KR101263525B1 - 유기실란계 화합물, 이를 포함하는 발광 물질, 및 유기발광 소자 - Google Patents

유기실란계 화합물, 이를 포함하는 발광 물질, 및 유기발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 유기실란계 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는다.
[화학식 1]
Figure 112006030064823-pat00001
(상기 식에서 n은 1 내지 4까지의 정수이고, Ar은 독립적으로 탄소수 6 내지 24의 방향족, 불포화 지방족을 포함하는 탄소수 6 내지 30의 방향족, 및 탄소수 2 내지 24의 불포화 헤테로고리 화합물로 이루어지는 군에서 선택되고, R은 수소, 페닐, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센으로 이루어지는 군에서 선택된다.)
유기 발광 소자, 유기실란계 화합물, 인광

Description

유기실란계 화합물, 이를 포함하는 발광 물질, 및 유기 발광 소자{Organosilane Compounds, Electroluminiscent Materials Comprising The Same, and Organic Electroluminiscent Device}
도 1은 본 발명의 합성예 1에 따른 화합물 6을 사용한 UV 및 PL 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 합성예 2에 따른 화합물 7을 사용한 UV 및 PL 스펙트럼을나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 합성예 3에 따른 화합물 9를 사용한 UV 및 PL 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 합성예 4에 따른 화합물 11를 사용한 UV 및 PL 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 합성예 5에 따른 화합물 12를 사용한 UV 및 PL 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 화합물 6를 사용한 유기 EL 소자의 EL 스펙트럼을 나타낸 그래프이다
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 화합물 7를 사용한 유기 EL 소자의 EL 스 펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광소자의 구성 개략 단면도이다.
* 도면의 부호에 대한 간단한 설명 *
1: 기판 2: 양극(anode)
3: 정공 전달층 4: 발광층
5: 전자 전달층 6: 양극(cathode)
본 발명은 유기실란계 화합물, 유기실란계 발광물질 및 이를 사용한 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 EL 소자의 발광 매커니즘을 살펴보면 다음과 같다. 양극에서 정공 주입층(Hole Injection Layer: HIL)의 가전대(Valance Band 또는 Highest Occupied Molecular Orbital: HOMO)로 주입된 정공은 정공 전달층(Hole Transporting Layer: HTL)을 통하여 발광층(Emitting Layer)으로 진행하고, 동시에 음극에서 전자 주입층(Electron Injection Layer)을 통하여 발광층으로 전자가 이동하여 정공과 결합하여 엑시톤(exciton)을 형성한다. 이 엑시톤이 바닥상태로 떨어지면서 빛을 방출한다.
상기와 같은 유기 EL 소자의 원리를 이용하여 1987년 이스트만 코닥(Eastman Kodak)사에서는 정공 전달층으로 TPD(N-N'-DiphenyI-N-N'-bis (methylphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine)를 발광층으로 Alq3(tris(8-hydroxy- quinoline) aluminium complex)을 사용한 전기발광 소자를 개발하였다. 이후에 유기물을 이용한 전기발광 소자에 대한 연구가 활발해지고 있다.
유기 발광소자는 발광 메커니즘에 따라 형광계 발광물질과 인광계 발광 물질로 구분된다. 형광계 발광물질은 빛을 방출하는 엑시톤(exciton)이 바닥상태(ground state)에서 대칭으로 배열하며, 스핀 다중도(spin multiplicity)가 바닥상태와 같은 1의 값을 가진다. 반면, 인광계 발광물질에서 빛을 방출하는 엑시톤은 바닥상태에서 반대칭(anti-symmetry)으로 배열하며, 스핀다중도가 3의 값을 가진다. 유기 발광 소자(OLED)가 구동되는 전기적 여기 과정에서는 25%의 단일항 엑시톤과 75%의 삼중항 엑시톤을 생성한다. 또한 인광계 물질은 25%의 단일항 엑시톤이 계간전이(Intersystem Crossing)을 통하여 삼중항 상태로 전이되기 때문에 100%의 삼중항 엑시톤을 만들 수 있다. 따라서, 인광계 발광물질은 형광계 발광물질 보다 높은 발광 효율을 얻을 수 있는 장점이 있다. 인광 물질을 발광체로 사용할 경우, 호스트(host)에 도펀트(dopant)를 도핑(doping)하여 사용하게 된다.
