KR102188028B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광층에 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 나타내지는 화합물을 포함하고, 전자 수송층이 화학식 4 또는 5로 나타내지는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
상기 화학식 1 내지 화학식 5에 대한 설명은 발명의 상세한 설명을 참조한다.

Description

유기 발광 소자{Organic light emitting device }
헤테로고리 화합물을 포함한 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자(organic light emitting diode)는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
일반적인 유기 발광 소자는 기판 상부에 애노드가 형성되어 있고, 이 애노드 상부에 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 캐소드가 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다. 여기에서 정공수송층, 발광층 및 전자수송층은 유기화합물로 이루어진 유기 박막들이다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 유기 발광 소자의 구동 원리는 다음과 같다.
상기 애노드 및 캐소드간에 전압을 인가하면, 애노드로부터 주입된 정공은 정공수송층을 경유하여 발광층으로 이동하고, 캐소드로부터 주입된 전자는 전자수송층을 경유하여 발광층으로 이동한다. 상기 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.
종래의 유기 단분자 물질에 비하여 우수한 전기적인 안정성, 높은 전하 수송 능력 또는 발광 능력을 가지며 유리 전이 온도가 높고 결정화를 방지할 수 있는 재료에 대한 요구가 계속 있다.
발광층에서 여기된 에너지를 효율적으로 발광층 내에 한정시킬 수 있는 호스트 재료의 구조를 포함하는 고효율의 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, 제 1 전극; 제 2 전극; 및
상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 개재된 유기층을 구비한 유기 발광 소자로서,
상기 유기층이 발광층 및 전자 수송층을 포함하고,
상기 발광층은 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 나타내지는 화합물을 포함하고,
<화학식 1>
Figure 112013054296688-pat00001
<화학식 2>
Figure 112013054296688-pat00002
<화학식 3>
Figure 112013054296688-pat00003
상기 화학식 중, X1, X2 및 X3은 각각 독립적으로 CR51 또는 N 이고;
R1　내지 R29, 및 R51은 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 탄소수 1 내지 60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기로 치환된 아미노기; 또는 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기;를 나타내고,
선택적으로, 상기 R1　내지 R29 중 인접한 2 이상의 치환기는 연결되어 고리를 형성하며,
상기 전자 수송층은 하기 화학식 4 또는 5로 나타내지는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자가 제공된다:
<화학식 4>
Figure 112013054296688-pat00004
<화학식 5>
Figure 112013054296688-pat00005
상기 화학식 중, X4 내지 X9는 각각 독립적으로 CR61 또는 N 이고;
R61, Ar1　내지 Ar6은 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기로 치환된 아미노기; 또는 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기;를 나타내고,
L1　내지 L6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴렌기; 또는 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기;를 나타내고,
선택적으로, 상기 R61, Ar1　내지 Ar6, L1　내지 L6 중 인접한 2 이상의 치환기는 연결되어 고리를 형성하며,
a 내지 f는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 유기 발광 소자를 구비하고, 상기 유기 발광 소자의 제 1 전극이 박막 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극과 전기적으로 연결된 평판 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자는 부가적인 전하 저지층의 도입 없이도 기존의 잘 알려진 특성을 갖는 정공 수송성 재료, 전자 수송성 재료를 이용하여 소자를 제작할 수 있으며, 이로 인해 열화 이슈가 있는 전하 저지층을 제외할 수 있어 소자의 열화 문제에도 이점이 있다.
도 1은 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 측면에 따른 유기 발광 소자는 제 1 전극; 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 개재된 유기층을 구비하며,
상기 유기층이 발광층 및 전자 수송층을 포함하고,
상기 발광층은 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 나타내지는 화합물을 포함하고,
<화학식 1>
Figure 112013054296688-pat00006
<화학식 2>
Figure 112013054296688-pat00007
<화학식 3>
Figure 112013054296688-pat00008
상기 화학식 중, X1, X2 및 X3은 각각 독립적으로 CR51 또는 N 이고;
R1　내지 R29, 및 R51은 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 탄소수 1 내지 60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기로 치환된 아미노기; 또는 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기;를 나타내고,
선택적으로, 상기 R1　내지 R29, 및 R51 중 인접한 2 이상의 치환기는 연결되어 고리를 형성하며,
상기 전자 수송층은 하기 화학식 4 또는 5로 나타내지는 화합물을 포함한다:
<화학식 4>
Figure 112013054296688-pat00009
<화학식 5>
Figure 112013054296688-pat00010
상기 화학식 중, X4 내지 X9는 각각 독립적으로 CR61 또는 N 이고;
R61, Ar1　내지 Ar6은 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기로 치환된 아미노기; 또는 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기;를 나타내고,
L1　내지 L6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴렌기; 또는 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기;를 나타내고,
선택적으로, 상기 R61, Ar1　내지 Ar6, L1　내지 L6 중 인접한 2 이상의 치환기는 연결되어 고리를 형성하며,
a 내지 f는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이다.
상기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 나타내지는 화합물은 바람직하게는 호스트 물질이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자는 소자 내 전하 이동도 조절을 위하여 호스트 재료 및 전자 수송층 재료를 최적화하여 발광효율이 높고 수명이 긴 인광 발광을 얻을 수 있다.
