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KR20100015581A - 유기 전계 발광 소자용 화합물 및 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

유기 전계 발광 소자용 화합물 및 유기 전계 발광 소자 Download PDF

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KR20100015581A
KR20100015581A KR1020097021468A KR20097021468A KR20100015581A KR 20100015581 A KR20100015581 A KR 20100015581A KR 1020097021468 A KR1020097021468 A KR 1020097021468A KR 20097021468 A KR20097021468 A KR 20097021468A KR 20100015581 A KR20100015581 A KR 20100015581A
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South Korea
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compound
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organic electroluminescent
organic
layer
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English (en)
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타카히로 카이
토시히로 야마모토
마사노리 홋타
준야 오가와
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신닛테츠가가쿠 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

소자의 발광 효율을 개선하고, 구동 안정성을 충분히 확보하면서 간략한 구성을 가지는 유기 전계 발광 소자(유기 EL 소자) 및 이것에 사용되는 유기 EL 소자용 화합물을 제공한다.
이 유기 전계 발광 소자는, 기판상에 적층된 양극과 음극 사이에 발광층을 포함하는 유기층을 가지고, 상기 유기층에 일반식(1)로 표현되는 화합물을 함유한다. 일반식(1)로 표현되는 화합물을 함유하는 유기층으로서는 인광 발광성 도펀트를 포함하는 발광층이 적합하다. 일반식(1)에 있어서, X는 CR 또는 N을 나타내고, Ar1~Ar3은 치환 혹은 미치환의 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기를 나타내며, Ar2와 Ar3은 결합하고 있는 질소와 함께 질소함유 복소환을 형성해도 된다. m 및 n은 1 또는 2의 정수를 나타내고, m과 n의 합계는 3이다.
Figure 112009063002992-PCT00023
유기 전계 발광 소자, 유기 EL 소자, 정공, 전자, 유기층, 인광 발광 도펀트

Description

유기 전계 발광 소자용 화합물 및 유기 전계 발광 소자{COMPOUND FOR ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE}
본 발명은 신규의 유기 전계 발광 소자용 화합물 및 이것을 사용한 유기 전계 발광 소자(이하, 유기 EL 소자라 칭함)에 관한 것이다.
일반적으로, 유기 전계 발광 소자(이하, 유기 EL 소자라 칭함)는, 그 가장 간단한 구조로서는 발광층 및 상기 층을 낀 한 쌍의 대향 전극으로 구성되어 있다. 즉, 유기 EL 소자에서는, 양 전극간에 전계가 인가되면, 음극으로부터 전자가 주입되고, 양극으로부터 정공이 주입되어, 이들이 발광층에 있어서 재결합하여 광을 방출하는 현상을 이용한다.
최근, 유기 박막을 사용한 유기 EL 소자의 개발이 행해지게 되었다. 특히, 발광 효율을 높이기 위해, 전극으로부터 캐리어 주입의 효율 향상을 목적으로 하여 전극의 종류의 최적화를 행하고, 방향족 디아민으로 이루어지는 정공 수송층과 8-히드록시퀴놀린알루미늄 착체(이하, Alq3이라 칭함)로 이루어지는 발광층을 전극간에 박막으로서 마련한 소자의 개발에 의해, 종래의 안트라센 등의 단결정을 사용한 소자에 비해 대폭의 발광 효율의 개선이 이루어진 것에서, 자발광·고속 응답성 등의 특징을 가지는 고성능 플랫 패널에의 실용화를 목표로 하여 진행되어 왔다.
또한 소자의 발광 효율을 높이는 시도로서, 형광이 아닌 인광을 사용하는 것도 검토되고 있다. 상기의 방향족 디아민으로 이루어지는 정공 수송층과 Alq3으로 이루어지는 발광층을 마련한 소자를 비롯한 많은 소자가 형광 발광을 이용한 것이었는데, 인광 발광을 사용하는, 즉 삼중항 여기(勵起)상태로부터의 발광을 이용함으로써, 종래의 형광(일중항)을 사용한 소자에 비해 3~4배 정도의 효율 향상이 기대된다. 이 목적을 위해 쿠마린 유도체나 벤조페논 유도체를 발광층으로 하는 것이 검토되어 왔지만, 매우 낮은 휘도밖에 얻어지지 않았다. 또한 삼중항 상태를 이용하는 시도로서, 유로퓸 착체를 사용하는 것이 검토되어 왔지만, 이것도 고효율의 발광에는 이르지 못했다. 최근에는, 특허문헌 1에 드는 바와 같이 발광의 고효율화나 장수명화를 목적으로 이리듐 착체 등의 유기 금속 착체를 중심으로 연구가 다수 행해지고 있다.
[특허문헌 1] 일본국 공표특허공보 2003-515897호
[특허문헌 2] 일본국 공개특허공보 2001-313178호
[특허문헌 3] 일본국 공개특허공보 2006-76901호
[특허문헌 4] WO2005-76668호 공보
[특허문헌 5] WO2003-78541호 공보
[비특허문헌 1] Applied Physics Letters, 2003, 83, 569-571
[비특허문헌 2] Applied Physics Letters, 2003, 82, 2422-2424
높은 발광 효율을 얻기 위해서는, 상기 도펀트 재료와 동시에 사용하는 호스트 재료가 중요해진다. 호스트 재료로서 제안되고 있는 대표적인 것으로서, 특허문 헌 2에서 소개되어 있는 카르바졸화합물의 4,4'-비스(9-카르바졸릴)비페닐(이하, CBP라 칭함)을 들 수 있다. CBP는 트리스(2-페닐피리딘)이리듐 착체(이하, Ir(ppy)3이라 칭함)로 대표되는 녹색 인광 발광 재료의 호스트 재료로서 사용한 경우에 비교적 양호한 발광 특성을 나타낸다. 한편, 청색 인광 발광 재료의 호스트 재료로서 사용한 경우에는 충분한 발광 효율은 얻어지지 않는다. 이것은, CBP의 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 레벨이, 일반적인 청색 인광 발광 재료의 그것보다 낮기 때문에 청색 인광 발광 재료의 삼중항 여기 에너지가 CBP에 이동하는 것에 기인한다. 즉, 인광 호스트 재료는, 인광 발광 재료보다도 높은 삼중항 여기 에너지를 가짐으로써, 인광 발광 재료의 삼중항 여기 에너지를 효과적으로 가두고, 그 결과 높은 발광 효율이 달성된다. 이 에너지 가둠 효과 개선을 목적으로 하여, 비특허문헌 1에서는 CBP의 구조 개조에 의해 삼중항 여기 에너지를 향상시키고 있고, 이것에 의해 비스[2-(4,6-디플루오로페닐)피리디나토-N,C2'](피콜리네이트)이리듐 착체(이하, FIrpic이라 칭함)의 발광 효율을 향상시키고 있다. 또한 비특허문헌 2에서는, 1,3-디카르바졸릴벤젠(이하, mCP라 칭함)을 호스트 재료에 사용함으로써 동일한 효과에 의해 발광 효율을 개선하고 있다. 그러나 이들 재료에 있어서는, 특히 내구성의 관점에서 실용상 만족할 수 있는 것은 아니다.
