KR101233375B1 - 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자 - Google Patents

신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자 Download PDF

Info

Publication number
KR101233375B1
KR101233375B1 KR1020080133693A KR20080133693A KR101233375B1 KR 101233375 B1 KR101233375 B1 KR 101233375B1 KR 1020080133693 A KR1020080133693 A KR 1020080133693A KR 20080133693 A KR20080133693 A KR 20080133693A KR 101233375 B1 KR101233375 B1 KR 101233375B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
formula
photoelectric device
organic photoelectric
carbon atoms
compound
Prior art date
Application number
KR1020080133693A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100075081A (ko
Inventor
유은선
김영훈
박영성
채미영
Original Assignee
제일모직주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제일모직주식회사 filed Critical 제일모직주식회사
Priority to KR1020080133693A priority Critical patent/KR101233375B1/ko
Priority to PCT/KR2009/007409 priority patent/WO2010074439A2/ko
Priority to TW098144450A priority patent/TWI483936B/zh
Publication of KR20100075081A publication Critical patent/KR20100075081A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101233375B1 publication Critical patent/KR101233375B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09B—ORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B57/00—Other synthetic dyes of known constitution
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09B—ORGANIC DYES OR CLOSELY-RELATED COMPOUNDS FOR PRODUCING DYES, e.g. PIGMENTS; MORDANTS; LAKES
    • C09B57/00—Other synthetic dyes of known constitution
    • C09B57/008—Triarylamine dyes containing no other chromophores
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6572—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14—Carrier transporting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/654—Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only nitrogen as heteroatom

Abstract

본 발명은 정공과 전자의 수송능력 및 열적 안정성이 우수한 하기 화학식 1의 유기광전소자용 화합물을 제공할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112008088953544-pat00001
상기 화학식 1에서 A1내지 A10, Ar1, Ar2, R' 및 R"의 정의는 명세서에 기재된 바와 같다.
또한, 본 발명에 따른 상기 유기광전소자용 화합물은 수명 및 효율 특성이 우수한 유기광전소자를 제공할 수 있다.
유기광전소자, 정공, 전자, 수송능력, 열적 안정성, 수명, 효율

