KR20050102592A - 유기발광소자용 알루미늄 착 화합물 및 이를 이용한 유기발광 소자 - Google Patents

유기발광소자용 알루미늄 착 화합물 및 이를 이용한 유기발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하기의 일반식 1로 나타내어지는 q2AlOR구조(q는 8-퀴놀리나토)를 갖는 알루미늄 착 화합물에 관한 것으로서, 일반식 1로 나타내어지는 알루미늄 착 화합물을 개시한다. 본 발명의 발광재료는 높은 휘도와 우수한 발광 효율을 지닌다.
[일반식 1]

Description

유기발광소자용 알루미늄 착 화합물 및 이를 이용한 유기 발광 소자{Preparation of Aluminum Complexes by Quinoline Derivatives and Blue and White Organic Light-Emitting Diode}
본 발명은 유기 발광 디스플레이 소자에 사용되는 재료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 청색 유기 발광 소자용 알루미늄 착 화합물, 그 제조방법, 이를 이용한 심청색, 청색, 하늘색 및 백색 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 넓은 시야각, 고속 응답성, 고 명조대비(contrast)의 특성을 가지므로 텔레비전 영상 디스플레이나 표면 광원의 픽셀로 사용될 수 있고, 얇고 가벼우며 색도가 좋기 때문에 차세대 디스플레이로 각광을 받고 있다. 또한, 플라스틱 기판을 채용할 경우에는 휘어지는 소자를 제작할 수도 있고, 백색광을 방출하는 소자는 유기 발광 소자의 자체 후광이나 액체 결정 디스플레이의 후광으로 사용될 수도 있다.
일반적인 유기 발광 소자의 일예의 구조를 도 1에 나타내었다. 적층된 유기 발광 소자는, 도 1에 도시된 바와 같이, 투명 또는 플라스틱 기판(100) 위에 인듐 주석 산화(Indium Tin Oxide; ITO) 막을 진공 증착하여 형성되는 양극 층(110)과 상기 양극 층(110) 위에 정공 주입 층(120), 정공 수송 층(130), 발광 층(140), 전자 수송 층(150), 전자 주입 층(160), 음극 층(170) 순으로 진공 증착한 구조를 갖는다. 이와 같이 구성된 유기 발광 소자에서는, 음극 층(170)으로부터 전자가 주입되고 전자 주입 층(160)과 전자 수송 층(130)을 거쳐 발광 층(140)으로 전자가 주입된다. 또한, 양극 층(110)으로부터 주입된 정공은 정공 주입 층(120), 정공 수송 층(130)을 거쳐 발광 층(140)으로 주입된다. 발광 층(140)으로 각각 이동한 전자와 정공은 쌍을 이루고 이렇게 형성된 엑시톤이 재결합하면서 빛이 방출된다.
유기 발광 소자에 대한 연구는, 1987년 인듐 주석 산화 막 위에 디아민과 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄 (III)(Alq3)로 이루어진 2층 구조의 유기 발광 발광 소자가 발표된 이래로 활발한 연구가 이루어지고 있다.
한편, 유기 발광 소자에 사용되는 유기 발광 재료는 단 분자와 고분자 재료로 크게 나누어진다. 단 분자로 이루어진 유기 발광 소자를 구성하는 재료는 정공 주입 층, 정공 운송 층, 발광 층, 전자 수송 층, 전자 주입 층, 음극 층으로 나눌 수 있다. 발광 층에 사용되는 재료는 청색, 녹색, 적색을 포함한 하늘색(bluish green color), 노란색 및 오렌지색의 재료가 개발되고 있다. 현재는 이들 재료 중에서 청색 발광 재료는 낮은 발광 효율과 짧은 수명 때문에 이를 극복하기 위한 노력이 활발히 연구되고 있다. 또한, 백색 유기 발광 소자의 개발에 사용되는 높은 휘도와 높은 발광 효율을 지닌 하늘색의 재료의 개발도 대두되고 있는 실정이다.
발광 층에 사용되는 청색 재료는 호스트 물질과 게스트 물질로 분류된다. 발광 층은 정공-전자쌍이 재결합에 의해 엑시톤이 형성되는 곳이다. 호스트 물질은 정공과 전자가 같은 캐리어 운송 능력과 발광 특성을 갖는다. 수많은 물질 중에서 금속 킬레이트와 비스(스티릴)아민(DSA)이 가장 널리 사용되는 자체 발광 물질에 속한다.
