KR102480942B1 - 유기 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기 발광 소자를 제공한다.
Description
본 발명은 구동 전압이 낮고, 발광 효율이 높으며, 수명이 우수한 유기 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 넓은 시야각, 우수한 콘트라스트, 빠른 응답 시간을 가지며, 휘도, 구동 전압 및 응답 속도 특성이 우수하여 많은 연구가 진행되고 있다.
유기 발광 소자는 일반적으로 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 유기물 층을 포함하는 구조를 가진다. 상기 유기물 층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다.
상기와 같은 유기 발광 소자에 사용되는 유기물에 대하여 새로운 재료의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
본 발명은 구동 전압이 낮고, 발광 효율이 높으며, 수명이 우수한 유기 발광 소자에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기의 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는,
양극; 발광층; 전자수송층; 및 음극을 포함하고,
상기 발광층은 LUMO 에너지 준위가 2.6 eV 내지 3.0 eV인 제1 화합물을 포함하고,
상기 전자수송층은 LUMO 에너지 준위가 2.4 eV 내지 2.8 eV인 제2 화합물을 포함하고,
상기 제2 화합물은 하기 화학식 2로 표시된다:
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
L3 내지 L5는 각각 독립적으로, 단일 결합; 또는 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴렌이고,
k는 0, 1, 또는 2이고,
Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로, 비치환되거나 또는 시아노로 치환된 페닐; 비치환되거나 또는 시아노로 치환된 비페닐릴; 또는 비치환되거나 또는 시아노로 치환된 터페닐릴이되, Ar3 및 Ar4 중 적어도 하나는 시아노로 치환된 페닐; 시아노로 치환된 비페닐릴; 또는 시아노로 치환된 터페닐릴이고,
A는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 1가 치환기이고,
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
T1은 이웃하는 오각고리와 융합된 C6-20 방향족 고리이고,
X1은
, 
, 
, 또는 
이고,
W1은 단일 결합, O, S, CR5R6, SiR7R8, 또는 NR10이고,
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1-60 알킬이고,
R1 내지 R8은 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로아릴이거나, 또는 인접하는 치환기들이 서로 결합하여 C6-60 스피로 고리; 또는 C6-60 방향족 고리를 형성할 수 있고,
R10은 인접하는 치환기 R3와 서로 결합하여 N 원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로 방향족 고리를 형성하고,
a1 내지 a4는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
a1 내지 a4가 각각 2 이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다.
상술한 유기 발광 소자는 특정 LUMO 에너지 준위를 갖는 발광층 및 전자수송층 물질을 사용함으로써, 낮은 구동 전압, 높은 발광 효율, 및 장수명 특성을 나타낼 수 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 전자수송층(4), 및 음극(5)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판(1), 양극(2), 정공주입층(6), 정공수송층(7), 발광층(3), 전자수송층(4), 전자주입층(8) 및 음극(5)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판(1), 양극(2), 정공주입층(6), 정공수송층(7), 발광층(3), 전자수송층(4), 전자주입층(8) 및 음극(5)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 상세히 설명한다.
본 명세서에서, 
는 다른 치환기에 연결되는 결합을 의미한다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미노기; 포스핀옥사이드기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 사이클로알킬기; 알케닐기; 아릴기; 아르알킬기; 아르알케닐기; 알킬아릴기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 헤테로아릴아민기; 아릴아민기; 아릴포스핀기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 비페닐기일 수 있다. 즉, 비페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 카보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 구체적으로 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 사이클로펜틸메틸,사이클로헥틸메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 6이다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 사이클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 3-메틸사이클로펜틸, 2,3-디메틸사이클로펜틸, 사이클로헥실, 3-메틸사이클로헥실, 4-메틸사이클로헥실, 2,3-디메틸사이클로헥실, 3,4,5-트리메틸사이클로헥실, 4-tert-부틸사이클로헥실, 사이클로헵틸, 사이클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
*67본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난쓰레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다. 상기 플루오레닐기가 치환되는 경우, 
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴은 이종 원소로 O, N, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로아릴로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로아릴의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 이소옥사졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 아르알케닐기, 알킬아릴기, 아릴아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 알킬아릴기, 알킬아민기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민 중 헤테로아릴은 전술한 헤테로아릴에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 아르알케닐기 중 알케닐기는 전술한 알케닐기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 탄화수소 고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 아릴기 또는 사이클로알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴에 관한 설명이 적용될 수 있다.
