KR20000061807A

KR20000061807A - 새로운 큐마린계 착물 및 이를 이용한 유기 발광 소자

Info

Publication number: KR20000061807A
Application number: KR1019990011160A
Authority: KR
Inventors: 김공겸; 손세환; 김옥희; 윤석희; 김효석; 배재순; 이윤구
Original assignee: 성재갑; 주식회사 엘지화학
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-25
Also published as: JP4435990B2; DE60003128T2; EP1084127B1; CA2333731A1; US6383666B1; DE60003128D1; CN1302302A; WO2000058315A1; KR100373203B1; CA2333731C; EP1084127A1; JP2002540210A; CN1173980C

Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 나타내는 신규의 착물 및 이를 이용한 유기 발광 소자에 관한 것이다.

[화학식 1]

상기 식에서,

X는 산소, 알킬기나 아로메틱기로 치환된 질소, 셀레늄(Se), 탄소 또는 황

원자로 이루어진 군으로부터 선택되며,

Z는 산소 원자, 황 원자 또는 알킬기나 아로마틱기로 치환된 질소 라디칼을

나타내며,

M은 2가 또는 3가의 금속 원자를 나타내며, 그 예로는 아연, 마그네슘, 베릴

륨, 알루미늄, 인듐, 갈륨(Ga) 등이 사용될 수 있으며,

고리를 이루는 A와 B는 아로마틱 링(aromatic ring) 또는 헤테로 씨클릭 링

(heterocyclic ring)이며, n은 2 또는 3이다.

본 발명의 신규한 고융점의 큐마린계 착화합물은 그 자체로 전자를 이송하는 성질과 청색 형광체를 혼합하여 청색 발광 소자 제작에 적합한 대역간극을 가지고 있으며, 정공을 막아주는 역활도 할 수 있어서 정공 이송 물질에서 발광을 하게 하는 등 다양한 유기 발광 소자에 사용되어질 수 있다.

Description

새로운 큐마린계 착물 및 이를 이용한 유기 발광 소자 {NEW ORGANOMETALLIC COMPLEXES FOR USE IN LIGHT EMITTING DEVICES}

[산업상 이용분야]

본 발명은 새로운 구조의 큐마린계 착물 및 이를 이용한 유기 발광 소자에 관한 것이다.

[종래 기술]

발광 물질을 사용한 전기 발광 소자는 표시등이나 계기의 지침, 눈금등의 표시 장치로서 사무 자동화 기기, 가정용 및 산업용 전자 제품, 자동차 및 항공기 등에 널리 사용되고 있고 박막 무기물 발광체를 이용한 평판 디스플레이등에도 이용되고 있다.

최근에는 유기물을 이용하여 저전압에서 발광하는 방법이 제안되었다 (C. W. Tang 및 S. A. Vanslyke, Appl. Phys. Lett. 51, 913 (1987)).

일반적으로 유기 발광 소자는 양극 층, 정공 이송 층, 발광 성질을 갖는 전자 이송 층의 순서로 적층되어 있다. 정공 이송 층은 양극에서 전자를 주입 받아 전자 이송 층으로 정공을 전달하는 물질을 포함하고 있으며, 전자 이송 층은 음극으로부터 주입된 전자와 정공 이송 층으로부터 전달된 정공이 재 결합되어 낮은 에너지 준위로 변환되면서 발광을 하는 물질들로 이루어져 있다.

이러한 유기 발광 소자는 다양한 형태의 구조로 제조될 수 있으며, 가장 널리 알려진 유기 발광 소자의 구조 및 그 제조 방법은 다음과 같다.

먼저, 유리 기판 위에 투명한 인듐 주석 산화물을 박막 형태로 증착 시킨 층을 양극으로 사용하고, 그 위에 정공을 이송하는 아릴 아민계 물질을 열진공 증착 방법을 사용하여 수십 나노 미터의 두께로 정공 이송층을 형성 시킨다. 이 때 양극과 정공 이송 물질층의 계면을 강화 시키기 위하여 프탈로시아닌 구리 같은 물질을 열증착 방법을 사용하여 박막의 형태로 형성 시켜서 소자의 수명을 증가시키는 효과를 가져 올 수 있다.

