KR20090059525A - 카바졸 피리딘과 페닐 유도체를 주 리간드로 갖는 이리듐계착화합물 및 이를 포함하는 유기전계발광소자 - Google Patents

카바졸 피리딘과 페닐 유도체를 주 리간드로 갖는 이리듐계착화합물 및 이를 포함하는 유기전계발광소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주리간드(main ligand)로서 카바졸기가 도입된 피리딘 유도체 및 다양한 치환기가 도입된 페닐 유도체가 도입된 하기 화학식 1의 신규한 이리듐 착화합물 및 상기 이리듐 착화합물을 발광층의 도판트로 포함하는 인광용 유기전계발광소자에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112007088004258-PAT00001
본 발명에 따른 이리듐 착화합물을 유기전계발광소자에 적용시 내열 및 발광 특성이 크게 개선될 뿐 아니라, 상기 이리듐 착화합물을 발광층에 도핑시킴으로써 발광 효율 등이 종래와 비교하여 크게 향상된 소자를 얻을 수 있다.
이리듐 착화합물(Iridium Complex), 삼중항(triplet), 카바졸 피리딘(carbazole-substituted pyridine), 리간드(Ligand), 인광(Phosphorescence), 유기전계발광소자 (OLED)

Description

카바졸 피리딘과 페닐 유도체를 주 리간드로 갖는 이리듐계 착화합물 및 이를 포함하는 유기전계발광소자{Iridium Complex Containing Carbazole-Substituted Pyridine and Phenyl Derivatives as Main Ligand and Organic Light-Emitting Diodes Containing The Same}
본 발명은 인광 특성을 갖는 신규한 이리듐 착화합물 및 이를 포함하는 유기전계발광소자에 관한 것이다.
최근에 디스플레이 장치의 대형화에 따라 액정표시장치(liquid crystal display, LCD), 플라즈마디스플레이패널(plasma display panel, PDP) 등의 평면표시장치의 요구가 증가하고 있다. 이들 평면표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube, 브라운관)와 비교하여 응답속도가 느리고 시야각의 제한이 있어서, 다른 표시장치에 대한 연구가 진행되고 있는데, 그 중의 하나가 전계발광소자이다.
종래 전계발광소자로는 무기계 전계발광소자가 주로 사용되었으나, 무기계 전계발광소자의 경우 구동전압이 교류 220V 이상이 요구되고, 소자가 진공상태에서 제작되기 때문에 대형화가 어렵다.
이런 문제점으로 인하여 유기물질을 이용한 유기전계발광소자(Organic Light-Emitting Diode, OLED)에 대한 연구가 진행되고 있다. 유기전계발광소자는 스스로 발광하는 유기물질을 이용한 디스플레이로서, 유기물질에 전기장을 걸어주면 전자(electron) 및 정공(hole)이 각각 음극 및 양극에서 전달되어 유기물질 내에서 결합하고, 이때 생성되는 에너지가 빛으로 방출되는 유기물 전기발광을 이용한다.
이와 같은 유기전계발광소자에서 빛이 방출되는 현상은 크게 형광(fluorescence)과 인광(phosphorescence)으로 구분될 수 있는데, 형광이 유기 분자가 단일항(single) 여기상태로부터 바닥상태로 떨어질 때 빛을 방출하는 현상이라면 인광은 유기분자가 삼중항(triplet) 여기상태로부터 바닥상태로 떨어질 때 빛을 방출하는 현상이다.
그런데, 유기전계발광소자를 구성하는 유기 발광층에 주입된 전자와 정공은 재결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고 이 엑시톤의 전기에너지가 빛에너지로 전환되는 과정에서 발광층의 에너지 밴드 갭에 해당하는 색상의 빛을 구현한다. 이 과정에서 스핀이 0인 단일항 엑시톤(singlet exciton)과 스핀이 1인 삼중항 엑시톤(triplet exciton)이 1:3의 비율로 생성된다. 따라서 일반적으로 형광색소를 도핑한 유기전계발광소자의 경우 최대 내부 양자 효율은 25%로 제한된다. 그런데 스핀-궤도 결합(spin-orbital coupling)이 크면 단일항 형태와 삼중항 상태가 혼합되어 단일항-삼중할 상태 사이에서 계간전이(inter-system crossing)가 일어나므로 삼중항 엑시톤도 바닥상태로 인광을 내며 전이를 할 수 있다. 결국 삼중항 엑시톤을 모두 빛을 내는데 활용할 수 있으면 유기전계발광소자의 내부 양자효율은 이론 적으로 100%까지 향상시킬 수 있다.
이와 같이 유기전계발광소자의 발광 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 인광용 유기전계발광소자(electrophosphorescence) 소자는 1999년 미국 프린스턴 대학의 S.R. Forrest 교수와 USC의 M.E. Thompson 교수팀에 의하여 개발되었는데, 백금(Pt), 이리듐(Ir), 유로피움(Eu), 터븀(Tb) 등과 같은 무거운 원자의 착화합물이 인광 효율이 높은 것으로 알려져 있다. 백금 착화합물의 경우 가장 낮은 삼중항 엑시톤이 리간드에 중심을 두고 있는 ligand-centered 엑시톤(LC 엑시톤)이지만, 이리듐 착화합물은 가장 낮은 에너지를 갖는 삼중항 엑시톤이 중심금속-리간드 사이의 전하전달 상태(metal-ligand charge transfer, MLCT)이다. 따라서 이리듐 착화합물은 백금 착화합물과 비교하여 더 큰 스핀-궤도 결합을 형성하여 훨씬 짧은 삼중항 엑시톤 수명을 가지고 높은 인광 효율을 나타낸다.
녹색과 적색 빛을 내는 인광용 유기전계발광소자는 개발되어 있으나 현재까지 발광 효율, 색좌표 및 수명이 모두 우수한 청색의 인광용 유기전계발광소자는 아직 개발되어 있지 않다. 일례로 최근 Flrpic(Iridium (Ⅲ) bis[2,2'(4'-difluorophenyl)-pyridinato-N,C2'] picolinate)이라는 물질이 개발된 바 있으나 아직까지 색순도 면에서 완전한 청색 발광 물질이라고 보기에는 무리가 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 인광 재료보다 우수한 열적 특성과 용매에 대한 용해도 및 발광효율이 향상된 신규한 이리듐 착화합물을 제공하는 것이며, 또한 본 발명의 또 다른 목적은 상기 신규한 이리듐 착화합물을 포함하는 유기전계발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 내열성 및 발광효율이 우수하여 OLED용 핵심재로로 사용이 가능한 이리듐 화합물로, 하기 화학식 1로 표시되는 이리듐 착화합물 및 이를 포함하는 유기전계발광소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 이리듐 착화합물은 카바졸이 치환된 피리딘 유도체 및 다양한 치환기가 도입된 페닐 유도체가 주리간드로 도입되어 있는 이리듐 착화합물인 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure 112007088004258-PAT00002
[상기 식에서, L은 유기리간드이며;
R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소이거나 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분쇄의 포화 또는 불포화의 (C1-C20)알킬, (C3-C12)시클로알킬 또는 (C3-C12)시클로알킬(C1-C20)알킬이며;
X1는 수소, 할로겐, 시아노, 직쇄 또는 분쇄의 포화 또는 불포화의 (C1-C20)알킬, (C1-C20)알콕시, 트리(C1-C20)알킬실릴, 트리(C5-C20)아릴실릴, (C3-C12)시클로알킬 또는 (C5-C20)아릴이며, 상기 X1의 알킬, 알콕시 또는 아릴은 할로겐, (C1-C20)알킬실릴, (C5-C20)아릴실릴, 모노 또는 디(C1-C20)알킬아미노 또는 아미노로부터 선택되는 하나 이상이 더 치환될 수 있으며;
m은 1 내지 4의 정수이다.]
