KR101468090B1 - 신규한 화합물, 이를 포함하는 발광 소자 및 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 *-Lb-Z, 수소, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 알케닐기 또는 탄소수 2 내지 60을 갖는 알키닐기를 나타내되, R1, R2, R3 및 R4 중 적어도 하나는 *-Lb-Z를 나타내며, Z는 수소, 하기 화학식 2 또는 하기 화학식 3으로 나타낸다.
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 *-Lb-Z, 수소, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 알케닐기 또는 탄소수 2 내지 60을 갖는 알키닐기를 나타내되, R1, R2, R3 및 R4 중 적어도 하나는 *-Lb-Z를 나타내며, Z는 수소, 하기 화학식 2 또는 하기 화학식 3으로 나타낸다.
[화학식 2]
[화학식 3]
Description
본 발명은 신규한 화합물, 이를 포함하는 발광 소자 및 전자 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기 발광 소자용 화합물, 이를 포함하는 발광 소자 및 전자 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 발광 소자는 서로 마주하는 2개의 전극들 및 상기 전극들 사이에 개재된 발광 화합물을 포함하는 발광층을 포함한다. 상기 전극들 사이에 전류를 흘려주면, 상기 발광 화합물이 광을 생성한다. 상기 발광 소자를 이용하는 표시 장치는 별도의 광원 장치가 필요 없어, 상기 표시 장치의 무게, 사이즈나 두께를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 발광 소자를 이용하는 표시 장치는, 백라이트 및 액정을 이용하는 표시 장치에 비해 시야각, 대비비(contrast ratio), 색재현성 등이 우수하고, 소비전력이 낮은 장점이 있다.
상기 발광 소자는 양극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공 수송층을 더 포함할 수 있다. 상기 정공 수송층은 상기 양극과 상기 발광층 사이의 계면을 안정화시키고 이들 사이의 에너지 장벽을 최소화시킬 수 있다.
그러나, 아직까지 발광 소자는 발광 수명이 짧고, 전력 효율이 낮으며 열적 안정성(내열성)이 낮은 문제점이 있다. 이와 같은 문제점들을 해결하기 위해서, 발광 소자의 재료로서 다양한 화합물들이 개발되고 있지만 발광 수명, 전력 효율 및 열적 안정성을 모두 만족시키는 발광 소자를 제조하는데 한계가 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 발광 소자에서 정공의 주입 및 수송 능력을 향상시키기 위한 신규한 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 화합물을 포함하는 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 발광 소자를 포함하는 전자 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 화합물은 하기 화학식 1로 나타낸다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 *-Lb-Z, 수소, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 알케닐기 또는 탄소수 2 내지 60을 갖는 알키닐기를 나타내되, R1, R2, R3 및 R4 중 적어도 하나는 *-Lb-Z를 나타내며,
Z는 수소, 하기 화학식 2 또는 하기 화학식 3으로 나타내고,
[화학식 2]
[화학식 3]
X는 O, S, N-Ld-Ar3 또는 Si(R10)(R11)을 나타내고,
Ar1, Ar2 및 Ar3는 각각 독립적으로 *-A1-A2-A3-A4를 나타내고,
A1, A2 및 A3은 각각 독립적으로 단일 결합, -O-, -S-, 탄소수 1 내지 60을 갖는 직쇄형 또는 분지형의 알킬렌기(-(CH2)j-, 여기서, j는 1 내지 60의 정수), 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴렌기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴렌기, 탄소수 3 내지 60을 갖는 시클로알킬렌기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로시클로알킬렌기, 아다만틸렌기, 탄소수 7 내지 60을 갖는 바이시클로알킬렌기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 알케닐렌기 또는 탄소수 2 내지 60을 갖는 알키닐렌기를 나타내고,
A4는 수소, 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 60을 갖는 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로시클로알킬기, 아다만틸기, 탄소수 7 내지 60을 갖는 바이시클로알킬기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 알케닐기 또는 탄소수 2 내지 60을 갖는 알키닐기를 나타내고,
R5, R6, R7, R8, R9, R10 및 R11은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10을 갖는 알킬기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 알케닐기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 알키닐기, 탄소수 3 내지 60을 갖는 시클로알킬기, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
m은 0 내지 3의 정수를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수를 나타내며,
La, Lb, Lc 및 Ld는 각각 독립적으로 
를 나타내고, L1, L2, L3 및 L4는 각각 독립적으로 단일 결합, -O-, -S-, 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴렌기, 탄소수 2 내지 60의 알케닐렌기, 탄소수 2 내지 60의 알키닐렌기 또는 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬렌기를 나타내고,
p, q, r 및 s는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수를 나타내며,
상기 화학식 1의 R1 내지 R4, La 및 Ar1의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 2 내지 6을 갖는 알케닐기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알콕시기, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴티오기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알콕시카르보닐기, 할로겐기, 시아노기, 나이트로기, 하이드록시기 또는 카르복시기로 치환 또는 비치환된다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 발광 소자는 제1 전극, 제2 전극, 발광층 및 상기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 정공 수송성층을 포함한다. 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 서로 마주하고, 상기 발광층은 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 개재될 수 있으며, 상기 정공 수송성층은 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 정공 수송성층은 상기 화합물 및 P형 도펀트를 포함하는 제1 층과, 상기 화합물을 포함하는 제2 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 층은 상기 제1 전극과 상기 발광층 사이에 배치되고, 상기 제2 층은 상기 제1 층과 상기 발광층 사이에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제2 층이 상기 제1 층의 P형 도펀트와 실질적으로 동일하거나 다른 종류의 도펀트를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 전자 장치는 상기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 정공 수송성층을 포함할 수 있다.
이와 같은 신규한 화합물, 이를 포함하는 발광 소자 및 전자 장치에 따르면, 본 발명의 신규한 화합물이 발광 소자에서 정공(hole)의 주입 및/또는 수송 능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 화합물을 이용함으로써 상기 발광 소자의 발광 효율을 향상시키고, 수명이 증가될 수 있다. 또한, 상기 발광 소자의 열적 안정성(내열성)을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 신규한 화합물에 대해서 먼저 설명하고, 상기 화합물을 포함하는 발광 소자에 대해서 첨부한 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 신규한 화합물은 하기 화학식 1로 나타낸다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1, R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 *-Lb-Z, 수소, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 알케닐기 또는 탄소수 2 내지 60을 갖는 알키닐기를 나타내되, R1, R2, R3 및 R4 중 적어도 하나는 *-Lb-Z를 나타내며,
Z는 수소, 하기 화학식 2 또는 하기 화학식 3으로 나타내고,
[화학식 2]
[화학식 3]
X는 O, S, N-Ld-Ar3 또는 Si(R10)(R11)을 나타내고,
Ar1, Ar2 및 Ar3는 각각 독립적으로 *-A1-A2-A3-A4를 나타내고,
A1, A2 및 A3은 각각 독립적으로 단일 결합, -O-, -S-, 탄소수 1 내지 60을 갖는 직쇄형 또는 분지형의 알킬렌기(-(CH2)j-, 여기서, j는 1 내지 60의 정수), 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴렌기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴렌기, 탄소수 3 내지 60을 갖는 시클로알킬렌기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로시클로알킬렌기, 아다만틸렌기, 탄소수 7 내지 60을 갖는 바이시클로알킬렌기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 알케닐렌기 또는 탄소수 2 내지 60을 갖는 알키닐렌기를 나타내고,
A4는 수소, 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 60을 갖는 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로시클로알킬기, 아다만틸기, 탄소수 7 내지 60을 갖는 바이시클로알킬기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 알케닐기 또는 탄소수 2 내지 60을 갖는 알키닐기를 나타내고,
R5, R6, R7, R8, R9, R10 및 R11은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10을 갖는 알킬기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 알케닐기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 알키닐기, 탄소수 3 내지 60을 갖는 시클로알킬기, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
m은 0 내지 3의 정수를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수를 나타내며,
La, Lb, Lc 및 Ld는 각각 독립적으로 
를 나타내고, L1, L2, L3 및 L4는 각각 독립적으로 단일 결합, -O-, -S-, 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴렌기, 탄소수 2 내지 60의 알케닐렌기, 탄소수 2 내지 60의 알키닐렌기 또는 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬렌기를 나타내고,
p, q, r 및 s는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수를 나타낸다.
예를 들어, p, q, r 및 s가 모두 0인 경우에는 “단일결합”을 나타내는 것으로 정의한다.
상기 화학식 1의 R1 내지 R4, La 및 Ar1의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 2 내지 6을 갖는 알케닐기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알콕시기, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 60을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 60을 갖는 아릴티오기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알콕시카르보닐기, 할로겐기, 시아노기, 나이트로기, 하이드록시기 및 카르복시기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된다.
본 발명에서, “아릴기”는 방향족 탄화수소로부터 유도된 1가의 치환기로 정의된다.