금속 킬레이트로 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄 (III)(Alq3)는 528 nm에서 녹색을 보이며 가장 널리 사용되는 호스트 발광 물질이다. 또한, 전자 운송 특성과 쉬운 필름 가공성 및 높은 내구성을 갖는다. 또한 Almq3(트리스(4-메틸-8-퀴노리놀라토)알루미늄 (III))는 Alq3에 비해 높은 형광 양자 수율, 외부 양자 효율을 갖는 것으로 보고 되고 있다.
변형된 알루미늄의 킬레이트인 q2AlOR 유도체는 일부 청색의 발광 특성을 보이나 낮은 발광 효율을 보이는 것으로 알려져 있다. 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토) (파라-페놀라토)알루미늄 (III)(BAlq)와 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀라토)(트리페닐실록시)알루미늄 (III)(SAlq)는 정공 차단 특성을 보이는 것으로 알려져 있고 백색광을 내는 소자를 제조하는 데 있어서 정공 차단 층으로 사용된다. 또한, 산요 사에 의해 개발된 비스(살렌)진크 (II)의 착 화합물도 청색 발광 물질로 알려져 있다.
이데미쓰 코산 사에 의해 개발된 (4,4'-비스(2,2-디페닐-에텐-1-일)디페닐 (DPVBi)와 같은 비스(스티릴)아민 유도체는 청색 영역에서 강한 형광을 나타내며 정공 운송 층과 발광 층 사이에 엑시플렉스(exciplexes)형성을 피하기 위해서 설계되었다. 비 평면 분자 구조로서 분자의 두 끝에 페닐 그룹은 입체적 장애에 의해서 뒤틀려 있다. 그러나 하늘색의 색도를 나타내는 것이 단점이다. 그 밖에도 1,3-비스[4-(N,N-디메틸아미노)페닐-1,3,4-옥사디아조릴]벤젠(OXD8), 3-(비페닐-4-일)-5-(4-디메틸아미노)4-(4-에틸페닐)-1,2,4-트리아졸(p-EtTAZ), 3-(4-비페닐)-4-페닐-5-(4-터셔리-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸(TAZ), 2, 2', 7, 7'-테트라키스(비-페닐-4-일)-9,9'-스피로플루오렌(Spiro-DPVBI), 트리스(파라-터-페닐-4-일)아민(p-TTA), 및 5,5-비스(디메지틸보릴)-2,2-비티오펜(BMB-2T) 등이 있지만 열적으로 불안정하거나, 발광 효율이 낮거나, 색도에서 심 색을 나타내지 않는 단점 등이 있다.
게스트 재료는 높은 형광이나 높은 인광 양자 수율을 지닌 도펀트 분자이다. 발광 층에서 에너지 전이는 호스트에서 게스트로 전이되며 호스트 발광 스펙트럼과 게스트의 흡수 스펙트럼이 겹칠 때 효율적으로 일어난다. 도펀트는 약 1%에서 5% 가량을 일반적으로 도핑한다. 하지만 진한 농도에서 농도 소광이 발생하는데 분자간의 상호 작용을 줄일 수 있는 입체적 장애가 큰 공간군을 분자 내에 도입함으로써 분자간의 상호 작용을 줄일 수 있다.
청색 도펀트는 이데미쯔-코산에서 개발된 BCzVBi가 가장 대표적인 물질이다. 호스트로서 DPVBi를 사용했고 2층 소자구조에서 6 lm/W의 발광 효율과 10,000시간 이상의 안정된 반감기를 가지고 구동한다. 또한 다른 청색 소자로서 코닥 사에서는 퍼릴렌이 도핑된 q2AlOAlq2의 소자에 대해 보고한 바 있다.
현재, 녹색의 발광 소자의 경우는 실용화 단계까지 안정성이 확보되고 있으나 청색과 적색 발광 소자의 경우는 색도, 발광 효율 및 안정성 면에서 실용화 수준에 미치지 못하고 있다.
유기 발광 소자에 사용되는 물질은 화학적, 열적으로 안정하고 불순물이 없는 고 순도의 재료가 요구된다. 상기한 예를 만족하지 않을 때에는 소자의 구동 시, 휘도의 감쇠, 일정한 전류에서 전압 상승, 비 발광 영역인 흑색 점의 발생 및 쇼트와 같은 문제점이 발생한다. 이러한 원인은 첫째로 열에 의해 유도된 소자의 퇴화, 둘째로 전기적으로 전하에 의해 유도된 소자의 퇴화, 마지막으로 무기물과 유기물 또는 유기물과 유기물 사이에 층에 물질의 손상에 의해 유도된 소자의 퇴화로 나눌 수 있다. 따라서 물질 자체가 지닌 발광 효율을 최대한 내도록 하기 위해서는 열 적, 화학 적으로 안정한 고 순도 재료의 개발은 필수적이다.