또한 높은 발광 효율을 얻기 위해서는, 밸런스가 좋은 양 전하(정공·전자)의 주입 수송 특성이 필요해진다. CBP는 정공 수송 능력에 비해 전자 수송 능력이 떨어지기 때문에, 발광층 중의 전하의 밸런스가 무너져, 과잉한 정공은 음극측으로 유출되어, 발광층 중의 재결합 확률의 저하에 의한 발광 효율 저하를 초래한다. 또 한 이 경우, 발광층의 재결합 영역은 음극측의 계면 근방이 좁은 영역에 한정되기 때문에, Alq3과 같은 Ir(ppy)3에 대하여 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 레벨이 낮은 전자 수송 재료를 사용한 경우, 도펀트로부터 전자 수송 재료에의 삼중항 여기 에너지의 이동에 의한 발광 효율 저하도 일어날 수 있다.
전자 수송층에의 정공의 유출 방지책으로서, 발광층과 전자 수송층 사이에 정공 저지층을 마련하는 수법이 있다. 이 정공 저지층에 의해 정공을 발광층 중에 효율적으로 축적함으로써, 발광층 중에서의 전자와의 재결합 확률을 향상시키고, 발광 효율을 향상시킬 수 있는 것이 알려져 있다(특허문헌 2). 일반적으로 사용되고 있는 정공 저지 재료로서, 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(이하, BCP라 칭함) 및 p-페닐페놀레이트-비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)알루미늄(이하, BAlq라 칭함)을 들 수 있다. 이것에 의해, 발광층으로부터 전자 수송층에의 정공의 유출을 방지하는 것은 가능하지만, 양 재료 모두 Ir(ppy)3 등의 인광 발광 도펀트에 대하여 최저 여기 삼중항 상태의 에너지 레벨이 낮기 때문에 만족할 수 있는 효율은 얻어지지 않는다.
또한 BCP는 실온에서도 결정화하기 쉬워 재료로서의 신뢰성이 떨어지기 때문에 소자 수명이 극단적으로 짧다. BAlq는 Tg가 약 100℃로 비교적 양호한 소자 수명 결과가 보고되어 있지만, 정공 저지 능력이 충분하지 않다.
상술의 예로부터, 유기 EL 소자로 높은 발광 효율을 얻기 위해서는, 높은 삼중항 여기 에너지를 가지면서, 양 전하(정공·전자) 주입 수송 특성에 있어서 밸런스가 갖춰진 호스트 재료가 요망되는 것을 알 수 있다. 또한 전기 화학적으로 안정 적이고, 높은 내열성과 함께 뛰어난 아모퍼스(amorphous) 안정성을 구비하는 화합물이 요망되지만, 이러한 특성을 실용 레벨에서 만족하는 화합물은 아직 알려져 있지 않은 것이 현 상황이다.
지금까지, 트리아릴아민이나 카르바졸 등으로 대표되는 정공 수송성이 뛰어난 골격과, 피리미딘이나 트리아진 등으로 대표되는 전자 수송 능력이 뛰어난 골격을 동일 분자 내에 도입하는 시도가 이루어지고 있다.
특허문헌 3에 있어서는, 이하의 화합물이 개시되어 있다.
Figure 112009063002992-PCT00001
이들 화합물은, 최저 공(空)궤도(LUMO)가 분자 중앙의 트리아진 환상(環上) 혹은 피리미딘 환상에 있고, 그 주변을 최고 피점(被占) 궤도(HOMO)가 확산되는 카르바졸 골격으로 덮여 있다. 이와 같이, LUMO가 분자 내부에 집중되어 가두어져 있기 때문에, 분자간에서의 전자 이동에 불리하게 작용하고, 또한 일전자 환원을 받은 경우의 안정성의 개선도 필요해진다.
또한 특허문헌 4나 특허문헌 5에 있어서는, 이하에 나타내는 화합물이 개시되어 있다.
Figure 112009063002992-PCT00002
이들 화합물에 있어서도, LUMO는 분자 중앙의 벤젠환과 피리미딘환의 2개의 환상에 있고, 그 주변을 HOMO가 확산되는 카르바졸 골격으로 덮여 있다. 즉, LUMO가 분자 내부에 가두어져 있기 때문에 분자간에서의 전자 이동이 불리해진다. 또한 이들 화합물에 있어서는, 벤젠환상에 카르바졸릴기가 결합함으로써 삼중항 여기 에너지가 저하한다. 따라서, 사용하는 도펀트의 삼중항 에너지 순위에 따라서는, 도펀트의 삼중항 여기 에너지가 호스트 분자로 이동하여, 높은 발광 효율이 얻어지지 않는다.
또한 특허문헌 5에는 다음과 같은 화합물도 예시되어 있다.
Figure 112009063002992-PCT00003
이들 화합물에 있어서도, LUMO는 분자 중앙의 벤젠환과 피리미딘환, 또는 벤젠환과 트리아진환의 양 환상에 집중되어 있고, 그 주변을 HOMO가 확산되는 카르바졸 골격으로 덮여 있다. 즉, LUMO가 분자 내부에 가두어져 있기 때문에 분자간에서의 전자 이동이 불리해진다. 또한 이들 화합물에 있어서도, 벤젠환상에 카르바졸릴기가 결합함으로써 삼중항 여기 에너지가 저하한다. 따라서, 사용하는 도펀트의 삼중항 에너지 순위에 따라서는, 도펀트의 삼중항 여기 에너지가 호스트 분자에 이동하여, 높은 발광 효율이 얻어지지 않는다.
전하 수송성이 다른 복수의 골격을 동일 분자 내에 도입할 때, 도입법에 따라서는 화합물의 전하 밸런스나 안정성이 크게 변화한다. 이것이 특히 호스트 재료로서 사용하는 경우, 발광 특성이나 수명 특성에 크게 영향을 주게 되어, 실용화를 향해서는 더욱 개선이 필요해진다.
유기 EL 소자를 플랫 패널 디스플레이 등의 표시 소자에 응용하기 위해서는, 소자의 발광 효율을 개선하는 동시에 구동시의 안정성을 충분히 확보할 필요가 있다. 본 발명은, 상기 현 상황에 비추어, 고효율이면서 높은 구동 안정성을 가진 실용상 유용한 유기 EL 소자 및 그것에 적합한 화합물을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자들은, 특정 구조의 화합물을 유기 EL 소자에 사용함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 일반식(1)로 표현되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자용 화합물이다.
Figure 112009063002992-PCT00004
여기서,
X는 치환 혹은 미치환의 메틴 또는 질소를 나타내고,
Ar1~Ar3은 독립적으로 치환 혹은 미치환의 방향족 탄화수소기 또는 치환 혹은 미치환의 방향족 복소환기를 나타내며,
Ar2와 Ar3은 결합하고 있는 질소와 함께 질소함유 복소환을 형성해도 된다.
m 및 n은 1 또는 2의 정수를 나타내고, m과 n의 합계는 3이다.
