KR102201104B1 - 고효율과 장수명을 갖는 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고효율과 장수명을 갖는 유기발광소자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 진한 청색(Deep blue) 발광이 가능하며, 고효율과 장수명을 갖는 발광재료를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다

Description

고효율과 장수명을 갖는 유기 발광 소자{organic light-emitting diode with High efficiency and long lifetime}
본 발명은 고효율과 장수명을 갖는 유기발광소자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 진한 청색(Deep blue) 발광이 가능하며, 고효율과 장수명을 갖는 발광재료를 포함하는 유기 발광 소자에관한 것이다.
유기 발광 소자(organic light emitting diode, OLED)는 자기 발광 현상을 이용한 디스플레이로서, 시야각이 크고 액정 디스플레이에 비해 경박, 단소해질 수 있고, 빠른 응답 속도 등의 장점을 가지고 있어 풀-컬러(full-color) 디스플레이 또는 조명으로의 응용이 기대되고 있다.
상기 유기 발광 소자에서 유기물층으로 사용되는 재료는 기능에 따라, 발광 재료와 전하수송 재료, 예컨대 정공주입 재료, 정공수송 재료, 전자수송 재료, 전자주입 재료 등으로 분류될 수 있다. 상기 발광 재료는 분자량에 따라 고분자형과 저분자형으로 분류될 수 있고, 발광 메커니즘에 따라 전자의 일중항 여기상태로부터 유래되는 형광 재료와 전자의 삼중항 여기상태로부터 유래되는 인광 재료로 분류될 수 있다. 또한, 발광 재료는 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 재료와 보다 나은 천연색을 구현하기 위해 필요한 노란색 및 주황색 발광 재료로 구분될 수 있다.
한편, 발광 재료로서 하나의 물질만 사용하는 경우, 분자간 상호 작용에 의하여 최대 발광 파장이 장파장으로 이동하고 색순도가 떨어지거나 발광 감쇄 효과로 소자의 효율이 감소되는 문제가 발생하므로, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율을 증가시키기 위하여 발광 재료로서 호스트-도판트 시스템을 사용할 수 있다.
그 원리는 발광층을 형성하는 호스트보다 에너지 대역 간극이 작은 도판트를 발광층에 소량 혼합하면, 발광층에서 발생한 엑시톤이 도판트로 수송되어 효율이 높은 빛을 내는 것이다. 이때, 호스트의 파장이 도판트의 파장대로 이동하므로, 이용하는 도판트의 종류에 따라 원하는 파장의 빛을 얻을 수 있다.
이러한 발광층 중 도판트 화합물에 관한 종래기술로서 공개특허공보 제 10-2008-0015865(2008.02.20)에는 아릴 아민이 결합된 인데노플루오렌 유도체 등을 이용한 유기발광 소자가 개시되어 있고, 공개특허공보 제10-2012-0047706호(20012.05.14)에서는 한분자내에 디벤조퓨란 또는 디벤조티오펜이 플루오렌과 함께 존재하거나, 벤조퓨란 또는 디벤조티오펜이 카바졸과 함께 존재하는 구조의 화합물을 이용한 유기발광 소자가 개시되어 있다.
또한 최근에는 고효율과 장수명을 갖는 유기 발광 화합물에 대한 연구가 진행되고 있으며, 특히 청색 발광 화합물을 포함하는 고효율, 장수명 특성의 유기발광소자에 관해 다양하게 연구되고 있다.
상기 청색 발광 화합물을 포함하는 유기발광소자에 관한 종래 기술로서 공개특허공보 제10-2011-0015213호(2011.02.15)에서는 아릴아민의 아릴기에 다양한 치환기를 가진 피렌 유도체를 포함하는 유기발광소자에 관해 기재되어 있다.
그러나, 상기 피렌 유도체의 경우에 진한 청색(Deep blue)쪽에 해당하는 CIE 0.1 이하의 범위를 갖도록 디자인하게 되는 경우에 대부분 효율이 떨어지고 낮은 수명을 갖게되는 문제점이 있어 이를 해결하기 위한 다양한 노력이 진행되고 있으나, 아직까지 상기 선행기술을 포함하는 종래기술에 의해 제조된 유기발광물질들에 비해 고효율 및, 장수명 특성을 갖는 새로운 유기발광소자의 개발 필요성은 지속적으로 요구되고 있는 실정이다.
공개특허공보제 10-2008-0015865 (2008.02.20)
공개특허공보 제10-2012-0047706호(20012.05.14)
공개특허공보 제10-2011-0015213호(2011.02.15)
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고효율 및, 장수명 특성을 갖는 신규한 유기발광소자(organic light emitting diode, OLED)를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 낮은 두께의 박막과 넓은 시야각을 갖는 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 기술적 과제들을 달성하기 위하여, 제1전극; 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극사이에 개재되는 발광층;을 포함하는 유기발광소자로서, 상기 발광층이 하기 [화학식 A] 로 표시되는 아민 화합물을 1종이상 포함하며, 상기 발광층에서 발광되는 빛의 색좌표의 CIEy 값이 0.1 이하인 유기발광소자를 제공한다.
[화학식 A]
Figure 112015127092562-pat00001
상기 [화학식 A] 에서, A1, A2, E 및 F는 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 방향족 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 방향족 헤테로고리이고;
상기 A1의 방향족 고리내 서로 이웃한 두 개의 탄소원자와, 상기 A2의 방향족 고리내 서로 이웃한 두개의 탄소원자는 상기 치환기 R1 및 R2에 연결된 탄소원자와 5원환을 형성함으로써 각각 축합고리를 형성하며;
상기 연결기 L1 내지 L12는 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴렌기 중에서 선택되며;
상기 M은 N-R3, CR4R5, SiR6R7, GeR8R9, O, S, Se 중에서 선택되는 어느 하나이며;
상기 치환기 R1 내지 R9, Ar1 내지 Ar8은 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30 의 알킬게르마늄기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30 의 아릴게르마늄기, 시아노기, 니트로기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느하나이되,
상기 R1 및 R2는 서로 연결되어 지환족, 방향족의 단일환 또는 다환 고리를 형성할 수 있으며, 상기 형성된 지환족,방향족의 단일환 또는 다환 고리의 탄소원자는 N, O, P, Si, S, Ge, Se, Te 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 헤테로원자로 치환될 수 있으며;
상기 p1 내지 p4, r1 내지 r4, s1 내지 s4는 각각 1 내지 3의 정수이되, 이들 각각이 2 이상인 경우에 각각의 연결기 L1 내지 L12는 서로 동일하거나 상이하고,
상기 x는 1 또는 2의 정수이고, y 및 z는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 0 내지 3의 정수이며,
상기 Ar1 과 Ar2, Ar3과 Ar4, Ar5와 Ar6, 및 Ar7과 Ar8은 각각 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고;
상기 화학식 A에서 상기 A1 고리내 서로 이웃한 두개의 탄소원자는 상기 구조식 Q2의 *와 결합하여 축합고리를 형성하고, 상기 A2 고리내 서로 이웃한 두개의 탄소원자는 상기 구조식 Q1의 *와 결합하여 축합고리를 형성한다.
본 발명에서의 유기발광소자는 종래기술에 따른 유기발광소자에 비하여 진한 청색영역(Deep blue)에 해당하는 색좌표의 CIEy 값이 0.1 이하의 범위에서 보다 장수명을 가지면서 고효율을 나타낼 수 있다.
또한 상기 진한 청색 영역에서의 장수명이 구현되는 경우에 공통층, 특히 정공전달층 및/또는 정공주입층의 두께를 줄일 수 있는 장점이 있어, 유기발광소자의 적층시 경제성을 가질 수 있고, 또한 얇은 박막 형성에 따른 저전압구동이 가능해지는 추가의 장점이 있다.
아울러 본 발명에 따른 유기발광 소자는 종래기술보다 시야각이 넓어져서 색 재현율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 유기 발광 소자의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따라 구현되는 유기발광소자의 HTL 두께에 따른 효율과 비교예에서의 HTL 두께에 따른 효율을 시뮬레이션하여 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따라 구현되는 유기발광소자의 시야각과 비교예1에 따른 유기발광소자의 시야각을 나타낸 그림이다.
도 4 는 비교예1의 시야각에 따른 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 5는 실시예1의 시야각에 따른 스펙트럼을 도시한 도면이다
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 제1전극; 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극사이에 개재되는 발광층;을 포함하는 유기발광소자로서,
상기 발광층이 하기 [화학식 A] 로 표시되는 아민 화합물을 1종이상 포함하며, 발광층에서 발광되는 빛의 색좌표의 CIEy 값이 0.1 이하인 유기발광소자를 제공한다.
[화학식 A]
Figure 112015127092562-pat00002
상기 [화학식 A] 에서, A1, A2, E 및 F는 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 방향족 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 방향족 헤테로고리이고;
상기 A1의 방향족 고리내 서로 이웃한 두 개의 탄소원자와, 상기 A2의 방향족 고리내 서로 이웃한 두개의 탄소원자는 상기 치환기 R1 및 R2에 연결된 탄소원자와 5원환을 형성함으로써 각각 축합고리를 형성하며;
상기 연결기 L1 내지 L12는 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로시클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴렌기 중에서 선택되며;
상기 M은 N-R3, CR4R5, SiR6R7, GeR8R9, O, S, Se 중에서 선택되는 어느 하나이며;
상기 치환기 R1 내지 R9, Ar1 내지 Ar8은 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30 의 알킬게르마늄기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30 의 아릴게르마늄기, 시아노기, 니트로기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느하나이되,
상기 R1 및 R2는 서로 연결되어 지환족,방향족의 단일환 또는 다환 고리를 형성할 수 있으며, 상기 형성된 지환족,방향족의 단일환 또는 다환 고리의 탄소원자는 N, O, P, Si, S, Ge, Se, Te 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 헤테로원자로 치환될 수 있으며;
상기 p1 내지 p4, r1 내지 r4, s1 내지 s4는 각각 1 내지 3의 정수이되, 이들 각각이 2 이상인 경우에 각각의 연결기 L1 내지 L12는 서로 동일하거나 상이하고,
