KR20100067062A - 유기 발광 장치 - Google Patents

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도모나 야마구찌
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

발광층은 430nm 내지 480nm의 파장의 범위에서 제1 발광 피크를 갖는 발광 스펙트럼을 갖는 광을 방출한다. 발광층은 호스트 화합물 및 도펀트 화합물을 함유한다. 도펀트 화합물은 호스트 화합물보다 더 큰, 2.93eV 이상의 전자 친화력을 갖는다. 최저 여기 삼중항 상태에서의 도펀트 화합물은 최저 여기 삼중항 상태에서의 호스트 화합물보다 더 낮은, 1.95eV 이하의 에너지를 갖는다. 도펀트 화합물은 호스트 화합물보다 더 작은 밴드 갭을 갖는다. 도펀트 화합물은 탄화수소 화합물이다.
도펀트 화합물, 호스트 화합물, 발광층, 전자 친화력, 밴드 갭

Description

유기 발광 장치{ORGANIC LIGHT－EMITTING DEVICE}
본 발명은 유기 발광 장치에 관한 것이다.
유기 발광 장치는, 애노드와 캐소드 사이에 형광성 유기 화합물 또는 인광성 유기 화합물을 함유하는 층을 포함하며, 애노드와 캐소드는 홀(hole) 또는 전자를 층으로 주입한다.
형광성 화합물 또는 인광성 화합물의 여기자를 생성시켜, 층은 상기 여기자가 기저 상태로 되돌아올 때에 광을 방출한다.
최근 유기 발광 장치의 기술은 현저하게 진보되고 있다. 유기 발광 장치는 저 인가 전압에서 다양한 파장을 갖는 밝은 광을 방출하고, 빠른 응답성을 나타낸다. 따라서, 유기 발광 장치는 박형, 경량의 발광 장치를 제공하므로, 광범위한 용도에의 가능성을 시사하고 있다.
보다 더 고휘도의 광을 방출하거나 또는 변환 효율이 더 높은 유기 발광 장치가 여전히 요구되고 있다. 또한, 유기 발광 장치는 시간에 따른 특성 변화, 및 산소 또는 수분을 함유하는 조건하에서 사용시의 열화와 같은 내구성 면에서 문제점을 가질 수 있다.
장시간 사용에 의한 삼중항 여기 상태를 통한 발광 장치의 열화를 감소시키기 위해서, 일본특허공개 제2007-059903호, 제2002-359080호 및 제2003-317967호는 예를 들어, 삼중항 켄처(quencher)로 도핑하는 기술을 개시하고 있다.
인데노벤즈안트라센의 중간체의 합성에 대해서는, 벤즈안트라퀴논으로부터의 합성 방법이 개시되어 있다(문헌[J. Org. Chem., Vol. 52, No. 26, 1987, p. 5668-5678]).
본 발명의 목적은, 지극히 고효율에서 고휘도이며, 지극히 내구성이 있는 청색 유기 발광 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 애노드 및 캐소드를 포함하는 한 쌍의 전극과, 호스트 화합물 및 도펀트 화합물을 함유하고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 발광층을 포함하는 유기 발광 장치가 제공된다. 도펀트 화합물은 탄화수소 화합물이고 유기 발광 장치로부터 방출되는 광을 방출한다. 상기 광은 430nm 내지 480nm의 파장의 범위에서 최대 강도를 갖는 제1 발광 피크를 갖는 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도펀트 화합물은 호스트 화합물보다 더 높은, 2.93eV 이상의 전자 친화력을 갖는다. 최저 여기 삼중항 상태에서의 도펀트 화합물은 최저 여기 삼중항 상태에서의 호스트 화합물보다 더 낮은, 1.95eV 이하의 에너지를 갖는다. 도펀트 화합물은 호스트 화합물보다 더 작은 밴드 갭을 갖는다.
본 발명의 추가적 특징은 첨부된 도면을 참조로 하여 예시적인 실시형태의 하기 기재로부터 명백해질 것이다.
본 발명에 의해, 지극히 고효율에서 고휘도이며, 지극히 내구성이 있는 청색 유기 발광 장치를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 양태를 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 장치는, 애노드 및 캐소드를 포함하는 한 쌍의 전극과, 호스트 화합물 및 도펀트 화합물을 포함하고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 발광층을 포함한다. 유기 발광 장치는 발광층에서 도펀트 화합물로부터 광을 방출한다. 상기 광의 발광 스펙트럼은 430nm 내지 480nm의 파장의 범위에서 최대 강도를 갖는 제1 발광 피크를 갖는다. 발광층에서의 호스트 화합물은 도펀트 화합물보다 더 작은 전자 친화력을 갖는다. 최저 여기 삼중항 상태에서의 호스트 화합물은 최저 여기 삼중항 상태에서의 도펀트 화합물보다 더 큰 에너지를 갖는다. 호스트 화합물은 도펀트 화합물보다 더 큰 밴드 갭을 갖는다. 더 구체적으로, 도펀트 화합물은 최저 여기 삼중항 상태에서 1.95eV 이하의 에너지와, 2.93eV 이상의 전자 친화력을 갖는다. 도펀트 화합물은 탄화수소 화합물이다.
본 실시예의 유기 발광 장치는 청색 광을 방출한다.
유기 발광 장치의 발광층의 열화의 요인 중 하나는, 발광하는 재료가 열화되는 것일 수 있다. 열화의 한 단계는, 발광하는 재료의 최저 여기 삼중항 상태(T1)를 통해 일어날 수 있다. 스핀 금지(spin forbidding)으로 인한 긴 수명을 갖고, 유기 발광 장치에서 높은 형성 확률(75％)을 나타내는 여기 삼중항 상태는 T1 상태로 축적된다. 따라서, T1 상태로부터의 열화의 단계는, 발광하는 재료의 열화에 크게 관여될 수 있다.
더 높은 에너지를 갖는 청색 광, 즉 430nm 내지 480nm의 파장의 범위에서 제1 발광 피크를 포함하는 발광 스펙트럼을 갖는 광을 방출하는 유기 청색 발광 장치 는, T1 상태로부터의 열화 단계에서 발광층에서의 높은 에너지를 흡수하고, 이 단계는 발광하는 재료의 열화 단계로 쉽게 변화된다.
발광하는 재료가 열화되는 것을 방지함으로써, 유기 발광 장치의 수명을 증가시킨다. 유기 청색 발광 장치의 호스트 화합물 및 도펀트 화합물을 함유하는 발광층에서, 도펀트 화합물은 발광에 기여한다. 따라서, 본 발명자들은 도펀트 화합물이 여기 삼중항 상태에서 존재하는 시간(수명)을 감소시킴으로써, 유기 청색 발광 장치에서 발광층의 열화 단계가 억제될 수 있다고 생각하였다.
무방사 과정에서 여기된 상태의 내부 변환 속도 상수(kIC: s-1)은 하기 식으로 표시된다.
Figure 112009076178664-PAT00001
여기서, ΔE는 두 개의 상태 사이의 에너지 차이(ΔE: kJmol-1)를 나타낸다.
KIC가 T1 상태가 존재하는 시간(수명)이라고 하면, T1의 에너지의 감소는 T1 상태의 존재 시간(수명)의 감소를 초래한다.
따라서, 도펀트 화합물의 열화는 T1의 에너지를 감소시킴으로써 방지될 수 있다. 본 발명자들은, 발광층이 호스트 화합물 및 도펀트 화합물을 함유하는 유기 청색 발광 장치에 이러한 개념을 효과적으로 적용하기 위해서, 발광층의 화합물이 이하의 3개의 요건을 충족시켜야 한다고 생각했다.
