KR101711917B1 - 화합물, 이를 포함하는 유기광전자소자 및 표시장치 - Google Patents

화합물, 이를 포함하는 유기광전자소자 및 표시장치 Download PDF

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Abstract

화합물, 이를 포함하는 유기광전자소자 및 상기 유기광전자소자를 포함하는 표시장치에 관한 것으로, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112013112579777-pat00040

상기 화학식 1의 치환기 정의는 명세서 내에 기재된 바와 같다.

Description

화합물, 이를 포함하는 유기광전자소자 및 표시장치{COMPOUND, ORGANIC OPTOELECTRONIC DEVICE, AND DISPLAY DEVICE}
화합물, 유기광전자소자 및 표시장치에 관한 것이다.
유기광전자소자(organic optoelectronic diode)는 전기 에너지와 광 에너지를 상호 전환할 수 있는 소자이다.
유기광전자소자는 동작 원리에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 하나는 광 에너지에 의해 형성된 엑시톤(exciton)이 전자와 정공으로 분리되고 상기 전자와 정공이 각각 다른 전극으로 전달되면서 전기 에너지를 발생하는 광전 소자이고, 다른 하나는 전극에 전압 또는 전류를 공급하여 전기 에너지로부터 광 에너지를 발생하는 발광 소자이다.
유기광전자소자의 예로는 유기 광전 소자, 유기 발광 소자, 유기 태양 전지 및 유기 감광체 드럼(organic photo conductor drum) 등을 들 수 있다.
이 중, 유기 발광 소자(organic light emitting diode, OLED)는 근래 평판 표시 장치(flat panel display device)의 수요 증가에 따라 크게 주목받고 있다. 상기 유기 발광 소자는 유기 발광 재료에 전류를 가하여 전기 에너지를 빛으로 전환시키는 소자로서, 통상 양극(anode)과 음극(cathode) 사이에 유기 층이 삽입된 구조로 이루어져 있다. 여기서 유기 층은 발광층과 선택적으로 보조층을 포함할 수 있으며, 상기 보조층은 예컨대 유기발광소자의 효율과 안정성을 높이기 위한 정공 주입 층, 정공 수송 층, 전자 차단 층, 전자 수송 층, 전자 주입 층 및 정공 차단 층에서 선택된 적어도 1층을 포함할 수 있다.
유기 발광 소자의 성능은 상기 유기 층의 특성에 의해 영향을 많이 받으며, 그 중에서도 상기 유기 층에 포함된 유기 재료에 의해 영향을 많이 받는다.
특히 상기 유기 발광 소자가 대형 평판 표시 장치에 적용되기 위해서는 정공 및 전자의 이동성을 높이는 동시에 전기화학적 안정성을 높일 수 있는 유기 재료의 개발이 필요하다.
고효율, 장수명, 열적 안정성 등의 특성을 가지는 유기광전자소자를 제공할 수 있는 화합물을 제공하는 것이다.
상기 화합물을 포함하는 유기광전자소자 및 표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예에서는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112013112579777-pat00001
상기 화학식 1에서,
X1은 N 또는 CR1이고, X2는 N 또는 CR2이고, X3는 N 또는 CR3이고, X4는 N 또는 CR4이고, X5는 N 또는 CR5이고,
X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이고,
R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기, 또는 이들의 조합이고,
R1 내지 R5 중 적어도 하나는 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기이고,
X6 및 X7은 각각 독립적으로 CRaRb 또는 SiRcRd이고,
Ra 내지 Rd은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 술파모일아미노기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 실릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 아실기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아실옥시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아실아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 술포닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로사이클로티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 우레이드기, 할로겐기, 시아노기, 히드록실기, 아미노기, 니트로기, 카르복실기 또는 이들의 조합이고,
X8 내지 X10은 각각 독립적으로 N 또는 CH이고,
X8 내지 X10 중 적어도 하나는 N이고,
M은 Ir, Os, Pt, Pb, Re, Ru, 또는 Pd이고,
m 및 n은 각각 독립적으로, 1 또는 2의 정수이고,
m + n 은 3의 정수이고,
여기서 치환은 적어도 하나의 수소가 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 아미노기, C1 내지 C30 아민기, 니트로기, C3 내지 C40 실릴기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C20 알콕시기또는 시아노기로 치환된 것을 의미한다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 유기광전자소자용인 화합물을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 서로 마주하는 양극과 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 한 층의 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 전술한 본 발명의 일 구현예에 따른 화합물을 포함하는 유기광전자소자를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 전술한 본 발명의 일 구현예인 유기광전자소자를 포함하는 표시장치를 제공한다.
상기 화합물을 포함하는 유기광전자소자는 우수한 전기화학적 및 열적 안정성을 가지고 수명 특성이 우수하며, 낮은 구동전압에서도 높은 발광효율을 가질 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자에 대한 다양한 구현예들을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 "치환"이란 별도의 정의가 없는 한, 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 아민기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C3 내지 C30 시클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C20 알콕시기, 플루오로기, 트리플루오로메틸기 등의 C1 내지 C10 트리플루오로알킬기 또는 시아노기로 치환된 것을 의미한다.