한편, 인광특성을 나타내는 이리듐 착화합물에 있어서 주리간드는 발광 색채를 결정하는 주요인자로서, 특히 리간드에 함유된 질소(N)의 전자밀도에 따라 발광특성이 변환될 수 있기 때문에 본 발명에 따른 상기 화학식 1의 이리듐 착화합물은 주리간드(main ligand)로서 카바졸기가 도입된 피리딘 유도체 및 전자끌게(electron withdrawing)[예 : 할로겐 또는 시아노] 또는 전자주게(electron donating)[예 : 알킬 또는 알콕시] 와 같이 다양한 치환기가 도입된 페닐 유도체가 도입되어 있으므로 발광색의 조절이 가능하다. 예를 들어 주리간드로 전자끌게(electron withdrawing) 치환기가 도입된 페닐 유도체에 의해서 페닐의 전자밀도가 감소하고, 카바졸기가 도입된 피리딘 유도체의 경우 그 구조에 포함된 질소의 전자밀도가 종래 개발된 이리듐 착화합물과 비교하여 크게 증가되기 때문에 기존의 녹색 발광 보다는 청색 발광을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 화학식 1의 이리듐 착화합물에 주리간드로 도입되는 다양한 치환기가 도입된 페닐 유도체와 카바졸기가 도입된 피리딘 유도체는 오르쏘(o-), 메타(m-) 및 파라(p-)의 다양한 위치에 도입될 수 있고, 이와 같이 다양한 작용기로의 치환으로 인하여 본 발명에 따른 상기 화학식 1의 이리듐 착화합물은 일반적으로 사용되는 유기용매에 상용될 수 있을 뿐만 아니라, 유기전계발광소자에 적용되는 경우 전극과의 계면 특성을 개선시킬 수 있다.
특히 피리딘에 도입되는 카바졸은 피리딘의 질소에 오르쏘(o-), 메타(m-) 및 파라(p-) 위치에 치환될 수 있고, 바람직하게는 피리딘의 질소에 파라 위치에 도입 된다. 또한, 페닐에 치환되는 치환기는 주로 오르쏘(o-) 와 파라(p-) 위치에 치환된다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1의 이리듐 착화합물은 주리간드(main ligand)로서 카바졸기가 도입된 피리딘 유도체 및 치환기가 도입된 페닐 유도체가 도입된 것 이외에 별도의 보조리간드(ancillary ligand)(L)가 도입된다. 보조리간드(L)는 이리듐 착화합물의 발광 특성에 있어서 미세한 색채를 조정하도록 선택되는데, 특히 본 발명에 따른 상기 화학식 1의 이리듐 착화합물이 보다 순수한 청색 발광을 나타낼 수 있도록 공액이중구조(conjugated structure)가 적게 형성되는 것이 바람직하고, 상기 화학식 1의 이리듐 착화합물의 보조리간드(L)로는 하기의 구조를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112007088004258-PAT00003
Figure 112007088004258-PAT00004
[상기 식에서, R21 내지 R23는 서로 독립적으로 수소, 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분쇄의 (C1-C10)알킬, (C1-C10)알킬이 치환되거나 치환되지 않은 페닐기 또는 할로겐이고; R24 내지 R26은 서로 독립적으로 수소, 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분쇄의 (C1-C10)알킬, (C1-C10)알킬실릴 또는 할로겐이며; R27은 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분쇄의 (C1-C10)알킬 또는 (C1-C10)알킬이 치환되거나 치환되지 않은 페닐기 또는 할로겐이고; x, y 및 z는 서로 독립적으로 1 내지 4의 정수이다.]
본 발명에 따른 유기발광화합물에 포함되는 보조리간드 L은 하기의 구조로 예시된다.
Figure 112007088004258-PAT00005
Figure 112007088004258-PAT00006
Figure 112007088004258-PAT00007
Figure 112007088004258-PAT00008
상기 화학식 1의 화합물을 구체적으로 예시하면, R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, t-부틸, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로프로필메틸 또는 시클로부틸에틸이며; X1는 수소, 플루오르(F), 클로로(Cl), 시아노, 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, t-부틸, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, t-부톡시, 트리플루오르메틸, 트리메틸실릴, 트리페닐실릴, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로헥실, 페닐, 나프틸, 안트릴, 아미노메틸, 아미노에틸 또는 아미노부틸이며; m은 1 또는 2의 정수인 화합물이다.
본 발명에 따른 이리듐 착화합물은 하기의 화합물로 예시될 수 있으나, 하기의 화합물이 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
Figure 112007088004258-PAT00009
Figure 112007088004258-PAT00010
Figure 112007088004258-PAT00011
Figure 112007088004258-PAT00012
Figure 112007088004258-PAT00013
Figure 112007088004258-PAT00014
한편, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 이리듐 착화합물의 제조에는 본 내용 에 기술되어 있는 방법 이외에도, 최종 물질의 구조가 같다면, 공지의 어떠한 방법을 사용하여도 무방하다. 즉, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 이리듐 착화합물의 제조를 위한 용매, 반응온도, 농도 또는 촉매 등을 특별히 한정할 필요는 없으며, 제조 수율에도 무방하다. 구체적으로 예를 들어 반응식 1에 대하여 설명하면 다음과 같다.
[반응식 1]
Figure 112007088004258-PAT00015
[상기 반응식에서, X는 할로겐이고; L, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, X1 및 m은 화학식 1에서의 정의와 동일하다.]