유기 EL 소자에서 발광 효율을 결정하는 중요한 요인 중 하나는 발광 재료이며 발광층에 있어서 유기 인광 재료의 여기 상태의 1 중항 상태와 3 중항 상태를 이용함으로써 높은 발광 효율이 달성되고 있다. 유기 EL 소자 내에서 전자와 정공이 재결합할 때 스핀 다중도의 차이로 인해 1중항 여기자와 3 중항 여기자가 1:3의 비율로 생성되므로, 인광성의 발광재료를 이용하면 형광 소자 대비 최대 4배의 발광 효율을 달성할 수 있으리라 기대된다. 이러한 유기 EL 소자에 있어서 3 중항 여기자의 소광을 막기 위해 순차적으로 양극, 정공 수송층, 유기 발광층, 정공 저지층, 전자 수송층 및 음극을 적층하는 구성이 주로 사용되어 왔다.
인광 발광성 재료를 도입함으로 인해 형광성 재료에 비해 매우 높은 효율의 소자를 제작할 수 있는 이점은 있지만 널리 알려진 인광 발광층 재료들은 발광 특성 측면에서는 유리하지만 고효율을 이상적으로 달성하는 장수명 소자를 제작하기 위해서는 더 많은 개발이 필요하며 열 안정성에 대해 문제점을 안고 있다.
인광 재료를 도핑하여 형성한 인광 발광층에 있어서, 인광 호스트로부터 인광 도펀트로 분자간 에너지 이동을 실시하기 위해서는, 인광 호스트의 여기 3 중항 에너지갭(T1)이 인광 도펀트의 에너지갭(T1)보다 클 필요가 있다. T1이 유효하게 큰 재료로는 CBP가 대표적으로 알려져 있다. CBP를 인광 호스트로 적용하면 인광 호스트로부터 인광 도펀트로의 에너지 이동이 가능해져, 인광 발광을 나타내는 고효율의 발광 소자를 얻을 수 있다. 그러나 CBP 가 적용된 소자는 발광 효율은 향상되지만 발광 수명이 짧다는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 전하의 이동도를 조절하여 발광 영역을 발광층 내로 용이하게 한정시킬 수 있는 호스트의 재료의 개발이 필요하다.
기존의 인광 소자에서는 전자/정공의 수송층 외에 따로 정공 저지층, 전자 저지층 등을 도입하는 방식을 통하여 여기 에너지를 발광층 내에 한정시키려는 시도가 있으나 많은 경우에 있어서 전하 주입 구성에 문제가 발생하며 구동전압이 상승하는 문제점이 있다. 또한 많은 경우 이들 재료는 열화되기 쉬워 장수명 소자의 제공에도 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1 내지 3에서, X1 내지 X3가 CH일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1 내지 3에서, R1　내지 R29, 및 R51은 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 하기 화학식 2a 내지 2f 중 어느 하나일 수 있다:
Figure 112013054296688-pat00011
상기 화학식에서, R71, R72, Z1 및 Z2는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 축합 다환기, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 하이드록시기 또는 카르복시기이고;
Y1 내지 Y3은 각각 독립적으로 CH 또는 N이고;
Q1은 S 또는 O이고; p는 1 내지 7의 정수이고; *는 결합을 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1 내지 3에서, R1　내지 R29, 및 R51 중 인접한 2 이상의 치환기가 연결되어
Figure 112013054296688-pat00012
를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 4 및 5에서, Ar1 내지 Ar6는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 하기 화학식 3a 내지 3f 중 어느 하나일 수 있다:
Figure 112013054296688-pat00013
상기 화학식에서, Z1 및 Z2는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 축합 다환기, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 하이드록시기 또는 카르복시기이고;
p는 1 내지 7의 정수이고; *는 결합을 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 3f는 하기 화학식 4a일 수 있다:
Figure 112013054296688-pat00014
상기 화학식에서 Z2는 수소 또는 나프탈렌을 나타내고, *는 결합을 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 4 및 5에서, L1 내지 L6는 각각 독립적으로 하기 화학식 5a 내지 5d 중 어느 하나로 표시될 수 있다:
Figure 112013054296688-pat00015
상기 화학식 중 *는 결합을 나타낸다.
이하, 본 명세서에서 사용되는 치환기들 중 대표적인 치환기의 정의를 살펴보면 다음과 같다 (치환기를 한정하는 탄소 수는 비제한적인 것으로서 치환기의 특성을 제한하지는 않으며, 본 명세서에서 언급하지 않은 치환기의 정의는 일반적인 정의에 따른다).
비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬기는 선형 및 분지형일 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노나닐, 도데실 등을 들 수 있고, 상기 알킬기 중 하나 이상의 수소 원자는 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 탄소수 2 내지 10의 알케닐기, 탄소수 2 내지 10의 알키닐기, 탄소수 6 내지 16의 아릴기, 또는 탄소수 2 내지 16의 헤테로아릴기로 치환될 수 있다.
비치환된 탄소수 2 내지 60의 알케닐기는 상기 비치환된 알킬기의 중간이나 맨 끝단에 하나 이상의 탄소 이중결합을 함유하고 있는 것을 의미한다. 예로서는 에테닐, 프로페닐, 부테닐 등이 있다. 이들 비치환된 알케닐기 중 적어도 하나 이상의 수소원자는 상술한 치환된 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
비치환된 탄소수 2 내지 60의 알키닐기는 상기 정의된 바와 같은 알킬기의 중간이나 맨 끝단에 하나 이상의 탄소 삼중결합을 함유하고 있는 것을 의미한다. 예로서는 아세틸렌, 프로필렌, 페닐아세틸렌, 나프틸아세틸렌, 이소프로필아세틸렌, t-부틸아세틸렌, 디페닐아세틸렌 등이 있다. 이들 알키닐기 중 적어도 하나 이상의 수소원자는 상술한 치환된 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
비치환된 탄소수 3 내지 60의 사이클로알킬기는 탄소 수 3 내지 60의 고리 형태의 알킬기를 의미하며, 상기 사이클로알킬기 중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 탄소수 1 내지 60의 알킬기의 치환기와 동일한 치환기로 치환 가능하다.
탄소수 1 내지 60의 비치환된 알콕시기란 -OA(여기서, A는 상술한 바와 같은 비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬기임)의 구조를 갖는 그룹으로서, 이의 비제한적인 예로서, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로필옥시, 부톡시, 펜톡시, 등을 들 수 있다. 이들 알콕시기 중 적어도 하나 이상의 수소원자는 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
비치환된 탄소수 5 내지 60의 아릴기는 하나 이상의 고리를 포함하는 카보사이클 방향족 시스템을 의미하며, 2 이상의 고리를 가질 수 경우, 서로 융합되거나, 단일 결합 등을 통하여 연결될 수 있다. 아릴이라는 용어는 페닐, 나프틸, 안트라세닐과 같은 방향족 시스템을 포함한다.　 또한, 상기 아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 탄소수 1 내지 60의 알킬기의 치환기와 동일한 치환기로 치환 가능하다.
