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KR20200006021A - 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 Download PDF

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KR20200006021A
KR20200006021A KR1020190082677A KR20190082677A KR20200006021A KR 20200006021 A KR20200006021 A KR 20200006021A KR 1020190082677 A KR1020190082677 A KR 1020190082677A KR 20190082677 A KR20190082677 A KR 20190082677A KR 20200006021 A KR20200006021 A KR 20200006021A
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윤홍식
홍완표
김진주
이동훈
한수진
박슬찬
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 명세서는 화학식 1의 화합물 및 이를 포함한 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.
본 출원은 2018년 7월 9일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10- 2018-0079362호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
유기발광소자는 2개의 전극 사이에 유기박막을 배치시킨 구조를 가지고 있다. 이와 같은 구조의 유기발광소자에 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.
유기박막의 재료는 필요에 따라 발광 기능을 가질 수 있다. 예컨대, 유기박막 재료로는 그 자체가 단독으로 발광층을 구성할 수 있는 화합물이 사용될 수도 있고, 또는 호스트-도펀트계 발광층의 호스트 또는 도펀트 역할을 할 수 있는 화합물이 사용될 수도 있다. 그 외에도, 유기박막의 재료로서, 정공주입, 정공수송, 전자저지, 정공저지, 전자수송 또는 전자주입 등의 역할을 수행할 수 있는 화합물이 사용될 수도 있다.
유기발광소자의 성능, 수명 또는 효율을 향상시키기 위하여, 유기박막의 재료의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
국제 특허 출원 공개 제2003-012890호
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
A1 및 A2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 카바졸기이고,
L은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 또는 치환 또는 비치환된 실릴기이다.
또한, 본 출원은 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 전술한 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 화합물은 유기 발광 소자에 사용되어, 유기 발광 소자의 휘도를 높히고, 수명을 늘리며, 구동전압을 낮추고, 광효율을 향상시키며, 화합물의 열적 안정성에 의하여 소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 디벤조티오펜의 2번 위치(A2)에 카바졸기가 결합하는 경우, S원자의 활성 부위를 막아서 물질의 내구성을 향상되고, 6번 위치(A1)에 카바졸기가 결합하는 경우, S원자 주변을 차폐하여 물질의 내구성을 향상시킨다. 따라서, 상기 화학식 1에 따른 화합물을 유기발광소자에 사용하는 경우, 장수명의 효과가 있다.
도 1 내지 3은 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 디벤조티오펜의 2번(A2) 및 6번(A1) 위치에 2개의 카바졸기를 결합하여 내구성을 향상되었으며, 4번 위치에 트리아진기를 결합하여 S원자의 주변을 차폐함과 동시에 전자 이동도가 향상되었다.
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; 니트릴기; 알킬기; 시클로알킬기; 실릴기; 알콕시기; 아릴기; 및 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 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸프로필, 1,1-디메틸프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 30인 것이 바람직하며, 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 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 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 명세서에서 상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 24인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라센기, 페난트렌기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이센기, 플루오렌기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se, Si 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 헤테로아릴기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60 또는 탄소수 2 내지 30인 것이 바람직하다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸릴기, 티아졸릴기, 옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 트리아졸릴기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아지닐기, 아크리딜기, 피리다지닐기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도피리미디닐기, 피리도피라지닐기, 피라지노피라지닐기, 이소퀴놀리닐기, 인돌기, 카바졸릴기, 벤즈옥사졸릴기, 벤즈이미다졸릴기, 벤조티아졸릴기, 벤조카바졸릴기, 디벤조카바졸릴기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨란기, 디벤조퓨란기, 벤조실롤기, 디벤조실롤기, 페난트롤리닐기(phenanthrolinyl group), 이소옥사졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기, 페녹사진기 및 이들의 축합구조 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴렌기는 아릴기에 결합 위치가 두 개 있는 것 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 아릴실릴기는 아릴기로 치환된 실릴기를 의미하고, 상기 아릴실릴기의 아릴은 상기 전술한 아릴기의 예시와 같다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬실릴기는 알킬기로 치환된 실릴기를 의미하고, 상기 알킬기는 상기 전술한 알킬기의 예시와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2로 표시된다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에 있어서,
L, Ar1 및 Ar2의 정의는 화학식 1에서와 같고,
R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬실릴기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
m 및 n은 각각 0 내지 8의 정수이고,
상기 m이 2 이상일 때, 상기 R1은 서로 같거나 상이하고,
상기 n이 2 이상일 때, 상기 R2는 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 직접결합; 또는 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 직접결합; para-페닐렌기; 또는 meta-페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 벤조티아졸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 니트릴기로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 니트릴기로 치환 또는 비치환된 벤조티아졸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 니트릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 바이페닐기; 디벤조티오펜기; 디벤조퓨란기; 또는 벤조티아졸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조식들 중에서 선택된다.
