KR20110027033A - 유기전계발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로서, 제1전극과 제2전극 사이에 한층 이상의 유기박막층을 포함하며, 상기 유기박막층에 하기 화학식 Ⅰ로 표시되는 화합물로부터 선택된 1종 이상의 안트라센 유도체와, 하기 화학식 Ⅱ로 표시되는 화합물로부터 선택된 1종 이상의 아민 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하고, 이에 따라 청색 내지 황색의 발광영역에서 색순도가 높고, 발광특성 및 전력효율이 우수하다.
화학식 Ⅰ
화학식 Ⅱ
(상기 식에서, An, A1, B1, A, R1 내지 R4, n, o 및 p는 발명의 상세한 설명에 정의된 바와 같다.)
Description
본 발명은 유기전계발광소자에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 색순도가 높고, 발광특성 및 전력효율이 우수한 안트라센 유도체 및 아민 유도체를 채용한 유기전계발광소자에 관한 것이다.
유기전계발광소자는 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)이나 무기 전계발광소자 디스플레이에 비해 낮은 구동전압(예, 10V이하), 넓은 시야 각, 고속 응답성, 고 콘트라스트(contrast) 등의 뛰어난 특징을 갖게 됨으로써, 그래픽 디스플레이의 픽셀(pixel), 텔레비전 영상 디스플레이나 표면광원(surface light source)의 픽셀로서 사용될 수 있다. 휠 수 있는(flexible) 투명 기판 위에도 소자를 형성할 수 있고, 매우 얇고 가볍게 만들 수 있으며, 색감이 좋기 때문에 차세대 평면 디스플레이(flat panel display: FPD)에 적합한 소자로 부상하고 있다.
이러한 유기전계발광소자는 정공 주입 전극(양극)인 제1전극(애노드, anode)과 전자 주입 전극인 제2전극(캐소드, cathode) 사이에 형성된 유기 발광층에 상기 애노드로부터의 정공과 상기 캐소드로부터의 전자를 주입하면, 전자와 정공이 결합하여 쌍을 이루면서 여기 상태의 엑시톤(exciton)을 형성시키고, 다시 여기 상태의 엑시톤은 기저 상태로 떨어지면서 소멸하여 발광하는 소자로서, 최근에는 풀컬러(full color) 디스플레이에의 응용이 기대되고 있다.
초창기의 대표적 유기전계발광소자는 1969년 구르니(Gurnee)에 의해서 공지된 단층구조의 것으로서 (미국등록특허 제3,172,862호 및 미국등록특허 제3,173,050호), 100V 이상의 과도한 구동전압을 필요로 하기 때문에 실용화되기 어렵다는 문제점이 있었다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하고자, 1987년 이스트만 코닥사(Eastman Kodak co.)의 Tang에 의해 약 6 내지 14V 정도의 현저히 낮은 구동전압을 갖는 다층구조의 유기전계발광소자가 개발되었으며(C. W. Tang et al., Appl. Phys. Lett., 51, 913(1987); US 4,356,429), 현재는 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 및 전자주입층 등과 같은 다양한 기능성 적층구조들을 갖는 유기전계발광소자들이 지속적으로 개발되고 있는 추세이다.
또한 발광물질 효율을 극대화하기 위한 방법으로서 호스트/도펀트계를 사용하여 발광물질을 단독으로 사용하면 농도소광을 일으키거나, 안정된 막을 얻을 수 없는 단점을 극복하였다(C. W. Tang et al., J. Appl. Phys., 65, 3610(1989)).
발광층에서 최대의 효율을 얻기 위해서는 홀과 전자가 각각 안정적인 전기화학적 경로를 통하여 도펀트로 이동하여 엑시톤을 형성할 수 있도록 호스트와 도펀트의 에너지 밴드갭이 적절한 조합을 이루어야 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 색순도가 높고, 발광효율 및 전력효율이 우수한 안트라센 유도체 및 아민 유도체를 채용한 유기전계발광소자를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 제1전극과 제2전극 사이에 한층 이상의 유기박막층을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 유기박막층에 하기 화학식 Ⅰ로 표시되는 화합물로부터 선택된 1종 이상의 안트라센 유도체와, 하기 화학식 Ⅱ로 표시되는 화합물로부터 선택된 1종 이상의 아민 유도체를 포함하는 유기전계발광소자를 제공한다:
화학식 Ⅰ
(상기 식에서, An은 치환 또는 비치환된 안트라센기를 나타내며, A1 및 B1는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, o 및 p는 0-4의 정수이다.)
