新規な有機化合物及びこれを利用した有機発光素子
【課題】新規の有機発光素子の有機物層の材料用化合物、及び該化合物を含む有機発光素子を提供する。
【解決手段】下記化学式の化合物:
前記化学式の化合物は置換基によって有機発光素子で正孔注入、正孔輸送、発光、電子輸送、電子注入などの役割をする。また、第１電極、１層以上でなされた有機物層及び第２電極を順次に積層された形態で含む有機発光素子として、前記有機物層のうちで少なくとも一層は前記化学式の化合物を含むことを特徴とする有機発光素子。
【解決手段】下記化学式の化合物:
前記化学式の化合物は置換基によって有機発光素子で正孔注入、正孔輸送、発光、電子輸送、電子注入などの役割をする。また、第１電極、１層以上でなされた有機物層及び第２電極を順次に積層された形態で含む有機発光素子として、前記有機物層のうちで少なくとも一層は前記化学式の化合物を含むことを特徴とする有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は新規な有機化合物及びこれを利用した有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に有機発光現象とは、有機物質を利用して電気エネルギーを光エネルギーに転換させる現象を言う。すなわち、正極と負極との間に有機物層を位置させた時に、二つの電極との間に電圧をかけるようになると、正極では正孔が、負極では電子が有機物層に注入されるようになる。注入された正孔と電子が会った時エキシトン(exciton)が形成されて、このエキシトンが再び底の状態に落ちる時に輝くようになる。
【０００３】
このように両電極から注入された電荷の結合によって発生する有機発光の現象外に、外部電極から正孔と電子が注入されないで、一般的な無機薄膜発光素子のように交流電圧を加えて両方性電荷生成層が正孔と電子を生成して有機薄膜層に移動して光が出ることもできる(Appl. Phys. Lett., ８５(１２)、２３８２-２３８４)。
【０００４】
有機発光素子(ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Display Device)に対しては、１９６３年ポップ(POPE)、カルマン(KALLMAN)などがアントラセン単結晶(anthracene Single Crystal)で電界発光を発見した以後、現在まで活発な研究がなされている。最近には、有機発光素子が平板ディスプレー装置または照明器具などに使用されている。このような有機発光素子は、ディスプレーとしての性能が向上して応用製品が開発されるなど非常に急速に発展している。
【０００５】
有機発光素子を效率的に作るためのひとつの方法として、素子内の有機物層を単層(monolayer)の代わりに多層構造で製造する研究が進行されて来た。現在使用される大部分の有機発光素子は電極と有機物層とが蒸着された構造を有しているが、前記有機物層が正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層などでなされた多層構造であることが多く使用されている。
【０００６】
有機発光素子は高輝度、高效率、低い駆動電圧、色相変化の容易、低い価格などの特徴を有するものとして知られている。しかし、前記のような特徴を満足させるためには素子内の有機物層をなす各層、例えば正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層がさらに安定して效率的な材料によって構成されることが先行されなければならない。
【０００７】
前記のような多層構造の有機発光素子の発光效率を高める方法として発光ホストに蛍光性化合物をドーピング(doping)する方法が知られている。タング(Tang)などの文献[J. Appl. Phys. vol. ６５(１９８９)、 p. ３６１０]にはクマリン色素やピラン誘導体などの量子效率が高い蛍光性化合物を発光ホストと微量混合することで、発光效率を向上することができるということを記載している。このような場合、使用する蛍光性化合物の種類によって願う波長の光を得ることができる。しかし、電子輸送物質として、Alq３を利用する場合、高輝度を得るために駆動電圧を高めると、ドーピングした蛍光性化合物の発光外にAlq３の緑発光が観測されて、特別に青色を発光させる場合には色純度の低下が問題になる。このような理由は、電子輸送物質として使用されたAlq３のＨＯＭＯ(highest occupied molecular orbital)とＬＵＭＯ(lowest unoccupied molecular orbital)との間のバンド間隔が狭くて発光層からAlq３にエキシトンディフュージョン(exciton diffusion)が生じて、これによってAlq３で発光が生じるからであるものとして知られている。
【０００８】
有機発光素子の発光效率を高めるもう一つの方法として、３-(４-ビフェニルイル)-４-フェニル-５-(４-tert-ブチルフェニル)-１、２、４-トリアゾール(TAZ)、バトクプロイン(BCP)などの正孔阻止(hole block)材料を利用する方法が報告されたことがある(Jpn. J. Appl. Phys. Part２、 １９９３、 ３２、 L９１７)。しかし、前記材料らは耐久性が良くなくて、特別に高温保存で連続発光時に素子の劣化現象が大きい問題点がある。また、前記材料は発光層と別途の層で構成しなければならないし、ＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間のバンド間隔が大きいために前記材料を使用する場合、駆動電圧が高くなる問題点がある。
【０００９】
前記のような従来技術の問題点を乗り越えて、有機発光素子の特性をさらに向上するために、有機発光素子で使用されることができるさらに安定的で效率的な材料に対する開発がずっと要求されている。
【発明の詳細な説明】
【００１０】
技術的課題
本発明者らは有機発光素子の耐久性及び/または效率性のために正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入、正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割のうちでいずれか一つ以上の役割を遂行することができる有機物質を下記化学式１で表示される環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造を利用して分子設計しようとする。
【００１１】
技術的解決方法
本発明は下記化学式１の化合物を提供する:
【化１】
前記式において、
AはBまたはNであり、
XはNまたはCR０であり、ここでR０は水素(H)、ハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の異形環基で構成された群から選択されるものであり、
Y、Y'及びY''は環員としてA及びXを含む５員芳香族異形環または環員としてA及びXを含む６員芳香族異形環を含む置換または非置換芳香族複素環であり、Y、Y'及びY''は同一であるか相異であることができる。
【００１２】
前記Y、Y'及びY''において置換基は１個以上で、お互いに同一であるか相異であることができるし、それぞれハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の異形環基で構成された群から選択されて、ここで接した置換基はお互いに縮合環を形成することができる。
【００１３】
また、本発明は第１電極、１層以上でなされた有機物層及び第２電極を順次に積層された形態で含む有機発光素子として、前記有機物層のうちで少なくとも一層は前記化学式１の化合物を１種以上含むことを特徴とする有機発光素子を提供する。
以下で本発明に関して詳しく説明する。
本発明は前記化学式１の化合物を提供する。
化学式１で表示される化合物は環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造を含む有機物質として、前記三量体(trimer)を構成する各単位体(unit)自体の種類または前記単位体の置換基によって有機発光素子で正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入、正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割をすることができる。ここで、正極と正孔注入層との間の緩衝役割とは、正極と正孔注入層との間の界面の接触が良くないか、または正孔注入層に直接正孔注入がよくなされない時に必要である。正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入、正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割などをすることができる化合物らは多数公知されているし、概して置換または非置換された芳香族またはヘテロ芳香族基を含んでいる。
【００１４】
言い換えれば、環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造を含む化学式１の有機物質で前記三量体(trimer)を構成する各単位体(unit)自体の種類または前記単位体の置換基のみを異にすることで、正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入及び正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割などをする化合物らをすべて製造することができる。今まで本発明のように各単位体(unit)自体の種類または置換基のみを異にすることで、有機発光素子の有機物層に必要な役割をすることができる化合物らをすべて製造することができる化合物の基本構造に対しては、どの文献にも開示されたところない。
【００１５】
正孔注入役割をすることができる有機物質は、正極からの正孔注入を容易にすることで、正極からの正孔注入のための適切なイオン化エネルギー(ionization potential)、正極との高い界面接着力、可視光領域での非吸水性などの特性を有することが望ましくて、例えば、正孔注入可能な単位体または置換基としては、金属ポルフィリン、オリゴチオフェン、アリールアミン系列の有機物、ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン、キナクリドン(quinacridone)系列の有機物、ペリレン(perylene)系列の有機物、アントラキノン及びポリアニリンとポリチオフェン系列の伝導性高分子またはドーパント(dopant)のような伝導性高分子などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
【００１６】
正孔伝達役割をすることができる有機物質は高い正孔移動度(hole mobility)を有して電子ブロッキング(blocking)のために高いＬＵＭＯ準位を有することが望ましくて、例えば、正孔伝達可能な単位体または置換基としては、アリールアミン系列の有機物、伝導性高分子、及び共役部分と非共役部分がともにあるブロック共重合体などがあるが、これらのみに限定されるものではない。さらに具体的な例としては、トリアリールアミン(triarylamine)誘導体、巨大な芳香族基(bulky aromatic group)を有するアミン、スターバースト芳香族アミン(starburst aromatic amine)、スピロフルオレン(spirofluorene)を有するアミン、クロスリンクされたアミン(crosslinked amine)、アントラセン係化合物などがある。
【００１７】
電子伝達の役割をすることができる有機物質は電子吸引体を保有している化合物として、例えば電子伝達可能な単位体または置換基としては、シアノ基、オキサジアゾール、トリアゾールのように共鳴によって電子を吸引する作用基を含んでいる化合物などがある。具体的な例としては、８-ヒドロキシキノリンのAl錯体と、Alq３を含んだ錯体と、有機ラジカル化合物と、ヒドロキシフラボン-金属錯体などがあるが、これのみに限定されるものではない。
