KR20210092256A

KR20210092256A - 유기 전계 발광 소자, 표시 장치, 및 조명 장치

Info

Publication number: KR20210092256A
Application number: KR1020217018186A
Authority: KR
Inventors: 다쿠지 하타케야마; 야스히로 곤도; 료스케 가와스미
Original assignee: 가꼬우 호징 관세이 가쿠잉; 에스케이머티리얼즈제이엔씨 주식회사
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-07-23
Also published as: US20210351364A1; WO2020101001A1; CN113330595A; TW202030306A

Abstract

발광층을 갖는 유기 전계 발광 소자로서, 상기 발광층이, 제1 성분으로서, 분자 중에 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 호스트 화합물과, 제2 성분으로서, 여기 일중항 에너지 준위와 여기 삼중항 에너지 준위의 차 ΔEST가 0.20eV 이하인 열 활성화형 지연 형광체와, 제3 성분으로서의 형광체를 포함하는, 유기 전계 발광 소자는 발광 효율이 높다.

Description

유기 전계 발광 소자, 표시 장치, 및 조명 장치

본 발명은 호스트 화합물, 열 활성화형 지연 형광체 및 형광체의 3성분을 발광층에 포함하는 유기 전계 발광 소자, 및 그 유기 전계 발광 소자를 구비한 표시 장치 및 조명 장치에 관한 것이다.

종래, 전계 발광하는 발광 소자를 사용한 표시 장치는 저전력화나 박형화가 가능하기 때문에 다양하게 연구되고, 나아가, 유기 재료로 이루어지는 유기 전계 발광 소자(유기 EL 소자)는 경량화나 대형화가 용이하기 때문에 활발하게 검토되어 왔다. 특히, 광의 삼원색 중 하나인 청색 등의 발광 특성을 갖는 유기 재료의 개발 및 정공, 전자 등의 전하 수송 능력을 구비한 유기 재료의 개발에 대해서는, 고분자 화합물, 저분자 화합물을 막론하고 지금까지 활발하게 연구되어 왔다.

유기 EL 소자는 양극 및 음극으로 이루어지는 한 쌍의 전극과, 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되며, 유기 화합물을 포함하는 한층 또는 복수층으로 이루어지는 구조를 가진다. 유기 화합물을 포함하는 층에는 발광층이나, 정공, 전자 등의 전하를 수송 또는 주입하는 전하 수송/주입층 등이 있는데, 이들 층에 적당한 다양한 유기 재료가 개발되고 있다.

유기 EL 소자의 발광 기구로서는, 주로 여기(勵起) 일중항(一重項) 상태로부터의 발광을 이용하는 형광 발광과, 여기 삼중항(三重項) 상태로부터의 발광을 이용하는 인광 발광의 2가지가 있다. 일반적인 형광 발광 재료는 여기자 이용 효율이 낮은 대략 25%이며, 삼중항-삼중항 퓨전(TTF: Triplet-Triplet Fusion, 또는 삼중항-삼중항 소멸, TTA: Triplet-Triplet Annihilation)을 이용하더라도 여기자 이용 효율은 62.5%이다. 한편, 인광 재료는 여기자 이용 효율이 100%에 달하는 경우도 있지만, 깊은 청색 발광의 실현이 어렵고, 또한 발광 스펙트럼의 폭이 넓기 때문에 색 순도가 낮다는 문제가 있다.

이에, 큐슈대학 아다치 치하야 교수에 의해 열 활성화형 지연 형광(TADF: Thermally Assisting Delayed Fluorescence)) 기구가 제안되었다(비특허문헌 1 참조). TADF 화합물은 열 에너지를 흡수하여, 여기 삼중항 상태로부터 여기 일중항 상태로의 역항간 교차를 일으키고, 그 여기 일중항 상태로부터 방사 실활하여 형광(지연 형광)을 방사할 수 있는 화합물이다. 이러한 TADF 화합물을 이용함으로써, 삼중항 여기자의 에너지도 형광 발광에 유효하게 이용할 수 있기 때문에, 발광의 여기자 이용 효율은 100%에 달하게 되었다. TADF 화합물은 그 구조에 기인하여 색 순도가 낮은 폭넓은 발광 스펙트럼을 주지만, 역항간 교차의 속도가 매우 빠르다.

이 장점에 주목하여, TADF 화합물을 어시스팅 도펀트(Assisting Dopant: AD)로서 사용한 유기 발광 소자(TAF 소자: TADF Assisting Fluorescence 소자)가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). TAF 소자는 호스트 화합물, TADF 화합물(어시스팅 도펀트) 및 형광체의 3성분을 사용하고, TADF 화합물에서의 역항간 교차를 이용하여 여기 삼중항 에너지를 여기 일중항 에너지로 변환하고, 형광체로 이동시킨다. 이에 의해, 결과적으로, 여기 삼중항 에너지가 형광체의 발광에 유효하게 이용되어 높은 발광 효율이 얻어지고, 형광체에 의해 색 순도가 높은 발광이 실현되게 된다.

특허문헌 1: 일본특허 제5669163호 공보

비특허문헌 1: Highly efficient organic light-emitting diodes from delayed fluorescence, Nature 492, 234-238

상기와 같이, TADF 화합물을 어시스팅 도펀트로서 사용한 유기 발광 소자(TAF 소자)가 제안되어 있다. 그러나, 본 발명자들이 종래의 TAF 소자에서 사용되고 있는 3성분의 성능이나, 소자의 발광 효율을 검토한 바, 발광층에서의 전하 이동성이나 TADF 화합물 분자 내로의 삼중항 여기자의 가둠 효과가 불충분하고, 발광 효율에 추가적인 개선의 여지가 있는 것이 판명되었다.

따라서, 본 발명자들은 이와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위해, TADF 화합물을 이용하여, 보다 높은 발광 효율이 얻어지는 유기 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 하여 검토를 진행하였다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 면밀히 검토한 결과, 호스트 화합물과 열 활성화형 지연 형광체와 형광체로 이루어지는 3성분계의 호스트 화합물로서, 분자 중에 붕소 원자와 산소 원자를 갖는 화합물을 사용함으로써, mCBP와 같은 종래의 호스트 화합물을 사용하는 계에 비해, 발광 효율이 현저하게 향상된다는 지견을 얻기에 이르렀다(후술하는 실시예 참조). 본 발명은 이와 같은 지견에 기초하여 제안된 것으로, 구체적으로 이하의 구성을 가진다.

[1] 발광층을 갖는 유기 전계 발광 소자로서, 상기 발광층이, 제1 성분으로서, 분자 중에 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 호스트 화합물과, 제2 성분으로서, 여기 일중항 에너지 준위와 여기 삼중항 에너지 준위의 차 ΔEST가 0.20eV 이하인 열 활성화형 지연 형광체와, 제3 성분으로서 형광체를 포함하는, 유기 전계 발광 소자.

[2] 상기 발광층이 상기 제1 성분으로서, 하기 식(i), 식(ii) 및 식(iii) 중 어느 하나로 나타내어지는 화합물을 적어도 1종 포함하는, [1]에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[화학식 1]

(상기 식(i) 중,

A환, B환 및 C환은, 각각 독립적으로, 아릴환 또는 헤테로아릴환이며, 이들 환에서의 적어도 하나의 수소는 치환되어 있어도 되고, 식(i)로 나타내어지는 화합물 또는 구조에서의 적어도 하나의 수소가 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)

[화학식 2]

(상기 식(ii) 중, A환, B환 및 C환은, 각각 독립적으로, 아릴환 또는 헤테로아릴환이며, 이들 환에서의 적어도 하나의 수소는 치환되어 있어도 되고, Y¹은 B이며, X¹, X² 및 X³은, 각각 독립적으로, >O, >N-R, >CR₂, 또는 >S이며, X¹~X³ 중 적어도 2개는 >O이며, 상기 N-R의 R 및 >CR₂의 R은 치환되어 있어도 되는 아릴, 치환되어 있어도 되는 헤테로아릴 또는 알킬이며, 또한 상기 >N-R의 R은 연결기 또는 단결합에 의해 상기 A환, B환 및 C환 중 적어도 하나와 결합하고 있어도 되고, 그리고 식(ii)로 나타내어지는 화합물 또는 구조에서의 적어도 하나의 수소가 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)

[화학식 3]

(상기 식(iii) 중, A환, B환, C환 및 D환은, 각각 독립적으로, 아릴환 또는 헤테로아릴환이며, 이들 환에서의 적어도 하나의 수소는 치환되어 있어도 되고, R¹ 및 R²는, 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1~6의 알킬, 탄소수 6~12의 아릴, 탄소수 2~15의 헤테로아릴, 디아릴아미노(단, 아릴은 탄소수 6~12의 아릴), 디헤테로아릴아미노(단, 헤테로아릴은 탄소수 2~15의 헤테로아릴) 또는 아릴헤테로아릴아미노(단, 아릴은 탄소수 6~12의 아릴, 헤테로아릴은 탄소수 2~15의 헤테로아릴)이며, 그리고 식(iii)로 나타내어지는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)

[3] 상기 발광층이, 상기 제1 성분으로서, 하기 식(1), 식(2) 및 식(3) 중 어느 하나로 나타내어지는 화합물을 적어도 하나 포함하는, [1] 또는 [2]에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[화학식 4]

(상기 식(1) 중, R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹은, 각각 독립적으로, 수소, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시이며, 이들은 아릴, 헤테로아릴 및 알킬로부터 선택되는 적어도 하나로 더 치환되어 있어도 되고, 식(1)로 나타내어지는 화합물 및 구조에서의 적어도 하나의 수소는 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)

[화학식 5]

(상기 식(2) 중, R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹은, 각각 독립적으로, 수소, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시이며, 이들은 아릴, 헤테로아릴 및 알킬로부터 선택되는 적어도 하나로 더 치환되어 있어도 되고, X¹, X² 및 X³은, 각각 독립적으로, >O, >N-R, >S, 또는 >CR₂이며, X¹, X² 및 X³에서의 적어도 2개가 >O이며, 상기 >N-R의 R 및 >CR₂의 R은 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬이며, 이들은 아릴, 헤테로아릴 및 알킬로부터 선택되는 적어도 하나로 더 치환되어 있어도 되고, 단, X¹, X² 및 X³은 동시에 >CR₂가 되지는 않고, 그리고 식(2)로 나타내어지는 화합물 및 구조에서의 적어도 하나의 수소는 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)

[화학식 6]

(상기 식(3) 중, R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹, R¹⁰, R¹¹, R¹², R¹³ 및 R¹⁴는, 각각 독립적으로, 수소, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시, 아릴옥시, 헤테로아릴옥시, 아릴티오, 헤테로아릴티오 또는 알킬 치환 실릴이며, 이들에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 치환되어 있어도 되고, 또한 R⁵~R⁷ 및 R¹⁰~R¹² 중 인접하는 기끼리가 결합하여 b환 또는 d환과 함께 아릴환 또는 헤테로아릴환을 형성하고 있어도 되며, 형성된 환에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시, 아릴옥시, 헤테로아릴옥시, 아릴티오, 헤테로아릴티오 또는 알킬 치환 실릴로 치환되어 있어도 되며, 이들에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 치환되어 있어도 되고, 그리고 식(3)으로 나타내어지는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)

[4] 상기 제1 성분으로서의 호스트 화합물이, 하기 식(1-1), 식(2-1), 식(2-2) 또는 식(3-1)로 나타내어지는 구조를 포함하는 화합물인, [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[화학식 7]

(상기 각 식에서, 수소는 각각 독립적으로 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어도 되며, 이들은 아릴, 헤테로아릴 및 알킬로부터 선택되는 적어도 하나로 더 치환되어 있어도 된다.)

[5] 상기 식(1)~식(3) 중 어느 하나로 나타내어지는 화합물이, 하기 부분 구조군A로부터 선택되는 적어도 하나의 구조를 포함하는, [3] 또는 [4]에 기재된 유기 전계 발광 소자.

부분 구조군A:

[화학식 8]

(상기 부분 구조식 중, Me는 메틸을 나타내고, 파선은 결합 위치를 나타낸다. 단, 상기 부분 구조식에서의 수소는 각각 독립적으로, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어 있어도 되고, 상기 아릴에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되며, 상기 헤테로아릴에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되고, 상기 디아릴아미노에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되며, 상기 디헤테로아릴아미노에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되고, 상기 아릴헤테로아릴아미노에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 된다.)

[6] 상기 제1 성분, 상기 제2 성분 및 상기 제3 성분이, 하기 식(a)~식(c) 중 적어도 어느 하나를 만족하는, [1] 내지 [5] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

|Ip(1)|≥|Ip(2)|···식(a)

[식(a)에서, Ip(1)은 제1 성분의 이온화 포텐셜을 나타내고, Ip(2)는 제2 성분의 이온화 포텐셜을 나타낸다.]

|Eg(2)|≥|Eg(3)|···식(b)

[식(b)에서, Eg(2)는 제2 성분의 이온화 포텐셜과 전자 친화력의 에너지 차를 나타내고, Eg(3)은 제3 성분의 이온화 포텐셜과 전자 친화력의 에너지 차를 나타낸다.]

ΔEST(1)≥ΔEST(2)···식(c)

[식(c)에서, ΔEST(1)은 제1 성분의 여기 일중항 에너지 준위와 여기 삼중항 에너지 준위의 에너지 차를 나타내고, ΔEST(2)는 제2 성분의 여기 일중항 에너지 준위와 여기 삼중항 에너지 준위의 에너지 차를 나타낸다.]

[7] 상기 제3 성분의 형광 피크의 반치전폭(FWHM)이 35nm 이하인, [1] 내지 [6] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[8] 상기 제3 성분이, 하기 식(ED11), 식(ED12), 식(ED13), 식(ED14), 식(ED15), 식(ED16), 식(ED17), 식(ED18), 식(ED19), 식(ED21), 식(ED22), 식(ED23), 식(ED24), 식(ED25), 식(ED26), 식(ED27), 식(ED211), 식(ED212), 식(ED221), 식(ED222), 식(ED223), 식(ED231), 식(ED241), 식(ED242), 식(ED261) 또는 식(ED271)로 나타내어지는 구조를 포함하는 화합물인, [1] 내지 [7] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[화학식 9-1]

[화학식 9-2]

[화학식 9-3]

(단, 상기 각 식에서,

수소는 각각 독립적으로 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어도 되고, 이들은 아릴, 헤테로아릴 및 알킬로부터 선택되는 적어도 하나로 더 치환되어 있어도 된다.)

[9] 상기 제2 성분이, 하기 식(AD11), 식(AD12), 식(AD13), 식(AD21) 또는 식(AD22)로 나타내어지는 구조를 포함하는 화합물인, [1] 내지 [8] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[화학식 10]

(상기 각 식에서, R⁷ 또는 R⁸은 탄소수 1~6의 알킬이며, 수소는 각각 독립적으로 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어도 되고, 이들은 아릴, 헤테로아릴 및 알킬로부터 선택되는 적어도 하나로 더 치환되어 있어도 된다.)

[10] 상기 제2 성분이, 상기 열 활성화형 지연 형광체로서, 하기 식(AD31)로 나타내어지는 화합물을 적어도 하나 함유하는, [1] 내지 [9] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[화학식 11]

(상기 식(AD31) 중, M은 각각 독립적으로 단결합, -O-, >N-Ar 및 >CAr₂ 중 적어도 하나이며, 상기 >N-Ar 및 >CAr₂에서의 Ar은 아릴이며, Q는 부분 구조식(Q1)~(Q26)의 어느 하나로 나타내어지는 기이다. n은 1~5의 정수이며, 상기 식에서의 수소는, 각각 독립적으로, 탄소수 6~18의 아릴, 탄소수 6~18의 헤테로아릴, 탄소수 1~6의 알킬 및 탄소수 3~12의 시클로알킬로 치환되어도 되며, 상기 각 식으로 나타내어지는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)

[화학식 12]

[11] 상기 제2 성분이, 상기 열 활성화형 지연 형광체로서, 하기 식(AD3101)~식(AD3118) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조를 갖는 화합물을 적어도 하나 함유하는, [1] 내지 [10] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

[화학식 13]

[12] 상기 제3 성분이, 상기 형광체로서, 하기 부분 구조군B로부터 선택되는 적어도 하나의 구조를 갖는 화합물을 포함하는, [1] 내지 [11] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자.

부분 구조군B:

[화학식 14]

(상기 부분 구조식 중, Me는 메틸을 나타내고, ^tBu 및 t-Bu는 t-부틸을 나타내며, 파선은 결합 위치를 나타낸다.

단, 상기 부분 구조식에서의 수소는, 각각 독립적으로, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어 있어도 되며, 상기 아릴에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되고, 상기 헤테로아릴에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되며, 상기 디아릴아미노에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되고, 상기 디헤테로아릴아미노에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되며, 상기 아릴헤테로아릴아미노에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 된다.)

[13] [1] 내지 [12] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 구비한 표시 장치.

[14] [1] 내지 [12] 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 구비한 조명 장치.

본 발명의 유기 전계 발광 소자는 호스트 화합물과 열 활성화형 지연 형광체와 형광체의 3성분을 발광층에 포함하고, 그 호스트 화합물이 분자 중에 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 화합물임으로써, 높은 발광 효율을 실현할 수 있다.

도 1은 본 실시형태에 따른 유기 EL 소자를 나타내는 개략 단면도이다.

이하에서, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에 기재하는 구성 요건의 설명은 대표적인 실시형태나 구체예에 기초하여 이루어지는 경우가 있지만, 본 발명은 그러한 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 있어서 「~」를 사용하여 나타내는 수치범위는 「~」 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.

(유기 전계 발광 소자)

본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 발광층이 제1 성분~제3 성분을 포함하는 유기 전계 발광 소자이며, 제1 성분으로서, 분자 중에 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 호스트 화합물을 사용하고, 제2 성분으로서, 여기 일중항 에너지 준위와 여기 삼중항 에너지 준위의 차 ΔEST(2)가 0.20eV 이하인 열 활성화형 지연 형광체를 사용하고, 제3 성분으로서 형광체를 사용한다. 여기서, ΔEST(2)를 구하기 위한 여기 삼중항 에너지 준위 및 여기 일중항 에너지 준위는, 역항간 교차의 전후에서의 여기 삼중항 에너지 준위 및 여기 일중항 에너지 준위인 것으로 한다. 예를 들면, 최저 여기 삼중항 에너지 준위와 최저 여기 일중항 에너지 준위여도 되고, 고차 여기 삼중항 에너지 준위와 최저 여기 일중항 에너지 준위여도 되고, 고차 여기 삼중항 에너지 준위와 고차 여기 일중항 에너지 준위여도 된다. 여기서, 고차 여기 삼중항 에너지 준위 및 고차 여기 일중항 에너지 준위는, 각각, 최저 여기 삼중항 에너지 준위, 최저 여기 일중항 에너지 준위보다 에너지가 높은 여기 삼중항 에너지 준위, 여기 일중항 에너지 준위를 의미한다. 최저 여기 일중항 에너지 준위 및 최저 여기 삼중항 에너지 준위는, 후술하는 바와 같이, 형광 스펙트럼 및 인광 스펙트럼의 단파장 측의 피크 톱으로부터 구할 수 있다. 고차 여기 삼중항 에너지 준위 및 고차 여기 일중항 에너지 준위는, 큐슈대학 노다, 나카노야, 아다치 등의 논문(Nature Materials, 18, 2019, 1084-1090)에 기재된 방법으로 의해 부분 구조를 이용하여 추정할 수 있다. 또는, 교토대학 사토 등에 의한 논문(Scientific Reports, 7:4820, DOI:10.1038/s41598-017-05007-7)에 기재된 계산에 의해 구할 수 있다.

본 발명에서의 「호스트 화합물」이란, 형광 스펙트럼의 피크 단파장 측의 어깨로부터 구해지는 여기 일중항 에너지 준위가, 제2 성분으로서의 열 활성화형 지연 형광체 및 제3 성분으로서의 형광체보다 높은 화합물을 의미한다.

「열 활성화형 지연 형광체」란, 열 에너지를 흡수하여 여기 삼중항 상태로부터 여기 일중항 상태로의 역항간 교차를 일으키고, 그 여기 일중항 상태로부터 방사 실활하여 지연 형광을 방사할 수 있는 화합물을 의미한다. 여기서, 「열 활성화형 지연 형광체」에는 여기 삼중항 상태로부터 여기 일중항 상태로의 여기 과정에서 고차 삼중항을 거치는 것도 포함한다. 고차 삼중항을 거쳐 형광을 방사하는 발광 기구는 FvHT(Fluorescence via Higher Triplet) 기구라고 칭해지고 있고, 이에 대해서는 예를 들면, Durham대학 Monkman 등에 의한 논문(NATURE COMMUNICATIONS, 7:13680, DOI:10.1038/ncomms13680), 산업기술 종합연구소 호소카이 등에 의한 논문(Hosokai et al., Sci. Adv. 2017;3: e1603282), 교토대학 사토 등에 의한 논문(Scientific Reports, 7:4820, DOI:10.1038/s41598-017-05007-7) 및 동일한 교토대학 사토 등에 의한 학회발표(일본화학회 제98춘계 연회, 발표번호: 2I4-15, DABNA를 발광 분자로서 사용한 유기 EL에서의 고효율 발광의 기구, 교토대학대학원 공학연구과) 등에 기재되어 있다. 본 발명에서는, 대상 화합물을 포함하는 샘플에 대해, 300K에서 형광 수명을 측정하였을 때, 느린 형광 성분이 관측되었기에 해당 대상 화합물이 「열 활성화형 지연 형광체」라고 판정하는 것으로 한다. 여기서, 「느린 형광 성분」이란, 형광 수명이 0.1μ초 이상인 것을 말한다. 이에 반해, 기저 일중항 상태로부터의 직접 천이에 의해 생긴 여기 일중항 상태로부터 방사되는 형광은, 통상, 형광 수명이 0.1n초 이하이다. 이하의 설명에서는, 수명이 0.1n초 이하인 형광을 「빠른 형광 성분」이라고 한다. 본 발명에서 사용하는 「열 활성화형 지연 형광체」가 방사하는 형광은, 느린 형광 성분과 함께 빠른 형광 성분을 포함하고 있어도 된다.

형광 수명의 측정은, 예를 들면 형광 수명 측정 장치(하마마츠 포토닉스사제, C11367-01)를 사용하여 행할 수 있다.

제2 성분에서의 ΔEST(2)는, 그 형광 스펙트럼의 단파장 측의 피크 톱으로부터 구해지는 여기 일중항 에너지 준위 E(2, S, PT)로부터, 인광 스펙트럼의 단파장 측의 피크 톱으로부터 구해지는 여기 삼중항 에너지 준위 E(2, T, PT)를 뺀 에너지 차, 즉, E(2, S, PT)-E(2, T, PT)에 의해 산출되는 값을 의미한다. ΔEST(2)는 0.20eV 이하이며, 0.15eV 이하인 것이 바람직하고, 0.10eV 이하인 것이 보다 바람직하다.

「형광체」란, 여기 일중항 상태로부터 방사 실활하여 형광을 방사할 수 있는 화합물을 의미한다. 형광체는, 300K에서 형광 수명을 측정하였을 때, 빠른 형광 성분만이 관측되는 통상의 형광체여도 되고, 빠른 형광 성분과 느린 형광 성분 양쪽이 관측되는 지연 형광체여도 된다. 형광체는, 형광 스펙트럼의 피크 단파장 측의 어깨로부터 구해지는 여기 일중항 에너지 준위가, 제1 성분으로서의 호스트 화합물 및 제2 성분으로서의 열 활성화형 지연 형광체보다 낮은 것이 바람직하다.

본 발명에서, 「형광체」는 에미팅(emitting) 도펀트로서 기능시킬 수 있고, 「열 활성화형 지연 형광체」는 형광체의 발광을 어시스트하는 어시스팅 도펀트로서 기능시킬 수 있다. 이하의 설명에서는, 열 활성화형 지연 형광체를 어시스팅 도펀트로서 사용하는 유기 전계 발광 소자를, 「TAF 소자」(TADF Assisting Fluorescence 소자)라고 하는 경우가 있다. TAF 소자에서는, 열 활성화형 지연 형광체에서의 역항간 교차에 의해 여기 삼중항 에너지가 여기 일중항 에너지로 변환되기 때문에, 형광체에 여기 일중항 에너지를 효율적으로 공급하여 발광을 어시스트할 수 있다. 이에 의해, 높은 발광 효율이 얻어진다.

또한, 본 발명에서는 특히, 분자 중에 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 호스트 화합물을 발광층이 포함함으로써, 종래의 호스트 화합물을 사용하는 3성분계에 비해, 현저히 높은 발광 효율을 달성할 수 있다. 이는 이하의 이유에 의한 것이라 생각된다.

즉, 일반적인 TAF 소자에서 사용되는, mCBP 등의 호스트 화합물(제1 성분)은 전자 수송성보다 정공 수송성이 높다. 이 때문에, 종래의 TAF 소자에서는, 열 활성화형 지연 형광체인 어시스팅 도펀트(제2 성분)를 대량으로 발광층에 첨가하여 전자 수송성을 보충하도록 하고 있다. 이에 반해, 본 발명에서 사용하는, 분자 중에 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 호스트 화합물은, 붕소 원자가 전자 수용성이 풍부하고 산소 원자가 높은 전기 음성도를 갖기 때문에, 전자 수송성이 높다고 하는 특징을 갖는다. 이 때문에, 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 호스트 화합물을 사용함으로써, 어시스팅 도펀트에 걸리는 전하 수송의 부담이 경감되고 발광 사이트가 조절되어, 발광 효율과 소자 수명이 개선된다고 추측된다.

본 발명에서 사용하는 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분은, 그 에너지 준위가 하기 식(a)~식(c) 중 적어도 어느 하나를 만족하는 것이 바람직하고, 모든 조건을 만족하는 것이 보다 바람직하다.

|Ip(1)|≥|Ip(2)|···식(a)

식(a)에서, Ip(1)은 제1 성분으로서의 호스트 화합물의 이온화 포텐셜을 나타내고, Ip(2)는 제2 성분으로서의 열 활성화형 지연 형광체의 이온화 포텐셜을 나타낸다.

|Eg(2)|≥|Eg(3)|···식(b)

식(b)에서, Eg(2)는 제2 성분으로서의 열 활성화형 지연 형광체의 이온화 포텐셜과 전자 친화력의 에너지 차를 나타내고, Eg(3)은 제3 성분으로서의 형광체의 이온화 포텐셜과 전자 친화력의 에너지 차를 나타낸다.

ΔEST(1)≥ΔEST(2)···식(c)

식(c)에서, ΔEST(1)은 제1 성분으로서의 호스트 화합물의 여기 일중항 에너지 준위와 여기 삼중항 에너지 준위의 에너지 차를 나타내고, ΔEST(2)는 제2 성분으로서의 열 활성화형 지연 형광체의 여기 일중항 에너지 준위와 여기 삼중항 에너지 준위의 에너지 차를 나타낸다. 여기서, 여기 일중항 에너지 준위는, 그 형광 스펙트럼의 단파장 측의 피크 톱으로부터 구해지는 여기 일중항 에너지 준위 E(1, S, PT), E(2, S, PT)이며, 여기 삼중항 에너지 준위는 그 인광 스펙트럼의 단파장 측의 피크 톱으로부터 구해지는 여기 삼중항 에너지 준위 E(1, T, PT), E(1, T, PT)이다. 이들의 의미에 대해서는 후술한다.