또한 정공 이송 물질 위에는 전자를 이송하는 물질로 전자 이송층을 형성하는데 대표적으로 8-히드록시 퀴놀린의 알루미늄 착물이 널리 사용되고 있다. 이러한 전자 이송 물질이 갖춰야 할 조건은 음극으로부터 전자를 잘 받아들이고 정공과 전자의 결합에서 발생되는 발광의 효율이 높아야 한다. 이러한 전자 이송 층 위에는 다시 금속계의 음극을 수백 나노 미터 두께로 증착시키는데, 전자의 주입을 쉽게 하기 위하여 이온화 준위가 낮은 금속이나 그들의 합금 (Alloy)을 사용 한다. 최근에는 전자 이송 층과 금속계 음극 물질 사이에 금속 산화물 층을 초 박막 형태로 형성 시켜 이온화 준위가 상대적으로 높은 알루미늄과 같은 금속을 음극으로 사용하기도 한다.

이와 같은 유기 발광 소자의 제작을 위하여 여러 가지 물질들이 연구되어 왔다. 전자 이송 층을 이루는 물질의 경우 녹색 발광을 하는 8-히드록시 퀴놀린의 알루미늄 착물이 열적 안정성과 전기적 안정성이 높으면서 발광 효율이 우수하여 가장 널리 연구되어 왔다.

또한 미국 특허 제5,150,006 호에 기재된 바와 같은 청색 유기 발광 소자도 8-히드록시 퀴놀린의 알루미늄 착물 유도체의 사용으로 제작할 수 있다. 위와는 근본적으로 다른 화학적 구조를 갖는 전자 이송 물질로는 미국 특허 제5,486,406 호에 기재된 트리아졸계의 착물과 미국 특허 제5,529,853 호에 기재된 벤조 싸이아졸 착물은 녹색을 발광하는 전자 전송층으로 쓰인다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 개발된 전자 이송 물질의 화학 구조와는 다른 신규한 큐마린계 착물을 전자 이송 층으로 사용하여 그 화학 구조에 따라 청색 및 녹색 등 다양한 색상을 발광할 수 있는 유기 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 양극과 음극 사이에 정공 이송층, 발광 이송층, 전자 이송층을 포함하는 유기 발광 소자를 나타낸 개략도이다.

도 2는 양극과 음극 사이에 정공을 이송하여 발광하는 층과 전자 이송층을 포함하는 유기 발광 소자를 나타낸 개략도이다.

도 3은 양극과 음극 사이에 정공 이송층, 전자를 이송하며 발광을 하는 층을 포함하는 유기 발광 소자를 나타낸 개략도이다.

도 4는 화학식 4로 나타내는 화합물의 UV-VIS. 흡수 스펙트럼(점선)과 광발광 스텍트럼(실선)을 나타낸 것이다.

도 5는 실시예 5의 양극과 음극 사이에 정공 이송층, 발광층, 전자 이송층을 포함하는 유기 발광 소자에 순 방향 전계를 가하였을 때 나타나는 전압과 전류 밀도의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.

도 6은 실시예 6의 양극과 음극 사이에 정공 이송과 발광을 동시에 하는 층, 전자 이송층을 포함하는 유기 발광 소자에 순 방향 전압을 가하였을 때 나타나는 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.

도 7은 실시예 7의 양극과 음극 사이에 정공 이송층, 발광층, 전자 이송층을 포함하는 유기 발광 소자에 순방향 전계를 가하였을 때 나타나는 발광 스펙트럼이다.

