KR20240016251A - 중수소화물 및 유기 전계 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
저구동 전압이면서, 고효율이고 장수명을 갖는 실용상 유용한 유기 EL 소자 및 그것에 적합한 중수소화물을 제공한다. 하기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 40% 이상인 중수소화물이다.
(여기에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼30의 방향족 탄화수소기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결되어 이루어지는 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기를 나타내고, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기는 동일해도 상이해도 좋다.)
(여기에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼30의 방향족 탄화수소기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결되어 이루어지는 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기를 나타내고, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기는 동일해도 상이해도 좋다.)
Description
본 발명은 중수소화물과 그것을 사용한 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
유기 전계 발광 소자(유기 EL 소자라고 함)에 전압을 인가함으로써, 양극으로부터 정공이, 음극으로부터는 전자가 각각 발광층에 주입된다. 그리고, 발광층에 있어서, 주입된 정공과 전자가 재결합하여, 여기자가 생성된다. 이 때, 전자 스핀의 통계칙에 의해, 일중항 여기자 및 삼중항 여기자가 1:3의 비율로 생성된다. 일중항 여기자에 의한 발광을 사용하는 형광 발광형의 유기 EL 소자는, 내부 양자 효율은 25%가 한계인것으로 알려져 있다. 한편으로 삼중항 여기자에 의한 발광을 사용하는 인광 발광형의 유기 EL 소자는, 일중항 여기자로부터 항간 교차가 효율적으로 행해진 경우에는 내부 양자 효율이 100%까지 높아지는 것이 알려져 있다.
그렇지만, 인광 발광형의 유기 EL 소자에 관해서는 장수명화가 기술적인 과제로 되어 있다.
더욱 최근에서는, 지연 형광을 이용한 고효율의 유기 EL 소자의 개발이 이루어지고 있다. 예를 들면 특허문헌 1에는, 지연 형광의 메커니즘의 하나인 TTF(Triplet-Triplet Fusion) 기구를 이용한 유기 EL 소자가 개시되어 있다. TTF 기구는 2개의 삼중항 여기자의 충돌에 의해 일중항 여기자가 생성하는 현상을 이용하는 것이며, 이론상 내부 양자 효율을 40%까지 높일 수 있다고 생각되고 있다. 그렇지만, 인광 발광형의 유기 EL 소자와 비교하면 효율이 낮기 때문에, 효율의 개량이 더욱 요구되고 있다.
한편으로 특허문헌 2에서는, TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence) 기구를 이용한 유기 EL 소자가 개시되어 있다. TADF 기구는 일중항 준위와 삼중항 준위의 에너지 차가 작은 재료에 있어서 삼중항 여기자로부터 일중항 여기자로의 역항간 교차가 생기는 현상을 이용하는 것이며, 이론상 내부 양자 효율을 100%까지 높일 수 있다고 생각되고 있다. 그렇지만, 인광 발광형 소자와 마찬가지로 수명 특성의 한층 더 개선이 요구되고 있다.
특허문헌 3, 4에서는 인돌로카르바졸 화합물에 대해서, 호스트 재료로서의 사용을 개시하고 있다. 특허문헌 5에서는 비스카르바졸 화합물에 대해서, 호스트 재료로서의 사용을 개시하고 있다.
특허문헌 6에서는 비스카르바졸 화합물을 혼합 호스트로서 사용하는 것을 개시하고 있다. 특허문헌 7, 8에서는 인돌로카르바졸 화합물과 비스카르바졸 화합물을 혼합 호스트로서 사용하는 것을 개시하고 있다.
특허문헌 9에서는 중수소화한 카르바졸 화합물에 대해서, 호스트 재료로서의 사용을 개시하고 있다.
특허문헌 10, 11에서는 복수의 인돌로카르바졸 화합물을 예비 혼합한 호스트 재료의 사용을 개시하고 있다.
특허문헌 12에서는 중수소화한 카르바졸 화합물에 대해서, 정공 수송 재료로서의 사용을 개시하고 있다.
그렇지만, 소자의 구동 전압 저감, 발광 효율의 향상, 장수명화를 도모하는 데 있어서, 모두 충분한 것이라고 말할 수 없고, 한층 더 개량이 요망되고 있다.
유기 EL 소자를 플랫 패널 디스플레이 등의 표시 소자에 응용하기 위해서는, 소자의 발광 효율을 개선시킴과 동시에, 소자의 장수명 특성을 충분히 확보할 필요가 있다. 본 발명은, 상기 현상을 감안하여, 저구동 전압이면서 고효율이고 장수명을 갖는 실용상 유용한 유기 EL 소자 및 그것에 적합한 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 하기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물(축합 방향족 복소환 화합물)의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 40% 이상인 중수소화물을 유기 EL 소자에 사용함으로써 우수한 특성을 나타내는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은, 하기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 40% 이상인 중수소화물이다.
여기에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼30의 방향족 탄화수소기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결되어 이루어지는 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기를 나타내고, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기는 동일해도 상이해도 좋다.
상기 중수소화물은, 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 50% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 70% 이상인 것이 좋다.
상기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물은, 하기 식(2)으로 나타내어지는 화합물인 것이 바람직하다.
여기에서, Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼14의 방향족 탄화수소기, 또는 이들 방향족환이 2개 연결되어 이루어지는 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기를 나타내고, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기는 동일해도 상이해도 좋다. L1 및 L2는 치환 혹은 미치환의 페닐렌기를 나타낸다. x 및 y는 각각 독립적으로 0∼2의 정수를 나타내고, 바람직하게는 각각 독립적으로 0∼1이다.
또한, 본 발명은 상기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 40% 이상인 중수소화물과, 하기 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물을 혼합한 혼합물이다.
일반식(3)에 있어서, 환 A는 2개의 인접 환과 임의의 위치에서 축합하는 식(3a)으로 나타내어지는 복소환이다. Ar5 및 Ar6은 각각 독립적으로 수소, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼30의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3∼17의 방향족 복소환기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결된 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기이며, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기는 서로 같아도 상이해도 좋다. Ar7은 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼30의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3∼17의 방향족 복소환기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결된 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기이며, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기는 서로 같아도 상이해도 좋다. L3은 직접 결합, 또는 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼18의 방향족 탄화수소기이다. R은 각각 독립적으로 탄소수 1∼10의 지방족 탄화수소기이다. e∼g는 치환수이며, e, g는 0∼4의 정수, f는 0∼2의 정수이다. X는 N, C-H 또는 C-Ar8이며, 적어도 1개는 N이다. Ar8은 각각 독립적으로 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼30의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3∼17의 방향족 복소환기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결된 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기이며, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기는 서로 같아도 상이해도 좋다. 또한, e, g는 바람직하게는 0∼2의 정수이며, 보다 바람직하게는 e∼g의 전부가 0이다.
또한, 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 40% 이상인 중수소화물과, 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물의 50% 중량 감소 온도의 차가 20℃ 이내인 것이 좋고, 보다 바람직하게는 15℃ 이내이다.