또한 상기 치환된 할로겐기, 히드록시기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아민기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C3 내지 C30 시클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C20 알콕시기, 플루오로기, 트리플루오로메틸기 등의 C1 내지 C10 트리플루오로알킬기 또는 시아노기 중 인접한 두 개의 치환기가 융합되어 고리를 형성할 수도 있다.
본 명세서에서 "헤테로"란 별도의 정의가 없는 한, 하나의 작용기 내에 N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 것을 의미한다.
본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"이란 별도의 정의가 없는 한, 지방족 탄화수소기를 의미한다. 알킬기는 어떠한 이중결합이나 삼중결합을 포함하고 있지 않은 "포화 알킬(saturated alkyl)기"일 수 있다.
알킬기는 C1 내지 C20인 알킬기일 수 있다. 보다 구체적으로 알킬기는 C1 내지 C10 알킬기 또는 C1 내지 C6 알킬기일 수도 있다. 예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬쇄에 1 내지 4 개의 탄소원자가 포함되는 것을 의미하며, 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어진 군에서 선택됨을 나타낸다.
상기 알킬기는 구체적인 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등을 의미한다.
"아릴(aryl)기"는 환형인 치환기의 모든 원소가 p-오비탈을 가지고 있으며, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 치환기를 의미하고, 모노시클릭 또는 융합 고리 폴리시클릭(즉, 탄소원자들의 인접한 쌍들을 나눠 가지는 고리) 작용기를 포함한다.
보다 구체적으로, 치환 또는 비치환된 아릴기는 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 페난트릴기, 치환 또는 비치환된 나프타세닐기, 치환 또는 비치환된 피레닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 p-터페닐기, 치환 또는 비치환된 m-터페닐기, 치환 또는 비치환된 크리세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기, 치환 또는 비치환된 페릴레닐기, 치환 또는 비치환된 인데닐기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
"헤테로아릴(heteroaryl)기"는 아릴기 내에 N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 것을 의미한다. 상기 헤테로아릴기가 융합고리인 경우, 각각의 고리마다 상기 헤테로 원자를 1 내지 3개 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기는, 치환 또는 비치환된 퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 티오페닐기, 치환 또는 비치환된 피롤릴기, 치환 또는 비치환된 피라졸릴기, 치환 또는 비치환된 이미다졸일기, 치환 또는 비치환된 트리아졸일기, 치환 또는 비치환된 옥사졸일기, 치환 또는 비치환된 티아졸일기, 치환 또는 비치환된 옥사디아졸일기, 치환 또는 비치환된 티아디아졸일기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸일기, 치환 또는 비치환된 인돌일기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 나프티리디닐기, 치환 또는 비치환된 벤즈옥사진일기, 치환 또는 비치환된 벤즈티아진일기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페나진일기, 치환 또는 비치환된 페노티아진일기, 치환 또는 비치환된 페녹사진일기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명에서 할로겐기란 플루오로기, 클로로기, 브로모기 또는 요오드기를 의미하며, 일예에서 플루오로기일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112013112579777-pat00002
상기 화학식 1에서,
X1은 N 또는 CR1이고, X2는 N 또는 CR2이고, X3는 N 또는 CR3이고, X4는 N 또는 CR4이고, X5는 N 또는 CR5이고,
X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이고,
R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기, 또는 이들의 조합이고,
R1 내지 R5 중 적어도 하나는 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기이고,
X6 및 X7은 각각 독립적으로 CRaRb 또는 SiRcRd이고,
Ra 내지 Rd은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 술파모일아미노기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 실릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 아실기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아실옥시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아실아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 술포닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 헤테로사이클로티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 우레이드기, 할로겐기, 시아노기, 히드록실기, 아미노기, 니트로기, 카르복실기 또는 이들의 조합이고,
X8 내지 X10은 각각 독립적으로 N 또는 CH이고,
X8 내지 X10 중 적어도 하나는 N이고,
M은 Ir, Os, Pt, Pb, Re, Ru, 또는 Pd이고,
m 및 n은 각각 독립적으로, 1 또는 2의 정수이고,
m + n 은 3의 정수이고,