도면 부호 1은 기판이며; 2는 양극이며; 3은 정공 이송층, 4는 발광층, 5는 전자 이송층; 6은 음극이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 하기 화학식 1로 나타내는 화합물을 제공한다.

[화학식 1]

상기 식에서,

원자로 이루어진 군으로부터 선택되며,

나타내며,

륨, 알루미늄, 인듐, 갈륨(Ga) 등이 사용될 수 있으며,

(heterocyclic ring)이며,

n은 2 또는 3이다.

상기 화학식 1에서 N, X 를 포함하는 오각형 고리에 퓨즈(fuse)된 고리 A의 상세한 예는 다음과 같으며, 이들은 아로마틱 그룹이나 헤테로 씨클릭 그룹을 포함한다.

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,,,

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또한 상기 화학식 1에서 Z를 포함하여 육각형을 포함하는 고리에 퓨즈된 고리 B의 상세한 예는 다음과 같으며, 이들은 아로마틱 그룹이나 헤테로 씨클릭 그룹을 포함한다.

,,,

,,

또한 화학식 1로 나타내는 화합물의 더 구체적인 예는 다음과 같다.

,,

,

또한 본 발명은 양극 층과 음극 층 사이에 상기 화학식 1로 나타내는 화합물의 유기층을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.

구체적으로는 도 1에 나타낸 바와 같이 기판(1) 위에 박막으로 이루어진 양극(2)와 음극(6) 사이에 정공 이송 층(3)과 발광 층(4) 그리고 전자 이송 층(5)로 이루어진 3 층 구조(소자 구조 1); 도 2에 나타낸 바와 같이 정공을 주로 전달하며 발광을 하는 층(4)와 전자 이송을 하는 층(5)으로 이루어진 2 층 구조(소자 구조 2); 및 도 3에 나타낸 바와 같이 정공 이송층(3)과 전자를 주로 전달하며 발광을 하는 층(4)로 이루어진 또 다른 2 층 구조(소자 구조 3)로 나눌 수 있다.

본 발명의 화학식 1로 나타내는 화합물 중에는 소자 구조 1에서 발광 층(4)로 사용되거나 음극과 안정한 계면을 이루는 전자 이송층(5)으로 사용될 수 있다.

소자 구조 2에서는 전자를 전달하면서 정공을 막아주는 역활을 하는 층(5)로 사용될 수 있다.

또한 소자 구조 3에서는 전자를 전달함과 동시에 발광을 하는 층(4)로 적합하다. 이때 발광층으로 사용되는 경우 정공 수송층과의 계면에서 엑사플렉스 (exiplex)의 형성을 억제하고 소자의 효율을 높이기 위하여 발광층을 이루는 화학식 1로 나타내는 화합물의 대역 간극(band gap)과 유사하거나 작은 형광성 물질을 소량 도핑(doping)하여 사용할 수 있다.

화학식 1로 나타내는 화합물의 대역 간극, HOMO(highest unoccupied molecular orbital) 레벨(level) 그리고 LUMO(lowest unoccupied molecular obital) 레벨(level)은 착화합물을 이루는 금속, 상기에서 예로 나타낸 N, X를 포함하여 오각형을 이루는 고리에 퓨즈된 고리 A 및 Z를 포함하여 육각형을 이루는 고리에 퓨즈된 고리 B의 리간드 구조의 변화, 그리고 리간드를 이루는 방향족기(aromatic group)에 연결되어 있는 수소 원자를 알킬릭, 방향기, 할로겐기, 아민기 등으로 치환시킴으로써 변환시킬 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 단 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

리간드의 제조

4-하이드록시큐마린(4-hydroxycoumarine) 2.5 g과 페닐이소티오시아네이트 (phenylisothiocyannate) 2.1 g을 DMSO 50 ㎖에 녹인 후, 트리에틸아민 (triehylamine) 1.55 g을 넣어 실온에서 2 시간 동안 교반하여 반응시켰다.