저전압에서 구동 가능하면서 고효율의 유기 발광 소자를 얻기 위해서는, 유기 발광 소자 내로 주입된 정공 및 전자들이 원활하게 발광층으로 전달되는 동시에, 주입된 정공과 전자들이 발광층 밖으로 빠져나가지 않도록 하여야 한다. 이를 위해서는 적절한 HOMO(Highest occupied molecular orbital) 에너지 준위, LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 준위 및 밴드갭(bandgap)을 갖는 물질을 사용하여야 한다. 특히, 발광층에 사용되는 호스트 물질과 전자수송층에 사용되는 물질의 LUMO 에너지 준위가 소자 전체의 전하 균형을 조절한다는 측면에서 중요하다.
이때, 본 명세서에서 사용되는 용어 'LUMO 에너지 준위'는 진공 준위로부터 최저 비점유 분자 오비탈까지의 거리를 의미하고, 'HOMO 에너지 준위'는 진공 준위로부터 최고 점유 분자 오비탈까지의 거리를 의미하는 것으로, 진공 준위로부터 마이너스(-) 방향으로 에너지 준위가 표시되는 경우에도, 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다.
이러한 LUMO 에너지 준위는 HOMO 에너지 준위 측정 후 구할 수 있는 데, 상기 HOMO 에너지 준위는 박막 표면에 UV를 조사할 때 튀어나오는 전자를 검출하여 물질의 이온화 전위(Ionization potential; IP)를 측정하는 UV 광전자 분광(ultraviolet photoemission spectroscopy, UPS)을 통해 실험적으로 구할 수 있다. 이때, HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위는 각각 하기 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
[수학식 1]
HOMO (eV) = IP
LUMO (eV) = HOMO - 광학 에너지 갭(Optical energy gap)
또는, HOMO 에너지 준위 및 LUMO 에너지 준위는 각각 측정 대상 물질을 전해액과 함께 용매에 녹인 후 전압 주사(voltage sweep)를 통하여 구해진 산화 전위(oxidation potential) 및 환원 전위(reduction potential)를 이용하여 측정할 수 있다.
구체적으로, HOMO 에너지 준위는 측정 대상 물질의 산화가 시작되는 온셋 포텐셜(Eonset)을 측정하고 동일 조건에서 페로센의 전위(E1/2(Fc))를 측정한 다음 페로센의 전위를 진공에너지 준위 대비 4.8 eV 라고 정하여 하기 수학식 2로 계산될 수 있다.
[수학식 2]
HOMO (eV) = 4.8 + (Eonset - E1/2(Fc))
그리고, LUMO 에너지 준위는 흡수 스펙트럼을 이용하여, 측정 대상 물질의 흡수 끝머리 파장(λedge)을 밴드갭으로 두고 에너지 단위로 환산한 다음 하기 수학식 3으로 계산될 수 있다. 이때, 밴드갭은 LUMO 에너지 준위와 HOMO 에너지 준위의 차를 의미한다.
[수학식 3]
밴드갭 (eV) = 1240 / λedge
LUMO (eV) = HOMO (eV) - 밴드갭 (eV)
한편, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 발광층 및 전자수송층 각각에 특정 LUMO 에너지 준위를 갖는 호스트 물질과 전자 수송 물질을 포함하여, 음극으로부터 주입된 전자가 발광층으로 원활히 전달되고, 전달된 전자가 정공과 효율적으로 재결합되어, 낮은 구동 전압 및 높은 효율을 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 유기 발광 소자의 발광층은 2.6 eV 내지 3.0 eV의 LUMO 에너지 준위를 나타내는 호스트 물질을 포함하고, 전자수송층은 2.4 eV 내지 2.8 eV의 LUMO 에너지 준위를 나타내는 전자 수송 물질을 포함한다. 이러한 호스트 물질은 안트라센계 화합물로 후술하는 화학식 1로 표시되는 구조를 가지고, 전자 수송 물질은 트리아진계 화합물로 시아노기를 적어도 하나 이상 포함하는 후술하는 화학식 2로 표시되는 구조를 갖는다. 상기 호스트 물질의 LUMO 에너지 준위가 상술한 범위를 벗어나는 경우, 발광층에서 인접층으로의 전자의 유출을 야기할 수 있고, 상기 전자 수송 물질의 LUMO 에너지 준위가 상술한 범위를 벗어나는 경우, 전자수송층에서 발광층으로의 전자이동이 저해될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 발광층과 전자수송층은 전자가 돌아다닐 수 있는 분자의 LUMO 레벨이 적절하게 정렬되어 유기 발광 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.
이하, 각 구성 별로 본 발명을 상세히 설명한다.
양극 및 음극
상기 양극 물질로는 통상 유기물 층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 상기 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 상기 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
정공주입층
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 상기 양극 상에 전극으로부터 정공을 주입하는 정공주입층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 정공 주입층은 정공 주입 물질로 이루어져 있으며, 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 정공 주입효과, 발광층 또는 발광재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 여기자의 전자주입층 또는 전자주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물 층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다.