상기 일반식(1)로 표현되는 유기 전계 발광 소자용 화합물에 있어서, 바람직한 화합물로서는, 하기 일반식(2)로 표현되는 유기 전계 발광 소자용 화합물이 있다.
Figure 112009063002992-PCT00005
여기서, X는 독립적으로 치환 혹은 미치환의 메틴 또는 질소를 나타내고, Y는 치환 혹은 미치환의 메틴을 나타내며, Ar2와 Ar3은 독립적으로 치환 혹은 미치환의 방향족 탄화수소기 또는 치환 혹은 미치환의 방향족 복소환기를 나타내고, Ar2와 Ar3은 결합하고 있는 질소와 함께 질소함유 복소환을 형성해도 된다.
일반식(1) 또는 (2)에 있어서, Ar2와 Ar3이 독립적으로 페닐기, 나프틸기, 페난트릴, 피리딜기, 피리미딜기, 또는 트리아질기의 어느 하나인 것, 또는 -NAr2Ar3이 N-카르바졸릴기, N-페녹사지닐기, N-페노티아지닐기, 또는 N-β-카르보닐기의 어느 하나인 것은 바람직한 유기 전계 발광 소자용 화합물을 부여한다.
또한 일반식(2)에 있어서, 환 C를 구성하는 X 및 Y가 치환 혹은 미치환의 메틴인 것, 환 C가 미치환의 방향족 탄화수소기 혹은 방향족 복소환기인 것, 환 A를 구성하는 X가 질소인 것, 또는 X가 미치환의 메틴인 것의 어느 하나 이상을 만족하는 것은 바람직한 유기 전계 발광 소자용 화합물을 부여한다.
또한 본 발명은, 상기의 유기 전계 발광 소자용 화합물을 포함하는 유기층을 가지는 유기 전계 발광 소자이다. 여기서, 상기 유기층이 발광층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 정공 저지 소자층으로부터 선택되는 적어도 하나의 층인 것, 또는 상기 유기층이 인광 발광 도펀트를 함유하는 발광층인 것은 바람직한 유기 전계 발광 소자를 부여한다.
도 1은 유기 EL 소자의 일례를 나타낸 모식 단면도이다.
<부호의 설명>
1: 기판 2: 양극
3: 정공 주입층 4: 정공 수송층
5: 발광층 6: 전자 수송층
7: 음극
이하, 본 발명의 실시의 형태를 상세하게 설명한다.
본 발명의 유기 EL 소자용 화합물(이하, 본 발명의 화합물이라고도 칭함)은 뛰어난 전자 수송 특성과 정공 수송 특성을 가지고 있고, 일전자 산화 및 일전자 환원에 대하여 매우 높은 내구성을 나타내는 특성을 가진다. 이들 특징은, 구조적 특징에 기인하는 것으로, 이하 이것에 대하여 상세를 설명한다.
본 발명의 화합물은 상기 일반식(1) 또는 (2)로 표현된다. 일반식(1)은, 일반식(2)를 포함하는 식이므로, 공통되는 부분은 일반식(1)로 대표하여 설명한다. 또한 일반식(1)과 일반식(2)에 있어서 공통되는 기호는 같은 의미를 가진다. 일반식(1)로 표현되는 화합물의 구조적 특징으로서, 우선, 분자 중앙에 전자 주입 수송성을 가지는 피리미딘환 혹은 트리아진환이 배치된다. 다음으로, 이 전자 주입 수송성을 높이는 것을 목적으로 하여, Ar1이 한 개 또는 2개 직접 결합하고 있다. 또한 정공 주입 수송성을 높이는 것을 목적으로 하여, NAr2Ar3이 한 개 또는 2개 직접 결합하고 있다. 이렇게 얻어진 화합물의 프론티어 궤도에 착안하면, LUMO는 중앙 6원 복소환과 Ar1로 형성되는 부위에 확산되고, 한편 HOMO는 NAr2Ar3상에 확산된다. 이와 같이 LUMO와 HOMO의 양 궤도가, 복수의 방향환으로 형성되는 부위에 확산되기 때문에, 일전자 산화 및 일전자 환원을 받은 상태에서도, 정공 및 전자가 비국재화(非局在化;delocalize)하여 안정된 분자를 유지한다. 또한 양 궤도는, 분자 외측으로 크게 튀어나오기 때문에 분자간에서의 양 전하 이동을 용이하게 하고, 그 결과, 밸런스 좋은 전자·정공의 수송 특성을 나타낸다.
일반식(1)로 표현되는 화합물은, 보다 바람직한 화합물로서, 상기 일반식(2)로 표현되는 화합물이 있고, 이들 화합물은 상기 구조적 특징을 더욱 강화한다.
일반식(2)에 있어서는, 환 A와 2개의 환 C로 이루어지는 부위에 LUMO가 확산된다. 또한 환 C상의 X 및 Y가 치환 메틴인 경우, 치환기로서는 LUMO를 신장시키도록 치환기를 선택하는 것이 바람직하다. 그 결과 LUMO는 환 A와 2개의 환 C를 중심으로 한 부위로 확산되어, 전자 수송성 및 일전자 환원을 받았을 때의 안정성이 높아지게 된다.
한편, NAr2Ar3상에는 HOMO가 분포하고, 이것이 분자 외부에 튀어나오는 모습으로 확산되기 때문에 분자간의 정공 이동에 유리하게 작용한다. 특히, Ar2와 Ar3이 결합하고 있는 질소와 함께 질소함유 복소환을 형성하는 경우, HOMO의 평면성이 높아진다. 이러한 분자는, 일전자 산화를 받아도 비국재화의 효과에 의해 분자의 안정성을 유지한다.
일반식(1) 및 (2)에 있어서, Ar1 및 Ar2~Ar3은, 독립적으로 치환 혹은 미치환의 방향족 탄화수소기 또는 치환 혹은 미치환의 방향족 복소환기를 나타낸다. 또한 같은 N에 결합하는 Ar2와 Ar3은 결합하고 있는 질소와 함께 질소함유 복소환을 형성 하는 것도 바람직하다.
미치환의 방향족 탄화수소기의 바람직한 예로서는, 벤젠, 나프탈렌, 페난트렌, 또는 피렌으로부터 한 개의 H를 빼고 생기는 기 등을 들 수 있다. 또한 미치환의 방향족 복소환기의 바람직한 예로서는, 피리딘, 피리미딘, 트리아진, 피라진, 피리다진, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 또는 나프틸리딘으로부터 한 개의 H를 빼고 생기는 기 등을 들 수 있다.
이들이, 치환 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기인 경우, 치환기의 바람직한 예로서는, 페닐기, 나프틸기, 비페닐릴기, 피리딜기, 피리미디닐기, 트리아지닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 퀴녹살리닐기, 또는 나프틸리디닐 등의 방향족 탄화수소기 혹은 방향족 탄화수소기 등을 들 수 있다. 보다 바람직하게는, 페닐기, 비페닐릴기, 피리딜기, 피리미디닐기, 트리아지닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기 등의 6원 방향족기를 들 수 있다.
