KR20220092768A - 함질소 축합환 화합물, 형광발광제, 유기 전계 발광 소자용 재료 및 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

함질소 축합환 화합물, 형광발광제, 유기 전계 발광 소자용 재료 및 유기 전계 발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특정 구조를 갖는 한편, 특정 조건을 만족시키는 함질소 축합환 화합물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 특정 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물을 포함하고 인광 착체와 함께 이용되는 형광 발광제에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 특정 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물과 인광 착체를 포함하는 유기 전계 발광 소자용 재료에도 관한 것이다. 나아가 본 발명은 이것들을 포함한 유기 전계 발광 소자에도 관한 것이다.

Description

함질소 축합환 화합물, 형광발광제, 유기 전계 발광 소자용 재료 및 유기 전계 발광 소자{Nitrogen containing condensed ring compound, fluorescent luminescent emitters, materials for organic electroluminescence devices, and organic electroluminescence devices}
함질소 축합환 화합물, 형광발광제, 유기 전계 발광 소자용 재료 및 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
최근 유기 전계 발광 소자의 성능 향상을 위하여 TADF(Thermally　Activated　Delayed　Fluorescence, 열활성화 지연 형광) 기구를 도입한 재료 및 소자의 개발이 활발히 이루어지고 있다. TADF 기구는 일중항 레벨과 삼중항 레벨과의 에너지 차이(ΔEST)가 작은 화합물에서 삼중항 여기자로부터 일중항 여기자로의 역항간 교차가 생기는 현상으로 이루어진다. 자세한 내용은 비특허문헌 1의 261-262 페이지에 기재되어 있다.
개발 초기의 TADF 특성을 갖는 화합물로서 도너 부위와 억셉터 부위를 갖춘 D-A형의 형광 재료가 사용되었다. 그러나 이러한 화합물은 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)이 넓어서 광색역화 소자(wide color gamut device)로서 요구되는 사양에서 충분하지 않을 수 있다. 따라서 TADF 특성을 갖는 화합물에서는 반치폭(FWHM)을 더 좁히는 것이 과제로 여겨져 왔다. 이로부터 최근에는 TADF 특성을 갖는 화합물을 증감제나 호스트로서 사용하는 등 다양한 연구를 포함 하는 개발이 추진되고 있다.
비특허문헌 2에는 하이퍼 형광(hyper fluoresent) 발광소자로서 알려진 전형적인 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 증감제로서 TADF 특성을 갖는 화합물을 사용하고, 증감제를 경유해 형광 도펀트(발광 도펀트)로 에너지 이동을 실시하여 발광시키는 시스템에 관한 것이다. 다만 이 시스템에서는 발광 도펀트의 스펙트럼이 소자의 발광 스펙트럼이 된다. 이 때문에 소자의 발광 스펙트럼은 발광 도펀트로서 사용한 테트라 t-Bu 페릴렌(TBPe)이 복수의 피크를 갖는 스펙트럼이 되는 것이 과제가 되었다.
한편, 특허문헌 1에는 위의 문제를 해결하기 위하여 반치폭이 좁은 발광 스펙트럼을 갖는 특정의 형광 화합물(함질소 축합환 화합물)을 채용하고, TADF 특성을 갖는 화합물을 증감제 겸 호스트로서 사용하는 기술이 개시되고 있다. 이 문헌에서는 예상대로 반치폭이 좁은 발광 스펙트럼을 갖는 발광을 얻을 수 있지만, 소자 수명 등의 기재가 없고, 아직도 실용화할 만한 기술은 완성하고 있지 않는 것으로 추측된다.
덧붙여 유기 반도체 분야에 있어서, 특허문헌 1에 개시된 골격 구조를 갖는 화합물 이외의 함질소 축합환 화합물도 검토되고 있다. 이러한 함질소 축합환 화합물은 특허문헌 2 내지 4 및 비특허문헌 3 및 4에 개시되고 있다.
비특허문헌 2에서는 형광 재료와 TADF 특성을 갖는 화합물의 조합에 의하여 발광 효율의 향상에는 효과가 있는 것을 개시하고 있지만, 유기 전계 발광 소자의 발광 색순도를 충분히 향상시키지는 못하였다. 이는 청색 발광용으로서 사용한 도펀트가 복수의 피크를 갖는 것에 기인한다.
특허문헌 1에 개시된 특정의 형광 화합물(함질소 축합환 화합물)과 TADF 특성을 갖는 화합물과의 조합에 의하여, 사용된 함질소 축합환 화합물의 좁은 반치폭에 기인하는 높은 색순도를 달성하고 있으나, 함질소 축합환 화합물 자신이 TADF 특성을 갖지 않은 것으로부터 발광 효율에 대하여는 과제를 남긴다. 또한 소자 수명에 대한 언급이 없으므로, 고수명화의 과제도 남는다고 추측된다.
덧붙여 특허문헌 2 및 3에는 각각 특정 구조의 함질소 축합환 화합물을 포함한 유기 반도체 재료 및 유기 전자 소자가 개시되어 있다. 그러나 특허문헌 2 및 3에서는 주로 이러한 함질소 축합환 화합물의 전계 이동도에 주목하고 있고, 구체적으로 제조된 소자도 유기 전계 효과 트랜지스터이다. 따라서 특허문헌 2 및 3에는 이러한 함질소 축합환 화합물을 유기 전계 발광 소자의 발광재료로서 사용하는 것이나 이러한 함질소 축합환 화합물의 발광 특성에 대하여는 아무런 기재 및 시사가 없다. 또한, 특허문헌 2 및 3에는 이러한 함질소 축합환 화합물의 구조와 발광 색순도와의 관계에 대하여도 아무런 기재 및 시사가 없다.
또한, 비특허문헌 3 및 4에는 각각 특정 구조의 함질소 축합환 화합물에 대하여 그 합성 방법, 구조 및 기초 물성이 개시되고 있고, 이러한 함질소 축합환 화합물이 광발광성을 나타내는 것이 개시되고 있다. 그러나 비특허문헌 3 및 4에는 이러한 함질소 축합환 화합물의 색순도에 대하여는 아무런 기재 및 시사가 없다. 또한 비특허문헌 3 및 4에는 이러한 함질소 축합환 화합물을 유기 전계 발광 소자의 발광재료로서 사용하는 경우에 다른 재료와의 조합에 대하여도 아무런 기재 및 시사가 없다. 그리고 비특허문헌 3 및 4에는 이러한 함질소 축합환 화합물의 구조와 발광 색순도와의 관계에 대하여도 아무런 기재 및 시사가 없다.
그리고 특허문헌 4에는 특정 구조의 함질소 축합환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자에 의하여 발광 효율의 향상이 실현되는 것이 개시되고 있다. 또한 해당 함질소 축합환 화합물을 발광층에 포함하는 것이 개시되고 있다. 그리고 해당 함질소 축합환 화합물을 도펀트로 하고, 안트라센 골격을 갖는 특정 구조의 화합물을 호스트로 하여 사용하는 것이 개시되고 있다. 그러나 특허문헌 4에는 해당 함질소 축합환 화합물의 색순도에 대하여는 아무런 기재 및 시사가 없다. 또한 해당 함질소 축합환 화합물 자신의 TADF 특성에 대하여는 아무런 언급이 없고, 발광 효율에는 과제를 남긴다. 게다가 해당 함질소 축합환 화합물에 대하여 인광 착체(인광발광성 재료)와의 병용은 바람직하지 않은 것으로 개시되고 있다. 그리고 특허문헌 4에는 해당 함질소 축합환 화합물에 대하여 상기 구조의 호스트 이외의 화합물에 대하여 구체적인 화합물과의 병용의 개시가 없다. 또한, 해당 함질소 축합환 화합물의 구조와 발광 색순도와의 관계에 대하여 아무런 기재 및 시사가 없다.
이와 같이 종래 몇 개의 좁은 반치폭을 나타내는 함질소 축합환 화합물이 알려져 있지만, 그 특성을 사용한 고색순도의 유기 전계 발광 소자와 높은 발광 효율의 양립은 달성되어 있지 않았다. 또한 함질소 축합환 화합물과 병용하는 화합물의 종류와 유기 전계 발광 소자의 발광의 순도와의 관계에 대하여도 충분히 검토가 이루어지지 않았다.
일본특허 공개 제2020-053667호 국제 공개 제2013/084805호 국제 공개 제2013/084835호 일본특허 공개 제2020-107742호
아다치천파시편, 「유기 반도체의 소자 물성」, 코단샤, 2012년 3월 22일 Hajime　Nakanotani　et　al.,　「High-efficiency　organic　light-emitting　diodes　with　fluorescent　emitters」,　Nature　Communications,　2014.　5.　4016 (DOI：10.1038/ncomms5016) Claude　Niebel　et　al.,　「Dibenzo［2,3：5,6］pyrrolizino［1,7-bc］indolo［1,2,3-lm］carbazole：a　new　electron　donor」,　New　Journal　of　Chemistry,　2010,　34,　1243-1246 Morgane　Rivoal　et　al.,　「Substituted　dibenzo［2,3：5,6］-pyrrolizino［1,7-bc］Indolo［1,2,3-lm］carbazoles：　a　series　of new　electron　donors」,　Tetrahedron,　69,　(2013), 3302-3307
일 측면은 발광 스펙트럼의 피크 파장이 청색 파장 영역 내에 있어 고색순도를 갖는 한편, 고효율의 발광을 실현할 수 있는 화합물을 제공하는 것이다.
다른 일 측면은 해당 화합물을 포함한 형광발광제를 제공하는 것이다.
또 다른 일 측면은 해당 화합물을 포함하는 유기 전계 발광용 재료를 제공하는 것이다.
또 다른 일 측면은 유기 전계 발광 소자에서 발광 스펙트럼의 피크 파장이 청색 파장 영역 내에 있어 고색순도를 갖는 한편, 고효율의 발광을 실현할 수 있는 수단을 제공하는 것이다.
상기 과제의 적어도 하나는 이하의 수단에 의하여 해결될 수 있다.
하기 식 (1)에 의해 나타나는 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물과 인광 착체를 포함하는 유기 전계 발광 소자용 재료：
Figure pat00001
상기 식 (1)에서,
R1 내지 R4는 서로 독립적으로 하기 (a) 내지 (g) 중 하나의 원자 또는 기이고,
n1 내지 n4는 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고,
n1 내지 n4의 모두가 0인 것은 아니다:
(a) 할로겐 원자,
(b) 시아노기,
(c) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기,
(d) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기,
(e) 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기,
(f) 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기,
(g) 치환 또는 비치환된 1가의 헤테로환기,
여기서 n1 내지 n4 중 하나가 2 이상인 경우 각 R1, 각 R2, 각 R3, 또는 각 R4는 서로 같거나 다를 수 있다.
또한 상기 과제의 적어도 하나는 이하의 수단에 의하여 해결될 수 있다.
상기 식 (1)에서 나타나는 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물을 포함하고 인광 착체와 함께 사용되는 형광발광제.
또한 상기 과제의 적어도 하나는 이하의 수단에 의하여 해결될 수 있다.
상기 식 (1)에서 나타나는 구조를 갖고, 하기 조건 (i) 내지 (ⅳ)의 모두를 만족하는 함질소 축합환 화합물： 　　
＜조건 (i)＞
ΔEST ＞ ΔEST2 ＋ ΔE'TT
＜조건 (ⅱ)＞
0 eV ＜ ΔEST2 ＋ ΔE'TT ≤ 1.0 eV
＜조건 (ⅲ)＞
0eV ＜ΔE'TT ≤ 0.15 eV
＜조건 (ⅳ)＞
ΔEST2 ＞ 0 eV
상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)에서,
ΔEST(eV)는 S1 평형 구조(equilibrium structure)에 대해서 계산된 최저 일중항 여기 에너지(eV)로부터 T1 평형 구조에 대해서 계산된 최저 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타내고；
ΔEST2(eV)는 S1 평형 구조에 대해서 계산된 최저의 일중항여기 에너지(eV)로부터 T2 평형 구조에 대해서 계산된 2번째로 낮은 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타내고；
　ΔE'TT(eV)는 T2 평형 구조에 대해서 계산된 2번째로 낮은 삼중항 여기 에너지(eV)로부터 T2 평형 구조에 대해서 계산된 최저의 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타낸다.
또한 상기 과제의 적어도 하나는 이하의 수단에 의하여 해결될 수 있다.
하기 식 (2) 또는 하기 식 (3)에서 나타나는 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물： 　　
Figure pat00002
Figure pat00003
상기 식 (2) 및 상기 식 (3)에서,
R5 내지 R8은 서로 독립적으로 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬 아미노기 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기이고,
R9 및 R10은 서로 독립적으로 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알콕시기 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기이고,
n5 내지 n8은 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4 또는 5이고,
n9 및 n10은 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고,
여기서 n5 내지 n10 중 하나가 2 이상인 경우 각 R5, 각 R6, 각 R7, 각 R8, 각 R9 또는 각 R10은 서로 같거나 다를 수 있고,
상기 식 (2)에서 n5 내지 n8 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기이고,
상기 식 (3)에서 n5, n7, n9 및 n10 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 R5, R7, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기이다.
일 형태에 의하면 발광 스펙트럼의 피크 파장이 청색 파장 영역 내에 있어 고색순도를 갖는 한편, 고효율의 발광을 실현할 수 있는 화합물을 제공하는 것이 가능해진다. 또한 다른 일 형태에 의하면 해당 화합물을 포함한 형광발광제를 제공하는 것이 가능해진다. 또 다른 일 형태에 의하면 해당 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자용 재료를 제공하는 것이 가능해진다. 나아가 또 다른 일 형태에 의하면 유기 전계 발광 소자에서 발광 스펙트럼의 피크 파장이 청색 파장 영역 내에 있어 고색순도를 갖는 한편, 고효율의 발광을 실현할 수 있는 수단을 제공하는 것이 가능해진다.
도 1은 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 다른 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자를 나타내는 단면 모식도이다.
도 3은 그 외의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자를 나타내는 단면 모식도이다.
이하 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 덧붙여 본 발명은 이하의 실시 형태에만 한정되지 않는다. 또한 특별히 기재하지 않는 한, 조작 및 물성 등의 측정은 실온(20 ℃ 이상 25℃ 이하)/상대습도 40% RH 이상 50% RH 이하의 조건으로 측정한다.
본 명세서에서 「X 및 Y는 각각 독립하여」란 X 및 Y가 동일해도 좋고 달라도 좋은 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 「환으로부터 유도된 기」란 환구조의 환형성 원자에 직접 결합하는 수소 원자를 원자의 수만큼 제거하고, 유리 원자로 한 기를 나타낸다. 여기서 환형성 원자란 환구조를 직접 형성하는 원자를 나타낸다. 예를 들면, 벤젠환의 경우 환형성 원자는 탄소 원자이고, 수소 원자는 환형성 원자에는 포함되지 않는다.
＜함질소 축합환 화합물＞
본 발명은 하기 식 (1)에서 나타나는 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물에 관한 것이다：
Figure pat00004
상기 식 (1)에서,
R1 내지 R4는 서로 독립적으로 하기 (a) 내지 (g) 중 하나의 원자 또는 기이고,
n1 내지 n4는 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고,
n1 내지 n4의 모두가 0이 아니다:
(a) 할로겐 원자,
(b) 시아노기,
(c) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기,
(d) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기,
(e) 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기,
(f) 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기,
(g) 치환 또는 비치환된 1가의 헤테로환기,
여기서 n1 내지 n4 중 하나가 2 이상인 경우 각 R1, 각 R2, 각 R3, 또는 각 R4 는 서로 같거나 다를 수 있다.
이하 본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물을 단지 「함질소 축합환 화합물」이라고도 칭한다.
본 발명자 등은 상기 구성에 의하여 과제가 해결되는 메카니즘을 다음과 같이 추정하고 있다.
발광재료의 발광 파장은 골격 구조만이 아니라 치환기의 종류 및 결합 위치에 의하여도 변화한다. 상기 함질소 축합환 화합물은 특정 위치에 특정 치환기가 도입된 결과, 발광 스펙트럼의 피크 파장이 청색 파장 영역 내에 있도록 장파장화되고 있다. 그 결과 유기 전계 발광 소자의 발광재료, 특히 청색 발광재료로서 충분한 특성을 만족시키게 된다. 특히 치환기의 도입에 의하여 분자간의 응집이 억제되고, 또한 분자 자체의 용해성도 향상되어 정제의 정도도 향상된 결과, 발광 색순도가 향상하게 된다. 또한 첨가량이 증가되면 일반적인 발광재료에서는 분자간의 응집이 발생하고, 응집 상태에 기인하는 발광이 생겨서 발광 스펙트럼의 폭이 넓어져, 색순도가 저하하는 경향이 있다. 그러나 상기 함질소 축합환 화합물은 분자간의 응집이 생기기 어려워 첨가량이 증가된 경우에도 색순도의 저하가 생기지 않고, 고색순도의 발광을 실현할 수 있다. 또한 이러한 결과 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한 상기 함질소 축합환 화합물과 인광 착체를 병용할 경우에는 유기 전계 발광 소자의 대폭적인 장기 수명화를 실현할 수도 있다.
덧붙여 상기 메카니즘은 추측에 근거하는 것이므로, 그 옳고 그름이 본 발명의 기술적 범위에 영향을 미치는 것은 아니다. 또한 본 명세서에 있어서의 다른 추측 사항에 대해서도 마찬가지로 그 옳고 그름이 본 발명의 기술적 범위에 영향을 미치는 것은 아니다.
이와 같이 본 발명의 일 형태는 상기 식 (1)에서 나타나는 함질소 축합환 화합물에 관한 것이다. 또한 본 발명의 다른 일 형태는 상기 식 (1)에서 나타나는 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물을 포함하고, 인광 착체와 함께 사용되는 형광발광제에 관한 것이다. 그리고 본 발명의 다른 일 형태는 하기 식 (1)에서 나타나는 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물과 후술하는 인광 착체를 포함하는 유기 전계 발광 소자용 재료에 관한 것이다.
이하 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 함질소 축합환 화합물, 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 형광발광제에 포함되는 함질소 축합환 화합물 및 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자용 재료에 포함되는 함질소 축합환 화합물에 대해 설명한다.
상기 식 (1)에서, 상기 (a) 내지 상기 (g)의 원자 또는 기 중에서도 상기 (a), 상기 내지 (d), 상기 (f) 또는 상기 (g)의 원자 또는 기가 바람직하다.
