KR100732821B1 - 유기 금속 화합물, 이를 이용한 유기 전계 발광 소자 및그의 제조방법 - Google Patents

유기 금속 화합물, 이를 이용한 유기 전계 발광 소자 및그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개선된 용해성을 갖는 유기 금속 화합물, 이를 이용한 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 화합물은 호스트용 화합물과 도판트용 화합물이 연결된 유기 금속 화합물로 발광 특성이 우수하며, 또한 호스트용 화합물과 도판트용 화합물의 연결에 따른 분자량 증가로 용해성을 높일 수 있다. 이러한 호스트용 화합물과 도판트용 화합물이 연결된 유기 금속 화합물을 유기 전계 발광 소자에 적용하는 경우, 발광 효율, 휘도, 색순도 및 수명 특성을 개선시킬 수 있다.
유기 전계 발광 재료, 유기 금속 화합물

Description

유기 금속 화합물, 이를 이용한 유기 전계 발광 소자 및 그의 제조방법{Organic metal compounds, organic electroluminescence display devices using the compounds and method for preparation of the devices }
도 1은 합성예 1에서 합성한 화학식 7로 표기되는 화합물의 2Me-THF 용액에서의 PL (photoluminescence) 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 2는 합성예 1에서 합성한 화학식 7로 표기된 화합물과 비교합성예 1에서 합성한 화학식 25로 표기되는 화합물의 2Me-THF 용액에서의 PL (photoluminescence) 스펙트럼을 비교한 도면이다.
도 3은 합성예 2에서 합성한 화학식 10으로 표기되는 화합물의 2Me-THF 용액에서의 PL 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 4는 합성예 2에서 합성한 화학식 10로 표기된 화합물과 비교합성예 2에서 합성한 화학식 26으로 표기되는 화합물의 2Me-THF 용액에서의 PL 스펙트럼을 비교한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ... 기판 20 ... 애노드 전극
30 ... 정공 주입층 40 ... 정공 수송층
50 ... 발광층 60 ... 전자 수송층
70 ... 전자 주입층 80 ... 캐소드 전극
본 발명은 개선된 용해성을 갖는 유기 금속 화합물, 이를 사용한 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 호스트용 화합물과 도판트용 화합물을 연결시킴에 따라 분자량을 증가시켜 용해성을 개선시킨 유기 금속 화합물, 이를 사용한 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자의 제조방법에 관한 것이다.
전기발광소자(electroluminescent device : EL 소자)는 자발광형 표시소자로 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답 시간이 빠르다는 장점을 가지고 있다.
EL 소자는 발광층(emitting layer) 형성용 재료에 따라 무기 EL 소자와 유기 EL 소자로 구분된다. 여기에서 유기 EL 소자는 무기 EL 소자에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
일반적인 유기 EL 소자는 기판 상부에 애노드가 형성되어 있고, 이 애노드 상부에 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 캐소드가 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가지고 있다. 여기에서 정공 수송층 ,발광층 및 전자 수송층은 유기 화합물로 이루어진 유기 박막들이다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 유기 EL 소자의 구동 원리는 다음과 같다.
상기 애노드 및 캐소드 간에 전압을 인가하면 애노드로부터 주입된 정공은 정공 수송층을 경유하여 발광층에 이동된다. 한편, 전자는 캐소드로부터 전자 수송층을 경유하여 발광층에 주입되고 발광층 영역에서 캐리어들이 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 변화되고, 이로 인하여 발광층의 분자가 발광함으로서 화상이 형성된다. 발광 재료는 그 발광 메카니즘에 따라 일중항 상태의 엑시톤을 이용하는 형광 재료와 삼중항 상태를 이용하는 인광 재료로 나뉜다. 인광 재료는 일반적으로 무거운 원자를 함유하는 유기무기 화합물 구조를 가지고 있으며 무거운 원자에 의해 원래 금지 전이이던 삼중항 상태의 엑시톤이 허용 전이를 거쳐 인광 발광하게 된다. 인광 재료는 75% 생성 확률을 갖는 삼중항 엑시톤을 사용할 수 있게 되어 25% 일중항 엑시톤을 이용하는 형광 재료보다 매우 높은 발광 효율을 가질 수 있다.
인광 재료를 이용한 발광층은 호스트 물질과 이로부터 에너지를 전이 받아 발광하는 도판트 물질로 구성되어 있는데, 도판트 물질로는 이리듐 금속 화합물을 이용한 여러 재료들이 보고 되고 있다. 이리듐 화합물을 이용한 유기 전계 발광 재료에 대한 연구로는 프린스턴 대학, 남캘리포니아 대학 등에서 이리듐(Iridium), 플래티늄(platinum) 금속 화합물을 이용한 여러 인광 재료들이 발표되고 있으나, 좀더 발광 특성이 우수하고 안정한 재료 개발이 진행되고 있다.
저분자 유기 EL 재료는 주로 증착 기술을 이용하여 소자를 구성하는 반면, 고분자 EL 재료는 스핀 코팅 등의 습식 방법을 이용하여 소자를 만들고 있다. 저 분자 EL 재료는 그의 용해성이 낮기 때문에 보다 용이한 습식 공정으로 소자를 구성할 수 없으며, 고분자 EL 재료는 용해성이 높기 때문에 습식 공정을 이용하여 소자를 구성하지만, 발광 특성 특히 수명이 저분자 대비 낮다는 문제점을 가지고 있다. 따라서 증착 보다 공정이 용이한 습식 방법으로 소자를 구성할 수 있는 용해성이 높은 유기 EL 재료 이면서 저분자 수준의 발광 특성을 갖는 재료 개발이 요구되고 있다.