여기서 치환은 적어도 하나의 수소가 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 아미노기, C1 내지 C30 아민기, 니트로기, C3 내지 C40 실릴기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C20 알콕시기 또는 시아노기로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물에서 결합수 m으로 표시되는 리간드를 이하 "주 리간드", 결합수 n으로 표시되는 리간드를 이하 "보조 리간드"라고 명명한다.
상기 주 리간드는 상기 R1 내지 R5 중 어느 하나의 위치에 수소 이외의 치환기를 포함함으로써 내열 안정성 및 수명 특성이 우수하고 낮은 구동전압에서도 높은 발광효율을 갖는 화합물을 구현할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 구현예에 따른 화합물은 R1 내지 R5 중 적어도 하나가 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기에서 선택되는 치환기를 도입하여 유기발광다이오드(organic light emitting diode, OLED)에서 가장 문제가 되는 삼중항-삼중항 소멸 현상을 감소시킬 수 있음은 물론이고, 호스트와의 친화력을 높여 어그리게이션에 의한 삼중항-삼중항 소멸 현상을 억제시킴으로써 발광 효율과 휘도 특성이 개선될 수 있다.
또한, 주 리간드의 X1 내지 X3 중 적어도 하나, 그리고 보조 리간드의 X8 내지 X10 중 적어도 하나에 N을 포함함으로써, 피리딘-페닐 리간드보다 더 낮은 HOMO, 즉 와이드 밴드 갭(wide band gap)을 제공함으로써 보다 단파장인 블루 도판트에 적합한 리간드를 제공할 수 있다. 또한 통상적인 피리딘-페닐 리간드보다 더 높은 T1 값을 제공함으로써 높은 T1 값을 요구하는 인광 블루 도판트에 적절하다.
본 발명의 일 구현예에서, 주 리간드의 X1 내지 X3에 존재하는 N의 위치에 따라 상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 4 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2] [화학식 3]
Figure 112013112579777-pat00003
Figure 112013112579777-pat00004
[화학식 4]
Figure 112013112579777-pat00005
상기 화학식 2 내지 4에서,
R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기, 또는 이들의 조합이고,
R1 내지 R5 중 적어도 하나는 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기, 또는 이들의 조합이고,
X6 및 X7은 각각 독립적으로 CRaRb, 또는 SiRcRd 이고,
Ra 내지 Rd은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 실릴기, 할로겐기, 시아노기, 히드록실기, 아미노기, 니트로기, 카르복실기 또는 이들의 조합이고,
M은 Ir, Os, Pt, Pb, Re, Ru, 또는 Pd이고,
m 및 n은 각각 독립적으로, 1 또는 2의 정수이고,
m + n 은 3의 정수이고,
여기서 치환은 적어도 하나의 수소가 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 아미노기, C1 내지 C30 아민기, 니트로기, C3 내지 C40 실릴기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C3 내지 C30 시클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C20 알콕시기 또는 시아노기로 치환된 것을 의미한다.
본 발명의 일예에서, 치환기의 위치를 특정하는 경우, 상기 화학식 1은 하기 화학식 5 내지 7 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 5] [화학식 6]
Figure 112013112579777-pat00006
Figure 112013112579777-pat00007
[화학식 7]
Figure 112013112579777-pat00008
상기 화학식 5 내지 7에서,
R1 내지 R3, R5, M, m 및 n의 정의는 상기한 화학식 2 내지 화학식 4에서 정의한 바와 같다.
본 발명의 화합물은 피리딘 고리 또는 이미다졸 고리에 치환기를 가짐으로써, 치환기가 없는 다른 착물 보다, 구체적으로는 소자의 효율 개선용 발광 물질의 광발광양자수율(PQY)이 현저하게 개선될 수 있다.
R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기, 또는 이들의 조합이고,
상기 R1 내지 R5 중 적어도 하나는, 시아노기, 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, t-부틸기, 트리메틸실릴기, 플루오르기, 트리플루오로메틸기 또는 페닐기일 수 있다.
이 경우 상기 화합물은 OLED 에서 가장 문제가 되는 삼중항-삼중항 소멸현상을 감소시킬 수 있음은 물론이고, 호스트와의 친화력을 높여 어그리게이션에 의한 삼중항-삼중항 소멸 현상을 억제시킴으로써 통상적인 피리딘-페닐 이리듐 화합물을 사용한 경우와 비교하여 발광 효율과 휘도 특성 및 수명이 개선될 수 있다.
상기 화학식 1에서, n 및 m은 각각 독립적으로 1 또는 2의 정수이고, n + m은 3일 수 있다. 이는 화학식 1에서 보조 리간드가 적어도 하나 포함되는 것을 의미한다. 적어도 하나의 보조 리간드를 포함함으로써, 화합물의 색상을 조정(color tuning)할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 화합물의 구체적인 예는 하기에 나열된 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112013112579777-pat00009
Figure 112013112579777-pat00010
Figure 112013112579777-pat00011
Figure 112013112579777-pat00012
Figure 112013112579777-pat00013
Figure 112013112579777-pat00014
상기한 화합물은 유기광전자소자용일 수 있다.
이하, 상술한 화합물을 적용한 유기광전자소자를 설명한다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 서로 마주하는 양극과 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 적어도 한 층의 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 상기 화합물을 포함하는 유기광전자소자를 제공한다.
상기 유기층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 화합물은 상기 발광층의 도판트로서 포함될 수 있다.
