KR100976807B1 - 안트라센 유도체 및 이를 포함하는 유기 전계발광 소자 - Google Patents

안트라센 유도체 및 이를 포함하는 유기 전계발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 새로운 안트라센 유도체, 및 이를 전자수송층 물질로서 포함하는 유기 전계발광 소자에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 안트라센의 9, 10 위치를 비롯한 4개의 치환 위치에 아릴 또는 헤테로아릴기가 결합된 신규한 안트라센 유도체를 이용하여 구동 전압이 낮고 높은 발광 효율과 발광 휘도를 가지면서 긴 수명의 구현이 가능한 유기 전계발광 소자를 제공한다.

Description

안트라센 유도체 및 이를 포함하는 유기 전계발광 소자{ANTHRACENE DERIVATIVES AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE COMPRISING SAME}
본 발명은 전자수송능이 우수한 특성을 갖는 신규한 안트라센 유도체, 및 이를 전자수송층 재료로서 포함하는 유기 전계발광 소자에 관한 것이다.
최근, 자체 발광형으로 저전압 구동이 가능한 유기 전계발광 소자는, 평판 표시소자의 주류인 액정디스플레이(LCD, liquid crystal display)에 비해, 시야각, 대조비 등이 우수하고 백라이트가 불필요하여 경량 및 박형이 가능하며 소비전력 측면에서도 유리하고 색 재현 범위가 넓어, 차세대 표시소자로서 주목을 받고 있다.
일반적으로, 유기 전계발광 소자는 음극(전자주입전극)과 양극(정공주입전극), 및 상기 두 전극 사이에 유기층을 포함하는 구조를 갖는다. 이때, 유기층은 발광층(EML, light emitting layer) 이외에, 정공주입층(HIL, hole injection layer), 정공수송층(HTL, hole transport layer), 전자수송층(ETL, electron transport layer) 및/또는 전자주입층(EIL, electron injection layer)을 포함할 수 있으며, 발광층의 발광특성상, 전자차단층(EBL, electron blocking layer) 또는 정공차단층(HBL, hole blocking layer)을 추가로 포함할 수 있다. 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공차단층/전자수송층/전자주입층/음극 순으로 적층된 구조를 갖는 일반적인 유기 전계발광 소자의 구조를 도 1에 나타내었다.
이러한 구조의 유기 전계발광 소자에 전기장이 가해지면, 양극으로부터 정공이 주입되고, 음극으로부터 전자가 주입되어, 정공과 전자는 각각 정공수송층과 전자수송층을 거쳐 발광층에서 재조합(recombination)하게 되어 발광여기자(exitons)를 형성한다. 형성된 발광여기자는 바닥상태(ground states)로 전이하면서 빛을 방출한다. 발광 상태의 효율과 안정성을 증가시키기 위하여, 발광 색소(도펀트)를 발광층(호스트)에 도핑하기도 한다.
다양한 안트라센 유도체가 유기 전계발광 소자의 발광층 물질로서 알려져 있다 (미국 특허 제5,635,308호, 미국 특허 제5,972,247호, 미국 특허 제5,935,721호, 및 대한민국 공개공보 제2006-0050915호 참조). 그러나, 이제까지 알려진 안트라센 유도체를 발광층 물질로서 포함하는 유기 전계발광 소자의 경우 높은 구동전압, 낮은 효율 및 짧은 수명으로 인해 실용화하는 데에 많은 어려움이 있었다.
한편, 유기 단분자 물질을 상기 유기 전계발광 소자구조에 대한 각각의 층에서 사용한 유기 전계발광 소자는 발광수명이 짧고, 보존 내구성이 낮은 문제점들을 가지고 있다. 이러한 문제점의 원인으로는 유기물질의 물리, 화학적인 안정성, 광화학적, 전기화학적인 안정성, 전극의 산화, 박리현상 및 유기 화합물의 용융, 결정화, 열분해 현상들이 있다.