상기 x는 1 또는 2의 정수이고, y 및 z는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 0 내지 3의 정수이며,
상기 Ar1 과 Ar2, Ar3과 Ar4, Ar5와 Ar6, 및 Ar7과 Ar8은 각각 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고;
상기 화학식 A에서 상기 A1 고리내 서로 이웃한 두개의 탄소원자는 상기 구조식 Q2의 *와 결합하여 축합고리를 형성하고, 상기 A2 고리내 서로 이웃한 두개의 탄소원자는 상기 구조식 Q1의 *와 결합하여 축합고리를 형성하며;
상기'치환 또는 비치환된'에서의 '치환'은 중수소, 시아노기, 할로겐기, 히드록시기, 니트로기, 탄소수 1 내지 24의 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 2 내지 24의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 7 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기 또는 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 1 내지 24의 알콕시기, 탄소수 1 내지 24의 알킬아미노기, 탄소수 6 내지 24의 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 24의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴실릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
한편, 본 발명에서의 상기 "치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기", "치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 50의 아릴기" 등에서의 상기 알킬기 또는 아릴기의 범위를 고려하여 보면, 상기 탄소수 1 내지 30의 알킬기 및 탄소수 5 내지 50의 아릴기의 탄소수의 범위는 각각 상기 치환기가 치환된 부분을 고려하지 않고 비치환된 것으로 보았을 때의 알킬 부분 또는 아릴 부분을 구성하는전체탄소수를 의미하는 것이다. 예컨대, 파라위치에 부틸기가 치환된 페닐기는 탄소수 4의 부틸기로 치환된 탄소수 6의 아릴기에 해당하는 것으로 보아야 한다.
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 아릴기는 하나 이상의 고리를 포함하는 탄화수소로 이루어진 방향족 시스템을 의미하며, 상기 아릴기가 치환기가 있는 경우 서로 이웃하는 치환기와 서로 융합 (fused)되어 고리를 추가로 형성할 수 있다.
상기 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, o-비페닐기, m-비페닐기, p-비페닐기, o-터페닐기, m-터페닐기, p-터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기, 인데닐, 플루오레닐기, 테트라히드로나프틸기, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐, 플루오란텐일 등과 같은 방향족 그룹을 들 수 있고, 상기 아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 실릴기, 아미노기 (-NH2, -NH(R), -N(R')(R''), R'과 R"은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며, 이 경우 "알킬아미노기"라 함), 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기, 술폰산기, 인산기, 탄소수 1 내지 24의 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 알케닐기, 탄소수 1 내지 24의 알키닐기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기 또는 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴알킬기로 치환될 수 있다.
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 헤테로아릴기는 N, O, P, Si, S, Ge, Se, Te 중에서 선택된 1, 2 또는 3개의 헤테로 원자를 포함하고, 나머지 고리 원자가 탄소인 탄소수 2 내지 24의 고리 방향족 시스템을 의미하며, 상기 고리들은 융합(fused)되어 고리를 형성할 수 있다. 그리고 상기 헤테로아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 아릴기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
또한 본 발명에서 상기 방향족 헤테로고리는 방향족 탄화수소 고리에서 방향족 탄소중 하나이상이 N, O, P, Si, S, Ge, Se, Te 중에서 선택된 하나 이상의 헤테로 원자로 치환된 것을 의미한다.
본 발명에서 사용되는 치환기인 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 들 수 있고, 상기 알킬기 중 하나 이상의 수소 원자는 원자는 상기 아릴기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 알콕시기의 구체적인 예로는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소부틸옥시, sec-부틸옥시, 펜틸옥시, iso-아밀옥시, 헥실옥시 등을 들 수 있고, 상기 알콕시기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 아릴기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 실릴기의 구체적인 예로는 트리메틸실릴, 트리에틸실릴, 트리페닐실릴, 트리메톡시실릴, 디메톡시페닐실릴, 디페닐메틸실릴, 실릴, 디페닐비닐실릴, 메틸사이클로뷰틸실릴, 디메틸퓨릴실릴 등을 들 수 있고, 상기 실릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 아릴기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능 하다.
본 발명에 따른 유기발광소자에서의 상기 화학식 A로 표시되는 화합물은 구조식 Q2가 A1고리에 연결되고, 구조식 Q1이 A2고리에 연결되는 경우에 상기 A2 고리에는 반드시 Ar1및 Ar2를 포함하는 아민기가 결합되는 구조적 특징을 가진다.
일 실시예로서, 본 발명의 상기 화학식 A 에서의 A1, A2, E 및 F는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 방향족 탄화수소 고리일 수 있다.
상기와 같이, 화학식 A 에서의 A1, A2, E 및 F가 각각 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 방향족 탄화수소 고리에 해당하는 경우에, 상기 방향족 탄화수소 고리는 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 [구조식 10] 내지 [구조식 21] 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
[구조식 10] [구조식 11] [구조식 12]
Figure 112015127092562-pat00003
[구조식 13] [구조식 14] [구조식 15]
Figure 112015127092562-pat00004
[구조식 16] [구조식 17] [구조식 18]
Figure 112015127092562-pat00005
[구조식 19] [구조식 20] [구조식 21]
Figure 112015127092562-pat00006
상기 [구조식 10] 내지 [구조식 21]에서 "-*"는 A1 또는 A2에서 상기 치환기 R1 및 R2에 연결된 탄소원자를 포함하는 5원환을 형성하거나, 또는 E 또는 F에서 상기 구조식 Q1 및 Q2에서의 M을 포함하는 5원환을 형성하기 위한 결합 사이트를 의미하며,
상기 [구조식 10] 내지 [구조식 21]의 방향족 탄화수소 고리가 고리가 A1고리 또는 A2고리에 해당하면서 구조식 Q1 또는 구조식 Q2와 결합하는 경우에는 이들중 서로 이웃한 두개의 탄소원자는 상기 구조식 Q1 의 *와 결합하거나 또는 구조식 Q2의 *와 결합하여 축합고리를 형성하며;
상기 [구조식 10] 내지 [구조식 21]에서 상기 R은 앞서 정의한 R1 및 R2과 동일하고, m은 1 내지 8의 정수이며, m이 2이상인 경우 또는 R이 2이상인 경우에는 각각의 R은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
일 실시예로서, 본 발명의 상기 화학식 A 에서의 A1, A2, E 및 F는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 방향족 헤테로 고리일 수 있다.
상기와 같이, 화학식 A 에서의 A1, A2, E 및 F가 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 방향족 헤테로 고리에 해당하는 경우에, 상기 방향족 헤테로 고리는 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 [구조식 31] 내지 [구조식 40] 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
[구조식 31] [구조식 32] [구조식 33] [구조식 34]
Figure 112015127092562-pat00007
[구조식 35] [구조식 36] [구조식 37]
Figure 112015127092562-pat00008
[구조식 38] [구조식 39] [구조식 40]
Figure 112015127092562-pat00009
상기 [구조식 31] 내지 [구조식 40]에서,
T1 내지 T12은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로, C(R41), C(R42)(R43), N, N(R44), O, S, Se, Te, Si(R45)(R46) 및 Ge(R47)(R48) 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, T1 내지 T12가 동시에 모두 탄소 원자인 경우는 없으며, 상기 R41 내지 R48은 앞서 정의한 R1 및 R2과 동일하고, 상기 방향족 고리내 T1 내지 T12중 서로 이웃한 두개는 탄소원자로서 상기 치환기 R1 및 R2에 연결된 탄소원자를 포함하는 5원환을 형성하거나, 또는 상기 구조식 Q1 및 Q2에서의 M을 포함하는 5원환을 형성하기 위한 단일결합을 포함하며,
상기 [구조식 31] 내지 [구조식 40] 의 방향족 헤테로 고리가 A1 고리 또는 A2고리에 해당하면서 구조식 Q1 또는 구조식 Q2와 결합하는 경우에는 상기 T1 내지 T12중 서로 이웃한 두개는 탄소원자로서 상기 구조식 Q1 의 *와 결합하거나 또는 구조식 Q2의 *와 결합하여 축합고리를 형성한다.
또한, 상기 [구조식 33]은 전자의 이동에 따른 공명구조에 의해 하기 [구조식 33-1]로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[구조식 33-1]
Figure 112015127092562-pat00010
상기 [구조식 33-1]에서, T1 내지 T7은 상기 [구조식 31] 내지 [구조식 40]에서 정의한 T1 내지 T12 와 동일하다.
일 실시예로서, 상기 [구조식 31] 내지 [구조식40]은 하기 [구조식 41] 로 표시되는 헤테로고리 중에서 선택될 수 있다.
[구조식 41]
Figure 112015127092562-pat00011
Figure 112015127092562-pat00012
Figure 112015127092562-pat00013
Figure 112015127092562-pat00014