상기 아릴기의 구체적인 예로서는, 페닐기(phenyl group), 나프틸기(naphthyl group), 안트라세닐기(anthracenyl group), 페난트릴기(phenanathryl group), 나프타세닐기(naphthacenyl group), 피레닐기(pyrenyl group), 톨릴기(tolyl group), 비페닐기(biphenyl group), 터페닐기(terphenyl group), 크리세닐기(chrycenyl group), 스피로바이플루오레닐(spirobifluorenyl group), 플루오란테닐(fluoranthenyl group), 플루오레닐기(fluorenyl group), 페릴레닐기(perylenyl group), 인데닐기(indenyl group), 아줄레닐기(azulenyl group), 헵타레닐기(heptalenyl group), 페날레닐기(phenalenyl group), 페난트레닐기(phenanthrenyl group) 등을 들 수 있다.
“헤테로아릴기”는 단환 또는 축합환으로부터 유도된 “방향족 복소환” 또는 “헤테로사이클릭”을 나타낸다. 상기 헤테로아릴기는, 헤테로 원자로서 질소(N), 황(S), 산소(O), 인(P), 셀레늄(Se) 및 규소(Si) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 헤테로아릴기의 구체적인 예로서는, 피롤릴기, 피리딜기, 피리다지닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 트리아졸릴기, 테트라졸릴기, 벤조트리아졸릴기, 피라졸릴기, 이미다졸릴기, 벤즈이미다졸릴기, 인돌릴기, 이소인돌릴기, 인돌리지닐기, 푸리닐기, 인다졸릴기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀리닐기, 퀴놀리지닐기, 프탈라지닐기, 나프틸리디닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 신놀리닐기, 프테리디닐기, 이미다조트리아지닐기, 피라지노피리다지닐기, 아크리디닐기, 페난트리디닐기, 카르바졸릴기, 카르바졸리닐기, 피리미디닐기, 페난트롤리닐기, 페나시닐기, 이미다조피리디닐기, 이미다조피리미디닐기, 피라졸로피리디닐기, 피라졸로피리디닐기 등을 포함하는 함질소 헤테로 아릴기; 티에닐기, 벤조티에닐기, 디벤조티에닐기 등을 포함하는 황함유 헤테로 아릴기; 푸릴기, 피라닐기, 사이클로펜타피라닐기, 벤조푸라닐기, 이소벤조푸라닐기, 디벤조푸라닐기 등을 포함하는 함산소 헤테로 아릴기 등을 들 수 있다. 또한, 상기 헤테로 아릴기의 구체적인 예로서는, 티아졸릴기, 이소티아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 벤즈티아디아졸릴기, 페노티아지닐기, 이속사졸릴기, 푸라자닐기, 페녹사지닐기, 옥사졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 피라졸로옥사졸릴기, 이미다조티아졸릴기, 티에노푸라닐기, 푸로피롤릴기, 피리독사지닐기, 디티에노피롤기 등의 적어도 2개 이상의 헤테로 원자를 포함하는 화합물들을 들 수 있다.
“알킬기”는 직쇄(linear) 또는 분지(branched) 상 포화탄화수소로부터 유도된 작용기로 정의된다.
상기 알킬기의 구체적인 예로서는, 메틸기(methyl group), 에틸기(ethyl group), n-프로필기(n-propyl group), 이소프로필기(iso-propyl group), n-부틸기(n-butyl group), sec-부틸기(sec-butyl group), t-부틸기(tert-butyl group), n-펜틸기(n-pentyl group), 1,1-디메틸프로필기(1,1-dimethylpropyl group), 1,2-디메틸프로필기, 2,2-디메틸프로필기, 1-에틸프로필기, 2-에틸프로필기, n-헥실기, 1-메틸-2-에틸프로필기, 1-에틸-2-메틸프로필기, 1,1,2-트리메틸프로필기, 1-프로필프로필기, 1-메틸부틸기, 2-메틸부틸기, 1,1-디메틸부틸기, 1,2-디메틸부틸기, 2,2-디메틸부틸기, 1,3-디메틸부틸기, 2,3-디메틸부틸기, 2-에틸부틸기, 2-메틸펜틸기, 3-메틸펜틸기 등을 들 수 있다.
또한, “아릴렌기”는 상기에서 설명한 아릴기로부터 유도된 2가의 치환기로 정의된다.
또한, “헤테로아릴렌기”는 상기에서 설명한 헤테로아릴기로부터 유도된 2가의 치환기로 정의된다.
하나의 예로서, 상기 화학식 1로 나타내는 화합물은, 하기 화학식 4로 나타내는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서,
X는 O, S, N-Ld-Ar3 또는 Si(R10)(R11)을 나타내고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 알케닐기 또는 탄소수 2 내지 30을 갖는 알키닐기를 나타내고,
R5, R6, R10 및 R11은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10을 갖는 알킬기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 알케닐기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 알키닐기, 탄소수 3 내지 30을 갖는 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로시클로알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
m은 0 내지 3의 정수를 나타내고, n은 0 내지 4의 정수를 나타내며,
La, Lb 및 Ld는 각각 독립적으로 단일 결합, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴렌기 또는 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴렌기를 나타내고,
Ar1 및 Ar3은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 30을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 30을 갖는 시클로알킬기 또는 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로시클로알킬기를 나타낼 수 있다.
이때, 상기 화학식 4의 R1, R2, R5, R6, La, Lb, X 및 Ar1의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 2 내지 6을 갖는 알케닐기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알콕시기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴티오기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알콕시카르보닐기, 할로겐기, 시아노기, 나이트로기, 하이드록시기 및 카르복시기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
일례로, 상기 화학식 4에서, R1, R2, Ar1 및 Ar3은 각각 독립적으로 하기 표 1의 구조로부터 선택될 수 있다.
| No. | 치환기 |
| 1 |
 |
| 2 |
 |
| 3 |
 |
| 4 |
 |
| 5 |
 |
| 6 |
 |
| 7 |
 |
| 8 |
 |
| 9 |
 |
예를 들어, 표 1의 5번 치환기의 경우, 구체적으로는 하기 화학식 1-5a 또는 하기 화학식 1-5b로 나타낼 수 있다.
[화학식 1-5a]
[화학식 1-5b]
또한, 표 1의 8번 치환기의 경우, 하기 화학식 1-8a 또는 하기 화학식 1-8b로 나타낼 수 있다.
[화학식 1-8a]
[화학식 1-8b>
또한, 표 1의 9번 치환기의 경우, 하기 화학식 1-9a 또는 하기 화학식 1-9b로 나타낼 수 있다.
[화학식 1-9a]
[화학식 1-9b]
이하에서, 표 1의 5번, 8번 및 9번으로 나타내는 치환기들은 각각 상기에서 설명한 것과 실질적으로 동일하게 나타내므로, 중복되는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
또한, 상기 화학식 4에서, La, Lb 및 Ld는 각각 독립적으로 단일 결합 또는 하기 표 2의 구조로부터 선택될 수 있다.
| No. | 치환기 |
| 1 |
 |
| 2 |
 |
| 3 |
 |
| 4 |
 |
| 5 |
 |
| 6 |
 |
| 7 |
 |
| 8 |
 |
| 9 |
 |
예를 들어, 표 2의 2번 내지 4번 치환기들 각각의 경우, 서로 인접한 벤젠 고리들이 모두 파라(para) 위치로 연결됨으로써 전체적으로 직선형을 가지도록 연결될 수 있다. 이와 달리, 다수의 벤젠 고리들은 파라 위치에만 한정되지 않도록 서로 연결됨으로써, 전체적으로는 상기 화학식 4의, La, Lb 및 Ld가 각각 독립적으로 굽어진 형태를 가질 수도 있다.
표 2의 7번 치환기는 하기 화학식 2-7a 또는 하기 화학식 2-7b로 나타낼 수 있다.
[화학식 2-7a]
[화학식 2-7b]
또한, 표 2의 8번 치환기는 하기 화학식 2-8a 또는 하기 화학식 2-8b로 나타낼 수 있다.
[화학식 2-8a]
[화학식 2-8b]
또한, 표 2의 9번 치환기는 하기 화학식 2-9a 또는 하기 화학식 2-9b로 나타낼 수 있다.
[화학식 2-9a]
[화학식 2-9b]
이하에서, 표 2의 7번, 8번 및 9번으로 나타내는 치환기들은 각각 상기에서 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있으므로, 중복되는 부분에 대해서는 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
또 다른 하나의 예로서, 상기 화학식 1로 나타내는 화합물은, 하기 화학식 5로 나타내는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 5]
상기 화학식 5에서,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S, N-Lf-Ar4 또는 Si(R12)(R13)을 나타내고,
La, Lb, Le 및 Lf는 각각 독립적으로 단일 결합, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴렌기 또는 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴렌기를 나타내고,
Ar1 및 Ar4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 30을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 3 내지 30을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 30을 갖는 시클로알킬기 또는 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로시클로알킬기를 나타내고,
R12 및 R13은 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10을 갖는 알킬기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 알케닐기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 알키닐기, 탄소수 3 내지 30을 갖는 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로시클로알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
상기 화학식 5의 Y1, Y2, La, Lb, Le 및 Ar1의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 2 내지 6을 갖는 알케닐기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알콕시기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴티오기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알콕시카르보닐기, 할로겐기, 시아노기, 나이트로기, 하이드록시기 또는 카르복시기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
또 다른 하나의 예로서, 상기 화학식 1로 나타내는 화합물은 하기 화학식 6으로 표시될 수 있다.