제1 성분과 제2 성분이 식(a)를 만족함으로써, 제1 성분이 수송하고 있는 정공이 제2 성분으로 효율적으로 전달된다. 또한, 제2 성분과 제3 성분이 식(b)를 만족함으로써, 제2 성분에서의 캐리어 재결합 시에 큰 여기 에너지가 생성되고, 그 여기 일중항 에너지, 및 여기 삼중항 상태로부터 여기 일중항 상태로의 역항간 교차를 거쳐 생성된 여기 일중항 에너지가, 제3 성분으로 효율적으로 공급된다. 나아가, 제1 성분과 제2 성분이 식(c)를 만족함으로써, 제2 성분에서 역항간 교차가 일어나 여기 삼중항 에너지가 여기 일중항 에너지로 변환되고, 그 여기 일중항 에너지가 형광체로 공급된다. 이상의 점으로부터, 제1 성분, 제2 성분 및 제3 성분이 식(a)~식(c)를 만족함으로써, 형광체로 여기 일중항 에너지가 효율적으로 공급되어, 보다 높은 발광 효율이 얻어진다.

나아가, 제1 성분의 인광 스펙트럼의 단파장 측의 피크 톱으로부터 구해지는 여기 삼중항 에너지 준위 E(1, T, PT)가, 제2 성분의 인광 스펙트럼의 단파장 측의 피크 톱으로부터 구해지는 여기 삼중항 에너지 준위 E(2, T, PT)보다 높으면, 제1 성분에서 생성한 여기 삼중항 에너지가 제2 성분으로 용이하게 이동함과 함께, 제2 성분의 분자 내에 여기 삼중항 에너지가 갇히게 되어, 제2 성분에서의 역항간 교차가 촉진된다. 그 결과, 제3 성분으로, 보다 효율적으로 여기 일중항 에너지가 공급되어, 보다 높은 발광 효율이 얻어진다. 구체적으로는, E(1, T, PT)는, E(2, T, PT)보다 0.01Ev 이상 높은 것이 바람직하고, 0.03eV 이상 높은 것이 보다 바람직하며, 0.1eV 이상 높은 것이 보다 더 바람직하다.

한편, 제3 성분으로서의 형광체는, 그 형광 스펙트럼의 440~590nm의 범위에, 반치전폭(FWHM)이 35nm 이하인 발광 피크를 갖는 것이 바람직하다. 청색 발광 소자의 용도에는 450~475nm가 보다 바람직하고, 455~465nm가 보다 더 바람직하다. 녹색 발광 소자의 용도에는 490~590nm가 보다 바람직하고, 510~550nm가 보다 더 바람직하다. 발광 피크의 반치전폭(FWHM)이 35nm 이하인 것은, 발광의 색 순도가 높은 것을 의미한다. 따라서, 이와 같은 형광체를 사용함으로써, 색감이 양호한 유기 발광 소자를 실현할 수 있다.

본 명세서 중에서, 이온화 포텐셜(Ip)은 광전자 수량 분광(Photoelectron Yield Spectroscopy)에 의한 이온화 포텐셜(Ip)을 의미하고, 에너지 갭(Eg)은 자외 가시 흡광 분광에 의해 구해진 스펙트럼의 가장 장파장 측의 흡수 피크의 접선과 베이스라인의 교점으로부터 구해진 광학 밴드갭을 의미하고, 전자 친화력(Ea)은 Ip로부터 Eg를 뺌으로써 구해지는 전자 친화력을 의미한다.

또한, 본 명세서 중에서는, 제1 성분으로서의 호스트 화합물에 대해, 그 형광 스펙트럼의 피크 단파장 측의 어깨로부터 구해지는 여기 일중항 에너지 준위를 E(1, S, Sh)로 표기하고, 형광 스펙트럼의 단파장 측의 피크 톱으로부터 구해지는 여기 일중항 에너지 준위를 E(1, S, PT)로 표기하며, 인광 스펙트럼의 피크 단파장 측의 어깨로부터 구해지는 여기 일중항 에너지 준위를 E(1, T, Sh)로 표기하고, 인광 스펙트럼의 단파장 측의 피크 톱으로부터 구해지는 여기 삼중항 에너지 준위를 E(1, T, PT)로 표기한다. 또한, E(1, S, PT)-E(1, T, PT)에 의해 산출되는 에너지 차를 ΔEST(1)로 표기한다. 제2 성분 및 제3 성분의 각 에너지 준위 및 에너지 차에 대해서는, 제1 성분에서의 부호의 「1」을, 제2 성분에서는 「2」, 제3 성분에서는 「3」으로 바꿔서 표기하는 것으로 한다. 또한, 상기 E(1, S, Sh), E(2, S, Sh), E(3, S, Sh)를 총칭하여 E(S, Sh)라고 하고, E(1, S, PT), E(2, S, PT), E(3, S, PT)를 총칭하여 E(S, PT)라고 하며, E(1, T, Sh), E(2, T, Sh), E(3, T, Sh)를 총칭하여 E(T, Sh)라고 하고, E(1, T, PT), E(2, T, PT), E(3, T, PT)를 총칭하여 E(T, PT)라고 하며, ΔEST(1), ΔEST(2), ΔEST(3)을 총칭하여 ΔEST라고 하는 것으로 한다.

본 발명에서, 형광 스펙트럼의 피크 단파장 측의 어깨로부터 구해지는 여기 일중항 에너지 준위 E(S, Sh), 형광 스펙트럼의 단파장 측의 피크 톱으로부터 구해지는 여기 일중항 에너지 준위 E(S, PT), 인광 스펙트럼의 피크 단파장 측의 어깨로부터 구해지는 여기 삼중항 에너지 준위 E(T, Sh), 인광 스펙트럼의 단파장 측의 피크 톱으로부터 구해지는 여기 삼중항 에너지 준위 E(T, PT), 역항간 교차 속도 및 발광 속도는, 이하와 같이 하여 산출하는 것으로 한다.

여기서, 「피크 단파장 측의 어깨」란, 발광 피크의 단파장 측의 변곡점을 의미하고, 「단파장 측의 피크 톱」이란, 발광 피크의 발광 극대값 중 가장 단파장 측의 발광 극대값에 대응하는 피크 상의 위치를 의미한다.

또한, 각 에너지 준위를 측정하기 위한 측정 샘플로서, 대상 화합물이 호스트 화합물 또는 어시스팅 도펀트인 경우에는, 유리 기판 상에 형성한 대상 화합물의 단독 막(Neat 막, 두께: 50nm)을 사용하고, 대상 화합물이 에미팅 도펀트인 경우에는, 유리 기판 상에 형성한, 대상 화합물을 분산시킨 폴리메틸메타크릴레이트막(두께: 10㎛, 대상 화합물의 농도: 1중량%)을 사용한다. 대상 화합물을 분산시킨 폴리메틸메타크릴레이트막의 막 두께는, 흡수 스펙트럼, 형광 스펙트럼 및 인광 스펙트럼의 측정에 충분한 강도가 얻어지는 막 두께이면 되고, 강도가 약한 경우에는 두껍게, 강도가 강한 경우에는 두껍게 하면 된다. 여기광에는 흡수 스펙트럼에서 얻어진 흡수 피크의 파장을 사용하고, 형광 스펙트럼 또는 인광 스펙트럼에 출현한 발광 피크 중, 청색 발광의 경우는 400~500nm의 범위에, 녹색 발광의 경우는 480~600nm의 범위에, 적색의 경우는 580~700nm의 범위에 각각 출현한 발광 피크로부터 얻은 데이터를 이용하여 각 에너지 준위를 구하는 것으로 한다. 또한, 흡수 피크와 발광 피크가 가깝고, 발광 피크 중에 여기광이 혼합하는 경우에는, 보다 단파장 측의 흡수 피크나 흡수 어깨를 사용해도 된다.

[1] 형광 스펙트럼의 피크 단파장 측의 어깨로부터 구해지는 여기 일중항 에너지 준위 E(S, Sh)

대상 화합물을 포함하는 측정 샘플에 77K에서 여기광을 조사하여 형광 스펙트럼을 관측한다. 그 형광 스펙트럼에 나타난 발광 피크에 대해, 그 단파장 측의 변곡점(어깨)을 지나는 접선을 긋고, 그 접선과 베이스라인의 교점의 파장(B_Sh)[nm]으로부터, 하기 식을 사용하여 여기 일중항 에너지 준위 E(S, Sh)를 산출한다.

E(S, Sh)[eV]=1240/B_Sh

[2] 형광 스펙트럼의 단파장 측의 피크 톱으로부터 구해지는 여기 일중항 에너지 준위 E(S, PT)

대상 화합물을 포함하는 측정 샘플에 77K에서 여기광을 조사하여 형광 스펙트럼을 관측한다. 그 형광 스펙트럼에 나타난 발광 피크의 가장 단파장 측의 피크 톱에 대응하는 파장(발광 극대 파장, B_PT)[nm]으로부터, 하기 식을 사용하여 여기 일중항 에너지 준위 E(S, PT)를 산출한다.

E(S, PT)[eV]=1240/B_PT

[3] 인광 스펙트럼의 피크 단파장 측의 어깨로부터 구해지는 여기 삼중항 에너지 준위 E(T, Sh)

대상 화합물을 포함하는 측정 샘플에 77K에서 여기광을 조사하여 인광 스펙트럼을 관측한다. 그 인광 스펙트럼에 나타난 발광 피크에 대해, 그 단파장 측의 변곡점(어깨)을 지나는 접선을 긋고, 그 접선과 베이스라인의 교점의 파장(C_Sh)[nm]으로부터, 하기 식을 사용하여 여기 삼중항 에너지 준위 E(T, Sh)를 산출한다.

E(T, Sh)[eV]=1240/C_Sh

[4] 인광 스펙트럼의 단파장 측의 피크 톱으로부터 구해지는 여기 삼중항 에너지 준위 E(T, PT)

대상 화합물을 포함하는 측정 샘플에 77K에서 여기광을 조사하여 인광 스펙트럼을 관측한다. 그 인광 스펙트럼에 나타난 발광 피크의 가장 단파장 측의 피크 톱에 대응하는 파장(발광 극대 파장, C_PT)[nm]으로부터, 하기 식을 사용하여 여기 삼중항 에너지 준위 E(T, PT)를 산출한다.

E(T, PT)[eV]=1240/C_PT

여기서, D-A(도너-억셉터)형 TADF 재료와 MRE(Multi Resonance Effect, 다중 공명)형 화합물에서는, 분자의 견뢰성에 의해 형광 및 인광 스펙트럼의 발광 폭이 다르기 때문에, 극대 발광 파장이 동일하더라도 D-A형 TADF 화합물 쪽이 MRE형 화합물 분자보다 분자가 갖는 에너지에 폭이 있다고 생각된다. TAF 소자에서는 각 성분 간에서의 에너지 수수(授受)를 정확하게 예상하여 구성을 설계할 필요가 있기 때문에, 여기 일중항 에너지 준위 및 여기 삼중항 에너지 준위를 스펙트럼의 단파장 측의 어깨로부터 예상한다. 일반적으로는, 스펙트럼의 단파장 측의 변곡점을 지나는 접선과 베이스라인의 교점을, 단파장 측의 어깨로부터 구해지는 에너지로 한다.

피크 톱으로부터 구해지는 여기 일중항 에너지 준위 E(S, PT) 및 여기 삼중항 에너지 준위 E(T, PT)는, ΔEST의 산출과 논의에 사용된다. 스펙트럼의 단파장 측의 어깨로부터 구해지는 여기 일중항 에너지 준위 E(S, Sh) 및 여기 삼중항 에너지 준위 E(T, Sh)는, 제1 성분인 호스트 화합물과 어시스팅 도펀트 간의 에너지의 가둠 및 수수, 어시스팅 도펀트와 에미팅 도펀트 간의 에너지의 가둠 및 수수의 논의에 사용된다.

(5) 역항간 교차 속도

역항간 교차 속도는 여기 삼중항으로부터 여기 일중항으로의 역항간 교차의 속도를 나타낸다. 어시스팅 도펀트 및 에미팅 도펀트의 역항간 교차 속도는, 과도 형광 분광 측정에 의해, Nat. Commun. 2015, 6, 8476. 또는 Organic Electronics 2013, 14, 2721-2726에 기재된 방법을 이용하여 산출할 수 있고, 구체적으로는 어시스팅 도펀트의 역항간 교차 속도는 10⁵s^-1이며, 더 바람직하게는 10⁶s^- ¹이다.

(6) 발광 속도

발광 속도는 TADF 과정을 거치지 않고 여기 일중항으로부터 기저 상태로 형광 발광을 거쳐 천이하는 속도를 나타낸다. 어시스팅 도펀트 및 에미팅 도펀트의 발광 속도는, 역항간 교차 속도와 마찬가지로 Nat. Commun. 2015, 6, 8476. 또는 Organic Electronics 2013, 14, 2721-2726에 기재된 방법을 이용하여 산출할 수 있고, 구체적으로는 에미팅 도펀트의 역항간 교차 속도는 10⁷s^-1이며, 더 바람직하게는 10⁸s^-1이다.

이하에서, 본 발명의 발광 소자를 구성하는 각 층 및 각 재료에 대해 설명한다.

1. 발광층

발광층은, 제1 성분으로서의 호스트 화합물과 제2 성분으로서의 열 활성화형 지연 형광체와 제3 성분으로서의 형광체를 포함한다. 여기서, 호스트 화합물은 분자 중에 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 화합물이며, 열 활성화형 지연 형광체는 여기 일중항 에너지 준위와 여기 삼중항 에너지 준위의 차 ΔEST(2)가 0.20eV 이하인 것이다. 여기서, 제1 성분~제3 성분을 구성하는 화합물은, 각각, 1종류여도 2종류 이상이어도 된다.

본 명세서 중에서는, 제2 성분으로서의 열 활성화형 지연 형광체를 「어시스팅 도펀트」(화합물)라고 하고, 제3 성분으로서의 형광체를 「에미팅 도펀트」(화합물)라고 하는 경우가 있다.

발광층은, 단일층이어도 복수층으로 되어도 어느 것이어도 된다. 또한, 호스트 화합물, 열 활성화형 지연 형광체 및 형광체는, 동일 층 내에 포함되어 있어도 되고, 복수층에 적어도 1성분씩 포함되어 있어도 된다. 발광층이 포함하는 호스트 화합물, 열 활성화형 지연 형광체 및 형광체는, 각각, 1종류여도 되고, 복수의 조합이어도 되고 어느 것이어도 된다. 어시스팅 도펀트 및 에미팅 도펀트는, 매트릭스로서의 호스트 화합물 중에, 전체적으로 포함되어 있어도 되고, 부분적으로 포함되어 있어도 된다. 어시스팅 도펀트 및 에미팅 도펀트가 도핑된 발광층은, 호스트 화합물과 어시스팅 도펀트와 에미팅 도펀트를 삼원 공증착법에 의해 성막하는 방법, 호스트 화합물과 어시스팅 도펀트와 에미팅 도펀트를 미리 혼합하고 나서 동시에 증착하는 방법, 호스트 화합물과 어시스팅 도펀트와 에미팅 도펀트를 유기 용매에 용해하여 조제한 도료를 도포하는 습식 성막법 등에 의해 형성할 수 있다.

호스트 화합물인 제1 성분의 사용량은 호스트 화합물의 종류 및 제2 성분의 종류에 따라 다르고, 그 조합에 맞춰 정하면 된다. 전자의 수송성의 향상 및 최적의 캐리어 밸런스의 관점에서는 제1 성분이 많은 쪽이 바람직하고, 호스트 화합물의 사용량의 기준은, 바람직하게는 발광층용 재료 전체의 40~99.999 중량%이며, 보다 바람직하게는 50~99.99 중량%이며, 보다 더 바람직하게는 60~99.9 중량%이다. 상기 범위이면, 예를 들면, 효율적인 전하의 수송과 도펀트로의 효율적인 에너지 이동의 점에서 바람직하다.

어시스팅 도펀트(열 활성화형 지연 형광체)인 제2 성분의 사용량은 어시스팅 도펀트의 종류에 따라 다르고, 그 어시스팅 도펀트의 특성에 맞춰 정하면 된다. 화합물 상에서 효율적으로 재결합을 일으키는 관점에서, 제2 성분은 많은 쪽이 바람직하고, 어시스팅 도펀트의 사용량의 기준은, 바람직하게는 발광층용 재료 전체의 1~60 중량%이며, 보다 바람직하게는 2~50 중량%이며, 보다 더 바람직하게는 5~30 중량%이다. 상기 범위이면, 예를 들면, 효율적으로 어시스팅 도펀트 상에서의 재결합을 일으킬 수 있고, 에너지를 에미팅 도펀트로 이동시킬 수 있다는 점에서 바람직하다. 여기서, 본 발명에서는 호스트 화합물의 전자 수송성이 높기 때문에, 어시스팅 도펀트로 전자 수송성을 보충할 필요가 없다. 그 때문에, 열 활성화형 지연 형광체의 사용량을 어시스팅 도펀트로서의 기능을 중시하여 선택할 수 있다는 이점이 있다.

에미팅 도펀트(형광체)인 제3 성분의 사용량은 에미팅 도펀트의 종류에 따라 다르고, 그 에미팅 도펀트의 특성에 맞춰 정하면 된다. 에미팅 도펀트의 사용량의 기준은, 바람직하게는 발광층용 재료 전체의 0.001~30 중량%이며, 보다 바람직하게는 0.01~20 중량%이며, 보다 더 바람직하게는 0.1~10 중량%이다. 일반적으로, 평면성이 높은 분자나 다중 공명 효과를 이용한 분자는 응집을 일으키기 쉽기 때문에, 사용량이 낮은 쪽이 바람직하다. 또한, 제2 성분 상에서의 효율적으로 재결합을 일으키는 관점에서도 사용량은 낮은 쪽이 바람직하다. 한편, 프로세스의 용이함의 관점에서는 사용량이 많은 쪽이 프로세스 마진을 넓게 취할 수 있어서 바람직하다. 상기 범위이면, 예를 들면, 제어 가능한 프로세스 및 농도 소광 현상의 방지 및 제2 성분 상에서의 효율적인 재결합의 관점에서 바람직하다.

어시스팅 도펀트의 열 활성화형 지연 형광 기구의 효율의 점에서는, 어시스팅 도펀트의 사용량에 비해 에미팅 도펀트의 사용량이 저농도인 것이 바람직하다.

1-1. 호스트 화합물

본 발명에서는, 발광층의 제1 성분으로서, 분자 중에 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 호스트 화합물을 사용한다.

분자 중에 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 호스트 화합물은, 붕소 원자에 3개의 방향환이 결합한 구조를 가지며, 그 중 적어도 하나의 방향환이, 다른 2개의 방향환과 연결기를 통해 연결되어 있고, 연결기의 적어도 하나가 옥시(-O-)인 다환 방향족 화합물(이하, 「붕소 원자와 산소 원자를 갖는 다환 방향족 화합물」이라고 함)인 것이 바람직하다.

붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 다환 방향족 화합물은, 큰 HOMO-LUMO 갭과 높은 여기 삼중항 에너지 준위(ET)를 갖는다. 이는, 헤테로 원소를 포함하는 방향환은 방향족성이 낮기 때문에, 공액계의 확장에 따른 HOMO-LUMO 갭의 감소가 억제되는 것과, 헤테로 원소의 전자적인 섭동(攝動)에 의해 여기 삼중항 상태(T1)의 2개의 SOMO(Single Occupied Molecular Orbital), 즉 SOMO1 및 SOMO2가 국재화하는 것이 원인이 되고 있다고 추측된다. 붕소 원자 및 산소 원자를 포함하는 다환 방향족 화합물은, 높은 여기 삼중항 에너지 준위를 갖고 있기 때문에, 특히, 열 활성화형 지연 형광 재료의 분자 내에 여기 삼중항 에너지를 가두는 호스트로서 바람직하게 사용할 수 있다.

또한, 제1 성분으로서의 호스트 화합물에는 이하의 점을 고려하여 구조를 선택하는 것이 바람직하다.

즉, 제1 성분에는, 상호작용을 저하시켜 높은 여기 삼중항 에너지를 얻는 관점에서, 응집성이 낮아지도록 한 구조를 채용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 제1 성분의 분자 구조는 비대칭의 구조인 것이 바람직하고, 분자 내에 큰 이면각을 갖는 것이 바람직하며, 또는 분자 내에 입체 장애를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 전하 수송성 및 에너지 이동성을 향상시키는 관점에서는, 전하 수송에 관련된 궤도가 근접하여 있는 것이 바람직하다. 또한, 소자 구동 시의 소자 특성의 안정성의 관점에서는, 제1 성분의 유리 전이 온도(Tg)가 높은 것이 바람직하고, 이를 위해 분자 간에서 상호작용이 생기도록 한 구조를 도입하는 것이 바람직하다.

한편, 각 성분 간의 응집을 억제하기 위해, 제1 성분 및 제2 성분 모두 응집성이 낮은 화합물을 사용해도 되고, 어느 한쪽에 대해 응집성이 낮은 화합물을 사용해도 된다. 응집성에 대해서는, 저농도 균일 분산 상태와 단일 성분 증착막의 스펙트럼의 레드 시프트(red shift)의 정도, 또는 제1 성분 및 제2 성분의 공증착막의 스펙트럼과 저농도 균일 분산 상태의 제2 성분의 스펙트럼의 레드 시프트의 정도에 의해 예측할 수 있다.

분자 중에 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 호스트 화합물로서, 하기 식(i), 식(ii), 및 식(iii) 중 어느 하나로 나타내어지는 화합물을 들 수 있다.

1-1-1. 식(i)로 나타내어지는 화합물

[화학식 15]

식(i) 중, A환, B환 및 C환은, 각각 독립적으로, 아릴환 또는 헤테로아릴환이며, 이들 환에서의 적어도 하나의 수소는 치환되어 있어도 된다. A환, B환 및 C환의 수소가 치환되어도 되는 치환기의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R¹¹에서의 치환기의 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다.

또한, 식(i)로 나타내어지는 화합물 또는 구조에서의 적어도 하나의 수소는 상기 치환기 이외에, 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.

「아릴환」 또는 「헤테로아릴환」은, 아릴 또는 헤테로아릴의 무가의 환이다. 아릴환이나 헤테로아릴환의 탄소수를 말하는 경우는 축합 전의 환의 탄소수를 포함한다.

식(i)로 나타내어지는 화합물은, 하기 식(1)로 나타내어지는 화합물인 것이 바람직하다.

[화학식 16]

식(1)에서, R¹~R¹¹은, 각각 독립적으로, 수소 또는 치환기를 나타낸다. R¹~R¹¹ 중 치환기의 수는 특별히 제한되지 않고, R¹~R¹¹ 중 1개 또는 2개 이상이 치환기여도 되고, 전부가 무치환(즉, 수소 원자)이어도 된다. R¹~R¹¹ 중 2개 이상이 치환기인 경우, 그들의 치환기는 동일해도 되고 달라도 된다. 여기서, 입체 장애가 커지기 어려운 점에서, R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹에는 다양한 치환기를 제한 없이 도입할 수 있다. 한편, HOMO 준위 및 LUMO 준위의 조절의 관점에서, HOMO 준위를 깊게 하기 위해서는 R¹, R³, R⁴, R⁶, R⁹ 및 R¹¹ 중 적어도 하나가 전자 흡인성의 치환기인 것이 바람직하고, 반대로 HOMO 준위를 얕게 하기 위해서는 R¹, R³, R⁴, R⁶, R⁹ 및 R¹¹ 중 적어도 하나가 전자 공여성의 치환기인 것이 바람직하다. 또한, LUMO 준위를 깊게 하기 위해서는 R², R⁵ 및 R¹⁰ 중 적어도 하나가 전자 흡인성의 치환기인 것이 바람직하고, 반대로 LUMO 준위를 얕게 하기 위해서는 R², R⁵ 및 R¹⁰ 중 적어도 하나가 전자 공여성의 치환기인 것이 바람직하다.

또한, a환~c환과 붕소 원자 및 산소 원자에 의해 형성되는 방향환이 이루는 면과, R¹~R¹¹에서의 치환기가 이루는 면의 이면각에 의해, 분자 간의 상호작용을 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 식(1)로 나타내어지는 화합물이나, 후술하는 제2 성분의 예인 식(AD11), 식(AD12), 식(AD13), 식(AD21) 또는 식(AD22)로 나타내어지는 화합물은 평면성이 높기 때문에, 상기 이면각이 크게 되도록 한 구조를 채용함으로써, 평면성에 기인하는 응집이나, 호스트 분자간 및 호스트 분자-도펀트 분자 간의 상호작용이 효과적으로 경감된다. 그 결과, 발광 스펙트럼의 레드 시프트나 대폭화가 억제되고, 깊은 청색에서의 발광과 높은 색 순도를 실현할 수 있다. 분자의 이면각은, 반경험적 분자 궤도 계산 MOPAC와 같은 분자 궤도 계산에 의해 구할 수 있다.

식(1)에서, R¹~R¹¹은 각각 독립적으로, 수소, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시인 것이 바람직하다. 여기서, 이들 기 중 수소 이외에는, a환~c환에 대응하는 벤젠환의 수소와 치환되는 치환기이다. 이하의 설명에서는, 이들 치환기를 「제1 치환기」라고 한다. 제1 치환기 중, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노 및 아릴헤테로아릴아미노에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴, 알킬 또는 시클로알킬로 치환되어 있어도 된다. 이하의 설명에서는, 제1 치환기의 수소와 치환되는 치환기를 「제2 치환기」라고 한다.

제1 치환기로서의 「아릴」은, 단환이어도 되고, 2 이상의 방향족 탄화수소환이 축합된 축합환이어도 되며, 2 이상의 방향족 탄화수소환이 연결된 연결환이어도 된다. 2 이상의 방향족 탄화수소환이 연결되어 있는 경우에는, 직쇄상으로 연결된 것이어도 되고, 분지상으로 연결된 것이어도 된다. 제1 치환기로서의 「아릴」로서, 예를 들면, 탄소수 6~30의 아릴을 들 수 있고, 탄소수 6~24의 아릴이 바람직하고, 탄소수 6~20의 아릴이 보다 바람직하며, 탄소수 6~16의 아릴이 보다 더 바람직하고, 탄소수 6~12의 아릴이 특히 바람직하며, 탄소수 6~10의 아릴이 가장 바람직하다.