【００１８】
発光役割をすることができる有機物質は正孔及び電子を収容及び結合させて光を発生することができる部分(moieties)を有する化合物として、蛍光材料、燐光材料があり、例えば、発光可能な単位体または置換基としては、８-ヒドロキシキノリンアルミニウム錯体(Alq３)と、カルバゾール系列化合物と、二量体化スチリル(dimerized styryl)化合物と、BAlqと、１０-ヒドロキシベンゾキノリン-金属化合物と、ベンズオキサゾール、ベンゾチアゾール及びベンゾイミダゾール系列の化合物と、ポリ(p-フェニレンビニレン)系列の高分子と、ポリフェニレンビニレン(ＰＰＶ)系列の高分子と、スピロ(spiro)化合物と、ポリフルオレン、ルブレン、アントラセン係化合物などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
【００１９】
一方、前記化学式１で表示される環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造を利用して分子設計された有機物質は、前記三量体(trimer)の単量体で構成された有機物質より分子量が大きい。よって、熱的安全性が高くて、これにより有機発光素子の有機層に使用時に素子の耐久性を向上することができる。また、発光層に使用される単量体有機物質を三量体化すると、分子量が大きくなって長波長に波長移動(例、blue->red)になった有機物質を得ることができる。さらに、化学式１の化合物は三量体化された構造として前記三量体(trimer)を構成する各単量体に比べてＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間の適切なバンド間隔とエネルギー値を有するようにして駆動電圧を低めることができる。
【００２０】
また、前記化学式１で表示される環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造のうちで３個のヘテロ原子(A)を含む飽和された６原子環はフラット(flat)な芳香族環と異なり、シクロヘキサンと類似の非平面構造(例、椅子型)をなす。これにより、前記６原子環に対称的に結合された３個の単位体
【化２】
はお互いに対称的に拗じれた状態で非平面相のプロペラ形態を形成して３個の単位体間の立体障害が緩和されることができる。また、前記三量体(trimer)の各単位体(主に置換または非置換された芳香族化合物)が単量体として存在する場合、芳香族化合物は平面(flat)形態でお互いに積層されて分子間の相互作用をするが、前記単量体らが化学式１の骨格構造で三量体化されると、無定形(amorphous)の特性をさらによく発揮して、有機発光素子の作動時に発生するジュール(Joule)熱で惹起される決定化による素子の破壊を防止することができる。また、前記化学式１で表示される環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造は非平面上の６原子環に３個の単位体が対称的に結合されていて、あまり平面的ではないのに、規則的な(ordering)有機物質を設計することができる。このような特徴は正孔伝達層または電子伝達層に使用される有機材料に有用することができる。
【００２１】
化学式１で表示される環状の三量体(trimer)は飽和された６原子環によって単位体の間にコンジュゲーション(conjugation)が延長されなくて、各単位体はお互いに独立的な機能をすることができるから、個別的に考慮することができるし、分子設計が容易である。例えば、各単位体はお互いに相異な機能を遂行する単量体らから来由されることができる。また、発光層に使用される有機物質を単量体にして化学式１のようにメタ(meta)位置で環状で三量体化させると、分子量増加による長波長で波長移動時、前記単量体を線形で連結したポリマーに比べて、飽和された６原子環によってコンジュゲーション(conjugation)が連結されなくて、波長移動幅を小さく調節することができる。
【００２２】
前記化学式１において、Aは窒素(N)であることが望ましい。
前記化学式１において、Xは窒素(N)であることが望ましい。
前記化学式１において、Y、Y’、Y”に結合された置換基でアルキル基が含まれる場合、アルキル基の長さは化学式１の化合物が正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入、正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割を遂行するにおいて、大きく影響を及ぼさない。電子素子で吸光または発光は作用化合物の共役長さ(conjugation length)によって影響を受けることができる。しかし、化合物中に含まれているアルキル基の長さは化合物の共役長さには影響を及ぼさないから化合物の波長や素子の特性には直接的に影響を及ぼさないで、単に、付随的に化合物の有機発光素子への適用方法、例えば、真空蒸着法または溶液塗布法の適用に影響を及ぼすことができる。よって、化学式１の構造に含まれることができるアルキル基の長さは特別に制限されない。
【００２３】
前記化学式１の化合物の一例としては、下記化学式２の化合物がある。
【化３】
前記式において、
A及びXは前記化学式１での定義のようであり、
R１ないしR６はお互いに同一であるか、または相異なものであり、それぞれ水素、ハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の異形環基で構成された群から選択されて、ここで前記R１とR２、R３とR４及びR５とR６はお互いに縮合環を形成することができる。
【００２４】
前記化学式１の化合物のまた他の例としては、下記化学式３の化合物がある。
【化４】
前記式において、
A及びXは前記化学式１での定義のようであり、
R１ないしR１８はお互いに同一であるか、または相異なものであり、前記化学式２でのR１ないしR６の定義のようであり、ここでR１ないしR１８はそれぞれお互いに接した置換基と縮合環を形成することができる。
【００２５】
以下で前記化学式１ないし３に記載した置換基(例、R０ないしR１８)の例を具体的に説明するが、これらのみに限定されるものではない。
【００２６】
前記ハロゲン原子の例としては、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨード(I)などがある。
【００２７】
前記アルキル基としては、炭素数が１〜２０であることが望ましくて、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基などの直鎖アルキル基及びイソプロピル基、t-ブチル基などの分枝鎖アルキル基がある。
【００２８】
前記アリール基としては、フェニル基などの単環式芳香族環及びナフチル、アントリル、ピレン、ペリレンなどの多環式芳香族環などを挙げることができる。
【００２９】
前記アラルキル基としては、フェニル、ビフェニル、ナフチル、テルフェニル(terphenyl)、アントリル、ピレル、ペリレンなどのような芳香族炭化水素に置換された炭素数１〜２０であるアルキル基を挙げることができる。
【００３０】
前記アリールアミン基はフェニル、ビフェニル、ナフチル、テルフェニル、アントリル、ピレン、ペリレンなどのような芳香族炭化水素に置換されたアミン基を挙げることができる。
【００３１】
前記アルキルアミン基は炭素数１〜２０である脂肪族炭化水素に置換されたアミン基を挙げることができる。
【００３２】
前記アラルキルアミン基はフェニル、ビフェニル、ナフチル、テルフェニル、アントリル、ピレン、ペリレンなどの芳香族炭化水素と炭素数１〜２０である脂肪族炭化水素に置換されたアミン基を挙げることができる。
【００３３】
前記異形環基ではピロールイル(pyrrolyl)基、チエニル基、インドール基、オキサゾール基、イミダゾール基、チアゾール基、ピリジル基、ピリミジン基、ピペラジン基、チオフェン基、フラン基、ピリダジニル基などがある。
【００３４】
化学式２及び３において、R１ないしR１８がお互いに接した置換基と形成する縮合環(fused ring)としては、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、オキサゾール、イミダゾール、チアゾール、ピリジン(Pyridine)、ピリジン(Pyrizine)、ベンゼン、ナフタリン、ピラジン、キノリン、キナゾリン、フェナントロリン、クプロイン、アントラキノン、ベンゾキノン、キノン、アクリジンなどがある。
【００３５】
また、前記R０ないしR１８のうち置換されたアルキル基、アリール基、アラルキル基、アリールアミン基、アルキルアミン基、アラルキルアミン基及び異形環基は、それぞれフッ素、塩素、臭素、ヨードなどのハロゲン原子、ニトリル基、ニトロ基、ホルミル基、アセチル基、アリールアミン基、アルキルアミン基、アラルキルアミン基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ピレン基、ペリレン基、ピリジル基、ピリダジル(pyridazyl)基、ピロールイル基、イミダゾールイル(imidazolyl)基、キノリル(quinolyl)基、アントロン基、アクリドン基、アクリジン基などに置換されたものであることがある。
【００３６】
前記化学式１の化合物の具体的な例としては、下記化学式１-１ないし化学式１-４６の化合物があるが、これらのみに限定されるものではない。
【化５】
【化６】
【化７】
【化８】
【化９】
【化１０】
【化１１】
【化１２】
【化１３】
【化１４】
【００３７】
前記式において、nは１ないし６の定数である。
【化１５】
【００３８】
前記式において、nは１以上の定数である。
【化１６】
【００３９】
前記式において、nは１以上の定数である。
【化１７】
【００４０】
また、前記化学式１の化合物(例、化学式１-１と１-３５)は燐光有機発光素子の発光層で燐光ドーパントとともに使用されることができる燐光ホストとしても使用されることができる。
【００４１】
一方、下記実施例１を通じて前記化学式１-１の化合物は電子注入及び伝達をすることができる物質であることを分かって、n-type物質であることを間接的に確認することができる。よって、化学式１-１の化合物を分子の中心骨格(core)として有する化合物も電子注入及び伝達をすることができるということが分かる。化学式１-１の三量体(trimer)化合物を構成する各単量体(ベンツイミダゾール)単独としては、ＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間のバンド間隔が大きくて、電子移動度(mobility)がないし、分子量が小さくて昇華されて有機発光素子の有機物層に適用することができない。しかし、このような単量体を利用して化学式１で表示される環状の三量体(trimer)を形成させると、分子量を増加させることができるし、ＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間のバンド間隔も小さくすることができて、電子移動度(mobility)を有するようにすることができる。よって、正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入、正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割などができない化合物であっても、これを単量体にして化学式１のような環状の三量体(trimer)を形成させて、前記のような役割をすることができるようにすることもできる。
【００４２】
一方、化学式１-１２で表示される有機物質は、n-type性質を有する前記化学式１-１の骨格(core)を有しながら一般的にp-type性質を有するようにするアリールアミン基を置換基として導入したことで、正孔伝達物質として使用することができるということを実施例２を通じて確認することができる。よって、前記化学式１の骨格(core)を有する化合物は多くの置換基の性質によってp-type、n-typeまたは両方性を帯びる物質が可能であり、このような性質は通常的に有機発光素子でどのような層で使用されるかを決めるようになる。
