붕소 함유 폴리머 화합물 및 그것을 사용한 유기발광소자 document_id A220623030853

유기발광소자의 재료 및 구조는 1987년에 Eastman Kodak Company의 C.W. Tang 등이 고휘도를 증명한 이후, 빠르게 개선되고 있고, 최근에 상기 소자는 카오디오 시스템 및 휴대전화 등의 디스플레이에 실질적으로 사용되고 있다. 이들 유기 EL(electroluminescent) 소자의 용도를 더욱 넓히기 위해, 발광 효율이나 내구성을 증가시키기 위한 재료, 풀컬러 디스플레이 시스템 등이 현재 활발히 개발되고 있다. 특히, 중형 또는 대형 패널 및 조명기기에 상기 소자를 적용하는 관점에서, 더욱 높은 휘도를 달성하기 위해, 상기 발광 효율이 증가되는 것이 요구된다. 그러나, 종래의 유기 EL 소자는 여기 1중항 상태(excited singlet state)로부터의 발광, 즉, 형광발광을 사용하고, 전기적 여기에 있어서, 3중항 여기자에 대한 1중항 여기자의 형성비가 3/1이므로, 유기발광소자에서의 내부양자효율의 상한은 25%이다(외부추출효율이 20%인 경우, 외부양자효율 5%에 상당). 이러한 상황하에, M.A. Baldo 등은 실온에서 여기 3중항 상태로 인광을 발할 수 있는 이리듐 착체 등이 통상의 외부양자효율 상한 5%를 초과하는 7.5%의 외부양자효율(외부추출효율이 20%라고 가정되면, 내부양자효율 37.5%에 상당)을 달성할 수 있다는 것을 개시하였다. 또한, 거의 20%의 고효율은 상기 장치의 호스트 재료 또는 구조를 변성시킴으로써 달성되고(Appl.Phys.Lett.,Vol.90, P.5048, 2001), 이것은 초고효율을 달성하기 위한 방법으로서 주목되고 있다. 그러나, 상기 인광발광성 이리듐 착체는 저분자량 화합물이고, 진공 증착법에 의해 필름으로 형성된다. 저분자량 발광 재료의 필름을 형성하기 위해, 진공 증착법이 널리 사용되지만, 상기 방법은 진공 장치가 필요하고, 형성되는 유기성 필름의 면적이 클수록 균일한 두께 또는 고정밀 패턴을 지닌 필름으로 형성하기 곤란하다는 단점이 있다. 따라서, 상기 방법이 대면적 패널의 양산(mass production)에 적당하다고는 할 수 없다. 이러한 상황에 있어서, 큰 발광 면적을 갖는 소자를 제조하는데 적당한 방법 및 양산법에 관해서, 스핀 코팅법, 잉크젯법, 인쇄법 등에 의해 발광성 폴리머 재료를 필름으로 형성하는 방법이 개발되어 있다. 이들 기술은 형광발광성 폴리머 재료에 널리 사용되고, 또한, 이와 같은 방법은 인광발광성 폴리머 재료에서의 적용도 개발되고 있다. 5% 초과의 외부양자효율은 인광발광성 부위 및 캐리어 수송 부위를 함유하는 측쇄를 지닌 인광발광성 폴리머 재료를 사용하여 달성될 수 있다는 것이 보고되어 있다(Proceedings of The 11th International Workshop on Inorganic and Organic Electroluminescence(EL 2002), p. 283-286, 2002). 그러나, 상기 인광발광성 폴리머 재료는 상기 형광발광소자의 외부양자효율 한계 5%를 단지 약간 초과하는 약 6%의 외부양자효율을 나타낸다. 따라서, 상기 재료는 기대되는 상기 인광발광소자의 높은 외부양자효율을 달성할 수 없다. 한편, 많은 조사 기관은 광학 재료 또는 전자 기능 재료에 파이 전자계 유기 화합물을 적용하려는 각종 시도를 행하고 있다. 특히, 분자 중에 붕소 원자를 갖는 붕소 화합물로서, 상기 붕소 원자의 빈 p-궤도의 존재가 매우 특이한 광학 및 전자 물성이 나타내는데 기여한다고 기대되고 있다. 그러나, 일반적으로, 공기 및 물 중에서 불안정하다는 단점을 갖는 붕소 화합물은 재료로서 사용되는데 적합하지 않다. 상기 문제에 관해서, 최근에, 붕소 화합물을 벌키 구조가 되게 하여 공기 및 물 중에서 안정하게 할 수 있다라고 보고되고 있어(예컨대, Journal of American Chemical Society, Vol.120p. 10776, 1998 참조), 비선형 광학 재료, 유기 EL 재료 등에 사용되는 붕소 화합물의 가능성을 타진하고 있다. 그러나, 이러한 연구 보고는 용액 상태에서의 상기 화합물의 형광발광성에 대해서만 기재되어 있고, 벌키 구조를 갖는 붕소 화합물이 실용되기 위해서는 현재까지 얻어진 연구 결과는 너무 미완성인 상태이다. 특히, 유기 EL 재료에 붕소 화합물의 사용을 위한 강한 요구가 있어왔고, 상기 종류의 기술에 대한 연구가 활발히 행하여지고 있지만, 충분한 성능을 나타내는 기술이 개발되어 있지 않다. 유기 EL 소자는 발광 재료로서 전하 수송층 및/또는 유기 화합물이 2개의 전극사이에 끼워져 있는 구조를 기본적으로 포함한다. 유기 EL 소자는 낮은 전력 소비로 높은 효율을 갖는 것이 요구되고, 이것을 위해, 높은 발광 효율을 나타는 재료로서 유기 화합물을 사용할 필요가 있다. 전하 수송제로서, 복소환을 함유하는 붕소 화합물이 사용되는 조사에 관한 논문(Journal of American Chemical Society, Vol.120p. 9714, 1998)이 있지만, 상기 논문은 붕소 화합물의 발광 재료로서 발광성 또는 적합성에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다. 상기 논문은 상기 붕소 화합물을 함유하는 소자가 그것의 낮은 전류로 인하여, 붕소 화합물을 함유하지 않는 소자에 비하여 동일한 휘도 수준으로 개선된 발광 효율을 나타내는 것만을 의미하는 보고가 포함된다. 또한, 저분자량 화합물인 여기서 사용되는 붕소 화합물은 대면적 패널의 양산 공정에 항상 적합하지 않는 상술한 바와 같은 진공 증착 등에 의한 필름 형성법이 요구된다. 상기 국제 공보 WO00/40586호에서는 유기 EL 소자에 붕소 화합물을 사용한 예가 기재되어 있지만, 여기서 사용되는 붕소 화합물도 저분자량 화합물이고, 낮은 효율만을 나타내어, 상기 조사 논문에 있어서, 남은 미해결 문제를 포함하였다.