KR102558003B1 - 유기금속 화합물 및 이를 포함한 유기 발광 소자 - Google Patents

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KR102558003B1
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Abstract

유기금속 화합물 및 이를 포함한 유기 발광 소자가 제시된다.

Description

유기금속 화합물 및 이를 포함한 유기 발광 소자{Organometallic compound and organic light-emitting device including the same}
유기금속 화합물 및 이를 포함한 유기 발광 소자가 제시된다.
유기 발광 소자(organic light emitting device)는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
일예에 따르면, 유기 발광 소자는, 애노드, 캐소드 및 상기 애노드와 캐소드 사이에 개재되고 발광층을 포함한 유기층 포함할 수 있다. 상기 애노드와 발광층 사이에는 정공 수송 영역이 구비될 수 있고, 상기 발광층과 캐소드 사이에는 전자 수송 영역이 구비될 수 있다. 상기 애노드로부터 주입된 정공은 정공 수송 영역을 경유하여 발광층으로 이동하고, 캐소드로부터 주입된 전자는 전자 수송 영역을 경유하여 발광층으로 이동한다. 상기 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.
신규 유기금속 화합물 및 이를 채용한 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물이 제공된다:
<화학식 1>
Figure 112015116147303-pat00001
상기 화학식 1 중,
M은 1주기 전이금속, 2주기 전이금속 및 3주기 전이금속 중에서 선택되고;
A11 내지 A13는 서로 독립적으로, C1-C20헤테로시클릭 그룹 중에서 선택되고;
X11는 C(R16)(R17) 및 C(=O) 중에서 선택되고;
Y11 내지 Y17은 탄소 원자이고;
Y11 및 O 사이; Y11 및 Y12 사이; Y12 및 Y13 사이; Y13 및 N 사이; Y14 및 N 사이; Y14 및 Y15 사이; Y15 및 N 사이; Y16 및 N 사이; Y16 및 X11 사이; Y17 및 X11 사이; 및 Y17 및 N 사이;는 서로 독립적으로, 단일 결합이거나 이중 결합이고;
R11 내지 R17은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 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-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -C(=O)(Q1), -Si(Q1)(Q2)(Q3), -B(Q1)(Q2) 및 -N(Q1)(Q2) 중에서 선택되고; R11 내지 R17 중 이웃한 두 개의 기는 선택적으로(optionally), 서로 연결되어 축합 고리를 형성하고;
Q1 내지 Q3는 서로 독립적으로, C1-C60알킬기 및 C6-C60아릴기 중에서 선택되고;
b13 내지 b15는 서로 독립적으로, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 및 10 중에서 선택되고;
L11은 한 자리(monodentate) 리간드 및 두 자리(bidentate) 리간드 중에서 선택되고;
n11은 0, 1 및 2 중에서 선택된다.
다른 측면에 따르면, 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되고 발광층을 포함한 유기층을 포함하고, 상기 유기층이 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 적어도 1종 이상 포함하는, 유기 발광 소자가 제공된다.
상기 유기금속 화합물은 상기 발광층에 포함되어 있을 수 있고, 상기 발광층은 호스트를 더 포함할 수 있고, 상기 발광층에 포함된 상기 유기금속 화합물은 도펀트의 역할을 할 수 있다.
상기 유기금속 화합물은 우수한 광학적 특성, 전기적 특성 및 열적 안정성을 갖는 바, 상기 유기금속 화합물을 채용한 유기 발광 소자는 고효율, 장수명 및 고색순도 특성을 가질 수 있다.
도 1은 일 실시예를 따르는 유기 발광 소자를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
상기 유기금속 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다:
<화학식 1>
Figure 112015116147303-pat00002
상기 화학식 1 중, M은 1주기 전이금속, 2주기 전이금속 및 3주기 전이금속 중에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 1 중, M은 3주기 전이금속 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로서, 상기 화학식 1 중, M은 이리듐(Ir), 백금(Pt), 오스뮴(Os), 금(Au), 하프늄(Hf), 유로퓸(Eu), 테르븀(Tb) 및 툴륨(Tm) 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로서, 상기 화학식 1 중, M은 Os, Ir 및 Pt 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예로서, 상기 화학식 1 중, M은 Pt일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 1 중, A11 내지 A13는 서로 독립적으로, C1-C20헤테로시클릭 그룹 중에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 1 중, A11 내지 A13는 서로 독립적으로, C1-C20헤테로시클로알칸, C1-C20헤테로시클로알켄 및 C1-C20헤테로아렌 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로서, 상기 화학식 1 중, A11 내지 A13는 서로 독립적으로, 피롤, 이미다졸, 피라졸, 티아졸, 이소티아졸, 옥사졸, 이속사졸, 옥사디아졸, 트리아졸, 피리딘, 피리미딘, 피라진, 피리다진, 트리아진, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 인돌, 이소인돌, 벤즈이미다졸, 벤조옥사졸, 이소벤조옥사졸 및 인다졸; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예로서, 상기 화학식 1 중, A11 내지 A13는 서로 독립적으로, 피롤, 이미다졸, 피라졸, 트리아졸, 피리딘, 피리미딘, 피라진, 피리다진, 트리아진, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 인돌, 이소인돌, 벤조이미다졸 및 인다졸; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예로서, 상기 화학식 1 중, A11 내지 A13는 서로 독립적으로, 하기 화학식 2-1 내지 2-6 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112015116147303-pat00003
상기 화학식 2-1 내지 2-6 중,
*는 화학식 1 중 M과의 결합 사이트이고;
*'는 이웃한 원자와의 결합 사이트이고;
R21 내지 R25는 서로 독립적으로, 후술하는 화학식 1 중 R11의 정의를 참조한다.
상기 화학식 1 중, X11는 C(R16)(R17) 및 C(=O) 중에서 선택될 수 있고, R16 및 R17은 후술하는 바와 같다.
상기 화학식 1 중, X11는 C(R16)(R17)이고, R16 및 R17이 서로 연결되어 축합 고리를 형성하는 경우, 하기 화학식 3-1 내지 3-3 중 어느 하나로 표시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112015116147303-pat00004
상기 화학식 3-1 내지 3-3 중,
*는 R16 및 R17이 결합하는 X11 중의 탄소 원자이고;
R31 내지 R40은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염 및 인산기 또는 이의 염 중 적어도 하나로 치환된, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기; 및
C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹; 중에서 선택된다.
예를 들어, 상기 화학식 3-1 내지 3-3 중, R31 내지 R40은 서로 독립적으로, 수소, -F, 시아노기, 메틸기, iso-프로필기, tert-부틸기 및 -CF3; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로서, 상기 화학식 3-1 내지 3-3 중, R31 내지 R40은 모두 수소일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 1 중, Y11 내지 Y17은 탄소 원자일 수 있다.