화학식 Ⅱ
(상기 식에서, A는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴기이며, n은 1 - 4의 정수이고, n이 2 이상인 경우 복수의 아민기는 각각 독립적으로 동일 또는 상이하며, R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 3의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 3의 알키닐기로부터 선택되고, R2는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴기로부터 선택되며,
R3와 R4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 3 내지 10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 아릴알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군에서 선 택된다)
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 An, A1, B1, A 및 R1 내지 R4의 치환기는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 시클로알킬기, 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 탄소수 3 내지 40의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노기, 탄소수 3 내지 30의 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 30의 아릴알킬아미노기, 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 탄소수 1 내지 30의 아릴실릴기, 알케닐기, 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 보론, 게르마늄 및 중수소로 이루어진 군으로부터 선택되며, 모체에 1가 또는 2가로 치환될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 안트라센 유도체는 하기 Ⅰ-a로 표시되는 화합물일 수 있다.
화학식 Ⅰ-a
(상기 식에서, A2 및 B2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이며, X1 내지 X8는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴기, 할로겐기, 수소 및 중수소로 이루어진 군에서 선택되며, 인접한 작용기 사이에 고리를 형성하여 포화 또는 불포화고리를 형성할 수 있다)
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 X1 내지 X8, A2 및 B2의 치환기는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 시클로알킬기, 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 탄소수 3 내지 40의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 시아노기, 할로겐기, 수소 및 중수소로 이루어진 군으로부터 선택되며, 모체에 1가 또는 2가로 치환될 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 화학식Ⅱ의 A는 치환 또는 비치환의 파이렌, 치환 또는 비치환의 안트라센, 치환 또는 비치환의 플루오란텐, 치환 또는 비치환의 나프틸, 치환 또는 비치환의 비페닐, 치환 또는 비치환의 터페닐, 치환 또는 비치환의 페릴렌 및 치환 또는 비치환의 플루오렌인 유도체로부터 선택된 1종 이상의 화합물인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 아민 유도체는 하기 화학식 Ⅱ-a로 표시되는 화합물일 수 있다:
화학식 Ⅱ-a
(상기 식에서, q은 0 내지 4의 정수이고, q가 2 이상인 경우 복수의 X는 각각 독립적으로 동일 또는 상이할 수 있으며, X는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 3 내지 10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 아릴알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군에서 선택된다)
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 아민 유도체는 하기 화학식 Ⅱ-b로 표시되는 화합물일 수 있다:
화학식 Ⅱ-b
(상기 식에서, r은 0 내지 4의 정수이고, r가 2 이상인 경우 복수의 Y는 각각 독립적으로 동일 또는 상이할 수 있으며, Y는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 3 내지 10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 아릴알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군에서 선택된다)
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 아민 유도체는 하기 화학식 Ⅱ-c로 표시되는 화합물일 수 있다:
화학식 Ⅱ-c
(상기 식에서, s는 0 내지 4의 정수이고, s가 2 이상인 경우 복수의 Z는 각각 독립적으로 동일 또는 상이할 수 있으며, Z는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 3 내지 10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노 기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 아릴알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군에서 선택된다)
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 정공주입층, 정공수송층, 정공저지층, 발광층, 전자저지층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 층을 포함하며, 상기 안트라센 유도체 및 아민 유도체는 상기 발광층에 포함된 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 정공주입층, 정공수송층, 정공저지층, 발광층, 전자저지층, 전자수송층 및 전자주입층으로부터 선택된 하나 이상의 층은 단분자 증착방식 또는 용액공정에 의하여 형성될 수 있으며, 본 발명의 일실시예에 따른 유기전계발광소자는 표시소자, 디스플레이 소자 및 단색 또는 백색 조명용 소자에 사용될 수 있어 유용하다.
본 발명에 따른 안트라센 유도체 및 아민 유도체를 발광층에 사용하면, 색순도가 높고, 발광효율 및 전력효율이 우수한 유기전계발광소자를 제공할 수 있다.