Figure 112015127092562-pat00015
Figure 112015127092562-pat00016
Figure 112015127092562-pat00017
상기 [구조식 41]에서, 각각의 화합물들에 포함된 X는 앞서 정의한 R1 및 R2과 동일하고, m 은 1 내지 11의 정수이며, m이 2 이상인 경우 복수 개의 X는 서로 동일하거나 상이하며,
상기 [구조식 41]에서, 방향족 고리내 서로 이웃한 두개의 탄소원자는 상기 치환기 R1 및 R2에 연결된 탄소원자를 포함하는 5원환을 형성하거나, 또는 상기 구조식 Q1 및 Q2에서의 M을 포함하는 5원환을 형성하며,
상기 [구조식 41]의 방향족 헤테로 고리가 A1 고리 또는 A2고리에 해당하면서 구조식 Q1 또는 구조식 Q2와 결합하는 경우에는 상기 방향족 고리내 서로 이웃한 두개의 탄소원자는 상기 구조식 Q1 의 *와 결합하거나 또는 구조식 Q2의 *와 결합하여 축합고리를 형성한다.
일 실시예로서, 본 발명의 상기 화학식 A 에서의 연결기 L1 내지 L12는 각각 단일결합이거나, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴렌기중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
이경우에 상기 연결기 L1 내지 L12는 단일결합이거나, 아래 [구조식 22] 내지 [구조식 30] 중에서 선택되는 어느 하나이며,
p1 내지 p4, r1 내지 r4, s1 내지 s4는 각각 1 또는 2이고,
x는 1 일 수 있다.
[구조식 22] [구조식 23] [구조식 24] [구조식 25]
Figure 112015127092562-pat00018
[구조식 26] [구조식 27] [구조식 28] [구조식 29]
Figure 112015127092562-pat00019
[구조식 30]
Figure 112015127092562-pat00020
상기 연결기에서 방향족 고리의 탄소자리는 수소 또는 중수소가 결합될 수 있다.
보다 상세하게는, 이 경우에 y는 1이고, z은 0일 수 있다.
일 실시예로서, 본 발명의 화학식 A 에서의 상기 치환기 R1 및 R2는 각각 동일하거나 상이하며 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 24의 아릴기이며, 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있거나, 또는, 서로 연결되지 아니하여 고리를 형성하지 않을수 있다.
일실시예로서, 본 발명의 상기 치환기 R1 내지 R9, Ar1 내지 Ar8은 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, S 및 Si에서 선택되는 어느 하나이상을 갖는 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기, 시아노기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한 본 발명의 화학식 A 의 아민화합물에 있어서, 상기 A1, A2, E, F, Ar1 내지 Ar8, L1 내지 L12, R1 내지 R9에서의 '치환'되는 치환기는 시아노기, 할로겐기, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 6 내지 18의 아릴기, 탄소수 6 내지 18의 아릴알킬기, 탄소수 3 내지 18의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 12의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 18의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한 본 발명의 유기발광소자내 상기 화학식 A 로 표시되는 아민 화합물은 하기 하기 [화학식 1] 내지 [화학식 21] 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
<화학식 1> <화학식 2> <화학식 3>
Figure 112015127092562-pat00021
<화학식 4> <화학식 5> <화학식 6>
Figure 112015127092562-pat00022
<화학식 7> <화학식 8> <화학식 9>
Figure 112015127092562-pat00023
<화학식 10> <화학식 11> <화학식 12>
Figure 112015127092562-pat00024
<화학식 13> <화학식 14> <화학식 15>
Figure 112015127092562-pat00025
<화학식 16> <화학식 17> <화학식 18>
Figure 112015127092562-pat00026
<화학식 19> <화학식 20> <화학식 21>
Figure 112015127092562-pat00027
본 발명은 제1전극; 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되는 유기층;을 포함하고, 상기 유기층이 본 발명에서의 상기 유기발광 화합물을 1종이상 포함하는 유기발광 소자에 관한 것으로서, 상기 유기층이 발광층으로서, 상기 발광층이 [화학식 A] 로 표시되는 아민 화합물을 1종이상 포함하며, 상기 발광층에서 발광되는 빛의 색좌표의 CIEy 값이 0.1 이하인 것을 특징으로 하는 유기발광소자를 제공한다.
한편, 본 발명에서 "(유기층이) 유기 화합물을 1종 이상 포함한다" 란, "(유기층이) 본 발명의 범주에 속하는 1종의 유기 화합물 또는 상기 유기 화합물의 범주에 속하는 서로 다른 2종 이상의 화합물을 포함할 수 있다"로 해석될 수 있다.
이때, 상기 발광층은 호스트와 도판트로 이루어지고, 본 발명의 유기발광 화합물은 도판트로서 사용될 수 있다. 한편 본 발명에서 상기 발광층에는 도펀트와 더불어, 호스트 재료가 사용될 수 있다. 상기 발광층이 호스트 및 도펀트를 포함할 경우, 도펀트의 함량은 통상적으로 호스트약 100 중량부를 기준으로 하여 약 0.01 내지 약 20중량부의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 호스트와 도판트를 포함하는 발광층에 본 발명에서의 상기 [화학식 A] 로 표시되는 아민 화합물의 치환기의 적절한 선택과 사용되는 호스트 화합물의 적절한 선택을 통해 상기 발광층에서 발광되는 빛의 색좌표의 CIEy 값이 0.1 이하를 얻을 수 있다.
일반적으로, 종래기술에 따른 호스트와 도판트를 사용하는 유기발광소자는 색좌표의 CIEy 값을 0.1 이하로 하는 유기발광소자를 구현하기가 어려우며, 만일 이를 구현하더라도 얻어지는 유기발광소자는 장수명 및 고효율의 특성을 구현할 수 없는 단점을 가지고 있다.
예컨대 아릴아민을 포함하는 피렌 유도체를 도판트로 사용하고 안트라센 유도체를 호스트로 사용하는 경우에, 색좌표의 CIEy 값이 0.1 이하를 갖도록 하는 것이 어려우며, 대부분 낮은 수명과 개선된 효율을 기대할 수 없는 단점이 있다.
이에 반하여, 본 발명에 따른 유기발광소자는 상기 화학식 A 로 표시되는 아민 화합물을 발광층내의 도판트로서 사용하는 경우에, 유기발광소자내 발광층에서 발광되는 빛의 색좌표의 CIEy 값이 0.1 이하의 특성을 나타내는 소자를 용이하게 얻을 수 있으며, 또한 상기 색좌표의 CIEy 값이 0.1 이하의 특성을 갖는 유기발광소자는 종래기술에 따른 소자대비 개선된 효율과 장수명의 특성을 갖게 되는 장점이 있다.
일 실시예로서, 본 발명에 따른 유기발광 소자는 상기 색좌표의 CIEy 값이 0.095 이하의 범위를 가질 수 있고, 0.090 이하의 범위를 갖거나, 0.085이하의 범위를 갖거나, 0.080 이하의 범위를 갖거나, 0.075 이하의 범위를 갖거나, 0.070 이하의 범위를 가질 수 있다.
일실시예로서, 본 발명에 따른 유기발광소자에서, 상기 호스트로서는 하기 화학식 B로 표시되는 안트라센 유도체를 사용할 수 있다.
[화학식 B]
Figure 112015127092562-pat00028
상기 [화학식 B]에서
R11 내지 R18은 동일하거나 상이하며, 각각 앞서 기재된 상기 R1 내지 R9에서 정의된 바와 동일하며;
Ar9, 및 Ar10 은 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴티옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 중에서 선택되는 어느하나이며;
L13은 단일결합이거나, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴렌기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
k는 1 내지 3의 정수이되, 상기 k가 2 이상인 경우에 각각의 L13은 서로 동일하거나 상이하다.
보다 상세하게는, 상기 화학식 B내 Ar9는 하기 화학식 C-1로 표시되는 치환기일 수 있다.
[화학식 C-1]
Figure 112015127092562-pat00029
여기서, 상기 R21 내지 R25는 각각 동일하거나 상이하고, 앞서 기재된 R1 내지 R9에서 정의된 바와 동일하며; 서로 이웃하는 치환기와 결합하여 포화 혹은 불포화 고리를 형성할 수 있다.
이 경우에 상기 L13이 단일결합이거나, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기이며, 상기 k는 1 내지 2의 정수이되, 상기 k가 2 이상인 경우에 각각의 L13은 서로 동일하거나 상이하다.
일 실시예로서, 상기 안트라센 유도체는 하기 [화학식 22] 내지 [화학식 60] 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
<화학식 22> <화학식 23> <화학식 24>
Figure 112015127092562-pat00030
<화학식 25> <화학식 26> <화학식 27>
Figure 112015127092562-pat00031
<화학식 28> <화학식 29> <화학식 30>
Figure 112015127092562-pat00032
<화학식 31> <화학식 32> <화학식 33>
Figure 112015127092562-pat00033
<화학식 34> <화학식 35> <화학식 36>
Figure 112015127092562-pat00034
<화학식 37> <화학식 38> <화학식 39>
Figure 112015127092562-pat00035
<화학식 40> <화학식 41> <화학식 42>
Figure 112015127092562-pat00036
<화학식 43> <화학식 44> <화학식 45>
Figure 112015127092562-pat00037
<화학식 46> <화학식 47> <화학식 48>
Figure 112015127092562-pat00038
<화학식 49> <화학식 50> <화학식 51>
Figure 112015127092562-pat00039
<화학식 52> <화학식 53> <화학식 54>
Figure 112015127092562-pat00040
<화학식 55> <화학식 56> <화학식 57>
Figure 112015127092562-pat00041
<화학식 58> <화학식 59> <화학식 60>
Figure 112015127092562-pat00042