이에 본 발명자들은 발광 효율이 높은 저분자 유기 EL 재료를 증착 보다 공정이 용이한 습식 방법으로 소자를 구성할 수 있는 방법을 연구하면서, 도판트용 화합물에 에너지 갭이 같거나 차이가 존재하는 호스트용 화합물를 연결하는 경우 발광 효율을 증대시킬 수 있으면서 동시에 분자량 증가에 따라 용해성을 증가시킬 수 있기 때문에 습식 방법으로 소자를 구성할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 개선된 용해성을 갖는 유기 금속 화합물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 개선된 용해성을 갖는 유기 금속 화합물을 사용한 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 개선된 용해성을 갖는 유기 금속 화합물을 사용한 유기 전계 발광 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
따라서, 상기 첫 번째 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 호스트용 화합물과 도판트용 화합물을 연결시킨 개선된 용해성을 갖는 유기 금속 화합물을 제공한다:
Figure 112006002086499-pat00001
상기 식에서, X는 하기 X1, X2 또는 X3로 나타내어지는 기이고;
X1 :
Figure 112006002086499-pat00002
X2 :
Figure 112006002086499-pat00003
X3 :
Figure 112006002086499-pat00004
R1 내지 R10는 각각 독립적으로 일치환(mono-substituted) 또는 다치환(multi-substituted) 작용기로서, 수소, 시아노기, 히드록시기, 티올기, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C7-C30의 아릴카르보닐기, C1-C30의 알킬티오기 또는 -Si(R')(R")(R"')(상기 식중, R' 내지 R'''는 서로에 관계없이 수소 또는 C1-C30의 알킬기), -N(R')(R'')(상기 식중, R'과 R''는 서로에 관계없이 수소 또는 C1-C30의 알킬기)기이고, 또한 상기 R1 내지 R10의 작용기중 서로 인접한 기는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고;
M은 Ir, Os, Pt, Pb, Re 또는 Ru이고; 및
L은 두자리 리간드이고, m은 3이고, n은 1 또는 2이다.
상기 두 번째 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 한 쌍의 전극 사이에 구비되어 있는 유기막을 포함하고 있는 유기 전계 발광 소자에 있어서, 상기 유기막이 호스트용 화합물과 도판트용 화합물이 연결된 상기 화학식 1의 유기 금속 화합물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
또한, 상기 세 번째 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 기판 상에 제 1 전극을 형성하는 단계; 제 1 전극 상부에 유기막을 형성하는 단계; 및 유기막 상부에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 유기막은 호스트용 화합물과 도판트용 화합물이 연결된 상기 화학식 1의 유기 금속 화합물을 도핑하여 형성되는 것인 유기 전계 발광 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 하기 화학식 1의 유기 금속 화합물은 호스트용 화합물을 도판트용 화합물에 연결한 유기 금속 화합물이다.
화학식 1
Figure 112006002086499-pat00005
상기 식에서, X는 하기 X1, X2 또는 X3로 나타내어지는 기이고;
X1 :
Figure 112006002086499-pat00006
X2 :
Figure 112006002086499-pat00007
X3 :
Figure 112006002086499-pat00008
R1 내지 R10은 각각 독립적으로 일치환(mono-substituted) 또는 다치환(multi-substituted) 작용기로서, 수소, 시아노기, 히드록시기, 티올기, 할로겐 원 자, 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C7-C30의 아릴카르보닐기, C1-C30의 알킬티오기 또는 -Si(R')(R")(R"')(상기 식중, R'내지 R'''는 서로에 관계없이 수소 또는 C1-C30의 알킬기), -N(R')(R'')(상기 식중, R'과 R''는 서로에 관계없이 수소 또는 C1-C30의 알킬기)기이고, 또한 상기 R1 내지 R10의 작용기중 서로 인접한 기는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고;
M은 Ir, Os, Pt, Pb, Re 또는 Ru이고; 및
L은 두자리 리간드이고 m은 3이고, n은 1 또는 2이며, a, b 및 c는 각각 1 내지 3의 정수이다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1의 유기 금속 화합물은 HOMO-LUMO 간의 에너지 갭이 같거나 차이가 존재하는 호스트용 화합물과 도판트용 화합물을 연결한 유기 금속 화합물이다. 이 경우, 호스트용 화합물의 에너지 갭은 도판트용 화합물의 에너지 갭 이상이거나 또는 도판트용 화합물의 에너지 갭은 호스트용 화합물의 에너지 갭 이상이어야 하며, 바람직하게는 호스트용 화합물과 도판트용 화합물 사이의 에너지 갭의 차이는 0 내지 400㎚이어야 한 분자내에서 호스트용 분자와 도판트용 분자간의 에너지 전달이 가능해 지고, 또한 발광효율을 증대시킬 수 있다. 이와 같이 호스트용 화합물과 도판트용 화합물이 연결된 유기 금속 화합물은 발광특성을 우수하게 할 뿐만 아니라 분자량의 증대를 가져오기 때문에 용해성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 유기 금속 화합물은 특정 연결기에 의해 호스트용 화합물과 도판트용 화합물을 연결할 수 있으며, 연결기에 따라서 도판트용 화합물에 다수개의 호스트용 화합물이 연결될 수 있다.
상기 연결기로는 호스트용 화합물과 도판트용 화합물을 연결할 경우 π-컨쥬게이션으로 연결되지 않도록 끊을 수 있는 구조이어야 하고, 또한 호스트용 분자와 도판트용 분자 간의 에너지 전달을 방해하지 않는 다작용기를 갖는 화합물이 바람직하다. 예를 들면, 산소 원자를 포함하는 화합물이 바람직하다. 구체적으로 히드로퀴논, 3,5-디히드록시벤질 알코올 등이 연결기의 소스 화합물로써 사용될 수 있다.
이와 같은 연결기에 의해 도판트용 화합물에 연결되는 호스트용 화합물의 수를 조절할 수 있으며, 이는 유기 전계 발광 소자에 적용시 도핑 농도를 조절할 수 있다. 보다 구체적으로 연결기는 상기 화학식 1에서 X1, X2, 또는 X3의 구조를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1의 화합물은 연결기 X에 따라 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 대표적인 구조를 갖는다.
제 1 구조는 상기 화학식 1에서 X가 X1인 화합물로서 하기 화학식 2로 표시 된다.
Figure 112006002086499-pat00009
상기 식중, R1 내지 R7은 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같고, L, M, m 및 n 모두 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같다.
제 2 구조는 상기 화학식 1에서 X가 X2인 화합물로서, 하기 화학식 3으로 표시된다.
Figure 112006002086499-pat00010
상기 식중, R1 내지 R8은 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같고, L, M, m 및 n 모두 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같고, a는 1 내지 3의 정수이다
제 3 구조는 상기 화학식 1에서 X가 X3인 화합물로서, 하기 화학식 4로 표시된다.
Figure 112006002086499-pat00011
상기 식중, R1 내지 R7 및 R9 내지 R10은 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같고, L, M, m 및 n 모두 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같고, b 및 c는 각각 1 내지 3의 정수이다.
금속을 포함한 리간드 구조를 갖기 전의 바람직한 발광 화합물의 구조는 다음과 같다.