인광계 발광소자에서 적합한 인광 호스트는 도펀트보다 더 넓은 삼중항 밴드 갭(bandgap)을 가져야 하고, 높은 열적 성질, 좋은 필름 형성 성질을 가져야 한다. 그러나 현재 사용되고 있는 인광계 호스트는 열적 성질이 좋지 못하고 결정화되는 경향을 보이는 등 우수한 인광 호스트로 작용을 하지 못하고 있는 문제점이 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자들은 한 물질 내에 실리콘과 카바졸을 도입하여 열적 성질이 우수하고 발광효율 및 수명을 증가시킨 유기 발광소자용 인광 호스트 물질을 개시하고자 한다.
본 발명의 목적은 인광 호스트 물질로 사용하기에 적합한 유기실란계 화합물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유기실란계 화합물을 포함한 물질로 이루어진 유기 발광 소자를 제공하기 위한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
하기 화학식 1의 구조를 갖는 유기 실란계 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112006030064823-pat00002
(상기 식에서 n은 1 내지 4까지의 정수이고, Ar은 독립적으로 탄소수 6 내지 24의 방향족, 불포화 지방족을 포함하는 탄소수 6 내지 30의 방향족, 및 탄소수 2 내지 24의 불포화 헤테로고리 화합물로 이루어지는 군에서 선택되고, R은 수소, 페닐, 바이페닐, 나프탈렌, 및 안트라센으로 이루어지는 군에서 선택된다.)
또한, 상기 Ar은 페닐, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센, 티오펜, 및 피리딘으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 실란계 화합물을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기의 유기 실란계 화합물을 포함하는 인광계 발광 물질을 제공한다.
본 발명은 또한, 양극, 음극 및 발광층을 포함하는 유기 전기발광 소자에 있어서, 상기 발광층은 상기의 인광계 발광 물질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자를 제공한다.
이하에서 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유기실란계 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는다.
[화학식 1]
Figure 112006030064823-pat00003
(상기 식에서 n은 1 내지 4까지의 정수이고, Ar은 독립적으로 탄소수 6 내지 24의 방향족, 불포화 지방족을 포함하는 탄소수 6 내지 30의 방향족, 및 탄소수 2 내지 24의 불포화 헤테로고리 화합물로 이루어지는 군에서 선택되고, R은 수소, 페닐, 바이페닐, 나프탈렌, 및 안트라센으로 이루어지는 군에서 선택된다.)
본 발명에 따른 실란계 화합물은 본 발명에 따른 화합물 즉, 실리콘에 카바졸을 도입한 유기 인광계 호스트 물질은 열적 성질이 우수하고 비정질 화합물로서 소자의 안정성을 증가시킨다.
또한, 본 발명에서는 양극과 음극을 포함하는 한쌍의 전극 사이에 실리콘에 카바졸이 도입되는 유기 인광계 호스트 물질을 포함하는 발광층이 제공된다.
아래에서는 본 발명에 따른 유기실란계 화합물의 구체적인 예들을 살펴본다. 하기의 예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐이므로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1의 유기실란계 화합물에서 사용되는 중간체, Ar의 일례로서, 다음과 같은 구조를 예시할 수 있다.
Figure 112006030064823-pat00004
상기 화학식 1에서 R은 수소 또는 다음과 같은 구조를 예시할 수 있다.
Figure 112006030064823-pat00005
또한, 상기 화학식 1에서 n의 값에 따라 다음의 구조를 갖는다.
