KR20140083189A - 신규 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 하나 이상의 유기층, 바람직하게는 발광층에 포함함으로써, 소자의 발광효율, 구동 전압, 수명 등이 향상될 수 있다:
[화학식 1]
Figure pat00047

(상기 화학식 1에서, R1 내지 R8은 각각 발명의 상세한 설명에서 정의한 바와 같음).

Description

신규 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자{NEW COMPOUNDS AND ORGANIC ELECTRO LUMINESCENCE DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 전자 수송능, 정공 수송능 및 발광능이 우수한 신규 파이렌계 화합물, 및 상기 화합물을 하나 이상의 유기물층에 포함하여 발광효율, 휘도, 열적 안정성, 구동 전압, 수명 등의 특성이 향상된 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
유기 전자 소자는 유기 반도체 물질을 이용한 전자 소자로서, 전극과 유기 반도체 물질 사이에서의 정공 및/또는 전자의 교류를 필요로 한다. 유기 전자 소자는 동작 원리에 따라 크게 두 가지 형태로 분류될 수 있다. 첫째, 외부의 광원으로부터 광자가 유기 소자 내 유기물층에 유입되면, 유기물층에서 엑시톤(exiton)이 형성되고, 이 엑시톤이 전자와 정공으로 분리된 후 각각 다른 전극으로 전달되어 전류원(전압원)으로 사용되는 형태의 전자 소자이다. 둘째, 2개 이상의 전극에 전압 또는 전류를 인가하면, 전극과 접촉하고 있는 유기 반도체 물질층에 정공 및/또는 전자가 주입되고, 주입된 전자와 정공에 의해 작동하는 형태의 유기 전자 소자가 있다.
이러한 유기 전자 소자의 예로는 유기 발광 소자, 유기 태양 전지, 유기 감광체(OPC) 드럼, 유기 트랜지스터 등이 있다. 이들은 모두 소자의 구동을 위하여 전자/정공 주입 물질, 전자/정공 추출 물질, 전자/정공 수송 물질 또는 발광 물질을 필요로 하며, 이들 물질은 각 유기 전자 소자 내에서 유사한 원리로 작용한다.
이러한 유기 전자 소자 중에서, 유기 발광 소자는 유기 물질을 이용하여 전기 에너지를 빛 에너지로 전환시켜 주는 유기 발광 현상을 이용하는 소자로서, 일반적으로 양극과 음극, 및 이들 사이에 개재(介在)된 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면, 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 각각 유기물층에 주입되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다.
유기 발광 소자의 경우, 소자의 효율 및 안정성을 높이기 위해, 양극과 음극 사이에 개재되는 유기물층을 단층 대신 각각 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공 주입층, 정공 수송층(HTL), 발광층(EML), 전자 수송층(ETL), 전자 주입층(EIL) 등을 포함할 수 있다.
상기 유기물층의 재료는 유기물층의 기능에 따라, 발광 재료, 전하 수송 재료, 정공 주입 재료, 정공 수송 재료, 전자 수송 재료, 전자 주입 재료 등으로 분류될 수 있다.
발광 재료는 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 재료와 보다 나은 천연색을 구현하기 위해 필요한 노란색 및 주황색 발광 재료로 구분될 수 있다. 또한, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율을 증가시키기 위하여, 발광 재료로서 호스트/도판트 계를 사용할 수 있다. 그 원리는 발광층을 주로 구성하는 호스트보다 에너지 대역 간극이 작고 발광 효율이 우수한 도판트를 발광층에 소량 혼합하면, 호스트에서 발생한 엑시톤이 도판트로 수송되어 효율이 높은 빛을 내는 것이다. 이때, 호스트의 파장이 도판트의 파장대로 이동하므로, 이용하는 도판트의 종류에 따라 원하는 파장의 빛을 얻을 수 있다.
일반적으로 형광 호스트 재료로는 AND [9,10-di(naphthalen-2-yl)anthracene] 등의 안트라센 화합물 등이 사용되며, 형광 도펀트 재료로는 C-545T (10-(2-benzothiazolyl)-1,1,7,7-tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H,11H-[1]benzopyrano [6,7,8-ij]-quinolizin-11-one) 등이 널리 보고되고 있다.
또한, 현재까지 정공 주입층, 정공 수송층. 정공 차단층, 전자 수송층의 재료로는 NPB, BCP, Alq3 등이 널리 알려져 있다.