정공 주입 물질의 구체적인 예로는, 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정 되는 것은 아니다.
정공수송층
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 상기 정공주입층 상에 전극으로부터 정공을 주입하는 정공주입층을 추가로 포함할 수 있다.
정공 수송 물질로 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
발광층
상기 발광층은 LUMO 에너지 준위가 2.6 eV 내지 3.0 eV인 제1 화합물을 호스트 재료로 포함한다.
상기 제1 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
L1 및 L2는 각각 독립적으로, 단일 결합; 또는 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴렌이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴이고,
Q1 및 Q2는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 할로겐; 시아노; 니트로; 아미노; 치환 또는 비치환된 C1-60 알킬; C1-60 할로알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알콕시; 치환 또는 비치환된 C3-60 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-60 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 O, N, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 C2-60 헤테로아릴이고,
n1 및 n2는 각각 독립적으로, 0 내지 4의 정수이고,
n1 및 n2가 각각 2 이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다.
상기 화학식 1에서, L1 및 L2는 각각 독립적으로, 단일 결합, 또는 C6-20 아릴렌일 수 있다.
구체적으로, L1 및 L2는 각각 독립적으로, 단일결합, 페닐렌, 나프틸렌, 또는 안트라세닐렌일 수 있다.
또한, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 비치환되거나, 또는 C1-4 알킬; 또는 트리(C1-4 알킬)실릴로 치환된, C6-10 아릴일 수 있다.
구체적으로, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 페닐, tert-부틸페닐, 트리메틸실릴페닐, 또는 나프틸일 수 있다.
또한, Q1 및 Q2는 모두 수소일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물의 대표적인 예는 하기와 같다:
이러한 상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물은 일례로 하기 반응식 1과 같은 제조 방법으로 제조할 수 있다.
[반응식 1]
상기 반응식 1에서, Ar1, Ar2, L1, L2, Q1 및 Q2에 대한 설명은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고 X는 할로겐이고, 바람직하게는 브로모 또는 클로로이다. 상기 반응은 스즈키 커플링 반응으로서, 팔라듐 촉매 존재 하에 수행하는 것이 바람직하며, 스즈키 커플링 반응을 위한 반응기는 당업계에 알려진 바에 따라 변경이 가능하다. 상기 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.
또한, 상기 발광층은 제1 화합물 외에 통상적으로 사용되는 호스트 재료를 더 포함할 수 있는데, 이러한 호스트 재료로는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난쓰렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 발광층은 도펀트 재료를 더 포함할 수 있다. 상기 도펀트 재료로는 방향족 아민 유도체, 스트릴아민 화합물, 붕소 착체, 플루오란텐 화합물, 금속 착체 등이 있다. 구체적으로 방향족 아민 유도체로는 치환 또는 비치환된 아릴아미노기를 갖는 축합 방향족환 유도체로서, 아릴아미노기를 갖는 피렌, 안트라센, 크리센, 페리플란텐 등이 있으며, 스티릴아민 화합물로는 치환 또는 비치환된 아릴아민에 적어도 1개의 아릴비닐기가 치환되어 있는 화합물로, 아릴기, 실릴기, 알킬기, 사이클로알킬기 및 아릴아미노기로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상 선택되는 치환기가 치환 또는 비치환된다. 구체적으로 스티릴아민, 스티릴디아민, 스티릴트리아민, 스티릴테트라아민 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자수송층
상기 전자수송층은 상기 발광층과 음극 사이에 형성되어 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 역할을 하는 층을 의미한다. 특히, 본 발명에서는 에너지 준위가 2.4 eV 내지 2.8 eV인 제2 화합물을 전자수송재료로 사용한다.
상기 제2 화합물은 하기 화학식 2로 표시된다:
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
L3 내지 L5는 각각 독립적으로, 단일 결합; 또는 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴렌이고,
k는 0, 1, 또는 2이고,
Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로, 비치환되거나 또는 시아노로 치환된 페닐; 비치환되거나 또는 시아노로 치환된 비페닐릴; 또는 비치환되거나 또는 시아노로 치환된 터페닐릴이되, Ar3 및 Ar4 중 적어도 하나는 시아노로 치환된 페닐; 시아노로 치환된 비페닐릴; 또는 시아노로 치환된 터페닐릴이고,
A는 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 1가 치환기이고,
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
T1은 이웃하는 오각고리와 융합된 C6-20 방향족 고리이고,
X1은
, 
, 
, 또는 
이고,
W1은 단일 결합, O, S, CR5R6, SiR7R8, 또는 NR10이고,
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1-60 알킬이고,
R1 내지 R8은 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로아릴이거나, 또는 인접하는 치환기들이 서로 결합하여 C6-60 스피로 고리; 또는 C6-60 방향족 고리를 형성할 수 있고,
R10은 인접하는 치환기 R3와 서로 결합하여 N 원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로 방향족 고리를 형성하고,
a1 내지 a4는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
a1 내지 a4가 각각 2 이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다.