[화학식 6]
상기 화학식 6에서,
R1, R2, R8 및 R9는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 10을 갖는 알킬기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 알케닐기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 알키닐기, 탄소수 3 내지 30을 갖는 시클로알킬기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로시클로알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기 또는 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴기를 나타내고,
La 및 Lc는 각각 독립적으로 단일 결합, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴렌기 또는 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴렌기를 나타내고,
Lb는 
를 나타내고, L1, L2, L3 및 L4는 각각 독립적으로 단일 결합, -O-, -S-, 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴렌기, 탄소수 2 내지 30의 알케닐렌기, 탄소수 2 내지 30의 알키닐렌기 또는 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬렌기를 나타내고,
p, q, r 및 s는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수를 나타내며,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 30을 갖는 알킬기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 30을 갖는 시클로알킬기 또는 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로시클로알킬기를 나타내고,
상기 화학식 6의 R1, R2, R8, R9, La, Lb, Lc, Ar1 및 Ar2의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 6을 갖는 알킬기, 탄소수 2 내지 6을 갖는 알케닐기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알콕시기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴기, 탄소수 2 내지 30을 갖는 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴옥시기, 탄소수 6 내지 30을 갖는 아릴티오기, 탄소수 1 내지 6을 갖는 알콕시카르보닐기, 할로겐기, 시아노기, 나이트로기, 하이드록시기 또는 카르복시기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
일례로, 상기 화학식 6에서, Lb의 L1, L2, L3 및 L4는 각각 독립적으로 단일 결합 또는 하기 표 3의 구조로부터 선택될 수 있다.
| No. | 치환기 |
| 1 |
 |
| 2 |
 |
| 3 |
 |
| 4 |
 |
| 5 |
 |
| 6 |
 |
| 7 |
 |
| 8 |
 |
| 9 |
 |
일 실시예에서, 상기 화학식 1로 나타내는 화합물은 하기 표 4의 구조로부터 선택될 수 있다.
| No. | 화학식 |
| 1 |
 |
| 2 |
 |
| 3 |
 |
| 4 |
 |
| 5 |
 |
| 6 |
 |
| 7 |
 |
| 8 |
 |
| 9 |
 |
| 10 |
 |
| 11 |
 |
| 12 |
 |
| 13 |
 |
| 14 |
 |
| 15 |
 |
| 16 |
 |
| 17 |
 |
| 18 |
 |
| 19 |
 |
| 20 |
 |
| 21 |
 |
| 22 |
 |
| 23 |
 |
| 24 |
 |
| 25 |
 |
| 26 |
 |
| 27 |
 |
| 28 |
 |
| 29 |
 |
| 30 |
 |
| 31 |
 |
| 32 |
 |
| 33 |
 |
| 34 |
 |
| 35 |
 |
| 36 |
 |
| 37 |
 |
| 38 |
 |
| 39 |
 |
| 40 |
 |
| 41 |
 |
| 42 |
 |
| 43 |
 |
| 44 |
 |
| 45 |
 |
| 46 |
 |
| 47 |
 |
| 48 |
 |
| 49 |
 |
| 50 |
 |
| 51 |
 |
| 52 |
 |
| 53 |
 |
| 54 |
 |
| 55 |
 |
| 56 |
 |
| 57 |
 |
| 58 |
 |
| 59 |
 |
| 60 |
 |
| 61 |
 |
| 62 |
 |
| 63 |
 |
| 64 |
 |
| 65 |
 |
| 66 |
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이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 신규한 화합물을 포함하는 발광 소자에 대해서 설명한다. 상기 화합물을 포함하는 발광 소자의 구조는 첨부된 도면들 및 하기의 설명에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 소자(100)는 베이스 기판(10) 상에 형성된 제1 전극(20), 정공 수송성층(30), 발광층(40) 및 제2 전극(50)을 포함한다. 상기 발광 소자(100)는 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED)일 수 있다.
상기 제1 전극(20)은 도전성 물질로 상기 베이스 기판(10) 상에 형성될 수 있다. 일례로, 상기 제1 전극(20)은 투명 전극일 수 있다. 이때, 상기 제1 전극(20)은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO)로 형성할 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 전극(20)은 불투명(반사) 전극일 수 있다. 이때, 상기 제1 전극(20)은 ITO/은(Ag)/ITO 구조를 가질 수 있다. 상기 제1 전극(20)은 상기 발광 소자(100)의 양극(anode)이 될 수 있다.
상기 정공 수송성층(30)은 상기 제1 전극(20) 상에 형성되어 상기 제1 전극(20)과 상기 발광층(40) 사이에 개재된다. 상기 정공 수송성층(30)은 정공 수송성 화합물로서 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1로 나타내는 화합물은, 본 발명에 따른 신규한 화합물로서 상기에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 따라서, R1 내지 R4, La 및 Ar1 각각에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 발광층(40)을 형성하는 화합물의 종류에 따라서 상기 발광층(40)이 방출하는 광의 파장이 달라질 수 있다.
상기 제2 전극(50)은 도전성 물질로 상기 발광층(40) 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(20)이 투명 전극인 경우, 상기 제2 전극(50)은 불투명(반사) 전극일 수 있다. 이때, 상기 제2 전극(50)은 알루미늄 전극일 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 전극(20)이 불투명 전극인 경우, 상기 제2 전극(50)은 투명 또는 반투명 전극일 수 있다. 이때, 상기 제2 전극(50)은 100Å 내지 150Å의 두께를 가질 수 있고, 마그네슘 및 은을 포함하는 합금일 수 있다. 상기 제2 전극(50)은 상기 발광 소자(100)의 음극(cathode)이 될 수 있다.
상기 발광층(40)과 상기 제2 전극(50) 사이에는 전자 수송성층으로서, 전자 수송층 및/또는 전자 주입층이 형성될 수 있다.
상기 발광 소자(100)의 상기 제1 및 제2 전극들(20, 50) 사이에 전류를 흘려주는 경우, 상기 제1 전극(20)으로부터 상기 발광층(40)으로 주입된 정공(hole)과 상기 제2 전극(50)으로부터 상기 발광층(40)으로 주입된 전자(electron)가 결합하여 여기자(exciton)을 형성한다. 상기 여기자가 기저 상태로 전이되는 과정에서, 특정 영역대의 파장을 갖는 광이 생성된다. 이때, 상기 여기자는 일중항(singlet) 여기자일 수 있으며, 또한 삼중항(triplet) 여기자일 수 있다. 이에 따라, 상기 발광 소자(100)가 외부로 광을 제공할 수 있다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 발광 소자(100)는 상기 발광층(40)과 상기 제2 전극(50) 사이에 배치된 전자 수송층(electron transporting layer, ETL) 및 전자 주입층(electron injecting layer, EIL)을 더 포함할 수 있다. 상기 발광층(40) 상에 상기 전자 수송층 및 상기 전자 주입층이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자(100)는 상기 제1 전극(20)과 상기 발광층(40) 사이에 배치되는 제1 차단층(미도시) 및/또는 상기 발광층(40)과 상기 제2 전극(50) 사이에 배치되는 제2 차단층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 차단층은 상기 정공 수송성층(30)과 상기 발광층(40) 사이에 배치되어, 상기 제2 전극(50)에서 주입된 전자가 상기 발광층(40)을 경유하여 상기 정공 수송성층(30)으로 유입되는 것을 방지하는 전자 차단층(electron blocking layer, EBL)일 수 있다. 또한, 상기 제1 차단층은 상기 발광층(40)에서 형성된 여기자가 상기 제1 전극(20)의 방향으로 확산되어 상기 여기자가 비발광 소멸하는 것을 방지하는 여기자 차단층일 수 있다.
이때, 상기 제1 차단층은 상기에서 설명한 본 발명에 따른 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제2 차단층은 상기 발광층(40)과 상기 제2 전극(50), 구체적으로는 상기 발광층(40)과 상기 전자 수송층 사이에 배치되어 정공이 상기 제1 전극(20)에서부터 상기 발광층(40)을 경유하여 상기 전자 수송층으로 유입되는 것을 방지하는 정공 차단층(hole blocking layer, HBL)일 수 있다. 또한, 상기 제2 차단층은 상기 발광층(40)에서 형성된 여기자가 상기 제2 전극(50)의 방향으로 확산되어 상기 여기자가 비발광 소멸하는 것을 방지하는 여기자 차단층일 수 있다.