다만, 전술한 유기 전계 발광 소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 정공 주입층 물질, 정공 수송층 물질, 발광층 물질, 전자 수송층 물질, 전자 주입층 물질 등과 같이 소자 내 유기물층 물질이 보다 안정적이고 효율적이어야 한다. 그러나, 아직까지 안정적이고 효율적인 유기 전계 발광 소자용 유기물층 물질의 개발이 충분히 이루어지지 않은 상태이며, 따라서 새로운 물질의 개발이 계속 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 특2003-0087522
본 발명은 우수한 전자 수송능, 정공 수송능 및 발광능을 가진 신규 파이렌계 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 상기 파이렌계 화합물을 포함하여 발광효율, 휘도, 열적 안정성, 구동 전압, 수명 등의 특성이 향상된 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 파이렌계 화합물을 제공한다:
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 C3~C40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있으며,
이때, 상기 R1 내지 R8의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 아릴아민기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴실릴기에 각각 도입되는 하나 이상의 치환기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 다만 상기 치환기가 복수인 경우, 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
또한, 본 발명은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전계 발광 소자로서, 상기 1층 이상의 유기물층 중에서 적어도 하나는 상기 화합물을 포함하는 것이 특징인 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
본 발명에 따른 화학식 1 로 표시되는 화합물은 캐리어(carrier) 주입 및 수송 능력이 우수하기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 발광층에 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 호스트 물질로 사용할 경우, 종래 호스트 물질에 비해 우수한 발광 성능, 낮은 구동전압, 높은 효율 및 장수명을 갖는 유기 전계 발광 소자를 제조할 수 있고, 나아가 성능, 수명이 크게 향상된 풀 칼라 디스플레이 패널도 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 신규 화합물은 파이렌 골격에 질소 원자가 도입되어 기본 골격을 이루며, 이러한 기본 골격에 다양한 치환체가 결합된 구조로서, 상기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 한다.
상기 화학식 1로 표시되는 파이렌계 화합물은 파이렌 기본 골격에 이미다졸, 피롤, 피라진 등과 같은 헤테로아릴기나 페닐기 등의 아릴기가 도입되면, 전체적으로 평면 구조이며, p-type의 성질을 갖는다. 이때, 상기 화합물은 파이렌 기본 골격에 도입된 헤테로아릴기나 아릴기에 의해 전자 주입능, 전자 수송능이나 발광능이 우수해질 수 있다. 한편, 파이렌 기본 골격에 이미다졸, 피롤, 피라진 등과 같은 헤테로아릴기 및/또는 페닐기 등의 아릴기가 축합되어 파이렌 기본 골격과 헤테로아릴기(및/또는 아릴기)가 접합 고리를 형성한 상기 화학식 1의 화합물은 n-type의 성질, 즉 음이온 성질을 갖는다. 이와 같이 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물은 바이폴라(bipolar) 특성을 가지며, 따라서 캐리어 주입 및 수송이 원활하게 될 수 있다. 그렇기 때문에, 상기 화학식 1의 화합물을 유기 EL 소자에 이용할 경우, 소자의 구동 전압, 효율(발광효율, 전력효율), 수명 및 휘도 측면이 향상될 수 있다.
또, 상기 화학식 1의 화합물은 파이렌 기본 골격에 도입되는 치환체에 따라 유기 전자 소자(예컨대, 유기 EL 소자)에서 전자 또는 정공의 주입 및/또는 수송 역할 뿐만 아니라 발광 역할을 할 수 있다. 특히, 상기 화학식 1의 화합물은 유기 전자 소자(예컨대, 유기 EL 소자)의 단독 발광 물질로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 종래 알려진 호스트 재료와 함께 발광 도판트로서 사용될 수 있고, 또한 종래 알려진 도판트와 함께 청색 발광 호스트 재료로서 사용될 수 있다. 이와 같이 화합물을 유기 전자 소자(예컨대, 유기 EL 소자)에 유기물층에 적용할 경우, 소자의 효율, 구동전압, 안정성 면에서 우수한 효과를 달성할 수 있다.
특히, 상기 화학식 1의 화합물은 파이렌 기본 골격 내에 아민이 직접 도입되어 약간 비틀어진 입체 구조를 가짐으로써, pi-pi 상호 작용이 감소한다. 따라서, 일반적으로 파이렌과 같이 평평한 구조를 갖는 물질들과 달리, 상기 화학식 1의 화합물은 들뜬 이합체(excimer)나 들뜬 복합체(exciplex)의 형성이 효과적으로 억제될 수 있어, 유기 전자 소자(예컨대, 유기 EL 소자)에 적용할 경우, 소자의 효율, 구동전압, 안정성 측면에서 우수한 효과를 달성할 수 있다.
게다가, 상기 화학식 1의 화합물은 바이폴라 특성을 갖기 때문에, 파이렌 기본 골격에 도입된 다양한 치환체에 의하여 정공 주입층. 정공 수송층, 발광층에서 요구되는 조건들을 더 적합하게 충족시킬 수 있다. 또한, 상기 화학식 1의 화합물은 파이렌 기본 골격에 도입되는 치환체에 따라 에너지 준위가 조절될 수 있고, 이와 같이 에너지 준위가 조절된 상기 화학식 1의 화합물은 구동 전압이 낮고, 발광 효율이 높은 유기 EL 소자를 구현할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물을 유기 EL 소자의 정공 주입/수송층 재료, 청색, 녹색 및/또는 적색의 형광 호스트 재료로 채택할 경우, 종래 AND 대비 발광 효율, 전류 효율 및 수명 면에서 월등히 우수한 효과를 발휘할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 화합물은 유기 EL 소자의 성능 개선 및 수명 향상에 크게 기여할 수 있으며, 특히 이러한 소자 수명 향상은 풀 칼라 유기 발광 패널에서의 성능 극대화에도 큰 효과가 있다.