치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 60의 아릴기의 예로는 페닐기, 탄소수 1 내지 10의 알킬페닐기(예를 들면, 에틸페닐기), 비페닐기, 탄소수 1 내지 10의 알킬비페닐기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시비페닐기, o-, m-, 및 p-토릴기, o-, m- 및 p-쿠메닐기, 메시틸기, 페녹시페닐기, (α,α-디메틸벤젠)페닐기, (N,N'-디메틸)아미노페닐기, (N,N'-디페닐)아미노페닐기, 펜타레닐기, 인데닐기, 나프틸기, 탄소수 1 내지 10의 알킬나프틸기(예를 들면, 메틸나프틸기), 탄소수 1 내지 10의 알콕시나프틸기(예를 들면, 메톡시나프틸기), 안트라세닐기, 아즈레닐기, 헵타레닐기, 아세나프틸레닐기, 페나레닐기, 플루오레닐기, 안트라퀴놀일기, 메틸안트릴기, 페난트릴기, 트리페닐렌기, 피레닐기, 크리세닐기, 에틸-크리세닐기, 피세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 펜타세닐기, 테트라페닐레닐기, 헥사페닐기, 헥사세닐기, 루비세닐기, 코로네릴기, 트리나프틸레닐기, 헵타페닐기, 헵타세닐기, 피란트레닐기, 오바레닐기 등을 들 수 있다.
탄소수 2 내지 60의 비치환된 헤테로아릴기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 1, 2, 3 또는 4개의 헤테로원자를 포함하고, 2 이상의 고리를 가질 경우, 이들은 서로 융합되거나, 단일 결합 등을 통하여 연결될 수 있다. 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기의 예에는, 피라졸일기, 이미다졸일기, 옥사졸일기, 티아졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 옥사디아졸일기, 피리디닐기, 피리다지닐기, 피리미디닐기, 트리아지닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 디벤조싸이오펜기 등을 들 수 있다.　 또한 상기 헤테로아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 탄소수 1 내지 60의 알킬기의 치환기와 동일한 치환기로 치환 가능하다.
탄소수 5 내지 60의 비치환된 아릴옥시기란 -OA1으로 표시되는 그룹으로서, 이 때 A1은 상기 탄소수 5 내지 60의 아릴기이다.　 상기 아릴옥시기의 예로는 페녹시기 등을 들 수 있다. 상기 아릴 옥시기 중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 탄소수 1 내지 60의 알킬기의 치환기와 동일한 치환기로 치환 가능하다.
탄소수 5 내지 60의 비치환된 아릴싸이오기는 -SA1으로 표시되는 그룹으로서, 이 때 A1은 상기 탄소수 5 내지 60의 아릴기이다.　 상기 아릴싸이오기의 예로는 벤젠싸이오기, 나프틸싸이오기 등을 들 수 있다. 상기 아릴싸이오기 중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 탄소수 1 내지 60의 알킬기의 치환기와 동일한 치환기로 치환 가능하다.
비치환된 탄소수 6 내지 60의 축합 다환기란, 하나 이상의 방향족 고리 및/또는 하나 이상의 비방향족 고리가 서로 융합된 2 이상의 고리를 포함한 치환기 또는 고리내에 불포화기를 가지나 공액 구조를 가지지 못하는 치환기를 가리키는 것으로서, 상기 축합 다환기는 전체적으로는 방향성을 가지지 못한다는 점에서 아릴기 또는 헤테로아릴기와 구별된다.
본 발명의 상기 화학식 1 내지 화학식 3으로 표현되는 화합물의 구체적인 예로서, 하기 화합물을 들 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
Figure 112013054296688-pat00016
Figure 112013054296688-pat00017
Figure 112013054296688-pat00018
Figure 112013054296688-pat00019
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Figure 112013054296688-pat00022
Figure 112013054296688-pat00023
Figure 112013054296688-pat00024
본 발명의 상기 화학식 4 및 화학식 5로 표현되는 화합물의 구체적인 예로서, 하기 화합물을 들 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
Figure 112013054296688-pat00025
Figure 112013054296688-pat00026
Figure 112013054296688-pat00027
상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층(이하, "H-기능층(H-functional layer)"이라 함), 버퍼층, 전자 저지층, 발광층, 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 전자 수송 기능 및 전자 주입 기능을 동시에 갖는 기능층(이하, "E-기능층(E-functional layer)"이라 함) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 유기층은 발광층, 또는 전자 수송층일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 유기층은 전자 주입층 , 전자 수송층, 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 또는 정공 주입 및 정공 수송기능을 동시에 갖는 기능층을 포함하고, 상기 발광층은 안트라센계 화합물, 아릴아민계 화합물 또는 스티릴계 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 유기층은 전자 주입층, 전자 수송층, 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 또는 정공 주입 및 정공 수송기능을 동시에 갖는 기능층을 포함하고, 상기 발광층의 적색층, 녹색층, 청색층 또는 흰색층의 어느 한 층은 인광 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 정공 주입층, 정공 수송층, 또는 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층은 전하 생성 물질을 포함할 수 있다. 한편, 상기 전하 생성 물질은 p-도펀트이고, 상기 p-도펀트는 퀴논 유도체, 금속 산화물 또는 시아노기-함유 화합물일 수 있다.
본 발명의 또다른 일 구현예에 따르면, 상기 유기층은 전자 수송층을 포함하고, 상기 전자 수송층은 전자 수송성 유기 화합물 및 금속 착체를 포함할 수 있다. 상기 금속 착체는 Li 착체일 수 있다.
본 명세서 중 "유기층"은 유기 발광 소자 중 제1전극과 제2전극 사이에 개재된 단일 및/또는 복수의 층을 가리키는 용어이다.
상기 유기층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층에 상기 화합물이 포함되어 있을 수 있다. 또는 상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층(이하, "H-기능층(H-functional layer)"이라 함) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층(이하, "H-기능층(H-functional layer)"이라 함) 중 적어도 하나에 상기 화합물이 포함되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자의 구조 및 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
기판(미도시)으로는, 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있는데, 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상기 제1전극은 기판 상부에 제1전극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 제공함으로써 형성될 수 있다. 상기 제1전극이 애노드일 경우, 정공 주입이 용이하도록 제1전극용 물질은 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1전극은 반사형 전극 또는 투과형 전극일 수 있다. 제1전극용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 이용할 수 있다. 또는, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등을 이용하면, 상기 제1전극을 반사형 전극으로 형성할 수도 있다.
상기 제1전극은 단일층 또는 2 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1전극 상부로는 유기층이 구비되어 있다.
상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 버퍼층(미도시), 발광층, 전자 수송층 또는 전자 주입층 등을 포함할 수 있다.