Figure pat00003
Figure pat00004
본 출원의 일 실시 상태에 따른 화합물은 후술하는 제조방법으로 제조될 수 있다.
예컨데 상기 화학식 1의 화합물은 하기 반응식 1과 같이 코어구조가 제조될 수 있다. 치환기는 당기술분야에 알려져 있는 방법에 의하여 결합될 수 있으며, 치환기의 종류, 위치 또는 개수는 당기술분야에 알려져 있는 기술에 따라 변경될 수 있다.
[반응식1]
Figure pat00005
6-브로모-2-클로로다이벤조[b,d]사이오펜에 아미네이션 반응을 이용하여 카바졸류(Cz)를 도입한 후, n-뷰틸리튬을 이용하여 4번 위치에 보로닉액시드를 도입하여 최종적으로 스즈키 반응을 통해 트리아진기(Tz)를 도입하여 화학식 1의 화합물을 제조할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 유리전이온도는 120℃ 이상이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 유리전이온도는 120℃ 이상 200℃ 이하이고, 상기 범위를 만족하는 경우, 승화 정제 방법으로 고순도화가 가능하며, 유기 발광 소자 제조시 증착용 성막 장치 또는 유기 발광 소자에 오염을 일으키지 않는다.
본 명세서에 따른 유리전이온도는 DSC(Differential scanning calorimetry) 측정 장비를 통해 온도 증감에 따른 열량을 측정한다.
또한, 본 명세서는 상기 전술한 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서에서 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 명세서에서 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 출원의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자의 대표 적인 예로서, 유기 발광 소자는 유기물층으로서 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기층을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 호스트로 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 호스트로 포함하고, 다른 호스트물질을 더 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 호스트로 포함하고, 보조 호스트물질을 더 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 호스트로 포함하고, 다른 호스트물질을 더 포함하며, 상기 화합물과 다른 호스트물질을 10:1 내지 1: 2의 중량비로 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 호스트로 포함하고, 다른 호스트물질을 더 포함하며, 상기 화합물과 다른 호스트물질을 3:1 내지 1: 1의 중량비로 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층은 삼중항(triplet) 에너지 준위는 2.1 eV 이상인 화합물을 포함할 수 있고, 바람직하게는 2.1 eV 이상 3.0 eV 이하, 2.3 eV 이상 3.0 eV 이하, 및 2.3 eV 이상 2.9 eV 이하인 화합물을 포함할 수 있다. 상기 에너지 준위를 만족하는 화합물을 발광층에 포함하는 경우, 전자 주입이 용이하게되어 엑시톤의 형성 비율이 높아지게 되므로, 발광 효율이 상승하는 이점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층은 일중항(singlet) 에너지 준위와 삼중항(triplet) 에너지 준위의 차는 0 eV 이상 0.3 eV 이하인 화합물을 포함할 수 있고, 바람직하게는 0 eV 이상 0.25 eV 이하인 화합물을 포함할 수 있다. 일중항(singlet) 에너지 준위와 삼중항(triplet) 에너지 준위의 차가 상기 범위를 만족하는 화합물을 발광층에 포함하는 경우, 삼중항에서 생성된 엑시톤이 역계간전이(RISC)에 의해 일중항으로 이동하는 비율 및 속도가 증가하여 삼중항에 엑시톤이 머무는 시간이 줄어들게 되므로 유기발광소자의 효율 및 수명이 증가하는 이점이 있다.