【００４３】
前記化学式１の化合物は下記のような出発物質を使って製造することができる。
【化１８】
【００４４】
前記出発物質の具体的で非制限的な例は下記のようである。
【化１９】
【００４５】
前記式らにおいて、A、X及び前記Y、Y'及びY''において、置換基、R１ないしR６は前記化学式１、化学式２または化学式３で定義したようであり、Zはハロゲン原子である。具体的に、Zはフッ素、塩素、臭素、ヨードなどでなされた群から選択されることができる。
【００４６】
本発明の化学式１の化合物は前記出発物質らを三量体化して、必要な場合この三量体(trimer)化合物に置換基を導入して製造されることができる。前記三量体化方法または置換基導入方法は、当技術分野に知られている通常の方法を利用することができるし、合成過程で必要な場合に、溶媒を使用することもできる。例えば、前記出発物質のうちで１種以上の化合物を２００〜３００℃で加熱することで願う三量体(trimer)物質を合成することができる。詳細な製造方法は後述する製造例に例示した。当業者は製造例に例示された製造方法を変更して本発明の化合物を製造することができる。
【００４７】
本発明は第１電極、１層以上でなされた有機物層及び第２電極を順次に積層された形態で含む有機発光素子として、前記有機物層のうちで少なくとも一層は前記化学式１の化合物を１種以上含むことを特徴とする有機発光素子を提供する。
【００４８】
本発明の有機発光素子において、前記化学式１の化合物を含む有機物層は真空蒸着法や溶液塗布法によって形成することができる。前記溶液塗布法の例としては、スピンコーティング、ディップコーティング、ドクターブレイディング、インクジェットプリンティングまたは熱転写法などがあるが、これらのみに限定されない。
【００４９】
前記化学式１の化合物を含む有機物層の厚さは１０μm以下、望ましくは０．５μm以下、さらに望ましくは０．００１〜０．５μmであることが良い。
【００５０】
前記化学式１の化合物は、必要によって今まで知られている正孔注入、正孔輸送、発光、電子輸送、電子注入役割をすることができる他の物質とともに使用されることもできる。
【００５１】
本発明の有機発光素子は有機物層として、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層及び正極と正孔注入層との間の緩衝層などを含む構造を有することができる。しかし、有機発光素子の構造はこれに限定されないで、さらに少ない数の有機物層を含むことができる。
【００５２】
例えば、本発明の有機発光素子の構造は、図１ないし図５に示すような構造を有することができるが、これらのみに限定されるものではない。
【００５３】
図１には基板１０１上に正極１０２、発光層１０５及び負極１０７が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。
【００５４】
図２には基板１０１上に正極１０２、正孔輸送及び発光層１０５、発光及び電子輸送層１０６及び負極１０７が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。
【００５５】
図３には基板１０１、正極１０２、正孔輸送層１０４、発光層１０５、電子輸送層１０６及び負極１０７が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。
【００５６】
図４には基板１０１、正極１０２、正孔注入層１０３、正孔輸送層１０４、発光層１０５、電子輸送層１０６及び負極１０７が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。
【００５７】
図５には基板１０１、正極１０２、正孔注入層１０３、正孔輸送層１０４、発光層１０５、正孔阻止層１０８、電子輸送層１０６及び負極１０７が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。
【００５８】
図１ないし図５に例示された構造において、前記化学式１の化合物によって正孔注入層１０３、正孔輸送層１０４、発光層１０５、正孔阻止層１０８、電子輸送層１０６、正孔輸送及び発光層１０５、及び/または発光及び電子輸送層１０６を形成することができる。
【００５９】
本発明の有機発光素子は前述した図１ないし図５に記載したように正極、多層の有機物層及び負極が順次に積層された構造だけでなく、電極と有機物層の界面に絶縁層または接着層が挿入されることができるし、有機物層のうちで正孔輸送層がイオン化ポテンシャルが相異な２層で構成されることもできる。
【００６０】
本発明の有機発光素子は有機物層のうちで１層以上を本発明の化合物を含むように形成することを除いては、当技術分野に知られている材料及び方法を利用して有機物層及び電極を形成することで製造されることができる。
【００６１】
例えば、基板１０１としては、シリコンウェーハ、石英またはガラス板、金属板、プラスチックフィルムやシートなどが使用されることができる。
【００６２】
正極１０２物質としては、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金のような金属またはこれらの合金と、亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)のような金属酸化物と、ZnO:AlまたはSnO２:Sbのような金属と酸化物の組合と、ポリ(３-メチルチオフェン)、ポリ[３、４-(エチレン-１、２-ジオキシ)チオフェン](PEDT)、ポリピロール及びポリアニリンのような伝導性高分子などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
【００６３】
負極物質としては、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズ及び鉛のような金属またはこれらの合金と、LiF/AlまたはLiO２/Alのような多層構造物質などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
【発明の実施のための最良の形態】
【００６４】
以下の製造例及び実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明する。ただし、実施例は本発明を例示するためのものであり、これによって本発明が限定されるものではない。
【００６５】
製造例１
化学式１-１の化合物の合成(２-クロロベンゾイミダゾールの三量体化)
【化２０】
出発物質である２-クロロベンゾイミダゾール５g(０．０３２７mole)を５０mL長いフラスコ内に入れて、あらかじめ１９５℃で加熱されたオイルバスに入れた。この時、前記出発物質がとけながら直ちに、再び固体に変わる時に塩酸ガスが発生する。ガス放出が止めると、反応混合物を室温まで冷却した後に、生成された固体化合物をニトロベンゼンで再結晶した。これを濾過してエタノール、エーテルで順に洗った後に真空乾燥して白色の化学式１-１で表示される化合物(２．５g、収率５０％)を得た。
前記化合物の分析結果は次のようである。
融点３９１-３９３℃；１H NMR(５００MHz、DMSO-d６)８．５１(d、３H)、７．９６(d、３H)、７．５９(m、６H)；MS[M+１]３４８
【００６６】
製造例２
化学式１-５の化合物の合成(１-ヨード-２-クロロ-４、５-ジシアノ−イミダゾールの三量体化)
【化２１】
出発物質である１-ヨード-２-クロロ-４、５-ジシアノ−イミダゾール１０g(０．０３６mole)を５０mL長い昇華装置フラスコ内に入れて、引き継いで真空状態で連続２回窒素を満たした後、あらかじめ２２０〜２４０℃で加熱されたオイルバスに入れた。５時間の間、この温度を維持したし、この時ハロゲン分解成分であるI２とIClが冷却棒(cold finger)にしずく。常温で再び冷凍させた後、真空状態で窒素を満たした。この時に生成された褐色固体をパウダーに作った後、これに１０％Na２S２O３(４０mL)を入れて常温で３０分間撹拌して濾過した(３回)。この濾過された固体を水で何回洗滌して、真空乾燥して黄褐色の化学式１-５で表示される化合物(２．９２g、収率７０％)を得た。
前記化合物の分析結果は次のようである。
純度９９．６％と、融点>４００℃；１３C NMR(４００MHz、DMSO-d６、ppm)１３５．０、１２３．２、１１０．３、１０６．５、１０６．２
【００６７】
製造例３
化学式１-６の化合物の合成(４、５-ジフェニルイミダゾールの三量体化)
【化２２】
【００６８】
出発物質である４、５-ジフェニルイミダゾール２．０g(０．００９１mol)、ジクロロパラディウム０．０１g、硫黄０．３g、フェニルチオエーテル０．１mL及びフェニルエーテル１０mLを冷却機が連結された５０mL丸い底のフラスコ内に入れた。これを還流反応させて冷却した後、エーテル５０mLを入れて沈澱させた。この沈殿物を減圧濾過器でとり除いて、減圧蒸溜によって濾過液からすべての溶媒をとり除いた。引き継いで、生成物を９０〜１００℃のジオキサン１０mLにとかした後、ここに酢酸１５mLを入れて再結晶した。減圧濾過器で暗い灰色の固体を得た後、昇華精製して緑色が漂う白色の化学式１-６で表示される化合物(０．６g、３０％)を得た。
前記化合物の分析結果は次のようである。
純度９９．６％；融点３６１-３６３℃；１H NMR(４００MHz、DMSO-d６)７．６０-７．６４(m、５H)、７．２３-７．１６(m、５H)；MS[M+１]+６５５、[M]-６５４
【００６９】
製造例４
化学式１-１２の化合物の合成
【化２３】
【００７０】
(１)化学式４aの化合物の合成
メタノール２５mLに出発物質である２-クロロベンゾイミダゾール(０．７６３g、５mmol)がとけている混合物に臭素/メタノール(０．２６mL/５mL)溶液をゆっくり滴加した。そして、この反応混合物を５時間の間室温で撹拌した。反応程度をHPLCで確認後、水２５mLを注いで室温で１８時間撹拌した。この時、生成された沈殿物を濾過して中性になるまで、冷たい水で何回洗滌した後これをメタノール/水(１:１)溶液で再結晶して白色の前記化学式４aの化合物(０．６g、５２．０％)を得た。
前記化合物の分析結果は次のようである。
融点２２８-２３０℃；１H NMR(４００MHz、DMSO-d６)７．７３(s、１H)、７．４９-７．４７(d、１H)、７．３９-７．３６(d、１H)；MS[M+１]+２３１
【００７１】
(２)化学式４bの化合物の合成(５-ブロモ-２-クロロベンゾイミダゾールの三量体化)
出発物質である５-ブロモ-２-クロロベンゾイミダゾール１．１g(４．７mmole)を５０mL長いフラスコ内に入れて、あらかじめ２３０℃で加熱されたオイルバスに入れた。この時、前記出発物質がとけながら直ちに、再び固体に変わる時に塩酸ガスが発生する。ガス放出が止めると、反応混合物を室温まで冷却した後に、生成された固体化合物をニトロベンゼンで再結晶した。これを濾過してエタノール、エーテルで順に洗った後、真空乾燥してアイボリー色の前記化学式４bで表示される化合物(０．４３g、収率４７％)を得た。
前記化合物の分析結果は次のようである。
融点３５４℃；MS[M+１]５８３(isomer)
【００７２】
(３)化学式１-１２の化合物の合成
メシチレン(mesitylene)１０mLと前記化学式４bの化合物(０．４g、０．６８mmol)の混合溶液、Pd２(dba)３ ５０mg(０．００５mmol)、P(t-Bu)３ １７mg(０．０８１mmol)及びNa(t-OBu)０．２８g(３mmol)を冷却機が連結された５０mL丸い底のフラスコ内に順に入れて１２０℃で５時間反応させた。これを室温まで冷凍させた後、トルエン２０mLと水３０mLを入れて層分離して有機層をMgSO４で乾燥して減圧蒸溜ですべての溶媒をとり除いた後、管クロマトグラフィーで分離してエタノールで洗滌して白色の化学式１-１２の化合物(２００mg、３０％)を得た。