상기 제1 및 제2 차단층들 각각의 두께를, 상기 발광 소자(100)의 공진 길이에 맞게 조절하면 발광 효율을 증가시킬 수 있고, 여기자가 상기 발광층(40)의 중앙부에서 형성될 수 있도록 조절될 수 있다.
도 2를 참조하면, 발광 소자(102)는 베이스 기판(10) 상에 형성된 제1 전극(20), 정공 수송성층(32), 발광층(40) 및 제2 전극(50)을 포함한다. 상기 정공 수송성층(32)을 제외하고는 도 1에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
상기 정공 수송성층(32)은 상기 화학식 1로 나타내는 화합물 및 P형 도펀트를 포함한다. 상기 정공 수송성층(32)에 포함되는 화합물은 상기에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
상기 P형 도펀트는 P형 유기물 도펀트 및/또는 P형 무기물 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 P형 유기물 도펀트의 구체적인 예로서는, 하기 화학식 7 내지 11로 나타내는 화합물들, 헥사데카플루오로프탈로시아닌 (Hexadecafluorophthalocyanine, F16CuPc), 11,11,12,12-테트라시아노나프토-2,6-퀴노디메탄 (11,11,12,12-tetracyanonaphtho-2,6-quinodimethane, TNAP), 3,6-디플루오로-2,5,7,7,8,8-헥사시아노-퀴노디메탄 (3,6-difluoro-2,5,7,7,8,8-hexacyano-quinodimethane, F2-HCNQ) 또는 테트라시아노퀴노디메탄(Tetracyanoquinodimethane, TCNQ) 등을 포함할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다.
[화학식 7]
상기 화학식 7에서, R은 시아노기, 설폰기, 설폭사이드기, 설폰아미드기, 설포네이트기, 니트로기 또는 트리플루오로메틸기를 나타낼 수 있다.
[화학식 8]
[화학식 9]
[화학식 10]
[화학식 11]
상기 화학식 11에서, m 및 n은 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수를 나타내고, Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기를 나타낼 수 있다. 이때, Y1 및 Y2가 나타내는 아릴기 또는 헤테로아릴기의 수소는 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 5의 알콕시기 또는 하이드록시기로 치환 또는 비치환될 수 있고, 치환 또는 비치환된 Y1 및 Y2의 수소들은 각각 독립적으로 할로겐기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 11로 나타내는 화합물은 하기 화학식 11a 또는 하기 화학식 11b로 나타내는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 11a]
[화학식 11b]
상기 P형 무기물 도펀트의 예로서는, 금속산화물 또는 금속 할라이드 등을 들 수 있다. 상기 P형 무기물 도펀트의 구체적인 예로서는, MoO3, V2O5, WO3, SnO2, ZnO, MnO2, CoO2, ReO3, TiO2 , FeCl3, SbCl5 또는 MgF2 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 이용될 수 있다.
상기 P형 도펀트는, 정공 수송성 화합물인 본 발명에 따른 신규 화합물 100 중량부에 대해서, 약 0.5 중량부 내지 약 20 중량부일 수 있다. 예를 들어, 상기 P형 도펀트는 상기 정공 수송성 화합물 100 중량부에 대하여, 약 0.5 중량부 내지 약 15 중량부이거나, 약 0.5 중량부 내지 약 5 중량부일 수 있다. 이와 달리, 상기 P형 도펀트는 상기 정공 수송성 화합물 100 중량부에 대해서, 약 1 중량부 내지 10 중량부, 1 중량부 내지 5 중량부, 1.5 중량부 내지 6 중량부 또는 2 중량부 내지 5 중량부일 수 있다.
상기 P형 도펀트의 함량이 상기 정공 수송성 화합물 100 중량부에 대해서, 약 0.5 중량부 내지 약 20 중량부인 경우, 상기 P형 도펀트가 상기 정공 수송성 화합물의 물성을 저하시키지 않으면서도 과도한 누설 전류의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 상기 P형 도펀트에 의해서 상기 정공 수송성층(32)과 접촉하는 상, 하부층들 각각과의 계면에서의 에너지 장벽을 감소시킬 수 있다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 발광 소자(102)는 전자 수송층, 전자 주입층, 제1 차단층 및/또는 제2 차단층을 더 포함할 수 있다. 상기 층들 각각은 도 1의 발광 소자(100)에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 상기 발광 소자(102)가 상기 제1 차단층을 포함하는 경우, 상기 제1 차단층은 상기에서 설명한 본 발명에 따른 화합물을 포함할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 발광 소자(100)가 중간층(interlayer, 미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 중간층은 도 1의 상기 제1 전극(20)과 상기 정공 수송성층(30) 사이에 배치될 수 있고, 도 2에서 설명한 P형 도펀트로 이용되는 화합물로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 발광 소자(104)는 베이스 기판(10) 상에 형성된 제1 전극(20), 정공 수송성층(34), 발광층(40) 및 제2 전극(50)을 포함한다. 상기 정공 수송성층(34)을 제외하고는 도 1에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
상기 정공 수송성층(34)은 상기 제1 전극(20)과 접촉하는 제1 층(33a) 및 상기 제1 층(33a)과 상기 발광층(40) 사이에 배치된 제2 층(33b)을 포함한다. 즉, 상기 정공 수송성층(34)은 2층 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 정공 수송성층(34)은 상기 제1 및 제2 층들(33a, 33b)을 포함하는 2층 이상의 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 및 제2 층들(33a, 33b)은 서로 동일한 종류의 정공 수송성 화합물을 포함할 수 있다. 상기 제1 층(33a)과 상기 제2 층(33b)에 포함되는 정공 수송성 화합물의 성분을 동일하게 함으로써, 이종 물질간의 계면에서 발생될 수 있는 물리화학적 결함을 감소시켜 발광층으로의 정공 주입을 용이하게 할 수 있다. 또 다른 측면에서, 제1층(33a)과 제2층(33b)에 동일한 호스트 물질을 사용하면, 하나의 챔버 내에서 제1층(33a)과 제2층(33b)을 연속적으로 형성할 수 있게 되므로 제작 공정이 단순해지고 제작 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있다. 나아가, 인접하고 있는 층간의 유리전이온도 등의 물성이 유사하게 되므로 소자의 내구성을 높일 수 있는 이점도 있다.
상기 제1 층(33a)은 정공 수송성 화합물로서 상기 화학식 1로 나타내는 본 발명에 따른 신규한 화합물과 P형 도펀트를 포함한다. 상기 제1 층(33a)은 두께를 제외하고는 도 2에서 설명한 상기 정공 수송성층(32)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
상기 제2 층(33b)은 정공 수송성 화합물로서 상기 화학식 1로 나타내는 본 발명에 따른 신규한 화합물을 포함하되, 상기 제2 층(33b)을 구성하는 정공 수송성 화합물은 상기 제1 층(33a)을 구성하는 정공 수송성 화합물과 동일할 수 있다. 상기 제2 층(33b)도 두께를 제외하고는 도 1에서 설명한 상기 정공 수송성층(30)과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
이와 달리, 상기 제1 및 제2 층들(33a, 33b)은 서로 다른 종류의 정공 수송성 화합물을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 층들(33a, 33b)을 구성하는 상기 정공 수송성 화합물은 상기 화학식 1로 나타내는 본 발명에 따른 신규한 화합물이되 R1 내지 R4, La 및 Ar1이 각각 독립적으로 상이할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 층들(33a, 33b) 각각을 구성하는 화합물은, 정공을 상기 발광층(40)으로 효율적으로 전달하기 위한 HOMO값을 갖도록 선택될 수 있다.
추가적으로, 상기 제2 층(33b)이 상기 정공 수송성 화합물과 함께 P형 도펀트를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 층(33a)과 상기 제2 층(33b)에 도핑되는 P형 도펀트의 종류는 서로 다를 수 있고, 동일한 종류가 이용되더라도 도핑량이 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 층(33a)에 도핑된 P형 도펀트의 함량(P1)과, 상기 제2 층(33b)에 도핑된 P형 도펀트의 함량(P2)은 하기 수학식 1의 관계를 만족할 수 있다.
[수학식 1]
P1/P2 ≥ 1
상기 수학식 1에서,
“P1”은 상기 제1 층(33a)에서 정공 수송성 화합물 100 중량부 대비 도핑된 P형 도펀트의 함량이고, “P2”는 상기 제2 층(33b)에서 정공 수송성 화합물 100 중량부 대비 도핑된 P형 도펀트의 함량이다.
예를 들어, 상기 제1 층(33a)에 도핑된 P형 도펀트의 함량은, 정공 수송성 화합물 100 중량부를 기준으로, 0.3 내지 20중량부, 1 내지 15 중량부, 2 내지 10 중량부, 또는 4 내지 6 중량부 범위일 수 있다. 또한, 제2층(33b)에 도핑된 P형 도펀트의 함량은, 정공 수송성 화합물 100 중량부를 기준으로, 0.3 내지 20 중량부, 0.5 내지 10 중량부, 1 내지 8 중량부, 또는 2 내지 4 중량부 범위일 수 있다.