기존에 문헌상에 보고 된 청색 재료 중에 q2AlOR의 제조 방법으로는 반응물로써 무수 알루미늄 (III) 크로라이드와 트리알킬알루미늄 (III)(알킬: 메틸 혹은 에틸) 및 알루미늄(III) 이소-프로폭시드를 사용하는 방법 등이 있다. 무수 알루미늄 (III) 크로라이드를 반응물로 사용하는 방법은 저온의 비활성 분위기의 반응조건과 리간드의 염을 정제하는 단계 등으로 반응 및 정제 조건이 어렵다. 둘째로 무수 트리알킬알루미늄 (III)을 반응물로 사용하는 방법은 반응물의 공기 중에 물에 의한 높은 산화성 때문에 비활성 분위기를 유지해야 하고 반응과정동안 메탈 할라이드가 석출되지 않으면 평형이 완결되지 않기 때문에 여러 단계의 정제 단계를 거쳐야 하는 단점이 있다. 마지막으로 알루미늄(III) 이소-프로폭시드를 사용하는 방법은 반응조건은 간단하나 환류 중에서도 알코올 용매에 알루미늄(III) 이소-프로폭시드가 용해되지 않기 때문에 여과 후 생성물에 남아있는 소량의 알루미늄(III) 이소-프로폭시드를 제거하는 단계가 어렵다.
본 발명은 상기 상술한 소자의 구동시 퇴화를 방지하기 위하여 높은 열적, 화학적 안정성을 지닌 심청색 유기 발광 물질을 개발하기 위해서 고안되었고 색도, 발광 효율 및 안정성 면에서 우수한 청색 및 백색 유기 발광 소자용 알루미늄 착 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고효율의 발광과 안정된 구동 수명을 나타내는 청색 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기의 일반식 1로 나타내어지는 q2AlOR구조의 심청색, 청색, 하늘색 및 백색 유기 발광 소자용 알루미늄 착 화합물을 제공한다.
[일반식 1]
Yn는 수소, 알킬기, 알케닐기, 아르알킬기, 알콜시기, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 카르복실기, 설포닐기, 아미드기 및 헤테로환 중에서 선택될 수 있으며, 이들을 1개 또는 복수 개를 가질 수 있다. Yn의 n은 1 내지 5중 어느 하나의 정수이다.
알킬기는 탄소의 수가 1에서 12개를 갖는 직쇄, 분기 및 환상 구조를 가지는 알킬기나 할로겐이 치환된 알킬기이다. 대표적인 예는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소-프로필기, 부틸기, 이소-부틸기, 세컨더리-부틸기, 터셔리-부틸기, 시크로펜틸기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 헥실기. 이소헥실기, 시클로헥실기, 5-메틸헥실기, 트리플루오르메틸기 및 펜타플루오로에틸기 등이다. 알케닐기의 대표적인 예는 비닐기, 이소-프로페닐기, 2-부테닐기, 1,3-부타디에닐기 및 2-펜테닐기 등이다.
아르알킬기는 단환식 또는 다환식의 포화 또는 불포화의 탄화수소기이다. 대표적인 예는 페닐기, 비페닐기, 오라-토릴기, 메타-토릴기, 파라-토릴기, 오라-크메닐기, 메타-크메닐기, 파라-크메닐기, 크시릴기, 스티릴기, 나프틸기, 안트라세닐기, 안트라퀴노닐기, 카르바조릴기, 2-피리딜기 및 2-퀴놀릴기 등이다. 알콕시기는 탄소수가 1에서 12를 지닌 알콕시기 또는 할로겐을 포함하는 알콕시기이다. 대표적인 예는 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 터셔리-부톡시기, 부톡시기, 또는 트리플루오로메톡시기이다. 할로겐기는 플루오르기, 클로로기, 브로모기 및 요오도기를 포함한다. 헤테로환은 질소, 산소 및 황이 환에 탄소 대신에 치환된다. 대표적인 예는 피리딘환, 피롤리딘환, 피페리딘환, 피페라진환, 피라졸리딘환, 이미다졸린환, 피란환, 퓨란환 및 티오펜환 등이다.