상기 화학식 1 중, Y11 및 O 사이; Y11 및 Y12 사이; Y12 및 Y13 사이; Y13 및 N 사이; Y14 및 N 사이; Y14 및 Y15 사이; Y15 및 N 사이; Y16 및 N 사이; Y16 및 X11 사이; Y17 및 X11 사이; 및 Y17 및 N 사이;는 서로 독립적으로, 단일 결합이거나 이중 결합일 수 있다.
상기 화학식 1 중, R11 내지 R17은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 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-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -C(=O)(Q1), -Si(Q1)(Q2)(Q3), -B(Q1)(Q2) 및 -N(Q1)(Q2) 중에서 선택될 수 있고; R11 내지 R17 중 이웃한 두 개의 기는 선택적으로(optionally), 서로 연결되어 축합 고리를 형성할 수 있고;
Q1 내지 Q3는 서로 독립적으로, C1-C60알킬기 및 C6-C60아릴기 중에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 1 중, R11 내지 R17은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, -CF3, 메톡시기, 에톡시기, tert-부톡시기, 페닐기, -C(=O)(Q1), -Si(Q1)(Q2)(Q3), -B(Q1)(Q2) 및 -N(Q1)(Q2); 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, -CF3, 메톡시기, 에톡시기 및 tert-부톡시기 중 적어도 하나로 치환된 페닐기; 중에서 선택될 수 있고;
Q1 내지 Q3는 서로 독립적으로, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 및 페닐기 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로서, 상기 화학식 1 중, R11 내지 R17은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, 시아노기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, -CF3, -C(=O)(Q1), -Si(Q1)(Q2)(Q3), -B(Q1)(Q2) 및 -N(Q1)(Q2); 및
중수소, -F, 시아노기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 및 -CF3 중 적어도 하나로 치환된 페닐기; 중에서 선택되고; 중에서 선택될 수 있고;
Q1 내지 Q3는 서로 독립적으로, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 및 페닐기 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예로서, 상기 화학식 1 중, R11 내지 R17은 서로 독립적으로, 수소, -F, 시아노기, 메틸기, 에틸기, iso-프로필기, tert-부틸기, -CF3, -Si(CH3)3 및 하기 화학식 5-1 및 5-2로 표시되는 그룹 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112015116147303-pat00005
상기 화학식 5-1 및 5-2 중,
*는 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.
예를 들어, R11 내지 R17 중 이웃한 두 개의 기가 서로 연결되어 축합 고리를 형성하는 경우, 상기 축합 고리는 R18로 더 치환될 수 있고,
R18의 개수는 b18로 표시되며, b18은 1, 2 및 3 중에서 선택될 수 있고; 복수개의 R18은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 1 중, R18은 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 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-C10시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C60아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹, 치환 또는 비치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹, -C(=O)(Q1), -Si(Q1)(Q2)(Q3), -B(Q1)(Q2) 및 -N(Q1)(Q2) 중에서 선택될 수 있고;
Q1 내지 Q3는 서로 독립적으로, C1-C60알킬기 및 C6-C60아릴기 중에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 1 중, R18은 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, -CF3, 메톡시기, 에톡시기, tert-부톡시기, 페닐기, -C(=O)(Q1), -Si(Q1)(Q2)(Q3), -B(Q1)(Q2) 및 -N(Q1)(Q2); 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, -CF3, 메톡시기, 에톡시기 및 tert-부톡시기 중 적어도 하나로 치환된 페닐기; 중에서 선택될 수 있고;
Q1 내지 Q3는 서로 독립적으로, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 및 페닐기 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로서, 상기 화학식 1 중, 수소, 중수소, -F, 시아노기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, -CF3, -C(=O)(Q1), -Si(Q1)(Q2)(Q3), -B(Q1)(Q2) 및 -N(Q1)(Q2); 및
중수소, -F, 시아노기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 및 -CF3 중 적어도 하나로 치환된 페닐기; 중에서 선택되고; 중에서 선택될 수 있고;
Q1 내지 Q3는 서로 독립적으로, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 및 페닐기 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예로서, 상기 화학식 1 중, R18은 수소, -F, 시아노기, 메틸기, 에틸기, iso-프로필기, tert-부틸기, -CF3, -Si(CH3)3 및 하기 화학식 5-1 및 5-2로 표시되는 그룹 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112015116147303-pat00006
상기 화학식 5-1 및 5-2 중,
*는 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.
상기 화학식 1 중, b13은 R13의 개수를 의미하며, b13은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 및 10 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, b13은 1, 2 및 3 중에서 선택되거나, 1일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. b13가 2 이상인 경우 복수개의 R13는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 1 중, b14는 R14의 개수를 의미하며, b14는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 및 10 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, b14는 1, 2 및 3 중에서 선택되거나, 1일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. b14가 2 이상인 경우 복수개의 R14는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 1 중, b15는 R15의 개수를 의미하며, b15는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 및 10 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, b15는 1, 2 및 3 중에서 선택되거나, 1일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. b15가 2 이상인 경우 복수개의 R15는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 1 중, L11은 한 자리(monodentate) 리간드 및 두 자리(bidentate) 리간드 중에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 1 중, L11은 I-, Br-, Cl-, 설파이드(sulfide), 나이트레이트(nitrate), 아자이드(azide), 히드록사이드(hydroxide), 시아네이트(cyanate), 이소시아네이트(isocyanate), 티오시아네이트(thiocyanate), 물, 아세토니트릴(acetonitrile), 피리딘(pyridine), 암모니아(ammonia), 일산화탄소, P(Ph)3, P(Ph)2CH3, PPh(CH3)2 및 P(CH3)3; 및
오잘레이트(oxalate), 아세틸아세토네이트(acetylacetonate), 피콜린산(picolinic acid), 1,2-비스(디페닐포스피노)에텐(1,2-bis(diphenylphosphino)ethane), 1,1-비스(디페닐포스피노)메텐(1,1-bis(diphenylphosphino)methane), 글리시네이트(glycinate) 및 에틸렌디아민(ethylenediamine); 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로서, 상기 화학식 1 중, L11은 P(Ph)3, P(Ph)2CH3, PPh(CH3)2, P(CH3)3, 오잘레이트, 아세틸아세토네이트 및 피콜린산; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예로서, 상기 화학식 1 중, L11은 P(Ph)2CH3 및 아세틸아세토네이트; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 1 중, n11은 L11의 개수를 의미하며, 0, 1 및 2 중에서 선택될 수 있다. 예를 들어, n11은 0일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. n11이 2인 경우 2개의 L11은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. n11이 0인 경우 M에 L11이 결합되어 있지 않음을 의미한다.