融点≧３５０℃；１H NMR(５００MHz、DMSO-d６)８．２７-８．１５(m、１H)、８．０９-７．７４(m、３H)、７．６３-７．１６(m、８H)、６．９７-６．８６(m、３H)；MS[M+１]１０００
【００７３】
製造例５
化学式１-４６の化合物の合成
【化２４】
【００７４】
(１)化学式５b(２-クロロペリミジン)の化合物の合成
精製された１、８-ジアミノ−ナフタレン(１．７g、１０．７mmol)を薄い塩酸溶液(０．５N)３０mLに入れた後、加熱して完全にとかした。ここに試案化ナトリウム(０．７g１０．７mmol)水溶液１０mLをゆっくり加えた結果、赤い色の沈澱が生じた。これを１時間加熱後に冷却して沈殿物を濾過してエーテルで洗滌後に真空乾燥して、薄い赤色が漂う白色固体である２-ペリミジノン(perimidinone)(５a)(１．１２g、６．１mmol、収率５７％)を得た。得られたこの固体を塩化ホスホリル(POCl３)１０mLに入れた後に加熱して３時間還流させた。過量で入れられた 塩化ホスホリルは、真空蒸溜によってとり除いて残されたものを水に分散させた後、２Nアンモニア水溶液で中和させた結果、黄色の沈殿物が生じたし、これを濾過して濾過物をTHFとヘキサン溶媒に再沈殿して濾過した後、濾過物を真空乾燥した結果、明るい黄色の２-クロロペリミジン(０．６g、２．９mmol、収率５０％)を得ることができた。
この化合物の分析結果は次のようである。
２-ペリミジノン(perimidinone)(５a):１H NMR(４００MHz、DMSO-d６)、１０．０６(s、２H)、７．２１(t、J=７．６Hz、２H)、７．１０(d、J=８．４Hz、２H)、６．５１(d、J=７．６Hz、２H)
２-クロロペリミジン(５b):１H NMR(４００MHz、DMSO-d６)、１１．３５(s、１H)、７．２０ - ７．０８(m、４H)、６．６０(d、J=６．４Hz、１H)、６．３８(d、J=６．８Hz、１H)
【００７５】
(２)化学式１-４６の化合物の合成
窒素雰囲気下で２-クロロペリミジン(０．７３g、３．６mmol)を機械撹拌を取り揃えたフラスコに入れて熱を２１０度まで加えて溶融させて１０分間撹拌させた結果、濃い赤色を帯びた。ここにニトロベンゼン２０mL程度入れて１時間程度撹拌した後、冷却して沈澱物を濾過した。濾過物をニトロベンゼン、飽和された炭酸ナトリウム水溶液、水、エタノール、THF順で充分に洗滌後に真空乾燥して赤色固体０．５７g(収率３２％)を得た。
この化合物の分析結果は次のようである。
１H NMR(４００MHz、DMSO-d６)、７．５２−７．２８(m、１２H)、６．９４−６．８０(m、６H);MS(M+HCl+H)５３５
【００７６】
実施例１
(有機発光素子の製造)
ITO(インジウムスズ酸化物)が１５００Åの厚さで薄膜コーティングされたガラス基板を洗剤をとかした蒸溜水に入れて超音波で３０分間洗滌して、引き継いで蒸溜水で超音波洗滌を２回１０分間進行した。洗剤としては、フィッシャー社(Fishcher Co。)の製品を使ったし、蒸溜水としては、ミリフォア社(Millipore Co。)製品のフィルターで２回濾過された蒸溜水を使った。蒸溜水の洗滌が終わった後、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノールなどの溶剤を順次に利用して超音波洗滌をして、乾燥させた後、プラズマ洗浄機に移送させた。引き継いで、窒素プラズマを利用して前記基板を５分間洗浄した後、真空蒸着機で基板を移送させた。
【００７７】
このように準備したITO透明電極上に下記化学式４で示されるヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレンを５００Åの厚さで熱真空蒸着して正孔注入層を形成した。その上に正孔を輸送する物質であるNPBを４００Åの厚さで真空蒸着した後、その上に発光層役割をする下記化学式５で表示される化合物(Alq３)を３００Åの厚さで真空蒸着して発光層を形成した。発光層上に前記化学式１-１の化合物を２００Åの厚さで真空蒸着して、電子注入及び輸送層を形成した。前記電子注入及び輸送層上に順次に１０Åの厚さのふっ化リチウム(LiF)と２５００Åの厚さのアルミニウムを蒸着して、負極を形成した。前記の過程で有機物の蒸着速度は１Å/secを維持したし、ふっ化リチウム及びアルミニウムの蒸着速度はそれぞれ０．２Å/秒及び３〜７Å/秒を維持した。
【化２５】
【００７８】
前記で製造された有機発光素子では順方向１０mA/cm2の電流密度で駆動電圧が３．５７Vであり、１９３１CIE color coordinate基準でx=０．３４、y=０．５６のAlq３固有の緑色スペクトラムが観察された。このように素子が前記駆動電圧で作動して、発光をするということは、発光層と負極との間に層を形成した前記化学式１-１の化合物が電子注入及び輸送役割をしているということを示す。
【００７９】
比較例１
発光層上に前記の化学式１-１の化合物の代りに既存に電子注入及び輸送役割をするものとして知られているAlq３を２００Åの厚さで真空蒸着して電子注入及び輸送層を形成したことを除き、前記実施例１と等しい方法で有機発光素子を製造した。
【００８０】
前記で製造された電気有機発光素子では、順方向１０mA/cm2の電流密度で駆動電圧が４．１２Vであり、１９３１CIE color coordinate基準でx=０．３４、y=０．５６のAlq３固有の緑色スペクトラムが観察された。
【００８１】
実施例１と比較例１で製造された有機発光素子での電流による駆動電圧の変化を下記表１に示す。
【表１】
【００８２】
前記表１に示すように、前記化学式１-１の化合物によって有機発光素子の電子注入及び輸送層を形成することで、従来に電子輸送及び輸送層で使用されたAlq３を使った場合に比べて等しい電流で駆動電圧を低めることができることを分かる。
【００８３】
実施例２
実施例１のような方法で準備したITO透明電極上に前記化学式４で表示されるヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレンを５００Åの厚さで熱真空蒸着して、正孔注入層を形成した。その上に正孔を輸送する物質として、製造例４で製造した化学式１-１２の化合物を２００Åの厚さで真空蒸着した後、その上に発光層の役割をする前記化学式５の化合物(Alq３)を３００Åの厚さで真空蒸着した。発光層上に下記化学式６の化合物を２００Åの厚さで真空蒸着して電子注入及び輸送層を形成した。前記電子注入及び輸送層上に順次に１０Åの厚さのふっ化リチウム(LiF)と２５００Åの厚さのアルミニウムを蒸着して負極を形成した。前記の過程で有機物の蒸着速度は１Å/secを維持したし、ふっ化リチウム及びアルミニウムの蒸着速度はそれぞれ０．２Å/秒及び３〜７Å/秒を維持した。
【化２６】
【００８４】
前記で製造された有機発光素子では、順方向１００mA/cm2の電流密度で效率が４６０cd/cm２であり、１９３１CIE color coordinate基準でx=０．３２、y=０．５６に該当するAlq３固有の緑色スペクトラムが観察された。このように素子が前記駆動電圧で作動して発光をするということは、正孔注入層と発光層との間に層を形成した前記化学式１-１２の化合物が正孔輸送役割をしているということを示す。
【００８５】
比較例２
正孔注入層上に前記化学式１-１２の化合物の代りに既存に正孔輸送物質として知られたNPBを２００Åの厚さで真空蒸着して、正孔輸送層を形成したことを除き、前記実施例２と等しい方法で有機発光素子を製造した。
【００８６】
前記で製造された電気有機発光素子では順方向１００mA/cm2の電流密度で效率が３４０cd/cm２であり、１９３１CIE color coordinate基準でx=０．３２、y=０．５６に該当するAlq３固有の緑色スペクトラムが観察された。
【００８７】
実施例２及び比較例２を通じて、正孔輸送層に化学式１-１２で表示された化合物を使用する場合には、正孔輸送層にNPBを使った場合より同一な電流密度で效率を向上することができることを分かる。
【産業上利用可能性】
【００８８】
本発明によって化学式１で表示される環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造を利用して分子設計すると、正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入、正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割のうちで、いずれか一つ以上の役割を遂行することができる有機物質を提供することができるし、前記有機物質を有機物層に使った有機発光素子は、耐久性及び/または效率性が向上することができる。
【００８９】
下記の特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができる。したがって特許請求範囲の等価的な意味や範囲に属するすべての変化らは全部本発明の権利範囲内に属することを明らかにしておく。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図１は本発明に適用可能な有機発光素子の構造を例示したものである。
【図２】図２は本発明に適用可能な有機発光素子の構造を例示したものである。
【図３】図３は本発明に適用可能な有機発光素子の構造を例示したものである。
【図４】図４は本発明に適用可能な有機発光素子の構造を例示したものである。
【図５】図５は本発明に適用可能な有機発光素子の構造を例示したものである。
【図６】図６は実施例１及び比較例１で製造した有機発光素子の電流-電圧関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９１】
１０１ 基板
１０２ 正極
１０３ 正孔注入層
１０４ 正孔輸送層
１０５ 発光層
１０８ 正孔阻止層
１０６ 電子輸送層
１０７ 負極
【技術分野】
【０００１】
本発明は新規な有機化合物及びこれを利用した有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に有機発光現象とは、有機物質を利用して電気エネルギーを光エネルギーに転換させる現象を言う。すなわち、正極と負極との間に有機物層を位置させた時に、二つの電極との間に電圧をかけるようになると、正極では正孔が、負極では電子が有機物層に注入されるようになる。注入された正孔と電子が会った時エキシトン(exciton)が形成されて、このエキシトンが再び底の状態に落ちる時に輝くようになる。
【０００３】
このように両電極から注入された電荷の結合によって発生する有機発光の現象外に、外部電極から正孔と電子が注入されないで、一般的な無機薄膜発光素子のように交流電圧を加えて両方性電荷生成層が正孔と電子を生成して有機薄膜層に移動して光が出ることもできる(Appl. Phys. Lett., ８５(１２)、２３８２-２３８４)。
【０００４】
有機発光素子(ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Display Device)に対しては、１９６３年ポップ(POPE)、カルマン(KALLMAN)などがアントラセン単結晶(anthracene Single Crystal)で電界発光を発見した以後、現在まで活発な研究がなされている。最近には、有機発光素子が平板ディスプレー装置または照明器具などに使用されている。このような有機発光素子は、ディスプレーとしての性能が向上して応用製品が開発されるなど非常に急速に発展している。
【０００５】
有機発光素子を效率的に作るためのひとつの方法として、素子内の有機物層を単層(monolayer)の代わりに多層構造で製造する研究が進行されて来た。現在使用される大部分の有機発光素子は電極と有機物層とが蒸着された構造を有しているが、前記有機物層が正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層などでなされた多層構造であることが多く使用されている。