상기 식 (1)에서 상기 (c) 내지 상기 (g)의 기가 치환된 기인 경우, 이러한 기를 치환하는 치환기는 특별히 제한되지 않는다. 그러나 상기 식 (1)에서 상기 (c) 및 상기 (d)의 기를 치환하는 치환기는 서로 독립적으로 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬 아미노기 및 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기로부터 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1개의 치환기인 것이 바람직하다. 또한 상기 식 (1)에서 상기 (e)의 기를 치환하는 치환기는 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬 아미노기 및 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기로부터 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1개의 치환기인 것이 바람직하다. 그리고 상기 식 (1)에서 상기 (f)의 기를 치환하는 치환기는 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬 아미노기, 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기 및 비치환된 환형성 원자수 3 이상 30 이하의 1가의 헤테로환기로부터 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1개의 치환기인 것이 바람직하다. 또한, 상기 식 (1)에서 상기 (g)의 기를 치환하는 치환기는 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬 아미노기, 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기 및 비치환된 탄소수 6 이상 30 이하의 1가의 방향족 탄화수소기로부터 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1개의 치환기인 것이 바람직하다.
상기 식 (1)에서 n1, n2, n3 또는 n4가 0이라는 것은 이들에 대응하는 R1, R2, R3 또는 R4가 존재하지 않는 것을 의미한다. 즉, 상기 식 (1)에서 R1, R2, R3 또는 R4가 결합할 수 있도록 기재된 환형성 탄소 원자는 비치환이고, 해당 환형성 탄소 원자에는 수소 원자가 결합하고 있는 것을 나타낸다.
n1 내지 n4는 서로 독립적으로 0 또는 1인 것이 바람직하다.
상기 (a)의 할로겐 원자는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자 또는 요오드 원자 등을 들 수 있다. 이중에서도 소자 수명의 관점에서 불소 원자가 바람직하다.
상기 (c)의 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기는 특별히 제한되지 않고, 직쇄상, 분기상 또는 환상일 수 있다. 이중에서도 소자 수명 및 발광 색순도의 관점에서 분기상인 것이 바람직하다. 알킬기의 탄소수는 용해성 및 발광 색순도의 관점에서 2 이상인 것이 바람직하고, 3 이상인 것이 보다 바람직하고, 4 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한 알킬기의 탄소수는 소자 수명의 관점에서 10 이하인 것이 바람직하고, 8 이하인 것이 보다 바람직하고, 6 이하인 것이 더욱 바람직하다. 알킬기의 탄소수는 이러한 관점에서 4인 것이 특히 바람직하다. 알킬기의 구체적인 예는 특별히 제한되지 않지만, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, s-부틸기(sec-부틸기), t-부틸기(tert-부틸기), i-부틸기, 2-에틸 부틸기, 3,3-디메틸 부틸기, n-펜틸기, i-펜틸기, 네오펜틸기, t-펜틸기, 시클로 펜틸기, 1-메틸 펜틸기, 3-메틸 펜틸기, 2-에틸 펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, n-헥실기, 1-메틸 헥실기, 2-에틸 헥실기, 2-부틸 헥실기, 시클로 헥실기, 4-메틸 시클로 헥실기, 4-t-부틸 시클로 헥실기, n-헵틸기, 1-메틸펩틸기, 2,2-디메틸 헵틸기, 2-에틸 헵틸기, 2-부틸 헵틸기, n-옥틸기, t-옥틸기, 2-에틸 옥틸기, 2-부틸 옥틸기, 2-헥실 옥틸기, 3,7-디메틸 옥틸기, 시클로 옥틸기, n-노닐기, n-데실기, 아다만틸기, 2-에틸 데실기, 2-부틸 데실기, 2-헥실 데실기, 2-옥틸 데실기, n-운데실기, n-도데실기, 2-에틸 도데실기, 2-부틸 도데실기, 2-헥실 도데실기, 2-옥틸 데실기, n-트리데실기, n-테트라 데실기, n-펜타데실기, n-헥사데실기, 2-에틸 헥사데실기, 2-부틸 헥사데실기, n-헵타데실기, n-옥타데실기, n-노나데실기 또는 n-이코실기 등을 들 수 있다. 이중에서도 분기상 알킬기가 바람직하고, 이소프로필기 또는 tert-부틸기가 바람직하고, tert-부틸기가 보다 바람직하다.
덧붙여 「치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기」란 비치환된 탄소수가 1 이상 20 이하의 알킬기가 치환기에 의하여 치환된 기를 나타낸다. 따라서 치환된 알킬기의 탄소수는 20을 초과할 수 있다.
상기 (d)의 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기는 특별히 제한되지 않고, 알콕시기는 직쇄상, 분기상 또는 환상일 수 있다. 이중에서도 소자 수명의 관점에서 직쇄상인 것이 바람직하다. 알콕시기의 탄소수는 소자 수명의 관점에서 1 이상 10 이하인 것이 바람직하다. 또한 알콕시기의 탄소수는 같은 관점에서 1 이상 8 이하인 것이 보다 바람직하고, 1 이상 6 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1인 것이 특히 바람직하다. 알콕시기를 구성하는 알킬기는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 상기 알킬기의 설명에서 기재된 것 등을 들 수 있다. 알콕시기의 구체적인 예는 특별히 제한되지 않지만, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, 이소프로폭시기, 부톡시기, 펜틸 옥시기, 헥실 옥시기, 옥틸 옥시기, 노닐 옥시기 또는 데실 옥시기 등을 들 수 있다. 이중에서도 메톡시기가 바람직하다.
덧붙여 「치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기」란 비치환된 탄소수가 1 이상 20 이하의 알콕시기가 치환기에 의하여 치환된 기를 나타낸다. 따라서 치환된 알콕시기의 탄소수는 20을 초과할 수 있다.
상기 (e)의 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기의 질소 원자는 상기 식 (1)에서 R1, R2, R3 또는 R4가 결합할 수 있도록 기재된 환형성 탄소 원자와 단결합에 의해 결합한다. 덧붙여 본 명세서에서 질소 원자를 포함한 기더라도 해당 질소 원자가 헤테로환의 환형성 원자인 경우에는 해당 기는 아릴 아미노기가 아니라 후술하는 헤테로환기로서 취급하여야 한다. 아릴 아미노기를 구성하는 아릴기는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 후술하는 1가의 방향족 탄화수소기 가운데 탄소수가 6 이상 20 이하인 기 등을 들 수 있다. 아릴 아미노기는 특별히 제한되지 않고, 모노아릴 아미노기 또는 디아릴 아미노기일 수 있다. 아릴 아미노기의 구체적인 예는 특별히 제한되지 않지만, N-페닐아미노기, N-비페닐아미노기, N-터페닐아미노기, N,N-디페닐아미노기 또는 N-비페닐-N-페닐 아미노기를 들 수 있다.
덧붙여 「치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기」란 비치환된 탄소수가 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기가 치환기에 의하여 치환된 기를 나타낸다. 따라서 치환된 아릴 아미노기의 탄소수는 20을 초과할 수 있다.
상기 (f)의 1가의 방향족 탄화수소기란 1 이상의, 방향족성을 갖는 탄화수소환으로부터 유도된 기를 나타낸다. 본 명세서에서 방향족성을 갖는 탄화수소환이란 부분적으로 또는 전체적으로 방향족성을 갖는 탄화수소환을 나타낸다. 　
1가의 방향족 탄화수소기가 2 이상의, 방향족성을 갖는 탄화수소환을 포함한 경우, 이러한 환은 서로 단결합으로 결합되거나 또는 축합되어 있어도 좋다. 또한 1가의 방향족 탄화수소기가 2 이상의, 방향족성을 갖는 탄화수소환을 포함한 경우, 1개의 원자가 임의의 이러한 환의 환형성 원자를 겸할 수 있다.
1가의 방향족 탄화수소기의 탄소수는 특별히 제한되지 않지만, 발광 색순도의 관점에서 6 이상 30 이하인 것이 바람직하다. 또한 1가의 방향족 탄화수소기의 탄소수는 같은 관점에서 6 이상 20 이하인 것이 보다 바람직하고, 6 이상 12 이하인 것이 더욱 바람직하고, 6인 것이 특히 바람직하다.
1가의 방향족 탄화수소기의 구체적인 예는 특별히 제한되지 않지만, 페닐기, 메시틸기, t-부틸 페닐기, 비스(t-부틸)페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 안트라세닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기, 킹크(quinque)페닐기, 젝시(sexy)페닐기, 트리페닐레닐기, 피레닐기, 벤조플루오레닐기, 크리세닐기 또는 이들의 조합으로 이루어진 기 등을 들 수 있다.
덧붙여 「치환된 1가의 방향족 탄화수소기」란 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기가 치환기에 의하여 치환된 기를 나타낸다. 따라서 1가의 방향족 탄화수소기가 예를 들면 탄소수가 30 이하 등 특정의 탄소수의 상한치 이하의 것인 경우 치환된 1가의 방향족 탄화수소기의 탄소수는 해당 상한치를 초과할 수 있다.
상기 (g)의 1가의 헤테로환기란 1 이상의 헤테로환으로부터 유도된 기를 나타낸다. 1가의 헤테로환기는 특별히 제한되지 않고, 1가의 방향족헤테로환기이거나 또는 1가의 비방향족헤테로환기일 수 있다. 이중에서도 발광 색순도의 관점에서 1가의 방향족헤테로환기인 것이 바람직하다.
1가의 방향족헤테로환기란 1 이상의 방향족성을 갖는 헤테로환으로부터 유도된 기를 나타낸다. 본 명세서에서 방향족성을 갖는 헤테로환이란 부분적으로 또는 전체적으로 방향족성을 갖는 헤테로환을 나타낸다. 방향족성을 갖는 헤테로환이 부분적으로 방향족성을 갖는 경우, 방향족성은 해당 환 중의 헤테로환 부분에서 유래할 수도 있고, 해당 환 중의 탄화수소환 부분에서 유래할 수도 있다. 방향족성을 갖는 헤테로환은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 환형성 원자로서 1 이상의 헤테로 원자(예를 들면 질소 원자(N), 산소 원자(O), 인 원자(P), 황 원자(S), 실리콘 원자(Si))를 갖고, 나머지의 환형성 원자가 탄소 원자(C)인 환을 들 수 있다. 덧붙여 환구조를 구성하는 탄소 원자가 케톤기(C=O기)나 티오 케톤기(C=S기), C=NH기를 구성하는 경우나 환구조를 구성하는 황 원자가 설피닐기(S=O기)나 설포닐기(S(=O)=O기)를 구성하는 경우 등 환구조를 구성하는 원자가 이중 결합을 개입시켜 환 외의 원자와 결합하는 경우가 있다. 이 경우에 대해서 본 명세서에서는 환구조를 구성하는 원자와의 사이에 이중 결합을 구성하는 환 외의 원자는 방향족성을 갖는 헤테로환의 일부로 한다. 또한 이중 결합을 구성하는 환 외의 원자가 단결합을 개입시켜 수소 원자와 결합하는 경우는 해당 수소 원자도 방향족성을 갖는 헤테로환의 일부로 한다. 방향족성을 갖는 헤테로환의 구체적인 예는 특별히 제한되지 않지만, 피리딘환, 피라진환, 피리다진환, 피리미딘환, 트리아진환, 퀴놀린환, 이소퀴놀린환, 퀴녹살린환, 퀴나졸린환, 나프틸리딘환, 아크리딘환, 페나진환, 벤조퀴놀린환, 벤조이소퀴놀린환, 페난트리딘환, 페난트롤린환, 벤조퀴논환, 쿠마린환, 안트라퀴논환, 플루오레논환, 퓨란환, 티오펜환, 벤조퓨란환, 벤조티오펜환, 디벤조퓨란환, 디벤조티오펜환, 피롤환, 인돌환, 카바졸환, 인돌카바졸환, 이미다졸환, 벤즈 이미다졸환, 피라졸환, 인다졸환, 옥사졸환, 이소 옥사졸환, 벤조옥사졸환, 벤조이소옥사졸환, 티아졸환, 이소티아졸환, 벤조티아졸환, 벤조이소티아졸환, 이미다졸리논환, 벤즈이미다졸리논환, 이미다졸피리딘환, 이미다졸피리미딘환, 이미다졸페난트리딘환, 벤즈이미다졸페난트리딘환, 아자디벤조퓨란환, 아자카바졸환, 아자디벤조티오펜환, 디아자디벤조퓨란환, 디아자카바졸환, 디아자디벤조티오펜환, 크산톤환 또는 티오크산톤환 등을 들 수 있다.
1가의 방향족헤테로환기가 2 이상의 방향족성을 갖는 헤테로환을 포함한 경우, 이러한 환은 서로 단결합으로 결합되거나 또는 축합되어 있어도 좋다. 또한 1가의 방향족헤테로환기가 2 이상의 방향족성을 갖는 헤테로환을 포함한 경우 1개의 원자가 임의의 이러한 환의 환형성 원자를 겸할 수 있다.
1가의 방향족헤테로환기의 환형성 원자수(환형성 탄소 원자수 및 환형성 헤테로 원자수의 합계)는 특별히 제한되지 않지만, 발광 스펙트럼의 피크 파장 및 발광 색순도의 관점에서 3 이상 30 이하인 것이 바람직하다. 또한 1가의 방향족헤테로환기의 환형성 원자수는 같은 관점에서 5 이상 20 이하인 것이 보다 바람직하고, 6 이상 14 이하인 것이 더욱 바람직하다. 1가의 방향족헤테로환기의 환형성 헤테로 원자수는 특별히 제한되지 않지만, 발광 스펙트럼의 피크 파장 및 발광 색순도의 관점에서 1 이상 10 이하인 것이 바람직하다. 또한 1가의 방향족헤테로환기의 환형성 헤테로 원자수는 같은 관점에서 1 이상 5 이하인 것이 보다 바람직하고, 1 이상 3 이하인 것이 더욱 바람직하다. 덧붙여 전술한 바와 같이 환형성 원자란 환구조를 직접 형성하는 원자를 나타낸다. 이로부터, 환구조를 구성하는 원자와의 사이에 이중 결합을 구성하는 환 외의 원자가 있는 경우, 해당 원자는 환형성 원자에는 포함하지 않는 것으로 한다.
1가의 방향족헤테로환기의 구체적인 예는 특별히 제한되지 않지만, 티에닐기, 퓨라닐기, 피롤릴기, 이미다졸일기, 티아졸일기, 옥사졸일기, 옥사디아졸일기, 트리아졸일기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아지닐기, 아크리디닐기, 피리다지닐기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 퀴녹사리닐이기, 페녹사지닐기, 프탈라지닐기, 피리도피리미디닐기, 피리도피라지닐기, 피라지노피라지닐기, 이소퀴놀리닐기, 인돌일기, 카바졸일기, 벤조옥사졸일기, 벤조이미다졸일기, 벤조티아졸일기, 벤조카바졸일기, 벤조티오페닐기, 디벤조티오페닐기, 티에노티에닐기, 벤조퓨라닐기, 페난트톨리닐기, 티아졸일기, 이소옥사졸일기, 옥사디아졸일기, 티아디아졸일기, 페노티아지닐기, 디벤조시롤일기, 디벤조퓨라닐기 또는 크산토닐기 등을 들 수 있다. 이중에서도 트리아지닐기, 카바졸일기, 벤조옥사졸일기, 크산토닐기가 바람직하다.
또한 비방향족헤테로환기란 1 이상의 비방향족헤테로환으로부터 유도된 기를 나타낸다. 본 명세서에서 비방향족헤테로환은 부분적으로도 또는 전체적으로도 방향족성을 갖지 않는 헤테로환을 나타낸다. 비방향족헤테로환으는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 환형성 원자로서 1 이상의 헤테로 원자(예를 들면 질소 원자(N), 산소 원자(O), 인 원자(P), 황 원자(S), 실리콘 원자(Si))를 갖고, 나머지의 환형성 원자가 탄소 원자(C)인 환을 들 수 있다. 헤테로 원자는 발광 스펙트럼의 피크 파장 및 발광 색순도의 관점에서 질소 원자(N), 산소 원자(O)가 바람직하다. 덧붙여 환구조를 구성하는 탄소 원자가 케톤기(C=O기)나 티오 케톤기(C=S기), C=NH기를 구성하는 경우나 환구조를 구성하는 황 원자가 설피닐기(S=O기)나 설포닐기(S(=O)=O기)를 구성하는 경우 등 환구조를 구성하는 원자가 이중 결합을 개입시켜 환 외의 원자와 결합하는 경우가 있다. 이 경우에 대해서 본 명세서에서는 환구조를 구성하는 원자와의 사이에 이중 결합을 구성하는 환 외의 원자는 비방향족헤테로환의 일부로 한다. 또한 이중 결합을 구성하는 환 외의 원자가 단결합을 개입시켜 수소 원자와 결합하는 경우 해당 수소 원자도 비방향족헤테로환의 일부로 한다. 비방향족헤테로환의 구체적인 예는 특별히 제한되지 않지만, 피롤리딘환, 테트라히드로퓨란환, 테트라히드로티오펜환, 피페리딘환, 테트라히드로피란환, 테트라히드로티오피란환, 디옥산환, 모폴린환 또는 디옥소레인환 등을 들 수 있다.
1가의 비방향족헤테로환기가 2 이상의 비방향족헤테로환을 포함한 경우 이러한 환은 서로 단결합으로 결합되거나 또는 축합되어 있어도 좋다. 또한 1가의 비방향족헤테로환기가 2 이상의 비방향족헤테로환을 포함한 경우 1개의 원자가 임의의 이러한 환의 환형성 원자를 겸할 수 있다.
1가의 비방향족헤테로환기의 환형성 원자수(환형성 탄소 원자수 및 환형성 헤테로 원자수의 합계)는 특별히 제한되지 않지만, 발광 스펙트럼의 피크 파장 및 발광 색순도의 관점에서 3 이상 30 이하인 것이 바람직하다. 또한 1가의 비방향족헤테로환기의 환형성 원자수는 같은 관점에서 5 이상 20 이하인 것이 보다 바람직하고, 6 이상 14 이하인 것이 더욱 바람직하다. 1가의 비방향족헤테로환기의 환형성 헤테로 원자수는 특별히 제한되지 않지만, 발광 스펙트럼의 피크 파장 및 발광 색순도의 관점에서 1 이상 10 이하인 것이 바람직하다. 또한 1가의 비방향족헤테로환기의 환형성 헤테로 원자수는 같은 관점에서 1 이상 5 이하인 것이 보다 바람직하고, 1 이상 3 이하인 것이 더욱 바람직하다. 덧붙여 전술한 바와 같이 환형성 원자란 환구조를 직접 형성하는 원자를 나타낸다. 이로부터, 환구조를 구성하는 원자와의 사이에 이중 결합을 구성하는 환 외의 원자가 있는 경우 해당 원자는 환형성 원자에는 포함하지 않는 것으로 한다.
1가의 비방향족헤테로환기의 구체적인 예는 특별히 제한되지 않지만, 피롤리디닐기, 테트라히드로퓨라닐기, 테트라히드로티에닐기, 피리디닐기, 테트라히드로피라닐기, 테트라히드로티오피라닐기, 디옥사닐기, 모포닐기 또는 디옥소라닐기 등을 들 수 있다.
덧붙여 「치환된 1가의 헤테로환기」란 비치환된 1가의 헤테로환기가 치환기에 의하여 치환된 기를 나타낸다. 따라서 1가의 헤테로환기가 예를 들면 환형성 원자수가 30 이하 등 특정의 환형성 원자수의 상한치 이하이고 한편 치환기가 환구조를 구성하는 경우, 치환된 1가의 헤테로환기의 환형성 원자수는 해당 상한치를 초과할 수 있다.
상기 (c) 내지 상기 (g)의 기는 치환된 기일 수 있다. 상기 (c) 내지 상기 (g)의 기를 치환하는 치환기인 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기는 각각 상기 (a), 상기 (c), 상기 (d) 및 상기 (e)의 설명에 있어서의 비치환된 기와 같다. 이중에서도 할로겐 원자, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기가 바람직하다. 또한 불소 원자 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 직쇄상 또는 분기상 알킬기가 보다 바람직하다. 그리고 불소 원자, 메틸기, 이소프로필기 또는 tert-부틸기가 한층 더 바람직하다.
또한 상기 (c) 내지 상기 (g)의 기를 치환하는 치환기인 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬 아미노기는 상기 식 (1)에서 상기 (c) 내지 상기 (g)의 비치환된 기를 구성하는 몇 개의 원자와 그 질소 원자가 단결합에 의해 결합한다. 알킬 아미노기를 구성하는 알킬기는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 상기 (c)의 설명과 같다. 알킬 아미노기는 특별히 제한되지 않고, 모노알킬 아미노기 또는 디알킬아미노기일 수 있다. 알킬 아미노기의 구체적인 예는 특별히 제한되지 않지만, N-메틸 아미노기, N-에틸 아미노기, N-프로필 아미노기, N-이소프로필 아미노기, N-부틸 아미노기, N-이소부틸 아미노기, N-sec-부틸 아미노기, N-tert-부틸 아미노기, N-펜틸 아미노기, N-헥실 아미노기, N,N N-디메틸 아미노기, N-메틸-N-에틸 아미노기, N,N-디에틸 아미노기, N,N-디프로필 아미노기, N,N-디이소프로필 아미노기, N,N-디부틸 아미노기, N,N-디이소부틸아미노기, N,N-디펜틸아미노기 또는 N,N-디헥실아미노기를 들 수 있다.
상기 (e) 내지 상기 (g)의 기를 치환하는 치환기인 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기로서 상기 (c)에서 설명한 알킬기의 적어도 1개의 수소 원자가 상기 (a)에서 설명한 할로겐 원자에 의하여 치환된 기를 들 수 있다. 할로겐 원자는 소자 수명의 관점에서 불소 원자가 바람직하다. 할로 알킬기의 구체적인 예는 예를 들면 트리플루오로메틸기, 트리클로로메틸기, 트리브로모 메틸기 또는 트리요오도 메틸기 등을 들 수 있다. 이중에서도 불소화 알킬기가 바람직하고, 트리플루오로메틸기가 보다 바람직하다.
상기 (f)의 기를 치환하는 치환기인 비치환된 환형성 원자수 3 이상 30 이하의 1가의 헤테로환기는 환형성 원자수의 범위가 한정되는 것 이외는 상기 (g)의 설명에 있어서의 비치환된 기와 같다. 이중에서도 헤테로 원자로서 산소 또는 질소 원자를 포함한 1가의 헤테로환기인 것이 바람직하고, 벤조옥사졸일기가 바람직하다.
상기 (g)의 기를 치환하는 치환기인 비치환된 탄소수 6 이상 30 이하의 1가의 방향족 탄화수소기는 탄소수의 범위가 한정되는 것 이외는 상기 (f)의 설명에 있어서의 비치환된 기와 같다. 이중에서도 벤젠환으로부터 유도된 기인 것이 바람직하다.
본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물에 있어서, 발광 스펙트럼의 피크 파장 및 발광 색순도의 관점에서 상기 식 (1)에서 나타나는 구조는 하기 식 (2) 또는 하기 식 (3)에서 나타나는 구조인 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 바람직한 일 실시 형태는 하기 식 (2) 또는 하기 식 (3)에서 나타나는 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물에 관한 것이다. 또한 이로부터 후술하는 유기 전계 발광 소자용 재료의 바람직한 일 실시 형태는 질소 축합환 화합물의 상기 식 (1)에서 나타나는 구조가 하기 식 (2) 또는 하기 식 (3)에서 나타나는 구조인 유기 전계 발광 소자용 재료를 들 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