또한, 본 명세서에서 치환기의 정의 중 "시아노로 치환된"이라는 용어는, 치환기에 포함된 수소 중 1개 이상의 수소, 바람직하게는 1개 또는 2개의 수소가 시아노기로 치환되었음을 의미한다.
상기 화학식 3에서, L3 내지 L5는 각각 독립적으로, 단일 결합, 또는 C6-20 아릴렌일 수 있다.
구체적으로, L3 내지 L5는 각각 독립적으로, 단일 결합, 페닐렌, 비페닐릴렌, 또는 나프틸렌일 수 있다.
더욱 구체적으로, L3 및 L4는 단일 결합이고, L5는 단일 결합, 페닐렌, 비페닐릴렌, 또는 나프틸렌일 수 있다.
또한, Ar3 및 Ar4은 모두 시아노로 치환된 페닐, 시아노로 치환된 비페닐릴, 또는 시아노로 치환된 터페닐릴이거나, 또는
Ar3 및 Ar4 중 하나는 시아노로 치환된 페닐, 시아노로 치환된 비페닐릴, 또는 시아노로 치환된 터페닐릴이고, 나머지는 페닐, 비페닐릴, 또는 터페닐릴일 수 있다.
구체적으로, Ar3는 1개의 시아노로 치환된 페닐, 1개의 시아노로 치환된 비페닐릴, 또는 1개의 시아노로 치환된 터페닐릴이고,
Ar4는 페닐, 비페닐릴, 또는 터페닐릴일 수 있다.
또한, R1 내지 R8은 각각 독립적으로, 수소; 중수소; C6-20 아릴; 또는 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-20 헤테로아릴이거나; 또는 R5 및 R6은 서로 결합하여 플루오렌과 스피로 고리를 형성할 수 있다. 이때, 스피로 구조를 형성한다는 것은 하나의 탄소를 접점으로 연결된 구조를 갖는다는 것을 의미한다.
또한, R10은 인접하는 치환기 R3와 서로 결합하여 인돌 또는 카바졸 고리를 형성할 수 있다.
상기 치환기 A는 X1의 구조에 따라, 하기 화학식 3-1 내지 3-9로 표시할 수 있다:
상기 화학식 3-1 내지 3-9에서,
Z1 및 Z2는 각각 독립적으로, C1-4 알킬이고,
T1은 이웃하는 오각고리와 융합된 벤젠, 나프탈렌, 또는 페난쓰렌 고리이고,
W1은 단일결합, O, S, 또는 NR10이고,
여기서, R10은 인접하는 치환기 R3와 서로 결합하여 인돌 또는 카바졸 고리를 형성하고,
R1 내지 R4, R11 및 R12는 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 또는 C6-20 아릴이고,
a1 내지 a6은 각각 독립적으로 0, 1, 2, 또는 3이고,
*는 상기 화학식 2의 L5와 연결되는 위치를 나타낸다.
구체적으로, 상기 화학식 3-1에서, Z1 및 Z2는 메틸일 수 있다.
또한, 상기 화학식 3-1 내지 3-9에서, R1 내지 R4, R11 및 R12는 수소, 또는 중수소일 수 있다.
또한 구체적으로, 상기 제2 화합물은 하기 화학식 2A 내지 2I 중 어느 하나로 표시될 수 있다:
[화학식 2A]
[화학식 2B]
[화학식 2C]
[화학식 2D]
[화학식 2E]
[화학식 2F]
[화학식 2G]
[화학식 2H]
[화학식 2I]
상기 화학식 2A 내지 2I에서,
T1은 이웃하는 오각고리와 융합된 벤젠, 나프탈렌, 또는 페난쓰렌 고리이고
W2는 단일 결합, O, 또는 S이고,
R1 내지 R4, R11 및 R12는 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 또는 C6-20 아릴이고,
a1 내지 a6은 각각 독립적으로 0, 1, 2, 또는 3이고,
L3 내지 L5, k, Ar3 및 Ar4는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 같다.
예를 들어, A는 하기 화학식 3a 내지 3k로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다:
상기 화학식 3a 내지 3k에서,
W2는 단일 결합, O, 또는 S이고,
*는 상기 화학식 2의 L5와 연결되는 위치를 나타낸다.