구체적인 아릴로서는, 예를 들면, 단환계 아릴인 페닐, 2환계 아릴인 비페닐릴(2-비페닐릴, 3-비페닐릴, 4-비페닐릴), 축합 2환계 아릴인 나프틸(1-나프틸, 2-나프틸), 3환계 아릴인 터페닐릴(m-터페닐-2'-일, m-터페닐-4'-일, m-터페닐-5'-일, o-터페닐-3'-일, o-터페닐-4'-일, p-터페닐-2'-일, m-터페닐-2-일, m-터페닐-3-일, m-터페닐-4-일, o-터페닐-2-일, o-터페닐-3-일, o-터페닐-4-일, p-터페닐-2-일, p-터페닐-3-일, p-터페닐-4-일), 축합 3환계 아릴인 아세나프틸레닐(아세나프틸렌-1-일, 아세나프틸렌-3-일, 아세나프틸렌-4-일, 아세나프틸렌-5-일), 플루오레닐(플루오렌-1-일, 플루오렌-2-일, 플루오렌-3-일, 플루오렌-4-일, 플루오렌-9-일), 페날레닐(페날렌-1-일, 페날렌-2-일), 페난트릴(1-페난트릴, 2-페난트릴, 3-페난트릴, 4-페난트릴, 9-페난트릴), 4환계 아릴인 쿼터페닐릴(5'-페닐-m-터페닐-2-일, 5'-페닐-m-터페닐-3-일, 5'-페닐-m-터페닐-4-일, m-쿼터페닐릴), 축합 4환계 아릴인 트리페닐렌(트리페닐렌-1-일, 트리페닐렌-2-일), 피레닐(피렌-1-일, 피렌-2-일, 피렌-4-일), 나프타세닐(나프타센-1-일, 나프타센-2-일, 나프타센-5-일), 축합 5환계 아릴인 페릴레닐(페릴렌-1-일, 페릴렌-2-일, 페릴렌-3-일), 펜타세닐(펜타센-1-일, 펜타센-2-일, 펜타센-5-일, 펜타센-6-일) 등을 들 수 있다.

제1 치환기로서의, 디아릴아미노에서의 「아릴」, 아릴헤테로아릴아미노에서의 「아릴」, 아릴옥시에서의 「아릴」, 제2 치환기로서의 「아릴」의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 상기 제1 치환기로서의 「아릴」에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다.

제1 치환기로서의 「헤테로아릴」은, 단환이어도 되고, 1 이상의 복소환과 1 이상의 복소환 또는 1 이상의 방향족 탄화수소환이 축합된 축합환이어도 되고, 2 이상의 복소환이 연결된 연결환이어도 된다. 2 이상의 복소환이 연결되어 있는 경우에는, 직쇄상으로 연결된 것이어도 되고, 분지상으로 연결된 것이어도 된다. 제1 치환기로서의 「헤테로아릴」로서, 예를 들면, 탄소수 2~30의 헤테로아릴을 들 수 있고, 탄소수 2~25의 헤테로아릴이 바람직하며, 탄소수 2~20의 헤테로아릴이 보다 바람직하고, 탄소수 2~15의 헤테로아릴이 보다 더 바람직하며, 탄소수 2~10의 헤테로아릴이 특히 바람직하다. 헤테로아릴에서의 헤테로 원자는 특별히 한정되지 않지만, 산소, 황 및 질소 등을 들 수 있다. 헤테로아릴은 헤테로 원자를 1개 내지 5개 함유하는 복소환으로 이루어지는 것이 바람직하다.

구체적인 헤테로아릴로서는, 예를 들면, 푸릴, 티에닐, 피롤릴, 옥사졸릴, 이소옥사졸릴, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 옥사디아졸릴, 푸라자닐, 티아디아졸릴, 트리아졸릴, 테트라졸릴, 피리딜, 피리미디닐, 피리다지닐, 피라지닐, 트리아지닐, 벤조푸라닐, 이소벤조푸라닐, 디벤조푸라닐, 벤조[b]티에닐, 디벤조티오페닐, 인돌릴, 이소인돌릴, 1H-인다졸릴, 벤조이미다졸릴, 벤조옥사졸릴, 벤조티아졸릴, 1H-벤조트리아졸릴, 퀴놀릴, 이소퀴놀릴, 신놀릴, 퀴나졸릴, 퀴녹살리닐, 프탈라지닐, 나프티리디닐, 푸리닐, 프테리디닐, 카르바졸릴, 아크리디닐, 페녹사지닐, 페노티아지닐, 페나지닐, 페녹사티닐, 티안트레닐, 인돌리지닐 등을 들 수 있다.

제1 치환기로서의, 디헤테로아릴아미노에서의 「헤테로아릴」, 아릴헤테로아릴아미노에서의 「헤테로아릴」, 제2 치환기로서의 「헤테로아릴」의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 상기 제1 치환기로서의 「헤테로아릴」에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다. 또한, 제2 치환기로서의 「헤테로아릴」에는, 해당 헤테로아릴에서의 적어도 하나의 수소가 페닐 등의 아릴이나 메틸 등의 알킬로 치환된 치환 헤테로아릴도 포함되는 것으로 한다. 제2 치환기로서의 「헤테로아릴」에 치환하는 아릴의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 제1 치환기로서의 「아릴」에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다. 제2 치환기로서의 「헤테로아릴」에 치환하는 알킬기의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 하기의 제1 치환기로서의 「알킬기」에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다. 제2 치환기로서의 치환 헤테로아릴의 예로서, 적어도 9번 위치의 수소가 페닐 등의 아릴이나 메틸 등의 알킬로 치환된 카르바졸릴기를 들 수 있다.

제1 치환기로서의 「알킬」은, 직쇄 알킬 및 분지쇄 알킬 중 어느 것이어도 된다. 제1 치환기로서의 알킬로서, 예를 들면, 탄소수 1~24의 알킬을 들 수 있고, 탄소수 1~18의 알킬이 바람직하며, 탄소수 1~12의 알킬이 보다 바람직하고, 탄소수 1~6의 알킬이 보다 더 바람직하고, 탄소수 1~4의 알킬이 특히 바람직하며, 메틸이 가장 바람직하다. 한편, 제1 치환기로서의 알킬이 분지쇄 알킬인 경우에는, 그 분지쇄 알킬로서, 예를 들면 탄소수 3~24의 분지쇄 알킬을 들 수 있고, 탄소수 3~18의 분지쇄 알킬이 바람직하며, 탄소수 3~12의 분지쇄 알킬이 보다 바람직하고, 탄소수 3~6의 분지쇄 알킬이 보다 더 바람직하며, 탄소수 3~4의 분지쇄 알킬이 특히 바람직하다.

구체적인 알킬로서는, 예를 들면, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, s-부틸, t-부틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, t-펜틸, n-헥실, 1-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, n-옥틸, t-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 2,6-디메틸-4-헵틸, 3,5,5-트리메틸헥실, n-데실, n-운데실, 1-메틸데실, n-도데실, n-트리데실, 1-헥실헵틸, n-테트라데실, n-펜타데실, n-헥사데실, n-헵타데실, n-옥타데실, n-에이코실 등을 들 수 있다.

제2 치환기로서의 「알킬」의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 제1 치환기로서의 「알킬」에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다. 제1 치환기에서, 제2 치환기인 알킬이 치환하는 위치는 특별히 한정되지 않지만, 제1 치환기의 a환, b환 및 c환에 대한 결합 위치(1번 위치)를 기준으로 하여, 2번 위치 또는 3번 위치가 바람직하고, 2번 위치가 보다 바람직하다.

제1 치환기로서의 「시클로알킬」은, 하나의 환으로 이루어지는 시클로알킬, 복수의 환으로 이루어지는 시클로알킬, 환 내에서 공액하지 않는 이중 결합을 포함하는 시클로알킬 및 환 밖에 분지를 포함하는 시클로알킬 중 어느 것이어도 된다. 제1 치환기로서의 「시클로알킬」로서, 예를 들면, 탄소수 3~12의 시클로알킬을 들 수 있고, 탄소수 5~10의 시클로알킬이 바람직하며, 탄소수 6~10의 시클로알킬이 보다 바람직하다.

구체적인 시클로알킬로서는, 예를 들면, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸, 비시클로[2.2.1]헵틸, 비시클로[2.2.2]옥틸, 데카히드로나프틸, 아다만틸 등을 들 수 있다.

제2 치환기로서의 「시클로알킬」의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 제1 치환기로서의 「시클로알킬」에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다.

제1 치환기로서의 「알콕시」는, 직쇄상이어도 되고 분지쇄상이어도 된다. 제1 치환기로서의 「알콕시」로서, 예를 들면, 탄소수 1~24의 알콕시를 들 수 있고, 탄소수 1~18의 알콕시가 바람직하며, 탄소수 1~12의 알콕시가 보다 바람직하고, 탄소수 1~6의 알콕시가 보다 더 바람직하며, 탄소수 1~4의 알콕시가 특히 바람직하다. 한편, 제1 치환기로서의 알콕시가 분지쇄상인 경우에는, 그 분지쇄상의 알콕시로서, 예를 들면 탄소수 3~24의 분지쇄의 알콕시를 들 수 있고, 탄소수 3~18의 분지쇄의 알콕시가 바람직하고, 탄소수 3~12의 분지쇄의 알콕시가 보다 바람직하며, 탄소수 3~6의 분지쇄의 알콕시가 보다 더 바람직하고, 탄소수 3~4의 분지쇄의 알콕시가 특히 바람직하다.

구체적인 알콕시로서는, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로폭시, 부톡시, 이소부톡시, s-부톡시, t-부톡시, 펜틸옥시, 헥실옥시, 헵틸옥시, 옥틸옥시 등을 들 수 있다.

식(1)로 나타내어지는 화합물은 하기의 부분 구조군A로부터 선택되는 적어도 하나의 구조를 분자 내에 포함하는 것이 바람직하다. 식(1)로 나타내어지는 화합물이 포함하는, 부분 구조군A로부터 선택되는 구조는 1개여도 되고 2개 이상이어도 된다.

부분 구조군A:

[화학식 17]

각 부분 구조에서, Me는 메틸을 나타내고, 파선은 결합 위치를 나타낸다. 파선이 나타내는 결합 위치는 그 결합손이 걸리는 벤젠환(축합환을 구성하는 벤젠환도 포함함)의 치환 가능한 위치 중의 어느 것이다. 각 부분 구조에서의 적어도 하나의 수소는, 각각 독립적으로 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어 있어도 되고, 그 중 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노 및 아릴헤테로아릴아미노에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 된다. 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 알콕시 및 아릴옥시의 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R¹¹에서의 대응하는 기재를 참조할 수 있다.

식(1)에서, R¹~R¹¹ 중 적어도 하나는, 하기 식(1-a)~식(1-n) 중 어느 하나로 나타내어지는 기인 것이 바람직하고, 하기 식(1-d)로 나타내어지는 기인 것이 보다 바람직하다.

[화학식 18]

식(1-a)~식(1-n) 중, *는 결합 위치를 나타낸다. 식(1-d), 식(1-i)~식(1-n)에서, *가 나타내는 결합 위치는 그 결합손이 걸리는 벤젠환(축합환을 구성하는 벤젠환도 포함함)의 치환 가능한 위치 중의 어느 것이다. 식(1-h)에서 *-O-로 나타내어지는 기는 그 결합손이 걸리는 벤젠환의 치환 가능한 위치 중의 어느 하나에 결합한다.

식(1-a)~식(1-h)에서의 수소는, 전술한 R¹~R¹¹에서의 「제2 치환기」로서의, 탄소수 6~30의 아릴, 탄소수 2~30의 헤테로아릴, 탄소수 1~24의 알킬 또는 탄소수 3~12의 시클로알킬로 치환되어 있어도 된다.

또한, 식(1-i), 식(1-j) 및 식(1-k)에서의 R은, 각각 독립적으로, 수소, 또는 전술한 R¹~R¹¹에서의 「제2 치환기」로서의, 탄소수 6~30의 아릴, 탄소수 2~30의 헤테로아릴, 탄소수 1~24의 알킬 또는 탄소수 3~12의 시클로알킬을 나타낸다. R이 결합하는 위치는 그 결합손이 걸리는 벤젠환(축합환을 구성하는 벤젠환도 포함함)의 치환 가능한 위치 중의 어느 것이다.

식(1-a)~식(1-n) 중 어느 하나로 나타내어지는 기를 R¹~R¹¹에 채용하는 경우, 그 수 및 위치는 특별히 제한되지 않지만, R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹ 중 적어도 하나를, 식(1-a)~식(1-n) 중 어느 하나로 나타내어지는 기로 하는 것이 바람직하다. 또한, HOMO 준위를 깊게 하기 위해서는 R¹, R³, R⁴, R⁶, R⁹ 및 R¹¹ 중 적어도 하나를 식(1-a)~식(1-n) 중 어느 하나로 나타내어지는 기로 하는 것이 바람직하고, LUMO를 깊게 하기 위해서는 R², R⁵ 및 R¹⁰ 중 적어도 하나를 식(1-a)~식(1-n) 중 어느 하나로 나타내어지는 기로 하는 것이 바람직하다.

식(1-a)~식(1-n)으로 나타내어지는 기의 보다 구체적인 양태로서는, 예를 들면 이하에 나타내는 것을 들 수 있다. 한편, 식 중의 *는 결합 위치를 나타내고, Me는 메틸, tBu는 t-부틸을 나타낸다.

[화학식 19]

[화학식 20]

[화학식 21]

식(1)에서, R¹~R¹¹ 중 제1 치환기의 수는 특별히 제한되지 않고, R¹~R¹¹ 중 1개 또는 2개 이상이 제1 치환기여도 되고, 전부가 무치환(즉, 수소 원자)이어도 된다. 여기서, R¹~R¹¹에서의 치환기의 합계 탄소수는 36 이하인 것이 바람직하다. R¹~R¹¹ 중 2개 이상이 제1 치환기인 경우, 그들의 제1 치환기는 치환기의 종류, 제2 치환기의 유무나 종류가 서로 동일해도 되고 달라도 된다. 또한, a환, b환 및 c환 중 2개 이상이 제1 치환기를 가지는 경우, 제1 치환기의 치환 수, 치환 위치 및 종류, 제1 치환기에서의 제2 치환기의 유무나 종류는, 이들 환끼리에서 동일해도 되고 달라도 된다. 또한, R¹~R¹¹ 중 2개 이상에 제1 치환기를 도입하는 경우, 합성을 쉽게 하는 점에서, 서로 입체 장애가 작게 되도록 치환 위치를 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 별개의 환에 제1 치환기를 도입하거나, 동일 환에 제1 치환기를 도입하는 경우에는 서로 메타 위치가 되는 위치나 서로 파라 위치가 되는 위치에 제1 치환기를 도입하는 것이 바람직하다. 한편, 서로 오르토 위치가 되는 위치에 제1 치환기를 도입하는 경우에는, 제1 치환기나 제2 치환기로서 입체 장애가 작은 기를 선택하는 것이 바람직하다. 입체 장애가 작은 기로서, 직쇄 알킬, 직쇄 알콕시, 불소, 시아노 등을 들 수 있다.

또한, 특히 붕소를 마지막에 도입하는 합성 방법으로, 식(1)로 나타내어지는 화합물을 합성하는 경우, 합성의 용이함의 관점에서, a환-B결합에 대하여 선 대칭이 되도록 치환기를 도입하는 것이 바람직하다. 한편, 결정성 및 응집성을 저하시키는 관점에서는, a환-B결합에 대하여 비대칭이 되도록 치환기를 도입하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 식(1)에서, R¹~R¹¹ 중 인접하는 기끼리는 서로 결합하여 a환, b환 또는 c환과 함께 아릴환 또는 헤테로아릴환을 형성하고 있어도 된다. 단, a환의 R³과 c환의 R⁴, c환의 R⁷과 b환의 R⁸, b환의 R¹¹과 a환의 R¹ 등은 여기서 말하는 「인접하는 기」에는 해당하지 않고, 이들이 결합하여 환상 구조를 형성하지는 않는다. 즉, 「인접하는 기」란, 동일 환 상에 존재하는 기로서, 서로 인접하고 있는 기를 의미한다. 상기 인접하는 기끼리가 서로 결합하여 a환, b환 또는 c환과 함께 형성한 환에 있어서, 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어 있어도 된다. 이하의 설명에서는, 이 형성된 환의 수소와 치환되는 치환기를 「제1 치환기」라고 한다. 또한, 제1 치환기에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴, 알킬 또는 시클로알킬로 치환되어 있어도 된다. 이하의 설명에서는, 제1 치환기의 수소와 치환되는 치환기를 「제2 치환기」라고 한다. 제1 치환기 및 제2 치환기의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 각각 R¹~R¹¹에서의 제1 치환기 및 제2 치환기에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다.

구체적으로는, 식(1)로 나타내어지는 화합물은 a환, b환 및 c환에서의 치환기 상호의 결합에 의해, 하기 식(1-L1) 및 식(1-L2)에 나타내는 바와 같이 환 구조가 변화된 것이어도 된다. 각 식 중의 a'환, b'환 및 c'환은 상기 「형성된 환」(R¹~R¹¹ 중 인접하는 기끼리가 서로 결합하여 a환, b환 또는 c환과 함께 형성하는 아릴환 또는 헤테로아릴환)에 상당한다. 한편, 식(1-L1) 및 식(1-L2)에서의 R¹~R¹¹, a환, b환 및 c환의 정의는, 식(1)에서의 R¹~R¹¹, a환, b환 및 c환의 정의와 동일하다.

[화학식 22]

한편, 식에서는 나타내고 있지 않지만, 식(1)로 나타내어지는 화합물은, a환, b환 및 c환의 모두가 a'환, b'환 및 c'환으로 변화된 화합물이어도 된다.

상기 식(1-L1)이나 식(1-L2)로 나타내어지는 화합물은, 예를 들면 a환, b환 및 c환 중 적어도 하나에서의 벤젠환에 대하여 벤젠환, 인돌환, 피롤환, 벤조푸란환 또는 벤조티오펜환 등이 축합하여 형성되는 a'환(축합환 a'), b'환(축합환 b') 및 c'환(축합환 c') 중 적어도 하나를 갖는 화합물이다. 축합환 a', 축합환 b' 및 축합환 c'의 구체예로서, 나프탈렌환, 카르바졸환, 인돌환, 디벤조푸란환 또는 디벤조티오펜환 등을 들 수 있다.

또한, a'환, b'환 및 c'환으로서, 하기의 아릴환 및 헤테로아릴환도 들 수 있다.

즉, a'환, b'환, c'환이 취할 수 있는 「아릴환」으로서는, 예를 들면, 탄소수 9~30의 아릴환을 들 수 있고, 탄소수 9~24의 아릴환이 바람직하며, 탄소수 9~20의 아릴환이 보다 바람직하고, 탄소수 9~16의 아릴환이 보다 더 바람직하며, 탄소수 9~12의 아릴환이 특히 바람직하고, 탄소수 9~10의 아릴환이 가장 바람직하다. 한편, 여기서의 「아릴환」의 탄소수의 하한값 「9」는 a환(b환 또는 c환)을 구성하는 벤젠환(탄소수 6)에 5원환이 축합하였을 때의 합계 탄소수에 상당한다.

구체적인 「아릴환」으로서는, 예를 들면, 축합 2환계인 나프탈렌환, 축합 3환계인 아세나프틸렌환, 플루오렌환, 페날렌환, 페난트렌환, 축합 4환계인 트리페닐렌환, 피렌환, 나프타센환, 축합 5환계인 페릴렌환, 펜타센환 등을 들 수 있다.

a'환, b'환, c'환이 취할 수 있는 「헤테로아릴환」으로서는, 예를 들면, 탄소수 6~30의 헤테로아릴환을 들 수 있고, 탄소수 6~25의 헤테로아릴환이 바람직하며, 탄소수 6~20의 헤테로아릴환이 보다 바람직하고, 탄소수 6~15의 헤테로아릴환이 보다 더 바람직하며, 탄소수 6~10의 헤테로아릴환이 특히 바람직하다. 「헤테로아릴환」에서의 헤테로 원자는 특별히 한정되지 않지만, 산소, 황 및 질소 등을 들 수 있다. a'환, b'환, c'환을 구성하는 「방향족 복소환」은 헤테로 원자를 1개 내지 5개 함유하는 복소환인 것이 바람직하다. 한편, 여기서의 「헤테로아릴환」의 탄소수의 하한값 「6」은 a환(b환 또는 c환)을 구성하는 벤젠환(탄소수 6)에, 헤테로 원자의 수가 3인 5원환이 축합하였을 때의 합계 탄소수 6에 상당한다.

구체적인 「헤테로아릴환」으로서는, 예를 들면, 인돌환, 이소인돌환, 1H-인다졸환, 벤조이미다졸환, 벤조옥사졸환, 벤조티아졸환, 1H-벤조트리아졸환, 퀴놀린환, 이소퀴놀린환, 신놀린환, 퀴나졸린환, 퀴녹살린환, 프탈라진환, 나프티리딘환, 푸린환, 프테리딘환, 카르바졸환, 아크리딘환, 페노크산틴환, 페녹사진환, 페노티아진환, 페나진환, 인돌리진환, 벤조푸란환, 이소벤조푸란환, 디벤조푸란환, 벤조티오펜환, 디벤조티오펜환, 티안트렌환 등을 들 수 있다.

이하에서, 본 발명에서 제1 성분에 사용하는 호스트 화합물의 바람직한 예(제1 양태~제4 양태)를 든다.

제1 양태의 호스트 화합물은, 식(1)로 나타내어지는 화합물로서, R¹~R¹¹이 각각 독립적으로 수소, 또는 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬 또는 알콕시(제1 치환기)인 화합물이다. 제1 치환기로서의 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노 및 아릴헤테로아릴아미노에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴, 알킬 또는 시클로알킬(제2 치환기)로 치환되어 있어도 된다. 즉, 제1 양태의 호스트 화합물은, 제1 치환기가 아릴옥시(예를 들면, 상기 식(1-h)로 나타내어지는 기) 이외의 치환기인 화합물이다.

제2 양태의 호스트 화합물은, 식(1)로 나타내어지는 화합물로서, R⁴~R¹¹ 중 적어도 하나가 제1 치환기로서의 헤테로아릴인 화합물이다. 제1 치환기로서의 헤테로아릴에서의 적어도 하나의 수소는 제2 치환기로서의 아릴, 헤테로아릴, 알킬 또는 시클로알킬로 치환되어 있어도 된다.

제2 양태의 호스트 화합물의 구체예로서, 예를 들면, 후술하는 화합물(BO2-0431)이나 화합물(BO2-0520S) 등을 들 수 있다.

제2 양태의 호스트 화합물은, 식(1)의 R⁴~R¹¹ 중 적어도 하나가 상기 식(1-a), 식(1-b), 식(1-c), 식(1-d), 식(1-l), 식(1-m) 및 식(1-n) 중 어느 하나로 나타내어지는 기인 것이 바람직하고, 식(1-a) 및 식(1-d) 중 어느 하나로 나타내어지는 기인 것이 보다 바람직하다.

제3 양태의 호스트 화합물은, 식(1)로 나타내어지는 화합물로서, R¹~R³ 중 적어도 하나가 제1 치환기로서의 아릴 또는 디벤조푸라닐인 화합물이다. 제1 치환기로서의 아릴 및 디벤조푸라닐에서의 적어도 하나의 수소는 제2 치환기로서의 아릴, 헤테로아릴, 알킬 또는 시클로알킬로 치환되어 있어도 된다.

제3 양태의 호스트 화합물의 구체예로서, 예를 들면, 후술하는 화합물(BO2-0264/0511S)이나 화합물(BO2-0231) 등을 들 수 있다.

제3 양태의 호스트 화합물은, R¹~R³ 중 적어도 하나가 상기 식(1-d), 식(1-f), 식(1-i), 식(1-j) 및 식(1-k) 중 어느 하나로 나타내어지는 기인 것이 바람직하고, 상기 식(1-d) 및 식(1-i) 중 어느 하나로 나타내어지는 기인 것이 보다 바람직하다.

제4 양태의 호스트 화합물은, 식(1)로 나타내어지는 화합물로서, R¹~R³ 중 적어도 하나가 제1 치환기로서의 헤테로아릴이며, 또한, R⁴~R¹¹ 중 적어도 하나가 제1 치환기로서의 아릴인 화합물이다. 제1 치환기로서의 헤테로아릴에서의 적어도 하나의 수소는 제2 치환기로서의 아릴, 헤테로아릴, 알킬 또는 시클로알킬로 치환되어 있어도 되고, 제1 치환기로서의 아릴에서의 적어도 하나의 수소는 제2 치환기로서의 아릴, 헤테로아릴, 알킬 또는 시클로알킬로 치환되어 있어도 된다.

제4 양태의 호스트 화합물의 구체예로서, 예를 들면, 후술하는 화합물(BO2-0220/0510S)이나 화합물(BO2-0220/0511S) 등을 들 수 있다.

제4 양태의 호스트 화합물은, R¹~R³ 중 적어도 하나가 상기 식(1-a), 식(1-b), 식(1-c), 식(1-d), 식(1-l), 식(1-m) 및 식(1-n) 중 어느 하나로 나타내어지는 기며, R⁴~R¹¹ 중 적어도 하나가 상기 식(1-f), 식(1-i), 식(1-j) 및 식(1-k) 중 어느 하나로 나타내어지는 기인 것이 바람직하다.

한편, 식(1)로 나타내어지는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는, 상기에서 예를 든 치환기 이외에, 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어도 된다. 할로겐은 불소, 염소, 브롬 또는 요오드이며, 바람직하게는 불소, 염소 또는 브롬, 더 바람직하게는 불소이다.

호스트 화합물로서 사용하는 식(1)로 나타내어지는 화합물은, 예를 들면, 하기 식 중 어느 하나로 나타내어지는 화합물인 것이 바람직하다. 한편, 각 식 중, 임의의 수소는 탄소수 1~4의 알킬(예를 들면, 메틸 또는 t-부틸)로 치환되어 있어도 된다. 단, 본 발명에서, 호스트 화합물에 사용할 수 있는 식(1)로 나타내어지는 화합물은 이들의 구체예에 의해 한정적으로 해석되는 것은 아니다. 하기 식에서, Me는 메틸을 나타내고, t-Bu는 t-부틸을 나타낸다.

[화학식 23]

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[화학식 84]

식(1)로 나타내어지는 화합물의 제조 방법

식(1)로 나타내어지는 화합물은, 우선 a~c환을 결합기(-O-)로 결합시킴으로써 중간체를 제조하고(제1 반응), 그 후, a~c환을 결합기(B를 포함하는 기)로 결합시킴으로써 최종 생성물을 제조할 수 있다(제2 반응). 제1 반응에서는, 예를 들면, 구핵(求核) 치환 반응이나 울만(Ullmann) 반응과 같은 일반적 에테르화 반응을 이용할 수 있다. 또한, 제2 반응에서는 탠덤 헤테로 프리델 크래프츠(tandem hetero-Friedel-Crafts) 반응(연속적인 방향족 구전자(求電子) 치환 반응, 이하 마찬가지)을 이용할 수 있다. 제1 및 제2 반응의 상세 내용은 국제공개 제2015/102118호 공보에 기재된 설명을 참고로 할 수 있다.