일 실시예에 있어서, 상기 화학식 1의 유기금속 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-6 중 어느 하나로 표시될 수 있다:
Figure 112015116147303-pat00007
상기 화학식 1-1 내지 1-6 중,
A11 내지 A13, X11, Y11, Y12, R11 내지 R15 및 b13 내지 b15은 상기 화학식 1에서 설명한 바를 참조하고;
R13a 및 R13b는 서로 독립적으로 상기 화학식 1 중 R13에 대한 설명을 참조하고;
R14a 및 R14b는 서로 독립적으로, 상기 화학식 1 중 R14에 대한 설명을 참조하고;
R15a 및 R15b는 서로 독립적으로, 상기 화학식 1 중 R15에 대한 설명을 참조하고;
R18은 상기 화학식 1 중 R11에 대한 설명을 참조하고;
b13a 및 b13b는 서로 독립적으로, 상기 화학식 1 중 b13에 대한 설명을 참조하고;
b14a 및 b14b는 서로 독립적으로, 상기 화학식 1 중 b14에 대한 설명을 참조하고;
b15a 및 b15b는 서로 독립적으로, 상기 화학식 1 중 b15에 대한 설명을 참조하고;
b18은 상기 화학식 1 중 b11에 대한 설명을 참조하고;
A14 내지 A17은 서로 독립적으로, C5-C20카보시클릭 그룹 및 C1-C20헤테로시클릭 그룹 중에서 선택된다.
예를 들어, 상기 화학식 1-1 내지 1-6 중, A14 내지 A17은 서로 독립적으로, C5-C20시클로알칸, C5-C20시클로알켄, C5-C20아렌, C1-C20헤테로시클로알칸, C1-C20헤테로시클로알켄 및 C1-C20헤테로아렌 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로서, 상기 화학식 1-1 내지 1-6 중, A14 내지 A17은 서로 독립적으로, 벤젠, 나프탈렌, 플루오렌, 인덴, 퓨란, 티오펜, 카바졸, 벤조퓨란, 벤조티오펜, 디벤조퓨란 및 디벤조티오펜; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예로서, 상기 화학식 1-1 내지 1-6 중, A14 내지 A17은 서로 독립적으로, 벤젠 및 나프탈렌; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시예에 있어서, 상기 화학식 1 로 표시되는 유기금속 화합물은 하기 화학식 1-11 내지 1-19 및 1-5 중 어느 하나로 표시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112015116147303-pat00008
Figure 112015116147303-pat00009
Figure 112015116147303-pat00010
Figure 112015116147303-pat00011
Figure 112015116147303-pat00012
상기 화학식 1-11 내지 1-19 및 1-5 중,
A11 내지 A13, Y11, Y12, R11 내지 R17 및 b13 내지 b15는 상기 화학식 1에서 설명한 바를 참조하고;
R13a 및 R13b는 서로 독립적으로 상기 화학식 1 중 R13에 대한 설명을 참조하고;
R14a 및 R14b는 서로 독립적으로, 상기 화학식 1 중 R14 에 대한 설명을 참조하고;
R18은 상기 화학식 1 중 R11 에 대한 설명을 참조하고;
b13a 및 b13b는 서로 독립적으로, 상기 화학식 1 중 b13에 대한 설명을 참조하고;
b14a 및 b14b는 서로 독립적으로, 상기 화학식 1 중 b14 에 대한 설명을 참조하고;
b18은 상기 화학식 1 중 b11 에 대한 설명을 참조하고;
A14 내지 A16은 서로 독립적으로, C5-C20카보시클릭 그룹 및 C1-C20헤테로시클릭 그룹 중에서 선택되고;
R31 내지 R38은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염 및 인산기 또는 이의 염 중 적어도 하나로 치환된, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기; 및
C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹; 중에서 선택된다.
예를 들어, 상기 화학식 1-11 내지 1-19 중, A14 내지 A16은 서로 독립적으로, C5-C20시클로알칸, C5-C20시클로알켄, C5-C20아렌, C1-C20헤테로시클로알칸, C1-C20헤테로시클로알켄 및 C1-C20헤테로아렌 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로서, 상기 화학식 1-11 내지 1-19 중, A14 내지 A16은 서로 독립적으로, 벤젠, 나프탈렌, 플루오렌, 인덴, 퓨란, 티오펜, 카바졸, 벤조퓨란, 벤조티오펜, 디벤조퓨란 및 디벤조티오펜; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예로서, 상기 화학식 1-11 내지 1-19 중, A14 내지 A16은 서로 독립적으로, 벤젠 및 나프탈렌; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 예로서, 상기 화학식 1-11 내지 1-19 중, A11 내지 A13는 서로 독립적으로, 피롤, 이미다졸, 피라졸, 트리아졸, 피리딘, 피리미딘, 피라진, 피리다진, 트리아진, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 인돌, 이소인돌, 벤조이미다졸 및 인다졸; 중에서 선택되고;
A14 내지 A16은 서로 독립적으로, 벤젠, 나프탈렌, 플루오렌, 인덴, 퓨란, 티오펜, 카바졸, 벤조퓨란, 벤조티오펜, 디벤조퓨란 및 디벤조티오펜; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 화학식 1-11 내지 1-19 중, R31 내지 R38은 서로 독립적으로, 수소, -F, 시아노기, 메틸기, 에틸기, iso-프로필기, tert-부틸기 및 -CF3; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로서, 상기 화학식 1-11 내지 1-19 중, R31 내지 R38은 모두 수소일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은 하기 화합물 1 내지 50 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112015116147303-pat00013
Figure 112015116147303-pat00014
Figure 112015116147303-pat00015
Figure 112015116147303-pat00016
Figure 112015116147303-pat00017
Figure 112015116147303-pat00018
Figure 112015116147303-pat00019
상기 화합물 1 내지 50 중, TMS는 -Si(CH3)3로 표시되는 기(trimethylsilyl group)이다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은 녹색 또는 적색 발광을 할 수 있다. 특히, 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은 녹색 인광 또는 적색 인광을 방출할 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물의 최대 발광 파장은 500nm 내지 640nm일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은 하기 화학식 1'에 표시된 위치에 치환기(예를 들어, 스피로 구조를 포함하는 치환기)를 포함함으로써, 롤-오프(roll-off) 현상이 줄어든 유기 발광 소자를 제공할 수 있다:
<화학식 1'>
Figure 112015116147303-pat00020
구체적으로, 상기 표시된 위치의 치환기로 인하여 상기 화합물이 평면 구조가 아닐 수 있다. 따라서, 상기 화합물이 평면 구조가 아님으로써, 상기 화합물 사이의 상호 작용(예를 들어, π-π 스태킹(stacking))이 감소할 수 있고, 상기 화합물을 포함하는 유기 발광 소자는 롤-오프 현상이 감소될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은 금속(M)과 하나의 산소 원자 및 3개의 질소 원자가 결합된다. 따라서, 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 포함하는 유기 발광 소자는 저구동전압, 고효율, 고휘도 및 장수명을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물 중 일부 화합물 및 하기 화합물 A의 HOMO 에너지 레벨, LUMO 에너지 레벨, 밴드갭, S1(단일항) 에너지 레벨, T1(삼중항) 에너지 레벨 및 최대 발광 파장을 B3LYP 에 기반한 density functional theory (DFT)에 의한 분자 구조 최적화를 수반한 Gaussian 09 프로그램을 이용하며 평가한 결과는 하기 표 1과 같다.
