KR20080071664A - 유기 발광 재료 및 유기 발광 다이오드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기 발광 재료 및 유기 발광 다이오드(OLED)에 관한 것으로, 특정한 구조를 가지는 테트라아자사이클로판 유도체 화합물을 제조하고, 이를 유기 발광 다이오드의 유기 전계발광 재료로 사용함으로써, 기존 유기 발광 재료의 가장 큰 단점인 낮은 발광 휘도와 낮은 발광 효율의 문제점을 동시에 해결할 수 있을 뿐만 아니라 소자의 수명도 증가시킬 수 있는 우수한 유기 발광 재료 및 유기 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
유기 발광, 다이오드, 테트라아자사이클로판

Description

유기 발광 재료 및 유기 발광 다이오드{Organic light emitting material and Organic Light Emitting Diode}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 화학식 4에 대한 UV/Vis. 및 형광 스펙트럼 그래프이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 화학식 5에 대한 UV/Vis. 및 형광 스펙트럼 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 화학식 4 또는 5를 이용하여 제작된 유기 발광 다이오드의 다층 구조를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 화학식 4 또는 5를 이용하여 제작된 유기 발광 다이오드의 전류밀도(I-V) 스펙트럼을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 화학식 4 또는 5를 이용하여 제작된 유기 발광 다이오드의 전기발광(EL) 스펙트럼을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
본 발명은 유기 발광 다이오드(OLED)에 관한 것으로, 특히 유기 발광 재료로 사용되는 테트라아자사이클로판 유도체 및 이를 이용한 유기 발광 다이오드에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 하기의 화학식 Ⅰ로 표시되는 테트라아자사이클로판 유도체 화합물을 유기 발광 다이오드의 유기 전계 발광 재료로 사용하여, 발광 휘도와 발광 효율이 우수한 유기 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
[화학식 I]
Figure 112007009373496-PAT00001
(상기 화학식 I에서, R1 과 R2는 각각 치환되거나 비치환된 1 내지 6개의 알킬 그룹, 치환되거나 치환되지 않은 알릴 그룹, 치환되거나 치환되지 않은 아르알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 헤테로사이클릭 그룹이고, 상기 R1 과 R2 는 동일하거나 상이한 것이다.)
저 전압구동, 자기발광, 경량 박형, 광 시야각 그리고 빠른 응답속도 등의 여러 가지 장점을 가진 유기 발광 다이오드(OLED)는 LCD를 대체할 차세대 평판 디스플레이 중의 하나로서 최근 가장 연구가 활발히 이루어지고 있는 분야이다.
미국 특허 제 4,356,429 호에서, 탕(Tang)은 유기 발광 매체는 양극과 음극 사이에 놓인 2개의 유기층을 포함하는 이층구조의 유기 발광 다이오드를 개시하였다. 즉, 양극에 인접한 정공전달층은 정공전달물질을 함유하며 유기 발광 다이오드 장치 내에서 단지 정공(hole)만을 주로 발광층에 전달하는 기능을 갖는다. 이와 유사하게, 음극에 인접한 전자수송층은 전자전달물질을 함유하며 유기 발광 다이오드 장치 내에서 단지 전자만을 주로 전달하도록 선택된 이층구조의 유기 발광 다이오드 장치는 높은 발광 효율을 달성하여 상당부분 유기 발광 다이오드의 기술을 개선시켰다. 따라서 발광효율적인 면에서 정공주입층(hole injection layer)과 정공수송층(hole transporting layer) 같은 정공전달층, 전자수송층(electron transporting layer), 정공차단층(hole blocking layer) 등을 포함하는 다층 구조(multilayer system)를 이용하지 않으면 고효율 및 고휘도의 발광특성을 기대하기는 불가능하다.
유기 발광 다이오드 장치를 실용화하기 위해서는 위의 다층 구조로 소자를 구성하고 있는데, 이는 전기적으로 원활한 흐름을 주기 위해서이다. 왜냐하면 전압을 걸어주었을 때 소자 내에서의 전기적 전위차의 장벽을 낮게 함으로써 안정적인 흐름을 주어 높은 효율을 얻을 수 있기 때문이다.