또한 상기 치환기가 서로 이웃하는 탄소로 치환된 경우, 치환기는 환 Ar2 또는 Ar3과 함께 축환 구조를 형성해도 된다. 이 경우, Ar2 또는 Ar3을 포함하는 축환으로서는, 나프탈렌, 페난트렌, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 프탈라진, 나프틸리딘, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 카르바졸, 페난트리딘, 아크리딘, 페난트롤린, 및 페나진 등의 방향족 탄화수소기 또는 방향족 복소환기 등을 들 수 있다.
또한 Ar2와 Ar3의 2개가, 결합하고 있는 질소와 함께 질소함유 복소환을 형성하는 경우, 바람직한 질소함유 복소환으로서는 카르바졸, 페녹사진, 페노티아진, 또는 β-카르볼린 등을 들 수 있다.
일반식(1)~(2)에 있어서, X는 치환 혹은 미치환의 메틴 또는 질소를 나타낸다. 미치환의 메틴은 -CH-로 표시되고, 치환 메틴은 -CR-로 표시된다. 여기서, 치환 메틴인 치환기 R의 바람직한 구체예로서는, 페닐기, 나프틸기, 비페닐릴기, 피리딜기, 피리미디닐기, 트리아지닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 퀴녹살리닐기, 나프틸리디닐기 등의 방향족 탄화수소기 혹은 방향족 탄화수소기 등을 들 수 있다. 보다 바람직하게는, 페닐기, 비페닐릴기, 피리딜기, 피리미디닐기, 트리아지닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기 등의 6원 방향족기를 들 수 있다.
또한 일반식(2)의 환 C에 있어서, 서로 이웃하는 X가 치환 메틴인 경우, 그 치환기끼리가 결합하여, 환 C를 포함하는 축환 구조를 형성해도 된다. 이 경우의 환 C를 포함하는 축환으로서는, 나프탈렌, 페난트렌, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 프탈라진, 나프틸리딘, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 카르바졸, 페난트리딘, 아크리딘, 페난트롤린, 및 페나진 등의 방향족 탄화수소환 혹은 방향족 복소환 등을 들 수 있다.
일반식(2)에 있어서, 환 C를 구성하는 X는 미치환의 메틴 또는 질소인 것이 바람직하다. 또한 X 및 Y는 치환 또는 미치환의 메틴이 바람직하고, X 및 Y가 치환 메틴인 경우, 치환기로서는 6원 방향족기가 바람직하다.
일반식(1)에 있어서, m 및 n은 1 또는 2의 정수를 나타내고, m과 n의 합계는 3이다. 따라서, 6원환을 구성하는 N 및 X 이외의 3개의 탄소는 Ar1 또는 NAr2Ar3의 어느 한 치환기를 가진다. 또한 일반식(2)는 일반식(1)의 바람직한 예를 나타내는 것이므로, 일반식(1) 중의 6원환은 일반식(2) 중의 환 A에 대응하고, 일반식(1) 중의 NAr2Ar3은 일반식(2) 중의 NAr2Ar3에 대응하며, 일반식(1) 중의 Ar1은 환 C에 대응하는 것으로 이해된다.
본 발명의 화합물의 합성법으로서는 이하에 나타내는 합성 루트가 예시된다.
Figure 112009063002992-PCT00006
본 발명의 화합물은, 할로겐화트리아진 유도체나 할로겐화피리미딘 유도체와, 아닐린 유도체나 보론산 유도체를 팔라듐이나 동 촉매를 사용하여 헤테로 커플링 반응함으로써 얻어진다. 할로겐 원자로서는 염소, 브롬, 요오드 등을 들 수 있다. 또한 사용하는 용매는, 원료를 용해하여 반응을 행하게 할 수 있는 것이면 된다. 예를 들면, 톨루엔, 크실렌, 디옥산, 테트랄린, 퀴놀린, 니트로벤젠, 디메틸술 폭시드, N,N-디메틸포름아미드 등의 용매를 들 수 있다.
상기 헤테로 커플링 반응은, 금속 촉매 및 염기의 존재하, 100~200℃ 정도의 온도에서 1~100시간 정도 반응시켜 행할 수 있다. 금속 촉매의 예로서는, 아세트산팔라듐, 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐 등의 팔라듐 원(源)과, 트리tert-부틸포스핀 등의 배위자에 의해 형성되는 팔라듐 착체나, 동분(銅粉), 산화동, 할로겐화동, 황산동 등이다. 사용되는 염기로서는, 탄산칼륨, 탄산나트륨, 수산화리튬, 수산화나트륨, 나트륨tert-부톡시드, 칼륨tert-부톡시드와 같은 무기 염기, 피리딘, 피콜린, 트리에틸아민과 같은 유기 염기를 들 수 있다.
상기 어느 반응에 있어서도, 반응 종료 후, 물을 첨가하여 유기층을 분리하여, 이것을 농축하고, 아세트산에틸 등의 저비점 용매로 세정하여, 감압 건조함으로써 본 발명의 화합물을 얻는다. 본 발명의 화합물을 유기 EL 재료로서 사용하는 경우는, 또한 승화 정제하는 것이 바람직하다.
상기 일반식(1)~(2)로 표현되는 본 발명의 화합물의 바람직한 구체예를 이하의 표에 나타내는데, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112009063002992-PCT00007
Figure 112009063002992-PCT00008
Figure 112009063002992-PCT00009
Figure 112009063002992-PCT00010
Figure 112009063002992-PCT00011
Figure 112009063002992-PCT00012
Figure 112009063002992-PCT00013
본 발명의 유기 전계 발광 소자용 화합물은, 유기 EL 소자의 유기층에 함유시킴으로써 뛰어난 유기 전계 발광 소자를 부여한다. 유리하게는 발광층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 정공 저지 소자층으로부터 선택되는 적어도 한 개의 유기층에 함유시키는 것이 좋다. 더욱 바람직하게는, 인광 발광 도펀트를 함유하는 발광층의 호스트 재료로서 함유시키는 것이 좋다.
발광층에서의 인광 발광 도펀트 재료로서는, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 은, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 백금, 및 금으로부터 선택되는 적어도 한 개의 금속을 포함하는 유기 금속 착체를 함유하는 것이 좋다. 이러한 유기 금속 착체는, 상기 특허문헌 등에서 공지이며, 이들이 선택되어 사용 가능하다.
바람직한 인광 발광 도펀트로서는, Ir 등의 귀금속 원소를 중심 금속으로서 가지는 Ir(ppy)3 등의 착체류, Ir(bt)2·acac3 등의 착체류, PtOEt3 등의 착체류를 들 수 있다. 이들 착체류의 구체예를 이하에 나타내는데, 하기의 화합물에 한정되지 않는다.
Figure 112009063002992-PCT00014
Figure 112009063002992-PCT00015
상기 인광 발광 도펀트가 발광층 중에 함유되는 양은 5~10중량%의 범위에 있는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 화합물을 사용한 유기 EL 소자에 대하여 설명한다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 기판상에 적층된 양극과 음극 사이에 적어도 한 개의 발광층을 가지는 유기 EL 소자이다.