또한 상기 발광층은 상기 도판트와 호스트이외에도 다양한 호스트와 다양한 도펀트 물질을 추가로 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에서의 유기발광소자는 적어도 두 개 이상의 발광층을 가지며, 상기 발광층이 인광재료를 포함하는 발광층을 적어도 하나 이상 포함하며, 또한, 상기 화학식 A 로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층;을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기와 같은 구조를 갖는 유기발광소자의 경우에 디스플레이 장치이외에 단색 또는 백색의 평판 조명용 장치 및, 단색 또는 백색의 플렉시블 조명용 장치의 용도로 적용할 수 있 어, 본 발명에서와 같은 진청색(Deep blue)의 발광을 보다 활용할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 인광재료를 포함하는 발광층은 중심 파장이 550 ~ 620 nm, 바람직하게는 570 ~ 600 nm를 갖는 주황색 또는 황색의 인광재료를 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 유기발광소자는 발광층 이외에 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층, 발광층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편 본 발명에서 상기 전자수송층 재료로는 전자주입전극(Cathode)로부터 주입된 전자를 안정하게 수송하는 기능을 하는 것으로서 공지의 전자수송물질을 이용할 수 있다. 공지의 전자수송물질의 예로는, 퀴놀린유도체, 특히트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), TAZ, Balq, 베릴륨비스(벤조퀴놀리-10-노에이트)(beryllium bis(benzoquinolin-10-olate: Bebq2), ADN, 화합물 201, 화합물 202, BCP, 옥사디아졸유도체인 PBD, BMD, BND 등과 같은 재료를 사용할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112015127092562-pat00043
TAZ BAlq
Figure 112015127092562-pat00044
<화합물 201><화합물 202> BCP
Figure 112015127092562-pat00045
Figure 112015127092562-pat00046
Figure 112015127092562-pat00047
또한, 본 발명에서 사용되는 전자 수송층은 화학식 C로 표시되는 유기 금속 화합물이 단독 또는 상기 전자수송층 재료와 혼합으로 사용될 수 있다.
[화학식 C]
Figure 112015127092562-pat00048
상기 [화학식 C]에서,
Y는 C, N, O 및 S에서 선택되는 어느 하나가 상기 M에 직접결합되어 단일결합을 이루는 부분과, C, N, O 및 S에서 선택되는 어느 하나가 상기 M에 배위결합을 이루는 부분을 포함하며, 상기 단일결합과 배위결합에 의해 킬레이트된 리간드이고
상기 M은 알카리 금속, 알카리 토금속, 알루미늄(Al) 또는 붕소(B)원자이고, 상기 OA는 상기 M과 단일결합 또는 배위결합 가능한 1가의 리간드로서,
상기 O는 산소이며,
A는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기 및 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, S 및 Si에서 선택되는 어느 하나이상을 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기중에서 선택되는 어느 하나이고,
상기 M이 알카리 금속에서 선택되는 하나의 금속인 경우에는 m=1, n=0이고,
상기 M이 알카리 토금속에서 선택되는 하나의 금속인 경우에는 m=1, n=1이거나, 또는 m=2, n=0이고,
상기 M이 붕소 또는 알루미늄인 경우에는 m = 1 내지 3중 어느 하나이며, n은 0 내지 2 중 어느 하나로서 m +n=3을 만족하며;
상기 '치환 또는 비치환된'에서의 '치환'은 중수소, 시아노기, 할로겐기, 히드록시기, 니트로기, 알킬기, 알콕시기, 알킬아미노기, 아릴아미노기, 헤테로 아릴아미노기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 아릴옥시기, 아릴기, 헤테로아릴기, 게르마늄, 인 및 보론으로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
본 발명에서 Y 는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 하기 [구조식C1] 내지 [구조식 C39]부터 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
[구조식C1][구조식C2][구조식C3]
Figure 112015127092562-pat00049
[구조식C4][구조식C5][구조식C6]
Figure 112015127092562-pat00050
[구조식C7][구조식C8][구조식C9][구조식C10]
Figure 112015127092562-pat00051
[구조식C11] [구조식C12] [구조식C13]
Figure 112015127092562-pat00052
[구조식C14][구조식C15][구조식C16]
Figure 112015127092562-pat00053
[구조식C17][구조식C18][구조식C19][구조식C20]
Figure 112015127092562-pat00054
[구조식C21] [구조식C22] [구조식C23]
Figure 112015127092562-pat00055
[구조식C24][구조식C25][구조식C26]
Figure 112015127092562-pat00056
[구조식C27][구조식C28][구조식C29][구조식C30]
Figure 112015127092562-pat00057
[구조식C31] [구조식C32] [구조식C33]
Figure 112015127092562-pat00058
[구조식C34][구조식C35][구조식C36]
Figure 112015127092562-pat00059
[구조식C37][구조식C38][구조식C39]
Figure 112015127092562-pat00060
상기 [구조식C1] 내지 [구조식 C39]에서,
R은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수3내지 30의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30이알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기중에서 선택되고, 인접한 치환체와 알킬렌 또는 알케닐렌으로 연결되어 스피로고리 또는 융합고리를 형성할 수 있다.
이하 본 발명의 유기 발광 소자를 도 1을 통해 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 유기 발광 소자의 구조를 나타내는 단면도이다. 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 애노드(20), 정공수송층(40), 유기발광층(50), 전자수송층(60) 및 캐소드(80)을 포함하며, 필요에 따라 정공주입층(30)과 전자주입층(70)을 더 포함할 수 있으며, 그 이외에도 1층 또는 2층의 중간층을 더 형성하는 것도 가능하며, 정공저지층 또는 전자저지층을 더 형성시킬 수도 있다.
도 1을 참조하여 본 발명의 유기 발광 소자 및 그 제조방법에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 먼저 기판(10) 상부에 애노드 전극용 물질을 코팅하여 애노드(20)를 형성한다. 여기에서 기판(10)으로는 통상적인 유기 EL 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유기 기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다. 그리고, 애노드 전극용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 사용한다.
상기 애노드(20) 전극 상부에 정공 주입층 물질을 진공열 증착, 또는 스핀 코팅하여 정공주입층(30)을 형성한다. 그 다음으로 상기 정공주입층(30)의 상부에 정공수송층 물질을 진공 열증착 또는 스핀 코팅하여 정공수송층(40)을 형성한다.
상기 정공주입층 재료는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것인 한 특별히 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들어 2-TNATA [4,4',4"-tris(2-naphthylphenyl-phenylamino)-triphenylamine], NPD[N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)], TPD[N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine], DNTPD[N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine] 등을 사용할 수 있다. 하지만 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 상기 정공수송층의 재료로서 당업계에 통상적으로 사용되는것인 한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐 -[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD) 또는 N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐벤지딘(a-NPD) 등을 사용할 수 있다. 하지만 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 상기 정공수송층(40)의 상부에 유기발광층(50)을 적층하고 상기 유기발광층(50)의 상부에 선택적으로 정공저지층(미도시)을 진공 증착 방법, 또는 스핀 코팅 방법으로서 박막을 형성할 수 있다. 상기 정공저지층은 정공이 유기발광층을 통과하여 캐소드로 유입되는 경우에는 소자의 수명과 효율이 감소되기 때문에 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 레벨이 매우 낮은 물질을 사용함으로써 이러한 문제를 방지하는 역할을 한다. 이 때, 사용되는 정공 저지 물질은 특별히 제한되지는 않으나 전자수송능력을 가지면서 발광 화합물보다 높은 이온화 포텐셜을 가져야 하며 대표적으로 BAlq, BCP, TPBI 등이 사용될 수 있다.
이러한 정공저지층 위에 전자수송층(60)을 진공 증착 방법, 또는 스핀 코팅 방법을 통해 증착한 후에 전자주입층(70)을 형성하고 상기 전자주입층(70)의 상부에 캐소드 형성용 금속을 진공 열증착하여 캐소드(80) 전극을 형성함으로써 유기 EL 소자가 완성된다. 여기에서 캐소드 형성용 금속으로는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리듐(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등을 사용할 수 있으며, 전면 발광 소자를 얻기 위해서는 ITO, IZO를 사용한 투과형 캐소드를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 구체적인 예에 의하면, 상기 발광층의 두께는 50 내지 2,000 Å인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 정공주입층, 정공수송층, 전자저지층, 발광층, 정공저지층, 전자수송층 및 전자주입층으로부터 선택된 하나 이상의 층은 단분자 증착방식 또는 용액공정에 의하여 형성될 수 있다. 여기서 상기 증착 방식은 상기 각각의 층을 형성하기 위한 재료로 사용되는 물질을 진공 또는 저압상태에서 가열 등을 통해 증발시켜 박막을 형성하는 방법을 의미하고, 상기 용액공정은 상기 각각의 층을 형성하기 위한 재료로 사용되는 물질을 용매와 혼합하고 이를 잉크젯 인쇄, 롤투롤 코팅, 스크린 인쇄, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅 등과 같은 방법을 통하여 박막을 형성하는 방법을 의미한다.
또한 본 발명에서의 상기 유기 발광 소자는 평판 디스플레이 장치; 플렉시블 디스플레이 장치; 단색 또는 백색의 평판 조명용 장치; 및 단색 또는 백색의 플렉시블 조명용 장치;에서 선택되는 어느 하나의 장치에 사용될 수 있다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
(실시예)
합성예 1: 화학식 1의 합성