본 발명은 안트라센 유도체와 아민 유도체를 채용한 유기전계발광소자에 관 한 것으로서, 상기 안트라센 유도체는 화학식 Ⅰ 또는 화학식 Ⅰ-a로 표시될 수 있으며, 상기 아민 유도체는 화학식 Ⅱ 또는 화학식 Ⅱ-a 내지 Ⅱ-c로 표시되는 화합물인 것이 특징이다.
본 발명에서 사용되는 치환기인 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 들 수 있고, 상기 알킬기 중 하나 이상의 수소 원자는 중수소원자, 할로겐 원자, 니트로기, 시아노기, 실릴기 (이 경우 "알킬실릴기"라 함), 치환 또는 비치환된 아미노기 (-NH2, -NH(R), -N(R')(R''), R'과 R"은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며, 이 경우 "알킬아미노기"라 함), 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기, 술폰산기, 인산기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알케닐기, 탄소수 1 내지 20의 알키닐기, 탄소수 1 내지 20의 헤테로알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 탄소수 6 내지 20의 아르알킬기, 탄소수 6 내지 20의 헤테로아릴기 또는 탄소수 6 내지 20의 헤테로아르알킬기로 치환될 수 있다.
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 알콕시기의 구체적인 예로는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소부틸옥시, sec-부틸옥시, 펜틸옥시, iso-아밀옥시, 헥실옥시 등을 들 수 있고, 상기 알콕시기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
상기 본 발명의 화합물에서 사용되는 아릴기는 하나 이상의 고리를 포함하는 방향족 시스템을 의미하며, 상기 고리들은 펜던트 방법으로 함께 부착되거나 또는 융합(fused)될 수 있다. 또한 상기 아릴기는 비축합방향족기를 포함한다. 아릴기의 구체적인 예로는 페닐, 나프틸, 안트라세닐, 페난트릴, 피레닐, 크리세닐 및 플루오란테닐 등과 같은 방향족 그룹을 들 수 있고, 비축합방향족기의 일예로는 비페닐기, 터페닐기 등이 해당한다. 상기 아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다 (예를 들어, 아미노기로 치환되는 경우는 "아릴아미노기", 실릴기로 치환되는 경우는 "아릴실릴기", 옥시기로 치환되는 경우는 "아릴옥시기"라 함).
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 헤테로아릴기는 N, O 또는 S 중에서 선택된 1, 2 또는 3개의 헤테로 원자를 포함하고, 나머지 고리 원자가 탄소인 탄소수 3 내지 30의 고리 방향족 시스템을 의미하며 하기의 축합방향족 헤테로환을 포함한다.
상기 헤테로아릴기가 아릴기 또는 다른 헤테로아릴기와 융합된(fused) 경우 이를 축합방향족 헤테로환이라 한다. 헤테로아릴기의 구체적인 예로는 피롤기, 퓨란기, 티오펜기, 비티오펜기, 터티오펜기, 피라졸기, 이미다졸기, 트리아졸기, 이소옥사졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 피리딘기, 디피리딜기, 터피리딘기, 피리다진기, 피리미딘기, 피라진기, 트리아진기 등이 있다.
축합방향족 헤테로환기의 구체적인 예로는 인돌기, 카바졸기, 디벤조아제핀기, 아자안돌기, 인돌로카바졸기, 벤조퓨란기, 디벤조퓨란기, 티아나프텐기(thianaphthene), 디벤조티오펜기, 인다졸기, 벤즈이미다졸기, 이미다조피리딘기, 벤조트리아졸기, 벤조티아졸기, 벤조티아디아졸기, 트리아졸로피리미딘기, 퓨 린기, 퀴놀린기, 벤조퀴놀린기, 아크리딘기, 이소퀴놀린기, 페난트롤린기, 프탈라진기, 퀴나졸린기, 페녹살린기, 페나진기, 페난트롤린기, 페녹사진기 등이 있다.