HOMO (eV) LUMO (eV) 밴드갭 (eV) S1 (eV) T1 (eV)
화합물 2 -4.916 -1.599 3.317 2.749 2.500
화합물 1 -4.714 -1.484 3.230 2.665 2.387
화합물 48 -4.697 -1.673 3.024 2.475 1.933
화합물 A -4.727 -1.598 3.129 2.566 2.318
Figure 112015116147303-pat00021
Figure 112015116147303-pat00022
상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물의 합성 방법은, 후술하는 합성예를 참조하여, 당업자가 용이하게 인식할 수 있다.
따라서, 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은 유기 발광 소자의 유기층, 예를 들면, 상기 유기층 중 발광층의 도펀트로 사용하기 적합할 수 있는 바, 다른 측면에 따르면, 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되고, 발광층을 포함하고, 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 포함하는 유기층;을 포함한, 유기 발광 소자가 제공된다.
상기 유기 발광 소자는 상술한 바와 같은 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 포함한 유기층을 구비함으로써, 고효율, 장수명 및 고색순도를 가질 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은 유기 발광 소자의 한 쌍의 전극 사이에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은 상기 발광층에 포함되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 유기금속 화합물은 도펀트의 역할을 하고, 상기 발광층은 호스트를 더 포함할 수 있다. 상기 발광층은 적색광 또는 녹색광을 방출할 수 있다.
본 명세서 중 "(유기층이) 유기금속 화합물을 포함한다"란, "(유기층이) 상기 화학식 1의 범주에 속하는 1종의 유기금속 화합물 또는 상기 화학식 1의 범주에 속하는 서로 다른 2종 이상의 유기금속 화합물을 포함할 수 있다"로 해석될 수 있다.
예를 들어, 상기 유기층은 상기 유기금속 화합물로서, 상기 화합물 1만을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 화합물 1은 상기 유기 발광 소자의 발광층에 존재할 수 있다. 또는, 상기 유기층은 상기 유기금속 화합물로서, 상기 화합물 1과 화합물 2를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 화합물 1과 화합물 2는 동일한 층에 존재(예를 들면, 상기 화합물 1과 화합물 2는 모두 발광층에 존재할 수 있음)할 수 있다.
상기 제1전극은 정공 주입 전극인 애노드이고 상기 제2전극은 전자 주입 전극인 캐소드이거나, 상기 제1전극은 전자 주입 전극인 캐소드이고 상기 제2전극은 정공 주입 전극인 캐노드이다.
예를 들어, 상기 제1전극은 애노드이고, 상기 제2전극은 캐소드이고, 상기 유기층은, i) 상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 개재되고, 정공 주입층, 정공 수송층 및 전자 저지층 중 적어도 하나를 포함한 정공 수송 영역; 및 ii) 상기 발광층과 상기 제2전극 사이에 개재되고, 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 포함한 전자 수송 영역;을 포함할 수 있다.
본 명세서 중 "유기층"은 유기 발광 소자 중 제1전극과 제2전극 사이에 개재된 단일 및/또는 복수의 층을 가리키는 용어이다. 상기 "유기층"은 유기 화합물뿐만 아니라, 금속을 포함한 유기금속 착체 등도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 따르는 유기 발광 소자(10)의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 따르는 유기 발광 소자의 구조 및 제조 방법을 설명하면 다음과 같다. 유기 발광 소자(10)는 제1전극(11), 유기층(15) 및 제2전극(19)이 차례로 적층된 구조를 갖는다.
상기 제1전극(11) 하부 또는 제2전극(19) 상부에는 기판이 추가로 배치될 수 있다. 상기 기판으로는, 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있는데, 기계적 강도, 열안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상기 제1전극(11)은 예를 들면, 기판 상부에, 제1전극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 제공함으로써 형성될 수 있다. 상기 제1전극(11)은 애노드일 수 있다. 상기 제1전극용 물질은 정공 주입이 용이하도록 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1전극(11)은 반사형 전극, 반투과형 전극 또는 투과형 전극일 수 있다. 제1전극용 물질로는 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)등과 같은 금속을 이용할 수 있다.
상기 제1전극(11)은 단일층 또는 2 이상의 층을 포함한 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극(11)은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1전극(11) 상부로는 유기층(15)이 배치되어 있다.
상기 유기층(15)은 정공 수송 영역(hole transport region); 발광층(emission layer); 및 전자 수송 영역(electron transport region);을 포함할 수 있다.
상기 정공 수송 영역은 제1전극(11)과 발광층 사이에 배치될 수 있다.
상기 정공 수송 영역은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 저지층 및 버퍼층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 정공 수송 영역은 정공 주입층만을 포함하거나, 정공 수송층만을 포함할 수 있다. 또는, 상기 정공 수송 영역은, 제1전극(11)로부터 차례로 적층된, 정공 주입층/정공 수송층 또는 정공 주입층/정공 수송층/전자 저지층의 구조를 가질 수 있다.
정공 수송 영역이 정공 주입층을 포함할 경우, 정공 주입층(HIL)은 상기 제1전극(11) 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
진공 증착법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 정공 주입층 재료로 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, 코팅 조건은 정공주입층 재료로 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.
상기 정공 수송층 및 전자 저지층 형성 조건은 정공 주입층 형성 조건을 참조한다.
상기 정공 수송 영역은, 예를 들면, m-MTDATA, TDATA, 2-TNATA, NPB, β-NPB, TPD, Spiro-TPD, Spiro-NPB, methylated NPB, TAPC, HMTPD, TCTA(4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine)), 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), PANI/PSS (Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트)), 하기 화학식 201로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 202로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
Figure 112015116147303-pat00023
Figure 112015116147303-pat00024
<화학식 201>
Figure 112015116147303-pat00025
<화학식 202>
Figure 112015116147303-pat00026
상기 화학식 201 중, Ar101 및 Ar102는 서로 독립적으로,
페닐렌기, 펜타레닐렌기, 인데닐렌기, 나프틸렌기, 아줄레닐렌기, 헵탈레닐렌기, 아세나프틸렌기, 플루오레닐렌기, 페나레닐렌기, 페난트레닐렌기, 안트라세닐렌기, 플루오란테닐렌기, 트리페닐레닐렌기, 파이레닐렌기, 크라이세닐레닐렌기, 나프타세닐렌기, 피세닐렌기, 페릴레닐렌기 및 펜타세닐렌기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, C3-C10시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C2-C10헤테로시클로알킬기, C2-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C2-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹 중 적어도 하나로 치환된, 페닐렌기, 펜타레닐렌기, 인데닐렌기, 나프틸렌기, 아줄레닐렌기, 헵탈레닐렌기, 아세나프틸렌기, 플루오레닐렌기, 페나레닐렌기, 페난트레닐렌기, 안트라세닐렌기, 플루오란테닐렌기, 트리페닐레닐렌기, 파이레닐렌기, 크라이세닐레닐렌기, 나프타세닐렌기, 피세닐렌기, 페릴레닐렌기 및 펜타세닐렌기; 중에서 선택될 수 있다.
