정법에 대해 계산된 HOMO 및 LUMO 값 (전자 볼트) 가 하기와 같이 측정된다:
HOMO(eV) = ((HEh*27.212)-0.9899)/1.1206
LUMO(eV) = ((LEh*27.212)-2.0041)/1.385
상기 값은 본 출원의 목적을 위해, 물질의 HOMO 또는 LUMO 인 것으로 간주된다. 실시예에서 사용된 물질에 대한 값이 표 1 에 요약된다.
표 1: 물질의 HOMO/LUMO 값
Figure pat00031
B) 화합물의 제조
사용된 화합물은 일반적인 전문 지식에 따라 제조될 수 있다. MA1 의 제조는 예를 들어, JP 1995-053955 에 기재되어 있다. MA2, MA6, MA7, MA11, MA20, MA25 및 MA27 의 제조 방법은 예를 들어, WO 2012/034627 에 기재되어 있다.
C) OLED 의 제조
본 발명에 따른 OLED 및 종래 기술에 따른 OLED 를 WO 2004/058911 (이것은 본원에 기재된 상황에 채택됨 (층-두께 변화, 물질)) 에 따라 일반적인 방법에 의해 제조한다.
다양한 OLED 에 대한 데이터를 하기 실시예 V1 내지 E46 에 제시한다 (표 2 및 3 참조). 50 nm 의 두께의 구조화된 ITO (인듐 산화주석) 로 코팅된 유리판이 OLED 에 대한 기판을 형성한다. 기판을 습식으로 세정하고 (식기세척기, Merck Extran 세제), 이어서 250℃ 에서 15 분 동안 가열하여 건조시키고 코팅 전에 산소 플라즈마로 처리한다.
다양한 층을 전처리된 기판에 적용한다: 제 1 정공-수송층 (HTL1) / 임의의 제 2 정공-수송층 (HTL2) / EML 에 직접 인접한 정공-수송층 (HTL3) / 발광층 (EML) / 전자-수송층 (ETL) / 임의의 전자-주입층 (EIL) 및 마지막으로 100 nm 의 두께를 가진 알루미늄 캐소드. OLED 의 정확한 구조는 표 2 에 제시된다. OLED 의 제조에 필요한 물질은 표 4 에 제시된다.
실시예 E16, E44 에서, 물질 IC1 의 10 nm 두께 층이 EML 과 ETL 사이에 부가적으로 존재한다.
실시예 E42, E43 에서, 물질 IC2 의 10 nm 두께 층이 EML 과 ETL 사이에 부가적으로 존재한다.
실시예 E15 및 E16 에서, PEDOT:PSS (Heraeus Precious Metals GmbH Deutschland 사에서, CLEVIOS™ P VP AI 4083 으로서 구입한, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리(스티렌술포네이트), 수용액으로부터 스핀 코팅에 의해 적용됨) 의 20 nm 두께 층이 ITO 와 HTL1 사이에 부가적으로 존재한다.
다른 물질은 진공 챔버에서 열 증기 증착에 의해 적용된다. 발광층은 항상 하나 이상의 매트릭스 물질 (호스트 물질) 및 발광 도펀트 (발광체) 로 이루어지고, 이 때 매트릭스 물질 또는 매트릭스 물질들은 공동-증발에 의해 특정의 부피 비율로 혼합된다. M1:D1 (95%:5%) 와 같은 표현은 여기서 물질 M1 이 층 내에 95 부피% 의 비율로 존재하고, D1 이 5 부피% 의 비율로 존재하는 것을 의미한다. 유사하게는, 전자-수송층은 또한 2 가지 물질의 혼합물로 이루어질 수 있다.
OLED 는 표준 방법에 의해 특징화된다. 상기 목적을 위해, 전계발광 스펙트럼, 전류 효율 (cd/A 로 측정됨), 전력 효율 (Im/W 로 측정됨) 및 Lambert 발광 특징을 추정하는 전류/전압/발광 밀도 특징선 (IUL 특징선) 으로부터 계산된 발광 밀도의 함수로서의 외부 양자 효율 (EQE, 백분율로 측정됨), 및 수명이 측정된다. 전계발광 스펙트럼은 1000 cd/㎡ 의 발광 밀도로부터 계산되고, CIE 1931 x 및 y 색상 좌표가 이로부터 계산된다. 표 3 의 용어 U1000 은 1000 cd/㎡ 의 발광 밀도에 필요한 전압을 나타낸다. CE1000 및 PE1000 은 1000 cd/㎡ 에서 성립된 전류 및 전력 효율을 각각 나타낸다. 마지막으로, EQE1000 은 1000 cd/㎡ 의 작동 발광 밀도에서의 외부 양자 효율을 나타낸다. 수명 LT 는 발광 밀도가 일정한 전류 밀도로의 작동시 초기 발광 밀도에서 특정 비율 A 로 떨어진 후 시간으로서 정의된다 (표 3 에서 컬럼 "jLT" 에 표시됨).