또한, 상기 혼합물은 상기 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물의 비율이 20wt% 이상 70wt% 이하인 혼합물인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 양극과 음극 사이에 복수의 유기층을 갖는 유기 전계 발광 소자이며, 상기 유기층의 적어도 1층에, 상기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 40% 이상인 중수소화물을 포함하거나, 또는 이러한 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물로 이루어지는 중수소화물과 상기 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자이다.
바람직하게는, 상기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물로 이루어지는 중수소화물, 또는 상기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물로 이루어지는 중수소화물과 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물의 혼합물을 포함하는 유기층이, 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 정공 저지층 및 전자 저지층으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 층이며, 보다 바람직하게는 발광층이다. 또한, 상기 중수소화물 또는 혼합물을 포함하는 유기층이 발광층인 경우, 상기 발광층은 적어도 1종의 발광성 도펀트를 함유하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명은 양극과 음극 사이에 복수의 유기층을 갖는 유기 전계 발광 소자를 제조하는 방법으로서, 유기층의 하나가 발광층이며, 상기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 40% 이상인 중수소화물과 상기 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물의 혼합물을 준비하고, 이것을 사용하여 하나의 증착원으로부터 증착함으로써 발광층을 제작하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법이다.
본 발명의 유기 EL 소자용 재료는, 상기 일반식(1)으로 나타내어지는 구조를 갖고, 카르바졸에 결합하는 방향족 탄화수소기가 중수소를 가짐으로, 그 중수소화율을 적절하게 설계함으로써, 여기 상태나 이온 상태의 안정성의 향상이나, 높은 레벨에서의 전하 주입 수송성의 제어를 할 수 있었다고 상정된다. 그 때문에, 이것을 사용한 유기 EL 소자는 장수명이고 저전압이며, 실용 레벨의 특성을 나타낸다고 생각된다.
도 1은 유기 EL 소자의 일 구조예를 나타내는 단면도이다.
본 발명은, 상기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 40% 이상인 중수소화물이다. 일반식(1)에 있어서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼30의 방향족 탄화수소기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결되어 이루어지는 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기를 나타내고, 바람직하게는 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼24의 방향족 탄화수소기, 또는 이들 방향족 탄화수소기가 2∼5개 연결되어 이루어지는 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기이며, 보다 바람직하게는 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼18의 방향족 탄화수소기, 또는 이들 방향족 탄화수소기가 2∼5개 연결되어 이루어지는 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기이다. 또한, 방향족환이 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기는 서로 같아도 상이해도 좋다. 또한, Ar1이나 Ar2에 있어서의 방향족 탄화수소기와 연결 방향족기의 수소는, 중수소화된 것을 포함하는 의미이다.
Ar1 및 Ar2가 미치환의 방향족 탄화수소기, 또는 연결 방향족기인 경우의 구체예로서는, 벤젠, 나프탈렌, 아세나프텐, 아세나프틸렌, 아줄렌, 안트라센, 크리센, 피렌, 페난트렌, 트리페닐렌, 플루오렌, 벤조[a]안트라센, 테트라센, 펜타센, 헥사센, 콜로넨, 헵타센, 또는 이들이 2∼5 연결되어 구성되는 화합물로 1개의 수소를 취해서 생기는 기를 들 수 있다. 바람직하게는 벤젠, 나프탈렌, 아세나프텐, 아세나프틸렌, 아줄렌, 안트라센, 크리센, 피렌, 페난트렌, 트리페닐렌, 플루오렌, 벤조[a]안트라센, 테트라센, 또는 이들이 2∼5 연결되어 구성되는 화합물로 이루어져 생기는 기를 들 수 있다. 보다 바람직하게는 페닐기, 비페닐기, 또는 터페닐기이다. 터페닐기는 직쇄상으로 연결해도, 분기되어도 좋다.
상기 미치환의 방향족 탄화수소기 또는 연결 방향족기는, 각각 치환기를 가져도 좋다. 치환기를 갖는 경우의 치환기는 할로겐, 시아노기, 트리아릴실릴기, 탄소수 2∼5의 알케닐기, 탄소수 1∼5의 알콕시기 또는 탄소수 12∼44의 디아릴아미노기가 바람직하다.
또한, 치환기의 수는 0∼5, 바람직하게는 0∼2가 좋다. 방향족 탄화수소기 또는 연결 방향족기가 치환기를 갖는 경우의 탄소수의 계산에는, 치환기의 탄소수를 포함하지 않는다. 그러나, 치환기의 탄소수를 포함한 합계의 탄소수가 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 치환기의 구체예로서는 브로모, 불소, 시아노, 트리페닐실릴, 비닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 디페닐아미노, 나프틸페닐아미노, 디나프틸아미노, 디안트라닐아미노, 디페난트레닐아미노, 디피레닐아미노 등을 들 수 있다. 바람직하게는 시아노, 비닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시를 들 수 있다.
본 명세서에 있어서, 연결 방향족기는 2 이상의 방향족기의 방향족환의 탄소원자끼리가 단결합으로 결합하여 연결된 방향족기를 말한다. 이들 연결 방향족기는 직쇄상이어도, 분기되어도 좋다. 벤젠환끼리가 연결할 때의 연결 위치는 오르토, 메타, 파라 어느 것이어도 좋지만, 파라 연결 또는 메타 연결이 바람직하다. 방향족기는 방향족 탄화수소기이어도 좋고, 후술하는 바와 같이 방향족 복소환기이어도 좋다. 복수의 방향족기 또는 방향족 복소환기는 서로 같아도, 달라도 좋다.
본 발명은, 상기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 40% 이상인 중수소화물이다. 바람직하게는 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 50% 이상인 것이 좋고, 보다 바람직하게는 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 70% 이상인 것이 좋다.
일반식(1)의 바람직한 형태로서는 일반식(2)이다. Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼14의 방향족 탄화수소기, 또는 이들 방향족환이 2개 연결되어 이루어지는 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기를 나타내고, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기는 동일해도 상이해도 좋다. L1 및 L2는 치환 혹은 미치환의 페닐렌기를 나타낸다.
상기 미치환의 탄소수 6∼14의 방향족 탄화수소기, 또는 이들 방향족환이 2개 연결된 연결 방향족기의 구체예로서는 벤젠, 나프탈렌, 아세나프텐, 아세나프틸렌, 아줄렌, 안트라센 또는 이들이 2개 연결되어 구성되는 화합물로 1개의 수소를 취해서 생기는 기를 들 수 있다. 바람직하게는 페닐기 또는 비페닐기이다.
L1 및 L2는 치환 혹은 미치환의 페닐렌기를 나타낸다. 페닐렌기는 오르토, 메타 및 파라 결합 중 어느 것이도 좋지만, 바람직하게는 메타 또는 파라 결합이다.
Ar3, Ar4, L1, 및 L2가 방향족 탄화수소기, 연결 방향족기, 및 페닐렌기이었던 경우의 치환기는 Ar1 및 Ar2의 경우와 마찬가지이다.
