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KR102044720B1 - 발광 소자 - Google Patents

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KR102044720B1
KR102044720B1 KR1020147020863A KR20147020863A KR102044720B1 KR 102044720 B1 KR102044720 B1 KR 102044720B1 KR 1020147020863 A KR1020147020863 A KR 1020147020863A KR 20147020863 A KR20147020863 A KR 20147020863A KR 102044720 B1 KR102044720 B1 KR 102044720B1
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ring
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츠요시 토미나가
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도레이 카부시키가이샤
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Abstract

고발광 효율과 내구성을 양립시키는 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 발광 소자는 양극과 음극 사이에 적어도 정공 수송층 및 발광층을 구비하고, 전기 에너지에 의해 발광하는 발광 소자이며, 상기 정공 수송층은 특정 카르바졸 골격을 갖는 화합물을 포함하고, 또한 상기 발광층은 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

발광 소자{LIGHT EMITTING ELEMENT}
본 발명은 전기 에너지를 광으로 변환할 수 있는 발광 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 표시 소자, 플랫 패널 디스플레이, 백라이트, 조명, 인테리어, 표지, 간판, 전자사진기 및 광신호 발생기 등의 분야에 이용 가능한 발광 소자에 관한 것이다.
음극으로부터 주입된 전자와 양극으로부터 주입된 정공이 양 극에 끼인 유기 형광체 내에서 재결합할 때에 발광한다는 유기 박막 발광 소자의 연구가 최근 활발하게 행하여지고 있다. 이 발광 소자는 초박형이고 또한 저구동 전압 하에서의 고휘도 발광과, 형광 재료를 선택하는 것에 의한 다색 발광이 특징이며, 주목을 모으고 있다.
이 연구는 코닥사의 C. W. Tang 등에 의해 유기 박막 소자가 고휘도로 발광하는 것을 나타낸 이래 다수의 실용화 검토가 이루어지고 있고, 유기 박막 발광 소자는 휴대전화의 메인 디스플레이 등에 채용되는 등 착실하게 실용화가 진행되고 있다. 그러나, 아직 기술적인 과제도 많고, 그 중에서도 소자의 고효율화와 장기 수명화의 양립은 큰 과제 중 하나이다.
소자의 구동 전압은 정공이나 전자와 같은 캐리어를 발광층까지 수송하는 캐리어 수송 재료에 크게 좌우된다. 이 중 정공을 수송하는 재료(정공 수송 재료)로서 카르바졸 골격을 갖는 재료가 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1~2 참조).
또한, 상기 카르바졸 골격을 갖는 재료는 높은 삼중항 준위를 갖기 때문에 발광층의 호스트 재료로서 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 3 참조). 또한, 인돌로카르바졸 유도체를 인광 발광성 도펀트와 함께 호스트 재료로서 함유하는 유기 전계 발광 소자가 개시되어 있다(예를 들면 특허문헌 4 참조).
일본 특허공개 평 8-3547호 공보 대한민국 특허출원공개 제 2010-0079458호 공보 일본 특허공개 2003-133075호 공보 국제공개 제 2008/056746호
그러나, 종래의 기술에서는 소자의 구동 전압을 충분히 낮추는 것은 곤란했다. 또한, 소자의 구동 전압을 낮출 수 있었다고 하여도 소자의 발광 효율, 내구 수명이 불충분했다. 이렇게, 높은 발광 효율, 또한 내구 수명도 양립시키는 기술은 아직 발견되어 있지 않다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제를 해결하여 발광 효율 및 내구 수명을 개선한 유기 박막 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상술한 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 발광 소자는 양극과 음극 사이에 적어도 정공 수송층 및 발광층을 구비하고, 전기 에너지에 의해 발광하는 발광 소자이며, 상기 정공 수송층은 하기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물을 포함하고, 또한 상기 발광층은 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물이며, 하기 일반식(2)~일반식(4) 중 어느 하나로 나타내어지는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112014069782393-pct00001
[일반식(1) 중, R1~R4는 각각 동일하여도 되고 달라도 되고, 수소, 알킬기, 시클로알킬기, 복소환기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 알킬티오기, 아릴에테르기, 아릴티오에테르기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐, 카르보닐기, 카르복실기, 옥시카르보닐기, 카르바모일기, 아미노기, 실릴기, -P(=O)R5R6으로 이루어지는 군에서 선택된다. R5 및 R6은 아릴기 또는 헤테로아릴기이다. L은 단결합 또는 2가의 연결기이다.]
Figure 112014069782393-pct00002
Figure 112014069782393-pct00003
Figure 112014069782393-pct00004
[일반식(2)~일반식(4) 중, R7~R11, 및 R21~R27은 각각 동일하여도 되고 달라도 되고, 수소, 알킬기, 시클로알킬기, 복소환기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 알킬티오기, 아릴에테르기, 아릴티오에테르기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐, 카르보닐기, 카르복실기, 옥시카르보닐기, 카르바모일기, 아미노기, 또는 실릴기이다. 환A 또는 환B는 인접환과 임의의 위치에서 축합하는, 치환기를 갖거나 또는 치환기를 갖지 않는 벤젠환을 나타낸다. Y1~Y3은 -N(R28)-, -C(R29R30)-, 산소원자, 또는 황원자이다. R28~R30은 각각 동일하여도 되고 달라도 되고, 알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기이다. R21~R30은 인접하는 치환기끼리로 환을 형성해도 좋다. L11~L17은 단결합 또는 아릴렌기이다. X1~X5는 탄소원자 또는 질소원자를 나타내고, X1~X5가 질소원자인 경우에는 질소원자 상의 치환기인 R7~R11은 존재하지 않는다. 단, X1~X5 중의 질소원자의 수는 1 또는 2이다.]
(발명의 효과)
본 발명에 의해 높은 발광 효율을 갖고, 또한 충분한 내구 수명도 겸비한 유기전계 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 발명은 양극과 음극 사이에 적어도 정공 수송층 및 발광층을 구비하고, 전기 에너지에 의해 발광하는 발광 소자이며, 상기 정공 수송층이 하기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물을 포함하고, 또한 상기 발광층이 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 소자이다.
본 발명에 사용되는, 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물은 높은 전자 주입 수송능을 갖기 때문에 발광층으로서 사용함으로써 고발광 효율 또한 저구동 전압의 유기 박막 발광 소자를 제공할 수 있다. 그러나 이 발광층은, 매우 높은 전자 주입 수송능을 갖기 때문에 조합해서 사용되는 정공 수송층의 종류에 따라서는 발광층 내의 재결합 영역이 정공 수송층측으로 편재화하고, 삼중항 에너지와 전자가 정공 수송층으로 누설되기 ?문에 소자의 발광 효율 저하와 내구성 열화의 요인이 되는 경우가 있다.
이에 대하여 본 발명자들은, 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물을 정공 수송층으로서 사용함으로써 높은 발광 효율과 내구성의 대폭적인 개선이 가능해지는 것을 발견했다. 즉, 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물은 높은 전자 블록성, 높은 삼중항 에너지를 갖고 있어, 발광층 내의 재결합 영역이 정공 수송층측에 편재화해도 삼중항 에너지와 전자를 발광층 내에 가둘 수 있기 때문에 고효율화와 장기 수명화가 가능해졌다.
즉, 정공 수송층에 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물을 사용하고, 또한 발광층에 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물을 사용하는 것은 고발광 효율과 내구성을 양립시키는데 있어서 바람직한 조합이다.
본 발명에 있어서의 일반식(1)으로 나타내지는 화합물에 대해서 상세하게 설명한다.
Figure 112014069782393-pct00005
일반식(1) 중, R1~R4는 각각 동일하여도 되고 달라도 되고, 수소, 알킬기, 시클로알킬기, 복소환기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 알킬티오기, 아릴에테르기, 아릴티오에테르기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐, 카르보닐기, 카르복실기, 옥시카르보닐기, 카르바모일기, 아미노기, 실릴기, -P(=O)R5R6으로 이루어지는 군에서 선택된다. R5 및 R6은 아릴기 또는 헤테로아릴기이다. L은 단결합 또는 2가의 연결기이다.
