KR20200129097A - 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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KR20200129097A
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마사시 타다
유타 사가라
무네토모 이노우에
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닛테츠 케미컬 앤드 머티리얼 가부시키가이샤
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Abstract

높은 발광효율, 수명이 긴 열활성화 지연 형광형의 청색 발광 유기 EL 소자를 제공한다.
대향하는 양극과 음극 사이에 하나 이상의 발광층을 포함하는 유기 전계 발광 소자에서, 적어도 하나의 발광층이, 열활성화 지연 형광발광 재료로서의 하기 일반식(1)로 나타내는 인돌로카르바졸 화합물과, 호스트 재료로서의 카르바졸 화합물을 함유하고, 인돌로카르바졸환 화합물 중의 N원자로 치환하는 치환기 Ar2는 적어도 하나의 불소 원자를 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
Figure pct00027

Description

유기 전계 발광 소자
본 발명은 유기 전계 발광 소자(유기 EL 소자라고 함)에 관한 것이다.
유기 EL 소자에 전압을 인가함으로써, 양극으로부터 정공이, 음극으로부터는 전자가 각각 발광층에 주입된다. 그리고 발광층에서, 주입된 정공과 전자가 재결합하고, 여기자가 생성된다. 이 때, 전자 스핀의 통계칙에 의해, 일중항(一重項) 여기자(勵起子) 및 삼중항(三重項) 여기자가 1:3의 비율로 생성된다. 일중항 여기자에 의한 발광을 이용하는 형광 발광형 유기 EL 소자는 내부양자효율이 25%가 한계라고 전해지고 있다. 한편으로 삼중항 여기자에 의한 발광을 이용하는 인광 발광형 유기 EL 소자는 일중항 여기자로부터 항간 교차가 효율적으로 이루어진 경우에는 내부양자효율을 100%까지 높일 수 있는 것이 알려져 있다.
최근에는 인광형 유기 EL 소자의 장수명화 기술이 진전되고, 휴대전화 등의 디스플레이로 응용되고 있다. 그러나 청색의 유기 EL 소자에 관해서는 실용적인 인광 발광형 유기 EL 소자는 개발되지 않아, 고효율이고, 또한 수명이 긴 청색의 유기 EL 소자의 개발이 요구되고 있다.
더 최근에는 지연 형광을 이용한 고효율의 지연 형광형 유기 EL 소자의 개발이 이루어지고 있다. 예를 들면 특허문헌 1에는 지연 형광의 메커니즘의 하나인 TTF(Triplet-Triplet Fusion) 기구를 이용한 유기 EL 소자가 개시되어 있다. TTF 기구는 2개의 삼중항 여기자의 충돌에 의해 일중항 여기자가 생성되는 현상을 이용하는 것이며, 이론상 내부양자효율을 40%까지 높일 수 있다고 여겨진다. 그러나 인광 발광형 유기 EL 소자와 비교하면 효율이 낮기 때문에, 추가적인 효율의 개량이 요구되고 있다.
한편으로 특허문헌 2에서는 열활성화 지연 형광(TADF; Thermally Activated Delayed Fluorescence) 기구를 이용한 유기 EL 소자가 개시되어 있다. TADF 기구는 일중항 준위와 삼중항 준위의 에너지 차가 작은 재료에서 삼중항 여기자로부터 일중항 여기자로의 역항간 교차가 생기는 현상을 이용하는 것이며, 이론상 내부양자효율을 100%까지 높일 수 있다고 여겨진다. 그러나 인광 발광형 소자와 마찬가지로 수명 특성의 추가적인 개선이 요구되고 있다.
이와 같은 지연 형광형 유기 EL 소자는 발광 효율이 높다는 특징이 있지만, 추가적인 개량이 요구되고 있다.
특허문헌 2에서는 인돌로카르바졸 화합물에 대해, 열활성화 지연 형광발광 재료(TADF 재료)로서의 사용을 개시하고 있다.
특허문헌 3에서는 인광발광층의 유기 전계 발광 소자용 재료로서 하기에 나타내는 바와 같은 인돌로카르바졸 화합물을 개시하고 있다.
[화학식 1]
Figure pct00001
국제공개공보 WO2010/134350 국제공개공보 WO2011/070963 일본 공개특허공보 특개2015-20953호
유기 EL 소자를 플랫 패널 디스플레이 등의 표시 소자, 또는 광원에 응용하기 위해서는 소자의 발광 효율을 개선함과 동시에 구동 시의 안정성을 충분히 확보할 필요가 있다. 본 발명은 상기 현 상황을 감안하여 고효율이고, 또한 높은 구동 안정성을 가진 실용상 유용한 유기 EL 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 대향하는 양극과 음극 사이에 하나 이상의 발광층을 포함하는 유기 전계 발광 소자로서, 적어도 하나의 발광층이, 하기 일반식(1)로 나타내는 화합물을 열활성화 지연 형광발광 재료로서 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 EL 소자이다.
[화학식 2]
Figure pct00002
여기서, Z는 식(1a)로 나타내는 축합 방향족 복소환이고, 환A는 식(1b)로 나타내는 방향족 탄화수소환이며, 환B는 식(1c)로 나타내는 복소환이고, 환A 및 환B는 각각 인접하는 환과 임의의 위치에서 축합한다.
Ar1은 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~30의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~17의 방향족 복소환기, 또는 상기 방향족 탄화수소기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향환이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족기이다.
Ar2는 적어도 하나의 불소 원자를 가지는 기이고, 탄소수 6~30의 방향족 탄화수소기, 탄소수 3~17의 방향족 복소환기, 또는 상기 방향족 탄화수소기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향환이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족기이다.
R1은 독립적으로 탄소수 1~10의 지방족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 12~44의 디아릴아미노기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~18의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~17의 방향족 복소환기이다. n은 1~2의 정수를 나타내고, a는 0~4의 정수를 나타내며, b는 0~2의 정수를 나타낸다.
Ar1, Ar2가 연결 방향족기인 경우, 연결하는 방향족환은 동일해도 되고 달라도 되며, 직쇄상이어도 되고 분기상이어도 된다.
일반식(1) 중의 Ar2가 적어도 하나의 불소 원자를 가지는 페닐기 또는 비페닐기인 것이 바람직하다. 이들 페닐기, 비페닐기는 치환기를 가져도 되고, 불소 원자를 1~6개 가지는 것이 바람직하다.
일반식(1)의 바람직한 양태로는, 하기 일반식(3)~(8) 중 어느 하나의 양태가 있다. 일반식(3)~(6)에서, 일반식(1)과 공통의 기호는 동일한 의미를 가진다.