상기 식 (2) 및 상기 식 (3)에서,
R5 내지 R8은 서로 독립적으로 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬 아미노기 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기이고,
R9 및 R10은 서로 독립적으로 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알콕시기 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기이고,
n5 내지 n8은 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4 또는 5이고,
n9 및 n10은 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고,
여기서 n5 내지 n10 중 하나가 2 이상인 경우 각 R5, 각 R6, 각 R7, 각 R8, 각 R9 또는 각 R10은 서로 같거나 다를 수 있다.
R5 내지 R10에 있어서의 할로겐 원자, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기는 각각 상기 (a), 상기 (c), 상기 (d) 및 상기 (e)의 설명에 있어서의 비치환된 기와 같다.
R5 내지 R10에 있어서의 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기는 상기 (e) 내지 상기 (g)의 기를 치환하는 치환기의 설명과 같다.
R5 내지 R8에 있어서의 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬 아미노기는 상기 (c) 내지 상기 (g)의 기를 치환하는 치환기의 설명과 같다.
R9 및 R10에 있어서의 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알콕시기는 상기 (d)에서 설명한 알콕시기의 적어도 1개의 수소 원자가 상기 (a)에서 설명한 할로겐 원자에 의하여 치환된 기일 수 있다. 할로겐 원자는 소자 수명의 관점에서 불소 원자가 바람직하다. 할로 알콕시기의 구체적인 예는 예를 들면 트리플루오로 메톡시기, 트리클로로 메톡시기, 트리브로모 메톡시기, 트리요오도 메톡시기 등을 들 수 있다. 이중에서도 불소화 알콕시기가 바람직하고, 트리플루오로 메톡시기가 보다 바람직하다.
상기 식 (2) 및 상기 식 (3)에서 n5, n6, n7, n8, n9 또는 n10이 0이라는 것은 이것들에 대응하는 R5, R6, R7, R8, R9 또는 R10이 존재하지 않는 것을 의미한다. 즉 상기 식 (2) 및 상기 식 (3)에서 R5, R6, R7, R8, R9 또는 R10이 결합할 수 있도록 기재된 환형성 탄소 원자는 비치환이고, 해당 환형성 탄소 원자에는 수소 원자가 결합하고 있는 것을 나타낸다.
n5 내지 n8은 서로 독립적으로 0, 1, 2 또는 3인 것이 바람직하다. 또한 n9 및 n10은 서로 독립적으로 0 또는 1인 것이 바람직하다.
여기서, R5 내지 R8는 발광 색순도 및 발광 효율의 관점에서 할로겐 원자 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기가 바람직하다. 또한 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기가 보다 바람직하고, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 직쇄상 또는 분기상 알킬기가 한층 더 바람직하다. 그리고 메틸기, 이소프로필기 또는 tert-부틸기가 특히 바람직하다.
또한 R9 및 R10는 발광 색순도 및 발광 효율의 관점에서 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알콕시기가 바람직하다. 또한 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기가 보다 바람직하고, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 분기상 알킬기가 한층 더 바람직하다. 그리고 시아노기 또는 tert-부틸기가 한층 더 바람직하다.
본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 함질소 축합환 화합물에서는 발광 색순도 및 발광 효율의 관점에서 상기 식 (2)에서 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기인 것이 바람직하다. 또는 상기 식 (3)에서 R5, R7, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기인 것이 바람직하다. 또한 이로부터, 후술하는 유기 전계 발광 소자용 재료의 바람직한 일 실시 형태는 함질소 축합환 화합물에서 상기 식 (2)의 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기인 유기 전계 발광 소자용 재료를 들 수 있다. 또는 함질소 축합환 화합물의 상기 식 (3)에서 R5, R7, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기인 유기 전계 발광 소자용 재료를 들 수 있다. 이러한 실시 형태와 관련되는 함질소 축합환 화합물에서는 상기 식 (2)에서 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 메틸기, 이소프로필기 또는 tert-부틸기인 것이 보다 바람직하다. 또한 상기 식 (2)에서 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 메틸기 또는 tert-부틸기인 것이 더욱 바람직하다. 또한 이러한 실시 형태와 관련되는 함질소 축합환 화합물에서는 상기 식 (3)에서 R5, R7, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 직쇄상 또는 분기상 알킬기인 것이 보다 바람직하다. 나아가 상기 식 (3)에서 나타나는 구조에서 R5 및 R7 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 직쇄상 또는 분기상 알킬기이고, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 분기상 알킬기인 것이 더욱 바람직하다. 그리고 상기 식 (3)에서 나타나는 구조에서 R5 및 R7 중 적어도 하나는 메틸기 이소프로필기 또는 tert-부틸기이고 R9 및 R10 중 적어도 하나는 이소프로필기 또는 tert-부틸기인 것이 보다 더 바람직하다. 또한 상기 식 (3)에서 나타나는 구조에서 R5 및 R7 중 적어도 하나는 메틸기 또는 tert-부틸기이고 R9 및 R10 중 적어도 하나는 tert-부틸기인 것이 특히 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 일 실시 형태와 관련되는 함질소 축합환 화합물에서는 발광 스펙트럼의 피크 파장 및 발광 색순도의 관점에서 상기 식 (2)에서 n5 내지 n8 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기인 것이 바람직하다. 또는 상기 식 (3)에서 n5, n7, n9 및 n10 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 R5, R7, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기인 것이 바람직하다. 또한 이로부터, 후술하는 유기 전계 발광 소자용 재료의 바람직한 일 실시 형태는 함질소 축합환 화합물에서 상기 식 (2)의 n5 내지 n8 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기인 유기 전계 발광 소자용 재료를 들 수 있다. 또는 상기 식 (3)의 n5, n7, n9 및 n10 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 R5, R7, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기인 유기 전계 발광 소자용 재료를 들 수 있다. 이러한 실시 형태와 관련되는 함질소 축합환 화합물에서는 상기 식 (2)에서 n5 내지 n8 중 적어도 하나는 3인 것이 보다 바람직하다. 또는 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 이소프로필기 또는 tert-부틸기인 것이 보다 바람직하다. 또한 이러한 실시 형태와 관련되는 함질소 축합환 화합물에서는 상기 식 (3)에서 n5, n7, n9 및 n10 중 적어도 하나는 3인 것이 보다 바람직하다. 또는 R5, R7, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기인 것이 보다 바람직하다. 이때 R5 및 R7 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 직쇄상 또는 분기상 알킬기이고, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기인 것이 더욱 바람직하다. 그리고 R5 및 R7 중 적어도 하나는 메틸기 이소프로필기 또는 tert-부틸기이고, R9 및 R10 중 적어도 하나는 이소프로필기 또는 tert-부틸기인 것이 특히 바람직하다.
본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물에서 상기 식 (1), 상기 식 (2) 또는 상기 식 (3)에서 나타나는 구조가 하기 식 (3-1) 내지 하기 식 (3-9) 중 하나로 나타나는 구조인 것이 바람직하다. 또한 이로부터, 후술하는 유기 전계 발광 소자용 재료의 바람직한 일 실시 형태는 함질소 축합환 화합물의 상기 식 (1), 상기 식 (2) 또는 상기 식 (3)에서 나타나는 구조가 하기 식 (3-1) 내지 하기식 (3-9) 중 하나로 나타나는 구조인 유기 전계 발광 소자용 재료를 들 수 있다. ΔΔΔΔΔ
본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물은 발광 스펙트럼의 피크 파장이 청색 파장 영역 내에 있고, 또한 고색순도인 발광을 실현할 수 있다. 덧붙여 본 명세서에서 청색 파장 영역이란 380 nm 이상 500 nm 이하의 범위의 파장 영역을 나타낸다. 본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물의 광발광(Photoluminescence PL)에 있어서의 발광의 피크 파장은 특별히 제한되지 않지만, 440 nm 이상 480 nm 이하의 범위내에 있는 것이 바람직하다. 또한 해당 피크 파장은 450 nm 이상 465 nm 이하의 범위내에 있는 것이 보다 바람직하다. 해당 피크 파장이 상기 범위에 있으면 양호한 발광, 특히 양호한 청색 발광을 얻을 수 있다. 광발광(Photoluminescence, PL)에 있어서의 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)(Full Width　at　Half Maximum)의 바람직한 범위는 30 nm 이하인 것이 바람직하고, 20 nm 이하인 것이 보다 바람직하고, 15 nm 이하인 것이 더욱 바람직하다(하한치 0 nm 초과). 덧붙여 PL에 있어서의 발광의 피크 파장 및 광발광에 있어서의 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)은 주식회사 히타치 하이테크제의 분광 형광 광도계 F7000를 사용해 측정할 수 있다. 보다 상세하게는 본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물의 1×10-5 M(= mol/dm3 mol/L)의 톨루엔 용액에 대해서 해당 분광 형광 광도계에 의해 들뜸 파장 360 nm 로서 실온에서 측정을 실시하여 평가할 수 있다.
도펀트로서 사용하는 분자에 요구되는 좁은 FWHM, TADF 특성 및 발광 파장에 대해서는 양자 화학 계산을 행하여 예측 가능하다.
본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물은 하기 조건 (i) 내지 (ⅳ)의 모두를 만족하는 것이 바람직하다.
＜조건 (i)＞
ΔEST ＞ ΔEST2 ＋ ΔE'TT
＜조건 (ⅱ)＞
0 eV ＜ ΔEST2 ＋ ΔE'TT ≤ 1.0 eV
＜조건 (ⅲ)＞
0 eV ＜ΔE'TT ≤ 0.15 eV
＜조건 (ⅳ)＞
ΔEST2 ＞ 0 eV
상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)에서,
ΔEST(eV)는 S1 평형 구조(equilibrium structure)에 대해서 계산된 최저 일중항 여기 에너지(eV)로부터 T1 평형 구조에 대해서 계산된 최저 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타낸다；
ΔEST2(eV)는 S1 평형 구조에 대해서 계산된 최저의 일중항여기 에너지(eV)로부터 T2 평형 구조에 대해서 계산된 2번째로 낮은 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타낸다；
ΔE'TT(eV)는 T2 평형 구조에 대해서 계산된 2번째로 낮은 삼중항 여기 에너지(eV)로부터 T2 평형 구조에 대해서 계산된 최저의 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타낸다.
여기서 S1 평형 구조, T1 평형 구조, T2 평형 구조란 분자가 각 들뜸 상태가 되었을 때에 취하는 구조이고, 각 상태에 대해 가장 에너지가 낮아지는, 즉 가장 안정인 구조를 나타낸다.
여기서 상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)는 다음과 같이 얻어질 수 있다.
Tamm-Dancoff 근사(Tamm-Dancoff approximation)에서 PBE0 함수(PBE0 functional) 및 def2-SVP 기저함수집합(def2-SVP basis set)을 사용하는 시간 의존 밀도 함수 이론(time-dependent density functional theory)(TDDFT)를 T1, T2 및 S1 상태의 구조 최적화 및 에너지 계산에 사용하였다. 구조 최적화에 의해 T1, T2 및 S1 상태의 평형 구조를 구하여 T1 평형 구조에 있어서의 최저의 삼중항 여기 에너지, T2 평형 구조에 있어서의 최저의 삼중항 여기 에너지 및 2번째로 낮은 삼중항 여기 에너지, S1 평형 구조에 있어서의 최저의 일중항여기 에너지를 구하였다. 계산에는 Q-Chem 프로그램(Q-Chem program)을 사용하였다.
상기 조건 (ⅰ) 내지 (ⅳ) 의 계산 방법
계산 프로그램 Q-Chem 프로그램(Q-Chem program)
계산 방법 PBE0 함수를 이용한 Tamm-Dancoff 근사에 의한 시간 의존 밀도 함수 이론에 의하여 S1, T1, 및 T2 구조 최적화 및 에너지 계산
기저합수집합(basis set) Def2-SVP 기저함수집합 (Def2-SVP basis set)
본 발명자 등은 상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)의 모두를 만족하는 화합물은 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자의 효율을 높일 수 있는 것을 발견하였다. 본 출원인은 이전 출원에서도 상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)의 모두를 만족하는 화합물은 TADF 특성을 갖고, 이 TADF 특성에 의하여 효율의 향상을 실현한다고 생각할 수 있는 것을 보고하였다(한국 특허출원 제10-2019-0107649호). 본 발명의 함질소 축합환 화합물에 대해도 상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)의 모두를 만족하는 것은 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자의 효율을 현저하게 높일 수 있다.
이로부터 본 발명이 바람직한 일 실시 형태로서 상기 식 (1)에서 나타나는 구조를 갖고, 상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)의 모두를 만족하는 함질소 축합환 화합물을 들 수 있다. 또한 본 발명의 보다 바람직한 일 실시 형태로서 상기 식 (2) 또는 상기 식 (3)에서 나타나는 구조를 갖고 상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)의 모두를 만족하는 함질소 축합환 화합물을 들 수 있다. 이 때 상기 식 (2)의 n5 내지 n8 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기인 것이 바람직하다. 또는 상기 식 (3)의 n5, n7, n9 및 n10 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 R5, R7, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기인 것이 바람직하다. 그리고 본 발명의 한층 더 바람직한 일 실시 형태는 상기 식 (1), 상기 식 (2) 또는 상기 식 (3)에서 나타나는 구조가 상기 식 (3-1) 내지 상기 식 (3-9) 중 하나로 나타나는 구조이고 상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)의 모두를 만족하는 함질소 축합환 화합물을 들 수 있다.
또한 후술하는 유기 전계 발광 소자용 재료의 바람직한 일 실시 형태로서 함질소 축합환 화합물은 상기 식 (1)에서 나타나는 구조를 갖고, 상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)의 모두를 만족하는 유기 전계 발광 소자용 재료를 들 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 함질소 축합환 화합물의 메시틸렌에 대한 용해도는 특별히 제한되지 않지만, 해당 용해도는 0.3g/L 이상인 것이 바람직하다. 또한 해당 용해도는 0.5g/L 이상인 것이 보다 바람직하고, 1.0g/L 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이러한 범위에서 발광 색순도가 더욱 향상된다. 그 이유는 다음과 같이 추측된다. 화합물 분자 간의 응집이 억제되고, 또한 화합물 분자 자체의 용해성도 향상되어 정제의 정도도 향상된 결과 발광 색순도 및 소자 수명이 향상하게 된다. 또한 화합물 분자간의 응집이 생기기 어려운 것으로부터 첨가량이 증가되었을 경우에도 색순도의 저하가 생기기 어렵고, 고색순도의 발광이 실현된다. 또한 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 함질소 축합환 화합물의 메시틸렌에 대한 용해도는 특별히 제한되지 않지만, 해당 용해도는 100 g/L 이하인 것 바람직하다. 또한 해당 용해도는 50 g/L 이하인 것이 보다 바람직하고, 30 g/L 이하인 것이 더욱 바람직하다.
이로부터 후술하는 유기 전계 발광 소자용 재료의 바람직한 일 실시 형태로서 함질소 축합환 화합물은 메시틸렌에 대한 용해도가 1.0g/L 이상인 유기 전계 발광 소자용 재료를 들 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 함질소 축합환 화합물을 구체적으로 예시한다. 다만 본 발명은 이것들 구체적인 예로 한정되는 것은 아니다.
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본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물의 합성 방법은 특별히 제한되지 않고, 공지의 합성 방법에 근거해 합성할 수 있다. 보다 상세하게는 실시예에 기재된 방법이나 실시예에 기재된 방법에 준해 합성할 수 있다. 예를 들면 실시예에 기재된 방법에서 원료나 반응 조건등을 변경하는 것이나 일부의 순서를 추가 또는 제외하거나 또는 공지의 합성 방법을 적당히 조합하는 것 등에 의하여 합성할 수 있다.
본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물의 구조의 확인 방법은 특별히 제한되지 않는다. 본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물의 구조는 예를 들면 공지의 방법(예를 들면 NMR, LC-MS 등)에 의해 확인할 수 있다.
＜형광발광제＞
본 발명의 다른 일 형태는 상기 함질소 축합환 화합물을 포함하고, 후술하는 인광 착체와 함께 사용되는 형광발광제에 관한 것이다. 해당 형광발광제를 인광 착체와 함께 사용함에 의하여 발광 효율 및 소자 수명이 현저하게 향상된다. 그 이유는 다음과 같이 추측된다. 인광 착체는 FRET 기구(Fluorescence　Resonance　Energy　Transfer)에 의하여 상기 함질소 축합환 화합물로 에너지를 전달한다. 그 결과 인광 착체로부터 함질소 축합환 화합물로의 고효율의 에너지 이동이 생긴다.
본 발명과 관련되는 형광발광제는 발광 스펙트럼의 피크 파장이 청색 파장 영역 내의 발광을 실현할 수 있다.
덧붙여 함께 사용되는 인광 착체의 자세한 내용은 후술하는 설명과 같다. 그리고 형광발광제는 후술하는 호스트 재료와 함께 사용되는 것이 바람직하다. 함께 사용되는 호스트 재료의 자세한 내용은 후술하는 설명과 같다.
＜유기 전계 발광 소자용 재료＞
