KR102134734B1 - 호스트 화합물 및 이를 포함하는 유기전계발광소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 호스트 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure 112013111489631-pat00025

상기 화학식 1에서, X는 방향족 고리화합물 또는 헤테로 고리 화합물이다.

Description

호스트 화합물 및 이를 포함하는 유기전계발광소자{HOST COMPOUNDS AND ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE DEVICES COMPRISING THE SAME}
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 구동전압을 낮추고 단순한 소자 구조를 구현할 수 있는 호스트 화합물 및 이를 포함하는 유기전계발광소자에 관한 것이다.
다양한 정보를 화면으로 구현해 주는 영상표시장치는 정보 통신 시대의 핵심 기술로 더 얇고 더 가볍고 휴대가 가능하면서도 고성능의 방향으로 발전하고 있다. 근래 정보화 사회의 발전과 더불어, 표시장치에 대한 다양한 형태의 요구가 증대되면서, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), FED(Field Emission Display), OLED(Organic Light Emitting Diode)등 평판표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이 중 유기전계발광소자는 양극과 음극 사이에 형성된 유기 발광층에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자이다. 유기전계발광소자는 플라스틱 같은 플렉서블(flexible) 투명 기판 위에도 형성할 수 있을 뿐 아니라, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel)이나 무기 전계발광(EL) 디스플레이에 비해 낮은 전압에서 구동이 가능하고 전력 소모가 비교적 적으며, 색감이 뛰어나다는 장점이 있다.
전술한 유기전계발광소자의 효율, 수명, 색감을 높이기 위한 방법으로는 호스트에서 도펀트로의 효율적인 에너지 전이, 각 층 간의 에너지 레벨 최적화, 전하 균형(charge balance) 등 크게 3가지 방법이 있다. 이 중에서 특히 소자 효율을 높이기 위해서는 정공과 전자의 전하 균형을 향상시키고 전자와 정공이 만나 엑시톤을 형성하는 재결합 영역(recombination zone)을 발광층에서 형성시켜야 된다. 그러나 현재 개발 또는 양산 중인 대부분의 유기전계발광소자들의 경우, 양극과 발광층 사이의 정공 주입 장벽(hole injection barrier)을 줄이기 위해 최소 2~3개의 층들을 사용하고 있어, 여전히 각 층 간의 장벽(barrier)들이 존재하고 있다. 따라서, 소자의 효율 저하 및 구동전압의 상승으로 소비전력 문제가 대두되고 있다.
또한, 도펀트만 사용하게 되면 도펀트 간의 여기2합체(excimer) 형성 및 자기 소멸(self-quenching)로 인해 색 순도 및 효율이 저하되기 때문에 현재 호스트 & 도펀트 시스템을 적용 중에 있으나, 도펀트와 호스트 증착 공정 효율성에 문제가 있다.
본 발명은 구동전압을 낮추고 단순한 소자 구조를 구현할 수 있는 호스트 화합물 및 이를 포함하는 유기전계발광소자를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 호스트 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure 112013111489631-pat00001
상기 화학식 1에서, X는 방향족 고리화합물 또는 헤테로 고리 화합물이다.
상기 X는 디벤조퓨란(dibenzofuran), 디벤조싸이오펜(dibenzothiophene), 플루오렌(fluorene), 실리콘(silicon), 피리딘(pyridine), 아민(amine) 및 이들의 치환체에서 선택된 어느 하나이며, 상기 치환체는 C1~C6의 아릴, C1~C6의 알킬 또는 C1~C12의 헤테로 아릴에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 X는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물들에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
[화학식 2]
Figure 112013111489631-pat00002
상기 호스트 화합물은 하기 화합물들에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
Figure 112013111489631-pat00003
Figure 112013111489631-pat00004
Figure 112013111489631-pat00005
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광소자는 양극과 음극 사이에 형성된 적어도 하나의 유기막을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 유기막은 상기 호스트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유기막은 정공주입층, 정공수송층 및 발광층 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 호스트 화합물은 상기 정공주입층, 정공수송층 및 발광층에 모두 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 정공주입층은 HATCN을 더 포함하고 상기 발광층은 도펀트를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 정공주입층은 HATCN을 더 포함하고 상기 발광층은 상기 호스트 화합물로만 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 유기전계발광소자는 정공주입층, 정공수송층 및 발광층이 동일한 호스트 화합물로 이루어져 정공주입층, 정공수송층 및 발광층 간에 정공 주입 장벽이 없기 때문에 소자의 구동전압을 낮추고 발광효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 동일 호스트 화합물로 정공주입층, 정공수송층 및 발광층까지 형성함으로써, 재료비 및 장비 투자비 등을 저감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 유기전계발광소자를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 모식도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 모식도.