다음으로, 본 발명의 유기 EL 소자의 구조에 대하여, 도면을 참조하면서 설명하는데, 본 발명의 유기 EL 소자의 구조는 하등 도시한 것에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 사용되는 일반적인 유기 EL 소자의 구조예를 모식적으로 나타내는 단면도이고, 1은 기판, 2는 양극, 3은 정공 주입층, 4는 정공 수송층, 5는 발광층, 6은 전자 수송층, 7은 음극을 각각 나타낸다. 본 발명의 유기 EL 소자에서는, 기판, 양극, 발광층, 및 음극을 필수적인 층으로서 가지는데, 필수적인 층 이외의 층에 정공 주입 수송층, 전자 주입 수송층을 가지는 것이 좋고, 또한 발광층과 전자 주입 수송층 사이에 정공 저지층을 가지는 것이 좋다. 또한 정공 주입 수송층은, 정공 주입층과 정공 수송층의 어느 하나 또는 양자를 의미하고, 전자 주입 수송층은 전자 주입층과 전자 수송층의 어느 하나 또는 양자를 의미한다.
또한 도 1과는 반대의 구조, 즉 기판(1)상에 음극(7), 전자 수송층(6), 발광층(5), 정공 수송층(4), 양극(2)의 순서로 적층하는 것도 가능하고, 이미 기술한 바와 같이 적어도 한 쪽이 투명성이 높은 2개의 기판 사이에 본 발명의 유기 EL 소자를 마련하는 것도 가능하다. 이 경우도, 필요에 따라 층을 추가하거나, 생략하는 것이 가능하다.
본 발명의 유기 EL 소자는, 단일의 소자, 어레이상으로 배치된 구조로 이루어지는 소자, 양극과 음극이 X-Y 매트릭스상으로 배치된 구조의 어느 하나에 있어서도 적용할 수 있다. 본 발명의 유기 EL 소자에 의하면, 발광층에 특정 골격을 가지는 화합물과, 인광 발광 도펀트를 함유시킴으로써, 종래의 일중항 상태로부터의 발광을 사용한 소자보다도 발광 효율이 높으면서 구동 안정성에 있어서도 크게 개선된 소자가 얻어지고, 풀 컬러 혹은 멀티 컬러의 패널에의 응용에 있어서 뛰어난 성능을 발휘할 수 있다.
<실시예>
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 물론, 이들 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 벗어나지 않는 한, 다양한 형태로 실시하는 것이 가능하다.
이하에 나타내는 루트에 의해, 화합물 2, 화합물 3, 화합물 5, 화합물 33, 화합물 34, 화합물 36, 화합물 37, 및 화합물 38을 합성하였다. 또한 화합물 번호는 표 1~7의 화합물에 부여한 번호에 대응한다.
Figure 112009063002992-PCT00016
Figure 112009063002992-PCT00017
<실시예 1>
(화합물 2의 합성)
질소 기류하, 500㎖ 3구 플라스크에 N-(3-비페닐릴)페닐아민 25.0g(0.102mol)을 첨가하고, 이것에 THF 200㎖를 첨가하여 교반하였다. 빙욕(氷浴)에서 0℃까지 냉각하고, n-부틸리튬/n-헥산 용액 77㎖(0.122mol)를 15분 동안 적하하였다. 그 후 실온에서 30분간 교반하여 리튬 시약을 조제하였다. 다음으로, 질소 기류하, 1000㎖ 3구 플라스크에 염화시아누르 8.9g(0.048mol), THF 200㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 미리 조제한 리튬 시약을 20분 동안 적하하였다. 적하 후 55℃에서 1.5시간 교반하였다. 실온까지 냉각한 후 물 300㎖, 톨루엔 100㎖를 첨가하여, 교반한 후 유기층과 수층으로 분획(分劃)하였다. 유기층을 100㎖의 물로 3회 세정하고, 그 후 얻어진 유기층을 황산마그네슘으로 탈수하여, 황산마그네슘을 여과 분별한 후 용매를 감압 증류 제거하였다. 그 후, 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 백색 고체 21.5g(0.036mol, 수율 74.4%)을 얻었다.
다음으로, 500㎖ 3구 플라스크에 상기의 백색 고체 19.0g(0.032mol), 페닐보론산 3.5g(0.028mol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 0.44g(0.0004mol), 에탄올 60㎖, 톨루엔 180㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 탄산나트륨 15.8g의 수(60㎖)용액을 첨가하여 75℃로 1.5시간 교반하였다. 실온까지 냉각한 후 톨루엔 150㎖를 첨가해 교반하여 유기층과 수층으로 분획하였다. 유기층을 100㎖의 물로 3회 세정하고, 얻어진 유기층을 황산마그네슘으로 탈수하여, 황산마그네슘을 여과 분별한 후 용매를 감압 증류 제거하였다. 그 후, 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 백색 고체 9.5g을 얻었다. 또한 얻어진 백색 고체에 대하여 디클로로메탄과 에탄올에 의해 정석 정제를 행하여 화합물 2를 7.7g 얻었다.
FD-MS, m/z 643[M]+, 융점 198℃
<실시예 2>
(화합물 3의 합성)
질소 기류하, 1000㎖ 3구 플라스크에 염화시아누르 20.9g(0.113mol), THF 200㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 브롬화페닐마그네슘/THF 용액 100㎖(0.108mol)를 20분 동안 적하하여, 실온에서 2.5시간 교반시켰다. 물 200㎖, 톨루엔 100㎖를 첨가하고, 교반하여 유기층과 수층으로 분획하였다. 유기층을 100㎖의 물로 3회 세정한 후, 얻어진 유기층을 황산마그네슘으로 탈수하여, 황산마그네슘을 여과 분별한 후 용매를 감압 증류 제거하였다. 그 후, 메탄올로 리슬러리를 행하여 담황색 고체 13.9g(0.061mol, 수율 54.4%)을 얻었다.
다음으로, 질소 기류하, 500㎖ 3구 플라스크에 N-(3,5-디페닐페닐)페닐아민 15.5g(0.048mol), THF 150㎖를 첨가하여 교반하였다. 빙욕에 의해 0℃까지 냉각한 후 n-부틸리튬/n-헥산 용액 34㎖(0.053mol)를 15분 동안 적하하였다. 그 후 실온으로 되돌리고, 30분간 교반하여 리튬 시약을 조제하였다. 다음으로, 질소 기류하, 1000㎖ 3구 플라스크에 상기의 담황색 고체 5.0g(0.022mol), THF 150㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 미리 조제한 리튬 시약을 20분 동안 적하하였다. 적하 후 55℃까지 과열(過熱)하여 3.5시간 교반하였다. 실온까지 냉각한 후, 물 200㎖, 톨루엔 150㎖를 첨가하여, 교반한 후 유기층과 수층으로 분획하였다. 유기층을 100㎖의 물로 3회 세정하고, 그 후 얻어진 유기층을 황산마그네슘으로 탈수하여, 황산마그네슘을 여과 분별한 후 용매를 감압 증류 제거하여 황색 고체 20.7g을 얻었다. 또한 얻어진 고체를 THF와 메탄올에 의해 정석을 행하여 화합물 3을 8.8g(0.011mol, 수율 50.0%) 얻었다.