제1 요건: 호스트 화합물의 전자 친화력(Ea)이 도펀트 화합물의 전자 친화 력(Ea)보다 작다. 이는 도펀트 화합물이 전자 수송층으로부터 주입되는 전자를 수용하여, 여기자를 형성할 필요가 있기 때문이다.
제2 요건: 최저 여기 삼중항 상태(T1)에서의 호스트 화합물은 T1 상태에서의 도펀트 화합물보다 더 큰 에너지를 갖는다. 결과적으로, T1 상태는 도펀트 화합물에 국한될 수 있다.
제3 요건: 호스트 화합물은 도펀트 화합물보다 더 큰 밴드 갭을 갖는다. 결과적으로, 도펀트 화합물은 효율적으로 발광할 수 있다.
또한, 발광층에서 도펀트 화합물이 삼중항 여기자를 보다 많이 생성하도록, 도펀트 화합물의 전자 친화력은 최대한 작아지는 경우가 있을 수 있다. 결과적으로, 전자는 전자 수송층으로부터 발광층으로 효율적으로 주입될 수 있다.
유감스럽게도, 청색 발광 장치에 있어서 상술한 요건을 만족하고, 밴드 갭이 넓고, T1의 에너지가 충분히 작고, 전자 친화력이 충분히 큰 도펀트 화합물은 없었다.
따라서, 본 발명자들이 집중적인 조사를 통해, 예를 들어, 이하에 나타내는 화합물 1이 상술한 요건을 충족시킬 수 있고, 충분히 낮은 T1의 에너지와 충분히 큰 전자 친화력을 나타낼 수 있다는 것을 발견하였다.
더 구체적으로, 이하 기재된 예에 나타낸 바와 같이, 도펀트 화합물로서 화합물 1과, 호스트 화합물로서 화합물 b-2를 함유하는 발광층은 우수한 유기 청색 발광을 달성할 수도 있다. 구체적으로는 청색 광의 제1 피크 파장은 449nm이다. 전류 밀도를 33mA/cm2로 유지하고, 전압을 100시간 연속 인가한 경우, 이러한 장치로부터 100시간 후의 광의 휘도는 초기 휘도에 대하여 15％ 이하만큼 감소되었고, 휘도 감소는 작았다. 따라서, 내구성 및 수명이 현저하게 향상되었다. 본원에서 언급된 제1 발광 피크 파장은 발광 스펙트럼이 최대 강도를 나타내는 파장을 지칭한다.
화합물 1은 1.95eV T1의 에너지와, 2.93eV의 전자 친화력을 나타냈다. 희석 용액 중에서 측정된 흡수 스펙트럼에 따르면, 밴드 갭은 2.82eV이었다. 화합물 b-2는 2.03eV의 T1 에너지와, 2.72eV의 전자 친화력과, 2.95eV의 밴드 갭을 나타냈다. 호스트 화합물로서 작용하는 화합물 b-2는 게스트 화합물 또는 도펀트 화합물로서 작용하는 화합물 1보다 더 작은 전자 친화력을 나타냈다. 따라서, 호스트 화합물로서 작용하는 화합물 b-2의 전자 친화력은 도펀트 화합물로서 작용하는 화합물 1의 전자 친화력보다도 진공 준위에 더 가깝다.
Figure 112009076178664-PAT00002
또한, 도펀트 화합물로서 화합물 1 대신에 이하의 화합물을 사용하여 준비된 다른 장치를 시험하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 화합물 2, 화합물 d-1 및 화합물 d-2의 화학식은 이후에 나타낼 것이다. 장치의 수명을 측정하기 위해서, 전류 밀도를 33mA/cm2로 유지하고, 장치에 전압을 100시간 연속 인가하였다. 표 1에 나타낸 수명은 초기 휘도에 대한 100시간 연속 전압 인가 후의 휘도의 비율을 나타낸다.
Figure 112009076178664-PAT00003
상기 결과는, 최저 여기 삼중항 상태(T1)에서 1.95eV 이하의 에너지를 갖고, 2.93eV 이상의 전자 친화력(Ea)을 갖는 도펀트 화합물을 사용하는 유기 청색 발광 장치가 수명이 우수하다는 것을 시사한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 장치의 발광층에 사용되는 도펀트 화합물은 화합물 1에 한정되지 않는다. 즉, 최저 여기 삼중항 상태(T1)에서 1.95eV 이하의 에너지를 갖고, 2.93eV 이상의 전자 친화력(Ea)을 갖는 요건 양자 모두를 충족시키는 한 다른 화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도펀트 화합물은 안트라센 골격 및 플루오란텐 골격 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다.
T1 에너지를 감소시킨다는 관점에서, 도펀트 화합물은 낮은 T1 에너지를 갖는 안트라센 골격을 가질 수 있다. 더 구체적으로, 이러한 안트라센 골격은 치환체를 가질 수 있거나, 또는 벤즈안트라센 또는 인데노안트라센 골격과 같이 안트라센을 부분적으로 포함하는 골격일 수도 있다.
또한, 도펀트 화합물은 전자-당김성(electron-withdrawing) 플루오란텐 골격과 같이 전자 친화력을 증가시킬 수 있는 골격을 가질 수도 있다. 더 구체적으로, 이러한 화합물은 치환체를 갖는 플루오란텐 골격을 가질 수 있거나, 또는 벤조플루오란텐 골격과 같이 플루오란텐을 부분적으로 포함하는 골격을 가질 수 있다.
더욱이, 안트라센 골격과 플루오란텐 골격이 축합되어 있는 골격이 낮은 T1 에너지와, 큰 전자 친화력을 가질 수도 있어, 적합할 수도 있다.
더 구체적으로는, 하기 화학식 1 및 2로 나타내는 화합물이 사용될 수 있다.
Figure 112009076178664-PAT00004
(화학식 1 중, R1 내지 R13은 각각 수소, 또는 치환 또는 비치환의 알킬을 나타내고, 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다. Ar1은 치환 또는 비치환의 축합 다환기를 나타낸다.)
Figure 112009076178664-PAT00005
(화학식 2 중, R14 및 R15는 각각 치환 또는 비치환의 알킬을 나타내고, 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다. n1 및 n2는 각각 0 내지 5의 정수를 나타낸다. n1이 2 이상일 때, R14로 나타내는 기는 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있고, n2가 2 이상일 때, R15로 나타내는 기는 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다. X는 치환 또는 비치환의 플루오란테닐기, 또는 치환 또는 비치환의 벤조플루오란테닐기 를 나타낸다.)
화학식 1 및 2로 나타내는 화합물의 치환기에 대해서 이하에 상세히 더 설명될 것이다.
R1 내지 R15로 나타내는 알킬기의 예로는 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, t-부틸기, s-부틸기, 옥틸기, 1-아다만틸 및 2-아다만틸을 들 수 있다.
Ar1로 나타내는 축합 다환기의 예로는 나프틸기, 펜타레닐기, 안트릴기, 피레닐기, 인다세닐기, 아세나프테닐기, 페난트릴기, 페나레닐기, 플루오란테닐기, 벤조플루오란테닐기, 아세페난트릴기, 아세안트릴기, 트리페닐레닐기, 크리세닐기, 나프타세닐기, 페릴레닐기, 펜타세닐기 및 플루오레닐기를 들 수 있다.