한편, 전자수송층 물질로서는 유기금속착체가 주로 사용되어 왔는데, 그 이유는 유기 단분자 물질에 비해 전자 이동에 대한 안정성과 전자이동 속도가 우수하기 때문이다. 그 중에서 높은 안정성과 우수한 전자 친화도를 가진 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(Alq3)가 우수한 성능을 나타내는 것으로 보고되어 왔으나, 청색 발광 소자에 적용할 경우 엑시톤 디퓨전(exiton diffusion)에 의한 발광 때문에 색순도가 떨어져 녹색 호스트(green host)와 도판트(dopant)의 고유의 색을 재현하지 못하는 문제점이 있다.
그밖에, 종래에 공지된 전자수송층 물질로는 산요(Sanyo)사의 플라본(Flavon) 유도체와 치소(Chisso)사의 게르마늄 및 실리콘사이클로펜타다이엔 유도체 등이 보고되어 있다(일본 공개특허공보 제 1998-017860호, 일본공개특허공보 제1999-087067호).
그러므로, 유기 전계발광 소자에서 적절한 유기 단분자 물질의 구조를 변화시켜 임의의 발광색을 얻는 것은 가능하며 호스트 게스트 시스템에 의한 여러 가지의 고효율의 유기 전계발광 소자들이 제안되고 있다. 그러나, 실용화 수준의 만족할 만한 고휘도, 긴 수명 및 우수한 내구성이 앞으로도 해결해 나가야 할 과제로 남아 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 구동 전압이 낮고, 높은 발광효율과 발광휘도를 가지면서 긴 수명의 구현이 가능한 신규의 전자수송층용 물질 및 이를 이용한 유기 전계발광 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 제공한다:
Figure 112008033869180-pat00001
상기 식에서,
Ar1 및 Ar2는 각각 C6 -30의 아릴렌 또는 C6 -30의 헤테로아릴렌이고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 실릴기, C6-30의 아릴기 또는 C6-30의 헤테로아릴기이되, 상기 실릴기, C6-30의 아릴기 또는 C6-30의 헤테로아릴기는 C1-30의 알킬기 및 C6-30의 아릴기 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
Figure 112008033869180-pat00002
상기 식에서,
Ar1은 C6-30의 아릴렌 또는 C6-30의 헤테로아릴렌이고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 실릴기, C6-30의 아릴기 또는 C6-30의 헤테로아릴기이되, 상기 실릴기, C6-30의 아릴기 또는 C6-30의 헤테로아릴기는 C1-30의 알킬기 또는 C6-30의 아릴기로 치환될 수 있고,
R3, R4 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, C1-30의 알킬기 또는 C6-30의 아릴기이며, R3, R4 내지 R5 중 인접한 기는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 전자수송층 물질로서 상기 화학식 1 또는 2의 화합물을 포함하는 유기 전계발광 소자를 제공한다.
본 발명의 화합물은 종래의 전자수송층 물질에 비해 우수한 전자수송능을 가 지므로, 유기 전계발광 소자의 전자수송 물질로서 사용되어 유기 전계발광 소자의 구동전압, 발광효율 및 수명 특성을 현저히 개선시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 화학식 1에서 Ar1은 페닐렌, 또는 피리딜렌이다.
바람직하게는, 상기 화학식 1에서, R1 및/또는 R2는 수소, 실릴, 페닐, 나프탈렌일, 플루오렌일 또는 카바졸릴이다.
특히, 전자수송층 물질로서 바람직한 예는 하기 화합물 1 내지 20을 들 수 있다:
Figure 112008033869180-pat00003
Figure 112008033869180-pat00004
Figure 112008033869180-pat00005
Figure 112008033869180-pat00006
상기 화합물 1 내지 20 중에서도, 특히 화합물 3 및 8이 전자수송층 물질로서 바람직하다.
바람직하게는, 화학식 2에서 Ar1 페닐렌, 또는 피리딜렌이다.
바람직하게는, 화학식 2에서 R1 및/또는 R2는 수소, 실릴, 페닐, 나프탈렌일, 플루오렌일 또는 카바졸릴이다.