그리고 상기 헤테로아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 동일한 치환기로 치환가능하다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 화학식 Ⅰ로 표시되는 안트라센 유도체의 구체적인 예로는 하기 화학식 A01 내지 A76로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
A05 A06 A07 A08
A09 A10 A11 A12
A13 A14 A15 A16
A17 A18 A19 A20
A21 A22 A23 A24
A25 A26 A27 A28
A29 A30 A31 A32
A33 A34 A35 A36
A37 A38 A39 A40
A41 A42 A43 A44
A45 A46 A47 A48
A49 A50 A51 A52
A53 A54 A55
A56 A57 A58 A59
A60 A61 A62 A63
A64 A65 A66
A67 A68 A69
A70 A71 A72 A73
A74 A75 A76
또한 본 발명의 다른 일실시예에 의하면, 상기 화학식 Ⅱ로 표시되는 아민 유도체의 구체적인 예로는 하기 화학식 B01 내지 B126으로 표시되는 화합물을 들 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
B04 B05 B06
B13 B14 B15
B16 B17 B18
B19 B20 B21
B22 B23 B24
B25 B26 B27
B28 B29 B30
B31 B32 B33
B34 B35 B36
B37 B38 B39
B40 B41 B42
B43 B44 B45
B46 B47 B48
B49 B50 B51
B52 B53 B54
B55 B56 B57
B58 B59 B60
B61 B62 B63
B64 B65 B66
B67 B68 B69
B70 B71 B72
B73 B74 B75
B76 B77 B78
B79 B80 B81
B82 B83 B84
B85 B86 B87
B88 B89 B90
B91 B92 B93
B94 B95 B96
B97 B98 B99
B100 B101 B102
B103 B104 B105
B106 B107 B108
B109 B110 B111
B112 B113 B114
B115 B116 B117
B118 B119 B120
B121 B122 B123
B124 B125 B126
본 발명에 따른 상기 유기전계발광소자를 보다 상세히 설명하면, 유기전계발광소자는 상기 애노드 및 캐소드 사이에 발광층 이외에 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 층을 더 포함할 수도 있는데, 상기 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 및 전자주입층은 정공 또는 전자들을 발광층으로 효율적으로 전달시켜 줌으로써 발광 고분자 내에서 발광 결합의 확률을 높이는 역할을 한다.
정공주입층 및 정공수송층은 애노드로부터 정공이 주입되고, 주입된 정공이 수송되는 것을 용이하게 하기 위해서 적층되는 것으로서, 이러한 정공수송층용 물질로는 이온화 포텐셜이 작은 전자공여성 분자들이 사용되는데, 주로 트리페닐아민을 기본골격으로 하는 디아민, 트리아민 또는 테트라아민 유도체가 많이 사용되고 있다. 본 발명에서도, 상기 정공수송층의 재료로서, 당업계에 통상적으로 사용되는 것인 한, 다양한 물질을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD) 또는 N,N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(α-NPD) 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 정공수송층의 하부에는 정공주입층 (HIL: Hole Injecting Layer)을 추가적으로 더 적층할 수 있는데, 상기 정공주입층 재료 역시 당업계에서 통상적으로 사용되는 것인 한 특별히 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들어 CuPc 또는 스타버스트(Starburst)형 아민류인 TCTA, m-MTDATA, IDE406 (이데미쯔사 재료) 등을 사용할 수 있다.
CuPc TCTA m-MTDATA
상기 정공수송층의 상부에 유기발광층이 적층되는데, 이러한 유기발광층은 단일물질로 이루어지거나 또는 호스트(host)/도판트(dopant)로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 단일 물질로 상기 화합물이 사용되는 경우, 분자 간 상호작용에의해 장파장에서의 둔덕 피크가 생겨나 색순도가 떨어지고, 발광 감쇄 효과 등에 의하여 효율이 떨어지기 때문에, 호스트/도판트계 발광층이 바람직하다.
전자수송층은 캐소드로부터 공급된 전자를 발광층으로 원활히 수송하고 상기 발광층에서 결합하지 못한 정공의 이동을 억제함으로써 발광층 내에서 재결합할 수 있는 기회를 증가시키는 역할을 한다. 이러한 전자수송층 재료로는 당업계에서 사용되는 물질인 한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 트리-8-히드록시퀴놀린 알루미늄 (Alq3), PBD(2-(4-비페닐일)-5-(4-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸), TNF(2,4,7-트리니트로 플루오레논), BMD, BND 등을 사용할 수 있다.