X의 예로서는 치환 또는 비치환의 플루오란테닐기, 및 벤조[k]플루오란테닐기, 벤조[b]플루오란테닐기 및 벤조[j]플루오란테닐기와 같은 벤조 플루오란테닐기를 들 수 있다.
알킬기(R1 내지 R15), Ar1 및 X는 각각 치환기를 가질 수 있고, 치환기의 예로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기와 같은 알킬기; 벤질기 및 페네틸기와 같은 아르알킬기; 및 페닐기, 비페닐기, 나프틸기, 피레닐기, 플루오레닐기 및 플루오란테닐기와 같은 아릴기를 들 수 있다.
이하에 예시적인 화합물을 나타낸다. 그러나, 도펀트 화합물은 이하 열거된 화합물에 한정되지 않는다.
Figure 112009076178664-PAT00006
발광층의 호스트 화합물은, 다음의 3개의 요건을 충족시킨다. (1) 호스트 화합물의 전자 친화력(Ea)이 도펀트 화합물의 전자 친화력(Ea)보다 작다. (2) 최저 여기 삼중항 상태(T1)에서의 호스트 화합물은 T1 상태에서의 도펀트 화합물보다 큰 에너지를 갖는다. (3) 호스트 화합물은 도펀트 화합물보다 큰 밴드 갭을 갖는다.
더 구체적으로는, 호스트 화합물은 중합체 유도체일 수 있으며, 이러한 호스트 화합물의 예로는 트리아릴아민 유도체, 페닐렌 유도체, 축합 환 방향족 화합물(예를 들어, 나프탈렌 유도체, 페난트렌 유도체, 플루오렌 유도체, 피렌 유도체, 테트라센 유도체, 코로넨 유도체, 크리센 유도체 및 9,10-디페닐안트라센 유도체), 피라진 유도체, 벤조이미다졸 유도체, 벤조티아졸 유도체, 벤조옥사졸 유도체, 스틸벤 유도체, 유기 금속 착체(예를 들어, 트리스(8-퀴놀리놀레이트)알루미늄 및 다른 유기 알루미늄 착체, 유기 베릴륨 착체, 유기 이리듐 착체, 및 유기 백금 착체) 및 폴리(페닐렌 비닐렌) 유도체, 폴리(플루오렌) 유도체, 폴리(페닐렌) 유도체, 폴리(티에닐렌 비닐렌) 유도체 및 폴리(아세틸렌) 유도체를 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 화합물층 중 발광층에 함유되는 발광 재료는 유기 발광 장치(예를 들어, 유기 전계(EL) 장치일 수도 있음)의 주된 발광을 담당하는 층에서 주된 발광을 담당하는 재료를 지칭한다. 호스트 재료 및 도펀트 재료(또는 게스트 재료)를 모두 함유하는 발광층에서, 발광 재료는 주된 발광을 담당하는 도펀트 재료를 지칭한다.
고효율의 내구성 있는 유기 발광 장치를 제조하기 위해서, 도펀트 화합물은 높은 발광 수율 및 화학적 안정성을 가질 수도 있다.
이러한 화합물은 탄소와 수소로 구성되는 탄화수소일 수도 있다. 이러한 탄화수소 화합물은 플루오렌 유도체, 피렌 유도체, 플루오란텐 유도체, 벤조플루오란텐 유도체 및 인데노벤즈안트라센 유도체를 포함한다. 이들 화합물은 형광 양자 수율이 비교적 높고 화학적으로 안정한 축합 다환 유도체이다.
발광층에서 도펀트 재료의 함유량은 농도 소광(concentration quenching) 억제의 관점에서, 0.1 중량％ 내지 15 중량％ 범위와 같이 0.1 중량％ 내지 30 중량％ 범위 내에 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 장치의 발광층에서 발광 재료는, 청색 장치에 적합한 영역에서 제1 발광 피크 파장을 갖는다. 구체적으로, 제1 발광 피크 파장은 430nm 내지 460nm와 같이 430nm 내지 480nm 범위 내에 있다.
본원에서 언급된 전자 친화력은, 밴드 갭 측정치와 이온화 퍼텐셜로부터 얻어질 수 있다. 더 구체적으로, 전자 친화력은 하기 식에 의해 나타낸다.
전자 친화력=이온화 퍼텐셜-밴드 갭
도펀트 화합물의 밴드 갭은 UV-가시광 흡수 스펙트럼으로부터 얻어질 수 있다. 본 발명의 예에서, 본 발명자들은 도펀트 화합물의 톨루엔 용액(1×10-6 mol/L)의 흡수단으로부터 밴드 갭을 얻었다. 측정은 히타치제 분광 광도계 U-3010을 사용하여 수행되었다.
또한, 호스트 화합물의 밴드 갭은, UV-가시광 흡수 스펙트럼으로부터 얻어질 수 있다. 본 발명의 예에서, 본 발명자들은 유리 기판 상에 형성된 호스트 화합물의 박막의 흡수단으로부터 밴드 갭을 얻었다. 측정은 히타치제 분광 광도계 U-3010을 사용하여 수행되었다.
도펀트 화합물 및 호스트 화합물의 이온화 퍼텐셜은, 대기 광전자 분광기(분석기: AC-1 리켄 케이키제)를 사용하여 측정되었다. 본 발명의 예에서, 유리 기판 상에 형성된 박막을 사용하여 이온화 퍼텐셜을 얻었다.
또한, 도펀트 화합물 및 호스트 화합물의 T1 에너지는, 여기 파장 350nm에서 77K로 냉각된 화합물의 톨루엔 용액(1×10-4 mol/L)의 인광 성분의 제1 발광 피크로부터 얻어졌다. 측정은 히타치제 분광 광도계 U-3010을 사용하여 수행되었다.
다음에, 유기 발광 장치를 구성하는 층이 설명될 것이다. 유기 발광 장치는 애노드와 캐소드 사이에 유기 화합물층을 포함한다. 유기 화합물층은 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수도 있다. 예를 들어, 유기 발광 장치는 하기 5가지의 예시 구성 중 하나를 가질 수 있다.
제1 예시 구성은, 기판, 애노드, 발광층 및 캐소드를 이 순서대로 포함한다.
제2 예시 구성은, 기판, 애노드, 홀 수송층, 전자 수송층 및 캐소드를 이 순서대로 포함한다. 이 경우에, 홀 수송층과 전자 수송층은 발광층을 형성할 수도 있다. 이 구성은 홀 수송층과 전자 수송층의 계면에서 발광한다.
제3 예시 구성은, 기판, 애노드, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 캐소드를 이 순서대로 포함한다.
제4 예시 구성은, 기판, 애노드, 홀 주입층, 홀 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 캐소드를 이 순서대로 포함한다.
제5 예시 구성은, 기판, 애노드, 홀 수송층, 발광층, 홀/여기자 블로킹층, 전자 수송층 및 캐소드를 이 순서대로 포함한다.
도 1 내지 도 5는 유기 발광 장치의 5가지 예시 구성을 나타낸다. 도 1에 도시된 유기 발광 장치는 유리 기판(1), 애노드(2), 발광층(3) 및 캐소드(4)를 포함한다. 애노드(2)는 반사측에 배치될 수도 있다. 이 경우에, 애노드(2)는 반사 부재로서 작용하거나 또는 반사 부재를 포함하는 투명 전극이다. 애노드(2)가 반사측에 배치된 경우에, 캐소드(4)는 광 추출측에 배치된다. 이 경우에, 캐소드(4)는 예를 들어, ITO로 이루어진 광학 투명 전극이다.