이들 치환기 중, 수소는 중수소이어도 된다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 알킬기란 예를 들면 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 등의 포화 지방족 탄화수소기를 나타내고, 이것은 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다. 치환되어 있을 경우의 추가의 치환기에는 특별히 제한은 없고, 예를 들면 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 등을 들 수 있고, 이 점은 이하의 기재에도 공통된다. 또한, 알킬기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만, 입수의 용이성이나 비용의 점에서 통상 1 이상 20 이하, 보다 바람직하게는 1 이상 8 이하의 범위이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 시클로알킬기란 예를 들면 시클로프로필, 시클로헥실, 노르보닐, 아다만틸 등의 포화 지환식 탄화수소기를 나타내고, 이것은 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다. 알킬기 부분의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만, 통상 3 이상 20 이하의 범위이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 복소환기란 예를 들면 피란환, 피페리딘환, 환상 아미드 등의 탄소 이외의 원자를 환 내에 갖는 지방족환을 나타내고, 이것은 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다. 복소환기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만 통상 2 이상 20 이하의 범위이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 알케닐기란 예를 들면 비닐기, 알릴기, 부타디에닐기 등의 이중결합을 포함하는 불포화 지방족 탄화수소기를 나타내고, 이것은 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다. 알케닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만 통상 2 이상 20 이하의 범위이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 시클로알케닐기란 예를 들면 시클로펜테닐기, 시클로펜타디에닐기, 시클로헥세닐기 등의 이중결합을 포함하는 불포화 지환식 탄화수소기를 나타내고, 이것은 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다. 시클로알케닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만 통상 2 이상 20 이하의 범위이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 알키닐기란 예를 들면 에티닐기 등의 삼중결합을 포함하는 불포화 지방족 탄화수소기를 나타내고, 이것은 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다. 알키닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만 통상 2 이상 20 이하의 범위이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 알콕시기란 예를 들면 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기 등의 에테르 결합을 통해서 지방족 탄화수소기가 결합한 관능기를 나타내고, 이 지방족 탄화수소기는 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만 통상 1 이상 20 이하의 범위이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 알킬티오기란 알콕시기의 에테르 결합의 산소원자가 황원자로 치환된 것이다. 알킬티오기의 탄화수소기는 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다. 알킬티오기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만 통상 1 이상 20 이하의 범위이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 아릴에테르기란 예를 들면 페녹시기 등 에테르 결합을 통한 방향족 탄화수소기가 결합한 관능기를 나타내고, 방향족 탄화수소기는 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다. 아릴에테르기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만 통상 6 이상 40 이하의 범위이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 아릴티오에테르기란 아릴에테르기의 에테르 결합의 산소원자가 황원자로 치환된 것이다. 아릴에테르기에 있어서의 방향족 탄화수소기는 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다. 아릴에테르기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만 통상 6 이상 40 이하의 범위이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 아릴기란 예를 들면 페닐기, 나프틸기, 비페닐기, 플루오레닐기, 페난트릴기, 안트라세닐기, 트리페닐레닐기, 터페닐기, 피레닐기 등의 방향족 탄화수소기를 나타낸다. 아릴기는 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다. 아릴기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만 통상 6 이상 40 이하의 범위이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 헤테로아릴기란 플라닐기, 티오페닐기, 피리딜기, 피리미딜기, 트리아질기, 퀴놀리닐기, 피라지닐기, 나프티리딜기, 벤조푸라닐기, 벤조티오페닐기, 인돌릴기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티오페닐기, 카르바졸릴기 등의 탄소 이외의 원자를 1개 또는 복수개 환 내에 갖는 환상 방향족기를 나타내고, 이것은 무치환이어도 치환되어 있어도 상관없다. 헤테로아릴기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만 통상 2 이상 30 이하의 범위이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 할로겐이란 불소, 염소, 브롬, 요오드를 나타낸다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 카르보닐기, 카르복실기, 옥시카르보닐기, 카르바모일기는 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 되며, 치환기로서는 예를 들면 알킬기, 시클로알킬기, 아릴기 등을 들 수 있고, 이들 치환기는 더 치환되어도 좋다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, 아미노기는 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 되고, 치환기로서는 예를 들면 아릴기, 헤테로아릴기 등을 들 수 있고, 이들 치환기는 더 치환되어 있어도 된다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서 실릴기란, 예를 들면 트리메틸실릴기 등의 규소원자에의 결합을 갖는 관능기를 나타내고, 이것은 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다. 실릴기의 탄소수는 특별히 한정되지 않지만 통상 3 이상 20 이하의 범위이다. 또한, 규소수는 통상 1 이상 6 이하의 범위이다.
일반식(1)으로 나타내어지는 화합물에 있어서, L은 단결합 또는 2가의 연결기이고, 2가의 연결기로서는 예를 들면 페닐렌기, 나프틸렌기, 비페닐렌기, 플루오레닐렌기, 페난트릴렌기, 터페닐렌기, 안트라세닐렌기, 피레닐렌기 등의 아릴렌기, 푸라닐렌기, 티오페닐렌기, 피리딜렌기, 퀴놀리닐렌기, 이소퀴놀리닐렌기, 피라지닐렌기, 피리미딜렌기, 나프티리딜렌기, 벤조푸라닐렌기, 벤조티오페닐렌기, 인돌리렌기, 디벤조푸라닐렌기, 디벤조티오페닐렌기, 카르바졸리렌기 등의 헤테로아릴렌기가 예시된다. 이것들은 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다.
또한, 본 발명의 발광 소자는 발광층이 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물이고, 하기 일반식(2)~일반식(4) 중 어느 하나로 나타내어지는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 한다. 발광층이 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물인 하기 일반식(2)~일반식(4) 중 어느 하나로 나타내어지는 화합물을 함유하면 높은 전자 주입 수송성을 나타내기 때문에 발광 효율이 향상된다. 또한, 안정된 박막을 형성할 수 있기 때문에 내구성의 향상으로 이어지므로 바람직하다.
본 발명에 있어서의 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물에 대해서 상세하게 설명한다.
여기에서 말하는 전자 수용성 질소란 인접 원자와의 사이에 다중결합을 형성하고 있는 질소원자를 나타낸다. 질소원자가 높은 전자 음성도를 갖기 때문에 상기 다중결합은 전자 수용적인 성질을 갖는다. 그 때문에, 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환은 높은 전자 친화성을 갖는다. 전자 수용성 질소를 갖는 본 발명의 화합물은 높은 전자 주입 수송성을 나타내기 때문에 재결합 확률이 높아지게 되므로 발광 효율이 향상된다.
전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기란 피리딜기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 퀴녹사닐기, 피라지닐기, 피리미딜기, 피리다지닐기, 페난트롤리닐기, 이미다조피리딜기, 아쿠리딜기, 벤조이미다졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 비피리딜기, 터피리딜기 등, 상기 헤테로아릴기 중 탄소 이외의 원자로서 적어도 전자 수용성의 질소원자를 1개 또는 복수개 환 내에 갖는 방향족 복소환기를 나타낸다. 본 발명에서 사용하는 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물에 있어서 1의 방향족 복소환에 포함되는 전자 수용성 질소의 수는 1 또는 2이다. 단, 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물이 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환을 복수 가질 경우에는 3 이상의 전자 수용성 질소를 갖고 있어도 된다. 또한, 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기는 알킬기 또는 시클로알킬기를 치환기로서 갖고 있어도 된다.
일반적으로, 유기 재료를 증착할 때에 장시간 고온 하에서 증착을 행하기 위해서 분해 온도와 승화 온도의 차가 큰 편이 바람직하다. 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물에 있어서 1의 방향족 복소환에 포함되는 전자 수용성 질소의 수가 3 이상이 될 경우, 고온에서 증착해야만 한다고 하면 화합물 자체에 가해지는 열부하가 커지고, 그 일부가 열분해하여 증착될 가능성이 있다. 이러한 분해물의 혼입은 소자 특성, 특히 수명에 크게 영향을 줄 염려가 있다. 그 염려를 막기 위해서 1의 방향족 복소환에 포함되는 전자 수용성 질소의 수는 2 이하가 바람직하다.
전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물이 1의 방향족 복소환에 포함되는 전자 수용성 질소의 수가 2 이하인 모노아진 화합물 또는 디아진 화합물이면 전자 수송층으로부터의 전자의 수취가 용이해지고, 발광층에의 전자 주입성이 높아지기 때문에 재결합 확률이 높아져 발광 효율이 향상되므로 바람직하다.
전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물이 하기 일반식(2)~일반식(4)으로 나타내어지는 화합물이면 높은 전자 주입 수송성을 나타내기 때문에 발광 효율이 향상된다. 또한, 안정된 박막을 형성할 수 있기 때문에 내구성의 향상으로 이어지므로 바람직하다.
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일반식(2)~일반식(4) 중, R7~R11, 및 R21~R27은 각각 동일하여도 되고 달라도 되고, 단결합, 수소, 알킬기, 시클로알킬기, 복소환기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 알킬티오기, 아릴에테르기, 아릴티오에테르기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐, 카르보닐기, 카르복실기, 옥시카르보닐기, 카르바모일기, 아미노기, 또는 실릴기이다. 또한, R7~R11은 인접하는 치환기끼리로 환을 형성해도 좋다. 환A 또는 환B는 인접환과 임의의 위치에서 축합하는, 치환기를 갖거나 또는 치환기를 갖지 않는 벤젠환을 나타낸다. Y1~Y3은 -N(R28)-, -C(R29R30)-, 산소원자, 또는 황원자이다. R28~R30은 각각 동일하여도 되고 달라도 되고, 알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기이다. R21~R30은 인접하는 치환기끼리로 환을 형성해도 좋다. L11~L17은 단결합 또는 아릴렌기이다. X1~X5는 탄소원자 또는 질소원자를 나타내고, X1~X5가 질소원자일 경우에는 질소원자 상의 치환기인 R7~R11은 존재하지 않는다. 단, X1~X5 중의 질소원자의 수는 1 또는 2이다.
일반식(2)~일반식(4)에 있어서, L11~L17의 아릴렌기란 방향족 화합물(아렌)의 2개의 환탄소원자로부터 각각 1개의 수소원자를 제거함으로써 생성되는 2가의 기를 말하고, 예를 들면 페닐렌기, 나프틸렌기, 비페닐렌기, 플루오레닐렌기, 페난트릴렌기, 터페닐렌기, 안트라세닐렌기, 피레닐렌기 등이 예시된다. 이것들은 치환기를 갖고 있어도 되고 갖고 있지 않아도 된다.