본 명세서에 있어서, 삼중항 에너지는 형광과 인광 측정이 가능한 분광 기기를 이용하여 측정 가능하고, 측정 조건의 경우 액화질소를 이용한 극저온 상태에서 톨루엔이나 티에치에프를 용매로 하여 10-6M 농도로 용액을 제조하고 용액에 물질의 흡수 파장대의 광원을 조사하여 발광하는 스펙트럼으로부터 일중항 발광을 제외하고, 삼중항에서 발광하는 스펙트럼을 분석하여 확인한다. 광원으로부터 전자가 역이되면 전자가 삼중항에 머물게되는 시간이 일중항에 머물게되는 시간보다 훨씬 길기 때문에 극저온 상태에서 두 성분의 분리가 가능하다.
본 명세서에 있어서, 일중항 에너지의 경우 형광기기를 이용하여 측정하며, 전술한 삼중항 에너지 측정방법과 달리 상온에서 광원을 조사한다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함하며, 호스트 및 형광 도펀트를 더 포함할 수 있다.
일반적인 유기발광소자에서 일중항과 삼중항에서 생성되는 엑시톤의 수가 25:75(일중항:삼중항)의 비율로 생성되며, 엑시톤 이동에 따른 발광 형태에 따라 형광 발광, 인광 발광 및 열활성화 지연형광 발광으로 나눌 수 있다. 상기 인광 발광의 경우 삼중항 여기 상태(excited state)의 엑시톤이 바닥 상태(ground state)로 이동하여 발광하는 것을 의미하고, 상기 형광 발광의 경우 일중항 여기 상태(excited state)의 엑시톤이 바닥 상태(ground state)로 이동하여 발광하게 되는 것을 의미하며, 상기 열활성화 지연형광 발광은 삼중항 여기 상태(excited state)로부터 일중항 여기 상태(excited state)로 역계간전이가 유도되고, 일중항 여기 상태의 엑시톤이 바닥 상태(Ground State)로 이동하여 형광 발광을 일으키는 것을 의미한다.
본 발명의 발광층은 지연 형광 특성을 가진 화합물을 포함하므로써, 일반적으로 삼중항 여기 상태(excited state)의 엑시톤들이 일중항 여기 상태(excited state)로 역계간전이하여 그 에너지를 도펀트로 전달하여 고효율을 갖는 유기발광소자를 구현할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자는 지연 형광 특성 및 인광 발광의 특성을 갖는다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 다른 호스트 물질은 카바졸계 화합물이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 도펀트를 더 포함 할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 도펀트를 더 포함하고, 상기 도펀트는 금속착체이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 도펀트를 더 포함하고, 상기 도펀트는 이리듐계 착체이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 도펀트를 더 포함하고, 상기 도펀트는 이리듐계 도펀트이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물과 도펀트를 1:1 내지 100:1의 함량비로 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층 또는 정공수송층을 포함하고, 상기 정공주입층 또는 정공수송층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 또는 정공 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 정공주입층, 정공수송층, 또는 정공 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 2 층 이상의 정공수송층을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자 저지층을 포함한다.본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함하고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자주입층, 전자수송층, 또는 전자 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 전자주입층, 전자수송층, 또는 전자 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공저지층 또는 정공차단층을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 발광층; 상기 발광층과 상기 제1 전극 사이, 또는 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 구비된 2층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 2층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 상기 화합물을 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조(normal type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 음극, 1층 이상의 유기물층 및 양극이 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
예컨대, 본 출원의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 구조는 도 1에 예시되어 있다.
도 1은 기판(1), 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 2은 기판(1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 전자저지층(7), 발광층(3), 정공저지층(8), 전자 주입 및 수송층(9), 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 3은 기판(1), 양극(2), 정공주입층(5), 제1 정공수송층(6-1), 제2 정공수송층(6-2), 발광층(3), 정공저지층(8), 전자 주입 및 수송층(9), 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.
본 출원의 유기 발광 소자는 유기물층 중 1층 이상이 본 출원의 화합물, 즉 상기 화합물을 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.
상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
예컨대, 본 출원의 유기 발광 소자는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(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 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질로부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수도 있다 (국제 특허 출원 공개 제 2003/012890호). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다.