도 4는 본 발명의 호스트 화합물 A의 UV 흡수스펙트럼과 상온에서의 PL 스펙트럼을 측정하여 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 호스트 화합물 B의 UV 흡수스펙트럼과 상온에서의 PL 스펙트럼을 측정하여 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예 1, 2 및 비교예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 구동전압에 따른 전류밀도를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들을 자세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 유기전계발광소자를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 모식도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기전계발광소자를 나타낸 모식도이다.
도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자를 설명하면 다음과 같다. 유기전계발광소자(100)는 양극(110), 정공주입층(120), 정공수송층(130), 발광층(140), 전자수송층(150), 전자주입층(160) 및 음극(170)을 포함할 수 있다.
상기 양극(110)은 정공을 주입하는 전극으로 일함수가 높은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 ZnO(Zinc Oxide) 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 상기 양극(110)이 반사 전극일 경우에 양극(110)은 ITO, IZO 또는 ZnO 중 어느 하나로 이루어진 층 하부에 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 니켈(Ni) 중 어느 하나로 이루어진 반사층을 더 포함할 수 있다.
상기 정공주입층(hole injection layer, HIL)(120)은 양극(110)으로부터 발광층(140)으로 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 하고, 상기 정공수송층(hole transport layer, HTL)(130)은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, 발광층(emission layer, EML)(140)은 정공과 전자가 만나 엑시톤을 형성하여 실질적인 발광이 이루어지는 영역이다. 본 발명의 제1 실시예에서 정공주입층(120), 정공수송층(130) 및 발광층(140)은 하기 화학식 1로 표시되는 호스트 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure 112013111489631-pat00006
상기 화학식 1에서, X는 방향족 고리화합물 또는 헤테로 고리 화합물이다. 또한, 상기 X는 디벤조퓨란(dibenzofuran), 디벤조싸이오펜(dibenzothiophene), 플루오렌(fluorene), 실리콘(silicon), 피리딘(pyridine), 아민(amine) 및 그 치환체에서 선택된 어느 하나이며, 상기 치환체는 C1~C6의 아릴, C1~C6의 알킬 또는 C1~C12의 헤테로 아릴에서 선택된 어느 하나이다. 또한, 상기 X는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물들에서 선택된 어느 하나이다.
[화학식 2]
Figure 112013111489631-pat00007
따라서, 본 발명의 호스트 화합물은 하기 화합물들에서 선택된 어느 하나이다.
Figure 112013111489631-pat00008
Figure 112013111489631-pat00009
Figure 112013111489631-pat00010
본 발명의 전술한 호스트 화합물은 정공 도미넌트 유닛(hoel dominant unit)을 갖는 스피로-아크리딘 플루오렌(spiro-acridine fluorene)을 도입하고 브릿지(bridge) 형태로 설계하여 양극성(bipolar) 특성을 가지며 분자량을 향상시켜 높은 유리전이온도(Tg)를 가진다.