상기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 2,2‘-디브로모-디페닐과 할로겐아미노피리딘을 반응시켜 카바졸기가 치환된 피리딘 유도체를 합성한 후 다양한 치환기가 치환되어 있는 페닐보론산을 Na2CO3와 Pd(PPh3)4와 톨루엔, 물, 에탄올 용매하에서 스즈키 합성법으로 카바졸 피리딘-치환된 페닐 주리간드를 합성한다. 이어서 합성된 카바졸 피리딘-치환된 페닐 주리간드와 이리듐클로라이드 수화물(IrCl3·3H2O)의 혼합물을 적절한 용매에 용해시킨 뒤 혼합하여, 염소-가교화 이합체(chloride-bridged dimer)를 합성한다. 마지막으로 얻어진 염소-가교화 이합체에 보조리간드(L-H) 및 적절한 용매를 혼합하여 최종적으로 카바졸기로 치환된 피리딘 유도체와 다양한 치환기로 치환된 페닐 유도체가 주리간드로 도입된 이리듐 착화합물을 합성한다. 상기와 같은 방법을 통하여 합성된 이리듐 착화합물은 도 3 내지 도 13의 발광 특성 측정 결과에서 알 수 있는 것과 같이, 대략 480 nm에서 514 ㎚까지 최대 발광 피크를 조절할 수 있으며 청색에서 청녹색까지 발광 특성을 조절할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 이리듐 착화합물을 포함하는 유기전계발광소자를 제공한다. 상기 유기전계발광소자는 애노드로 기능하는 제 1전극과, 상기 제 1 전극과 대향적으로 형성되어 캐소드로 기능하는 제 2전극을 포함하며, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 본 발명에 따른 이리듐 착화합물을 포함하는 발광층이 적층되어 있는 단층 형태로 형성될 수 있다.
또한 상기 유기전계발광소자는 제 1 전극과 발광층 사이에 버퍼층을 포함하고, 상기 발광층과 제 2전극 사이에 전자전달층 및 전자주입층을 포함하는 다층 형태로 형성될 수도 있다. 이때 상기 버퍼층은 제 1 전극의 상부로 적층된 정공주입층과, 상기 정공주입층의 상부로 적층되는 정공전달층을 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 화학식 1의 이리듐 착화합물은 발광층에 포함된 다른 호스트 물질과 상호작용할 수 있는 도판트로 포함되며, 바람직하게는 발광층의 총량을 기준으로 3~20 중량%의 농도로 포함되고, 청색에서 청녹색까지의 발광을 어얻을 수 있으며, 이하 본 발명에 따른 이리듐 착화합물이 적용되는 유기전계발광소자에 대해 설명한다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따라 이리듐 착화합물이 적용될 수 있는 단층 형태의 유기전계발광소자(1000)를 개략적으로 도시한 것이다. 이와 같은 단층 형태의 유기전계발광소자(1000)는 기판(1100), 제 1 전극(1110), 발광층(1150) 및 제 2 전극(1180)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 상기 기판(1100)은 예를 들어 유기(glass) 또는 플라스틱과 같은 물질로 제조될 수 있다.
한편, 상기 제 1 전극(1110) 및 제 2 전극(1180)은 예를 들어 각각 애노드(anode)와 캐소드(cathode)로 기능하는 부분으로서, 제 1 전극(1110)은 제 2 전극(1180)의 일함수(work function)가 큰 물질을 사용한다. 특히, 본 발명과 관련해서 제 1 전극(1110)은 양전하 캐리어(positive-charged carrier)인 정공(hole)을 주입하는데 효과적인 물질로서 금속, 혼합금속, 합금, 금속산화물, 또는 혼합 금속 산화물 또는 전도성 고분자 일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 전극(1110)으로는 ITO(indium-tin oxide), FTO(Fluorine doped tin oxide), ZnO-Ga2O3, 또는 ZnO-Al2O3, SnO2-Sb2O3 등과 같은 혼합 금속산화물, 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티오펜(polythiophene) 등의 전도성 고분자 등의 물질이 사용될 수 있으며, 바람직한 실시예에 따르면 ITO이다.
이에 반하여, 제 2 전극(1180)은 음전하 캐리어(negative-charged carrier)인 전자(electron)를 주입하는데 효과적인 물질로서 금, 알루미늄, 구리, 은, 또는 이들의 합금; 칼슘/알루미늄 합금, 마그네슘/은 합금, 알루미늄/리튬 합금 등과 같이 알루미늄, 인듐, 칼슘, 바륨, 마그네슘 및 이들이 조합된 합금; 또는 경우에 따라서는 희토류, 란탄족(lanthanide), 악티늄족(actinide)에 속하는 금속에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄, 또는 알루미늄/칼슘 합금이다.
한편, 상기 제 1 전극(1110)과 제 2 전극(1180) 사이로 적층되는 발광층(1150)에서는 본 발명에 따른 화학식 1의 이리듐 착화합물이 도판트(dopant)로 사용된다. 이와 관련하여 상기 발광층(1150)에는 색순도 변화와 소광 현상과 같은 에너지 소실 과정을 억제하여 발광 효율을 증가시킬 수 있도록 발광 물질인 호스트(host)가 포함된다. 특히, 본 발명에 따른 화학식 1의 이리듐 착화합물의 경우에 거의 청색에서 청녹색까지의 발광색을 나타내므로, 발광층(1150)에 포함되는 호스트에서 발광하는 에너지가 도판트인 이리듐 착화합물로 잘 전이될 수 있도록 호스트를 선택할 수 있다. 본 발명에 따라 발광층(1150)에 포함되는 호스트로는 크게 형광 특성의 호스트와 인광 특성의 호스트를 모두 포함할 수 있으나, 바람직하게는 인광 특성을 갖는 호스트이다.
특히, 본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 인광 특성을 갖는 호스트로는 아릴아민계(aryl amine), 카바졸계, 스파이로(spiro)계를 포함한다. 구체적으로는 4,4-N,N-디카바졸-비페닐(4,4-N,N-dicarbazole-biphenyl, CBP), 1,3-비스(9-카바조일)벤젠(1,3-bis(9-carbazolyl)benzene, mCP), 폴리비닐카바졸 (poly(vinylcarbazole), PVK) 등의 물질을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 CBP 및 mCP를 사용할 수 있다.
바람직한 양태에 따르면, 발광층(1170)은 대략 5~200㎚, 바람직하게는 50~10㎚의 두께로 제 1 전극(1110)의 상부로 적층되는데, 본 발명에 따른 화학식 1의 이리듐 착화합물은 도판트로서 발광층(1170)에 대하여 3~20 중량%, 바람직하게는 5~10 중량%의 농도로 포함된다.
한편, 본 발명에 따른 화학식 1의 이리듐 착화합물은 상술한 단층 형태의 유기전계발광소자(1000)는 물론이고, 발광층과 전극 사이에 전자/정공 수송을 위한 별도의 층이 구비되어 있는 다층 형태의 유기전계발광소자에도 적용될 수 있는데, 도 2는 본 발명에 따라 합성된 이리듐 착화합물이 적용될 수 있는 다층 형태의 유기전계발광소자(2000)의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 유기전계발광소자(2000)는 기판(2100), 제 1 전극(2110), 정공주입층(hole injection layer, HIL, 2130) 및 정공전달층(hole transporting layer, HTL, 2140) 을 포함하는 버퍼층(2120), 발광층(2150), 전자전달층(electron transporting layer, ETL, 2160), 전자주입층(electron injection layer, EIL, 2170)), 제 2 전극(2180)이 순차적으로 적층된 형태를 갖는다.