Description

신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자{Novel compound for organic photoelectric device and organic photoelectric device including the same}
본 발명은 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정공과 전자의 수송능력 및 열적 안정성이 우수한 유기광전소자용 화합물을 포함하여, 수명 및 효율 특성이 우수한 유기광전소자를 제공할 수 있는 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자에 관한 것이다.
광전소자(photoelectric device)라 함은 넓은 의미로 빛 에너지를 전기에너지로 변환하거나, 그와 반대로 전기에너지를 빛 에너지로 변환하는 소자를 의미한다. 이러한 광전소자 중에서도 특히 유기전기발광소자(Organic Light Emitting Diodes, OLED)는 최근 평판 디스플레이의 수요가 증가함에 따라 주목받고 있다.
유기전기발광소자는 양극(anode)과 음극(cathode) 사이에 기능성 유기 박막 층이 삽입된 구조로 이루어져 있다. 이 때, 유기 박막층은 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 포함할 수 있고, 발광층의 발광특성상 전자 저지층 또는 정공 저지층을 추가로 포함할 수 있다.
유기전기발광소자는 양극에서 정공이 주입되고 음극에서 전자가 주입되면, 각각의 정공과 전자가 서로 상대 전극을 향해 이동하다가 재결합(recombination)하여 에너지가 높은 여기자(exciton)를 형성하게 된다. 이 때, 형성된 여기자가 기저상태(ground state)로 이동하면서 특정 파장을 가지는 빛이 발생하게 되는 것이다. 이러한 빛의 발광은 일중항 상태의 여기자를 이용하는 형광과 삼중항 상태의 여기자를 이용하는 인광으로 나뉠 수 있다. 최근에는 유기전기발광소자의 발광으로서 형광뿐 아니라 인광도 사용될 수 있음이 알려져 있다(Appl. Phys. Lett., 74(3), 442, 1999; Appl. Phys. lett., 75(1), 4, 1999).
이러한 인광을 이용하는 발광물질은 바닥상태에서 여기상태로 전자가 전이한 후, 계간 전이(intersystem crossing)를 통해 일중항 여기자가 삼중항 여기자로 비발광 전이된 다음, 삼중항 여기자가 바닥상태로 전이하면서 발광이 이루어진다. 이 때, 삼중항 여기자의 전이 시 직접 바닥상태로 전이할 수 없어(spin forbidden) 전자 스핀의 뒤바뀜(flipping)이 진행된 이후에 바닥상태로 전이되는 과정을 거치기 때문에 인광 발광물질의 경우 형광 발광물질보다 발광 지속시간이 길어지는 장점이 있다.
또한, 정공과 전자의 재결합에 의하여 발광 여기자가 형성되는 경우, 삼중항 발광 여기자가 일중항 발광 여기자 보다 3 배 가량 더 생성된다. 따라서 일중항 상태의 여기자를 이용하는 형광 발광물질의 경우 발광 효율의 한계가 존재한다. 반면에 인광 발광물질을 사용하면 삼중항 및 일중항 상태의 여기자를 모두 이용할 수 있으므로, 이론적으로는 내부 양자 효율 100%까지 가능하다. 따라서, 인광 발광물질을 사용하는 경우 형광 발광물질에 비해 4 배 정도 높은 발광효율을 달성할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 발광층에 사용되는 호스트 재료에 따라 발광소자의 효율과 성능이 달라질 수 있다. 또한, 발광 상태의 효율과 안정성을 증가시키기 위하여 발광층에 호스트 재료와 함께 도펀트를 첨가할 수도 있다. 특히, 인광 청색(blue) 도펀트는 밴드갭 에너지가 2.8 eV 정도이므로 삼중항 여기자의 밴드갭 에너지는 2.9 eV 이상인 것을 호스트 재료로 사용함으로써, 고효율, 장수명의 소자를 얻을 수 있다.
이러한 상기 호스트 재료로는 4,4-N,N-다이카바졸바이페닐(CBP), 1,3-비스카바졸벤젠(mCP)와 같은 카바졸 유도체가 주로 사용되었는데, 상기 화합물은 열안정성이 매우 낮은 단점이 있다. 또한, 화합물의 대칭성이 높아 결정화되기 용이하여, 소자의 온도가 상승할 경우, 단락이나 화소 결함이 발생할 수 있는 단점이 있다. 또한, 상기 화합물은 정공의 이동이 전자의 이동보다 빠르기 때문에 발광층에서 여기자가 효과적으로 형성되지 못하여 소자의 발광 효율이 감소하는 문제점이 있다.
따라서, 효율 및 수명이 우수한 유기광전소자를 구현하기 위해서는 전기적, 열적 안정성이 우수하고, 정공과 전자를 모두 잘 전달할 수 있는 바이폴라(bipolar) 특성을 가지는 인광의 호스트 재료 및 전하수송재료의 개발이 절실한 실정이다.
본 발명의 일 구현예는 정공과 전자의 수송능력이 우수한 유기광전소자용 화합물을 제공한다.
본 발명의 다른 일 구현예는 상기 유기광전소자용 화합물을 포함하여 수명 및 효율 특성이 우수한 유기광전소자를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현예는 하기 화학식 1로 표시되는 유기광전소자용 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112008088953544-pat00002
(상기 화학식 1에서 A1 내지 A10은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 CR1 내지 CR10, 또는 N이고, 단, A1 내지 A5 중에서 선택된 어느 하나 내지 셋은 N이고, A6 내지 A10 중에서 선택된 어느 하나 내지 셋은 N이고,
상기 R1 내지 R10은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고,
Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 및 치환 또는 비치환된 탄 소수 1 내지 30의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고, 이 때, 상기 Ar1 및 Ar2는 융합링을 형성할 수 있고,
R' 및 R"은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.)
본 발명의 다른 일 구현예는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 적어도 한 층 이상의 유기 박막층을 포함하는 유기광전소자에 있어서, 상기 유기 박막층 중 적어도 어느 한 층은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물을 포함하는 유기광전소자를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 구현예는 상기 유기광전소자를 포함하는 표시장치를 제공한다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물은 인광성의 발광을 이용하고, 유리전이온도(Tg) 및 열분해온도(Td)가 각각 120 ℃ 이상 및 350 ℃ 이상으로 우수한 열적 안정성을 가진다. 또한, 상기 유기광전소자용 화합물은 삼중항 여기자의 밴드갭 에너지가 2.9 eV 이상으로 정공과 전자를 모두 잘 전달할 수 있는 바이폴라(bipolar) 특성을 가진다. 이로써, 본 발명의 다른 일 구현예는 상기 유 기광전소자용 화합물을 포함하여, 수명 특성이 우수하고, 낮은 구동전압에서도 높은 발광효율을 가지는 유기광전소자를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구 범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에 있어서, "치환"이란 별도의 정의가 없는 한, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환된 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 "헤테로"란 별도의 정의가 없는 한, 하나의 고리기내에 N, O, S, P, 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 것이 바람직하다.