정공주입층(120)은 HATCN(1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylene-hexanitrile)으로 도핑되어 정공의 주입 능력이 향상된다. 정공주입층(120)의 두께는 1 내지 150nm일 수 있다. 여기서, 정공주입층(120)의 두께가 1nm 이상이면, 정공 주입 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 150nm 이하이면, 정공주입층(120)의 두께가 너무 두꺼워 정공의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 정공수송층(130)의 두께는 1 내지 150nm일 수 있다. 여기서, 정공수송층(130)의 두께가 5nm 이상이면, 정공 수송 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 150nm 이하이면, 정공수송층(130)의 두께가 너무 두꺼워 정공의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 발광층(140)은 적색, 녹색 및 청색에서 선택된 어느 하나의 색을 발광하는 발광층으로, 발광하려는 색에 해당하는 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광층(140)이 적색을 발광하는 경우, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 도펀트를 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 발광층(140)이 녹색을 발광하는 경우, Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)을 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 또한, 발광층(140)이 청색을 발광하는 경우, (4,6-F2ppy)2Irpic을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광물질로 이루어질 수 있고, 이와는 달리, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 형광물질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자는 호스트 화합물에 도펀트가 도핑된 발광층(140)을 구비함으로써, 호스트-도펀트 시스템에 의해 트리플렛-트리플렛 퓨전 및 포에스터 에너지 전이와 같은 발광층의 에너지 전이에 의해 발광이 이루어진다.
한편, 전자수송층(150)은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 전자수송층(150)의 두께는 1 내지 50nm일 수 있다. 여기서, 상기 전자수송층(150)의 두께가 1nm 이상이면, 전자 수송 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 50nm 이하이면, 전자수송층(150)의 두께가 너무 두꺼워 전자의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
전자주입층(electron injection layer, EIL)(160)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 또는 SAlq를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 반면, 전자주입층(160)은 금속화합물로 이루어질 수 있으며, 금속화합물은 예를 들어 LiQ, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, BeF2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2 및 RaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 상기 전자주입층(160)의 두께는 1 내지 50nm일 수 있다. 여기서, 상기 전자주입층(160)의 두께가 1nm 이상이면, 전자 주입 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 50nm 이하이면, 전자주입층(160)의 두께가 너무 두꺼워 전자의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 음극(170)은 전자 주입 전극으로, 일함수가 낮은 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 여기서, 음극(170)은 유기전계발광소자가 전면 또는 양면발광구조일 경우, 빛을 투과할 수 있을 정도로 얇은 두께로 형성할 수 있으며, 유기전계발광소자가 배면발광구조일 경우, 빛을 반사시킬 수 있을 정도로 두껍게 형성할 수 있다.
전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기전계발광소자는 정공주입층(120), 정공수송층(130) 및 발광층(140)이 전술한 호스트 화합물로 이루어지되, 정공주입층(120)에 HATCN이 도핑되고 발광층(140)에 도펀트가 도핑되는 구조를 개시한다. 따라서, 정공주입층(120), 정공수송층(130) 및 발광층(140) 사이의 정공 주입 장벽이 없기 때문에 소자의 구동전압을 낮출 수 있다. 또한, 동일 호스트 화합물로 정공주입층(120), 정공수송층(130) 및 발광층(140)까지 형성함으로써, 재료비 및 장비 투자비 등을 저감할 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 1과 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기전계발광소자는 정공주입층(120), 정공수송층(130) 및 발광층(140)이 전술한 호스트 화합물로 이루어진다. 보다 자세하게는, 정공주입층(120), 정공수송층(130) 및 발광층(140)은 모두 호스트 화합물로 이루어지되 정공주입층(120)에 HATCN이 도핑된다. 여기서, 전술한 제1 실시예와는 달리, 정공수송층(130) 및 발광층(140)에는 어떠한 도핑 없이 전술한 호스트 화합물로만 이루어진다. 이 경우, 발광층(140)은 도펀트 없이 호스트 화합물이 발광하는 일중항 엑시톤 형성 메커니즘으로 발광하게 된다. 따라서, 본 발명의 호스트 화합물은 분자들 간의 느슨한 결합(aggregation)으로 인해 발생할 수 있는 문제를 방지하기 위해 작용기를 벌키(bulky)하게 디자인되어 분자 간 인력을 줄이도록 설계된다.