바람직하게는, 하기 화합물 21 내지 77 중에서 선택된 화합물이다:
Figure 112008033869180-pat00007
Figure 112008033869180-pat00008
Figure 112008033869180-pat00009
Figure 112008033869180-pat00010
Figure 112008033869180-pat00011
Figure 112008033869180-pat00012
Figure 112008033869180-pat00013
본 발명에 따른 화학식 1의 화합물은 예를 들면 하기 반응식 1과 같이 제조될 수 있다.
Figure 112008033869180-pat00014
상기 반응식 1에서,
Ar은
Figure 112008033869180-pat00015
또는
Figure 112008033869180-pat00016
이고,
Ar1, Ar2, R1 및 R2는 각각 화학식 1에서 정의한 바와 같고,
A는 할로겐 원자, Li 또는 B(OH)2이며,
A가 할로겐 원자인 경우에는, D는 B(OH)2, 또는 Cl이고,
A가 B(OH)2인 경우에는, D는 할로겐 원자이다.
상기 반응식 1에 따라, 우선, THF와 같은 용매를 사용하여 Li-Ar 구조의 아릴리튬 시약과 안트라퀴논의 케톤기를 커플링 반응시켜, 안트라센의 9, 10번 위치에 아릴기를 도입한다. 그 다음, 아세토니트릴과 같은 용매를 사용하여 상기 안트라센계 생성물과 염화 주석을 반응시켜, 안트라센 잔부의 9, 10 위치에 존재하는 하이드록실기를 제거한다. 그다음, 생성된 안트라센계 생성물을 방향족 보론 화합물 또는 방향족 할로겐화 화합물을 이용하여 스즈끼-짝지음(Suzuki-coupling) 반응을 수행하여, 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물을 수득한다.
특히, R1 또는 R2이 실릴기인 경우에는, 출발물질로서 2-브로모 안트라센 유도체를 사용하여 상기 Br기(즉, A)를 Li로 치환시킨 후, 치환된 안트라센 유도체를 D-R1 또는 D-R2인 염화실란과 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 화학식 2의 화합물은, 예를 들면 하기 반응식 2와 같이 제조될 수 있다.
Figure 112008033869180-pat00017
상기 반응식 2에서,
Ar3은
Figure 112008033869180-pat00018
이고, Ar4는
Figure 112008033869180-pat00019
이고,
Ar1 및 R1 내지 R5는 각각 화학식 2에서 정의한 바와 같고,
A는 할로겐 원자, Li 또는 B(OH)2이며,
A가 할로겐 원자인 경우에는, D는 B(OH)2, 또는 Cl이고,
A가 B(OH)2인 경우에는, D는 할로겐 원자이다.
상기 반응식 2에 따라, 우선, THF와 같은 용매를 사용하여 Li-Ar3 또는 Li-Ar4 구조의 아릴리튬 시약과 안트라퀴논의 케톤기를 커플링 반응시켜, 안트라센의 9, 10번 위치에 아릴기 및 페닐기를 도입한다. 그 다음은 상기 반응식 1에서와 같이, 아세토니트릴과 같은 용매를 사용하여 상기 안트라센계 생성물과 염화 주석을 반응시켜, 안트라센 잔부의 9, 10 위치에 존재하는 하이드록실기를 제거하고, 이어서, 생성된 안트라센계 생성물을 방향족 보론 화합물을 이용하여 스즈끼-짝지음(Suzuki-coupling) 반응을 수행하여, 본 발명에 따른 화학식 2의 화합물을 수득한다.
특히, R1 또는 R2이 실릴기인 경우에는, 출발물질로서 2-브로모 안트라센 유도체를 사용하여 상기 Br기를 Li로 치환시킨 후, 치환된 안트라센 유도체를 D-R1 또는 D-R2인 염화실란과 반응시킴으로써 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 화학식 1 및/또는 화학식 2의 화합물을 전자수송층 물질로서 포함하는 유기 전계발광 소자를 제공한다.