그 이외의 치환기의 설명은 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물과 마찬가지이다.
일반식(2)~일반식(4)에 있어서, X1~X5 중의 질소원자의 수는 1 또는 2이고, 또한 X1~X5 중 인접하는 2개가 동시에 질소원자가 되는 일은 없다. X1~X5 중 인접하는 2개가 동시에 질소원자가 되는 일이 없기 때문에 열적으로 약한 질소-질소 이중결합이 없어지고, 분자 전체의 열적 안정성이 향상된다. 또한, X1~X5 중의 질소원자의 수는 1 또는 2임으로써 전자 수송층으로부터의 전자의 수취가 용이해지고, 발광층에의 전자 주입성이 높아지기 때문에 재결합 확률이 높아져 발광 효율이 향상되므로 바람직하다.
그 중에서도, 열적 안정성 및 전자 주입·수송 특성 양립의 점에서 X1 및 X5, X3 및 X5, 또는 X1 및 X3이 질소원자인 것이 보다 바람직하다.
또한, R7~R11 중 적어도 2개가 아릴기인 것이 바람직하다. R7~R11 중 적어도 2개가 아릴기임으로써 X1~X5와 탄소원자로 구성되는 환 구조의 평면성의 높이와 스택되기 쉬운 것을 억제할 수 있어 안정된 박막을 형성할 수 있고, 도펀트에 에너지를 효율적으로 줄 수 있기 때문에 고효율 발광이 가능해진다.
그 중에서도, 합성의 용이함으로부터 R7~R11 중 적어도 2개가 치환기를 갖지 않는 페닐기, 알킬기를 치환기로서 갖는 페닐기, 할로겐을 치환기로서 갖는 페닐기, 또는 페닐기를 치환기로서 갖는 페닐기임으로써 안정된 박막을 형성할 수 있기 때문에 바람직하다.
인돌로카르바졸 골격이 높은 삼중항 준위를 갖기 때문에, 일반식(2)~일반식(4)으로 나타내어지는 인돌로카르바졸 골격을 갖는 화합물도 높은 삼중항 준위를 유지하는 것이 가능하고, 용이한 실활을 억제할 수 있기 때문에 높은 발광 효율이 달성된다.
그 중에서도, 합성의 용이함으로부터 L11~L17이 단결합이고, R21~R26이 수소인 화합물이 바람직하다.
또한, R27은 합성의 용이함으로부터 아릴기인 것이 바람직하다. 그 중에서도, R27이 페닐기임으로써 안정된 박막을 형성할 수 있기 때문에 바람직하다.
전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물로서 국제공개 제 2011/148909호 팸플릿, 국제공개 제 2011/132683호 팸플릿, 국제공개 제 2011/132684호 팸플릿, 국제공개 제 2008/056746호 팸플릿, 국제공개 제 2009/084546호 팸플릿, 국제공개 제 2010/136109호 팸플릿, 국제공개 제 2011/019156호 팸플릿, 국제공개 제 2011/139055호 팸플릿, 국제공개 제 2011/055934호 팸플릿, 한국 특허공개 제 2011-120075호 공보, 국제공개 제 2011/136755호 팸플릿, 국제공개 제 2011/136520호 팸플릿, 국제공개 제 2011/132865호 팸플릿, 국제공개 제 2012/023947호 팸플릿에 기재된 화합물을 들 수 있지만, 구체적으로는 이하와 같은 화합물을 들 수 있다.
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일반식(1)으로 나타내어지는 화합물은 합성의 용이함, 정공 수송성의 관점에서 하기 일반식(5)으로 나타내어지는 바와 같이 카르바졸끼리가 연결되는 것이 바람직하다.
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또한, 발광 소자의 내구성 향상의 관점에서 비대칭의 카르바졸 2량체인 것이 바람직하다. 대칭 구조에 있어서는 결정성이 높아 박막의 안정성이 부족하여 소자의 내구성이 저하하기 때문이다.
또한, 내열성의 관점에서 일반식(1)에 있어서의 R1, R2는 치환기를 갖거나 또는 치환기를 갖지 않는 아릴기인 것이 보다 바람직하다.
이러한 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물로서 국제공개 제 2011/122132호, 국제공개 제 2011/125680호, 국제공개 제 2011/48821호, 국제공개 제 2011/48822호, 국제공개 제 2011/24451호, 국제공개 제 2012/1986호, 한국 특허공개 2010-79458호 공보에 기재된 카르바졸 골격을 갖는 화합물을 들 수 있지만, 구체적으로는 이하와 같은 화합물을 들 수 있다.
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일반식(1)으로 나타내어지는 화합물은 공지의 방법으로 제조할 수 있다. 즉 9위치가 치환된 카르바졸의 브로모체와 9위치가 치환된 카르바졸의 모노보론산의 스즈키 커플링 반응으로 용이하게 합성할 수 있지만, 제조 방법은 이것에 한정되지 않는다.
이어서, 본 발명의 발광 소자의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 본 발명의 발광 소자는 양극과 음극, 및 그것들 양극과 음극 사이에 개재되는 정공 수송층 및 발광층을 갖고, 상기 발광층이 전기 에너지에 의해 발광한다.
이러한 발광 소자에 있어서의 양극과 음극 사이의 층 구성은 정공 수송층과 발광층으로 이루어지는 구성 이외에,
1) 정공 수송층/발광층/전자 수송층
2) 정공 주입층/정공 수송층/발광층/전자 수송층
3) 정공 수송층/발광층/전자 수송층/전자 주입층
4) 정공 주입층/정공 수송층/발광층/전자 수송층/전자 주입층
과 같은 적층 구성을 들 수 있다. 또한, 상기 각 층은 각각 단일층, 복수층 중 어느 것이라도 좋고, 도핑되어 있어도 좋다.
본 발명의 발광 소자에 있어서, 양극과 음극은 소자의 발광을 위하여 충분한 전류를 공급하기 위한 역할을 갖는 것이고, 광을 인출하기 위해서 적어도 한쪽은 투명 또는 반투명인 것이 바람직하다. 통상, 기판 상에 형성되는 양극을 투명 전극으로 한다.
본 발명의 발광 소자에 있어서, 양극에 사용하는 재료는 정공을 유기층에 효율적으로 주입할 수 있는 재료, 또한 광을 인출하기 위해서 투명 또는 반투명이면 산화아연, 산화주석, 산화인듐, 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO) 등의 도전성 금속 산화물, 또는 금, 은, 크롬 등의 금속, 요오드화구리, 황화구리 등의 무기 도전성 물질, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린 등의 도전성 폴리머 등 특별히 한정되는 것이 아니지만, ITO 유리나 네사 유리를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이들 전극 재료는 단독으로 사용해도 되지만 복수의 재료를 적층 또는 혼합해서 사용해도 된다. 투명 전극의 저항은 소자의 발광에 충분한 전류를 공급할 수 있으면 되므로 한정되지 않지만, 소자의 소비 전력의 관점에서는 저저항인 것이 바람직하다. 예를 들면 300Ω/□ 이하의 ITO 기판이면 소자 전극으로서 기능하지만, 현재는 10Ω/□ 정도의 기판의 공급도 가능하게 되어 있기 때문에 20Ω/□ 이하의 저저항의 기판을 사용하는 것이 특히 바람직하다. ITO의 두께는 저항값에 맞춰서 임의로 선택할 수 있지만, 통상 50~300㎚ 사이에서 사용되는 경우가 많다.
또한, 발광 소자의 기계적 강도를 유지하기 위해서 발광 소자를 기판 상에 형성하는 것이 바람직하다. 기판은 소다 유리나 무알칼리 유리 등의 유리 기판이 적합하게 사용된다. 유리 기판의 두께는 기계적 강도를 유지하는데 충분한 두께가 있으면 되므로 0.5㎜ 이상 있으면 충분하다. 유리의 재질에 대해서는 유리로부터의 용출 이온이 적은 편이 좋으므로 무알칼리 유리인 편이 바람직하다. 또는, SiO2 등의 배리어 코팅을 실시한 소다라임 유리도 시판되고 있으므로 이것을 사용할 수도 있다. 또한, 제 1 전극이 안정적으로 기능하는 것이라면 기판은 유리일 필요는 없고, 예를 들면 플라스틱 기판 상에 양극을 형성해도 좋다. ITO막 형성 방법은 전자선 빔법, 스퍼터링법 및 화학 반응법 등 특별히 제한을 받는 것은 아니다.
본 발명의 발광 소자에 있어서, 음극에 사용하는 재료는 전자를 효율적으로 발광층에 주입할 수 있는 물질이면 특별히 한정되지 않는다. 일반적으로는 백금, 금, 은, 구리, 철, 주석, 알루미늄, 인듐 등의 금속, 또는 이들 금속과 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘 등의 저일함수 금속의 합금이나 다층 적층 등이 바람직하다. 그 중에서도, 주성분으로서는 알루미늄, 은, 마그네슘이 전기 저항값이나 제막의 용이함, 막의 안정성, 발광 효율 등의 면에서 바람직하다. 특히 마그네슘과 은으로 구성되면 본 발명에 있어서의 전자 수송층 및 전자 주입층에의 전자 주입이 용이해지고, 저전압 구동이 가능하게 되기 때문에 바람직하다.