즉, n이 1일 경우 하기 화학식 1-1의 구조를 갖는다.
상기 화학식 1에서 n이 l일 경우 하기 화학식 1-1의 구조를 갖는다.
[화학식 1-1]
Figure 112006030064823-pat00006
상기 화학식 1에서 n이 2일 경우 하기 화학식 1-2의 구조를 갖는다.
[화학식 1-2]
Figure 112006030064823-pat00007
상기 화학식 1에서 n이 3일 경우 하기 화학식 1-3의 구조를 갖는다.
[화학식 1-3]
Figure 112006030064823-pat00008
상기 화학식 1에서 n이 4일 경우 하기 화학식 1-4의 구조를 갖는다.
[화학식 1-4]
Figure 112006030064823-pat00009
상기 화학식 1의 유기실란계 화합물의 보다 구체적인 예시는 다음과 같다.
즉, 상기 화학식 1에서 n이 1이고, Ar이 페닐이고, R이 수소, 페닐, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센일 경우 구체적인 화학 구조식은 다음과 같다.
Figure 112006030064823-pat00010
Figure 112006030064823-pat00011
화합물 1 화합물 2
Figure 112006030064823-pat00012
Figure 112006030064823-pat00013
화합물 3 화합물 4
Figure 112006030064823-pat00014
화합물 5
상기 화학식 1에서 n이 1이고, Ar이 바이페닐이고, R이 수소, 페닐, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센일 경우 구체적인 화학 구조식은 다음과 같다.
Figure 112006030064823-pat00015
Figure 112006030064823-pat00016
화합물 6 화합물 7
Figure 112006030064823-pat00017
화합물 8 화합물 9
Figure 112006030064823-pat00018
화합물 10
상기 화학식 1에서 n이 1이고, Ar이 나프탈렌이고, R이 수소, 페닐, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센일 경우 구체적인 화학 구조식은 다음과 같다.
Figure 112006030064823-pat00019
화합물 11 화합물 12
Figure 112006030064823-pat00020
화합물 13 화합물 14
Figure 112006030064823-pat00021
화합물 15
상기 화학식 1에서 n이고, Ar이 안트라센이고, R이 수소, 페닐, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센일 경우 구체적인 화학 구조식은 다음과 같다.
Figure 112006030064823-pat00022
화합물 16 화합물 17
Figure 112006030064823-pat00023
화합물 18
Figure 112006030064823-pat00024
화합물 19 화합물 20
상기 화학식 1에서 n이 1이고, Ar이 피리딘이고, R이 수소, 페닐, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센일 경우 구체적인 화학 구조식은 다음과 같다.
Figure 112006030064823-pat00025
화합물 21 화합물 22
Figure 112006030064823-pat00026
화합물 23 화합물 24
Figure 112006030064823-pat00027
화합물 25
상기 화학식 1에서 n이 1이고, Ar이 티오펜이고, R이 수소, 페닐, 바이페닐, 나프탈렌, 안트라센일 경우 구체적인 화학 구조식은 다음과 같다.
Figure 112006030064823-pat00028
화합물 26 화합물 27
Figure 112006030064823-pat00029
화합물 28 화합물 29
Figure 112006030064823-pat00030
화합물 30
상기 화학식 1에서 n이 2, 3, 4일 때의 구체적인 구조식은 상기 n이 1일 때의 구조식을 살펴보면 충분히 알 수 있으므로, 설명을 생략한다.
이하에서는 본 발명에 따른 발광 물질을 설명한다.
본 발명은 상기 화학식 1의 유기실란계 화합물을 포함하는 발광 물질을 제공 한다. 상기 화학식 1의 화합물이 함유된 발광 물질이라면 제한되지 않으며, 본 기술분야의 발광물질에 포함되는 성분으로서 알려진 것을 더 포함할 수 있다. 특히, 상기 화학식 1의 유기실란계 화합물을 인광계 발광 호스트 물질로 함유하는 발광물질을 들 수 있다.