본 발명의 유기 전계발광 소자는 음극(전자주입전극)과 양극(정공주입전극), 및 상기 두 전극 사이에 상기 화학식 1 및/또는 화학식 2의 화합물을 함유하는 전자수송층(ETL)을 포함하는데, 바람직하게는, 양극과 발광층 사이에 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL) 또는 전자차단층(EBL)을, 그리고 음극과 발광층 사이에 전자주입층(EIL) 또는 정공차단층(HBL)을 추가로 포함할 수 있다.
양극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공차단층/전자수송층/전자주입층/음극 순으로 기판 위에 적층된 유기 전계발광 소자의 구조를 도 1에 나타내었다.
먼저, 기판 표면에 양극용 물질을 통상적인 방법으로 코팅하여 양극을 형성한다. 이때, 사용되는 기판은 투명성, 표면 평활성, 취급 용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다. 또한, 양극용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등이 사용될 수 있다.
다음으로, 상기 양극 표면에 정공주입층(HIL) 물질을 통상적인 방법으로 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 정공주입층을 형성한다. 이때, 사용되는 정공주입층 물질로는 특별히 제한되지 않으며, 구리 프탈로시아닌(CuPc), 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA), 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐아미노)페녹시벤젠(m-MTDAPB), 스타버스트(starburst)형 아민류인 4,4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민(TCTA), 4,4',4"-트리스(N-(2-나프틸)-N-페닐아미노)-트리페닐아민(2T-NATA) 또는 이데미츠사(Idemitsu)에서 구입 가능한 IDE406을 정공주입층 물질로 사용할 수 있다.
상기 정공주입층 표면에 정공수송층(HTL) 물질을 통상적인 방법으로 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 정공수송층을 형성한다. 이때, 사용되는 정공수송층 물질로는 특별히 제한되지 않으며, 비스(N-(1-나프틸-n-페닐))벤지딘(α-NPD), N,N'- 디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB) 또는 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-디페닐-4,4'-디아민(TPD)을 정공수송층 물질로 사용할 수 있다.
상기 정공수송층 표면에 발광층(EML) 물질을 통상적인 방법으로 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 발광층을 형성한다. 이때, 사용되는 발광층 물질 중 단독 발광물질 또는 발광 호스트 물질은 특별히 제한되지 않으며, 그 예로서 녹색의 경우 트리스(8-하이드록시퀴놀리놀라토)알루미늄(Alq3)가, 청색의 경우 Balq(8-하이드록시퀴놀린베릴륨염), DPVBi(4,4'-비스(2,2-다이페닐에테닐)-1,1'-바이페닐)계열, 스파이로(Spiro)물질, 스파이로-DPVBi(스파이로4,4'-비스(2,2-다이페닐에테닐)-1,1'-바이페닐), LiPBO(2-(2-벤즈옥사졸릴)-페놀 리튬염), 비스(디페닐비닐)벤젠, 알루미늄-퀴놀린 금속착체, 이미다졸, 티아졸 및 옥사졸의 금속착체 등이 있다.
발광층 물질 중 발광 호스트와 함께 사용될 수 있는 도펀트(dopant)의 경우 특별히 제한되지 않으며, 형광 도펀트로서 이데미츠사(Idemitsu)에서 구입 가능한 IDE102, IDE105를, 인광 도펀트로는 트리스(2-페닐피리딘) 이리듐(III)(Ir(ppy)3), 이리듐(III) 비스[(4,6-디플루오로페닐)피리디나토-N,C-2']피콜린산염(FIrpic)(참조문헌[Chihaya Adachi et al., Appl . Phys . Lett., 2001, 79, 3082 3084]), 플라티늄(II) 옥타에틸포르피린(PtOEP), TBE002(코비온사) 등을 사용할 수 있다.