【０００６】
有機発光素子は高輝度、高效率、低い駆動電圧、色相変化の容易、低い価格などの特徴を有するものとして知られている。しかし、前記のような特徴を満足させるためには素子内の有機物層をなす各層、例えば正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層がさらに安定して效率的な材料によって構成されることが先行されなければならない。
【０００７】
前記のような多層構造の有機発光素子の発光效率を高める方法として発光ホストに蛍光性化合物をドーピング(doping)する方法が知られている。タング(Tang)などの文献[J. Appl. Phys. vol. ６５(１９８９)、 p. ３６１０]にはクマリン色素やピラン誘導体などの量子效率が高い蛍光性化合物を発光ホストと微量混合することで、発光效率を向上することができるということを記載している。このような場合、使用する蛍光性化合物の種類によって願う波長の光を得ることができる。しかし、電子輸送物質として、Alq３を利用する場合、高輝度を得るために駆動電圧を高めると、ドーピングした蛍光性化合物の発光外にAlq３の緑発光が観測されて、特別に青色を発光させる場合には色純度の低下が問題になる。このような理由は、電子輸送物質として使用されたAlq３のＨＯＭＯ(highest occupied molecular orbital)とＬＵＭＯ(lowest unoccupied molecular orbital)との間のバンド間隔が狭くて発光層からAlq３にエキシトンディフュージョン(exciton diffusion)が生じて、これによってAlq３で発光が生じるからであるものとして知られている。
【０００８】
有機発光素子の発光效率を高めるもう一つの方法として、３-(４-ビフェニルイル)-４-フェニル-５-(４-tert-ブチルフェニル)-１、２、４-トリアゾール(TAZ)、バトクプロイン(BCP)などの正孔阻止(hole block)材料を利用する方法が報告されたことがある(Jpn. J. Appl. Phys. Part２、 １９９３、 ３２、 L９１７)。しかし、前記材料らは耐久性が良くなくて、特別に高温保存で連続発光時に素子の劣化現象が大きい問題点がある。また、前記材料は発光層と別途の層で構成しなければならないし、ＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間のバンド間隔が大きいために前記材料を使用する場合、駆動電圧が高くなる問題点がある。
【０００９】
前記のような従来技術の問題点を乗り越えて、有機発光素子の特性をさらに向上するために、有機発光素子で使用されることができるさらに安定的で效率的な材料に対する開発がずっと要求されている。
【発明の詳細な説明】
【００１０】
技術的課題
本発明者らは有機発光素子の耐久性及び/または效率性のために正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入、正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割のうちでいずれか一つ以上の役割を遂行することができる有機物質を下記化学式１で表示される環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造を利用して分子設計しようとする。
【００１１】
技術的解決方法
本発明は下記化学式１の化合物を提供する:
【化１】
前記式において、
AはBまたはNであり、
XはNまたはCR０であり、ここでR０は水素(H)、ハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の異形環基で構成された群から選択されるものであり、
Y、Y'及びY''は環員としてA及びXを含む５員芳香族異形環または環員としてA及びXを含む６員芳香族異形環を含む置換または非置換芳香族複素環であり、Y、Y'及びY''は同一であるか相異であることができる。
【００１２】
前記Y、Y'及びY''において置換基は１個以上で、お互いに同一であるか相異であることができるし、それぞれハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の異形環基で構成された群から選択されて、ここで接した置換基はお互いに縮合環を形成することができる。
【００１３】
また、本発明は第１電極、１層以上でなされた有機物層及び第２電極を順次に積層された形態で含む有機発光素子として、前記有機物層のうちで少なくとも一層は前記化学式１の化合物を１種以上含むことを特徴とする有機発光素子を提供する。
以下で本発明に関して詳しく説明する。
本発明は前記化学式１の化合物を提供する。
化学式１で表示される化合物は環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造を含む有機物質として、前記三量体(trimer)を構成する各単位体(unit)自体の種類または前記単位体の置換基によって有機発光素子で正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入、正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割をすることができる。ここで、正極と正孔注入層との間の緩衝役割とは、正極と正孔注入層との間の界面の接触が良くないか、または正孔注入層に直接正孔注入がよくなされない時に必要である。正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入、正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割などをすることができる化合物らは多数公知されているし、概して置換または非置換された芳香族またはヘテロ芳香族基を含んでいる。
【００１４】
言い換えれば、環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造を含む化学式１の有機物質で前記三量体(trimer)を構成する各単位体(unit)自体の種類または前記単位体の置換基のみを異にすることで、正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入及び正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割などをする化合物らをすべて製造することができる。今まで本発明のように各単位体(unit)自体の種類または置換基のみを異にすることで、有機発光素子の有機物層に必要な役割をすることができる化合物らをすべて製造することができる化合物の基本構造に対しては、どの文献にも開示されたところない。
【００１５】
正孔注入役割をすることができる有機物質は、正極からの正孔注入を容易にすることで、正極からの正孔注入のための適切なイオン化エネルギー(ionization potential)、正極との高い界面接着力、可視光領域での非吸水性などの特性を有することが望ましくて、例えば、正孔注入可能な単位体または置換基としては、金属ポルフィリン、オリゴチオフェン、アリールアミン系列の有機物、ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン、キナクリドン(quinacridone)系列の有機物、ペリレン(perylene)系列の有機物、アントラキノン及びポリアニリンとポリチオフェン系列の伝導性高分子またはドーパント(dopant)のような伝導性高分子などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
【００１６】
正孔伝達役割をすることができる有機物質は高い正孔移動度(hole mobility)を有して電子ブロッキング(blocking)のために高いＬＵＭＯ準位を有することが望ましくて、例えば、正孔伝達可能な単位体または置換基としては、アリールアミン系列の有機物、伝導性高分子、及び共役部分と非共役部分がともにあるブロック共重合体などがあるが、これらのみに限定されるものではない。さらに具体的な例としては、トリアリールアミン(triarylamine)誘導体、巨大な芳香族基(bulky aromatic group)を有するアミン、スターバースト芳香族アミン(starburst aromatic amine)、スピロフルオレン(spirofluorene)を有するアミン、クロスリンクされたアミン(crosslinked amine)、アントラセン係化合物などがある。
【００１７】
電子伝達の役割をすることができる有機物質は電子吸引体を保有している化合物として、例えば電子伝達可能な単位体または置換基としては、シアノ基、オキサジアゾール、トリアゾールのように共鳴によって電子を吸引する作用基を含んでいる化合物などがある。具体的な例としては、８-ヒドロキシキノリンのAl錯体と、Alq３を含んだ錯体と、有機ラジカル化合物と、ヒドロキシフラボン-金属錯体などがあるが、これのみに限定されるものではない。
【００１８】
発光役割をすることができる有機物質は正孔及び電子を収容及び結合させて光を発生することができる部分(moieties)を有する化合物として、蛍光材料、燐光材料があり、例えば、発光可能な単位体または置換基としては、８-ヒドロキシキノリンアルミニウム錯体(Alq３)と、カルバゾール系列化合物と、二量体化スチリル(dimerized styryl)化合物と、BAlqと、１０-ヒドロキシベンゾキノリン-金属化合物と、ベンズオキサゾール、ベンゾチアゾール及びベンゾイミダゾール系列の化合物と、ポリ(p-フェニレンビニレン)系列の高分子と、ポリフェニレンビニレン(ＰＰＶ)系列の高分子と、スピロ(spiro)化合物と、ポリフルオレン、ルブレン、アントラセン係化合物などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
【００１９】
一方、前記化学式１で表示される環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造を利用して分子設計された有機物質は、前記三量体(trimer)の単量体で構成された有機物質より分子量が大きい。よって、熱的安全性が高くて、これにより有機発光素子の有機層に使用時に素子の耐久性を向上することができる。また、発光層に使用される単量体有機物質を三量体化すると、分子量が大きくなって長波長に波長移動(例、blue->red)になった有機物質を得ることができる。さらに、化学式１の化合物は三量体化された構造として前記三量体(trimer)を構成する各単量体に比べてＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間の適切なバンド間隔とエネルギー値を有するようにして駆動電圧を低めることができる。
【００２０】
また、前記化学式１で表示される環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造のうちで３個のヘテロ原子(A)を含む飽和された６原子環はフラット(flat)な芳香族環と異なり、シクロヘキサンと類似の非平面構造(例、椅子型)をなす。これにより、前記６原子環に対称的に結合された３個の単位体
【化２】
はお互いに対称的に拗じれた状態で非平面相のプロペラ形態を形成して３個の単位体間の立体障害が緩和されることができる。また、前記三量体(trimer)の各単位体(主に置換または非置換された芳香族化合物)が単量体として存在する場合、芳香族化合物は平面(flat)形態でお互いに積層されて分子間の相互作用をするが、前記単量体らが化学式１の骨格構造で三量体化されると、無定形(amorphous)の特性をさらによく発揮して、有機発光素子の作動時に発生するジュール(Joule)熱で惹起される決定化による素子の破壊を防止することができる。また、前記化学式１で表示される環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造は非平面上の６原子環に３個の単位体が対称的に結合されていて、あまり平面的ではないのに、規則的な(ordering)有機物質を設計することができる。このような特徴は正孔伝達層または電子伝達層に使用される有機材料に有用することができる。