특히, 본 명세서에서 "헤테로고리기"란 별도의 정의가 없는 한, 상기 헤테로 원자를 포함하는 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기, 탄소수 1 내지 30의 헤테로사이클로알킬기, 탄소수 1 내지 30의 헤테로사이클로알킬렌기, 탄소수 1 내지 30의 헤테로사이클로알케닐기, 탄소수 1 내지 30의 헤테로사이클로알케닐렌기, 탄소수 1 내지 30의 헤테로사이클로알키닐기, 및 탄 소수 1 내지 30의 헤테로사이클로알키닐렌기로 이루어진 군에서 선택되는 것을 의미한다. 상기 헤테로고리기는 상기한 헤테로 원자를 1 내지 20 개, 보다 구체적으로는 1 내지 15 개를 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 일 구현예는 하기 화학식 1로 표시되는 유기광전소자용 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112008088953544-pat00003
(상기 화학식 1에서 A1 내지 A10은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 CR1 내지 CR10, 또는 N이고, 단, A1 내지 A5 중에서 선택된 어느 하나 내지 셋은 N이고, A6 내지 A10 중에서 선택된 어느 하나 내지 셋은 N이고,
상기 R1 내지 R10은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고,
Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고, 이 때, 상기 Ar1 및 Ar2는 융합링을 형성할 수 있고,
R' 및 R"은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.)
상기 A1 내지 A5 중에서 선택된 어느 하나 내지 셋이 N이고, A6 내지 A10 중에서 선택된 어느 하나 내지 셋이 N인 경우, LUMO(Lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 준위를 낮추고 화합물의 전자 친화도를 높여 전자의 수송 특성을 향상시킬 수 있다. 이로써, 유기광전소자의 구동에 필요한 전압을 낮출 수 있게 되어 소자의 발광 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 유기광전소자용 화합물은 정공주입/이동특성이 우수한 카바졸기를 포함하고 있으며, 전자주입/이동특성이 우수한 질소를 포함하는 헤테로 아로마틱기를 포함하고 있으므로, 정공과 전자를 모두 잘 전달할 수 있는 바이폴라(bipolar) 특성을 가지는 화합물을 제공할 수 있는 것이다.
또한, 상기 카바졸기와, A1 내지 A5를 포함하는 벤젠링 및 A6 내지 A10를 포 함하는 벤젠기의 적어도 하나는 비페닐렌기(biphenyl)의 메타위치에 선택 치환되어 있는 구조로, 이는 두 치환기 사이의 공역(conjugation) 정도를 최소화하여 HOMO/LUMO energy의 차이인 에너지밴드갭(band gap)을 조절하고자 하였다. 따라서 본 발명의 일구현예에 따른 유기광전소자용 화합물은 발광층에 유용하게 적용될 수 있다.
상기 Ar1 및 Ar2가 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기인 경우, 상기 아릴은 페닐, 비페닐, 터페닐, 스티렌 등의 단환식 아릴; 또는 나프틸, 안트라세닐, 페난트레닐, 파이레닐, 페릴레닐, 피레닐 등의 다환식 아릴을 사용하여 유기광전소자의 발광층으로 매우 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 상기 Ar1 및 Ar2가 융합링을 형성하는 경우, 상기 융합링은 치환 또는 비치환된 카바졸기인 것이 좋다.
이러한 상기 유기광전소자용 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 것을 사용하여 HOMO/LUMO energy band gap이 넓은 발광재료를 개발하고자 하였다. 4개의 치환기가 모두 비페닐렌기(biphenyl)의 메타위치에 선택 치환되어 있는 구조로, 이는 치환기들간의 공역(conjugation) 정도를 최소화함으로써 HOMO/LUMO energy band gap이 넓어지는 효과를 이용한 것이다.
[화학식 2]
Figure 112008088953544-pat00004
(상기 화학식 2에서 A1 내지 A10은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 CR1 내지 CR10, 또는 N이고, 단, A1 내지 A5 중에서 선택된 어느 하나 내지 셋은 N이고, A6 내지 A10 중에서 선택된 어느 하나 내지 셋은 N이고,
상기 R1 내지 R10은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고,
Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴 기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고, 이 때, 상기 Ar1 및 Ar2는 융합링을 형성할 수 있고,
R' 및 R"은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.)
본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물은 보다 구체적으로, 하기 화학식 3 내지 화학식 35로 표시되는 화합물을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명의 화합물이 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 3] [화학식 4] [화학식 5]
Figure 112008088953544-pat00005
[화학식 6] [화학식 7] [화학식 8]
Figure 112008088953544-pat00006
[화학식 9] [화학식 10] [화학식 11]
Figure 112008088953544-pat00007
[화학식 12] [화학식 13] [화학식 14]
Figure 112008088953544-pat00008
[화학식 15] [화학식 16] [화학식 17]
Figure 112008088953544-pat00009
[화학식 18] [화학식 19] [화학식 20]
Figure 112008088953544-pat00010
[화학식 21] [화학식 22] [화학식 23]
Figure 112008088953544-pat00011
[화학식 24] [화학식 25] [화학식 26]
Figure 112008088953544-pat00012
[화학식 27] [화학식 28] [화학식 29]
Figure 112008088953544-pat00013
[화학식 30] [화학식 31] [화학식 32]
Figure 112008088953544-pat00014
[화학식 33] [화학식 34] [화학식 35]
Figure 112008088953544-pat00015
본 발명의 일구현예에 따른 유기광전소자용 화합물은 단독 또는 도펀트와 함 께 호스트 재료로 사용될 수 있다. 도펀트(dopant)란 그 자체로서 발광능력이 높은 화합물을 의미하고, 호스트 재료에 미량 혼합해서 사용하기 때문에 이를 게스트(guest)라고도 한다. 상기 도펀트는 당분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지 않으나, 보다 구체적으로 발광양자효율이 높고, 잘 응집되지 않으며, 호스트 재료 속에 균일하게(uniformly) 분포될 수 있는 형광 또는 인광의 도펀트를 사용할 수 있다. 특히, 상기 도펀트로는 삼중항 상태 이상의 다중항 여기(multiplet excitation)에 의하여 발광할 수 있는 금속착체(metal complex)와 같은 적색, 녹색, 청색, 및 백색으로 이루어진 군에서 선택되는 인광 도펀트 물질을 사용하는 것이 좋다.
상기 인광 도펀트는 보다 구체적으로 Ir, Pt, Os, Ti, Zr, Hf, Eu, Tb, Tm 및 이들의 조합으로 이루어진 준에서 선택되는 원소를 포함하는 유기 금속화합물을 사용할 수 있다. 보다 더 구체적으로, 적색 인광 도펀트로는 백금-옥타에틸포르피린착체(PtOEP), Ir(Piq)2(acac), Ir(Piq)3, UDC사의 RD 61 등을 사용할 수 있고, 녹색 인광 도펀트로는 Ir(PPy)2(acac), Ir(PPy)3, UDC사의 GD48 등을 사용할 수 있으며, 청색 인광 도펀트로는(4,6-F2PPy)2Irpic 등을 사용할 수 있다. 이 때, 상기 Piq는 1-페닐이소퀴놀린(1-phenylisoquinoline)을 의미하고, acac는 펜탄-2,4-디온(pentane-2,4-dione)을 의미하고, F2PPy는 2-(디플루오로페닐)피리디나토를 의미하고, pic는 피콜리네이트를 의미하며, PPy는 2-페닐피리딘(2-phenylpyridine)을 의미하는 것이다.