OR는 트리아릴실록시기(OSiR'3)이거나 아릴록시기(OR")이다. R'는 페닐기, 나프틸기, 메틸기, 에틸기, 이소-프로필기 및 터셔리-부틸페닐기 등이다. OR"는 알킬아릴록시기, 아릴아릴록시기 등이다. 대표적인 예는 오라-메틸페닐록시기, 메타-메틸페닐록시기, 파라-메틸페닐록시기, 3,5-디메틸페닐록시기, 2,6-디메틸페닐록시기, 3,4-디메틸페닐록시기, 2,5,6-트리메틸페닐록시기, 2,4,6-트리메틸페닐록시기, 3,5-디-터셔리-부틸페닐록시기, 2,4,6-트리페닐페닐록시기, 오라-페닐페닐록시기, 메타-페닐페닐록시기, 파라-페닐페닐록시기, 2,6-디페닐페닐록시기, 2,4,6-트리페닐페닐록시기, 1-나프틸록시기 및 2-나프틸록시기 등이 있다.
또한, 상기한 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 순차적으로 형성된 양극 층/정공 수송 층/발광 층/음극 층, 양극 층/정공 수송 층/발광 층/전자 주입 층/음극 층, 양극 층/정공 수송 층/발광 층/정공 차단 층/전자 주입 층/음극 층 및 양극 층/정공 주입 층/정공 수송 층/발광 층/전자 수송 층/전자 주입 층/음극 층으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 구조를 구비하며, 상기 발광 층이 상기한 본 발명의 알루미늄 착 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 청색 유기 발광 소자를 제공한다.
이 때, 상기 유기 발광 소자가 정공 차단 층을 포함할 경우, 상기 정공 차단 층이 상기 발광 층과 동일 물질로 이루어지게 할 수 있다.
상기 알루미늄 착 화합물은 호스트로 사용되는 것이 바람직하며, 상기 양극 층을 유리기판 또는 플라스틱 기판 상에 형성되게 할 수 있다.
상기 알루미늄 착 화합물의 심청색, 청색 및 하늘색의 발광 층은 백색 유기 발광 소자를 구성하는 발광 층에 제공되게 할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
[본 발명의 (심)청색 및 백색 유기 발광 소자용 알루미늄 착 화합물]
본 발명의 (심)청색 및 백색 유기 발광 소자용 알루미늄 착 화합물은 상기 일반식 1로 표현되는 것으로서, 그 구체적인 것을 예를들면 다음과 같다.
1. q2AlOR에서 q는 8-퀴놀리나토이고, Yn(n = 1 ~ 6)이 수소 또는 알킬기이며 OR은 알릴록시기를 가지는 대표적인 예는 다음의 화학식 1 내지 5와 같다.
2. q2AlOR에서 q는 8-퀴놀리나토이고, Yn(n = 1 ~ 6)이 수소, 전자 주개 기 및 전자 당김 기이며 OR은 트리페닐실록시를 가지는 대표적인 예는 다음의 화학식 6 내지 9와 같다.
본 발명의 착 화합물은 공지된 적절한 형광성 색소의 도핑을 통해서 보다 심색의 색좌표와 발광 소자의 효율향상 및 수명을 연장시킬 수 있다. 본 발명의 일반식 1의 착 화합물은 발광 층에서 높은 발광효율 지니는 특징 외에도 정공 차단의 성질을 가지고 있다.
이하 본 발명의 실시예를 설명한다.
실시예 1: [비스(2-메틸-퀴놀리놀라토)(트리페닐실록시)알루미늄 (III)의 제조방법] (SAlq)
환류 냉각기가 부착된 250 ml의 삼구 플라스크를 질소 분위기 하에서 불꽃 건조하였다. 이 플라스크에 알루미늄 이소-프로폭시드 1.00 g(4.90 m mol)와 이소-프로판올 100 ml를 넣었다. 이 현탁액이 녹을 때까지 약 10분간 환류 하였다. 이 뜨거운 현탁액을 셀라이트(Celite)가 충진 된 유리거르개를 이용하여 즉시 여과하여 무색의 용액을 얻었다. 얻어진 뜨거운 무색 용액에 2-메틸-8-퀴놀리놀 0.78 g(4.90 m mol)을 포함하는 이소-프로판올 용액을 환류 조건에서 액체 이송 기구(cannula)를 이용하여 20분에 걸쳐 일정한 속도로 가하여 즉시 밝은 노란색의 용액을 얻었다. 약 30분간 교반한 후 형성된 노란색의 용액에 2-메틸-8-퀴놀리놀 0.78 g(4.90 m mol)과 트리페닐실라놀 2.76 g(9.80 m mol)이 녹아 있는 이소-프로판올 혼합 용액을 환류 조건에서 액체 이송 기구(cannula)를 이용하여 약 30분에 걸쳐 일정한 속도로 가했다. 바로 흰색의 고체가 석출되었다. 이후 반응을 완결시키기 위해 첨가적으로 6시간동안 환류 조건에서 교반하고 실온으로 냉각한 후 침전물을 여과하고 여과 물을 따뜻한 이소-프로판올 50 ml로 씻어주고 다시, 디에틸에테르 50 ml를 이용하여 각각 3회 씻어주었다. 여과된 미색의 분말을 낮은 압력에서 약 하루 동안 진공건조하여 흰색 고체가 2.50 g(82.5 %)을 얻었다. 얻어진 흰색의 고체를 알루미나가 충진 된 컬럼에 용리액으로 클로로포름을 이용하여 정제했다. 분리된 용액의 용매를 제거하고 얻어진 미색의 고체를 승화(240 oC, 약 10-4 torr)에 의해 마지막으로 정제하면 순수한 미색의 고체 0.97 g(0.32 %)를 얻었다.
