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KR102120560B1 - 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 Download PDF

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KR102120560B1
KR102120560B1 KR1020180126109A KR20180126109A KR102120560B1 KR 102120560 B1 KR102120560 B1 KR 102120560B1 KR 1020180126109 A KR1020180126109 A KR 1020180126109A KR 20180126109 A KR20180126109 A KR 20180126109A KR 102120560 B1 KR102120560 B1 KR 102120560B1
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light emitting
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윤홍식
이준엽
이호중
홍완표
김진주
Original Assignee
주식회사 엘지화학
성균관대학교산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 명세서는 화학식 1의 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.

Description

화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자{COMPOUND AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 2개의 전극 사이에 유기박막을 배치시킨 구조를 가지고 있다. 이와 같은 구조의 유기 발광 소자에 전압이 인가되면, 2개의 전극으로부터 주입된 전자와 정공이 유기박막에서 결합하여 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 발하게 된다. 상기 유기박막은 필요에 따라 단층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어 질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다.
상기와 같은 유기 발광 소자를 위한 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있다.
한국 특허공개공보 제2000-0051826호
본 명세서에는 함질소 고리 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자가 기재된다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112018104088026-pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이며,
c는 1 내지 4의 정수이며,
a+b는 1 이상이고,
a 또는 b가 2 이상인 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서에 기재된 화합물은 유기 발광 소자의 유기물층의 재료로서 사용될 수 있다. 적어도 하나의 실시상태에 따른 화합물은 유기 발광 소자에서 효율의 향상, 낮은 구동전압 및/또는 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 명세서에 기재된 화합물은 정공주입, 정공수송, 정공주입과 정공수송, 전자억제, 발광, 정공억제, 전자수송, 또는 전자주입 재료로 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따른 화합물은 전자 수용 능력이 높은 구조를 가지고 있으며, 내열성이 우수하여 유기 발광 소자 제작시 적절한 증착 온도를 유지할 수 있다. 또한, 승화 온도가 높아 승화 정제 방법으로 고순도화가 가능하며, 유기 발광 소자 제조시 증착용 성막 장치 또는 유기 발광 소자에 오염을 일으키지 않는다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7), 전자수송층(8) 및 음극(4)로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물의 합성을 확인하기 위한 그래프이다.
이하 본 명세서에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물은 삼중항과 일중항 사이의 에너지 차이가 작아, 삼중항에서 일중항으로의 엑시톤 이동(RISC)을 효율적으로 일어나게 하므로, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이 유기 발광 소자의 유기물층에 사용하는 경우, 유기 발광 소자의 효율이 향상될 뿐만 아니라, 낮은 구동전압을 가지고, 우수한 수명특성을 갖는다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에 있어서,
Figure 112018104088026-pat00002
는 다른 치환기 또는 화합물에 결합되는 부위를 의미한다.
본 명세서에서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환" 이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 시아노기; 실릴기; 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 도 있다.
상기 치환기들의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 요오드(I)가 있다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 -SiRaRbRc의 화학식으로 표시될 수 있고, 상기 Ra, Rb 및 Rc는 각각 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다. 상기 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기(TMS), 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 -BRdRe의 화학식으로 표시될 수 있고, 상기 Rd 및 Re는 각각 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다. 상기 붕소기는 구체적으로 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-프로필기, 이소프로필기, 부틸기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, sec-부틸기, 1-메틸-부틸기, 1-에틸-부틸기, 펜틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 헥실기, n-헥실기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, 3,3-디메틸부틸기, 2-에틸부틸기, 헵틸기, n-헵틸기, 1-메틸헥실기, 시클로펜틸메틸기, 시클로헥실메틸기, 옥틸기, n-옥틸기, tert-옥틸기, 1-메틸헵틸기, 2-에틸헥실기, 2-프로필펜틸기, n-노닐기, 2,2-디메틸헵틸기, 1-에틸-프로필기, 1,1-디메틸-프로필기, 이소헥실기, 4-메틸헥실기, 5-메틸헥실기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 40이고, 일 실시예에 따르면 탄소수 1 내지 20이다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 기재된 알킬기, 알콕시기 및 그 외 알킬기 부분을 포함하는 치환체는 직쇄 또는 분쇄 형태를 모두 포함한다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 6이다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 40이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 트리페닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure 112018104088026-pat00003