[화학식 3]
Figure pct00003
[화학식 4]
Figure pct00004
여기서, Ar2 및 R1은 일반식(1)(식(1a), 1(b) 및 식(1c)를 포함함)과 같은 의미이다.
L은 단결합, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~10의 방향족 복소환기이다. 바람직하게는, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기이다.
Ar3은 일반식(3b)로 나타내는 복소환기이며, X는 CR2 또는 N을 나타내고, 적어도 하나의 X는 N을 나타낸다. R2는 수소, 탄소수 1~10의 지방족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~18의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~10의 방향족 복소환기, 또는 상기 방향족 탄화수소기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향족환이 2~4개 연결되어 구성되는 연결 방향족기이다. Ar3이 연결 방향족기인 경우, 연결하는 방향족환은 동일해도 되고 달라도 되며, 직쇄상이어도 되고 분기상이어도 된다. a는 0~4의 정수를 나타내고, b는 0~2의 정수를 나타낸다.
상기 열활성화 지연 형광발광 재료는 여기 일중항 에너지(S1)와 여기 삼중항 에너지(T1)의 차가 0.2eV 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 EL 소자는 상기 열활성화 지연 형광재료를 함유하는 발광층 중에 호스트 재료를 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 발광층은 호스트 재료를 2종류 이상 함유할 수 있다.
상기 호스트 재료로는 하기 일반식(9)로 나타내는 화합물이 있다.
[화학식 5]
Figure pct00005
(여기서, Ar4는 치환기를 가져도 되는 벤젠, 질소 함유 6원환 복소환 화합물, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 카르바졸, 카르보란, 또는 이들이 2~4개 연결된 화합물로부터 생기는 p가의 기를 나타낸다. p는 1 또는 2의 정수를 나타내고, q는 0~4의 정수를 나타내는데, Ar4가 벤젠으로부터 생기는 p가의 기인 경우, q는 1~4의 정수이다.)
호스트 재료는 일반식(9)로 나타내는 화합물을 2종류 이상 함유할 수 있다.
상기 호스트 재료의 여기 삼중항 에너지(T1)가 상기 열활성화 지연 형광 재료의 여기 일중항 에너지(S1)보다도 큰 것이 바람직하다.
상기 발광층에 인접하는 층에, 일반식(9)로 나타내는 화합물을 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 EL 소자는 발광층에 특정한 열활성화 지연 형광 재료를 함유하기 때문에, 높은 발광효율, 또한 수명이 긴 지연 형광형 유기 EL 소자가 된다.
도 1은 유기 EL 소자의 일례를 나타낸 모식 단면도이다.
본 발명의 유기 EL 소자는 대향하는 양극과 음극 사이에 하나 이상의 발광층을 가지며, 발광층의 적어도 한 층이 상기 일반식(1)로 나타내는 화합물을 TADF 재료로서 함유한다. 이 유기 EL 소자는 대향하는 양극과 음극 사이에 복수의 층으로 이루어지는 유기층을 가지지만, 복수의 층 중 적어도 1층은 발광층이며, 발광층에는 필요에 따라 호스트 재료를 함유할 수 있고, 바람직한 호스트 재료는 상기 일반식(9)로 나타내는 화합물이다. TADF 재료로 함유함으로써, 발광층으로부터 열활성화 지연 형광이 발광한다.
상기 일반식(1)에 대해, 설명한다.
Z는 식(1a)로 나타내는 축합 방향족 복소환기이고, 환A는 식(1b)로 나타내는 방향족 탄화수소환이며, 환B는 식(1c)로 나타내는 복소환이고, 환A 및 환B는 각각 인접하는 환과 임의의 위치에서 축합한다. n은 1~2의 정수를 나타내고, 바람직하게는 1의 정수를 나타낸다.
일반식(1)에서, Ar1은 n가의 기이다.
Ar1은 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~30의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~17의 방향족 복소환기, 또는 상기 방향족 탄화수소기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향환이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족기를 나타낸다. 바람직하게는, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~20의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~12의 방향족 복소환기, 또는 상기 방향족 탄화수소기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향족환이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족기이다. 보다 바람직하게는, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~10의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~9의 방향족 복소환기, 또는 페닐기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향족환이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족기를 나타낸다.
Ar1의 구체예로는 벤젠, 나프탈렌, 아세나프텐, 아세나프틸렌, 아줄렌, 안트라센, 크리센, 피렌, 페릴렌, 페난트렌, 트리페닐렌, 코라눌렌, 코로넨, 테트라센, 펜타센, 플루오렌, 벤조[a]안트라센, 벤조[b]플루오란텐, 벤조[a]피렌, 디벤조[a,h]안트라센, 피센, 테트라페닐렌, 안탄트렌, 1,12-벤조페릴렌, 헵타센, 헥사센, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 티오펜, 이소티아졸, 티아졸, 피리다진, 피롤, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 티아디아졸, 피라진, 푸란, 이소옥사졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 티아디아졸, 벤조트리아진, 프탈라진, 테트라졸, 인돌, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조옥사졸, 벤조티아졸, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트리아졸, 벤조이소티아졸, 벤조티아디아졸, 푸린, 피라논, 쿠마린, 이소쿠마린, 크로몬, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 디벤조셀레노펜, 카르바졸 또는 이들이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족 화합물로부터 n개의 수소를 제거하여 생기는 기를 들 수 있다.
바람직하게는, 벤젠, 나프탈렌, 아세나프텐, 아세나프틸렌, 아줄렌, 안트라센, 크리센, 피렌, 페릴렌, 페난트렌, 트리페닐렌, 코라눌렌, 테트라센, 플루오렌, 벤조[a]안트라센, 벤조[b]플루오란텐, 벤조[a]피렌, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 티오펜, 이소티아졸, 티아졸, 피리다진, 피롤, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 티아디아졸, 피라진, 푸란, 이소옥사졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 옥사디아졸, 티아디아졸, 벤조트리아진, 프탈라진, 테트라졸, 인돌, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조옥사졸, 벤조티아졸, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트리아졸, 벤조이소티아졸, 벤조티아디아졸, 푸린, 피라논, 쿠마린, 이소쿠마린, 크로몬, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 디벤조셀레노펜, 카르바졸, 또는 이들이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족 화합물로부터 n개의 수소를 제거하여 생기는 기를 들 수 있다.
보다 바람직하게는 벤젠, 나프탈렌, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 티오펜, 이소티아졸, 티아졸, 피리다진, 피롤, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 티아디아졸, 피라진, 푸란, 이소옥사졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 옥사디아졸, 티아디아졸, 벤조트리아진, 프탈라진, 테트라졸, 인돌, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조옥사졸, 벤조티아졸, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트리아졸, 벤조이소티아졸, 벤조티아디아졸, 푸린, 피라논, 쿠마린, 이소쿠마린, 크로몬, 또는 이들이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족 화합물로부터 n개의 수소를 제거하여 생기는 기를 들 수 있다.