도 2는 제2 예시 구성의 개략도이다. 도 2에 도시된 구성은, 발광층(3)이 제공되지 않고, 애노드(2)와 캐소드(4) 사이에 홀 수송층(5) 및 전자 수송층(6)이 애노드측으로부터 이 순서대로 배치되는 것이라는 점에서 도 1의 구성과는 상이하다. 그 외에는, 제2 구성은 제1 구성과 동일하다.
도 3은 제3 구성의 개략도이다. 도 3에 도시된 구성은, 홀 수송층(5)이 애 노드(2)와 발광층(3) 사이에 제공되고, 전자 수송층(6)이 발광층(3)과 캐소드(4) 사이에 제공된다는 점에서 도 1의 구성과는 상이하다. 그 외에는, 제3 구성은 제1 구성과 동일하다.
도 4는 제4 예시 구성의 개략도이다. 도 4에 도시된 구성은, 애노드(2)와 발광층(3) 사이에 홀 주입층(7)과 홀 수송층(5)이 이 순서대로 애노드측으로부터 배치된다는 점에서 도 1의 구성과는 상이하다. 또한, 전자 수송층(6)은 발광층(3)과 캐소드(4) 사이에 제공된다. 그 외에는, 제4 구성은 제1 구성과 동일하다.
도 5는 제5 예시 구성의 개략도이다. 도 5에 도시된 구성은, 홀 수송층(5)이 애노드(2)와 발광층(3) 사이에 제공된다는 점에서 도 1의 구성과 상이하다. 또한, 발광층(3)과 캐소드(4) 사이에 홀/여기자 블로킹층(8) 및 전자 수송층(6)이 이 순서대로 발광층측으로부터 제공된다. 홀/여기자 블로킹층(8)은 홀 및/또는 여기자를 블로킹한다. 그 외에는, 제5 구성은 제1 구성과 동일하다.
그러나, 본 발명의 일 실시예의 유기 발광 장치는 상기 제1 내지 제5 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예의 유기 발광 장치는, 전극과 유기층 사이에 절연층을 가질 수 있거나, 또는 접착층 또는 간섭층을 가질 수도 있다. 또한, 홀 수송층은 이온화 퍼텐셜이 상이한 2개의 층들을 포함할 수도 있다.
유기 화합물층은 홀 주입/수송 재료를 함유할 수도 있다. 바람직하게는, 홀 주입/수송 재료는 애노드로부터 홀의 주입을 용이하게 하거나, 또는 주입된 홀을 발광층에 수송하게 하는 이동성을 갖는다. 홀 주입/수송 재료로는 저분자량 화합물 또는 고분자일 수도 있고, 예시적인 홀 주입/수송 재료는 트리아릴아민 유도체, 페닐렌디아민 유도체, 트리아졸 유도체, 옥사디아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 피라졸린 유도체, 피라졸론 유도체, 옥사졸 유도체, 플루오레논 유도체, 히드라존 유도체, 스틸벤 유도체, 프탈로시아닌 유도체, 포르피린 유도체, 폴리(비닐 카르바졸), 폴리(실릴렌), 폴리(티오펜), 및 기타 도전성 고분자 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
유기 화합물층은 전자 주입/수송 재료를 함유할 수도 있다. 전자 주입/수송 재료는 캐소드로부터 이온의 주입 및 주입된 전자의 발광층으로의 수송을 용이하게 하는 화합물일 수 있으며, 예를 들어, 홀 주입/수송 재료의 캐리어 이동성과의 밸런스를 고려하여 선택될 수 있다. 예시적인 전자 주입/수송 재료로서는, 옥사디아졸 유도체, 옥사졸 유도체, 티아졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 피라진 유도체, 트리아졸 유도체, 트리아진 유도체, 페릴렌 유도체, 퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 플루오레논 유도체, 안트론 유도체, 페난트롤린 유도체, 및 유기 금속 착체 중 적어도 하나를 들 수 있지만, 이들에 한정되지는 않는다. 이온화 퍼텐셜이 큰 재료가, 홀을 블로킹하는 데 사용될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 장치의 유기 화합물층은, 발광층 또는 기타 유기층을 형성하는 데 적합한 다양한 방법에 의해 형성될 수 있다. 일반적으로, 유기 화합물층은 예를 들어, 진공 증착법, 이온화 증착법, 스퍼터링 또는 플라즈마 CVD와 같은 박막 증착법에 의해 형성될 수도 있다. 다르게는, 박층은 예를 들어, 스핀 코팅, 딥핑, 캐스트법, LB법 또는 잉크젯법과 같이 용매에 용해시킨 재료를 사용하는 적합한 코팅법에 의해 형성될 수도 있다. 코팅에는, 적당한 결착 수지가 조합되어 사용될 수도 있다.
결착 수지는 결착 능력을 갖는 다양한 수지로부터 선택될 수 있다. 이러한 결착 수지로는 폴리비닐카르바졸, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, ABS 수지, 폴리부타디엔, 폴리우레탄, 아크릴, 메타크릴, 부티랄, 폴리비닐 아세탈, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리에테르술폰, 디알릴 프탈레이트, 페놀 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리술폰 및 우레아 중 적어도 하나를 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 또한, 이들 수지는 단독으로 사용되거나, 또는 공중합체로서 2종 이상 조합될 수도 있다. 가소제, 산화 방지제 또는 자외선 흡수제와 같은 공지된 첨가제가 결착 수지와 조합하여 사용될 수도 있다.
애노드로서 적합한 재료는 가능한 높은 일함수를 가질 수도 있다. 이러한 재료로는 예를 들어, 금, 백금, 은, 구리, 니켈, 팔라듐, 코발트, 셀레늄, 바나듐 및 텅스텐 중 적어도 하나와 같은 원소 금속 및 이들의 합금, 및 산화주석, 산화아연, 산화인듐, 산화주석인듐(ITO) 및 산화아연인듐과 같은 금속 산화물을 들 수 있다. 또한, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리페닐렌 술피드와 같은 도전성 재료도 사용될 수 있다. 이들 애노드 재료는 단독으로 또는 조합하여 사용될 수도 있다. 또한, 애노드는 단층 구성 또는 다층 구성을 가질 수도 있다.
캐소드 재료는 비교적 적은 일함수를 가질 수도 있다. 이러한 재료로는 예를 들어, 리튬, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 알루미늄, 인듐, 루테늄, 티타늄, 망간, 이트륨, 은, 납, 주석 및 크롬 중 적어도 하나와 같은 원소 금속, 및 리튬- 인듐, 나트륨-칼륨, 마그네슘-은, 알루미늄-리튬, 알루미늄-마그네슘, 및 마그네슘-인듐과 같은 합금을 들 수 있다. 산화주석인듐(ITO)과 같은 금속 산화물이 이용될 수도 있다. 이들 캐소드 재료는 단독으로 사용하거나, 또는 조합하여 사용될 수도 있다. 캐소드는 단층 구성 또는 다층 구성을 가질 수도 있다.
또한, 애노드 및 캐소드 중 적어도 하나는 투명 또는 반투명일 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 발광 장치의 기판은 금속 또는 세라믹 기판과 같이 불투명하거나, 또는 유리, 석영, 또는 플라스틱 시트와 같이 투명할 수도 있다. 기판에는 발광 색을 제어하기 위한 컬러 필터막, 형광 색 변환 필터막 또는 유전체 반사막이 제공될 수도 있다.