상기와 같이 구성되는 다층 형태의 유기전계발광소자에 있어서, 제 1 전극(2110)과 발광층(2150) 사이에 적층되는 버퍼층(2120)은 제 1 전극(2110)으로 사용되는 물질과 발광층(2150) 사이의 계면 특성을 개선하거나 정공(hole)을 안정적으로 발광층(2150)으로 공급할 수 있도록 기능한다. 상기 버퍼층(2120)은 기능적으로 정공주입층(2130)과 정공전달층(2140)으로 구분될 수 있다.
이때, 버퍼층(2120)을 이루는 정공주입층(2130)은 제 1 전극(2110)으로 사용된 ITO 등의 물질과 정공전달층(2140)으로 사용되는 유기물질 사이의 계면 특성을 개선할 뿐만 아니라 그 표면이 평탄하지 않은 ITO의 상부에 도포되어 ITO의 표면을 부드럽게 만들어 줌으로써, 전도성 내지는 발광 효율을 향상시킬 수 있도록 기능한다. 특히 정공주입층(2130)은 제 1 전극(2110)으로 사용되는 ITO 등의 일함수 수준과 정공전달층(2140)의 HOMO 수준의 차이를 조절하기 위하여 ITO의 일함수 수준과 정공전달층(2140)의 HOMO 수준의 중간값을 가지는 물질로서, 특히 적절한 전도성을 갖는 물질을 선택한다. 본 발명과 관련하여 정공주입층(2120)을 이루는 물질로는 copper-phthlalocyanine(CuPc), N,N'-dinaphthyl-N,N'-phenyl-(1,1'-biphenyl)- 4,4'-diamine, NPD), α-NPD 등과 같은 방향족 아민류, 전도성 고분자로서의 폴리티오펜 유도체인 poly(3,4-ethylenedixoythiophene)-poly(styrene sulfonate)(PEDOT)를 사용할 수 있으며, 특히 본 발명의 실시예에서는 PEDOT를 사 용하였다. 정공주입층(2130)은 20~200Å의 두께로 제 1 전극(2110)의 상부에 코팅될 수 있다.
한편, 정공주입층(2130)의 상부에는 정공주입층(2130)을 통하여 들어온 정공을 안정적으로 발광층(2150)으로 공급할 수 있도록 정공전달층(2140)이 형성되는데, 정공이 원활하게 수송, 전달될 수 있도록 정공전달층(2140)의 HOMO 수준이 발광층(2150)의 HOMO 수준보다 높은 물질이 선택된다. 본 발명과 관련하여 정공전달층(2140)으로 사용될 수 있는 물질로는 N,N′-diphenyl-N,N′-(3-methylphenyl)-1,1′-biphenyl-4,4′-diamine(TPD), α-TPD 등의 정공 전달 물질이 사용될 수 있다. 정공수송층은 약 10~100 ㎚의 두께로 정공주입층(2130)의 상부로 증착될 수 있다.
실질적으로 정공주입층과 정공전달층에 사용되는 각각의 물질은 어느 하나의 기능을 갖기 보다는 양자의 기능을 모두 포함한다. 즉, 상기에서는 정공주입층으로 사용되는 물질은 정공의 전달 내지는 수송을 또한 향상시킬 뿐만 아니라, 정공전달층으로 사용되는 물질은 정공의 주입을 또한 향상시키는 것이라는 점에 유의하여야 할 것이다. 결국, 상기에서는 정공주입층과 정공전달층에 사용되는 물질이 구분될 수 있는 것으로 기술하였으나, 이와 같은 물질은 선택의 문제일 뿐이고, 전체적으로 이들 물질은 제 1 전극(2110)과 발광층(2150) 사이의 버퍼층(2120)에 포함되는 것이다.
한편, 본 발명에 따르면 발광층(2150)과 제 2 전극(2180) 사이로 정공주입층(2130) 및 정공전달층(2140)에 대응될 수 있는 전자주입층(2170) 및 전자전달 층(2160)이 형성된다. 전자주입층(2170)은 원활한 전자 주입을 유도하기 위한 것으로, 다른 전하 이동층과 달리 LiF, BaF2, CsF 등과 같이 알칼리 금속 또는 알칼리토류 금속 이온 형태가 사용되는데, 이들 금속 양이온에 의하여 전자전달층(2160)에 대한 도핑을 유도할 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 전자전달층(2160)은 주로 전자를 끌어당기는 화학 성분이 포함된 재료로 구성되는데, 이를 위해서는 높은 전자 이동도가 요구되며 원활한 전자 수송을 통하여 발광층(2150)으로 전자를 안정적으로 공급한다. 이때, 특히 너무 강한 전자받게(electron acceptor) 성분은 전자를 소멸(quenching)시킬 수 있으므로 적절한 전자받게 성분을 사용하여 전자 이동도를 향상시키는 것이 좋다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 전자전달층으로는 Alq3 및 옥사디아졸(oxadizole) 성분을 포함한다. 구체적으로는 Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(Alq3); 2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butyl)-1,3,4-oxadizole(PBD)와 같은 아졸 화합물 등을 포함한다. 본 발명의 실시예에서는 Alq3를 전자전달층(2160)으로 사용하였으며, 전자전달층(2160)은 5~150 ㎚의 두께로 발광층(2150)의 상부에 적층될 수 있다.
한편, 도면으로는 표시하지 않았으나, 정공주입층(2130) 및 정공전달층(2140)을 경유하여 유입된 정공이 발광층(2150)을 지나 제 2 전극(2180)으로 진행하는 경우에 소자의 수명과 효율에 감소를 가져올 수 있으므로, 상기 발광층(2150)과 전자전달층(2160) 사이에는 HOMO 수준이 매우 낮은 정공차단층(hole blocking layer, HBL)을 구성할 수 있다. 본 발명과 관련하여 정공차단층에 사용될 수 있는 물질로는 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(BCP)을 포함하며, 대략 5~150 ㎚의 두께로 발광층(2150)의 상부에 증착될 수 있다.
상술한 것과 같이 본 발명에 따라 합성된 이리듐 착화합물은 청색에서 청녹색 영역에 해당되는 다양한 파장을 나타내는데, 이와 같이 개선된 이리듐 착화합물을 발광층의 도판트로 적용한 전계발광소자는 도 3 내지 도 13에서와 같이 전기적 특성을 측정한 결과에서 알 수 있듯이 전기적 특성이 크게 개선되었을 뿐 아니라, 도 9와 도 10에서 알 수 있는 것과 같이 대략 480 nm에서 514 ㎚까지 최대 발광 피크를 조절할 수 있으며 청색에서 청녹색까지 발광 특성을 조절할 수 있음을 확인하였다.
본 발명에 따른 신규한 이리듐 착화합물은 카바졸이 치환된 피리딘 유도체 및 다양한 치환기가 치환된 페닐 유도체가 주리간드로 도입되어 있는 이리듐 착화합물인 것을 특징으로 하고, 기존에 알려진 이리듐계 발광 재료보다 특성이 더욱 우수한 골격의 화합물로, 기존 재료보다 우수한 EL 특성을 보이고 있다. 또한, 본 발명에 따른 신규한 이리듐 착화합물은 유기용매에 쉽게 용해될 수 있으므로 대면적의 발광 면적을 유지할 수 있다.