FD-MS, m/z 795[M]+, 융점 252℃
<실시예 3>
(화합물 5의 합성)
질소 기류하, 500㎖ 3구 플라스크에 카르바졸 20.0g(0.120mol), THF 120㎖를 첨가하여 교반하였다. 빙욕에 의해 0℃까지 냉각한 후 n-부틸리튬/n-헥산 용액 80㎖(0.127mol)를 15분 동안 적하하였다. 그 후 실온으로 20분간 교반하여 리튬 시약을 조제하였다. 다음으로, 질소 기류하, 500㎖ 3구 플라스크에 염화시아누르 11.0g(0.060mol), THF 120㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 미리 조제한 리튬 시약을 15분 동안 적하하였다. 적하 후 55℃까지 과열하여 1시간 교반하였다. 실온까지 냉각한 후, 물 100㎖를 첨가하고, 발생한 고체를 여과 채취한 후, 여과 채취한 고체를 물 100㎖와 THF 100㎖의 혼합 용매로 린스 세정하고, 또한 메탄올 50㎖로 린스 세정하였다. 이것을 감압 건조하여 황색 분말 20.2g(0.045mol, 수율 75.5%)을 얻었다.
다음으로, 500㎖ 3구 플라스크에 상기의 백색 분말 10.0g(0.022mol), 페닐보론산 3.5g(0.028mol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 0.44g(0.0004mol), 에탄올 60㎖, 톨루엔 180㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 탄산나트륨 11.4g의 수(60㎖)용액을 첨가한 후 75℃로 1.5시간 교반하였다. 실온까지 냉각한 후, 물 100㎖를 첨가하여, 교반한 후 석출물을 여과 채취하여 흑색 고체 8.9g을 얻었다. 얻어진 흑색 고체에 THF 120㎖, 톨루엔 120㎖를 첨가하고, 가열 리슬러리를 행하여 회색(灰色) 고체 6.5g을 얻었다. 얻어진 회색 고체에 THF 650g, 활성탄 0.7g을 첨가하여, 실온에서 1시간 교반하였다. 그 후 셀라이트(sellite) 여과를 행하였다. 여과액을 감압 농축하여 백색 고체 6.0g을 얻었다. 또한 얻어진 백색 고체에 대하여 THF와 메탄올에 의해 정석 정제를 행하여 화합물 5를 2.5g 얻었다.
FD-MS, m/z 487[M]+, 융점 274℃
<실시예 4>
(화합물 33의 합성)
질소 기류하, 1000㎖ 3구 플라스크에 염화시아누르 25.0g(0.135mol), THF 110㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 브롬화페닐마그네슘/THF 용액 344㎖(0.371mol)를 20분 동안 적하하여, 그 후 실온에서 2.5시간 교반하였다. 물 200㎖, 톨루엔 150㎖를 첨가하여, 교반한 후 유기층과 수층으로 분획하였다. 유기층을 100㎖의 물로 3회 세정한 후, 얻어진 유기층을 황산마그네슘으로 탈수하여, 황산마그네슘을 여과 분별한 후, 용매를 감압 증류 제거하여 황색 고체 30.5g을 얻었다. 얻어진 황색 고체에 메탄올 145g을 첨가하고, 가열 리슬러리를 행하여 담황색 고체 21.0g(0.078mol, 수율 58.1%)을 얻었다.
다음으로, 질소 기류하, 1000㎖ 3구 플라스크에 카르바졸 18.8g(0.112mol), THF 125㎖를 첨가하여 교반하였다. 빙욕에 의해 0℃까지 냉각한 후 n-부틸리튬/n-헥산 용액 85㎖(0.135mol)를 15분 동안 적하하였다. 그 후 실온으로 되돌리고, 20분간 교반하여 리튬 시약을 조제하였다. 다음으로, 질소 기류하, 500㎖ 3구 플라스크에 상기의 담황색 고체 20.0g(0.075mol), THF 120㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 미리 조제한 리튬 시약을 적하하였다. 적하 후, 과열 환류하, 23시간 교반하였다. 실온까지 냉각한 후, 물 200㎖, 메탄올 65㎖를 첨가하여, 교반을 행한 후 석출물을 여과 채취하여 황색 고체 18.3g을 얻었다. 얻어진 황색 고체에 대하여 클로로포름과 메탄올로 정석 정제를 행하여 화합물 33을 6.6g(0.017mol, 수율 22.1%) 얻었다.
APCI-MS, m/z 399 [M+H]+, 융점 286℃
<실시예 5>
(화합물 34의 합성)
질소 기류하, 500㎖ 3구 플라스크에 카르바졸 19.0g(0.114mol), THF 120㎖를 첨가하여 교반하였다. 빙욕에서 0℃까지 냉각하고, n-부틸리튬/n-헥산 용액 72㎖(0.114mol)를 30분 동안 적하하였다. 그 후 실온에서 30분간 교반하여 리튬 시약을 조제하였다. 다음으로, 질소 기류하, 1000㎖ 3구 플라스크에 염화시아누르 20.0g(0.108mol), THF 120㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 미리 조제한 리튬 시약을 30분 동안 적하하였다. 적하 후 실온에서 1.0시간 교반하였다. 그 후, 물 240㎖를 첨가하여, 석출한 백색 고체를 여과 채취하였다. 얻어진 고체를 메탄올과 톨루엔에 의해 재결정 정제하여 백색 고체 19.0g(0.0603mol, 수율 95.4%)을 얻었다.
다음으로 2000㎖ 3구 플라스크에 상기의 백색 분말 14.0g(0.0444mol), 2-비페닐보론산 21.1g(0.107mol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 2.8g(0.0018mol), 에탄올 140㎖, 톨루엔 420㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 탄산나트륨 35.0g의 수(168㎖)용액을 첨가하여, 90℃로 하룻밤 교반하였다. 일단, 실온까지 냉각한 후, 물 200㎖, 톨루엔 200㎖를 첨가하여, 교반한 후 유기층과 수층으로 분획하였다. 유기층을 200㎖의 물로 3회 세정하고, 그 후 얻어진 유기층을 황산마그네슘으로 탈수하여, 황산마그네슘을 여과 분별한 후 용매를 감압 증류 제거하였다. 그 후, 클로로포름, 톨루엔에 의한 재결정을 행하여 백색 분말상의 화합물 34를 7.40g(0.0134mol, 수율 30.3%) 얻었다.