또한, 음극 보호를 위하여 백금, 금, 은, 구리, 철, 주석, 알루미늄 및 인듐 등의 금속, 또는 이들 금속을 사용한 합금, 실리카, 티타니아 및 질화규소 등의 무기물, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐, 탄화수소계 고분자 화합물 등의 유기 고분자 화합물을 보호막층으로서 음극 상에 적층하는 것을 바람직한 예로서 들 수 있다. 단, 음극측으로부터 광을 인출하는 소자 구조(톱 에미션 구조)일 경우에는 보호막층은 가시광 영역에서 광 투과성이 있는 재료로부터 선택된다. 이들 전극의 제작법은 저항 가열, 전자선 빔, 스퍼터링, 이온도금 및 코팅 등 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 발광 소자에 있어서, 정공 주입층은 양극과 정공 수송층 사이에 삽입되는 층이다. 정공 주입층은 1층이어도 되고 복수의 층이 적층되어 있어도 되며 어느 쪽이라도 된다. 정공 수송층과 양극 사이에 정공 주입층이 존재하면 보다 저전압 구동하고, 내구 수명도 향상될 뿐만 아니라, 또한 소자의 캐리어 밸런스가 향상되어 발광 효율도 향상되기 때문에 바람직하다.
정공 주입층에 사용되는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 4,4'-비스(N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노)비페닐(TPD), 4,4'-비스(N-(1-나프틸)-N-페닐아미노)비페닐(NPD), 4,4'-비스(N,N-비스(4-비페닐릴)아미노)비페닐(TBDB), 비스(N,N'-디페닐-4-아미노페닐)-N,N-디페닐-4,4'-디아미노-1,1'-비페닐(TPD232)와 같은 벤지딘 유도체, 4,4',4''-트리스(3-메틸페닐(페닐)아미노)트리페닐아민(m-MTDATA), 4,4',4''-트리스(1-나프틸(페닐)아미노)트리페닐아민(1-TNATA) 등의 스타버스트아릴아민이라 칭해지는 재료군, 비스(N-아릴카르바졸) 또는 비스(N-알킬카르바졸) 등의 비스카르바졸 유도체, 피라졸린 유도체, 스틸벤계 화합물, 히드라존계 화합물, 벤조푸란 유도체, 티오펜 유도체, 옥사디아졸 유도체, 프탈로시아닌 유도체, 포르피린 유도체 등의 복소환 화합물, 폴리머계에서는 상기 단량체를 측쇄에 갖는 폴리카보네이트나 스티렌 유도체, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리플루오렌, 폴리비닐카르바졸 및 폴리실란 등이 사용된다. 일반식(1) 또는 일반식(5)으로 나타내어지는 화합물도 마찬가지로 정공 주입층에 사용할 수 있고, 이것들 중에서도 얕은 HOMO 준위를 갖는 것이 양극으로부터 정공 수송층으로 원활하게 정공을 주입 수송한다는 관점에서 보다 바람직하게 사용된다.
이들 재료는 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상의 재료를 혼합해서 사용해도 된다. 또한, 복수의 재료를 적층해서 정공 주입층으로 해도 된다. 또한 이 정공 주입층이 억셉터성 재료 단독으로 구성되어 있거나, 또는 상기와 같은 정공 주입 재료에 억셉터성 재료를 도프해서 사용하면 상술한 효과가 보다 현저하게 얻어지므로 보다 바람직하다. 억셉터성 재료란, 단층막으로서 사용할 경우는 접하고 있는 정공 수송층과, 도프해서 사용하는 경우에는 정공 주입층을 구성하는 재료와 전하 이동 착체를 형성하는 재료이다. 이러한 재료를 사용하면 정공 주입층의 도전성이 향상되어 보다 소자의 구동 전압 저하에 기여하고, 발광 효율의 향상, 내구 수명 향상과 같은 효과가 얻어진다.
억셉터성 재료의 예로서는, 염화철(Ⅲ), 염화알루미늄, 염화갈륨, 염화인듐, 염화안티몬과 같은 금속 염화물, 산화몰리브덴, 산화바나듐, 산화텅스텐, 산화루테늄과 같은 금속 산화물, 트리스(4-브로모페닐)아미늄헥사클로로안티모네이트(TBPAH)와 같은 전하 이동 착체를 들 수 있다. 또한 분자 내에 니트로기, 시아노기, 할로겐 또는 트리플루오로메틸기를 갖는 유기 화합물이나, 퀴논계 화합물, 산무수물계 화합물, 풀러린 등도 적합하게 사용된다. 이들 화합물의 구체적인 예로서는 헥사시아노부타디엔, 헥사시아노벤젠, 테트라시아노에틸렌, 테트라시아노퀴노디메탄(TCNQ), 테트라플루오로테트라시아노퀴노디메탄(F4-TCNQ), 라디알렌 유도체, p-플루오라닐, p-클로라닐, p-브로마닐, p-벤조퀴논, 2,6-디클로로벤조퀴논, 2,5-디클로로벤조퀴논, 테트라메틸벤조퀴논, 1,2,4,5-테트라시아노벤젠, o-디시아노벤젠, p-디시아노벤젠, 1,4-디시아노테트라플루오로벤젠, 2,3-디클로로-5,6-디시아노벤조퀴논, p-디니트로벤젠, m-디니트로벤젠, o-디니트로벤젠, p-시아노니트로벤젠, m-시아노니트로벤젠, o-시아노니트로벤젠, 1,4-나프토퀴논, 2,3-디클로로나프토퀴논, 1-니트로나프탈렌, 2-니트로나프탈렌, 1,3-디니트로나프탈렌, 1,5-디니트로나프탈렌, 9-시아노안트라센, 9-니트로안트라센, 9,10-안트라퀴논, 1,3,6,8-테트라니트로카르바졸, 2,4,7-트리니트로-9-플루오레논, 2,3,5,6-테트라시아노피리딘, 말레산 무수물, 프탈산 무수물, C60, 및 C70 등을 들 수 있다.
이것들 중에서도, 금속 산화물이나 시아노기 함유 화합물이 취급하기 쉽고, 증착도 하기 쉽기 때문에 용이하게 상술한 효과가 얻어지므로 바람직하다. 정공 주입층이 억셉터성 재료 단독으로 구성되는 경우, 또는 정공 주입층에 억셉터성 재료가 도프되어 있는 경우의 어느 경우나 정공 주입층은 1층이어도 좋고, 복수의 층이 적층되어서 구성되어 있어도 된다.
억셉터성 재료는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 일반식(1) 또는 일반식(5)으로 나타내어지는 화합물에 대하여 0.1~50질량부, 더욱 바람직하게는 0.5~20질량부의 범위에서 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 발광 소자에 있어서, 정공 수송층은 양극으로부터 주입된 정공을 발광층까지 수송하는 층이다. 일반식(1) 또는 일반식(5)으로 나타내어지는 화합물은 높은 삼중항 준위, 높은 정공 수송 특성 및 박막 안정성을 갖고 있기 때문에 발광 소자의 정공 수송층에 적합하게 사용된다. 정공 수송층은 단층이어도 되고 복수의 층이 적층되어서 구성되어 있어도 되며 어느 쪽이라도 된다.
복수층의 정공 수송층으로 구성되는 경우에는 일반식(1) 또는 일반식(5)으로 나타내어지는 화합물을 포함하는 정공 수송층은 발광층에 직접 접하고 있는 것이 바람직하다. 일반식(1) 또는 일반식(5)으로 나타내어지는 화합물은 높은 전자 블록성을 갖고 있어 발광층으로부터 유출되는 전자의 침입을 방지할 수 있기 때문이다. 또한, 일반식(1) 또는 일반식(5)으로 나타내어지는 화합물은 높은 삼중항 준위를 갖고 있기 때문에 삼중항 발광 재료의 여기 에너지를 가두는 효과도 갖고 있다. 그 때문에, 발광층에 삼중항 발광 재료가 포함되는 경우도 일반식(1) 또는 일반식(5)으로 나타내어지는 화합물을 포함하는 정공 수송층은 발광층에 직접 접하고 있는 것이 바람직하다.
정공 수송층은 일반식(1) 또는 일반식(5)으로 나타내지는 화합물만으로 구성되어 있어도 되고, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 다른 재료가 혼합되어 있어도 된다. 이 경우, 상기 정공 주입층에 사용되는 재료와 마찬가지의 재료군을 바람직한 예로서 들 수 있지만, 정공 수송층에 사용하는 경우에는 정공 주입층에 사용하는 재료와 동등하거나 또는 그것보다 깊은 HOMO 준위의 재료를 선택하는 것이 보다 바람직하다. 이 경우 사용되는 다른 재료로서는, 예를 들면 4,4'-비스(N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노)비페닐(TPD), 4,4'-비스(N-(1-나프틸)-N-페닐아미노)비페닐(NPD), 4,4'-비스(N,N-비스(4-비페닐릴)아미노)비페닐(TBDB), 비스(N,N'-디페닐-4-아미노페닐)-N,N-디페닐-4,4'-디아미노-1,1'-비페닐(TPD232)와 같은 벤지딘 유도체, 4,4'，4''-트리스(3-메틸페닐(페닐)아미노)트리페닐아민(m-MTDATA), 4,4',4''-트리스(1-나프틸(페닐)아미노)트리페닐아민(1-TNATA) 등의 스타버스트아릴아민이라고 칭해지는 재료군, 비스(N-아릴카르바졸) 또는 비스(N-알킬카르바졸) 등의 비스카르바졸 유도체, 피라졸린 유도체, 스틸벤계 화합물, 히드라존계 화합물, 벤조푸란 유도체, 티오펜 유도체, 옥사디아졸 유도체, 프탈로시아닌 유도체, 포르피린 유도체 등의 복소환 화합물, 폴리머계에서는 상기 단량체를 측쇄에 갖는 폴리카보네이트나 스티렌 유도체, 폴리티오펜, 폴리아닐린, 폴리플루오렌, 폴리비닐카르바졸 및 폴리실란 등을 들 수 있다.