Figure 112006002086499-pat00012
,
Figure 112006002086499-pat00013
,
Figure 112006002086499-pat00014
,
Figure 112006002086499-pat00015
본 발명에 따른 상기 화학식 1의 화합물에서, L의 구체적인 예로는, 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 하기 화학식 6으로 표시된 바와 같은 구조를 갖는 것 으로부터 선택될 수 있다.
Figure 112006002086499-pat00016
,
Figure 112006002086499-pat00017
본 발명에 따른 상기 화학식 1의 화합물 중 바람직한 화합물은 하기 화학식 7 내지 24로 표시되는 유기 금속 화합물들로부터 선택된다:
Figure 112006002086499-pat00018
Figure 112006002086499-pat00019
Figure 112006002086499-pat00020
Figure 112006002086499-pat00021
Figure 112006002086499-pat00022
Figure 112006002086499-pat00023
Figure 112006002086499-pat00024
Figure 112006002086499-pat00025
Figure 112006002086499-pat00026
Figure 112006002086499-pat00027
Figure 112006002086499-pat00028
Figure 112006002086499-pat00029
Figure 112006002086499-pat00030
Figure 112006002086499-pat00031
Figure 112006002086499-pat00032
Figure 112006002086499-pat00033
Figure 112006002086499-pat00034
Figure 112006002086499-pat00035
상기 화학식에서, "비치환된 알킬기" 또는 "비치환된 알콕시"는 그의 알킬부분이 탄소수 1 내지 30개의 알킬기(예를 들면, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 등등 및 이들의 이성체)를 의미하며, "치환된 알킬기" 또는 "치환된 알콕시"는 상술한 비치환된 알킬 부분의 수소 원자중 적어도 하나가 할로겐 원자, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 그 의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1-C30의 알킬기, C1-C30의 알케닐기, C1-C30의 알키닐기, C6-C30의 아릴기, C7-C30의 아릴알킬기, C2-C20의 헤테로아릴기, 또는 C3-C30의 헤테로알킬기로 치환되는 것을 의미한다.
또한, "비치환된 알케닐기"는 이중 결합이 적어도 하나 이상인 탄소수 2 내지 30개의 알케닐(예를 들면, 에텐, 프로텐, 부텐, 펜텐, 헥센, 등등 및 이들의 이성체)를 의미하며, "치환된 알케닐기"는 상술한 비치환된 알케닐기의 적어도 하나의 수소 원자가 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
"비치환된 아릴기"는 단독 또는 조합하여 사용되어, 하나 이상의 고리를 포함하는 탄소수 6 내지 30개의 방향족 탄소 고리를 의미하며 상기 고리들은 펜던트 방법으로 함께 부착되거나 또는 융합될 수 있다. "치환된 아릴기"는 비치환된 아릴기중 어느 하나의 수소 원자가 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
"비치환된 아릴알킬기"는 상기 정의된 바와 같은 아릴기에서 수소 원자 중 일부가 저급알킬, 예를 들어 메틸, 에틸, 프로필 등과 같은 그룹으로 치환된 것을 의미한다. "치환된 아릴알킬기"는 상기 비치환된 아릴알킬기중 하나 이상의 수소원자가 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
"비치환된 아릴옥시기"는 상기 정의된 바와 같은 아릴기에 산소가 치환된 것, 예를 들면 페닐옥시, 나프틸렌옥시, 디페닐옥시 등을 의미한다. "치환된 아릴옥시기"는 상기 비치환된 아릴옥시기중 하나 이상의 수소원자가 상술한 알킬기의 경 우와 마찬가지의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
"비치환된 헤테로아릴기"는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 1, 2 또는 3개의 헤테로원자를 포함하고, 나머지 고리원자가 C인 고리원자수 2 내지 30의 1가 모노사이클릭 또는 비사이클릭 방향족 2가 유기 화합물을 의미하며, 그의 구체적인 예로는, 티에닐, 피리딜, 퓨릴(furyl) 등이 있다. "치환된 헤테로아릴기"는 상기 비치환된 헤테로아릴기중 하나 이상의 수소 원자가 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
"비치환된 헤테로아릴알킬기"는 상술한 헤테로아릴기의 수소 원자중 일부가 저급알킬기로 치환된 것을 의미하며, "치환된 헤테로아릴알킬기"는 상기 비치환된 헤테로아릴알킬기중 하나 이상의 수소 원자가 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
"비치환된 헤테로아릴옥시기"는 상기 정의된 바와 같은 헤테로아릴기에 산소가 결합된 것을 의미한다. "치환된 헤테로아릴옥시기"는 상기 비치환된 헤테로아릴옥시기중 하나 이상의 수소 원자가 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
"비치환된 사이클로알킬기"는 탄소수 4 내지 30개의 1가 모노사이클릭을 의미하며, 구체적으로 사이클로헥실기, 사이클로펜틸기 등을 포함한다. "치환된 사이클로알킬기"는 상기 비치환된 사이클로알킬기중 하나 이상의 수소 원자가 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
"비치환된 헤테로사이클로알킬기"는 N,O,P 또는 S중에서 선택된 1, 2 또는 3 개의 헤테로원자를 포함하고, 나머지 고리원자가 C인 고리원자수 1 내지 30개의 1가 모노사이클릭을 의미하며, 상기 사이클로알킬기의 수소 원자 일부가 저급 알킬기로 치환된 것을 의미한다. "치환된 헤테로사이클로알킬기"는 상기 비치환된 헤테로사이클로알킬기중 하나 이상의 수소 원자가 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
"비치환된 알킬카르보닐기"의 구체적인 예로서, 아세틸, 에틸카르보닐, 이소프로필카르보닐, 페닐카르보닐, 나프탈렌카르보닐, 디페닐카르보닐, 시클로헥실카르보닐 등이 있고, "치환된 알킬카르보닐기"는 상기 비치환된 알킬카르보닐기중 적어도 하나 이상의 수소 원자가 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
"비치환된 아릴카르보닐기"의 구체적인 예로서, 페닐카르보닐, 나프탈렌카르보닐, 디페닐카르보닐, 등이 있고, "치환된 아릴카르보닐기"는 상기 비치환된 아릴카르보닐기중 적어도 하나 이상의 수소 원자가 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 상술한 화학식 1로 표시되는 유기 금속 화합물은 한 분자내 에너지 갭의 차이가 있는 호스트용 화합물과 도판트용 화합물의 연결 구조로 인하여 에너지 전달이 우수하며, 이로 인한 높은 발광 효율을 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 호스트용 화합물과 도판트용 화합물이 연결된 유기 금속 화합물을 채용한 유기 전계 발광 소자의 구조 및 제조 방법을 설명한다.