FD-MS, m/z 551[M+H]+, 융점 227℃
<실시예 7>
(화합물 36의 합성)
질소 기류하, 500㎖ 3구 플라스크에 수소화나트륨 2.69g(0.066mol), DMF 50㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 N-(4-카르바졸릴페닐)페닐아민 20.0g(0.060mol)의 DMF(100㎖) 용액을 적하한 후 실온에서 30분간 교반하였다. 다음으로, 4,6-디클로로-2-메틸티오피리미딘 4.86g(0.025mol)의 DMF(50㎖) 용액을 적하하였다. 적하 후 50℃에서 2.5시간 교반하였다. 실온까지 냉각 후, 물 200㎖를 첨가하여 교반을 행하고, 석출한 고체를 여과 채취하여 적색 고체 18.8g을 얻었다. 얻어진 적색 고체에 톨루엔 200g을 첨가하고, 가열 리슬러리 정제에 의해 백색 고체 13.2g(0.017mol, 수율 66.8%)을 얻었다.
다음으로, 질소 기류하, 500㎖ 3구 플라스크에 상기의 백색 고체 12.0g(0.015mol), [1,2-비스(디페닐포스피노)에탄]디클로로니켈(Ⅱ) 0.16g(0.0003mol), 톨루엔 100㎖를 첨가하여, 10분간 교반하였다. 이것에 브롬화페닐마그네슘/THF 용액 21.1㎖(0.023mol)를 첨가하여, 60℃에서 1시간 교반하였다. 그 후 실온으로 되돌리고, 1M 염산 100㎖를 첨가해, 교반하고, 석출한 고체를 여과 채취하여 적색 고체 9.6g을 얻었다. 얻어진 적색 고체를 THF로 재결정을 행하여 화합물 36을 3.7g(0.0045mol, 수율 29.7%) 얻었다.
APCI-MS, m/z 821[M+H]+, 융점 293℃
<실시예 8>
(화합물 37의 합성)
질소 기류하, 500㎖ 3구 플라스크에 카르바졸 20.0g(0.120mol), THF 120㎖를 첨가하여 교반하였다. 빙욕에서 0℃까지 냉각한 후 n-부틸리튬/n-헥산 용액 80㎖(0.127mol)를 30분 동안 적하하였다. 그 후 실온으로 되돌리고, 20분간 교반하여 리튬 시약을 조제하였다. 다음으로, 질소 기류하, 1000㎖ 3구 플라스크에 염화시아누르 11.0g(0.0599mol), THF 120㎖를 첨가하여 교반하였다. 그리하여, 미리 조제한 리튬 시약을 30분 동안 적하하였다. 적하 후 60℃로 1.5시간 교반시켰다. 실온까지 냉각한 후, 물 200㎖를 첨가하여, 석출한 백색 고체를 여과 채취하였다. 얻어진 고체를 메탄올 가열 리슬러리 정제하여 백색 고체 16.0g(0.0359mol, 수율 59.9%)을 얻었다.
다음으로, 2000㎖ 3구 플라스크에 상기의 백색 고체 10.0g(0.0224mol), m-터페닐-2'-보론산 7.38g(0.0269mol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 1.7g(0.0011mol), 에탄올 100㎖, 톨루엔 400㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 탄산나트륨 8.55g의 수(40㎖)용액을 첨가하여 90℃로 하룻밤 교반하였다. 일단, 실온까지 냉각한 후 물 200㎖, 톨루엔 500㎖를 첨가해 교반하여 유기층과 수층으로 분획하였다. 유기층을 200㎖의 물로 3회 세정하고, 그 후, 얻어진 유기층을 황산마그네슘으로 탈수를 행하여, 황산마그네슘을 여과 분별한 후 용매를 감압 증류 제거하였다. 그 후, THF, 톨루엔으로 가열 리슬러리 정제를 행하여 백색 분말상의 화합물 37을 3.10g(0.00485mol, 수율 21.7%) 얻었다.
FD-MS, m/z 640[M+H]+, 융점 307℃
<실시예 9>
(화합물 38의 합성)
질소 기류하, 1000㎖ 3구 플라스크에 염화시아누르 20.9g(0.113mol), THF 200㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 브롬화페닐마그네슘/THF 용액 100㎖(0.108mol)를 20분 동안 적하하여, 그 후 실온에서 2.5시간 교반하였다. 물 200㎖, 톨루엔 100㎖를 첨가하여, 교반한 후 유기층과 수층으로 분획하였다. 유기층을 100㎖의 물로 3회 세정한 후, 얻어진 유기층을 황산마그네슘으로 탈수하여, 황산마그네슘을 여과 분별한 후 용매를 감압 증류 제거하였다. 그 후, 메탄올로 리슬러리 정제하여 담황색 고체 13.9g(0.061mol, 수율 54.4%)을 얻었다.
다음으로, 질소 기류하, 300㎖ 3구 플라스크에 N-(4-카르바졸릴페닐)페닐아민 15.0g(0.041mol), THF 150㎖를 첨가하여 교반하였다. 빙욕에서 0℃까지 냉각한 후 n-부틸리튬/n-헥산 용액 30㎖(0.049mol)를 15분 동안 적하하였다. 그 후 실온으로 되돌리고, 30분간 교반하여 리튬 시약을 조제하였다. 다음으로, 질소 기류하, 1000㎖ 3구 플라스크에 상기의 담황색 고체 4.2g(0.018mol), THF 250㎖를 첨가하여 교반하였다. 이것에 미리 조제한 리튬 시약을 적하하였다. 적하 후 가열 환류하 4.5시간 교반하였다. 실온까지 냉각한 후, 물 200㎖를 첨가하고, 발생한 고체를 여과 채취하여 담황색 고체 14.4g을 얻었다. 얻어진 담황색 고체를 아세트산에틸로 리슬러리 정제하여 백색 고체 13.1g을 얻었다. 또한 얻어진 백색 고체에 대하여, 디클로로메탄과 에탄올에 의해 정석 정제를 행하여 화합물 38을 10.0g(0.012mol, 수율 66.7%) 얻었다.
APCI-MS, m/z 822[M+H]+, 융점 258℃
<실시예 10>
도 1에 있어서, 전자 주입층을 추가한 구성의 유기 EL 소자를 작성하였다. 막 두께 150㎚의 산화인듐주석(ITO)으로 이루어지는 양극이 형성된 유리 기판상에, 각 박막을 진공 증착법으로 진공도 4.0×10-4Pa로 적층시켰다. 우선, ITO상에 정공 주입층으로서 동프탈로시아닌(CuPC)을 25㎚의 두께로 형성하였다. 다음으로, 정공 수송층으로서 NPB를 40㎚의 두께로 형성하였다. 다음으로, 정공 수송층상에, 발광층의 주성분으로서 화합물 2를, 게스트제(인광 발광 도펀트)로서 Ir(ppy)3을, 다른 증착원으로부터 공증착하여 40㎚ 두께의 발광층을 형성하였다. Ir(ppy)3의 농도는 7.0%였다. 다음으로, 전자 수송층으로서 Alq3을 20㎚의 두께로 형성하였다. 또한 전자 수송층상에 전자 주입층으로서 불화리튬(LiF)을 0.5㎚의 두께로 형성하였다. 마지막으로, 전자 주입층상에, 전극으로서 알루미늄(Al)을 170㎚의 두께로 형성하여 유기 EL 소자를 작성하였다.