본 발명의 다른 일 형태는 상기 함질소 축합환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자용 재료에 관한 것이다. 해당 재료는 발광층용 재료인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자용 재료는 상기 함질소 축합환 화합물과 유기 전계 발광 소자에 사용되는 다른 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 유기 전계 발광 소자에 사용되는 다른 재료로서 특별히 제한되지 않지만, 인광성 화합물 또는 호스트 재료인 것이 바람직하다. 또한 인광 착체 및 호스트 재료인 것이 보다 바람직하다. 여기서 상기 함질소 축합환 화합물을 도펀트 재료로서 사용하고, 인광 착체를 보조 도펀트 재료로서 사용하는 것이 바람직하다. 상기 함질소 축합환 화합물과 인광 착체 또는 호스트 재료(바람직하게는 인광 착체 및 호스트 재료)를 모두 사용함으로써 발광 효율 및 소자 수명이 현저하게 향상된다. 그 이유는 다음과 같이 추측된다. 유기 전계 발광 소자용 재료가 호스트 재료를 함유 하는 경우 인광 착체는 호스트 재료로부터 에너지를 받는다. 그리고 인광 착체는 FRET 기구(Fluorescence　Resonance　Energy　Transfer)에 의하여 상기 함질소 축합환 화합물로 에너지를 전달한다. 그 결과 인광 착체로부터 상기 함질소 축합환 화합물로의 고효율의 에너지 이동이 생긴다. 또한 유기 전계 발광 소자에 사용되는 다른 재료는 본 분야에 있어서의 다른 공지의 재료일 수 있다.
유기 전계 발광 소자용 재료(특히 발광층용 재료)의 총질량에 대한 상기 함질소 축합환 화합물의 함유량은 특별히 제한되지 않지만, 0.05 질량% 이상인 것이 바람직하다. 또한 해당 함유량은 0.1 질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.2 질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위에서 발광 색순도가 뛰어나고, 높은 발광 효율을 갖는 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한 유기 전계 발광 소자용 재료(특히 발광층용 재료)의 총질량에 대한 상기 함질소 축합환 화합물의 함유량은 특별히 제한되지 않지만, 50 질량% 이하인 것이 바람직하다. 또한 해당 함유량은 30 질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 25 질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위에서 발광 색순도가 뛰어나고, 높은 발광 효율을 갖는 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다. 덧붙여 후술하는 유기 전계 발광 소자의 발광층 내의 발광층의 총질량에 대한 상기 함질소 축합환 화합물의 바람직한 함유량도 상기와 같다.
(인광 착체)
본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자용 재료는 상기 함질소 축합환 화합물에 더하여 인광 착체를 더 포함하는 것이 바람직하다. 인광 착체를 포함하여 발광 효율 및 소자 수명이 현저하게 향상된다. 그 이유는 전술한 형광발광제에 대하여 설명한 바와 같이 인광 착체로부터 상기 함질소 축합환 화합물로의 고효율의 에너지 이동이 가능하기 때문이라고 추측된다.
인광 착체는 특별히 제한되지 않지만, 발광 효율의 관점에서 금속 착체인 것이 바람직하다. 같은 관점에서 백금 착체 또는 팔라듐 착체인 것이 보다 바람직하고, 백금 착체인 것이 더욱 바람직하다. 따라서 본 발명의 바람직한 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자용 재료에서 예를 들면 인광 착체는 백금 착체이다.
인광 착체는 특별히 제한되지 않지만, 발광 색순도 및 발광 효율의 관점에서 하기식 (4)의 구조를 갖는 화합물이 바람직한 예로서 들 수 있다.
Figure pat00027
상기 식 (4), 중의 M는 배위수가 4의 금속 이온이고,
R41, R42, R43 및 R44는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄화수소환기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로환기이고,
L41는 R41와 R42를 연결하는 연결기이고,
L42는 R42와 R43를 연결하는 연결기이고,
L43는 R43와 R44를 연결하는 연결기이다.
상기 식 (4)에서 탄화수소환기란 1 이상의 탄화수소환으로부터 유도된 기를 나타낸다. 탄화수소환기가 2 이상의 탄화수소환을 포함한 경우 이러한 환의 일부 또는 전부는 서로 단결합으로 결합되거나 또는 축합되어 있어도 좋다. 또한 탄화수소환기가 2 이상의 탄화수소환을 포함하는 경우 1개의 원자가 임의의 이러한 환의 환형성 원자를 겸할 수 있다.
상기 식 (4)에서 헤테로환기란 가수의 차이가 있는 것 외에는 상기 식 (1)의 상기 (g)의 기에서 설명한 1가의 헤테로환기와 같다.
상기 식 (4)에 있어서의 탄화수소환기 또는 헤테로환기를 치환하는 치환기는 특별히 제한되지 않지만, 상기 식 (1)의 상기 (c) 내지 상기 (g)의 기를 치환하는 치환기를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 식 (4)에서 M는 백금(Pt) 이온, 팔라듐(Pd) 이온인 것이 바람직하고, 백금(Pt) 이온인 것이 보다 바람직하다.
인광 착체는 공지의 화합물을 사용해도 좋다. 예를 들면 「Tyler　Fleetham　et　al.　「Effcient　"Pure"　Blue　OLEDs　Employing　Tetradentate　Pt　Complexes　with a　Narrow　Spectral　Bandwidth」,　Advanced　Materials,　2014,　26,　7116-7121」에 기재된 백금 착체, 유럽 특허출원 공개 제3670520호 명세서에 기재된 백금 착체, 일본 특허출원 공개 제2019-029500호 공보에 기재된 백금 착체 및 팔라듐 착체, 미국 특허출원 공개 제2015/0162552호 명세서에 기재된 백금 착체를 사용해도 좋다.
이하 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 인광 착체를 구체적으로 예시한다. 다만 본 발명은 이들 구체적인 예로 한정되는 것은 아니다.
ㄴ
Figure pat00028
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Figure pat00035
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Figure pat00037
Figure pat00038
유기 전계 발광 소자용 재료(특히 발광층용 재료)의 총질량에 대한 인광 착체의 함유량은 특별히 제한되지 않지만, 0.1 질량% 이상인 것이 바람직하다. 또한 해당 함유량은 0.5 질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 1 질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 그리고 해당 함유량은 3 질량% 이상인 것이 보다 더 바람직하고, 5 질량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 이 범위에서 발광 색순도가 뛰어나고, 높은 발광 효율을 갖는 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한 유기 전계 발광 소자용 재료(특히 발광층용 재료)의 총질량에 대한 인광 착체의 함유량은 특별히 제한되지 않지만, 50 질량% 이하인 것이 바람직하다. 또한 해당 함유량은 40 질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 30 질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위에서 발광 색순도가 뛰어나고, 높은 발광 효율을 갖는 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다. 덧붙여 후술하는 유기 전계 발광 소자의 발광층 내의 발광층의 총질량에 대한 인광 착체의 바람직한 함유량도 상기와 같다.
유기 전계 발광 소자용 재료(특히 발광층용 재료)가 인광 착체를 포함하는 경우 그 함유량은 상기 함질소 축합환 화합물 100 질량부에 대해서 100 질량부 이상인 것이 바람직하다. 또한 해당 함유량은 상기 함질소 축합환 화합물 100 질량부에 대해서 150 질량부 이상인 것이 보다 바람직하고, 200 질량부 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위에서 발광 색순도가 뛰어나고, 높은 발광 효율을 갖는 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한 인광 착체의 함유량은 특별히 제한되지 않지만, 상기 함질소 축합환 화합물 100 질량부에 대해서 10000 질량부 이하인 것이 바람직하다. 또한 해당 함유량은 상기 함질소 축합환 화합물 100 질량부에 대해서 7500 질량부 이하인 것이 보다 바람직하고, 5000 질량부 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위에서 발광 색순도가 뛰어나고, 높은 발광 효율을 갖는 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다. 덧붙여 후술하는 유기 전계 발광 소자의 발광층 내의 상기 함질소 축합환 화합물 100 질량부에 대한 인광 착체의 바람직한 함유량(질량부)도 상기와 같다.
(호스트 재료)
본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자용 재료는 상기 함질소 축합환 화합물에 더하여 호스트 재료를 한층 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 함질소 축합환 화합물을 도펀트 재료로서 사용하고 호스트 재료와 병용함으로써 유기 전계 발광 소자에서 뛰어난 발광 효율 및 소자 수명을 실현할 수 있다.
호스트 재료로서 특별히 제한되지 않고, 공지의 호스트 재료를 사용할 수 있다. 바람직한 예는 카바졸 환구조를 갖는 화합물(단, 상기 일반식 (1)에서 나타나는 화합물을 제외), 카바졸환의 환형성 탄소 원자의 1 이상이 질소 원자에 치환되는 환구조를 갖는 화합물(단, 상기 일반식 (1)에서 나타나는 화합물 및 상기 카바졸 환구조를 갖는 화합물을 제외) 또는 트리아진 환구조를 갖는 화합물(단, 상기 일반식 (1)에서 나타나는 화합물, 상기 카바졸 환구조를 갖는 화합물 및 상기 카바졸환의 환형성 탄소 원자의 1 이상이 질소 원자에 치환되는 환구조를 갖는 화합물을 제외) 등을 들 수 있다. 이중에서도 카바졸 환구조를 갖는 화합물인 것이 보다 바람직하다. 이러한 화합물을 호스트 재료로서 사용함으로써 발광층 내에서의 효율적인 에너지 이동을 촉진할 수 있다. 또한 전자와 정공의 전하 이동도의 균형을 한층 더 개선할 수 있다. 덧붙여 이러한 화합물 중의 카바졸 환구조, 카바졸환의 환형성 탄소 원자의 1 이상이 질소 원자에 치환되어서 되는 환구조 및 트리아진 환구조에서 이러한 환을 구성하는 환구성 원자와 결합하는 수소 원자가 다른 원자나 치환기에 의하여 치환되어도 좋다. 또한 2 이상의 이러한 치환기가 환구조를 구성하여도 좋다.
상기 카바졸 환구조를 갖는 화합물 또는 상기 카바졸환의 환형성 탄소 원자의 1 이상이 질소 원자에 치환되는 환구조를 갖는 화합물는 특별히 제한되지 않지만, 하기 식 (5)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물이 바람직하다.
Figure pat00039
상기 식 (5)에서,
Z51는 CH, CR51 또는 N이고,
Z52는 CH, CR52 또는 N이고,
Z53는 CH, CR53 또는 N이고,
Z54는 CH, CR54 또는 N이고,
Z55는 CH, CR55 또는 N이고,
Z56는 CH, CR56 또는 N이고,
Z57는 CH, CR57 또는 N이고,
Z58는 CH, CR58 또는 N이고,
R51 내지 R58은 서로 독립적으로 하기 (5a) 내지 (5h) 중 하나의 기이고,
(5a) 시아노기,
(5b) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기,
(5c) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기,
(5d) 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기,
(5e) 치환 또는 비치환된 포스포릴기(-POH2 기),
(5f) 치환 또는 비치환된 실릴기(-SiH3 기),
(5g) 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기,
(5h) 치환 또는 비치환된 1가의 헤테로환기,
Ar51은 방향족 탄화수소기 및 헤테로환기 중 적어도 하나를 포함하는 기이고,
m는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이고,
여기서 상기 R51와 상기 R52, 상기 R52와 상기 R53, 상기 R53와 상기 R54, 상기 R55와 상기 R56, 상기 R56와 상기 R57 또는 상기 R57와 상기 R58은 각각 결합하고 있는 탄소 원자를 포함한 지방족탄화수소환, 방향족 탄화수소환 또는 헤테로환을 형성할 수 있다.
상기 식 (5)에서 상기 (5b), 상기 (5c), 상기 (5d), 상기 (5g) 및 상기 (5f)의 기의 설명은 각각 상기 식 (1)의 상기 (c), 상기 (d), 상기 (e), 상기 (f) 및 상기 (g)의 기의 설명과 같다.
또한 Ar51에서 방향족 탄화수소기란 가수가 다른 것 이외는 상기 식 (1)의 상기 (f)의 기에서 설명한 1가의 방향족 탄화수소기와 같다.
그리고 Ar51에서 헤테로환기란 가수가 다른 것 이외는 상기 식 (1)의 상기 (g)의 기에서 설명한 1가의 헤테로환기와 같다.
상기 식 (5)에서 Z51 내지 Z58은 모두가 N가 아니거나 또는 1개만 N인 것이 바람직하다. 또한 Z51 내지 Z58은 모두가 N는 아닌 것이 보다 바람직하다.
상기 식 (5)에서 상기 (5c) 내지 상기 (5h)의 기가 치환된 기인 경우 이러한 기를 치환하는 치환기는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 상기 (5a) 내지 상기 (5h)의 기일 수 있다. 이러한 기를 치환하는 치환기의 구체적인 예는 특별히 제한되지 않지만, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 2 이상 30 이하의 알케닐기로 한층 더 치환된 탄소수 6 이상 30 이하의 1가의 방향족 탄화수소기로 치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기, 비치환된 탄소수 6 이상 30 이하의 1가의 방향족 탄화수소기, 시아노기로 치환된 탄소수 6 이상 30 이하의 1가의 방향족 탄화수소기, 비치환된 탄소수 2 이상 30 이하의 알케닐기로 치환된 탄소수 6 이상 30 이하의 1가의 방향족 탄화수소기, 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기로 치환된 탄소수 6 이상 30 이하의 1가의 방향족 탄화수소기, 비치환된 환형성 원자수 3 이상 30 이하의 1가의 헤테로환기, 비치환된 탄소수 6 이상 30 이하의 1가의 방향족 탄화수소기로 치환된 환형성 원자수 3 이상 30 이하의 1가의 헤테로환기 등을 들 수 있다.
상기 식 (5)에서 Ar51은 방향족 탄화수소기 및 헤테로환기 중 적어도 하나의 기이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 치환 또는 비치환된 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 헤테로환기, 1 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 탄화수소기와 1 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로환기가 단결합을 개입시켜 결합된 기, 2 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 탄화수소기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로환기가 이러한 기 이외의 연결기를 개입시켜 결합된 기 등을 들 수 있다.
여기서 2 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 탄화수소기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로환기가 이러한 기 이외의 연결기를 개입시켜 결합된 기에서 해당 연결기는 특별히 제한되지 않는다. 구체적인 예는 Si 기, N 기, P=O 기, S(=O)=O 기, C=O 기 등을 들 수 있다.
상기 식 (5)에서 Ar51를 구성하는 기가 치환된 기인 경우 이러한 기를 치환하는 치환기는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 상기 (5a) 내지 상기 (5h)의 기일 수 있다. 이러한 기를 치환하는 치환기의 구체적인 예는 특별히 제한되지 않지만, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기로 치환된 환형성 원자수 3 이상 30 이하의 1가의 헤테로환기 등을 들 수 있다.
여기서 상기 (5c) 내지 상기 (5h)의 기의 치환기 또는 Ar51를 구성하는 기의 치환기에서, 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기, 탄소수 6 이상 30 이하의 1가의 방향족 탄화수소기, 환형성 원자수 3 이상 30 이하의 1가의 헤테로환기는 각각 상기 식 (1)의 상기 (c), 상기 (d), 상기 (e), 상기 (f) 및 상기 (g)의 기에서 이러한 기의 설명과 같다.
또한 상기 (5c) 내지 상기 (5h)의 기의 치환기, Ar51을 구성하는 기의 치환 기의 탄소수 2 이상 30 이하의 알케닐기는 특별히 제한되지 않고, 직쇄상, 분기상 또는 환상일 수 있다. 알케닐기의 구체적인 예는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 비닐기, 2-프로페닐기, 2-부테닐기, 3-부테닐기, 1-메틸-2-프로페닐기, 2-메틸-2-프로페닐기, 2-펜테닐기, 3-펜테닐기, 4-펜테닐기, 1-메틸-2-부테닐기, 2-메틸-2-부테닐기, 3-메틸-2-부테닐기, 1-메틸-3-부테닐기, 2-메틸-3-부테닐기, 3-메틸-3-부테닐기, 1,1-디메틸-2-프로페닐기, 1,2-디메틸-2-프로페닐기, 1-에틸-2-프로페닐기 등을 들 수 있다.
m은 1, 2, 3 또는 4인 것이 바람직하고, 2인 것이 보다 바람직하다.
이하 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 호스트 재료인 카바졸 환구조를 갖는 화합물 및 카바졸환의 환형성 탄소 원자의 1 이상이 질소 원자에 치환되는 환구조를 갖는 화합물을 구체적으로 예시한다. 다만 본 발명은 이것들 구체적인 예로 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
Figure pat00045
Figure pat00046
Figure pat00047
이로부터 본 발명이 바람직한 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자용 재료는 상기 함질소 축합환 화합물과 상기 인광 착체와 호스트 재료를 포함하고, 호스트 재료는 상기 식 (5)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자용 재료를 들 수 있다. 또한 후술하는 유기 전계 발광 소자의 바람직한 일 실시 형태는 상기 형광발광제, 또는 상기 함질소 축합환 화합물과 호스트 재료를 포함하고 해당 호스트 재료는 상기 식 (5)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 들 수 있다.
상기 트리아진 환구조를 갖는 화합물는 특별히 제한되지 않지만, 하기 식 (6)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물이 바람직하다.
Figure pat00048
상기 식 (6)에서
Ar61 내지 Ar63 은 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기 또는 치환 또는 비치환된 1가의 헤테로환기이다.
상기 식 (6)에서 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기는 상기 식 (1)의 상기 (f)의 기의 설명과 같다. 또한 치환 또는 비치환된 1가의 헤테로환기는 상기 식 (1)의 상기 (g)의 기의 설명과 같다.
상기 식 (6)에서 1가의 방향족 탄화수소기 또는 1가의 헤테로환기를 치환하는 치환기는 특별히 제한되지 않지만, 상기 식 (1)의 상기 (c) 내지 상기 (g)의 기를 치환하는 치환기로서 열거된 것이 바람직하다. 또한 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기로 치환된 실릴기인 것도 바람직하다. 덧붙여 해당 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기는 상기 (f)의 기로 열거될 수 있는 비치환된 기의 설명과 같다.
덧붙여 트리아진 환구조를 갖는 화합물은 상기 카바졸 환구조를 갖는 화합물 또는 상기 카바졸환의 환형성 탄소 원자의 1 이상이 질소 원자에 치환되는 환구조를 갖는 화합물과 병용하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 호스트 재료인 트리아진 환구조를 갖는 화합물을 구체적으로 예시한다. 다만 본 발명은 이것들 구체적인 예로 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00049