즉, 본 발명의 이리듐 착화합물은 주리간드로 카바졸이 치환된 피리딘 유도체 및 다양한 치환기가 치환된 페닐 유도체를 도입하고, 아세틸아세톤, 피콜리닉산 등의 다양한 보조리간드를 도입함으로써 종래 알려진 이리듐계 발광재료와 비교할 때 순수한 청색에서 청녹색의 발광색을 구현할 수 있으며, 따라서, 본 발명에 따른 이리듐 착화합물을 발광층의 도판트로 사용함으로써 청색에서부터 청녹색의 발광색을 조절할 수 있는 인광용 유기전계발광소자를 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 이리듐 착화합물은 주리간드로 카바졸이 치환된 피리딘 유도체 및 다양한 치환기가 치환된 페닐 유도체를 도입함으로써 일반적인 유기용매에 가용성이며 내열 특성이 향상될 뿐만 아니라 전극과의 계면 특성이 매우 우수하며 박막 특성과 발광효율이 크게 향상된 발광 재료로 사용될 수 있다.
이하에서, 본 발명을 실시예에 의거하여 본 발명에 따른 신규한 이리듐 착화합물의 제조방법을 예시한다. 그러나, 하기의 실시예들은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 여기에 국한되는 것은 아니다.
[ 제조예 1] 9-(2- 클로로 -피리딘-4-일)-9H- 카바졸의 제조
Figure 112007088004258-PAT00016
용량 100 ml one neck 둥근 바닥플라스크에 2,2’-디브로모-디페닐 (8.73 g, 27.99 mmol), 2-클로로-4-아미노피리딘 (3 g, 23.33 mmol)와 반응촉매인 Sodium tert-butoxide (5.38g, 55.99 mmol), tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0) (1.07 g, 1.17 mmol)을 혼합하였다. 액체 질소를 이용하여 상기 혼합물이 담겨진 플라스크의 가스를 제거하고 질소 하에서 정제된 톨루엔 (50 ml)를 가하고 상온에서 10분간 반응시켰다. 그런 다음 또 하나의 반응촉매인 Tris-tert-butylphosphine (9.49 g, 4.67 mmol)을 추가로 첨가하고, 반응 혼합물을 48시간 정도 환류 (110 ℃)시키고 반응 완결 여부를 TLC로 확인한 후 반응 혼합물을 실온으로 냉각, 디에틸에테르 (200 ml)와 소금물 (3 × 200 ml)을 이용하여 유기층을 씻어주었다. 무수 황산나트륨 (Na2SO4)으로 추출한 유기물 층에 남아있는 물을 제거하고 수분을 흡수한 황산나트륨을 여과한 뒤, 감압 하에서 용매를 제거하였다. 얻어진 잔유물을 flash column chromatography (eluent; EtOAc / Hexanen = 1:6, v/v)로 분리하여 고체의 9-(2-클로로-피리딘-4-일)-9H-카바졸을 얻었다. 수율 : 70.86 % (6.35 g)
[ 제조예 2] 9-[2-(4-플루오르- 페닐 )-피리딘-4-일]-9H- 카바졸의 제조
Figure 112007088004258-PAT00017
용량 100 ml one neck 둥근 바닥플라스크에 상기 제조예 1에서 얻어진 9-(2-클로로-피리딘-4-일)-9H-카바졸 (2 g, 7.18 mmol), 4-플루오르페닐보론산 (1.20 g, 8.61 mmol)를 넣고, 반응 촉매로 tetrakis(triphenylphosphinopalladium) (0.25 g, 0.22 mmol)을 혼합하였다. 시약이 담겨진 플라스크에 질소 하에서 정제된 톨루엔 (70 ml)를 가하고 액체 질소를 이용하여 상기 혼합물이 담겨진 플라스크의 가스를 제거 (2~3회) 하였다. 그런 다음 질소 하에서 2M sodium carbonate 수용액 (23 ml)과 에탄올 (4 ml)을 추가로 주사기를 이용해 추가로 첨가하였다. 여기서 sodium carbonate는 반응 중에 염기로 작용한다. 반응 혼합물을 12시간 동안 80 ℃로 가열시키고 반응 완결 여부를 TLC로 확인한 후 반응 혼합물을 실온으로 냉각, 디에틸에테르 (200 ml)와 소금물 (3 × 200 ml)을 이용하여 유기층을 씻어주었다. 무수 황산나트륨 (Na2SO4)으로 추출한 유기물 층에 남아있는 물을 제거하고 수분을 흡수한 황산나트륨을 여과한 뒤, 감압 하에서 용매를 제거하였다. 얻어진 잔유물을 flash column chromatography (eluent; EtOAc / Hexanen = 1:8, v/v)로 분리하여 고체의 9-[2-(4-플루오르-페닐)-피리딘-4-일]-9H-카바졸을 얻었다. 수율 : 90.61 % (2.2 g)
[ 제조예 3] 9-[2-(2,4- 디플루오르 - 페닐 )-피리딘-4-일]-9H- 카바졸의 제조
Figure 112007088004258-PAT00018
용량 100 ml one neck 둥근 바닥플라스크에 9-(2-클로로-피리딘-4-일)-9H-카바졸 (2 g, 7.18 mmol), 2,4-디플루오르-페닐보론산 (1.36 g, 8.61 mmol)를 넣고, 반응 촉매로 tetrakis(triphenylphosphinopalladium) (0.25 g, 0.22 mmol)을 넣는 다. 시약이 담겨진 플라스크에 질소 하에서 정제된 톨루엔 (70 ml)를 가하고 액체 질소를 이용하여 혼합물이 담겨진 플라스크의 가스를 제거 (2~3회) 하였다. 그런 다음 질소 하에서 2 M sodium carbonate 수용액 (23 ml)과 에탄올 (4 ml)을 추가로 주사기를 이용해 추가로 첨가하였다. 여기서 sodium carbonate는 반응 중에 염기로 작용한다. 반응 혼합물을 12시간동안 80 ℃로 가열시키고 반응 완결 여부를 TLC로 확인한 후 반응 혼합물을 실온으로 냉각, 디에틸에테르 (200 ml)와 소금물 (3 × 200 ml)을 이용하여 유기층을 씻어주었다. 무수 황산나트륨 (Na2SO4)으로 추출한 유기물 층에 남아있는 물을 제거하고 수분을 흡수한 황산나트륨을 여과한 뒤, 감압 하에서 용매를 제거하였다. 얻어진 잔유물을 flash column chromatography (eluent; EtOAc / Hexanen = 1:8, v/v)로 분리하여 고체의 9-[2-(2,4-디플루오르-페닐)-피리딘-4-일]-9H-카바졸을 얻었다. 수율 : 84.10 % (2.15 g)
[ 제조예 4] 염소- 가교화 이합체 ( chloride - bridged dimer ) A의 제조
Figure 112007088004258-PAT00019