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-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 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 주입층은 전극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 정공 주입효과, 발광층 또는 발광재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 여기자의 전자주입층 또는 전자주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 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(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정 되는 것은 아니다. 정공주입층의 두께는 1 내지 150nm일 수 있다. 상기 정공주입층의 두께가 1nm 이상이면, 정공 주입 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 150nm 이하이면, 정공주입층의 두께가 너무 두꺼워 정공의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 정공수송층은 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층으로, 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 정공수송층과 발광층 사이에 전자저지층이 구비될 수 있다. 상기 전자저지층은 당 기술분야에 알려져 있는 재료가 사용될 수 있다.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.
상기 발광층은 호스트 재료 및 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 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 화합물, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
발광층이 적색 발광을 하는 경우, 발광 도펀트로는 PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonateiridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium), PtOEP(octaethylporphyrin platinum)와 같은 인광 물질이나, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)와 같은 형광 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다. 발광층이 녹색 발광을 하는 경우, 발광 도펀트로는 Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)와 같은 인광물질이나, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), 안트라센계 화합물, 파이렌계 화합물, 보론계 화합물 등과 같은 형광 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다. 발광층이 청색 발광을 하는 경우, 발광 도펀트로는 (4,6-F2ppy)2Irpic와 같은 인광 물질이나, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자, PPV계 고분자, 안트라센계 화합물, 파이렌계 화합물, 보론계 화합물 등과 같은 형광 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다.
상기 전자수송층은 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 층으로, 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층은 종래기술에 따라 사용된 바와 같이 임의의 원하는 캐소드 물질과 함께 사용할 수 있다. 특히, 적절한 캐소드 물질의 예는 낮은 일함수를 가지고 알루미늄층 또는 실버층이 뒤따르는 통상적인 물질이다. 구체적으로 세슘, 바륨, 칼슘, 이테르븀 및 사마륨이고, 각 경우 알루미늄 층 또는 실버층이 뒤따른다.
상기 전자주입층은 전극으로부터 전자를 주입하는 층으로, 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공 주입층에의 이동을 방지하고, 또한, 박막형성능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 금속 착체 화합물로서는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 정공저지층은 정공의 음극 도달을 저지하는 층으로, 일반적으로 정공주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP, 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자의 제조는 이하 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 본 명세서의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<제조예>
제조예 1-1: 화합물 1-A의 합성
Figure pat00006
6-브로모-2-클로로다이벤조[b,d]사이오펜 30g(100.8mmol), 9-H-카바졸 202mmol, 소듐-tert-뷰톡사이드 263mmol 및 톨루엔 300mL를 혼합하고 100℃로 가열하였다. 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(2mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물로 씻어준 후, 유기층을 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-A 45.6g을 얻었다. (수율 88%, MS[M+H]+ = 515)
제조예 1-2: 화합물 1-B의 합성
Figure pat00007
6-브로모-2-클로로다이벤조[b,d]사이오펜 30g(100.8mmol), 9H-카바졸-3-카보나이트릴 202mmol, 소듐-tert-뷰톡사이드 263mmol 및 톨루엔 300mL를 혼합하고 100℃로 가열하였다. 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(2mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액을 물로 씻어준 후, 유기층을 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-B 48.4g을 얻었다. (수율 85%, MS[M+H]+ = 565)
제조예 2-1: 화합물 2-A의 합성
Figure pat00008
1-A 25.7g(50mmol) 및 THF(테트라하이드로퓨란) 300mL를 혼합하고 -78℃로 냉각하였다. n-뷰틸리튬 55mmol첨가 후 -78℃에서 2시간 교반하였다. 트라이아이소프로필보레이트 60mmol을 첨가하고 상온으로 승온하여 2시간 교반하였다. 반응 후 에틸아세테이트 200mL와 포화 암모늄클로라이드 용액 200mL를 첨가하여 유기층을 추출하고 유기층을 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 2-A 22.6g을 얻었다. (수율 81%, MS[M+H]+ = 559)