구체적으로 예를 들어, A는 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다:
상기에서, *는 상기 화학식 2의 L5와 연결되는 위치를 나타낸다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 대표적인 예는 하기와 같다:
이러한 상기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물은 일례로 하기 반응식 2와 같은 제조 방법으로 제조할 수 있다.
[반응식 2]
상기 반응식 2에서, L3 내지 L5, Ar3, Ar4 및 A에 대한 설명은 상기 화학식 3에서 정의한 바와 같고, Y는 할로겐이고, 바람직하게는 브로모 또는 클로로이다. 상기 반응은 스즈키 커플링 반응으로서, 팔라듐 촉매 존재 하에 수행하는 것이 바람직하며, 스즈키 커플링 반응을 위한 반응기는 당업계에 알려진 바에 따라 변경이 가능하다. 상기 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.
또한, 상기 전자수송층은 상기 제2 화합물 외 금속 착체 화합물을 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 금속 착체 화합물은 주기율표에서 알칼리금속, 알칼리토금속, 전이금속 및 13족의 금속으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속의 착물을 의미한다.
구체적으로, 상기 금속 착체 화합물은 하기 화학식 4로 표시될 수 있고, 이때 M은 중심금속, L11은 주리간드, L12는 보조리간드를 의미한다.
[화학식 4]
M(L11)n1(L12)n12
상기 화학식 4에서,
M은 리튬, 베릴륨, 망간, 구리, 아연, 알루미늄, 또는 갈륨이고,
L11은 치환 또는 비치환된 8-하이드록시퀴놀리나토; 또는 치환 또는 비치환된 10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토이고,
L12는 할로겐; 치환 또는 비치환된 페놀라토; 또는 치환 또는 비치환된 나프톨라토이고,
n11은 1, 2, 또는 3이고,
n12는 0 또는 1이고,
n11+n12는 1, 2, 또는 3이고,
n11이 2 이상인 경우, 2 이상의 L11은 서로 같거나 상이하다.
더욱 구체적으로, L11은 할로겐, 또는 C1-4 알킬로 치환되거나 또는 비치환된 8-하이드록시퀴놀리나토; 또는 할로겐, 또는 C1-4 알킬로 치환되거나 또는 비치환된 10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토이고,
L12는 할로겐; C1-4 알킬로 치환되거나 또는 비치환된 페놀라토; C1-4 알킬로 치환되거나 또는 비치환된 나프톨라토일 수 있다.
또는, L11은 8-하이드록시퀴놀리나토, 2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토, 또는 10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토이고,
L12는 클로로, o-크레졸라토, 또는 2-나프톨라토일 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 착체 화합물은 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄 및 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
이러한 금속 착체 화합물은 종래 알려진 통상의 방법으로 제조될 수 있다.
또한, 상기 전자수송층은 상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 상기 금속 착체 화합물을 3:7 내지 7:3의 중량비로 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로 예를 들어, 상기 전자수송층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 상기 금속 착체 화합물을 3:7, 4:6, 5:5, 6:4, 또는 7:3의 중량비로 포함할 수 있다.
전자주입층
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 상기 전자수송층 상에 전극으로부터 전자를 주입하는 층인 전자주입층을 추가로 포함할 수 있다. 전자주입 물질로는, 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자 주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 또한 박막형성능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 또한, 상기 전자주입층은 상술한 전자수송층의 역할도 할 수 있다.
상기 전자 주입 물질의 구체적인 예로는, LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 질소 함유 5원환 유도체 등이 있으나, 이에, 한정되는 것은 아니다.
유기 발광 소자
본 발명에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도 1에 예시하였다. 도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 전자수송층(4), 및 음극(5)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 상기 발광층에, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물이 상기 전자수송층에 각각 포함될 수 있다.
도 2는 기판(1), 양극(2), 정공주입층(6), 정공수송층(7), 발광층(3), 전자수송층(4), 전자주입층(8) 및 음극(5)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 상기 발광층에, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물이 상기 전자수송층에 각각 포함될 수 있다. 이때, 전자수송층 및 전자주입층은 전자주입 및 수송층과 같은 하나의 층으로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 상술한 구성을 순차적으로 적층시켜 제조할 수 있다. 이때, 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical Vapor Deposition)방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 상술한 각 층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시켜 제조할 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다. 또한, 발광층은 호스트 및 도펀트를 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질로부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 제조할 수 있다(WO 2003/012890). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
상기 유기 발광 소자의 제조는 이하 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 화합물 1-1의 제조
상기 화합물 A1-1 10 g(1당량) 및 상기 화합물 B1-1 6.5 g(1당량)을 테트라하이드로퓨란(150 mL)에 투입하였다. 2M K2CO3(100 mL), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Pd(dba)2, 0.6 g), 및 테트라사이클로헥실포스핀(PCy3, 0.6 g)을 투입한 후, 5 시간 동안 교반 및 환류하였다. 상온으로 식힌 후 여과하여 생성된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하여 상기 화합물 1-1 8.6 g (수율 65%)을 제조하였다.