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물에서, 상기 R1 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 C3~C40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기, 및 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있다.
이때, 상기 R1 내지 R8의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 아릴아민기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴실릴기에 각각 도입되는 하나 이상의 치환기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 다만, 상기 치환기가 복수인 경우, 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
바람직하게는 상기 R1 내지 R8이 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기 및 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 인접한 기와 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있다.
이때, 상기 R1 내지 R8의 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴아민기에 각각 도입되는 하나 이상의 치환기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 다만, 상기 치환기가 복수인 경우, 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물의 예로는 하기 화학식 2 내지 화학식 4로 표시되는 화합물 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
상기 화학식 2 내지 4에서,
상기 R1 내지 R8은 각각 상기 화학식 1에서 정의된 바와 같다.
또, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 예로, 상기 화학식 1에서 R1 내지 R8 중 선택된 적어도 하나가 인접하는 기와 결합하여 축합고리가 형성된 화합물 등이 있다. 이러한 화합물의 구체적인 예로 하기 화학식 5로 표시되는 화합물 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
Figure pat00005
상기 화학식 5에서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 대표적인 예로는 하기 화합물들이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
본 발명에서 사용된 "비치환된 알킬"은 탄소수 1 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기이며, 이의 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 포함한다.
"비치환된 알케닐(alkenyl)"은 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진, 탄소수 2 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기이며, 이의 예로는 비닐(vinyl), 알릴(allyl), 이소프로펜일(isopropenyl), 2-부텐일(2-butenyl) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
"비치환된 알키닐(alkynyl)"은 탄소-탄소 삼중 결합을 1개 이상 가진, 탄소수 2 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기이며, 이의 예로는 에타인일(ethynyl), 2-프로파인일(2-propynyl) 등이 있는데, 이에 제한되는 것은 아니다.
"비치환된 아릴"은 단독 고리 또는 2 이상의 고리가 조합된, 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된(fused) 형태로 부착될 수 있다. 아릴의 예로는 페닐, 나프틸, 페난트릴, 안트릴 등이 포함되며 이에 한정되는 것은 아니다.
"비치환된 헤테로아릴"은 핵원자수 5 내지 40의 모노헤테로사이클릭 또는 폴리헤테로사이클릭 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 고리 중 하나 이상의 탄소, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소가 N, O, S 또는 Se와 같은 헤테로원자로 치환된다. 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된(fused) 형태로 부착될 수 있고, 나아가 아릴기와의 축합된 형태도 포함하는 것으로 해석한다. 헤테로아릴의 예로는 피리딜, 피라지닐, 피리미디닐, 피리다지닐, 트리아지닐과 같은 6-원 모노사이클릭 고리; 페녹사티에닐(phenoxathienyl), 인돌리지닐(indolizinyl), 인돌릴(indolyl), 퓨리닐(purinyl), 퀴놀릴(quinolyl), 벤조티아졸(benzothiazole), 카바졸릴(carbazolyl)과 같은 폴리사이클릭 고리를 포함하고, 2-퓨라닐, N-이미다졸릴, 2-이속사졸릴, 2-피리디닐, 2-피리미디닐 등도 포함하는 것으로 해석한다.
"비치환된 아릴옥시"는 RO-로 표시되는 1가의 치환기로서, 상기 R은 탄소수 5 내지 60의 아릴이다. 아릴옥시의 예로는 페닐옥시, 나프틸옥시, 디페닐옥시 등이 있다.
"비치환된 알킬옥시"는 R'O-로 표시되는 1가의 치환기로서, 상기 R'는 1 내지 40개의 알킬을 의미하며, 직쇄(linear), 측쇄(branched) 또는 사이클릭(cyclic) 구조를 포함하는 것으로 해석한다. 알킬옥시의 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 1-프로폭시, t-부톡시, n-부톡시, 펜톡시 등이 포함될 수 있으며 이에 한정되지는 않는다.
"비치환된 아릴아민"은 탄소수 6 내지 60의 아릴로 치환된 아민을 의미한다.
"비치환된 시클로알킬"은 탄소수 3 내지 40의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이러한 사이클로알킬의 예로는 사이클로프로필, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 놀보닐(norbornyl), 아다만틴(adamantine)등이 포함되지만 이에 한정되는 것은 아니다.
"비치환된 헤테로시클로알킬"은 핵원자수 3 내지 40의 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미하며, 고리 중 하나 이상의 탄소, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소가 N, O 또는 S와 같은 헤테로 원자로 치환된다. 이의 비-제한적인 예로는 모르폴린, 피페라진 등이 있다.
"알킬실릴"은 탄소수 1 내지 40의 알킬로 치환된 실릴이고, "아릴실릴"은 탄소수 5 내지 40의 아릴로 치환된 실릴을 의미한다.