합성예 1: 화학식 1의 합성
합성예 1-(1): 중간체 1-a의 합성
<반응식 1>
Figure 112015127092562-pat00061
<중간체 1-a>
1L 둥근바닥플라스크 반응기에 4-디벤조퓨란보론산(85.0g, 0.401mol), 비스무스(III)나이트레이트 펜타하이드레이트 (99.2g, 0.200mol), 톨루엔 400ml을 넣고 질소분위기에서 70도로 3시간 교반하였다. 반응완료 후 상온 냉각하고 생성된 고체를 여과하였다. 톨루엔으로 씻어준 후 <중간체 1-a>(61.5g, 72%)를 얻었다.
합성예 1-(2): 중간체 1-b의 합성
<반응식 2>
Figure 112015127092562-pat00062
<중간체 1-a> <중간체 1-b>
2L 둥근바닥플라스크 반응기에 에틸시아노아세테이트(202.9g, 1.794mol)와 디메틸포름아마이드 500ml을 넣었다. 수산화칼륨 (67.10g, 1.196mol), 사이안화칼륨(38.95g, 0.598mol)을 넣고 디메틸포름아마이드 200ml을 넣고 상온 교반 하였다. 반응 용액에 <중간체 1-a>(127.5g, 0.737mol)을 조금씩 넣은 후 50도에서 72시간 교반하였다. 반응 완료 후 수산화나트륨 수용액(25%) 200ml을 넣고 환류 교반하였다. 3시간 교반 후 상온 냉각 하였고, 에텔아세테이트와 물로 추출 하였다. 유기층은 분리하여 감압 농축 하였고 컬럼크로마토그래피고 분리정제하여 <중간체 1-b>(20.0g, 16%)얻었다.
합성예 1-(3): 중간체 1-c의 합성
<반응식 3>
Figure 112015127092562-pat00063
<중간체 1-b> <중간체 1-c>
2L 둥근바닥플라스크 반응기에 <중간체 1-b>(20.0g, 0.096mol), 에탄올 600ml, 수산화칼륨 수용액(142.26g, 2.53mol) 170ml을 넣고 12시간 환류 교반하였다. 반응이 완료되면 상온 냉각하였다. 반응 용액에 6노말 염산 400ml을 넣고 산성화하였고 생성된 고체는 20분 교반 후 여과하였다. 고체는 에탄올로 씻어준 후 <중간체 1-c>(17.0g, 88.5%)얻었다.
합성예 1-(4): 중간체 1-d의 합성
<반응식 4>
Figure 112015127092562-pat00064
<중간체 1-c> <중간체 1-d>
2L 둥근바닥플라스크 반응기에 <중간체 1-c>(17.0g, 0.075mol), 황산 15ml을 넣과 72시간 환류교반하였다. 반응 완료 후 상온 냉각 후 에틸아세테이트와 물로 추출하였다. 유기층은 분리하여 탄산수소나트륨 수용액으로 씻어주었다. 유기층은 감압 농축중에 메탄올을 과량 넣고 생성된 고체를 여과하여 <중간체 1-d>(14.0g, 77.6%)를 얻었다.
합성예 1-(5): 중간체 1-e의 합성
<반응식 5>
Figure 112015127092562-pat00065
<중간체 1-d> <중간체 1-e>
500mL 둥근바닥플라스 반응기에 <중간체 1-d> (14.0g, 0.058mol)과 염산 20ml, 물 100ml을 넣고 0도로 냉각하여 1시간 교반 하였다. 동일 온도에서 소듐나이트리트(7.4g, 0.116mol)수용액 50ml을 반응용액에 적가 후 1시간 교반하였다. 요오드화칼륨(30.0g, 0.180mol) 수용액 100ml을 적가 할 때 반응 용액의 온도가 5도를 넘지않게 주의하며 적가하였다. 5시간 상온에서 교반해주고 반응 완료 후 소듐사이오설페이트 수용액으로 씻은 후 에틸아세테이트와 물로 추출 하였다. 유기층은 분리 감압농축 후 컬럼크로마토그래피로 분리 정제하여 <중간체 1-e>(9.1g, 48%)를 얻었다
합성예 1-(6): 중간체 1-f의 합성
<반응식 6>
Figure 112015127092562-pat00066
<중간체 1-e> <중간체 1-f>
250mL 둥근바닥플라스크 반응기에 <중간체 1-e>(9.3g, 25mmol), 1-디벤조퓨란보레이트 (8.3g, 28mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0.6g, 0.05mmol), 포타슘카보네이트(6.7g, 50mmol)을 넣고 톨루엔 50 mL, 테트라하이드로퓨란 50mL, 물 20 mL를 넣었다. 반응기의 온도를 80도로 승온시키고 10시간교반시켰다. 반응이 종료되면 반응기의 온도를 실온으로 낮추고 에틸아세테이트로 추출하고 유기층을 분리하였다. 유기층은 감압농축 후 컬럼크로마토그래피로 분리하여 <중간체 1-f>(5.3g, 52.3%)를 얻었다.
합성예 1-(7): 중간체 1-g의 합성
<반응식 7>
Figure 112015127092562-pat00067
<중간체 1-f > <중간체 1-g>
100mL 둥근바닥플라스크 반응기에 <중간체 1-f>(5.3g, 15mmol), 수산화나트륨(0.7g, 17mmol), 에탄올 50ml을 넣고 48시간 환류 교반 하였다. 얇은막 크로마토그래피로 반응 종결 확인 후 실온으로 냉각 하였다. 냉각된 용액에 2-노말 염산을 적가, 산성화하여 생성된 고체는 30분 교반 후 여과하였다. 디클로로메탄과 노말헥산으로 재결정 하여 <중간체 1-g>(4.5g, 88.0%)를 얻었다.
합성예 1-(8): 중간체 1-h의 합성
<반응식 8>
Figure 112015127092562-pat00068
<중간체 1-g> <중간체 1-h>
100ml 둥근바닥플라스크 반응기에 <중간체 1-g>(4.5g, 12mmol), 메탄설폰산 30ml를 넣고 80도로 승온 하여 3시간 교반 하였다. 얇은막크로마토그래피로 반응 종결확인 후 실온으로 냉각 시켰다. 반응 용액은 얼음물 50ml에 천천히 적가 후 30분 교반 하였다. 생성된 고체는 여과 후 물과 메탄올로 씻어 주었다. <중간체 1-h> (3.8g, 88.8%)를 얻었다.
합성예 1-(9): 중간체 1-i의 합성
<반응식 9>
Figure 112015127092562-pat00069
<중간체 1-h> <중간체 1-i>
100mL 둥근바닥플라스크 반응기에 <중간체1-h>(3.8g, 11mmol>, 디클로로메탄 40ml을 넣고 상온 교반 하였다. 브롬(1.1ml, 22mmol)을 디클로로메탄 10ml에 희석하여 적가하였고, 8시간 상온 교반 하였다. 반응 완료 후 반응 용기에 아세톤 20ml을 넣고 교반하였다. 생성된 고체는 여과 후 아세톤으로 씻어 주었다. 고체는 모노클로로벤젠으로 재결정하여 <중간체 1-i>(3.0g, 55%)를 얻었다.
합성예 1-(10): 중간체 1-j의 합성
<반응식 10>
Figure 112015127092562-pat00070
<중간체 1-i> <중간체 1-j>
100ml 둥근바닥플라스크 반응기에 2-브로모바이페닐 (2.1g, 0.009mol)과 테트라하이드로퓨란 30ml을 넣고 질소분위기에서 -78도로 냉각 하였다. 냉각된 반응 용액에 노말부틸리튬 (4.8ml, 0.008mol)을 동일 온도에서 적가하였다. 반응용액은 2시간 교반 후 <중간체 1-i>(3.0g, 0.006mol)를 조금씩 넣고 상온에서 교반 하였다. 반응 용액색이 변하면 TLC로 반응 종결을 확인하였다. H2O 10ml을 넣어 반응 종료 하고 에틸아세테이트와 물로 추출하였다. 유기층 분리하여 감압 농축 후 아세토나이트릴로 재결정하여 <중간체 1-j>(2.5g, 64%)를 얻었다.
합성예 1-(11): 중간체 1-k의 합성
<반응식 11>
Figure 112015127092562-pat00071
<중간체 1-j> <중간체 1-k>
100ml 둥근바닥플라스크 반응기에 <중간체 1-j>(2.5g, 0.04mol)과 아세트산 25ml , 황산 0.5ml을 넣고 5시간 환류 교반 하였다. 고체가 생성되면 얇은막크로마토그래피로 반응 종결 확인 후 실온으로 냉각 하였다. 생성된 고체는 여과 후 H2O, 메탄올로 씻어준 후 모노클로로벤젠에 녹여 실리카겔 여과, 농축 후 상온 냉각하여 <중간체 1-k>(2.2g, 90%)를 얻었다.
합성예 1-(12): 화학식 1의 합성
<반응식 12>
Figure 112015127092562-pat00072
<중간체 1-l>
100ml 둥근바닥플라스크 반응기에 2-아미노-피-터셔리페닐 (0.7g, 0.003mol), 1-브로모 4-터셔리부틸벤젠 (1.7g, 0.008mol), 팔라듐(II)아세테이트 (0.04g, 0.2mmol), 소듐터셔리부톡사이드(1.6g, 0.016mol), 트리터셔리부틸포스핀(0.04g, 0.2mmol), 톨루엔 30ml을 넣고 2시간 환류 교반하였다. 반응완료 후 상온 냉각 하였다. 반응 용액은 디클로로메탄과 물로 추출하였다. 유기층은 분리하여 마그네슘설페이트로 무수처리 후 감압 농축하였다. 물질은 컬럼크로마토그래피로 분리정제 후 디클로로메탄과 아세톤으로 재결정하여 <중간체 1-l>(0.95g, 63%)을 얻었다.
합성예 1-(13): 화학식 1의 합성
<반응식 13>
Figure 112015127092562-pat00073
<중간체 1-k> <중간체 1-l> <화학식 1>
상기 합성예 1-(12)에서 2-아미노-피-터셔리페닐 대신 <중간체 1-l>을 사용하고 1-브로모 4-터셔리부틸벤젠 대신 <중간체 1-k>을 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법을 이용하여 <화학식 1>(13.1g, 50%)를 얻었다.
MS (MALDI-TOF) : m/z 1247.55 [M+]
합성예 2: 화학식 4의 합성
합성예 2-(1): 중간체 2-a의 합성
<반응식 14>
Figure 112015127092562-pat00074
<중간체 1-f> <중간체 2-a>
500ml 둥근바닥플라스크 반응기에 브로모벤젠 (25.5g, 0.163mol)와 테트라하이드로퓨란 170ml을 넣고 질소분위기에서 -78도로 냉각 하였다. 냉각된 반응 용액에 노말부틸리튬(1.6몰)(95.6ml, 0.153mol)을 적가하였다. 동일 온도에서 1시간 교반 후 <중간체 1-f>(20.0g, 0.051mol)을 넣은 후 상온에서 3시간 교반 하였다. 반응 완료 후 물 50ml을 넣고 30분 교반하였다. 에틸아세테이트와 물로 추출 후 유기층은 분리하여 감압 농축 하였다. 농축된 물질에 아세트산 200ml, 염산 1ml을 넣고 80도로 승온 교반하였다. 반응 완료 후 상온으로 냉각하였고 생성된 고체는 여과 하였다. 메탄올로 씻어준 후 <중간체 2-a>(20.0g, 78%)를 얻었다.
합성예 2-(2): 중간체 2-b의 합성
<반응식 15>
Figure 112015127092562-pat00075
<중간체 2-a> <중간체 2-b>
상기 합성예 1-(9)에서 <중간체 1-h>대신 <중간체 2-a>사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법을 이용하여 <중간체 2-b>(5.7g, 63%)를 얻었다.
합성예 2-(3): 화학식 4의 합성
<반응식 16>
Figure 112015127092562-pat00076
<중간체 2-b> <중간체 1-l> <화학식 4>
상기 합성예 1-(12)에서 2-아미노-피-터셔리페닐 대신 <중간체 1-l>를 사용하고 1-브로모 4-터셔리부틸벤젠 대신 <중간체 2-b>사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법을 이용하여 <화학식 4>(3.2g, 49%)을 얻었다.
MS (MALDI-TOF) : m/z 1249.56 [M+]
합성예 3: 화학식 5의 합성
<반응식 17>
Figure 112015127092562-pat00077
<중간체 1-k> <화학식 5>
상기 합성예 1-(12)에서 2-아미노-피-터셔리페닐 대신 4-(터셔리부틸)-N-(4-(트리메틸실릴)페닐)아민을 사용하고 1-브로모 4-터셔리부틸벤젠 대신 <중간체 1-k>을 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법을 이용하여 <화학식 5>(2.3g, 43%)을 얻었다.
MS (MALDI-TOF) : m/z 1088.5 [M+]
합성예 4: 화학식 7의 합성
합성예 4-(1): 중간체 4-a의 합성
<반응식 18>
Figure 112015127092562-pat00078
<중간체 1-f> <중간체 4-a>