이로부터 본 발명이 바람직한 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자용 재료는 상기 함질소 축합환 화합물과 상기 인광 착체와 호스트 재료를 포함하고, 호스트 재료는 상기 식 (6)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자용 재료를 들 수 있다. 또한 본 발명의 보다 바람직한 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자용 재료는 상기 함질소 축합환 화합물과 상기 인광 착체와 호스트 재료를 포함하고, 호스트 재료는 상기 식 (5)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물과 상기 식 (6)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자용 재료를 들 수 있다. 또한 후술하는 유기 전계 발광 소자의 바람직한 일 실시 형태는 상기 형광발광제 또는 상기 함질소 축합환 화합물과 호스트 재료를 포함하고, 해당 호스트 재료는 상기 식 (6)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 들 수 있다. 그리고 유기 전계 발광 소자의 보다 바람직한 일 실시 형태는 상기 형광발광제 또는 상기 함질소 축합환 화합물과 호스트 재료를 포함하고, 해당 호스트 재료는 상기 식 (5)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물과 상기 식 (6)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 들 수 있다.
유기 전계 발광 소자용 재료(특히 발광층용 재료)의 총질량에 대한 호스트 재료의 함유량은 특별히 제한되지 않지만, 5 질량% 이상인 것이 바람직하다. 또한 해당 함유량은 10 질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 20 질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위에서 발광 색순도가 뛰어나고, 높은 발광 효율을 갖는 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한 유기 전계 발광 소자용 재료(특히 발광층용 재료)의 총질량에 대한 호스트 재료의 함유량은 특별히 제한되지 않지만, 99 질량% 이하인 것이 바람직하다. 또한 해당 함유량은 98 질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 95 질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위에서 발광 색순도가 뛰어나고, 높은 발광 효율을 갖는 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다. 덧붙여 후술하는 유기 전계 발광 소자의 발광층안의 발광층의 총질량에 대한 호스트 재료의 바람직한 함유량도 상기와 같다.
유기 전계 발광 소자용 재료가 호스트 재료를 포함한 경우 그 함유량은 상기 함질소 축합환 화합물 100 질량부에 대해서 1000 질량부 이상인 것이 바람직하다. 또한 해당 함유량은 상기 함질소 축합환 화합물 100 질량부에 대해서 2000 질량부 이상인 것이 보다 바람직하고, 3000 질량부 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위에서 발광 색순도가 뛰어나고, 높은 발광 효율을 갖는 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한 호스트 재료의 함유량은 특별히 제한되지 않지만, 상기 함질소 축합환 화합물 100 질량부에 대해서 200000 질량부 이하인 것이 바람직하다. 또한 해당 함유량은 상기 함질소 축합환 화합물 100 질량부에 대해서 150000 질량부 이하인 것이 보다 바람직하고, 100000 질량부 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이 범위에서 발광 색순도가 뛰어나고, 높은 발광 효율을 갖는 유기 전계 발광 소자를 얻을 수 있다. 덧붙여 후술하는 유기 전계 발광 소자의 발광층안의 상기 함질소 축합환 화합물 100 질량부에 대한 호스트 재료의 바람직한 함유량(질량부)도 상기와 같다.
＜액상 조성물＞
본 발명의 다른 일 형태는 상기 함질소 헤테로환 화합물, 상기 형광발광제 또는 상기 유기 전계 발광 소자용 재료와 용매를 포함하는 액상 조성물에 관한 것이다.
용매는 특별히 제한되지 않지만, 대기압(101.3 kPa, 1 atm)에 있어서의 비점이 100 ℃ 이상 350 ℃ 이하인 용매인 것이 바람직하다. 용매의 대기압에 있어서의 비점은 150 ℃ 이상 320 ℃ 이하인 것이 보다 바람직하고, 180 ℃ 이상 300 ℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 용매의 대기압에 있어서의 비점이 상기 범위인 경우, 습식 성막법 특히 잉크젯법에 있어서의 성막성이나 공정성이 향상된다. 대기압에 있어서의 비점이 100 ℃ 이상 350 ℃ 이하인 용매는 특별히 제한되지 않고, 공지의 용매를 적절히 채용할 수 있다. 아래에 대기압에 있어서의 비점이 100 ℃ 이상 350 ℃ 이하인 용매를 구체적으로 예시하지만 본 발명은 이것들 구체적인 예로 한정되는 것은 아니다. 탄화수소계 용매는 옥탄(octane), 노난(nonane), 데칸(decane), 운데칸(undecane), 도데칸(dodecane) 등을 들 수 있다. 방향족 탄화수소계 용매는 톨루엔(toluene), 크실렌(xylene), 에틸 벤젠(ethylbenzene), n-프로필 벤젠(n-propylbenzene), 이소-프로필 벤젠(iso-propylbenzene), n-프로필 벤젠(n-propylbenzene), 메시틸렌(mesitylene), n-부틸 벤젠(n-butylbenzene), sec-부틸 벤젠(sec-butylbenzene), 1-페닐 펜탄(1-phenylpentane), 2-페닐 펜탄(2-phenylpentane), 3-페닐 펜탄(3-phenylpentane), 페닐 시클로 펜탄(phenylcyclopentane), 페닐 시클로헥산(phenylcyclohexane), 2-에틸비페닐(2-ethylbiphenyl), 3-에틸비페닐(3-ethylbiphenyl) 등을 들 수 있다. 에테르계 용매는 1,4-디옥산(1,4-dioxane), 1,2-디에톡시에탄(1,2-diethoxyethane), 디에틸렌글리콜 디메틸 에테르(diethyleneglycoldimethylether), 디에틸렌글리콜 디에틸 에테르(diethyleneglycoldiethylether), 아니솔(anisole), 에톡시 벤젠(ethoxybenzene), 3-메틸 아니솔(3-Methylanisole), m-디메톡시 벤젠(m-dimethoxybenzene) 등을 들 수 있다. 케톤계 용매는 2-헥산온(2-hexanone), 3-헥산온(3-hexanone), 시클로헥사논(cyclohexanone), 2-헵타논(2-heptanone), 3-헵타논(3-heptanone), 4-헵타논(4-heptanone), 시클로헵타논(cycloheptanone) 등을 들 수 있다. 에스테르계 용매는 초산 부틸(butylacetate), 프로피온산 부틸(butylpropionate), 낙산 부틸(butylbutyrate), 프로필렌 카보네이트(propylenecarbonate), 메틸벤조에이트(안식향산메틸)(methylbenzoate), 에틸벤조에이트(ethylbenzoate), 1-프로필벤조에이트(1-propylbenzoate), 1-부틸벤조에이트(1-butylbenzoate) 등을 들 수 있다. 니트릴계 용매는 벤조니트릴(benzonitrile), 3-메틸벤조니트릴(3-methylbenzonitrile) 등을 들 수 있다. 아미드계 용매는 디메틸 포름아미드(dimethylformamide), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide), N-메틸 피롤리돈(methylpyrrolidone) 등을 들 수 있다. 이러한 용매는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용해도 좋다.
본 발명의 일 실시 형태에서 액상 조성물 중의 상기 함질소 헤테로 환화합물, 상기 형광발광제 또는 상기 유기 전계 발광 소자용 재료의 함유량은 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시 형태에서 액상 조성물은 유기 전계 발광 소자의 유기층 형성용 도포액으로서 사용되는 것이 바람직하다. 또한 해당 액상 조성물은 유기층 형성용 도포액 중에서도 발광층 형성용 도포액으로서 사용되는 것이 바람직하다.
＜유기 전계 발광 소자＞
본 발명의 다른 일 형태는 상기 함질소 축합환 화합물 또는 상기 형광발광제를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다. 또한 유기 전계 발광 소자에서는 상기 함질소 축합환 화합물 또는 상기 형광발광제와 상기 호스트 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 또는 상기 함질소 축합환 화합물 또는 상기 형광발광제와 상기 인광 착체를 포함하는 것이 바람직하다. 이 때 상기 인광 착체는 백금 착체인 것이 보다 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 일 형태는 상기 유기 전계 발광 소자용 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다. 또한 유기 전계 발광 소자에서 상기 유기 전계 발광 소자용 재료는 상기 호스트 재료를 한층 더 포함하는 것이 바람직하다. 그리고 유기 전계 발광 소자에서 이에 포함되는 상기 인광 착체는 백금 착체인 것이 보다 바람직하다.
유기 전계 발광 소자에서는 이에 포함되는 상기 호스트 재료는 상기 카바졸 환구조를 갖는 화합물, 상기 카바졸환의 환형성 탄소 원자의 1 이상이 질소 원자에 치환되어 이루어지는 환구조를 갖는 화합물 또는 상기 트리아진 환구조를 갖는 화합물인 것이 바람직하다. 또한 유기 전계 발광 소자에서 이에 포함되는 상기 호스트 재료는 상기 식 (5)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 유기 전계 발광 소자에서 이에 포함되는 상기 호스트 재료는 상기 식 (6)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 그리고 유기 전계 발광 소자에서 이에 포함되는 상기 호스트 재료는 상기 식 (5)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물과 상기 식 (6)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
또한 유기 전계 발광 소자에서 이에 포함되는 상기 인광 착체는 상기 식 (4)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시 형태에 의한 유기 전계 발광 소자는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 제1 전극, 제2 전극 및 단일 또는 복수의 유기층을 포함한다. 제2 전극은 제1 전극 위에 배치된다.
본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분의 「위에」또는 「상부에」있다고 하는 경우 이것은 다른 부분의 「바로 윗쪽」에 있는 경우 뿐만이 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분의 「아래에」또는 「하부에」에 있다고 하는 경우 이것은 다른 부분의 「직하」에 있는 경우 뿐만이 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한 본 출원에서 「위에」배치된다는 것은 상부 뿐만이 아니라 하부 또는 아래 쪽의 면에 배치되는 경우도 포함한다.
본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극 및 제1 전극 및 제2 전극의 사이에 배치된 단일 또는 복수의 층을 갖춘다. 여기서 층은 적어도 1개의 유기층을 포함하고, 유기층 중 적어도 하나는 상기 함질소 축합환 화합물, 상기 형광발광제 또는 상기 유기 전계 발광 소자용 재료를 포함한다. 상기 함질소 축합환 화합물, 상기 형광발광제 또는 상기 유기 전계 발광 소자용 재료를 포함한 유기층은 발광층을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 유기 전계 발광 소자에 의하면 고색순도의 발광을 실현할 수 있다.
이와 같이 발광층은 적어도 1개의 상기 함질소 축합환 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
발광층은 단일의 물질로부터 이루어지는 단일층일 수 있고, 복수의 서로 다른 물질로부터 이루어지는 단일층일 수 있다. 또한 발광층은 복수의 서로 다른 물질로부터 이루어지는 복수의 층을 갖는 다층 구조일 수 있다.
발광층은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 호스트 재료 및 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 상기 함질소 축합환 화합물 및 상기 형광발광제는 호스트 재료로서 사용하거나 도펀트 재료로서 사용해도 좋지만, 도펀트 재료로서 사용하는 것이 바람직하다.
이로부터 본 발명이 바람직한 일 실시 형태는 발광층을 포함하고, 해당 발광층은 상기 함질소 축합환 화합물, 상기 형광발광제 또는 상기 유기 전계 발광 소자용 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자를 들 수 있다. 또한 발광층은 상기 유기 전계 발광 소자용 재료로부터 구성되는 것이 보다 바람직하다. 발광 스펙트럼의 피크 파장, 발광 색순도, 발광 효율 그리고 소자 수명의 관점에서 해당 유기 전계 발광 소자용 재료는 상기 함질소 축합환 화합물에 더하여 상기 호스트 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 같은 관점에서 해당 유기 전계 발광 소자용 재료는 상기 함질소 축합환 화합물에 더하여 상기 인광 착체 및 상기 호스트 재료를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 또한 발광층에 있어서의 상기 함질소 축합환 화합물, 상기 인광 착체 및 상기 호스트 재료의 함유량이나 함유량비의 바람직한 범위는 각각 상기 유기 전계 발광 소자용 재료에 있어서의 바람직한 함유량이나 함유량비와 같다.
발광층의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 1 nm 이상 100 nm 이하인 것이 바람직하고, 10 nm 이상 50 nm 이하인 것이 바람직하다.
발광층의 성막 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 진공 증착법, 스핀 코트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린트법, 레이저 프린트법, 레이저 열전사법(Laser　Induced　Thermal　Imaging, LITI) 등의 공지의 성막 방법을 들 수 있다.
유기 전계 발광 소자의 발광 파장은 특별히 제한되지 않는다. 유기 전계 발광 소자의 발광 파장의 바람직한 범위는 예를 들면 본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물의 광발광(PL)에 있어서의 발광의 피크 파장과 같다. 이중에서도 현재 상업화되고 있는 제품의 사양에서는 청색 발광의 경우 450 nm 이상 465 nm 이하의 파장 영역에 피크를 갖는 빛을 발광하는 것이 특히 바람직하다.
또한 유기 전계 발광 소자의 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)(Full　Width　at　Half　Maximum)은 작을수록 바람직하다. 또한 해당 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)은 30 nm 이하인 것이 바람직하고, 25 nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 그리고 20 nm 이하인 것이 더욱 바람직하다(하한치 0 nm 초과).
이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자가 발광층 이외의 유기층을 한층 더 갖는 경우에 대해서 상세하게 설명한다. 덧붙여 도면의 설명에 대해 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여해 중복하는 설명을 생략 한다. 또한 도면의 치수 비율은 설명의 편의상 과장되고 있어 실제의 비율과는 다른 경우가 있다.
도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자를 나타내는 단면 모식도이다. 그러나 본 발명과 관련되는 유기 전계 발광 소자의 구조는 도 1 내지 도 3에 나타내는 형태로 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자를 나타내는 단면 모식도이다. 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자(10)은 차례로 적층된 기판(1), 제1 전극(2), 정공 수송 영역(3), 발광층(4), 전자 수송 영역(5) 및 제2 전극(6)을 포함한다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자를 나타내는 단면 모식도이다. 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자(20)은 차례로 적층된 기판(1), 제1 전극(2), 정공 수송 영역(3), 발광층(4), 전자 수송 영역(5) 및 제2 전극(6)을 포함한다. 도 2에서는 정공 수송 영역(3)은 차례로 적층된 정공 주입층(31) 및 정공 수송층(32)를 포함한다. 또한 도 2에서는 전자 수송 영역(5)는 차례로 적층된 전자 수송층(52) 및 전자 주입층(51)을 포함한다.
도 3은 본 발명의 그 외의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자를 나타내는 단면 모식도이다. 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자(30)은 차례로 적층된 기판(1), 제1 전극(2), 정공 수송 영역(3), 발광층(4), 전자 수송 영역(5) 및 제2 전극(6)을 포함한다. 도 3에서는 정공 수송 영역(3)은 차례로 적층된 정공 주입층(31), 정공 수송층(32) 및 전자 저지층(33)을 포함한다. 또한 도 3에서는 전자 수송 영역(5)는 차례로 적층된 정공 저지층(53), 전자 수송층(52) 및 전자 주입층(51)을 포함한다.
이하 기판 및 각 영역 및 각 층에 도착해 상세하게 설명한다.
(기판(1))
유기 전계 발광 소자(10)은 기판(1)을 가질 수 있다. 기판(1)은 일반적인 유기 전계 발광 소자로 사용되는 기판을 사용할 수 있다. 예를 들면 기판(1)은 유리 기판, 실리콘 기판 등의 반도체 기판 또는 투명한 플라스틱 기판 등일 수 있다.
(제1 전극(2))
제1 전극(2)는 도전성을 갖는다. 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자에서 제1 전극(2)는 양극인 것이 바람직하다. 또한 제1 전극(2)는 화소 전극인 것이 바람직하다. 그리고 제1 전극(2)는 투과형 전극, 반투과형전극 또는 반사형 전극인 것이 바람직하다.
제1 전극(2)를 구성하는 재료는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 금속 금속 합금 또는 도전성 화합물 등을 들 수 있다. 제1 전극(2)가 투과형 전극이면 제1 전극(2)는 투명 금속 산화물, 예를 들면 ITO(indium　tin　oxide), IZO(indium　zinc　oxide), ZnO(zinc　oxide), ITZO(indium　tin　zinc　oxide) 등을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 제1 전극(2)가 반투과형전극 또는 반사형 전극이면 제1 전극(2)는 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이러한 화합물이나 혼합물(예를 들면 Ag와 Mg의 혼합물) 등을 포함하는 것이 바람직하다.
제1 전극(2)는 단일의 물질로부터 이루어지는 단일층일 수 있고, 복수의 서로 다른 물질로부터 이루어지는 단일층일 수 있다. 또한 제1 전극(2)는 복수의 서로 다른 물질로부터 이루어지는 복수의 층을 갖는 다층 구조일 수 있다.
제1 전극(2)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 10 nm 이상 1000 nm 이하인 것이 바람직하고, 50 nm 이상 300 nm 이하인 것이 보다 바람직하다.
(정공 수송 영역(3))
정공 수송 영역(3)은 제1 전극(2) 위에 제공된다. 정공 수송 영역(3)은 정공 주입층(31), 정공 수송층(32), 정공 버퍼층(도시하지 않음) 및 전자 저지층(33) 중 적어도 하나를 포함한다.
정공 수송 영역(3)은 단일의 물질로부터 이루어지는 단일층일 수 있고, 복수의 서로 다른 물질로부터 이루어지는 단일층일 수 있다. 또한 정공 수송 영역(3)은 복수의 서로 다른 물질로부터 이루어지는 복수의 층을 갖는 다층 구조일 수 있다.