제2 반응은 하기 스킴(1)에 나타내는 바와 같이, a환, b환 및 c환을 결합하는 B(붕소)를 도입하는 반응이다. 우선, 2개의 O의 사이의 수소 원자를 n-부틸리튬, sec-부틸리튬 또는 t-부틸리튬 등으로 오르토메탈화한다. 이어서, 3염화붕소나 3브롬화붕소 등을 첨가하여, 리튬-붕소의 금속 교환을 행한 후, N,N-디이소프로필에틸아민 등의 브뢴스테드 염기를 첨가함으로써, 탠덤 보라 프리델 크래프츠 반응시켜, 목적물을 얻을 수 있다. 제2 반응에서는 반응을 촉진시키기 위해 3염화알루미늄 등의 루이스산을 첨가해도 된다.

[화학식 85]

상기 스킴에서는, 오르토메탈화에 의해 원하는 위치에 리튬을 도입하였는데, 하기 스킴(2)과 같이 리튬을 도입하고 싶은 위치에 브롬 원자 등을 도입하고, 할로겐-메탈 교환에 의해서도 원하는 위치에 리튬을 도입할 수 있다.

[화학식 86]

할로겐 또는 중수소로 치환된 화합물을 얻기 위해서는, 이들 기를 미리 중간체에 도입해 두어도 되고, 제2 반응 이후에 이들 기를 도입해도 된다.

전술한 합성법을 적절히 선택하고, 사용하는 원료도 적절히 선택함으로써, 원하는 위치에 치환기를 가지며, 식(1)로 나타내어지는 화합물을 합성할 수 있다.

1-1-2. 식(ii)로 나타내어지는 화합물

또한, 분자 중에 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 호스트 화합물로서, 하기 식(ii)로 나타내어지는 화합물도 사용할 수 있다.

[화학식 87]

식(ii) 중, A환, B환 및 C환은 각각 독립적으로 아릴환 또는 헤테로아릴환이며, 이들 환에서의 적어도 하나의 수소는 치환되어 있어도 된다. A환, B환 및 C환의 수소가 치환되어도 되는 치환기의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R¹¹에서의 치환기의 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다.

Y¹은 B이며, X¹, X² 및 X³은 각각 독립적으로 >O, >N-R, >CR₂, 또는 >S이며, X¹~X³ 중 적어도 2개는 >O이다. N-R의 R 및 >CR₂의 R은 치환되어 있어도 되는 아릴, 치환되어 있어도 되는 헤테로아릴 또는 알킬이며, 또한 >N-R의 R은 연결기 또는 단결합에 의해 A환, B환 및 C환 중 적어도 하나와 결합하고 있어도 된다.

식(ii)로 나타내어지는 화합물 또는 구조에서의 적어도 하나의 수소는, 상기 치환기 이외에, 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.

식(ii)로 나타내어지는 화합물은, 하기 식(2)로 나타내어지는 화합물인 것이 바람직하다.

[화학식 88]

식(2)에서, R¹~R⁶, R⁹~R¹¹은, 각각 독립적으로, 수소, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시이다. 이들 기 중 수소 이외는, a환~c환에 대응하는 벤젠환의 수소와 치환되는 치환기이며, 상기 「제1 치환기」에 상당한다. 제1 치환기의 적어도 하나의 수소는 제2 치환기로서의 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 치환되어 있어도 된다. 제1 치환기 및 제2 치환기의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R⁶, R⁹~R¹¹에서의 제1 치환기 및 제2 치환기에 대한 대응하는 기재를 참조할 수 있다.

상기 식(2)에서, R¹~R⁶, R⁹~R¹¹ 중 인접하는 기끼리는 서로 결합하여 a환, b환 또는 c환과 함께 아릴환 또는 헤테로아릴환을 형성하고 있어도 된다. 인접하는 기, 인접하는 기끼리가 서로 결합하여 a환, b환 또는 c환과 함께 형성하는 아릴환 또는 헤테로아릴환, 및 이들 환의 수소가 치환되어도 되는 치환기의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 식(1)에서의 대응하는 기재를 참조할 수 있다.

X¹~X³은, 각각 독립적으로 >O, >N-R, >S, 또는 >CR₂이며, X¹~X³에서의 적어도 2개는 >O이다. X¹~X³ 중에서 >O인 것은 2개여도 되고 3개여도 되는데, 3개인 것이 바람직하다. 즉, X¹~X³은 모두 >O인 것이 바람직하다.

>N-R의 R 및 >CR₂의 R은, 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬이며, 나아가, 이들 기에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 치환되어 있어도 된다. R에서의 아릴, 헤테로아릴 및 알킬의 바람직한 범위와 구체예에 대해서는 식(1)의 R¹~R¹¹에서의 대응하는 기재를 참조할 수 있다. 식(2)로 나타내어지는 화합물의 분자 내에 R이 2개 이상 존재할 때, 복수의 R은 서로 동일해도 되고 달라도 된다.

식(2)로 나타내어지는 화합물은, 상기 부분 구조군A로부터 선택되는 적어도 하나의 구조를 분자 내에 포함하는 것이 바람직하고, R¹~R¹¹ 중 적어도 하나가 상기 식(1-a)~식(1-n) 중 어느 하나로 나타내어지는 기인 것도 바람직하다. 부분 구조군A, 식(1-a)~식(1-n)의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 식(1)에서의 부분 구조군A, 식(1-a)~식(1-n)에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다.

한편, 식(2)로 나타내어지는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는, 상기에서 예를 든 치환기 이외에, 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어도 된다. 할로겐은 불소, 염소, 브롬 또는 요오드이며, 바람직하게는 불소, 염소 또는 브롬, 더 바람직하게는 불소이다.

이하에 상기 식(2)의 구체적인 구조를 나타낸다.

[화학식 89]

[화학식 90]

[화학식 91]

1-1-3. 식(iii)로 나타내어지는 화합물

또한, 분자 중에 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 호스트 화합물로서, 하기 식(iii)로 나타내어지는 화합물도 사용할 수 있다.

[화학식 92]

식(iii) 중, A환, B환, C환 및 D환은, 각각 독립적으로 아릴환 또는 헤테로아릴환이며, 이들 환에서의 적어도 하나의 수소는 치환되어 있어도 된다. A환, B환, C환 및 D환의 수소가 치환되어도 되는 치환기의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R¹¹에서의 치환기에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다.

R¹ 및 R²는, 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1~6의 알킬, 탄소수 6~12의 아릴, 탄소수 2~15의 헤테로아릴, 디아릴아미노(단, 아릴은 탄소수 6~12의 아릴), 디헤테로아릴아미노(단, 헤테로아릴은 탄소수 2~15의 헤테로아릴) 또는 아릴헤테로아릴아미노(단, 아릴은 탄소수 6~12의 아릴, 헤테로아릴은 탄소수 2~15의 헤테로아릴)이다.

식(iii)로 나타내어지는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는, 상기 치환기 이외에, 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.

식(iii)로 나타내어지는 화합물은, 하기 식(3)으로 나타내어지는 화합물인 것이 바람직하다.

[화학식 93]

식(3)에서, R¹~R¹⁴는 각각 독립적으로 수소, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시, 아릴옥시, 헤테로아릴옥시, 아릴티오, 헤테로아릴티오 또는 알킬 치환 실릴이다. 이들 기 중 수소 이외는, a환~d환에 대응하는 벤젠환의 수소와 치환되는 치환기이며, 상기 「제1 치환기」에 상당한다. 제1 치환기에서의 적어도 하나의 수소는 제2 치환기로서의 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 치환되어 있어도 된다.

식(3)에서, R⁵~R⁷ 및 R¹⁰~R¹² 중 인접하는 기끼리는 서로 결합하여 b환 또는 d환과 함께 아릴환 또는 헤테로아릴환을 형성하고 있어도 된다. 인접하는 기의 설명, 인접하는 기끼리가 서로 결합하여 b환 또는 d환과 함께 형성하는 아릴환 또는 헤테로아릴환의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 식(1)에서의 대응하는 기재를 참조할 수 있다.

상기 인접하는 기끼리가 서로 결합하여 b환 또는 d환과 함께 형성한 환에서의 적어도 하나의 수소는, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시, 아릴옥시, 헤테로아릴옥시, 아릴티오, 헤테로아릴티오 또는 알킬 치환 실릴로 치환되어 있어도 된다. 이들 기는, 형성된 환의 수소와 치환되는 치환기이며, 상기 「제1 치환기」에 상당한다. 또한, 제1 치환기에서의 적어도 하나의 수소는 제2 치환기로서의 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 치환되어 있어도 된다.

제1 치환기로서의 아릴, 및 디아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 아릴옥시 및 아릴티오에서의 아릴의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R¹¹에서의, 제1 치환기로서의 아릴에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있고, 제2 치환기로서의 아릴의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는 식(1)의 R¹~R¹¹에서의, 제2 치환기로서의 아릴에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다. 제1 치환기로서의 헤테로아릴, 및 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 헤테로아릴옥시 및 헤테로아릴티오에서의 헤테로아릴의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는 식(1)의 R¹~R¹¹에서의, 제1 치환기로서의 헤테로아릴에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있고, 제2 치환기로서의 헤테로아릴의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는 식(1)의 R¹~R¹¹에서의, 제2 치환기로서의 헤테로아릴에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다. 제1 치환기로서의 알킬 및 시클로알킬, 및, 알킬 치환 실릴에서의 알킬의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R¹¹에서의, 제1 치환기로서의 알킬 및 시클로알킬에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있고, 제2 치환기로서의 알킬의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는 식(1)의 R¹~R¹¹에서의, 제2 치환기로서의 알킬에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다. 제1 치환기로서의 알콕시의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는 식(1)의 R¹~R¹¹에서의, 제1 치환기로서의 알콕시에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다.

식(3)으로 나타내어지는 화합물은, 상기 부분 구조군A로부터 선택되는 적어도 하나의 구조를 분자 내에 포함하는 것이 바람직하고, R¹~R¹⁴ 중 적어도 하나가 상기 식(1-a)~식(1-n) 중 어느 하나로 나타내어지는 기인 것도 바람직하다. 부분 구조군A, 식(1-a)~식(1-n)의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 식(1)에서의 부분 구조군A, 식(1-a)~식(1-n)에 대한 설명과 바람직한 범위, 구체예를 참조할 수 있다.

한편, 식(3)으로 나타내어지는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는, 상기에서 든 치환기 이외에, 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어도 된다. 할로겐은 불소, 염소, 브롬 또는 요오드이며, 바람직하게는 불소, 염소 또는 브롬, 더 바람직하게는 불소이다.

이하에 식(3)으로 나타내어지는 화합물의 구체예를 나타낸다. 하기 식에서, Me는 메틸을 나타내고, ^tBu는 t-부틸을 나타내며, Ph는 페닐을 나타낸다.

[화학식 94]

[화학식 95]

[화학식 96]

[화학식 97]

[화학식 98]

[화학식 99]

[화학식 100]

[화학식 101]

제1 성분으로서 사용하는 호스트 화합물은 하기 식(1-1), 식(2-1), 식(2-2) 또는 식(3-1)로 나타내어지는 구조를 포함하는 화합물인 것도 바람직하다.

[화학식 102]

식(1-1), 식(2-1), 식(2-2) 또는 식(3-1)로 나타내어지는 구조의 적어도 하나의 수소는, 각각 독립적으로 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어도 된다. 이들 기 중 수소 이외는, 각 구조에서의 수소와 치환되는 치환기이며, 상기 「제1 치환기」에 상당한다. 이들 제1 치환기의 적어도 하나의 수소는 제2 치환기로서의 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 치환되어 있어도 된다. 제1 치환기 및 제2 치환기의 설명과 바람직한 범위, 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R¹¹에서의 제1 치환기 및 제2 치환기에 대한 대응하는 기재를 참조할 수 있다.

1-2. 열 활성화형 지연 형광체( 어시스팅 도펀트 )

본 발명에서는, 발광층의 제2 성분으로서, 열 활성화형 지연 형광체(TADF 화합물)를 사용한다.

열 활성화형 지연 형광체는 붕소(전자 공여성)와 질소(전자 구인성)의 다중 공명 효과를 이용함으로써, 6개의 탄소로 이루어지는 벤젠환 상의 3개의 탄소에 HOMO를, 나머지 3개의 탄소에 LUMO를 국재화시켜, 효율적인 역항간 교차가 일어나도록 디자인된 다중 공명 효과(MRE)형 TADF 화합물인 것이 바람직하고, 나아가 치환기를 도입하여 평면성을 감소시킨 MRE형 TADF 화합물인 것이 보다 바람직하다.

MRE형 TADF 화합물로서, 하기 식(AD11), 식(AD12), 식(AD13), 식(AD21) 또는 식(AD22)로 나타내어지는 구조를 포함하는 화합물을 들 수 있다.

[화학식 103]

식(AD11), 식(AD12) 및 식(AD13)에서, R⁷ 및 R⁸은 탄소수 1~6의 알킬이다. R⁷에서의 탄소수 1~6의 알킬은, 직쇄상, 분지상 및 환상의 어느 것이어도 된다.

식(AD11), 식(AD12), 식(AD13), 식(AD21) 또는 식(AD22)로 나타내어지는 구조에서의 적어도 하나의 수소는, 각각 독립적으로 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어도 되고, 이들은 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 된다. 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시의 바람직한 범위와 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R¹¹에서의 대응하는 기재를 참조할 수 있다.

이하, 발광층의 제2 성분으로서 사용되는 식(AD11), 식(AD12) 및 식(AD13)에 대해, (i) 다중 공명 효과를 조절하는 원소를 적절한 위치에 도입하고, (ii) 분자를 일그러지게 하여 평면성을 감소시키기 위해 적절한 위치에 치환기를 도입한다고 하는, 2개의 접근법을 적절하게 조합함으로써, 화합물에서 짧은 지연 형광 수명을 실현하였다. 특히, 전술한 (ii)에 관해서는, 구체적으로는, Z¹ 또는 R⁸로의 특정 치환기의 도입에 의해 분자가 일그러지고, 이에 따라 일중항 및 삼중항의 궤도도 함께 일그러진다. 이 궤도의 일그러짐은 보다 큰 스핀 궤도 상호작용으로 이어진다. 구체적으로는, 다음 구조식의 화합물을 들 수 있다. 하기 식에서 Me는 메틸을 나타내고, t-Bu는 t-부틸을 나타낸다.

[화학식 104]

[화학식 105]

[화학식 106]

[화학식 107]

[화학식 108]

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[화학식 141]

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[화학식 148]

[화학식 149]

[화학식 150]

[화학식 151]

[화학식 152]

[화학식 153]

[화학식 154]

[화학식 155]

[화학식 156]

[화학식 157]

이하, 발광층의 제2 성분으로서 사용되는 식(AD21) 및 식(AD22)에 대해, (i) 다중 공명 효과를 조절하는 원소를 적절한 위치에 도입함으로써, 화합물에서 짧은 지연 형광 수명을 실현하였다. 전술한 (i)에 관해서는, 본 발명의 일반식(AD21) 및 식(AD22)로 나타내어지는 다환 방향족 화합물은, >O 및 >N-R의 적절한 도입에 의해, 분자의 다중 공명 효과가 영향을 받는다. 구체적으로는, 다음 구조식의 화합물을 들 수 있다. 하기 식에서, Me는 메틸을 나타내고, t-Bu는 t-부틸을 나타낸다.

[화학식 158]

[화학식 159]

[화학식 160]

상기 각 식으로 나타내는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는, 탄소수 1~6의 알킬, 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 되고, 식 중의 R¹⁰⁰은 각각 독립적으로, 탄소수 6~10의 아릴, 카르바졸릴, 디아릴아미노(단, 아릴은 탄소수 6~10의 아릴), 디헤테로아릴아미노(단, 헤테로아릴은 탄소수 2~15의 헤테로아릴), 아릴헤테로아릴아미노(단, 아릴은 탄소수 6~12의 아릴, 헤테로아릴은 탄소수 2~15의 헤테로아릴), 탄소수 1~6의 알킬, 탄소수 3~10의 시클로알킬, 또는 탄소수 6~10의 아릴옥시이며, 상기 아릴은 탄소수 1~6의 알킬로 치환되어도 되고, 상기 카르바졸릴은 탄소수 6~10의 아릴 또는 탄소수 1~6의 알킬로 치환되어도 된다.

R¹⁰⁰의 구조의 입체 장애성, 전자 공여성 및 전자 흡인성에 의해 발광 파장을 조정할 수 있고, 바람직하게는 이하의 식으로 나타내는 기이며, 보다 바람직하게는, 메틸, t-부틸, 페닐, o-톨릴, p-톨릴, 2,4-크실릴, 2,5-크실릴, 2,6-크실릴, 2,4,6-메시틸, 디페닐아미노, 디-p-톨릴아미노, 비스(p-(t-부틸)페닐)아미노, 카르바졸릴, 3,6-디메틸카르바졸릴, 3,6-디-t-부틸카르바졸릴 및 페녹시이며, 보다 더 바람직하게는 메틸, t-부틸, 페닐, o-톨릴, 2,6-크실릴, 2,4,6-메시틸, 디페닐아미노, 디-p-톨릴아미노, 비스(p-(t-부틸)페닐)아미노, 카르바졸릴, 3,6-디메틸카르바졸릴 및 3,6-디-t-부틸카르바졸릴이다. 합성의 용이함의 관점에서는, 입체 장애가 큰 쪽이 선택적인 합성을 위해 바람직하고, 구체적으로는 t-부틸, o-톨릴, p-톨릴, 2,4-크실릴, 2,5-크실릴, 2,6-크실릴, 2,4,6-메시틸, 디-p-톨릴아미노, 비스(p-(t-부틸)페닐)아미노, 3,6-디메틸카르바졸릴 및 3,6-디-t-부틸카르바졸릴이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 열 활성화형 지연 형광체(TADF 화합물)는, 도너라고 불리는 전자 공여성의 치환기와 억셉터라고 불리는 전자 수용성의 치환기를 사용하여 분자 내의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)와 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)를 국재화시켜, 효율적인 역항간 교차(reverse intersystem crossing)가 일어나도록 디자인된, 도너-억셉터형 TADF 화합물(D-A형 TADF 화합물)인 것도 바람직하다.

여기서, 본 명세서 중에서 「전자 공여성의 치환기」(도너)란, TADF 화합물 분자 중에서 HOMO 궤도가 국재화된 치환기 및 부분 구조를 의미하고, 「전자 수용성의 치환기」(억셉터)란, TADF 화합물 분자 중에서 LUMO 궤도가 국재화된 치환기 및 부분 구조를 의미하는 것으로 한다.

일반적으로, 도너나 억셉터를 사용한 TADF 화합물은, 구조에 기인하여 스핀 궤도 결합(SOC: Spin Orbit Coupling)이 크고, 또한 HOMO와 LUMO의 교환 상호작용이 작아 ΔE(ST)가 작기 때문에, 매우 빠른 역항간 교차 속도가 얻어진다. 한편, 도너나 억셉터를 사용한 TADF 화합물은, 여기 상태에서의 구조 완화가 크게 되어(어떤 분자에서는, 기저 상태와 여기 상태에서 안정 구조가 다르기 때문에, 외부자극에 의해 기저 상태로부터 여기 상태로의 변환이 일어나면, 그 후, 여기 상태에서의 안정 구조로 구조가 변화함), 폭넓은 발광 스펙트럼을 주기 때문에, 발광 재료로서 사용하면 색 순도를 저하시킬 가능성이 있다.

본 발명의 열 활성화형 지연 형광체(TADF 화합물)로서, 예를 들면 도너 및 억셉터가 스페이서를 통해 결합하고 있는 D-A형 TADF 화합물을 사용할 수 있다. D-A형 TADF 화합물로서, 하기 식(AD31)로 나타내어지는 화합물을 들 수 있다. 식(AD31)에서, 괄호로 묶인 구조는 도너에 대응하고, Q가 나타내는 기는 억셉터에 상당하며, 괄호로 묶인 구조와 Q를 연결하는 페닐렌기는 스페이서에 상당한다.

[화학식 161]

식(AD31) 중, M은, 각각 독립적으로 단결합, -O-, >N-Ar 및 >CAr₂ 중 적어도 하나이며, Ar은 아릴이다. 아릴의 바람직한 범위와 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R¹¹에서의 아릴의 바람직한 범위와 구체예를 참조할 수 있다. N의 결합손은 페닐렌기의 치환 가능한 위치 중의 어느 하나에 결합한다.

Q는 하기 식(Q1)~식(Q26)의 어느 하나로 나타내어지는 기이다.

n은 1~5의 정수이며, 2~5의 정수인 것이 바람직하고, 4~5의 정수인 것이 보다 바람직하다.

식(AD31)에서의 수소는, 각각 독립적으로, 탄소수 6~18의 아릴, 탄소수 6~18의 헤테로아릴, 탄소수 1~6의 알킬 및 탄소수 3~12의 시클로알킬로 치환되어도 된다. 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 시클로알킬의 바람직한 범위와 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R¹¹에서의 대응하는 기재를 참조할 수 있다.

또한, 식(AD31)로 나타내어지는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는, 상기 치환기 이외에, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.

[화학식 162]

식(Q1)~식(Q26) 중 파선은 결합 위치를 나타낸다.

또한, 제2 성분에 사용하는 D-A형 TADF 화합물로서, 하기 식(AD3101)~식(AD3118) 중 어느 하나로 나타내어지는 구조를 포함하는 화합물도 들 수 있다.

[화학식 163]

식(AD3101)~식(AD3118)로 나타내어지는 구조에서의 적어도 하나의 수소는, 각각 독립적으로, 탄소수 6~18의 아릴, 탄소수 6~18의 헤테로아릴, 탄소수 1~6의 알킬 및 탄소수 3~12의 시클로알킬로 치환되어도 된다. 아릴, 헤테로아릴, 알킬, 시클로알킬의 바람직한 범위와 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R¹¹에서의 대응하는 기재를 참조할 수 있다.

나아가, 본 발명의 열 활성화형 지연 형광체에 사용되는 도너성 및 억셉터성의 구조로서는, 예를 들면, Chemistry of Materials, 2017, 29, 1946-1963에 기재된 구조를 사용할 수 있다. 도너성 구조로서는, 카르바졸, 디메틸카르바졸, 디-tert-부틸카르바졸, 디메톡시카르바졸, 테트라메틸카르바졸, 벤조플루오로카르바졸, 벤조티에노카르바졸, 페닐디히드로인돌로카르바졸, 페닐비카르바졸, 비카르바졸, 터카르바졸, 디페닐카르바졸릴아민, 테트라페닐카르바졸릴디아민, 페녹사진, 디히드로페나진, 페노티아진, 디메틸디히드로아크리딘, 디페닐아민, 비스(tert-부틸페닐)아민, (디페닐아미노)페닐)디페닐벤젠디아민, 디메틸테트라페닐디히드로아크리딘디아민, 테트라메틸-디히드로인데노아크리딘 및 디페닐디히드로디벤조아자실린 등을 들 수 있다. 억셉터성의 구조로서는, 설포닐디벤젠, 벤조페논, 페닐렌비스(페닐메타논), 벤조니트릴, 이소니코티노니트릴, 프탈로니트릴, 이소프탈로니트릴, 파라프탈로니트릴, 벤젠트리카르보니트릴, 트리아졸, 옥사졸, 티아디아졸, 벤조티아졸, 벤조비스(티아졸), 벤조옥사졸, 벤조비스(옥사졸), 퀴놀린, 벤조이미다졸, 디벤조퀴녹살린, 헵타아자페날렌, 티옥산톤디옥사이드, 디메틸안트라세논, 안트라센디온, 시클로헵타비피리딘, 플루오렌디카르보니트릴, 트리페닐트리아진, 피라진디카르보니트릴, 피리미딘, 페닐피리미딘, 메틸피리미딘, 피리딘디카르보니트릴, 디벤조퀴녹살린디카르보니트릴, 비스(페닐설포닐)벤젠, 디메틸티옥산텐 디옥사이드, 티안트렌 테트라옥사이드 및 트리스(디메틸페닐)보란을 들 수 있다. 특히, 본 발명의 열 활성화형 지연 형광을 갖는 화합물은, 부분 구조로서, 카르바졸, 페녹사진, 아크리딘, 트리아진, 피리미딘, 피라진, 티옥산텐, 벤조니트릴, 프탈로니트릴, 이소프탈로니트릴, 디페닐설폰, 트리아졸, 옥사디아졸, 티아디아졸 및 벤조페논을 적어도 하나 갖는 화합물인 것이 바람직하다.

이하에 제2 성분(열 활성화형 지연 형광체)으로서 사용할 수 있는 화합물을 예시한다. 하기 식에서, Me는 메틸을 나타내고, t-Bu는 t-부틸을 나타내며, Ph는 페닐을 나타내고, 파선은 결합 위치를 나타낸다.

[화학식 164]

[화학식 165]

[화학식 166]

[화학식 167]

[화학식 168]

[화학식 169]

[화학식 170]

[화학식 171]

[화학식 172]

[화학식 173]

[화학식 174]

[화학식 175]

[화학식 176]

[화학식 177]

[화학식 178]

[화학식 179]

[화학식 180]

[화학식 181]

[화학식 182]

나아가, 열 활성화형 지연 형광체로서, 하기 식(AD1), 식(AD2) 및 식(AD3) 중 어느 하나로 나타내어지는 화합물도 사용할 수 있다.

[화학식 183]

식(AD1)~식(AD3) 중,

M은, 각각 독립적으로, 단결합, -O-, >N-Ar 또는 >CAr₂이며, 형성하는 부분 구조의 HOMO의 깊이 및 여기 일중항 에너지 준위 및 여기 삼중항 에너지 준위의 높이의 관점에서, 바람직하게는 단결합, -O- 또는 >N-Ar이다. J는 도너성의 부분 구조와 억셉터성의 부분 구조를 나누는 스페이서 구조이며, 각각 독립적으로, 탄소수 6~18의 아릴렌이며, 도너성의 부분 구조와 억셉터성의 부분 구조로부터 나오는 공액의 크기의 관점에서, 탄소수 6~12의 아릴렌이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 페닐렌, 메틸페닐렌 및 디메틸페닐렌을 들 수 있다. Q는 각각 독립적으로, =C(-H)- 또는 =N-이며, 형성하는 부분 구조의 LUMO의 얕음 및 여기 일중항 에너지 준위 및 여기 삼중항 에너지 준위의 높이의 관점에서, 바람직하게는 =N-이다. Ar은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 6~24의 아릴, 탄소수 2~24의 헤테로아릴, 탄소수 1~12의 알킬 및 탄소수 3~18의 시클로알킬이며, 형성하는 부분 구조의 HOMO의 깊이 및 여기 일중항 에너지 준위 및 여기 삼중항 에너지 준위의 높이의 관점에서 바람직하게는 수소, 탄소수 6~12의 아릴, 탄소수 2~14의 헤테로아릴, 탄소수 1~4의 알킬 및 탄소수 6~10의 시클로알킬이며, 보다 바람직하게는 수소, 페닐, 톨릴, 크실릴, 메시틸, 비페닐, 피리딜, 비피리딜, 트리아질, 카르바졸릴, 디메틸카르바졸릴, 디-tert-부틸카르바졸릴, 벤조이미다졸 및 페닐벤조이미다졸이며, 보다 바람직하게는 수소, 페닐 및 카르바졸릴이다. m은 1 또는 2이다. n은 2~(6-m)의 정수이며, 입체 장애의 관점에서, 바람직하게는 4~(6-m)의 정수이다. 나아가, 상기 각 식으로 나타내어지는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.