본 발명에 있어서, 사용되는 화합물 중의 수소는 중수소이어도 좋다. 즉, 일반식(1) 또는 (2)로 나타내어지는 화합물의 Ar1, Ar2, Ar3, Ar4, L1 및 L2의 방향족환 상의 수소 이외, 일반식(1) 또는 (2)의 화합물에 있어서의 2개의 카르바졸환 상의 수소나, 그 이외의 치환기 중의 수소, 또는 일반식(3)에서 환 A를 통해서 축합 되는 방향족환 상의 수소나 치환기 중의 수소의 일부 또는 전부가 중수소이어도 좋다.
또한, 일반식(1) 및 일반식(2)에서의 중수소화율은 Ar1, Ar2, Ar3, Ar4, L1 및 L2에 있어서의 방향족환 상의 수소의 중수소화율을 나타내고, 치환기 중의 중수소는 포함시키지 않는 것으로 한다. 또한, 본 발명에 있어서의 중수소화물은 일반식(1)으로 나타내어지는 단일 화합물로 이루어지는 경우와, 일반식(1)으로 나타내어지는 2 이상의 화합물의 혼합물로 이루어지는 경우의 양방을 포함한다. 즉, 중수소화율을 구체적으로 설명하면, Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소의 중수소화율이 50%인 경우, 이들 방향족환 상에서의 수소 중 평균으로 50%가 중수소로 치환된 것을 나타내고, 중수소화물은 단일의 화합물이어도 좋고, 상이한 중수소화율의 혼합물이어도 좋다.
중수소화율은 질량 분석이나 프로톤 핵자기 공명 분광법에 의해 구할 수 있다. 예를 들면, 프로톤 핵자기 공명 분광법에 의해 구하는 경우는, 우선 중용매에 화합물, 및 내부 표준 물질을 첨가하여 용해함으로써 측정 시료를 조제하고, 내부 표준 물질과 화합물 유래의 적분 강도비로부터 측정 시료 중에 포함되는 화합물의 프로톤 농도[mol/g]를 계산한다. 이어서, 중수소화된 화합물의 프로톤 농도와, 거기에 대응하는 중수소화되지 않은 화합물의 프로톤 농도의 비를 계산하고, 1에서 감함으로써 중수소화된 화합물의 중수소화율을 산출할 수 있다. 또한, 부분 구조의 중수소화율은 대상의 부분 구조에 유래하는 화학 시프트의 적분 강도로부터, 상기 마찬가지의 순서로 산출할 수 있다.
일반식(1), (2)의 바람직한 형태로서는 일반식(2a)이 있다.
상기 식에 포함되는 Ar1 및 Ar2는 상기 일반식(1)과 동의이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 40% 이상이 중수소인 중수소화물의 구체적인 예를 이하에 나타내지만, 이들 예시 화합물에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 구조식에 있어서, 치환된 중수소(D)의 l, m, n, q, r, s 등의 치환수는 평균의 수를 나타내고, 중수소화율(D화율)에 따라서 변화된다.
상기 일반식(3)에 있어서, 환 A는 일반식(3a)으로 나타내어지는 5원 환의 복소환이며, 2개의 인접 환과 임의의 위치에서 축합하지만, N을 포함하는 근처에서 축합하는 경우는 없다. 따라서, 인돌로카르바졸환은 몇 개의 이성체 구조를 갖지만, 그 수는 한정된다.
X는 각각 독립적으로 N, C-H 또는 C-Ar8이며, 적어도 하나는 N이다. 바람직하게는 X 중 2개 이상이 N이다. 보다 바람직하게는 X가 모두 N이다.
R은 각각 독립적으로 탄소수 1∼10의 지방족 탄화수소기이다. 또한, e∼g는 치환수이며, e, g는 0∼4의 정수, f는 0∼2의 정수이다. 바람직하게는 e, g는 0∼2의 정수이며, 보다 바람직하게는 e∼g의 전부가 0이다.
Ar5 및 Ar6은 각각 독립적으로 수소, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼30의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3∼17의 방향족 복소환기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결된 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기를 나타낸다. 바람직하게는 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼18의 방향족 탄화수소기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결된 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기이다. 보다 바람직하게는, 치환 혹은 미치환의 페닐기 또는 페닐기가 2∼3개 연결된 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기이다. 또한, 방향족환이 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기는 서로 같아도 상이해도 좋다.
Ar7 및 Ar8에 대해서, 수소를 포함하지 않는 점을 제외하고 Ar5 및 Ar6에서 설명한 경우와 마찬가지이다. 바람직하게는 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼18의 방향족 탄화수소기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결된 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기이다. 보다 바람직하게는, 치환 혹은 미치환의 페닐기 또는 페닐기가 2∼3개 연결된 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기이다. 또한, 방향족환이 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기는 서로 같아도 상이해도 좋다.
상기 미치환의 탄소수 6∼30의 방향족 탄화수소기, 미치환의 탄소수 3∼17의 방향족 복소환기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결된 연결 방향족기의 구체예로서는, 벤젠, 나프탈렌, 아세나프텐, 아세나프틸렌, 아줄렌, 안트라센, 크리센, 피렌, 페난트렌, 플루오렌, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 티오펜, 이소티아졸, 티아졸, 피리다진, 피롤, 피라졸, 이미다졸, 트리아졸, 티아디아졸, 피라진, 푸란, 이소옥사졸, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 벤조퀴나졸린, 티아디아졸, 프탈라진, 테트라졸, 인돌, 벤조푸란, 벤조티오펜, 벤조옥사졸, 벤조티아졸, 인다졸, 벤즈이미다졸, 벤조트리아졸, 벤조이소티아졸, 벤조티아디아졸, 푸린, 피라논, 쿠마린, 이소쿠마린, 크로몬, 디벤조푸란, 디벤조티오펜, 디벤조셀레노펜, 카르바졸, 9,9'-스피로비플루오렌, 또는 이들이 2∼5 연결되어 구성되는 화합물로 1개의 수소를 취해서 생기는 기를 들 수 있다. 바람직하게는 벤젠, 나프탈렌, 아세나프텐, 아세나프틸렌, 아줄렌, 안트라센, 크리센, 피렌, 페난트렌, 플루오렌, 또는 이들이 2∼5 연결되어 구성되는 화합물로 생기는 기를 들 수 있다. 보다 바람직하게는 페닐기, 비페닐기, 또는 터페닐기다. 터페닐기는 직쇄상으로 연결되어도, 분기되어도 좋다.
상기 일반식(3)에 있어서, 미치환의 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기, 또는 연결 방향족기는, 각각 치환기를 가져도 좋다. 치환기를 갖는 경우의 치환기는 할로겐, 시아노기, 탄소수 1∼10의 알킬기, 탄소수 9∼30의 트리아릴실릴기, 탄소수 2∼5의 알케닐기, 탄소수 1∼5의 알콕시기 또는 탄소수 12∼44의 디아릴아미노기가 바람직하다.