본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 통상의 유기 전계 발광 소자의 구조 를 채용할 수 있으며, 필요에 따라 구조가 변경될 수 있다. 기본적으로 발광 소자는 제 1 전극(애노드 전극)과 제 2 전극(캐소드 전극) 사이에 유기막(발광층)을 포함하는 구조를 가지며, 필요에 따라서, 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 억제층, 전자 주입층 또는 전자 수송층이 더 포함될 수 있다. 본 발명의 발광 소자의 구조를 설명하기 위하여 도 5를 참조한다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 애노드 전극(20)과 캐소드 전극(80) 사이에 발광층(50)을 포함하는 구조를 가지며, 애노드 전극(20)과 발광층(50) 사이에 정공 주입층(30)과 정공 수송층(40)을 포함하고 있으며, 또한, 발광층(50)과 캐소드 전극(80) 사이에 전자 수송층(50)과 전자 주입층(70)을 포함하고 있다.
한편, 본 발명의 일예에 따른 도 5의 발광 소자는 다음과 같은 공정을 통해 제조된다.
먼저 기판(10) 상부에 애노드 전극용 물질을 코팅하여 애노드 전극(20)을 형성한다. 여기서, 기판(10)으로는 이 분야에서 일반적으로 사용되는 기판을 사용할 수 있으며, 특히 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다.
또한, 상기 기판위에 형성된 애노드 전극용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등이 사용될 수 있다.
상기 애노드 전극(20)의 상부에 정공 주입층(HIL)(30)을 선택적으로 형성할 수 있다. 이때 정공 주입층은 진공 증착 또는 스핀 코팅과 같은 통상적인 방법을 통해 형성한다. 정공 주입층용 물질로는 특별히 제한되지 않지만 CuPc(구리 프탈로시아닌) 또는 IDE 406(Idemitsu Kosan사)이 사용될 수 있다.
이어서, 상기 정공 주입층(30) 상부에 상기 정공 수송층(HTL)(40)을 진공 증착 또는 스핀 코팅과 같은 통상적인 방법으로 통해 형성할 수 있다. 상기 정공 수송층용 물질로는 특별히 제한되지 않지만, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD),N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐벤지딘(α-NPD)등이 사용될 수 있다.
이어서 정공 수송층(40) 상부에 발광층(EML)(50)을 형성한다. 상기 발광층 형성 재료로는 상술한 화학식 1로 표시되어지는 본 발명에 따른 호스트용 화합물과 도판트용 화합물이 연결된 유기 금속 화합물을 단독으로 이용하거나, 또는 본 발명에 따른 유기 금속 화합물을 도판트로서 통상적인 호스트 물질, 예를 들면 CBP(4,4'-비스(카바졸-9-일)-비페닐) 등과 병용하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 유기 금속 화합물이 도판트로 사용되는 경우, 도판트용 화합물과 병용하여 사용할 수도 있다.
상기 유기 금속 화합물은 진공 증착방법으로 형성될 수도 있지만, 또한 호스트용 화합물과 도판트용 화합물이 연결된 구조이기 때문에 분자량 증가에 따라 용해성이 증가되기 때문에 잉크젯 및 스핀 코팅과 같은 습식공정을 통해서 증착될 수 있으며, 레이저 열전사법(LITI)이 이용될 수도 있다.
본 발명에 따른 호스트용 화합물과 도판트용 화합물이 연결된 유기 금속 화합물을 사용하는 경우, 그 도핑 농도는 도판트용 화합물에 연결되는 호스트용 분자 의 수에 따라 조절될 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
선택적으로 상기 발광층(50)의 상부에는 발광 물질에서 형성되는 엑시톤이 전자수송층으로 이동되는 것을 막아주거나 정공이 전자 수송층(60)으로 이동되는 것을 막아주는 정공 억제층(HBL)이 형성될 수 있으며, 정공 억제층용 물질로는 특별히 제한되지 않지만, 페난트롤린계 화합물(예를 들면, BCP) 등을 사용할 수 있다. 이것은 진공 증착 방법 또는 스핀 코팅 방법을 통해 형성될 수 있다.
또한 발광층(50)위에 전자 수송층(ETL)(60)이 형성될 수 있으며, 이는 진공 증착 방법 또는 스핀 코팅 방법이 이용될 수 있다. 전자 수송층용 재료로서는 특별히 제한되지 않지만 알루미늄 착물(예를 들면, Alq3(트리스(8-퀴놀리놀라토)-알루미늄))을 사용할 수 있다.
상기 전자 수송층(60) 상부에 전자 주입층(EIL)(70)이 진공증착 또는 스핀코팅과 같은 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 전자 주입층(70)용 재료로는 특별히 제한되지 않지만 LiF, NaCl, CsF등의 물질을 이용할 수 있다.
이어서, 전자 주입층(70) 상부에 캐소드 전극(80)이 진공 증착을 통하여 형성됨으로써 발광 소자가 완성된다. 여기에서 캐소드용 금속으로는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등이 이용된다.
또한, 본 발명에 따른 발광 소자는 도 5에 나타난 바와 같은 적층 구조를 가지며, 필요에 따라서 한층 또는 2층의 중간층, 예를 들면 정공 억제층 등을 더 형성하는 것도 가능하다. 또한 발광 소자의 각 층의 두께는 이 분야에서 일반적으로 사용되는 범위에서 필요에 따라 결정될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
사용되는 시약
알드리치(Aldrich)사 제품 : 포타지움 포스페이트 트리베이직 모노하이드레이트, 요오드화 구리, 2,5-디브로모톨루엔, 1,4-디브로모벤젠, (+,-)-트랜스-1,2-디아미노-시클로헥산, 노말 부틸리튬, 테트라키스(트리페닐 포스핀)팔라듐 촉매, 트리메틸보레이트, 1,4-디옥산, 3-하이드록시 피콜리산, NBS, AIBN, 페닐 보론산, 2-브로모피리딘, Cs2CO3, DMF
TLC사 제품 : 카바졸
대정 화학 제품 : 염화메틸렌, 메탄올, 헥산, 디에틸 에테르, 황산나트륨, 탄산 나트륨, 탄산 칼륨, NaCl, 염산, 에틸아세테이트,
스트렘 화학(Strem Chemical) : IrCl3.H2O
덕산 화학 : 사염화탄소, 황산마그네슘
JUNSEI : 2-메톡시에탄올, 2-에톡시에탄올
TCI : 디메톡시에탄
화합물 확인 방법
모든 새로운 화합물은 1H-NMR과 13C-NMR 그리고 UV 와 스펙트로플루오로미터 로 구조를 확인하였다. 1H-NMR과 13C-NMR은 브루커(Bruker) AM-300 분광기를 사용하여 기록하였고 UV는 베크만(BECKMAN) DU-650, 스펙트로플루오로미터로는 JASCO FP-7500을 사용하였다. 모든 화학적 이동도는 용매를 기준으로 ppm단위로 기록되었다.