또한, 도면으로 도시하지 않았으나, 상기 발광 소자(104)는 전자 수송층, 전자 주입층, 제1 차단층 및/또는 제2 차단층을 더 포함할 수 있다. 상기 층들 각각은 도 1의 발광 소자(100)에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
상기에서 설명한 상기 발광 소자들(100, 102, 104) 각각이, 상기 화학식 1로 나타내는 본 발명에 따른 신규한 화합물을 포함함으로써 상기 발광 소자들(100, 102, 104)은 우수한 열적 안정성을 가짐과 동시에, 발광 효율이 향상되고 수명이 길어질 수 있다.
도 1 내지 도 3에서는, 상기 베이스 기판(10) 상에 상기 발광 소자들(100, 102, 104)이 직접적으로 형성된 것으로 도시하고 있으나, 상기 발광 소자들(100, 102, 104) 각각의 상기 제1 전극(20)과 상기 베이스 기판(10) 사이에 화소를 구동하는 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터가 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 전극(20)이 상기 박막 트랜지스터와 연결된 화소 전극이 될 수 있다. 상기 제1 전극(20)이 화소 전극인 경우, 다수의 화소들 각각에 상기 제1 전극(20)이 서로 분리되어 배치되고 상기 베이스 기판(10)에는 상기 제1 전극(20)의 가장자리를 따라 형성되는 격벽 패턴이 형성되어 서로 인접한 화소들에 배치된 상기 제1 전극(20) 상에 적층되는 층들이 서로 격리될 수 있다. 즉, 도면으로 도시하지 않았으나 상기 발광 소자들(100, 102, 104)이 백라이트 없이 영상을 표시하는 디스플레이 장치에 이용될 수 있다.
또한, 상기 발광 소자들(100, 102, 104)은 조명 장치로 이용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서 예시한 상기 발광 소자들(100, 102, 104)은 상기 디스플레이 장치 또는 상기 조명 장치와 같은 다양한 전자 장치에 이용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 구체적인 실시예들을 통해서 본 발명에 따른 신규한 화합물들을 보다 상세히 설명한다. 하기에 예시되는 실시예들은 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 것은 아니다.
실시예
1
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 A (37.9mmol, 20g), 화합물 B (41.7mmol, 15.4g), 테트라하이드로퓨란(THF, Tetrahydrofuran) 200mL 및 에탄올(EtOH, Ethanol) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (151.9 mmol, 21.0g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4, tetrakis(triphenylphosphine)palladium) (1.5mmol, 1.76g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 6시간 동안 환류(reflux)시켰다.
상기 반응 혼합물을 식힌 후, 에틸 아세테이트(EA, ethyl acetate) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 (methanol) 1L에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 1을 21.1g 수득하였다(수율 80%).
MALDI-TOF : m/z = 688.1923 (C47H32N2S2= 688.2)
실시예
2
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 C (38.7mmol, 20g), 화합물 B (42.5mmol, 15.7g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (154.8 mmol, 21.4g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (1.5mmol, 1.79g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 5시간 동안 환류(reflux)시켰다.
상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 (methanol) 1L에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 2를 23.5g 수득하였다(수율 90%).
MALDI-TOF : m/z = 678.2320 (C44H36N2S3= 678.1)
실시예
3
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 D (30.6mmol, 20g), 화합물 B (33.7mmol, 12.4g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH, Ethanol) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (122.7 mmol, 16.9g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (1.2mmol, 1.42g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 6시간 동안 환류(reflux)시켰다.
상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 (methanol) 1L에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 3을 19.8g 수득하였다(수율 80%).
MALDI-TOF : m/z = 813.1983 (C56H35N3S2= 813.2)
실시예
4
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 E (48.4mmol, 20g), 화합물 B (106.4mmol, 39.3g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH, Ethanol) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (387.2 mmol, 53.52g)을 물(H2O) 150mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (3.87mmol, 4.47g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 12시간 동안 환류(reflux)시켰다.
상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 (methanol) 1L에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 4를 25.1g 수득하였다(수율 71%).
MALDI-TOF : m/z = 737.2032 (C50H31N3S2= 737.2)
실시예
5
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 F (59.8mmol, 20g), 화합물 G (65.8mmol, 25.0g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH, Ethanol) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (239.3 mmol, 33.07g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (2.3mmol, 2.77g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 12시간 동안 환류(reflux)시켰다.
상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 (methanol) 1L에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 5를 26.5g 수득하였다(수율 87%).
MALDI-TOF : m/z = 508.1235 (C28H16N2S4= 508.0)
실시예
6
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 E (48.4mmol, 20g), 화합물 G (106.4mmol, 40.6g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH, Ethanol) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (387.2 mmol, 53.52g)을 물(H2O) 150mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (3.87mmol, 4.47g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 12시간 동안 환류(reflux)시켰다.
상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 (methanol) 1L에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 6을 20.5g 수득하였다(수율 55%).
MALDI-TOF : m/z = 760.9824 (C42H23N3S6= 761.0)
실시예
7
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 H (35.4mmol, 20g), 화합물 G (39.04mmol, 14.89g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH, Ethanol) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (141.9 mmol, 19.62g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (1.42mmol, 1.64g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 12시간 동안 환류(reflux)시켰다.
상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 (methanol) 1L에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 7을 18.3g 수득하였다(수율 70%).
MALDI-TOF : m/z = 737.2100 (C50H31N3S2= 737.2)
실시예
8
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 I (30.0mmol, 20g), 화합물 B (66.0mmol, 24.38g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH, Ethanol) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (240.0 mmol, 33.18g)을 물(H2O) 150mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (2.4mmol, 2.77g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 12시간 동안 환류(reflux)시켰다.
상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 (methanol) 1L에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 8을 23.6g 수득하였다(수율 79%).
MALDI-TOF : m/z = 990.2561 (C64H38N4S4= 990.2)
실시예
9
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 F (59.8mmol, 20g), 화합물 B (65.8mmol, 24.3g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH, Ethanol) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (239.3 mmol, 33.07g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (2.3mmol, 2.77g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 12시간 동안 환류(reflux)시켰다.
상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 (methanol) 1L에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 9를 23.5g 수득하였다(수율 79%).
MALDI-TOF : m/z = 496.9564 (C32H20N2S2= 496.1)
실시예
10
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 F (59.8mmol, 20g), 화합물 J (65.8mmol, 30.3g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH, Ethanol) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (239.3 mmol, 33.07g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (2.3mmol, 2.77g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 빛을 차단하고 12시간 동안 환류(reflux)시켰다.
상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 테트라하이드로퓨란(THF) 100mL에 용해시키고 메탄올 (methanol) 1L에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 10을 29.8g 수득하였다(수율 85%).
MALDI-TOF : m/z = 587.1147 (C38H25NS2Si= 587.1)
실시예
11
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 K (33.7mmol, 20g), 화합물 B (67.4mmol, 24.9g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH, Ethanol) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (74.1 mmol, 10.25g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스 핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (2.1mmol, 2.53g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 12시간 동안 환류(reflux)시켰다.
상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 메탄올 (methanol) 1L에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 11을 30.5g 수득하였다(수율 91%).
MALDI-TOF : m/z = 978.2851 (C68H42N4S2= 978.3)
실시예
12
1L 3구 둥근바닥 플라스크에 질소를 충전한 후, 화합물 K (56.8mmol, 37g), 화합물 M (113.5mmol, 25.9g), 테트라하이드로퓨란(THF) 200mL 및 에탄올(EtOH, Ethanol) 100mL를 넣고 30분 동안 교반하였다. 또한, 탄산칼륨(K2CO3) (112.5 mmol, 17.27g)을 물(H2O) 100mL에 용해시킨 후, 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가하였다. 이어서, 테트라키스(트리페닐포스 핀)팔라듐(Pd(PPh3)4) (2.3mmol, 2.54g)을 상기 1L 3구 둥근 바닥 플라스크에 첨가한 후, 12시간 동안 환류(reflux)시켰다.
상기 반응 혼합물을 식힌 후 에틸 아세테이트(EA) 및 증류수를 사용하여 추출하고 농축한 다음, 메탄올 (methanol) 2L에 넣고 20분간 교반 후 여과하여 연회색 고체인 화합물 12을 41.2g 수득하였다(수율 84%).
MALDI-TOF : m/z = 860.1448 (C56H32N2S4= 860.1)
비교예
1 내지 4
하기 화학식 a, b, c 및 d의 구조를 갖는 화합물들을 상업적으로 입수 내지 제조하여, 각각 비교예 1 내지 4로 사용하였다.