본 발명의 일구현예에 따른 유기광전소자용 화합물은 유리전이온도(Tg)가 120 ℃ 이상이고, 열분해온도(Td)가 350 ℃ 이상이다. 이로써, 열적안정성 및 전기화학적 안정성을 가지는 호스트 재료 또는 전하수송 재료로 사용될 수 있는 것이다.
또한, 상기 유기광전소자용 화합물은 인광 발광특성이 우수하여 삼중항 여기자의 밴드갭 에너지가 2.9 eV 이상으로 정공과 전자를 모두 잘 전달할 수 있는 바이폴라(bipolar) 특성을 가진다. 이로써, 인광성 녹색 또는 청색의 소자의 호스트 재료로 매우 유용하게 사용할 수 있다. 또한, 이를 이용한 백색의 소자에도 매우 유용하게 적용할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물은 유기박막층에 사용되어 유기광전소자의 효율 특성을 향상시키며, 구동전압을 낮출 수 있다. 또한, 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 적어도 한 층 이상의 유기 박막층을 포함하는 유기광전소자에 있어서, 상기 유기 박막층 중 적어도 어느 한 층은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물을 포함하는 유기광전소자를 제공한다. 이 때, 상기 유기광전소자라 함은 유기발광소자, 유기 태양 전지, 유기 트랜지스터, 유기 감광체 드럼, 유기 메모리 소자 등을 의미한다. 특히, 유기 태양 전지의 경우에는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물이 전극이나 전극 버퍼층에 포함되어 양자효율을 증가시 키며, 유기 트랜지스터의 경우에는 게이트, 소스-드레인 전극 등에서 전극 물질로 사용될 수 있다.
상기 유기광전소자용 화합물은 호스트 재료 또는 전하수송재료로 사용될 수 있다.
이하에서는 이러한 본 발명의 일구현예에 따른 유기광전소자에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물을 포함하는 유기광전소자의 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자(100, 200, 300, 400, 및 500)는 양극(120), 음극(110), 및 이 양극과 음극 사이에 개재된 적어도 1 층의 유기박막층(105)을 포함하는 구조를 갖는다.
상기 양극(120)은 양극 물질을 포함하며, 이 양극 물질로는 통상 유기박막층으로 정공주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 상기 양극 물질의 구체적인 예로는 니켈, 백금, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금을 들 수 있고, 아연산화물, 인듐산화물, 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO)과 같은 금속 산화물을 들 수 있고, ZnO와 Al 또는 SnO2
와 Sb와 같은 금속과 산화물의 조합을 들 수 있고, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](polyehtylenedioxythiophene: PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등을 들 수 있다. 그러나 상기 양극 물질이 이들의 화합물에 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 양극 물질로서 ITO를 포함하는 투명전극을 사용하는 것이 좋다.
상기 음극(110)은 음극 물질을 포함하여, 이 음극 물질로는 통상 유기박막층으로 전자주입이 용이하도록 일 함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 납, 세슘, 바륨 등과 같은 금속 또는 이들의 합금을 들 수 있고, LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Ca, LiF/Al, 및 BaF2/Ca과 같은 다층 구조 물질 등을 들 수 있다. 그러나 상기 음극 물질이 이들의 화합물에 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 음극 물질로서 알루미늄 등과 같은 금속전극을 사용하는 것이 좋다.
먼저 도 1을 참조하면, 도 1은 유기 박막층(105)으로서 발광층(130)만이 존재하는 유기광전소자(100)를 나타낸 것으로, 상기 유기박막층(105)은 발광층(130)만으로 존재할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 2는 유기박막층(105)으로서 전자수송층을 포함하는 발광층(230)과 정공수송층(140)이 존재하는 2 층형 유기광전소자(200)를 나타낸 것으로서, 유기박막층(105)은 발광층(230) 및 정공 수송층(140)을 포함하는 2 층형일 수 있다. 이 경우 발광층(130)은 전자 수송층의 기능을 하며, 정공 수송층(140)은 ITO와 같은 투명전극과의 접합성 및 정공수송성을 향상시키는 기능을 한다.
도 3을 참조하면, 도 3은 유기박막층(105)으로서 전자수송층(150), 발광 층(130), 및 정공수송층(140)이 존재하는 3 층형 유기광전소자(300)를 나타낸 것으로서, 상기 유기박막층(105)에서 발광층(130)은 독립된 형태로 되어 있고, 전자수송성이나 정공수송성이 우수한 막(전자수송층(150) 및 정공수송층(140))을 별도의 층으로 쌓은 형태를 나타내고 있다.
도 4를 참조하면, 도 4는 유기박막층(105)으로서 전자주입층(160), 발광층(130), 정공수송층(140), 및 정공주입층(170)이 존재하는 4 층형 유기광전소자(400)를 나타낸 것으로서, 상기 정공주입층(170)은 양극으로 사용되는 ITO와의 접합성을 향상시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 5는 유기박막층(105)으로서 전자주입층(160), 전자수송층(150), 발광층(130), 정공수송층(140), 및 정공주입층(170)과 같은 각기 다른 기능을 하는 5 개의 층이 존재하는 5 층형 유기광전소자(500)를 나타낸 것으로서, 상기 유기광전소자(500)는 전자주입층(160)을 별도로 형성하여 저전압화에 효과적이다.
상기 도 1 내지 도 5에서 상기 유기박막층(105)을 이루는 전자 수송층(150), 전자 주입층(160), 발광층(130, 230), 정공 수송층(140), 정공 주입층(170), 또는 이들의 조합은 상기 유기광전소자용 화합물을 포함한다. 이 때, 상기 유기광전소자용 화합물은 상기 전자 수송층(150) 또는 전자주입층(160)을 포함하는 전자수송층(150)에 사용될 수 있으며, 그 중에서도 전자수송층에 포함될 경우 정공 저지층(도시하지 않음)을 별도로 형성할 필요가 없어 보다 단순화된 구조의 유기광전소자를 제공할 수 있어 효과적이다.
상기에서 설명한 유기광전소자는, 기판에 양극을 형성한 후, 진공증착법(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 플라즈마 도금, 및 이온도금과 같은 건식성막법; 또는 스핀코팅(spin coating), 침지법(dipping), 유동코팅법(flow coating)과 같은 습식성막법 등으로 유기박막층을 형성한 후, 그 위에 음극을 형성하여 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 유기광전소자를 포함하는 표시장치를 제공한다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
유기광전소자용 화합물의 합성
실시예 1: 화학식 11의 화합물 합성
본 발명의 유기광전소자용 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 상기 화학식 11의 화합물은 아래의 반응식 1과 같은 4단계를 통하여 합성되었다.
[반응식 1]
Figure 112008088953544-pat00016
제 1 단계; 중간체 생성물(A)의 합성
카바졸 5.1 g, 1,3,5-트리브로모벤젠 19.1 g, 염화제일구리 0.8 g 및 탄산칼륨 16 g을 디메틸술폭사이드(DMSO) 40 ml에 현탁하여, 8 시간 동안 가열 환류 하였다. 반응유체를 실온까지 냉각하고, 메탄올을 사용하여 재결정시켰다.