반응 종료 후 이 용액을 3 N 농도의 염산 100 ㎖에 부어 노란 고체를 얻어서 건조한 후, 200 ㎖의 아세톤에서 재결정하여 하기 화학식 2로 나타내는 화합물 2.4g을 얻었다(수율 52 %).

[화학식 2]

상기에서 얻은 화학식 2로 나타내는 화합물 0.2 g을 10 ㎖ 클로로포름에 녹인 후 0.034 ㎖의 브롬을 서서히 적가하고, 상기 용액을 5 시간 상온에서 반응시킨 후 침전물을 여과하여 에탄올로 씻어주고, 진공 건조하여 화학식 3으로 나타내는 화합물 0.18 g을 얻었다.

[화학식 3]

이 화합물의 융점은 283 ℃를 나타내었고, NMR 분석 결과는 다음과 같다.

1H-NMR(DMSO-δ6) : 7.39(m, 2H), 7.48(t, 1H), 7.60(t, 1H), 7.72(t, 1H), 8.06(d, 1H), 8.14(d, 1H), 8.21(d, 1H)

화학식 4로 나타내는 화합물의 제조

상기 화학식 3으로 나타내는 리간드 0.75 g을 DMF 120 ㎖에 녹인 후, Zn(OAc)·2H₂O 0.27 g을 넣어 5 시간 동안 반응시켰다.

반응 종료 후 백색 침전물을 여과하고, 에탄올로 수 회 씻어준 후 진공 건조하여 하기 화학식 4로 나타내는 화합물 0.7 g의 백색 고체를 얻었다.(수율 : 84 %)

[화학식 4]

소자의 제작을 위하여 상기 화학식 4로 나타내는 화합물은 승화(train sublimation) 장치를 이용하여 정제를 하였다.

이 화합물의 융점은 420 ℃를 나타내었고, 원소 분석 결과는 다음과 같다.

이론치 : C(58.8), H(2.4), N(4.2), Zn(9.9)

실험치 : C(58.8), H(2.3), N(4.1), Zn(9.6)

실시예 2

화학식 5로 나타내는 화합물의 제조

5 g(28.54 mmol)의 4-하이드록시-N-메틸퀴놀린을 85 ㎖의 DMSO에 녹인 후 이 용액에 4 ㎖의 트리에틸아민(triethylamine)을 가하고 10 분간 교반한 후, 3.46 ㎖의 페닐이소시아네이트(phenylisocyannate)를 가하고 실온에서 1 시간 동안 교반하여 반응시켰다.

반응 종료 후 이 용액을 3 N 농도의 염산 수용액에 가하여 침전물을 교반한 후 여과하고, 물로 씻은 후 진공 건조하였다.

이 물질을 아세톤에서 재결정하여 1.8 g의 하기 화학식 5로 나타내는 화합물을 얻었다(수율 20 %).

[화학식 5]

화학식 6으로 나타내는 화합물의 제조

상기 화학식 5로 나타내는 화합물 1.69 g(5.44 mmol)을 65 ㎖의 클로로포름에 녹인 후 상온 질소 분위기하에서 10 분 동안 서서히 적가하였다.

상온에서 3 시간 동안 교반한 후, 여과하고 클로로포름으로 씻은 후 60 ℃의 온도에서 진공 건조하고, 70 ㎖의 에탄올에서 교반하여 씻은 후, 여과 건조하여 화학식 6으로 나타내는 4-hydroxy-1-methyl-3-benzthiazoyl-2(1H)-quinolone 1.5 g을 얻었다(수율 90 %).

[화학식 6]

이 화합물을 NMR로 분석한 결과는 다음과 같다.

1H-NMR(DMSO-δ6) : 3.6(s, 3H), 7.3∼7.7(m, 5H), 8∼8.2(m, 3H)

화학식 7로 나타내는 화합물의 제조

상기 화학식 6으로 나타내는 리간드 1.2 g(3.89 mmol)을 300 ㎖의 DMF에 녹인 용액에 zinc acetate 0.43 g(1.95 mmol)를 가한 후 5.5 시간 동안 50∼60 ℃에서 교반한 후 여과하여 에탄올로 씻고 진공 건조하였다.