상기 화합물은 유기층에 사용되어 유기광전자소자의 수명 특성, 효율 특성, 전기화학적 안정성 및 열적 안정성을 향상시키며, 구동전압을 낮출 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 유기광전자소자는 유기발광소자일 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 화합물을 포함하는 유기발광소자의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기발광소자(100 및 200)는 양극(120), 음극(110) 및 이 양극과 음극 사이에 위치하는 적어도 1층의 유기박막층(105)을 포함하는 구조를 갖는다.
상기 양극(120)은 양극 물질을 포함하며, 이 양극 물질로는 통상 유기박막층으로 정공주입이 원활할 수 있도록 일 함수가 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 SnO2와 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 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 상기 양극으로 ITO(indium tin oxide)를 포함하는 투명전극을 사용할 수 있다.
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 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 상기 음극으로 알루미늄 등과 같은 금속전극을 사용할 수 있다.
먼저 도 1을 참조하면, 도 1은 유기층(105)으로서 발광층(130)만이 존재하는 유기발광소자(100)를 나타낸 것으로, 상기 유기층(105)은 발광층(130)만으로 존재할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 2는 유기층(105)으로서 전자수송층을 포함하는 발광층(230)과 정공수송층(140)이 존재하는 2층형 유기발광소자(200)를 나타낸 것으로, 도 2에 나타난 바와 같이, 유기층(105)은 발광층(230) 및 정공 수송층(140)을 포함하는 2층형일 수 있다. 이 경우 발광층(230)은 전자 수송층의 기능을 하며, 정공 수송층(140)은 ITO와 같은 투명전극과의 접합성 및 정공수송성을 향상시키는 기능을 한다. 도 1 및 도 2에서 유기층(105)는, 도시하지는 않았지만 전자주입층, 보조전자수송층, 전자수송층, 전공수송층, 보조전공수송층, 전공주입층등을 추가로 더 포함할 수 있다.
상기 도 1 및 도 2에서 상기 유기층(105)을 이루는 발광층(130, 230), 정공 수송층(140), 또한 도시하지는 않았지만 추가될 수 있는 전자주입층, 보조전자수송층, 전자수송층, 전공수송층, 보조전공수송층, 정공 주입층 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나는 상기 유기광전자소자용 화합물을 포함한다.
특히 상기 유기광전자소자용 화합물은 상기 발광층(130, 230)에 사용될 수 있고, 이때 발광층 내에서 블루(blue)의 인광 도펀트 재료로 사용될 수 있다.
상기에서 설명한 유기발광소자는, 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 구현예에서는, 상기 유기광전자소자를 포함하는 표시장치를 제공한다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
(화합물의 제조)
합성 실시예 1: Dopant 1 의 제조
[반응식 1]
Figure 112013112579777-pat00015
중간체 화합물-1의 제조
둥근 바닥 플라스크에 2-브로모-5-메틸-1H-이미다졸 20 g (0.124 mmol) 과 소듐 하이드라이드 3.5 g (0.149 mmol) 을 THF(Tetrahydrofuran) 500 ml 에 녹인 후, 질소 기류하에서 1시간 교반 환류 시켰다. 2-(2-브로모에틸)피리딘 36.9g (0.198 mmol) 을 적가한 후, 3시간 교반 환류시켰다. 반응 종료 후, 메탄올로 남아있는 소듐 하이드라이드를 ??칭시켰다. 유기 층과 물층을 분리한 다음 용매를 모두 제거하였다. 칼럼크로마토그래피를 (EA:Hexanes=1:1(v/v)) 이용하여 중간체 화합물-1을 21 g (수율 : 63.6%) 얻었다.
중간체 화합물-2의 제조
질소 퍼징을 한 아세토나이트릴에 상기 중간체 화합물-1을 21 g (0.078 mmol) 녹인 후, 원통형의 쿼츠 튜브에 넣고 254 nm의 에너지를 5시간 동안 조사하였다. TLC 를 통해 출발 물질이 사라짐이 확인되면 용매를 제거하였다. 30% 의 소듐 카보네이트 용액과 메틸렌 클로라이드를 이용하여 층분리를 하였다. 유기 층과 물층을 분리한 다음 용매를 모두 제거하였다. 칼럼크로마토그래피를 (EA:Hexanes=1:1) 이용하여 중간체 화합물-2를 10 g (수율 : 68%) 얻었다.
중간체 화합물-3의 제조
둥근 바닥 플라스크에 2-브로모-1H-이미다졸 20 g (0.136 mmol) 과 소듐 하이드라이드 3.9 g (0.163 mmol) 을 THF 500 ml 에 녹인 후, 질소 기류하에서 1시간 교반 환류 시켰다. 2-(2-브로모에틸)피리딘 40.5g (0.217 mmol) 을 적가 한 후, 3시간 교반 환류 시켰다. 반응 종료 후, 메탄올로 남아있는 소듐 하이드라이드를 ??칭시켰다. 유기 층과 물층을 분리한 다음 용매를 모두 제거하였다. 칼럼크로마토그래피를 이용하여 중간체 화합물-3을 26 g (수율 : 76.4%) 얻었다.
중간체 화합물-4의 제조
질소 퍼징을 한 아세토나이트릴에 상기 중간체 화합물-3을 26 g (0.1 mmol) 녹인 후, 원통형의 쿼츠 튜브에 넣고 254 nm 의 에너지를 5시간 동안 조사하였다. TLC 를 통해 출발 물질이 사라짐이 확인되면 용매를 제거하였다. 30% 의 소듐 카보네이트 용액과 메틸렌 클로라이드를 이용하여 층분리하였다. 유기 층과 물층을 분리한 다음 용매를 모두 제거하였다. 칼럼크로마토그래피를 이용하여 중간체 화합물-4를 11 g (수율 : 62.5%) 얻었다.
중간체 화합물-5의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-2 7.7 g (0.042 mmol)과 이리듐클로라이드 5 g (0.017 mmol), 2-에톡시에탄올 90 mL, 증류수 30 mL를 넣고 24시간 동안 가열 환류하였다. 반응이 완결되면 상온으로 냉각하고 반응중 생긴 고형물을 거르고, 물과 메탄올로 씻어주었다. 진공오븐에서 고형물을 건조하여 중간체 화합물-5를 16 g (수율 : 80%) 얻었다.
중간체 화합물-6의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-5 16 g (0.013 mmol)을 MC(메틸렌클로라이드)에 녹였다. 실버트리플루오로 메탄설포네이트 7.6 g (0.029 mmol)을 아이소프로필알코올에 녹여서 적가하였다. 상온에서 하루 교반 후, 중간체 화합물-6을 얻어 정제 없이 다음 반응을 진행하였다.