본 명세서에서, 연결 방향족기는 치환 혹은 미치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 방향족 복소환기의 방향족환이 직접 결합으로 연결된 것이며, 연결되는 방향족환은 동일해도 되고 달라도 되며, 또한, 방향족환이 3개 이상 연결되는 경우는 직쇄상이어도 되고 분기상이어도 되며, 결합(수(手))는 말단의 방향족환으로부터 나와도 되고, 중간의 방향족환으로부터 나와도 된다. 치환기를 가져도 된다. 연결 방향족기의 탄소수는 연결 방향족기를 구성하는 치환 혹은 미치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 방향족 복소환기가 가질 수 있는 탄소수의 총합이다.
구체적으로는 다음과 같은 구조를 가지는 것을 말한다.
Ar1-Ar2-Ar3-Ar4 (i)
Ar5-Ar6(Ar7)-Ar8 (ii)
여기서, Ar1-Ar8은 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기이며, 각각의 방향족환이 직접 결합으로 결합한다. Ar1-Ar8은, 독립적으로 변화되고, 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기 중 어느 것이어도 된다. 그리고 식(i)과 같이 직쇄상이어도 되고, 식(ii)와 같이 분기상이어도 된다. 결합은 말단의 Ar1이나 Ar5여도 되고, 중간의 Ar3이나 Ar6이어도 된다. 한편, 방향족환은 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기 중 어느 것이어도 된다.
본 명세서에서, 치환 혹은 미치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 방향족 복소환기 등에서 탄소수의 범위가 정해져 있는 경우의 탄소수는, 치환기는 탄소수의 계산에서 제외된다. 그러나 치환기를 포함시켜서 탄소가 상기 탄소수의 범위인 것이 바람직하다.
식(1c)에서, Ar2는 1가의 기이며, 적어도 하나의 불소 원자를 가진다. 그 이외에는 Ar1과 마찬가지일 수 있다.
즉, Ar2는 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기 및 연결 방향족기에서 선택되는 방향족기에, 불소 원자가 치환한 불소 함유 방향족기이다. 이 방향족기는 탄소수 6~30의 방향족 탄화수소기, 탄소수 3~17의 방향족 복소환기, 또는 상기 방향족 탄화수소기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향환이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족기이다. 바람직하게는, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~20의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~12의 방향족 복소환기, 또는 상기 방향족 탄화수소기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향환이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족기이다. 보다 바람직하게는 페닐기 또는 비페닐기이다.
상기 방향족기의 구체예로는 벤젠, 나프탈렌, 아세나프텐, 아세나프틸렌, 아줄렌, 안트라센, 크리센, 피렌, 페릴렌, 페난트렌, 트리페닐렌, 코라눌렌, 코로넨, 테트라센, 펜타센, 플루오렌, 벤조[a]안트라센, 벤조[b]플루오란텐, 벤조[a]피렌, 디벤조[a,h]안트라센, 피센, 테트라페닐렌, 안탄트렌, 1,12-벤조페릴렌, 헵타센, 헥사센, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 티오펜, 이소티아졸, 티아졸, 피리다진, 피롤, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 티아디아졸, 피라진, 푸란, 이소옥사졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 티아디아졸, 벤조트리아진, 프탈라진, 테트라졸, 인돌, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조옥사졸, 벤조티아졸, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트리아졸, 벤조이소티아졸, 벤조티아디아졸, 푸린, 피라논, 쿠마린, 이소쿠마린, 크로몬, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 디벤조셀레노펜, 카르바졸 또는 이들이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족 화합물로부터 수소를 제거하여 생기는 기를 들 수 있다.
바람직하게는, 벤젠, 나프탈렌, 아세나프텐, 아세나프틸렌, 아줄렌, 안트라센, 크리센, 피렌, 페릴렌, 페난트렌, 트리페닐렌, 코라눌렌, 테트라센, 플루오렌, 벤조[a]안트라센, 벤조[b]플루오란텐, 벤조[a]피렌, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 티오펜, 이소티아졸, 티아졸, 피리다진, 피롤, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 티아디아졸, 피라진, 푸란, 이소옥사졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 옥사디아졸, 티아디아졸, 벤조트리아진, 프탈라진, 테트라졸, 인돌, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조옥사졸, 벤조티아졸, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트리아졸, 벤조이소티아졸, 벤조티아디아졸, 푸린, 피라논, 쿠마린, 이소쿠마린, 크로몬, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 디벤조셀레노펜, 카르바졸, 또는 이들이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족 화합물로부터 수소를 제거하여 생기는 기를 들 수 있다. 보다 바람직하게는 벤젠, 또는 벤젠이 2개 연결되어 구성되는 연결 방향족 화합물로부터 수소를 제거하여 생기는 기를 들 수 있다.
Ar2는 상기 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기, 또는 연결 방향족기인데, 이들 방향족기는 적어도 1개의 불소 원자를 가진다. 불소 원자는 이들 방향족기의 방향족환 구성 탄소 원자에 결합해도 되고, 이들 방향족기로 치환되는 알킬기 등의 치환기에 결합해도 되지만 전자가 바람직하다. 또한, 불소 원자의 수는 1~6개가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1~3개이다.
불소 원자는 전자흡인성 치환기이며, 불소 원자를 도입함으로써 HOMO 준위가 저하되고, HOMO-LUMO 갭이 커지며, 그 결과로부터 단파장의 청색 발광을 얻는 것이 가능해진다고 상정된다.
식(1a) 또는 식(1b)에서, R1은 독립적으로 탄소수 1~10의 지방족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 12~44의 디아릴아미노기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~18의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~17의 방향족 복소환기를 나타낸다. 바람직하게는, 탄소수 1~8의 지방족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 12~22의 디아릴아미노기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~15의 방향족 복소환기를 나타낸다. 보다 바람직하게는, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~10의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~10의 방향족 복소환기를 나타낸다.
a는 0~4의 정수를 나타내고, 바람직하게는 0~2의 정수를 나타내며, 보다 바람직하게는 0~1의 정수를 나타낸다. b는 0~2의 정수를 나타내고, 바람직하게는 0~1의 정수를 나타낸다.
상기 R1의 구체예로는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실 등의 알킬기, 디페닐아미노, 나프틸페닐아미노, 디나프틸아미노, 디안트라닐아미노, 디페난트레닐아미노, 페닐, 나프틸, 피리딜, 피리미딜, 트리아질, 디벤조푸라닐, 디벤조티에닐, 또는 카르바졸릴 등을 들 수 있다.