열분석 결과 융점은 248 ~ 249 ℃고 원소분석에 화학 조성비는 다음과 같다.
이론 값: 탄소 ; 73.76 %, 수소 ; 5.05 %, 질소 ; 4.53 %
실험 값: 탄소 ; 73.82 %, 수소 ; 5.10 %, 질소 ; 4.49 %
상기의 실시예 1의 방법에 의해 만들어진 본 발명의 청색, 하늘색 및 백색 유기 발광 소자용 알루미늄 착 화합물에 대해 중클로로포름 내에서 프로톤 핵자기 공명 스펙트럼을 측정한 결과 δ(ppm, TMS): 8.11(d, 2H, 퀴놀리나토 위의 4-수소, 3J4,3= 8.4 Hz), 7.45(t, 2H, 퀴놀리나토 위의 6-수소, 3J6,5= 8.1 Hz, 3J6,7= 7.6 Hz), 7.21(d, 6H, 페닐 위의 오라-수소, 3J8,9= 7.5 Hz), 7.18(d, 2H, 퀴놀리나토 위의 3-수소, 3J3,4= 8.4Hz). 7.17(d, 3H, 페닐 위의 파라-수소, 3J10,9= 7.2 Hz), 7.16(d, 2H, 퀴놀리나토 위의 5-수소, 3J5,6= 8.1 Hz), 7.08(d, 2H, 퀴놀리나토 위의 7-수소, 3J7,6= 7.6 Hz), 7.02(t, 6H, 페닐 위의 파라-수소, 3J9,8= 7.5 Hz, 3J9,10= 7.2 Hz), 2.61(s, 6H, 메틸)였다.
상기의 실시예 1의 제조방법에 의해 만들어진 본 발명의 청색 유기 전계 발광소자용 알루미늄 착 화합물의 카본 핵자기 공명 스펙트럼은 중클로포름 내에서 13C NMR을 측정한 결과, 화학시프트 δ(ppm, TMS): 157.5, 156.3, 139.3, 138.7, 138.6, 134.7, 128.9, 128.6, 127.1, 124.1, 114.0, 112.5, 23.0 였다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 의해 만들어진 본 발명의 청색 유기 발광 소자용 알루미늄 착 화합물의 형광 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 필름 형태의 시편은 100 nm의 두께로 진공 증착했다. 도 5을 참조하면, 형광 스펙트럼은 475 nm에서 최대 첨두치를 나타낸다.
실시예 1과 같이 반응 시초물질로서 알루미늄 이소-프로폭시드를 사용하는 방법은 일반적인 q2AlOR 형태의 착 화합물을 제조하는 가장 일반적인 방법이다. 그러나 기존에 에탄올과 이소-프로판올과 같은 알코올을 용매로 사용하는 반응에서 알루미늄 이소-프로폭시드가 환류 조건에서도 완전히 용해가 되지 않는다. 비록 이소-프로판올이 에탄올을 용매로 사용했을 때보다 균일상의 반응도가 증가하여 약 30 ~ 40 %의 수율을 향상시키지만 프로톤 핵자기 공명 스펙트럼에서 여전히 반응 시초물질이 소량으로 남아있다. 본 발명에서는 미 반응한 알루미늄(III) 이소-프로폭시드를 완전히 제거하기 위하여, 알루미나를 이용한 크로마토그래피를 사용하여 순수하게 정제된 일반식 1의 알루미늄 착 화합물을 얻을 수 있었다.