"축합(fused) 고리"는 축합 지방족 고리, 축합 방향족 고리, 축합 헤테로지방족 고리, 축합 헤테로방향족 고리 또는 이들의 조합된 형태를 의미한다.
본 발명의 화학식 1의 화합물은 일반적인 합성방법에 따라 합성될 수 있다(Chem. Rev., 60:313 (1960); J. Chem. SOC. 4482 (1955); Chem. Rev. 95: 2457 (1995) 등 참조). 본 발명의 화합물에 대한 상세한 합성 과정은 후술하는 합성예에서 구체적으로 기술하도록 한다.
한편, 본 발명은 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물, 바람직하게는 화학식 2로 표시되는 화합물 내지 화학식 5로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
구체적으로, 본 발명은 양극(anode), 음극(cathode), 및 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전계 발광 소자로서, 상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 바람직하게는 화학식 2로 표시되는 화합물 내지 화학식 5로 표시되는 화합물을 포함한다. 이때, 상기 화합물은 단독으로 또는 2 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 1층 이상의 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 중 어느 하나 이상일 수 있고, 이 중에서 적어도 하나의 유기물층이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 화합물 1의 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층일 수 있다.
본 발명의 일례에 따르면, 유기 전계 발광 소자의 발광층은 호스트 재료를 포함할 수 있는데, 이때 호스트 재료로서 상기 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다. 이와 같이, 상기 화학식 1의 화합물을 유기 전계 발광 소자의 발광층 재료, 바람직하게는 청색, 녹색, 적색의 형광 호스트로 포함할 경우, 발광층에서 정공과 전자의 결합력이 높아지기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 효율(발광효율 및 전력효율), 수명, 휘도 및 구동전압 등이 향상될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 기판, 양극, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조일 수 있다. 이때, 상기 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 중 하나 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있고, 바람직하게는 발광층이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 화합물은 발광층의 형광 호스트로 이용될 수 있다. 상기 전자수송층 위에는 전자주입층이 추가로 적층될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 구조는 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층될 뿐만 아니라, 전극과 유기물층 계면에 절연층 또는 접착층이 삽입된 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 상기 유기물층 중 1층 이상(예컨대, 발광층)이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하도록 형성하는 것을 제외하고는, 당 기술 분야에 알려져 있는 재료 및 방법을 이용하여 다른 유기물층 및 전극을 형성하여 제조될 수 있다.
상기 유기물층은 진공 증착법이나 용액 도포법에 의하여 형성될 수 있다. 상기 용액 도포법의 예로는 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 발명에서 사용 가능한 기판으로는 특별히 한정되지 않으며, 실리콘 웨이퍼, 석영, 유리판, 금속판, 플라스틱 필름 및 시트 등이 사용될 수 있다.
또, 양극 물질로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연산화물, 인듐산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 또는 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자; 및 카본블랙 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
또, 음극 물질로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 또는 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; 및 LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[준비예 1] 화합물 FD-1의 합성
Figure pat00017
질소 기류 하에서 4,9-dihydroxypyrido[2,3,4,5-lmn]phenanthridine-5,10(4H,9H)-dione (5g, 18.64mmol) 및 phosphorus oxychloride (570 ml, 3728mmol)가 첨가되어 있는 Dimethyl aniline 용액 (250ml)을 2시간 동안 환류시킨 후, 여기에 얼음을 넣어 냉각시켰다. 이후, 생성물을 세척하고 건조시킨 후, chlorobenzene으로 재결정을 하여 노란색 바늘 모양의 화합물 FD-1 (4.12 g, yield: 81%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 273.12 g/mol, 측정치: 273 g/mol)
[준비예 2] 화합물 FD-2의 합성
<단계 1> N,N'-(biphenyl-2,2'-diyl)diformamide의 합성
질소 기류 하에서 100℃에서 가열하여 녹아있는 aluminium chloride (89 g, 667.47 mmol) 및 sodium chloride (19 g, 325.12 mmol)에, 2,2'-Diformamidobiphenyl (5 g, 20.81 mmol)을 첨가한 후, 250℃에서 8시간 동안 교반하였다. 반응 종료 후, 얼음을 넣고 냉각시킨 후, sodium hydroxide를 첨가하여 염기 상태로 만든 후, 필터링한 다음, 물로 세척하고 건조시킨 후, benzene으로 생성물을 추출하였다. 추출된 생성물을 Charcoal로 정제한 후, solvent를 제거하고 메탄올로 재결정하여 노란색 바늘 모양의 화합물 pyrido[2,3,4,5-lmn]phenanthridine (2.55 g, yield: 60%) 얻었다.