다양한 OLED 에 대한 데이터는 표 3 에 요약된다. 실시예 V1-V16 은 선행 기술에 따른 비교예이고, 실시예 E1-E46 은 본 발명에 따른 OLED 의 데이터를 제시한다.
일부 예는 본 발명에 따른 OLED 의 장점을 예증하기 위해 하기 더욱 상세히 설명된다. 그러나, 이것은 오직 표 3 에 제시된 데이터의 선택을 나타내는 것으로 지적되어야만 한다.
HTL1 로서 p-도핑된 모노아민 및 EML 에 인접한 HTL3 으로서 디아민 NPB 를 포함하는 OLED 와 비교하여, 동일한 HTL1 및 HTL3 으로서 모노아민 MA2 를 포함하는 OLED 는 유의하게 양호한 효율 및 수명 및 약간 양호한 전압을 나타낸다 (실시예 V1 및 E9).
청색-형광 도펀트 D2 (V2-V7, V10, E5-E11, E14) 의 예는 HTL1 로서 p-도핑된 모노아민 및 EML 와 인접한 모노아민의 조합이 최적의 결과를 산출한다는 것을 보여준다. 선행 기술에 따른 디아민, 아민-카르바졸 또는 테트라민이 HTL1, HTL2 로서 또는 EML 에 직접 인접한 HTL3 로서 사용되는 경우, 성능 데이터는 덜 양호하다. p-도핑된 테트라민 SpA1 및 EML 에 직접 인접한 MA2 와 조합으로 모노아민 MA2 의 p-도핑된 층의 사용시, 매우 양호한 성능 데이터가 마찬가지로 수득된다 (실시예 E14).
카르바졸-아민 CbzA1 이 HTL3 에서 사용되고 (즉, EML 과 직접 접촉하며), p-도핑된 모노아민 MA1 이 청색 도펀트 D1 과 조합으로 사용되는 경우, HTL3 중의 모노아민 MA1 또는 MA2 의 사용시 (실시예 E1, E2 및 E12) 보다 높은 전압 및 열악한 효율 및 수명이 수득된다. 인광 녹색 도펀트 TEG1 이 청색-형광 도펀트 D1 (실시예 E3, E4 및 E13) 대신에 사용되는 경우 동일한 것이 적용된다.
특히 양호한 수명은 p-도핑된, 모노아민이 또한 다른 정공-수송층에 사용되는 경우 수득된다 (비교예 E1 및 E2 및 E3 및 E4).
매우 양호한 전자 주입으로는, 순수하게 페닐-치환된 모노아민 MA1 의 사용이 또한 모노아민 MA2 (비교예 E10 및 E11) 와 비교하여 유리하다. 제시된 OLED 가 더 짧은 수명을 나타내긴 하지만, 이들은 낮은 전자 주입을 갖는 필적할만한 OLED 보다 낮은 전압을 나타내며, 이것은 일부 적용에 유리할 수 있다.
하기 실시예 E18 내지 E46 은 다수의 상이한 화합물이 본 발명의 기본적인 기술적 장점을 변형시키지 않으면서 본 발명에 따른 모노트리아릴아민으로서 사용될 수 있다는 것을 보여준다. 화합물 MA1 내지 MA29 에는 특히, 플루오레닐모노트리아릴아민, 크산텐모노트리아릴아민, 스피로비플루오렌모노트리아릴아민, 인데노플루오렌모노트리아릴아민 및 추가의 계열의 성분이 포함된다.