【００２１】
化学式１で表示される環状の三量体(trimer)は飽和された６原子環によって単位体の間にコンジュゲーション(conjugation)が延長されなくて、各単位体はお互いに独立的な機能をすることができるから、個別的に考慮することができるし、分子設計が容易である。例えば、各単位体はお互いに相異な機能を遂行する単量体らから来由されることができる。また、発光層に使用される有機物質を単量体にして化学式１のようにメタ(meta)位置で環状で三量体化させると、分子量増加による長波長で波長移動時、前記単量体を線形で連結したポリマーに比べて、飽和された６原子環によってコンジュゲーション(conjugation)が連結されなくて、波長移動幅を小さく調節することができる。
【００２２】
前記化学式１において、Aは窒素(N)であることが望ましい。
前記化学式１において、Xは窒素(N)であることが望ましい。
前記化学式１において、Y、Y’、Y”に結合された置換基でアルキル基が含まれる場合、アルキル基の長さは化学式１の化合物が正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入、正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割を遂行するにおいて、大きく影響を及ぼさない。電子素子で吸光または発光は作用化合物の共役長さ(conjugation length)によって影響を受けることができる。しかし、化合物中に含まれているアルキル基の長さは化合物の共役長さには影響を及ぼさないから化合物の波長や素子の特性には直接的に影響を及ぼさないで、単に、付随的に化合物の有機発光素子への適用方法、例えば、真空蒸着法または溶液塗布法の適用に影響を及ぼすことができる。よって、化学式１の構造に含まれることができるアルキル基の長さは特別に制限されない。
【００２３】
前記化学式１の化合物の一例としては、下記化学式２の化合物がある。
【化３】
前記式において、
A及びXは前記化学式１での定義のようであり、
R１ないしR６はお互いに同一であるか、または相異なものであり、それぞれ水素、ハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の異形環基で構成された群から選択されて、ここで前記R１とR２、R３とR４及びR５とR６はお互いに縮合環を形成することができる。
【００２４】
前記化学式１の化合物のまた他の例としては、下記化学式３の化合物がある。
【化４】
前記式において、
A及びXは前記化学式１での定義のようであり、
R１ないしR１８はお互いに同一であるか、または相異なものであり、前記化学式２でのR１ないしR６の定義のようであり、ここでR１ないしR１８はそれぞれお互いに接した置換基と縮合環を形成することができる。
【００２５】
以下で前記化学式１ないし３に記載した置換基(例、R０ないしR１８)の例を具体的に説明するが、これらのみに限定されるものではない。
【００２６】
前記ハロゲン原子の例としては、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨード(I)などがある。
【００２７】
前記アルキル基としては、炭素数が１〜２０であることが望ましくて、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ヘキシル基などの直鎖アルキル基及びイソプロピル基、t-ブチル基などの分枝鎖アルキル基がある。
【００２８】
前記アリール基としては、フェニル基などの単環式芳香族環及びナフチル、アントリル、ピレン、ペリレンなどの多環式芳香族環などを挙げることができる。
【００２９】
前記アラルキル基としては、フェニル、ビフェニル、ナフチル、テルフェニル(terphenyl)、アントリル、ピレル、ペリレンなどのような芳香族炭化水素に置換された炭素数１〜２０であるアルキル基を挙げることができる。
【００３０】
前記アリールアミン基はフェニル、ビフェニル、ナフチル、テルフェニル、アントリル、ピレン、ペリレンなどのような芳香族炭化水素に置換されたアミン基を挙げることができる。
【００３１】
前記アルキルアミン基は炭素数１〜２０である脂肪族炭化水素に置換されたアミン基を挙げることができる。
【００３２】
前記アラルキルアミン基はフェニル、ビフェニル、ナフチル、テルフェニル、アントリル、ピレン、ペリレンなどの芳香族炭化水素と炭素数１〜２０である脂肪族炭化水素に置換されたアミン基を挙げることができる。
【００３３】
前記異形環基ではピロールイル(pyrrolyl)基、チエニル基、インドール基、オキサゾール基、イミダゾール基、チアゾール基、ピリジル基、ピリミジン基、ピペラジン基、チオフェン基、フラン基、ピリダジニル基などがある。
【００３４】
化学式２及び３において、R１ないしR１８がお互いに接した置換基と形成する縮合環(fused ring)としては、ピロール、フラン、チオフェン、インドール、オキサゾール、イミダゾール、チアゾール、ピリジン(Pyridine)、ピリジン(Pyrizine)、ベンゼン、ナフタリン、ピラジン、キノリン、キナゾリン、フェナントロリン、クプロイン、アントラキノン、ベンゾキノン、キノン、アクリジンなどがある。
【００３５】
また、前記R０ないしR１８のうち置換されたアルキル基、アリール基、アラルキル基、アリールアミン基、アルキルアミン基、アラルキルアミン基及び異形環基は、それぞれフッ素、塩素、臭素、ヨードなどのハロゲン原子、ニトリル基、ニトロ基、ホルミル基、アセチル基、アリールアミン基、アルキルアミン基、アラルキルアミン基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、ピレン基、ペリレン基、ピリジル基、ピリダジル(pyridazyl)基、ピロールイル基、イミダゾールイル(imidazolyl)基、キノリル(quinolyl)基、アントロン基、アクリドン基、アクリジン基などに置換されたものであることがある。
【００３６】
前記化学式１の化合物の具体的な例としては、下記化学式１-１ないし化学式１-４６の化合物があるが、これらのみに限定されるものではない。
【化５】
【化６】
【化７】
【化８】
【化９】
【化１０】
【化１１】
【化１２】
【化１３】
【化１４】
【００３７】
前記式において、nは１ないし６の定数である。
【化１５】
【００３８】
前記式において、nは１以上の定数である。
【化１６】
【００３９】
前記式において、nは１以上の定数である。
【化１７】
【００４０】
また、前記化学式１の化合物(例、化学式１-１と１-３５)は燐光有機発光素子の発光層で燐光ドーパントとともに使用されることができる燐光ホストとしても使用されることができる。
【００４１】
一方、下記実施例１を通じて前記化学式１-１の化合物は電子注入及び伝達をすることができる物質であることを分かって、n-type物質であることを間接的に確認することができる。よって、化学式１-１の化合物を分子の中心骨格(core)として有する化合物も電子注入及び伝達をすることができるということが分かる。化学式１-１の三量体(trimer)化合物を構成する各単量体(ベンツイミダゾール)単独としては、ＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間のバンド間隔が大きくて、電子移動度(mobility)がないし、分子量が小さくて昇華されて有機発光素子の有機物層に適用することができない。しかし、このような単量体を利用して化学式１で表示される環状の三量体(trimer)を形成させると、分子量を増加させることができるし、ＨＯＭＯとＬＵＭＯとの間のバンド間隔も小さくすることができて、電子移動度(mobility)を有するようにすることができる。よって、正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入、正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割などができない化合物であっても、これを単量体にして化学式１のような環状の三量体(trimer)を形成させて、前記のような役割をすることができるようにすることもできる。
【００４２】
一方、化学式１-１２で表示される有機物質は、n-type性質を有する前記化学式１-１の骨格(core)を有しながら一般的にp-type性質を有するようにするアリールアミン基を置換基として導入したことで、正孔伝達物質として使用することができるということを実施例２を通じて確認することができる。よって、前記化学式１の骨格(core)を有する化合物は多くの置換基の性質によってp-type、n-typeまたは両方性を帯びる物質が可能であり、このような性質は通常的に有機発光素子でどのような層で使用されるかを決めるようになる。
【００４３】
前記化学式１の化合物は下記のような出発物質を使って製造することができる。
【化１８】
【００４４】
前記出発物質の具体的で非制限的な例は下記のようである。
【化１９】
【００４５】
前記式らにおいて、A、X及び前記Y、Y'及びY''において、置換基、R１ないしR６は前記化学式１、化学式２または化学式３で定義したようであり、Zはハロゲン原子である。具体的に、Zはフッ素、塩素、臭素、ヨードなどでなされた群から選択されることができる。
【００４６】
本発明の化学式１の化合物は前記出発物質らを三量体化して、必要な場合この三量体(trimer)化合物に置換基を導入して製造されることができる。前記三量体化方法または置換基導入方法は、当技術分野に知られている通常の方法を利用することができるし、合成過程で必要な場合に、溶媒を使用することもできる。例えば、前記出発物質のうちで１種以上の化合物を２００〜３００℃で加熱することで願う三量体(trimer)物質を合成することができる。詳細な製造方法は後述する製造例に例示した。当業者は製造例に例示された製造方法を変更して本発明の化合物を製造することができる。
【００４７】
本発明は第１電極、１層以上でなされた有機物層及び第２電極を順次に積層された形態で含む有機発光素子として、前記有機物層のうちで少なくとも一層は前記化学式１の化合物を１種以上含むことを特徴とする有機発光素子を提供する。
【００４８】
本発明の有機発光素子において、前記化学式１の化合物を含む有機物層は真空蒸着法や溶液塗布法によって形成することができる。前記溶液塗布法の例としては、スピンコーティング、ディップコーティング、ドクターブレイディング、インクジェットプリンティングまたは熱転写法などがあるが、これらのみに限定されない。
【００４９】
前記化学式１の化合物を含む有機物層の厚さは１０μm以下、望ましくは０．５μm以下、さらに望ましくは０．００１〜０．５μmであることが良い。
【００５０】
前記化学式１の化合物は、必要によって今まで知られている正孔注入、正孔輸送、発光、電子輸送、電子注入役割をすることができる他の物質とともに使用されることもできる。
【００５１】
本発明の有機発光素子は有機物層として、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層及び正極と正孔注入層との間の緩衝層などを含む構造を有することができる。しかし、有機発光素子の構造はこれに限定されないで、さらに少ない数の有機物層を含むことができる。
【００５２】
例えば、本発明の有機発光素子の構造は、図１ないし図５に示すような構造を有することができるが、これらのみに限定されるものではない。
【００５３】
図１には基板１０１上に正極１０２、発光層１０５及び負極１０７が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。
【００５４】