바람직하게는, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 디페닐아미노, 나프틸페닐아미노, 디나프틸아미노, 페닐, 나프틸, 피리딜, 피리미딜, 트리아질, 디벤조푸라닐, 디벤조티에닐, 또는 카르바졸릴 등을 들 수 있다. 보다 바람직하게는, 페닐, 나프틸, 피리딜, 피리미딜, 또는 트리아질을 들 수 있다.
일반식(1)의 바람직한 양태로서, 일반식(3)~(8)이 있다. 일반식(3)~(8)에서, Ar2, a, b 및 R1은 일반식(1)과 같은 의미이다. L-Ar3은 일반식(1)의 Ar1이 1가의 기인 경우의 Ar1에 대응하므로, 합계의 탄소수가 Ar1의 탄소수를 넘지는 않는다.
L은 단결합, 또는 2가의 기이다. 2가의 기인 경우, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~10의 방향족 복소환기이다. 바람직하게는 L은 단결합, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~10의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~8의 방향족 복소환기이며, 보다 바람직하게는 단결합, 치환 혹은 미치환의 페닐기, 또는 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~6의 방향족 복소환기이다.
상기 L의 구체예로는 단결합, 또는 벤젠, 나프탈렌, 아세나프텐, 아세나프틸렌, 아줄렌, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 티오펜, 이소티아졸, 티아졸, 피리다진, 피롤, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 티아디아졸, 피라진, 푸란, 이소옥사졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 옥사디아졸, 티아디아졸, 벤조트리아진, 프탈라진, 테트라졸, 인돌, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조옥사졸, 벤조티아졸, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트리아졸, 벤조이소티아졸, 벤조티아디아졸, 푸린, 피라논, 쿠마린, 이소쿠마린, 크로몬 등으로부터 2개의 수소를 제거하여 생기는 기를 들 수 있다.
바람직하게는, 단결합, 또는 벤젠, 나프탈렌, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 티오펜, 이소티아졸, 티아졸, 피리다진, 피롤, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 티아디아졸, 피라진, 푸란, 이소옥사졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 옥사디아졸, 티아디아졸, 벤조트리아진, 프탈라진, 테트라졸, 인돌, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조옥사졸, 벤조티아졸, 인다졸, 벤즈이미다졸 등으로부터 생기는 기를 들 수 있다. 보다 바람직하게는 단결합, 또는 벤젠, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 티오펜으로부터 생기는 기를 들 수 있다.
일반식(3)~(8)에서, Ar3은 식(3b)로 나타내는 복소환기이다.
식(3b)에서, X는 CR2 또는 N을 나타내고, 적어도 하나의 X는 N을 나타낸다. R2는 수소, 탄소수 1~10의 지방족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~18의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~10의 방향족 복소환기, 또는 상기 방향족 탄화수소기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향족환이 2~4개 연결되어 구성되는 연결 방향족기를 나타낸다. 바람직하게는, 수소, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~8의 방향족 복소환기, 또는 상기 방향족 탄화수소기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향족환이 2~4개 연결되어 구성되는 연결 방향족기를 나타낸다. 보다 바람직하게는, 수소, 치환 혹은 미치환의 페닐기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~6의 방향족 복소환기, 또는 상기 페닐기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향족환이 2~3개 연결되어 구성되는 연결 방향족기를 나타낸다. 연결 방향족기의 설명은 상기와 마찬가지이다.
본 명세서에서, 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기 등이 치환기를 가지는 경우, 치환기로는 시아노기, 탄소수 1~10의 지방족 탄화수소기, 탄소수 1~10의 알콕시기, 탄소수 1~10의 알킬티오기, 탄소수 3~30의 알킬실릴기 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 시아노기, 탄소수 1~8의 지방족 탄화수소기, 탄소수 1~8의 알콕시기, 탄소수 1~8의 알킬티오기, 탄소수 3~20의 알킬실릴기 등을 들 수 있다. 보다 바람직하게는, 탄소수 1~6의 지방족 탄화수소기, 탄소수 1~6의 알콕시기, 탄소수 1~6의 알킬티오기, 탄소수 3~10의 알킬실릴기 등을 들 수 있다.
일반식(1)로 나타내는 화합물의 구체예를 이하에 나타내겠지만, 이들 예시 화합물에 한정되는 것이 아니다.
[화학식 6]
Figure pct00006
[화학식 7]
Figure pct00007
[화학식 8]
Figure pct00008
[화학식 9]
Figure pct00009
[화학식 10]
Figure pct00010
[화학식 11]
Figure pct00011
[화학식 12]
Figure pct00012
[화학식 13]
Figure pct00013
본 발명의 유기 EL 소자에서 사용하는 열활성화 지연 형광발광 재료는 상기 일반식(1)로 나타내는 화합물로서, 열활성화 지연 형광발광성을 가진다.
열활성화 지연 형광발광성을 가지는 재료는 여기 일중항 에너지(S1)와 여기 삼중항 에너지(T1)의 차(ΔE)가 작은 것임이 알려져 있다.
일반식(1)로 나타내는 화합물은 여기 일중항 에너지(S1)와 여기 삼중항 에너지(T1)의 차(ΔE)가 0.2eV 이하인 것이 바람직하고, 이와 같은 ΔE를 나타냄으로써, 뛰어난 TADF 재료가 된다.
열활성화 지연 형광발광 유무의 판정은 실시예에 기재된 방법에 의해 실시할 수 있다.
상기 일반식(1)로 나타내는 화합물을 TADF 재료로 발광층에 함유시킴으로써 뛰어난 지연 형광형 유기 EL 소자로 할 수 있다.
또한, 발광층에는 필요에 따라, 상기 TADF 재료와 함께 호스트 재료를 함유시킬 수 있다. 호스트 재료를 함유시킴으로써, 뛰어난 유기 EL 소자가 된다. 이 경우, TADF 재료는 도펀트라고도 한다. 호스트 재료는 도펀트인 TADF 재료로부터의 발광을 촉진한다. 호스트 재료는 여기 삼중항 에너지(T1)가 TADF 재료의 여기 일중항 에너지(S1)보다도 큰 것이 바람직하다.
호스트 재료로는 상기 일반식(9)로 나타내는 카르바졸 화합물이 적합하다.
일반식(9)에서, Ar4는 p가의 기이며, 벤젠, 질소 함유 6원환 복소환 화합물, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 카르바졸, 카르보란, 트리아진, 또는 이들이 2~4개 연결된 연결 화합물로부터 p개의 수소를 제거하여 생기는 기이다. 여기서, 연결 화합물은 벤젠, 질소 함유 6원환 복소환, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 카르바졸, 또는 카르보란의 환이, 직접 결합으로 연결된 구조의 화합물이며, 이들 화합물로부터 2개의 수소를 제거하여 생기는 기는 예를 들면 -Ar-Ar-, -Ar-Ar-Ar-, 또는 -Ar-Ar(Ar)-로 나타낸다. 여기서, Ar은 벤젠, 질소 함유 6원환 복소환, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 카르바졸, 또는 카르보란의 환이며, 복수의 Ar은 동일해도 되고 달라도 된다. 바람직한 연결 화합물로는 벤젠환이 2개 또는 3개 연결된 화합물인 비페닐, 또는 터페닐을 들 수 있다.