광이 방출되는 방향에 대해서는 바텀 에미션 구성(예를 들면, 기판측으로부터 광이 방출됨) 또는 탑 에미션 구성(예를 들면, 기판의 반대측으로부터 광이 방출됨)이 사용될 수 있다.
산소 또는 수분으로부터 장치를 보호하기 위해서, 일부 실시예에서는 보호층 또는 밀봉층이 제공될 수도 있다. 보호층은 예를 들어, 다이아몬드 박막, 금속 산화물 또는 금속 질화물과 같은 무기 재료막, 플루오로카본 중합체, 폴리파라크실렌, 폴리에틸렌, 실리콘 수지 또는 폴리스티렌 수지와 같은 고분자막, 또는 광경화성 수지막을 포함할 수도 있다. 일부 실시예에 따르면, 발광 장치는 유리, 기체 불투과성 막 또는 금속으로 피복되거나, 또는 적당한 밀봉 수지에 의해 패키징될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 장치는 다양한 제품에 탑재될 수도 있 다.
예를 들어, 유기 발광 장치는 광원(예를 들어, 노광 장치)으로서 사용될 수 있고, 따라서 전자사진 화상 형성 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 2차원 배열식 유기 발광 장치는 표시부를 형성할 수 있다. 따라서, 표시부를 포함하는 화상 표시 장치가 제공될 수 있다.
화상 표시 장치는 표시부와 표시부를 구동하는 구동부를 포함할 수 있다.
화상 표시 장치는 예를 들어, 퍼스널 컴퓨터의 디스플레이 또는 TV 세트일 수도 있다.
또한, 표시부는 전자사진 화상 형성 장치의 터치 패널의 조작부로서 사용될 수도 있다.
또한, 화상 표시부와 같은 화상 표시 장치를 사용함으로써, 디지털 스틸 카메라 또는 디지털 비디오 카메라와 같은 카메라(촬상 장치)가 제공될 수 있다.
표시부는 각각의 유기 발광 장치를 위한 스위칭 장치를 포함할 수도 있다. 스위칭 장치는 예를 들어, TFT 장치일 수 있다. 스위칭 장치는 대응하는 유기 발광 장치에 연결되고, 유기 발광 장치에 발광과 비발광을 스위칭한다.
도 6은 표시부에 유기 발광 장치를 포함하는 화상 표시 장치의 일 실시예의 개략 단면도이다. 도 6은 2개의 유기 발광 장치 및 2개의 TFT를 도시하고 있다. 하나의 유기 발광 장치가 하나의 TFT에 연결된다. 도 6에서 나타낸 화상 표시 장치(300)에서, 부호 38은 스위칭 장치로서 작용하는 TFT를 나타내고, 기판(31), 방습층(32), 게이트 전극(33), 게이트 절연막(34), 반도체층(35), 드레인 전극(36), 소스 전극(37), 절연층(39), 콘택트 홀(310), 애노드(311), 유기층(312), 캐소드(313), 제1 보호층(314) 및 제2 보호층(315)을 나타낸다.
화상 표시 장치(300)는 기판(31) 상에 유리로 제조될 수 있는 방습층(32)을 구비하여, 기판(31) 위에 덮여있는 부재(TFT 또는 유기층)를 보호한다. 방습층(32)은 산화규소, 또는 산화규소와 질화규소의 복합체로 제조될 수 있다. 방습층(32) 위에 게이트 전극(33)이 배치된다. 게이트 전극(33)은 스퍼터링에 의해 Cr과 같은 금속을 증착함으로써 형성될 수도 있다.
게이트 전극(33)은 게이트 절연막(34)으로 피복된다. 게이트 절연막(34)은 산화 실리콘층 등을 예를 들어, 플라즈마 CVD법 또는 촉매 화학 기상 증착법(cat-CVD법)에 의해 형성하고, 패터닝해서 형성될 수 있다. 패터닝에 의해 TFT가 되는 각각의 영역에 제공되는 게이트 절연막(34)은 각각 반도체층(35)으로 피복된다. 반도체층(35)은 예를 들어, 플라즈마 CVD법에 의해 (그리고 경우에 따라서는 예를 들어, 290℃ 이상의 온도에서 어닐링에 의해) 형성된 실리콘층을 패터닝함으로써, 회로를 따른 형상으로 형성될 수 있다.
반도체층(35)은 드레인 전극(36)과 소스 전극(37)을 갖는다. 이렇게 형성된 TFT 장치(38) 각각은 게이트 전극(33), 게이트 절연막(34), 반도체층(35), 드레인 전극(36) 및 소스 전극(37)을 포함한다. 절연층(39)은 TFT 장치(38) 위에 배치된다. 절연층(39)은 콘택트 홀(관통 홀)(310)을 가지며, 이를 통해 금속으로 제조된 유기 발광 장치용의 애노드(311)가 소스 전극(37)에 연결되어 있다.
애노드(311) 위에, 발광층을 포함하는 유기층(312)과 캐소드(313)가 이 순서 대로 배치되어 유기 발광 장치를 형성한다. 유기층(312)은 발광층을 포함한 복수개의 층을 포함할 수 있거나, 또는 오직 발광층만을 포함할 수도 있다. 유기 발광 장치의 열화를 방지하기 위해서 제1 보호층(314) 및/또는 제2 보호층(315)이 제공될 수도 있다.
또한, 스위칭 장치는 TFT 장치에 한정되지 않으며, 예를 들어 MIM 장치가 사용될 수도 있다.
표시부의 유기 발광 장치는 서로 다른 색의 광을 발광할 수도 있다. 더 구체적으로, 각 유기 발광 장치는 적색, 녹색 및 청색 중 임의의 하나의 색을 방출할 수도 있다. 따라서, 풀 컬러 표시가 달성될 수 있다.
특히, 모바일 장치의 풀 컬러 화상 표시 장치에 유기 발광 장치를 사용하는 경우에, 한정된 전원 용량을 효과적으로 사용하기 위해서, 유기 발광 장치로부터 발광되는 광을 효율적으로 이용하는 것이 기대된다. 따라서, 각 발광 색이 광 취출 효율을 향상시킬 수 있도록 유기 발광 장치의 광학적 간섭 거리가 조정될 수도 있다. 예를 들어, 유기 발광 장치의 발광 영역과 반사 전극의 반사면 사이의 광학 거리는, 발광 파장의 1/4 또는 3/4일 수도 있다.
풀 컬러 화상 표시 장치의 유기 발광 장치는, 복수 색 중 임의의 하나에 대하여 발광 재료로서 인광 재료를 사용할 수도 있다. 인광 재료를 발광 재료로서 사용함으로써, 전기 에너지가 효율적으로 광학 에너지로 변환될 수 있다. 적색, 녹색, 청색의 삼색을 사용하는 풀 컬러 표시 장치에 있어서는, 적색 또는 녹색, 또는 양쪽 모두에 인광 재료가 사용될 수 있다.
쓸데 없는 에너지 소비를 줄이기 위해서, 배선(conductor line)은 전기적 저항이 작을 수 있다. 탑 에미션형의 유기 발광 장치에서, 유기 화합물층 위에 형성되는 투명 또는 반투명 전극(예를 들어, 기판측 상의 전극의 반대)은 전기 전도율이 낮은 경향일 수 있다. 전기 전도율을 높이기 위해서, 유기 발광 장치 사이에 전기 도전성 재료가 배치될 수 있다. 이렇게 전극 영역의 저항이 감소될 수 있다.