건조 후 0.95 g의 하기 화학식 7로 나타내는 백색 고체 화합물을 얻었다(수율 72 %).

[화학식 7]

상기 화학식 7로 나타내는 화합물은 승화 정제(train sublimation) 장치를 이용하여 정제를 하였다.

이 화합물의 융점은 451 ℃를 나타내었고, 원소 분석 결과는 다음과 같다.

이론치 : C(60.14), H(3.13), N(8.11), Zn(9.20)

실험치 : C(60.05), H(3.26), N(8.24), Zn(9.61)

실시예 3

화학식 8로 나타내는 화합물의 제조

16.9 g의 디페닐아민(diphenylamine)과 32 g의 디에틸말로네이트 (diethylmaolnate)에 디페닐에테르(diphenylether) 50 g을 넣은 후 250 ℃에서 환류시켰다. 5 시간 후에 이 용액을 100 ℃로 냉각시킨 후에 50 ㎖의 1,4-디옥산(1,4-dioxane)을 첨가하였다.

12 시간 후 침전물을 여과하여 1.4-디옥산과 디에틸에테르(diethyl ether)로 씻은 후 진공 건조하여 25.4 g의 하기 화학식 8로 나타내는 화합물을 얻었다(수율 83 %).

[화학식 8]

화학식 9로 나타내는 화합물의 제조

상기 화학식 8로 나타내는 화합물 24.4 g을 글라아콜 250 ㎖와 물 25 ㎖에 수산화나트륨 16 g이 포함된 용액을 넣고 1 시간 동안 100 ℃에서 교반시켰다.

냉각 후 반응물을 얼음물 200 ㎖에 붓고, 여기에 진한 염산 40 ㎖를 서서히 부어 용액을 산성으로 만들어 침전을 얻었다. 침전을 여과 후 물로 씻고 진공 건조하여 하기 화학식 9로 나타내는 화합물 20.4 g을 얻었다(수율 91 %).

[화학식 9]

화학식 10으로 나타내는 화합물의 제조

상기 화학식 9로 나타내는 화합물 16.9 g을 진한 황산 40 ㎖에 녹인 후 140 ℃에 녹인 후 140 ℃에서 150 분 동안 가열한 후 반응 용액을 100 ㎖ 얼음물에 붓고 12 시간 동안 실온에서 방치한 후 여과하고 물로 씻어 주었다. 진공 건조하여 하기 화학식 10으로 나타내는 화합물 15.8 g을 얻었다(수율 95 %).

[화학식 10]

화학식 11로 나타내는 화합물의 제조

상기에서 합성한 화학식 10으로 나타내는 화합물 6.85 g을 DMSO 50 ㎖에 녹인 후 페닐이소시아네이트(phenylisocyannate) 4 g과 트리에틸아민(triethylamine) 2.7 ㎖를 넣고 실온에서 5 시간 동안 교반하여 반응시켰다.

반응 종료 후 이 용액을 3 N 농도의 염산 수용액 150 ㎖에 부어서 침전을 얻고, 여과한 후 물로 씻어 주었다.

이 침전물을 진공 건조 후 100 ㎖의 에탄올에 녹이고 녹지않는 불순물은 여과하여 제거한 후 에탄올은 감압 하에서 증류하여 제거하였다. 대부분의 남은 고체 화합물은 하기 화학식 11로 나타내는 화합물이다.

[화학식 11]

화학식 12로 나타내는 화합물의 제조

상기에서 합성한 화학식 11로 나타내는 화합물 4.43 g을 클로로포름 20 ㎖에 녹인 후 1.9 ㎖의 브롬을 서서히 적가하였다. 5 시간 동안 실온에서 반응한 후 여고하여 침전물을 에탄올로 씻어주고 진공 건조하여 화학식 12로 나타내는 화합물 4.1 g의 백색 고체를 얻었다.