또한, 치환기의 수는 0∼5, 바람직하게는 0∼2가 좋다. 방향족 탄화수소기, 방향족 복소환기, 또는 연결 방향족기가 치환기를 갖는 경우의 탄소수의 계산에는 치환기의 탄소수를 포함하지 않는다. 그러나, 치환기의 탄소수를 포함한 합계의 탄소수가 상기 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 치환기의 구체예로서는 시아노, 브로모, 불소, 메틸, 에틸, 프로필, i-프로필, 부틸, t-부틸, 펜틸, 시클로펜틸, 헥실, 시클로헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 트리페닐실릴, 비닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시, 디페닐아미노, 나프틸페닐아미노, 디나프틸아미노, 디안트라닐아미노, 디페난스테닐아미노, 디피레닐아미노 등을 들 수 있다. 바람직하게는 시아노, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 비닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 부톡시, 펜톡시를 들 수 있다.
L3은 직접 결합, 또는 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼18의 방향족 탄화수소기를 나타낸다. 미치환의 탄소수 6∼18의 방향족 탄화수소기의 구체예로서는, 벤젠, 나프탈렌, 아세나프텐, 아세나프틸렌, 아줄렌, 안트라센, 크리센, 피렌, 페난트렌, 플루오렌 등을 들 수 있다. 바람직하게는 직접 결합, 치환 혹은 미치환의 페닐렌기이다.
일반식(3)의 바람직한 형태로서는 일반식(3b)∼(3g)이 있으며, 보다 바람직하게는 일반식(3b)∼(3d)이다.
상기 식 중의 Ar5, Ar6, Ar7, L3, X, R, e, f, 및 g는 상기 일반식(3)과 동의이다.
상기 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물의 구체적인 예를 이하에 나타내지만, 이들 예시 화합물에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 혼합물은, 상기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 40% 이상이 중수소인 중수소화물과, 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물을 포함한다. 바람직하게는, 상기 중수소화물과 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물은 50% 중량 감소 온도가 20℃ 이내인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 혼합물에 있어서 상기 중수소화물과 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물의 혼합비(중량비)는, 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물의 비율이 20∼70wt%가 좋고, 바람직하게는 20∼60wt%이다.
본 발명의 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 40% 이상이 중수소인 중수소화물, 또는 상기 중수소화물과 상기 일반식(3)의 혼합물은 유기층에 포함되지만, 이 유기층으로서는 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 정공 저지층 및 전자 저지층으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 좋다.
바람직하게는 발광층이며, 발광층은 적어도 1종의 발광성 도펀트를 함유하는 것이 좋다.
발광층에 본 발명의 유기 전계 발광 소자용 재료를 포함하는 경우는, 호스트로서 포함되는 것이 바람직하다. 유리하게는, 본 발명의 상기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 40% 이상이 중수소인 중수소화물을 제 1 호스트로서, 상기 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물을 제 2 호스트로서 포함하는 것이 좋다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 상기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 40% 이상이 중수소인 중수소화물과, 상기 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물의 혼합물을 호스트로서 포함하는 것이 좋다.
상기 중수소화물과 상기 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물을 호스트로서 사용하는 경우는, 이들화합물을 각각에 상이한 증착원으로부터 증착하는 등으로 하여 사용할 수도 있지만, 증착 전에 예비 혼합하여 유기 EL 소자용의 혼합물(예비 혼합물이라고 함)로 하고, 그 예비 혼합물을 1개의 증착원으로부터 동시에 증착하여 발광층을 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 예비 혼합물에는 발광층을 형성하기 위해 필요한 발광성 도펀트 재료 또는 필요에 따라 사용되는 다른 호스트를 혼합시켜도 좋지만, 소망의 증기압이 되는 온도에 큰 차이가 있는 경우에는 다른 증착원으로부터 증착시키는 것이 좋다.
본 발명의 유기 EL 소자는 대향하는 전극간에 복수의 유기층을 갖고, 유기층 중 적어도 하나는 발광층이다. 적어도 하나의 발광층은 상기 제 1 호스트와 제 2 호스트 및 적어도 1종의 발광성 도펀트를 함유한다.
이어서, 본 발명의 유기 EL 소자의 구조에 대해서, 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명의 유기 EL 소자의 구조는 이것에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 사용되는 일반적인 유기 EL 소자의 구조예를 나타내는 단면도이며, 1은 기판, 2는 양극, 3은 정공 주입층, 4는 정공 수송층, 5은 발광층, 6은 전자 수송층, 7은 음극을 나타낸다. 본 발명의 유기 EL 소자는 발광층과 인접하여 여기자 저지층을 가져도 좋고, 또한 발광층과 정공 주입층 사이에 전자 저지층을 가져도 좋다. 여기자 저지층은 발광층의 양극측 및 음극측 중 어느 하나에도 삽입할 수 있고, 양방 동시에 삽입하는 것도 가능하다. 본 발명의 유기 EL 소자에서는 양극, 발광층, 그리고 음극을 필수의 층으로서 갖지만, 필수의 층 이외에 정공 주입 수송층, 전자 주입 수송층을 갖는 것이 좋고, 발광층과 전자 주입 수송층 사이에 정공 저지층을 더 갖는 것이 좋다. 또한, 정공 주입 수송층은 정공 주입층과 정공 수송층 중 어느 하나, 또는 양자를 의미하고, 전자 주입 수송층은 전자 주입층과 전자 수송층 중 어느 하나 또는 양자를 의미한다.
도 1과는 역의 구조, 즉 기판(1) 상에 음극(7), 전자 수송층(6), 발광층(5), 정공 수송층(4), 양극(2)의 순서로 적층하는 것도 가능하며, 이 경우도 필요에 따라 층을 추가, 생략하는 것이 가능하다.
-기판-
본 발명의 유기 EL 소자는, 기판에 지지되어 있는 것이 바람직하다. 이 기판에 대해서는 특별히 제한은 없고, 종래부터 유기 EL 소자에 사용되고 있는 것이면 좋고, 예를 들면 유리, 투명 플라스틱, 석영 등으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다.
-양극-
유기 EL 소자에 있어서의 양극 재료로서는, 일함수가 큰(4eV 이상) 금속, 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 재료가 바람직하게 사용된다. 이러한 전극 재료의 구체예로서는 Au 등의 금속, CuI, 인듐 틴 옥사이드(ITO), SnO2, ZnO 등의 도전성 투명 재료를 들 수 있다. 또한, IDIXO(In2O3-ZnO) 등의 비정질로 투명 도전막을 작성가능한 재료를 사용해도 좋다. 양극은 이들의 전극 재료를 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시켜, 포토리소그래피법으로 소망의 형상의 패턴을 형성해도 좋고, 혹은 패턴 정밀도를 그다지 필요로 하지 않는 경우(100㎛ 이상 정도)는, 상기 전극 재료의 증착이나 스퍼터링시에 소망의 형상의 마스크를 통해서 패턴을 형성해도 좋다. 혹은 유기 도전성 화합물과 같은 도포가능한 물질을 사용하는 경우에는 인쇄 방식, 코팅 방식 등 습식 성막법을 사용할 수도 있다. 이 양극으로부터 발광을 인출하는 경우에는, 투과율을 10%보다 크게 하는 것이 바람직하고, 또한 양극으로서의 시트 저항은 수백Ω/□ 이하가 바람직하다. 막 두께는 재료에 의하지만, 통상 10∼1000nm, 바람직하게는 10∼200nm의 범위에서 선택된다.