상기 발광층 표면에 전자수송층(ETL) 물질을 통상적인 방법으로 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 전자수송층을 형성한다. 이때, 사용되는 전자수송층 물질로는 상기 화학식 1 또는 2의 화합물을 사용한다. 선택적으로는, (8-하이드록시퀴놀리 놀라토)리튬(Liq), 비스(8-하이드록시-2-메틸퀴놀리놀라토)-알루미늄 비페녹사이드(BAlq), 바쏘쿠프로인(bathocuproine, BCP) 및 LiF와 같은 정공차단층(HBL) 물질을 통상적인 방법으로 진공 열증착 및 스핀 코팅하여 발광층과 전자수송층 사이에 정공차단층을 형성하고, 발광층에 인광 도펀트를 함께 사용함으로써, 삼중항 여기자 또는 정공이 전자수송층으로 확산되는 현상을 방지할 수 있다. 이때, 사용되는 정공차단층 물질의 경우 특별히 제한되지는 않는다.
상기 전자수송층 표면에 전자주입층(EIL) 물질을 통상적인 방법으로 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 전자주입층을 형성한다. 이때, 사용되는 전자주입층 물질의 경우 특별히 제한되지 않으며, LiF, Liq, Li2O, BaO, NaCl, CsF 등의 물질을 사용할 수 있다.
마지막으로, 상기 전자주입층 표면에 음극용 물질을 통상적인 방법으로 진공 열증착하여 음극을 형성한다. 이때, 사용되는 음극용 물질로는 리튬(Li), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등이 사용될 수 있다. 또한, 전면발광 유기전계소자의 경우 ITO 또는 IZO를 사용하여 빛이 투과할 수 있는 투명한 음극을 형성할 수도 있다.
본 발명에 따른 유기 전계발광 소자는 상술한 바와 같은 순서, 즉 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공차단층/전자수송층/전자주입층/음극 순으로 제조하여도 되고, 그 반대로 음극/전자주입층/전자수송층/정공차단층/발광층/정공수송층/정공주입층/양극의 순서로 제조하여도 무방하다.
본 발명에 따른 안트라센 유도체는 전자수송능이 우수하고, 전기적 안정성이 우수하며, 높은 발광 효율과 발광 휘도를 가지며 긴 수명의 구현이 가능하여 유기 전계발광 소자의 전자수송층 물질로 유용하게 사용될 수 있다.
실시예
실시예 1 : 본 발명의 화합물 3의 합성
단계 1) 2-브로모-9,10-다이(4-이미다조[1,2-a]피리딘-2-일-페닐)-안트라센의 합성
Figure 112008033869180-pat00020
건조된 2L 둥근 바닥 플라스크에 2당량의 2-(4-브로모페닐)이미다조[1,2-a]피리딘 (36.6 mmol, 10 g)을 넣고 건조한다. 상기 플라스크 내부를 질소 분위기로 만들어준 후, THF (테트라하이드로퓨란) (200 mL)를 넣어주고 교반한다. 수득된 반응액에 n-부틸 리튬(BuLi; 헥산내 2.5M 용액, 14.6 mL)을 -78℃에서 서서히 적하하여 1시간 교반한다. 그 다음, 2-브로모안트라센-9,10-디온 (18.3 mmol, 5.26g)을 THF에 녹여 -78℃에서 서서히 적하 후 12시간 상온에서 교반한다. 반응이 끝나면 물과 메틸렌클로라이드로 추출한 후 유기 층을 농축시킨 반응 혼합물을 500 mL 둥근 바닥 플라스크에 넣어 아세토니트릴 (300 mL)을 넣고 염화 주석 (45.8 mmol, 16.5 g)을 넣은 다음 80℃에서 3시간 교반한다. 반응이 끝나면(노란색 고체 나타남), 아세토니트릴을 제거하고 물과 메틸클로라이드로 추출하여 유기층을 농축한다. 얻어진 혼합물을 다이클로로메탄과 아세토니트릴에 넣어 재결정하여 표제 화합물을 수득한다.