,
Figure 112018104088026-pat00004
등의 스피로플루오레닐기,
Figure 112018104088026-pat00005
(9,9-디메틸플루오레닐기), 및
Figure 112018104088026-pat00006
(9,9-디페닐플루오레닐기) 등의 치환된 플루오레닐기가 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 이종원자로 N, O, P, S, Si 및 Se 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 헤테로고리기의 탄소수는 2 내지 30이다. 헤테로 고리기의 예로는 예로는 피리딜기, 피롤기, 피리미딜기, 피리다지닐기, 퓨라닐기, 티오페닐기, 이미다졸기, 피라졸기, 옥사졸기, 이소옥사졸기, 티아졸기, 이소티아졸기, 트리아졸기, 옥사디아졸기, 티아디아졸기, 디티아졸기, 테트라졸기, 피라닐기, 티오피라닐기, 피라지닐기, 옥사지닐기, 티아지닐기, 디옥시닐기, 트리아지닐기, 테트라지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 퀴놀릴기, 퀴나졸리닐기, 퀴녹살리닐기, 나프티리디닐기, 아크리딜기, 크산테닐기, 페난트리디닐기, 디아자나프탈레닐기, 트리아자인데닐기, 인돌기, 인돌리닐기, 인돌리지닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 벤조티아졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 카바졸기, 벤조카바졸기, 디벤조카바졸기, 인돌로카바졸기, 인데노카바졸기, 페나지닐기, 이미다조피리딘기, 페녹사지닐기, 페난트리딘기, 페난트롤린(phenanthroline)기, 페노티아진(phenothiazine)기, 이미다조피리딘기, 이미다조페난트리딘기. 벤조이미다조퀴나졸린기, 나프토벤조퓨라닐기(naphthobenzofuran) 또는 벤조이미다조페난트리딘기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 탄화수소고리는 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 상기 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 시클로알킬기 또는 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 방향족 탄화수소고리는 1가인 것을 제외하고는 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112018104088026-pat00007
상기 화학식 2에 있어서,
R1, R2, Ar1, Ar2 및 c는 화학식 1에서의 정의와 같다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 12의 아릴기이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 바이페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리기이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리기이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 15의 헤테로고리기이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 카바졸기이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1의 c는 1 내지 4의 정수이며, 이는 곧 시아노기가 적어도 하나 이상 치환된다는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 a 및 b는 1이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 c는 1 또는 2이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 구조들 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure 112018104088026-pat00008
Figure 112018104088026-pat00009
Figure 112018104088026-pat00010
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화합물의 컨쥬게이션 길이와 에너지 밴드갭은 밀접한 관계가 있다. 구체적으로, 화합물의 컨쥬게이션 길이가 길수록 에너지 밴드갭이 작아진다.
본 발명에서는 상기와 같은 구조의 코어 구조를 도입함으로써, 화합물의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위도 조절할 수 있다.
또한, 상기와 같은 구조의 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 도입된 치환기의 고유 특성을 갖는 화합물을 합성할 수 있다. 예컨대, 유기 발광 소자 제조시 사용되는 정공 주입층 물질, 정공 수송용 물질, 발광층 물질 및 전자 수송층 물질에 주로 사용되는 치환기를 상기 코어 구조에 도입함으로써 각 유기물층에서 요구하는 조건들을 충족시키는 물질을 합성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기 발광 소자는 전술한 화합물을 이용하여 한 층 이상의 유기물층을 형성하는 것을 제외하고는, 통상의 유기 발광 소자의 제조방법 및 재료에 의하여 제조될 수 있다.
상기 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자는 유기물층으로서 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기물층을 포함할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함할 수 있고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 정공주입층 또는 정공수송층을 포함할 수 있고, 상기 정공주입층 또는 정공수송층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
또 하나의 실시 상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
또 하나의 실시 상태에 따르면, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 발광층의 도펀트로서 포함할 수 있다.
또 하나의 예로서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 도펀트로서 포함하고, 형광 호스트 또는 인광 호스트를 포함할 수 있으며, 상기 도펀트의 함량은 호스트 100 중량부 대비 1 내지 50 중량부일 수 있다. 도펀트의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우 삼중항 에너지를 일중항 에너지로 역계간전이시켜 고효율, 장수명 특성을 갖는 유기 발광 소자의 제조가 가능하다.