GC-Mass (이론치: 204.23 g/mol, 측정치: 204 g/mol)
<단계 2> 화합물 FD-2의 합성
Figure pat00019
질소 기류 하에서 120 ℃의 nitrobennzene (60 mL)에 pyrido[2,3,4,5-lmn]phenanthridine (2.55 g, 20.81 mmol)이 녹아있는 용액에 bromine (7.48 g, 93.65 mmol)을 천천히 적가하였다. 이후, 120 ℃의 온도에서 4 시간 동안 반응한 후, 온도를 낮추어 반응을 종결시켜 침천물을 얻었다. 상기 침전물을 필터링한 후 에탄올 (150 mL)로 세척한 다음, 진공 하에서 건조시키고, 컬럼크로마토그래피로 정제하여 화합물 FD-2 (1.21 g, 수율: 91%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 519.81 g/mol, 측정치: 519 g/mol)
[준비예 3] 화합물 FD-3의 합성
<단계 1> 3,8-dibromo-1,6-bis(2-bromophenyl)pyrido[2,3,4,5-lmn]phenanthridine의 합성
Figure pat00020
질소 기류 하에서 상기 준비예 2에서 합성된 화합물 FD-2 (1.21 g, 2.33 mmol), 2-bromophenylboronic acid (0.56g, 2.79 mmol), NaOH (0.56 g, 13.97 mmol), 및 THF/H2O (36 ml/18 ml)를 혼합하고 교반하였다. 이후, 40 ℃에서 Pd(PPh3)4(0.05 g, 5 mol%)를 넣고, 80 ℃에서 12시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후, 메틸렌클로라이드로 유기층을 추출한 후, MgSO4를 넣고 유기층을 필터링하였다. 이후, 필터링된 유기층에서 용매를 제거한 후, 컬럼크로마토그래피를 이용하여 3,8-dibromo-1,6-bis(2-bromophenyl)pyrido[2,3,4,5-lmn]phenanthridine (1.36 g, yield: 87 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 672.00 g/mol, 측정치: 672 g/mol)
<단계 2> 화합물 FD-3의 합성
Figure pat00021
질소 기류 하에서 33,8-dibromo-1,6-bis(2-bromophenyl)pyrido[2,3,4,5-lmn]phenanthridine (1.36 g, 2.02 mmol), sodium acetate (0.60 g, 0.07 mmol) 및 DMF (10 ml)를 혼합하고 교반하였다. 이후, 40 ℃에서 Pd(PPh3)2Cl2 (0.07 g, 5 mol%)를 넣은 후, 170 ℃에서 24시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후, 메틸렌클로라이드로 유기층을 추출한 후, MgSO4를 넣고 유기층을 필터링하였다. 이후, 필터링된 유기층에서 용매를 제거한 후, 컬럼크로마토그래피를 이용하여 화합물 FD-3 (0.95 g, yield: 93%)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 510.18 g/mol, 측정치: 510 g/mol)
[준비예 4] 화합물 FD-4의 합성
Figure pat00022
질소 기류 하에서 120 ℃ 온도의 nitrobennzene (12 mL)에 화합물 FD-1 (4.12 g, 15.08 mmol)이 녹아있는 용액에 bromine (5.42 g, 67.88 mmol)을 천천히 적가하였다. 이후, 120 ℃의 온도에서 4 시간 동안 반응한 후, 온도를 낮추어 반응을 종결시켜 침천물을 얻었다. 상기 침전물을 필터링한 후, 에탄올 (300 mL)로 세척하고, 진공 하에서 건조시킨 다음, 컬럼크로마토그래피로 정제하여 화합물 FD-4 (2.23g, 수율 93%)을 얻었다.
GC-Mass (이론치: 588.70 g/mol, 측정치: 588 g/mol)
[합성예 1] 화합물 FDA-1의 합성
Figure pat00023
질소 기류 하에서 준비예 1에서 합성된 화합물 FD-1 (4.12 g, 15.08 mmol), phenylboronic acid (4.05 g, 33.19 mmol), NaOH (3.62 g, 90.51 mmol), 및 THF/H2O (124 ml/62 ml)를 혼합하고 교반하였다. 이후, 40 ℃에서 Pd(PPh3)4 (0.35 g, 5 mol%)를 넣고 80 ℃에서 12시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후, 메틸렌클로라이드로 유기층을 추출하고, MgSO4를 넣고 유기층을 필터링하였다. 필터링된 유기층에서 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 화합물 FDA-1 (4.92 g, yield: 91 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 358.43 g/mol, 측정치: 358 g/mol)
[합성예 2] 화합물 FDA-2의 합성
Figure pat00024
합성예 1에서 사용된 phenylboronic acid 대신 naphthalen-2-ylboronic acid(5.71g, 33.19 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 화합물 FDA-2 (6.16 g, yield: 89 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 458.55 g/mol, 측정치: 458 g/mol)
[합성예 3] 화합물 FDA-3의 합성
Figure pat00025
합성예 1에서 사용된 phenylboronic acid 대신 biphenyl-4-ylboronic acid (6.57g, 33.19 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 화합물 FDA-3 (6.78 g, yield: 88 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 510.63 g/mol, 측정치: 510 g/mol)
[합성예 4] 화합물 FDA-4의 합성
Figure pat00026
합성예 1에서 사용된 phenylboronic acid 대신 phenanthren-2-ylboronic acid (7.37g, 33.19 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 화합물 FDA-4 (7.42 g, yield: 88 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 558.67 g/mol, 측정치: 558 g/mol)
[합성예 5] 화합물 FDA-5의 합성
Figure pat00027
질소 기류 하에서 준비예 2에서 합성된 화합물 FD-2 (2.55 g, 4.89 mmol), pyridin-4-ylboronic acid (2.52 g, 20.52 mmol), NaOH (1.17 g, 29.32 mmol), THF/H2O(77 ml/38 ml)를 넣고 교반하였다. 이후, 40 ℃에서 Pd(PPh3)4 (0.11 g, 5 mol%)를 넣고, 80 ℃에서 12시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후, 메틸렌클로라이드로 유기층을 추출한 후, MgSO4를 넣고 유기층을 필터링하였다. 이후, 필터링된 유기층에서 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 화합물 FDA-5 (2.21 g, yield: 88%)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 514.58 g/mol, 측정치: 514g/mol)