화합물 Dopant 1의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-6 10 g (0.012 mmol)과 상기 중간체 화합물-4 6.2 g (0.036 mmol)을 에탄올에 넣고 질소 조건에서 하루 동안 환류 시켰다. 생성된 고형물을 필터한 후 에탄올과 헥산으로 3회 씻어주었다. 고형물을 다이클로로메탄에 녹인 후 아이소프로필 알코올로 다시 결정화 시켜서 화합물 Dopant 1을 5 g (수율 : 57%) 얻었다.
calcd. C60H51IrN6: C, 52.59; H, 3.86; Ir, 26.30; N, 17.25; found: C, 52.52; H, 3.90; N, 17.21;
합성 실시예 2: Dopant 2 의 제조
[반응식 2]
Figure 112013112579777-pat00016
중간체 화합물-7의 제조
둥근 바닥 플라스크에 중간체 화합물-4 7.2 g (0.042 mmol)과 이리듐클로라이드 5 g (0.017 mmol), 2-에톡시에탄올 90 mL, 증류수 30 mL를 넣고 24시간 동안 가열 환류하였다. 반응이 완결되면 상온으로 냉각하고 반응중 생긴 고형물을 거르고, 물과 메탄올로 씻어주었다. 진공오븐에서 고형물을 건조하여 중간체 화합물-7을 13 g (수율 : 68%) 얻었다.
중간체 화합물-8의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-7 13 g (0.011 mmol)을 MC 에 녹였다. 실버트리플루오로 메탄설포네이트 6.5 g (0.025 mmol) 을 아이소프로필알코올에 녹여서 적가하였다. 상온에서 하루 교반 후, 중간체 화합물-8을 얻어 정제 없이 다음 반응을 진행하였다.
화합물 Dopant 2 의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-8 8 g (0.010 mmol)과 상기 중간체 화합물-2 5.5 g (0.030 mmol)을 에탄올에 넣고 질소 조건에서 하루 환류 시켰다. 생성된 고형물을 필터한 후 에탄올과 헥산으로 3회 씻어주었다. 고형물을 다이클로로메탄에 녹인 후 아이소프로필 알코올로 다시 결정화 시켜서 화합물 Dopant 2를 4 g (수율 : 56%) 얻었다.
calcd. C60H51IrN6: C, 51.94; H, 3.66; Ir, 26.82; N, 17.59; found: C, 51.92; H, 3.70; N, 17.56;
합성 실시예 3: Dopant 3 의 제조
[반응식 3]
Figure 112013112579777-pat00017
중간체 화합물-9의 제조
둥근 바닥 플라스크에 2-브로모-5-트리플루오로메틸-1H-이미다졸 15 g (0.070 mmol) 과 소듐 하이드라이드 2 g (0.083 mmol) 을 THF 400 ml 에 녹인 후, 질소 기류하에서 1시간 교반 환류 시켰다. 2-(2-브로모에틸)피리딘 20.8g (0.111 mmol) 을 적가 한 후, 3시간 교반 환류 시켰다. 반응 종료 후, 메탄올로 남아있는 소듐 하이드라이드를 ??칭시켰다. 유기 층과 물층을 분리한 다음 용매를 모두 제거하였다. 칼럼크로마토그래피를 이용하여 중간체 화합물-9를 15 g (수율 : 68%) 얻었다.
중간체 화합물-10의 제조
질소 퍼징을 한 아세토나이트릴에 상기 중간체 화합물-9를 15 g (0.045 mmol) 녹인 후, 원통형의 쿼츠 튜브에 넣고 254 nm의 에너지를 5시간 동안 조사하였다. TLC 를 통해 출발 물질이 사라짐이 확인되면 용매를 제거하였다. 30% 의 소듐 카보네이트 용액과 메틸렌 클로라이드를 이용하여 층분리 하였다. 유기 층과 물층을 분리한 다음 용매를 모두 제거하였다. 칼럼크로마토그래피를 이용하여 중간체 화합물-10을 6 g (수율 : 53%) 얻었다.
중간체 화합물-11의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-10 6 g (0.025 mmol)과 이리듐클로라이드 3 g (0.010 mmol), 2-에톡시에탄올 60 mL, 증류수 20 mL를 넣고 24시간 동안 가열 환류하였다. 반응이 완결되면 상온으로 냉각하고 반응중 생긴 고형물을 거르고, 물과 메탄올로 씻어주었다. 진공오븐에서 고형물을 건조하여 중간체 화합물-11을 10 g (수율 : 70%) 얻었다.
중간체 화합물-12의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-11 10 g (0.007 mmol)을 MC 에 녹였다. 실버트리플루오로 메탄 설포네이트 4.6 g (0.018 mmol) 을 아이소프로필알코올에 녹여서 적가하였다. 상온에서 하루 교반 후, 중간체 화합물-12를 얻어 정제 없이 다음 반응을 진행하였다.
화합물 Dopant 3 의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-12 5 g (0.005 mmol)과 상기 중간체 화합물-4 2.8 g (0.016 mmol)을 에탄올에 넣고 질소 조건에서 하루 환류 시켰다. 생성된 고형물을 필터한 후 에탄올과 헥산으로 3회 씻어주었다. 고형물을 다이클로로메탄에 녹인 후 아이소프로필 알코올로 다시 결정화 시켜서 화합물 Dopant 3을 3 g (수율 : 66%) 얻었다.
calcd. C60H51IrN6: C, 45.82; H, 2.64; F, 13.59; Ir, 22.92; N, 15.03; found: C, 45.92; H, 2.70; N, 14.56;
합성 실시예 4: Dopant 4 의 제조
[반응식 4]
Figure 112013112579777-pat00018
화합물 Dopant 4 의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-8 5 g (0.006 mmol)과 상기 중간체 화합물-10 4.5 g (0.018 mmol)을 에탄올에 넣고 질소 조건에서 하루 환류 시켰다. 생성된 고형물을 필터한 후 에탄올과 헥산으로 3회 씻어주었다. 고형물을 다이클로로메탄에 녹인 후 아이소프로필 알코올로 다시 결정화 시켜서 화합물 Dopant 4를 3.2 g (수율 : 67%) 얻었다.
calcd. C60H51IrN6: C, 48.31; H, 3.01; F, 7.39; Ir, 24.94; N, 16.35; found: C, 48.22; H, 3.09; N, 16.26;
합성 실시예 5: Dopant 5 의 제조
[반응식 5]
Figure 112013112579777-pat00019
중간체 화합물-13의 제조
둥근 바닥 플라스크에 2-브로모-5-메틸-1H-이미다졸 20 g (0.124 mmol) 과 소듐 하이드라이드 3.5 g (0.149 mmol) 을 THF 500 ml 에 녹인 후, 질소 기류하에서 1시간 교반 환류 시켰다. 3-(2-브로모에틸)피리딘 36.9g (0.198 mmol) 을 적가 한 후, 3시간 교반 환류 시켰다. 반응 종료 후, 메탄올로 남아있는 소듐 하이드라이드를 ??칭시켰다. 유기 층과 물층을 분리한 다음 용매를 모두 제거하였다. 칼럼크로마토그래피를 이용하여 중간체 화합물-13을 19 g (수율 : 57.5%) 얻었다.
중간체 화합물-14의 제조