예를 들면 정공 수송 영역(3)은 정공 주입층(31) 또는 정공 수송층(32)의 단일층의 구조를 가질 수 있다. 또한 예를 들면 정공 수송 영역(3)은 정공 주입 재료 및 정공 수송 재료로 형성된 단일층의 구조를 가질 수 있다. 또한 예를 들면 정공 수송 영역(3)은 제1 전극(2)로부터 차례로 적층된 정공 주입층(31)/정공 수송층(32)의 구조를 가질 수 있다. 또한 예를 들면 정공 수송 영역(3)은 정공 주입층(31)/정공 수송층(32)/정공 버퍼층(도시하지 않음)의 구조를 가질 수 있다. 또한 예를 들면 정공 수송 영역(3)은 제1 전극(2)로부터 차례로 적층된 정공 주입층(31)/정공 버퍼층(도시하지 않음)의 구조를 가질 수 있다. 또한 예를 들면 정공 수송 영역(3)은 제1 전극(2)로부터 차례로 적층된 정공 수송층(32)/정공 버퍼층(도시하지 않음)의 구조를 가질 수 있다. 또한 예를 들면 정공 수송 영역(3)은 제1 전극(2)로부터 차례로 적층된 정공 주입층(31)/정공 수송층(32)/전자 저지층(33)의 구조를 가질 수 있다. 다만 정공 수송 영역의 구조는 이들로 한정되는 것은 아니다.
정공 주입층(31)이나 그 외의 정공 수송 영역(3)을 구성하는 각 층은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 공지의 정공 주입 재료를 포함할 수 있다. 정공 주입 재료로서 예를 들면 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, DNTPD(N,N'-디페닐-N,N'-비스-4-(페닐-m-톨릴-아미노)-페닐-비페닐-4,4'-디아민), m-MTDATA(4,4',4"-ㄴ트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민), TDATA(4,4',4"-트리스(N,N-디페닐아미노)트리페닐아민), 2-TNATA(4,4',4"-트리스{N-(2-나프틸)-N-페닐 아미노｝-트리페닐아민), PEDOT/PSS(폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), PANI/DBSA(폴리아닐린/도데실 벤젠 술폰산), PANI/CSA(폴리아닐린/캄포술폰산), PANI/PSS(폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트), NPB(N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐벤지딘), 트리페닐아민을 포함한 폴리에테르케톤(TPAPEK), 4-이소프로필-4'-메틸디페닐요드니움테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트, HAT-CN(디피라지노［2,3-f：2',3'-h］퀴녹살린-2,3,6,7,10,11-헥사카르보니트릴), F6-TCNNQ(1,3,4,5,7,8-헥사플루오로테트라시아노-2,6-나프토퀴노디메탄) 등을 들 수 있다.
또한 정공 수송층(32)나 그 외의 정공 수송 영역(3)을 구성하는 각 층은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 공지의 정공 수송 재료를 포함할 수 있다. 정공 수송 재료는 예를 들면 N-페닐카바졸, 폴리비닐 카바졸 등의 카바졸계 유도체, 플루오렌계 유도체, TPD(N,N'-비스(3-메틸 페닐)-N,N'-디페닐-1,1-비페닐］-4,4'-디아민), TCTA(4,4',4"-트리스(N-카바졸일), 트리페닐아민) 등의 트리페닐아민계 유도체, NPB(N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐벤지딘), TAPC(4,4'-시클로헥실리덴비스[N,N-비스(4-메틸페닐)벤젠아민), HMTPD(4,4'-비스N,N'-(3-톨릴)아미노］-3,3'-디메틸비페닐), mCP(1,3-비스(N-카바졸일)벤젠), 하기 화합물 HTM1, 하기 화합물 HTM2, 하기 화합물 HT1 등을 들 수 있다.
Figure pat00050
(n은 1 이상의 정수이다.)
Figure pat00051
(n은 1 이상의 정수이다.)
Figure pat00052
정공 수송 영역(3)은 상술한 정공 주입 재료나 정공 수송 재료 이외에도 도전성을 향상하기 위하여 전하 생성 물질을 한층 더 포함할 수 있다. 전하 발생 물질은 정공 수송 영역(3) 내 또는 이를 구성하는 각 층 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산된다. 전하 발생 물질는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 공지의 전하 발생 물질을 들 수 있다. 전하 발생 물질는 예를 들면 p-도펀트(dopant) 등을 들 수 있다. p-도펀트는 예를 들면 TCNQ(테트라시아노퀴노디메탄), F4-TCNQ(2,3,5,6-테트라플루오로테트라시아노퀴노디메탄) 등의 퀴논 유도체, 텅스텐 산화물, 몰리브덴 산화물 등의 금속 산화물, 시아노기 함유 화합물 등을 들 수 있다.
정공 버퍼층(도시하지 않음)은 발광층(4)으로부터 방출되는 빛의 파장에 의한 공진 거리를 보상해 광방출 효율을 증가시킨다. 정공 버퍼층(도시하지 않음)에 포함되는 재료는 특별히 제한되지 않고, 정공 수송층에 사용되는 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면 상술한 것 같은 정공 수송 영역(3)에 포함될 수 있는 화합물을 사용할 수 있다.
전자 저지층(33)은 전자 수송 영역(5)로부터 정공 수송 영역(3)으로의 전자의 주입을 방지하는 역할을 하는 층이다. 전자 저지층(33)에 포함되는 재료는 특별히 제한되지 않고, 공지의 전자 저지층(33)에 사용되는 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면 상기 발광층(유기 전계 발광 소자용 재료)에 포함되는 호스트 재료 등을 사용할 수 있고, 호스트 재료인 상기 화합물 H55 등을 바람직한 일례로서 들 수 있다.
정공 수송 영역(3)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 1 nm 이상 1000 nm 이하인 것이 바람직하고, 10 nm 이상 500 nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한 정공 수송 영역(3)을 구성하는 각 층에 대해서는 정공 주입층(31)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 3 nm 이상 200 nm 이하인 것이 바람직하다. 정공 수송층(32)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 3 nm 이상 200 nm 이하인 것이 바람직하다. 전자 저지층(33)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 1 nm 이상 100 nm 이하인 것이 바람직하다. 덧붙여 정공 버퍼층(도시하지 않음)의 두께는 정공 버퍼층의 기능을 발휘하면서 유기 전계 발광 소자로서의 기능을 방해하지 않는 범위이면 특별히 제한되지 않는다. 정공 수송 영역(3), 정공 주입층(31), 정공 수송층(32) 또는 전자 저지층(33)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 실질적인 구동 전압의 상승을 억제하면서 보다 양호한 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 수송 영역(3)이나 이를 구성하는 각 층의 성막 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 진공 증착법, 스핀 코트법, LB법, 잉크젯 프린트법, 레이저 프린트법, 레이저 열전사법 등의 공지의 성막 방법을 들 수 있다.
　(발광층(4))
　발광층(4)는 정공 수송 영역(3) 위에 배치된다. 발광층(4)의 자세한 내용은 위에서 설명한 바와 같다.
　(전자 수송 영역(5))
　전자 수송 영역(5)는 발광층(4) 위에 배치된다. 전자 수송 영역(5)는 전자 주입층(51), 전자 수송층(52) 및 정공 저지층(53) 중 적어도 하나를 포함하지만, 실시 형태는 이것으로 한정되지 않는다.
전자 수송 영역(5)는 단일의 물질로부터 이루어지는 단일층일 수 있고, 복수의 서로 다른 물질로부터 이루어지는 단일층일 수 있다. 또한 전자 수송 영역(5)는 복수의 서로 다른 물질로부터 이루어지는 복수의 층을 갖는 다층 구조일 수 있다. 예를 들면 전자 수송 영역(5)는 전자 주입층(51) 또는 전자 수송층(52)의 단일층의 구조를 가질 수 있다. 또한 예를 들면 전자 수송 영역(5)는 전자 주입 재료 및 전자 수송 재료로부터 이루어지는 단일층의 구조를 가질 수 있다. 또한 예를 들면 전자 수송 영역(5)는 발광층(4)로부터 차례로 적층된 전자 수송층(52)/전자 주입층(51)의 구조를 가질 수 있다. 또한 예를 들면 전자 수송 영역(5)는 발광층(4)로부터 차례로 적층된 정공 저지층(53)/전자 수송층(52)/전자 주입층(51)의 구조를 가질 수 있다. 다만 전자 수송 영역(5)의 구조는 이들로 한정되는 것은 아니다.
전자 주입층(51)이나 그 외의 전자 수송 영역(5)를 구성하는 각 층은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 공지의 전자 주입 재료를 포함할 수 있다. 전자 주입 재료는 예를 들면 LiF, LiQ(Lithum quinolate), Li2O, BaO, NaCl, CsF, Yb와 같은 란탄족 금속 또는 RbCl와 같은 할로겐화 금속 등을 들 수 있다. 전자 주입층(51)은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 후술하는 전자 수송 물질과 절연성의 유기 금속염을 포함할 수 있다. 유기 금속염으는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 에너지 밴드 갭이 4 eV 이상의 물질일 수 있다. 유기 금속염으는 예를 들면 초산 금속염, 안식향산 금속염, 아세트 초산 금속염, 아세틸아세토네이트 금속염 또는 스테아린산 금속염 등을 들 수 있다.
전자 수송층(52)나 그 외의 전자 수송 영역(5)를 구성하는 각 층은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 공지의 전자 수송 재료를 포함할 수 있다. 전자 수송 재료는 예를 들면 안트라센계 화합물, Alq3(트리스(8-히드록시퀴놀리네이트)알루미늄), 1,3,5-트리[(3-피리딜)-펜-3-일]벤젠, 2,4,6-트리스(3'-피리딘-3-일)비페닐-3-일)-1,3,5-트리아진, 2-(4-(N-페닐벤조이미다졸-1-일페닐)-9,10-디나프틸안트라센, TPBi(1,3,5-트리(1-페닐-1H-벤조［d］이미다졸-2-일)페닐), BCP(2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린), Bphen(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린), TAZ(3-(4-비페닐)-4-페닐-5-tert-부틸페닐-1,2,4-트리아졸), NTAZ(4-(나프탈렌-1-일)-3,5-디페닐-4H-1,2,4-트리아졸), tBu-PBD(2-(4-비페닐)-5-(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸), BAlq(비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토-N1,O8)-(1,1'-비페닐-4-오라토)알루미늄), Bebq2(베릴륨비스(벤조퀴놀린-10-오레이트), ADN(9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센), LiQ(Lithum　quinolate), 하기 화합물 ET1 등을 들 수 있다.
Figure pat00053
정공 저지층(53)은 정공 수송 영역(3)으로부터 전자 수송 영역(5)으로의 정공의 주입을 방지하는 역할을 하는 층이다. 정공 저지층(53)에 포함되는 재료는 특별히 제한되지 않고, 공지의 정공 저지층(53)에 사용되는 재료를 사용할 수 있다. 정공 저지층(53)은 예를 들면 공지의 정공 저지 재료를 포함할 수 있다. 정공 저지 재료는 예를 들면 BCP(2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린), BPhen(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린) 등을 들 수 있다. 또한, 예를 들면 상기 발광층(유기 전계 발광 소자용 재료)에 포함되는 호스트 재료 등을 들 수 있고, 호스트 재료인 상기 화합물 H77 등을 바람직한 일례로서 들 수 있다.
전자 수송 영역(5)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 0.1 nm 이상 200 nm 이하인 것이 바람직하고, 30 nm 이상 150 nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한 전자 수송 영역(5)를 구성하는 각 층에 대해서는 전자 수송층(52)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 10 nm 이상 100 nm 이하인 것이 바람직하고, 15 nm 이상 50 nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 정공 저지층(53)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 1 nm 이상 100 nm 이하인 것이 바람직하고, 5 nm 이상 30 nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 전자 주입층(51)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 0.1 nm 이상 10 nm 이하인 것이 바람직하고, 0.3 nm 이상 9 nm 이하인 것이 보다 바람직하다. 전자 주입층(51)의 두께가 상기 범위인 경우 실질적인 구동 전압의 상승을 억제하면서 보다 양호한 전자 주입 특성을 얻을 수 있다. 또한 전자 수송 영역(5), 전자 주입층(51), 전자 수송층(52) 또는 정공 저지층(53)의 두께가 상기 범위인 경우 실질적인 구동 전압의 상승을 억제하면서 보다 양호한 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
　전자 수송 영역(5)이나 이를 구성하는 각 층의 성막 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 진공 증착법, 스핀 코트법, LB법, 잉크젯 프린트법, 레이저 프린트법, 레이저 열전사법 등의 공지의 성막 방법을 들 수 있다.
　제2 전극(6)은 전자 수송 영역(5) 위에 배치된다. 제2 전극(6)은 도전성을 갖는다. 본 발명의 일 실시 형태와 관련되는 유기 전계 발광 소자에서 제2 전극(6)은 공통 전극 또는 음극인 것이 바람직하다. 그리고 제2 전극(6)은 투과형 전극, 반투과형전극 또는 반사형 전극인 것이 바람직하다.
제2 전극(6)을 구성하는 재료는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 금속 금속 합금 또는 도전성 화합물 등을 들 수 있다. 제2 전극(6)이 투과형 전극이면 제2 전극(6)은 투명 금속 산화물 예를 들면 ITO, IZO, ZnO, ITZO 등을 포함하는 것이 바람직하다. 제2 전극(6)이 반투과형전극 또는 반사형 전극이면, 제2 전극(6)은 Ag, Mg, Cu, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Mo, Ti 또는 이들을 포함한 화합물이나 혼합물(예를 들면 Ag와 Mg의 혼합물) 등을 포함하는 것이 바람직하다.
제2 전극(6)은 단일의 물질로부터 이루어지는 단일층일 수 있고, 복수의 서로 다른 물질로부터 이루어지는 단일층일 수 있다. 또한 제2 전극(6)은 복수의 서로 다른 물질로부터 이루어지는 복수의 층을 갖는 다층 구조일 수 있다.
제2 전극(6)의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 10 nm 이상 1000 nm 이하인 것이 바람직하다.
제2 전극(6)은 보조 전극(도시하지 않음)과 연결되고 있어도 좋다. 제2 전극(6)이 보조 전극과 연결됨으로써 제2 전극(6)의 저항을 보다 감소시킬 수 있다.
또한 제2 전극(6) 위에는 캡핑층(도시하지 않음)이 한층 더 배치되어 있어도 좋다. 캡핑층(도시하지 않음)은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 α-NPD, NPB, TPD, m-MTDATA, Alq3, CuPc, TPD15(N4,N4,N4',N4'-테트라(비페닐-4-일), 비페닐 4,4'-디아민), TCTA(4,4',4"-트리-9-카바졸일트리페닐아민), N,N'-비스(나프탈렌-1-일) 등을 포함하는 층일 수 있다.
덧붙여 상기 각 층 및 각 전극을 구성하는 재료는 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용하여도 좋다.
도 1 내지 3의 유기 전계 발광 소자(10)에서 상기 함질소 축합환 화합물, 상기 형광발광제 또는 상기 유기 전계 발광 소자용 재료는 발광층(4)에 포함되는 것이 바람직하지만, 발광층(4) 이외의 유기층에 포함되어 있어도 좋다. 또한 상기 함질소 축합환 화합물, 상기 형광발광제 또는 상기 유기 전계 발광 소자용 재료는 발광층(4)과 발광층(4) 이외의 유기층에 포함되어 있어도 좋다.
도 1 내지 3의 유기 전계 발광 소자(10)에서 제1 전극(2)과 제2 전극(6)에 각각 전압이 인가됨으로써 제1 전극(2)로부터 주입된 정공은 정공 수송 영역(3)을 거쳐 발광층(4)으로 이동하고, 제2 전극(6)으로부터 주입된 전자는 전자 수송 영역(5)를 거쳐 발광층(4)으로 이동한다. 전자와 정공은 발광층(4)에서 재결합하여 여기자(exciton)를 생성하고, 여기자가 들뜸 상태로부터 바닥 상태에 떨어지면서 발광한다.
실시예
본 발명을 이하의 실시예 및 비교예를 사용해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 기술적 범위가 이하의 실시예에만 제한되는 것은 아니다.
［계산에 의한 화합물의 평가］
상기 함질소 축합환 화합물 1 내지 85의 일부 및 하기 비교용 화합물 C1에 대해서 하기 조건 (i) 내지 (ⅳ)를 만족하는지 여부를 확인하였다. 덧붙여 이러한 산출은 Q-Chem 프로그램(Q-Chem program)을 사용해서 얻었다. 산출 방법의 자세한 내용은 본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물의 설명에 기재한 바와 같다.
＜조건 (i)＞
ΔEST ＞ ΔEST2 ＋ ΔE'TT
＜조건 (ⅱ)＞
0 eV ＜ ΔEST2 ＋ ΔE'TT ≤ 1.0 eV
＜조건 (ⅲ)＞
0 eV ＜ ΔE'TT ≤ 0.15 eV
＜조건 (ⅳ)＞
ΔEST2 ＞ 0 eV
상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)에서,
ΔEST(eV)는 S1 평형 구조(equilibrium structure)에 대해서 계산된 최저 일중항 여기 에너지(eV)로부터 T1 평형 구조에 대해서 계산된 최저 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타낸다；
ΔEST2(eV)는 S1 평형 구조에 대해서 계산된 최저의 일중항여기 에너지(eV)로부터 T2 평형 구조에 대해서 계산된 2번째로 낮은 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타낸다；
　ΔE'TT(eV)는 T2 평형 구조에 대해서 계산된 2번째로 낮은 삼중항 여기 에너지(eV)로부터 T2 평형 구조에 대해서 계산된 최저의 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타낸다.
여기서 S1 평형 구조, T1 평형 구조, T2 평형 구조란 분자가 각 들뜸 상태가 되었을 때에 취하는 구조이고, 각 상태에 대해 가장 에너지가 낮아지는, 즉 가장 안정인 구조를 나타낸다.
이러한 평가 결과를 아래와 같이 표 2에 나타내었다.
화합물 No. ΔEST ΔEST2 ΔE'TT 조건 (i) 조건(ⅱ) 조건(ⅲ) 조건(ⅳ) 비고
1 0.738 0.553 0.110 만족 만족 만족 만족 본발명
2 0.739 0.542 0.111 만족 만족 만족 만족 본발명
3 0.747 0.559 0.086 만족 만족 만족 만족 본발명
5 0.647 0.463 0.133 만족 만족 만족 만족 본발명
6 0.641 0.432 0.130 만족 만족 만족 만족 본발명
7 0.717 0.528 0.146 만족 만족 만족 만족 본발명
8 0.643 0.461 0.133 만족 만족 만족 만족 본발명
9 0.821 0.591 0.118 만족 만족 만족 만족 본발명
10 0.829 0.595 0.096 만족 만족 만족 만족 본발명
12 0.827 0.593 0.107 만족 만족 만족 만족 본발명
14 0.772 0.547 0.133 만족 만족 만족 만족 본발명
19 0.762 0.579 0.133 만족 만족 만족 만족 본발명
65 0.714 0.500 0.100 만족 만족 만족 만족 본발명
66 0.571 0.402 0.109 만족 만족 만족 만족 본발명
71 0.716 0.529 0.134 만족 만족 만족 만족 본발명
75 0.702 0.484 0.091 만족 만족 만족 만족 본발명
78 0.521 0.357 0.098 만족 만족 만족 만족 본발명
79 0.772 0.547 0.199 만족 만족 만족 만족 본발명
80 0.706 0.491 0.096 만족 만족 만족 만족 본발명
81 0.548 0.377 0.109 만족 만족 만족 만족 본발명
84 0.757 0.556 03149 만족 만족 만족 만족 본발명
85 0.697 0.510 0.129 만족 만족 만족 만족 본발명
C1 0.775 0.582 0.157 만족 만족 불만족 만족 비교예
Figure pat00054
Figure pat00055
Figure pat00056
＜함질소 축합환 화합물의 합성＞