제조예 2-2: 화합물 2-B의 합성
Figure pat00009
1-B 28.2g(50mmol) 및 THF(테트라하이드로퓨란) 300mL를 혼합하고 -78℃로 냉각하였다. n-뷰틸리튬 55mmol첨가 후 -78℃에서 2시간 교반하였다. 트라이아이소프로필보레이트 60mmol을 첨가하고 상온으로 승온하여 2시간 교반하였다. 반응 후 에틸아세테이트 200mL와 포화 암모늄클로라이드 용액 200mL를 첨가하여 유기층을 추출하고 유기층을 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 2-B 23.4g을 얻었다. (수율 77%, MS[M+H]+ = 609)
제조예 3-1: 화합물 1의 합성
Figure pat00010
2-A 19.5g(35mmol), 2-클로로-4,6-다이페닐-1,3,5-트리아진 35mmol, 테트라하이드로퓨란 200mL 및 물 100mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트105mmol 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.7mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 2시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1 23.5g을 얻었다. (수율 90%, MS[M+H]+ = 746)
제조예 3-2: 화합물 2의 합성
Figure pat00011
2-A 19.5g(35mmol), 2-(3-브로모페닐)-4,6-다이페닐-1,3,5-트리아진 35mmol, 테트라하이드로퓨란 200mL 및 물 100mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트105mmol 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.7mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 2시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 2 24.7g을 얻었다. (수율 86%, MS[M+H]+ = 822)
제조예 3-3: 화합물 3의 합성
Figure pat00012
2-A 19.5g(35mmol), 2-클로로-4-(다이벤조[b,d]퓨란-4-일)-6-페닐-1,3,5-트리아진 35mmol, 테트라하이드로퓨란 200mL 및 물 100mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트105mmol 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.7mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 2시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 3 24.3g을 얻었다. (수율 83%, MS[M+H]+ = 836)
제조예 3-4: 화합물 4의 합성
Figure pat00013
2-A 19.5g(35mmol), 2- 클로로 -4-( 다이벤조[b,d]사이오펜 -2-일)-6-페닐- 1,3,5-트리아진 35mmol, 테트라하이드로퓨란 200mL 및 물 100mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트105mmol 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.7mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 2시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 4 23.8g을 얻었다. (수율 80%, MS[M+H]+ = 852)
제조예 3-5: 화합물 5의 합성
Figure pat00014
2-A 19.5g(35mmol), 4-(4-클로로-6-페닐-1,3,5-트리아진-2-일)벤조나이트릴 35mmol, 테트라하이드로퓨란 200mL 및 물 100mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트105mmol 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.7mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 2시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 5 21.8g을 얻었다. (수율 81%, MS[M+H]+ = 771)
제조예 3-6: 화합물 6의 합성
Figure pat00015
2-B 21.3g(35mmol), 2-클로로-4,6-다이페닐-1,3,5-트리아진 35mmol, 테트라하이드로퓨란 200mL 및 물 100mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트105mmol 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.7mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 2시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 6 20.6g을 얻었다. (수율 74%, MS[M+H]+ = 796)
제조예 3-7: 화합물 7의 합성
Figure pat00016
2-B 21.3g(35mmol), 2-(3-브로모페닐)-4,6-다이페닐-1,3,5-트리아진 35mmol, 테트라하이드로퓨란 200mL 및 물 100mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트105mmol 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.7mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 2시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 7 21.6g을 얻었다. (수율 71%, MS[M+H]+ = 872)
상기 반응식과 동일한 합성 과정을 통해 트리아진기에 치환된 치환기와 카바졸기에 치환된 치환기들을 다양하게 도입하여 구체예 상의 물질들을 합성하였다.
<실시예>
<실시예 1-1>
ITO(indium tin oxide)가 100nm의 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 및 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 증착법으로 진공도 5.0Х10-4㎩로 적층하였다. 먼저, ITO 상에 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌(hexanitrile hexaazatriphenylene; HAT-CN)을 50nm의 두께로 열 진공 증착하여 정공 주입층을 형성하였다.
상기 정공 주입층 위에 정공을 수송하는 물질인 4-4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(NPB) 를 진공 증착하여 정공 수송층(30nm)을 형성하였다.