본 발명에 따른 발광물질은 이외에도 본 기술분야에서 알려진 발광 호스트를 더 포함할 수 있다. 또한, 발광 도펀트가 더 포함될 수 있으며, 특히 인광계 발광 도펀트, 특히 녹색 발광 물질에서 사용되는 도펀트가 포함될 수 있다. 도펀트로는 제한되지 않으나 Ir(ppy)3(tris(2-phenylpyridine) iridium(III))을 사용할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 유기 발광 소자를 설명한다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 양극, 음극 및 발광층을 포함하는 유기 전기발광 소자에 있어서, 상기 발광층은 전술한 발광 물질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자를 도시한 도로서, 기판(1), 양극(anode, 2), 정공전달층(3), 발광층(4), 전자전달층(5), 양극(cathode, 6)를 구비한다.
상기 양극(2) 재료의 예로는 ITO, IZO, 주석 옥사이드, 아연 옥사이드, 아연 알루미늄 옥사이드, 및 티타늄 니트라이드 등의 금속 옥사이드 또는 금속 니트라이 드; 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 코발트, 리드, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈륨, 니오븀 등의 금속; 이러한 금속의 합금 또는 구리 요오드화물의 합금; 폴리아닐린, 폴리티오핀, 폴리피롤, 폴리페닐렌 비닐렌, 폴리(3-메틸티오핀), 및 폴리페닐렌 설파가드 등의 전도성 중합체가 있다. 상기 양극(2)은 전술한 재료들 중 한가지 타입으로만 형성되거나 또는 복수개의 재료의 혼합물로도 형성될 수 있다. 또한, 동일한 조성 또는 상이한 조성의 복수개의 층으로 구성되는 다층 구조가 형성될 수 있다.
상기 정공 전달층(3)은 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]-바이페닐(NPD)나 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-바이페닐-4,4'-디아민(TPD) 등의 물질을 사용할 수 있다.
상기 발광층(4)은 전술한 발광물질을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하며, 자세히 전술하였고, 본 기술분야에서 잘 알려진 구성이므로 설명을 생략한다.
상기 전자전달층(5)은 아릴 치환된 옥사디아졸, 아릴-치환된 트리아졸, 아릴-치환된 펜안트롤린, 벤족사졸, 또는 벤즈시아졸 화합물을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 1,3-비스(N,N-t-부틸-페닐)-1,3,4-옥사 디아졸(OXD-7); 3-페닐-4-(1'-나프틸)-5-페닐-1,2,4-트리아졸(TAZ); 2,9-디메틸-4,7-디페닐-펜안트롤린(바소큐프로인 또는 BCP); 비스(2-(2-하이 드록시페닐)-벤족사졸레이트)징크; 또는 비스(2-(2-하 이드록시페닐)-벤즈 시아졸레이트)아연; 전자 수송 물질은 (4-비페닐)(4-t-부틸페닐)옥시디아졸 (PDB)과 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄(III)(Alq3)를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄(III)(Alq3)가 바람직하다.
본 발명의 양극(6)은 Al, Ca, Mg, Ag 등 일함수가 낮은 금속을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 Al을 사용하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 유기실란계 화합물의 합성예 및 유기발광소자 제조예를 통하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
합성예
합성예 1: 화합물 6의 제조
4-브로모바이페닐 카바졸의 제조
하기 반응식 1과 같이, 카바졸 8.4g(0.05mol), 디브로모 바이페닐 23.4g(0.075mol), CuI, 디아미노헥센, K3PO4을 다이옥산에 녹이고, 15시간 동안 환류하였다. 반응이 끝난 후 반응물을 에틸아세테이트를 이용하여 추출한 후 용매를 감압하여 제거하였다. 생성물을 칼럼으로 분리한 후 감압여과하여 건조시켰다. 35% 수율. MS (EI) (calcd for C24H16BrN, 397; Found: 397).