기존에 사용되고 있는 정공전달 물질의 대표적인 예로는 하기 화학식 1의 CuPC[구리 프탈로시아닌], 하기 화학식 2의 m-MTDATA[4,4',4"-트리스(N-3-메틸페닐-N-페닐 아미노)-트리페닐아민], 하기 화학식 3의 2-TNATA[4,4',4"-트리스(N-(나프틸렌-2-일)-N-페닐아미노)-트리페닐아민] 등이 있다.
[화학식 1] [화학식 2]
Figure 112007009373496-PAT00002
Figure 112007009373496-PAT00003
[화학식 3]
Figure 112007009373496-PAT00004
그러나, 상기 CuPC는 금속착화합물이므로 ITO 기판과의 접착성이 우수하고 가장 안정하기 때문에 널리 사용되지만 가시광선 영역에서 흡수가 일어나므로 총 천연색을 구현하는 것이 어렵고, 상기 m-MTDATA나 2-TNATA 역시 연구적으로 기존에 많이 사용되었으나 대량화 하는 과정에서 문제점이 많이 발생하기 때문에 역시 총 천연색 을 구현하는 데는 문제점이 있다.
상기와 같이 종래의 유기 발광 다이오드에 사용되는 정공전달물질은 여전히 많은 문제점을 내포하고 있으며, 우수한 물적 특성을 가지는 성능 개량이 요구되고 있다. 따라서 유기 발광 다이오드의 발광효율을 향상시킬 수 있는 우수한 재료에 대한 개발이 절실히 요구된다.
상기와 같이 종래의 유기 발광 다이오드에 사용되는 정공전달물질은 여전히 많은 문제점을 내포하고 있으며, 우수한 물적 특성을 가지는 성능 개량이 요구되고 있다. 따라서 유기 발광 다이오드의 발광효율을 향상시키고, 높은 열안정성과 높은 유리전이온도를 갖는 우수한 재료에 대한 개발이 절실히 요구된다.
본 발명은 종래의 상기와 같은 문제점들을 해결하고자 본 발명가들이 예의 연구를 거듭하여 얻은 결과로서, 신규 유기 발광 다이오드용 재료를 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 다른 목적은 유기 발광 다이오드의 발광 효율을 향상시키고 소자의 수명을 증가시킬 수 있는 우수한 유기 발광 다이오드용 유기 전계발광 재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 높은 발광 효율을 나타내는 유기 발광 다이오드를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 연장된 수명을 갖는 유기 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명은 유기 발광 다이오드에서 정공전달물질 또는 유기 전계 발광 재료로 유용한 하기 화학식 Ⅰ로 표시되는 테트라아자사이클로판 유도체로써, 이들 화합물은 우수한 정공 주입, 수송 능력을 갖고 있으므로 이를 유기 전계 발광 재료로 사용하여 유기 발광 다이오드를 제작하면 발광 효율을 높이고 소자의 수명을 증가 시킬 수 있는 것이다.
[화학식 Ⅰ]
Figure 112007009373496-PAT00005
(상기 화학식 I에서, R1 과 R2는 각각 치환되거나 비치환된 1 내지 6개의 알킬 그룹, 치환되거나 치환되지 않은 알릴 그룹, 치환되거나 치환되지 않은 아르알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 헤테로사이클릭 그룹이고, 상기 R1 과 R2 는 동일하거나 상이한 것이다.)
본 발명에 따른 높은 발광 효율과 긴 수명의 유기 발광 다이오드를 가능하게 하는 테트라아자사이클로판 유도체 화합물을 제조하는 과정을 이하에서 설명하기로 한다.
상기 화학식 Ⅰ를 제조하는 방법은 하기 단계로 이루어진다.
본 발명자들은 하기의 반응식 1과 같은 합성 경로로 화학식 Ⅰ의 일반 구조식을 갖는 화합물을 제조할 수 있었다.
[반응식 1]
Figure 112007009373496-PAT00006
상기 반응식 1에서, R1 과 R2 는 각각 치환되거나 비치환된 1 내지 6개의 알킬 그룹, 치환되거나 치환되지 않은 알릴 그룹, 치환되거나 치환되지 않은 아르알킬 그 룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 헤테로사이클릭 그룹이고, 상기 R1 과 R2 는 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, X1 내지 X4 는 이탈기로 바람직하게는 할로겐 원자이다.