본 발명의 발광 소자에 있어서, 발광층은 단일층, 복수층의 어느 쪽이라도 좋다. 발광층이 복수층일 경우 각 발광층은 발광 재료(호스트 재료, 도펀트 재료)에 의해 각각 형성되고, 각 발광층은 호스트 재료와 도펀트 재료의 혼합물이어도 되고, 호스트 재료 단독이어도 되며, 2종류의 호스트 재료와 1종류의 도펀트 재료의 혼합물이어도 되고, 어느 것이나 좋다. 즉, 본 발명의 발광 소자에서는 각 발광층에 있어서 호스트 재료 또는 도펀트 재료만이 발광해도 좋고, 호스트 재료와 도펀트 재료가 함께 발광해도 좋다. 전기 에너지를 효율적으로 이용하여 고색순도의 발광을 얻는다는 관점에서는 발광층은 호스트 재료와 도펀트 재료의 혼합으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 호스트 재료와 도펀트 재료는 각각 1종류이어도 되고, 복수의 조합이어도 되며, 어느 것이나 좋다. 도펀트 재료는 호스트 재료의 전체에 포함되어 있어도 되고, 부분적으로 포함되어 있어도 되며, 어느 것이나 좋다. 도펀트 재료는 적층되어 있어도 되고, 분산되어 있어도 되며, 어느 것이나 좋다. 도펀트 재료는 발광색을 제어할 수 있다. 도펀트 재료의 양은 지나치게 많으면 농도 소광 현상이 일어나기 때문에 호스트 재료에 대하여 30질량% 이하로 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20질량% 이하이다. 도핑 방법은 호스트 재료와의 공증착법에 의해 형성할 수 있지만, 호스트 재료와 미리 혼합하고나서 동시에 증착해도 좋다.
전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물은 높은 전자 수송성 및 박막 안정성을 갖고 있기 때문에 발광 소자의 발광층에 적합하게 사용된다. 또한, 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물은 높은 전자 수송성 및 박막 안정성을 갖고 있기 때문에 호스트 재료에 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물은 높은 삼중항 준위를 갖는 것이 많기 때문에 삼중항 발광 재료를 사용한 소자의 호스트 재료로서 사용하는 것이 바람직하다. 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물로서 특히 적합한 것은 일반식(2)~일반식(4)으로 나타내어지는 화합물을 들 수 있다.
본 발명의 발광 소자에 있어서, 발광 재료는 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물 이외에, 이전부터 발광체로서 알려져 있던 안트라센이나 피렌 등의 축합환 유도체, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄을 비롯한 금속 킬레이트화 옥시노이드 화합물, 비스스티릴안트라센 유도체나 디스티릴벤젠 유도체 등의 비스스티릴 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 인덴 유도체, 쿠마린 유도체, 옥사디아졸 유도체, 피롤로피리딘 유도체, 페리논 유도체, 시클로펜타디엔 유도체, 옥사디아졸 유도체, 티아디아졸로피리딘 유도체, 디벤조푸란 유도체, 카르바졸 유도체, 인돌로카르바졸 유도체, 폴리머계에서는 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 폴리파라페닐렌 유도체, 그리고 폴리티오펜 유도체 등을 사용할 수 있지만 특별히 한정되는 것은 아니다.
발광 재료에 함유되는 호스트 재료는 화합물 1종에만 한정할 필요는 없고, 일반식(2)~일반식(4)으로 나타내어지는 화합물을 복수 혼합해서 사용하거나, 일반식(2)~일반식(4)으로 나타내어지는 화합물과 기타 호스트 재료를 혼합해서 사용해도 된다. 또한, 일반식(2)~일반식(4)으로 나타내어지는 화합물을 적층, 또는 일반식(2)~일반식(4)으로 나타내어지는 화합물과 기타 호스트 재료를 적층해서 사용해도 된다. 다른 호스트 재료로서는 특별히 한정되지 않지만, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 피렌, 크리센, 나프타센, 트리페닐렌, 페릴렌, 플루오란텐, 플루오렌, 인덴 등의 축합 아릴환을 갖는 화합물이나 그 유도체, N,N'-디나프틸-N,N'-디페닐-4,4'-디페닐-1,1'-디아민 등의 방향족 아민 유도체, 트리스(8-퀴놀리네이트)알루미늄(Ⅲ)을 비롯한 금속 킬레이트화 옥시노이드 화합물, 디스티릴벤젠 유도체 등의 비스스티릴 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 인덴 유도체, 쿠마린 유도체, 옥사디아졸 유도체, 피롤로피리딘 유도체, 페리논 유도체, 시클로펜타디엔 유도체, 피롤로피롤 유도체, 티아디아졸로피리딘 유도체, 디벤조푸란 유도체, 카르바졸 유도체, 인돌로카르바졸 유도체, 트리아진 유도체, 폴리머계에서는 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 폴리파라페닐렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체, 폴리비닐카르바졸 유도체, 폴리티오펜 유도체 등을 사용할 수 있지만 이것들에 한정되는 것은 아니다. 그 중에서도, 발광층이 삼중항 발광(인광 발광)을 행할 때에 사용되는 호스트로서는 금속 킬레이트화 옥시노이드 화합물, 디벤조푸란 유도체, 디벤조티오펜 유도체, 카르바졸 유도체, 인돌로카르바졸 유도체, 트리아진 유도체, 트리페닐렌 유도체 등이 적합하게 사용된다.
발광 재료에 함유되는 도펀트 재료는 특별히 한정되지 않지만, 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 피렌, 트리페닐렌, 페릴렌, 플루오렌, 인덴 등의 아릴환을 갖는 화합물이나 그 유도체(예를 들면 2-(벤조티아졸-2-일)-9,10-디페닐안트라센이나 5,6,11,12-테트라페닐나프타센 등), 푸란, 피롤, 티오펜, 실롤, 9-실라플루오렌, 9,9'-스피로비실라플루오렌, 벤조티오펜, 벤조푸란, 인돌, 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 이미다조피리딘, 페난트롤린, 피라진, 나프티리딘, 퀴녹살린, 피롤로피리딘, 티오크산텐 등의 헤테로아릴환을 갖는 화합물이나 그 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 4,4'-비스(2-(4-디페닐아미노페닐)에테닐)비페닐, 4,4'-비스(N-(스틸벤-4-일)-N-페닐아미노)스틸벤 등의 아미노스티릴 유도체, 방향족 아세틸렌 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 스틸벤 유도체, 알다진 유도체, 피로메텐 유도체, 디케토피롤로[3,4-c]피롤 유도체, 2,3,5,6-1H,4H-테트라히드로-9-(2'-벤조티아졸릴)퀴놀리지노[9,9a,1-gh]쿠마린 등의 쿠마린 유도체, 이미다졸, 티아졸, 티아디아졸, 카르바졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 트리아졸 등의 아졸 유도체 및 그 금속착체 및 N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-4,4'-디페닐-1,1'-디아민으로 대표되는 방향족 아민 유도체 등을 들 수 있다.
그 중에서도, 발광층이 삼중항 발광(인광 발광)을 행할 때에 사용되는 도펀트로서는 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 및 레늄(Re)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 금속 착체 화합물인 것이 바람직하다. 배위자는 페닐피리딘 골격, 페닐퀴놀린 골격, 또는 N-헤테로 환상 카르벤 골격 등의 질소 함유 방향족 복소환을 갖는 것이 바람직하다. 그러나 이것들에 한정되나 것은 아니고, 요구되는 발광 색, 소자 성능, 호스트 화합물과의 관계로부터 적절한 착체가 선택된다. 구체적으로는, 트리스(2-페닐피리딜)이리듐 착체, 트리스{2-(2-티오페닐)피리딜}이리듐 착체, 트리스{2-(2-벤조티오페닐)피리딜}이리듐 착체, 트리스(2-페닐벤조티아졸)이리듐 착체, 트리스(2-페닐벤조옥사졸)이리듐 착체, 트리스벤조퀴놀린이리듐 착체, 비스(2-페닐피리딜)(아세틸아세토네이트)이리듐 착체, 비스{2-(2-티오페닐)피리딜}이리듐 착체, 비스{2-(2-벤조티오페닐)피리딜}(아세틸아세토네이트)이리듐 착체, 비스(2-페닐벤조티아졸)(아세틸아세토네이트)이리듐 착체, 비스(2-페닐벤조옥사졸)(아세틸아세토네이트)이리듐 착체, 비스벤조퀴놀린(아세틸아세토네이트)이리듐 착체, 비스{2-(2,4-디플루오로페닐)피리딜}(아세틸아세토네이트)이리듐 착체, 테트라에틸포르피린백금 착체, {트리스(세노일트리플루오로아세톤)모노(1,10-페난트롤린)}유로퓸 착체, {트리스(세노일트리플루오로아세톤)모노(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린)}유로퓸 착체, {트리스(1,3-디페닐-1,3-프로판디온)모노(1,10-페난트롤린)}유로퓸 착체, 트리스아세틸아세톤테르븀 착체 등을 들 수 있다. 또한, 일본 특허공개 2009-130141호 공보에 기재되어 있는 인광 도펀트도 적합하게 사용된다. 이것들에 한정되는 것은 아니지만, 고효율 발광이 얻어지기 쉽기 때문에 이리듐 착체 또는 백금 착체가 바람직하게 사용된다.