상기 정공 수송층 위에 N-([1,1'-비스페닐]-4-일)-N-(4-(11-([1,1'-비페닐]-4-일)-11H-벤조[a]카바졸-5-일)페닐)-[1,1'-비페닐]-4-아민(EB1)(10nm)를 진공 증착하여 전자 저지층을 형성하였다.
이어서, 상기 전자 저지층 위에 화합물 1과 4CzIPN을 70:30의 중량비로 진공 증착하여 발광층(30nm)을 형성하였다. (화합물 4CzIPN의 ΔEST(일중항 에너지와 삼중항 에너지의 차이)는 0.2eV 미만이다.)
상기 발광층 위에 막 두께 10nm으로 화합물 HB1을 진공 증착하여 정공 저지층을 형성하였다.
상기 정공 저지층 위에 화합물 ET1과 화합물 LiQ(Lithium Quinolate)를 1:1의 중량비로 진공 증착하여 30nm의 두께로 전자 주입 및 수송층을 형성하였다. 상기 전자 주입 및 수송층 위에 순차적으로 1.2nm 두께로 리튬플로라이드(LiF)와 200nm 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.04nm/sec 내지 0.07nm/sec, 리튬플로라이드의 증착속도는 0.03nm/sec, 알루미늄의 증착속도는 0.2nm/sec를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2×10- 7torr 내지 5×10- 6torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure pat00017
<실시예 1-2 내지 1-7>
상기 실시예 1-1에서 화합물 1 대신 하기 표 1의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-1 내지 1-6>
상기 실시예 1-1에서 화합물 1 대신 하기 표 1의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure pat00018
실험예 1-1 내지 1-7 및 비교예 1-1 내지 1-6에 의해 제작된 유기 발광 소자에 전류를 인가하여, 하기 표 1의 결과를 얻었다. 표 1에서 색좌표는 10mA/cm2의 전류밀도 하에서 측정한 CIE 색좌표를 의미한다.
구분 화합물 전압
(V@10mA/cm2)		 효율
(cd/A@10mA/cm2)		 색좌표
(x,y)
실시예 1-1 1 4.1 20 (0.32, 0.64)
실시예 1-2 2 4.0 21 (0.32, 0.63)
실시예 1-3 3 4.0 22 (0.33, 0.63)
실시예 1-4 4 3.9 21 (0.32, 0.64)
실시예 1-5 5 4.0 20 (0.32, 0.63)
실시예 1-6 6 4.0 21 (0.33, 0.63)
실시예 1-7 7 3.9 22 (0.32, 0.63)
비교예 1-1 GH2 4.8 13 (0.34, 0.61)
비교예 1-2 GH3 4.7 14 (0.35, 0.60)
비교예 1-3 GH4 4.7 13 (0.34, 0.61)
비교예 1-4 GH5 4.8 12 (0.34, 0.62)
비교예 1-5 GH6 4.8 13 (0.35, 0.61)
비교예 1-6 GH7 4.6 15 (0.33, 0.62)
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 화학식 1의 화합물을 사용한 실시예 1-1 내지 1-7의 소자 모두 비교예의 소자보다 전압이 낮아지고, 효율이 향상된 결과를 얻었다.본 발명에 따른 화학식 1의 화합물은 전자 및 정공을 도펀트로 전달하는 능력이 우수하고 지연형광 유기 발광 소자에 적용 가능함을 확인할 수 있었다.
<실시예 2-1>
제1 호스트; 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1의 화합물인 제2 호스트; 및 인광 특성을 갖는 화합물 GD-1으로 발광층을 구성하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
ITO(indium tin oxide)가 130nm의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀리포어사(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.
상기와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에 화합물 HAT-CN을 5nm의 두께로 열 진공 증착하여 정공 주입층을 형성하였다. 상기 정공 주입층 위에 화합물 NPB를 80nm의 두께로 열 진공 증착하여 제1 정공 수송층을 형성하고, 순차적으로 화합물 HT-3를 50nm 두께로 진공 증착하여 제2 정공 수송층을 형성하였다.