한편, 상기 전자수송층의 상부에는 캐소드로부터의 전자 주입을 용이하게 해주어 궁극적으로 파워효율을 개선시키는 기능을 수행하는 전자주입층 (EIL: Electron Injecting Layer)을 더 적층시킬 수도 있는데, 상기 전자주입층 재료 역 시 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 등의 물질을 이용할 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 따른 유기전계발광소자는 상기 언급한 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 및 전자주입층 이외에도, 정공저지층 또는 전자저지층 등과 같은 부가적 기능성 적층 구조들을 더 포함할 수도 있다. 이때, 정공저지층은 정공이 유기발광층을 통과하여 캐소드로 유입되는 경우에는 소자의 수명과 효율이 감소되기 때문에 HOMO 레벨이 매우 낮은 물질을 사용함으로써 이러한 문제를 방지하는 역할을 한다. 정공저지층을 이루는 물질은 특별히 제한되지는 않으나, 전자수송능력을 가지면서 발광 화합물보다 높은 이온화 포텐셜을 가져야 하며, 대표적으로 BAlq, BCP, TPBI 등을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 하기 도 1a 내지 도 1e에는 다양한 형태의 적층 구조를 갖는 유기전계발광소자들을 도시하였으며, 이를 참조하면, 도 1a의 유기전계발광소자는 애노드/정공주입층/발광층/캐소드로 이루어진 구조를 갖고, 도 1b의 유기전계발광소자는 애노드/정공주입층/발광층/전자주입층/캐소드로 이루어진 구조를 갖는다. 또한, 도 1c의 유기전계발광소자는 애노드/정공주입층/정공수송층 /발광층/캐소드의 구조를 갖고, 도 1d에 도시된 유기전계발광소자는 애노드/ 정공주입층/정공수송층/발광층/전자주입층/캐소드의 구조를 갖는다. 마지막으로, 도 1e의 유기전계발광소자는 애노드/정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층 /전자주입층/캐소드의 구조를 갖는다.
본 발명에 따른 유기전계발광소자는 상기 안트라센 유도체 및 아민 유도체를, 애노드 및 캐소드 사이에 개재되는 다양한 적층 구조 내에 포함할 수 있지만, 상기 안트라센 유도체 및 아민 유도체는 애노드 및 캐소드 사이의 발광층에서 발광물질로 사용하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 안트라센 유도체와 아민 유도체는 발광층에 호스트 또는 도판트로 모두 사용가능하지만, 호스트/도판트계 발광층에서 안트라센 유도체는 호스트 물질로 사용하는 것이 더욱 바람직하며, 아민 유도체는 도펀트 물질로 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 안트라센 유도체를 포함하는 발광층의 두께는 50 내지 2,000 Å 일 수 있는데, 두께가 50 Å 미만인 경우에는 발광 효율이 저하되고, 2,000 Å을 초과하는 경우에는 구동 전압이 상승하기 때문에 비경제적이다.
본 발명에 따른 유기전계발광소자를 제조하는 방법에 관하여 도 1a 내지 1e를 참조하여 설명한다.
먼저, 기판 상부에 애노드용 물질을 코팅한다. 기판으로는 통상적인 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데, 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다. 또한, 애노드 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석 (ITO), 산화인듐아연 (IZO), 산화주석 (SnO2) 또는 산화아연 (ZnO) 등의 당업계에서 통상적으로 사용되고 있는 물질들이 사용될 수 있다. 상기 애노드 상부로는 정공주입층이 진공 열증착 또는 스핀코팅 등의 방법에 의해서 선택적으로 적층되며, 그 다음으로 상기 정공주입층 상부에 정공수송층을 진공 열증착 또는 스핀코팅 등의 방법에 의해서 형성된다.
다음으로는, 상기 정공수송층 상부에 발광층을 적층한 후, 그 위에 선택적으로 정공저지층을 진공 열증착 또는 스핀코팅 방법에 의해서 형성한다. 마지막으로, 이러한 정공저지층 위에 전자수송층을 진공 열증착 또는 스핀코팅 방법을 통해 증착한 후에 전자주입층을 선택적으로 형성하고, 상기 전자주입층 상부에 캐소드 형성용 금속을 진공 열증착함으로써 본 발명에 따른 유기전계발광소자를 제조할 수 있게 된다. 한편, 캐소드 형성용 금속으로는, 리튬 (Li), 마그네슘 (Mg), 알루미늄 (Al), 알루미늄-리튬 (Al-Li), 칼슘 (Ca), 마그네슘-인듐 (Mg-In), 마그네슘-은 (Mg-Ag) 등을 사용할 수 있으며, 전면발광소자를 얻기 위해서는 ITO, IZO를 사용한 투과형 캐소드를 사용할 수도 있다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
한편 하기 실시예에서 (A)성분은 본 발명의 화학식 I로 표시되는 안트라센 유도체의 예시를 나타내며, (B)성분은 본 발명의 화학식 II로 표시되는 아민 유도체의 예시를 나타낸다.