수율 : 65 % (7.63 g),
MS(FAB) m/z: 642.3 [M + H]+
단계 2) 2-나프탈렌-2-일-9,10-다이(4-이미다조[1,2-a]피리딘-2-일-페닐)안트라센의 합성
Figure 112008033869180-pat00021
200 mL 둥근 바닥 플라스크에, 상기 단계 1)에서 제조된 2-브로모-9,10-다이(4-이미다조[1,2-a]피리딘-2-일-페닐)-안트라센 (7.79 mmol, 5.0 g)과 나프탈렌 2-보론산 (9.35 mmol, 1.6 g), 테트라키스트리페닐포스피노팔라듐 (0.2 mmol, 0.3 g), 탄산칼륨 (15.6 mmol, 2.2 g)을 넣고 테트라하이드로퓨란 (THF) (100 mL)와 물 (40 mL)를 넣고 80℃에서 12시간 교반한다. 반응이 끝나면 메틸렌클로라이드로 추출한다. 무수 황산 마그네슘으로 건조한 후 농축한다. 최소한의 에틸에테르로 녹인 다음, 카본 착콜(charcoal)을 넣고 10분간 유지시킨다. 셀라이트(Celite)와 실리카로 여과 후 농축한다. 얻어진 고체를 헥산으로 씻어준 후 건조한다. 수율 : 60 % (3.2 g)
MS(FAB) m/z: 689.5 [M + H]+
MS(FAB) m/z: 689.5 [M + H]+; 1H NMR (δ in CDCl3); 6.84 (t, 2H), 7.21-7.25 (m, 6H), 7.39 (t, 2H), 7.54-7.61 (m, 6H), 7.73 (d, 1H), 7.91-8.13 (m, 7H), 8.30-8.37 (m, 6H), 8.48 (d, 2H)
실시예 2 : 본 발명의 화합물 8의 합성
2-(9,9-다이메틸-플루오렌-2-일)-9,10-다이(4-이미다조[1,2-a]피리딘-2-일-페닐)-안트라센의 합성
Figure 112008033869180-pat00022
200 mL 둥근 바닥 플라스크에, 실시예 1의 단계 1에서 제조한 2-브로모-9,10-다이(4-이미다조[1,2-a]피리딘-2-일-페닐)-안트라센 (7.79 mmol, 5.0 g)과 9,9-메틸-9H-플루오렌 2-보론산 (9.35 mmol, 2.23 g), 테트라키스트리페닐포스피노팔라듐 (0.2 mmol, 0.3 g), 탄산칼륨 (15.6 mmol, 2.2 g)을 넣고 테트라하이드로퓨란 (THF) (100 mL)와 물 (40 mL)를 넣고 80℃에서 12시간 교반한다. 반응이 끝나면 메틸렌클로라이드로 추출한다. 무수 황산 마그네슘으로 건조한 후 농축한다. 최소한의 에틸에테르(dietyl ether)로 녹인 다음 카본 착콜을 넣고 10분간 유지 시 킨다. 셀라이트와 실리카로 여과 후 농축한다. 얻어진 고체를 헥산으로 씻어준 후 건조한다.
수율 : 58 % (3.4 g)
MS(FAB) m/z: 755.5 [M + H]+
수율 : 58 % (3.4 g)
MS(FAB) m/z: 755.5 [M + H]+; 1H NMR (δ in CDCl3); 1.67 (s, 6H), 6.84 (t, 2H), 7.21-8.28 (m, 7H), 7.38-7.41 (m, 3H), 7.54-7.61 (m, 6H), 7.84-7.97 (m, 4H), 8.06 (s, 1H), 8.13 (s, 1H), 8.30-8.37 (m, 6H), 8.48 (d, 2H)
시험예 : 유기 전계발광 소자의 제작 및 물성 측정
상기 실시예 1 및 2에서 제조한 화합물 3 및 8, 및 비교용(Ref.)으로서의 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(Alq3)을 각각 유기 전계발광 소자의 전자수송층 물질로 사용하여 통상적인 방법에 따라 유기 전계발광 소자를 제작하였다.
구체적으로, 먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 60 nm 두께의 정공주입층 (정공주입층 물질: 4,4',4"-트리스(N-(2-나프틸)-N-페닐아미노)-트리페닐아민(2T-NATA)), 30 nm 두께의 정공수송층 (정공수송층 물질: N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB)), 30 nm 두께의 ADN (9,10-다이(나프틸-2-일)안트라센)에 DPVBi가 7% 도핑된 발광층 (이때, DPVBi는 청색 형광 도펀트로서 4,4'-비 스(2,2-다이페닐에텐-1-일)다이페닐"이다), 1 nm 두께의 전자주입층 (전자주입층 물질: LiF) 및 150 nm 두께의 알루미늄 음극을 순차적으로 증착시켜 유기 전계발광 소자를 제작하였다.