상기 화학식 201 중, 상기 xa 및 xb는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수, 또는 0, 1 또는 2일 수 있다. 예를 들어, 상기 xa는 1이고, xb는 0일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 201 및 202 중, 상기 R101 내지 R108, R111 내지 R119 및 R121 내지 R124는 서로 독립적으로,
수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C10알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 등) 및 C1-C10알콕시기(예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 펜톡시기 등);
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염 및 인산기 또는 이의 염 중 하나 이상으로 치환된, C1-C10알킬기 및 C1-C10알콕시기;
페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 플루오레닐기 및 파이레닐기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C10알킬기 및 C1-C10알콕시기 중 하나 이상으로 치환된, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 플루오레닐기 및 파이레닐기; 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 201 중, R109는,
페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기 및 피리디닐기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C20알킬기, C1-C20알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기 및 피리디닐기 중 적어도 하나로 치환된, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기 및 피리디닐기; 중에서 선택될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 화학식 201로 표시되는 화합물은 하기 화학식 201A로 표시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화학식 201A>
Figure 112015116147303-pat00027
상기 화학식 201A 중, R101, R111, R112 및 R109에 대한 상세한 설명은 상술한 바를 참조한다.
예를 들어, 상기 화학식 201로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 202로 표시되는 화합물은 하기 화합물 HT1 내지 HT20을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112015116147303-pat00028
Figure 112015116147303-pat00029
Figure 112015116147303-pat00030
Figure 112015116147303-pat00031
상기 정공 수송 영역의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 상기 정공 수송 영역이 정공 주입층 및 정공 수송층을 모두 포함한다면, 상기 정공 주입층의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 1000Å이고, 상기 정공 수송층의 두께는 약 50Å 내지 약 2000Å, 예를 들면 약 100Å 내지 약 1500Å일 수 있다. 상기 정공 수송 영역, 정공 주입층 및 정공 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
상기 정공 수송 영역은 상술한 바와 같은 물질 외에, 도전성 향상을 위하여 전하-생성 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 전하-생성 물질은 상기 정공 수송 영역 내에 균일하게 또는 불균일하게 분산되어 있을 수 있다.
상기 전하-생성 물질은 예를 들면, p-도펀트일 수 있다. 상기 p-도펀트는 퀴논 유도체, 금속 산화물 및 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 HT-D1, HT-D2 등과 같은 시아노기-함유 화합물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<화합물 HT-D1> <F4-TCNQ> <화합물 HT-D2>
Figure 112015116147303-pat00033
Figure 112015116147303-pat00034
상기 정공 수송 영역은, 버퍼층을 더 포함할 수 있다.
상기 버퍼층은 발광층에서 방출되는 광의 파장에 따른 광학적 공진 거리를 보상하여 효율을 증가시키는 역할을 수 있다.
상기 정공 수송 영역 상부에 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 발광층(EML)을 형성할 수 있다. 진공 증착법 및 스핀 코팅법에 의해 발광층을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 호스트는 하기 CBP, CDBP, TCP 및 mCP 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:
Figure 112015116147303-pat00035
상기 유기 발광 소자가 풀 컬러 유기 발광 소자일 경우, 발광층은 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층으로 패터닝될 수 있다. 또는, 상기 발광층은 적색 발광층, 녹색 발광층 및/또는 청색 발광층이 적층된 구조를 가짐으로써, 백색광을 방출할 수 있는 등 다양한 변형예가 가능하다.
상기 발광층은 도펀트로서, 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다.
상기 발광층이 호스트 및 도펀트를 포함할 경우, 도펀트의 함량은 통상적으로 호스트 약 100 중량부를 기준으로 하여 약 0.01 내지 약 20 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 수송 영역이 배치된다.
전자 수송 영역은 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전자 수송 영역은 정공 저지층/전자 수송층/전자 주입층 또는 전자 수송층/전자 주입층의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전자 수송층은 단일층 또는 2 이상의 서로 다른 물질을 포함한 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 전자 수송 영역의 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층의 형성 조건은 정공 주입층의 형성 조건을 참조한다.
상기 전자 수송 영역이 정공 저지층을 포함할 경우, 상기 정공 저지층은 예를 들면, 하기 BCP 및 Bphen 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112015116147303-pat00036
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.
상기 전자 수송층은 상기 BCP, Bphen 및 하기 Alq3, Balq, TAZ 및 NTAZ 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
Figure 112015116147303-pat00037
또는, 상기 전자 수송층은 하기 화합물 ET1 내지 ET19 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112015116147303-pat00038
Figure 112015116147303-pat00039
Figure 112015116147303-pat00040
Figure 112015116147303-pat00041
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.
상기 전자 수송층은 상술한 바와 같은 물질 외에, 금속-함유 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 금속-함유 물질은 Li 착체를 포함할 수 있다. 상기 Li 착체는, 예를 들면, 하기 화합물 ET-D1(리튬 퀴놀레이트, LiQ) 또는 ET-D2을 포함할 수 있다.
Figure 112015116147303-pat00042
또한 전자 수송 영역은, 제2전극(19)으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 전자 주입층(EIL)을 포함할 수 있다.
상기 전자 주입층은, LiF, NaCl, CsF, Li2O 및 BaO 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 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.
상기 유기층(15) 상부로는 제2전극(19)이 구비되어 있다. 상기 제2전극(19)은 캐소드일 수 있다. 상기 제2전극(19)용 물질로는 상대적으로 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 조합을 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 제2전극(19) 형성용 물질로 사용할 수 있다. 또는, 전면 발광 소자를 얻기 위하여 ITO, IZO를 이용하여 투과형 제2전극(19)을 형성할 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다.
이상, 상기 유기 발광 소자를 도 1을 참조하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서 중 C1-C30알킬기는 탄소수 1 내지 30의 선형 또는 분지형 지방족 탄화수소 1가(monovalent) 그룹을 의미하며, 구체적인 예에는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, iso-아밀기, 헥실기 등이 포함된다.
본 명세서 중 C3-C30분지형 알킬기는 탄소수 3 내지 30의 분지형 지방족 탄화수소 1가 그룹을 의미하며, n-프로필기 등과 같은 선형 알킬기를 제외한 나머지 C3-C30알킬기이다. C3-C30분지형 알킬기의 예에는, iso-프로필, tert-부틸기 등이 포함된다.
본 명세서 중 C1-C30알콕시기는 -OA101(여기서, A101은 상기 C1-C30알킬기임)의 화학식을 갖는 1가 그룹을 의미하며, 이의 구체적인 예에는, 메톡시기, 에톡시기, 이소프로필옥시기 등이 포함된다.