[청색 유기 발광 소자의 제조]
실시예 2: ITO/NPB(65 nm)/SAlq(20 nm)/Alq3(25 nm)/LiF(0.6 nm)/Al(110 nm)와 같은 구조(도 6)의 유기 발광 소자를 아래와 같은 방법으로 제조하였다.
인듐 주석 산화물(indium tin oxide)이 박막으로 코팅된 유리 기판을 초음파 세척기를 이용하여 트리클로로에틸렌, 탈 이온수, 이소-프로필알코올, 탈 이온수, 아세톤, 탈 이온수, 메탄올, 탈 이온수의 순으로 각각 10분씩 세척하였다.
세척된 상기 기판을 진공 증착 장비에 이송 후 정공 수송 물질인 N,N'-디페닐 -N,N'-비스(1-나프틸)-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민(NPB)을 초당 0.04 내지 0.07 nm의 속도로 60 nm의 두께로 진공 증착하였다. 상기 정공 수송 층 위에 발광 층 역할을 하도록 실시예 1에서 제조된 비스(2-메틸-퀴놀리놀라토)(트리페밀실록시)알루미늄 (III)(SAlq)을 초당 0.03 내지 0.06 nm 속도로 20 nm 증착하였다. 그 다음에 전자 수송 층 역할을 하는 트리스(8-퀴놀리나토)알루미늄 (III)(Alq3)를 초당 0.04 내지 0.06 nm의 속도로 30 nm 두께로 증착하였다. 또한 상기 전자 수송 층 위에 초당 리튬 플로라이드(LiF)를 0.02 내지 0.03 nm의 속도로 0.6 nm 증착하였다. 마지막으로 전극 형성을 위한 마스크를 위치시킨 후 알루미늄 초당 0.05 내지 0.15의 속도로 110 nm 증착하여 전극을 형성하였다. 이 때 형성된 소자 구조를 도 6에 나타냈다. 도 7은 이에 따른 청색 유기 발광 소자의 발광 스펙트럼이다. 발광 첨두치는 482 nm를 나타낸다. 실시예의 소자의 문턱전압은 3.2 V이고 100 Cd/m2와 1.9 mA/㎠에서 2.5 %의 외부 양자 효율을 나타내고 2.8 lm/W의 발광 효율을 보인다. 또한, 최대 휘도는 18 V와 1,832 mA/㎠에서 41,500 cd/㎡을 나타낸다.
이와 같은 본 발명의 착화합물은 다음과 같은 유기 발광 소자에 구체적으로 적용가능하다.
도 2는 유기 발광부가 2층으로 구성되는 유기 발광 소자의 개략적인 구조를 도시한 것으로서, 도 2에 명시된 A1과 A2는 유기 발광부를 나타내며, 각 유기 발광부는 청색, 녹색, 적색, 오렌지색, 노란색, 청록색 등의 단색광이 단독이나 복수 층으로 구성되어 백색을 나타내는 다층으로 구성된 백색 유기 발광 소자의 구조를 도시한 개략적인 단면도이다. 제 2 전극(110)의 상하층에 구성되는 일함수 조정 막(51),(52)에 따라서는 상기 제 1 전극(106)을 양전극으로 할 경우 상기 제 2 전극(110)은 제 1 전극에 대하여 음전극으로 기능하도록 할 수 있고, 제 3 전극(308)을 음전극으로 할 경우 제 3 전극에 대하여 제 2 전극은 양전극으로 기능하도록 할 수 있다. 상기 일함수 조정 막(51, 52)으로는 리튬 플로라이드(LiF)와 세슘 프로라이드(CsF)가 이용된다. 도 2의 백색광을 내는 유기 발광 소자의 높은 발광 효율과 높은 휘도 및 안정된 구동 안정성과 장시간의 구동 수명을 위해서는 구동할 때 열적, 화학적, 물리적 안정성이 강화된 심청색의 청색 유기 발광 재료가 요구되는 바, 본 발명의 착화합물이 적용될 수 있다.