[화학식 12]

이 화합물의 융점은 290 ℃를 나타내었고, NMR로 분석한 결과는 다음과 같다.

1H-NMR(DMSO-δ6) : 6.52(d, 1H), 7.26(t, 1H), 7.66∼7.23(m, 8H), 8.10∼8.26(m, 3H)

화학식 13으로 나타내는 화합물의 제조

상기 화학식 12로 나타내는 리간드 1.3 g을 디메틸포름아마이드 (dimethylformamide) 40 ㎖에 넣고 100 ℃에서 가열하여 녹인 후, Zn(OAc)·2H₂O 0.38 g을 넣고 2 시간 교반 후에 실온까지 냉각시켰다. 이 용액에 증류수 8 ㎖를 가하여 포화시켜서 침전물을 얻었다.

이 침전물을 여과하고 에탄올로 씻은 후 진공 건조하여 화학식 13으로 나타내는 화합물 1.2 g을 얻었다.

[화학식 13]

소자의 제작을 위하여 상기 화합물은 진공 승화 정제(train sublimation) 장치를 이용하여 정제를 하였다.

이 화합물의 융점은 400 ℃를 나타내었고, 원소 분석 결과는 다음과 같다.

이론치 : C(65.71), H(3.25), N(6.96), Zn(8.13)

실험치 : C(65.30), H(2.94), N(6.48), Zn(8.10)

실시예 4

화학식 1로 나타내는 화합물 중에서 도 1에 나타낸 구조의 소자의 발광층(4)로 사용하면서 저 농도로 혼합 증착된 청색 형광체에 적절한 에너지 전달(energy transfer)할 수 있는 가의 여부를 확인하기 위하여 UV-VIS. 스펙트럼을 다음과 같이 얻었다.

유리기판은 용매로서 메틸알콜, 아세톤, 이소프로필알콜을 사용하여 초음파 세척하여 정제하였다. 세척된 기판은 건조한 후 열증착기의 내부에 장착하고, 증착기 내부를 10-7 torr의 진공도에서 화학식 1의 구조를 만족하는 상기 실시예 1의 화학식 4로 나타내는 화합물을 가열하여 0.3 nm/sec의 속도 및 50 nm의 두께로 박막 형성하였다.

상기 박막은 UV-VIS. 스펙트럼을 사용하여 흡수 에지(absorption edge)를 구하였고, 그 값은 405 nm로 그와 유사한 전도 대역을 갖는 청색 형광체나 전도 대역이 작은 녹색, 노란색 및 적색 형광체에 에너지를 전달할 능력이 있음을 확인하였다.

이 화학식 4로 나타내는 화합물의 흡수 스펙트럼(점선)과 광발광 스펙트럼(실선)은 도 4에 나타내었다.

실시예 5

유기 발광 소자의 제조 및 발광시험

유기 발광 소자의 제조는 두 개의 전극(음극과 양극) 사이에 정공 이송층, 발광층 그리고 전자 이송층을 포함하는 도 1에 나타낸 소자 구조 1의 유기 발광 소자를 다음과 같이 제작하여 화학식 1을 만족하는 화합물의 안정한 전자 이송층으로서의 역활을 확인하였다.

유리 기판 위에 박막 코팅된 인듐 주석 산화물을 메틸알콜, 아세톤, 이소프로필알콜을 용매로 사용하여 초음파 세척하여 정제하였다. 세척된 기판은 건조 후 산소 플라즈마(oxygen plasma)를 사용하여 표면 처리를 하였다. 처리된 기판은 열증착기로 옮기고, 증착기는 10^-7torr의 진공도로 유지시켰다.