[합성예 6] 화합물 FDA-6의 합성
Figure pat00028
합성예 5에서 사용된 pyridin-4-ylboronic acid 대신 isoquinolin-7-ylboronic acid (3.55g, 20.52 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 5와 동일한 과정을 수행하여 화합물 FDA-6 (2.97 g, yield: 85 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 714.81 g/mol, 측정치: 714g/mol)
[합성예 7] 화합물 FDA-7의 합성
Figure pat00029
합성예 5에서 사용된 pyridin-4-ylboronic acid 대신 4-(pyridin-2-yl)phenylboronic acid (4.08g, 20.52 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 5와 동일한 과정을 수행하여 화합물 FDA-7 (4.08 g, yield: 84 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 818.96 g/mol, 측정치: 818 g/mol)
[합성예 8] 화합물 FDA-8의 합성
Figure pat00030
합성예 5에서 사용된 pyridin-4-ylboronic acid 대신 1,10-phenanthrolin-3-ylboronic acid (4.60g, 20.52 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 5와 동일한 과정을 수행하여 화합물 FDA-8 (3.64 g, yield: 81 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 919.00 g/mol, 측정치: 919 g/mol)
[합성예 9] 화합물 FDA-9의 합성
Figure pat00031
질소 기류 하에서 준비예 3에서 합성된 화합물 FD-3 (0.95 g, 1.86 mmol), phenylboronic acid (0.50 g, 5.86 mmol), NaOH (0.45 g, 11.17 mmol), 및 THF/H2O(29 ml/14 ml)를 넣고 교반하였다. 이후, 40 ℃에서 Pd(PPh3)4 (0.04 g, 5 mol%)를 넣고, 80 ℃에서 12시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후, 메틸렌클로라이드로 유기층을 추출한 다음, MgSO4를 넣고 유기층을 필터링하였다. 필터링된 유기층에서 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 화합물 FDA-9 (0.86 g, yield: 91%)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 504.58 g/mol, 측정치: 504 g/mol)
[합성예 10] 화합물 FDA-10의 합성
Figure pat00032
합성예 9에서 사용된 phenylboronic acid 대신 naphthalen-2-ylboronic acid (0.70g, 4.10 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 9와 동일한 과정을 수행하여 화합물 FDA-10 (1.05 g, yield: 93 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 604.70 g/mol, 측정치: 604 g/mol)
[합성예 11] 화합물 FDA-11의 합성
Figure pat00033
합성예 9에서 사용된 phenylboronic acid 대신 biphenyl-4-ylboronic acid (0.81g, 4.10 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 9와 동일한 과정을 수행하여 화합물 FDA-11 (1.09 g, yield: 89 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 656.77 g/mol, 측정치: 656 g/mol)
[합성예 12] 화합물 FDA-12의 합성
Figure pat00034
합성예 9에서 사용된 phenylboronic acid 대신 phenanthren-2-ylboronic acid (0.91g, 4.10 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 9와 동일한 과정을 수행하여 화합물 FDA-12 (1.12 g, yield: 85 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 704.81 g/mol, 측정치: 704 g/mol)
[합성예 13] 화합물 FDA-13의 합성
Figure pat00035
질소 기류 하에서 준비예 4에서 합성된 화합물 FD-4 (2.55 g, 4.32 mmol), pyridin-4-ylboronic acid (3.29 g, 26.76 mmol), NaOH (1.04 g, 25.90 mmol), 및 THF/H2O (77ml/38ml)를 넣고 교반한 다음, 40 ℃에서 Pd(PPh3)4 (0.10 g, 5 mol%)를 넣은 후, 80 ℃에서 12시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후, 메틸렌클로라이드로 유기층을 추출한 다음, MgSO4를 넣고 유기층을 필터링하였다. 필터링된 유기층에서 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 화합물 FDA-13 (2.28 g, yield: 79%)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 668.75 g/mol, 측정치: 668g/mol)
[합성예 14] 화합물 FDA-14의 합성
Figure pat00036
합성예 13에서 사용된 pyridin-4-ylboronic acid 대신 isoquinolin-7-ylboronic acid (4.63g, 27.76 mmol)를 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 13과 동일한 과정을 수행하여 화합물 FDA-14 (3.14 g, yield: 75 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 969.10 g/mol, 측정치: 969/mol)
[합성예 15] 화합물 FDA-15의 합성
Figure pat00037
합성예 13에서 사용된 pyridin-4-ylboronic acid 대신 4-(pyridin-2-yl)phenylboronic acid (5.33g, 27.76 mmol)를 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 13과 동일한 과정을 수행하여 화합물 FDA-15 (3.69 g, yield: 76 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 1125.32 g/mol, 측정치: 1125g/mol)
[합성예 16] 화합물 FDA-16의 합성
Figure pat00038
합성예 13에서 사용된 pyridin-4-ylboronic acid 대신 1,10-phenanthrolin-3-ylboronic acid (6.00g, 27.76 mmol)를 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 13과 동일한 과정을 수행하여 화합물 FDA-16 (3.91 g, yield: 71 %)을 획득하였다.