Figure 112006030064823-pat00031
4-브로모페닐-트리페닐 실란의 제조
하기 반응식 2과 같이, 디브로모벤젠 4g(17mmol)을 에테르에 녹이고, 온도를 낮추어 n-BuLi를 첨가한 다음, 여기에 트리클로로페닐실란을 첨가하여 상온에서 반응하였다. 반응이 끝난 후 반응물을 에테르를 이용하여 추출한 후 용매를 감압하여 제거하였다. 생성물을 칼럼으로 분리한 후 감압여과하여 건조시켰다. 66% 수율; 1H-NMR (CDCl3, ppm): 7.54-7.5(m, Ar-H), 7.45(Ar-H), 7.40-7.35(m, Ar-H). IR (KBr, cm-1): 1568, 1477-1376, 1110, 810, 727, 698. MS (EI) (calcd for C24H19BrSi, 414; Found: 414).
Figure 112006030064823-pat00032
4-페닐보로닉액시드 트리페닐 실란의 제조
4-브로모페닐-트리페닐 실란 8.3g(20mol)을 THF에 녹이고 온도를 낮추어 n-BuLi을 첨가한다. 여기에 트리메틸 보레이트를 첨가하고 상온에서 반응하였다. 희석 HCl에 붓고 30분 환류하였다. MC로 추출한 후 감압하에서 용매를 제거하고, 생성물은 칼럼으로 분리한 후, 감압여과하여 건조하였다 : 50% 수율 ; 1H-NMR (CDCl3): 7.54(6H, Ar-H), 7.5(2H, Ar-H), 7.4(2H, Ar-H), 7.36(9H, Ar-H), 2.0 (s, 2H, B-(OH)2). IR (KBr, cm-1): 1589, 1491, 1374-1277, 829, 725, 695. MS (EI) (calcd for C24H21BO2Si, 380.14; found, 381).:
Figure 112006030064823-pat00033
화합물 6의 제조
하기 반응식 4과 같이, 상기와 같이 제조된 4-페닐보로닉 액시드-트리페닐 실란 5g(13.2mmol)에 4-브로모바이페닐 카바졸 5.2g(13.2mmol), 2몰의 K2CO3, Pd(PPh3)4 및 톨루엔을 넣고 10시간 동안 환류시켰다. 염화메틸로 추출하고 용매를 제거한 후, 헥산으로 칼럼하였다. 60% 수율; 1H-NMR (CDCl3, ppm): 7.68(Ar-H), 7.60(Ar-H), 7.58(Ar-H), 7.36(Ar-H), 7.23(Ar-H), 7.01(Ar-H), 6.62(Ar-H), 6.52(Ar-H), 6.46(Ar-H). MS (EI) (calcd for C48H37NSi, 655.27; Found: 655).
Figure 112006030064823-pat00034
Figure 112006030064823-pat00035
화합물 6
상기와 같이 제조된 화합물 6의 UV 및 PL 강도를 도 1에 나타내었다.
합성예 2: 화합물 7의 제조
3,6-디페닐 카바졸의 제조
하기 반응식 5와 같이, 3,6-디브로모 카바졸 15g(46mmol), 페닐 보로닉 액시 드 14g(92mmol), 2몰의 K2CO3, Pd(PPh3)4 및 톨루엔을 넣고 10시간 동안 환류시켰다. 염화메틸로 추출하고 용매를 제거한 후, 헥산으로 칼럼하였다. 73% 수율; MS (EI) (calcd for C24H17N, 319.14; Found: 319).