실시예 1
ITO 글라스의 발광 면적이 2mm × 2mm가 되도록 기판 상에 패터닝한 다음 세 정하였다. 상기 기판을 진공 챔버에 장착한 후, 베이스 압력이 1 × 10-6 torr가 되도록 한 다음, 공지의 방법을 사용하여, 상기 ITO 글라스 상에 CuPC (200Å), NPD (400Å), (A)성분(A51) + (B)성분(B02) 3% (300Å), Alq3 (350Å), LiF (5Å), Al (1000Å)의 순서로 성막하였다. 제조된 유기전계발광소자의 발광특성은 0.4 mA에서 측정하였다.
실시예 2 및 3
상기 실시예 1에 있어서, (A)성분 및 (B)성분의 화합물로써 하기 표 1에 기재된 것을 이용한 것 이외에는 동일하게 유기전계발광소자를 제작하였으며, 상기 유기전계발광소자의 발광특성은 0.4mA에서 측정하였다.
비교예 1
상기 실시예 1의 발광층에 사용된 화합물에서 (B)성분 화합물로써 BD1을 이용한 것 이외에는 동일하게 유기전계발광소자를 제작하였으며, 상기 유기전계발광소자의 발광특성은 0.4mA에서 측정하였다. 상기 BD1의 구조는 다음과 같다.
하기 표 1에는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따른 유기전계발광소자의 다양한 특성들을 정리하였다
| 청색 | 호스트 | 도펀트 | ETL | V | mA |
J
(mA/cm2) |
Cd/A | CIEx | CIEy | |
| 실시예 | 1 | A51 | B02 | Alq3 | 5.94 | 0.4 | 10 | 5.15 | 0.141 | 0.111 |
| 2 | A57 | B07 | Alq3 | 5.15 | 0.4 | 10 | 5.71 | 0.138 | 0.109 | |
| 3 | A71 | B18 | Alq3 | 5.66 | 0.4 | 10 | 4.86 | 0.146 | 0.094 | |
| 비교예 | 1 | A51 | BD1 | Alq3 | 5.25 | 0.4 | 10 | 7.16 | 0.135 | 0.183 |
상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 의하여 확보된 청색 발광재료 들은 비교예에 기재된 BD1의 조합보다 순청색의 발광특성을 보이며, 효율 특성이 우수하다.
실시예 4
ITO 글라스의 발광 면적이 2mm × 2mm가 되도록 기판 상에 패터닝한 다음 세정하였다. 상기 기판을 진공 챔버에 장착한 후, 베이스 압력이 1 × 10-6 torr가 되도록 한 다음, 공지의 방법을 사용하여, 상기 ITO 글라스 상에 CuPC (200Å), NPD (400Å), (A)성분(A51) + (B)성분(B37) 3% (300Å), Alq3 (350Å), LiF (5Å), Al (1000Å)의 순서로 성막하였다. 제조된 유기전계발광소자의 발광특성은 0.4 mA에서 측정하였다.
실시예 5 내지 11
상기 실시예 4에 있어서, (A)성분 및 (B)성분의 화합물로써 하기 표 2에 기재된 것을 이용한 것 이외에는 동일하게 유기전계발광소자를 제작하였으며, 상기 유기전계발광소자의 발광특성은 0.4mA에서 측정하였다.
비교예 2
상기 실시예 4의 발광층에 사용된 화합물에서 (B)성분 화합물로써 C545T를 이용한 것 이외에는 동일하게 유기전계발광소자를 제작하였으며, 상기 유기전계발광소자의 발광특성은 0.4mA에서 측정하였다. 상기 C545T의 구조는 다음과 같다.