상기 합성예 2-(1)에서 브로모벤젠 대신 1-브로모-4-(터트-부틸)벤젠을 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법을 이용하여 <중간체 4-a>(12.2g, 47%)을 얻었다.
합성예 4-(2): 중간체 4-b의 합성
<반응식 19>
Figure 112015127092562-pat00079
<중간체 4-a> <중간체 4-b>
상기 합성예 1-(9)에서 <중간체 1-h>대신 <중간체 4-a>를 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법을 이용하여 <중간체 4-b>(10.0g, 65%)를 얻었다
합성예 4-(3): 화학식 7의 합성
<반응식 20>
Figure 112015127092562-pat00080
<중간체 4-b> <화학식 7>
상기 합성예 1-(12)에서 2-아미노-피-터셔리페닐 대신 비스(4-터셔리-부틸페닐)아민을 사용하고 1-브로모 4-터셔리부틸벤젠 대신 <중간체 4-b>을 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법을 이용하여 <화학식 7>(8.2g, 54%)을 얻었다.
MS (MALDI-TOF) : m/z 1170.6 [M+]
합성예 5: 화학식 9의 합성
합성예 5-(1): 중간체 5-a의 합성
<반응식 21>
Figure 112015127092562-pat00081
<중간체 1-e> <중간체 5-a>
250mL 둥근바닥플라스크 반응기에 메틸 <중간체 1-e> (9.3g, 25mmol), 4-디벤조퓨란보론산 (8.3g, 28mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0.6g, 0.05mmol), 포타슘카보네이트(6.7g, 50mmol)을 넣고 톨루엔 100 mL, 테트라하이드로퓨란 100mL, 물 20 mL를 넣었다. 반응기의 온도를 80도로 승온시키고 10시간교반시켰다. 반응이 종료되면 반응기의 온도를 실온으로 낮추고 에틸아세테이트로 추출하고 유기층을 분리하였다. 유기층은 감압농축 후 컬럼크로마토그래피로 분리하여 <중간체 5-a>(5.3g, 52.3%)를 얻었다.
합성예 5-(2): 중간체 5-b의 합성
<반응식 22>
Figure 112015127092562-pat00082
<중간체 5-a> <중간체 5-b>
합성예 1-(7)에서 <중간체 1-f> 대신 <중간체 5-a>를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법을 사용하여 <중간체 5-b>(4.5g, 88.0%)를 얻었다.
합성예 5-(3): 중간체 5-c의 합성
하기 반응식 8에 따라 중간체 1-h를 합성하였다:
<반응식 23>
Figure 112015127092562-pat00083
<중간체 5-b> <중간체 5-c>
합성예 1-(8)에서 <중간체 1-g> 대신 <중간체 5-b>를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법을 사용하여 <중간체 5-c> (3.8g, 88.8%)를 얻었다.
합성예 5-(4): 중간체 5-d의 합성
<반응식 24>
Figure 112015127092562-pat00084
<중간체 5-c> <중간체 5-d>
합성예 1-(9)에서 <중간체 1-h> 대신 <중간체 5-c>를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법을 사용하여 <중간체 5-d>(3.0g, 55%)를 얻었다.
합성예 5-(5): 중간체 5-e의 합성
<반응식 25>
Figure 112015127092562-pat00085
<중간체 5-d> <중간체 5-e>
합성예 1-(10)에서 <중간체 1-i> 대신 <중간체 5-d>를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법을 사용하여 <중간체 5-e>(2.5g, 64%)를 얻었다.
합성예 5-(6): 중간체 5-f의 합성
<반응식 26>
Figure 112015127092562-pat00086
<중간체 5-e> <중간체 5-f>
합성예 1-(11)에서 <중간체 1-j> 대신 <중간체 5-e>를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법을 사용하여 <중간체 5-f>(2.2g, 90%)를 얻었다.
합성예 5-(7): 화학식 9의 합성
<반응식 27>
Figure 112015127092562-pat00087
<중간체 5-f> <화학식 9>
상기 합성예 1-(12)에서 1-브로모 4-터셔리부틸벤젠 대신 <중간체 5-f>를 사용하고 2-아미노-피-터셔리페닐 대신 비스(4-터셔리-부틸페닐)아민을 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법을 이용하여 <화학식 9>(13.1g, 50%)를 얻었다.
MS (MALDI-TOF) : m/z 1054.54 [M+]
합성예 6: 화학식 16의 합성
합성예 6-(1): 중간체 6-a의 합성
<반응식 28>
Figure 112015127092562-pat00088
<중간체 5-a> <중간체 6-a>
상기 합성예 2-(1)에서 <중간체 1-f> 대신 <중간체 5-a>를 사용하고 브로모벤젠 대신 1-브로모-4-플루오로벤젠을 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법을 이용하여 <중간체 6-a>(12.2g, 47%)을 얻었다.
합성예 6-(2): 중간체 6-b의 합성
<반응식 29>
Figure 112015127092562-pat00089
<중간체 6-a> <중간체 6-b>
상기 합성예 1-(9)에서 <중간체 1-h>대신 <중간체 6-a>사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법을 이용하여 <중간체 6-b>(10.0g, 65%)를 얻었다
합성예 6-(3): 화학식 16의 합성
<반응식 30>
Figure 112015127092562-pat00090
<중간체 6-b> <화학식 16>
상기 합성예 1-(12)에서 1-브로모-4-터셔리부틸벤젠 대신 <중간체 6-b>를 사용하고 2-아미노-피-터셔리페닐 대신 비스(4-터셔리부틸페닐)아민을 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법을 이용하여 <화학식 16>(8.2g, 54%)을 얻었다.
MS (MALDI-TOF) : m/z 1092.54 [M+]
실시예 1 ~ 12: 유기발광소자의 제조
ITO 글래스의 발광면적이 2mm×2mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 상기 ITO 글래스를 진공 챔버에 장착한 후 베이스 압력이 1×10- 7torr가 되도록 한 후 상기 ITO 위에 HAT-CN(50 Å), α-NPD(600 Å) 순으로 성막하였다. 발광층은 하기 표 1에 기재된 호스트와 도판트(5 wt%)를 혼합하여 성막(200Å)한 다음, 이후에 전자 수송층으로 [화학식 E-1]과 [화학식 E-2]을 1:1의 비로 300 Å, 전자 주입층으로 [화학식 E-1]을 10 Å, Al (1000 Å)의 순서로 성막하여 유기발광소자를 제조하였다. 상기 유기발광 소자의 발광특성은 0.4mA에서 측정하였다.
Figure 112015127092562-pat00091
[HAT-CN] [α-NPD]
Figure 112015127092562-pat00092
Figure 112015127092562-pat00093
[화학식E-1] [화학식E-2]
비교예 1 ~ 2
상기 실시예 1 내지 12에서 사용된 화합물 대신 [BD1]을 사용한 것 이외에는 동일하게 유기발광소자를 제작하였으며, 상기 유기발광소자의 발광특성은 0.4mA에서 측정하였다. 상기 [BD1] 및 [BH1], [BH2]의 구조는 다음과 같다.
Figure 112015127092562-pat00094
[BD1] [BH1] [BH2]
실시예 1 내지 12와, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 유기발광소자에 대하여, 전압, 휘도, 색 좌표 및 수명을 측정하고 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다. 전압, 휘도 색좌표는 전류밀도 10mA/cm2에서 측정하였으며, T97은 전류밀도 30mA/cm2에서의 초기휘도가 3% 감소하는데 소요되는 시간을 의미한다.
도판트
(화학식) 		호스트
(화학식) 		전압(V) 휘도(cd/m 2 ) CIEx CIEy T97
(hr)
비교예 1 BD1 BH1 4.0 454 0.140 0.087 15
비교예 2 BD1 BH2 4.0 448 0.141 0.090 13
실시예 1 1 33 3.8 550 0.143 0.073 87
실시예 2 1 24 3.7 530 0.146 0.069 105
실시예 3 4 24 3.7 538 0.145 0.071 101
실시예 4 4 24 3.7 538 0.145 0.071 101
실시예 5 5 25 3.8 581 0.143 0.079 67
실시예 6 5 29 3.8 607 0.142 0.083 120
실시예 7 7 23 3.8 548 0.145 0.070 77
실시예 8 7 24 3.7 534 0.147 0.067 105
실시예 9 9 31 3.8 590 0.146 0.069 55
실시예 10 9 24 3.7 534 0.147 0.067 105
실시예 11 16 52 3.4 552 0.143 0.074 47
실시예 12 16 58 3.6 539 0.142 0.075 99
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 유기발광소자는 종래기술에 의한 비교예 1 및 비교예 2의 화합물을 사용한 유기발광소자보다 CIEy 0.1 이하인 진청색(Deep Blue) 영역에서 발광 효율이 우수하며, 장수명 등 우수한 소자특성을 보여줌으로써 유기발광 소자로서 응용가능성이 높은 것을 알 수 있다.
한편, 도 2에서는 상기 비교예 1과 실시예 1의 유기발광소자를 정공수송층(HTL)의 두께 변화에 따른 유기발광소자의 효율을 시뮬레이션하여 이의 결과를 비교한 도면으로서, 상기 비교예1 에서는 HTL 두께가 60nm 일 때 유기발광소자의 최대 효율을 나타내지만, 본 발명에 따른 실시예 1에서는 HTL 두께가 52.5nm 에서 최대 효율을 나타내는 것을 알 수 있다.
즉 상기 시물레이션 결과를 볼 때 CIEy 0.1 이하의 진청색(Deep Blue) 물질을 사용할 경우 정공수송층(HTL)의 두께를 보다 줄이더라도 최대 효율을 나타낼 수 있고, 두께를 줄임으로써, 주입된 정공의 이동거리가 짧아지기 때문에 저전압 구동 및 전류효율 향상을 기대할 수 있다.
아울러, 유기발광소자의 공정을 단축하고 재료비를 절감할 수 있는 추가의 장점이 있다.
또한, 도3은 비교예1과 본 발명에 따른 실시예1의 시야각을 비교한 도면으로, 본 발명에 따른 유기발광소자의 경우 60도까지의 발광세기의 변화 특성이 향상되는 것을 볼 수 있다. 이러한 발광재료를 소자에 도입할 경우 시야각에 따른 색재현율 향상 특성을 확보할 수 있다.
한편, 도 4는 비교예1의 시야각에 따른 스펙트럼을 도시한 도면이고, 도 5는 실시예1의 시야각에 따른 스펙트럼을 도시한 도면이다.
일반적인 청색의 색좌표 (CIEy>0.1)를 가지는 경우 시야각이 커질수록 광세기가 현저하게 줄어든다. 유기발광소자 적층체의 발광 피크(Emittance Peak; EM Peak)는 청색 파장영역에서 FWHM (Full Width Half Maximum; 반폭치)이 작고 시야각에 따라 단파장 쪽으로 옮겨가는 특징을 가지고 있다. 시야각 변화에 따라 청색 파장대의 발광 피크(EM peak)와 청색 PL 스펙트럼과의 겹치는 면적의 감소가 커지기 때문에 시야각에 따른 발광 세기가 감소하게 된다.
도 5의 실시예에서 볼 수 있듯이, CIEy 0.1 이하이 진청색 발광재료를 도입할 경우 시야각이 커지더라도 청색 파장대에서의 광세기의 감소율이 작아지는 것을 확인할 수 있다. 이러한 시뮬레이션 결과는 앞서 기재된 사항을 뒷받침 하고 있다.