도펀트 재료로서 사용되는 상기 삼중항 발광 재료는 발광층 중에 각각 1종류만이 포함되어 있어도 되고, 2종 이상을 혼합해서 사용해도 된다. 삼중항 발광 재료를 2종 이상 사용하는 때에는 도펀트 재료의 총 질량이 호스트 재료에 대하여 30질량% 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20질량% 이하이다. 바람직한 도펀트로서 이하와 같은 예를 들 수 있다.
Figure 112014069782393-pct00037
또한, 발광층은 상기 호스트 재료 및 삼중항 발광 재료 이외에 발광층 내의 캐리어 밸런스의 조정, 또는 발광층의 층 구조의 안정화를 목적으로 한 제 3 성분을 포함하고 있어도 된다. 구체적으로는 이하와 같은 예를 들 수 있다.
Figure 112014069782393-pct00038
본 발명의 발광 소자에 있어서, 전자 수송층이란 음극으로부터 전자가 주입되고, 또한 전자를 수송하는 층이다. 전자 수송층에는 전자 주입 효율이 높고, 주입된 전자를 효율적으로 수송하는 것이 요망된다. 그 때문에 전자 수송층은 전자 친화력이 크고, 또한 전자 이동도가 크며, 또한 안정성이 뛰어나고, 트랩이 되는 불순물이 제조시 및 사용시에 발생하기 어려운 물질인 것이 요구된다. 특히 막두께를 두껍게 적층할 경우에는 저분자량의 화합물은 결정화하거나 해서 막질이 열화되기 쉽기 때문에 안정된 막질을 유지하는 분자량 400 이상의 화합물이 바람직하다. 그러나, 정공과 전자의 수송 밸런스를 고려했을 경우에 전자 수송층이 양극으로부터의 정공이 재결합하지 않고 음극측으로 흐르는 것을 효율적으로 저지할 수 있는 역할을 주로 달성하면, 전자 수송 능력이 그다지 높지 않은 재료로 구성되어 있어도 발광 효율을 향상시키는 효과는 전자 수송 능력이 높은 재료로 구성되어 있는 경우와 동등해진다. 따라서, 본 발명에 있어서의 전자 수송층에는 정공의 이동을 효율적으로 저지할 수 있는 정공 저지층도 동의의 것으로서 포함된다.
전자 수송층에 사용되는 전자 수송 재료로서는 나프탈렌, 안트라센 등의 축합 다환 방향족 유도체, 4,4'-비스(디페닐에테닐)비페닐로 대표되는 스티릴계 방향환 유도체, 안트라퀴논이나 디페노퀴논 등의 퀴논 유도체, 인옥사이드 유도체, 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(Ⅲ) 등의 퀴놀리놀 착체, 벤조퀴놀리놀 착체, 히드록시아졸 착체, 아조메틴 착체, 트로폴론 금속 착체 및 플라보놀 금속 착체 등의 각종 금속 착체를 들 수 있다. 본 발명의 전자 수송층에 사용되는 전자 수송 재료로서는 구동 전압을 저감하고, 고효율 발광이 얻어지는 점에서 전자 수용성 질소, 및 탄소, 수소, 질소, 산소, 규소, 및 인 중에서 선택되는 원소로 구성되는 방향족 복소환 구조를 갖는 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
여기에서 말하는 전자 수용성 질소란 인접 원자와의 사이에 다중결합을 형성하고 있는 질소원자를 나타낸다. 질소원자가 높은 전자 음성도를 갖기 때문에 상기 다중결합은 전자 수용적인 성질을 갖는다. 그 때문에, 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환은 높은 전자 친화성을 가진다. 전자 수용성 질소를 갖는 전자 수송 재료는 높은 전자 친화력을 갖는 음극으로부터의 전자를 수취하기 쉽게 하여 보다 저전압 구동이 가능해진다. 또한, 발광층에의 전자의 공급이 많아지고, 재결합 확률이 높아지므로 발광 효율이 향상된다.
전자 수용성 질소를 포함하는 헤테로아릴환으로서는, 예를 들면 피리딘환, 피라진환, 피리미딘환, 퀴놀린환, 퀴녹살린환, 나프티리딘환, 피리미도피리미딘환, 벤조퀴놀린환, 페난트롤린환, 이미다졸환, 옥사졸환, 옥사디아졸환, 트리아졸환, 티아졸환, 티아디아졸환, 벤조옥사졸환, 벤조티아졸환, 벤조이미다졸환, 페난트로이미다졸환 등을 들 수 있다.
이들 헤테로아릴환 구조를 갖는 화합물로서는, 예를 들면 벤조이미다졸 유도체, 벤조옥사졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 트리아졸 유도체, 피라진 유도체, 페난트롤린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 퀴놀린 유도체, 벤조퀴놀린 유도체, 비피리딘이나 터피리딘 등의 올리고 피리딘 유도체, 퀴녹살린 유도체 및 나프티리딘 유도체 등을 바람직한 화합물로서 들 수 있다. 그 중에서도, 트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠 등의 이미다졸 유도체, 1,3-비스[(4-tert-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸릴]페닐렌 등의 옥사디아졸 유도체, N-나프틸-2,5-디페닐-1,3,4-트리아졸 등의 트리아졸 유도체, 바소큐프로인(bathocuproine)이나 1,3-비스(1,10-페난트롤린-9-일)벤젠 등의 페난트롤린 유도체, 2,2'-비스(벤조[h]퀴놀린-2-일)-9,9'-스피로비플루오렌 등의 벤조퀴놀린 유도체, 2,5-비스(6'-(2',2''-비피리딜))-1,1-디메틸-3,4-디페닐실롤 등의 비피리딘 유도체, 1,3-비스(4'-(2,2'：6'2''-터피리디닐))벤젠 등의 터피리딘 유도체, 비스(1-나프틸)-4-(1,8-나프티리딘-2-일)페닐포스핀옥사이드 등의 나프티리딘 유도체가 전자 수송능의 관점에서 바람직하게 사용된다. 또한, 이들 유도체가 축합 다환 방향족 골격을 갖고 있으면 유리전이온도가 향상됨과 아울러, 전자 이동도도 커져 발광 소자의 저전압화의 효과가 크므로 보다 바람직하다. 또한, 소자 내구 수명이 향상되고, 합성의 용이함, 원료 입수의 용이함을 고려하면 축합 다환 방향족 골격은 안트라센 골격, 피렌 골격 또는 페난트롤린 골격인 것이 특히 바람직하다. 상기 전자 수송 재료는 단독으로도 사용되지만, 상기 전자 수송 재료의 2종 이상을 혼합해서 사용하거나, 기타 전자 수송 재료의 1종 이상을 상기 전자 수송 재료에 혼합해서 사용해도 상관없다.
바람직한 전자 수송 재료로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적으로는 이하와 같은 예를 들 수 있다.
Figure 112014069782393-pct00039
Figure 112014069782393-pct00040
상기 전자 수송 재료는 단독으로도 사용되지만, 도너성 재료를 혼합해서 사용해도 좋다. 여기에서, 도너성 재료란 전자 주입 장벽의 개선에 의해 음극 또는 전자 주입층으로부터의 전자 수송층에의 전자 주입을 용이하게 하고, 또한 전자 수송층의 전기 전도성을 향상시키는 화합물이다.
도너성 재료의 바람직한 예로서는, 알칼리 금속, 알칼리 금속을 함유하는 무기염, 알칼리 금속과 유기물의 착체, 알칼리 토류 금속, 알칼리 토류 금속을 함유하는 무기염 또는 알칼리 토류 금속과 유기물의 착체 등을 들 수 있다. 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속의 바람직한 종류로서는 저일함수이고 전자 수송능 향상의 효과가 큰 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘과 같은 알칼리 금속이나, 마그네슘, 칼슘, 세륨, 바륨과 같은 알칼리 토류 금속을 들 수 있다.
또한, 진공 중에서의 증착이 용이하고 취급이 뛰어난 점에서 금속 단체보다 무기염, 또는 유기물과의 착체의 상태인 것이 바람직하다. 또한, 대기 중에서의 취급을 용이하게 하고, 첨가 농도 제어의 용이함의 점에서 유기물과의 착체의 상태에 있는 것이 보다 바람직하다. 무기염의 예로서는, LiO, Li2O 등의 산화물, 질화물, LiF, NaF, KF 등의 불화물, Li2CO3, Na2CO3, K2CO3, Rb2CO3, Cs2CO3 등의 탄산염 등을 들 수 있다. 또한, 알칼리 금속 또는 알칼리 토류 금속의 바람직한 예로서는 큰 저전압 구동 효과가 얻어진다는 관점에서는 리튬, 세슘을 들 수 있다. 또한, 유기물과의 착체에 있어서의 유기물의 바람직한 예로서는 퀴놀리놀, 벤조퀴놀리놀, 피리딜페놀, 플라보놀, 히드록시이미다조피리딘, 히드록시벤즈아졸, 히드록시트리아졸 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 보다 발광 소자의 저전압화의 효과가 크다는 관점에서는 알칼리 금속과 유기물의 착체가 바람직하고, 또한 합성의 용이함, 열안정성이라는 관점에서 리튬과 유기물의 착체가 보다 바람직하며, 비교적 저렴하게 입수할 수 있는 리튬퀴놀리놀이 특히 바람직하다.