질소 퍼징을 한 아세토 나이트릴에 상기 중간체 화합물-13을 19 g (0.091 mmol) 녹인 후, 원통형의 쿼츠 튜브에 넣고 254 nm의 에너지를 5시간 동안 조사하였다. TLC를 통해 출발 물질이 사라짐이 확인되면 용매를 제거하였다. 30%의 소듐 카보네이트 용액과 메틸렌 클로라이드를 이용하여 층분리 하였다. 유기 층과 물층을 분리한 다음 용매를 모두 제거하였다. 칼럼크로마토그래피를 이용하여 중간체 화합물-14를 8 g (수율 : 60%) 얻었다.
중간체 화합물-15의 제조
둥근 바닥 플라스크에 2-브로모-1H-이미다졸 20 g (0.136 mmol)과 소듐 하이드라이드 3.9 g (0.163 mmol) 을 THF 500 ml 에 녹인 후, 질소 기류하에서 1시간 교반 환류 시킨다. 3-(2-브로모에틸)피리딘 40.5g (0.217 mmol)을 적가 한 후, 3시간 교반 환류 시켰다. 반응 종료 후, 메탄올로 남아있는 소듐 하이드라이드를 ??칭시켰다. 유기 층과 물층을 분리한 다음 용매를 모두 제거하였다. 칼럼크로마토그래피를 이용하여 중간체 화합물-15를 23 g (수율 : 67%) 얻었다.
중간체 화합물-16의 제조
질소 퍼징을 한 아세토나이트릴에 상기 중간체 화합물-15를 23 g (0.091 mmol) 녹인 후, 원통형의 쿼츠 튜브에 넣고 254 nm의 에너지를 5시간 동안 조사하였다. TLC 를 통해 출발 물질이 사라짐이 확인되면 용매를 제거하였다. 30%의 소듐 카보네이트 용액과 메틸렌 클로라이드를 이용하여 층분리 하였다. 유기 층과 물층을 분리한 다음 용매를 모두 제거하였다. 칼럼크로마토그래피를 이용하여 중간체 화합물-16을 11 g (수율 : 70%) 얻었다.
중간체 화합물-17의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-14 7.7 g (0.042 mmol)과 이리듐클로라이드 5 g (0.017 mmol), 2-에톡시에탄올 90 mL, 증류수 30 mL를 넣고 24시간 동안 가열 환류하였다. 반응이 완결되면 상온으로 냉각하고 반응중 생긴 고형물을 거르고, 물과 메탄올로 씻어주었다. 진공오븐에서 고형물을 건조하여 중간체 화합물-17을 12 g (수율 : 60%) 얻었다.
중간체 화합물-18의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-17 12 g (0.010 mmol)을 MC 에 녹였다. 실버트리플루오로 메탄설포네이트 5.7 g (0.022 mmol) 을 아이소프로필알코올에 녹여서 적가하였다. 상온에서 하루 교반 후, 중간체 화합물-18을 얻어 정제 없이 다음 반응을 진행하였다.
화합물 Dopant 5 의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-18 6 g (0.007 mmol)과 상기 중간체 화합물-16 3.7 g (0.022 mmol)을 에탄올에 넣고 질소 조건에서 하루 환류 시켰다. 생성된 고형물을 필터한 후 에탄올과 헥산으로 3회 씻어주었다. 고형물을 다이클로로메탄에 녹인 후 아이소프로필 알코올로 다시 결정화 시켜서 화합물 Dopant 5를 3.5 g (수율 : 66%) 얻었다.
calcd. C60H51IrN6: C, 52.59; H, 3.86; Ir, 26.30; N, 17.25; found: C, 52.57; H, 3.89; N, 17.29;
합성 실시예 6: Dopant 6 의 제조
[반응식 6]
Figure 112013112579777-pat00020
중간체 화합물-19의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-16 7.2 g (0.042 mmol)과 이리듐클로라이드 5 g (0.017 mmol), 2-에톡시에탄올 90 mL, 증류수 30 mL를 넣고 24시간 동안 가열 환류하였다. 반응이 완결되면 상온으로 냉각하고 반응중 생긴 고형물을 거르고, 물과 메탄올로 씻어주었다. 진공오븐에서 고형물을 건조하여 중간체 화합물-19를 12 g (수율 : 62%) 얻었다.
중간체 화합물-20의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-19 12 g (0.010 mmol)을 MC에 녹였다. 실버트리플루오로 메탄 설포네이트 6 g (0.023 mmol) 을 아이소프로필알코올에 녹여서 적가하였다. 상온에서 하루 교반 후, 중간체 화합물-20을 얻어 정제 없이 다음 반응을 진행하였다.
화합물 Dopant 6 의 제조
둥근 바닥 플라스크에 상기 중간체 화합물-20 6 g (0.007 mmol)과 상기 중간체 화합물-14 4.2 g (0.022 mmol)을 에탄올에 넣고 질소 조건에서 하루 환류 시켰다. 생성된 고형물을 필터한 후 에탄올과 헥산으로 3회 씻어주었다. 고형물을 다이클로로메탄에 녹인 후 아이소프로필 알코올로 다시 결정화 시켜서 화합물 Dopant 6을 3 g (수율 : 56%) 얻었다.
calcd. C60H51IrN6: C, 51.94; H, 3.66; Ir, 26.82; N, 17.59; found: C, 51.98; H, 3.60; N, 17.58;
(유기발광소자의 제조)
비교예 1
ITO(Indium tin oxide)가 1500Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 이송시킨 다음 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 층착기로 기판을 이송하였다. 이렇게 준비된 ITO 투명 전극을 양극으로 사용하여 ITO 기판 상부에 하기 화학식 Z-1으로 표시되는 HTM(a-NPD(4,4′-bis[N-(1-napthyl)-N-phenyl-amino] biphenyl) 을 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
[화학식 Z-1] [화학식 Z-2]
Figure 112013112579777-pat00021
Figure 112013112579777-pat00022
상기 정공 수송층 상부에 화학식 Z-2로 표시되는 CDBP를 호스트로 사용하고 파란색(blue)의 인광 도판트로 하기 화학식 Z-3로 표시되는 Fir6(iridium(III)bis(4,6-difluorophenylpyridinato)tetrakis(1-pyrazolyl)borate)를 10 중량%로 도핑하여 진공 증착하여 300 Å 두께의 발광층을 형성하였다.
[화학식 Z-3]
Figure 112013112579777-pat00023
그 후 상기 발광층 상부에 하기 화학식 Z-4으로 표시되는 BAlq (bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum)) 50 Å 및 하기 화학식 Z-5로 표시되는 Alq3 (tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium) 250 Å를 순차적으로 적층하여 전자수송층을 형성하였다. 상기 전자수송층 상부에 LiF 5 Å과 Al 1000 Å을 순차적으로 진공 증착하여 음극을 형성함으로써 유기발광소자를 제조하였다.
[화학식 Z-4] [화학식 Z-5]
Figure 112013112579777-pat00024
Figure 112013112579777-pat00025