화상 표시 장치의 표시부에서 유기 발광 장치의 발광 면적 비율(개구율)은 0.4 내지 0.8의 범위일 수 있다. 개구율이 작으면, 동일 휘도를 보장하기 위해서 유기 발광 장치에 인가되는 전류 밀도가 증가되고, 따라서 부하가 증가한다. 반대로, 개구율이 지나치게 크면, 발광 장치 사이의 거리가 감소된다. 이는 층이 형성될 때 위치 정렬을 곤란하게 한다.
이제 본 발명의 실시예가 설명된다. 그러나, 본 발명은 이하 실시예에 한정되지 않는다.
<실시예 1>
화합물 1의 합성
화합물 1은 이하 구조식에 따라서 합성했다.
Figure 112009076178664-PAT00007
(a) 화합물 a-1의 합성
화합물 a-1을 문헌[J. Org. Chem., Vol. 52, No. 26, 1987, p. 5668-5678]에 개시된 방법에 따라 벤즈안트라퀴논으로부터 합성했다.
(b) 화합물 a-3의 합성
200ml의 세개의 가지가 달린 플라스크에, 화합물 a-1 2.20g(7.14mmol), 화합물 a-2 1.97g(14.3mmol), 톨루엔 80ml 및 에탄올 20ml를 넣었다. 이들 재료를 질소 분위기 중에 실온에서 교반하면서, 물 50ml 중에 세슘 11.63g을 함유하는 용액을 플라스크에 적하하였다. 계속해서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(O) 0.825g을 첨가했다. 혼합물을 77℃로 승온하고, 5시간 교반했다. 반응 완료 후, 유기상을 톨루엔으로 추출하고, 무수 황산나트륨으로 건조하고, 실리카 겔 칼럼(톨루엔-헵탄 용리액)을 통해 정제하여, 화합물 a-3(백황색 결정) 1.51g(수율: 66％) 을 얻었다.
(c) 화합물 a-4의 합성
200ml의 세개의 가지가 달린 플라스크에, 화합물 a-4 1.50g(4.69mmol) 및 무수 피리딘 50ml를 넣었다. 이들 재료를 질소 분위기 중에 빙냉에서 교반하면서, 트리플루오로메탄 술폰산 무수물(Tf2O) 1.70ml(9.37mmol)를 천천히 적하하고, 1시간 교반하였다. 반응 용액을 실온에서 2시간 더 교반했다. 반응 완료 후, 반응 용액에 물 50ml를 첨가하고, 유기상을 톨루엔으로 추출하고, 무수 황산나트륨으로 건조하고, 실리카 겔 칼럼(톨루엔-헵탄 용리액)을 통해 정제하여, 화합물 a-4(백황색 결정) 1.65g(수율: 78％)을 얻었다.
(d) 화합물 a-5의 합성
200ml의 세개의 가지가 달린 플라스크에, 화합물 a-4 1.65g(3.65mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐 디클로라이드 250mg, 디아자비시클로운데센(DBU) 7.30mmol, 리튬 클로라이드 0.464g(10.95mmol) 및 디메틸포름아미드(DMF) 80ml를 넣었다. 이들 재료의 혼합물을 질소 분위기 중에서 교반하면서 150℃로 승온하고, 5시간 더 교반했다. 반응 완료 후, 유기상을 톨루엔으로 추출하고, 무수 황산나트륨으로 건조하고, 실리카 겔 칼럼(톨루엔-헵탄 용리액)으로 정제하여, 화합물 a-5(황색 결정) 0.830g(수율: 75％)을 얻었다.
(e) 화합물 a-6의 합성
100ml의 세개의 가지가 달린 플라스크에, 화합물 a-5 0.623g(2.06mmol), 벤 질트리메틸암모늄 트리브로마이드(BTMA Br3) 0.804mg(2.06mmol) 및 클로로포름 50ml를 넣고, 혼합물을 실온에서 5시간 교반했다. 반응 완료 후, 반응 용액을 여과했다. 생성물을 메탄올로 세정하고, 클로로벤젠/헵탄 혼합물로부터 재결정하여, 화합물 a-6(황색 결정) 0.720g(수율: 94％)을 얻었다.
(f) 화합물 1의 합성
200ml의 세개의 가지가 달린 플라스크에, 화합물 a-6 0.30g(0.787mmol), 화합물 a-7 0.542g(0.102mmol), 인산칼륨 0.30g(3.90mmol) 및 디옥산 50ml를 넣었다. 이들 재료의 혼합물을 질소 분위기 중에 실온에서 교반하면서, 테트라키스(트리페닐포스핀) 팔라듐(O) 0.825g을 첨가하고, 혼합물을 100℃로 승온하고, 5시간 교반했다. 반응 완료 후, 유기상을 톨루엔으로 추출하고, 무수 황산나트륨으로 건조하고, 실리카 겔 칼럼(톨루엔-헵탄 용리액)을 통해 정제하여, 화합물 1(황색 결정) 0.403g(수율: 72％)을 얻었다.
화합물 1을 질량 분석법에 의해 화합물 1의 분자 이온 피크(M+)는 704에서 확인했다.
또한, 1HNMR 분석에 의해, 화합물 1의 구조를 확인했다.
1H NMR(CDCl3, 400MHz) σ (ppm): 9.17(s, 1H), 8.14(d, 1H), 8.07(s, 1H), 7.94(d, 1H), 7.90(d, 1H), 7.87(d, 1H), 7.82-7.67(m, 11H), 7.60-7.27(m, 12H), 6.72(d, 1H), 6.61(d, 1H)
또한, 10-6 mol/L의 화합물 1의 톨루엔 희석 용액은 438nm에서 피크 파장을 갖는 우수한 청색을 나타냈다. 측정은 분광형광 광도계(F-4500, 히타치제)를 사용하여 여기 파장 350nm에서 수행했다.
화합물 1은 1.95eV의 T1 에너지와, 2.93eV의 전자 친화력을 나타냈다.
전자 친화력은 에너지 갭 측정치와 이온화 퍼텐셜로부터 산출했다. 더 구체적으로, 전자 친화력은 하기 식으로 나타낸다.
전자 친화력=이온화 퍼텐셜-에너지 갭
에너지 갭은 화합물 1의 톨루엔 용액(1×10-6 mol/L)의 흡수단으로부터 얻어졌다. 측정은 히타치제 분광 광도계 U-3010을 사용하여 행하였다.
이온화 퍼텐셜은, 대기 광전자 분광법(분석기: AC-1 리켄 케이키제)을 사용해서 측정했다. 측정 시료는 유리 기판 상에 박막을 형성하여 준비하였다. T1 에너지는 화합물 1의 톨루엔 용액(1×10-4 mol/L)을 77K로 냉각하고, 여기 파장 350nm에서 인광 성분의 제1 발광 피크로부터 구했다. 측정은 히타치제 분광 광도계 U-3010을 사용하여 수행하였다.
장치 준비
애노드는 유리 기판 상에, 산화주석인듐(ITO)을 스퍼터링법에 의해 120nm의 막 두께로 증착하여 형성하였다. 얻어진 구조물은 투명 도전성 지지 기판으로서 사용했다. 지지 기판을 아세톤 및 이소프로필 알코올(IPA)로 별도로 초음파 세정하고, 계속해서 IPA 중에서 끓임으로써 세정한 후에, 건조했다. 또한, 지지 기판 을 UV/오존 세정하였다.
하기 나타낸 화합물 b-1의 클로로포름 용액을 스핀 코팅하여 20nm의 막 두께로 홀 수송층을 형성했다.