전자 수송층의 이온화 퍼텐셜은 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 5.6eV 이상 8.0eV 이하이고, 보다 바람직하게는 6.0eV 이상 7.5eV 이하이다.
발광 소자를 구성하는 상기 각 층의 형성 방법은 저항가열 증착, 전자빔 증착, 스퍼터링, 분자 적층법, 코팅법 등 특별히 한정되지 않지만, 통상은 소자 특성의 점에서 저항가열 증착 또는 전자빔 증착이 바람직하다.
본 발명의 발광 소자에 있어서, 상기 각 층의 합계인 유기층의 두께는 발광 물질의 저항값에도 의하므로 한정할 수는 없지만 1~1000㎚인 것이 바람직하다. 발광층, 전자 수송층, 정공 수송층의 막두께는 각각 바람직하게는 1㎚ 이상 200㎚ 이하이고, 더욱 바람직하게는 5㎚ 이상 100㎚ 이하이다.
본 발명의 발광 소자는 전기 에너지를 광으로 변환할 수 있는 기능을 갖는다. 여기에서 전기 에너지로서는 주로 직류 전류가 사용되지만, 펄스 전류나 교류 전류를 사용하는 것도 가능하다. 전류값 및 전압값은 특별히 제한은 없지만 소자의 소비 전력이나 수명을 고려하면 가능한 한 낮은 에너지로 최대의 휘도가 얻어지도록 선택되어야 한다.
본 발명의 발광 소자는, 예를 들면 매트릭스 및/또는 세그먼트 방식으로 표시하는 디스플레이로서 적합하게 사용된다.
본 발명의 발광 소자에 있어서, 매트릭스 방식이란 표시를 위한 화소가 격자 형상이나 모자이크 형상 등 이차원적으로 배치되어 화소의 집합으로 문자나 화상을 표시한다. 화소의 형상이나 사이즈는 용도에 따라 결정된다. 예를 들면 퍼스널 컴퓨터, 모니터, 텔레비전의 화상 및 문자 표시에는 통상 1변이 300㎛ 이하의 사각형의 화소가 사용되고, 또한 표시 패널과 같은 대형 디스플레이의 경우에는 1변이 ㎜오더의 화소를 사용하게 된다. 흑백 표시의 경우에는 같은 색의 화소를 배열하면 되지만, 컬러 표시의 경우에는 적, 녹, 청의 화소를 정렬해 표시시킨다. 이 경우, 전형적으로는 델타 타입과 스트라이프 타입이 있다. 그리고, 이 매트릭스의 구동 방법은 선순차 구동 방법이나 액티브 매트릭스 중 어느 것이라도 좋다. 선순차 구동은 그 구조가 간단하지만 동작 특성을 고려했을 경우에 액티브 매트릭스쪽이 뛰어난 경우가 있으므로, 이것도 용도에 의해 구별해 사용할 필요가 있다.
본 발명의 발광 소자에 있어서 세그먼트 방식이란 미리 결정된 정보를 표시하도록 패턴을 형성하고, 이 패턴의 배치에 의해 결정된 영역을 발광시키는 방식이다. 예를 들면 디지털 시계나 온도계에 있어서의 시각이나 온도 표시, 오디오 기기나 전자 조리기 등의 동작 상태 표시 및 자동차의 패널 표시 등을 들 수 있다. 그리고, 상기 매트릭스 표시와 세그먼트 표시는 같은 패널 안에 공존하고 있어도 된다.
본 발명의 발광 소자는 각종 기기 등의 백라이트로서도 바람직하게 사용된다. 백라이트는 주로 자발광하지 않는 표시 장치의 시인성을 향상시키는 목적으로 사용되고, 액정 표시 장치, 시계, 오디오 장치, 자동차 패널, 표시판 및 표지 등에 사용된다. 특히, 액정 표시 장치, 그 중에서도 박형화가 검토되고 있는 퍼스널 컴퓨터 용도의 백라이트에 본 발명의 발광 소자는 바람직하게 사용되고, 종래의 것보다 초박형으로 경량의 백라이트를 제공할 수 있다.
실시예
이하 실시예를 들어서 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
ITO 투명 도전막을 50㎚ 퇴적시킨 유리 기판[지오마테크(주)제, 11Ω/□, 스퍼터품]을 38×46㎜로 절단하고, 에칭을 행했다. 얻어진 기판을 "세미코 클린56"[상품명, 후루우치카가쿠(주)제]으로 15분간 초음파 세정하고나서, 초순수로 세정했다. 이 기판을 소자를 제작하기 직전에 1시간 UV-오존 처리하고, 진공 증착 장치 내에 설치하고, 장치 내의 진공도가 5×10-4Pa 이하가 될 때까지 배기했다. 그 후, 기판 상에 저항 가열법에 의해 정공 주입층으로서 HI-1을 10㎚ 증착했다. 이어서, 제 1 정공 수송층으로서 NPD를 100㎚ 증착했다. 이어서, 제 2 정공 수송층으로서 HT-1을 20㎚ 증착했다. 이어서, 발광층으로서 호스트 재료에 화합물 H-1을, 도펀트 재료에 화합물 D-1을 사용하고, 도펀트 재료의 도프 농도가 5질량%가 되도록 해서 40㎚의 두께로 증착했다. 이어서, 전자 수송층으로서 화합물 E-1을 20㎚의 두께로 적층했다.
계속해서, 불화리튬을 0.5㎚, 알루미늄을 60㎚ 증착해서 음극으로 하고, 5×5㎜ 사각의 소자를 제작했다. 여기에서 말하는 막두께는 수정 발진식 막두께 모니터 표시값이다. 이 발광 소자를 10mA/㎠로 직류 구동한 바 발광 효율 25.0lm/W의 녹색 발광을 얻어졌다. 이 발광 소자를 10mA/㎠의 직류로 연속 구동한 바 2500시간에서 휘도 반감했다. 또한 화합물 NPD, HI-1, HT-1, H-1, D-1, E-1은 이하에 나타내는 화합물이다.
Figure 112014069782393-pct00041
실시예 2~11
제 2 정공 수송층, 호스트 재료, 도펀트 재료로서 표 1에 기재한 재료를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 발광 소자를 제작했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, HT-2~HT-6, H-2~H-4, D-2, D-3은 이하에 나타내는 화합물이다.
Figure 112014069782393-pct00042
비교예 1~9
제 2 정공 수송층, 호스트 재료로서 표 1에 기재한 재료를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 발광 소자를 제작했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, HT-7, H-5~H-7은 이하에 나타내는 화합물이다.
Figure 112014069782393-pct00043
실시예 12
전자 수송 재료로서 표 1에 기재한 재료를 사용하고, 화합물 E-1 대신에 화합물 E-1과 도너성 금속(Li: 리튬)의 공증착막을 증착 속도비 100:1(=0.2㎚/s:0.002㎚/s)로 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 발광 소자를 제작했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 13
전자 수송층을 2층 적층 구성으로 하고, 제 1 전자 수송층으로서 화합물 E-2를 10㎚의 두께로 증착하고, 제 2 전자 수송층으로서 화합물 E-1과 도너성 금속(Li: 리튬)의 공증착막을 증착 속도비 100:1(=0.2㎚/s:0.002㎚/s)로 25㎚의 두께로 증착해서 적층한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 발광 소자를 제작했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, E-2는 이하에 나타내는 화합물이다.
실시예 14
전자 수송층을 2층 적층 구성으로 하고, 제 1 전자 수송층으로서 화합물 E-2를 10㎚의 두께로 증착하고, 제 2 전자 수송층으로서 화합물 E-1과 도너성 재료(Cs2CO3: 탄산세슘)의 공증착막을 증착 속도비 100:1(=0.2㎚/s:0.002㎚/s)로 25㎚의 두께로 증착해서 적층한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 발광 소자를 제작했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 15
전자 수송층으로서 표 1에 기재한 재료를 사용하고, 화합물 E-1 대신에 화합물 E-3과 도너성 재료(Liq: 리튬퀴놀리놀)의 공증착막을 증착 속도비 1:1(=0.05㎚/s:0.05㎚/s)로 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 발광 소자를 제작했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, E-3은 이하에 나타내는 화합물이다.
실시예 16~17
전자 수송층으로서 표 1에 기재한 재료를 사용한 것 이외에는 실시예 15와 마찬가지로 해서 발광 소자를 제작했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, E-4, E-5는 이하에 나타내는 화합물이다.