이와 같은, 본 발명의 제2 실시예의 유기전계발광소자는 정공주입층(120) 외에 도펀트가 사용되지 않기 때문에 재료비 및 장비 투자비를 저감할 수 있으며, 정공주입층(120), 정공수송층(130) 및 발광층(140) 사이의 정공 주입 장벽이 없기 때문에 소자의 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 호스트 화합물 및 이를 포함하는 유기전계발광소자의 특성에 관하여 하기 합성예 및 실시예에서 상술하기로 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
합성예
1) 2-브로모-N,N-디페닐아닐린(2-bromo-N,N-diphenylaniline)의 제조
Figure 112013111489631-pat00011
500mL 2구 플라스크에 디페닐아민(diphenylamine)(12.5g, 73.6mmol), 1-브로모-2-아이오도벤젠(1-bromo-2-iodobenzene)(25g, 88.4mmol), 요오드화구리(CuI)(0.701g, 3.68mmol), 탄산칼륨(K2CO3)(20.4g, 147mmol)을 자일렌(xylene)에 녹여 120℃에서 환류교반한다. 온도를 상온으로 식힌 후 디클로로메탄(CH2Cl2)으로 추출한 다음 황산마그네슘(MgSO4)으로 물을 건조시킨 후, 용매를 제거한다. 헥산(Hexane) 용매로 컬럼하여 흰색 고체 화합물 8.95g(수율 37.3%)를 얻었다.
2) 2'-브로모-10-피넬-10H-스피로[아크리딘-9,9'-플루오렌]( 2'-bromo-10-phenyl-10H-spiro[acridine-9,9'-fluorene])의 제조
Figure 112013111489631-pat00012
500mL 2구 플라스크에 2-브로모-N,N-디페닐아닐린(8.95g, 27.6mmol)을 테트라하이드로퓨란(THF) 50mL에 녹인다. -78℃로 냉각시킨 후 n-BuLi(2.5M in hexane, 11.59mL, 29.0mmol)를 천천히 적가한다. 2시간 후 2-브로모-9H-플루오렌-9-원(2-bromo-9H-fluorene-9-one)(7.15g, 27.6mmol)을 넣는다. 3시간 후 염화암모늄(NH4Cl) 수용액으로 반응을 종료시킨 후 디에틸 에테르(diethyl ether)로 추출한다. 황산마그네슘으로 물을 건조시킨 후, 용매를 제거한다. 에탄올(Ethanol)로 침전시킨 후 고체를 필터한다. 얻어진 고체를 아세트산(acetic acid)(150mL)에 녹인 후 염산(HCl)을 촉매량 넣는다. 6 시간 동안 환류 교반 시킨 후 온도를 상온으로 식힌다. 생성된 고체를 필터하고 에탄올로 씻어서 건조 시켜 흰색 고체 10.0g(수율 74.5%)를 얻었다.
3) 10-페닐-2'-(4,4,5,5,-테트라메틸-1,3,2,-디옥사보로란-2-yl)-10H- 스피로[아크리딘-9,9'-플루오렌](10-phenyl-2'-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane-2-yl)-10H-spiro[acridine-9,9'-fluorene])의 제조
Figure 112013111489631-pat00013
250mL 2구 플라스크에 2'-브로모-10-피넬-10H-스피로[아크리딘-9,9'-플루오렌](5.00g, 10.3mmol)을 테트라하이드로퓨란 100mL에 녹인다. -78℃로 냉각시킨 후 n-BuLi(2.5M in hexane, 5.02mL, 12.5mmol)를 천천히 적가한다. 2시간 후 2-이소프로폭시-4,4,5,5,-테트라메틸-1,3,2-디옥사보로란(2-isopropoxy-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane)(2.81mL, 13.8mmol)을 넣는다. 1시간 후 상온에서 12시간 교반시킨다. 반응 종료 후 디클로로메탄으로 추출하고 황산마그네슘으로 물을 건조시킨 후, 용매를 제거한다. 디클로로메탄:석유(Dichloromethane:Petroleum=1:2) 용매로 컬럼하여 흰색 고체 5.3g(수율 97%)를 얻었다.