도 3은 색 유기 발광 소자를 이용한 필드 시퀀셜 칼라 방식(field sequential color method)에 의한 액정 표시 장치의 백라이트유닛(back light unit)의 개략적인 구성도이다. 기존의 냉음극 형 램프(CCFL)와 외부전극 형 램프(EEFL)의 백라이트유닛에 비해 백색 유기 발광 소자를 이용한 필드 시퀀셜 칼라 방식은 도광판, 확산판, 프리즘판 등의 광학 시트가 필요 없고 별도의 칼라필터가 필요하지 않다. 백색 유기 발광 소자는 양면 유기 발광 소자(601), 배면 발광 소자(602), 유리기판(620), 액정(630) 등으로 구성되며 양면 발광 소자의 유리 기판과 배면 발광 소자의 유리 기판사이에 흡습제 및 게터(650)를 삽입하고 투명 에폭시 또는 실런트(640)를 이용하여 봉지한다. 611과 612는 양면 유기 발광 소자의 유기 발광부이며 613과 614는 배면유기 발광 소자의 유기 발광부이고 각 유기 발광부는 1가지 이상의 색을 내는 발광 원을 나타낸다. 또한, 유기 발광부 사이에는 투명 전도성 전극인 인듐 주석 산화 막이 존재하며 그리드 RF 스파터에 의해 투명 전도성 전극(transparent conducting electrode)을 형성할 때, 반투명성 보호 층(semitransparent protecting layer)으로 Li/Al/Ag 또는 Ca/Ag가 유기 막을 보호하는 역할을 한다. 이러한 액정 표시 장치를 구성할 때 백색 유기 발광 소자의 높은 발광 효율을 얻기 위해서는 심청색의 효율이 좋은 유기 발광 재료가 요구되는 바, 역시 본 발명의 착화합물이 적용될 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이 종래에 사용하던 효율이 높은 제 1 층(30)인 심청색 유기 발광 소자에서 방출되는 빛을 제 2층의 무기 형광체, 유기 안료, 유기 염료, 나노 복합 재료 및 나노 금속의 양자 점(metal quantum dot)이 흡수하는 원리를 이용하여 효율적인 백색광을 얻고자 한다. 제 2 층(40)인 에폭시 수지에 용융되거나 분산되어 빛을 흡수하고 여기 할 수 있는 여기 도포 층을 이용한 평면 백색 발광원은 디스플레이 소자에서 요구하는 칼라필터와 결합하여 액정 표시 장치용 백라이트, 조명기구, 인디케이터 등의 특성을 소화할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 백색 발광 소자를 제작할 때 제 2 층(40)인 에폭시 여기 도포 층을 적, 녹 색 발광 원으로 이용할 경우 기존의 제 1 층(30)인 백색 유기 발광 소자에서 발생하는 단점을 보완해 장 수명 고효율 고 안정성의 평면 백색광원으로 제품화 될 것으로 기대되며, 구동 중 시간이 증가함에 따라 발생하는 적, 녹, 청색 등 각각의 수명의 차이, 이에 따른 백색광 색도의 변화 등을 예방할 수 있으며, 또한, LED(electroluminescent device)와 무기 형광체를 이용하여 백색 발광 소자를 제작할 때, 도광 판 및 광학필름들을 사용하여 발생되는 저 휘도를 증가시키고 색도의 다양화 및 안정성 등을 개선할 수 있다. 이때 우수한 광 효율 특성을 지니는 백색광을 얻기 위해서는 고효율의 청색 유기 발광 재료의 개발이 가장 필요한 바, 본 발명의 착화합물이 적용될 수 있다.
본 발명의 일반식 1의 알루미늄 착 화합물은 유기 발광 소자의 심청색, 청색 및 하늘색의 발광 재료로서 유용하게 사용이 가능하다.
본 발명에 의한 청색 유기 발광 재료를 이용한 고효율의 백색광을 응용한 구체적인 파급 효과는 다음과 같이 기대된다.
도 2와 도 3의 백색 유기 발광 소자의 구조에 의한 백색광을 내는 원리는 기존의 냉음극 형 램프(CCFL)와 외부전극 형 램프(EEFL)의 백라이트유닛을 이용한 필드 시퀀셜 칼라 방식 액정 표시 장치와는 다른 다음과 같은 효과가 기대된다. 백색 유기 발광 소자를 이용한 필드 시퀀셜 칼라 방식은 도광 판, 확산 판, 프리즘 판 등의 광학 시트가 필요 없고 별도의 칼라필터가 필요하지 않다. 낮은 소비전력에서의 높은 개구율, 안정된 구동, 및 표시장치의 중대형화에 장점이 있다. 무엇보다도 기존의 액정 표시 장치의 발광 방식보다 시간적인 혼색 방식을 이용하여 동일 면적당 9배의 해상도와 약 87 %의 색 재현율의 향상 및 안정된 구동에 의한 긴 소자 구동수명 면에서 장점이 있다.