본 발명의 발광층의 제2 성분으로 사용하는 화합물은, 보다 구체적으로 말하면, 4CzBN, 4CzBN-Ph, 5CzBN, 3Cz2DPhCzBN, 4CzIPN, 2PXZ-TAZ, Cz-TRZ3, BDPCC-TPTA, MA-TA, PA-TA, FA-TA, PXZ-TRZ, DMAC-TRZ, BCzT, DCzTrz, DDCzTRz, spiroAC-TRZ, Ac-HPM, Ac-PPM, Ac-MPM, TCzTrz, TmCzTrz 및 DCzmCzTrz인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 발광층의 제2 성분으로서 사용하는 화합물은 열 활성화형 지연 형광체이며, 그 발광 스펙트럼이 에미팅 도펀트의 흡수 피크와 적어도 일부 겹치는 화합물인 것이 바람직하다.

본 발명의 발광층의 제2 성분으로서 사용하는 화합물로서는, 삼중항으로부터 일중항으로의 빠른 역항간 교차 속도의 관점에서, MRE형 TADF 화합물보다 D-A형 TADF 화합물인 것이 바람직하다.

1-3. 형광체( 에미팅 도펀트 )

본 발명에서는, 발광층의 제3 성분으로서 형광체를 사용한다.

본 발명의 제3 성분으로는, 특별히 한정되는 것이 아니며, 이미 알려진 화합물을 사용할 수 있고, 원하는 발광색에 따라 다양한 재료 중에서 선택할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 페난트렌, 안트라센, 피렌, 테트라센, 펜타센, 페릴렌, 나프토피렌, 디벤조피렌, 루브렌 및 크리센 등의 축합환 유도체, 벤조옥사졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 벤조트리아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 티아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 트리아졸 유도체, 피라졸린 유도체, 스틸벤 유도체, 티오펜 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 시클로펜타디엔 유도체, 비스스티릴안트라센 유도체나 디스티릴벤젠 유도체 등의 비스스티릴 유도체(일본특허공개 평1-245087호 공보), 비스스티릴아릴렌 유도체(일본특허공개 평2-247278호 공보), 디아자인다센 유도체, 푸란 유도체, 벤조푸란 유도체, 페닐이소벤조푸란, 디메시틸이소벤조푸란, 디(2-메틸페닐)이소벤조푸란, 디(2-트리플루오로메틸페닐)이소벤조푸란, 페닐이소벤조푸란 등의 이소벤조푸란 유도체, 디벤조푸란 유도체, 7-디알킬아미노쿠마린 유도체, 7-피페리디노쿠마린 유도체, 7-히드록시쿠마린 유도체, 7-메톡시쿠마린 유도체, 7-아세톡시쿠마린 유도체, 3-벤조티아졸릴 쿠마린 유도체, 3-벤조이미다졸릴 쿠마린 유도체, 3-벤조옥사졸릴 쿠마린 유도체 등의 쿠마린 유도체, 디시아노메틸렌피란 유도체, 디시아노메틸렌티오피란 유도체, 폴리메틴 유도체, 시아닌 유도체, 옥소벤조안트라센 유도체, 크산텐 유도체, 로다민 유도체, 플루오레세인 유도체, 피릴륨 유도체, 카르보스티릴 유도체, 아크리딘 유도체, 옥사진 유도체, 페닐렌옥사이드 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 퀴나졸린 유도체, 피롤로피리딘 유도체, 푸로피리딘 유도체, 1,2,5-티아디아졸로피렌 유도체, 피로메텐 유도체, 페리논 유도체, 피롤로피롤 유도체, 스쿠아릴륨 유도체, 비올란트론 유도체, 페나진 유도체, 아크리돈 유도체, 데아자플라빈 유도체, 플루오렌 유도체 및 벤조플루오렌 유도체 등을 들 수 있다.

발색광별로 예시하면, 청~청록색 도펀트 재료로서는, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 피렌, 트리페닐렌, 페릴렌, 플루오렌, 인덴, 크리센 등의 방향족 탄화수소 화합물이나 그 유도체, 푸란, 피롤, 티오펜, 실롤, 9-실라플루오렌, 9,9'-스피로비실라플루오렌, 벤조티오펜, 벤조푸란, 인돌, 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 이미다조피리딘, 페난트롤린, 피라진, 나프티리딘, 퀴녹살린, 피롤로피리딘, 티옥산텐 등의 방향족 복소환 화합물이나 그 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 스틸벤 유도체, 알다진 유도체, 쿠마린 유도체, 이미다졸, 티아졸, 티아디아졸, 카르바졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 트리아졸 등의 아졸 유도체 및 그 금속 착체 및 N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-4,4'-디페닐-1,1'-디아민으로 대표되는 방향족 아민 유도체 등을 들 수 있다.

또한, 녹~황색 도펀트 재료로서는, 쿠마린 유도체, 프탈이미드 유도체, 나프탈이미드 유도체, 페리논 유도체, 피롤로피롤 유도체, 시클로펜타디엔 유도체, 아크리돈 유도체, 퀴나크리돈 유도체 및 루브렌 등의 나프타센 유도체 등을 들 수 있고, 나아가 상기 청~청록색 도펀트 재료로서 예시한 화합물에, 아릴, 헤테로아릴, 아릴비닐, 아미노, 시아노 등 장파장화를 가능하게 하는 치환기를 도입한 화합물도 바람직한 예로 들 수 있다.

나아가, 주황~적색 도펀트 재료로서는, 비스(디이소프로필페닐)페릴렌 테트라카르복실산이미드 등의 나프탈이미드 유도체, 페리논 유도체, 아세틸아세톤이나 벤조일아세톤과 페난트롤린 등을 배위자로 하는 Eu 착체 등의 희토류 착체, 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(p-디메틸아미노스티릴)-4H-피란이나 그 유연체, 마그네슘 프탈로시아닌, 알루미늄 클로로프탈로시아닌 등의 금속 프탈로시아닌 유도체, 로다민 화합물, 데아자플라빈 유도체, 쿠마린 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 페녹사진 유도체, 옥사진 유도체, 퀴나졸린 유도체, 피롤로피리딘 유도체, 스쿠아릴륨 유도체, 비올란트론 유도체, 페나진 유도체, 페녹사존 유도체 및 티아디아졸로피렌 유도체 등을 들 수 있고, 더욱이 상기 청~청록색 및 녹~황색 도펀트 재료로서 예시한 화합물에, 아릴, 헤테로아릴, 아릴비닐, 아미노, 시아노 등 장파장화를 가능하게 하는 치환기를 도입한 화합물도 바람직한 예로 들 수 있다.

그 밖에, 제3 성분으로서는, 화학공업 2004년 6월호 13페이지, 및 여기에 게재된 참고문헌 등에 기재된 화합물 등 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

스틸벤 구조를 갖는 아민은 예를 들면, 하기 식으로 나타내어진다.

[화학식 184]

해당 식 중, Ar¹은 탄소수 6~30의 아릴로부터 유래하는 m가의 기이며, Ar² 및 Ar³은 각각 독립적으로 탄소수 6~30의 아릴인데, Ar¹~Ar³ 중 적어도 하나는 스틸벤 구조를 가지며, Ar¹~Ar³은 치환되어 있어도 되고, 그리고 m은 1~4의 정수이다.

스틸벤 구조를 갖는 아민은 하기 식으로 나타내어지는 디아미노스틸벤이 보다 바람직하다.

[화학식 185]

해당 식 중, Ar² 및 Ar³은, 각각 독립적으로 탄소수 6~30의 아릴이며, Ar² 및 Ar³은 치환되어 있어도 된다.

탄소수 6~30의 아릴의 구체예는, 벤젠, 나프탈렌, 아세나프틸렌, 플루오렌, 페날렌, 페난트렌, 안트라센, 플루오란텐, 트리페닐렌, 피렌, 크리센, 나프타센, 페릴렌, 스틸벤, 디스티릴벤젠, 디스티릴비페닐, 디스티릴플루오렌 등을 들 수 있다.

스틸벤 구조를 갖는 아민의 구체예는, N,N,N',N'-테트라(4-비페닐릴)-4,4'-디아미노스틸벤, N,N,N',N'-테트라(1-나프틸)-4,4'-디아미노스틸벤, N,N,N',N'-테트라(2-나프틸)-4,4'-디아미노스틸벤, N,N'-디(2-나프틸)-N,N'-디페닐-4,4'-디아미노스틸벤, N,N'-디(9-페난트릴)-N,N'-디페닐-4,4'-디아미노스틸벤, 4,4'-비스[4"-비스(디페닐아미노)스티릴]-비페닐, 1,4-비스[4'-비스(디페닐아미노)스티릴]-벤젠, 2,7-비스[4'-비스(디페닐아미노)스티릴]-9,9-디메틸플루오렌, 4,4'-비스(9-에틸-3-카르바조비닐렌)-비페닐, 4,4'-비스(9-페닐-3-카르바조비닐렌)-비페닐 등을 들 수 있다.

또한, 일본특허공개 제2003-347056호 공보, 및 일본특허공개 제2001-307884호 공보 등에 기재된 스틸벤 구조를 갖는 아민을 사용해도 된다.

페릴렌 유도체로서는, 예를 들면, 3,10-비스(2,6-디메틸페닐)페릴렌, 3,10-비스(2,4,6-트리메틸페닐)페릴렌, 3,10-디페닐페릴렌, 3,4-디페닐페릴렌, 2,5,8,11-테트라-t-부틸페릴렌, 3,4,9,10-테트라페닐페릴렌, 3-(1'-피레닐)-8,11-디(t-부틸)페릴렌, 3-(9'-안트릴)-8,11-디(t-부틸)페릴렌, 3,3'-비스(8,11-디(t-부틸)페릴레닐) 등을 들 수 있다.

또한, 일본특허공개 평11-97178호 공보, 일본특허공개 제2000-133457호 공보, 일본특허공개 제2000-26324호 공보, 일본특허공개 제2001-267079호 공보, 일본특허공개 제2001-267078호 공보, 일본특허공개 제2001-267076호 공보, 일본 일본특허공개 제2000-34234호 공보, 일본특허공개 제2001-267075호 공보, 및 일본특허공개 제2001-217077호 공보 등에 기재된 페릴렌 유도체를 사용해도 된다.

또한, 본 발명의 제3 성분으로서 사용되는 화합물로서, 붕소 원자를 포함하는 화합물을 들 수 있고, 예를 들면, 보란 유도체, 디옥사보라나프토안트라센(DOBNA) 유도체 및 그의 다량체, 디아자보라나프토안트라센(DABNA) 유도체 및 그의 다량체, 옥사아자보라나프토안트라센(OABNA) 유도체 및 그의 다량체, 옥사보라나프토안트라센(OBNA) 유도체 및 그의 다량체, 아자보라나프토안트라센(ABNA) 유도체 및 그의 다량체, 트리옥사보라디벤조피렌 유도체 및 그의 다량체, 디옥사아자보라벤조피렌 유도체 및 그의 다량체, 옥사디아자보라벤조피렌 유도체 및 그의 다량체 등을 들 수 있다.

보란 유도체로서는, 예를 들면, 1,8-디페닐-10-(디메시틸보릴)안트라센, 9-페닐-10-(디메시틸보릴)안트라센, 4-(9'-안트릴)디메시틸보릴나프탈렌, 4- (10'-페닐-9'-안트릴)디메시틸보릴나프탈렌, 9-(디메시틸보릴)안트라센, 9-(4'-비페닐릴)-10-(디메시틸보릴)안트라센, 9-(4'-(N-카르바졸릴)페닐)-10-(디메시틸보릴)안트라센 등을 들 수 있다.

또한, 국제공개 제2000/40586호 팜플렛 등에 기재된 보란 유도체를 사용해도 된다.

방향족 아민 유도체는 예를 들면, 하기 식으로 표시된다.

[화학식 186]

해당 식 중, Ar⁴는 탄소수 6~30의 아릴로부터 유래하는 n가의 기이며, Ar⁵ 및 Ar⁶은 각각 독립적으로 탄소수 6~30의 아릴이며, Ar⁴~Ar⁶은 치환되어 있어도 되고, 그리고 n은 1~4의 정수이다.

특히, Ar⁴가 안트라센, 크리센, 플루오렌, 벤조플루오렌 또는 피렌으로부터 유래하는 2가의 기이며, Ar⁵ 및 Ar⁶이 각각 독립적으로 탄소수 6~30의 아릴이며, Ar⁴~Ar⁶은 치환되어 있어도 되고, 그리고 n은 2인, 방향족 아민 유도체가 보다 바람직하다.

탄소수 6~30의 아릴의 구체예는 벤젠, 나프탈렌, 아세나프틸렌, 플루오렌, 페날렌, 페난트렌, 안트라센, 플루오란텐, 트리페닐렌, 피렌, 크리센, 나프타센, 페릴렌, 펜타센 등을 들 수 있다.

방향족 아민 유도체로서는, 크리센계로서는, 예를 들면, N,N,N',N'-테트라페닐크리센-6,12-디아민, N,N,N',N'-테트라(p-톨릴)크리센-6,12-디아민, N,N,N',N'-테트라(m-톨릴)크리센-6,12-디아민, N,N,N',N'-테트라키스(4-이소프로필페닐)크리센-6,12-디아민, N,N,N',N'-테트라(나프탈렌-2-일)크리센-6,12-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-디(p-톨릴)크리센-6,12-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-에틸페닐)크리센-6,12-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-에틸페닐)크리센-6,12-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-이소프로필페닐)크리센-6,12-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-t-부틸페닐)크리센-6,12-디아민, N,N'-비스(4-이소프로필페닐)-N,N'-디(p-톨릴)크리센-6,12-디아민 등을 들 수 있다.

또한, 피렌계로서는, 예를 들면, N,N,N',N'-테트라페닐피렌-1,6-디아민, N,N,N',N'-테트라(p-톨릴)피렌-1,6-디아민, N,N,N',N'-테트라(m-톨릴)피렌-1,6-디아민, N,N,N',N'-테트라키스(4-이소프로필페닐)피렌-1,6-디아민, N,N,N',N'-테트라키스(3,4-디메틸페닐)피렌-1,6-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-디(p-톨릴)피렌-1,6-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-에틸페닐)피렌-1,6-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-에틸페닐)피렌-1,6-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-이소프로필페닐)피렌-1,6-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-t-부틸페닐)피렌-1,6-디아민, N,N'-비스(4-이소프로필페닐)-N,N'-디(p-톨릴)피렌-1,6-디아민, N,N,N',N'-테트라키스(3,4-디메틸페닐)-3,8-디페닐피렌-1,6-디아민, N,N,N,N-테트라페닐피렌-1,8-디아민, N,N'-비스(비페닐-4-일)-N,N'-디페닐피렌-1,8-디아민, N¹,N⁶-디페닐-N¹,N⁶-비스-(4-트리메틸실라닐-페닐)-1H,8H-피렌-1,6-디아민 등을 들 수 있다.

예를 들면, 구체예로서는, 식(PYR1), 식(PYR2), 식(PYR3) 및 식(PYR4) 등을 들 수 있다.

[화학식 187]

또한, 안트라센계로서는, 예를 들면, N,N,N,N-테트라페닐안트라센-9,10-디아민, N,N,N',N'-테트라(p-톨릴)안트라센-9,10-디아민, N,N,N',N'-테트라(m-톨릴)안트라센-9,10-디아민, N,N,N',N'-테트라키스(4-이소프로필페닐)안트라센-9,10-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-디(p-톨릴)안트라센-9,10-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-디(m-톨릴)안트라센-9,10-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-에틸페닐)안트라센-9,10-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-에틸페닐)안트라센-9,10-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-이소프로필페닐)안트라센-9,10-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-t-부틸페닐)안트라센-9,10-디아민, N,N'-비스(4-이소프로필페닐)-N,N'-디(p-톨릴)안트라센-9,10-디아민, 2,6-디-t-부틸-N,N,N',N'-테트라(p-톨릴)안트라센-9,10-디아민, 2,6-디-t-부틸-N,N'-디페닐-N,N'-비스(4-이소프로필페닐)안트라센-9,10-디아민, 2,6-디-t-부틸-N,N'-비스(4-이소프로필페닐)-N,N'-디(p-톨릴)안트라센-9,10-디아민, 2,6-디시클로헥실-N,N'-비스(4-이소프로필페닐)-N,N'-디(p-톨릴)안트라센-9,10-디아민, 2,6-디시클로헥실-N,N'-비스(4-이소프로필페닐)-N,N'-비스(4-t-부틸페닐)안트라센-9,10-디아민, 9,10-비스(4-디페닐아미노-페닐)안트라센, 9,10-비스(4-디(1-나프틸아미노)페닐)안트라센, 9,10-비스(4-디(2-나프틸아미노)페닐)안트라센, 10-디-p-톨릴아미노-9-(4-디-p-톨릴아미노-1-나프틸)안트라센, 10-디페닐아미노-9-(4-디페닐아미노-1-나프틸)안트라센, 10-디페닐아미노-9-(6-디페닐아미노-2-나프틸)안트라센 등을 들 수 있다.

또한, 그 밖에는 [4-(4-디페닐아미노-페닐)나프탈렌-1-일]-디페닐아민, [6-(4-디페닐아미노-페닐)나프탈렌-2-일]-디페닐아민, 4,4'-비스[4-디페닐아미노나프탈렌-1-일]비페닐, 4,4'-비스[6-디페닐아미노나프탈렌-2-일]비페닐, 4,4"-비스[4-디페닐아미노나프탈렌-1-일]-p-터페닐, 4,4"-비스[6-디페닐아미노나프탈렌-2-일]-p-터페닐, 인데로카르바졸 유도체 등을 들 수 있다.

또한, 일본특허공개 제2006-156888호 공보 등에 기재된 방향족 아민 유도체를 사용해도 된다.

인데로카르바졸 유도체로서는, 하기 일반식(IDC1)로 나타내어지는 화합물이다. 구체적으로는, 하기 부분 구조(IDC11), (IDC12) 및 (IDC13)을 갖는 화합물을 들 수 있다. 하기 일반식(IDC1)에서의, Z는 각각 독립적으로, CR_A 또는 N이며, π1 및 π2는 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의 환 형성 탄소수 6~50의 방향족 탄화수소 또는 치환 또는 무치환의 환 형성 탄소수 5~50의 방향족 복소환이며, R_A, R_B 및 R_C는 수소 및 임의의 치환기이며, n 및 m은 각각 독립적으로 1~4의 정수이며, 인접하는 2개의 R_A, R_B 및 R_C는 서로 결합하여 치환 또는 무치환의 환 구조를 형성해도 된다. 보다 구체적으로는, 일반식(IDC121), (IDC131), (IDC132), (IDC133) 및 (IDC134) 등을 들 수 있다.

[화학식 188]

쿠마린 유도체로서는 쿠마린-6, 쿠마린-334 등을 들 수 있다.

또한, 일본특허공개 제2004-43646호 공보, 일본특허공개 제2001-76876호 공보, 및 일본특허공개 평6-298758호 공보 등에 기재된 쿠마린 유도체를 사용해도 된다.

피란 유도체로서는 하기 DCM, DCJTB 등을 들 수 있다.

[화학식 189]

또한, 일본특허공개 제2005-126399호 공보, 일본특허공개 제2005-097283호 공보, 일본특허공개 제2002-234892호 공보, 일본특허공개 제2001-220577호 공보, 일본특허공개 제2001-081090호 공보, 및 일본특허공개 제2001-052869호 공보 등에 기재된 피란 유도체를 사용해도 된다.

또한, 본 발명에서 사용하는 형광체는, 붕소 원자를 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 형광체로서 사용되는 붕소 원자를 갖는 화합물로서, 디옥사보라나프토안트라센(DOBNA) 유도체 및 그의 다량체, 디아자보라나프토안트라센(DABNA) 유도체 및 그의 다량체, 옥사아자보라나프토안트라센(OABNA) 유도체 및 그의 다량체, 옥사보라나프토안트라센(OBNA) 유도체 및 그의 다량체, 아자보라나프토안트라센(ABNA) 유도체 및 그의 다량체 등을 들 수 있다.

본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 상기 제3 성분으로서, 하기 일반식(ED1), 식(ED1') 및 식(ED2)로 나타내어지는 화합물을 적어도 하나 포함하는 것도 바람직하다.

[화학식 190]

(상기 일반식(ED1) 중,

R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹은 각각 독립적으로 수소, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시이며, 이들은 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되고, 또한 R¹~R³, R⁴~R⁶ 및 R⁹~R¹¹ 중 인접하는 기끼리가 결합하여 a환, b환 또는 c환과 함께 아릴환 또는 헤테로아릴환을 형성하고 있어도 되고, 형성된 환은 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어 있어도 되며, 이들은 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되며,

X는 각각 독립적으로 >O 또는 >N-R이며, 상기 >N-R의 R은 아릴, 헤테로아릴, 시클로알킬 또는 알킬이며, 이들은 아릴, 헤테로아릴, 시클로알킬 또는 알킬로 치환되어 있어도 되고,

단, X가 아미노기일 때에 R²가 아미노기가 되지는 않고,

그리고

일반식(ED1)로 나타내어지는 화합물 및 구조에서의 적어도 하나의 수소는, 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)

[화학식 191]

(상기 일반식(ED1') 중,

R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹, R¹⁰, R¹¹, R¹², R¹³ 및 R¹⁴는, 각각 독립적으로 수소, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시이며, 이들은 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되고, 또한 R¹~R³, R⁴~R⁷, R⁸~R¹⁰ 및 R¹¹~R¹⁴ 중 인접하는 기끼리가 결합하여 a환, b환, c환 또는 d환과 함께 아릴환 또는 헤테로아릴환을 형성하고 있어도 되고, 형성된 환은 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어 있어도 되고, 이들은 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되며,

X는 >O 또는 >N-R이며, 상기 >N-R의 R은 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬이며, 이들은 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 치환되어 있어도 되고,

L은 단결합, >CR₂, >O, >S 및 >N-R이며, 상기 >CR₂ 및 >N-R에서의 R은 각각 독립적으로 수소, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 알콕시 또는 아릴옥시이며, 이들은 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되며,

그리고

일반식(ED1')로 나타내어지는 화합물 및 구조에서의 적어도 하나의 수소는 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)

[화학식 192]

(상기 일반식(ED2) 중,

R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹, R¹⁰, R¹¹, R¹², R¹³ 및 R¹⁴는 각각 독립적으로 수소, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시, 아릴옥시, 헤테로아릴옥시, 아릴티오, 헤테로아릴티오 또는 알킬 치환 실릴이며, 이들에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 치환되어 있어도 되며, 또한 R⁵~R⁷ 및 R¹⁰~R¹² 중 인접하는 기끼리가 결합하여 b환 또는 d환과 함께 아릴환 또는 헤테로아릴환을 형성하고 있어도 되며, 형성된 환에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시, 아릴옥시, 헤테로아릴옥시, 아릴티오, 헤테로아릴티오 또는 알킬 치환 실릴로 치환되어 있어도 되고, 이들에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 치환되어 있어도 되며,

X¹, X², X³ 및 X⁴는 각각 독립적으로, >O, >N-R 또는 >CR₂이며, 상기 >N-R의 R 및 >CR₂의 R은 탄소수 6~12의 아릴, 탄소수 2~15의 헤테로아릴, 탄소수 3~12의 시클로알킬 또는 탄소수 1~6의 알킬이며, 또한 상기 >N-R의 R 및 >CR₂의 R은 -O-, -S-, -C(-R)₂- 또는 단결합에 의해 상기 a환, b환, c환 및 d환 중 적어도 하나와 결합하고 있어도 되고, 상기 -C(-R)₂-의 R은 수소 또는 탄소수 1~6의 알킬이며,

단, X¹, X², X³, 및 X⁴ 중 >O인 것은 2개 이하이고,

그리고

일반식(ED2)로 나타내어지는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)

보다 구체적으로는, 하기 식(ED11)~식(ED19), 식(ED21)~식(ED27), 식(ED211), 식(ED212), 식(ED221)~식(ED223), 식(ED231), 식(ED241), 식(ED242), 식(ED261) 및 식(ED271)로 나타내어지는 구조를 포함하는 화합물을 들 수 있다.

[화학식 193-1]

[화학식 193-2]

[화학식 193-3]

식(ED11)~식(ED19), 식(ED21)~식(ED27), 식(ED211), 식(ED212), 식(ED221)~식(ED223), 식(ED231), 식(ED241), 식(ED242), 식(ED261) 및 식(ED271)로 나타내어지는 구조에서의 적어도 하나의 수소는, 각각 독립적으로 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어도 되고, 이들은 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 된다. 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시의 바람직한 범위와 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R¹¹에서의 대응하는 기재를 참조할 수 있다. 한편, 식(ED11) 및 식(ED12)에서, 벤젠환의 B와 결합하는 탄소의 오르토 위치에 결합하고 있는 수소가 알킬로 치환되는 경우는 없고, 무치환인 것이 바람직하다.

또한, 제3 성분이 되는 형광체는, 하기 부분 구조군B로부터 선택되는 적어도 하나의 구조를 갖는 화합물인 것이 바람직하고, 식(ED11)~식(ED19), 식(ED21)~식(ED27), 식(ED211), 식(ED212), 식(ED221)~식(ED223), 식(ED231), 식(ED241), 식(ED242), 식(ED261) 또는 식(ED271)로 나타내어지는 구조를 가지며, 또한, 그 구조에서의 벤젠환(축합환을 구성하고 있는 벤젠환도 포함함)에, 부분 구조군B로부터 선택되는 적어도 하나의 구조가 결합한 구조를 갖는 화합물인 것이 보다 바람직하다.

부분 구조군B:

[화학식 194]

각 부분 구조에서, Me는 메틸을 나타내고, ^tBu 및 t-Bu는 t-부틸을 나타내며, 파선은 결합 위치를 나타낸다.

각 부분 구조에서의 적어도 하나의 수소는, 각각 독립적으로 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어 있어도 되고, 이들 중 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노 및 아릴헤테로아릴아미노에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 된다. 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 알콕시 또는 아릴옥시의 바람직한 범위와 구체예에 대해서는, 식(1)의 R¹~R¹¹에서의 대응하는 기재를 참조할 수 있다.

본 발명의 제3 성분으로서 사용되는 화합물은 구체적으로는 이하의 식으로 나타내어지는 화합물이다.