図２には基板１０１上に正極１０２、正孔輸送及び発光層１０５、発光及び電子輸送層１０６及び負極１０７が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。
【００５５】
図３には基板１０１、正極１０２、正孔輸送層１０４、発光層１０５、電子輸送層１０６及び負極１０７が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。
【００５６】
図４には基板１０１、正極１０２、正孔注入層１０３、正孔輸送層１０４、発光層１０５、電子輸送層１０６及び負極１０７が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。
【００５７】
図５には基板１０１、正極１０２、正孔注入層１０３、正孔輸送層１０４、発光層１０５、正孔阻止層１０８、電子輸送層１０６及び負極１０７が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。
【００５８】
図１ないし図５に例示された構造において、前記化学式１の化合物によって正孔注入層１０３、正孔輸送層１０４、発光層１０５、正孔阻止層１０８、電子輸送層１０６、正孔輸送及び発光層１０５、及び/または発光及び電子輸送層１０６を形成することができる。
【００５９】
本発明の有機発光素子は前述した図１ないし図５に記載したように正極、多層の有機物層及び負極が順次に積層された構造だけでなく、電極と有機物層の界面に絶縁層または接着層が挿入されることができるし、有機物層のうちで正孔輸送層がイオン化ポテンシャルが相異な２層で構成されることもできる。
【００６０】
本発明の有機発光素子は有機物層のうちで１層以上を本発明の化合物を含むように形成することを除いては、当技術分野に知られている材料及び方法を利用して有機物層及び電極を形成することで製造されることができる。
【００６１】
例えば、基板１０１としては、シリコンウェーハ、石英またはガラス板、金属板、プラスチックフィルムやシートなどが使用されることができる。
【００６２】
正極１０２物質としては、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金のような金属またはこれらの合金と、亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)のような金属酸化物と、ZnO:AlまたはSnO２:Sbのような金属と酸化物の組合と、ポリ(３-メチルチオフェン)、ポリ[３、４-(エチレン-１、２-ジオキシ)チオフェン](PEDT)、ポリピロール及びポリアニリンのような伝導性高分子などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
【００６３】
負極物質としては、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズ及び鉛のような金属またはこれらの合金と、LiF/AlまたはLiO２/Alのような多層構造物質などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
【発明の実施のための最良の形態】
【００６４】
以下の製造例及び実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明する。ただし、実施例は本発明を例示するためのものであり、これによって本発明が限定されるものではない。
【００６５】
製造例１
化学式１-１の化合物の合成(２-クロロベンゾイミダゾールの三量体化)
【化２０】
出発物質である２-クロロベンゾイミダゾール５g(０．０３２７mole)を５０mL長いフラスコ内に入れて、あらかじめ１９５℃で加熱されたオイルバスに入れた。この時、前記出発物質がとけながら直ちに、再び固体に変わる時に塩酸ガスが発生する。ガス放出が止めると、反応混合物を室温まで冷却した後に、生成された固体化合物をニトロベンゼンで再結晶した。これを濾過してエタノール、エーテルで順に洗った後に真空乾燥して白色の化学式１-１で表示される化合物(２．５g、収率５０％)を得た。
前記化合物の分析結果は次のようである。
融点３９１-３９３℃；１H NMR(５００MHz、DMSO-d６)８．５１(d、３H)、７．９６(d、３H)、７．５９(m、６H)；MS[M+１]３４８
【００６６】
製造例２
化学式１-５の化合物の合成(１-ヨード-２-クロロ-４、５-ジシアノ−イミダゾールの三量体化)
【化２１】
出発物質である１-ヨード-２-クロロ-４、５-ジシアノ−イミダゾール１０g(０．０３６mole)を５０mL長い昇華装置フラスコ内に入れて、引き継いで真空状態で連続２回窒素を満たした後、あらかじめ２２０〜２４０℃で加熱されたオイルバスに入れた。５時間の間、この温度を維持したし、この時ハロゲン分解成分であるI２とIClが冷却棒(cold finger)にしずく。常温で再び冷凍させた後、真空状態で窒素を満たした。この時に生成された褐色固体をパウダーに作った後、これに１０％Na２S２O３(４０mL)を入れて常温で３０分間撹拌して濾過した(３回)。この濾過された固体を水で何回洗滌して、真空乾燥して黄褐色の化学式１-５で表示される化合物(２．９２g、収率７０％)を得た。
前記化合物の分析結果は次のようである。
純度９９．６％と、融点>４００℃；１３C NMR(４００MHz、DMSO-d６、ppm)１３５．０、１２３．２、１１０．３、１０６．５、１０６．２
【００６７】
製造例３
化学式１-６の化合物の合成(４、５-ジフェニルイミダゾールの三量体化)
【化２２】
【００６８】
出発物質である４、５-ジフェニルイミダゾール２．０g(０．００９１mol)、ジクロロパラディウム０．０１g、硫黄０．３g、フェニルチオエーテル０．１mL及びフェニルエーテル１０mLを冷却機が連結された５０mL丸い底のフラスコ内に入れた。これを還流反応させて冷却した後、エーテル５０mLを入れて沈澱させた。この沈殿物を減圧濾過器でとり除いて、減圧蒸溜によって濾過液からすべての溶媒をとり除いた。引き継いで、生成物を９０〜１００℃のジオキサン１０mLにとかした後、ここに酢酸１５mLを入れて再結晶した。減圧濾過器で暗い灰色の固体を得た後、昇華精製して緑色が漂う白色の化学式１-６で表示される化合物(０．６g、３０％)を得た。
前記化合物の分析結果は次のようである。
純度９９．６％；融点３６１-３６３℃；１H NMR(４００MHz、DMSO-d６)７．６０-７．６４(m、５H)、７．２３-７．１６(m、５H)；MS[M+１]+６５５、[M]-６５４
【００６９】
製造例４
化学式１-１２の化合物の合成
【化２３】
【００７０】
(１)化学式４aの化合物の合成
メタノール２５mLに出発物質である２-クロロベンゾイミダゾール(０．７６３g、５mmol)がとけている混合物に臭素/メタノール(０．２６mL/５mL)溶液をゆっくり滴加した。そして、この反応混合物を５時間の間室温で撹拌した。反応程度をHPLCで確認後、水２５mLを注いで室温で１８時間撹拌した。この時、生成された沈殿物を濾過して中性になるまで、冷たい水で何回洗滌した後これをメタノール/水(１:１)溶液で再結晶して白色の前記化学式４aの化合物(０．６g、５２．０％)を得た。
前記化合物の分析結果は次のようである。
融点２２８-２３０℃；１H NMR(４００MHz、DMSO-d６)７．７３(s、１H)、７．４９-７．４７(d、１H)、７．３９-７．３６(d、１H)；MS[M+１]+２３１
【００７１】
(２)化学式４bの化合物の合成(５-ブロモ-２-クロロベンゾイミダゾールの三量体化)
出発物質である５-ブロモ-２-クロロベンゾイミダゾール１．１g(４．７mmole)を５０mL長いフラスコ内に入れて、あらかじめ２３０℃で加熱されたオイルバスに入れた。この時、前記出発物質がとけながら直ちに、再び固体に変わる時に塩酸ガスが発生する。ガス放出が止めると、反応混合物を室温まで冷却した後に、生成された固体化合物をニトロベンゼンで再結晶した。これを濾過してエタノール、エーテルで順に洗った後、真空乾燥してアイボリー色の前記化学式４bで表示される化合物(０．４３g、収率４７％)を得た。
前記化合物の分析結果は次のようである。
融点３５４℃；MS[M+１]５８３(isomer)
【００７２】
(３)化学式１-１２の化合物の合成
メシチレン(mesitylene)１０mLと前記化学式４bの化合物(０．４g、０．６８mmol)の混合溶液、Pd２(dba)３ ５０mg(０．００５mmol)、P(t-Bu)３ １７mg(０．０８１mmol)及びNa(t-OBu)０．２８g(３mmol)を冷却機が連結された５０mL丸い底のフラスコ内に順に入れて１２０℃で５時間反応させた。これを室温まで冷凍させた後、トルエン２０mLと水３０mLを入れて層分離して有機層をMgSO４で乾燥して減圧蒸溜ですべての溶媒をとり除いた後、管クロマトグラフィーで分離してエタノールで洗滌して白色の化学式１-１２の化合物(２００mg、３０％)を得た。
融点≧３５０℃；１H NMR(５００MHz、DMSO-d６)８．２７-８．１５(m、１H)、８．０９-７．７４(m、３H)、７．６３-７．１６(m、８H)、６．９７-６．８６(m、３H)；MS[M+１]１０００
【００７３】
製造例５
化学式１-４６の化合物の合成
【化２４】
【００７４】
(１)化学式５b(２-クロロペリミジン)の化合物の合成
精製された１、８-ジアミノ−ナフタレン(１．７g、１０．７mmol)を薄い塩酸溶液(０．５N)３０mLに入れた後、加熱して完全にとかした。ここに試案化ナトリウム(０．７g１０．７mmol)水溶液１０mLをゆっくり加えた結果、赤い色の沈澱が生じた。これを１時間加熱後に冷却して沈殿物を濾過してエーテルで洗滌後に真空乾燥して、薄い赤色が漂う白色固体である２-ペリミジノン(perimidinone)(５a)(１．１２g、６．１mmol、収率５７％)を得た。得られたこの固体を塩化ホスホリル(POCl３)１０mLに入れた後に加熱して３時間還流させた。過量で入れられた 塩化ホスホリルは、真空蒸溜によってとり除いて残されたものを水に分散させた後、２Nアンモニア水溶液で中和させた結果、黄色の沈殿物が生じたし、これを濾過して濾過物をTHFとヘキサン溶媒に再沈殿して濾過した後、濾過物を真空乾燥した結果、明るい黄色の２-クロロペリミジン(０．６g、２．９mmol、収率５０％)を得ることができた。
この化合物の分析結果は次のようである。
２-ペリミジノン(perimidinone)(５a):１H NMR(４００MHz、DMSO-d６)、１０．０６(s、２H)、７．２１(t、J=７．６Hz、２H)、７．１０(d、J=８．４Hz、２H)、６．５１(d、J=７．６Hz、２H)
２-クロロペリミジン(５b):１H NMR(４００MHz、DMSO-d６)、１１．３５(s、１H)、７．２０ - ７．０８(m、４H)、６．６０(d、J=６．４Hz、１H)、６．３８(d、J=６．８Hz、１H)
【００７５】
(２)化学式１-４６の化合物の合成
窒素雰囲気下で２-クロロペリミジン(０．７３g、３．６mmol)を機械撹拌を取り揃えたフラスコに入れて熱を２１０度まで加えて溶融させて１０分間撹拌させた結果、濃い赤色を帯びた。ここにニトロベンゼン２０mL程度入れて１時間程度撹拌した後、冷却して沈澱物を濾過した。濾過物をニトロベンゼン、飽和された炭酸ナトリウム水溶液、水、エタノール、THF順で充分に洗滌後に真空乾燥して赤色固体０．５７g(収率３２％)を得た。
この化合物の分析結果は次のようである。
１H NMR(４００MHz、DMSO-d６)、７．５２−７．２８(m、１２H)、６．９４−６．８０(m、６H);MS(M+HCl+H)５３５
【００７６】
実施例１
(有機発光素子の製造)