석출한 결정을 여과에 의해 분리하고, 수득한 잔류물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 생성물(A)를 7.3 g(수율= 50 %) 수득하였다.
제 2 단계; 중간체 생성물(B)의 합성
상기 1단계에서 얻어진 중간체 생성물(A) 7.3 g을 테트라하이드로퓨란 40 ml에 용해하고, - 70 ℃에서 n-부틸리튬 헥산 용액(1.6 M) 10 ml을 가하고, 수득된 용액을 - 40 ℃에서 1 시간 동안 교반 후, 이소부틸테트라메틸디옥사보로란 5 ml를 서서히 적하하였다. 수득된 용액을 실온까지 승온시켜 6 시간 동안 교반하였다. 수득된 반응 용액에 물 20 ml를 첨가한 다음 20 분간 교반하였다.
반응 용액을 2 개의 액체층으로 분리한 후, 유기층을 무수황산나트륨으로 건조하였다. 감압하에서 유기용매를 제거한 후, 수득한 잔류물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 생성물(B)를 5.4 g(수율= 67 %) 수득하였다.
제 3 단계; 중간체 생성물(C)의 합성
상기 2단계에서 얻어진 중간체 생성물(B) 5.4 g, 1,3,5-트리브로모벤젠 3.3 g 및 테트라키스-(트리페닐포스핀)팔라듐 0.3 g을 테트라하이드로퓨란 20 ml, 및 톨루엔 20 ml에 현탁하고, 상기 현탁용액에 테트라에틸암모늄하이드록사이드 수용액(20 중량%)을 20 ml 가하였다. 수득된 혼합물을 9 시간 동안 가열 환류하였다.
반응 유체를 2 층으로 분리한 후, 유기층을 염화 나트륨 포화수용액으로 세정하고, 무수 황산나트륨으로 건조하였다. 유기용매를 감압하에서 증류하여 제거한 후, 그 잔류물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 중간체 생성물(C)를 4.5 g(수율= 70 %) 수득하였다.
제 4 단계; 화학식 11의 화합물 합성
상기 3단계에서 얻어진 중간체 생성물(C) 4.5 g, 3-피리딘보론산 2.0 g 및 테트라키스-(트리페닐포스핀)팔라듐 0.2 g을 테트라하이드로퓨란 20 ml, 및 톨루엔 20 ml에 현탁하고, 상기 현탁용액에 테트라에틸암모늄하이드록사이드 수용액(20 중량%)을 20 ml 가하였다. 수득된 혼합물을 9 시간 동안 가열 환류하였다.
반응 유체를 2 층으로 분리한 후, 유기층을 염화 나트륨 포화수용액으로 세 정하고, 무수 황산나트륨으로 건조하였다. 유기용매를 감압하에서 증류하여 제거한 후, 그 잔류물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 화학식 11의 화합물을 2.9 g(수율= 60 %) 수득했다. 상기 수득된 화학식 11의 화합물을 Mass spectroscopy로 분석한 결과는 다음과 같다.
MS(ESI) m/z 639.25(M+H)+
비교예 1
종래의 발광층에 주로 사용되던 하기 화학식 39로 표시되는 4,4-N,N-다이카바졸바이페닐(CBP)을 준비하였다.
[화학식 39]
Figure 112008088953544-pat00017
비교예 2
종래의 발광층에 주로 사용되던 하기 화학식 40으로 표시되는 1,3-비스카바졸벤젠(mCP)을 준비하였다.
[화학식 40]
Figure 112008088953544-pat00018
실험예 1: 유기광전소자용 화합물의 특성 평가
상기 실시예 1에서 합성된 유기광전소자용 화합물의 유리전이온도(Tg)와 열분해온도(Td)는 각각 시차주사열량계법(DSC: differential scanning calorimetry)과 열중량분석기(Thermogravimetry: TGA)로 측정하였다. 또한, 상온(약 25 ℃)에서 UV Spectrometer (Shimadzu, UV-1650 PC)와 Spectroradiometer(Minolta, CS-1000A)을 이용하여, UV/Visible absorption 및 photoluminescence emission 파장을 측정하였고, 77 K의 저온에서 용액의 PL(photoluminescence) emission 파장을 측정하여 그 결과로부터 , 단일항 에너지밴드갭(singlet energy band gap, ΔE(S0-S1)), 및 삼중항 에너지밴드갭(triplet energy band gap, ΔE(S0-T1))를 계산였으며, 그 결과는 하기 표 1에 기재하였다.
[표 1]
Tg(oC) Td(oC) UV/Vis λmax PL λmax ΔE(S0-S1) ΔE(S0-T1)
139.4 511.0 300 nm, 340 nm 385 nm 3.55 eV 2.91 eV
※ S0: 단일항 기저상태 　　　　　　　　　　　※ S1: 단일항 여기상태
※ T1: 삼중항 여기상태
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 유기광전소자용 화합물은 유리전이온도(Tg)가 139.4 ℃이고, 열분해온도(Td)가 511 ℃로, 유기광전소자에 적용되어 열적안정성 및 전기화학적 안정성을 가지는 호스트 재료 또는 전하수송 재료로 사용될 수 있는 것이다. 또한, 삼중항 에너지밴드갭이 2.91 eV로 청색인광도판트의 일반적인 에너지밴드갭인 2.8 eV보다 커서, 청색 인광용 호스트에 적용이 가능하다.
유기발광소자의 제조
실시예 2: 인광의 녹색 유기발광소자
상기 실시예 1 에서 합성된 화학식 11의 화합물을 유기발광소자 발광층의 호스트 재료로 사용하고, Ir(PPy)3를 도펀트로 사용하여 인광의 녹색 유기발광소자를 제작하였다. 실시예 2에 적용한 소자의 구조(type A)는 다음과 같다.
ITO(1000Å)/ NPB(700Å)/ TCTA(100Å)/ 화학식 11의 화합물:Ir(ppy)3(93:7 중량비, 300Å)/ Balq(50Å)/ Alq3(200Å)/ LiF(5Å)/ Al(1000Å)
양극으로는 ITO를 1000Å의 두께로 사용하였고, 음극으로는 알루미늄(Al)을 1000Å의 두께로 사용하였다.
보다 구체적으로, 상기 유기발광소자의 제조방법을 설명하면, 양극은 15 Ω/cm2의 면저항값을 가진 ITO 유리 기판을 50 mm × 50 mm × 0.7 mm의 크기로 잘라서 아세톤과 이소프로필알코올과 순수물 속에서 각 15 분 동안 초음파 세정한 후, 30 분 동안 UV 오존 세정하여 사용하였다.
상기 기판 상부에 진공도 650×10-7Pa, 증착속도 0.1 내지 0.3 nm/s의 조건으로 N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(NPB)을 증착하여 정공 수송층을 형성하였다. 상기 정공 수송층 상부에 동일한 증착 조건에서 막 두께가 100 Å가 되도록 4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민(TCTA)을 증착하여 형성하였다.
이어서, 동일한 진공 증착 조건에서 상기 실시예 1 에서 합성된 화학식 11의 화합물을 호스트 재료로 사용하여 인광 도펀트인 Ir(ppy)3과 막 두께가 300 Å가 되도록 동시에 발광층을 증착하였다. 이 때, 인광 도펀트의 증착속도를 조절하여, 발광층의 전체량을 100 중량%로 하였을 때, 인광 도펀트의 배합량이 7 중량%가 되도록 증착하였다.
상기 발광층 상부에 동일한 진공 증착 조건을 이용하여 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-4-(페닐페놀레이트)알루미늄(BAlq) 및 Alq3를 증착하여, 각각 정공 저지층과 전자 수송층을 형성하였다. 상기 전자 수송층 상부에 LiF와 Al을 순차적으로 증착하여 유기발광소자를 완성하였다.
실시예 3: 인광의 녹색 유기발광소자
상기 실시예 1 에서 합성된 화학식 11의 화합물을 유기발광소자 발광층의 호스트 재료로 사용하고, Ir(PPy)3를 도펀트로 사용하여 인광의 녹색 유기발광소자를 제작하였다. 실시예 3에 적용한 소자의 구조(type B)는 다음과 같다.
ITO(1000Å)/ NPB(700Å)/ TCTA(100Å)/ 화학식 11의 화합물:Ir(ppy)3(93:7 중량비, 300Å)/ Alq3(250Å)/ LiF(5Å)/ Al(1000Å)