정공 주입층(HIL)은 상기 제1전극 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
진공 증착법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 정공 주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적으로 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성 등에 따라 다르지만, 예를 들면, 증착온도 약 100 내지 약 500℃, 진공도 약 10-8 내지 약 10-3torr, 증착 속도 약 0.01 내지 약 100Å/sec의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
스핀 코팅법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 코팅 조건은 정공주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성에 따라 상이하지만, 약 2000rpm 내지 약 5000rpm의 코팅 속도, 코팅 후 용매 제거를 위한 열처리 온도는 약 80℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 주입 물질로는 공지된 정공 주입 물질을 사용할 수 있는데, 공지된 정공 주입 물질로는, 예를 들면, N,N'-디페닐-N,N'-비스-[4-(페닐-m-톨일-아미노)-페닐]-비페닐-4,4'-디아민(N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine: DNTPD), 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, m-MTDATA [4,4',4''-tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine], NPB(N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)), TDATA, 2-TNATA, Pani/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonicacid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트))등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112013054296688-pat00028
Figure 112013054296688-pat00029
Figure 112013054296688-pat00030
상기 정공 주입층의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 상기 정공 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없이 만족스러운 정도의 정공 주입 특성을 얻을 수 있다.
다음으로 상기 정공 주입층 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 정공 수송층(HTL)을 형성할 수 있다. 진공 증착법 및 스핀 팅법에 의하여 정공 수송층을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
정공 수송 물질로는 공지된 정공 수송 물질을 사용할 수 있다. 공지된 정공 수송 재료로는, 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), TCTA(4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine)), NPB(N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112013054296688-pat00031
Figure 112013054296688-pat00032
상기 정공 수송층의 두께는 약 50Å 내지 약 2000Å, 예를 들면 약 100Å 내지 약 1500Å일 수 있다. 상기 정공 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
상기 H-기능층(정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층)에는 상술한 바와 같은 정공 주입층 물질 및 정공 수송층 물질 중에서 1 이상의 물질이 포함될 수 있으며, 상기 H-기능층의 두께는 약 500Å 내지 약 10000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 상기 H-기능층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없이 만족스러운 정도의 정공 주입 및 수성 특성을 얻을 수 있다.
한편, 상기 정공 주입층, 정공 수송층 및 H-기능층 중 적어도 한 층은 하기 화학식 300으로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 350으로 표시되는 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
<화학식 300>
Figure 112013054296688-pat00033
<화학식 350>
Figure 112013054296688-pat00034
상기 화학식 300 및 350 중, Ar11, Ar12, Ar21 및 Ar22는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴렌기이다.
상기 화학식 300 중, 상기 e 및 f는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수, 또는 0, 1 또는 2일 수 있다. 예를 들어, 상기 e는 1이고, f는 0일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 300 및 350 중, R51 내지 R58, R61 내지 R69 및 R71 및 R72는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 또는 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴싸이오기일 수 있다. 예를 들어, 상기 R51 내지 R58, R61 내지 R69 및 R71 및 R72은 서로 독립적으로, 수소; 중수소; 할로겐 원자; 히드록실기; 시아노기; 니트로기; 아미노기; 아미디노기; 히드라진; 히드라존; 카르복실기나 이의 염; 술폰산기나 이의 염; 인산이나 이의 염; C1-C10알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 등); C1-C10알콕시기(예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 펜톡시기 등); 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염 및 인산이나 이의 염 중 하나 이상으로 치환된 C1-C10알킬기 및 C1-C10알콕시기; 페닐기; 나프틸기; 안트릴기; 플루오레닐기; 파이레닐기; 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, C1-C10알킬기 및 C1-C10알콕시기 중 하나 이상으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 플루오레닐기 및 파이레닐기; 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 300 중, R59는, 페닐기; 나프틸기; 안트릴기; 바이페닐기; 피리딜기; 및 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기, 및 치환 또는 비치환된 C1-C20알콕시기 중 하나 이상으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 바이페닐기 및 피리딜기; 중 하나일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 300으로 표시되는 화합물은 하기 화학식 300A로 표시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화학식 300A>
Figure 112013054296688-pat00035
상기 화학식 300A 중, R51, R61, R62 및 R59에 대한 상세한 설명은 상술한 바를 참조한다.
예를 들어, 상기 정공 주입층, 정공 수송층 및 H-기능층 중 적어도 한 층은 하기 화합물 301 내지 320 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112013054296688-pat00036