-음극-
한편, 음극 재료로서는 일함수가 작은(4eV 이하) 금속(전자 주입성 금속), 합금, 전기 전도성 화합물 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 재료가 사용된다. 이러한 전극 재료의 구체예로서는, 나트륨, 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘, 리튬, 마그네슘/구리 혼합물, 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄(Al2O3) 혼합물, 인듐, 리튬/알루미늄 혼합물, 희토류 금속 등을 들 수 있다. 이들 중에서, 전자 주입성 및 산화 등에 대한 내구성의 점에서, 전자 주입성 금속과 이것보다 일함수의 값이 크게 안정한 금속인 제 2 금속의 혼합물, 예를 들면 마그네슘/은 혼합물, 마그네슘/알루미늄 혼합물, 마그네슘/인듐 혼합물, 알루미늄/산화알루미늄 혼합물, 리튬/알루미늄 혼합물, 알루미늄 등이 바람직하다. 음극은 이들의 음극 재료를 증착이나 스퍼터링 등의 방법에 의해 박막을 형성시킴으로써 제작할 수 있다. 또한, 음극으로서 시트 저항은 수백Ω/□ 이하가 바람직하고, 막 두께는 통상 10nm∼5㎛, 바람직하게는 50∼200nm의 범위에서 선택된다. 또한, 발광한 광을 투과시키기 위해서, 유기 EL 소자의 양극 또는 음극 중 어느 일방이 투명 또는 반투명하면 발광 휘도가 향상되어 사정이 좋다.
또한, 음극에 상기 금속을 1∼20nm의 막 두께로 형성한 후에, 양극의 설명으로 든 도전성 투명 재료를 그 상에 형성함으로써 투명 또는 반투명의 음극을 제작할 수 있고, 이것을 응용함으로써 양극과 음극의 양방이 투과성을 갖는 소자를 제작할 수 있다.
-발광층-
발광층은 양극 및 음극의 각각으로부터 주입된 정공 및 전자가 재결합함으로써 여기자가 생성된 후, 발광하는 층이며 발광층에는 발광성 도펀트 재료와 호스트를 포함한다.
호스트에는, 상기 제 1 호스트와 제 2 호스트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 일반식(1)으로 나타내어지는 제 1 호스트는 1종을 사용해도 좋고, 2종 이상의 상이한 화합물을 사용해도 좋다. 마찬가지로, 상기 일반식(3)으로 나타내어지는 제 2 호스트는 1종을 사용해도 좋고, 2종 이상의 상이한 화합물을 사용해도 좋다.
필요에 따라, 다른 공지의 호스트 재료를 1종 또는 복수 종류 병용해도 좋지만, 그 사용량은 호스트 재료의 합계에 대하여 50wt% 이하, 바람직하게는 25wt% 이하로 하는 것이 좋다.
본 발명의 유기 EL 소자의 제조 방법으로서는, 상기 제 1 호스트와 제 2 호스트를 포함하는 예비 혼합물을 준비하고, 이것을 사용하여 발광층을 제작하는 방법이 바람직하다. 게다가, 예비 혼합물을 단일의 증착원으로부터 기화시켜 증착시키는 방법이 보다 바람직하다. 여기에서, 예비 혼합물은 균일한 조성물인 것이 적합하다.
제 1 호스트와 제 2 호스트를 예비 혼합하여 사용하는 경우는, 양호한 특성을 갖는 유기 EL 소자를 재현성 좋게 제작하기 위해서, 50% 중량 감소 온도(T50)의 차가 작은 것이 바람직하다. 50% 중량 감소 온도는 질소 기류 감압(1Pa) 하에서의 TG-DTA 측정에 있어서, 실온으로부터 매분 10℃의 속도로 550℃까지 승온했을 때, 중량이 50% 감소했을 때의 온도를 말한다. 이 온도 부근에서는, 증발 또는 승화에 의한 기화가 가장 활발하게 일어난다고 생각된다.
예비 혼합물에 있어서의 제 1 호스트와 제 2 호스트의 50% 중량 감소 온도의 차가 20℃ 이내인 것이 바람직하다. 이 예비 혼합물을 단일의 증착원으로부터 기화시켜 증착함으로써, 균일한 증착막을 얻는 것이 가능해진다. 이 때, 예비 혼합물에는 발광층을 형성하기 위해 필요한 발광성 도펀트 재료 또는 필요에 따라 사용되는 다른 호스트를 혼합시켜도 좋지만, 소망의 증기압이 되는 온도에 큰 차가 있는 경우는, 다른 증착원으로부터 증착시키는 것이 좋다.
또한, 제 1 호스트와 제 2 호스트의 혼합비(중량비)는, 제 1 호스트와 제 2 호스트의 합계에 대하여 제 2 호스트의 비율이 20∼70wt%가 좋고, 바람직하게는 20∼60wt%이다.
예비 혼합의 방법으로서는 가급적으로 균일하게 혼합할 수 있는 방법이 바람직하고, 분쇄 혼합이나, 감압하 또는 질소와 같은 불활성 가스 분위기 하에서 가열 용융시키는 방법이나, 승화 등을 들 수 있지만, 이들의 방법에 한정되는 것은 아니다.
호스트 및 그 예비 혼합물의 형태는 분체, 스틱상, 또는 과립상이어도 좋다.
호스트를 복수종 사용하는 경우는, 각각의 호스트를 상이한 증착원으로부터 증착하거나, 증착 전에 예비 혼합하여 예비 혼합물로 함으로써 1개의 증착원으로부터 복수종의 호스트를 동시에 증착할 수도 있다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 40% 이상이 중수소인 중수소화 화합물은, 전부 또는 일부가 중수소화된 출발 원료를 사용하여 제조하는 방법과, 수소/중수소 교환 반응에 의해 제조하는 방법이 알려져 있다. 전부 또는 일부가 중수소화된 원료는 시판품 공급원으로부터 구입하거나, 기지의 수소/중수소 교환 반응에 의해 제조할 수 있다. 기지의 수소/중수소교환 반응으로서는, 전이 금속 촉매 존재 하, 비중수소화체에 중수소 가스 또는 그 등가체를 작용시키는 방법이나, 산촉매 존재 하, 비중수소화체를 중수소화 용매(중 벤젠 등)로 처리하는 방법 등이 있다.
발광성 도펀트 재료로서 인광 발광 도펀트를 사용하는 경우, 인광 발광 도펀트로서는 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금 및 금으로부터 선택되는 적어도 1개의 금속을 포함하는 유기 금속 착체를 함유하는 것이 좋다. 구체적으로는, J.Am.Chem.Soc.2001,123,4304, JP2013-530515A, US2016/0049599A, US2017/0069848A, US2018/0282356A, 또는 US2019/0036043A 등에 기재되어 있는 이리듐 착체나, US2018/0013078A, 또는 KR2018-094482A 등에 기재되어 있는 백금 착체가 바람직하게 사용되지만, 이들에 한정되지 않는다.