100 ml one neck 둥근바닥플라스크 안에 IrCl3ㆍ3H2O (0.88 g, 2.96 mmol)과 상기 제조예 2에서 제조된 리간드 9-[2-(4-플루오르-페닐)-피리딘-4-일]-9H-카바졸 (2.2 g, 6.51 mmol)을 혼합하였다. 여기에 2-ethoxyethanol (90 ml)과 water (30 ml)을 3:1 비율로 섞어 용매로 첨가하고 이 혼합물을 24시간동안 환류 (130 ℃)시켰다. 반응이 진행되는 동안 생성물이 고체 상태로 생기는 것을 확인할 수 있으며, 반응이 완결되면 실온으로 냉각시켰다. 그런 다음 생성물을 여과하고 에탄올, 헥산, 디에틸에테르 용액으로 세척한 후 그대로 진공오븐에서 건조시켰다. 중간체 화합물인 (Cvz-F1)2Ir(μ-Cl)2Ir(Cvz-F1)2를 노란색의 고체로 수득하였다. 수율 : 93.46 % (2.5 g)
[ 제조예 5] 염소- 가교화 이합체 ( chloride - bridged dimer ) B의 제조
Figure 112007088004258-PAT00020
100 ml one neck 둥근바닥플라스크 안에 IrCl3ㆍ3H2O (0.33 g, 1.09 mmol)과 상기 제조예 3에서 제조된 리간드 9-[2-(2,4-디플루오르-페닐)-피리딘-4-일]-9H-카바졸 (0.93 g, 2.61mmol)을 혼합하였다. 여기에 2-ethoxyethanol (30 ml)과 water (10 ml)을 3:1 비율로 섞어 용매로 더하고 이 혼합물을 24시간동안 환류 (130 ℃) 시킨다. 반응이 진행되는 동안 생성물이 고체 상태로 생기는 것을 확인할 수 있으며, 반응이 완결되면 실온으로 냉각시켰다. 그런 다음 생성물을 여과하고 에탄올, 헥산, 디에틸에테르 용액으로 세척한 후 그대로 진공오븐에서 건조시켰다. 중간체 화합물인 (Cvz-F2)2Ir(μ-Cl)2Ir(Cvz-F2)2이를 노란색의 고체로 수득하였다. 수율 : 97.02 % (1.0 g)
[ 실시예 1]
아세틸아세토네이트를 보조리간드로 갖는 착화합물( Cvz -F 1 - acac )의 제조
Figure 112007088004258-PAT00021
상기 제조예 4에서 제조된 염소-가교화 이합체 (Cvz-F1)2Ir(μ-Cl)2Ir(Cvz-F1)2 (0.7 g, 0.39 mmol), acetylacetone (0.14 g, 1.35 mmol)와 Na2CO3 (0.41 g, 3.87 mmol)를 100 ml one neck 둥근바닥플라스크 안에 넣고 2-ethoxyethanol (38 ml)를 용매로 첨가시킨 후 24시간동안 환류 (130 ℃)시켰다. 반응 완결 여부를 TLC로 확인한 후 혼합물을 실온으로 냉각시켰다. 그런 다음 생성물을 여과하고 에탄 올, 헥산, 디에틸에테르 용액으로 세척한 후 그대로 진공오븐에서 건조시켰다. 얻어진 잔유물을 flash column chromatography (eluent; EtOAc / Hexanen = 1:6, v/v)로 분리하여 보조리간드로 아세틸아세토네이트가 도입된 이리듐 착화합물인 Cvz-F1-acac를 노란색의 고체로 수득하였다. 수율 : 66.67 % (0.57 g)
[실시예 2]
피콜리닉산을 보조리간드로 갖는 착화합물( Cvz -F 1 - pic )의 제조
Figure 112007088004258-PAT00022
상기 제조예 4에서 제조된 염소-가교화 이합체인 (Cvz-F1)2Ir(μ-Cl)2Ir(Cvz-F1)2(0.45 g, 0.25 mmol), 피콜릭산 (0.077 g, 0.62 mmol)를 20 ml one neck 둥근바닥플라스크 안에 넣고 2-ethoxyethanol (7 ml)를 용매로 첨가시킨 후 24시간동안 환류 (130 ℃)시켰다. 반응 완결 여부를 TLC로 확인한 후 혼합물을 실온으로 냉각시켰다. 그런 다음 생성물을 여과하고 에탄올, 헥산, 디에틸에테르 용액으로 세척한 후 그대로 진공오븐에서 건조시켰다. 얻어진 잔유물을 flash column chromatography (eluent; EtOAc / Hexanen = 1:1, v/v)로 분리하여 보조리간드로 피콜릭산이 도입된 이리듐 착화합물인 Cvz-F1-pic를 노란색의 고체로 수득하였다. 수율 : 82.13 % (0.41 g)
[ 실시예 3]
아세틸아세토네이트를 보조리간드로 갖는 착화합물( Cvz -F 2 - acac )의 제조
Figure 112007088004258-PAT00023
상기 제조예 5에서 제조된 염소-가교화 이합체인 (Cvz-F2)2Ir(μ-Cl)2Ir(Cvz-F2)2 (0.5 g, 0.26 mmol), acetylacetone (0.079 g, 0.79 mmol)와 Na2CO3 (0.28 g, 2.64 mmol)를 50 ml one neck 둥근바닥플라스크 안에 넣고 2-ethoxyethanol (25 ml)를 용매로 첨가시킨 후 24시간동안 환류 (130 ℃)시켰다. 반응 완결 여부를 TLC로 확인한 후 혼합물을 실온으로 냉각시켰다. 그런 다음 생성물을 여과하고 에탄올, 헥산, 디에틸에테르 용액으로 세척한 후 그대로 진공오븐에서 건조시켰다. 얻어진 잔유물을 flash column chromatography (eluent; EtOAc / Hexanen = 1:6, v/v)로 분리하여 보조리간드로 아세틸아세토네이트가 도입된 이리듐 착화합물인 Cvz-F2-acac를 노란색의 고체로 수득하였다. 수율 : 66.10 % (0.35 g)
[실시예 4]
피콜리닉산을 보조리간드로 갖는 착화합물( Cvz -F 2 - pic )의 제조
Figure 112007088004258-PAT00024
상기 제조예 5에서 제조된 염소-가교화 이합체인 (Cvz-F2)2Ir(μ-Cl)2Ir(Cvz-F2)2 (0.50 g, 0.26 mmol), 피콜리삭 (0.081 g, 0.66 mmol)를 20 ml one neck 둥근바닥플라스크 안에 넣고 2-ethoxyethanol (7 ml)를 용매로 첨가시킨 후 24시간동안 환류 (130 ℃)시켰다. 반응 완결 여부를 TLC로 확인한 후 혼합물을 실온으로 냉각시켰다. 그런 다음 생성물을 여과하고 에탄올, 헥산, 디에틸에테르 용액으로 세척한 후 그대로 진공오븐에서 건조시켰다. 얻어진 잔유물을 flash column chromatography (eluent; EtOAc / Hexanen = 1:1, v/v)로 분리하여 보조리간드로 피콜릭산이 도입된 이리듐 착화합물인 Cvz-F2-pic를 노란색의 고체로 수득하였다. 수율 : 70.44 % (0.38 g)
[ 실시예 5]
본 발명에 따른 이리듐 착화합물을 포함하는 인광계 유기전기 발광소자의 제작
본 상기 실시예 1 내지 실시예4에서 제조된 이리듐 착화합물인 Cvz-F1-acac(실시예 1), Cvz-F1-pic(실시예 2), Cvz-F2-acac(실시예 3), Cvz-F2-pic(실시예 4)을 발광층의 도판트로 사용한 유기전계발광소자를 제작하였다.