비교예 2
파란색(blue)의 인광 도판트로 상기 화학식 Z-3으로 표시되는 Fir6 대신에, 하기 화학식 T-1을 사용하여 10 중량% 도핑한 점을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
[T-1]
Figure 112013112579777-pat00026

소자 실시예 1
파란색(blue)의 인광 도판트로 상기 화학식 Z-3으로 표시되는 Fir6 대신에, 상기 합성 실시예 1에서 제조한 화합물 dopant 1을 사용하여 10 중량% 도핑한 점을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
소자 실시예 2
합성 실시예 1에 따른 dopant 1 대신에 합성 실시예 2에 따른 dopant 2를 이용한 점을 제외하고는 상기 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
소자 실시예 3
합성 실시예 1에 따른 dopant 1 대신에 합성 실시예 3에 따른 dopant 3를 이용한 점을 제외하고는 상기 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
소자 실시예 4
합성 실시예 1에 따른 dopant 1 대신에 합성 실시예 4에 따른 dopant 4를 이용한 점을 제외하고는 상기 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
소자 실시예 5
합성 실시예 1에 따른 dopant 1 대신에 합성 실시예 5에 따른 dopant 5를 이용한 점을 제외하고는 상기 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
소자 실시예 6
합성 실시예 1에 따른 dopant 1 대신에 합성 실시예 6에 따른 dopant 6를 이용한 점을 제외하고는 상기 소자 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
(유기발광소자의 성능 측정)
상기 소자 실시예 1 내지 6과 비교예 1 및 2에서 제조된 각각의 유기발광소자에 대하여 전압에 따른 전류밀도 변화, 휘도변화를 측정하여 이를 통해 발광효율을 평가하였고, 또한 수명 특성을 평가하였다. 구체적인 측정 방법은 다음과 같고, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 전압변화에 따른 전류밀도의 변화 측정
제조된 유기발광소자에 대해, 전압을 0 V 부터 10 V까지 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 V까지 상승시키면서 휘도계(Minolta Cs-1000A)를 이용하여 그 때의 휘도를 측정하여 결과를 얻었다.
(3) 발광효율 측정
상기(1) 및 (2)로부터 측정된 휘도와 전류밀도 및 전압을 이용하여 동일 밝기(9000 cd/m2)의 전류 효율(cd/A)을 계산하였다.
(4) 수명 평가
수명은 3% 발광효율이 감소할 때까지의 시간을 측정한 것으로 비교 예를 100%로 하여 본 발명에서 제공된 재료들의 수명을 상대적으로 나타내었다.
구분 화학식 발광효율(cd/A) 소자 수명(h)
T50(%) at 10 mA/cm2
비교예 1 Z-3 5.1 10
비교예 2 T-1 6.1 55
소자 실시예 1 D-1 9.8 125
소자 실시예 2 D-2 10.7 110
소자 실시예 3 D-3 11.7 85
소자 실시예 4 D-4 10.5 87
소자 실시예 5 D-5 8.1 105
소자 실시예 6 D-6 8.7 99
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제공된 재료를 사용하여 제작한 소자의 경우 발광 효율 및 수명이 훨씬 더 우수하다는 것을 알 수 있다. 이는 본 발명에서 제조된 화합물이 양호한 유기발광소자용 재료로 사용될 수 있는 가능성을 보여준다.
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.
100, 200: 유기 발광 소자
105: 유기층
110: 음극
120: 양극
130, 230: 발광층
140: 정공 보조층