또한, 상기 화학식 1의 화합물은 열활성화 지연 형광 도펀트(TADF: Thermally Activated Delayed Fluorescence)로 사용될 수 있으며, 상기 화학식 1의 화합물은 △Est 값이 0.2eV 미만의 지연형광 및 0.7 초과의 배향인자 특성을 갖는 그린(green) 계열 열활성화 지연 형광 도펀트로 사용되는 경우, 고휘도 발광이 가능하고, 구동 전압이 낮으며, 장수명 특성을 갖는 유기 발광 소자의 구현이 가능하다.
상기 열활성화 지연 형광이란 열에너지에 의하여 삼중항 여기 상태로부터 일중항 여기상태로 역계간전이가 유도되고, 일중항 여기상태의 엑시톤이 바닥상태(Ground State)로 이동하여 형광발광을 일으키는 현상을 의미한다. 또한, 상기 △Est는 일중항에너지(Singlet energy) - 삼중항에너지(Triplet energy)의 절대값을 의미한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 도펀트로서 포함하고, 형광 호스트 또는 인광 호스트를 포함하며, 형광 이미터를 더 포함할 수 있다. 상기 도펀트 함량은 호스트 100 중량부 대비 1 내지 50 중량부, 형광 이미터의 함량은 호스트 100 중량부 대비 0 내지 10 중량부일 수 있다.
또한, 상기 발광층에 형광 이미터를 더 포함하는 경우, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 엑시톤 에너지를 형광 이미터로 전달하여 형광 이미터에서 발광 현상이 일어나게 되므로, 고휘도 발광이 가능하고, 구동 전압이 낮으며, 장수명 특성을 갖는 유기 발광 소자를 제조할 수 있다.
상기 형광 이미터로는 안트라센계 화합물, 파이렌계 화합물, 보론계 화합물과 같은 형광 물질이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 제2 전극은 음극이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 음극이고, 제2 전극은 양극이다.
본 발명의 유기 발광 소자의 구조는 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 기판(1) 위에 양극(2), 발광층(3) 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화합물은 상기 발광층(3)에 포함될 수 있다.
도 2에는 기판(1) 위에 양극(2), 정공 주입층(5), 정공 수송층(6), 발광층(7), 전자 수송층(8) 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화합물은 상기 정공 주입층(5), 정공 수송층(6), 발광층(7) 또는 전자 수송층(8)에 포함될 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 스퍼터링(sputtering)이나 전자빔 증발(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수도 있다.
상기 유기물층은 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층 등을 포함하는 다층 구조일 수도 있으나, 이에 한정되지 않고 단층 구조일 수 있다. 또한, 상기 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용매 공정(solvent process), 예컨대 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO : Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸)화합물, 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)](PEDT) 화합물, 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 주입 물질로는 낮은 전압에서 양극으로부터 정공을 잘 주입 받을 수 있는 물질로서, 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrine), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone) 계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리화합물의 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층은 적색, 녹색 또는 청색을 발광할 수 있으며, 인광 물질 또는 형광 물질로 이루어질 수 있다. 상기 발광 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
발광층의 호스트 재료로는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 발광층의 호스트 재료로 하기 화합물과 함께 사용될 수 있다.
Figure 112018104088026-pat00014
Figure 112018104088026-pat00015
Figure 112018104088026-pat00016
도펀트 재료로는 방향족 아민 유도체, 스트릴아민 화합물, 붕소 착체, 플루오란텐 화합물, 금속 착체 등이 있다. 구체적으로 방향족 아민 유도체로는 치환 또는 비치환된 아릴아미노기를 갖는 축합 방향족환 유도체로서, 아릴아미노기를 갖는 피렌, 안트라센, 크리센, 페리플란텐 등이 있으며, 스티릴아민 화합물로는 치환 또는 비치환된 아릴아민에 적어도 1개의 아릴비닐기가 치환되어 있는 화합물로, 아릴기, 실릴기, 알킬기, 시클로알킬기 및 아릴아미노기로 이루어진 군에서 1 또는 2이상 선택되는 치환기가 치환 또는 비치환된다. 구체적으로 스티릴아민, 스티릴디아민, 스티릴트리아민, 스티릴테트라아민 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
<제조예>
본 발명의 물질을 제조하는 방법은 하기와 같이 시아노기가 치환된 플루오로페닐보로닉액시드부터 다양한 종류의 트리아진기를 도입하는 반응으로부터 시작된다. 트리아진기를 도입한 후 최종적으로 비스카바졸 또는 트리스카바졸을 도입하여 구체예의 화합물들을 합성하였다.