[화학식 a]
[화학식 b]
[화학식 c]
[화학식 d]
발광 소자 A-1 내지 A-10의 제조
인듐-주석 산화물(indium tin oxide, ITO)로 형성된 제1 전극 상에, 호스트 물질로서 실시예 1에 따른 화합물을 1Å/sec의 속도로 증착하고 동시에 하기 화학식 12로 나타내는 P형 도펀트(HAT-CN)를 상기 호스트 물질 100 중량부에 대해 약 5 중량부의 비율로 공증착(Co-evaporation)하여 100Å 두께의 제1 층을 형성하였다. 상기 제1 층 상에 실시예 1에 따른 화합물을 300Å의 두께로 증착하여 제2 층을 형성하였다.
상기 제2 층 위에 하기 화학식 13으로 나타내는 mCBP와 화학식 14로 나타나는 Ir(ppy)3를 100:9 중량비로 공증착하여 약 300Å 두께의 발광층을 형성하고, 상기 발광층 상에 다시 mCBP를 약 50Å 두께로 증착하여 차단층(blocking layer)을 형성하였다.
상기 차단층 상에 하기 화학식 15로 나타내는 BPhen과 하기 화학식 16으로 나타내는 Alq3를 50:50 중량비로 공증착하여 약 400Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 전자 수송층 상에 하기 화학식 17로 나타나는 Liq를 이용하여 약 10Å 두께의 전자 주입층을 형성하였다.
상기 전자 주입층 상에, 1,000Å 두께의 알루미늄 박막을 이용한 제2 전극을 형성하였다.
[화학식 12]
[화학식 13]
[화학식 14]
[화학식 15]
[화학식 16]
[화학식 17]
위 방법으로 본 발명의 실시예 1에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자 A-1을 제조하였다.
또한, 호스트 물질을 실시예 2 내지 실시예 10에 따른 화합물들을 각각 이용하여 정공 수송성층을 형성하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 A-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 발광 소자 A-2 내지 발광 소자 A-10을 제조하였다.
비교 소자 1 내지 4의 제조
호스트 물질을 비교예 1 내지 4에 따른 화합물을 이용하여 제1 층과 제2 층을 형성하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 A-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 1 내지 4를 제조하였다.
발광 소자의 전력 효율 및 수명 평가 -1
상기 발광 소자 A-1 내지 A-10과, 비교 소자 1 내지 4 각각에 대해서, 질소 분위기의 글로브 박스 안에서 흡습제(Getter)가 부착된 커버 글래스 가장자리에 UV 경화용 실런트를 디스펜싱한 후, 발광 소자들 및 비교 소자들 각각과 커버 글래스를 합착하고 UV 광을 조사하여 경화시켰다. 상기와 같이 준비된 발광 소자 A-1 내지 A-10과, 비교 소자 1 내지 4 각각에 대해서, 휘도가 500cd/m2일 때의 값을 기준으로 하여 전력 효율을 측정하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.
또한, 약 85℃의 온도로 일정하게 유지되고 있는 측정용 오븐 내에 설치된 수명 측정기를 이용하여 발광 소자 A-1 내지 A-10과, 비교 소자 1 내지 4 각각의 수명을 측정하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.
표 5에서, 전력 효율을 측정한 결과의 단위는 lm/W이다. 또한, 표 5에서, T75는 발광 소자의 초기 휘도가 1,000cd/m2인 경우, 상기 발광 소자의 휘도가 상기 초기 휘도 대비 75%가 되기까지 걸린 시간을 의미한다.
| 소자 No. | 전력효율[lm/W] | 수명(T75@85℃[hr]) |
| 발광 소자 A-1 | 29.0 | 673 |
| 발광 소자 A-2 | 20.5 | 479 |
| 발광 소자 A-3 | 28.0 | 647 |
| 발광 소자 A-4 | 26.2 | 606 |
| 발광 소자 A-5 | 20.4 | 467 |
| 발광 소자 A-6 | 16.3 | 379 |
| 발광 소자 A-7 | 22.8 | 533 |
| 발광 소자 A-8 | 24.2 | 558 |
| 발광 소자 A-9 | 20.8 | 476 |
| 발광 소자 A-10 | 18.6 | 424 |
| 비교 소자 1 | 9.2 | 227 |
| 비교 소자 2 | 10.5 | 268 |
| 비교 소자 3 | 11.0 | 279 |
| 비교 소자 4 | 10.3 | 235 |
표 5를 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 10에 따른 화합물들을 이용하여 제조된 발광 소자들 각각의 전력 효율은 적어도 16.3 lm/W 이상으로서, 비교 소자 1 내지 4의 전력 효율이 9.2 lm/W 내지 11.0 lm/W인 것과 비교할 때, 비교 소자 1 내지 4의 전력 효율보다 좋은 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예 1 내지 10에 따른 화합물들을 이용하여 제조된 발광 소자들 각각의 수명은 적어도 약 379시간으로서, 대부분 약 300 시간 이상임을 알 수 있다. 이에 반해, 비교 소자 1 내지 4의 수명이 약 279시간 이하인 것과 비교할 때, 본 발명의 실시예 1 내지 10에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자의 수명이 비교 소자 1 내지 4에 비해서 좋은 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자의 수명 특성 평가가 85℃의 가속 조건(가혹 조건)에서 수행된 것을 고려할 때, 본 발명의 실시예 1 내지 10에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자의 수명 특성이 비교 소자 1 내지 4에 비해 우수한 것을 통해서, 본 발명에 따른 화합물을 이용하여 제조된 발광 소자의 내열성이, 비교 소자 1 내지 4에 비해서 우수한 것을 알 수 있다.
발광 소자 B-1 내지 B-4의 제조
인듐-주석 산화물(indium tin oxide, ITO)로 형성된 제1 전극 상에, 상기 화학식 12로 나타내는 HAT-CN를 약 100Å 두께로 증착하여 제1 층을 형성하고, 상기 제1 층 상에 NPB(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine)를 약 300Å의 두께로 증착하여 제2 층을 형성하였다.
상기 제2 층 상에 실시예 1에 따른 화합물로 약 100Å 두께의 제1 차단층을 형성하고, 상기 제1 차단층 상에 상기 화학식 13으로 나타내는 mCBP와 상기 화학식 14로 나타나는 Ir(ppy)3를 100:9 중량비로 공증착하여 약 300Å 두께의 발광층을 형성하고, 상기 발광층 상에 다시 mCBP를 약 50Å 두께로 증착하여 제2 차단층을 형성하였다.
그런 다음, 상기 제2 차단층 상에 상기 화학식 15로 나타내는 BPhen과 상기 화학식 16으로 나타내는 Alq3를 50:50 중량비로 공증착하여 약 400Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 전자 수송층 상에 상기 화학식 17로 나타나는 Liq를 이용하여 약 10Å 두께의 전자 주입층을 형성하였다.
상기 전자 주입층 상에, 1,000Å 두께의 알루미늄 박막을 이용한 제2 전극을 형성하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자 B-1을 제조하였다.
상기 제1 차단층을 본 발명의 실시예 3, 5 및 8에 따른 화합물들 각각을 이용하여 제조하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 B-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 발광 소자 B-2, B-3 및 B-4를 제조하였다.
비교 소자 5 및 6의 제조
상기 제1 차단층을 상기 화학식 a로 나타내는 비교예 1에 따른 화합물을 이용하여 제조하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 B-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 5를 제조하였다.
또한, 상기 제1 차단층을 상기 화학식 d로 나타내는 비교예 4에 따른 화합물을 이용하여 제조하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 B-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 6을 제조하였다.
발광 소자의 전력 효율 및 수명 평가 -2
상기와 같이 준비된 발광 소자 B-1 내지 B-4와, 비교 소자 5 및 6 각각에 대해서, 상기 발광 소자 A-1 내지 A-10에 대한 전력 효율 측정 실험과 실질적으로 동일한 방법으로, 휘도가 500cd/m2일 때의 값을 기준으로 하여 전력 효율을 측정하였다.
또한, 상기에서 발광 소자 A-1 내지 A-10에 대한 수명 평가 실험과 실질적으로 동일한 방법으로, 발광 소자 B-1 내지 B-4와 비교 소자 5 및 6 각각의 수명을 측정하였다.
상기 발광 소자 B-1 내지 B-4와 비교 소자 5 및 6 각각의 전력 효율 및 수명의 결과를 표 6에 나타낸다. 표 6에서, 전력 효율을 측정한 결과의 단위는 lm/W이다. 또한, 표 6에서, T75는 발광 소자의 초기 휘도가 1,000cd/m2인 경우, 상기 발광 소자의 휘도가 상기 초기 휘도 대비 75%가 되기까지 걸린 시간을 의미한다.
| 소자 No. | 전력효율[lm/W] | 수명(T75@85℃[hr]) |
| 발광 소자 B-1 | 23.8 | 554 |
| 발광 소자 B-2 | 22.9 | 537 |
| 발광 소자 B-3 | 16.8 | 387 |
| 발광 소자 B-4 | 19.9 | 459 |
| 비교 소자 5 | 7.9 | 185 |
| 비교 소자 6 | 8.4 | 196 |
표 6을 참조하면, 본 발명에 따른 화합물들을 이용하여 제조된 발광 소자 B-1 내지 B-4 각각의 전력 효율은 적어도 16.8 lm/W 이상인 반면, 비교 소자 5의 전력 효율은 약 7.9 lm/W에 불과하고, 비교 소자 6의 전력 효율은 약 8.4 lm/W에 불과함을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 B-1 내지 B-4 각각의 수명은 적어도 약 387시간으로서, 비교 소자 5의 수명이 약 185 시간이고 비교 소자 6의 수명이 약 196시간인 것과 비교할 때, 발광 소자 B-1 내지 B-4의 수명이 비교 소자 5 및 6에 비해 상대적으로 긴 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자의 수명 특성 평가가 85℃의 가속 조건(가혹 조건)에서 수행된 것을 고려할 때, 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자의 수명 특성이 비교 소자 5 및 6에 비해 우수한 것을 통해서, 본 발명에 따른 화합물을 이용하여 제조된 발광 소자는 내열성이 좋음을 알 수 있다.