또한, 이하의 유기층과 전극층을 10-5 Pa의 진공 챔버 내에서 저항 가열 진공 증착에 의해 연속적으로 형성했다.
발광층 (20nm): 화합물 1 (5 중량％) : 화합물 b-2 (95 중량％)
전자 수송층 (40nm): 화합물 b-3
금속 전극층 1 (0.5nm): LiF
금속 전극층 2 (150nm): Al
Figure 112009076178664-PAT00008
얻어진 유기 발광 장치에 6.5V의 전압을 인가한 경우, 우수한 청색 발광이 관측되었다.
전류 밀도를 33mA/cm2로 유지하고, 질소 분위기 하에서 전압을 100시간 동안 연속적으로 더 인가한 경우, 초기 휘도에 대한 100시간 후의 휘도는 15％ 이하로 감소되어, 작은 열화를 나타냈다.
<실시예 2>
화합물 2의 합성
화합물 2는 하기 구조식에 따라 합성했다.
Figure 112009076178664-PAT00009
(a) 화합물 c-1의 합성
화합물 c-1을 문헌[J. Org. Chem., Vol. 52, No.26, 1987, P5668-5678]에 개시된 방법에 따라 벤즈안트라퀴논으로부터 합성했다.
(b) 화합물 c-2의 합성
100ml의 세개의 가지가 달린 플라스크에, 테트라히드로푸란 60ml를 넣고, 테트라히드로푸란을 질소 분위기 중에서 -78℃로 교반하면서, 페닐 리튬(1.08M)을 적하하였다. 계속해서, 화합물 c-1 3.37g(1.0mmol)을 천천히 첨가했다. 혼합물을 실온까지 승온하고, 3시간 교반했다. 반응 완료 후, 물 100ml를 첨가하고, 유기상을 톨루엔으로 추출하고, 무수 황산나트륨으로 건조하고, 실리카 겔 칼럼(톨루엔-헵탄 용리액)을 통해 정제하여, 황색 결정 4.5g을 얻었다.
다음에, 200ml의 세개의 가지가 달린 플라스크에, 얻어진 백황색 결정 4.5g 및 요오드화칼륨 14.9g(90.0mmol), 포스핀산나트륨 1수화물 19.1g(180.0mmol) 및 아세트산 100ml를 넣었다. 그 후, 혼합물을 2시간 동안 가열 환류시켰다. 냉각한 후에, 반응 용액을 여과하고, 생성물을 물 및 메탄올로 세정했다. 용액을 톨루엔-헵탄 혼합물로부터 재결정하여, 화합물 c-2(황백색 결정) 3.8g(수율: 82.8％)을 얻었다.
(c) 화합물 c-4의 합성
100ml의 세개의 가지가 달린 플라스크에, 화합물 c-2 2.00g(4.35mmol), 화합물 c-3 1.22g(6.53mmol), 인산칼륨 1.85g(8.70mmol) 및 디옥산 50ml를 넣었다. 계속해서, 재료의 혼합물을 질소 분위기 중에 실온에서 교반하면서, 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(O) 0.250g을 첨가했다. 혼합물을 100℃로 승온하고, 5시간 교반했다. 반응 완료 후, 유기상을 톨루엔으로 추출하고, 무수 황산나트륨으로 건조하고, 실리카 겔 칼럼(톨루엔-헵탄 용리액)을 통해 정제하여, 화합물 c-4(황백색 결정) 0.840g(수율: 37％)을 얻었다.
(d) 화합물 c-5의 합성
100ml의 세개의 가지가 달린 플라스크에, 화합물 c-4 0.420g(0.806mmol) 및 디클로로메탄 50ml를 넣었다. 혼합물을 질소 분위기 중에 빙냉에서 교반하면서, 3브롬화 붕소 1.21ml를 천천히 적하했다. 1시간 교반 후, 반응 용액을 실온에서 8시간 교반했다. 반응 완료 후, 반응 용액에 물 50ml를 첨가하고, 유기상을 톨루엔으로 추출하고, 무수 황산나트륨으로 건조하고, 실리카 겔 칼럼(톨루엔-헵탄 용리 액)을 통해 정제하여, 화합물 c-5(백황색 결정) 0.405g(수율: 99％)을 얻었다.
(e) 화합물 c-6의 합성
50ml 세개의 가지가 달린 플라스크에, 화합물 c-5 0.400g(0.790mmol) 및 무수 피리딘 10ml를 넣었다. 계속해서, 혼합물을 질소 분위기 중에 빙냉에서 교반하면서, 트리플로오로메탄 술폰산 무수물(Tf2O) 0.28ml(1.58mmol)를 천천히 적하하였다. 1시간 교반 후에, 반응 용액을 실온에서 2시간 교반했다. 반응 완료 후, 반응 용액에 물 50ml를 첨가하고, 유기상을 톨루엔으로 추출하고, 무수 황산나트륨으로 건조하고, 실리카 겔 칼럼(톨루엔-헵탄 용리액)을 통해 정제하여, 화합물 c-6(백황색 결정) 0.500g(수율: 99％)을 얻었다.
(f) 화합물 c-7의 합성
50ml 세개의 가지가 달린 플라스크에, 화합물 c-6 0.500g(0.782mmol), 비스(트리페닐포스핀)팔라듐 디클로라이드 56mg, 디아자비시클로운데센(DBU) 238mg(1.56mmol), 리튬 클로라이드 99mg(2.35mmol) 및 DMF 20ml를 넣었다. 혼합물을 질소 분위기 중에 실온에서 교반한 후, 150℃로 승온하고, 5시간 더 교반했다. 반응 완료 후, 유기상을 톨루엔으로 추출하고, 무수 황산나트륨으로 건조하고, 실리카 겔 칼럼(톨루엔-헵탄 용리액)을 통해 정제하여, 화합물 c-7(황백색 결정) 148mg(수율: 38.7％)을 얻었다.
(g) 화합물 2의 합성
100ml의 세개의 가지가 달린 플라스크에, 화합물 c-7 0.148g(0.30mmol), 화 합물 c-8 (피나콜보란 형태) 0.198g (0.60mmol), 인산칼륨 0.127g(0.60mmol), 2-디시클로헥실포스피노-2',6'-디에톡시비페닐 0.127g(0.60mmol) 및 디옥산 50ml를 넣었다. 질소 분위기 중에 실온에서 교반 후에, 아세트산팔라듐 0.025g을 첨가했다. 그 후, 혼합물을 100℃로 승온하고, 5시간 교반했다. 반응 완료 후, 유기상을 톨루엔으로 추출하고, 무수 황산나트륨으로 건조하고, 실리카 겔 칼럼(톨루엔-헵탄 용리액)을 통해 정제하여, 화합물 2(황색 결정) 0.123g(수율: 63％)을 얻었다.
화합물 2를 질량 분석법에 의해 화합물 2의 분자 이온 피크(M+)는 655에서 확인했다.
또한, 1HNMR 분석에 의해, 화합물 2의 구조를 확인했다.
1H NMR(CDCl3, 400MHz) σ (ppm):8.16(s, 1H), 8.07(s, 1H), 8.03-7.91(m, 6H), 7.88(d, 1H), 7.33-7.53(m, 16H), 7.46-7.39(m, 4H), 7.01(d, 1H)
또한, 10-6 mol/L의 화합물 2의 톨루엔 희석 용액은 439nm의 피크 파장을 갖는 우수한 청색을 나타냈다. 측정은 분광형광 광도계(F-4500, 히타치제)를 사용하여, 350nm의 여기 파장에서 행하였다.