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112016115203216-pat00027

    상기 화학식 1에서,
    X1은 N 또는 CR1이고,
    X2는 N 또는 CR2이고,
    X3는 N 또는 CR3이고,
    X4는 N 또는 CR4이고,
    X5는 N 또는 CR5이고,
    X1 내지 X3 중 어느 하나는 N이고,
    R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기, 또는 이들의 조합이고,
    R1 내지 R5 중 적어도 하나는 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기이고,
    X6 및 X7은 각각 독립적으로 CRaRb이고,
    Ra 및 Rb은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기이고,
    X8 내지 X10은 각각 독립적으로 N 또는 CH이고,
    X8 내지 X10 중 어느 하나는 N이고,
    M은 Ir이고,
    m 및 n은 각각 독립적으로, 1 또는 2의 정수이고,
    m + n 은 3의 정수이고,
    여기서 치환은 적어도 하나의 수소가 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 아미노기, C1 내지 C30 아민기, 니트로기, C3 내지 C40 실릴기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C20 알콕시기, 또는 시아노기로 치환된 것을 의미한다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 4중 어느 하나로 표시되는 화합물:
    [화학식 2] [화학식 3]
    Figure 112016115203216-pat00028
    Figure 112016115203216-pat00029

    [화학식 4]
    Figure 112016115203216-pat00030

    상기 화학식 2 내지 4에서,
    R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기, 또는 이들의 조합이고,
    R1 내지 R5 중 적어도 하나는 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기, 또는 이들의 조합이고,
    X6 및 X7은 각각 독립적으로 CRaRb이고,
    Ra 및 Rb은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기이고,
    M은 Ir이고,
    m 및 n은 각각 독립적으로, 1 또는 2의 정수이고,
    m + n 은 3의 정수이고,
    여기서 치환은 적어도 하나의 수소가 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 아미노기, C1 내지 C30 아민기, 니트로기, C3 내지 C40 실릴기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C3 내지 C30 시클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C20 알콕시기 또는 시아노기로 치환된 것을 의미한다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 5 내지 7 중 어느 하나로 표시되는 화합물:
    [화학식 5] [화학식 6]
    Figure 112016115203216-pat00031
    Figure 112016115203216-pat00032

    [화학식 7]
    Figure 112016115203216-pat00033

    상기 화학식 8 내지 10에서,
    R1 내지 R3, 및 R5는 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 실릴기, 또는 이들의 조합이고,
    R1 내지 R3, 및 R5 중 적어도 하나는 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 실릴기, 또는 이들의 조합이고,
    M은 Ir이고,
    m 및 n은 각각 독립적으로, 1 또는 2의 정수이고,
    m + n 은 3의 정수이고,
    여기서 치환은 적어도 하나의 수소가 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 아미노기, C1 내지 C10 아민기, 니트로기, C3 내지 C10실릴기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C3 내지 C20 사이클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C10 알콕시기 또는 시아노기로 치환된 것을 의미한다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기, 또는 이들의 조합이고,
    상기 R1 내지 R5 중 적어도 하나는, 시아노기, 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, t-부틸기, 트리메틸실릴기, 플루오르기, 트리플루오로메틸기, 또는 페닐기인 화합물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 그룹 1에 나열된 화합물 중 어느 하나인 화합물:
    [그룹 1]
    Figure 112016115203216-pat00034

    Figure 112016115203216-pat00035

    Figure 112016115203216-pat00036

    Figure 112016115203216-pat00037

    Figure 112016115203216-pat00038
    .
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 화합물은 유기광전자소자용인 화합물.
  7. 서로 마주하는 양극과 음극, 및
    상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 적어도 한 층의 유기층을 포함하고,
    상기 유기층은 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 유기광전자소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유기층은 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 상기 화합물을 포함하는 유기광전자소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 화합물은 상기 발광층의 도판트로서 포함되는 유기광전자소자.
  10. 제7항에 따른 유기광전자소자를 포함하는 표시 장치.
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