Figure 112006030064823-pat00036
4'-브로모바이페닐-3,6-디페닐 카바졸의 제조
하기 반응식 6와 같이, 3,6-디페닐 카바졸 10g(31.3mmol), 디브로모 바이페닐 14.7g(47mmol), CuI, 디아미노헥센, K3PO4을 다이옥산에 녹이고, 15시간 동안 환류하였다. 반응이 끝난 후 반응물을 에틸아세테이트를 이용하여 추출한 후 용매를 감압하여 제거하였다. 생성물을 칼럼으로 분리한 후 감압여과하여 건조시켰다. 32% 수율. MS (EI) (calcd for C36H24BrN, 549.11; Found: 549).
Figure 112006030064823-pat00037
화합물 7의 제조
하기 반응식 7과 같이, 4-페닐보로닉 액시드-트리페닐 실란 3.8g(10mmol)에 4-브로모바이페닐-3,6-디페닐 카바졸 5.5g(10mmol), 2몰의 K2CO3, Pd(PPh3)4 및 톨루엔을 넣고 10시간 동안 환류시켰다. 염화메틸로 추출하고 용매를 제거한 후, 헥산으로 칼럼하였다. 60% 수율; MS (EI) (calcd for C60H43NSi, 805.32; Found: 805).
Figure 112006030064823-pat00038
화합물 7
상기와 같이 제조된 화합물 7의 UV 및 PL 강도를 도 2에 나타내었다.
합성예 3: 화합물 9의 제조
3,6-디나프틸 카바졸의 제조
하기 반응식 8와 같이, 3,6-디브로모 카바졸 30g(92mmol), 나프탈렌 보로닉 액시드 32g(184mmol), 2몰의 K2CO3, Pd(PPh3)4 및 톨루엔을 넣고 10시간 동안 환류시켰다. 염화메틸로 추출하고 용매를 제거한 후, 헥산으로 칼럼하였다. 98% 수율; MS (EI) (calcd for C32H21N, 419.17; Found: 419).
Figure 112006030064823-pat00039
4'-브로모바이페닐-3,6-디나프틸 카바졸의 제조
하기 반응식 9와 같이, 3,6-디나프틸 카바졸 13g(31.3mmol), 디브로모 바이페닐 14.7g(47mmol), CuI, 디아미노헥센, K3PO4을 다이옥산에 녹이고, 15시간 동안 환류하였다. 반응이 끝난 후 반응물을 에틸아세테이트를 이용하여 추출한 후 용매를 감압하여 제거하였다. 생성물을 칼럼으로 분리한 후 감압여과하여 건조시켰다. 46% 수율. MS (EI) (calcd for C44H28BrN, 649.14; Found: 649).
Figure 112006030064823-pat00040
화합물 9의 제조
하기 반응식 10과 같이, 4-페닐보로닉 액시드-트리페닐 실란 3.8g(10mmol)에 4-브로모바이페닐-3,6-디페닐 카바졸 6.5g(10mmol), 2몰의 K2CO3, Pd(PPh3)4 및 톨루엔을 넣고 10시간 동안 환류시켰다. 염화메틸로 추출하고 용매를 제거한 후, 헥산으로 칼럼하였다. 40% 수율; MS (EI) (calcd for C68H47NSi, 905.352; Found: 905).
Figure 112006030064823-pat00041
화합물 9
상기와 같이 제조된 화합물 9의 UV 및 PL 강도를 도 3에 나타내였다.
합성예 4: 화합물 11의 제조
9-(4'-브로모나프틸)-카바졸의 제조
하기 반응식 11과 같이, 카바졸 3.3g(20mmol), 1,4-디브로모 나프틸 8.6g(40 mmol), CuI, 디아미노헥센, K3PO4을 다이옥산에 녹이고, 15시간 동안 환류하였다. 반응이 끝난 후 반응물을 에틸아세테이트를 이용하여 추출한 후 용매를 감압하여 제거하였다. 생성물을 칼럼으로 분리한 후 감압여과하여 건조시켰다. 35% 수율. MS (EI) (calcd for C22H14BrN, 371.03; Found: 371).