합성예 1
본 발명에 따른 화학식 7의 화합물을 합성하였고, 이것의 합성 반응식은 다음과 같다.
Figure 112006002086499-pat00036
Figure 112006002086499-pat00037
Figure 112006002086499-pat00038
Figure 112006002086499-pat00039
Figure 112006002086499-pat00040
Figure 112006002086499-pat00041
Figure 112006002086499-pat00042
화학식 7
(A)의 합성
밀폐 튜브에 요오드화 구리(0.02mmol)와 포타지움 포스페이트 트리베이직 모노하이드레이트(2.1mmol), 카바졸(1.1mmol) , 디옥산(15mL)을 넣고, 질소를 주입하여 30분간 교반한 뒤, 2,5-디브로모톨루엔(1 mmol), (+,-)-트랜스-1,2-디아미노-시클로헥산(0.2mmol)을 넣은 뒤 마개를 닫아 110℃에서 약 24시간 가열하며 교반하였다. TLC로 반응을 확인한 후 고진공 감압증류로 용매를 제거한 후 염화메틸렌으로 추출하였다. 추출된 염화메틸렌층을 물과 NaCl 수용액으로 세척한 후, 추출된 염화 메틸렌 용액을 Na2SO4 건조제로 물을 제거한 후 헥산으로 후레쉬 컬럼(fresh column)하여 흰색의 고체 물질(A)를 얻었다. 수율은 90%이었다.
1H-NMR(300MHz, 아세톤): δ(ppm) 8.2 (d, J = 9 Hz, 2H), 7.88 (d, J=9Hz, 1H), 7.63 (s, 1H) 7.45-7.43(m, 5H), 7.43-7.29 (m, 2H), 2.54 (s, 3H)
(B)의 합성
화합물(A)(1mmol)에 노말 부틸리튬(1.1mmol)을 -78℃ 조건에서 첨가한 후, 30분 후 트리메틸 보레이트(3 mmol)를 첨가하였다. TLC로 반응을 확인한 후 1N HCl 2ml 첨가한후 30분간 교반한다. 고진공 감압증류로 용매를 제거한 후 디에틸 에테르로 추출하였다. 추출된 층을 디에틸 에테르, 물 및 NaCl 수용액으로 세척하였다. 추출된 용액을 Na2SO4 건조제로 물을 제거한 후 후레쉬 컬럼하여 흰색의 고체 물질 (B)를 얻었다. 수율은 45%이었다.
(C)의 합성
밀폐 튜브에 요오드화 구리(0.02mmol)와 포타지움 포스페이트 트리베이직 모노하이드레이트(2.1mmol), 카바졸(1.1mmol) , 디옥산(15mL)을 넣고, 질소를 주입하여 30분간 교반한 뒤, 1,4-디브로모벤젠(1 mmol), (+,-)-트랜스-1,2-디아미노-시클로헥산(0.2mmol)을 넣은 뒤 마개를 닫아 110℃에서 약 24시간 가열하며 교반하였다. TLC로 반응을 확인한 후 고진공 감압증류로 용매를 제거한 후 염화메틸렌으로 추출하였다. 추출된 염화메틸렌층을 물과 NaCl 수용액으로 세척한 후, 추출된 염화 메틸렌 용액을 Na2SO4 건조제로 물을 제거한 후 헥산으로 후레쉬 컬럼(fresh column)하여 흰색의 고체 물질(C)를 얻었다. 수율은 83 %이었다.
1H-NMR(300MHz, DMSO): δ(ppm) 8.25 (d, J= 9Hz, 2H), 7.86 (d, J=9Hz, 2H), 7.61(d, J=9Hz, 2H), 7.42( m, 4H), 7,30( m, 2H)
(D)의 합성
화합물 (B)(1mmol)와 화합물 (C)(1mmol)를 팔라듐 촉매(0.05mmol)와 함께 디 옥산(10ml)에서 90 ℃에서 12시간 가열하며 교반하였다. TLC로 확인한 후 고진공 감압증류로 용매를 제거한 후 TLC로 반응을 확인한 후 고진공 감압증류로 용매를 제거한 후 염화메틸렌으로 추출하였다. 추출된 염화메틸렌층을 물과 NaCl 수용액으로 세척하였다. 추출된 염화메틸렌 용액을 Na2SO4 건조제로 물을 제거한 후 헥산으로 후레쉬 컬럼하여 흰색의 고체 물질 (D)를 얻었다. 수율은 65 %이었다.
1H-NMR(300MHz, 아세톤): δ(ppm) 8.26 (d, J = 9 Hz, 4H), 7.88-7.80 (q, 4H), 7.74-7.64 (m, 3H), 7.58-7.49 (m, 8H), 7.36-7.31 (t, 4H), 2.58(s,3H)
(E)의 합성
화합물 (D)(1mmol) , NBS(1.3mmol), 벤조일 퍼옥사이드(0.1 mmol)을 CCl4 용매(100 ㎖)에 넣고, 12시간 정도 가열하면서 교반하였다. TLC로 반응을 확인한 뒤 여과하였다. 여과액을 물과 NaCl로 세척한 다음 고진공 하에서 용매를 제거하고, 헥산과 디에틸 에테르로 재결정하여 갈색의 고체 화합물 (E)를 얻었다. 수율은 40%이었다.