하기 표 2에는 실시예 4내지 11 및 비교예 2에 따른 유기전계발광소자의 다양한 특성들을 정리하였다
|
녹색
|
호스트 | 도펀트 | ETL | V | mA |
J
(mA/cm2) |
Cd/A | CIEx | CIEy | |
| 실시예 | 4 | A51 | B37 | Alq3 | 5.96 | 0.4 | 10 | 19.92 | 0.25 | 0.62 |
| 5 | A51 | B38 | Alq3 | 5.62 | 0.4 | 10 | 24.12 | 0.29 | 0.63 | |
| 6 | A51 | B41 | Alq3 | 5.85 | 0.4 | 10 | 21.71 | 0.24 | 0.61 | |
| 7 | A57 | B52 | Alq3 | 5.61 | 0.4 | 10 | 25.15 | 0.30 | 0.64 | |
| 8 | A57 | B53 | Alq3 | 5.63 | 0.4 | 10 | 30.70 | 0.32 | 0.64 | |
| 9 | A57 | B56 | Alq3 | 5.62 | 0.4 | 10 | 26.86 | 0.28 | 0.65 | |
| 10 | A71 | B91 | Alq3 | 5.92 | 0.4 | 10 | 23.57 | 0.31 | 0.65 | |
| 11 | A71 | B92 | Alq3 | 4.99 | 0.4 | 10 | 30.38 | 0.34 | 0.62 | |
| 비교예 | 2 | A51 | C545T | Alq3 | 6.09 | 0.4 | 10 | 11.5 | 0.35 | 0.60 |
상기 표 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 의하여 확보된 녹색 발광재료 들은 비교예에 기재된 C545T의 조합보다 고효율의 발광특성을 보이며 색순도가 우수하다.
실시예 12
ITO 글라스의 발광 면적이 2mm × 2mm가 되도록 기판 상에 패터닝한 다음 세정하였다. 상기 기판을 진공 챔버에 장착한 후, 베이스 압력이 1 × 10-6 torr가 되도록 한 다음, 공지의 방법을 사용하여, 상기 ITO 글라스 상에 CuPC (200Å), NPD (400Å), (A)성분(A51) + (B)성분(B112) 3% (300Å), Alq3 (350Å), LiF (5Å), Al (1000Å)의 순서로 성막하였다. 제조된 유기전계발광소자의 발광특성은 0.4 mA에서 측정하였다.
실시예 13
상기 실시예 12에 있어서, (A)성분 및 (B)성분의 화합물로써 하기 표 2에 기재된 것을 이용한 것 이외에는 동일하게 유기전계발광소자를 제작하였으며, 상기 유기전계발광소자의 발광특성은 0.4mA에서 측정하였다.
비교예 3
상기 실시예 12의 발광층에 사용된 화합물에서 (B)성분 화합물로써 YD1 화합물을 이용한 것 이외에는 동일하게 유기전계발광소자를 제작하였으며, 상기 유기전계발광소자의 발광특성은 0.4mA에서 측정하였다.
하기 표 3에는 실시예 11 및12, 비교예 3에 따른 유기전계발광소자의 다양한 특성들을 정리하였다
|
황색
|
호스트 | 도펀트 | ETL | V | mA |
J
(mA/cm2) |
Cd/A | CIEx | CIEy | |
| 실시예 | 11 | A51 | B112 | Alq3 | 4.77 | 0.4 | 10 | 25.16 | 0.48 | 0.50 |
| 12 | A51 | B113 | Alq3 | 5.09 | 0.4 | 10 | 25.00 | 0.47 | 0.50 | |
| 비교예 | 3 | A51 | YD1 | Alq3 | 5.28 | 0.4 | 10 | 18.75 | 0.45 | 0.53 |
상기 표 3에서 보는 바와 같이 본 발명에 의하여 확보된 황색 발광재료 들은 비교예에 기재된 YD1과 조합보다 고효율의 발광특성을 보이며 색순도가 우수하다.
표 1 내지 3의 결과를 종합하여 참조하면, 본 발명에 의한 안트라센 유도체(A)와 아민 유도체(B)를 채용한 유기전계발광소자는 청색 내지 황색의 발광영역에서 우수한 효율 및 색순도 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 1a 내지 1e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기전계발광소자들의 적층구조를 나타낸 단면도들이다.