먼저, Org . Lett . 1(13), 2057를 참조로 하여, 디할로겐벤젠에 아민화 반응을 통하여 Ⅰ-A, Ⅰ-B로 표시되는 디아미노 화합물을 제조하였고, 이를 1,3-디할로겐벤젠과의 아민화 반응을 통하여 최종적으로 본 발명에 따른 화학식 Ⅰ로 표시되는 테트라아자사이클로판 유도체의 유기 발광 다이오드 재료를 제조하였다. 본 제조과정에서 Ⅰ-A, Ⅰ-B를 합성하는 단계와 최종적으로 화합식 Ⅰ을 합성하는 단계에 사용되는 아민화 반응의 조건은 크게 두 가지 방법이 있다.
첫 번째 방법은 구리 촉매를 이용한 울만반응(Ullnamm reaction)으로, 특별히 제한되지는 않지만 반응에 사용되는 구리 촉매는 구리 분말이나 황산구리(CuSO4)가 적당하고 반응 염기는 포타시움 카보네이트나 소디움 카보네이트가 가장 적당하며, 반응 용매는 사용하지 않거나 고온의 끓는점을 가진 N,N-디메틸설폭사이드, 나이트로벤젠 또는 데칼린을 사용한다. 때로는 반응을 좀 더 원활히 수행하기 위하여 크라운 에테르나 폴리(에틸렌 글리콜)을 사용하기도 한다.
두 번째 방법은 팔라디움 촉매를 이용한 방법으로, 적당한 반응 용매 하에서 팔라 디움 촉매, 포스핀 촉매 및 염기를 사용하여 아민화 반응을 수행하는 것으로 반응에 사용되는 팔라디움 촉매는 특별히 제한되지는 않지만 주로 팔라디움 아세테이트나 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라디움(0)을 사용하고 포스핀 촉매도 특별히 제한되지는 않고 트리-(o-톨릴)포스핀, 2,2'-비스(디페닐포스피노)-1,1'-비나프틸, 트리-(n-부틸)포스핀 또는 트리-(t-부틸)포스핀 등을 사용한다. 반응 염기는 소디움 t-부톡시드 또는 포타시움 t-부톡시드 등의 금속 알콕시드류를 사용한다. 반응용매는 특별히 제한되지 않고 사용되는 시약에 대하여 반응성이 없고 반응을 원활히 진행될 수 있을 정도의 용해도를 가지고 있으면 된다. 구체적인 예로는 벤젠, 톨루엔, 자일렌, N,N-디메틸포름아마이드, N,N-디메틸설폭사이드 등이 있다. 상기 반응에 사용되는 시약이나 반응 용매는 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같은 방법으로 제조하여 최종적으로 높은 발광 효율과 긴 수명의 유기 발광 다이오드를 가능하게 하는 유기 전계발광 물질의 구체적인 테트라아자사이클로판 유도체의 예는 하기 화합식 4 내지 화학식 31의 화합물이 있다.
[화학식 4] [화학식 5] [화학식 6]
Figure 112007009373496-PAT00007
Figure 112007009373496-PAT00008
Figure 112007009373496-PAT00009
[화학식 7] [화학식 8] [화학식 9]
Figure 112007009373496-PAT00010
Figure 112007009373496-PAT00011
Figure 112007009373496-PAT00012
[화학식 10]
Figure 112007009373496-PAT00013
[화학식 11] [화학식 12] [화학식 13]
Figure 112007009373496-PAT00014
Figure 112007009373496-PAT00015
Figure 112007009373496-PAT00016
[화학식 14] [화학식 15] [화학식 16]
Figure 112007009373496-PAT00017
Figure 112007009373496-PAT00018
Figure 112007009373496-PAT00019
[화학식 17] [화학식 18] [화학식 19]
Figure 112007009373496-PAT00020
Figure 112007009373496-PAT00021
Figure 112007009373496-PAT00022
[화학식 20] [화학식 21] [화학식 22]
Figure 112007009373496-PAT00023
Figure 112007009373496-PAT00024
Figure 112007009373496-PAT00025
[화학식 23] [화학식 24] [화학식 25]
Figure 112007009373496-PAT00026
Figure 112007009373496-PAT00027
Figure 112007009373496-PAT00028
[화학식 26] [화학식 27] [화학식 28]
Figure 112007009373496-PAT00029
Figure 112007009373496-PAT00030
Figure 112007009373496-PAT00031
[화학식 29] [화학식 30] [화학식 31]
Figure 112007009373496-PAT00032
Figure 112007009373496-PAT00033
Figure 112007009373496-PAT00034
본 발명의 상기 화학식 Ⅰ로 표시되는 테트라아자사이클로판 유도체 화합물은 상기와 같은 방법으로 제조가 가능하며, 이를 유기 발광 다이오드의 유기 전계발광 물질로 사용하면 고 발광 효율을 얻을 수 있는 소자를 제작할 수 있다. 또한 상기 화학식 Ⅰ로 표시되는 화합물은 발광층에 사용되는 발광 재료의 발광색상 즉, 청색, 녹색 또는 적색에 관계없이 모두 정공전달물질로 사용이 가능하므로 총 천연색의 표시장치를 제작하는데 효과적으로 사용되어 고성능의 총 천연색 표시장치 제작을 가능하게 한다.