보다 구체적으로, 발광층 상부에 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-4-(페닐페놀레이트)알루미늄(BAlq) 및 Alq3를 증착하여, 정공 저지층(50 Å)과 전자 수송층(200 Å)을 형성한 것을 대신하여, 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-4-(페닐페놀레이트)알루미늄(BAlq)의 정공 저지층만 250 Å의 두께로 형성한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 유기발광소자를 완성하였다.
비교예 3
상기 실시예 1에서 합성된 화학식 11의 화합물을 발광층의 호스트로 사용한 것을 대신하여, 비교예 1의 CBP를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 유기발광소자를 완성하였다.
비교예 4
상기 실시예 1에서 합성된 화학식 11의 화합물을 발광층의 호스트로 사용한 것을 대신하여, 비교예 1의 CBP를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 유기발광소자를 완성하였다.
실시예 4: 인광의 청색 유기발광소자
상기 실시예 1 에서 합성된 화학식 11의 화합물을 유기발광소자 발광층의 호스트 재료로 사용하고, FIrpic를 도펀트로 사용하여 인광의 청색 유기발광소자를 제작하였다. 실시예 4에 적용한 소자의 구조(type C)는 다음과 같다.
ITO(1000Å)/ NPB(700Å)/ mCP(150Å)/ 화학식 11의 화합물:FIrpic(92:8 중량비, 300Å)/ Bphen(250Å)/ LiF(5Å)/ Al(1000Å)
보다 구체적으로, N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(NPB) 정공 수송층의 상부에 전자 저지층으로서 4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민(TCTA) 100 Å을 형성하는 것을 대신하여, 1,3-비스카바졸벤젠(mCP) 150 Å을 형성하였다.
또한, 상기 전자저지층의 상부에 발광층으로서 실시예 1 에서 합성된 화학식 11 화합물의 호스트 재료와 인광 도펀트인 Ir(ppy)3를 사용하는 것을 대신하여, 동일한 호스트 재료와 인광 도펀트인 FIrpic을 사용하여 발광층을 형성하였다. 이 때, 인광 도펀트의 증착속도를 조절하여, 발광층의 전체량을 100 중량%로 하였을 때, 인광 도펀트의 배합량이 8 중량%가 되도록 증착하였다.
또한, 발광층 상부에 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)-4-(페닐페놀레이트)알루미늄(BAlq) 및 Alq3를 증착하여, 정공 저지층(50 Å)과 전자 수송층(200 Å)을 형성한 것을 대신하여, 비페닐페난트롤린(Bphen)의 전자 수송층만 250 Å의 두께로 형성하였다.
상기한 공정을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 유기발광소자를 완성하였다.
비교예 5
상기 실시예 1에서 합성된 화학식 11의 화합물을 발광층의 호스트로 사용한 것을 대신하여, 비교예 2의 mCP를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 유기발광소자를 완성하였다.
실시예 5: 인광의 백색 유기발광소자
상기 실시예 1 에서 합성된 화학식 11의 화합물을 유기발광소자 발광층의 호스트 재료로 사용하여 인광의 적층된(stacked) 백색 유기발광소자를 제작하였다. 실시예 5에 적용한 소자의 구조(type D)는 다음과 같다.
ITO(1000Å)/ TCTA:WoO3(70:30 중량비, 600Å)/ TCTA(100Å)/ TCTA:Ir(phq)2(acac)(97:3 중량비, 50Å)/화학식 11의 화합물:FIrpic(92:8 중량비, 100Å)/ BePP2:Ir(PPy)3(92:8 중량비, 50Å)/ BePP2(100Å)/ BePP2:Cs2CO3(90:10 중량비, 200Å)/ LiF(5Å)/ Al(1000Å)
상기 적색 발광층의 도펀트인 Ir(phq)2(acac)은 비스(2-페닐퀴놀린) 이리듐 아세틸아세토네이트을 의미하는 것이고, 상기 녹색 발광층의 호스트재료의 BePP2는 베릴륨 비스(2-(2'-히드록시페닐)피리딘을 의미하는 것이다.
실시예 6: 인광의 백색 유기발광소자
상기 실시예 1 에서 합성된 화학식 11의 화합물을 유기발광소자 발광층의 호스트 재료로 사용하여 인광의 혼합된(mixed) 백색 유기발광소자를 제작하였다. 실시예 6에 적용한 소자의 구조(type E)는 다음과 같다.
ITO(1000Å)/ TCTA:WoO3(70:30 중량비, 600Å)/ TCTA(100Å)/ 화학식 11의 화합물:FIrpic:Ir(phq)2(acac):Ir(PPy)3(91:8:0.5:0.5 중량비, 150Å)/ BePP2(100Å)/ BePP2:Cs2CO3(90:10 중량비, 200Å)/ LiF(5Å)/ Al(1000Å)
실험예 2: 유기발광소자의 평가
(1) 전압변화에 따른 전류밀도의 변화 측정
제조된 유기발광소자에 대해, 전압을 0 V 부터 10 V 까지 상승시키면서 전류-전압계(Keithley 2400)를 이용하여 단위소자에 흐르는 전류값을 측정하고, 측정된 전류값을 면적으로 나누어 결과를 얻었다.
(2) 전압변화에 따른 휘도변화 측정
제조된 유기발광소자에 대해, 전압을 0 V 부터 10 V 까지 상승시키면서 휘도계(Minolta Cs-1000A)를 이용하여 그 때의 휘도를 측정하여 결과를 얻었다. 이 때, 유기발광소자가 발광하기 시작할 때의 전압을 turn-on 전압으로 하여 하기 표 2에 표시하였다.
(3) 발광효율 측정
상기(1)과 (2)로부터 측정된 휘도와 전류밀도 및 전압을 이용하여 동일 밝기(1000 cd/m2)의 전류 효율(cd/A) 및 전력 효율(lm/W)을 계산하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
소자
구조
(type)		 구분 호스트
재료		 at 휘도 1000 cd/m2 색좌표
(x, y)
구동
전압(V)		 cd/A lm/W
A 실시예 2 실시예 1 5.6 53.0 30.0 0.320, 0.620
비교예 3 비교예 1 7.1 42.0 18.0 0.300, 0.620
B 실시예 3 실시예 1 5.7 45.0 25.0 0.310, 0.620
비교예 4 비교예 1 8.4 21.0 13.0 0.290, 0.620
C 실시예 4 실시예 1 7.4 18.1 7.7 0.178, 0.315
비교예 5 비교예 2 10.4 9.0 2.7 0.177, 0.304
D 실시예 5 실시예 1 4.0 18.9 14.9 0.277, 0.340
E 실시예 6 실시예 1 5.4 27.5 16.0 0.386, 0.481
상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1의 화합물을 발광층의 호스트 재료로 사용한 실시예 2 및 3의 유기발광소자의 경우, 소자구조 A 및 B 타입에서 모두 구동전압과 발광효율이 비교예 1의 CBP를 발광층의 호스트 재료로 사용한 비교예 2 및 3의 유기발광소자와 비교하여 월등히 향상된 것을 확인할 수 있었다. 특히, 소자수명을 저하시키는 주요 원인 중 하나인 정공저지층을 제거한 소자구조 B 타입에서도 제거하기 전의 A 타입소자과 비교하여, 비교예 3 및 4의 유기발광소자의 성능 저하율보다 실시예 2 및 3의 유기발광소자는 성능 저하율도 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 실시예 4에 따른 유기발광소자는 동일한 소자 구조를 가지는 비교예 5에 따른 유기발광소자와 비교하여, 휘도 1000 cd/m2에서의 구동전압도 비교예 5에 따른 유기발광소자에 비하여 28 % 정도 낮으며, 발광효율도 크게 향상 되어 전류효율은 약 2 배, 전력효율은 약 2.8 배 향상된 우수한 소자 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 실시예 5 및 6에 따른 인광의 백색 유기발광소자는 발광효율이 각각 14.9 lm/W 와 16.0 lm/W으로 높은 발광효율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전소자용 화합물을 포함하여 제조될 수 있는 유기광전소자에 대한 다양한 구현예들을 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 유기광전소자 110 : 음극
120 : 양극 105 : 유기 박막층
130 : 발광층 140 : 정공 수송층
150 : 전자수송층 160 : 전자주입층
170 : 정공주입층 230 : 발광층 + 전자수송층

