KR20140124654A - 유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 - Google Patents

유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소자의 발광효율, 안정성 및 수명을 향상시킬 수 있는 신규 화합물 및 이를 이용한 유기전기소자, 그 전자 장치를 제공한다.

Description

유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치{COMPOUND FOR ORGANIC ELECTRONIC ELEMENT, ORGANIC ELECTRONIC ELEMENT USING THE SAME, AND AN ELECTRONIC DEVICE THEREOF}
본 발명은 유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛 에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기전기소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물 층은 유기전기소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다.
유기전기소자에서 유기물층으로 사용되는 재료는 기능에 따라, 발광 재료와 전하수송 재료, 예컨대 정공주입 재료, 정공수송 재료, 전자수송 재료, 전자주입 재료 등으로 분류될 수 있다.
한편, 유기전기소자의 수명단축 원인 중 하나인 양극전극(ITO)으로부터 금속 산화물이 유기층으로 침투 확산되는 것을 지연시키며, 소자 구동시 발생되는 주울열(Joule heating)에 대해서도 안정된 특성, 즉 높은 유리 전이 온도를 갖는 정공 주입층 재료에 대한 개발이 필요하다. 또한 정공 수송층 재료의 낮은 유리전이 온도는 소자 구동시에 박막 표면의 균일도가 무너지는 특성에 따라 소자수명에 큰 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다. 또한, OLED 소자의 형성에 있어서 증착방법이 주류를 이루고 있으며, 이러한 증착방법에 오랫동안 견딜 수 있는 재료 즉 내열성 특성이 강한 재료가 필요한 실정이다.
전술한 유기전기소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자 내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되는 것이 선행되어야 하나, 아직까지 안정하고 효율적인 유기전기소자용 유기물층 재료의 개발이 충분히 이루어지지 않은 상태이며, 따라서 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있다.
본 발명은 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압, 고내열성, 색순도 및 수명을 향상시킬 수 있는 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일측면에서, 본 발명은 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 제공한다.
Figure pat00001
다른 측면에서, 본 발명은 상기 화학식으로 표시되는 화합물을 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공한다.
본 발명에 따른 화합물을 이용함으로써 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압, 고내열성을 달성할 수 있고, 소자의 색순도 및 수명을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기전기발광소자의 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a),(b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어 "할로" 또는 "할로겐"은 다른 설명이 없는 한 불소, 염소, 브롬, 및 요오드를 포함한다.
본 발명에 사용된 용어 "알킬" 또는 "알킬기"는 다른 설명이 없는 한 1 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "알켄일" 또는 "알키닐"은 다른 설명이 없는 한 각각 2 내지 60의 탄소수의 이중결합 또는 삼중결합을 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "시클로알킬"은 다른 설명이 없는 한 3 내지 60의 탄소수를 갖는 고리를 형성하는 알킬을 의미하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "알콕실기"는 다른 설명이 없는 한 1 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "아릴기" 및 "아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 6 내지 60의 탄소수를 가지며, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 아릴기 또는 아릴렌기는 단일환 또는 복소환의 방향족을 의미하며, 이웃한 치환기가 결합 또는 반응에 참여하여 형성된 방향족 링을 포함한다. 예컨대, 아릴기는 페닐기, 비페닐기, 플루오렌기, 스파이로플루오렌기일 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로알킬"은 다른 설명이 없는 한 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 알킬을 의미한다. 본 발명에 사용된 용어 "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 3 내지 60의 아릴기 또는 아릴렌기를 의미하며, 여기에 제한되는 것은 아니며, 단일환뿐만 아니라 복소환을 포함하며, 이웃한 기가 결합하여 형성될 수도 있다.
본 발명에 사용된 용어 "헤테로시클로알킬", "헤테로고리기"는 다른 설명이 없는 한 하나 또는 그 이상의 헤테로원자를 포함하고, 2 내지 60의 탄소수를 가지며, 단일환뿐만 아니라 복소환을 포함하며, 이웃한 기가 결합하여 형성될 수도 있다. 또한, "헤테로고리기"는 헤테로원자를 포함하는 지환족 및/또는 방향족을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로원자"는 다른 설명이 없는 한 N, O, S, P 및 Si를 나타낸다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "지방족"은 탄소수 1 내지 60의 지방족 탄화수소를 의미하며, "지방족고리"는 탄소수 3 내지 60의 지방족 탄화수소 고리를 의미한다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "포화 또는 불포화 고리"는 포화 또는 불포화 지방족고리 또는 탄소수 6 내지 60의 방향족고리 또는 헤테로고리를 의미한다.
전술한 헤테로화합물 이외의 그 밖의 다른 헤테로화합물 또는 헤테로라디칼은 하나 이상의 헤테로원자를 포함하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
또한 명시적인 설명이 없는 한, 본 발명에서 사용된 용어 "치환 또는 비치환된"에서 "치환"은 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1~C20의 알킬기, C1~C20의 알콕실기, C1~C20의 알킬아민기, C1~C20의 알킬티오펜기, C6~C20의 아릴티오펜기, C2~C20의 알켄일기, C2~C20의 알키닐기, C3~C20의 시클로알킬기, C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C8~C20의 아릴알켄일기, 실란기, 붕소기, 게르마늄기, 및 C2~C20의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환됨을 의미하며, 이들 치환기에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 유기전기소자에 대한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유기전기소자(100)는 기판(110) 상에 형성된 제 1전극(120), 제 2전극(180) 및 제 1전극(110)과 제 2전극(180) 사이에 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 유기물층을 구비한다. 이때, 제 1전극(120)은 애노드(양극)이고, 제 2전극(180)은 캐소드(음극)일 수 있으며, 인버트형의 경우에는 제 1전극이 캐소드이고 제 2전극이 애노드일 수 있다.