상기와 같은 방법으로 합성된 본 발명의 상기 화학식 Ⅰ로 표시되는 테트라아자사이클로판 유도체 화합물은 고순도를 요구하는 유기 발광 다이오드의 특성상 재결정과 승화법을 이용하여 정제를 실시하였다. 합성에 대한 자세한 설명은 아래의 합성예에서 기술하였다. 이러한 정제과정을 거쳐 제조된 본 발명에 따른 화합물의 물성 및 광화학적 특성을 측정하였고, 그 중 대표적으로 화학식 4, 화학식 5에 대 한 광화학적 특성 결과를 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 화학식 4와 5의 광화학적 특성을 확인하기 위하여 상기 화학식4와 화학식 5의 화합물에 대해 각각의 UV 최대 흡수 파장(λmax)을 측정한 결과가 각각 321nm, 360nm이었고, 이 최대 흡수파장을 여기파장으로 하여, 상기 화학식 4, 화학식 5의 화합물 각각에 대해 광 발광(PL) 스펙트럼을 측정하였고, 각각의 최대피크는 407nm, 488nm에서 측정되었다. 도 1에서는 상기 화학식 4의 화합물에 대한 UV/Vis. 및 형광 스펙트럼 측정 결과를, 도 2에서는 상기 화학식 5의 화합물에 대한 결과를 나타내었으며, 이로부터 본 발명에 따른 상기 화합물은 청색 내지 청록색으로 발광을 하고 있음을 알 수 있다.
한편, 위와 같은 본 발명에 따른 유기 전계발광 재료을 이용하여 아래의 실시예와 같은 방법으로 유기 발광 다이오드를 제작하였고, 이렇게 제작된 본 발명의 바람직한 하나의 예로써 유기 발광 다이오드의 구조는 도 3에 나타난 바와 같다. 즉, 투명기판 위에 음극과 양극이 존재하고, 상기 음극과 양극 사이에 발광층, 정공수송층, 정공주입층이 적층될 수 있으며, 본 발명에 따른 화학식 4 또는 5는 상기 발광층, 정공수송층 또는 정공주입층의 재료로 사용될 수 있는 것이다.
더불어서, 상술한 정제과정 및 제조방법을 거쳐서 본 발명에 따른 화합물로 제작된 유기 발광 다이오드의 물성 및 전기 발광 특성을 측정하였고, 이를 종래 기술로써 2-TNATA를 사용한 소자의 발광 특성과 비교하였다. 본 발명에 따른 화합물을 정공전달물질로 사용한 경우, 증착 두께에 관계없이 비교물질인 2-TNATA보다 전류 밀도, 휘도 그리고 발광 효율 등의 면에서 아주 우수한 발광 특성을 나타내었다. 구체적으로, 도 4의 전류밀도 스펙트럼(I-V)과 도 5의 전기발광(EL) 스펙트럼에 나타난 바와 같이 본 발명에 따라 화학식 4(실시예 3), 화학식 5(실시예 4)의 화합물에 의한 I-V와 EL 피크는 종래기술에 따른 2-TNATA(비교예 1)보다 높은 강도를 보이고 있다.
이하, 본 발명을 합성예, 실시예와 비교예를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 합성예, 실시예와 비교예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 합성예와 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
[ 실시예 1: 화학식 4의 제조]
본 실시예에서는 화학식 4와 같은 테트라아자사이클로판 유도체를 제조하고자, 먼저 N,N-디페닐-벤젠-1,4-디아민을 합성한 뒤(합성예 1-1), 이를 이용하여 화학식 4와 같은 테트라아자사이클로판 유도체를 제조하였다(합성예 1-2).