GC-Mass (이론치: 1275.38 g/mol, 측정치: 1275g/mol)
[실시예 1] - 녹색 유기 전계 발광 소자의 제조
합성예 5에서 합성된 화합물 FDA-5를 이용하여, 다음과 같이 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
ITO (Indium tin oxide)가 1500 Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면, 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후, 플라즈마 세정기로 이송 시킨 다음, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5 분간 세정 한 후, 진공 층착기로 기판을 이송하였다.
이와 같이 준비된 ITO 투명 전극(양극) 위에, 정공 주입 물질로서 DS-205(두산社)를 800 Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공 주입층을 형성하였고, 상기 정공 주입층 위에 정공 수송 물질로서 α-NPB (N, N-di(naphthalene-1-yl)-N, N-diphenylbenzidine)을 150 Å의 두께로 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
이후, 상기 정공 수송층 위에, 그린 호스트 물질로서 합성예 1에서 합성된 화합물 FDA-1를 사용하였고, 녹색 도펀트로서 C-545T (10-(2-benzothiazolyl)-1,1,7,7-tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H,11H-[1]benzopyrano [6,7,8-ij]-quinolizin-11-one) 5 %를 도핑하여, 300 Å의 두께로 진공 증착하여 발광층을 형성하였다.
이어서, 상기 발광층 위에, 전자 수송 물질로서 Alq3을 250 Å의 두께로 진공 증착하여 전자 수송층을 형성한 후, 전자 주입 물질로서 LiF를 10 Å의 두께로 증착하여 전자 주입층을 형성한 다음, 알루미늄을 2000 Å의 두께로 진공 증착하여 음극을 형성하였다.
[실시예 2 내지 8] - 녹색 유기 전계 발광 소자의 제조
실시예 1에서 발광층의 형성시 호스트 물질로서 사용된 화합물 FDA-1 대신 합성예 5 내지 8, 및 13 내지 16에서 각각 합성된 화합물 FDA-5 내지 FDA-8, 및 FDA-13 내지 FDA-16을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
[비교예 1] - 녹색 유기 전계 발광 소자의 제조
실시예 5에서 발광층의 형성시 호스트 물질로서 사용된 화합물 FDA-5 대신 Alq3 [aluminum tris(8-hydroxyquinoline)]을 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 수행하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
[실험예 1]
실시예 1 내지 8, 및 비교예 1에서 각각 제조된 유기 전계 발광 소자에 대하여, 전류밀도 10 mA/㎠에서의 발광 효율을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
호스트 구동 전압 (V) 전류효율(cd/A)
실시예 1 화합물 FDA-5 4.51 13.1
실시예 2 화합물 FDA-6 4.30 13.5
실시예 3 화합물 FDA-7 4.31 13.8
실시예 4 화합물 FDA-8 4.30 13.7
실시예 5 화합물 FDA-13 4.31 13.9
실시예 6 화합물 FDA-14 4.37 13.8
실시예 7 화합물 FDA-15 4.38 13.3
실시예 8 화합물 FDA-16 4.40 13.1
비교예 1 Alq3 4.7 11.7
실험 결과, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 파이렌계 화합물(FDA-5 ~ FDA-8, FDA-13 ~ FDA-16)을 발광층의 호스트 물질로서 사용한 실시예 1 내지 8의 유기 전계 발광 소자는, 종래 호스트 물질인 Alq3를 사용한 비교예 1의 유기 전계 발광 소자보다 전휴효율 면에서 우수한 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
[비교예 2] - 청색 유기 전계 발광 소자의 제조
애노드는 코닝(Corning)사의 ITO 유리 기판 (15Ω/㎠, 1000Å)을 50mm×50mm×0.7mm의 크기로 자른 후, 아세톤, 이소프로필 알코올 및 순수 물 속에서 각각 15분 동안 초음파 세정한 다음, 30분 동안 UV 오존 세정하였다.