제조예 1-1: 화합물 1-A의 합성
[반응식 1-1]
Figure 112018104088026-pat00017
(3-시아노-4-플루오로페닐)보로닉액시드 30 g (181.9 mmol), 2-클로로-4,6-다이페닐-1,3,5-트리아진을 181.9 mmol, 테트라하이드로퓨란 200 mL, 물 100 mL 혼합하고 60 ℃로 가열한다. 포타슘카보네이트 545.6 mmol, 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 1 mmol 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응용액을 필터하여 고체를 얻은 후, 이 고체를 티에치에프/에탄올으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-A를 57.6 g 얻었다(수율 90%).
MS[M+H]+ = 353
제조예 1-2: 화합물 1-B의 합성
[반응식 1-2]
Figure 112018104088026-pat00018
(2-시아노-4-플루오로페닐)보로닉액시드 30 g (181.9 mmol), 2-클로로-4,6-다이페닐-1,3,5-트리아진을 181.9 mmol, 테트라하이드로퓨란 200 mL, 물 100 mL 혼합하고 60 ℃로 가열한다. 포타슘카보네이트 545.6 mmol, 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 1 mmol 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응용액을 필터하여 고체를 얻은 후, 이 고체를 티에치에프/에탄올으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-B를 55.7 g 얻었다(수율 87%).
MS[M+H]+ = 353
제조예 1-3: 화합물 1-C의 합성
[반응식 1-3]
Figure 112018104088026-pat00019
(3-시아노-4-플루오로페닐)보로닉액시드 30 g (181.9 mmol), 2-([1,1'-바이페닐]-3-일)-4-클로로-6-페닐-1,3,5-트리아진을 181.9 mmol, 테트라하이드로퓨란 200 mL, 물 100 mL 혼합하고 60 ℃로 가열한다. 포타슘카보네이트 545.6 mmol, 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 1 mmol 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응용액을 필터하여 고체를 얻은 후, 이 고체를 티에치에프/에탄올으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-C를 71.7 g 얻었다(수율 92%).
MS[M+H]+ = 429
제조예 1-4: 화합물 1-D의 합성
[반응식 1-4]
Figure 112018104088026-pat00020
(2-시아노-4-플루오로페닐)보로닉액시드 30 g (181.9 mmol), 2-([1,1'-바이페닐]-3-일)-4-클로로-6-페닐-1,3,5-트리아진을 181.9 mmol, 테트라하이드로퓨란 200 mL, 물 100 mL 혼합하고 60 ℃로 가열한다. 포타슘카보네이트 545.6 mmol, 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 1 mmol 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응용액을 필터하여 고체를 얻은 후, 이 고체를 티에치에프/에탄올으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-D를 66.2 g 얻었다(수율 85%).
MS[M+H]+ = 429
제조예 2-1: 화합물 1의 합성
[반응식 2-1]
Figure 112018104088026-pat00021
1-A 15 g (42.6 mmol), 9-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸 42.6 mmol 을 톨루엔 100 mL에 완전히 녹인 후 소듐-tert-부톡사이드 63.8 mmol 를 첨가하고, 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.42 mmol 을 넣은 후 6시간 동안 80℃로 가열 교반하였다. 상온으로 온도를 낮추고 여과하여 염을 제거한 후에 감압 농축 시키고 테트라하이드로퓨란:헥산 = 1:5로 컬럼하여 톨루엔/에탄올(1:1)로 재결정을 실시함으로써 정제하여, 1를 28.7 g 얻었다(수율 91%). 모든 비율은 중량비이다.
MS[M+H]+ = 741
제조예 2-2: 화합물 2의 합성
[반응식 2-2]
Figure 112018104088026-pat00022
1-B 15 g (42.6 mmol), 9-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸 42.6 mmol 을 톨루엔 100 mL에 완전히 녹인 후 소듐-tert-부톡사이드 63.8 mmol 를 첨가하고, 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.42 mmol 을 넣은 후 6시간 동안 80℃로 가열 교반하였다. 상온으로 온도를 낮추고 여과하여 염을 제거한 후에 감압 농축 시키고 테트라하이드로퓨란:헥산 = 1:5로 컬럼하여 톨루엔/에탄올(1:1)로 재결정을 실시함으로써 정제하여, 2를 28.0 g 얻었다(수율 89%).