유기 전계 발광 소자의 제조에 사용하기 위하여 화합물 D1, D2, D3, D4 및 D5를 아래와 같이 합성하였다. 여기서 화합물 D1, D2, D3, D4 및 D5는 각각 상기 함질소 축합환 화합물 7, 6, 10, 12 및 13과 같은 화합물이다. 또한 비교예의 유기 전계 발광 소자의 제조에 사용하기 위해 상기 비교예 화합물 C1을 준비하였다.
［화합물 D1(상기 화합물 7)의 합성］
Figure pat00057
(중간체 1의 합성)
불활성 가스 분위기 하에서 5-브로모인돌(19.61 g, 100.0 mmol), 2,4,6-트리 메틸 붕소산(21.40 g, 130.4 mmol), 톨루엔(400 mL), 에탄올(100 mL), 1 M 탄산나트륨 수용액(200 mL)의 혼합물에 테트라키스 트리페닐 포스핀 팔라듐(5.80 g, 5.0 mmol)를 더하여 5시간 동안 가열 환류하였다. 실온에서 냉각 후 유기층을 톨루엔으로 추출하였다. 유기층을 무수 황산 마그네슘으로 건조 후 여과 농축하였다. 얻어진 생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 중간체 1을 무색 오일로서 얻었다(16.54 g, 70.34 mmol, 수율 70%).
(중간체 2의 합성)
중간체 1(16.54 g, 70.34 mmol), 2-클로로 벤즈 알데히드(7.91 mL, 70.34 mmol) 및 1,3-디메틸바르비틀산(10.98g, 70.32 mmol)의 혼합물을 100℃에서 30분 동안 가열 교반하였다. 반응물을 헥산 및 에탄올로 세정하여 중간체 2를 백색 고체로서 얻었다(32.62 g, 63.45 mmol, 수율 90%).
(중간체 3의 합성)
중간체 2(32.54 g, 63.31 mmol)에 초산(100 mL)을 더하여 24시간 동안 가열 환류하였다. 석출된 고체를 회수하고 에탄올로 세정하여 중간체 3을 미색 고체로서 얻었다(11.81 g, 15.92 mmol, 수율 50%).
(화합물 D1의 합성)
불활성 가스 분위기 하에서 중간체 3(11.80 g, 15.92 mmol), 요오드화 구리(I)(23.65 g, 124.2 mmol), N,N-디메틸 포름아미드(160 mL)의 혼합물에 수산화 테트라 부틸 암모늄(37% 메탄올 용액)(100 mL, 118 mmol)를 더하여 120℃에서 33시간 동안 가열 교반하였다. 석출된 고체를 회수하여 아세트니트릴 및 에틸렌 디아민 수용액으로 세정하였다. 생성물을 벤조니트릴로 재결정하여 화합물 D1를 황색 고체로서 얻었다(8.99 g, 14.0 mmol, 수율 88%).
얻어진 화합물 D1의 구조는 핵자기 공명 장치(1H-NMR)에 의하여 결정하였다 :
1H　NMR(300 MHz, THF-d8), Δ2.09(s, 12H), 2.32(s, 6H), 6.91(s, 4H), 7.31-7.43(m, 4H), 7.56(dd, J=8.1 Hz, 2H), 8.11(d, J=8.1 Hz, 2H), 8.16(d, J=8.1 Hz, 2H), 8.25(s, 2H), 8.42(d, J=7.5 Hz, 2H).
［화합물 D2(상기 화합물 6)의 합성］
Figure pat00058
(중간체 4의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 중간체 1의 합성과 동일한 방법으로 중간체 4를 얻었다(수율 73%).
(중간체 5의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 중간체 2의 합성과 동일한 방법으로 중간체 5를 얻었다(수율 33%).
(중간체 6의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 중간체 3의 합성과 동일한 방법으로 중간체 6을 얻었다(수율 44%).
(화합물 D2의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 화합물 D1의 합성과 동일한 방법으로 화합물 D2를 얻었다(수율 67%).
얻어진 화합물 D2의 구조는 핵자기 공명 장치(1H-NMR)에 의하여 결정하였다 :
1H　NMR(300 MHz, THF-d8), Δ1.39(s, 18H), 7.42-7.53(m, 6H), 7.61(br, 2H), 7.70(br, 4H), 7.81(br, 2H), 8.08-8.16(m, 4H), 8.55(br, 2H), 8.65(br, 2H).
［화합물 D3(상기 화합물 10)의 합성］
Figure pat00059
(중간체 7의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 중간체 1의 합성과 동일한 방법으로 중간체 7을 얻었다(수율 35%).
(중간체 8의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 중간체 2의 합성과 동일한 방법으로 중간체 8을 얻었다(수율 89%).
(중간체 9의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 중간체 3의 합성과 동일한 방법으로 중간체 9를 얻었다(수율 62%), 　
(화합물 D3의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 화합물 D1의 합성과 동일한 방법으로 화합물 D3를 얻었다(수율 64%).
얻어진 화합물 D3의 구조는 핵자기 공명 장치(1H-NMR)에 의하여 결정하였다 :
1H　NMR(300 MHz, THF-d8), Δ1.39(s, 18H), 7.42-7.52(m, 6H), 7.60(br, 2H), 7.65-7.75(m, 6H), 8.16(br, 2H), 8.25(s, 2H), 8.54(br, 4H).
［화합물 D4(상기 화합물 12)의 합성］
Figure pat00060
(중간체 10의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 중간체 1의 합성과 동일한 방법으로 중간체 10을 얻었다(수율 79%).
(중간체 11의 합성)
중간체 10(18.01 g, 58.93 mmol), 2-클로로 벤즈 알데히드(6.62 mL, 58.93 mmol) 및 1,3-디메틸바르비투르산(9.20 g, 58.92 mmol)의 혼합물을 100℃에서 30분 동안 가열 교반하였다. 생성물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 중간체 11을 백색 고체로서 얻었다(29.59 g, 50.65 mmol, 수율 86%).
(중간체 12의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 중간체 3의 합성과 동일한 방법으로 중간체 12를 얻었다(수율 40%).
(화합물 D4의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 화합물 D1의 합성과 동일한 방법으로 화합물 D4를 얻었다(수율 84%).
얻어진 화합물 D4의 구조는 핵자기 공명 장치(1H-NMR)에 의하여 결정하였다 :
1H　NMR(300 MHz, THF-d8), Δ1.52(s, 36H), 7.51-7.61(m, 4H), 7.70(br, 2H), 7.75(br, 4H), 7.79(br, 2H), 8.25(br, 2H), 8.35(s, 2H), 8.60(br, 2H), 8.64(br, 2H).
［화합물 D5(상기 화합물 13)의 합성］
Figure pat00061
(중간체 13의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 중간체 2의 합성과 동일한 방법으로 중간체 13을 얻었다(수율 67%).
(중간체 14의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 중간체 3의 합성과 동일한 방법으로 중간체 14를 얻었다(수율 67%).
(화합물 D5의 합성)
대응되는 시약을 변경한 것 이외는 화합물 D1의 합성과 동일한 방법으로 화합물 D5를 얻었다(수율 72%).
얻어진 화합물 D5의 구조는 핵자기 공명 장치(1H-NMR)에 의하여 결정하였다 :
　1H　NMR(300 MHz, THF-d8), Δ1.53(s, 36H), 1.57(s, 18H), 7.58(d, J=8.1Hz, 2H), 7.61(br, 2H), 7.78(s, 4H), 7.82(d, J=8.1Hz, 2H), 8.18(s, 2H), 8.25(s, 2H), 8.44(br, 2H), 8.65(d, J=8.1Hz, 2H).
［광발광(Photoluminescence, PL)에 있어서의 발광 피크 파장 및 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)］
위에서 얻어진 화합물 D1 내지 D5 및 상기 비교용 화합물 C1의 1Х10-5 M(=mol/dm3, mol/L)의 톨루엔 용액을 준비하였다. 그리고 이들 용액에 대하여 주식회사 히타치 하이테크제의 분광 형광 광도계 F7000에 의해 들뜸 파장 360 nm로서 실온에서 측정을 실시하여, 발광의 피크 파장(nm) 및 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)을 평가하였다. 이러한 평가 결과를 아래와 같이 표 3에 나타내었다.
함질소 축합환 화합물의 발광 피크 파장 및 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)
화합물 No. PL에 대한 발광 피크 파장[nm] PL에 대한
발광 스펙트럼의 피크의 반치폭[nm]		 비고
D1 452 12 본발명
D2 456 12 본발명
D3 457 13 본발명
D4 455 13 본발명
D5 455 15 본발명
C1 446 13 비교예
［메시틸렌에 대한 용해도 평가］
위에서 얻어진 화합물 D1 내지 D5 및 상기 비교용 화합물 C1을 각각 10 mg 시험관에 넣고, 메시틸렌을 더하여 160℃에서 가열하였다. 화합물이 완전하게 용해할 때까지 메시틸렌을 추가하여 용해도를 산출하였다. 이러한 평가 결과를 아래와 같이 표 4에 나타내었다.
함질소 축합환 화합물의 메시틸렌에 대한 용해도
화합물 No. 메시틸렌에 대한 용해도[g/L] 비고
D1 2.0 본발명
D2 1.3 본발명
D3 1.0 본발명
D4 3.2 본발명
D5 10.1 본발명
C1 0.75 비교예
＜유기 전계 발광 소자(유기 EL 소자)의 제작＞
［유기 EL 소자의 제작］
(각 층을 형성하기 위한 재료의 준비)
유기 EL 소자의 각 층의 형성에 사용하는 재료로서 위에서 얻어진 화합물 D1 및 비교용 화합물 C1에 더하여 하기 재료를 준비하였다. 여기서 하기 화합물 H-H1, 하기 화합물 H-E1 및 하기 인광 착체 Pt1은 각각 위에서 설명한 화합물 H55, 화합물 H77 및 인광 착체 P6와 같다.
Figure pat00062
Figure pat00063
(실시예 1)
ITO 유리 기판을 50mm×50mm×0.5mm 크기로 잘라 아세톤, 이소프로필, 알코올, 순수한 물의 순서로 각 15분간 초음파 세정 후 30분간 UV 오존 세정을 하였다. 이 유리 기판상의 ITO 전극(양극) 상에 진공 증착 장치에서 다음의 층을 증착하였다.
우선 상기 ITO 전극상에 F6-TCNNQ를 증착하고, 막두께 10 nm의 정공 주입층을 형성하였다. 그 다음으로 상기 정공 주입층상에 화합물 HT1를 증착하고 막두께 126 nm의 정공 수송층을 형성하였다. 계속하여 정공 수송층상에 화합물 H-H1를 증착하고 막두께 10 nm의 전자 저지층을 형성하였다. 이와 같이 하여 정공 수송 영역을 형성하였다.
상기 정공 수송 영역상에 화합물 H-H1, 화합물 H-E1, 인광 착체 Pt1 및 위에서 얻어진 화합물 D1를 공증착하고, 막두께 40 nm의 발광층을 형성하였다. 상기 발광층에서 화합물 H-H1, 화합물 H-E1 및 인광 착체 Pt1의 질량비를 화합물 H-H1：화합물 H-E1：인광 착체 Pt1 = 60：40：10 이 되도록 발광층을 형성하였다. 또한 발광층에 있어서의 화합물 D1의 농도가 화합물 H-H1, 화합물 H-E1, 인광 착체 Pt1 및 화합물 D1의 총질량(즉 발광층의 총질량)에 대해서 0.5 질량%가 되도록 발광층을 형성하였다. 덧붙여 화합물 H-H1 및 화합물 H-E1는 호스트 재료이다.
상기 발광층상에 화합물 H-E1를 진공 증착하고, 막두께 10 nm의 정공 저지층을 형성하였다. 그 다음에 상기 정공 저지층상에 화합물 ET1 및 LiQ를 화합물 ET1：LiQ = 5：5 (단위：질량부)의 질량비로 공증착하고, 막두께 36 nm의 전자 수송층을 형성하였다. 계속하여 상기 전자 수송층상에 LiQ를 증착하여 막두께 0.5 nm의 전자 주입층을 형성하였다. 이와 같이 하여 전자 수송 영역을 형성하였다.
　상기 전자 주입층상에 막두께 80 nm의 Al(음극)를 증착하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
　그 후 수분 농도 1 ppm 이하, 산소 농도 1 ppm 이하의 질소 분위기의 글로브 박스 안에서 건조제가 첨부된 유리제의 봉지관과 자외선 경화형 수지(MORESCO제 제품명 WB90US)를 사용해 상기 공정으로 제작한 유기 EL 소자를 봉지하였다. 이와 같이 하여 유기 EL 소자를 완성시켰다.
(실시예 2 및 3)
발광층의 형성시, 발광층에 있어서의 화합물 D1의 농도를 화합물 H-H1, 화합물 H-E1, 인광 착체 Pt1 및 화합물 D1의 총질량(즉 발광층의 총질량)에 대해서 1.5 질량% 및 3.0 질량%가 되도록 각각 변경한 이외는 실시예 1과 같은 방법으로 각 유기 EL 소자를 제작하고 봉지를 실시하여 각 유기 EL 소자를 완성시켰다.
(실시예 4)
발광층의 형성시 인광 착체 Pt1를 사용하지 않은 이외는 실시예 2와 같은 방법으로 각 유기 EL 소자를 제작하고 봉지를 실시하여 유기 EL 소자를 완성시켰다.
(비교예 1)
발광층의 형성시 함질소 축합환 화합물의 종류를 비교용 화합물 C1로 변경한 이외는 실시예 2와 같은 방법으로 각 유기 EL 소자를 제작하고 봉지를 실시하여 유기 EL 소자를 완성시켰다.
＜유기 EL 소자의 평가＞
［휘도, 외부 양자 효율 및 소자 수명］
하기 방법에 따라서 휘도, 외부 양자 효율 및 소자 수명을 평가한 결과를 아래와 같이 표 4에 나타내었다. 덧붙여 소자 수명의 평가는 실시예 1 내지 4에 대해 수행하였다. 하기의 표 4 중의 LT50는 실시예 4의 LT50［hr］에 대한 상대적인 값이다.
직류정전압 전원(KEITHLEY제 소스 미터(source　meter) 2400형)을 사용하여 유기 EL 소자에 대해서 인가 전압을 변화시키면서 발광시키고, 이 때의 휘도 발광 스펙트럼 및 발광량을 휘도 측정 장치(Topcon제 SR-3)에서 측정하였다.
여기서 외부 양자 효율은 발광 스펙트럼 발광량 및 측정시의 전류값으로부터 산출하였다.
또한 소자 수명(내구성)은 초기 휘도가 1000 cd/m2가 되는 전류값에 대해 연속 구동하여, 시간 경과와 함께 감쇠하는 발광 휘도가 초기 휘도의 50%가 될 때까지의 시간을 「LT50」로서 측정하였다.
［발광 피크 파장 및 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)］
발광 피크 파장 및 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)은 발광 스펙트럼의 측정 결과로부터 읽어내었다.
본 평가에서 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)은 작을 수록 바람직하고, 30 nm 이하이면 고색순도이고, 25 nm 이하이면 특히 고색순도가 뛰어나다고 판단하였다.
덧붙여 본 평가에서 발광 피크 파장은 450 nm 이상 465 nm 이하인 것이 바람직하다.
각 유기 EL 소자의 발광층의 구성 및 평가 결과
유기 EL 소자 발광층 구성 유기 EL 소자의 평가 결과
함질소 헤테로환 화합물 인광
착체		 휘도 [Cd/m2] 외부 양자 효율 [%] 발광 피크 파장 [nm] 발광 스펙트럼의 반치폭 (FWHM) LT50
종류 농도[%] 농도 [%]
실시예1 D1 0.5 9 1000 6.20 458 19 14.0
실시예2 D1 1.5 9 1000 4.42 459 20 10.5
실시예3 D1 3.0 9 1000 3.19 459 22 7.5
실시예4 D1 1.5 0 1000 2.57 459 19 1
비교예1 C1 1.5 9 1000 2.45 456 41 -
상기 표 5에 나타난 바와 같이 본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물을 사용하는 실시예 1 내지 4의 유기 EL 소자는 양호한 청색 발광색이 실현되고, 또한 유기 EL 소자로부터의 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)이 좁고, 고색순도의 발광이 실현되는 것이 확인되었다. 또한 본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물을 사용하는 실시예 1 내지 4의 유기 EL 소자는 외부 양자 효율도 뛰어난 것이 확인되었다. 한편 본 발명의 범위 외의 구조인 함질소 축합환 화합물을 사용하는 비교예 1의 유기 EL 소자는 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)이 넓고 색순도에 뒤떨어지는 것이 확인되었다.
또한 상기 표 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물과 인광 착체를 병용하는 유기 EL 소자는 실시예 4의 인광 착체를 사용하지 않는 유기 EL 소자와 비교하여 외부 양자 효율이 높고 소자 수명이 긴 것이 확인되었다. 또한 상기 표 2 및 표 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 유기 EL 소자는 비교예 1의 유기 EL 소자와 비교하여 외부 양자 효율이 높은 것이 확인되었다. 그리고 실시예 1 내지 3에 나타난 바와 같이, 함질소 축합환 화합물의 농도를 조정하여 유기 EL 소자의 외부 양자 효율을 한층 더 향상시킬 수 있는 것도 확인되었다. 여기서 실시예 1 내지 3의 유기 EL 소자는 본 발명과 관련되는 상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)의 모두를 만족하는 함질소 축합환 화합물과 인광 착체를 병용하는 유기 EL 소자이다. 또한 비교예 1의 유기 EL 소자는 본 발명의 범위 외의 구조이고, 한편 상기 조건 (ⅲ)을 만족하지 않고, TADF 특성을 갖지 않는다고 여겨지는 비교용 화합물 C1와 인광 착체를 병용하는 유기 EL 소자다.
또한 상기 표 5의 실시예 1 내지 4에 나타난 바와 같이, 본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물은 높은 도펀트 농도에서도 양호한 청색 발광색이 실현되고, 또한 유기 EL 소자로부터의 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)이 좁고 고색순도의 발광이 실현되는 것이 확인되었다. 이것은 본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물이 갖는 치환기의 응집 억제 효과에 근거한다고 추측된다.
덧붙여 상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명과 관련되는 화합물 D1 내지 D5는 비교용 화합물 C1와 비교하여 메시틸렌에 대한 높은 용해도를 나타낸다. 이로부터도 본 발명과 관련되는 함질소 축합환 화합물은 특정의 치환기로 인하여 높은 응집 억제 효과를 갖는다고 여겨진다.
또한 상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명과 관련되는 다른 화합물 D2 내지 D5에 대하여도 본 발명과 관련되는 화합물 D1과 마찬가지로 PL에서 양호한 청색 발광색을 나타내고, 고색순도의 발광이 실현되는 것이 확인되었다. 또한 상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명과 관련되는 다른 화합물 D2 내지 D5에 대해서도 본 발명과 관련되는 화합물 D1와 마찬가지로 메시틸렌에 대한 높은 용해도를 나타내는 것이 확인되었다. 이로부터 본 발명과 관련되는 화합물 D2 내지 D5에 대해서도 본 발명과 관련되는 화합물 D1과 마찬가지로 유기 EL 소자에서 양호한 청색 발광색이 실현되고, 고효율 및 고색순도의 발광이 실현된다고 추측된다. 또한 유기 EL 소자에서 인광 착체와 병용했을 경우에 장기 수명ㄴ화가 실현된다고 추측된다.
덧붙여 상기 표 3에서 비교용 화합물 C1의 PL에 있어서의 발광 피크 파장은 청색 발광색이 실현되고 있고, 비교용 화합물 C1의 PL에 있어서의 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)는 좁고 고색순도의 발광이 실현되고 있다. 이로부터 청색 발광색 및 양호한 고색순도의 발광은 모골격인 특정의 함질소 축합환 구조로부터 기인한다고 여겨진다. 다만, 상기 표 3에서 비교용 화합물 C1를 사용하는 비교예 1의 유기 EL 소자의 발광 스펙트럼의 피크의 반치폭(FWHM)은 넓고, 색순도가 뒤떨어진다. 그 이유는 비교용 화합물 C1는 상기와 같이 특정의 치환기에 의한 높은 응집 억제 효과를 갖지 않기 때문에 응집체로부터의 발광이 생기기 때문이라고 추측된다. 이로부터 모골격인 특정의 함질소 축합환구조를 갖고, 해당 구조에 대한 특정의 치환기를 갖는, 본 발명과 관련되는 상기 식 (1)에서 나타나는 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물은 본 발명과 관련되는 화합물 D1와 마찬가지로, 본 발명의 뛰어난 효과를 나타낸다고 추측된다.
이상 본 발명에 대하여 실시 형태 및 실시예를 들어 설명했지만, 본 발명은 특정의 실시 형태 및 실시예로 한정되는 것이 아니고, 특허 청구 범위에 기재된 발명의 범위 내에 있는 여러 가지의 변형 및 변경이 가능하다.
1 : 기판 2 : 제1 전극
3 : 정공 수송 영역 31 : 정공 주입층
32 : 정공 수송층 33 : 전자 저지층
4 : 발광층 5 : 전자 수송 영역
51 : 전자 주입층 52 : 전자 수송층
53 : 정공 저지층 6 : 제2 전극
10 : 유기 전계 발광 소자.