1H-NMR(300MHz, CDCl3): δ(ppm) 8.20 (d, J =9 Hz, 4H), 7.86-7.75 (m, 5H), 7.67-7.62 (d, 2H), 7.59-7.56 (d, 4H), 7.52-7.47 (t, 4H), 7.38-7.33(t,4H), 4.67(s,2H)
(H)의 합성
실온에서 2-메톡시에탄올(15ml)과 H2O(5ml)의 3:1 혼합물에 질소를 주입하며 30분간 교반한 뒤에 IrCl3·H2O(0.04 mmol)와 화합물 (F)(0.08mmol)을 넣고 10시간 동안 질소 하에서 가열하며 교반하였다. TLC로 반응을 확인한 후 H2O을 첨가하여 고체의 물질을 얻었다. 이를 여과하여 진공펌프 하에 3시간 정도 건조하여 Ir 다이머(G)를 얻었다. 수율은 80%이었다. 이어서, 실온에서 2-에톡시에탄올(15ml)에 질소를 주입하며 30분간 교반한 뒤에 Ir 다이머(G) (0.05mmol)과 3-하이드록시피콜린산을 (0.15mmol)를 넣고, 염기로 Na2CO3(0.5mmol)을 넣었다. 질소 하에서 5시간 동안 가열하면서 교반한 뒤에 TLC로 반응을 확인하였다. 고진공 감압증류로 용매를 제거한 후 염화메틸렌으로 추출하였다. 추출된 염화메틸렌층을 포화된 NaCl 수용액으로 세척하였다. 추출된 염화메틸렌 용액을 MgSO4 건조제로 물을 제거한 후 감압증류로 용매를 최소량으로 남긴 뒤 헥산을 첨가하여 고체의 물질을 얻었다. 이를 여과한 뒤에 컬럼 크로마토그래피를 통해 다시 한 번 정제하여 진공펌프 하에 3시간 동안 건조하여 화합물(H)를 얻었다. 수율은 66%이었다.
(화학식 7)의 합성
화합물 (H)(0.5mmol), 화합물 (E)(0.5mmol), Cs2CO3(0.75 mmol), DMF(10mL)를 둥근 바닥 플라스크에 넣고 6시간 동안 가열을 하며 환류시켰다. TLC로 반응을 확인한 뒤 용매를 고진공 감압증류하였다. CH2Cl2에 녹인 후 물로 씻어주었다. 고진공 하에서 용매를 제거한 다음 후레쉬 컬럼하여 고형의 화학식 7의 화합물을 얻었다. 수율은 60 %이었다.
1H-NMR (300 MHz, DMSO): δ (ppm) 8.93-8.86 (m, 2H), 8.40 (d, J= 3.2 Hz, 1H), 8.28-8.24 (t, 4H), 8.21-8.11 (m, 3H), 7.96 (d, J = 4.1 Hz, 2H), 7.80 (d, J = 1.1 Hz, 6H), 7.76-7.66 (m, 2H), 7.61-7.57 (t, 3H), 7.54-7.50 (d, 3H), 7.44-7.23 (m, 14H), 6.84 (d, J = 4.4 Hz, 2H), 6.75 (d, J = 4.2 Hz, 1H), 6.14 (s, 1H), 5.79 (s, 1H), 5.35 (d, J = 5.9 Hz, 1H), 5.20 (d, J = 5.9 Hz, 1H), 2.00 (s, 3H), 1.87 (s, 3H).
비교 합성예 1
Figure 112006002086499-pat00043
화학식 25
(화학식 25)의 합성
화합물 (F) (10mmol)을 둥근 바닥 플라스크에 넣고 2-메톡시에탄올/ H2O(3:1)을 15ml 넣고 질소를 주입하여 30분간 교반한 뒤, IrCl3·H2O(4.5mmol)을 넣고 6시간 동안 환류시켰다. 물을 첨가하여 고형화한 후, 뷰흐너 깔때기를 통해 거른 뒤 적외선 램프에서 건조시켜, 적색의 고체인 Ir 다이머를 얻었다. 수율은 70%이었다. 이어서, 피콜린산(3mmol)과 Na2CO3(10 mmol)를 둥근바닥 플라스크에 넣고 2-에톡시에탄올 100㎖를 넣고 질소를 주입하여 30분간 교반한 뒤 Ir 다이머(1mmol)를 넣고 4시간 동안 환류시켰다. 반응을 TLC로 확인한 후 용매를 고진공 감압증류로 용매를 제거한 후 염화메틸렌으로 추출하였다. 염화메틸렌을 통해 불순물을 제거하여, 붉은색의 고체 형태인 화학식 25의 화합물을 얻었다. 수율은 56%이었다.
1H-NMR(DMSO, 300MHz): δ(ppm) 9.021-8.964(m, 2H) 8.433(d, 6.3Hz, 1H) 8.297(d, 5.1Hz, 2H) 8.192-8.151(m, 1H) 8.101-7.995(m, 4H) 7.902-7.842(m, 3H) 7.780(d, 6.6Hz, 1H) 7.634-7.576(m, 3H) 7.446(d, 7.8Hz, 1H) 6.848(q, 19.2Hz, 2H) 6.243(s, 1H) 5.904(s, 1H) 2.176(s, 1H) 2.034(s, 1H)
합성예 2
본 발명에 따른 화학식 10의 화합물을 합성하였고, 이것의 합성 반응식은 다음과 같다.
Figure 112006002086499-pat00044
Figure 112006002086499-pat00045
Figure 112006002086499-pat00046
Figure 112006002086499-pat00047
화학식 10
(I)의 합성
둥근 바닥 플라스크에 2-브로모피리딘(1mmol), 페닐보론산(1.2mmol), 탄산칼 륨(2.7mmol), 디메톡시에탄(1.5mL)을 넣고 질소를 주입하여 30분간 교반한 뒤, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0.05mmol)을 넣고 환류 컨덴서를 연결하여 90℃에서 18시간 동안 환류시킨다. TLC로 반응을 확인한 후 용매를 고진공 감압증류로 용매를 제거한 다음 에틸 아세테이트로 추출한 후 후레쉬 컬럼하여 액체 형태로 페닐 피리딘 화합물 (I)를 얻었다. 수율은 92%이었다.
(J)의 합성
실온에서 2-메톡시에탄올(15ml)과 H2O(5ml)에 질소를 주입하며 30분간 교반한 뒤에 IrCl3·H2O(0.04 mmol)과 페닐피리딘 화합물 (I)(0.08mmol)를 넣고 10시간 동안 질소 하에서 가열하며 교반하였다. TLC로 반응을 확인한 후 H2O을 첨가하여 고체화시키고, 이를 여과하여 진공펌프 하에 3시간 정도 건조하여 초록색 고체 화합물(J)를 얻었다. 수율은 70%이었다.