Figure 112006030064823-pat00042
화합물 11의 제조
하기 반응식 12과 같이, 4-페닐보로닉 액시드-트리페닐 실란 3.8g(10mmol)에 4-브로모나프틸 카바졸 3.7g(10mmol), 2몰의 K2CO3, Pd(PPh3)4 및 톨루엔을 넣고 10시간 동안 환류시켰다. 염화메틸로 추출하고 용매를 제거한 후, 헥산으로 칼럼하였다. 66% 수율; MS (EI) (calcd for C46H33NSi, 627.24; Found: 627).
Figure 112006030064823-pat00043
화합물 11
상기와 같이 제조된 화합물 11의 UV 및 PL 강도를 도 4에 나타내었다.
합성예 5: 화합물 12의 제조
3,6-디페닐 카바졸의 제조
하기 반응식 13와 같이, 3,6-디브로모 카바졸 15g(46mmol), 페닐 보로닉 액시드 14g(92mmol), 2몰의 K2CO3, Pd(PPh3)4 및 톨루엔을 넣고 10시간 동안 환류시켰다. 염화메틸로 추출하고 용매를 제거한 후, 헥산으로 칼럼하였다. 73% 수율; MS (EI) (calcd for C24H17N, 319.14; Found: 319).
Figure 112006030064823-pat00044
4'-나프틸-3,6-디페닐 카바졸의 제조
하기 반응식 14과 같이, 카바졸 10g(31.3mmol), 1,4-디브로모 나프틸 13.5g(31.3 mmol), CuI, 디아미노헥센, K3PO4을 다이옥산에 녹이고, 15시간 동안 환류하였다. 반응이 끝난 후 반응물을 에틸아세테이트를 이용하여 추출한 후 용매를 감압하여 제거하였다. 생성물을 칼럼으로 분리한 후 감압여과하여 건조시켰다. 6% 수율. MS (EI) (calcd for C34H22BrN, 523.09; Found: 523).
Figure 112006030064823-pat00045
화합물 12의 제조
하기 반응식 15과 같이, 4-페닐보로닉 액시드-트리페닐 실란 2g(3.3mmol)에 4-브로모나프틸-3,6-디페닐 카바졸 1.7g(3.3 mmol), 2몰의 K2CO3, Pd(PPh3)4 및 톨루엔을 넣고 10시간 동안 환류시켰다. 염화메틸로 추출하고 용매를 제거한 후, 헥산으로 칼럼하였다. 956% 수율; MS (EI) (calcd for C58H41NSi, 779.3; Found: 7797).
Figure 112006030064823-pat00046
화합물 12
상기와 같이 제조된 화합물 12의 UV 및 PL 강도를 도 5에 나타내었다.
유기 발광 소자의 제작
실시예 1: 화합물 6을 인광계 호스트 물질로 사용한 녹색 유기 전기발광 소자의 제조
유리 기판(1)상에 ITO 전극(2)을 형성한 다음, UV-오존 크리닝 혹은 산소 프라즈마 크리닝을 거친 후, 이 상부에 정공 주입층으로 하기 화학식 2-1로 표기된CuPc (copper phthlocyanide)을 100 Å 두께로 증착하였다. 여기에 정공 전달층(3)으로 하기 화학식 2-2로 표기된 NPD를 400 Å의 두께로 증착시킨 후 호스트로 합성예 1에서 얻은 화합물 6을 인광계 녹색 도펀트(dopant) Ir(ppy)3(tris(2-phenylpyridine) iridium(III))와 동시에 이원 증착하여 300 Å 두께의 발광층(4)을 형성시켰다.
이어서, 정공 블로킹층으로 BAlq를 100 Å 증착시킨 다음 전자 전달층(5)으로 상기 화학식 2-3으로 표기된 Alq3를 300 Å 두께로 진공 증착하였다.