Claims (17)

  1. 제1전극;
    상기 제1전극에 대향된 제2전극; 및
    상기 제1전극과 상기 제2전극사이에 개재되는 발광층;을 포함하는 유기발광소자로서,
    상기 유기발광소자의 발광층은 호스트와 도판트를 포함하여 이루어지고,
    상기 발광층이 도판트로서 하기 [화학식 A]로 표시되는 아민 화합물을 1종이상 포함하며, 호스트로서 하기 [화학식 B]로 표시되는 안트라센 유도체를 사용하며,
    상기 발광층에서 발광되는 빛의 색좌표의 CIEy 값이 0.1 이하인 유기발광소자.
    [화학식 A]
    Figure 112020093483249-pat00095

    상기 [화학식 A] 에서, A1, A2, E 및 F는 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 방향족 탄화수소 고리, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 방향족 헤테로고리이고;
    상기 A1의 방향족 고리내 서로 이웃한 두 개의 탄소원자와, 상기 A2의 방향족 고리내 서로 이웃한 두개의 탄소원자는 상기 치환기 R1 및 R2에 연결된 탄소원자와 5원환을 형성함으로써 각각 축합고리를 형성하며;
    상기 연결기 L1 내지 L12는 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기 중에서 선택되며;
    상기 M은 N-R3, CR4R5, O, S 중에서 선택되는 어느 하나이며;
    상기 치환기 R1 내지 R5, Ar1 내지 Ar8은 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 시아노기, 니트로기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이되,
    상기 R1 및 R2는 서로 연결되어 지환족, 방향족의 단일환 또는 다환 고리를 형성할 수 있으며, 상기 형성된 지환족, 방향족의 단일환 또는 다환 고리의 탄소원자는 N, O, P, S 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 헤테로원자로 치환될 수 있으며;
    상기 p1 내지 p4, r1 내지 r4, s1 내지 s4는 각각 1 내지 3의 정수이되, 이들 각각이 2 이상인 경우에 각각의 연결기 L1 내지 L12는 서로 동일하거나 상이하고,
    상기 x는 1 이고, y 및 z는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 0 또는 1 이며,
    상기 Ar1 과 Ar2, Ar3과 Ar4, Ar5와 Ar6, 및 Ar7과 Ar8은 각각 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고;
    상기 화학식 A에서 상기 A1 고리내 서로 이웃한 두개의 탄소원자는 상기 구조식 Q2의 *와 결합하여 축합고리를 형성하고, 상기 A2 고리내 서로 이웃한 두개의 탄소원자는 상기 구조식 Q1의 *와 결합하여 축합고리를 형성하며;
    [화학식 B]
    Figure 112020093483249-pat00131