MS:[M+H]+= 507
제조예 2: 화합물 1-2의 제조
상기 화합물 A1-2 10 g(1당량) 및 상기 화합물 B1-2 7.5 g(1당량)을 테트라하이드로퓨란(150 mL)에 투입하였다. 2M K2CO3(100 mL), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Pd(dba)2, 0.6 g), 및 테트라사이클로헥실포스핀(PCy3, 0.6 g)을 투입한 후, 5 시간 동안 교반 및 환류하였다. 상온으로 식힌 후 여과하여 생성된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하여 상기 화합물 1-2 9.7 g (수율 71%)을 제조하였다.
MS:[M+H]+= 457
제조예 3: 화합물 1-3의 제조
상기 화합물 A1-1 10 g(1당량) 및 상기 화합물 B1-3 4.5 g(1당량)을 테트라하이드로퓨란(150 mL)에 투입하였다. 2M K2CO3(100 mL), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Pd(dba)2, 0.6 g), 및 테트라사이클로헥실포스핀(PCy3, 0.6 g)을 투입한 후, 5 시간 동안 교반 및 환류하였다. 상온으로 식힌 후 여과하여 생성된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하여 상기 화합물 1-3 10.2 g (수율 74%)을 제조하였다.
MS:[M+H]+= 431
제조예 4: 화합물 2-1의 제조
상기 화합물 A2-1 10 g(1당량) 및 상기 화합물 B2-1 12.0 g(1당량)을 테트라하이드로퓨란(150 mL)에 투입하였다. 2M K2CO3(100 mL), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Pd(dba)2, 0.6 g), 및 테트라사이클로헥실포스핀(PCy3, 0.6 g)을 투입한 후, 5 시간 동안 교반 및 환류하였다. 상온으로 식힌 후 여과하여 생성된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하여 상기 화합물 2-1 13.6 g (수율 77%)을 제조하였다.
MS:[M+H]+= 651
제조예 5: 화합물 2-2의 제조
상기 화합물 A2-2 10 g(1당량) 및 상기 화합물 B2-2 13.0 g(1당량)를 테트라하이드로퓨란(150 mL)에 투입하였다. 2M K2CO3(100 mL), Pd(dba)2(0.5 g), 및 PCy3(0.5 g)을 투입한 후, 5 시간 동안 교반 및 환류하였다. 상온으로 식힌 후 여과하여 생성된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하여 상기 화합물 2-2 15.8 g (수율 71%)를 제조하였다.
MS:[M+H]+= 687
제조예 6: 화합물 2-3의 제조
상기 화합물 A2-1 10 g(1당량) 및 상기 화합물 B2-3 12.4 g(1당량)을 테트라하이드로퓨란(150 mL)에 투입하였다. 2M K2CO3(100 mL), Pd(dba)2(0.6 g), 및 PCy3(0.6 g)을 투입한 후, 5 시간 동안 교반 및 환류하였다. 상온으로 식힌 후 여과하여 생성된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하여 상기 화합물 2-3 16.2 g (수율 90%)을 제조하였다.
MS:[M+H]+= 665
제조예 7: 화합물 2-4의 제조
상기 화합물 A2-2 10 g(1당량) 및 상기 화합물 B2-3 12.4g (1당량)를 테트라하이드로퓨란(150 mL)에 투입하였다. 2M K2CO3(100 mL), Pd(dba)2(0.6 g), 및 PCy3(0.6 g)을 투입한 후, 5 시간 동안 교반 및 환류하였다. 상온으로 식힌 후 여과하여 생성된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하여 상기 화합물 2-4 14.8g (수율 82%)를 제조하였다.
MS:[M+H]+= 665
제조예 8: 화합물 2-5의 제조
상기 화합물 A2-1 10 g (1당량) 및 상기 화합물 B2-4 12.4 g (1당량)를 테트라하이드로퓨란(150 mL)에 투입하였다. 2M K2CO3(100 mL), Pd(dba)2(0.5 g), 및 PCy3(0.5 g)을 투입한 후, 5 시간 동안 교반 및 환류하였다. 상온으로 식힌 후 여과하여 생성된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하여 상기 화합물 2-5 15.9 g, 수율 88%)를 제조하였다.