[ 합성예 1-1: N,N- 디페닐 -벤젠-1,4- 디아민의 합성]
500-ml, 3구 둥근바닥플라스크를 완전히 건조시킨 후 질소분위기 하에서 1,4-브로모클로로벤젠 100.0g(522mmol)을 투입하고 무수 톨루엔 500ml로 용해시켰다. 이 용액에 아닐린 116.75g(1.25mol), 트리(t-부틸)포스핀 4.23g (20.9mmol), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라디움(0) 9.57g(10.4mmol) 및 소디움 t-부톡시드 120.5g(1.25mol)을 투입하였다. 이 혼합액을 4시간 동안 환류 시키고 실온으로 냉각한 다음 교반하는 메탄올 5000ml 붓는다. 생성된 고체를 여과하고 메탄올로 세척하여 생성물을 얻었다. 진공건조 하여 목적화합물 57g(수율 42%)을 얻었다.
1H NMR (DMSO-d6): δ 7.90(s, 2H), 7.17(t, J = 8.1Hz, 4H), 7.03(s, 4H), 6.95(d, J = 7.7Hz, 4H), 6.71(t, J = 7.3Hz, 2H).
[ 합성예 1-2: 화학식 4와 같은 테트라아자사이클로판 유도체의 제조]
500-ml, 3구 둥근바닥플라스크를 완전히 건조시킨 후 질소분위기 하에서, 상기 합성예 1-1로 준비된 N,N-디페닐-벤젠-1,4-디아민 50.0g(192mmol)을 투입하고 무수 톨루엔 150ml로 용해시켰다. 이 용액에 1,3-디브로모벤젠 45.3g(192mmol), 트리(t-부틸)포스핀 1.55g(7.7mmol), 팔라디움 아세테이트 2.16g(9.6mmol) 및 소디움 t-부톡시드 44.3g(461mmol)을 투입하였다. 이 혼합액을 3시간 동안 환류 시키고 실온으로 냉각한 다음 아세톤 300ml를 넣고 충분히 교반시킨 후 메탄올 1500ml에 붓는다. 생성된 고체를 여과하고 메탄올로 세척하여 생성물을 얻었다. 진공 건조하여 목적화합물 45.9g(수율 71.5%)을 얻었다.
1H NMR (DMSO-d6): δ 7.33(t, J = 7.9Hz, 8H), 7.13(d, J = 7.9Hz, 8H), 7.03~7.07(m, 6H), 6.87(s, 8H), 6.52(d, J = 8.1Hz, 4H), 6.18(s, 2H).
MALDI-TOF mass(M+H+) : C48H36N4: 668.97(669.29)
UV(λmax) : 321nm PL : 407nm 녹는점(mp) : 375℃
[ 실시예 2: 화학식 5의 제조]
본 실시예에서는 화학식 5와 같은 테트라아자사이클로판 유도체를 제조하고자, 먼저 N,N-디(1-나프틸)-벤젠-1,4-디아민을 합성한 뒤(합성예 2-1), 이를 이용하여 화학식 5와 같은 테트라아자사이클로판 유도체를 제조하였다(합성예 2-2).
[ 합성예 2-1: N,N-디(1- 나프틸 )-벤젠-1,4- 디아민의 합성]
500-ml, 3구 둥근바닥플라스크를 완전히 건조시킨 후 질소분위기 하에서 1,4-디브로모벤젠 30.0g(127mmol)을 투입하고 무수 톨루엔 150ml로 용해시켰다. 이 용액에 1-나프틸아민 38.24g(267mmol), 트리(t-부틸)포스핀 1.03g(5.09mmol), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라디움(0) 2.33g(2.54mmol) 및 소디움 t-부톡시드 29.33g(305mmol)을 투입하였다. 이 혼합액을 3시간 동안 환류 시키고 실온으로 냉각한 다음 메탄올 1500ml에 붓는다. 생성된 고체를 여과하고 메탄올로 세척하여 생성물을 얻었다. 진공건조 하여 목적화합물 33.8g(수율 74%)을 얻었다.
1H NMR (DMSO-d6): δ 8.25(d, J = 8.9Hz, 2H), 8.04(s, 2H), 7.85(d, J = 9.2Hz, 2H), 7.46~7.52(m, 4H), 7.38(d, J = 8.0Hz, 2H), 7.32(t, J = 8.0Hz, 2H), 7.14(d, J = 7.4Hz, 2H), 7.11(s, 4H).