발광 소자 C-1 내지 C-4의 제조
인듐-주석 산화물(indium tin oxide, ITO)로 형성된 제1 전극 상에, 호스트 물질로서 NPB를 1Å/sec의 속도로 증착하고 동시에 하기 화학식 12로 나타내는 P형 도펀트(HAT-CN)를 상기 호스트 물질 100 중량부에 대해 약 5 중량부의 비율로 공증착(Co-evaporation)하여 100Å 두께의 제1 층을 형성하였다. 상기 제1 층 상에 NPB를 300Å의 두께로 증착하여 제2 층을 형성하였다. 상기 제2 층 상에 실시예 3에 따른 화합물로 약 100Å 두께의 제1 차단층을 형성하고, 상기 제1 차단층 상에 상기 화학식 13으로 나타내는 mCBP와 상기 화학식 14로 나타나는 Ir(ppy)3를 100:9 중량비로 공증착하여 약 300Å 두께의 발광층을 형성하고, 상기 발광층 상에 다시 mCBP를 약 50Å 두께로 증착하여 제2 차단층을 형성하였다.
그런 다음, 상기 제2 차단층 상에 상기 화학식 15로 나타내는 BPhen과 상기 화학식 16으로 나타내는 Alq3를 50:50 중량비로 공증착하여 약 400Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 전자 수송층 상에 상기 화학식 17로 나타나는 Liq를 이용하여 약 10Å 두께의 전자 주입층을 형성하였다.
상기 전자 주입층 상에, 1,000Å 두께의 알루미늄 박막을 이용한 제2 전극을 형성하여, 본 발명의 실시예 3에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자 C-1을 제조하였다.
상기 제1 차단층을 본 발명의 실시예 5, 8 및 10에 따른 화합물들 각각을 이용하여 제조하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 C-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 발광 소자 C-2, C-3 및 C-4를 제조하였다.
비교 소자 7 및 8의 제조
상기 제1 차단층을 상기 화학식 a로 나타내는 비교예 1에 따른 화합물을 이용하여 제조하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 C-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 7을 제조하였다.
상기 제1 차단층을 상기 화학식 d로 나타내는 비교예 4에 따른 화합물을 이용하여 제조하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 C-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 8을 제조하였다.
발광 소자의 전력 효율 및 수명 평가 -3
상기와 같이 준비된 발광 소자 C-1 내지 C-4와, 비교 소자 7 및 8 각각에 대해서, 상기 발광 소자 A-1 내지 A-10에 대한 전력 효율 측정 실험과 실질적으로 동일한 방법으로, 휘도가 500cd/m2일 때의 값을 기준으로 하여 전력 효율을 측정하였다.
또한, 상기에서 발광 소자 A-1 내지 A-10에 대한 수명 평가 실험과 실질적으로 동일한 방법으로, 발광 소자 C-1 내지 C-4 및 비교 소자 7 및 8 각각의 수명을 측정하였다.
상기 발광 소자 C-1 내지 C-4 및 비교 소자 7 및 8 각각의 전력 효율 및 수명의 결과를 표 7에 나타낸다. 표 7에서, 전력 효율을 측정한 결과의 단위는 lm/W이다. 또한, 표 7에서, T75는 발광 소자의 초기 휘도가 1,000cd/m2인 경우, 상기 발광 소자의 휘도가 상기 초기 휘도 대비 75%가 되기까지 걸린 시간을 의미한다.
| 소자 No. | 전력효율[lm/W] | 수명(T75@85℃[hr]) |
| 발광 소자 C-1 | 21.0 | 483 |
| 발광 소자 C-2 | 15.3 | 354 |
| 발광 소자 C-3 | 18.2 | 419 |
| 발광 소자 C-4 | 14.0 | 318 |
| 비교 소자 7 | 8.2 | 201 |
| 비교 소자 8 | 7.7 | 179 |
표 7을 참조하면, 발광 소자 C-1 내지 C-4 각각의 전력 효율은 적어도 14.0 lm/W 이상으로서, 약 10 lm/W 이상의 전력 효율을 발휘하는 반면, 비교 소자 7의 전력 효율은 약 8.2 lm/W에 불과하고, 비교 소자 8의 전력 효율은 약 7.7 lm/W임을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 C-1 내지 C-4 각각의 수명은 적어도 약 318 시간으로서, 비교 소자 7의 수명이 약 201 시간이고, 비교 소자 8의 수명이 약 179 시간인 것과 비교할 때, 본 발명에 따른 발광 소자들의 수명이 긴 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자의 수명 특성 평가가 85℃의 가속 조건(가혹 조건)에서 수행된 것을 고려할 때, 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자의 수명 특성이 비교 소자 7 및 8에 비해 우수한 것을 통해서, 본 발명에 따른 화합물을 이용하여 제조된 발광 소자는 내열성이 좋음을 알 수 있다.
발광 소자 D-1 내지 D-4의 제조
인듐-주석 산화물(indium tin oxide, ITO)로 형성된 제1 전극 상에, 호스트 물질로서 실시예 2에 따른 화합물을 1Å/sec의 속도로 증착하고 동시에 하기 화학식 12로 나타내는 P형 도펀트(HAT-CN)를 상기 호스트 물질 100 중량부에 대해 약 5 중량부의 비율로 공증착(Co-evaporation)하여 100Å 두께의 제1 층을 형성하였다. 상기 제1 층 상에 NPB를 300Å의 두께로 증착하여 제2 층을 형성하였다. 상기 제2 층 상에 상기 화학식 13으로 나타내는 mCBP와 상기 화학식 14로 나타나는 Ir(ppy)3를 100:9 중량비로 공증착하여 약 300Å 두께의 발광층을 형성하고, 상기 발광층 상에 다시 mCBP를 약 50Å 두께로 증착하여 차단층을 형성하였다.
그런 다음, 상기 차단층 상에 상기 화학식 15로 나타내는 BPhen과 상기 화학식 16으로 나타내는 Alq3를 50:50 중량비로 공증착하여 약 400Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 전자 수송층 상에 상기 화학식 17로 나타나는 Liq를 이용하여 약 10Å 두께의 전자 주입층을 형성하였다.
상기 전자 주입층 상에, 1,000Å 두께의 알루미늄 박막을 이용한 제2 전극을 형성하여, 본 발명의 실시예 2에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자 D-1을 제조하였다.
상기 제1 층을 본 발명의 실시예 4, 7 및 9에 따른 화합물들 각각을 이용하여 제조하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 D-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 발광 소자 D-2, D-3 및 D-4를 제조하였다.
비교 소자 9 및 10의 제조
상기 제1 층의 호스트 재료를 상기 화학식 a로 나타내는 비교예 1에 따른 화합물을 이용하여 제조하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 D-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 9를 제조하였다.
상기 제1 층의 호스트 재료를 상기 화학식 d로 나타내는 비교예 4에 따른 화합물을 이용하여 제조하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 D-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 10을 제조하였다.
발광 소자의 전력 효율 및 수명 평가 -4
상기와 같이 준비된 발광 소자 D-1 내지 D-4와, 비교 소자 9 및 10 각각에 대해서, 상기 발광 소자 A-1 내지 A-10에 대한 전력 효율 측정 실험과 실질적으로 동일한 방법으로, 휘도가 500cd/m2일 때의 값을 기준으로 하여 전력 효율을 측정하였다.
또한, 상기에서 발광 소자 A-1 내지 A-10에 대한 수명 평가 실험과 실질적으로 동일한 방법으로, 발광 소자 D-1 내지 D-4와 비교 소자 9 및 10 각각의 수명을 측정하였다.