본 명세서 중 C2-C30알케닐기는 상기 C2-C30알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 이중 결합을 포함한 구조를 가지며, 이의 구체적인 예에는, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기 등이 포함된다.
본 명세서 중 C2-C30알키닐기는 상기 C2-C30알킬기의 중간 또는 말단에 하나 이상의 탄소 삼중 결합을 포함한 구조를 가지며, 이의 구체적인 예에는, 에티닐기(ethynyl), 프로피닐기(propynyl), 등이 포함된다.
본 명세서 중 C3-C10시클로알킬기는, 탄소수 3 내지 10의 1가 포화 탄화수소 모노시클릭 그룹을 의미하며, 이의 구체예는 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기 등을 포함한다.
본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알킬기는, N, O, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함한 탄소수 1 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹을 의미하며, 이의 구체예는 테트라히드로퓨라닐(tetrahydrofuranyl)기, 테트라히드로티오페닐기 등을 포함한다.
본 명세서 중 C3-C10시클로알케닐기는 탄소수 3 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹으로서, 고리 내에 적어도 하나의 이중 결합을 가지나, 방향족성(aromacity)을 갖지 않는 그룹을 의미하며, 이의 구체예는 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기 등을 포함한다.
본 명세서 중 C1-C10헤테로시클로알케닐기는 N, O, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함한 탄소수 1 내지 10의 1가 모노시클릭 그룹으로서, 고리 내에 적어도 하나의 이중 결합을 갖는다. 상기 C1-C10헤테로시클로알케닐의 구체예는, 2,3-히드로퓨라닐기, 2,3-히드로티오페닐기 등을 포함한다.
본 명세서 중 C6-C30아릴기는 탄소수 6 내지 30개의 카보사이클릭 방향족 시스템을 갖는 1가(monovalent) 그룹을 의미한다. 상기 C6-C30아릴기의 구체예는, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기 등을 포함한다. 상기 C6-C60아릴기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 상기 2 이상의 고리들은 서로 융합될 수 있다.
본 명세서 중 C1-C30헤테로아릴기는 N, O, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 고리-형성 원자로서 포함하고 탄소수 1 내지 30개의 카보사이클릭 방향족 시스템을 갖는 1가 그룹을 의미한다. 상기 C1-C30헤테로아릴기의 구체예는, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기 등을 포함한다. 상기 C1-C60헤테로아릴기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 2 이상의 고리들은 서로 융합될 수 있다.
본 명세서 중 1가 비-방향족 축합다환 그룹(non-aromatic condensed polycyclic group)은 2 이상의 고리가 서로 축합되어 있고, 고리 형성 원자로서 탄소만을 포함하고, 분자 전체가 비-방향족성(non-aromacity)를 갖는 1가 그룹을 의미한다. 상기 1가 비-방향족 축합다환 그룹의 구체예는 플루오레닐 등을 포함한다.
본 명세서 중 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹(non-aromatic condensed heteropolycyclic group)은 2 이상의 고리가 서로 축합되어 있고, 고리 형성 원자로서 탄소 외에 N, O, P 및 S 중에서 선택된 헤테로 원자를 포함하고, 분자 전체가 비-방향족성(non-aromacity)를 갖는 1가 그룹을 의미한다. 상기 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹은, 카바졸일 등을 포함한다.
본 명세서 중 C5-C60카보시클릭 그룹이란, 고리-형성 원자로서 탄소만을 포함한 탄소수 5 내지 60의 모노시클릭 또는 폴리시클릭 그룹을 의미한다. 상기 C5-C60카보시클릭 그룹은 방향족 카보시클릭 그룹 또는 비-방향족 카보시클릭 그룹일 수 있다. 상기 C5-C60카보시클릭 그룹은 벤젠과 같은 고리, 페닐기와 같은 1가 그룹 또는 페닐렌기와 같은 2가 그룹일 수 있다. 또는, 상기 C5-C60카보시클릭 그룹에 연결된 치환기에 개수에 따라, 상기 C5-C60카보시클릭 그룹은 3가 그룹 또는 4가 그룹일 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
본 명세서 중 C1-C60헤테로시클릭 그룹이란, 상기 C5-C60카보시클릭 그룹과 동일한 구조를 갖되, 고리-형성 원자로서, 탄소(탄소수는 1 내지 60일 수 있음) 외에, N, O, Si, P 및 S 중에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함한 그룹을 의미한다.
본 명세서 중, Ph는 페닐기를 의미하고, t-Bu은 tert-부틸기를 의미하고, Me은 메틸기를 의미한다.
상기 치환된 C1-C60알킬기, 치환된 C2-C60알케닐기, 치환된 C2-C60알키닐기, 치환된 C1-C60알콕시기, 치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환된 C6-C60아릴기, 치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환된 C6-C60아릴티오기, 치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹의 적어도 하나의 치환기는,
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염 및 인산기 또는 이의 염 중 적어도 하나로 치환된, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기; 및
C3-C10시클로알킬기, C1-C10헤테로시클로알킬기, C3-C10시클로알케닐기, C1-C10헤테로시클로알케닐기, C6-C60아릴기, C6-C60아릴옥시기, C6-C60아릴티오기, C1-C60헤테로아릴기, 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹; 중에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 치환된 C1-C60알킬기, 치환된 C2-C60알케닐기, 치환된 C2-C60알키닐기, 치환된 C1-C60알콕시기, 치환된 C3-C10시클로알킬기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알킬기, 치환된 C3-C10시클로알케닐기, 치환된 C1-C10헤테로시클로알케닐기, 치환된 C6-C60아릴기, 치환된 C6-C60아릴옥시기, 치환된 C6-C60아릴티오기, 치환된 C1-C60헤테로아릴기, 치환된 1가 비-방향족 축합다환 그룹 및 치환된 1가 비-방향족 헤테로축합다환 그룹의 적어도 하나의 치환기는,
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염, 인산기 또는 이의 염, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실산기 또는 이의 염, 술폰산기 또는 이의 염 및 인산기 또는 이의 염 중 적어도 하나로 치환된, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기 및 C1-C60알콕시기; 및
시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기, 시클로펜테닐기, 시클로헥세닐기, 시클로헵테닐기, 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 파이레닐기, 페난쓰레닐기, 플루오레닐기, 카바졸일기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 프탈라지닐기, 퀴녹살리닐기, 시놀리닐기 및 퀴나졸리닐기 중 적어도 하나로 치환된, 페닐기, 펜탈레닐기, 인데닐기, 나프틸기, 아줄레닐기, 헵탈레닐기, 인다세닐기, 아세나프틸기, 플루오레닐기, 스파이로-플루오레닐기, 페날레닐기, 페난트레닐기, 안트라세닐기, 플루오란트레닐기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 크라이세닐기, 나프타세닐기, 피세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 헥사세닐기, 피롤일기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 이소인돌일기, 인돌일기, 인다졸일기, 푸리닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 프탈라지닐기, 나프티리디닐기, 퀴녹살리닐기, 퀴나졸리닐기, 시놀리닐기, 카바졸일기, 페난트리디닐기, 아크리디닐기, 페난트롤리닐기, 페나지닐기, 벤조옥사졸일기, 벤조이미다졸일기, 푸라닐기, 벤조푸라닐기, 티오페닐기, 벤조티오페닐기, 티아졸일기, 이소티아졸일기, 벤조티아졸일기, 이소옥사졸일기, 옥사졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 옥사디아졸일기, 트리아지닐기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 이미다조피리미디닐기 및 이미다조피리디닐기; 중에서 선택될 수 있다.