실시예 18~19
전자 수송층으로서 표 1에 기재한 재료를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 발광 소자를 제작했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112014069782393-pct00044
Figure 112014069782393-pct00045
실시예 20
ITO 투명 도전막을 50㎚ 퇴적시킨 유리 기판[지오마테크(주)제, 11Ω/□, 스퍼터품]을 38×46㎜로 절단하고, 에칭을 행했다. 얻어진 기판을 "세미코 클린56"[상품명, 후루우치카가쿠(주)제]으로 15분간 초음파 세정하고나서, 초순수로 세정했다. 이 기판을 소자를 제작하기 직전에 1시간 UV-오존 처리하고, 진공 증착 장치 내에 설치하고, 장치 내의 진공도가 5×10-4Pa 이하가 될 때까지 배기했다. 그 후, 기판 상에 저항 가열법에 의해 정공 주입층으로서 화합물 HI-1을 10㎚ 증착했다. 이어서, 제 1 정공 수송층으로서 NPD를 100㎚ 증착했다. 이어서, 제 2 정공 수송층으로서 HT-1을 50㎚ 증착했다. 이어서, 발광층으로서 호스트 재료에 화합물 H-8을, 도펀트 재료에 화합물 D-4를 사용하고, 도펀트 재료의 도프 농도가 5질량%가 되도록 해서 30㎚의 두께로 증착했다. 이어서, 전자 수송층으로서 화합물 E-1을 35㎚의 두께로 적층했다.
계속해서, 불화리튬을 0.5㎚ 증착한 후, 알루미늄을 1000㎚ 증착해서 음극으로 하고, 5×5㎜ 사각의 소자를 제작했다. 여기에서 말하는 막두께는 수정 발진식 막두께 모니터 표시값이다. 이 발광 소자를 10mA/㎠로 직류 구동한 바 발광 효율 14.0lm/W의 고효율 적색 발광이 얻어졌다. 이 발광 소자를 10mA/㎠의 직류로 연속 구동한 바 3000시간에서 휘도 반감했다. 또한 화합물 H-8은 이하에 나타내는 화합물이다.
실시예 21~25
제 2 정공 수송층으로서 표 2에 기재한 재료를 사용한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 발광 소자를 제작하고, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한 화합물 HT-8, HT-9는 이하에 나타내는 화합물이다.
비교예 10~13
제 2 정공 수송층, 호스트 재료로서 표 2에 기재한 화합물을 사용한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 발광 소자를 제작하고, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한 화합물 HT-10, H-9는 이하에 나타내는 화합물이다.
실시예 26~27
제 2 정공 수송층, 및 전자 수송 재료로서 표 2에 기재한 재료를 사용한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 발광 소자를 제작하고, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112014069782393-pct00046
실시예 28~36
제 2 정공 수송층, 호스트 재료로서 표 2에 기재한 화합물을 사용한 것 이외에는 실시예 20과 마찬가지로 해서 발광 소자를 제작하고, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 또한 화합물 H-10~H-18은 이하에 나타내는 화합물이다.
Figure 112014069782393-pct00047
Figure 112014069782393-pct00048

Claims (11)

  1. 양극과 음극 사이에 적어도 정공 수송층 및 발광층을 구비하고, 전기 에너지에 의해 발광하는 발광 소자로서,
    상기 정공 수송층은 하기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물을 포함하고, 또한 상기 발광층은 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물로서 하기 일반식(2)~일반식(4) 중 어느 하나로 나타내어지는 화합물, 및 삼중항 발광 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
    Figure 112019060951005-pct00049

    [일반식(1) 중, R1~R4는 각각 동일하여도 되고 달라도 되고, 수소, 알킬기, 시클로알킬기, 복소환기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 알킬티오기, 아릴에테르기, 아릴티오에테르기, 아릴기, 할로겐, 카르보닐기, 카르복실기, 옥시카르보닐기, 카르바모일기, 아미노기, 실릴기, -P(=O)R5R6으로 이루어지는 군에서 선택된다. R5 및 R6은 아릴기 또는 헤테로아릴기이다. L은 단결합 또는 2가의 연결기이다. 단, R1과 R2는 서로 다른 기이다.]
    Figure 112019060951005-pct00050

    Figure 112019060951005-pct00051

    Figure 112019060951005-pct00052

    [일반식(2)~일반식(4) 중, R7~R11, 및 R21~R27은 각각 동일하여도 되고 달라도 되고, 수소, 알킬기, 시클로알킬기, 복소환기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 알킬티오기, 아릴에테르기, 아릴티오에테르기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐, 카르보닐기, 카르복실기, 옥시카르보닐기, 카르바모일기, 아미노기, 또는 실릴기이다. 또한, R7~R11은 인접하는 치환기끼리로 환을 형성해도 좋다. 환A 또는 환B는 인접환과 임의의 위치에서 축합하는, 치환기를 갖거나 또는 치환기를 갖지 않는 벤젠환을 나타낸다. Y1~Y3은 -N(R28)-, -C(R29R30)-, 산소원자, 또는 황원자이다. R28~R30은 각각 동일하여도 되고 달라도 되고, 알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기이다. R21~R30은 인접하는 치환기끼리로 환을 형성해도 좋다. L11~L17은 단결합 또는 아릴렌기이다. X1~X5는 탄소원자 또는 질소원자를 나타내고, X1~X5가 질소원자인 경우에는 질소원자 상의 치환기인 R7~R11은 존재하지 않는다. 단, X1~X5 중의 질소원자의 수는 1 또는 2이다.]
  2. 양극과 음극 사이에 적어도 정공 수송층 및 발광층을 구비하고, 전기 에너지에 의해 발광하는 발광 소자로서,
    상기 정공 수송층은 하기 일반식(1)으로 나타내어지는 화합물을 포함하고, 또한 상기 발광층은 전자 수용성 질소를 포함하는 방향족 복소환기를 갖는 화합물로서, 하기 일반식(2)~일반식(4) 중 어느 하나로 나타내어지는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
    Figure 112019060951005-pct00054

    [일반식(1) 중, R1은 페닐기이다. R2는 디페닐페닐기, 트리페닐페닐기, 테트라페닐페닐기 또는 펜타페닐페닐기이다. R3 및 R4는 각각 동일하여도 되고 달라도 되고, 수소, 알킬기, 시클로알킬기, 복소환기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 알킬티오기, 아릴에테르기, 아릴티오에테르기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐, 카르보닐기, 카르복실기, 옥시카르보닐기, 카르바모일기, 아미노기, 실릴기, -P(=O)R5R6으로 이루어지는 군에서 선택된다. R5 및 R6은 아릴기 또는 헤테로아릴기이다. L은 단결합 또는 2가의 연결기이다. 단, R1과 R2는 서로 다른 기이다.]
    Figure 112019060951005-pct00055

    Figure 112019060951005-pct00056

    Figure 112019060951005-pct00057

    [일반식(2)~일반식(4) 중, R7~R11, 및 R21~R27은 각각 동일하여도 되고 달라도 되고, 수소, 알킬기, 시클로알킬기, 복소환기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 알키닐기, 알콕시기, 알킬티오기, 아릴에테르기, 아릴티오에테르기, 아릴기, 헤테로아릴기, 할로겐, 카르보닐기, 카르복실기, 옥시카르보닐기, 카르바모일기, 아미노기, 또는 실릴기이다. 또한, R7~R11은 인접하는 치환기끼리로 환을 형성해도 좋다. 환A 또는 환B는 인접환과 임의의 위치에서 축합하는, 치환기를 갖거나 또는 치환기를 갖지 않는 벤젠환을 나타낸다. Y1~Y3은 -N(R28)-, -C(R29R30)-, 산소원자, 또는 황원자이다. R28~R30은 각각 동일하여도 되고 달라도 되고, 알킬기, 아릴기, 또는 헤테로아릴기이다. R21~R30은 인접하는 치환기끼리로 환을 형성해도 좋다. L11~L17은 단결합 또는 아릴렌기이다. X1~X5는 탄소원자 또는 질소원자를 나타내고, X1~X5가 질소원자인 경우에는 질소원자 상의 치환기인 R7~R11은 존재하지 않는다. 단, X1~X5 중의 질소원자의 수는 1 또는 2이다.]
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정공 수송층은 하기 일반식(5)으로 나타내어지는 화합물인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
    Figure 112019060951005-pct00053

    [식(5) 중, R1~R4는 상기와 같다]
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반식(1)에 있어서 R1과 R2는 함께 치환기를 갖거나 또는 치환기를 갖지 않는 아릴기인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 일반식(1)에 있어서 R1이 페닐기이고, R2가 디페닐페닐기, 트리페닐페닐기, 테트라페닐페닐기 또는 펜타페닐페닐기인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  8. 삭제
  9. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일반식(2)~일반식(4)에 있어서 X1 및 X5, 또는 X3 및 X5, 또는 X1 및 X3은 질소원자인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  10. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극과 상기 음극 사이에 적어도 전자 수송층을 구비하고, 상기 전자 수송층은 전자 수용성 질소, 및 탄소, 수소, 질소, 산소, 규소, 및 인 중에서 선택되는 원소로 구성되는 헤테로아릴환 구조를 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 양극과 상기 음극 사이에 적어도 전자 수송층을 구비하고, 상기 전자 수송층은 전자 수용성 질소, 및 탄소, 수소, 질소, 산소, 규소, 및 인 중에서 선택되는 원소로 구성되는 헤테로아릴환 구조를 갖는 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
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