MS[M+H]+ = 741
제조예 2-3: 화합물 3의 합성
[반응식 2-3]
Figure 112018104088026-pat00023
1-C 18.2 g (42.6 mmol), 9-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸 42.6 mmol 을 톨루엔 100 mL에 완전히 녹인 후 소듐-tert-부톡사이드 63.8 mmol 를 첨가하고, 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.42 mmol 을 넣은 후 6시간 동안 80℃로 가열 교반하였다. 상온으로 온도를 낮추고 여과하여 염을 제거한 후에 감압 농축 시키고 테트라하이드로퓨란:헥산 = 1:5로 컬럼하여 톨루엔/에탄올(1:1)로 재결정을 실시함으로써 정제하여, 3를 30.2 g 얻었다(수율 87%).
MS[M+H]+ = 817
제조예 2-4: 화합물 4의 합성
[반응식 2-4]
Figure 112018104088026-pat00024
1-D 18.2 g (42.6 mmol), 9-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸 42.6 mmol 을 톨루엔 100 mL에 완전히 녹인 후 소듐-tert-부톡사이드 63.8 mmol 를 첨가하고, 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.42 mmol 을 넣은 후 6시간 동안 80℃로 가열 교반하였다. 상온으로 온도를 낮추고 여과하여 염을 제거한 후에 감압 농축 시키고 테트라하이드로퓨란:헥산 = 1:5로 컬럼하여 톨루엔/에탄올(1:1)로 재결정을 실시함으로써 정제하여, 4를 29.9 g 얻었다(수율 86%).
MS[M+H]+ = 817
제조예 2-5: 화합물 5의 합성
[반응식 2-5]
Figure 112018104088026-pat00025
1-A 15 g (42.6 mmol), 9H-3,9'-바이카바졸 42.6 mmol 을 톨루엔 100 mL에 완전히 녹인 후 소듐-tert-부톡사이드 63.8 mmol 를 첨가하고, 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.42 mmol 을 넣은 후 6시간 동안 80℃로 가열 교반하였다. 상온으로 온도를 낮추고 여과하여 염을 제거한 후에 감압 농축 시키고 테트라하이드로퓨란:헥산 = 1:5로 컬럼하여 톨루엔/에탄올(1:1)로 재결정을 실시함으로써 정제하여, 5를 26.0 g 얻었다(수율 92%).
MS[M+H]+ = 665
제조예 2-6: 화합물 7의 합성
[반응식 2-6]
Figure 112018104088026-pat00026
1-A 15 g (42.6 mmol), 9,9''-다이페닐-9H,9'H,9''H-3,3':6',3''-터카바졸 42.6 mmol 을 톨루엔 100 mL에 완전히 녹인 후 소듐-tert-부톡사이드 63.8 mmol 를 첨가하고, 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.42 mmol 을 넣은 후 6시간 동안 80℃로 가열 교반하였다. 상온으로 온도를 낮추고 여과하여 염을 제거한 후에 감압 농축 시키고 테트라하이드로퓨란:헥산 = 1:5로 컬럼하여 톨루엔/에탄올(1:1)로 재결정을 실시함으로써 정제하여, 7를 35.5 g 얻었다(수율 85%).
MS[M+H]+ = 982
제조예 2-7: 화합물 8의 합성
[반응식 2-7]
Figure 112018104088026-pat00027
1-A 15 g (42.6 mmol), 9'H-9,3':6',9''-터카바졸 42.6 mmol 을 톨루엔 100 mL에 완전히 녹인 후 소듐-tert-부톡사이드 63.8 mmol 를 첨가하고, 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐 0.42 mmol 을 넣은 후 6시간 동안 80℃로 가열 교반하였다. 상온으로 온도를 낮추고 여과하여 염을 제거한 후에 감압 농축 시키고 테트라하이드로퓨란:헥산 = 1:5로 컬럼하여 톨루엔/에탄올(1:1)로 재결정을 실시함으로써 정제하여, 8를 29.3 g 얻었다(수율 83%).
MS[M+H]+ = 830
상기 반응식과 동일한 합성 과정을 통해 트리아진기와 카바졸류를 다양하게 도입하여을 구체예 상의 물질들을 합성하였다.