이하, 합성예 및 실시예를 들어, 본 발명의 일 실시예를 따르는 화합물 및 유기 발광 소자에 대하여 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명이 하기의 합성예 및 실시예로 한정되는 것은 아니다. 하기 합성예 중 "'A' 대신 'B'를 사용하였다"란 표현 중 'B'의 사용량과 'A'의 사용량은 몰당량 기준으로 동일하다.
[실시예]
합성예 1: 화합물 50의 합성
Figure 112015116147303-pat00043
1) 중간체 1-a의 합성
출발 물질 10g, 화합물 a 5.61g(1.2eq), Pd(dppf)Cl2 1.06g(0.05eq), KOAc 5.42g(3eq)를 톨루엔 30mL에 녹였다. 110℃에서 환류하면서 24시간 동안 교반하였다. 상기 반응액을 실온으로 식힌 다음, 물(200mL) 및 디에틸에테르(200mL X 3회)로 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트를 이용하여 건조하고 용매를 증발시켜 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 1-a 8.8g(수율 81%)를 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C37H43B1N2O4 : M+ 590.33
2) 중간체 1-b의 합성
중간체 1-a 5g, 화합물 b 3.85g(1.2eq), Pd(PPh3)4 0.78g(0.05eq), K2CO3 3.99g(3eq)를 테트라하이드로퓨란(THF)(30mL)/H2O(15mL)에 녹였다. 110℃에서 환류하면서 24시간 동안 교반하였다. 상기 반응액을 실온으로 식힌 다음, 물(200mL) 및 디에틸에테르(200mL X 3회)로 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트를 이용하여 건조하고 용매를 증발시켜 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 1-b 6.1g(수율 73%)를 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C36H34BrN3O2 : M+ 619.18
3) 중간체 1-c의 합성
중간체 1-b 6g, 화합물 c 1.76g(1.2eq), Pd(PPh3)4 0.56g(0.05eq), K2CO3 2.85g(3eq)를 THF(22mL)/H2O(10mL)에 녹였다. 110℃에서 환류하면서 24시간 동안 교반하였다. 상기 반응액을 실온으로 식힌 다음, 물(200mL) 및 디에틸에테르(200mL X 3회)로 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트를 이용하여 건조하고 용매를 증발시켜 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 1-c 5.3g(수율 85%)를 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C43H41N3O3 : M+ 647.31
4) 중간체 1-d의 합성
중간체 1-c 5g, 피리딘 염산염(pyridine hydrochloride) 71.35g(80eq)를 넣고 180℃ 에서 환류하면서 24 시간 동안 교반하였다. 상기 반응액을 실온으로 식힌 다음, 물(200mL) 및 디에틸에테르(200mL X 3회)로 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트를 이용하여 건조하고 용매를 증발시켜 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 1-d 2.9g(수율 70%)를 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C37H31N3O1 : M+ 533.25
5) 화합물 50의 합성
중간체 1-d 2g, K2PtCl4 1.87g(1.2eq)를 아세트산12mL에 녹인 다음, 180℃에서 환류하면서 24시간 동안 교반하였다. 상기 반응액을 실온으로 식힌 다음, 물(200mL) 및 디에틸에테르(200mL X 3회)로 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트를 이용하여 건조하고 용매를 증발시켜 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 화합물 50 2.1g(수율 77%)를 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C37H29N3O1Pt1 : M+ 726.20
실시예 1
1500Å 두께의 ITO (Indium tin oxide) 전극(제1전극, 애노드)이 형성된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 이송 시킨 다음 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정 한 후 진공 층착기로 상기 기판을 이송하였다.
상기 유리 기판의 ITO 전극 상에 화합물 HT3를 진공 증착하여 3500Å의 제1정공 주입층을 형성하고, 상기 제1정공 주입층 상에 화합물 HT-D1를 진공 증착하여 300Å 두께의 제2정공 주입층을 형성하고, 상기 제2정공 주입층 상에 TAPC를 진공 증착하여 100Å 두께의 전자 저지층을 형성하여, 정공 수송 영역을 형성하였다.
상기 정공 수송 영역 상에 mCP (호스트) 및 화합물 50(도펀트, 10wt%)을 공증착하여 300Å 두께의 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 상에 화합물 ET3을 진공 증착하여 250Å 두께의 전자 수송층을 형성한 다음, 상기 전자 수송층 상에 ET-D1(LiQ)을 증착하여 5Å 두께의 전자 주입층을 형성하고, 상기 전자 주입층 상에 1000Å 두께의 Al 제2전극(캐소드)를 형성함으로써, 유기 발광 소자를 제작하였다.
비교예 1
발광층 형성시 도펀트로서, 화합물 50 대신 하기 화합물 A를 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure 112015116147303-pat00044

평가예: 유기 발광 소자의 특성 평가
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 각각의 유기 발광 소자에 대하여 구동 전압, 전류밀도, 휘도, 효율, 발광색 및 수명(LT97)을 측정하였다. 구체적인 측정방법은 하기와 같고, 그 결과는 하기 표 2와 같다:
(1)전압 변화에 따른 전류 밀도의 변화 측정
제조된 유기 발광 소자에 대해, 전압을 0 V 부터 10 V까지 상승시키면서 전류-전압계(Keithley 2400)를 이용하여 단위소자에 흐르는 전류값을 측정하고, 측정된 전류값을 면적으로 나누어 결과를 얻었다.
(2) 전압 변화에 따른 휘도 변화 측정
제조된 유기 발광 소자에 대해, 전압을 0 V 부터 10 V까지 상승시키면서 휘도계(Minolta Cs-1000A)를 이용하여 그 때의 휘도를 측정하여 결과를 얻었다.
(3) 전류 효율 측정
상기(1) 및 (2)로부터 측정된 휘도와 전류 밀도 및 전압을 이용하여 동일 전류밀도(10 mA/cm2)의 전류 효율(cd/A) 을 계산하였다.
(4) 수명 측정
상기 (2)로부터 측정된 휘도가 97%(LT97)로 감소하는데까지 걸린 시간을 각각 측정하였다.