도 4의 구조의 백색광은 청색 유기 발광 원을 일부 흡수하여 백색광의 다른 구성색인 적, 녹, 오렌지색 등을 에폭시 층을 통해 방사하며 일부 청색은 그대로 투과하여 백색광을 구성하는 효율적인 구조이다. 청색 유기 발광 소자의 발광 재료는 높은 효율과 휘도를 가지는 재료를 사용했으며 에폭시 수지 층은 높은 청색광 흡수를 통한 여기 재료를 사용하여 효율이 극대화된 백색 유기 발광 소자 특성을 보인다. 특히, 이러한 형태의 발광소자는 지금까지 보고 되지 않은 새로운 형태의 평면 백색 발광 소자이며, 저 가격 평면 백색 발광 소자제작에 적합한 공정들로 이루어져있다.
본 발명의 상기 구조의 백색 발광소자는 종래의 보고 되지 않은 고 휘도, 고효율, 고 안정성의 백색광을 방출하며 광 특성이 특히 양호하다.
도 1은 일반적인 유기 발광 소자의 구조를 나타낸 개략적 단면도
도 2는 유기 발광부가 2층으로 구성될 때 유기 발광 소자의 구조를 나타낸 개략적인 단면도
도 3은 필드 시퀀셜 칼라 방식의 액정 표시 장치 및 이에 사용되는 백색 유기 발광 소자를 이용한 백라이트 유닛을 도시한 개략적인 단면도
도 4는 청색 유기 발광층과 에폭시층의 이중 발광층을 이용한 백색 발광 소자의 구조를 나타낸 개략적 단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 의해 만들어진 유기 발광 소자용 알루미늄 착 화합물의 형광스펙트럼
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적 단면도
도 7은는 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 소자의 발광 스펙트럼
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
30 : 제1 층
40 : 제2 층 51, 52 : 일함수 조정 막
100 : 유리 및 플라스틱 기판 110 : 인듐 주석 산화 막
120 : 정공 주입 층 130 : 정공 수송 층
140 : 발광 층 150 : 전자 수송 층
160 : 전자 주입 층 170 : 음전극
206 : 제2 전극 280 : 제1 전극
308 : 제3 전극 A1 : 제1 유기 발광부
A2 : 제2 유기 발광부 600 : 액정표시소자
601 : 양면 유기 발광 소자 602 : 배면 유기 발광 소자
611, 612, 613, 614 : 유기 발광부 620 : 유리 기판
630 : 액정 640 : 에폭시 또는 실런트
650 : 흡습제 및 게터

Claims (4)

  1. 하기의 일반식 1로 나타내어지는 q2AlOR구조를 가지는 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 알루미늄 착화합물.
    [일반식 1]
    단, q는 8-퀴놀리나토이고; 식 중에서 Y1 내지 Y6는 서로 같거나 다른 것으로서 수소, 알킬기, 알케닐기, 아르알킬기, 알콕시기, 할로겐기, 시아로기, 니트로기, 카르복시기, 설포닐기, 아미드기 및 헤테로환으로 구성된 군으로부터 선택되며; OR는 OSiR'3구조의 트리아릴실록시기이거나 OR"구조의 아릴록시기이며, 여기서 R'는 방향족기나 알킬기이고, OR"는 알킬아릴록시기 혹은 아릴아릴록시기이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알킬기가 탄소의 개수가 1 내지 12개인 직쇄, 분기 또는 환상 구조를 가지는 알킬기이거나 할로겐이 치환된 알킬기;이고,
    상기 알케닐기는 탄소수가 1 내지 12인 할로겐이 치환되거나 안된 지방족 혹은 방향족기이고,
    상기 아르알킬기가 단환 식 또는 다환 식의 포화 또는 불포화의 탄화수소기이고,
    상기 알콕시기가 탄소수 1 내지 12를 지닌 알콕시기 또는 할로겐을 포함하는 알콕시기이며,
    상기 헤테로환은 질소, 산소 또는 황이 환의 탄소 대신 1개 또는 복수개 치환된 전자 수용체 또는 전자공여체인 것을 특징으로 하는 유기발광소자용 알루미늄 착화합물.
  3. 순차적으로 형성된 양극 층/정공 수송 층/발광 층/음극 층, 양극 층/정공 수송 층/발광 층/전자 주입 층/음극 층, 양극 층/정공 수송 층/발광 층/정공 차단 층/전자 주입 층/음극 층 및 양극 층/정공 주입 층/정공 수송 층/발광 층/전자 수송 층/전자 주입 층/음극 층으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 구조를 구비하며, 상기 발광 층이 청구항 1 또는 청구항 2항 기재의 물질 중 어느 하나의 알루미늄 착 화합물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 정공 차단 층이 상기 발광 층과 동일 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기 발광 소자.
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