Claims (25)

  1. 하기 식 (1)에 의해 나타나는 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물과 인광 착체를 포함하는 유기 전계 발광 소자용 재료：
    Figure pat00064

    상기 식 (1)에서,
    R1 내지 R4는 서로 독립적으로 하기 (a) 내지 (g) 중 하나의 원자 또는 기이고,
    n1 내지 n4는 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고,
    n1 내지 n4의 모두가 0인 것은 아니다:
    (a) 할로겐 원자,
    (b) 시아노기,
    (c) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기,
    (d) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기,
    (e) 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기,
    (f) 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기,
    (g) 치환 또는 비치환된 1가의 헤테로환기,
    여기서 n1 내지 n4 중 하나가 2 이상인 경우 각 R1, 각 R2, 각 R3, 또는 각 R4는 서로 같거나 다를 수 있다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 함질소 축합환 화합물에서 상기 식 (1)에서 나타나는 구조가 하기 식 (2) 또는 하기 식 (3)에서 나타나는 구조인 유기 전계 발광 소자용 재료： 　
    Figure pat00065

    Figure pat00066

    상기 식 (2) 및 상기 식 (3)에서,
    R5 내지 R8은 서로 독립적으로 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬 아미노기 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기이고,
    R9 및 R10은 서로 독립적으로 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알콕시기 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기이고,
    n5 내지 n8은 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4 또는 5이고,
    n9 및 n10은 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고,
    여기서 n5 내지 n10 중 하나가 2 이상인 경우 각 R5, 각 R6, 각 R7, 각 R8, 각 R9 또는 각 R10은 서로 같거나 다를 수 있다.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 함질소 축합환 화합물에서 상기 식 (1)에서 나타나는 구조가 상기 식 (2)에서 나타나는 구조이고,
    상기 식 (2)의 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기인 유기 전계 발광 소자용 재료.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 함질소 축합환 화합물에서 상기 식 (1)에서 나타나는 구조가 상기 식 (3)에서 나타나는 구조이고,
    상기 식 (3)의 R5, R7, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기인 유기 전계 발광 소자용 재료.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 함질소 축합환 화합물에서 상기 식 (1)에서 나타나는 구조가 상기 식 (2)에서 나타나는 구조이고,
    상기 식 (2)의 n5 내지 n8 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 상기 식 (2)의 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기인 유기 전계 발광 소자용 재료.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 함질소 축합환 화합물에서 상기 식 (1)에서 나타나는 구조가 상기 식 (3)에서 나타나는 구조이고,
    상기 식 (3)의 n5, n7, n9 및 n10 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 상기 식 (3)의 R5, R7, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기인 유기 전계 발광 소자용 재료.
  7. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 함질소 축합환 화합물에서 상기 식 (1), 상기 식 (2) 또는 상기 식 (3)에서 나타나는 구조가 하기 식 (3-1) 내지 하기 식 (3-9) 중 하나로 나타나는 구조인 유기 전계 발광 소자용 재료： 　
    Figure pat00067
    Figure pat00068
    Figure pat00069
    Figure pat00070
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 함질소 축합환 화합물은 하기 조건 (i) 내지 (ⅳ)의 모두를 만족하는 유기 전계 발광 소자용 재료：
    ＜조건 (i)＞
    ΔEST ＞ Δ≤EST2 ＋ ΔE'TT
    ＜조건 (ⅱ)＞
    0 eV ＜ ΔEST2 ＋ ΔE'TT ≤ 1.0 eV
    ＜조건 (ⅲ)＞
    0eV ＜ΔE'TT ≤ 0.15 eV
    ＜조건 (ⅳ)＞
    ΔEST2 ＞ 0 eV
    상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)에서,
    ΔEST(eV)는 S1 평형 구조(equilibrium structure)에 대해서 계산된 최저 일중항 여기 에너지(eV)로부터 T1 평형 구조에 대해서 계산된 최저 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타내고；
    ΔEST2(eV)는 S1 평형 구조에 대해서 계산된 최저의 일중항여기 에너지(eV)로부터 T2 평형 구조에 대해서 계산된 2번째로 낮은 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타내고；
    　ΔE'TT(eV)는 T2 평형 구조에 대해서 계산된 2번째로 낮은 삼중항 여기 에너지(eV)로부터 T2 평형 구조에 대해서 계산된 최저의 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타낸다.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 함질소 축합환 화합물은 메시틸렌에 대한 용해도가 1.0g/L 이상인 유기 전계 발광 소자용 재료.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인광 착체는 백금 착체인 유기 전계 발광 소자용 재료.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    호스트 재료를 더 포함하는 유기 전계 발광 소자용 재료.
  12. 제11 항에 있어서,　
    상기 호스트 재료는 하기 식 (5)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자용 재료：
    Figure pat00071

    상기 식 (5)에서,
    Z51는 CH, CR51 또는 N이고,
    Z52는 CH, CR52 또는 N이고,
    Z53는 CH, CR53 또는 N이고,
    Z54는 CH, CR54 또는 N이고,
    Z55는 CH, CR55 또는 N이고,
    Z56는 CH, CR56 또는 N이고,
    Z57는 CH, CR57 또는 N이고,
    Z58는 CH, CR58 또는 N이고,
    R51 내지 R58은 서로 독립적으로 하기 (5a) 내지 (5h) 중 하나의 기이고,
    (5a) 시아노기,
    (5b) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기,
    (5c) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기,
    (5d) 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기,
    (5e) 치환 또는 비치환된 포스포릴기(-POH2 기),
    (5f) 치환 또는 비치환된 실릴기(-SiH3 기),
    (5g) 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기,
    (5h) 치환 또는 비치환된 1가의 헤테로환기,
    Ar51 은 방향족 탄화수소기 및 헤테로환기 중 적어도 하나를 포함하는 기이고,
    m는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이고,
    여기서 상기 R51 와 상기 R52, 상기 R52 와 상기 R53, 상기 R53 와 상기 R54, 상기 R55 와 상기 R56, 상기 R56 와 상기 R57 또는 상기 R57 와 상기 R58은 각각 결합하고 있는 탄소 원자를 포함한 지방족탄화수소환, 방향족 탄화수소환 또는 헤테로환을 형성할 수 있다.
  13. 제11 항 또는 제12 항에 있어서,
    상기 호스트 재료는 하기 식 (6)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자용 재료：
    Figure pat00072

    상기 식 (6)에서,
    Ar61 내지 Ar63 은 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기 또는 치환 또는 비치환된 1가의 헤테로환기이다.
  14. 하기 식 (1)에서 나타나는 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물을 포함하고 인광 착체와 함께 사용되는 형광발광제：
    Figure pat00073

    상기 식 (1)에서,
    R1 내지 R4는 서로 독립적으로 하기 (a) 내지 (g) 중 하나의 원자 또는 기이고,
    n1 내지 n4는 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고,
    n1 내지 n4의 모두가 0인 것은 아니다:
    (a) 할로겐 원자,
    (b) 시아노기,
    (c) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기,
    (d) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기,
    (e) 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기,
    (f) 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기,
    (g) 치환 또는 비치환된 1가의 헤테로환기,
    여기서 n1 내지 n4 중 하나가 2 이상인 경우 각 R1, 각 R2, 각 R3, 또는 각 R4는 서로 같거나 다를 수 있다.
  15. 하기 식 (1)에서 나타나는 구조를 갖고, 하기 조건 (i) 내지 (ⅳ)의 모두를 만족하는 함질소 축합환 화합물： 　　
    Figure pat00074

    상기 식 (1)에서
    R1 내지 R4는 서로 독립적으로 하기 (a) 내지 (g) 중 하나의 원자 또는 기이고,
    n1 내지 n4는 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고,
    n1 내지 n4의 모두가 0인 것은 아니다:
    (a) 할로겐 원자,
    (b) 시아노기,
    (c) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기,
    (d) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기,
    (e) 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기,
    (f) 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기,
    (g) 치환 또는 비치환된 1가의 헤테로환기,
    여기서 n1 내지 n4 중 하나가 2 이상인 경우 각 R1, 각 R2, 각 R3, 또는 각 R4는 서로 같거나 다를 수 있다.
    ＜조건 (i)＞
    ΔEST ＞ ΔEST2 ＋ ΔE'TT
    ＜조건 (ⅱ)＞
    0 eV ＜ ΔEST2 ＋ ΔE'TT ≤Δ 1.0 eV
    ＜조건 (ⅲ)＞
    0eV ＜ΔE'TT ≤ 0.15 eV
    ＜조건 (ⅳ)＞
    ΔEST2 ＞ 0 eVㄴ
    상기 조건 (i) 내지 (ⅳ)에서,
    ΔEST(eV)는 S1 평형 구조(equilibrium structure)에 대해서 계산된 최저 일중항 여기 에너지(eV)로부터 T1 평형 구조에 대해서 계산된 최저 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타내고；
    ΔEST2(eV)는 S1 평형 구조에 대해서 계산된 최저의 일중항여기 에너지(eV)로부터 T2 평형 구조에 대해서 계산된 2번째로 낮은 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타내고；
    ΔE'TT(eV)는 T2 평형 구조에 대해서 계산된 2번째로 낮은 삼중항 여기 에너지(eV)로부터 T2 평형 구조에 대해서 계산된 최저의 삼중항 여기 에너지(eV)를 뺀 차이의 값을 나타낸다.
  16. 제15 항에 있어서,　
    하기 식 (2) 또는 하기 식 (3)에서 나타나는 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물： 　　
    Figure pat00075
    Figure pat00076

    상기 식 (2) 및 상기 식 (3)에서,
    R5 내지 R8은 서로 독립적으로 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬 아미노기 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기이고,
    R9 및 R10은 서로 독립적으로 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알콕시기 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기이고,
    n5 내지 n8은 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4 또는 5이고,
    n9 및 n10은 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고,
    여기서 n5 내지 n10 중 하나가 2 이상인 경우 각 R5, 각 R6, 각 R7, 각 R8, 각 R9 또는 각 R10은 서로 같거나 다를 수 있고,
    상기 식 (2)에서 n5 내지 n8 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기이고,
    상기 식 (3)에서 n5, n7, n9 및 n10 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 R5, R7, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기이다.
  17. 하기 식 (2) 또는 하기 식 (3)에서 나타나는 구조를 갖는 함질소 축합환 화합물：
    Figure pat00077
    Figure pat00078

    상기 식 (2) 및 상기 식 (3)에서,
    R5 내지 R8은 서로 독립적으로 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬 아미노기 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기이고,
    R9 및 R10은 서로 독립적으로 할로겐 원자, 시아노기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알킬기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기, 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 할로 알콕시기 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기이고,
    n5 내지 n8은 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4 또는 5이고,
    n9 및 n10은 서로 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4이고,
    여기서 n5 내지 n10 중 하나가 2 이상인 경우 각 R5, 각 R6, 각 R7, 각 R8, 각 R9 또는 각 R10은 서로 같거나 다를 수 있고,
    상기 식 (2)에서 n5 내지 n8 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 R5 내지 R8 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기이고,
    상기 식 (3)에서 n5, n7, n9 및 n10 중 적어도 하나는 3 이상이거나 또는 또는 R5, R7, R9 및 R10 중 적어도 하나는 비치환된 탄소수 4 이상 15 이하의 분기상 알킬기이다.
  18. 제15 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 식 (1), 상기 식 (2) 또는 상기 식 (3)에서 나타나는 구조가 하기 식 (3-1) 내지 하기 식 (3-9) 중 하나로 나타나는 구조인 함질소 축합환 화합물： 　
    Figure pat00079
    Figure pat00080
    Figure pat00081
    Figure pat00082
    Figure pat00083
  19. 제15 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    메시틸렌에 대한 용해도가 1.0g/L 이상인 함질소 축합환 화합물.
  20. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 따른 유기 전계 발광 소자용 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  21. 제14 항에 따른 형광발광제 또는 제15 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 따른 함질소 축합환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 형광발광제 또는 상기 함질소 축합환 화합물과 호스트 재료를 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 호스트 재료는 하기 식 (5)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자： 　　
    Figure pat00084

    상기 식 (5)에서,
    Z51는 CH, CR51 또는 N이고,
    Z52는 CH, CR52 또는 N이고,
    Z53는 CH, CR53 또는 N이고,
    Z54는 CH, CR54 또는 N이고,
    Z55는 CH, CR55 또는 N이고,
    Z56는 CH, CR56 또는 N이고,
    Z57는 CH, CR57 또는 N이고,
    Z58는 CH, CR58 또는 N이고,
    R51 내지 R58은 서로 독립적으로 하기 (5a) 내지 (5h) 중 하나의 기이고,
    (5a) 시아노기,
    (5b) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알킬기,
    (5c) 치환 또는 비치환된 탄소수 1 이상 20 이하의 알콕시기,
    (5d) 치환 또는 비치환된 탄소수 6 이상 20 이하의 아릴 아미노기,
    (5e) 치환 또는 비치환된 포스포릴기(-POH2 기),
    (5f) 치환 또는 비치환된 실릴기(-SiH3 기),
    (5g) 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기,
    (5h) 치환 또는 비치환된 1가의 헤테로환기,
    Ar51은 방향족 탄화수소기 및 헤테로환기 중 적어도 하나를 포함하는 기이고,
    m는 1, 2, 3, 4, 5 또는 6이고,
    여기서 상기 R51와 상기 R52, 상기 R52와 상기 R53, 상기 R53와 상기 R54, 상기 R55와 상기 R56, 상기 R56와 상기 R57 또는 상기 R57와 상기 R58은 각각 결합하고 있는 탄소 원자를 포함한 지방족탄화수소환, 방향족 탄화수소환 또는 헤테로환을 형성할 수 있다.
  24. 제22 항 또는 제23 항에 있어서,
    상기 호스트 재료는 하기 식 (6)에서 나타나는 구조를 갖는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자：
    Figure pat00085

    상기 식 (6)에서
    Ar61 내지 Ar63은 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 1가의 방향족 탄화수소기 또는 치환 또는 비치환된 1가의 헤테로환기이다.
  25. 제20 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 유기 전계 발광 소자용 재료, 상기 형광발광제 또는 상기 함질소 축합환 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.

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