바람직하게는 Ar4는 벤젠, 비페닐, 터페닐, 디벤조푸란, N-페닐카르바졸, 카르보란, 트리아진, 또는 이들이 2~3개 연결된 연결 화합물로부터 생기는 p가의 기이다. p는 1 또는 2의 정수를 나타내고, 바람직하게는 1의 정수를 나타낸다. q는 0~4의 정수를 나타내고, 바람직하게는 0~3의 정수, 보다 바람직하게는 0~2의 정수를 나타내는데, Ar4가 벤젠으로부터 생기는 p가의 기인 경우, q가 0인 일은 없다.
상기 카르바졸 화합물은 Ar4 및 카르바졸환을 가지는데, 이 Ar4 및 카르바졸환은 호스트로서의 기능을 저해하지 않는 한 치환기를 가져도 된다. 이러한 치환기로는 탄소수 1~8의 탄화수소기, 탄소수 1~8의 알콕시기를 들 수 있고, 바람직하게는 탄소수 1~3의 알킬기, 또는 탄소수 1~3의 알콕시기이다.
이하에, 일반식(9)로 나타내는 카르바졸 화합물의 구체예를 나타낸다.
[화학식 14]
Figure pct00014
[화학식 15]
Figure pct00015
[화학식 16]
Figure pct00016
[화학식 17]
Figure pct00017
[화학식 18]
Figure pct00018
상기 일반식(1)로 나타내는 화합물에서 선택되는 TADF 재료를 함유하는 발광층을 가짐으로써, 지연 형광발광이 가능한 유기 EL 소자로 할 수 있다. 또한, 이 TADF 재료를 도펀트 재료로 함유하고, 상기 일반식(9)로 나타내는 화합물에서 선택되는 호스트 재료를 함유하는 발광층을 가짐으로써 보다 뛰어난 특성을 가지는 유기 EL 소자를 제공할 수 있다. 더욱이, 2종 이상의 호스트 재료를 함유함으로써, 특성을 개량할 수도 있다. 2종의 호스트를 함유하는 경우, 적어도 1종은 일반식(9)로 나타내는 화합물에서 선택되는 호스트 재료인 것이 좋다. 제1 호스트가 일반식(9)로 나타내는 화합물인 것이 바람직하다. 제2 호스트는 상기 일반식(9)의 화합물이어도 되고, 다른 호스트 재료여도 되는데, 일반식(9)로 나타내는 화합물인 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 유기 EL 소자의 구조에 대해, 도면을 참조하면서 설명하겠지만, 본 발명의 유기 EL 소자의 구조는 이것에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 사용되는 일반적인 유기 EL 소자의 구조예를 나타내는 단면도이며, 1은 기판, 2는 양극, 3은 정공 주입층, 4는 정공 수송층, 5는 발광층, 6은 전자 수송층, 7은 음극을 나타낸다. 본 발명의 유기 EL 소자는 발광층과 인접하여 여기자 저지층을 가져도 되고, 또한 발광층과 정공 주입층 사이에 전자 저지층을 가져도 된다. 여기자 저지층은 발광층의 음극 측, 음극 측 중 어디에도 삽입할 수 있고, 양쪽 동시에 삽입하는 것도 가능하다. 본 발명의 유기 EL 소자에서는 양극, 발광층, 그리고 음극을 필수 층으로 가지는데, 필수 층 이외에 정공 주입/수송층, 전자 주입/수송층을 가지는 것이 좋고, 또한 발광층과 전자 주입/수송층 사이에 정공 저지층을 가지는 것이 좋다. 한편, 정공 주입/수송층은 정공 주입층과 정공 수송층 중 어느 하나, 또는 양자를 의미하고, 전자 주입/수송층은 전자 주입층과 전자 수송층 중 어느 하나 또는 양자를 의미한다
도 1과는 반대의 구조, 즉 기판(1) 상에 음극(7), 전자 수송층(6), 발광층(5), 정공 수송층(4), 양극(2)의 순으로 적층하는 것도 가능하며, 이 경우도 필요에 따라 층을 추가, 생략하는 것이 가능하다.
-기판-
본 발명의 유기 EL 소자는 기판에 지지되어 있는 것이 바람직하다. 이 기판에 대해서는 특별히 제한은 없고, 종래부터 유기 EL 소자에 사용되고 있는 것이면 되며, 예를 들면 유리, 투명 플라스틱, 석영 등으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다.
-양극-
유기 EL 소자에서의 양극 재료로는 일함수가 큰(4eV 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 재료가 바람직하게 사용된다. 이와 같은 전극 재료의 구체예로는 Au 등의 금속, CuI, 인듐틴옥사이드(ITO), SnO2, ZnO 등의 도전성 투명 재료를 들 수 있다. 또한, IDIXO(In2O3-ZnO) 등의 비정질이고, 투명 도전막을 제작 가능한 재료를 사용해도 된다. 양극은 이들 전극 재료를 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해, 박막을 형성시키고, 포토리소그래피법으로 원하는 형상의 패턴을 형성해도 되고, 혹은 패턴 정밀도를 그다지 필요로 하지 않는 경우(100㎛ 이상 정도)는 상기 전극 재료의 증착이나 스퍼터링 시에 원하는 형상의 마스크를 통해 패턴을 형성해도 된다. 혹은 유기 도전성 화합물과 같은 도포 가능한 물질을 사용하는 경우에는 인쇄 방식, 코팅 방식 등 습식 성막(成膜)법을 이용할 수도 있다. 이 양극으로부터 발광을 추출하는 경우에는 투과율을 10%보다 크게 하는 것이 바람직하고, 또한 양극으로서의 시트 저항은 수 백Ω/□ 이하가 바람직하다. 막 두께는 재료에 따라 다르지만, 통상 10~1000㎚, 바람직하게는 10~200㎚의 범위에서 선택된다.
또한, 음극에 상기 금속을 1~20㎚의 막 두께로 형성한 후에, 양극의 설명에서 든 도전성 투명 재료를 그 위에 형성함으로써, 투명 또는 반투명의 음극을 제작할 수 있고, 이것을 응용함으로써 양극과 음극 양쪽이 투과성을 가지는 소자를 제작할 수 있다.