이와 같이 준비된 기판 상부에 2-TANATA를 진공 증착하여 두께가 80 nm인 정공주입층을 형성한 다음, 상기 정공주입층 상부에 α-NPD를 진공 증착하여 두께가 30 nm인 정공수송층을 형성하였다. 이후, 상기 정공수송층 상부에 화합물 a를 진공 증착하여 두께가 30 nm인 발광층을 형성하였다. 이어서, 상기 발광층 상부에 Alq3을 30 nm의 두께로 진공 증착하여 전자수송층을 형성한 다음, 상기 전자수송층 상부에 LiF 0.5 nm (전자주입층) 및 Al 60 nm (캐소드)를 순차적으로 진공증착하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
여기서, 상기 화합물 a는 하기 화학식 a로 표시되는 화합물이고, 상기 2-TNATA는 하기 화학식 b로 표시되는 화합물 [(4,4',4"-tris(Nnaphthalen-2-yl)-N-phenylamino)-triphenylamine]이며, 상기 α-NPD는 하기 화학식 c로 표시되는 화합물 [N,N'-di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenylbenzidine]로, 제조된 유기 전계 발광 소자의 구조는 다음과 같다.
ITO / 2-TNATA(80nm) / α-NPD(30nm) / 화합물 a(30nm) / Alq3(30nm) / LiF(0.5nm) / Al(60nm)
[화학식 a]
Figure pat00039
[화학식 b]
Figure pat00040
[화학식 c]
Figure pat00041

[ 실시예 9 내지 16] - 청색 유기 전계 발광 소자의 제조
상기 비교예 2에서 발광층 형성시 사용된 화합물 a 대신 합성예 1 ~ 4, 9 ~ 12에서 각각 합성된 화합물 FDA-1 ~ FDA-4, FDA-9 ~ FDA-12를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 수행하여 각각의 유기 전계 발광 소자를 제조하였다. 제조된 유기 전계 발광 소자의 구조는 다음과 같다.
ITO / 2-TNATA(80nm) / α-NPD(30nm) / 각각의 화합물 FDA-1~FDA-4, FDA-9~FDA-12 (30nm) / Alq3(30nm) / LiF(0.5nm) / Al(60nm)
[실험예 2]
실시예 9 내지 16, 및 비교예 2에서 각각 제조된 유기 전계 발광 소자에 대하여, 전류밀도 10 mA/㎠에서의 구동 전압, 전류 효율 및 발광 피크를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
샘플 호스트 구동 전압 (V) 전류효율(cd/A)
실시예 9 화합물 FDA-1 6.51 3.1
실시예 10 화합물 FDA-2 6.30 3.5
실시예 11 화합물 FDA-3 6.31 3.8
실시예 12 화합물 FDA-4 6.30 3.7
실시예 13 화합물 FDA-9 6.31 3.9
실시예 14 화합물 FDA-10 6.37 3.8
실시예 15 화합물 FDA-11 6.38 3.3
실시예 16 화합물 FDA-12 6.40 3.1
비교예 2 화합물 a 7.01 1.5
실험 결과, 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물(화합물 FDA-1~FDA-4, FDA-9~FDA-12)을 발광층 재료로 사용한 실시예 9 내지 16의 유기 전계 발광 소자는 약 476 내지 522 nm 범위에서 청색 발광 피크값을 나타내었다.
또, 실시예 9 내지 16의 유기 전계 발광 소자는 종래 호스트 물질인 화합물 a를 사용한 비교예 2의 유기 전계 발광 소자보다 구동 전압 및 전류 효율 면에서 우수한 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이상의 설명에서 통상의 공지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다. 또, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 발명의 범주에 속하는 것은 당연하다.

Claims (6)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00042

    (상기 화학식 1에서,
    R1 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2~C40의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬옥시기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 C3~C40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C1~C40의 알킬보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴보론기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀기, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있으며,
    이때, 상기 R1 내지 R8의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 아릴아민기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴실릴기에 각각 도입되는 하나 이상의 치환기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고, 다만 상기 치환기가 복수인 경우, 서로 동일하거나 상이할 수 있음).
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 것이 특징인 화합물:
    [화학식 2]
    Figure pat00043

    [화학식 3]
    Figure pat00044

    [화학식 4]
    Figure pat00045

    (상기 화학식 2 내지 4에서,
    R1 내지 R8은 각각 제1항에서 정의된 바와 같음).
  3. 제1항에 있어서, 하기 화학식 5로 표시되는 화합물:
    [화학식 5]
    Figure pat00046

    (상기 화학식 5에서,
    R1, R2, R5 및 R6는 각각 제1항에서 정의된 바와 같음).
  4. 제1항에 있어서, 상기 R1 내지 R8은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴기, 치환 또는 비치환된 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, 및 치환 또는 비치환된 C6~C40의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 인접한 기와 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있는 것이 특징인 화합물.
  5. 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전계 발광 소자에 있어서,
    상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 화합물을 포함하는 것이 특징인 유기 전계 발광 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 화합물을 포함하는 적어도 하나의 유기물층은 발광층인 것이 특징인 유기 전계 발광 소자.
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