4) 2,8-비스(10페닐-10H-스피로[아크리딘-9,9'-플루오렌]-2'-yl)디벤조[b,d]싸이오펜(2,8-bis(10-phenyl-10H-spiro[acridine-9,9'-fluorene]-2'-yl)dibenzo[b,d]thiophene)의 화합물 A 제조
Figure 112013111489631-pat00014
Figure 112013111489631-pat00015
250mL 2rn 플라스크에 10-페닐-2'-(4,4,5,5,-테트라메틸-1,3,2,-디옥사보로란-2-yl)-10H- 스피로[아크리딘-9,9'-플루오렌](2g, 3.75mmol), 2,8-디브로모디벤조[b,d]싸이오펜(2,8-dibromodibenzo[b,d]thiophene)(0.58g, 1.70mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)Pd(PPh3)4(0.088g, 0.0765mmol), 포타슘 카보네이트(potassium carbonate)(1.17g, 8.5mmol)를 테트라하이드로퓨란:물(tetrahydrofuran:water=3:1)에 녹여 환류교반한다. 12시간 후 온도를 상온으로 식힌 후 디클로로메탄(CH2Cl2)으로 추출한 다음 황산마그네슘으로 물을 건조시킨 후, 용매를 제거한다. 헥산:에틸 아세테이트(Hexane:ethyl acetate=10:0.5) 용매로 컬럼을 하고, 석유 에테르(Petroleum ether)로 침전시켜 생성된 고체를 필터하여 흰색 고체 화합물 A 0.88g(수율 53.7%)를 얻었다.
5) 2,8-비스(10-페닐10H-스피로[아크리딘-9,9'-플루오렌]-2'-yl)디벤조[b,d]퓨란(2,8-bis(10-phenyl-10H-spiro[acridine-9,9'-fluorene]-2'-yl)dibenzo[b,d]furan)의 화합물 B 제조
Figure 112013111489631-pat00016
Figure 112013111489631-pat00017
250mL 2구 플라스크에 10-페닐-2'-(4,4,5,5,-테트라메틸-1,3,2,-디옥사보로란-2-yl)-10H- 스피로[아크리딘-9,9'-플루오렌](3g, 5.62mmol), 2,8-디브로모디벤조[b,d]퓨란(2,8-dibromodibenzo[b,d]furan)(0.95 g, 2.25 mmol ), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)(0.13g, 0.112 mmol), 포타슘 카보네이트(1.5g, 11.2mmol)를 테트라하이드로퓨란:물(3:1)에 녹여 환류교반한다. 12시간 후 온도를 상온으로 식힌 후 디클로로메탄으로 추출한 다음 황산마그네슘으로 물을 건조시킨 후, 용매를 제거한다. 헥산:에틸 아세테이트(10:0.5) 용매로 컬럼을 하고, 석유 에테르로 침전시켜 생성된 고체를 필터하여 흰색 고체 화합물 B 1.5g(수율 68%)를 얻었다.
전술한 합성예에서 제조된 본 발명의 호스트 화합물 A와 B의 UV 흡수스펙트럼과 상온에서의 PL 스펙트럼을 측정하여 각각 도 4와 5에 나타내었고 이를 하기 표 1에 정리하였다.
UV 흡수스펙트럼의 최고값에서의 파장(nm) PL 스펙트럼의 최고값에서의 파장(nm) 에너지
밴드갭		 LUMO 레벨(eV) HOMO 레벨(eV) 삼중항 에너지
(eV)
화합물A 356 496 3.49 -1.9 -5.39 2.5
화합물B 348 486 3.57 -1.81 -5.38 2.55
상기 표 1, 도 4와 5를 참조하면, 전술한 합성예에서 넓은 에너지 밴드갭을 가지는 본 발명의 화합물 A와 B가 제조된 것을 확인하였다.
이하, 전술한 합성예에서 제조된 본 발명의 호스트 화합물 A와 B를 사용한 유기전계발광소자를 제작한 실시예를 개시한다.