-발광층-
발광층은 양극 및 음극 각각으로부터 주입된 정공 및 전자가 재결합함으로써 여기자가 생성된 후, 발광하는 층이다. 발광층에는 일반식(1)로 나타내는 TADF 재료를 단독으로 사용해도 되고, 이 TADF 재료를 호스트 재료와 함께 사용해도 된다. 호스트 재료와 함께 사용하는 경우는 TADF 재료는 유기 발광성 도펀트 재료가 된다.
또한, 일반식(1)로 나타내는 화합물을 2종 이상 사용하여 TADF 재료로 해도 된다. 또한, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 일반식(1)로 나타내는 화합물 이외의 다른 TADF 재료 또는 유기 발광성 도펀트 재료를 사용해도 된다.
유기 발광성 도펀트 재료에는 피렌 화합물이나 안트라센 화합물 등의 방향족 탄화수소 화합물로 이루어지는 형광발광성 도펀트가 있다. 다른 TADF 발광성 도펀트에는 주석 착체나 구리 착체 등의 금속 착체나 국제공개공보 WO2011/070963에 기재된 인돌로카르바졸 화합물, Nature 2012, 492, p234에 기재된 시아노벤젠 화합물, 카르바졸 화합물 등이 있다.
유기 발광성 도펀트 재료는 발광층 중에 1종류만 함유되어도 되고, 2종류 이상을 함유해도 된다. TADF 재료 또는 유기 발광성 도펀트 재료의 함유량은 호스트 재료에 대하여 0.1~50wt%인 것이 바람직하고, 1~40wt%인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 유기 EL 소자는 지연 형광발광을 이용하는 것이므로, 인광 발광형 유기 EL 소자에 사용되는 Ir 착체와 같은 도펀트는 사용되지 않는다.
발광층에서의 호스트 재료로는 인광발광 소자나 형광발광 소자에서 사용되는 공지의 호스트 재료를 사용할 수 있는데, 상기 일반식(9)로 나타내는 카르바졸 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 호스트 재료를 복수 종류 병용하여 사용해도 된다. 호스트 재료를 복수 종류 병용하여 사용하는 경우, 적어도 1종류의 호스트 재료가 상기 카르바졸 화합물에서 선택되는 것이 바람직하다.
사용할 수 있는 공지의 호스트 재료로는 정공 수송능, 전자 수송능을 가지며, 또한 높은 유리 전이 온도를 가지는 화합물이고, TADF 재료 또는 발광성 도펀트 재료의 T1보다도 큰 S1을 가지고 있는 것이 바람직하다.
이와 같은 다른 호스트 재료는 다수의 특허문헌 등에 의해 알려져 있으므로, 그것들로부터 선택할 수 있다. 호스트 재료의 구체예로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 인돌 유도체, 카르바졸 유도체, 인돌로카르바졸 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 스틸벤 유도체, 트리페닐렌 유도체, 카르보란 유도체, 포르피린 유도체, 프탈로시아닌 유도체, 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착체나 메탈프탈로시아닌, 벤조옥사졸이나 벤조티아졸 유도체의 금속 착체로 대표되는 각종 금속 착체, 폴리(N-비닐카르바졸) 유도체, 아닐린계 공중합체, 티오펜 올리고머, 폴리티오펜 유도체, 폴리페닐렌 유도체, 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체 등의 고분자 화합물 등을 들 수 있다.
호스트 재료를 복수종 사용하는 경우는 각각의 호스트 재료를 다른 증착원으로부터 증착하거나, 증착 전에 예비 혼합하여 예비혼합물로 함으로써 하나의 증착원으로부터 복수종의 호스트를 동시에 증착할 수도 있다.
-주입층-
주입층이란, 구동 전압 저하나 발광 휘도 향상을 위해 전극과 유기층 사이에 마련되는 층을 말하며, 정공 주입층과 전자 주입층이 있고, 양극과 발광층 또는 정공 수송층의 사이, 및 음극과 발광층 또는 전자 수송층의 사이에 존재하게 해도 된다. 주입층은 필요에 따라 마련할 수 있다.
-정공 저지층-
정공 저지층이란, 넓은 의미에서는 전자 수송층의 기능을 가지며, 전자를 수송하는 기능을 가지면서 정공을 수송하는 능력이 현저하게 작은 정공 저지 재료로 이루어지고, 전자를 수송하면서 정공을 저지함으로써 발광층 중에서의 전자와 정공의 재결합 확률을 향상시킬 수 있다.
정공 저지층에는 공지의 정공 저지 재료를 사용할 수 있는데, 상기 일반식(9)로 나타내는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 정공 저지 재료를 복수 종류 병용하여 사용해도 된다.
-전자 저지층-
전자 저지층이란, 넓은 의미에서는 정공 수송층의 기능을 가지며, 정공을 수송하면서 전자를 저지함으로써 발광층 중에서의 전자와 정공이 재결합할 확률을 향상시킬 수 있다.
전자 저지층의 재료로는 공지의 전자 저지층 재료를 사용할 수 있는데, 상기 일반식(9)로 나타내는 카르바졸 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 전자 저지층의 막 두께는 바람직하게는 3~100㎚이며, 보다 바람직하게는 5~30㎚이다.
-여기자 저지층-
여기자 저지층이란, 발광층 내에서 정공과 전자가 재결합함으로써 생긴 여기자가 전하 수송층으로 확산되는 것을 저지하기 위한 층이며, 본 층의 삽입에 의해 여기자를 효율적으로 발광층 내에 가두는 것이 가능해지고, 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 여기자 저지층은 2개 이상의 발광층이 인접하는 소자에서, 인접하는 2개의 발광층 사이에 삽입할 수 있다.
여기자 저지층의 재료로는 공지의 여기자 저지층 재료를 사용할 수 있는데, 상기 일반식(10)으로 나타내는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
발광층에 인접하는 층으로는 정공 저지층, 전자 저지층, 여기자 저지층 등이 있는데, 이들 층이 마련되지 않는 경우는 정공 수송층, 전자 수송층 등이 인접층이 된다. 2개의 인접층 중 적어도 하나에 일반식(10)으로 나타내는 Cz 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
-정공 수송층-
정공 수송층이란, 정공을 수송하는 기능을 가지는 정공 수송 재료로 이루어지고, 정공 수송층은 단층 또는 복수층 마련할 수 있다.