발광층 구동
전압
(V)		 전류
밀도
(㎃/㎠)		 휘도
(cd/㎡)		 효율
(cd/A)		 발광색 LT97 (hr)
호스트 도펀트
실시예 1 mCP 화합물 50 6.5 10 5,967 59.7 녹색 87
비교예 1 mCP 화합물 A 8.0 10 4,035 40.4 녹색 41
상기 표 2로부터, 실시예 1의 유기 발광 소자는 비교예 1의 유기 발광 소자에 비하여 저구동 전압, 고휘도, 고효율 및 장수명을 가짐을 확인할 수 있다.
10: 유기 발광 소자
11: 제1전극
15: 유기층
19: 제2전극

Claims (20)

  1. 하기 화학식 1-1로 표시되는 유기금속(organometallic) 화합물:
    <화학식 1-1>

    상기 화학식 1-1 중,
    A11 내지 A13는 서로 독립적으로, 피롤, 이미다졸, 피라졸, 티아졸, 이소티아졸, 옥사졸, 이속사졸, 옥사디아졸, 트리아졸, 피리딘, 피리미딘, 피라진, 피리다진, 트리아진, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 퀴녹살린, 퀴나졸린, 인돌, 이소인돌, 벤조이미다졸, 벤조옥사졸, 이소벤조옥사졸 및 인다졸; 중에서 선택되고;
    A14는 벤젠, 나프탈렌, 플루오렌, 인덴, 퓨란, 티오펜, 카바졸, 벤조퓨란, 벤조티오펜, 디벤조퓨란 및 디벤조티오펜; 중에서 선택되고;
    X11는 C(R16)(R17) 및 C(=O) 중에서 선택되고;
    R13 내지 R18은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, -C(=O)(Q1), -Si(Q1)(Q2)(Q3), -B(Q1)(Q2) 및 -N(Q1)(Q2); 및
    중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, C1-C60 알킬기 및 C1-C60 알콕시기 중 적어도 하나로 치환 또는 비치환된 C1-C60 알킬기, C1-C60 알콕시기, C3-C10 시클로알킬기, C6-C60 아릴기 및 C1-C60 헤테로아릴기; 중에서 선택되고;
    Q1 내지 Q3는 서로 독립적으로, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 및 페닐기 중에서 선택되고;
    R13 내지 R18 중 이웃한 두 개의 기는 선택적으로(optionally), 서로 연결되어 축합 고리를 형성하고;
    b13 내지 b15 및 b18은 서로 독립적으로, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 및 10 중에서 선택된다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    A11 내지 A13는 서로 독립적으로, 피롤, 이미다졸, 피라졸, 트리아졸, 피리딘, 피리미딘, 피라진, 피리다진, 트리아진, 퀴놀린, 이소퀴놀린, 인돌, 이소인돌, 벤조이미다졸 및 인다졸; 중에서 선택되는, 유기금속 화합물.
  6. 제1항에 있어서,
    A11 내지 A13는 서로 독립적으로, 하기 화학식 2-1 내지 2-6 중에서 선택되는, 유기금속 화합물:

    상기 화학식 2-1 내지 2-6 중,
    *는 화학식 1-1 중 Pt와의 결합 사이트이고;
    *'는 이웃한 원자와의 결합 사이트이고;
    R21 내지 R25는 서로 독립적으로, 화학식 1-1 중 R13의 정의와 같다.
  7. 제1항에 있어서,
    X11는 C(R16)(R17)이고; R16 및 R17이 서로 연결되어 하기 화학식 3-1 내지 3-3 중 어느 하나로 표시되는, 유기금속 화합물:

    상기 화학식 3-1 내지 3-3 중,
    *는 R16 및 R17이 결합하는 X11 중의 탄소 원자이고;
    R31 내지 R40은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, C1-C60알킬기, 및 C1-C60알콕시기; 중에서 선택된다.
  8. 제7항에 있어서,
    R31 내지 R40은 서로 독립적으로, 수소, -F, 시아노기, 메틸기, iso-프로필기, tert-부틸기 및 -CF3; 중에서 선택되는, 유기금속 화합물.
  9. 제7항에 있어서,
    R31 내지 R40은 수소인, 유기금속 화합물.
  10. 제1항에 있어서,
    R13 내지 R18은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, -CF3, 메톡시기, 에톡시기, tert-부톡시기, 페닐기, -C(=O)(Q1), -Si(Q1)(Q2)(Q3), -B(Q1)(Q2) 및 -N(Q1)(Q2); 및
    중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, -CF3, 메톡시기, 에톡시기 및 tert-부톡시기 중 적어도 하나로 치환된 페닐기; 중에서 선택되고;
    Q1 내지 Q3는 서로 독립적으로, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 및 페닐기 중에서 선택되는, 유기금속 화합물.
  11. 제1항에 있어서,
    R13 내지 R18은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, 시아노기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, -CF3, -C(=O)(Q1), -Si(Q1)(Q2)(Q3), -B(Q1)(Q2) 및 -N(Q1)(Q2); 및
    중수소, -F, 시아노기, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 및 -CF3 중 적어도 하나로 치환된 페닐기; 중에서 선택되고; 중에서 선택되고;
    Q1 내지 Q3는 서로 독립적으로, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, iso-프로필기, n-부틸기, iso-부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기 및 페닐기 중에서 선택되는, 유기금속 화합물.
  12. 제1항에 있어서,
    R13 내지 R18은 서로 독립적으로, 수소, -F, 시아노기, 메틸기, 에틸기, iso-프로필기, tert-부틸기, -CF3, -Si(CH3)3 및 하기 화학식 5-1 및 5-2로 표시되는 그룹 중에서 선택되는, 유기금속 화합물:

    상기 화학식 5-1 및 5-2 중,
    *는 이웃한 원자와의 결합 사이트이다.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서,
    하기 화학식 1-12, 1-15 및 1-18 중 어느 하나로 표시되는, 유기금속 화합물:


    상기 화학식 1-12, 1-15 및 1-18 중,
    A11 내지 A14, R13 내지 R18, b13 내지 b15 및 b18은 상기 화학식 1-1에서 정의한 바와 같고;
    R31 내지 R38은 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, C1-C60알킬기 및 C1-C60알콕시기; 중에서 선택된다.
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서,
    상기 유기금속 화합물이 하기 그룹 I 중에서 선택되는, 유기금속 화합물:
    <그룹 I>


    Figure 112023038005645-pat00073




  18. 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되고 발광층을 포함한 유기층을 포함하고, 상기 유기층이 제1항, 제5항 내지 제12항, 제15항 및 제17항 중 어느 한 항의 유기금속 화합물 중 1종 이상을 포함하는 유기 발광 소자.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 발광층이 상기 유기금속 화합물을 포함하는 유기 발광 소자.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 발광층이 호스트를 더 포함하고, 상기 유기금속 화합물이 도펀트인 유기 발광 소자.
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