인광 발광 도펀트 재료는 발광층 중에 1종류만이 함유되어도 좋고, 2종류 이상을 함유해도 좋다. 인광 발광 도펀트 재료의 함유량은 호스트 재료에 대하여 0.1∼30wt%인 것이 바람직하고, 1∼20wt%인 것이 보다 바람직하다.
인광 발광 도펀트 재료는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 이하와 같은 예를 들 수 있다.
발광성 도펀트 재료로서 형광 발광 도펀트를 사용하는 경우, 형광 발광 도펀트로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 벤조옥사졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 스티릴벤젠 유도체, 폴리페닐 유도체, 디페닐부타디엔 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 나프탈이미드 유도체, 쿠마린 유도체, 축합 방향족 화합물, 페리논 유도체, 옥사디아졸 유도체, 옥사진 유도체, 알다진 유도체, 피롤리딘 유도체, 시클로펜타디엔 유도체, 비스스티릴안트라센 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 피롤로피리딘 유도체, 티아디아졸로피리딘 유도체, 스티릴아민 유도체, 디케토피롤로피롤 유도체, 방향족 디메틸리딘 화합물, 8-퀴놀리놀 유도체의 금속 착체나 피로메텐 유도체의 금속 착체, 희토류 착체, 전이 금속 착체로 대표되는 각종 금속 착체 등, 폴리티오펜, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌 등의 폴리머 화합물, 유기 실란 유도체 등을 들 수 있다. 바람직하게는 축합 방향족 유도체, 스티릴 유도체, 디케토피롤로피롤 유도체, 옥사진 유도체, 피로메텐 금속 착체, 전이 금속 착체, 또는 란타노이드 착체를 들 수 있고, 보다 바람직하게는 나프탈렌, 피렌, 크리센, 트리페닐렌, 벤조[c]페난트렌, 벤조[a]안트라센, 펜타센, 페릴렌, 플루오란텐, 아세나프소플루오란텐, 디벤조[a,j]안트라센, 디벤조[a,h]안트라센, 벤조[a]나프탈렌, 헥사센, 나프토[2,1-f]이소퀴놀린, α-나프타페난트리딘, 페난트로옥사졸, 퀴놀리노[6,5-f]퀴놀린, 벤조티오판트렌 등을 들 수 있다. 이들은 치환기로서 알킬기, 아릴기, 방향족 복소환기, 또는 디아릴아미노기를 가져도 좋다.
발광성 도펀트 재료로서 열활성화 지연 형광 발광 도펀트를 사용하는 경우, 열활성화 지연 형광 발광 도펀트로서는 특별히 한정되지 않지만, 주석 착체나 구리 착체 등의 금속 착체나, WO2011/070963A에 기재된 인돌로카르바졸 유도체, Nature 2012,492,234에 기재된 시아노벤젠 유도체, 카르바졸 유도체, Nature Photonics 2014,8,326에 기재된 페나진 유도체, 옥사디아졸 유도체, 트리아졸 유도체, 술폰 유도체, 페녹사진 유도체, 아크리딘 유도체 등을 들 수 있다.
열활성화 지연 형광 발광 도펀트 재료는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 이하와 같은 예를 들 수 있다.
열활성화 지연 형광 발광 도펀트 재료는 발광층 중에 1종류만이 함유되어도 좋고, 2종류 이상을 함유해도 좋다. 또한, 열활성화 지연 형광 발광 도펀트는 인광 발광 도펀트나 형광 발광 도펀트와 혼합하여 사용해도 좋다. 열활성화 지연 형광 발광 도펀트 재료의 함유량은, 호스트 재료에 대하여 0.1∼50wt%인 것이 바람직하고, 1∼30wt%인 것이 보다 바람직하다.
-주입층-
주입층이란, 구동 전압 저하나 발광 휘도 향상을 위해서 전극과 유기층 사이에 형성되는 층으로, 정공 주입층과 전자 주입층이 있으며, 양극과 발광층 또는 정공 수송층 사이, 및 음극과 발광층 또는 전자 수송층 사이에 존재시켜도 좋다. 주입층은 필요에 따라서 형성될 수 있다.
-정공 저지층-
정공 저지층이란, 넓은 의미에서는 전자 수송층의 기능을 갖고, 전자를 수송하는 기능을 가지면서 정공을 수송하는 능력이 현저하게 작은 정공 저지 재료로 이루어지며, 전자를 수송하면서 정공을 저지함으로써 발광층 중에서의 전자와 정공의 재결합 확률을 향상시킬 수 있다.
-전자 저지층-
전자 저지층이란, 넓은 의미에서는 정공 수송층의 기능을 갖고, 정공을 수송하면서 전자를 저지함으로써 발광층 중에서의 전자와 정공이 재결합하는 확률을 향상시킬 수 있다.
전자 저지층의 재료로서는 공지의 전자 저지층 재료를 사용할 수 있고, 또한 후술하는 정공 수송층의 재료를 필요에 따라서 사용할 수 있다. 전자 저지층의 막 두께는, 바람직하게는 3∼100nm이며, 보다 바람직하게는 5∼30nm이다.
-여기자 저지층-
여기자 저지층이란, 발광층 내에서 정공과 전자가 재결합함으로써 생긴 여기자가 전하 수송층으로 확산되는 것을 저지하기 위한 층이며, 본 층의 삽입에 의해 여기자를 효율적으로 발광층 내에 가두는 것이 가능해지고, 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 여기자 저지층은 2개 이상의 발광층이 인접하는 소자에 있어서, 인접하는 2개의 발광층 사이에 삽입할 수 있다.
여기자 저지층의 재료로서는 공지의 여기자 저지층 재료를 사용할 수 있다. 예를 들면, 1,3-디카르바졸릴벤젠(mCP)이나, 비스(8-히드록시-2-메틸퀴놀린)-(4-페닐페녹시)알루미늄(III)(BAlq) 등을 들 수 있다.
-정공 수송층-
정공 수송층이란, 정공을 수송하는 기능을 갖는 정공 수송 재료로 이루어지며, 정공 수송층은 단층 또는 복수층 형성될 수 있다.
정공 수송 재료로서는 정공의 주입 또는 수송, 전자의 장벽성 중 어느 하나를 갖는 것이며, 유기물, 무기물 중 어느 것이어도 좋다. 정공 수송층에는 종래 공 지의 화합물 중에서 임의의 것을 선택하여 사용할 수 있다. 이러한 정공 수송 재료로서는, 예를 들면 포르피린 유도체, 아릴아민 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 폴리아릴알칸 유도체, 피라졸린 유도체 및 파라졸론 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 아릴아민 유도체, 아미노 치환 칼콘 유도체, 옥사졸 유도체, 스티릴안트라센 유도체, 플루오레논 유도체, 히드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 실라잔 유도체, 아닐린계 공중합체, 또한 도전성 고분자 올리고머, 특히 티오펜 올리고머 등을 들 수 있지만, 포르피린 유도체, 아릴아민 유도체 및 스티릴아민 유도체를 사용하는 것이 바람직하고, 아릴아민 유도체를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
-전자 수송층-
전자 수송층이란, 전자를 수송하는 기능을 갖는 재료로 이루어지며, 전자 수송층은 단층 또는 복수층 형성될 수 있다.