Figure 112013054296688-pat00037
상기 정공 주입층, 정공 수송층 및 H-기능층 중 적어도 하나는, 상술한 바와 같은 공지된 정공 주입 물질, 공지된 정공 수송 물질 및/또는 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 물질 외에, 막의 도전성 등을 향상시키기 위하여 전하-생성 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 전하-생성 물질은 예를 들면, p-도펀트일 수 있다. 상기 p-도펀트는 퀴논 유도체, 금속 산화물 또는 시아노기-함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 p-도펀트의 비제한적인 예로는, 테트라사이아노퀴논다이메테인(TCNQ) 및 2,3,5,6-테트라플루오로-테트라사이아노-1,4-벤조퀴논다이메테인(F4-TCNQ) 등과 같은 퀴논 유도체; 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물; 및 하기 화합물 200 등과 같은 시아노기-함유 화합물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<화합물 200> <F4-TCNQ>
Figure 112013054296688-pat00038
Figure 112013054296688-pat00039
상기 정공 주입층, 상기 정공 수송층 또는 상기 H-기능층이 상기 전하-생성 물질을 더 포함할 경우, 상기 전하-생성 물질은 정공 주입층, 상기 정공 수송층 또는 상기 H-기능층 중에 균일하게(homogeneous) 분산되거나, 또는 불균일하게 분포될 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다.
상기 정공 주입층, 정공 수송층 및 H-기능층 중 적어도 하나와 상기 발광층 사이에는 버퍼층이 개재될 수 있다. 상기 버퍼층은 발광층에서 방출되는 광의 파장에 따른 광학적 공진 거리를 보상하여 효율을 증가시키는 역할을 수 있다. 상기 버퍼층은 공지된 정공 주입 재료, 정공 수송 재료를 포함할 수 있다. 또는, 상기 버퍼층은 버퍼층 하부에 형성된 상기 정공 주입층, 정공 수송층 및 H-기능층에 포함된 물질 중 하나와 동일한 물질을 포함할 수 있다.
이어서, 정공 수송층, H-기능층 또는 버퍼층 상부에 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 발광층(EML)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 발광층을 형성하는 경우, 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
상기 발광층은 본 발명의 일 구현예에 따른 화합물 또는 공지된 다양한 공지의 호스트 및 도펀트를 이용하여 형성할 수 있다. 상기 도펀트의 경우, 공지의 형광 도펀트 및 공지의 인광 도펀트를 모두 사용할 수 있다.
예를 들어, 공지의 호스트로서, Alq3, CBP(4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐), PVK(폴리(n-비닐카바졸)), 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센(ADN), TCTA, TPBI(1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene)), TBADN(3-tert-부틸-9,10-디(나프트-2-일) 안트라센), E3, DSA(디스티릴아릴렌), dmCBP(하기 화학식 참조), 하기 화합물 501 내지 509 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112013054296688-pat00040
Figure 112013054296688-pat00041
Figure 112013054296688-pat00042
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Figure 112013054296688-pat00044
PVK ADN
Figure 112013054296688-pat00045
Figure 112013054296688-pat00046
Figure 112013054296688-pat00047
Figure 112013054296688-pat00048
또는, 상기 호스트로서, 하기 화학식 400으로 표시되는 안트라센계 화합물을 사용할 수 있다:
<화학식 400>
Figure 112013054296688-pat00049
상기 화학식 400 중, Ar111 및 Ar112는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴렌기이고; 상기 Ar113 내지 Ar116은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬기 또는 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기이고; g, h, i 및 j는 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수일 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 400 중, Ar111 및 Ar112는 페닐렌기, 나프틸렌기, 페난트레닐렌기 또는 파이레닐렌기; 또는 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기 중 하나 이상으로 치환된 페닐렌기, 나프틸렌기, 페난트레닐렌기, 플루오레닐기, 또는 파이레닐렌기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 400 중 g, h, i 및 j는 서로 독립적으로, 0, 1 또는 2일 수 있다.
상기 화학식 400 중, Ar113 내지 Ar116은 서로 독립적으로, 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기 중 하나 이상으로 치환된 C1-C10알킬기; 페닐기; 나프틸기; 안트릴기; 파이레닐기; 페난트레닐기; 플루오레닐기; 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 파이레닐기, 페난트레닐기 및 플루오레닐기 중 하나 이상으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 파이레닐기, 페난트레닐기 및 플루오레닐기; 및
Figure 112013054296688-pat00050
중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 화학식 400으로 표시된 안트라센계 화합물은 하기 화합물들 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112013054296688-pat00051
Figure 112013054296688-pat00052
Figure 112013054296688-pat00053
Figure 112013054296688-pat00054
Figure 112013054296688-pat00055
또는, 상기 호스트로서, 하기 화학식 401으로 표시되는 안트라센계 화합물을 사용할 수 있다:
<화학식 401>
Figure 112013054296688-pat00056
상기 화학식 401 중 Ar122 내지 Ar125에 대한 상세한 설명은 상기 화학식 400의 Ar113에 대한 설명을 참조한다.
상기 화학식 401 중 Ar126 및 Ar127은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기 또는 프로필기)일 수 있다.
상기 화학식 401 중 k 및 l은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수일 수 있다. 예를 들어, 상기 k 및 l은 0, 1 또는 2일 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 401로 표시된 안트라센계 화합물은 하기 화합물들 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112013054296688-pat00057
상기 유기 발광 소자가 풀 컬러 유기 발광 소자일 경우, 발광층은 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층으로 패터닝될 수 있다.
한편, 상기 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층 중 적어도 하나는 하나는 하기 도펀트를 포함할 수 있다(ppy = 페닐피리딘)