MS:[M+H]+= 665
제조예 9: 화합물 2-6의 제조
상기 화합물 A2-3 10 g (1당량) 및 상기 화합물 B2-3 8.8 g (1당량)를 테트라하이드로퓨란(150 mL)에 투입하였다. 2M K2CO3(100 mL), Pd(dba)2(0.6 g), 및 PCy3(0.6 g)을 투입한 후, 5 시간 동안 교반 및 환류하였다. 상온으로 식힌 후 여과하여 생성된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하여 상기 화합물 2-6 11.2 g (수율 79%)을 제조하였다.
MS:[M+H]+= 741
실시예 1
ITO(인듐주석산화물)가 1000Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판(corning 7059 glass)을, 분산제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 세제는 Fischer Co.의 제품을 사용하였으며, 증류수는 Millipore Co. 제품의 필터(Filter)로 2차 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30 분간 세척한 후, 증류수로 2 회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올 용제 순서로 초음파 세척을 하고 건조시켰다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌 (hexanitrile hexaazatriphenylene, HATCN)를 500 Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공주입층을 형성하였다. 그 위에 정공을 수송하는 물질인 HT1(400 Å)을 진공증착하여, 정공수송층을 형성하였다.
상기 정공수송층 상에 발광층의 호스트로 제조예 1에서 제조한 호스트 화합물 1-1과 도판트 화합물 BD1을 25:1의 중량비로 진공 증착하여 300 Å의 두께의 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 제조예 4에서 제조한 화합물 2-1과 LiQ(8-Hydroxyquinolinato)lithium)를 5:5의 중량비로 진공증착하여 310Å의 두께로 전자수송층을 형성하였다.
상기 전자수송층 위에 12Å두께로 리튬플로라이드(LiF)와 2,000Å 두께로 알루미늄을 순차적으로 증착하여 전자주입층과 음극을 형성하여, 유기발광소자를 제조하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4~ 0.7Å/sec를 유지하였고, 음극의 리튬플로라이드는 0.3Å/sec, 알루미늄은 2Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2 ⅹ10-7 ~ 5 ⅹ10-6 torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
실시예 2 내지 실시예 18 및 비교예 1 내지 4
상기 실시예 1에서 호스트 물질 1-1 대신 하기 표 1에 기재된 화합물을 사용하고, 전자수송층 물질로 화합물 2-1 대신 하기 표 1에 기재된 화합물을 각각 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다.
이때, 비교예 1 내지 4에서 사용된 화합물의 구조는 하기와 같다.
실험예
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 유기 발광 소자에 대하여, 10 mA/cm2의 전류밀도에서의 구동 전압과 발광 효율, 및 20mA/cm2의 전류밀도에서 초기 휘도 대비 98%가 되는 시간(LT98)을 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 각 화합물의 LUMO 에너지 준위 값을 같이 기재하였다.
| 호스트 | 전자수송층 | OLED 특성 | |||||
| 화합물 | LUMO (eV) |
화합물 | LUMO (eV) |
전압 (V) |
전류효율 (cd/A) |
Life Time 98 at 20mA/cm2 | |
| 실시예 1 | 화합물 1-1 | 2.82 | 화합물 2-1 | 2.76 | 3.70 | 5.40 | 60 |
| 실시예 2 | 화합물 1-1 | 2.82 | 화합물 2-2 | 2.78 | 3.68 | 5.38 | 63 |
| 실시예 3 | 화합물 1-1 | 2.82 | 화합물 2-3 | 2.78 | 3.69 | 5.39 | 62 |
| 실시예 4 | 화합물 1-1 | 2.82 | 화합물 2-4 | 2.76 | 3.72 | 5.42 | 61 |
| 실시예 5 | 화합물 1-1 | 2.82 | 화합물 2-5 | 2.58 | 3.67 | 5.52 | 58 |
| 실시예 6 | 화합물 1-1 | 2.82 | 화합물 2-6 | 2.72 | 3.66 | 5.38 | 59 |
| 실시예 7 | 화합물 1-2 | 2.71 | 화합물 2-1 | 2.76 | 3.60 | 5.48 | 57 |
| 실시예 8 | 화합물 1-2 | 2.71 | 화합물 2-2 | 2.78 | 3.62 | 5.50 | 56 |
| 실시예 9 | 화합물 1-2 | 2.71 | 화합물 2-3 | 2.78 | 3.58 | 5.48 | 58 |
| 실시예 10 | 화합물 1-2 | 2.71 | 화합물 2-4 | 2.76 | 3.61 | 5.51 | 57 |
| 실시예 11 | 화합물 1-2 | 2.71 | 화합물 2-5 | 2.58 | 3.63 | 5.47 | 55 |
| 실시예 12 | 화합물 1-2 | 2.71 | 화합물 2-6 | 2.72 | 3.59 | 5.53 | 53 |
| 실시예 13 | 화합물 1-3 | 2.72 | 화합물 2-1 | 2.76 | 3.63 | 5.48 | 58 |
| 실시예 14 | 화합물 1-3 | 2.72 | 화합물 2-2 | 2.78 | 3.66 | 5.50 | 56 |
| 실시예 15 | 화합물 1-3 | 2.72 | 화합물 2-3 | 2.78 | 3.69 | 5.51 | 57 |