[화학식 195]

[화학식 196]

[화학식 197]

[화학식 198]

[화학식 199]

[화학식 200]

[화학식 201]

[화학식 202]

[화학식 203]

[화학식 204]

[화학식 205-1]

[화학식 205-2]

[화학식 206]

[화학식 207]

[화학식 208]

[화학식 209]

[화학식 210]

[화학식 211]

[화학식 212]

[화학식 213]

[화학식 214]

[화학식 215]

[화학식 216]

[화학식 217]

[화학식 218]

[화학식 219]

[화학식 220]

[화학식 221]

[화학식 222]

[화학식 223]

[화학식 224]

[화학식 225]

[화학식 226]

[화학식 227]

[화학식 228]

[화학식 229]

[화학식 230]

[화학식 231]

[화학식 232]

[화학식 233]

[화학식 234]

[화학식 235]

[화학식 236]

[화학식 237]

[화학식 238]

[화학식 239]

[화학식 240]

[화학식 241]

[화학식 242]

[화학식 243]

[화학식 244]

[화학식 245]

[화학식 246]

[화학식 247]

[화학식 248]

[화학식 249]

[화학식 250]

[화학식 251]

[화학식 252]

[화학식 253]

[화학식 254]

[화학식 255]

[화학식 256]

[화학식 257]

[화학식 258]

[화학식 259]

[화학식 260]

[화학식 261]

[화학식 262]

[화학식 263]

[화학식 264]

[화학식 265]

[화학식 266]

[화학식 267]

[화학식 268]

[화학식 269]

[화학식 270]

[화학식 271]

[화학식 272]

[화학식 273]

(그 외의 유기층)

본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 발광층 이외에, 하나 이상의 유기층을 가지고 있어도 된다. 유기층으로서는, 예를 들면, 전자 수송층, 정공 수송층, 전자 주입층 및 정공 주입층 등을 들 수 있고, 나아가 그 외의 유기층을 가지고 있어도 된다.

도 1에, 이들 유기층을 구비한 유기 전계 발광 소자의 층 구성의 일례를 나타낸다. 도 1에서, 101은 기판, 102는 양극, 103은 정공 주입층, 104는 정공 수송층, 105는 발광층, 106은 전자 수송층, 107은 전자 주입층, 108은 음극을 각각 나타낸다.

이하에서, 유기 전계 발광 소자에서, 발광층 이외에 설치되는 유기층, 음극 및 양극, 기판에 대해 설명한다.

2. 유기 전계 발광 소자에서의 전자 주입층, 전자 수송층

전자 주입층(107)은 음극(108)으로부터 이동해오는 전자를, 효율적으로 발광층(105) 내 또는 전자 수송층(106) 내로 주입하는 역할을 한다. 전자 수송층(106)은 음극(108)으로부터 주입된 전자 또는 음극(108)으로부터 전자 주입층(107)을 통해 주입된 전자를, 효율적으로 발광층(105)으로 수송하는 역할을 한다. 전자 수송층(106) 및 전자 주입층(107)은, 각각 전자 수송·주입 재료의 1종 또는 2종 이상을 적층, 혼합에 의해 형성된다.

전자 주입·수송층이란, 음극으로부터 전자가 주입되고, 또한 전자를 수송하는 것을 담당하는 층이며, 전자 주입 효율이 높고, 주입된 전자를 효율적으로 수송하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 전자 친화력이 크고, 또한 전자 이동도가 크며, 나아가 안정성이 우수하고, 트랩이 되는 불순물이 제조시 및 사용시에 발생하기 어려운 물질인 것이 바람직하다. 그러나, 정공과 전자의 수송 밸런스를 고려한 경우, 양극으로부터의 정공이 재결합하지 않고 음극 측으로 흐르는 것을 효율적으로 저지할 수 있는 역할을 주로 하는 경우에는 전자 수송 능력이 그다지 높지 않더라도 발광 효율을 향상시키는 효과는 전자 수송 능력이 높은 재료와 동등하게 갖는다. 따라서, 본 실시형태에서의 전자 주입·수송층은 정공의 이동을 효율적으로 저지할 수 있는 층의 기능도 포함되어도 된다.

전자 수송층(106) 또는 전자 주입층(107)을 형성하는 재료(전자 수송 재료)로서는, 광도전 재료에 있어서 전자 전달 화합물로서 종래부터 관용되고 있는 화합물, 유기 EL 소자의 전자 주입층 및 전자 수송층에 사용되고 있는 공지의 화합물 중에서 임의로 선택하여 사용할 수 있다.

전자 수송층 또는 전자 주입층에 사용되는 재료로서는, 탄소, 수소, 산소, 황, 규소 및 인 중에서 선택되는 1종 이상의 원자로 구성되는 방향족환 또는 복소 방향족환으로 이루어지는 화합물, 피롤 유도체 및 그 축합환 유도체 및 전자 수용성 질소를 갖는 금속 착체 중에서 선택되는 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 나프탈렌, 안트라센 등의 축합환계 방향족환 유도체, 4,4'-비스(디페닐에테닐)비페닐로 대표되는 스티릴계 방족향환 유도체, 페리논 유도체, 쿠마린 유도체, 나프탈이미드 유도체, 안트라퀴논이나 디페노퀴논 등의 퀴논 유도체, 인옥사이드 유도체, 카르바졸 유도체 및 인돌 유도체 등을 들 수 있다. 전자 수용성 질소를 갖는 금속 착체로서는, 예를 들면, 히드록시페닐옥사졸 착체 등의 히드록시아졸 착체, 아조메틴 착체, 트로폴론 금속 착체, 플라보놀 금속 착체 및 벤조퀴놀린 금속 착체 등을 들 수 있다. 이들 재료는 단독으로도 사용되지만, 다른 재료와 혼합하여 사용해도 상관없다.

또한, 다른 전자 전달 화합물의 구체예로서, 피리딘 유도체, 나프탈렌 유도체, 안트라센 유도체, 페난트롤린 유도체, 페리논 유도체, 쿠마린 유도체, 나프탈이미드 유도체, 안트라퀴논 유도체, 디페노퀴논 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 페릴렌 유도체, 옥사디아졸 유도체(1,3-비스[(4-t-부틸페닐)1,3,4-옥사디아졸릴]페닐렌 등), 티오펜 유도체, 트리아졸 유도체(N-나프틸-2,5-디페닐-1,3,4-트리아졸 등), 티아디아졸 유도체, 옥신 유도체의 금속 착체, 퀴놀리놀계 금속 착체, 퀴녹살린 유도체, 퀴녹살린 유도체의 폴리머, 벤자졸류 화합물, 갈륨 착체, 피라졸 유도체, 퍼플루오로화 페닐렌 유도체, 트리아진 유도체, 피라진 유도체, 벤조퀴놀린 유도체(2,2'-비스(벤조[h]퀴놀린-2-일)-9,9'-스피로비플루오렌 등), 이미다조피리딘 유도체, 보란 유도체, 벤조이미다졸 유도체(트리스(N-페닐벤조이미다졸-2-일)벤젠 등), 벤조옥사졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 퀴놀린 유도체, 터피리딘 등의 올리고피리딘 유도체, 비피리딘 유도체, 터피리딘 유도체(1,3-비스(4'-(2,2':6'2" -테르피리디닐))벤젠 등), 나프티리딘 유도체(비스(1-나프틸)-4-(1,8-나프티리딘-2-일)페닐포스핀옥사이드 등), 알다진 유도체, 카르바졸 유도체, 인돌 유도체, 인옥사이드 유도체, 비스스티릴 유도체 등을 들 수 있다.

또한, 전자 수용성 질소를 갖는 금속 착체를 사용할 수도 있고, 예를 들면, 퀴놀리놀계 금속 착체나 히드록시페닐옥사졸 착체 등의 히드록시아졸 착체, 아조메틴 착체, 트로폴론 금속 착체, 플라보놀 금속 착체 및 벤조퀴놀린 금속 착체 등을 들 수 있다.

전술한 재료는 단독으로도 사용되지만, 다른 재료와 혼합하여 사용해도 상관없다.

전술한 재료 중에서도, 보란 유도체, 피리딘 유도체, 플루오란텐 유도체, BO계 유도체, 안트라센 유도체, 벤조플루오렌 유도체, 포스핀옥사이드 유도체, 피리미딘 유도체, 카르바졸 유도체, 트리아진 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 및 퀴놀리놀계 금속 착체가 바람직하다.

2-1. 피리딘 유도체

피리딘 유도체는, 예를 들면 하기 식(ETM-2)로 나타내어지는 화합물이며, 바람직하게는 식(ETM-2-1) 또는 식(ETM-2-2)로 나타내어지는 화합물이다.

[화학식 274]

φ은 n가의 아릴환(바람직하게는 n가의 벤젠환, 나프탈렌환, 안트라센환, 플루오렌환, 벤조플루오렌환, 페날렌환, 페난트렌환 또는 트리페닐렌환)이며, n은 1~4의 정수이다.

상기 식(ETM-2-1)에서, R¹¹~R¹⁸은 각각 독립적으로 수소, 알킬(바람직하게는 탄소수 1~24의 알킬), 시클로알킬(바람직하게는 탄소수 3~12의 시클로알킬) 또는 아릴(바람직하게는 탄소수 6~30의 아릴)이다.

상기 식(ETM-2-2)에서, R¹¹ 및 R¹²는 각각 독립적으로 수소, 알킬(바람직하게는 탄소수 1~24의 알킬), 시클로알킬(바람직하게는 탄소수 3~12의 시클로알킬) 또는 아릴(바람직하게는 탄소수 6~30의 아릴)이며, R¹¹ 및 R¹²는 결합하여 환을 형성하고 있어도 된다.

각 식에서, 「피리딘계 치환기」는 하기 식(Py-1)~식(Py-15) 중 어느 하나이며, 피리딘계 치환기는 각각 독립적으로 탄소수 1~4의 알킬로 치환되어 있어도 된다. 또한, 피리딘계 치환기는 페닐렌기나 나프틸렌기를 통해 각 식에서의 φ, 안트라센환 또는 플루오렌환에 결합하고 있어도 된다.

[화학식 275]

피리딘계 치환기는 상기 식(Py-1)~식(Py-15) 중 어느 하나이지만, 이들 중에서도, 하기 식(Py-21)~식(Py-44) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

[화학식 276]

각 피리딘 유도체에서의 적어도 하나의 수소가 중수소로 치환되어 있어도 되고, 또한 상기 식(ETM-2-1) 및 식(ETM-2-2)에서의 2개의 「피리딘계 치환기」 중 한쪽은 아릴로 치환되어 있어도 된다.

R¹¹~R¹⁸에서의 「알킬」로서는, 직쇄 및 분지쇄의 어느 것이어도 되고, 예를 들면, 탄소수 1~24의 직쇄 알킬 또는 탄소수 3~24의 분지쇄 알킬을 들 수 있다. 바람직한 「알킬」은 탄소수 1~18의 알킬(탄소수 3~18의 분지쇄 알킬)이다. 보다 바람직한 「알킬」은 탄소수 1~12의 알킬(탄소수 3~12의 분지쇄 알킬)이다. 보다 더 바람직한 「알킬」은 탄소수 1~6의 알킬(탄소수 3~6의 분지쇄 알킬)이다. 특히 바람직한 「알킬」은 탄소수 1~4의 알킬(탄소수 3~4의 분지쇄 알킬)이다.

구체적인 「알킬」로서는, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, s-부틸, t-부틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, t-펜틸, n-헥실, 1-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, n-옥틸, t-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 2,6-디메틸-4-헵틸, 3,5,5-트리메틸헥실, n-데실, n-운데실, 1-메틸데실, n-도데실, n-트리데실, 1-헥실헵틸, n-테트라데실, n-펜타데실, n-헥사데실, n-헵타데실, n-옥타데실, n-에이코실 등을 들 수 있다.

피리딘계 치환기에 치환하는 탄소수 1~4의 알킬로서는, 상기 알킬의 설명을 인용할 수 있다.

R¹¹~R¹⁸에서의 「시클로알킬」로서는, 예를 들면, 탄소수 3~12의 시클로알킬을 들 수 있다. 바람직한 「시클로알킬」은 탄소수 3~10의 시클로알킬이다. 보다 바람직한 「시클로알킬」은 탄소수 3~8의 시클로알킬이다. 보다 더 바람직한 「시클로알킬」은 탄소수 3~6의 시클로알킬이다.

구체적인 「시클로알킬」로서는, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 메틸시클로펜틸, 시클로헵틸, 메틸시클로헥실, 시클로옥틸 또는 디메틸시클로헥실 등을 들 수 있다.

R¹¹~R¹⁸에서의 「아릴」로서는, 바람직한 아릴은 탄소수 6~30의 아릴이고, 보다 바람직한 아릴은 탄소수 6~18의 아릴이며, 보다 더 바람직하게는 탄소수 6~14의 아릴이고, 특히 바람직하게는 탄소수 6~12의 아릴이다.

구체적인 「탄소수 6~30의 아릴」로서는, 단환계 아릴인 페닐, 축합 2환계 아릴인 (1-,2-)나프틸, 축합 3환계 아릴인, 아세나프틸렌-(1-,3-,4-,5-)일, 플루오렌-(1-,2-,3-,4-,9-)일, 페날렌-(1-,2-)일, (1-,2-,3-,4-,9-)페난트릴, 축합 4환계 아릴인 트리페닐렌-(1-,2-)일, 피렌-(1-,2-,4-)일, 나프타센-(1-,2-,5-)일, 축합 5환계 아릴인 페릴렌-(1-,2-,3-)일, 펜타센-(1-,2-,5-,6-)일 등을 들 수 있다.

바람직한 「탄소수 6~30의 아릴」은, 페닐, 나프틸, 페난트릴, 크리세닐 또는 트리페닐레닐 등을 들 수 있고, 더 바람직하게는 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸 또는 페난트릴을 들 수 있으며, 특히 바람직하게는 페닐, 1-나프틸 또는 2-나프틸을 들 수 있다.

상기 식(ETM-2-2)에서의 R¹¹ 및 R¹²는 결합하여 환을 형성하고 있어도 되고, 이 결과, 플루오렌 골격의 5원환에는 시클로부탄, 시클로펜탄, 시클로펜텐, 시클로펜타디엔, 시클로헥산, 플루오렌 또는 인덴 등이 스피로 결합하고 있어도 된다.

이 피리딘 유도체의 구체예로서는, 예를 들면 이하의 화합물을 들 수 있다.

[화학식 277]

이 피리딘 유도체는 공지의 원료와 공지의 합성 방법을 이용하여 제조할 수 있다.

2-2. 포스핀옥사이드 유도체

포스핀옥사이드 유도체는, 예를 들면 하기 식(ETM-7-1)로 나타내어지는 화합물이다. 상세 내용은 국제공개 제2013/079217호 공보에도 기재되어 있다.

[화학식 278]

R⁵는 치환 또는 무치환의, 탄소수 1~20의 알킬, 탄소수 6~20의 아릴 또는 탄소수 5~20의 헤테로아릴이고,

R⁶은 CN, 치환 또는 무치환의, 탄소수 1~20의 알킬, 탄소수 1~20의 헤테로알킬, 탄소수 6~20의 아릴, 탄소수 5~20의 헤테로아릴, 탄소수 1~20의 알콕시 또는 탄소수 6~20의 아릴옥시이며,

R⁷ 및 R⁸은 각각 독립적으로 치환 또는 무치환의, 탄소수 6~20의 아릴 또는 탄소수 5~20의 헤테로아릴이고,

R⁹는 산소 또는 황이며,

j는 0 또는 1이고, k는 0 또는 1이며, r은 0~4의 정수이고, q는 1~3의 정수이다.

포스핀옥사이드 유도체는, 예를 들면 하기 식(ETM-7-2)로 나타내어지는 화합물이어도 된다.

[화학식 279]

R¹~R³은 동일해도 되고 달라도 되며, 수소, 알킬기, 시클로알킬기, 아랄킬기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 알킬티오기, 아릴에테르기, 아릴티오에테르기, 아릴기, 복소환기, 할로겐, 시아노기, 알데히드기, 카르보닐기, 카르복실기, 아미노기, 니트로기, 실릴기, 및 인접 치환기와의 사이에 형성되는 축합환 중에서 선택된다.

Ar¹은 동일해도 되고 달라도 되며, 아릴렌기 또는 헤테로아릴렌기이며, Ar²는 동일해도 되고 달라도 되며, 아릴기 또는 헤테로아릴기이다. 단, Ar¹ 및 Ar² 중 적어도 한쪽은 치환기를 가지고 있거나, 또는 인접 치환기와의 사이에 축합환을 형성하고 있다. n은 0~3의 정수이며, n이 0일 때 불포화 구조 부분은 존재하지 않고, n이 3일 때 R¹은 존재하지 않는다.

이들 치환기 중 알킬기란, 예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등의 포화 지방족 탄화수소기를 나타내고, 이는 무치환이어도 치환되어 있어도 상관없다. 치환되어 있을 경우의 치환기에는 특별히 제한은 없으며, 예를 들면, 알킬기, 아릴기, 복소환기 등을 들 수 있고, 이러한 점은 이하의 기재에도 공통이다. 또한, 알킬기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만, 입수의 용이성이나 비용의 점에서 통상 1~20의 범위이다.

또한, 시클로알킬기란, 예를 들면, 시클로프로필, 시클로헥실, 노르보닐, 아다만틸 등의 포화 지환식 탄화수소기를 나타내고, 이는 무치환이어도 치환되어 있어도 상관없다. 알킬기 부분의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만, 통상 3~20의 범위이다.

또한, 아랄킬기란, 예를 들면, 벤질기, 페닐에틸기 등의 지방족 탄화수소를 통한 방향족 탄화수소기를 나타내고, 지방족 탄화수소와 방향족 탄화수소는 모두 무치환이어도 치환되어 있어도 상관없다. 지방족 부분의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만, 통상 1~20의 범위이다.

또한, 알케닐기란, 예를 들면, 비닐기, 알릴기, 부타디에닐기 등의 이중 결합을 함유하는 불포화 지방족 탄화수소기를 나타내고, 이는 무치환이어도 치환되어 있어도 상관없다. 알케닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만, 통상 2~20의 범위이다.

또한, 시클로알케닐기란, 예를 들면, 시클로펜테닐기, 시클로펜타디에닐기, 시클로헥센기 등의 이중 결합을 함유하는 불포화 지환식 탄화수소기를 나타내고, 이는 무치환이어도 치환되어 있어도 상관없다.

또한, 알키닐기란, 예를 들면, 아세틸레닐기 등의 3중 결합을 함유하는 불포화 지방족 탄화수소기를 나타내고, 이는 무치환이어도 치환되어 있어도 상관없다. 알키닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만, 통상 2~20의 범위이다.

또한, 알콕시기란, 예를 들면, 메톡시기 등의 에테르 결합을 통한 지방족 탄화수소기를 나타내고, 지방족 탄화수소기는 무치환이어도 치환되어 있어도 상관없다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만, 통상 1~20의 범위이다.

또한, 알킬티오기란, 알콕시기의 에테르 결합의 산소 원자가 황 원자로 치환된 기이다.

또한, 아릴에테르기란, 예를 들면, 페녹시기 등의 에테르 결합을 통한 방향족 탄화수소기를 나타내고, 방향족 탄화수소기는 무치환이어도 치환되어 있어도 상관없다. 아릴에테르기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만, 통상 6~40의 범위이다.

또한, 아릴티오에테르기란, 아릴에테르기의 에테르 결합의 산소 원자가 황 원자로 치환된 기이다.

또한, 아릴기란, 예를 들면, 페닐기, 나프틸기, 비페닐릴기, 페난트릴기, 터페닐기, 피레닐기 등의 방향족 탄화수소기를 나타낸다. 아릴기는 무치환이어도 치환되어 있어도 상관없다. 아릴기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만, 통상 6~40의 범위이다.

또한, 복소환기란, 예를 들면, 푸라닐기, 티오페닐기, 옥사졸릴기, 피리딜기, 퀴놀리닐기, 카르바졸릴기 등의 탄소 이외의 원자를 갖는 환상 구조기를 나타내고, 이는 무치환이어도 치환되어 있어도 상관없다. 복소환기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만, 통상 2~30의 범위이다.

할로겐이란, 불소, 염소, 브로민, 요오드를 나타낸다.

알데히드기, 카르보닐기, 아미노기에는 지방족 탄화수소, 지환식 탄화수소, 방향족 탄화수소, 복소환 등으로 치환된 기도 포함할 수 있다.

또한, 지방족 탄화수소, 지환식 탄화수소, 방향족 탄화수소, 복소환은 무치환이어도 치환되어 있어도 상관없다.

실릴기란, 예를 들면, 트리메틸실릴기 등의 규소 화합물기를 나타내고, 이는 무치환이어도 치환되어 있어도 상관없다. 실릴기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만, 통상 3~20의 범위이다. 또한, 규소수는 통상 1~6이다.

인접 치환기와의 사이에 형성되는 축합환이란, 예를 들면, Ar¹과 R², Ar¹과 R³, Ar²와 R², Ar²와 R³, R²와 R³, Ar¹과 Ar² 등의 사이에서 형성된 공액 또는 비공액의 축합환이다. 여기서, n이 1인 경우, 2개의 R¹끼리 공액 또는 비공액의 축합환을 형성해도 된다. 이들 축합환은 환내 구조에 질소, 산소, 황 원자를 함유하고 있어도 되고, 다른 환과 더 축합해도 된다.

이 포스핀옥사이드 유도체의 구체예로서는, 예를 들면 이하의 화합물을 들 수 있다.

[화학식 280]

이 포스핀 옥사이드 유도체는 공지의 원료와 공지의 합성 방법을 이용하여 제조할 수 있다.

2-3. 피리미딘 유도체

피리미딘 유도체는, 예를 들면 하기 식(ETM-8)로 나타내어지는 화합물이며, 바람직하게는 하기 식(ETM-8-1)로 나타내어지는 화합물이다. 상세 내용은 국제공개 제2011/021689호 공보에도 기재되어 있다.

[화학식 281]

Ar은 각각 독립적으로 치환되어 있어도 되는 아릴, 또는 치환되어 있어도 되는 헤테로아릴이다. n은 1~4의 정수이며, 바람직하게는 1~3의 정수이고, 보다 바람직하게는 2 또는 3이다.

「치환되어 있어도 되는 아릴」의 「아릴」로서는, 예를 들면, 탄소수 6~30의 아릴을 들 수 있고, 바람직하게는 탄소수 6~24의 아릴, 보다 바람직하게는 탄소수 6~20의 아릴, 보다 더 바람직하게는 탄소수 6~12의 아릴이다.

구체적인 「아릴」로서는, 단환계 아릴인 페닐, 2환계 아릴인 (2-,3-,4-)비페닐릴, 축합 2환계 아릴인 (1-,2-)나프틸, 3환계 아릴인 터페닐릴(m-터페닐-2'-일, m-터페닐-4'-일, m-터페닐-5'-일, o-터페닐-3'-일, o-터페닐-4'-일, p-터페닐-2'-일, m-터페닐-2-일, m-터페닐-3-일, m-터페닐-4-일, o-터페닐-2-일, o-터페닐-3-일, o-터페닐-4-일, p-터페닐-2-일, p-터페닐-3-일, p-터페닐-4-일), 축합 3환계 아릴인, 아세나프틸렌-(1-,3-,4-,5-)일, 플루오렌-(1-,2-,3-,4-,9-)일, 페날렌-(1-,2-)일, (1-,2-,3-,4-,9-)페난트릴, 4환계 아릴인 쿼터페닐릴(5'-페닐-m-터페닐-2-일, 5'-페닐-m-터페닐-3-일, 5'-페닐-m-터페닐-4-일, m-쿼터페닐릴), 축합 4환계 아릴인 트리페닐렌-(1-,2-)일, 피렌-(1-,2-,4-)일, 나프타센-(1-,2-,5-)일, 축합 5환계 아릴인 페릴렌-(1-,2-,3-)일, 펜타센-(1-,2-,5-, 6-)일 등을 들 수 있다.

「치환되어 있어도 되는 헤테로아릴」의 「헤테로아릴」로서는, 예를 들면, 탄소수 2~30의 헤테로아릴을 들 수 있고, 탄소수 2~25의 헤테로아릴이 바람직하며, 탄소수 2~20의 헤테로아릴이 보다 바람직하고, 탄소수 2~15의 헤테로아릴이 보다 더 바람직하며, 탄소수 2~10의 헤테로아릴이 특히 바람직하다. 또한, 헤테로아릴로서는, 예를 들면 환 구성 원자로서 탄소 이외에 산소, 황 및 질소에서 선택되는 헤테로 원자를 1개 내지 5개 함유하는 복소환 등을 들 수 있다.

구체적인 헤테로아릴로서는, 예를 들면, 푸릴, 티에닐, 피롤릴, 옥사졸릴, 이소옥사졸릴, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 옥사디아졸릴, 푸라자닐, 티아디아졸릴, 트리아졸릴, 테트라졸릴, 피리딜, 피리미디닐, 피리다지닐, 피라지닐, 트리아지닐, 벤조푸라닐, 이소벤조푸라닐, 벤조[b]티에닐, 인돌릴, 이소인돌릴, 1H-인다졸릴, 벤조이미다졸릴, 벤조옥사졸릴, 벤조티아졸릴, 1H-벤조트리아졸릴, 퀴놀릴, 이소퀴놀릴, 신놀릴, 퀴나졸릴, 퀴녹살리닐, 프탈라지닐, 나프티리디닐, 푸리닐, 푸테리디닐, 카르바졸릴, 아크리디닐, 페녹사지닐, 페노티아지닐, 페나지닐, 페녹사티닐, 디안토레닐, 인돌리지닐 등을 들 수 있다.

또한, 상기 아릴 및 헤테로아릴은 치환되어 있어도 되고, 각각 예를 들면 상기 아릴이나 헤테로아릴로 치환되어 있어도 된다.

이 피리미딘 유도체의 구체예로서는, 예를 들면 이하의 화합물을 들 수 있다.

[화학식 282]

이 피리미딘 유도체는 공지의 원료와 공지의 합성 방법을 이용하여 제조할 수 있다.

2-4. 트리아진 유도체

트리아진 유도체는 예를 들면 하기 식(ETM-10)로 나타내어지는 화합물이며, 바람직하게는 하기 식(ETM-10-1)로 나타내어지는 화합물이다. 상세한 내용은 미국공개공보 US2011/0156013에 기재되어 있다.

[화학식 283]

Ar은 각각 독립적으로 치환되어 있어도 되는 아릴, 또는 치환되어 있어도 되는 헤테로아릴이다. n은 1~4의 정수이고, 바람직하게는 1~3의 정수이며, 보다 바람직하게는 2 또는 3이다.