유기전계발광소자를 제작하기 위하여 우선 유리 기판 상에 ITO (indium-tin oxide)로 코팅한 투명 전극 기판을 깨끗이 세정한 후, 상기 ITO로 코팅된 투명 전극 기판을 감광성 수지 (photoresist resin)와 식각액(etchant)을 이용하여 미세가공 공정을 이용하여 애노드를 형성한 후 다시 깨끗이 세정하였다.
정공주입층으로는 전도성고분자인 폴리티오펜 유도체인 poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT)를 100Å의 두께로 코팅한 후 110 ℃에서 약 50분 동안 baking하였다. 정공전달층으로는 NPB를 약 50 nm의 두께로 진공증착을 하였다. 발광층을 형성하기 위해서 기존에 널리 알려진 인광계 발광층의 호스트 물질로 사용되는 1,3-bis(9-carbazolyl)benzene(mCP)를 발광층의 호스트 물질로 사용하였고, 상기 실시예 1 내지 실시예4에서 제조된 이리듐 착화합물인 Cvz-F1-acac(실시예 1), Cvz-F1-pic(실시예 2), Cvz-F2-acac(실시예 3), Cvz- F2-pic(실시예 4)을 발광층의 도판트로 사용하였으며, 도판트의 농도는 5-10% 정도로 하여 진공증착으로 각각 20-100 nm의 두께로 진공증착 방법으로 발광층을 형성하였다.
Figure 112007088004258-PAT00025
그리고 정공차단층과 전자전달층으로 각각 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(BCP)와 Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(Alq3)를 10-60 nm의 두께로 진공증착하였다. 그리고 전자주입층인 LiF를 진공증착으로 박막을 순차적으로 형성한 후 캐소드인 Al 전극을 형성시켜서 유기전계발광소자를 제작하였다. 진공증착을 위한 진공도는 4x10-6 torr 이하로 유지하면서 증착시켜 박막을 형성하였다. 증착시 막두께 및 막의 성장속도는 crystal sensor를 이용하여 조절하였고 발광면적은 4 ㎟이고 구동전압은 직류전압으로 forward bias voltage를 사용하였다.
[ 비교예 ] Ir ( ppy ) 3 를 도판트로 사용한 녹색 발광의 인광계 유기전기 발광소자의 제작
본 비교예에서는 미합중국 특허 제7,154,114호에 개시되어 있는 Ir(ppy)3 (fac-tris(2-phenylpyridyl)Ir(III)을 발광층의 도판트로 사용하여 상기 실시예 5와 동일하게 유기전계발광소자를 제조하였다.
[실험예 1] 유기전계발광소자의 전기광학 특성 측정
본 실험예에서는 상기 실시예 1 내지 실시예 4에서 제조된 이리듐 착화합물인 Cvz-F1-acac(실시예 1), Cvz-F1-pic(실시예 2), Cvz-F2-acac(실시예 3), Cvz-F2-pic(실시예 4)을 발광층의 도판트로 사용한 실시예 5의 유기전계발광소자 및 비교예의 Ir(PPy)3를 도판트로 사용된 유기전계발광소자에 대하여 전기광학적 특성을 측정하였다.
상기 실시예 5에 따라 제작된 유기전계발광소자 및 비교예의 유기전계발광소자의 전압의 증가에 따른 전류 밀도 및 휘도는 Keithley 236 Source Measurement와 Minolta LS-100을 사용하여 측정하였다.
도 3 및 도 4는 실시예 1에서 제조된 Cvz-F1-acac, 실시예 2에서 제조된 Cvz-F1-pic를 도판트로 사용한 인광계 유기전계발광소자와 비교예의 Ir(ppy)3를 도판트로 사용한 인광계 유기전계발광소자의 전압-전류밀도 및 전압-발광 휘도 측정 결과를 도시한 그래프이고, 도 5와 도 6는 실시예 3에서 제조된 Cvz-F2-acac, 실시예 4에서 제조된 Cvz-F2-pic를 도판트로 사용한 인광계 유기전계발광소자와 비교예의 Ir(ppy)3를 도판트로 사용한 인광계 유기전계발광소자의 전압-전류밀도 및 전압-발광 휘도 측정 결과를 도시한 그래프이다. 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 이리듐 착화합물을 포함하는 유기전계발광소자는 대략 2.5~7.0 V의 전압에서 구동이 시작되었으며, 전압이 증가함에 따라 주입되는 캐리어의 양이 증가하고, 그 결과 전류 밀도 (current density)와 발광휘도가 기하급수적으로 증가함을 알 수 있었다.
도 7와 도 8는 실시예 1에서 제조된 Cvz-F1-acac, 실시예 2에서 제조된 Cvz-F1-pic, 실시예 3에서 제조된 Cvz-F2-acac, 실시예 4에서 제조된 Cvz-F2-pic를 도판트로 사용한 인광계 유기전계발광소자와 비교예의 Ir(ppy)3를 도판트로 사용한 인광계 유기전계발광소자의 전류밀도-발광효율 특성을 나타낸 그래프이다.
한편, 도 9와 도 10는 실시예 1에서 제조된 Cvz-F1-acac, 실시예 2에서 제조된 Cvz-F1-pic, 실시예 3에서 제조된 Cvz-F2-acac, 실시예 4에서 제조된 Cvz-F2-pic를 도판트로 사용한 인광계 유기전계발광소자와 비교예의 Ir(ppy)3를 도판트로 사용한 인광계 유기전계발광소자의 EL 강도 측정 결과를 도시한 것이다. 도시된 것과 같이, 본 발명에 따fms 이리듐 착화합물이 발광층의 도판트로 사용된 유기전계발광소자는 대략 480 nm에서 514 ㎚까지 최대 발광 피크를 조절할 수 있으며 청색에서 청녹색까지 발광 특성을 조절할 수 있음을 확인하였다.
반면, 비교예의 종래 녹색 발광의 인광계 화합물로 보고된 Ir(ppy)3를 도판트로 사용한 인광계 유기전계발광소자는 약 514㎚에서 최대 녹색의 발광 피크를 나타내었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 기초하여 본 발명을 기술하였으나, 이는 어디까지나 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 결코 아니다. 오히려, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 실시예를 참고하여 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있을 것이다. 그러나 그와 같은 변형과 변경은 본 발명의 기본 정신을 훼손하지 아니하는 범위 내에서 본 발명의 권리범위에 속한다는 사실은 후술하는 청구의 범위를 통하여 분명해질 것이다.