상기 발광 소자 D-1 내지 D-4 및 비교 소자 9 및 10 각각의 전력 효율 및 수명의 결과를 표 8에 나타낸다. 표 8에서, 전력 효율을 측정한 결과의 단위는 lm/W이다. 또한, 표 8에서, T75는 발광 소자의 초기 휘도가 1,000cd/m2인 경우, 상기 발광 소자의 휘도가 상기 초기 휘도 대비 75%가 되기까지 걸린 시간을 의미한다.
| 소자 No. | 전력효율[lm/W] | 수명(T75@85℃[hr]) |
| 발광 소자 D-1 | 18.1 | 437 |
| 발광 소자 D-2 | 23.1 | 532 |
| 발광 소자 D-3 | 20.0 | 471 |
| 발광 소자 D-4 | 18.3 | 416 |
| 비교 소자 9 | 9.5 | 258 |
| 비교 소자 10 | 9.1 | 210 |
표 8을 참조하면, 발광 소자 D-1 내지 D4 각각의 전력 효율은 적어도 18.1 lm/W 이상인 반면, 비교 소자 9의 전력 효율은 약 9.5 lm/W에 불과하고 비교 소자 10의 전력 효율은 약 9.1 lm/W에 불과함을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 D-1 내지 D-4 각각의 수명은 적어도 약 416 시간 이상인 반면, 비교 소자 9의 수명이 약 258 시간이고 비교 소자 10의 수명이 약 210 시간에 불과한 것과 비교할 때, 발광 소자 D-1 내지 D-4의 수명이 비교 소자 9 및 10에 비해 상대적으로 긴 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자의 수명 특성 평가가 85℃의 가속 조건(가혹 조건)에서 수행된 것을 고려할 때, 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자의 수명 특성이 비교 소자 9 및 10에 비해 우수한 것을 통해서, 본 발명에 따른 화합물을 이용하여 제조된 발광 소자는 내열성이 좋음을 알 수 있다.
발광 소자 E-1 내지 E-4의 제조
인듐-주석 산화물(indium tin oxide, ITO)로 형성된 제1 전극 상에, 호스트 물질로서 NPB를 1Å/sec의 속도로 증착하고 동시에 하기 화학식 12로 나타내는 P형 도펀트(HAT-CN)를 상기 호스트 물질 100 중량부에 대해 약 5 중량부의 비율로 공증착(Co-evaporation)하여 100Å 두께의 제1 층을 형성하였다. 상기 제1 층 상에 실시예 1에 따른 화합물을 300Å의 두께로 증착하여 제2 층을 형성하였다. 상기 제2 층 상에 상기 화학식 13으로 나타내는 mCBP와 상기 화학식 14로 나타나는 Ir(ppy)3를 100:9 중량비로 공증착하여 약 300Å 두께의 발광층을 형성하고, 상기 발광층 상에 다시 mCBP를 약 50Å 두께로 증착하여 차단층을 형성하였다.
그런 다음, 상기 차단층 상에 상기 화학식 15로 나타내는 BPhen과 상기 화학식 16으로 나타내는 Alq3를 50:50 중량비로 공증착하여 약 400Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 전자 수송층 상에 상기 화학식 17로 나타나는 Liq를 이용하여 약 10Å 두께의 전자 주입층을 형성하였다.
상기 전자 주입층 상에, 1,000Å 두께의 알루미늄 박막을 이용한 제2 전극을 형성하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자 E-1을 제조하였다.
상기 제2 층을 본 발명의 실시예 5, 8 및 9에 따른 화합물들 각각을 이용하여 제조하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 E-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 발광 소자 E-2, E-3 및 E-4를 제조하였다.
비교 소자 11 및 12의 제조
상기 제2 층을 상기 화학식 a로 나타내는 비교예 1에 따른 화합물을 이용하여 제조하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 E-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 11을 제조하였다.
상기 제2 층을 상기 화학식 d로 나타내는 비교예 4에 따른 화합물을 이용하여 제조하는 것을 제외하고는, 상기 발광 소자 E-1을 제조하는 공정과 실질적으로 동일한 공정을 통해서 비교 소자 12를 제조하였다.
발광 소자의 전력 효율 및 수명 평가 -5
상기와 같이 준비된 발광 소자 E-1 내지 E-4와, 비교 소자 11 및 12 각각에 대해서, 상기 발광 소자 A-1 내지 A-10에 대한 전력 효율 측정 실험과 실질적으로 동일한 방법으로, 휘도가 500cd/m2일 때의 값을 기준으로 하여 전력 효율을 측정하였다.
또한, 상기에서 발광 소자 A-1 내지 A-10에 대한 수명 평가 실험과 실질적으로 동일한 방법으로, 발광 소자 E-1 내지 E-4 및 비교 소자 11 및 12 각각의 수명을 측정하였다.
상기 발광 소자 E-1 내지 E-4 및 비교 소자 11 및 12 각각의 전력 효율 및 수명의 결과를 표 9에 나타낸다. 표 9에서, 전력 효율을 측정한 결과의 단위는 lm/W이다. 또한, 표 9에서, T75는 발광 소자의 초기 휘도가 1,000cd/m2인 경우, 상기 발광 소자의 휘도가 상기 초기 휘도 대비 75%가 되기까지 걸린 시간을 의미한다.
| 소자 No. | 전력효율[lm/W] | 수명(T75@85℃[hr]) |
| 발광 소자 E-1 | 26.9 | 624 |
| 발광 소자 E-2 | 18.9 | 435 |
| 발광 소자 E-3 | 22.5 | 517 |
| 발광 소자 E-4 | 17.3 | 397 |
| 비교 소자 11 | 9.1 | 220 |
| 비교 소자 12 | 9.5 | 223 |
표 9를 참조하면, 발광 소자 E-1 내지 E-4 각각의 전력 효율은 적어도 17.3 lm/W 이상이고, 약 10 lm/W 이상의 전력 효율을 발휘하는 반면, 비교 소자 11의 전력 효율은 약 9.1 lm/W이고 비교 소자 12의 전력 효율은 약 9.5 lm/W에 불과함을 알 수 있다.
또한, 발광 소자 E-1 내지 E-4 각각의 수명은 적어도 약 397 시간 이상인 반면, 비교 소자 11의 수명이 약 220 시간이고 비교 소자 12의 수명이 약 223시간에 불과한 것과 비교할 때, 발광 소자 E-1 내지 E-4의 수명 특성이 비교 소자 11 및 12에 비해 상대적으로 좋은 것을 알 수 있다.
또한, 발광 소자의 수명 특성 평가가 85℃의 가속 조건(가혹 조건)에서 수행된 것을 고려할 때, 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 발광 소자의 수명 특성이 비교 소자 11 및 12에 비해 우수한 것을 통해서, 본 발명에 따른 화합물을 이용하여 제조된 발광 소자는 내열성이 좋음을 알 수 있다.
상기에서 설명한 바에 따르면, 본 발명에 따른 신규한 화합물을 이용하여 전력 효율, 수명 및 열적 안정성이 향상된 발광 소자를 제조할 수 있다.
100, 102, 104: 발광 소자 10: 베이스 기판
20: 제1 전극 30, 32, 34: 정공 수송성층
33a: 제1 층 33b: 제2 층
40: 발광층 50: 제2 전극
20: 제1 전극 30, 32, 34: 정공 수송성층
33a: 제1 층 33b: 제2 층
40: 발광층 50: 제2 전극
Claims (12)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 하기 화학식 5로 나타내는 화합물;
[화학식 5]
상기 화학식 5에서,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S, N-Ar4 또는 Si(R12)(R13)을 나타내고,
La, Lb, 및 Le는 각각 독립적으로 단일 결합, 페닐렌, 나프틸렌 또는 카르바졸릴렌을 나타내고,
Ar1 및 Ar4는 각각 독립적으로 페닐기 또는 카르바졸릴기를 나타내고,
R12 및 R13은 각각 독립적으로 수소, 메틸기 또는 페닐기를 나타내고,
상기 화학식 5의 Y1, Y2, La, Lb, Le 및 Ar1의 수소들 중 하나 이상은 각각 독립적으로 페닐기로 치환 또는 비치환된다. - 삭제
- 삭제
- 제4항에 있어서, 상기 화학식 5로 나타내는 화합물은 하기 구조 1 내지 28의 구조로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 화합물.
<구조 1>
<구조 2>
<구조 3>
<구조 4>
<구조 5>
<구조 6>
<구조 7>
<구조 8>
<구조 9>
<구조 10>
<구조 11>
<구조 12>
<구조 13>
<구조 14>
<구조 15>
<구조 16>
<구조 17>
<구조 18>
<구조 19>
<구조 20>
<구조 21>
<구조 22>
<구조 23>
<구조 24>
<구조 25>
<구조 26>
<구조 27>
<구조 28>
- 제1 전극;
제2 전극;
제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 발광층; 및
제1 전극과 발광층 사이에 배치되고, 제4항 및 제7항 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 정공 수송성층을 포함하는 발광 소자. - 제 8 항에 있어서, 정공 수송성층은 P형 도펀트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
- 제 8 항에 있어서, 정공 수송성층은,
상기 화합물 및 P형 도펀트를 포함하는 제1층; 및
상기 화합물을 포함하는 제2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자. - 제 8 항에 따른 발광 소자를 포함하는 전자 장치.
- 제 11 항에 따른 전자 장치는 디스플레이 장치 또는 조명 장치인 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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