구체적인 「아릴」로서는, 단환계 아릴인 페닐, 2환계 아릴인 (2-,3-,4-)비페닐릴, 축합 2환계 아릴인 (1-,2-)나프틸, 3환계 아릴인 터페닐릴(m-터페닐-2'-일, m-터페닐-4'-일, m-터페닐-5'-일, o-터페닐-3'-일, o-터페닐-4'-일, p-터페닐-2'-일, m-터페닐-2-일, m-터페닐-3-일, m-터페닐-4-일, o-터페닐-2-일, o-터페닐-3-일, o-터페닐-4-일, p-터페닐-2-일, p-터페닐-3-일, p-터페닐-4-일), 축합 3환계 아릴인, 아세나프틸렌-(1-,3-,4-,5-)일, 플루오렌-(1-,2-,3-,4-,9-)일, 페날렌-(1-,2-)일, (1-,2-,3-,4-,9-)페난트릴, 4환계 아릴인 쿼터페닐릴(5'-페닐-m-터페닐-2-일, 5'-페닐-m-터페닐-3-일, 5'-페닐-m-터페닐-4-일, m-쿼터페닐릴), 축합 4환계 아릴인 트리페닐렌-(1-,2-)일, 피렌-(1-,2-,4-)일, 나프타센-(1-,2-,5-)일, 축합 5환계 아릴인 페릴렌-(1-,2-,3-)일, 펜타센-(1-,2-,5-,6-)일 등을 들 수 있다.

구체적인 헤테로아릴로서는, 예를 들면, 푸릴, 티에닐, 피롤릴, 옥사졸릴, 이소옥사졸릴, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 옥사디아졸릴, 푸라자닐, 티아디아졸릴, 트리아졸릴, 테트라졸릴, 피리딜, 피리미디닐, 피리다지닐, 피라지닐, 트리아지닐, 벤조푸라닐, 이소벤조푸라닐, 벤조[b]티에닐, 인돌릴, 이소인돌릴, 1H-인다졸릴, 벤조이미다졸릴, 벤조옥사졸릴, 벤조티아졸릴, 1H-벤조트리아졸릴, 퀴놀릴, 이소퀴놀릴, 신놀릴, 퀴나졸릴, 퀴녹살리닐, 프탈라지닐, 나프티리디닐, 푸리닐, 푸테리디닐, 카르바졸릴, 아크리디닐, 페녹사지닐, 페노티아지닐, 페나지닐, 페녹사티닐, 티안트레닐, 인돌리지닐 등을 들 수 있다.

또한, 상기 아릴 및 헤테로아릴은 치환되어 있어도 되고, 각각 예를 들면, 상기 아릴이나 헤테로아릴로 치환되어 있어도 된다.

이 트리아진 유도체의 구체예로서는, 예를 들면 이하의 화합물을 들 수 있다.

[화학식 284]

이 트리아진 유도체는 공지의 원료와 공지의 합성 방법을 이용하여 제조할 수 있다.

2-5. 벤조이미다졸 유도체

벤조이미다졸 유도체는, 예를 들면 하기 식(ETM-11)로 나타내어지는 화합물이다.

[화학식 285]

φ은 n가의 아릴환(바람직하게는 n가의 벤젠환, 나프탈렌환, 안트라센환, 플루오렌환, 벤조플루오렌환, 페날렌환, 페난트렌환 또는 트리페닐렌환)이며, n은 1~4의 정수이고, 「벤조이미다졸계 치환기」는 상기 식(ETM-2), 식(ETM-2-1) 및 식(ETM-2-2)에서의 「피리딘계 치환기」 중의 피리딜기가 벤조이미다졸기로 치환된 치환기이며, 벤조이미다졸 유도체에서의 적어도 하나의 수소는 중수소로 치환되어 있어도 된다.

[화학식 286]

상기 벤조이미다졸기에서의 R¹¹은 수소, 탄소수 1~24의 알킬, 탄소수 3~12의 시클로알킬 또는 탄소수 6~30의 아릴이며, 상기 식(ETM-2-1) 및 식(ETM-2-2)에서의 R¹¹의 설명을 인용할 수 있다.

φ는, 또한 안트라센환 또는 플루오렌환인 것이 바람직하고, 이 경우의 구조는 상기 식(ETM-2-1) 또는 식(ETM-2-2)에서의 설명을 인용할 수 있으며, 각 식 중의 R¹¹~R¹⁸은 상기 식(ETM-2-1) 또는 식(ETM-2-2)에서의 설명을 인용할 수 있다. 또한, 상기 식(ETM-2-1) 또는 식(ETM-2-2)에서는 2개의 피리딘계 치환기가 결합한 형태로 설명되어 있는데, 이들을 벤조이미다졸계 치환기로 치환할 때에는, 양쪽의 피리딘계 치환기를 벤조이미다졸계 치환기로 치환해도 되고(즉, n=2), 어느 1개의 피리딘계 치환기를 벤조이미다졸계 치환기로 치환하고, 다른 쪽의 피리딘계 치환기를 R¹¹~R¹⁸로 치환해도 된다(즉, n=1). 또한, 예를 들면 상기 식(ETM-2-1)에서의 R¹¹~R¹⁸ 중 적어도 하나를 벤조이미다졸계 치환기로 치환하고 「피리딘계 치환기」를 R¹¹~R¹⁸로 치환해도 된다.

이 벤조이미다졸 유도체의 구체예로서는, 예를 들면 1-페닐-2-(4-(10-페닐안트라센-9-일)페닐)-1H-벤조[d]이미다졸, 2-(4-(10-(나프탈렌-2-일)안트라센-9-일)페닐)-1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸, 2-(3-(10-(나프탈렌-2-일)안트라센-9-일)페닐)-1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸, 5-(10-(나프탈렌-2-일)안트라센-9-일)-1,2-디페닐-1H-벤조[d]이미다졸, 1-(4-(10-(나프탈렌-2-일)안트라센-9-일)페닐)-2-페닐-1H-벤조[d]이미다졸, 2-(4-(9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센-2-일)페닐)-1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸, 1-(4-(9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센-2-일)페닐)-2-페닐-1H-벤조[d]이미다졸, 5-(9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센-2-일)-1,2-디페닐-1H-벤조[d]이미다졸 등을 들 수 있다.

[화학식 287]

이 벤조이미다졸 유도체는 공지의 원료와 공지의 합성 방법을 이용하여 제조할 수 있다.

2-6. 페난트롤린 유도체

페난트롤린 유도체는, 예를 들면 하기 식(ETM-12) 또는 식(ETM-12-1)로 나타내어지는 화합물이다. 상세 내용은 국제공개 제2006/021982호 공보에 기재되어 있다.

[화학식 288]

φ는 n가의 아릴환(바람직하게는 n가의 벤젠환, 나프탈렌환, 안트라센환, 플루오렌환, 벤조플루오렌환, 페날렌환, 페난트렌환 또는 트리페닐렌환)이며, n은 1~4의 정수이다.

각 식의 R¹¹~R¹⁸은 각각 독립적으로 수소, 알킬(바람직하게는 탄소수 1~24의 알킬), 시클로알킬(바람직하게는 탄소수 3~12의 시클로알킬) 또는 아릴(바람직하게는 탄소수 6~30의 아릴)이다. 또한, 상기 식(ETM-12-1)에서는 R¹¹~R¹⁸의 어느 하나가 아릴환인 φ와 결합한다.

각 페난트롤린 유도체에서의 적어도 하나의 수소가 중수소로 치환되어 있어도 된다.

R¹¹~R¹⁸에서의 알킬, 시클로알킬 및 아릴로서는, 상기 식(ETM-2)에서의 R¹¹~R¹⁸의 설명을 인용할 수 있다. 또한, φ는 상기한 예 이외에, 예를 들면, 이하의 구조식을 들 수 있다. 한편, 하기 구조식 중의 R은, 각각 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, 이소프로필, 시클로헥실, 페닐, 1-나프틸, 2-나프틸, 비페닐릴 또는 터페닐릴이다.

[화학식 289]

이 페난트롤린 유도체의 구체예로서는, 예를 들면 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린, 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린, 9,10-디(1,10-페난트롤린-2-일)안트라센, 2,6-디(1,10-페난트롤린-5-일)피리딘, 1,3,5-트리(1,10-페난트롤린-5-일)벤젠, 9,9'-디플루오르-비스(1,10-페난트롤린-5-일), 바소쿠프로인, 1,3-비스(2-페닐-1,10-페난트롤린-9-일)벤젠 등을 들 수 있다.

[화학식 290]

이 페난트롤린 유도체는 공지의 원료와 공지의 합성 방법을 이용하여 제조할 수 있다.

2-7. 퀴놀리놀계 금속 착체

퀴놀리놀계 금속 착체는, 예를 들면 하기 일반식(ETM-13)으로 나타내어지는 화합물이다.

[화학식 291]

식 중, R¹~R⁶은 수소 또는 치환기이고, M은 Li, Al, Ga, Be 또는 Zn이며, n은 1~3의 정수이다.

퀴놀리놀계 금속 착체의 구체예로서는, 8-퀴놀리놀리튬, 트리스(8-퀴놀리노라토)알루미늄, 트리스(4-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 트리스(5-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 트리스(3,4-디메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 트리스(4,5-디메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 트리스(4,6-디메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(2-메틸페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(3-메틸페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(4-메틸페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(2-페닐페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(3-페닐페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(2,3-디메틸페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(2,6-디메틸페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(3,4-디메틸페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(3,5-디메틸페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(3,5-디-t-부틸페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(2,6-디페닐페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(2,4,6-트리페닐페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(2,4,6-트리메틸페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(2,4,5,6-테트라메틸페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(1-나프토라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)(2-나프토라토)알루미늄, 비스(2,4-디메틸-8-퀴놀리노라토)(2-페닐페놀라토)알루미늄, 비스(2,4-디메틸-8-퀴놀리노라토)(3-페닐페놀라토)알루미늄, 비스(2,4-디메틸-8-퀴놀리노라토)(4-페닐페놀라토)알루미늄, 비스(2,4-디메틸-8-퀴놀리노라토)(3,5-디메틸페놀라토)알루미늄, 비스(2,4-디메틸-8-퀴놀리노라토)(3,5-디-t-부틸페놀라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄-μ-옥소-비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 비스(2,4-디메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄-μ-옥소-비스(2,4-디메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 비스(2-메틸-4-에틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄-μ-옥소-비스(2-메틸-4-에틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 비스(2-메틸-4-메톡시-8-퀴놀리노라토)알루미늄-μ-옥소-비스(2-메틸-4-메톡시-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 비스(2-메틸-5-시아노-8-퀴놀리노라토)알루미늄-μ-옥소-비스(2-메틸-5-시아노-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 비스(2-메틸-5-트리플루오로메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄-μ-옥소-비스(2-메틸-5-트리플루오로메틸-8-퀴놀리노라토)알루미늄, 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀린)베릴륨 등을 들 수 있다.

이 퀴놀리놀계 금속 착체는 공지의 원료와 공지의 합성 방법을 이용하여 제조할 수 있다.

3. 유기 전계 발광 소자에 있어서의 음극

음극(108)은 전자 주입층(107) 및 전자 수송층(106)을 통해, 발광층(105)에 전자를 주입하는 역할을 한다.

음극(108)을 형성하는 재료로서는, 전자를 유기층에 효율적으로 주입할 수 있는 물질이라면 특별히 한정되지 않지만, 양극(102)을 형성하는 재료와 동일한 물질을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 주석, 인듐, 칼슘, 알루미늄, 은, 구리, 니켈, 크롬, 금, 백금, 철, 아연, 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘 및 마그네슘 등의 금속 또는 이들의 합금(마그네슘-은 합금, 마그네슘-인듐 합금, 불화리튬/알루미늄 등의 알루미늄-리튬 합금 등) 등이 바람직하다. 전자 주입 효율을 올려 소자 특성을 향상시키기 위해서는, 리튬, 나트륨, 칼륨, 세슘, 칼슘, 마그네슘 또는 이들 낮은 일함수 금속을 함유하는 합금이 유효하다. 그러나, 이들 낮은 일함수 금속은 일반적으로 대기 중에서 불안정한 경우가 많다. 이러한 점을 개선하기 위해, 예를 들면, 유기층에 미량의 리튬, 세슘이나 마그네슘을 도핑하여, 안정성이 높은 전극을 사용하는 방법이 알려져 있다. 그 밖의 도펀트로서는, 불화리튬, 불화세슘, 산화리튬 및 산화세슘과 같은 무기염도 사용할 수 있다. 단, 이들에 한정되지 않는다.

또한, 전극 보호를 위해 백금, 금, 은, 구리, 철, 주석, 알루미늄 및 인듐 등의 금속 또는 이들 금속을 이용한 합금, 그리고 실리카, 티타니아 및 질화규소 등의 무기물, 폴리비닐알코올, 염화비닐, 탄화수소계 고분자 화합물 등을 적층하는 것을 바람직한 예로서 들 수 있다. 이들 전극의 제작법도 저항 가열, 전자빔 증착, 스퍼터링, 이온 플레이팅 및 코팅 등, 도통(導通)을 취할 수 있으면 특별히 제한되지 않는다.

4. 유기 전계 발광 소자에 있어서의 정공 주입층, 정공 수송층

정공 주입층(103)은 양극(102)으로부터 이동해오는 정공을, 효율적으로 발광층(105) 내 또는 정공 수송층(104) 내로 주입하는 역할을 한다. 정공 수송층(104)은 양극(102)으로부터 주입된 정공 또는 양극(102)으로부터 정공 주입층(103)을 통해 주입된 정공을, 효율적으로 발광층(105)으로 수송하는 역할을 한다. 정공 주입층(103) 및 정공 수송층(104)은, 각각 정공 주입·수송 재료의 1종 또는 2종 이상을 적층, 혼합하거나 정공 주입·수송 재료와 고분자 결착제의 혼합물에 의해 형성된다. 또한, 정공 주입·수송 재료에 염화철(III)과 같은 무기염을 첨가하여 층을 형성해도 된다.

정공 주입·수송성 물질로서는 전계가 가해진 전극 사이에서 정극(正極)으로부터의 정공을 효율적으로 주입·수송하는 것이 필요하여, 정공 주입 효율이 높고, 주입된 정공을 효율적으로 수송하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 이온화 포텐셜이 작고, 또한 정공 이동도가 크고, 나아가 안정성이 우수하며, 트랩이 되는 불순물이 제조시 및 사용시에 발생하기 어려운 물질인 것이 바람직하다.

정공 주입층(103) 및 정공 수송층(104)을 형성하는 재료로서는, 광도전 재료에 있어서, 정공의 전하 수송 재료로서 종래부터 관용되고 있는 화합물, p형 반도체, 유기 전계 발광 소자의 정공 주입층 및 정공 수송층에 사용되고 있는 공지의 화합물 중에서 임의의 화합물을 선택하여 사용할 수 있다. 이들의 구체예는, 카르바졸 유도체(N-페닐카르바졸, 폴리비닐카르바졸 등), 비스(N-아릴카르바졸) 또는 비스(N-알킬카르바졸) 등의 비스카르바졸 유도체, 트리아릴아민 유도체(방향족 제3급 아미노를 주쇄 또는 측쇄에 갖는 폴리머, 1,1-비스(4-디-p-톨릴아미노페닐)시클로헥산, N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-4,4'-디아미노비페닐, N,N'-디페닐-N,N'-디나프틸-4,4'-디아미노비페닐, N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-4,4'-디페닐-1,1'-디아민, N,N'-디나프틸-N,N'-디페닐-4,4'-디페닐-1,1'-디아민, N4, N4'-디페닐-N4, N4'-비스(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민, N4,N4,N4',N4'-테트라[1,1'-비페닐]-4-일)-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민, 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐(페닐)아미노)트리페닐아민 등의 트리페닐아민 유도체, 스타버스트 아민 유도체 등), 스틸벤 유도체, 프탈로시아닌 유도체(무금속, 구리프탈로시아닌 등), 피라졸린 유도체, 히드라존계 화합물, 벤조푸란 유도체나 티오펜 유도체, 옥사디아졸 유도체, 퀴녹살린 유도체(예를 들면, 1,4,5,8,9,12-헥사아자트리페닐렌-2,3,6,7,10,11-헥사카르보니트릴 등), 포르피린 유도체 등의 복소환 화합물, 폴리실란 등이다. 폴리머계에서는 상기 단량체를 측쇄에 갖는 폴리카보네이트나 스티렌 유도체, 폴리비닐카르바졸 및 폴리실란 등이 바람직하지만, 발광 소자의 제작에 필요한 박막을 형성하고, 양극으로부터 정공을 주입할 수 있으며, 또한 정공을 수송할 수 있는 화합물이면 특별히 한정되지 않는다.

또한, 유기 반도체의 도전성은, 그 도핑에 의해 강한 영향을 받는 것도 알려져 있다. 이러한 유기 반도체 매트릭스 물질은 전자 공여성이 양호한 화합물 또는 전자 수용성이 양호한 화합물로 구성되어 있다. 전자 공여 물질의 도핑을 위해, 테트라시아노퀴논디메탄(TCNQ) 또는 2,3,5,6-테트라플루오로테트라시아노-1,4-벤조퀴논디메탄(F4TCNQ) 등의 강한 전자 수용체가 알려져 있다(예를 들면, 문헌 「M.Pfeiffer, A.Beyer, T.Fritz, K.Leo, Appl.Phys.Lett., 73(22), 3202-3204(1998)」 및 문헌 「J.Blochwitz, M.Pheiffer, T.Fritz, K.Leo, Appl.Phys.Lett., 73(6), 729-731(1998)」을 참조). 이들은 전자 공여형 베이스 물질(정공 수송 물질)에 있어서의 전자 이동 프로세스에 의해, 이른바 정공을 생성한다. 정공의 수 및 이동도에 따라, 베이스 물질의 전도성이 상당히 크게 변화한다. 정공 수송 특성을 갖는 매트릭스 물질로서는, 예를 들면 벤지딘 유도체(TPD 등) 또는 스타버스트 아민 유도체(TDATA 등), 또는 특정 금속 프탈로시아닌(특히, 아연 프탈로시아닌(ZnPc) 등)이 알려져 있다(일본특허공개 제2005-167175호 공보).

5. 유기 전계 발광 소자에 있어서의 양극

양극(102)은 발광층(105)에 정공을 주입하는 역할을 한다. 한편, 양극(102)과 발광층(105) 사이에 정공 주입층(103) 및/또는 정공 수송층(104)이 설치되어 있는 경우에는, 이들을 통해 발광층(105)에 정공을 주입하게 된다.

양극(102)을 형성하는 재료로서는, 무기 화합물 및 유기 화합물을 들 수 있다. 무기 화합물로서는, 예를 들면, 금속(알루미늄, 금, 은, 니켈, 팔라듐, 크롬 등), 금속 산화물(인듐의 산화물, 주석의 산화물, 인듐-주석 산화물(ITO), 인듐-아연 산화물(IZO) 등), 할로겐화 금속(요오드화구리 등), 황화구리, 카본블랙, ITO 유리나 네사 유리 등을 들 수 있다. 유기 화합물로서는, 예를 들면, 폴리(3-메틸티오펜) 등의 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린 등의 도전성 폴리머 등을 들 수 있다. 그 밖에, 유기 전계 발광 소자의 양극으로서 사용되고 있는 물질 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

투명 전극의 저항은 발광 소자의 발광에 충분한 전류를 공급할 수 있으면 되므로 한정되지 않지만, 발광 소자의 소비 전력의 관점에서는 저저항인 것이 바람직하다. 예를 들면, 300Ω/□ 이하의 ITO 기판이면 소자 전극으로서 기능하지만, 현재는 10Ω/□ 정도의 기판의 공급도 가능하게 되어 있으므로, 예를 들면 100~5Ω/□, 바람직하게는 50~5Ω/□의 저저항품을 사용하는 것이 특히 바람직하다. ITO의 두께는 저항값에 맞춰서 임의로 선택할 수 있지만, 통상 50~300nm의 사이에서 사용되는 경우가 많다.

6. 유기 전계 발광 소자에 있어서의 기판

기판(101)은 유기 전계 발광 소자(100)의 지지체로 되는 것이며, 통상, 석영, 유리, 금속, 플라스틱 등이 사용된다. 기판(101)은 목적에 따라 판상, 필름상, 또는 시트상으로 형성되고, 예를 들면, 유리판, 금속판, 금속박, 플라스틱 필름, 플라스틱 시트 등이 사용된다. 그 중에서도 유리판 및 폴리에스테르, 폴리메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리설폰 등의 투명한 합성 수지제의 판이 바람직하다. 유리 기판인 경우에는, 소다 석회 유리나 무알칼리 유리 등이 사용되며, 또한 두께도 기계적 강도를 유지하는 데에 충분한 두께가 있으면 되므로, 예를 들면, 0.2mm 이상이면 된다. 두께의 상한값으로서는, 예를 들면, 2mm 이하, 바람직하게는 1mm 이하이다. 유리의 재질에 대해서는, 유리로부터의 용출 이온이 적은 것이 좋으므로 무알칼리 유리가 바람직하지만, SiO₂ 등의 배리어 코트를 실시한 소다 석회 유리도 시판되고 있으므로 이를 사용할 수 있다. 또한, 기판(101)에는 가스 배리어성을 높이기 위해, 적어도 편면(片面)에 치밀한 실리콘 산화막 등의 가스 배리어막을 형성해도 되고, 특히 가스 배리어성이 낮은 합성 수지제의 판, 필름 또는 시트를 기판(101)으로 사용할 경우에는 가스 배리어막을 형성하는 것이 바람직하다.

7. 유기 전계 발광 소자의 제작 방법

유기 전계 발광 소자를 구성하는 각 층은, 각 층을 구성하는 재료를 증착법, 저항 가열 증착, 전자빔 증착, 스퍼터링, 분자 적층법, 인쇄법, 스핀 코트법 또는 캐스트법, 코팅법 등의 방법으로 박막으로 함으로써 형성할 수 있다. 이와 같이 하여 형성된 각 층의 막 두께에 대해서는 특별히 한정은 없고, 재료의 성질에 따라 적절히 설정할 수 있는데, 통상 2nm~5000nm의 범위이다. 막 두께는 통상, 수정 발진식 막 두께 측정 장치 등으로 측정할 수 있다. 증착법을 이용하여 박막화하는 경우, 그 증착 조건은 재료의 종류, 막이 목적으로 하는 결정 구조 및 회합 구조 등에 따라 다르다. 증착 조건은 일반적으로 증착용 도가니의 가열 온도 +50~+400℃, 진공도 10^-6~10^-3 Pa, 증착 속도 0.01~50nm/초, 기판 온도 -150~+300℃, 막 두께 2nm~5㎛의 범위에서 적절히 설정하는 것이 바람직하다.

다음으로, 유기 전계 발광 소자를 제작하는 방법의 일례로서, 양극/정공 주입층/정공 수송층/호스트 화합물, 열 활성화형 지연 형광체 및 붕소 원자를 갖는 화합물을 포함하는 발광층/전자 수송층/전자 주입층/음극으로 이루어지는 유기 전계 발광 소자의 제작법에 대해 설명한다.

7-1. 증착법

적당한 기판 상에, 양극 재료의 박막을 증착법 등에 의해 형성시켜 양극을 제작한 후, 이 양극 상에 정공 주입층 및 정공 수송층의 박막을 형성시킨다. 이 위에, 호스트 화합물, 열 활성화형 지연 형광체 및 붕소 원자를 갖는 화합물을 공증착하여 박막을 형성하여 발광층으로 하고, 이 발광층 위에 전자 수송층, 전자 주입층을 형성하고, 나아가 음극용 물질로 이루어지는 박막을 증착법 등에 의해 형성하여 음극으로 함으로써, 원하는 유기 전계 발광 소자가 얻어진다. 또한, 상술한 유기 전계 발광 소자의 제작에 있어서는, 제작 순서를 반대로 하여, 음극, 전자 주입층, 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층, 정공 주입층, 양극의 순으로 제작하는 것도 가능하다.

7-2. 습식 성막법

발광층 형성용 조성물의 경우에는 습식 성막법을 이용함으로써 성막된다.

습식 성막법은, 일반적으로는 기판에 발광층 형성용 조성물을 도포하는 도포 공정 및 도포된 발광층 형성용 조성물로부터 용매를 제거하는 건조 공정을 거침으로써 도막을 형성한다. 도포 공정의 차이에 따라, 스핀 코터를 사용하는 수법을 스핀 코트법, 슬릿 코터를 사용하는 수법을 슬릿 코트법, 판을 사용하는 수법을 그라비어, 오프셋, 리버스 오프셋, 플렉소 인쇄법, 잉크젯 프린터를 사용하는 수법을 잉크젯법, 안개 형상으로 내뿜는 수법을 스프레이법이라고 부른다. 건조 공정에는 풍건, 가열, 감압 건조 등의 방법이 있다. 건조 공정은 1회만 해도 되고, 다른 방법이나 조건을 이용하여 복수 회 행해도 된다. 또한, 예를 들면, 감압 하에서의 소성과 같이 다른 방법을 병용해도 된다.

습식 성막법이란 용액을 사용한 성막법으로서, 예를 들면, 일부의 인쇄법(잉크젯법), 스핀 코트법 또는 캐스트법, 코팅법 등이다. 습식 성막법은 진공 증착법과 달리 고가의 진공 증착 장치를 사용할 필요가 없고, 대기압 하에서 성막할 수 있다. 추가로, 습식 성막법은 대면적화나 연속 생산이 가능하여, 제조 비용의 저감으로 이어진다.

한편, 진공 증착법과 비교할 경우, 습식 성막법은 적층화가 어렵다. 습식 성막법을 이용하여 적층막을 제작하는 경우, 상층의 조성물에 의한 하층의 용해를 방지할 필요가 있고, 용해성을 제어한 조성물, 하층의 가교 및 직교 용매(Orthogonal solvent, 서로 용해되지 않는 용매) 등이 구사된다. 그러나, 이들 기술을 사용하더라도 모든 막의 도포에 습식 성막법을 이용하는 것은 어려운 경우가 있다.

이에 일반적으로는 몇 개의 층만을 습식 성막법을 이용하고, 나머지를 진공 증착법으로 유기 EL 소자를 제작하는 방법이 채용된다.

예를 들면, 습식 성막법을 일부 적용하여 유기 EL 소자를 제작하는 절차를 이하에 나타낸다.

(절차 1) 양극의 진공 증착법에 의한 성막

(절차 2) 정공 주입층의 습식 성막법에 의한 성막

(절차 3) 정공 수송층의 습식 성막법에 의한 성막

(절차 4) 호스트 화합물, 열 활성화형 지연 형광체 및 붕소 원자를 갖는 화합물을 포함하는 발광층 형성용 조성물의 습식 성막법에 의한 성막

(절차 5) 전자 수송층의 진공 증착법에 의한 성막

(절차 6) 전자 주입층의 진공 증착법에 의한 성막

(절차 7) 음극의 진공 증착법에 의한 성막

이러한 절차를 거침으로써, 양극/정공 주입층/정공 수송층/호스트 재료와 도펀트 재료로 이루어지는 발광층/전자 수송층/전자 주입층/음극으로 이루어지는 유기 EL 소자가 얻어진다.

8. 유기 전계 발광 소자의 응용예

또한, 본 발명은 유기 전계 발광 소자를 구비한 표시 장치 또는 유기 전계 발광 소자를 구비한 조명 장치 등에도 응용할 수 있다.