ITO(インジウムスズ酸化物)が１５００Åの厚さで薄膜コーティングされたガラス基板を洗剤をとかした蒸溜水に入れて超音波で３０分間洗滌して、引き継いで蒸溜水で超音波洗滌を２回１０分間進行した。洗剤としては、フィッシャー社(Fishcher Co。)の製品を使ったし、蒸溜水としては、ミリフォア社(Millipore Co。)製品のフィルターで２回濾過された蒸溜水を使った。蒸溜水の洗滌が終わった後、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノールなどの溶剤を順次に利用して超音波洗滌をして、乾燥させた後、プラズマ洗浄機に移送させた。引き継いで、窒素プラズマを利用して前記基板を５分間洗浄した後、真空蒸着機で基板を移送させた。
【００７７】
このように準備したITO透明電極上に下記化学式４で示されるヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレンを５００Åの厚さで熱真空蒸着して正孔注入層を形成した。その上に正孔を輸送する物質であるNPBを４００Åの厚さで真空蒸着した後、その上に発光層役割をする下記化学式５で表示される化合物(Alq３)を３００Åの厚さで真空蒸着して発光層を形成した。発光層上に前記化学式１-１の化合物を２００Åの厚さで真空蒸着して、電子注入及び輸送層を形成した。前記電子注入及び輸送層上に順次に１０Åの厚さのふっ化リチウム(LiF)と２５００Åの厚さのアルミニウムを蒸着して、負極を形成した。前記の過程で有機物の蒸着速度は１Å/secを維持したし、ふっ化リチウム及びアルミニウムの蒸着速度はそれぞれ０．２Å/秒及び３〜７Å/秒を維持した。
【化２５】
【００７８】
前記で製造された有機発光素子では順方向１０mA/cm2の電流密度で駆動電圧が３．５７Vであり、１９３１CIE color coordinate基準でx=０．３４、y=０．５６のAlq３固有の緑色スペクトラムが観察された。このように素子が前記駆動電圧で作動して、発光をするということは、発光層と負極との間に層を形成した前記化学式１-１の化合物が電子注入及び輸送役割をしているということを示す。
【００７９】
比較例１
発光層上に前記の化学式１-１の化合物の代りに既存に電子注入及び輸送役割をするものとして知られているAlq３を２００Åの厚さで真空蒸着して電子注入及び輸送層を形成したことを除き、前記実施例１と等しい方法で有機発光素子を製造した。
【００８０】
前記で製造された電気有機発光素子では、順方向１０mA/cm2の電流密度で駆動電圧が４．１２Vであり、１９３１CIE color coordinate基準でx=０．３４、y=０．５６のAlq３固有の緑色スペクトラムが観察された。
【００８１】
実施例１と比較例１で製造された有機発光素子での電流による駆動電圧の変化を下記表１に示す。
【表１】
【００８２】
前記表１に示すように、前記化学式１-１の化合物によって有機発光素子の電子注入及び輸送層を形成することで、従来に電子輸送及び輸送層で使用されたAlq３を使った場合に比べて等しい電流で駆動電圧を低めることができることを分かる。
【００８３】
実施例２
実施例１のような方法で準備したITO透明電極上に前記化学式４で表示されるヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレンを５００Åの厚さで熱真空蒸着して、正孔注入層を形成した。その上に正孔を輸送する物質として、製造例４で製造した化学式１-１２の化合物を２００Åの厚さで真空蒸着した後、その上に発光層の役割をする前記化学式５の化合物(Alq３)を３００Åの厚さで真空蒸着した。発光層上に下記化学式６の化合物を２００Åの厚さで真空蒸着して電子注入及び輸送層を形成した。前記電子注入及び輸送層上に順次に１０Åの厚さのふっ化リチウム(LiF)と２５００Åの厚さのアルミニウムを蒸着して負極を形成した。前記の過程で有機物の蒸着速度は１Å/secを維持したし、ふっ化リチウム及びアルミニウムの蒸着速度はそれぞれ０．２Å/秒及び３〜７Å/秒を維持した。
【化２６】
【００８４】
前記で製造された有機発光素子では、順方向１００mA/cm2の電流密度で效率が４６０cd/cm２であり、１９３１CIE color coordinate基準でx=０．３２、y=０．５６に該当するAlq３固有の緑色スペクトラムが観察された。このように素子が前記駆動電圧で作動して発光をするということは、正孔注入層と発光層との間に層を形成した前記化学式１-１２の化合物が正孔輸送役割をしているということを示す。
【００８５】
比較例２
正孔注入層上に前記化学式１-１２の化合物の代りに既存に正孔輸送物質として知られたNPBを２００Åの厚さで真空蒸着して、正孔輸送層を形成したことを除き、前記実施例２と等しい方法で有機発光素子を製造した。
【００８６】
前記で製造された電気有機発光素子では順方向１００mA/cm2の電流密度で效率が３４０cd/cm２であり、１９３１CIE color coordinate基準でx=０．３２、y=０．５６に該当するAlq３固有の緑色スペクトラムが観察された。
【００８７】
実施例２及び比較例２を通じて、正孔輸送層に化学式１-１２で表示された化合物を使用する場合には、正孔輸送層にNPBを使った場合より同一な電流密度で效率を向上することができることを分かる。
【産業上利用可能性】
【００８８】
本発明によって化学式１で表示される環状の三量体(trimer)中心骨格(core)構造を利用して分子設計すると、正孔注入、正孔輸送、正孔阻止、発光、電子輸送、電子注入、正極と正孔注入層との間の緩衝(buffer)役割のうちで、いずれか一つ以上の役割を遂行することができる有機物質を提供することができるし、前記有機物質を有機物層に使った有機発光素子は、耐久性及び/または效率性が向上することができる。
【００８９】
下記の特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができる。したがって特許請求範囲の等価的な意味や範囲に属するすべての変化らは全部本発明の権利範囲内に属することを明らかにしておく。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図１は本発明に適用可能な有機発光素子の構造を例示したものである。
【図２】図２は本発明に適用可能な有機発光素子の構造を例示したものである。
【図３】図３は本発明に適用可能な有機発光素子の構造を例示したものである。
【図４】図４は本発明に適用可能な有機発光素子の構造を例示したものである。
【図５】図５は本発明に適用可能な有機発光素子の構造を例示したものである。
【図６】図６は実施例１及び比較例１で製造した有機発光素子の電流-電圧関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９１】
１０１ 基板
１０２ 正極
１０３ 正孔注入層
１０４ 正孔輸送層
１０５ 発光層
１０８ 正孔阻止層
１０６ 電子輸送層
１０７ 負極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記化学式１の化合物:
【化１】
前記式において、
ＡはＢであり、
ＸはＣＲ０であり、ここでＲ０は水素(H)、ハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の複素環基で構成された群から選択されるものであり、
Ｙ、Ｙ'及びＹ''は環員としてＡ及びＸを含む５員芳香族複素環を含む置換または非置換芳香族複素環であり、Ｙ、Ｙ'及びＹ''は同一であるか、または相異であることがあり、そして、Ｙ、Ｙ'及びＹ''は置換されたものであり、置換基は１個以上でお互いに同一であるか、または相異であることがあるし、それぞれハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の複素環基で構成された群から選択されて、ここで接した置換基はお互いに縮合環を形成することができる。
【請求項２】
前記化学式１の化合物は下記化学式２の化合物である、請求項１に記載の化合物:
【化２】
前記式において、
ＡはＢであり、
ＸはＣＲ０であり、ここでＲ０は水素(H)、ハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の複素環基で構成された群から選択されるものであり、
Ｒ１ないしＲ６はお互いに同一であるか、または相異なものであり、それぞれ水素、ハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の複素環基で構成された群から選択されて、ここで前記Ｒ１とＲ２、Ｒ３とＲ４及びＲ５とＲ６はお互いに縮合環を形成することができる。
【請求項３】
前記化学式１の化合物は下記化学式１−４６である請求項１に記載の化合物:
【化３】
【請求項４】
請求項１ないし３のうちいずれか一つに記載の化合物は、有機発光素子の有機物層の材料用であることを特徴とする化合物。
【請求項１】
下記化学式１の化合物:
【化１】
前記式において、
ＡはＢであり、
ＸはＣＲ０であり、ここでＲ０は水素(H)、ハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の複素環基で構成された群から選択されるものであり、
Ｙ、Ｙ'及びＹ''は環員としてＡ及びＸを含む５員芳香族複素環を含む置換または非置換芳香族複素環であり、Ｙ、Ｙ'及びＹ''は同一であるか、または相異であることがあり、そして、Ｙ、Ｙ'及びＹ''は置換されたものであり、置換基は１個以上でお互いに同一であるか、または相異であることがあるし、それぞれハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の複素環基で構成された群から選択されて、ここで接した置換基はお互いに縮合環を形成することができる。
【請求項２】
前記化学式１の化合物は下記化学式２の化合物である、請求項１に記載の化合物:
【化２】
前記式において、
ＡはＢであり、
ＸはＣＲ０であり、ここでＲ０は水素(H)、ハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の複素環基で構成された群から選択されるものであり、
Ｒ１ないしＲ６はお互いに同一であるか、または相異なものであり、それぞれ水素、ハロゲン原子、ニトリル基(CN)、ニトロ基(NO２)、ホルミル基、アセチル基、ベンゾイル基、アミド基、スチリル基、アセチレン基、キノリン基、キナゾリン基、フェナントロリン基、クプロイン基、アントラキノン基、ベンゾキノン基、キノン基、アクリジン基、置換または非置換のアルキル基、置換または非置換のアリール基、置換または非置換のアラルキル基、置換または非置換のアリールアミン基、置換または非置換のアルキルアミン基、置換または非置換のアラルキルアミン基、置換または非置換の複素環基で構成された群から選択されて、ここで前記Ｒ１とＲ２、Ｒ３とＲ４及びＲ５とＲ６はお互いに縮合環を形成することができる。
【請求項３】
前記化学式１の化合物は下記化学式１−４６である請求項１に記載の化合物:
【化３】
【請求項４】
請求項１ないし３のうちいずれか一つに記載の化合物は、有機発光素子の有機物層の材料用であることを特徴とする化合物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１６８０７（Ｐ２０１１−１６８０７Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７３９５２（Ｐ２０１０−１７３９５２）
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【分割の表示】特願２００６−５３５２７３（Ｐ２００６−５３５２７３）の分割
【原出願日】平成１６年１０月１８日（２００４．１０．１８）
【出願人】（５００２３９８２３）エルジー・ケム・リミテッド (1,221)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【分割の表示】特願２００６−５３５２７３（Ｐ２００６−５３５２７３）の分割
【原出願日】平成１６年１０月１８日（２００４．１０．１８）
【出願人】（５００２３９８２３）エルジー・ケム・リミテッド (1,221)
【Ｆターム（参考）】
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