제조된 유기 전계발광 소자에 대해서, 전압-휘도, 전류밀도-휘도, 전압-전류밀도, 발광효율-휘도 및 전력효율-휘도 곡선을 각각 도 2 내지 6에, X 및 Y 색좌표-휘도 곡선을 도 7 및 8에, 전기발광 스펙트럼을 도 9에, 유기 전계발광 소자의 수명의 곡선은 도 10에 나타내었으며, 이들 결과를 하기 표 1에 정리하였다.
Figure 112008033869180-pat00023
상기 도 2 내지 도 10 및 표 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 화합물인 화합물 3 및 8를 전자수송층 물질로서 사용한 시험예의 유기 전계발광 소자는, 전류밀도 및 효율 측면에서는 비교예의 유기 전계발광 소자에 필적하는 결과를 나타내면서도, 구동 전압 및 수명은 비교예의 유기 전계발광 소자에 비해 우수한 것으로 측정되었다.
따라서, 본 발명에 따른 화합물을 유기 전계발광 소자의 전자수송층 물질로서 사용하는 경우, 유기 전계발광 소자의 발광효율 및 수명을 현저히 개선시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 유기 전계발광 소자의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 각각 본 발명의 화합물 3 및 8과 비교용으로서의 Alq3을 전자수송층 물질로서 사용한 유기 전계발광 소자의 전압-휘도의 곡선이다.
도 3은 각각 본 발명의 화합물 3 및 8과 비교용(Ref.)으로서의 Alq3을 전자수송층 물질로서 사용한 유기 전계발광 소자의 전류밀도-휘도의 곡선이다.
도 4는 각각 본 발명의 화합물 3 및 8과 비교용으로서의 Alq3을 전자수송층 물질로서 사용한 유기 전계발광 소자의 전압-전류밀도의 곡선이다.
도 5는 각각 본 발명의 화합물 3 및 8과 비교용으로서의 Alq3을 전자수송층 물질로서 사용한 유기 전계발광 소자의 발광효율-휘도의 곡선이다.
도 6은 각각 본 발명의 화합물 3 및 8과 비교용으로서의 Alq3을 전자수송층 물질로서 사용한 유기 전계발광 소자의 전력효율-휘도의 곡선이다.
도 7 및 8은 각각 본 발명의 화합물 3 및 8과 비교용으로서의 Alq3을 전자수송층 물질로서 사용한 유기 전계발광 소자의 X 및 Y 색좌표-휘도 곡선이다.
도 9는 각각 본 발명의 화합물 3 및 8과 비교용으로서의 Alq3을 전자수송층 물질로서 사용한 유기 전계발광 소자의 전기발광 스펙트럼이다.
도 10은 각각 본 발명의 화합물 3 및 8과 비교용으로서의 Alq3을 전자수송층 물질로서 사용한 유기 전계발광 소자의 유기 전계발광 소자의 수명 곡선이다.

Claims (17)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 안트라센계 유도체:
    화학식 1
    Figure 112008033869180-pat00024
    상기 식에서,
    Ar1 및 Ar2는 각각 C6-30의 아릴렌 또는 C6-30의 헤테로아릴렌이고,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 실릴기, C6-30의 아릴기 또는 C6-30의 헤테로아릴기이되, 상기 실릴기, C6-30의 아릴기 또는 C6-30의 헤테로아릴기는 C1-30의 알킬기 및 C6-30의 아릴기 중에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Ar1이 페닐렌 또는 피리딜렌인 안트라센계 유도체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    R1 또는 R2가 수소, 실릴, 페닐, 나프탈렌일, 플루오렌일 또는 카바졸릴인 안트라센계 유도체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    하기 화합물 1 내지 20 중에서 선택되는 안트라센계 유도체.