[ 합성예 2-2: 화학식 5와 같은 테트라아자사이클로판 유도체의 제조]
500-ml, 3구 둥근바닥플라스크를 완전히 건조시킨 후 질소분위기 하에서 상기 합성예 2-2에 의해 준비된 N,N-디(1-나프틸)-벤젠-1,4-디아민 15.0g(41.6mmol)을 투입하고 무수 톨루엔 45ml로 용해시켰다. 이 용액에 1,3-디브로모벤젠 9.82g(41.6mmol), 트리(t-부틸)포스핀 0.34g(1.7mmol), 팔라디움 아세테이트 0.47g(2.1mmol) 및 소디움 t-부톡시드 9.60g(99.9mmol)을 투입하였다. 이 혼합액을 2시간 동안 환류 시키고 실온으로 냉각한 다음 메탄올 300ml에 붓는다. 생성된 고체를 여과하고 메탄올로 세척하여 생성물을 얻었다. 진공 건조하여 목적화합물 16.0g(수율 88.8%)을 얻었다.
1H NMR (DMSO-d6): δ 7.93~7.97(m, 8H), 7.82~7.85(m, 4H), 7.41~7.55(m, 16H), 6.96~7.34(m, 6H), 6.68~6.83(m, 6H), 5.74~5.90(m, 4H)
MALDI-TOF mass(M+H+) : C74H48N4: 868.46(869.36)
UV(λmax) : 360nm PL : 488nm 녹는점(mp) : 418℃
[ 실시예 3: 화학식 4을 이용한 유기 발광 다이오드 제작]
25mm × 75mm × 1.1mm 크기의 유리 기판 상에 막 두께가 750Å 인 인듐 주석 산화물(ITO)의 투명성 양극을 형성시켰다. 상기 유리 기판을 진공 증착장치에 넣어 약 10-7torr로 감압하였다. 이어서 본 발명에 따라 상기 화학식 4와 같은 테트라아자사이클로판 유도체를 두께가 600Å이 되도록 증착시켜 정공주입층을 형성시켰다. 이어서 하기 화학식 32의 NPB[N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐벤지딘]를 두께가 200Å이 되도록 증착시켜 정공수송층을 형성하였다. 하기 화학식 33의 Alq3[트리스(8-히드록시퀴놀린) 알루미늄(III)]를 두께가 500Å이 되도록 증착시켜 발광층을 형성하였다. 최종적으로 알루미늄과 리튬을 동시에 증착시켜 1000Å의 두께를 갖는 음극을 형성시켰다. 상기와 같이 제작된 유기 발광 다이오드에 0 ~ 17V의 전압을 인가하여 발광시험을 실시하였다. 즉, 각각의 전압에서 전류밀도, 휘도, 발광효율, EL 피크 그리고 최고휘도를 측정하였다. 10V 인가전압에서, 전류밀도는 6.10mA/cm2, 휘도는 149.9cd/m2, 최고휘도는 17790cd/m2, 발광효율은 2.82cd/A, 0.68lm/W이었다.
[화학식 32] [화학식 33]
Figure 112007009373496-PAT00035
Figure 112007009373496-PAT00036
[ 실시예 4: 화학식 5을 이용한 유기 발광 다이오드 제작]
본 실시예 4에서는 상기 실시예 3에서 화학식 4 대신 화학식 5에 따른 테트라아자사이클로판 유도체를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 유기 발광 다이오드를 제작하고 평가하였다. 10V 인가전압에서, 전류밀도는 7.78mA/cm2, 휘도는 243.1cd/m2, 최고휘도는 9056cd/m2, 발광효율은 3.33cd/A, 1.13lm/W이었다.
[ 비교예 1: 화학식 3(2- TNATA )을 이용한 유기 발광 다이오드 제작]
본 비교예 1에서는 상기 실시예 3에서 화학식 4 대신 종래에 널리 알려진 2-TNATA(하기의 화학식 3)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 유기 발광 다이오드를 제작하고 평가하였다. 10V 인가전압에서, 전류밀도는 1.42A/cm2, 휘도는 21.1cd/m2, 최고휘도는 15780cd/m2, 발광효율은 1.49cd/A, 0.47lm/W이었다.