도 1 - 본 발명에 따라 합성된 이리듐 착화합물이 적용된 단일층 형태의 유기전계발광소자를 개략적으로 도시한 단면도
도 2 - 본 발명에 따라 합성된 이리듐 착화합물이 적용된 다층 형태의 유기전계발광소자를 개략적으로 도시한 단면도
도 3 - 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에서 합성된 이리듐 착화합물과 비교예인 Ir(ppy)3에 대한 전압-전류 밀도 측정 결과를 도시한 그래프
도 4 - 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따라 합성된 이리듐 착화합물과 비교예인 Ir(ppy)3에 대한 전압-발광 휘도 측정 결과를 도시한 그래프
도 5 - 본 발명의 실시예 3 및 실시예 4에 따라 합성된 이리듐 착화합물과 비교예인 Ir(ppy)3에 대한 전압-전류 밀도 측정 결과를 도시한 그래프
도 6 - 본 발명의 실시예 3 및 실시예 4에 따라 합성된 이리듐 착화합물과 비교예인 Ir(ppy)3에 대한 전압-발광 휘도 측정 결과를 도시한 그래프
도 7 - 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따라 합성된 이리듐 착화합물과 비교예인 Ir(ppy)3을 발광층의 도판트로 사용한 전계발광소자에 대한 전류밀도-발광효율 측정 결과를 도시한 그래프;
도 8 - 본 발명의 실시예 3 및 실시예 4에 따라 합성된 이리듐 착화합물과 비교예인 Ir(ppy)3을 발광층의 도판트로 사용한 전계발광소자에 대한 전류밀도-발광 효율 측정 결과를 도시한 그래프;
도 9 - 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따라 합성된 이리듐 착화합물과 비교예인 Ir(ppy)3을 발광층의 도판트로 사용한 전계발광소자에 대한 전계 발광(electroluminescence, EL) 강도 측정 결과를 도시한 그래프;
도 10 - 본 발명의 실시예 3 및 실시예 4에 따라 합성된 이리듐 착화합물과 비교예인 Ir(ppy)3을 발광층의 도판트로 사용한 전계발광소자에 대한 전계 발광(electroluminescence, EL) 강도 측정 결과를 도시한 그래프;
도 11 - 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따라 합성된 이리듐 착화합물과 비교예인 Ir(ppy)3을 발광층의 도판트로 사용하고 새로운 정공전달층 (TCTA)을 도입한 전계발광소자에 대한 전압-전류밀도 측정 결과를 도시한 그래프;
도 12 - 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따라 합성된 이리듐 착화합물과 비교예인 Ir(ppy)3을 발광층의 도판트로 사용하고 새로운 정공전달층 (TCTA)을 도입한 전계발광소자에 대한 전압-발광휘도 측정 결과를 도시한 그래프;
도 13 - 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2에 따라 합성된 이리듐 착화합물과 비교예인 Ir(ppy)3을 발광층의 도판트로 사용하고 새로운 정공전달층 (TCTA)을 도입한 전계발광소자에 대한 전압-발광효율 측정 결과를 도시한 그래프;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1000, 2000 : 유기전계발광소자 1100, 2100 : 기판
1110, 2110 : 제 1 전극 2120 : 버퍼층
2130 : 정공주입층 2140 : 정공전달층
1150, 2150 : 발광층 2160 : 전자전달층
2170 : 전자주입층 1180, 2180 : 제 2 전극

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 이리듐 착화합물.
    [화학식 1]
    Figure 112007088004258-PAT00026
    [상기 식에서, L은 유기리간드이며;
    R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소이거나 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분쇄의 포화 또는 불포화의 (C1-C20)알킬, (C3-C12)시클로알킬 또는 (C3-C12)시클로알킬(C1-C20)알킬이며;
    X1는 수소, 할로겐, 시아노, 직쇄 또는 분쇄의 포화 또는 불포화의 (C1-C20)알킬, (C1-C20)알콕시, 트리(C1-C20)알킬실릴, 트리(C5-C20)아릴실릴, (C3-C12)시클로알킬 또는 (C5-C20)아릴이며, 상기 X1의 알킬, 알콕시 또는 아릴은 할로겐, (C1-C20)알 킬실릴, (C5-C20)아릴실릴, 모노 또는 디(C1-C20)알킬아미노 또는 아미노로부터 선택되는 하나 이상이 더 치환될 수 있으며;
    m은 1 내지 4의 정수이다.]
  2. 제 1항에 있어서,
    리간드 L은 하기의 구조로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 이리듐 착화합물.
    Figure 112007088004258-PAT00027
    Figure 112007088004258-PAT00028
    R21 내지 R23는 서로 독립적으로 수소, 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분쇄의 (C1-C10)알킬, (C1-C10)알킬이 치환되거나 치환되지 않은 페닐기 또 는 할로겐이고; R24 내지 R26은 서로 독립적으로 수소, 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분쇄의 (C1-C10)알킬, (C1-C10)알킬실릴 또는 할로겐이며; R27은 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 직쇄 또는 분쇄의 (C1-C10)알킬 또는 (C1-C10)알킬이 치환되거나 치환되지 않은 페닐기 또는 할로겐이고; x, y 및 z는 서로 독립적으로 1 내지 4의 정수이다.
  3. 제 2항에 있어서,
    리간드 L은 하기의 구조로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 이리듐 착화합물.
    Figure 112007088004258-PAT00029
    Figure 112007088004258-PAT00030
    Figure 112007088004258-PAT00031
    Figure 112007088004258-PAT00032
  4. 제 3항에 있어서,
    R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, t-부틸, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로프로필메틸 또는 시클로부틸에틸이며; X1는 수소, 플루오르(F), 클로로(Cl), 시아노, 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, i-부틸, t-부틸, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, t-부톡시, 트리플루오르메틸, 트리메틸실릴, 트리페닐실릴, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로헥실, 페닐, 나프틸, 안트릴, 아미노메틸, 아미노에틸 또는 아미노부틸이며; m은 1 또는 2의 정수인 것을 특징으로 하는 이리듐 착화합물.
  5. 제 4항에 있어서,
    하기 화합물로부터 선택되는 이리듐 착화합물.
    Figure 112007088004258-PAT00033
    Figure 112007088004258-PAT00034
    Figure 112007088004258-PAT00035
    Figure 112007088004258-PAT00036
    Figure 112007088004258-PAT00037
    Figure 112007088004258-PAT00038
  6. 제 1항 내지 제 5항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 이리듐 착화합물을 포함하는 유기전계발광소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 유기전계발광소자는
    제 1 전극;
    상기 이리듐 착화합물이 포함된 발광층; 및
    제 2 전극;
    으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 발광층 사이에 버퍼층을 포함하고, 상기 발광층과 제 2 전극 사이에 전자전달층 및 전자주입층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 버퍼층은 정공주입층과 정공전달층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 이리듐 착화합물은 상기 발광층의 도판트로 사용되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
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