정공 수송 재료로는 정공의 주입, 또는 수송, 전자의 장벽성 중 어느 하나를 가지는 것이며, 유기물, 무기물 중 어느 것이어도 된다. 정공 수송층에는 종래 공지의 화합물 중에서 임의의 것을 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 정공 수송 재료로는 예를 들면, 포르피린 유도체, 아릴아민 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아릴알칸 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 옥사졸 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 하이드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 실라잔 유도체, 아닐린계 공중합체, 또한 도전성 고분자 올리고머, 특히 티오펜 올리고머 등을 들 수 있는데, 포르피린 유도체, 아릴아민 유도체 및 스티릴아민 유도체를 사용하는 것이 바람직하고, 아릴아민 화합물을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
-전자 수송층-
전자 수송층이란, 전자를 수송하는 기능을 가지는 재료로 이루어지며, 전자 수송층은 단층 또는 복수층 마련할 수 있다.
전자 수송 재료(정공 저지 재료를 겸하는 경우도 있음)로는 음극으로부터 주입된 전자를 발광층으로 전달하는 기능을 가지면 된다. 전자 수송층에는 종래 공지의 화합물 중에서 임의의 것을 선택하여 사용할 수 있고, 예를 들면, 나프탈렌, 안트라센, 페난트롤린 등의 다환 방향족 유도체, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄(III) 유도체, 포스핀 옥사이드 유도체, 니트로 치환 플루오렌 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 티오피란디옥사이드 유도체, 카르보디이미드, 플레오레닐리덴메탄 유도체, 안트라퀴노디메탄 및 안트론 유도체, 비피리딘 유도체, 퀴놀린 유도체, 옥사디아졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 인돌로카르바졸 유도체 등을 들 수 있다. 또한 이들 재료를 고분자쇄에 도입한, 또는 이들 재료를 고분자의 주쇄로 한 고분자 재료를 사용할 수도 있다.
본 발명의 유기 EL 소자를 제작할 때의, 각 층의 제막 방법은 특별히 한정되지 않고, 드라이 프로세스, 웨트 프로세스 중 어느 쪽으로 제작해도 된다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더 상세하게 설명하겠지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예에서 사용한 화합물을 다음에 나타낸다.
[화학식 19]
Figure pct00019
상기 화합물 104, 114, 115, 129, 148 및 TD-1~TD-6의 S1과 T1을 측정했다. 또한 상기 화합물 212, 217, 238, 243, 및 mCP의 S1과 T1을 측정했다.
결과를 표 1에 나타낸다.
S1, T1은 다음과 같이 하여 측정된다.
석영 기판 상에 진공 증착법으로, 진공도 10-4㎩ 이하의 조건으로 시료 화합물을 증착하고, 증착막을 100㎚의 두께로 형성한다. S1은 이 증착막의 발광 스펙트럼을 측정하고, 이 발광 스펙트럼의 단파장 측의 상승(rise-up)에 대하여 접선을 긋고, 그 접선과 가로축 교점의 파장값 λedge[㎚]를 다음에 나타내는 식(i)에 대입하여 S1을 산출한다.
S1[eV]=1239.85/λedge (i)
T1은 상기의 증착막의 인광 스펙트럼을 측정하고, 이 인광 스펙트럼의 단파장 측의 상승에 대하여 접선을 긋고, 그 접선과 가로의 교점의 파장값 λedge[㎚]를 식(ii)에 대입하여 T1을 산출한다.
T1[eV]=1239.85/λedge (ii)
Figure pct00020
실험예 1
화합물 104의 형광 수명을 측정했다. 석영 기판 상에 진공증착법으로, 진공도 10-4㎩ 이하의 조건으로 화합물 104와 화합물 243을 다른 증착원으로부터 증착하고, 화합물 104의 농도가 30중량%인 공증착막을 100㎚의 두께로 형성했다. 이 박막의 발광 스펙트럼을 측정하고, 481㎚를 피크로 하는 발광이 확인되었다. 또한, 질소 분위기하에서 소형 형광 수명 측정 장치(하마마츠 포토닉스(주) 제품 Quantaurus-tau)에 의해 발광 수명을 측정했다. 여기 수명이 11㎱인 형광과 12㎲인 지연 형광이 관측되고, 화합물 104가 지연 형광발광을 나타내는 화합물인 것이 확인되었다.
또한 화합물 243의 형광 수명을 측정했다. 석영 기판 상에 진공증착법으로, 진공도 10-4㎩ 이하의 조건으로 화합물 243을 증착하고, 증착막을 100㎚의 두께로 형성했다. 이 박막의 발광 스펙트럼을 측정하고, 389㎚를 피크로 하는 발광이 확인되었다. 또한, 상기와 마찬가지로 하여, 발광 수명을 측정했다. 여기 수명이 3㎱만 관측되고, 화합물 243은 지연 형광발광을 나타내지 않는 화합물인 것이 확인되었다.
화합물 114, 115, 129, 148에 대해서도 실험예 1과 마찬가지로 형광 수명을 측정한 바, 지연 형광이 관측되고, 지연 형광발광을 나타내는 재료인 것이 확인되었다. 또한 화합물 TD-1에 대해서도 실험예 1과 마찬가지로 형광 수명을 측정한 바, 지연 형광이 관측되고, 지연 형광발광을 나타내는 재료인 것이 확인되었다.
실시예 1
막 두께 70㎚의 ITO로 이루어지는 양극이 형성된 유리 기판 상에, 각 박막을 진공증착법으로, 진공도 4.0×10-5㎩로 적층했다. 우선, ITO 상에 정공 주입층으로서 HAT-CN을 10㎚의 두께로 형성하고, 다음으로 정공 수송층으로서 HT-1을 25㎚의 두께로 형성했다. 다음으로, 전자 저지층으로서 화합물(217)을 5㎚의 두께로 형성했다. 그리고 호스트로서 화합물(243)을, 도펀트로서 화합물(104)를 각각 다른 증착원으로부터 공증착하고, 30㎚의 두께로 발광층을 형성했다. 이 때, 화합물(104)의 농도가 30wt%가 되는 증착 조건으로 공증착했다. 다음으로, 정공 저지층으로서 화합물(238)을 5㎚의 두께로 형성했다. 다음으로 전자 수송층으로서 ET-1을 40㎚의 두께로 형성했다. 또한, 전자 수송층 상에 전자 주입층으로서 불화리튬(LiF)을 1㎚의 두께로 형성했다. 마지막으로, 전자 주입층 상에, 음극으로서 알루미늄(Al)을 70㎚의 두께로 형성하고, 유기 EL 소자를 제작했다.