전자 수송 재료(정공 저지 재료를 겸하는 경우도 있음)로서는 음극으로부터 주입된 전자를 발광층에 전달하는 기능을 갖고 있으면 좋다. 전자 수송층에는 종래 공지의 화합물 중에서 임의의 것을 선택하여 사용할 수 있고, 예를 들면 나프탈렌, 안트라센, 페난트롤린 등의 다환 방향족 유도체, 트리스(8-히드록시퀴놀린)알루미늄(III) 유도체, 포스핀옥사이드 유도체, 니트로 치환 플루오렌 유도체, 디페닐퀴논 유도체, 티오피란옥사이드 유도체, 카르보디이미드, 플루오레닐리덴메텐 유도체, 안트라퀴노디메탄 및 안트론 유도체, 비피리딘 유도체, 퀴놀린 유도체, 옥사디아졸 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 인돌로카르바졸 유도체 등을 들 수 있고, 또한 이들의 재료를 고분자쇄에 도입한, 또는 이들의 재료를 고분자의 주쇄로 한 고분자 재료를 사용할 수도 있다.
(실시예)
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 초과하지 않는 한에 있어서, 여러가지 형태로 실시하는 것이 가능하다.
합성예 1
다음의 반응에 따라서, 화합물(2)을 합성했다.
화합물(1)(15.0g)에, 클로로포름을 250ml, 염화철(III)을 48.0g 가하고, 질소 분위기 하, 실온에서 12시간 교반했다. 반응액에 메탄올을 500g 첨가하여 희석하고, 분리, 정제하여 백색 고체의 화합물(2)을 4.5g 얻었다.
합성예 2
다음의 반응에 따라서, 화합물(3)을 합성했다. 또한, 화합물(3)은 비스카르바졸의 N 상의 페닐기의 중수소화율이 100%인 경우의 구조식의 예를 나타낸다.
화합물(2)(4.0g)에, 중 브로모벤젠을 2.1g, m-크실렌을 300ml, 비스(트리-tert-부틸포스핀)팔라듐을 0.3g, 탄산칼륨을 8.3g 가하고, 질소 분위기 하, 가열 환류 하에서 5시간 교반했다. 반응액을 냉각 후, 분리, 정제하여 중수소화물인 백색 고체의 화합물(3)을 2.2g 얻었다.
합성예 3
다음의 반응에 따라서, 화합물 1-2b를 합성했다. 또한, 화합물 1-2b는 비스카르바졸의 N 상의 비페닐기 및 페닐기의 중수소화율이 100%인 경우의 구조식의 예를 나타낸다.
화합물(3)(5.0g)에, 중 p-브로모비페닐을 3.5g, m-크실렌을 200ml, 비스(트리-tert-부틸포스핀)팔라듐을 0.3g, 탄산칼륨을 8.4g 가하고, 질소 분위기 하, 가열 환류 하에서 5시간 교반했다. 반응액을 냉각 후, 분리, 정제하여 중수소화물인 백색 고체의 화합물 1-2b를 2.5g 얻었다.
1-2b에 대해서, 프로톤 핵자기 공명 분광법에 의해 중수소화율을 구했다. 중수소화 테트라히드로푸란(1.0ml)에 1-2b(5.0mg) 및 내부 표준 물질로서 디메틸술폰(2.0mg)을 용해함으로써, 측정 시료를 조제했다. 내부 표준 물질과 1-2b 유래의 적분 강도비로부터, 측정 시료 중에 포함되는 1-2b의 평균의 프로톤 농도[mol/g]를 계산했다. 또한, 1-2b의 비중수소화체(비교예 화합물 A에 해당)에 대해서도 마찬가지로 평균의 프로톤 농도[mol/g]를 계산했다. 이어서, 1-2b의 프로톤 농도와 1-2b의 비중수소화체의 프로톤 농도의 비를 계산하고, 1에서 감함으로써 1-2b의 평균적인 중수소화율을 산출했다. 또한, 부분 구조의 중수소화율은 대상의 부분 구조에 유래하는 화학 시프트의 적분 강도로부터, 상기와 같이 산출했다.
상기 계산의 결과, 얻어진 화합물 1-2b의 중수소화율은 44%이며, 그 내식(1)의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상에 상당하는 수소의 중수소화율은 89%이었다.
합성예 4∼6
합성예 1∼3과 마찬가지로 하여 반응을 행하고, 화합물 1-2a, 1-5, 1-6을 합성했다. 또한, 이하의 화합물 1-2a, 1-5, 1-6은 비스카르바졸의 N 상의 비페닐기의 중수소화율이 100%인 경우의 구조식의 예를 나타낸다. 1-2b와 마찬가지로 화합물 1-2a, 1-5, 1-6의 중수소화율을 계산한 결과, 1-2a에 대해서는 전체의 중수소화율은 31%이며, 그 내식(1)의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상에 상당하는 수소의 중수소화율은 62%이었다. 또한, 1-5에 대해서는, 전체의 중수소화율은 48%이며, 그 내식(1)의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상에 상당하는 수소의 중수소화율은 85%이었다. 또한, 1-6에 대해서는, 전체의 중수소화율은 46%이며, 그 내식(1)의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상에 상당하는 수소의 중수소화율은 81%이었다.
또한 비교를 위해서, 비교예 화합물 A, B, C, E를 합성했다(비교 합성예 1∼4). 1-2b와 마찬가지로 비교 화합물 B에 대해서도 중수소화율을 구했다. 또한, 중수소화 전의 수소수에 중수소화율을 곱함으로써, 평균적인 중수소의 치환수로서 산출했다. 이들, 비교예 화합물 A, B, C, E에 대해서는, 본 실시예에 있어서의 설명의 최후에 화합물을 나타내고 있다.
실시예 1
막 두께 110nm의 ITO로 이루어지는 양극이 형성된 유리 기판 상에, 각 박막을 진공 증착법에 의해 진공도 4.0×10-5Pa로 적층했다. 우선, ITO 상에 정공 주입층으로서 HAT-CN을 25nm의 두께로 형성하고, 이어서 정공 수송층으로서 Spiro-TPD를 30nm의 두께로 형성했다. 이어서, 전자 저지층으로서 HT-1을 10nm의 두께로 형성했다. 이어서, 제 1 호스트로서 화합물 1-2a를, 제 2 호스트로서 화합물 2-22를, 발광 도펀트로서 Ir(ppy)3을 각각 상이한 증착원으로부터 공증착하고, 40nm의 두께로 발광층을 형성했다. 이 때, Ir(ppy)3의 농도가 10wt%, 제 1 호스트 및 제 2 호스트의 합계 농도가 90wt%로 하고, 또한 제 1 호스트와 제 2 호스트의 중량비가 70:30이 되는 증착 조건으로 공증착했다. 이어서, 전자 수송층으로서 ET-1을 20nm의 두께로 형성했다. 또한, 전자 수송층 상에 전자 주입층으로서 LiF를 1nm의 두께로 형성했다. 최후에, 전자 주입층 상에, 음극으로서 Al을 70nm의 두께로 형성하여 유기 EL 소자를 제작했다.