이어서, 상기 제2 정공 수송층 위에 화합물 GH-1, 화합물 1 및 인광 도펀트인 화합물 GD-1을 47.5:47.5:5의 중량비로 진공 증착하여 40nm 두께의 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 화합물 ET-3를 5nm의 두께로 진공 증착하여 정공 저지층을 형성하고, 상기 정공 저지층 위에 화합물 ET-4 및 LiQ를 1:1의 중량비로 진공 증착하여 25nm의 전자 주입 및 수송층을 형성하였다. 상기 전자 수송층 위에 순차적으로 1nm 두께의 리튬플루오라이드(LiF)를 증착하고, 이 위에 100nm 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.04nm/sec 내지 0.07nm/sec, 리튬플루오라이드의 증착속도는 0.03Å/sec, 알루미늄의 증착속도는 0.2nm/sec를 유지하였으며, 증착시 진공도는 1×10-7torr 내지 5×10-8 torr를 유지하였다.
Figure pat00019
<실시예 2-2 내지 2-7>
상기 실시예 2-1에서 화합물 1 대신 하기 표 2의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 2-1 내지 2-6>
상기 실시예 2-1에서 화합물 1 대신 하기 화합물 GH2 내지 GH7를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure pat00020
실시예 2-1 내지 2-7 및 비교예 2-1 내지 2-6에 의해 제작된 유기 발광 소자에 전류를 인가하여, 하기 표 2의 결과를 얻었다. 표 2에서 색좌표는 10mA/cm2의 전류밀도 하에서 측정한 CIE 색좌표를 의미한다.
구분 화합물
(발광층)		 전압
(V@10mA/cm2)		 효율
(cd/A@10mA/cm2)		 색좌표
(x,y)
실시예 2-1 1 3.8 22 (0.29, 0.65)
실시예 2-2 2 3.9 22 (0.28, 0.66)
실시예 2-3 3 3.9 23 (0.29, 0.65)
실시예 2-4 4 3.8 22 (0.29, 0.66)
실시예 2-5 5 3.9 21 (0.28, 0.66)
실시예 2-6 6 3.8 22 (0.29, 0.65)
실시예 2-7 7 3.8 21 (0.29, 0.66)
비교예 2-1 GH2 4.5 11 (0.32, 0.63)
비교예 2-2 GH3 4.4 15 (0.33, 0.62)
비교예 2-3 GH4 4.4 15 (0.32, 0.63)
비교예 2-4 GH5 4.4 16 (0.33, 0.63)
비교예 2-5 GH6 4.5 15 (0.32, 0.62)
비교예 2-6 GH7 4.6 8 (0.31, 0.63)
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 화학식 1의 화합물을 사용한 실시예 2-1 내지 2-7의 소자 모두 비교예의 소자보다 전압이 낮아지고, 효율이 향상된 결과를 얻었다.본 발명에 따른 화학식 1의 화합물은 전자 및 정공을 도판트로 전달하는 능력이 우수하고 녹색 인광 유기 발광 소자에 적용 가능함을 확인할 수 있었다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허 청구 범위와 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
6-1: 제1 정공수송층
6-2: 제2 정공수송층
7 : 전자저지층
8 : 정공저지층
9 : 전자 주입 및 수송층

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00021

    상기 화학식 1에 있어서,
    A1 및 A2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 카바졸기이고,
    L은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
    Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 또는 치환 또는 비치환된 실릴기이다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 것인 화합물:
    [화학식 2]
    Figure pat00022

    상기 화학식 2에 있어서,
    L, Ar1 및 Ar2의 정의는 화학식 1에서와 같고,
    R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬실릴기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
    m 및 n은 각각 0 내지 8의 정수이고,
    상기 m이 2 이상일 때, 상기 R1은 서로 같거나 상이하고,
    상기 n이 2 이상일 때, 상기 R2는 서로 같거나 상이하다.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 L은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 페닐렌기인 것인 화합물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 벤조티아졸기인 것인 화합물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조식들 중에서 선택되는 것인 화합물:
    Figure pat00023

    Figure pat00024
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 유리전이온도는 120℃ 이상인 것인 화합물.
  7. 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 적어도 하나는 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 호스트로 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 유기물층은 전자주입층, 전자수송층, 또는 전자 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 전자주입층, 전자수송층, 또는 전자 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 또는 정공 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 정공주입층, 정공수송층, 또는 정공 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
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