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 유기광전소자용 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112012080145814-pat00019
    (상기 화학식 1에서,A1 내지 A10은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 CR1 내지 CR10, 또는 N이고, 단, A1 내지 A5 중에서 선택된 어느 하나 내지 셋은 N이고, A6 내지 A10 중에서 선택된 어느 하나 내지 셋은 N이고,
    상기 R1 내지 R10은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고,
    Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고, 이 때, 상기 Ar1 및 Ar2는 융합링을 형성할 수 있고,
    R' 및 R"은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기임.)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유기광전소자용 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 것인 유기광전소자용 화합물:
    [화학식 2]
    Figure 112012080145814-pat00020
    (상기 화학식 2에서,
    A1 내지 A10은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 CR1 내지 CR10, 또는 N이고, 단, A1 내지 A5 중에서 선택된 어느 하나 내지 셋은 N이고, A6 내지 A10 중에서 선택된 어느 하나 내지 셋은 N이고,
    상기 R1 내지 R10은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고,
    Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이고, 이 때, 상기 Ar1 및 Ar2는 융합링을 형성할 수 있고,
    R' 및 R"은 서로 같거나 다른 것으로, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기임.)
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유기광전소자용 화합물은 상기 화학식 1의 A2 또는 A4가 N이고, A7 또는 A9가 N인 것인 유기광전소자용 화합물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유기광전소자용 화합물은 하기 화학식 3 내지 35로 표시되는 것인 유기광전소자용 화합물:
    [화학식 3] [화학식 4] [화학식 5]
    Figure 112008088953544-pat00021
    [화학식 6] [화학식 7] [화학식 8]
    Figure 112008088953544-pat00022
    [화학식 9] [화학식 10] [화학식 11]
    Figure 112008088953544-pat00023
    [화학식 12] [화학식 13] [화학식 14]
    Figure 112008088953544-pat00024
    [화학식 15] [화학식 16] [화학식 17]
    Figure 112008088953544-pat00025
    [화학식 18] [화학식 19] [화학식 20]
    Figure 112008088953544-pat00026
    [화학식 21] [화학식 22] [화학식 23]
    Figure 112008088953544-pat00027
    [화학식 24] [화학식 25] [화학식 26]
    Figure 112008088953544-pat00028
    [화학식 27] [화학식 28] [화학식 29]
    Figure 112008088953544-pat00029
    [화학식 30] [화학식 31] [화학식 32]
    Figure 112008088953544-pat00030
    [화학식 33] [화학식 34] [화학식 35]
    Figure 112008088953544-pat00031
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유기광전소자용 화합물은 단독 또는 도펀트와 함께 호스트 재료로 사용되는 것인 유기광전소자용 화합물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도펀트는 적색, 녹색, 청색, 및 백색으로 이루어진 군에서 선택되는 인광 도펀트인 것인 유기광전소자용 화합물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유기광전소자용 화합물은 유리전이온도(Tg)가 120 ℃ 이상이고, 열분해 온도(Td)가 350 ℃ 이상인 것인 유기광전소자용 화합물.
  8. 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 적어도 한 층 이상의 유기 박막층을 포함하는 유기광전소자에 있어서,
    상기 유기 박막층 중 적어도 어느 한 층은 상기 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 유기광전소자용 화합물을 포함하는 것인 유기광전소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유기광전소자용 화합물은 호스트 재료 또는 전하수송재료로 사용되는 것인 유기광전소자.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 유기 박막층은 발광층, 정공수송층, 정공주입층, 정공저지층, 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층, 및 이들이 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 층인 것인 유기광전소자.
  11. 제8항의 유기광전소자를 포함하는 것인 표시장치.
KR1020080133693A 2008-12-24 2008-12-24 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자 KR101233375B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080133693A KR101233375B1 (ko) 2008-12-24 2008-12-24 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
PCT/KR2009/007409 WO2010074439A2 (ko) 2008-12-24 2009-12-10 신규한 유기 광전 소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기 광전 소자
TW098144450A TWI483936B (zh) 2008-12-24 2009-12-23 用於有機光電元件之新穎化合物及包括該化合物之有機光電元件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080133693A KR101233375B1 (ko) 2008-12-24 2008-12-24 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100075081A KR20100075081A (ko) 2010-07-02
KR101233375B1 true KR101233375B1 (ko) 2013-02-15