예를 들어, 청색 도펀트로서는 하기 화합물들 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112013054296688-pat00058
Figure 112013054296688-pat00059
Figure 112013054296688-pat00060
Figure 112013054296688-pat00061
Figure 112013054296688-pat00062
Figure 112013054296688-pat00063
DPAVBi
Figure 112013054296688-pat00064
TBPe
예를 들어, 적색 도펀트로서는 하기 화합물들 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112013054296688-pat00065
Figure 112013054296688-pat00066
Figure 112013054296688-pat00067
Figure 112013054296688-pat00068
예를 들어, 녹색 도펀트로서는 하기 화합물들 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112013054296688-pat00069
Figure 112013054296688-pat00070
한편, 상기 발광층에 포함될 수 있는 도펀트는 후술하는 바와 같은 Pd-착체 또는 Pt-착체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112013054296688-pat00071
Figure 112013054296688-pat00072
Figure 112013054296688-pat00073
Figure 112013054296688-pat00074
Figure 112013054296688-pat00075
Figure 112013054296688-pat00076
Figure 112013054296688-pat00077
Figure 112013054296688-pat00078
Figure 112013054296688-pat00079
또한, 상기 발광층에 포함될 수 있는 도펀트는 후술하는 바와 같은 Os-착체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112013054296688-pat00080
상기 발광층이 호스트 및 도펀트를 포함할 경우, 도펀트의 함량은 통상적으로 호스트 약 100 중량부를 기준으로 하여 약 0.01 내지 약 15 중량부의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 200Å 내지 약 600Å일 수 있다. 상기 발광층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 발광 특성을 나타낼 수 있다.
다음으로 발광층 상부에 전자 수송층(ETL)을 진공증착법, 또는 스핀코팅법, 캐스트법 등의 다양한 방법을 이용하여 형성한다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 전자 수송층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
상기 전자 수송층 재료로는 전자주입전극(Cathode)로부터 주입된 전자를 안정하게 수송하는 기능을 하는 것으로서 본 발명에 따른 화합물 또는 공지의 전자 수송 물질을 이용할 수 있다.
공지의 전자 수송 물질의 예로는, 퀴놀린 유도체, 특히 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), TAZ, Balq, 베릴륨 비스(벤조퀴놀리-10-노에이트)(beryllium bis(benzoquinolin-10-olate: Bebq2), ADN, 화합물 201, 화합물 202 등과 같은 재료를 사용할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112013054296688-pat00081
Figure 112013054296688-pat00082
<화합물 201> <화합물 202>
Figure 112013054296688-pat00083
Figure 112013054296688-pat00084
Figure 112013054296688-pat00085
BCP
상기 전자 수송층의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 상기 전자 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
또는, 상기 전자 수송층은 전자 수송성 유기 화합물 외에, 금속-함유 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 금속-함유 물질은 Li 착체를 포함할 수 있다. 상기 Li 착체의 비제한적인 예로는, 리튬 퀴놀레이트(LiQ) 또는 하기 화합물 203 등을 들 수 있다:
<화합물 203>
Figure 112013054296688-pat00086
또한 전자 수송층 상부에 음극으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질인 전자 주입층(EIL)이 적층될 수 있으며 이는 특별히 재료를 제한하지 않는다.
상기 전자 주입층 형성 재료로는 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 등과 같은 전자주입층 형성 재료로서 공지된 임의의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자주입층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
상기 전자 주입층의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 상기 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
이와 같은 유기층 상부로는 제2전극이 구비되어 있다. 상기 제2전극은 전자 주입 전극인 캐소드(Cathode)일 수 있는데, 이 때, 상기 제2전극 형성용 금속으로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등을 박막으로 형성하여 투과형 전극을 얻을 수 있다. 한편, 전면 발광 소자를 얻기 위하여 ITO, IZO를 이용한 투과형 전극을 형성할 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다.
이상, 상기 유기 발광 소자를 도 1을 참조하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 발광층에 인광 도펀트를 사용할 경우에는 삼중항 여기자 또는 정공이 전자 수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여, 상기 전자 수송층과 발광층 사이 또는 E-기능층과 발광층 사이에에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 정공 저지층(HBL)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 정공 저지층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 될 수 있다. 공지의 정공 저지 재료도 사용할 수 있는데, 이의 예로는, 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다. 예를 들면, 하기와 같은 BCP를 정공 저지층 재료로 사용할 수 있다.
Figure 112013054296688-pat00087
상기 정공 저지층의 두께는 약 20Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 30Å 내지 약 300Å일 수 있다. 상기 정공저지층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 정공 저지 특성을 얻을 수 있다.
본 발명을 따르는 유기 발광 소자는 다양한 형태의 평판 표시 장치, 예를 들면 수동 매트릭스 유기 발광 표시 장치 및 능동 매트릭스 유기 발광 표시 장치에 구비될 수 있다. 특히, 능동 매트릭스 유기 발광 표시 장치에 구비되는 경우, 기판 측에 구비된 제 1 전극은 화소 전극으로서 박막 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 유기 발광 소자는 양면으로 화면을 표시할 수 있는 평판 표시 장치에 구비될 수 있다.