<실험예 1>
전이 쌍극자 모멘트의 배향은 외부 양자 효율을 제한하는 중요한 인자들 중 하나로서 많은 주목을 받아왔다. 최근의 문헌에서 다수의 상이한 배향 측정 방법이 이용되고 보고되어 왔다. 보고된 방법은 광학 시뮬레이션이 후속되는 각도 광루미네센스 프로파일 측정; 일련의 ETL 두께를 갖는 소자를 이용하는 아웃커필링 렌즈를 구비/비구비한 EL 소자의 적분구 EGE 측정; 및 단색 일렉 트로루미네센스 원거리장 각도 패턴 측정을 포함한다. 이들 방법 모두는 데이터 계산 및 해석을 위해 시판 광학 시뮬레이션 소프트웨어를 사용한다.
이하 개시되는 방법은 표준 재료 세트를 갖는 소자에서 사용되는 다수의 물질의 수평 배향 인자를 평가하기 위해 고안되었다.
반구로 이루어진 실리카 퓨즈드 기판에 m-CBP와 함께 CzTrz을 도핑하여 증착한다.
상기 증착된 기판에 여기 시킬 수 있는 300 nm의 빛을 조사하여 빛이 나오는 방향으로 detector를 위치하여 찍는 범위를 설정한다.
상기 반구의 절반 범위만 측정을 하여, 빛에 세기를 측정한다.
상기 측정한 데이터의 수평 비율이 몇 프로 일 때 유사한지 시뮬레이션으로 비교하여 확인한 후, 값을 확인한다.
Figure 112018104088026-pat00028
실험예 1-1
상기 실험예 1에서 화합물 CzTrz 대신 화합물 8을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 수평 배향 인자를 측정하였다.
비교 실험예 1-1
상기 실험예 1에서 화합물 CzTrz 대신 하기 BCzTrz을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1과 동일한 방법으로 수평 배향 인자를 측정하였다.
Figure 112018104088026-pat00029
실험예 1-1 및 비교예 1-1 에 의해 측정한 수평 배향 인자는 하기 [표 1]의 결과와 같다.
구분 화합물 수평배향인자
실험예 1 CzTrz 0.66
실험예 1-1 8 0.89
비교예 1-1 BCzTrz 0.65
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 시아노기가 포함된 화합물 8을 사용한 실험예 1-1의 결과가 실험예 1 및 비교예 1-1과 비교하여 큰 수치의 수평 배향 인자를 갖는 것을 확인하였다.
상기 표 1의 결과와 같이, 본 발명에 따른 화합물은 수평 배향 인자가 크기 때문에 유기 발광 소자에 적용 시, 고효율의 유기발광소자 구현에 도움이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
<실험예 2>
본 실험예에 있어서, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1을 삼중항 값이 2.5eV 이상인 호스트 재료(m-CBP)와 함께 발광층에 포함하여 유기 발광 소자를 제조하고, 특성을 평가하였다.
ITO(indium tin oxide)가 1,000Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다. 이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 각 박막을 진공 증착법 으로 진공도 5.0 Х 10-4㎩ 로 적층하였다. 먼저, ITO 상에 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌 (hexaazatriphenylene; HAT)를 500Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공 주입층을 형성하였다.
상기 정공 주입층 위에 정공을 수송하는 물질인 하기 화합물 4-4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(NPB)(300Å)를 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
상기 정공 수송층 위에 막 두께 100Å으로 하기 화합물 N-([1,1'-비스페닐]-4-yl)-N-(4-(11-([1,1'-비페닐]-4-yl)-11H-벤조[a]카바졸-5-yl)페닐)-[1,1'-비페닐]-4-아민(EB1)(100Å)를 진공 증착하여 전자 저지층을 형성하였다.
이어서, 상기 전자 저지층 위에 막 두께 300Å으로 아래와 같은 m-CBP와 4CzIPN을 70:30의 중량비로 진공증착하여 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 막 두께 100Å으로 화합물 HB1을 진공 증착하여 정공 저지층을 형성하였다.