그 후 상기 유기층 상부에 Al : Li을 진공증착하여 1000 Å 두께의 알루미늄·리튬 전극(6)을 형성함으로써 인광계 녹색 유기 전자발광소자를 제조하였다.
[화학식 2-1]
Figure 112006030064823-pat00047
[화학식 2-2]
Figure 112006030064823-pat00048
[화학식 2-3]
Figure 112006030064823-pat00049
실시예 2: 화합물 7을 인광계 호스트 물질로 사용한 녹색 유기 전기발광 소자의 제조
발광층을 형성할 때, 합성예 2에서 얻은 화합물 7을 화합물 6 대신에 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 인광계 녹색 유기 전자발광소자를 제조하였다.
비교예 1: 인광계 녹색 유기 전자발광소자의 제조
발광층을 형성할 때, 하기 화학식 2-4로 표기된 CBP를 합성예 1에서 얻은 화합물 6 대신에 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실시하여 인광계 녹색 유기 전자발광소자를 제조하였다.
[화학식 2-4]
Figure 112006030064823-pat00050
상기와 같이 제조된 실시예 및 비교예의 유기전기 발광소자에 대한 특성, 즉 EL max, 색좌표, 효율, 휘도, 수명을 다음과 같이 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
1)EL max
전원공급장치(Kethley SMU 236)에서 전원을 공급하고 포토다이오드(photodiode, Ocean Optics)에서 취한 스펙트럼의 최고의 강도에서 파장을 EL max로 정하였다.
2)색좌표
제조된 유기전기 발광소자에 대하여 전류밀도를 2.5mA/cm2에서부터 100mA/cm2까지 2.5mA씩 증가시키면서 색도계(Minolta CS-100A)를 이용하여 측정하였다.
3)효율
위에서 측정한 휘도와 전류밀도를 이용하여 발광효율을 계산하였다.
4)휘도
전류-전압계(Kethley SMU 236)에서 전원을 공급하고, 색도계 (Minolta CS-100A) 을 이용하여 측정하였다.
5)수명
전류밀도를 50mA/cm2로 고정하여 정전류 구동시키면서, 초기 휘도 대비 50%일 때의 시간을 측정하였다.
(표 1)
EL max 색좌표 휘도 효율 수명
실시예 1 520nm at
10mA/cm2
(0.29, 0.57)
at 10mA/cm2
1649cd/m2
at 10mA/cm2
16.49cd/A
at 10mA/cm2
710hr at 1000cd/m2
실시예 2 520nm at
10mA/cm2
(0.30, 0.59)
at 10mA/cm2
1589cd/m2
at 10mA/cm2
15.89cd/A
at 10mA/cm2
400 at
1000cd/m2
비교예 1 520nm at
10mA/cm2
(0.29, 0.59)
at 10mA/cm2
1469cd/m2
at 10mA/cm2
14.69cd/A
at 10mA/cm2
310hr at
1000cd/m2
본 발명은 유기 전기 발광 소자에서 인광계 호스트 물질로 사용하기에 적합한 유기실란계 화합물에 카바졸을 도입하여 소자의 수명과 효율을 증가시킨 유기 EL 소자를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

Claims (4)

  1. 하기 화학식 1의 구조를 갖는 유기 실란계 화합물.
    [화학식 1]
    Figure 112012105458662-pat00051
    (상기 식에서 n은 1 내지 4까지의 정수이고, Ar은 독립적으로 나프탈렌, 안트라센, 티오펜, 및 피리딘으로 이루어지는 군에서 선택되고, R은 바이페닐, 나프탈렌, 및 안트라센으로 이루어지는 군에서 선택된다.)
  2. 삭제
  3. 제1항의 유기 실란계 화합물을 포함하는 인광계 발광 물질.
  4. 양극, 음극 및 발광층을 포함하는 유기 전기발광 소자에 있어서, 상기 발광 층은 제3항의 인광계 발광 물질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
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