또한 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 유기층은 본 발명의 일 구현예에 따른 화합물을 사용하여 증착 방법으로 형성될 수 있거나, 또는 용액으로 제조된 본 발명의 일 구현에에 따른 화합물을 코팅하는 습식 방법으로도 형성될 수 있다.
이하에서, 합성예 및 실시예를 들어, 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자에 대하여 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명이 하기의 합성예 및 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[ 합성예 ]
전자 수송층 재료의 합성예:
Figure 112013054296688-pat00088
(1) 2-bromo-4,6-diphenylpyrimidine의 합성
2-amino-4,6-diphenylpyrimidine (10g, 40mmol)에 48% HBr 50mL를 가하여 교반했다. 용액을 -20℃까지 냉각하고, 브롬 (2.5mL, 48mmol)을 적하했다. 아질산나트륨 (2.8g, 40mmol)을 추가한 후 실온에서 3시간 교반했다. 반응 종료 후, 아세트산에틸로 추출하고 유기층을 무수 황산마그네슘으로 건조시키고, 용매를 감압 증류 제거했다. 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 2-bromo-4,6-diphenylpyrimidine 9.1g (73%)을 얻었다.
(2) 화합물 220의 합성
질소 분위기 하에서 2-bromo-4,6-diphenylpyrimidine (5g, 16mmol), 2-naphthylboronic acid(3.6g, 21mmol), Pd(PPh3)4 (0.7g, 0.64mmol), 2M Na2CO3 수용액 8mL, 톨루엔 20mL, 에탄올 20mL를 넣고 24시간 환류 교반한다. 증류수로 씻어 주고 EA로 추출한다. 무수 MgSO4로 건조하고 감압 증류한다. 컬럼 분리하여 화합물 220을 3.73g (65%) 얻었다.
인광호스트 재료의 합성예:
Figure 112013054296688-pat00089
10H-phenanthro[9,10-b]Carbazole (5g, 15.7mmol)과 NaH 과량을 DMF 30mL 에 가하여 1시간동안 교반시켰다. 1시간 후 2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 5.35g(0.02mol)을 DMF 15mL에 녹이고 앞서 교반한 플라스크에 첨가하였다. 반응 종료 후, 아세트산에틸로 추출하고 유기층을 무수 황산마그네슘으로 건조시키고, 용매를 감압 증류 제거했다. 컬럼크로마토그래피를 이용하여 화합물 41 (4.9g, 57 %)을 얻었다.
[ 실시예 ]
Figure 112013054296688-pat00090
실시예 1
ITO 유리 기판을 50mm x 50mm x 0.5mm크기로 잘라서 아세톤 이소프로필 알콜과 순수물 속에서 각 15분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 UV 오존 세정하여 사용하였다. 다음으로 상기 층의 위에 HT를 1200Å의 두께로 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 정공 수송층 위에 본 발명의 화합물1과　5wt% PGD를 　400Å의 두께로 진공 증착하여 발광층을 형성하였다. 이 후, 상기 발광층 상부에 220 화합물을 300Å의 두께로 진공증착하여 전자수송층을 형성하였다. 상기 전자수송층 상부에 LiF 10Å(전자주입층)과 Al 2000Å(음극)을 순차적으로 진공증착하여, 유기 발광소자를 제조하였다. 이를 실시예 1이라고 한다
실시예 2
상기 실시예1 중, 인광호스트로 본 발명의 화합물 6을 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로, ITO/HT (1200Å)/5% PGD + 화합물6　(400Å)/220 (300Å)/LiF (10Å)/Al (2000Å)의 구조를 갖는 유기발광 소자를 제조하였다. 이를 실시예 2라고 한다.
실시예 3
상기 실시예 1 중, 인광호스트로 본 발명의 화합물 41을 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로, ITO/HT (1200Å)/5% PGD + 화합물41　(400Å)/220 (300Å)/LiF (10Å)/Al (2000Å)의 구조를 갖는 유기발광 소자를 제조하였다. 이를 실시예 3라고 한다.
　 실시예 4
상기 실시예 1 중, 인광호스트로 본 발명의 화합물 44을 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로, ITO/HT (1200Å)/5% PGD + 화합물44　(400Å)/220 (300Å)/LiF (10Å)/Al (2000Å)의 구조를 갖는 유기발광 소자를 제조하였다. 이를 실시예 4라고 한다.
　 실시예 5
상기 실시예 1 중, 인광호스트로 본 발명의 화합물 72을 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로, ITO/HT (1200Å)/5% PGD + 화합물72　(400Å)/220 (300Å)/LiF (10Å)/Al (2000Å)의 구조를 갖는 유기발광 소자를 제조하였다. 이를 실시예 5라고 한다.
　 실시예 6
상기 실시예1 중, 인광호스트로 본 발명의 화합물 85을 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로, ITO/HT (1200Å)/5% PGD + 화합물85　(400Å)/220 (300Å)/LiF (10Å)/Al (2000Å)의 구조를 갖는 유기발광 소자를 제조하였다. 이를 실시예 6라고 한다.
　 실시예 7
상기 실시예 1 중, 인광호스트로 본 발명의 화합물 96을 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로, ITO/HT (1200Å)/5% PGD + 화합물96　(400Å)/220 (300Å)/LiF (10Å)/Al (2000Å)의 구조를 갖는 유기발광 소자를 제조하였다. 이를 실시예 7라고 한다.
　 실시예 8
상기 실시예1 중, 인광호스트로 본 발명의 화합물 110을 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로, ITO/HT (1200Å)/5% PGD + 화합물110　(400Å)/220 (300Å)/LiF (10Å)/Al (2000Å)의 구조를 갖는 유기발광 소자를 제조하였다. 이를 실시예 8이라고 한다.
　 실시예 9
상기 실시예 1 중, 인광호스트로 본 발명의 화합물 84 및 화합물 13을 1:3으로 섞은 혼합물을 사용하였다는 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로, ITO/HT (1200Å)/5% PGD + 화합물 84 + 화합물 13　(400Å)/220 (300Å)/LiF (10Å)/Al (2000Å)의 구조를 갖는 유기발광 소자를 제조하였다. 이를 실시예 9라고 한다.
비교예
상기 실시예 1과 동일한 방법으로, ITO/HT (1200Å)/PH1 + 5% PGD1 (400Å)/220 (300Å)/LiF (10Å)/Al (2000Å)의 구조를 갖는 유기발광 소자를 제조하였다. 이를 비교예라고 한다.
상기 실시예 및 비교예의 소자 결과를 표 1에 나타내었다
　 효율
(cd/A)		 구동전압
(V)		 수명
(hr)		 고온수명
(hr)
비교예1 100% 100% 100% 100%
실시예1 113% 92% 125% 133%
실시예2 129% 87% 118% 121%
실시예3 116% 95% 110% 101%
실시예4 105% 91% 167% 126%
실시예5 128% 86% 131% 98%
실시예6 112% 97% 129% 127%
실시예7 137% 83% 149% 132%
실시예8 127% 93% 151% 119%
실시예9 141% 79% 163% 151%
- 하기 표의 고온수명은 70℃에서 구동시킨 소자의 수명에 대한 결과임
본 발명에 대해 상기 합성예 및 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 제 1 전극;
    제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 개재된 유기층을 구비한 유기 발광 소자로서,
    상기 유기층이 발광층 및 전자 수송층을 포함하고,
    상기 발광층은 하기 화학식 2 내지 3 중 어느 하나로 나타내지는 화합물을 포함하고,
    <화학식 2>
    Figure 112020050533901-pat00092