(K)의 합성
실온에서 2-에톡시에탄올(15ml)에 질소를 주입하며 30분간 교반한 뒤에 화합물(J)(0.05mmol)와 3-히드록시 피콜린산(0.15mmol)를 첨가하고, 염기로 Na2CO3 (0.5mmol)을 첨가하였다. 질소 하에서 5시간 동안 가열하면서 교반한 후에 TLC로 반응을 확인하였다. 고진공 감압증류로 용매를 제거한 후 염화메틸렌으로 추출하였다. 추출된 염화메틸렌층을 포화된 NaCl 수용액으로 세척하였다. 추출된 염화 메틸렌 용액을 MgSO4 건조제로 물을 제거한 후 감압증류로 용매를 최소량으로 남긴 뒤 헥산을 첨가하여 고체 물질을 얻고, 이를 여과한 뒤에 컬럼 크로마토그래피를 통해 다시 한 번 정제하여 진공펌프 하에 3시간 동안 건조하여 화합물 (K)를 얻었다. 수율은 60%이었다.
화학식(10)의 합성
화합물 (K) (0.5mmol), 상기 합성예 1에서 얻은 화합물 (E)(0.5mmol), Cs2CO3(0.75 mmol), DMF(10mL)를 둥근 바닥 플라스크에 넣고 6시간 동안 가열을 하며 환류시켰다. TLC로 반응을 확인한 뒤 용매를 고진공 감압증류하였다. CH2Cl2에 녹인 후 물로 세척하였다. 고진공 하에서 용매를 제거한 다음 후레쉬 컬럼하여 고체의 화학식 10의 화합물을 얻었다. 수율은 70 %이었다.
1H-NMR (300 MHz, DMSO): δ (ppm) 8.49 (d, J = 2.4 Hz, 1H), 8.31-8.27 (t, 4H), 8.21 (s, 1H), 8.15 (d, J = 3.9 Hz, 1H), 8.00-7.94 (t, 3H), 7.82-7.73(m, 6H), 7.62 (d, J = 4.2 Hz, 2H), 7.55-7.50 (m, 5H), 7.46-7.38 (m, 4H), 7.35-7.29 (m, 7H), 7.09 (t, J = 7.5 Hz, 1H), 6.90-6.85 (m, 2H), 6.81-6.74 (m, 2H), 6.65 (t, J = 9.3 Hz, 1H), 6.18 (d, J = 3.8 Hz, 1H), 5.95 (d, J = 3.8 Hz, 1H), 5.32 (s, 2H)
비교 합성예 2
Figure 112006002086499-pat00048
화학식 26
(화학식 26)의 합성
페닐피리딘 화합물 (I) (10mmol)을 둥근 바닥 플라스크에 넣고 2-메톡시에탄올/H2O(3:1)을 15ml 넣고 질소를 주입하여 30분간 교반한 뒤, IrCl3·H2O(4.5mmol)을 넣고 6시간 동안 환류시켰다. 물을 첨가하여 고형화한 후, 뷰흐너 깔때기를 통해 거른 뒤 적외선 램프에서 건조시켜, 노란색의 고체인 Ir 다이머를 얻었다. 수율은 79%이었다. 이어서, 피콜린산(3mmol)과 Na2CO3를 둥근바닥 플라스크에 넣고 2-에톡시에탄올 100㎖를 넣고 질소를 주입하여 30분간 교반한 뒤 Ir 다이머(1mmol)를 넣고 4시간 동안 환류시켰다. 반응을 TLC로 확인한 후 용매를 고진공 감압증류로 용매를 제거한 후 염화메틸렌으로 추출하였다. 염화메틸렌을 통해 불순물을 제거하여, 붉은색의 고체 형태인 화학식 26의 화합물을 얻었다. 수율은 60%이었다.
1H-NMR(DMSO, 300MHz): δ(ppm) 8.512(d, 5.4Hz, 1H) 8.214(t, 8.1Hz, 2H) 8.103-8.083(m, 2H) 7.949-7.910(m, 2H) 7.811(t, 6Hz, 2H) 7.635-7.651(m, 2H) 7.550(d, 5.4Hz, 1H) 7.381(t, 5.7Hz, 1H) 7.219(t, 9Hz, 1H) 6.907-6.839(m, 1H) 6.800-6.693(m, 1H) 6.246(d, 6.6Hz, 1H) 6.055(d, 7.5Hz, 1H)
시험예
상기 합성예 1 내지 2에서 합성한 화학식 7 및 10의 화합물의 광발광(PL) 특성을 조사하고, 또한, 비교 합성예 1 및 2에서 합성한 화학식 25 및 26의 화합물의 광발광 특성을 조사하였다.
도 1은 합성예 1에서 합성한 화합물(화학식 7)의 2-MeTHF 용액에서의 광발광(PL) 스펙트럼을 나타낸 것이고, 도 2는 합성예 1에서 합성한 화합물(화학식 7)과 비교합성예 1에서 합성한 화합물(화학식 25)의 2-MeTHF 용액에서의 광발광 스펙트럼을 비교한 것이다.
도 3은 합성예 2에서 합성한 화합물(화학식 10)의 2-MeTHF 용액에서의 광발광(PL) 스펙트럼을 나타낸 것이고, 도 4는 합성예 2에서 합성한 화합물(화학식 10)과 비교합성예 2에서 합성한 화합물(화학식 26)의 2-MeTHF 용액에서의 광발광 스펙트럼을 비교한 것이다.
상기 도 2 및 도 4를 통해 알 수 있는 바와 같이, 호스트용 화합물과 도판트용 화합물을 연결기에 의해 연결시킨 본 발명에 따른 화합물(화학식 7 및 10)이 도 판트용 화합물로 주로 사용되는 종래의 화합물(화학식 13 및 14)보다 광발광 특성이 현저하게 좋음을 알 수 있다.