이와 같은 전처리된 양극 위에 정공을 이송하는 역활을 하는 4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]biphenyl(이하 NPB라 함)을 0.3 nm/sec의 속도로 60 nm의 두께로 열진공 증착하여 박막을 형성시켰다. 박막 증착된 NPB 위에 발광층 역활을 하는 Alq3을 0.3 nm/sec의 속도로 30 nm의 두께로 열진공 증착하여 박막을 형성시켰다. 상기 Alq3층 위에 상기 실시예 1의 화학식 4로 나타내는 화합물의 전자 전달층을 0.3 nm/sec의 속도로 20 nm 두께로 열진공 증착하여 박막을 형성시켰다.

음극층은 0.02 nm/sec의 속도로 증착된 0.5 nm 두께의 리튬 플로라이드(LiF)와 그 위에 0.5 nm/sec의 속도로 증착된 두께 200 nm의 알루미늄(Al)으로 형성시켰다.

상기 제조된 유기 발광 단위 소자에 순방향 전계(forward bias)를 가하면서 도 5에 나타낸 바와 같이 전압-전류의 상관 관계를 나타냈으며, 2.3 V에서 Alq3에서 기인하는 녹색 발광이 관찰되기 시작하며, 5.5 V에서 10 mA/㎠의 전류 밀도가 소자에 주입되며 이때의 휘도는 400 cd/㎡이었다. 전류 밀도를 200 mA/㎠로 상승시키면 휘도는 8296 cd/㎡에 달하였다.

실시예 6

유기 발광 소자의 제조 및 발광시험

유기 발광 소자의 제조는 두 개의 전극(음극과 양극) 사이에 정공 수송과 발광을 동시에 하는 층 그리고 전자 수송층을 포함하는 도 2에 나타낸 소자 구조 2의 유기 발광 소자를 다음과 같이 제작하여 화학식 1을 만족하는 화합물의 안정한 전자 전달층으로서의 역활을 확인하였다.

이와 같은 전처리된 양극 위에 정공을 이송하는 역활을 하는 NPB와 청색 형광체인 페릴렌(perylene)을 각각 0.7 nm/sec, 0.03 nm/sec의 속도로 60 nm의 두께로 열진공 증착하여 두 물질이 고르게 혼합된 박막을 형성시켰다.

그 위에 상기 실시예 1의 화학식 4로 나타내는 화합물의 전자 전달층을 0.3 nm/sec의 속도 및 50 nm의 두께로 열진공 증착하여 박막을 형성시켰다.

상기 제조된 유기 발광 단위 소자에 순방향 전계(forward bias)를 가하면서 도 6에 나타낸 바와 같이 정공 이송 물질인 NPB에 도핑된 페릴렌에서 발생되는 발광 스펙트럼이 관찰되었다.

실시예 7

유기 발광 소자의 제조 및 발광시험

화학식 1로 나타내는 화합물의 발광층으로서의 역활을 확인하기 위하여 다음과 같은 유기 발광 소자를 제작하였다.

이와 같이 전처리된 양극 위에 양극과 정공 이송 물질의 계면을 강화시키는 역활을 하는 정공 주입 물질인 copper phthalocyanine을 20 ㎚의 두께로 증착하고, 그 위에 정공 이송 물질인 NPB를 40 ㎚의 두께로 증착하였다.

상기 정공 이송층 위에 화학식 1을 만족하는 상기 실시예 3의 화학식 13으로 나타내는 화합물을 발광 층의 호스트(host) 물질로 사용하고, 청색 형광체인 페릴렌(phrylene)을 도판트(dopant)로 사용하여 40 ㎚ 두께의 발광층을 형성시켰다. 이때의 증착 속도는 화학식 13으로 나타내는 물질은 0.7 ㎚/sec, 페릴렌은 0.03 ㎚/sec로 각각 고정하여 증착하였다.