    <화학식 3>
    Figure 112020050533901-pat00093

    상기 화학식 중,
    R10　내지 R29는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 탄소수 1 내지 60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기로 치환된 아미노기; 또는 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기;를 나타내고,
    선택적으로, 상기 R10　내지 R29 중 인접한 2 이상의 치환기는 연결되어 고리를 형성하며,
    상기 전자 수송층은 하기 화학식 5로 나타내지는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자:
    <화학식 5>
    Figure 112020050533901-pat00095

    상기 화학식 5 중, X7 내지 X9는 각각 독립적으로 CR61 또는 N 이고;
    R61, Ar4　내지 Ar6은 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기로 치환된 아미노기; 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기; 또는 하기 화학식 4a를 나타내고,
    Ar4　내지 Ar6 중 적어도 하나는 화학식 4a이고,
    Figure 112020050533901-pat00117

    상기 화학식 4a에서 Z2는 수소 또는 나프탈렌을 나타내고, *는 결합을 나타내며,
    L4　내지 L6은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴렌기; 또는 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기;를 나타내고,
    선택적으로, 상기 R61, Ar4　내지 Ar6, L4　내지 L6 중 인접한 2 이상의 치환기는 연결되어 고리를 형성하며,
    d 내지 f는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이다.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 2 내지 3에서, R10　내지 R29는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 하기 화학식 2a 내지 2f 중 어느 하나인 유기 발광 소자:
    Figure 112019121203216-pat00096

    상기 화학식 2a 내지 2f에서, R71, R72, Z1 및 Z2는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 축합 다환기, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 하이드록시기 또는 카르복시기이고;
    Y1 내지 Y3은 각각 독립적으로 CH 또는 N이고;
    Q1은 S 또는 O이고;
    p는 1 내지 7의 정수이고;
    *는 결합을 나타낸다.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 5에서, Ar4 내지 Ar6는 화학식 4a가 아닌 경우, 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 하기 화학식 3a 내지 3e 중 어느 하나인 유기 발광 소자:
    Figure 112020050533901-pat00118

    상기 화학식 3a 내지 3e에서, Z1 및 Z2는 각각 독립적으로, 수소 원자, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 축합 다환기, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 하이드록시기 또는 카르복시기이고;
    p는 1 내지 7의 정수이고;
    *는 결합을 나타낸다.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 5에서, L4 내지 L6는 각각 독립적으로 하기 화학식 5a 내지 5d 중 어느 하나로 표시되는 유기 발광 소자:
    Figure 112019121203216-pat00100

    상기 화학식 5a 내지 5d 중 *는 결합을 나타낸다.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 2 내지 화학식 3의 화합물이 하기 화합물들 중 어느 하나인 유기 발광 소자:
    Figure 112019121203216-pat00115

    Figure 112019121203216-pat00105

    Figure 112019121203216-pat00106

    Figure 112019121203216-pat00107

    Figure 112019121203216-pat00108

    Figure 112019121203216-pat00109
  9. 제 1 전극;
    제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 개재된 유기층을 구비한 유기 발광 소자로서,
    상기 유기층이 발광층 및 전자 수송층을 포함하고,
    상기 발광층은 하기 화학식 2 내지 3 중 어느 하나로 나타내지는 화합물을 포함하고,
    <화학식 2>
    Figure 112020050533901-pat00119

    <화학식 3>
    Figure 112020050533901-pat00120

    상기 화학식 중,
    R10　내지 R29는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 탄소수 1 내지 60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴티오기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기로 치환된 아미노기; 또는 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기;를 나타내고,
    선택적으로, 상기 R10　내지 R29 중 인접한 2 이상의 치환기는 연결되어 고리를 형성하며,
    상기 전자 수송층은 하기 화합물들 중 어느 하나인 유기 발광 소자:
    Figure 112020050533901-pat00110

    Figure 112020050533901-pat00116
  10. 제 1 항 또는 제9항에 있어서,
    상기 유기층이 발광층, 전자 주입층, 전자 수송층, 전자 주입 및 전자 수송기능을 동시에 갖는 기능층, 정공 주입층, 정공 수송층, 또는 정공 주입 및 정공 수송기능을 동시에 갖는 기능층을 포함하고,
    상기 발광층의 적색층, 녹색층, 청색층 또는 흰색층의 어느 한 층은 인광 화합물을 포함하는 유기 발광 소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 정공 주입층, 정공 수송층, 또는 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층이 전하 생성 물질을 포함하는 유기 발광 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전하 생성 물질이 p-도펀트인 유기 발광 소자
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 p-도펀트가 퀴논 유도체인 유기 발광 소자.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 p-도펀트가 금속 산화물인 유기 발광 소자.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 p-도펀트가 시아노기-함유 화합물인 유기 발광 소자.
  16. 제 1 항 또는 제9항에 있어서,
    상기 전자 수송층이 금속 착체를 더 포함하는 유기 발광 소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속 착체가 Li 착체인 유기 발광 소자.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 금속 착체가 리튬 퀴놀레이트(LiQ) 또는 하기 화합물 203인 유기 발광 소자:
    <화합물 203>
    Figure 112013054296688-pat00113
  19. 제 1 항 또는 제9항에 있어서,
    상기 유기층이 상기 유기층에 사용되는 화합물을 사용하여 습식 공정으로 형성되는 유기 발광 소자.
  20. 제 1 항 또는 제9항의 유기 발광 소자를 구비하고, 상기 유기 발광 소자의 제 1 전극이 박막 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극과 전기적으로 연결된 평판 표시 장치.
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