    상기 [화학 식 B]에서
    R11 내지 R18은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 시아노기, 니트로기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이고;
    Ar9 및 Ar 10은 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중 수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기 중에서 선택되는 어느하나이며;
    L13은 단일결합이거나, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
    k는 1 내지 3의 정수이되, 상기 k가 2 이상인 경우에 각각의 L13은 서로 동일하거나 상이하다.
    단, 상기 화학식 B으로 표시되는 화합물에서 하기 EMH-1으로 표시되는 화합물은 제외한다.
    Figure 112020093483249-pat00132
    (EMH-1)
    상기 화학식 A 및 화학식 B에서의 '치환 또는 비치환된'에서의 '치환'은 중수소, 시아노기, 할로겐기, 니트로기, 탄소수 1 내지 2 4의 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 1 내지 24의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 A 에서의 A1, A2, E 및 F는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 방향족 탄화수소 고리인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 방향족 탄화수소 고리는 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 [구조식 10] 내지 [구조식 21] 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
    [구조식 10] [구조식 11] [구조식 12]
    Figure 112020093483249-pat00097

    [구조식 13] [구조식 14] [구조식 15]
    Figure 112020093483249-pat00098

    [구조식 16] [구조식 17] [구조식 18]
    Figure 112020093483249-pat00099

    [구조식 19] [구조식 20] [구조식 21]
    Figure 112020093483249-pat00100

    상기 [구조식 10] 내지 [구조식 21]에서 "-*"는 상기 치환기 R1 및 R2에 연결된 탄소원자를 포함하는 5원환을 형성하거나, 또는 상기 구조식 Q1 및 Q2에서의 M을 를 포함하는 5원환을 형성하기 위한 결합 사이트를 의미하며,
    상기 [구조식 10] 내지 [구조식 21]의 방향족 탄화수소 고리가 A1고리 또는 A2고리에 해당하면서 구조식 Q1 또는 구조식 Q2와 결합하는 경우에는 이들중 서로 이웃한 두개의 탄소원자는 상기 구조식 Q1 의 *와 결합하거나 또는 구조식 Q2의 *와 결합하여 축합고리를 형성하며;
    상기 [구조식 10] 내지 [구조식 21]에서 상기 R은 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 시아노기, 니트로기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
    m은 1 내지 8의 정수이며, m이 2이상인 경우 또는 R이 2이상인 경우에는 각각의 R은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결기 L1 내지 L12는 각각 단일결합이거나, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결기 L1 내지 L12는 단일결합이거나, 하기 [구조식 22], [구조식 23], [구조식 25], [구조식 27], [구조식 28] 및 [구조식 30] 중에서 선택되는 어느 하나이며,
    p1 내지 p4, r1 내지 r4, s1 내지 s4는 각각 1 또는 2이고,
    x는 1인 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
    [구조식 22] [구조식 23] [구조식 25]
    Figure 112020093483249-pat00133

    [구조식 27] [구조식 28] [구조식 30]
    Figure 112020093483249-pat00134
    Figure 112020093483249-pat00135

    상기 연결기에서 방향족 고리의 탄소자리는 수소 또는 중수소가 결합될 수 있다.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 B내 Ar9는 하기 화학식 C-1로 표시되는 치환기인 것을 특징으로 하는 유기발광 소자.
    [화학식 C-1]
    Figure 112020093483249-pat00104

    상기 R21 내지 R25는 각각 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 시아노기, 니트로기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이고, 서로 이웃하는 치환기와 결합하여 포화 혹은 불포화 고리를 형성할 수 있다.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 L13이 단일결합이거나, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기인 것을 특징으로 하는 유기발광소자
    여기서, 상기 k는 1 내지 2의 정수이되, 상기 k가 2 이상인 경우에 각각의 L13은 서로 동일하거나 상이하다.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 치환기 R1 내지 R5, Ar1 내지 Ar8은 각각 서로 동일하거나 상이하고, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, S 및 Si에서 선택되는 어느 하나이상을 갖는 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기, 시아노기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 아민화합물은 하기 [화학식 1] 내지 [화학식 21] 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
    <화학식 1> <화학식 2> <화학식 3>
    Figure 112015127092562-pat00105

    <화학식 4> <화학식 5> <화학식 6>
    Figure 112015127092562-pat00106

    <화학식 7> <화학식 8> <화학식 9>
    Figure 112015127092562-pat00107

    <화학식 10> <화학식 11> <화학식 12>
    Figure 112015127092562-pat00108

    <화학식 13> <화학식 14> <화학식 15>
    Figure 112015127092562-pat00109

    <화학식 16> <화학식 17> <화학식 18>
    Figure 112015127092562-pat00110

    <화학식 19> <화학식 20> <화학식 21>
    Figure 112015127092562-pat00111
  12. 제1항에 있어서,
    상기 안트라센 유도체는 하기 [화학식 22] 내지 [화학식 57], [화학식 59], [화학식 60] 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기발광 소자.
    <화학식 22> <화학식 23> <화학식 24>
    Figure 112020093483249-pat00112

    <화학식 25> <화학식 26> <화학식 27>
    Figure 112020093483249-pat00113

    <화학식 28> <화학식 29> <화학식 30>
    Figure 112020093483249-pat00114

    <화학식 31> <화학식 32> <화학식 33>
    Figure 112020093483249-pat00115

    <화학식 34> <화학식 35> <화학식 36>
    Figure 112020093483249-pat00116

    <화학식 37> <화학식 38> <화학식 39>
    Figure 112020093483249-pat00117

    <화학식 40> <화학식 41> <화학식 42>
    Figure 112020093483249-pat00118

    <화학식 43> <화학식 44> <화학식 45>
    Figure 112020093483249-pat00119

    <화학식 46> <화학식 47> <화학식 48>
    Figure 112020093483249-pat00120

    <화학식 49> <화학식 50> <화학식 51>
    Figure 112020093483249-pat00121

    <화학식 52> <화학식 53> <화학식 54>
    Figure 112020093483249-pat00122

    <화학식 55> <화학식 56> <화학식 57>
    Figure 112020093483249-pat00123

    <화학식 59> <화학식 60>
    Figure 112020093483249-pat00130
  13. 제1항에 있어서,
    상기 유기 발광소자는 발광층이외에 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 선택되는 적어도 하나의 층을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는 적어도 두 개 이상의 발광층을 가지며,
    상기 발광층이 인광재료를 포함하는 발광층을 적어도 하나 이상 포함하며,
    또한, 상기 제1항에 기재된 화학식 A 로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층;을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 인광재료를 포함하는 발광층은 중심 파장이 550 ~ 620 nm를 갖는 인광재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 백색의 유기 발광 소자.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 각각의 층중에서 선택된 하나 이상의 층은 증착공정 또는 용액공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 유기발광소자는 평판 디스플레이 장치; 플렉시블 디스플레이 장치; 단색 또는 백색의 평판 조명용 장치; 및, 단색 또는 백색의 플렉시블 조명용 장치;에서 선택되는 어느 하나에 사용되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
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