유기 전계 발광 소자를 구비한 표시 장치 또는 조명 장치는, 본 실시형태에 관한 유기 전계 발광 소자와 공지의 구동 장치를 접속하는 등의 공지의 방법에 의해 제조할 수 있고, 직류 구동, 펄스 구동, 교류 구동 등의 공지의 구동 방법을 적절히 이용하여 구동할 수 있다.

표시 장치로서는, 예를 들면, 컬러 플랫 패널 디스플레이 등의 패널 디스플레이, 플렉시블 컬러 유기 전계 발광(EL) 디스플레이 등의 플렉시블 디스플레이 등을 들 수 있다(예를 들면, 일본특허공개 평10-335066호 공보, 일본특허공개 제2003-321546호 공보, 일본특허공개 제2004-281086호 공보 등 참조). 또한, 디스플레이의 표시 방식으로서는, 예를 들면, 매트릭스 및/또는 세그먼트 방식 등을 들 수 있다. 또한, 매트릭스 표시와 세그먼트 표시는 동일한 패널 안에 공존하고 있어도 된다.

매트릭스에서는, 표시를 위한 화소가 격자상이나 모자이크상 등 2차원적으로 배치되어 있고, 화소의 집합으로 문자나 화상을 표시한다. 화소의 형상이나 사이즈는 용도에 따라 결정된다. 예를 들면, PC, 모니터, 텔레비전의 화상 및 문자 표시에는, 통상 한 변이 300㎛ 이하의 사각형의 화소가 사용되며, 또한 표시 패널과 같은 대형 디스플레이의 경우는, 한 변이 ㎜ 오더의 화소를 사용하게 된다. 모노크롬 표시의 경우는, 같은 색의 화소를 배열하면 되지만, 컬러 표시의 경우에는, 적색, 녹색, 청색의 화소를 나열하여 표시시킨다. 이 경우, 전형적으로는 델타 타입과 스트라이프 타입이 있다. 그리고, 이 매트릭스의 구동 방법으로서는, 선순차(線順次) 구동 방법이나 액티브 매트릭스 중 어느 것이어도 된다. 선순차 구동이 구조가 간단하다는 이점이 있지만, 동작 특성을 고려한 경우, 액티브 매트릭스가 우수한 경우가 있으므로, 이것도 용도에 따라 구분하여 사용하는 것이 필요하다.

세그먼트 방식(타입)에서는, 미리 정해진 정보를 표시하도록 패턴을 형성하고, 정해진 영역을 발광시키게 된다. 예를 들면, 디지털 시계나 온도계에 있어서의 시각이나 온도 표시, 오디오 기기나 전자 조리기 등의 동작 상태 표시 및 자동차의 패널 표시 등을 들 수 있다.

조명 장치로서는, 예를 들면, 실내 조명 등의 조명 장치, 액정 표시 장치의 백라이트 등을 들 수 있다(예를 들면, 일본특허공개 제2003-257621호 공보, 일본특허공개 제2003-277741호 공보, 일본특허공개 제2004-119211호 공보 등 참조). 백라이트는, 주로 자발광하지 않는 표시 장치의 시인성을 향상시킬 목적으로 사용되며, 액정 표시 장치, 시계, 오디오 장치, 자동차 패널, 표시판 및 표지 등에 사용된다. 특히, 액정 표시 장치, 그 중에서도 박형화가 과제로 되고 있는 PC 용도의 백라이트로서는, 종래 방식이 형광등이나 도광판으로 이루어져 있기 때문에 박형화가 곤란하다는 것을 고려하면, 본 실시형태에 따른 발광 소자를 사용한 백라이트는 박형이고, 경량인 것이 특징으로 된다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 전혀 한정되지 않는다. 이하에, 실시예에서 사용한 화합물의 합성 예를 나타낸다.

<기초 물성의 평가 방법>

샘플의 준비

평가 대상의 화합물의 흡수 특성과 발광 특성(형광과 인광)을 평가하는 경우, 평가 대상의 화합물을 용매에 용해시켜 용매 중에서 평가하는 경우와 박막 상태에서 평가하는 경우가 있다. 나아가, 박막 상태에서 평가하는 경우에는, 평가 대상의 화합물의 유기 EL 소자에서의 사용 양태에 따라, 평가 대상의 화합물만을 박막화해서 평가하는 경우와 평가 대상의 화합물을 적절한 매트릭스 재료 중에 분산시켜 박막화하여 평가하는 경우가 있다. 여기서는, 평가 대상 화합물만을 증착하여 얻은 박막을 「단독 막」이라고 하고, 평가 대상 화합물과 매트릭스 재료를 포함하는 도공액을 도포, 건조하여 얻은 박막을 「도막」이라고 한다.

매트릭스 재료로서는, 시판하고 있는 PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 등을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, PMMA와 평가 대상의 화합물을 톨루엔 중에서 용해시킨 후, 스핀 코팅법에 의해 석영제의 투명 지지 기판(10mm×10mm) 상에 박막을 형성하여 샘플을 제작하였다.

또한, 매트릭스 재료가 호스트 화합물인 경우의 박막 샘플은, 하기와 같이 하여 제작하였다.

석영제의 투명 지지 기판(10mm×10mm×1.0mm)을 시판하고 있는 증착 장치(조슈(長州)산업(주)제)의 기판 홀더에 고정하고, 호스트 화합물을 넣은 몰리브덴제 증착용 보트, 도펀트 재료를 넣은 몰리브덴제 증착용 보트를 장착한 후, 진공조를 5×10^-4 Pa까지 감압하였다. 이어서, 호스트 화합물이 들어간 증착용 보트와 도펀트 재료가 들어간 증착용 보트를 동시에 가열하여, 호스트 화합물과 도펀트 재료를 적절한 막 두께가 되도록 공증착하여 호스트 화합물과 도펀트 재료의 혼합 박막(샘플)을 형성하였다. 여기서, 호스트 화합물과 도펀트 재료의 설정 중량비에 따라 증착 속도를 제어하였다.

흡수 특성과 발광 특성의 평가

샘플의 흡수 스펙트럼 측정은, 자외가시근적외분광광도계((주)시마즈제작소(島津製作所), UV-2600)를 사용하여 행하였다. 또한, 샘플의 형광 스펙트럼 또는 인광 스펙트럼의 측정은, 분광형광광도계(히타치하이테크(주)제, F-7000)를 사용하여 행하였다.

형광 스펙트럼의 측정에 대해서는, 실온에서 적절한 여기 파장으로 여기하여 포토루미네선스(luminescence)를 측정하였다. 인광 스펙트럼의 측정에 대해서는, 부속의 냉각 유닛을 사용하여, 상기 샘플을 액화 질소에 침지한 상태(온도 77K)에서 측정하였다. 인광 스펙트럼을 관측하기 위해, 광학 쵸퍼를 사용하여 여기광 조사로부터 측정 개시까지의 지연 시간을 조정하였다. 샘플은 적절한 여기 파장으로 여기하여 포토루미네선스를 측정하였다.

또한, 절대 PL 양자 수율 측정 장치(하마마츠포토닉스(주)제, C9920-02G)을 사용하여 형광 양자 수율(PLQY)을 측정하였다.

형광 수명(지연 형광)의 평가

　형광 수명 측정장치(하마마츠포토닉스(주)제, C11367-01)를 사용하여 300K에서 형광 수명을 측정하였다. 구체적으로는, 적절한 여기 파장으로 측정되는 극대 발광 파장에 있어서 형광 수명이 빠른 발광 성분과 느린 발광 성분을 관측하였다. 형광을 발광하는 일반적인 유기 EL 재료의 실온에서의 형광 수명 측정에서는, 열에 의한 3중항 성분의 실활에 의해, 인광으로부터 유래하는 3중항 성분이 관여하는 느린 발광 성분이 관측되는 경우는 거의 없다. 평가 대상의 화합물에 있어서 느린 발광 성분이 관측된 경우에는, 여기 수명이 긴 3중항 에너지가 열 활성화에 의해 1중항 에너지로 이동하여 지연 형광으로서 관측된 것을 나타낸다.

에너지 갭(Eg)의 산출

전술한 방법에 의해 얻어진 흡수 스펙트럼의 장파장 말단 A(nm)로부터 Eg=1240/A로 산출하였다.

이온화 포텐셜(Ip)의 측정

ITO(인듐·주석 산화물)가 증착된 투명 지지 기판(28mm×26mm×0.7mm)을 시판 중인 증착 장치(조슈산업(주)제)의 기판 홀더에 고정하고, 대상 화합물을 넣은 몰리브덴제 증착용 보트를 장착한 후, 진공조를 5×10^-4 Pa까지 감압하였다. 이어서, 증착용 보트를 가열하여 대상 화합물을 증발시켜, 대상 화합물의 단독 막(Neat 막)을 형성하였다.

얻어진 단독 막을 샘플로 하여, 광전자 분광계 (스미토모중기계공업(住友重機械工業)주식회사 PYS-201)을 사용하여 대상 화합물의 이온화 포텐셜을 측정하였다.

전자 친화력( Ea )의 산출

전술한 방법으로 측정한 이온화 포텐셜과 전술한 방법으로 산출한 에너지 갭과의 차로부터, 전자 친화력을 구하였다.

여기 일중항 에너지 준위 E(S, Sh ), 여기 삼중항 에너지 준위 E(T, Sh )의 측정

유리 기판 상에 형성한 대상 화합물의 단독 막에 대해, 77K에서, 흡수 스펙트럼의 형광 피크가 겹치지 않을 정도로 장파장 측의 피크를 여기광에 형광 스펙트럼을 관측하고, 그 형광 스펙트럼의 피크 단파장 측의 어깨로부터 여기 일중항 에너지 준위 E(S, Sh)를 구하였다.

또한, 유리 기판 상에 형성한 대상 화합물의 단독 막에, 77K에서, 흡수 스펙트럼의 형광 피크가 겹치지 않을 정도로 장파장 측의 피크를 nm 여기광에 인광 스펙트럼을 관측하고, 그 인광 스펙트럼의 피크 단파장 측의 어깨로부터 여기 삼중항 에너지 준위 E(T, Sh)를 구하였다.

[1] 화합물의 기초 물성의 평가

(실험예 1) 제1 성분(호스트 화합물)으로서의 화합물(BO2-0511S)의 기초 물성의 평가

화합물(BO2-0511S)의 단독 막에 대해 기초 물성을 평가한 결과, 이온화 포텐셜이 6.30eV, 전자 친화력이 3.26eV 및 에너지갭이 3.04eV이었다. 또한, 여기 일중항 에너지 준위 E(1, S, Sh)가 2.94eV, 여기 삼중항 에너지 준위 E(1, T, Sh)가 2.74eV이었다.

(비교 실험예 1) 제1 성분(호스트 화합물)으로서의 비교 화합물(mCBP)의 기초 물성의 평가

비교 화합물(mCBP)의 단독 막에 대해 기초 물성을 평가한 결과, 이온화 포텐셜이 6.07eV, 전자 친화력이 2.55eV 및 에너지갭이 3.52eV이었다. 또한, 여기 일중항 에너지 준위 E(1, S, Sh)가 4.19eV, 여기 삼중항 에너지 준위 E(1, T, Sh)가 2.78eV이었다.

(실험예 2) 제2 성분(어시스팅 도펀트)으로서의 화합물(Cz-TRZ3)의 기초 물성의 평가

화합물(Cz-TRZ3)의 단독 막에 대해 기초 물성을 평가한 결과, 이온화 포텐셜이 5.93eV, 전자 친화력이 2.99eV 및 에너지갭이 2.94eV이었다. 또한, 여기 일중항 에너지 준위 E(2, S, Sh)가 2.92eV, 여기 삼중항 에너지 준위 E(2, T, Sh)가 2.69eV이었다. 나아가, 피크 톱에 있어서의 여기 일중항 에너지 준위 E(2, S, PT)가 2.76eV, 피크 톱에 있어서의 여기 삼중항 에너지 준위 E(2, T, Sh)가 2.58eV이며, ΔEST는 0.18eV이었다.

(실험예 3) 제3 성분(에미팅 도펀트)으로서의 화합물(ED1)의 기초 물성의 평가

화합물(ED1)과 매트릭스 재료인 PMMA의 도막에 대해, 실온에서, 340nm 여기광에 의한 형광 스펙트럼을 측정하였다. 여기서, 도막에 있어서의 화합물(ED1)의 농도는 1 중량%로 하였다. 측정한 형광 스펙트럼의 극대 발광 파장은 465nm, 반치폭은 19nm이었다.

[2] 유기 EL 소자의 제작과 평가

본 실시예에서는, Adv. Mater. 2016, 28, 2777-2781에 기재된 구조에 준하여 유기 EL 소자를 제작하였다. 작성한 유기 EL 소자의 층 구성을 표 1에 나타낸다.

표 1에 있어서, 「NPD」는 N,N’-디페닐-N,N’-디나프틸-4,4'-디아미노 비페닐이며, 「TcTa」는 4,4',4"-트리스(N-카르바졸릴)트리페닐아민이며, 「mCP」는 1,3-비스(N-카르바졸릴)벤젠이며, 「mCBP」은 3,3'-비스(N-카르바졸릴)-1,1’-비페닐이며, 「BPy-TP2」은 2,7-디([2,2'-비피리딘]-5-일)트리페닐렌, 「2CzBN」은 3, 4-[디카르바졸릴벤조니트릴]이다.

<실시예 1> 화합물(BO2-0511S)을 호스트 화합물로 하고, 화합물(Cz-TRZ3)을 어시스팅 도펀트로 하고, 화합물(ED1)을 에미팅 도펀트로서 사용한 소자 1의 제작과 평가

두께 50nm의 ITO(인듐·주석 산화물)로 이루어지는 양극이 형성된 유리 기판(26mm×28mm×0.7mm) 위에, 각 박막을 진공 증착법으로, 진공도 5×10^-4 Pa에서 적층하였다.

먼저, ITO 상에, NPD를 막 두께 40nm가 되도록 증착하고, 그 위에, TcTa를 막 두께 15nm가 되도록 증착하여 2층으로 이루어지는 정공 주입 수송층을 형성하였다. 계속하여, mCP를 막 두께 15nm가 되도록 증착하여 전자 저지층을 형성하였다. 이어서, 호스트로서의 화합물(BO2-0511S), 어시스팅 도펀트로서의 Cz-TRZ3 및 에미팅 도펀트로서의 화합물(ED1)을 상이한 증착원으로부터 공증착하여, 막 두께 20nm의 발광층을 형성하였다. 이 때, 호스트, 어시스팅 도펀트 및 에미팅 도펀트의 중량비는 90 : 9 : 1로 하였다. 이어서, 2CzBN을 막 두께 10nm가 되도록 증착하여 전자 수송층을 형성하고, 그 위에, TSPO1을 막 두께 20nm가 되도록 증착하여 전자 수송층(제2 전자 수송층)을 형성하였다. 계속하여, LiF를 막 두께 1nm가 되도록 증착하고, 그 위에, 알루미늄을 막 두께 100nm가 되도록 증착하여 음극을 형성하고, 유기 EL 소자(소자 1)를 얻었다.

제작한 소자 1에 대해, 1000cd/m² 발광시의 발광 스펙트럼, 색도 및 외부 양자 효율을 측정하였다. 그 결과, 발광 스펙트럼에 있어서, 발광 극대 파장이 470nm, 반치폭이 18nm인 발광 피크가 관측되고, 깊은 청색(딥 블루)의 발광이 보여졌다. 또한, 1000cd/m² 발광시의 외부 양자 효율은 20.7%로서, 높은 양자 효율이 얻어졌다.

<비교예 1>

mCBP를 호스트 화합물로 하고, 화합물(Cz-TRZ3)을 어시스팅 도펀트로 하고, 화합물(ED1)을 에미팅 도펀트로서 사용한 비교 소자 1의 제작과 평가

화합물(BO2-0511S) 대신에 화합물(mCBP)을 호스트에 사용하는 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지의 절차 및 구성으로 EL 소자(비교 소자 1)를 얻었다.

제작한 비교 소자 1에 대해, 1000cd/m² 발광시의 발광 스펙트럼, 색도 및 외부 양자 효율을 측정하였다. 그 결과, 발광 스펙트럼에 있어서, 발광 극대 파장이 471nm, 반치폭이 18nm인 발광 피크가 관측되고, 깊은 청색(딥 블루)의 발광이 보여졌다. 그러나, 1000cd/m² 발광시의 외부 양자 효율은 14.8%로서, 실시예 1에 비해 낮은 양자 효율이었다.

[화학식 292]

100: 유기 전계 발광 소자
101: 기판
102: 양극
103: 정공 주입층
104: 정공 수송층
105: 발광층
106: 전자 수송층
107: 전자 주입층
108: 음극

Claims

발광층을 갖는 유기 전계 발광 소자로서,
상기 발광층이,
제1 성분으로서, 분자 중에 붕소 원자 및 산소 원자를 갖는 호스트 화합물과,
제2 성분으로서, 여기 일중항 에너지 준위와 여기 삼중항 에너지 준위의 차 ΔEST가 0.20eV 이하인 열 활성화형 지연 형광체와,
제3 성분으로서, 형광체를 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 발광층이, 상기 제1 성분으로서, 하기 식(i), 식(ii) 및 식(iii)의 어느 하나로 나타내어지는 화합물을 적어도 1종 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
[화학식 1]

(상기 식(i) 중,
A환, B환 및 C환은, 각각 독립적으로, 아릴환 또는 헤테로아릴환이며, 이들 환에서의 적어도 하나의 수소는 치환되어 있어도 되고, 식(i)로 나타내어지는 화합물 또는 구조에서의 적어도 하나의 수소가 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)
[화학식 2]

(상기 식(ii) 중,
A환, B환 및 C환은, 각각 독립적으로, 아릴환 또는 헤테로아릴환이며, 이들 환에서의 적어도 하나의 수소는 치환되어 있어도 되고,
Y¹은 B이며,
X¹, X² 및 X³은, 각각 독립적으로, >O, >N-R, >CR₂, 또는 >S이며, X¹~X³ 중 적어도 2개는 >O이며, 상기 N-R의 R 및 >CR₂의 R은 치환되어 있어도 되는 아릴, 치환되어 있어도 되는 헤테로아릴 또는 알킬이며, 또한 상기 >N-R의 R은 연결기 또는 단결합에 의해 상기 A환, B환 및 C환의 적어도 하나와 결합하고 있어도 되고, 그리고
식(ii)로 나타내어지는 화합물 또는 구조에서의 적어도 하나의 수소가 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)
[화학식 3]

(상기 식(iii) 중,
A환, B환, C환 및 D환은, 각각 독립적으로, 아릴환 또는 헤테로아릴환이며, 이들 환에서의 적어도 하나의 수소는 치환되어 있어도 되고,
R¹ 및 R²는, 각각 독립적으로, 수소, 탄소수 1~6의 알킬, 탄소수 6~12의 아릴, 탄소수 2~15의 헤테로아릴, 디아릴아미노(단, 아릴은 탄소수 6~12의 아릴), 디헤테로아릴아미노(단, 헤테로아릴은 탄소수 2~15의 헤테로아릴) 또는 아릴헤테로아릴아미노(단, 아릴은 탄소수 6~12의 아릴, 헤테로아릴은 탄소수 2~15의 헤테로아릴)이며, 그리고
식(iii)로 나타내어지는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 발광층이, 상기 제1 성분으로서, 하기 식(1), 식(2) 및 식(3)의 어느 하나로 나타내어지는 화합물을 적어도 하나 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
[화학식 4]

(상기 식(1) 중,
R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹은, 각각 독립적으로, 수소, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시이며, 이들은 아릴, 헤테로아릴 및 알킬로부터 선택되는 적어도 하나로 더 치환되어 있어도 되고,
식(1)로 나타내어지는 화합물 및 구조에서의 적어도 하나의 수소는 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)
[화학식 5]

(상기 식(2) 중,
R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁹, R¹⁰ 및 R¹¹은, 각각 독립적으로, 수소, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시이며, 이들은 아릴, 헤테로아릴 및 알킬로부터 선택되는 적어도 하나로 더 치환되어 있어도 되고,
X¹, X² 및 X³은, 각각 독립적으로, >O, >N-R, >S, 또는 >CR₂이며, X¹, X² 및 X³에서의 적어도 2개가 >O이며, 상기 >N-R의 R 및 >CR₂의 R은 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬이며, 이들은 아릴, 헤테로아릴 및 알킬로부터 선택되는 적어도 하나로 더 치환되어 있어도 되고, 그리고
식(2)로 나타내어지는 화합물 및 구조에서의 적어도 하나의 수소는 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)
[화학식 6]

(상기 식(3) 중,
R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶, R⁷, R⁸, R⁹, R¹⁰, R¹¹, R¹², R¹³ 및 R¹⁴는, 각각 독립적으로, 수소, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시, 아릴옥시, 헤테로아릴옥시, 아릴티오, 헤테로아릴티오 또는 알킬 치환 실릴이며, 이들에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 치환되어 있어도 되고, 또한 R⁵~R⁷ 및 R¹⁰~R¹² 중 인접하는 기끼리가 결합하여 b환 또는 d환과 함께 아릴환 또는 헤테로아릴환을 형성하고 있어도 되며, 형성된 환에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시, 아릴옥시, 헤테로아릴옥시, 아릴티오, 헤테로아릴티오 또는 알킬 치환 실릴로 치환되어 있어도 되며, 이들에서의 적어도 하나의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 치환되어 있어도 되고, 그리고
식(3)으로 나타내어지는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는 시아노, 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 성분으로서의 호스트 화합물이, 하기 식(1-1), 식(2-1), 식(2-2) 또는 식(3-1)로 나타내어지는 구조를 포함하는 화합물인, 유기 전계 발광 소자.
[화학식 7]

(상기 각 식에서,
수소는 각각 독립적으로, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어도 되며, 이들은 아릴, 헤테로아릴 및 알킬로부터 선택되는 적어도 하나로 더 치환되어 있어도 된다.)
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 식(1)~식(3)의 어느 하나로 나타내어지는 화합물이, 하기 부분 구조군A로부터 선택되는 적어도 하나의 구조를 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
부분 구조군A:
[화학식 8]

(상기 부분 구조식 중,
Me는 메틸을 나타내고, 파선은 결합 위치를 나타낸다.
단, 상기 부분 구조식에서의 수소는,
각각 독립적으로, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어 있어도 되고, 상기 아릴에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되며, 상기 헤테로아릴에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되고, 상기 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노 및 아릴헤테로아릴아미노에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 된다.)
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 성분, 상기 제2 성분 및 상기 제3 성분이, 하기 식(a)~식(c)의 적어도 어느 하나를 만족하는, 유기 전계 발광 소자.
|Ip(1)|≥|Ip(2)|···식(a)
[식(a)에서, Ip(1)은 제1 성분의 이온화 포텐셜을 나타내고, Ip(2)는 제2 성분의 이온화 포텐셜을 나타낸다.]
|Eg(2)|≥|Eg(3)|···식(b)
[식(b)에서, Eg(2)는 제2 성분의 광학적 밴드갭을 나타내고, Eg(3)은 제3 성분의 광학적 밴드갭을 나타낸다.]
ΔEST(1)≥ΔEST(2)···식(c)
[식(c)에서, ΔEST(1)은 제1 성분의 여기 일중항 에너지 준위와 여기 삼중항 에너지 준위의 에너지 차를 나타내고, ΔEST(2)는 제2 성분의 여기 일중항 에너지 준위와 여기 삼중항 에너지 준위의 에너지 차를 나타낸다.]
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 성분의 형광 피크의 반치전폭(FWHM)이 35nm 이하인, 유기 전계 발광 소자.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 성분이, 하기 식(ED11), 식(ED12), 식(ED13), 식(ED14), 식(ED15), 식(ED16), 식(ED17), 식(ED18), 식(ED19), 식(ED21), 식(ED22), 식(ED23), 식(ED24), 식(ED25), 식(ED26), 식(ED27), 식(ED211), 식(ED212), 식(ED221), 식(ED222), 식(ED223), 식(ED231), 식(ED241), 식(ED242), 식(ED261) 또는 식(ED271)로 나타내어지는 구조를 포함하는 화합물인, 유기 전계 발광 소자.
[화학식 9-1]

[화학식 9-2]

[화학식 9-3]

(단, 상기 각 식에서,
수소는 각각 독립적으로, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어도 되고, 이들은 아릴, 헤테로아릴 및 알킬로부터 선택되는 적어도 하나로 더 치환되어 있어도 된다.)
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 성분이, 하기 식(AD11), 식(AD12), 식(AD13), 식(AD21) 또는 식(AD22)로 나타내어지는 구조를 포함하는 화합물인, 유기 전계 발광 소자.
[화학식 10]

(상기 각 식에서,
R⁷ 또는 R⁸은 탄소수 1~6의 알킬이며,
수소는 각각 독립적으로, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 시클로알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어도 되고, 이들은 아릴, 헤테로아릴 및 알킬로부터 선택되는 적어도 하나로 더 치환되어 있어도 된다.)
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 성분이, 상기 열 활성화형 지연 형광체로서, 하기 식(AD31)로 나타내어지는 화합물을 적어도 하나 함유하는, 유기 전계 발광 소자.
[화학식 11]

(상기 식(AD31) 중,
M은 각각 독립적으로, 단결합, -O-, >N-Ar 및 >CAr₂ 중 적어도 하나이며, 상기 >N-Ar 및 >CAr₂에서의 Ar은 아릴이며,
Q는 부분 구조식(Q1)~(Q26)의 어느 하나로 나타내어지는 기이다.
n은 1~5의 정수이며,
상기 식에서의 수소는, 각각 독립적으로, 탄소수 6~18의 아릴, 탄소수 6~18의 헤테로아릴, 탄소수 1~6의 알킬 및 탄소수 3~12의 시클로알킬로 치환되어도 되며,
상기 각 식으로 나타내어지는 화합물에서의 적어도 하나의 수소는 할로겐 또는 중수소로 치환되어 있어도 된다.)
[화학식 12]
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 성분이, 상기 열 활성화형 지연 형광체로서, 하기 식(AD3101)~식(AD3118)의 어느 하나로 나타내어지는 구조를 갖는 화합물을 적어도 하나 함유하는, 유기 전계 발광 소자.
[화학식 13]
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제3 성분이, 상기 형광체로서, 하기 부분 구조군B로부터 선택되는 적어도 하나의 구조를 갖는 화합물을 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
부분 구조군B:
[화학식 14]

(상기 부분 구조식 중,
Me는 메틸을 나타내고, ^tBu 및 t-Bu는 t-부틸을 나타내며, 파선은 결합 위치를 나타낸다.
단, 상기 부분 구조식에서의 수소는,
각각 독립적으로, 아릴, 헤테로아릴, 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노, 아릴헤테로아릴아미노, 알킬, 알콕시 또는 아릴옥시로 치환되어 있어도 되며, 상기 아릴에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되고, 상기 헤테로아릴에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 되며, 상기 디아릴아미노, 디헤테로아릴아미노 및 아릴헤테로아릴아미노에서의 수소는 아릴, 헤테로아릴 또는 알킬로 더 치환되어 있어도 된다.)
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 구비한, 표시 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자를 구비한, 조명 장치.