이렇게 형성시킨 발광층 위로 전자 이송층은 Alq3를 20 ㎚의 두께로 증착하고, 음극층으로 0.5 ㎚ 두께의 리튬플로라이드(LiF)와 200 ㎚ 두께의 알루미늄(Al)을 연속 증착하여 형성시켰다.

상기 제조된 유기 발광 소자는 순방향 전계를 가하면 8 V에서 도판트(dopant)인 페릴렌에서 기인하는 250 cd/㎡ 휘도의 청색 발광을 하였고, 그 스펙트럼은 도 7에 나타내었다.

Claims

하기 화학식 1로 나타내는 화합물:

[화학식 1]

상기 식에서,

X는 산소, 알킬기나 아로마틱기로 치환된 질소, 셀레늄(Se), 탄소 또는 황

원자로 이루어진 군으로부터 선택되며,

Z는 산소 원자, 황 원자 또는 알킬기나 아로마틱기로 치환된 질소 라디칼을

나타내며,

M은 2가 또는 3가의 금속 원자로서 아연, 마그네슘, 베릴륨, 알루미늄,

인듐, 갈륨(Ga)으로 이루어진 군으로부터 선택되며,

고리를 이루는 A와 B는 아로마틱 링(aromatic ring) 또는 헤테로 씨클릭 링

(heterocyclic ring)이며,

n은 2 또는 3이다.
제 1 항에 있어서,

상기 화학식 1의 Z가 산소 원자인 화합물.
제 1 항에 있어서,

상기 화학식 1의 X가 황 원자인 화합물.
유기 발광 소자에 있어서,

a) 양극;

b) 음극; 및

c) 상기 a)의 양극과 b)의 음극 사이에 위치하는 중간층이며, 하기 화학식

1로 나타내는 화합물을 포함하는 유기 층

을 포함하는 유기 발광 소자:

[화학식 1]

상기 식에서,

X는 산소, 알킬기나 아로마틱기로 치환된 질소, 셀레늄(Se), 탄소 또는 황

원자로 이루어진 군으로부터 선택되며,

Z는 산소 원자, 황 원자 또는 알킬기나 아로마틱기로 치환된 질소 라디칼

을 나타내며,

M은 2가 또는 3가의 금속 원자로서 아연, 마그네슘, 베릴륨, 알루미늄,

인듐, 갈륨(Ga)으로 이루어진 군으로부터 선택되며,

고리를 이루는 A와 B는 아로마틱 링(aromatic ring) 또는 헤테로 씨클릭

링(heterocyclic ring)이며,

n은 2 또는 3이다.
제 4 항에 있어서,

상기 c)의 중간 층이 발광 층, 전자 이송 층, 전자 이송과 발광을 동시에 하는 층으로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 유기 발광 소자.
제 4 항에 있어서,

a) 기판

b) 투명 전극으로 이루어진 양극 층;

c) 정공 이송층;

d) 발광층;

e) 상기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 유기 전자 이송층; 및

f) 금속으로 이루어진 음극 층

을 포함하는 유기 발광 소자.
제 4 항에 있어서,

a) 기판

b) 투명 전극으로 이루어진 양극 층;

c) 정공 이송층;

d) 상기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 유기 발광층;

e) 전자 이송층; 및

f) 금속으로 이루어진 음극 층

을 포함하는 유기 발광 소자.
제 4 항에 있어서,

a) 기판

b) 투명 전극으로 이루어진 양극 층;

c) 정공 이송과 발광을 동시에 하는 층;

d) 상기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 유기 전자 이송층; 및

e) 금속으로 이루어진 음극 층

을 포함하는 유기 발광 소자.
제 4 항에 있어서,

a) 기판

b) 투명 전극으로 이루어진 양극 층;

c) 정공 이송층;

d) 상기 화학식 1로 나타내는 화합물을 포함하는 유기 층이며, 전자 이송과

발광을 동시에 하는 층; 및

e) 금속으로 이루어진 음극 층

을 포함하는 유기 발광 소자.