화합물 2는 1.93eV의 T1 에너지와, 2.95eV의 전자 친화력을 나타냈다.
화합물 1 대신에 화합물 2를 사용한 것 이외에는 실시예 1에서와 동일한 방식으로 유기 발광 장치를 준비하고, 동일한 평가를 행했다. 얻어진 유기 발광 장치에 6.5V의 전압을 인가했을 때, 우수한 청색 발광이 관측되었다.
전류 밀도를 33mA/cm2로 유지하면서, 질소 분위기 하에서 전압을 100시간 연속하여 더 인가했을 때, 초기 휘도에 대한 100시간 후의 휘도는 15％ 이하로 감소하여, 단지 적은 열화를 나타냈다.
<실시예 3>
화합물 1 대신에 화합물 3을 사용한 것 이외에는 실시예 1에서와 동일한 방식으로 유기 발광 장치를 준비하고, 동일한 평가를 행했다. 얻어진 유기 발광 장치에 6.5V의 전압을 인가했을 때, 우수한 청색 발광이 관측되었다.
또한, 전류 밀도를 33mA/cm2로 유지하고, 질소 분위기 하에서 전압을 100시간 연속하여 더 인가했을 때, 초기 휘도에 대한 100시간 후의 휘도는 15％ 이하로 감소하여, 단지 적은 열화를 나타냈다.
<비교예 1>
이하 도시된 화합물 d-1의 물성을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정했다.
Figure 112009076178664-PAT00010
그 결과, 10-6 mol/L의 화합물 d-1의 톨루엔 희석 용액은 466nm에서 피크 파장을 갖는 우수한 청색을 나타냈다. 측정은 분광형광 광도계(F-4500, 히타치제)를 사용하고, 350nm의 여기 파장에서 수행했다.
화합물 d-1은 2.10eV의 T1 에너지와, 3.16eV의 전자 친화력을 나타냈다.
화합물 1 대신에 화합물 d-1을 사용한 것 이외에는 실시예 1에서와 동일한 방식으로 유기 발광 장치를 준비하고, 동일한 평가를 행했다. 얻어진 유기 발광 장치에 6.5V의 전압을 인가했을 때, 우수한 청색 발광이 관측되었다.
또한, 전류 밀도를 33mA/cm2로 유지하고, 질소 분위기 하에서 전압을 100시간 연속하여 더 인가했을 때, 초기 휘도에 대한 100시간 후의 휘도는 30％ 이상만큼 상당히 감소했다.
<비교예 2>
이하 도시된 화합물 d-2의 물성을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 측정했다.
Figure 112009076178664-PAT00011
그 결과, 10-6 mol/L의 화합물 d-2의 톨루엔 희석 용액은 468nm에서 피크 파장을 갖는 우수한 청색을 나타냈다. 측정은 분광형광 광도계(F-4500, 히타치제)를 사용하고, 350nm의 여기 파장에서 수행했다.
화합물 d-2는 1.69eV의 T1 에너지와, 2.69eV의 전자 친화력을 나타낸다. 화합물 1 대신에 화합물 d-2를 사용한 것 이외에는 실시예 1에서와 동일한 방식으로 유기 발광 장치를 준비하고, 동일한 평가를 행했다. 얻어진 유기 발광 장치에 6.5V의 전압을 인가했을 때, 우수한 청색 발광이 관측되었다.
전류 밀도를 33mA/cm2로 유지하고, 질소 분위기 하에서 전압을 100시간 연속하여 더 인가했을 때, 초기 휘도에 대한 100시간 후의 휘도는 30％ 이상만큼 상당히 감소했다.
따라서, 이들 실시예는 본 발명의 실시예가 효율적이고 밝으며 내구성 있는 유기 청색 발광 장치를 제공할 수 있음을 증명한다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조로 하여 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시 실시예에 제한되지 않는 것으로 이해해야 한다. 하기 청구범위의 범주는 모든 변형 및 등가 구조 및 기능을 포함하도록 최대한 넓게 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 장치의 제1 구성의 개략도.
도 2는 유기 발광 장치의 제2 구성의 개략도.
도 3은 유기 발광 장치의 제3 구성의 개략도.
도 4는 유기 발광 장치의 제4 구성의 개략도.
도 5는 유기 발광 장치의 제5 구성의 개략도.
도 6은 표시부에 유기 발광 장치를 포함하는 화상 표시 장치의 개략 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 유리 기판
2: 애노드
3: 발광층
4: 캐소드
5: 홀 수송층
6: 전자 수송층
7: 홀 주입층
8: 홀/여기자 블로킹층

Claims (6)

  1. 유기 발광 장치이며,
    애노드 및 캐소드를 포함하는 한 쌍의 전극과,
    호스트 화합물과 도펀트 화합물을 포함하고, 상기 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 발광층을 포함하고,
    상기 도펀트 화합물은 탄화수소 화합물이고, 상기 발광 장치로부터 방출되는 광을 방출하고, 상기 광은 430nm 내지 480nm의 파장의 범위에서 최대 강도를 갖는 제1 발광 피크(primary emission peak)를 갖는 발광 스펙트럼을 나타내고, 상기 도펀트 화합물은 상기 호스트 화합물보다 더 높은, 2.93eV 이상의 전자 친화력을 갖고, 최저 여기 삼중항 상태에서의 상기 도펀트 화합물은 최저 여기 삼중항 상태에서의 상기 호스트 화합물보다 더 낮은, 1.95eV 이하의 에너지를 갖고, 상기 도펀트 화합물은 상기 호스트 화합물보다 더 작은 밴드 갭을 갖는, 유기 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도펀트 화합물은 안트라센 골격 및 플루오란텐 골격 중 적어도 하나를 포함하는, 유기 발광 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 도펀트 화합물은 하기 화학식 1 및 2로 나타내는 적어도 하나의 화합물을 포함하는, 유기 발광 장치.
    <화학식 1>
    Figure 112009076178664-PAT00012
    (화학식 1에서, R1 내지 R13은 각각 수소, 또는 치환 또는 비치환의 알킬을 나타내고, 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있고,
    Ar1은 치환 또는 비치환의 축합 다환기를 나타낸다.)
    <화학식 2>
    Figure 112009076178664-PAT00013
    (화학식 2에서, R14 및 R15는 각각 치환 또는 비치환의 알킬을 나타내고, 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있고,
    n1 및 n2은 각각 0 내지 5의 정수를 나타내며, n1이 2 이상일 때, R14로 나타내는 기는 서로 동일하거나 또는 상이하고, n2가 2 이상일 때, R15로 나타내는 기는 서로 동일하거나 또는 상이하며,
    X는 치환 또는 비치환의 플루오란테닐기, 또는 치환 또는 비치환의 벤조플루오란테닐기를 나타낸다.)
  4. 제3항에 있어서, 상기 도펀트 화합물은 하기 화합물 1, 2, 3 및 4 중 적어도 하나를 포함하는, 유기 발광 장치.
    Figure 112009076178664-PAT00014
    Figure 112009076178664-PAT00015
  5. 제4항에 있어서, 상기 도펀트 화합물은
    Figure 112009076178664-PAT00016
    을 포함하고.
    상기 호스트 화합물은
    Figure 112009076178664-PAT00017
    을 포함하는, 유기 발광 장치.
  6. 화상 표시 장치이며,
    제1항에 기재된 유기 발광 장치와, 상기 유기 발광 장치에 연결되는 스위칭 장치를 포함하는 표시부를 포함하는 화상 표시 장치.
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