얻어진 유기 EL 소자에 외부 전원을 접속하여 직류 전압을 인가한 바, 표 8과 같은 발광 특성을 가지는 것이 확인되었다. 표 8에 있어서, 휘도, 전압, 발광 효율, 및 휘도 반감 시간은 10mA/㎠에서의 값을 나타낸다. 또한 소자 발광 스펙트럼의 극대 파장은 517㎚이고, Ir(ppy)3으로부터의 발광이 얻어지고 있는 것을 알 수 있었다.
<실시예 11>
발광층의 주성분으로서, 화합물 3을 사용한 것 이외에는 실시예 10과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 작성하였다.
<실시예 12>
발광층의 주성분으로서, 화합물 5를 사용한 것 이외에는 실시예 10과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 작성하였다.
<비교예 1>
발광층의 주성분으로서, 하기 화합물(H-1)을 사용한 것 이외에는 실시예 10과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 작성하였다.
유기 EL 소자의 발광 특성을 정리하여 표 8에 나타낸다.
Figure 112009063002992-PCT00018
Figure 112009063002992-PCT00019
<실시예 13>
막 두께 110㎚의 산화인듐주석(ITO)으로 이루어지는 양극이 형성된 유리 기판상에 각 박막을 진공 증착법으로 진공도 4.0×10-4Pa로 적층시켰다. 우선, ITO상에 정공 주입층으로서 동프탈로시아닌(CuPC)을 30㎚의 두께로 형성하였다. 다음으로, 정공 수송층으로서 NPB를 80㎚의 두께로 형성하였다. 다음으로, 정공 수송층상에, 발광층의 주성분으로서 화합물 2와 발광층의 게스트제로서 청색 인광 재료인 이리듐 착체[이리듐(Ⅲ)비스(4,6-디-플루오로페닐)-피리디나토-N,C2']피콜리네이트](FIrpic)를 다른 증착원으로부터 공증착하여 35㎚의 두께로 발광층을 형성하였다. FIrpic의 농도는 8.0%였다. 다음으로, 전자 수송층으로서 Alq3을 25㎚의 두께로 형성하였다. 또한 전자 수송층상에, 전자 주입층으로서 불화리튬(LiF)을 0.5㎚의 두께로 형성하였다. 마지막으로, 전자 주입층상에, 전극으로서 알루미늄(Al)을 170㎚의 두께로 형성하고, 도 1에 나타내는 소자 구성예의 음극과 전자 수송층 사이에 전자 주입층을 추가한 구성의 유기 EL 소자를 작성하였다.
얻어진 유기 EL 소자에 외부 전원을 접속하여 직류 전압을 인가한 바, 표 9와 같은 발광 특성을 가지는 것이 확인되었다. 표 9에 있어서, 휘도, 전압, 및 발광 효율은 10mA/㎠에서의 값을 나타낸다. 또한 소자 발광 스펙트럼의 극대 파장은 470㎚이고, FIrpic으로부터의 발광이 얻어지고 있는 것을 알 수 있었다.
<실시예 14~21>
발광층의 주성분으로서, 화합물 3, 화합물 5, 화합물 33, 화합물 34, 화합물 36, 화합물 37, 또는 화합물 38을 사용한 것 이외에는 실시예 13과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 작성하였다. 표 9에 발광층의 주성분으로서 사용한 화합물과 발광 특성을 나타낸다.
<비교예 2>
발광층의 주성분(호스트제)으로서, H-1을 사용한 것 이외에는 실시예 13과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 작성하였다. 표 9에 발광 특성을 나타낸다.
Figure 112009063002992-PCT00020
본 발명의 유기 EL 소자용 화합물은, 밸런스가 좋은 뛰어난 양 전하 주입 수송 특성을 나타내면서, 인광 발광 분자의 최저 여기 삼중항 에너지를 가두는데에 충분히 높은 최저 여기 삼중항 에너지를 가지고 있기 때문에, 저전압 구동이면서 고휘도의 유기 EL 소자를 실현하였다. 그와 더불어, 상기 화합물은 뛰어난 전기 화학적 안정성과 열안정성을 나타내고, 더 양호한 아모퍼스 특성을 나타내기 때문에, 상기 화합물을 포함하는 유기 EL 소자는 뛰어난 구동 안정성을 나타내는 내구성을 겸비한다. 본 발명의 유기 EL 소자는, 발광 특성, 구동 수명, 및 내구성에 있어서, 실용상 만족할 수 있는 수준에 있어, 플랫 패널 디스플레이(휴대전화 표시 소자, 차재(車載) 표시 소자, OA 컴퓨터 표시 소자나 텔레비전 등), 면 발광체로서의 특 징을 살린 광원(조명, 복사기의 광원, 액정 디스플레이나 계기류의 백라이트 광원), 표시판이나 표식등 등에의 응용에 있어서 그 기술적 가치는 큰 것이다.

Claims (9)

  1. 일반식(1)로 표현되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자용 화합물.
    Figure 112009063002992-PCT00021
    여기서, X는 치환 혹은 미치환의 메틴 또는 질소를 나타내고, Ar1~Ar3은 독립적으로 치환 혹은 미치환의 방향족 탄화수소기 또는 치환 혹은 미치환의 방향족 복소환기를 나타내며, Ar2와 Ar3은 결합하고 있는 질소와 함께 질소함유 복소환을 형성해도 된다. m 및 n은 1 또는 2의 정수를 나타내고, m과 n의 합계는 3이다.
  2. 제1항에 있어서,
    하기 일반식(2)로 표현되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자용 화합물.
    Figure 112009063002992-PCT00022
    여기서, X는 독립적으로 치환 혹은 미치환의 메틴 또는 질소를 나타내고, Y는 독립적으로 치환 혹은 미치환의 메틴을 나타내며, Ar2와 Ar3은 각각 독립적으로 치환 혹은 미치환의 방향족 탄화수소기 또는 치환 혹은 미치환의 방향족 복소환기를 나타내고, Ar2와 Ar3은 결합하고 있는 질소와 함께 질소함유 복소환을 형성해도 된다.
  3. 제1항에 있어서,
    일반식(1)에 있어서, Ar2, Ar3이 독립적으로 페닐기, 나프틸기, 페난트릴, 피리딜기, 피리미딜기, 또는 트리아질기의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자용 화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    일반식(1)에 있어서, -NAr2Ar3이 N-카르바졸릴기, N-페녹사지닐기, N-페노티아지닐기, 또는 N-β-카르볼리닐기의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자용 화합물.
  5. 제2항에 있어서,
    일반식(2)에 있어서, 환 C를 구성하는 X 및 Y가 치환 혹은 미치환의 메틴인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자용 화합물.
  6. 제2항에 있어서,
    일반식(2)에 있어서, 환 A를 구성하는 X가 질소 또는 미치환의 메틴인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자용 화합물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 유기 전계 발광 소자용 화합물을 포함하는 유기층을 가지는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유기층이 발광층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 정공 저지 소자층으로부터 선택되는 적어도 하나의 층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유기층이 인광 발광 도펀트를 함유하는 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
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