| 실시예 16 | 화합물 1-3 | 2.72 | 화합물 2-4 | 2.76 | 3.62 | 5.49 | 59 |
| 실시예 17 | 화합물 1-3 | 2.72 | 화합물 2-5 | 2.58 | 3.60 | 5.56 | 55 |
| 실시예 18 | 화합물 1-3 | 2.72 | 화합물 2-6 | 2.72 | 3.59 | 5.55 | 57 |
| 비교예 1 | 화합물 1-1 | 2.82 | ET-01 | 2.67 | 4.10 | 4.68 | 35 |
| 비교예 2 | 화합물 1-1 | 2.82 | ET-02 | 2.75 | 4.12 | 4.63 | 32 |
| 비교예 3 | 화합물 1-3 | 2.72 | ET-03 | 2.70 | 4.04 | 4.70 | 30 |
| 비교예 4 | 화합물 1-3 | 2.72 | ET-04 | 2.71 | 4.03 | 4.71 | 28 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 발광층의 호스트로 사용하고 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 전자수송층 물질로 동시에 사용한 실시예의 유기 발광 소자는, 상기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 하나만을 채용하는 비교예의 유기 발광 소자에 비하여, 구동 전압, 발광 효율 및 수명 측면 모두에서 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다. 이는 일반적으로 유기 발광 소자의 발광 효율 및 수명 특성은 서로 트레이드-오프(Trade-off) 관계를 갖는 점을 고려할 때 본 발명의 화합물간의 조합을 채용한 유기 발광 소자는 비교예 소자 대비 현저히 향상된 소자 특성을 나타냄을 의미한다.
1: 기판 2: 양극
3: 발광층 4: 전자수송층
5: 음극 6: 정공주입층
7: 정공수송층 8: 전자주입층
3: 발광층 4: 전자수송층
5: 음극 6: 정공주입층
7: 정공수송층 8: 전자주입층
Claims (12)
- 양극; 발광층; 전자수송층; 및 음극을 포함하고,
상기 발광층은 LUMO(Lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 준위가 2.6 eV 내지 3.0 eV인 제1 화합물을 포함하고,
상기 전자수송층은 LUMO(Lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 준위가 2.4 eV 내지 2.8 eV인 제2 화합물을 포함하고,
상기 제2 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는,
유기 발광 소자:
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
L3 내지 L5는 각각 독립적으로, 단일 결합; 또는 C6-60 아릴렌이고,
k는 0, 1, 또는 2이고,
Ar3는 1개의 시아노로 치환된 페닐, 1개의 시아노로 치환된 비페닐릴, 또는 1개의 시아노로 치환된 터페닐릴이고,
Ar4는 페닐, 또는 비페닐릴이고,
A는 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나이고,
상기에서, *는 상기 화학식 2의 L5와 연결되는 위치를 나타낸다.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는,
유기 발광 소자:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
L1 및 L2는 각각 독립적으로, 단일 결합; 또는 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴렌이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴이고,
Q1 및 Q2는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 할로겐; 시아노; 니트로; 아미노; 치환 또는 비치환된 C1-60 알킬; C1-60 할로알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알콕시; 치환 또는 비치환된 C3-60 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-60 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 O, N, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 C2-60 헤테로아릴이고,
n1 및 n2는 각각 독립적으로, 0 내지 4의 정수이고,
n1 및 n2가 각각 2 이상인 경우, 2 이상의 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다.
- 제2항에 있어서,
L1 및 L2는 각각 독립적으로, 단일결합, 페닐렌, 나프틸렌, 또는 안트라세닐렌인,
유기 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 비치환되거나, 또는 C1-4 알킬; 또는 트리(C1-4 알킬)실릴로 치환된, C6-10 아릴인,
유기 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
Q1 및 Q2는 모두 수소인,
유기 발광 소자.
- 제2항에 있어서,
상기 제1 화합물은 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인,
유기 발광 소자:
.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
L3 내지 L5는 각각 독립적으로, 단일 결합, 페닐렌, 비페닐릴렌, 또는 나프틸렌인,
유기 발광 소자.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제2 화합물은 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인,
유기 발광 소자:
.
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