Family

ID=42288246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080133693A KR101233375B1 (ko) 2008-12-24 2008-12-24 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR101233375B1 (ko)
TW (1) TWI483936B (ko)
WO (1) WO2010074439A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10505124B2 (en) 2014-10-31 2019-12-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Carbazole-based compound and organic light-emitting device including the same

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110122051A (ko) 2010-05-03 2011-11-09 제일모직주식회사 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR102399009B1 (ko) * 2015-05-11 2022-05-17 덕산네오룩스 주식회사 유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치
JP6657895B2 (ja) * 2015-12-10 2020-03-04 コニカミノルタ株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置
EP3421461A1 (en) * 2017-06-28 2019-01-02 Cynora Gmbh Triazine derivatives, in particular for use in optoelectronic devices
TWI784017B (zh) * 2017-06-28 2022-11-21 南韓商三星顯示器有限公司 有機分子，特別是用於光電裝置者
CN109593079A (zh) * 2018-11-15 2019-04-09 华南理工大学 含吡啶基团的通用型双极主体材料及其制备与在有机发光二极管中的应用
CN111211235B (zh) * 2018-11-22 2023-08-08 固安鼎材科技有限公司 有机电致发光器件

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040086745A1 (en) 2002-03-22 2004-05-06 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Material for organic electroluminescence devices and organic electroluminescence device using the material

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101035780B1 (ko) * 2002-12-12 2011-05-20 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 유기 전기발광 소자용 재료 및 그를 이용한 유기 전기발광 소자
WO2004074399A1 (ja) * 2003-02-20 2004-09-02 Idemitsu Kosan Co., Ltd. 有機エレクトロルミネッセンス素子用材料及びそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子
TWI428053B (zh) * 2004-02-09 2014-02-21 Idemitsu Kosan Co Organic electroluminescent element
KR100556422B1 (ko) * 2004-04-19 2006-03-03 엘지전자 주식회사 청색 인광용 유기 전계 발광 소자
KR20060084498A (ko) * 2005-01-19 2006-07-24 삼성에스디아이 주식회사 비페닐 유도체 및 이를 채용한 유기 전계 발광 소자

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040086745A1 (en) 2002-03-22 2004-05-06 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Material for organic electroluminescence devices and organic electroluminescence device using the material

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10505124B2 (en) 2014-10-31 2019-12-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Carbazole-based compound and organic light-emitting device including the same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010074439A3 (ko) 2010-09-10
WO2010074439A2 (ko) 2010-07-01
TW201033191A (en) 2010-09-16
KR20100075081A (ko) 2010-07-02
TWI483936B (zh) 2015-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101212670B1 (ko) 유기광전소자용 조성물, 이를 이용한 유기광전소자 및 이를 포함하는 표시장치
KR101247626B1 (ko) 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101174090B1 (ko) 유기광전소자용 재료 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101288557B1 (ko) 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101311934B1 (ko) 유기광전소자용 조성물 및 이를 이용한 유기광전소자
KR101257695B1 (ko) 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101233377B1 (ko) 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101387738B1 (ko) 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101333694B1 (ko) 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101212669B1 (ko) 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101297161B1 (ko) 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101030021B1 (ko) 분자 내에 정공 수송기와 전자 수송기를 동시에 가지는바이폴라 특성의 유기화합물을 포함하는 유기광전소자용재료 및 이를 이용한 유기광전소자
KR101297158B1 (ko) 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101531612B1 (ko) 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101233380B1 (ko) 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101432599B1 (ko) 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR100957620B1 (ko) 유기광전소자용 재료, 및 이를 이용한 유기광전소자
KR101233369B1 (ko) 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101233379B1 (ko) 유기 광전 소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기 광전 소자
KR101233367B1 (ko) 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR20110048840A (ko) 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101233375B1 (ko) 신규한 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자
KR101297162B1 (ko) 유기광전소자용 조성물 및 이를 이용한 유기광전소자
KR101233376B1 (ko) 유기광전소자 및 이를 포함하는 표시장치
KR101413080B1 (ko) 유기광전소자용 화합물 및 이를 포함하는 유기광전소자

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160119

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170119

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180122

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190117

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200129

Year of fee payment: 8