표 2: OLED 의 구조
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Figure pat00033
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표 3: OLED 에 대한 데이터
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표 4: OLED 에 대한 물질의 구조식
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Figure pat00042

Claims (12)

  1. 하기를 포함하는 전자 소자로서:
    - 애노드,
    - 캐소드,
    - 애노드와 캐소드 사이에 배열된 하나 이상의 발광층,
    - 호스트로서 모노트리아릴아민을 포함하는 하나 이상의 p-도핑된 층 A,
    - 모노트리아릴아민을 포함하는 하나 이상의 층 B, 및
    - 층 B 와 발광층 사이에 존재하는, 모노트리아릴아민을 포함하는 층 C,
    여기서, 층 A 및 층 B 는 애노드와 발광층 사이에 배열되고, 층 A 는 층 B 의 애노드 면 상에 배열되고, 층 A, 층 B 및 층 C 의 모노트리아릴아민은, 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 전자 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 층 C 가 발광층에 직접 인접하는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 하나 이상의 일치하는 모노트리아릴아민이 애노드와 발광층 사이의 모든 층에 존재하는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
  4. 제 1 항에 있어서, p-도핑된 층 A 가 전자-받게 화합물인 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 층 A 의 도펀트가, 그의 LUMO 가 모노트리아릴아민의 HOMO 보다 0.3 eV 이하로 큰 화합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 층 A 의 도펀트가 퀴노디메탄 화합물, 아자인데노플루오렌디온, 아자페날렌, 아자트리페닐렌, I2, 금속 할라이드, 금속 산화물, 및 전이-금속 착물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 층 A 의 도펀트가 0.1 내지 20 부피% 의 농도로 존재하는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 모노트리아릴아민이 하기 화학식 (I) 의 화합물인 것을 특징으로 하는 전자 소자:
    Figure pat00043

    화학식 (I)
    (식 중:
    Ar1 은 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, 5 내지 60 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템이고, 이는 하나 이상의 라디칼 R1 에 의해 치환될 수 있고;
    R1 은 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, H, D, F, Cl, Br, I, CHO, C(=O)R2, P(=O)(R2)2, S(=O)R2, S(=O)2R2, CR2=CR2R2, CN, NO2, Si(R2)3, OSO2R2, 1 내지 40 개의 C 원자를 갖는 직쇄 알킬, 알콕시 또는 티오알콕시기 또는 2 내지 40 개의 C 원자를 갖는 직쇄 알케닐 또는 알키닐기 또는 3 내지 40 개의 C 원자를 갖는 분지형 또는 시클릭 알킬, 알케닐, 알키닐, 알콕시 또는 티오알콕시기 (여기서 상기 각각은 하나 이상의 라디칼 R2 에 의해 치환될 수 있고, 하나 이상의 비-인접 CH2 기는 R2C=CR2, C≡C, Si(R2)2, Ge(R2)2, Sn(R2)2, C=O, C=S, C=Se, C=NR2, P(=O)(R2), SO, SO2, NR2, O, S 또는 CONR2 에 의해 대체될 수 있고, 하나 이상의 H 원자는 D, F, Cl, Br, I, CN 또는 NO2 에 의해 대체될 수 있음), 또는 5 내지 60 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 또는 헤테로방향족 고리 시스템 (이는 각각의 경우 하나 이상의 라디칼 R2 에 의해 치환될 수 있음), 또는 5 내지 60 개의 방향족 고리 원자를 갖는 아릴옥시 또는 헤테로아릴옥시기 (이는 하나 이상의 라디칼 R2 에 의해 치환될 수 있음), 또는 상기 시스템들의 조합이고; 여기서 둘 이상의 인접 치환기 R1 은 또한 서로 모노- 또는 폴리시클릭, 지방족 또는 방향족 고리 시스템을 형성할 수 있고;
    R2 는 각각의 경우, 동일하거나 상이하게, H, D, CN 또는 1 내지 20 개의 C 원자를 갖는 지방족, 방향족 및/또는 헤테로방향족 탄화수소 라디칼 (여기서 또한 H 원자는 D 또는 F 에 의해 대체될 수 있음) 이고; 여기서 둘 이상의 인접 치환기 R2 는 또한 서로 모노- 또는 폴리시클릭, 지방족 또는 방향족 고리 시스템을 형성할 수 있음).
  9. 제 8 항에 있어서, Ar1 기 중 하나 이상이 12 내지 30 개의 방향족 고리 원자를 갖는 방향족 고리 시스템을 나타내는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 유기 집적 회로 (OIC), 유기 전계-효과 트랜지스터 (OFET), 유기 박막 트랜지스터 (OTFT), 유기 발광 트랜지스터 (OLET), 유기 태양 전지 (OSC), 유기 광학 검출기, 유기 광수용체, 유기 전계-켄치 소자 (OFQD), 유기 발광 전기화학 전지 (OLEC), 유기 레이저 다이오드 (O-laser) 및 유기 전계발광 소자 (OLED) 로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
  11. 제 9 항에 있어서, Ar1 기 중 하나 이상이 스피로비플루오렌 및 플루오렌 (이들 각각은 하나 이상의 라디칼 R1 에 의해 치환될 수 있음) 으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자 소자.
  12. 제 4 항에 있어서, 전자 소자는 유기 전계발광 소자이고, 전자-받게 화합물은 하기 화합물 (D-1) 내지 (D-12) 에서 선택되는 화합물이고, 발광층은 인광 발광층인 것을 특징으로 하는 전자 소자.
    Figure pat00044
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