Claims (11)
- 제1전극과 제2전극 사이에 한층 이상의 유기박막층을 포함하는 유기전계발광소자에 있어서, 상기 유기박막층에 하기 화학식 Ⅰ로 표시되는 화합물로부터 선택된 1종 이상의 안트라센 유도체와, 하기 화학식 Ⅱ로 표시되는 화합물로부터 선택된 1종 이상의 아민 유도체를 포함하는 유기전계발광소자:화학식 Ⅰ
(상기 식에서, An은 치환 또는 비치환된 안트라센기를 나타내며, A1 및 B1는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기를 나타내고, o 및 p는 0-4의 정수이다.)화학식 Ⅱ
(상기 식에서, A는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴기이며, n은 1 - 4의 정수이고, n이 2 이상인 경우 복수의 아민기는 각각 독립적으로 동일 또는 상이하며, R1은 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 3의 알케 닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 3의 알키닐기로부터 선택되고, R2는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴기로부터 선택되며,R3와 R4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 3 내지 10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 아릴알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군에서 선택된다) - 제1항에 있어서, 상기 An, A1, B1, A 및 R1 내지 R4의 치환기는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 시클로알킬기, 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 탄소수 3 내지 40의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노기, 탄소수 3 내지 30의 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 30의 아릴알킬아미노기, 탄소수 1 내지 30의 알 킬실릴기, 탄소수 1 내지 30의 아릴실릴기, 알케닐기, 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 보론, 게르마늄 및 중수소로 이루어진 군으로부터 선택되며, 모체에 1가 또는 2가로 치환되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 안트라센 유도체는 하기 Ⅰ-a로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.화학식 Ⅰ-a
(상기 식에서, A2 및 B2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이며, X1 내지 X8는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴기, 할로겐기, 수소 및 중수소로 이루어진 군에서 선택되며, 인접한 작용기 사이에 고리를 형성하여 포화 또는 불포화고리를 형성할 수 있다) - 제3항에 있어서, 상기 X1 내지 X8, A2 및 B2의 치환기는 각각 독립적으로 탄소 수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 시클로알킬기, 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 탄소수 3 내지 40의 헤테로아릴기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 시아노기, 할로겐기, 수소 및 중수소로 이루어진 군으로부터 선택되며, 모체에 1가 또는 2가로 치환되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 화학식Ⅱ의 A는 치환 또는 비치환의 파이렌, 치환 또는 비치환의 안트라센, 치환 또는 비치환의 플루오란텐, 치환 또는 비치환의 나프틸, 치환 또는 비치환의 비페닐, 치환 또는 비치환의 터페닐, 치환 또는 비치환의 페릴렌 및 치환 또는 비치환의 플루오렌인 유도체로부터 선택된 1종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서, 상기 아민 유도체는 하기 화학식 Ⅱ-a로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자:화학식 Ⅱ-a
(상기 식에서, q은 0 내지 4의 정수이고, q가 2 이상인 경우 복수의 X는 각각 독립적으로 동일 또는 상이할 수 있으며, X는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내 지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 3 내지 10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 아릴알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군에서 선택된다) - 제1항에 있어서, 상기 아민 유도체는 하기 화학식 Ⅱ-b로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자화학식 Ⅱ-b
(상기 식에서, r은 0 내지 4의 정수이고, r가 2 이상인 경우 복수의 Y는 각각 독립적으로 동일 또는 상이할 수 있으며, Y는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 3 내지 10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴 기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 아릴알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군에서 선택된다) - 제1항에 있어서, 상기 아민 유도체가 하기 화학식 Ⅱ-c로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자:화학식 Ⅱ-c
(상기 식에서, s는 0 내지 4의 정수이고, s가 2 이상인 경우 복수의 Z는 각각 독립적으로 동일 또는 상이할 수 있으며, Z는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 3 내지 10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 헤테로 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노 기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 아릴알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 알케닐기, 치환 또는 비치환된 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군에서 선택된다) - 제1항에 있어서, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 정공주입층, 정공수송층, 정공저지층, 발광층, 전자저지층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 층을 포함하며, 상기 안트라센 유도체 및 아민 유도체는 상기 발광층에 포함된 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제9항에 있어서, 상기 정공주입층, 정공수송층, 정공저지층, 발광층, 전자저지층, 전자수송층 및 전자주입층으로부터 선택된 하나 이상의 층은 단분자 증착방식 또는 용액공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
- 제1항에 있어서, 표시소자, 디스플레이 소자 및 단색 또는 백색 조명용 소자에 사용되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
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