상기 정공 저지층 위에 화합물 ET1과 화합물 LiQ(Lithium Quinolate)를 1:1의 중량비로 진공증착하여 300Å의 두께로 전자 주입 및 수송층을 형성하였다. 상기 전자 주입 및 수송층 위에 순차적으로 12Å두께로 리튬플로라이드(LiF)와 2,000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4~ 0.7Å/sec를 유지하였고, 음극의 리튬플로라이드는 0.3Å/sec, 알루미늄은 2Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2 ⅹ10-7 ~ 5 ⅹ10-6 torr를 유지하여, 유기 발광소자를 제작하였다.
Figure 112018104088026-pat00030
Figure 112018104088026-pat00031
실험예 2-1 내지 2-9
상기 실험예 1에서 화합물 4CzIPN 대신 하기 표 1의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
비교 실험예 1-1 내지 1-2
상기 실험예 1에서 화합물 4CzIPN 대신 하기 BCzTrz 내지 TCzTrz의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 2와 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure 112018104088026-pat00032
실험예 2-1 내지 2-9 및 비교예 2-1 내지 2-2에 의해 제작된 유기 발광 소자에 전류를 인가하였을 때, 하기 [표 2]의 결과를 얻었다.
구분 화합물
(발광층)		 전압
(V@10mA/cm2)		 효율
(cd/A@10mA/cm2)		 색좌표
(x,y)
실험예 2 4CzIPN 4.7 17 (0.34, 0.62)
실험예 2-1 화합물 1 4.1 22 (0.33, 0.62)
실험예 2-2 화합물 2 4.0 21 (0.34, 0.62)
실험예 2-3 화합물 3 4.1 23 (0.33, 0.61)
실험예 2-4 화합물 4 4.1 23 (0.33, 0.62)
실험예 2-5 화합물 5 4.1 22 (0.34, 0.61)
실험예 2-6 화합물 6 4.0 24 (0.33, 0.61)
실험예 2-7 화합물 7 4.2 23 (0.33, 0.62)
실험예 2-8 화합물 8 3.9 25 (0.31, 0.63)
실험예 2-9 화합물 9 3.9 24 (0.32, 0.62)
비교예 2-1 BCzTrz 4.8 16 (0.35, 0.53)
비교예 2-2 TCzTrz 4.7 17 (0.37, 0.61)
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 화학식 1의 구조를 코어로 하는 화합물을 사용한 실험예 2-1 내지 2-9 의 소자 모두 실험예 2에서 화합물 4CzIPN의 물질을 사용한 소자보다 전압이 낮고, 효율이 올라가는 결과를 얻었다.
또한, 비교예 2-1 내지 2-2 소자와 비교를 해보면 코어에 시아노기가 치환되지 않은 경우보다 본 화학식 1의 시아노기가 치환된 구조가 전압, 효율, 색순도 면에서 특성이 모두 향상됨을 알 수 있었다.
상기 표 1의 결과와 같이, 본 발명에 따른 화합물은 발광 능력이 우수하고 색순도가 높아 지연형광 유기 발광 소자에 적용 가능함을 확인할 수 있었다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실험예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범주에 속한다.
1: 기판
2: 양극
3: 발광층
4: 음극
5: 정공주입층
6: 정공수송층
7: 발광층
8: 전자수송층

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112020024589723-pat00033

    상기 화학식 1에 있어서,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
    a 및 b는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이며,
    c는 1 내지 4의 정수이며,
    a+b는 1 이상이고,
    a 또는 b가 2 이상인 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하며,
    c가 1일 때, 1) R1 및 R2는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환된 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 2) a 및 b는 각각 1이거나, 3) Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 표시되는 것인 화합물:
    [화학식 2]
    Figure 112018104088026-pat00034

    상기 화학식 2에 있어서,
    R1, R2, Ar1, Ar2 및 c는 화학식 1에서의 정의와 같다.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기인 것인 화합물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 카바졸기인 것인 화합물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 c는 1 또는 2인 것인 화합물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 구조들 중 어느 하나로 표시되는 것인 화합물:
    Figure 112020024589723-pat00044

    Figure 112020024589723-pat00036

    Figure 112020024589723-pat00037

    Figure 112020024589723-pat00038

    Figure 112020024589723-pat00039

    Figure 112020024589723-pat00040
    .
  7. 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상이 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기물층은 정공주입층 또는 정공수송층을 포함하고, 상기 정공주입층 또는 정공수송층은 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함하고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층은 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1의 화합물을 도펀트로 포함하는 것인 유기 발광 소자.
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