실시예 2∼12
제 1 호스트 및 제 2 호스트로서, 표 2에 나타내는 화합물을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
비교예 1∼12
제 1 호스트 및 제 2 호스트로서, 표 2에 나타내는 화합물을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
제작한 유기 EL 소자의 평가 결과를 표 2에 나타낸다. 표 중에서, 휘도, 구동 전압, 발광 효율은 구동 전류 20mA/cm2시의 값이며, 초기 특성이다. LT70은 초기 휘도가 70%까지 쇠퇴할 때까지 걸리는 시간이며, 수명 특성을 나타낸다. 제 1 호스트, 제 2 호스트의 번호는 상기 예시 화합물 및 합성예에서 붙인 번호이다.
표 2의 결과로부터 실시예 1∼12는, 비교예에 대하여 저전압이고 높은 전력 효율을 나타내는 것을 알았다.
실시예 13∼16
제 1 호스트와 제 2 호스트를 표 3에 나타내는 화합물을 사용하고, 표 3에 나타내는 중량비가 되도록 칭량하고, 유발로 갈아 으깨면서 혼합함으로써 예비 혼합물을 얻었다. 이 예비 혼합물을 하나의 증착원으로부터 증착한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 작성했다.
비교예 13∼16
제 1 호스트와 제 2 호스트를 표 3에 나타내는 화합물을 사용하고, 표 3에 나타내는 중량비가 되도록 칭량하고, 유발로 갈아 으깨면서 혼합함으로써 예비 혼합물을 얻었다. 이 예비 혼합물을 하나의 증착원으로부터 증착한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 유기 EL 소자를 작성했다.
제작한 유기 EL 소자의 평가 결과를 표 3에 나타낸다. 표 중에서, 휘도, 구동 전압, 발광 효율은 구동 전류 20mA/cm2시의 값이며, 초기 특성이다. LT70은 초기 휘도가 70%까지 쇠퇴할 때까지 걸리는 시간이며, 수명 특성을 나타낸다. 제 1 호스트, 제 2 호스트의 번호는 상기 예시 화합물 및 합성예로 붙인 번호이다.
표 3의 결과로부터 실시예 13∼16은, 비교예에 대하여 저전압이고 높은 전력 효율을 나타내는 것을 알았다.
표 4에, 화합물 1-2a, 1-2b 및 2-22의 50% 중량 감소 온도(T50)를 적는다.
실시예 및 비교예에서 사용한 화합물을 다음에 나타낸다.
본 발명의 유기 EL 소자용 재료는 상기 일반식(1)으로 나타내어지는 구조를 갖고, 카르바졸에 결합하는 방향족 탄화수소기가 중수소를 가짐으로, 그 중수소화율을 적절하게 설계함으로써, 여기 상태나 이온 상태의 안정성의 향상이나, 높은 레벨에서의 전하 주입 수송성의 제어를 할 수 있었다고 상정된다. 그 때문에, 이것을 사용한 유기 EL 소자는 장수명이고 저전압이며, 실용 레벨의 특성을 나타냈다고 생각된다.
1 기판, 2 양극, 3 정공 주입층, 4 정공 수송층, 5 발광층, 6 전자 수송층, 7 음극.
Claims (9)
- 하기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물의 Ar1 및 Ar2에 있어서의 방향족환 상의 수소원자의 중수소화율이 40% 이상인 중수소화물.
(여기에서, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼30의 방향족 탄화수소기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결되어 이루어지는 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기를 나타내고, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기는 동일해도 상이해도 좋다.) - 제 1 항에 있어서,
상기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물이 하기 식(2)으로 나타내어지는 화합물인 중수소화물.
(여기에서, Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼14의 방향족 탄화수소기, 또는 이들 방향족환이 2개 연결되어 이루어지는 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기를 나타내고, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기는 동일해도 상이해도 좋다. L1 및 L2는 치환 혹은 미치환의 페닐렌기를 나타낸다. x 및 y는 각각 독립적으로 0∼2의 정수를 나타낸다.) - 제 1 항에 기재된 중수소화물과 하기 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물을 혼합한 혼합물.
(일반식(3)에 있어서, 환 A는 2개의 인접환과 임의의 위치에서 축합하는 식(3a)으로 나타내어지는 복소환이다. Ar5 및 Ar6은 각각 독립적으로 수소, 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼30의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3∼17의 방향족 복소환기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결된 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기이며, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기는 서로 같아도 상이해도 좋다. Ar7은 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼30의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3∼17의 방향족 복소환기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결된 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기이며, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기는 서로 같아도 상이해도 좋다. L3은 직접 결합, 또는 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼18의 방향족 탄화수소기이다. R은 각각 독립적으로 탄소수 1∼10의 지방족 탄화수소기이다. e∼g는 치환수이며, e, g는 0∼4의 정수, f는 0∼2의 정수이다. X는 N, C-H 또는 C-Ar8이며, 적어도 1개는 N이다. Ar8은 각각 독립적으로 치환 혹은 미치환의 탄소수 6∼30의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 미치환의 탄소수 3∼17의 방향족 복소환기, 또는 이들 방향족환이 2∼5개 연결된 치환 혹은 미치환의 연결 방향족기이며, 연결되는 경우의 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기는 서로 같아도 상이해도 좋다.) - 제 3 항에 있어서,
제 1 항에 기재된 중수소화물과, 상기 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물의 50% 중량 감소 온도의 차가 20℃ 이내인 것을 특징으로 하는 혼합물. - 제 4 항에 있어서,
상기 일반식(3)으로 나타내어지는 화합물의 비율이 20wt% 이상 70wt% 이하인 것을 특징으로 하는 혼합물. - 양극과 음극 사이에 복수의 유기층을 갖는 유기 전계 발광 소자로서, 상기 유기층의 적어도 1층에, 제 1 항에 기재된 중수소화물을 포함하거나, 또는 제 3 항에 기재된 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
- 제 6 항에 있어서,
상기 중수소화물 또는 혼합물을 포함하는 유기층이, 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 정공 저지층 및 전자 저지층으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 층인 유기 전계 발광 소자. - 제 7 항에 있어서,
상기 중수소화물 또는 혼합물을 포함하는 유기층이 발광층이며, 상기 발광층이 적어도 1종의 발광성 도펀트를 함유하는 유기 전계 발광 소자. - 양극과 음극 사이에 복수의 유기층을 갖는 유기 전계 발광 소자를 제조하는 방법으로서, 유기층의 하나가 발광층이며, 제 3 항에 기재된 혼합물을 준비하고, 이것을 사용하여 하나의 증착원으로부터 증착함으로써 발광층을 제작하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자의 제조 방법.
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