<실시예 1>
ITO glass의 발광 면적이 3mm × 3mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 기판을 진공 챔버에 장착한 후 기본 압력이 1x10-6torr가 되도록 한 후 양극인 ITO 상에 정공주입층으로 호스트 화합물 A를 50Å의 두께로 형성하되 HATCN을 10%의 도핑농도로 도핑하였고, 정공수송층으로 호스트 화합물 A를 250Å의 두께로 형성하고, 발광층으로 NPB를 100Å의 두께로 형성하고, 음극으로 Al을 1000Å의 두께로 순차적으로 형성하여 유기전계발광소자를 제작하였다.
<실시예 2>
전술한 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 호스트 화합물 A 대신에 B를 사용한 것만을 달리하여 유기전계발광소자를 제작하였다.
<비교예>
전술한 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 정공주입층으로 MADN을 50Å의 두께로 형성하되 HATCN을 10%의 도핑농도로 도핑하였고, 정공수송층으로 MADN을 250Å의 두께로 형성한 것만을 달리하여 유기전계발광소자를 제작하였다.
Figure 112013111489631-pat00018
Figure 112013111489631-pat00019
전술한 실시예 1, 2 및 비교예에 따라 제조된 유기전계발광소자의 구동전압에 따른 전류밀도를 측정하여 도 6에 나타내었다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예 1과 2에 따라 제조된 유기전계발광소자는 비교예에 대비하여 구동전압에 대한 전류밀도가 높음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 호스트 화합물은 빠른 정공 이동도를 가짐을 확인할 수 있고 이에 따라 유기전계발광소자의 구동전압 특성도 현저하게 향상된 것으로 나타난다.
상기와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기전계발광소자는 정공주입층, 정공수송층 및 발광층이 동일한 호스트 화합물로 이루어져 정공주입층, 정공수송층 및 발광층 간에 정공 주입 장벽이 없기 때문에 소자의 구동전압을 낮추고 발광효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 동일 호스트 화합물로 정공주입층, 정공수송층 및 발광층까지 형성함으로써, 재료비 및 장비 투자비 등을 저감할 수 있는 이점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 유기전계발광소자 110 : 양극
120 : 정공주입층 130 : 정공수송층
140 : 발광층 150 : 전자수송층
160 : 전자주입층 170 : 음극

Claims (9)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 호스트 화합물.
    [화학식 1]
    Figure 112020033470014-pat00020

    상기 화학식 1에서, X는 디벤조퓨란(dibenzofuran), 디벤조싸이오펜(dibenzothiophene), 실리콘(silicon), 피리딘(pyridine), 아민(amine) 및 이들의 치환체 중에서 선택된 어느 하나이다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 치환체는 C1~C6의 아릴기, C1~C6의 알킬기 또는 C1~C12의 헤테로 아릴기 중에서 선택된 어느 하나의 치환기로 더 치환된 것을 특징으로 하는 호스트 화합물.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 X는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물들에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 호스트 화합물.
    [화학식 2]
    Figure 112020033470014-pat00032

  4. 제1 항에 있어서,
    상기 호스트 화합물은 하기 화합물들에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 호스트 화합물.
    Figure 112020033470014-pat00022

    Figure 112020033470014-pat00033

    Figure 112020033470014-pat00024

  5. 양극과 음극 사이에 형성된 적어도 하나의 유기막을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서,
    상기 유기막은 상기 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항의 호스트 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 유기막은 정공주입층, 정공수송층 및 발광층 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 호스트 화합물은 상기 정공주입층, 정공수송층 및 발광층에 모두 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 정공주입층은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 더 포함하고 상기 발광층은 도펀트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
    [화학식 3]
    Figure 112020033470014-pat00034
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 정공주입층은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 더 포함하고 상기 발광층은 상기 호스트 화합물로만 이루어진 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
    [화학식 3]
    Figure 112020033470014-pat00035
KR1020130150646A 2013-12-05 2013-12-05 호스트 화합물 및 이를 포함하는 유기전계발광소자 KR102134734B1 (ko)

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