실시예 2~6, 비교예 1~5
도펀트, 및 호스트를 표 2에 나타내는 화합물로 한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
실시예 7, 8, 비교예 6~8
전자 저지층, 호스트, 및 정공 저지층을 표 2에 나타내는 화합물로 한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
실시예 9
막 두께 70㎚의 ITO로 이루어지는 양극이 형성된 유리 기판 상에, 각 박막을 진공증착법으로, 진공도 4.0×10-5㎩로 적층했다. 우선, ITO 상에 정공 주입층으로서 HAT-CN을 10㎚의 두께로 형성하고, 다음으로 정공 수송층으로서 HT-1을 25㎚의 두께로 형성했다. 다음으로, 전자 저지층으로서 화합물(217)을 5㎚의 두께로 형성했다. 다음으로, 호스트로서 화합물(243)을, 제2 호스트로서 화합물(238)을, 그리고 도펀트로서 화합물(104)를 각각 다른 증착원으로부터 공증착하고, 30㎚의 두께로 발광층을 형성했다. 이때, 화합물(104)의 농도가 15wt%, 호스트와 제2 호스트의 중량비가 50:50이 되는 증착 조건에서 공증착했다. 다음으로, 정공 저지층으로서 화합물(238)을 5㎚의 두께로 형성했다. 다음으로 전자 수송층으로서 ET-1을 40㎚의 두께로 형성했다. 또한, 전자 수송층 상에 전자 주입층으로서 불화리튬(LiF)을 1㎚의 두께로 형성했다. 마지막으로, 전자 주입층 상에, 음극으로서 알루미늄(Al)을 70㎚의 두께로 형성하고, 유기 EL 소자를 제작했다.
도펀트, 호스트, 제2 호스트, 정공 저지층, 및 전자 저지층에 사용한 화합물을 표 2에 나타낸다.
Figure pct00021
제작한 유기 EL 소자의 발광 스펙트럼의 극대 발광 파장, 외부양자효율, 수명을 표 3에 나타낸다. 극대 발광 파장, 외부양자효율은 구동 전류 밀도가 2.5㎃/㎠일 때의 값이며, 초기 특성이다. 수명은 초기 휘도 500㏅/㎡일 때에 휘도가 초기 휘도의 95%까지 감쇠할 때까지의 시간을 측정했다.
Figure pct00022
표 3으로부터 일반식(1)로 나타내는 적어도 하나의 불소를 치환기로서 가지는 TADF 재료를 발광 도펀트로서 사용한 유기 EL 소자는, 불소 치환기를 가지지 않는 TADF 재료를 발광 도펀트로서 사용한 경우에 비해, 단파장 측에 발광 파장을 가지며, 또한, 뛰어난 수명 특성을 가지는 것을 알 수 있다. 이것은 불소 치환기의 도입에 의해 HOMO의 에너지 준위가 낮아짐으로써, HOMO와 LUMO의 에너지 갭이 커지고 발광 파장이 단파장화됐다고 생각된다. 또한 HOMO의 에너지 준위가 낮아짐으로써 산화에 대한 안정성이 향상되고, 수명 특성이 향상됐다고 생각된다.
1: 기판
2: 양극
3: 정공 주입층
4: 정공 수송층
5: 발광층
6: 전자 수송층
7: 음극

Claims (10)

  1. 대향하는 양극과 음극 사이에 하나 이상의 발광층을 포함하는 유기 전계 발광 소자로서, 적어도 하나의 발광층이, 하기 일반식(1)로 나타내는 화합물을 열활성화 지연 형광발광 재료로서 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 1]
    Figure pct00023

    여기서, Z는 식(1a)로 나타내는 축합 방향족 복소환기이고, 환A는 식(1b)로 나타내는 방향족 탄화수소환이며, 환B는 식(1c)로 나타내는 복소환이고, 환A 및 환B는 각각 인접하는 환과 임의의 위치에서 축합한다.
    Ar1은 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~30의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~17의 방향족 복소환기, 또는 상기 방향족 탄화수소기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향환이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족기이다.
    Ar2는 적어도 하나의 불소 원자를 가지는, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~30의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~17의 방향족 복소환기, 또는 상기 방향족 탄화수소기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향환이 2~6개 연결되어 구성되는 연결 방향족기이다. Ar1, Ar2가 연결 방향족기인 경우, 연결되는 방향족환은 동일해도 되고 달라도 되며, 직쇄상이어도 되고 분기상이어도 된다.
    R1은 독립적으로 탄소수 1~10의 지방족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 12~44의 디아릴아미노기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~18의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~17의 방향족 복소환기이다. n은 1~2의 정수를 나타내고, a는 0~4의 정수를 나타내며, b는 0~2의 정수를 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    Ar2가 적어도 하나의 불소 원자를 가지는, 치환 혹은 미치환의 페닐기 또는 치환 혹은 미치환의 비페닐기인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    열활성화 지연 형광재료가 하기 일반식(3)~(8) 중 어느 하나로 나타내는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 2]
    Figure pct00024

    [화학식 3]
    Figure pct00025

    여기서, Ar2 및 R1은 일반식(1)과 같은 의미이다. L은 단결합, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기, 또는 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~10의 방향족 복소환기이다. Ar3은 식(3b)로 나타내는 복소환기이며, X는 CR2 또는 N을 나타내고, 적어도 하나의 X는 N이다. R2는 수소, 탄소수 1~10의 지방족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~18의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3~10의 방향족 복소환기, 또는 상기 방향족 탄화수소기 및 상기 방향족 복소환기에서 선택되는 방향족기의 방향족환이 2~4개 연결되어 구성되는 연결 방향족기이다. Ar3이 연결 방향족기인 경우, 연결되는 방향족환은 동일해도 되고 달라도 되며, 직쇄상이어도 되고 분기상이어도 된다. a는 0~4의 정수를 나타내고, b는 0~2의 정수를 나타낸다.
  4. 제3항에 있어서,
    L이 치환 혹은 미치환의 탄소수 6~12의 방향족 탄화수소기인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열활성화 지연 형광발광 재료의 여기(勵起) 일중항(一重項) 에너지(S1)와 여기 삼중항(三重項) 에너지(T1)의 차가 0.2eV 이하인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열활성화 지연 형광 재료를 함유하는 발광층이 호스트 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 호스트 재료가 하기 일반식(9)로 나타내는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 4]
    Figure pct00026

    여기서, Ar4는 치환기를 가져도 되는 벤젠, 질소 함유 6원환 복소환 화합물, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 카르바졸, 카르보란, 또는 이들이 2~4개 연결된 연결 화합물로부터 생기는 p가의 기를 나타낸다. p는 1 또는 2의 정수를 나타내고, q는 0~4의 정수를 나타내는데, Ar4가 벤젠으로부터 생기는 p가의 기인 경우, q는 1~4의 정수이다.
  8. 제7항에 있어서,
    일반식(9)로 나타내는 화합물을 호스트 재료로서 적어도 2종류 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  9. 제6항에 있어서,
    호스트 재료의 여기 삼중항 에너지(T1)가 상기 열활성화 지연 형광 재료의 여기 일중항 에너지(S1)보다도 큰 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 발광층에 인접하는 층에, 일반식(9)로 나타내는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
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