[화학식 3]
Figure 112007009373496-PAT00037
상술한 실시예 3과 실시예 4에 따른 발광 시험 결과를 정리하면, 하기의 표 1에 정리된 바와 같다.
[표 1: 발광 시험 결과]
전압(V) 전류밀도(mA/m2) 휘도(cd/m2) 최고휘도(cd/m2) 효율(cd/A) 효율(lm/W)
실시예 3 10 6.10 149.9 17790 2.82 0.68
실시예 4 10 7.78 243.1 9056 3.33 1.13
비교예 1 10 1.42 21.1 15780 1.49 0.47
즉, 상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 화학식 4 또는 5의 테트라아자사이클로판 유도체를 사용하여 유기 발광 다이오드를 제작하고 발광특성을 평가한 결과, 기존의 정공전달물질인 화학식 3의 2-TNATA보다 전류 밀도, 휘도 그리고 발광 효율 등의 면에서 아주 우수한 발광 특성을 보이고 있음을 확인할 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진에게 명백한 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 화학식 I로 표시되는 테트라아자사이클로판 유도체를 유기 전계 발광 재료 특히 정공주입층으로 사용하여 유기 발광 다이오 드를 제작하면, 기존의 유기 발광 다이오드의 가장 큰 단점인 발광 휘도와 발광 효율이 낮은 문제를 동시에 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 고성능의 유기 발광 다이오드의 제작이 가능하여 고효율, 고휘도 및 장수명이 요구되는 총천연색의 유기 발광 다이오드의 상용화에 크게 기여할 수 있다.

Claims (4)

  1. 유기 발광 다이오드(OLED)의 유기 전계발광 재료로 사용되는 것을 특징으로 하는 하기 화학식 Ⅰ로 표시되는 테트라아자사이클로판 유도체.
    [화학식 I]
    Figure 112007009373496-PAT00038
    (상기 화학식 I에서, R1 과 R2는 각각 치환되거나 비치환된 1 내지 6개의 알킬 그룹, 치환되거나 치환되지 않은 알릴 그룹, 치환되거나 치환되지 않은 아르알킬 그룹 또는 치환되거나 치환되지 않은 헤테로사이클릭 그룹이고, 상기 R1 과 R2 는 동일하거나 상이한 것이다.)
  2. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 Ⅰ는 R1 과 R2 가 동일하고, 하기의 화학식 4 내지 10 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 테트라아자사이클로판 유도체.
    [화학식 4] [화학식 5] [화학식 6]
    Figure 112007009373496-PAT00039
    Figure 112007009373496-PAT00040
    Figure 112007009373496-PAT00041
    [화학식 7] [화학식 8] [화학식 9]
    Figure 112007009373496-PAT00042
    Figure 112007009373496-PAT00043
    Figure 112007009373496-PAT00044
    [화학식 10]
    Figure 112007009373496-PAT00045
  3. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 Ⅰ는 R1 과 R2 가 상이하고, 하기의 화학식 11 내지 31 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 테트라아자사이클로판 유도체.
    [화학식 11] [화학식 12] [화학식 13]
    Figure 112007009373496-PAT00046
    Figure 112007009373496-PAT00047
    Figure 112007009373496-PAT00048
    [화학식 14] [화학식 15] [화학식 16]
    Figure 112007009373496-PAT00049
    Figure 112007009373496-PAT00050
    Figure 112007009373496-PAT00051
    [화학식 17] [화학식 18] [화학식 19]
    Figure 112007009373496-PAT00052
    Figure 112007009373496-PAT00053
    Figure 112007009373496-PAT00054
    [화학식 20] [화학식 21] [화학식 22]
    Figure 112007009373496-PAT00055
    Figure 112007009373496-PAT00056
    Figure 112007009373496-PAT00057
    [화학식 23] [화학식 24] [화학식 25]
    Figure 112007009373496-PAT00058
    Figure 112007009373496-PAT00059
    Figure 112007009373496-PAT00060
    [화학식 26] [화학식 27] [화학식 28]
    Figure 112007009373496-PAT00061
    Figure 112007009373496-PAT00062
    Figure 112007009373496-PAT00063
    [화학식 29] [화학식 30] [화학식 31]
    Figure 112007009373496-PAT00064
    Figure 112007009373496-PAT00065
    Figure 112007009373496-PAT00066
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 테트라아자사이클로판 유도체가 유기 전계발광 재료로 이용되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 다이오드.
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