    Figure 112008033869180-pat00025
    Figure 112008033869180-pat00026
    Figure 112008033869180-pat00027
    Figure 112008033869180-pat00028
  5. 제 4 항에 있어서,
    하기 화합물 3 및 8 중에서 선택되는 안트라센계 유도체.
    Figure 112008033869180-pat00029
  6. 하기 화학식 2로 표시되는 안트라센계 유도체:
    화학식 2
    Figure 112008033869180-pat00030
    상기 식에서,
    Ar1은 C6-30의 아릴렌 또는 C6-30의 헤테로아릴렌이고,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 실릴기, C6-30의 아릴기 또는 C6-30의 헤테로아릴기이되, 상기 실릴기, C6-30의 아릴기 또는 C6-30의 헤테로아릴기는 C1-30의 알킬기 또는 C6-30의 아릴기로 치환될 수 있고,
    R3, R4 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, C1-30의 알킬기 또는 C6-30의 아릴기이며, R3, R4 내지 R5 중 인접한 기는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
  7. 제 6 항에 있어서,
    Ar1이 페닐렌 또는 피리딜렌인 안트라센계 유도체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    R1 또는 R2가 수소, 실릴, 페닐, 나프탈렌일, 플루오렌일 또는 카바졸릴인 안트라센계 유도체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    하기 화합물 21 내지 77 중에서 선택된 안트라센계 유도체.
    Figure 112008033869180-pat00031
    Figure 112008033869180-pat00032
    Figure 112008033869180-pat00033
    Figure 112008033869180-pat00034
    Figure 112008033869180-pat00035
    Figure 112008033869180-pat00036
    Figure 112008033869180-pat00037
  10. 양극, 음극 및 두 전극 사이에 발광층 및 전자수송층을 포함하는 유기 전계발광 소자로서,
    상기 전자수송층이 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 유기 전계발광 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전자수송층이 하기 화합물 3 및 8 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 유기 전계발광 소자.
    Figure 112008033869180-pat00038
  12. 제 11 항에 있어서,
    양극, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 전계발광 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 정공주입층이 구리 프탈로시아닌(CuPc), 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐아미노)트리페닐아민(m-MTDATA), 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐아미노)페녹시벤젠(m-MTDAPB), 4,4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민(TCTA), 4,4',4"-트리스(N-(2-나프틸)-N-페닐아미노)-트리페닐아민(2T-NATA) 및 이데미츠사(Idemitsu)에서 구입 가능한 IDE406 중에서 선택되는 유기 전계발광 소자.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 정공수송층이 비스(N-(1-나프틸-n-페닐))벤지딘(α-NPD), N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘(NPB) 및 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-디페닐-4,4'-디아민(TPD) 중에서 선택되는 유기 전계발광 소자.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 발광층이, 발광 호스트 물질로서 트리스(8-하이드록시퀴놀리놀라토)알루미늄, 8-하이드록시퀴놀린베릴륨염, 4,4'-비스(2,2-다이페닐에테닐)-1,1'-바이페닐 계열, 스파이로물질, 스파이로4,4'-비스(2,2-다이페닐에테닐)-1,1'-바이페닐, 2-(2-벤즈옥사졸릴)-페놀 리튬염, 비스(디페닐비닐)벤젠, 알루미늄-큐놀린 금속착체, 이미다졸, 티아졸 및 옥사졸의 금속착체를 포함하고, 발광 도펀트로서 형광 또는 인광 도판트를 포함하는 유기 전계발광 소자.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 발광층과 전자수송층 사이에 정공차단층을 추가로 포함하고, 상기 정공차단층이 (8-퀴놀리놀라토)리튬(Liq), 비스(8-하이드록시-2-메틸퀴놀리놀나토)-알루미늄 비페녹사이드(BAlq), 바쏘쿠프로인(BCP) 및 LiF 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 유기 전계발광 소자.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 전자주입층 물질이 LiF, Liq(8-하이드록시퀴놀리놀라토)리튬), Li2O, BaO, NaCl 및 CsF 중에서 선택되는 유기 전계발광 소자.
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