실시예 1
애노드는 코닝사의 10Ω/㎠ ITO 기판을 사용하였고, 상기 기판 상부에 IDE 406을 진공 증착하여 정공 주입층을 600Å 두께로 형성하였다. 이어서, 상기 정공 주입층 상부에 TPD 화합물을 300Å의 두께로 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다. 정공 수송층을 형성한 후, 이 정공 수송층 상부에 화학식 7의 화합물을 호스트 물질 CBP에 12% 도핑하여 200Å의 두께로 발광층을 형성하였다. 그 후 상기 발광층 상부에 BCP을 진공 증착하여 50Å 두께의 정공 억제층을 형성하였다. 그 후 그 위에 Alq3를 진공 증착하여 200Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 이 전자 수송층 상부에 LiF 10Å와 Al 3000Å을 순차적으로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 형성함으로써 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
실시예 2
애노드는 코닝사의 10Ω/㎠ ITO 기판을 사용하였고, 상기 기판 상부에 IDE 406을 진공 증착하여 정공 주입층을 600Å 두께로 형성하였다. 이어서, 상기 정공 주입층 상부에 TPD 화합물을 300Å의 두께로 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다. 정공 수송층을 형성한 후, 이 정공 수송층 상부에 화학식 10의 화합물을 호스트 물질 CBP에 12% 도핑하여 200Å의 두께로 발광층을 형성하였다. 그 후 상기 발광층 상부에 BCP을 진공 증착하여 50Å 두께의 정공 억제층을 형성하였다. 그 후 그 위에 Alq3를 진공 증착하여 200Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 이 전자 수송층 상부에 LiF 10Å와 Al 3000Å을 순차적으로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 형성함으로써 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
상기 실시예 1 및 2에 따라 제조된 유기 전계 발광 소자에 있어서, 효율, 구동전압, 색순도 및 수명 특성을 조사하였다. 그 결과, 실시예 1 및 2의 유기 전계 발광 소자의 효율, 구동전압, 색순도 및 수명 특성이 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫 번째, 본 발명에 따른 유기 금속 화합물은 저분자 수준의 발광 특성을 갖기 때문에 발광 소자의 발색 재료로 유용하게 사용될 수 있다.
두 번째, 본 발명에 따른 유기 금속 화합물은 호스트용 화합물과 도판트용 화합물이 연결한 구조이기 때문에, 각각이 저분자량 일지라도 연결을 통해 분자량을 증대시킬 수 있기 때문에 용해성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 스핀 코팅과 같은 습식 공정을 통해 소자에 적용될 수 있다.
세 번째, 본 발명에 따른 유기 금속 화합물을 이용하여 발광 소자를 구성할 경우, 효율, 휘도, 구동 전압 등 EL 특성이 개선될 수 있다.

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 호스트용 화합물과 도판트용 화합물이 연결된 유기 금속 화합물:
    화학식 1
    Figure 112007010754918-pat00049
    상기 식에서, X는 하기 X1, X2 또는 X3로 나타내어지는 기이고;
    X1 :
    Figure 112007010754918-pat00050
    X2 :
    Figure 112007010754918-pat00051
    X3 :
    Figure 112007010754918-pat00052
    R1 내지 R10는 각각 독립적으로 일치환(mono-substituted) 또는 다치환(multi-substituted) 작용기로서, 수소, 시아노기, 히드록시기, 티올기, 할로겐 원자, 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C5-C30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30의 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C30의 알킬카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C7-C30의 아릴카르보닐기, C1-C30의 알킬티오기 또는 -Si(R')(R")(R"')(상기 식중, R' 내지 R'''는 서로에 관계없이 수소 또는 C1-C30의 알킬기), -N(R')(R'')(상기 식중, R'과 R''는 서로에 관계없이 수소 또는 C1-C30의 알킬기)기이고, 또한 상기 R1 내지 R10의 작용기중 서로 인접한 기는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고;
    M은 Ir, Os, Pt, Pb, Re 또는 Ru이고; 및
    m은 3이고, n은 1 또는 2이며, a, b 및 c는 각각 1 내지 3의 정수이고, L은 다음과 같은 구조를 갖는 것으로 이루어진 군에서 선택됨:
    Figure 112007010754918-pat00081
    Figure 112007010754918-pat00082
  2. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 1에서 X가 X1인 하기 화학식 2로 표시되는 유기 금속 화합물:
    화학식 2
    Figure 112006002086499-pat00053
    상기 식중, R1 내지 R7은 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같고, L, M, m 및 n 모두 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같다.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 1에서 X가 X1인 하기 화학식 3으로 표시되는 유기 금속 화합물:
    화학식 3
    Figure 112006002086499-pat00054
    상기 식중, R1 내지 R8은 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같고, L, M, m 및 n 모두 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같고, a는 1 내지 3의 정수이다.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 1에서 X가 X2인 하기 화학식 4로 표시되는 유기 금속 화합물:
    화학식 4
    Figure 112006002086499-pat00055
    상기 식중, R1 내지 R7, R9 및 R10은 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같고, L, M, m 및 n 모두 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같고, b 및 c는 1 내지 3의 정수이다.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 유기 금속 화합물은 다음과 같은 구조의 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 유기 금속 화합물:
    화학식 7
    Figure 112006002086499-pat00058
    화학식 8
    Figure 112006002086499-pat00059
    화학식 9
    Figure 112006002086499-pat00060
    화학식 10
    Figure 112006002086499-pat00061
    화학식 11
    Figure 112006002086499-pat00062
    화학식 12
    Figure 112006002086499-pat00063
    화학식 13
    Figure 112006002086499-pat00064
    화학식 14
    Figure 112006002086499-pat00065
    화학식 15
    Figure 112006002086499-pat00066
    화학식 16
    Figure 112006002086499-pat00067
    화학식 17
    Figure 112006002086499-pat00068
    화학식 18
    Figure 112006002086499-pat00069
    화학식 19
    Figure 112006002086499-pat00070
    화학식 20
    Figure 112006002086499-pat00071
    화학식 21
    Figure 112006002086499-pat00072
    화학식 22
    Figure 112006002086499-pat00073
    화학식 23
    Figure 112006002086499-pat00074
    화학식 24
    Figure 112006002086499-pat00075
  7. 한 쌍의 전극 사이에 유기막을 포함하는 발광 소자에 있어서, 상기 유기막이 제 1항, 제 2항, 제 3항, 제 4항 또는 제 6항중 어느 하나의 항에 따른 호스트용 화합물과 도판트용 화합물이 연결된 유기 금속 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 유기막은 발광층인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  9. 기판상에 제 1 전극을 형성하는 단계; 제 1 전극 상부에 유기막을 형성하는 단계; 및 유기막 상부에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 유기막은 제 1항, 제 2항, 제 3항, 제 4항 또는 제 6항중 어느 하나의 항에 따른 호스트용 화합물과 도판트용 화합물이 연결된 유기 금속 화합물을 도핑하여 형성하는 것인 유기 전계 발광 소자의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 제 1 전극은 애노드이고, 제 2 전극은 캐소드이고, 유기막은 발광층인 발광 소자의 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 유기막은 습식 공정을 이용하여 형성되는 것인 발광 소자의 제조방법.
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