유기물층은 제 1전극(120) 상에 순차적으로 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160) 및 전자주입층(170)을 포함할 수 있다. 이때, 발광층(150)을 제외한 나머지 층들이 형성되지 않을 수 있다. 정공저지층, 전자저지층, 발광보조층(151), 버퍼층(141) 등을 더 포함할 수도 있고, 전자수송층(160) 등이 정공저지층의 역할을 할 수도 있을 것이다.
또한, 미도시하였지만, 본 발명에 따른 유기전기소자는 제 1전극과 제 2전극 중 적어도 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 일면에 형성된 보호층 또는 광효율 개선층(Capping layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 유기물층에 적용되는 본 발명에 따른 화합물은 정공주입층(130), 정공수송층(140), 전자수송층(160), 전자주입층(170), 발광층(150)의 호스트 또는 도펀트 또는 캐핑층의 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기발광소자는 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 예컨대, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극(120)을 형성하고, 그 위에 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160) 및 전자주입층(170)을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극(180)으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다.
또한, 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용액 공정 또는 솔벤트 프로세스(solvent process), 예컨대 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 유기물층은 다양한 방법으로 형성될 수 있으므로, 그 형성방법에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기전기소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
WOLED(White Organic Light Emitting Device)는 고해상도 실현이 용이하고 공정성이 우수한 한편, 기존의LCD의 칼라필터 기술을 이용하여 제조될 수 있는 이점이 있다. 주로 백라이트 장치로 사용되는 백색 유기발광소자에 대한 다양한 구조들이 제안되고 특허화되고 있다. 대표적으로, R(Red),G(Green),B(Blue) 발광부들을 상호평면적으로 병렬배치(side-by-side) 방식, R,G,B 발광층이 상하로 적층되는 적층(stacking) 방식이 있고, 청색(B) 유기발광층에 의한 전계발광과 이로부터의 광을 이용하여 무기형광체의 자발광(photo-luminescence)을 이용하는 색변환물질(color conversion material, CCM) 방식 등이 있는데, 본 발명은 이러한 WOLED에도 적용될 수 있을 것이다.
또한, 본 발명에 따른 유기전기소자는 유기전기발광소자(OLED), 유기태양전지, 유기감광체(OPC), 유기트랜지스터(유기 TFT), 단색 또는 백색 조명용 소자 중 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 상술한 본 발명의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치와, 이 디스플레이장치를 제어하는 제어부를 포함하는 전자장치를 포함할 수 있다. 이때, 전자장치는 현재 또는 장래의 유무선 통신단말일 수 있으며, 휴대폰 등의 이동 통신 단말기, PDA, 전자사전, PMP, 리모콘, 네비게이션, 게임기, 각종 TV, 각종 컴퓨터 등 모든 전자장치를 포함한다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 화합물에 대하여 설명한다.
본 발명의 일측면에 따른 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
<화학식 1>
Figure pat00002
상기 화학식 1에서, R1~R6은 수소; 할로겐; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택된다.
M은 전이금속일 수 있으며, 바람직하게는 Ir, Pt, Rh, Re 및 Os로 이루어진 군에서 선택된다.
A는
Figure pat00003
으로 표현되며, n은 1~2의 정수이고,
상기 P환은 N(질소)을 포함하는 치환 또는 비치환된 C2~C20의 헤테로고리이고, 상기 Q환은 C(탄소)를 포함하는 치환 또는 비치환된 C6~C20의 아릴기이고, 여기서, 상기 P환의 N(질소)은 상기 M과 배위결합(점선으로 표시)을 형성하고, 상기 Q환의 C(탄소)는 상기 M과 공유결합(실선으로 표시)을 형성하여 A는 상기 M과 착화합물을 형성한다.
상기 P환 및 상기 Q환이 각각 치환된 경우, ⅰ) 각각의 치환기는 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; C6~C60의 아릴기; C1~C50의 알킬기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; 플로오렌일기; 및 C1~C30의 알콕실기로 이루어진 군에서 선택되거나, ⅱ) 각각의 치환기가 복수인 경우, 이웃한 치환기끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있거나, 또는 ⅲ) P환의 치환기와 Q환의 치환기가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
<화학식 2>
Figure pat00004
상기 화학식 2에서, X 및 Y는 서로 독립적으로 단일결합; S; O; NR'; CR'R"; 및 SiR'R";로 이루어진 군에서 선택되며, 여기서 R' 및 R"는 수소; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택된다.
m은 1~2의 정수이며, o 및 q는 각각 1~4의 정수이며, 여기서 각각 m이 2, o 또는 q가 2~4의 정수인 경우 복수의 R7~R9는 서로 같거나 상이하며, ⅰ) R7~R9는 서로 독립적으로 수소; 중수소; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; -L-N(Ar2)(Ar3); C1~C50알콕실기; C2~C20의 알켄일기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택되거나, ⅱ) m, o 또는 p가 2이상인 경우 이웃한 R7끼리, 이웃한 R8끼리 또는 이웃한 R9끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
L 및 L1은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로아릴렌기; 2가의 지방족 탄화수소; 및 플루오렌일렌기;로 이루어진 군에서 선택되고, 이들(단일결합 제외) 각각은 니트로기; 시아노기; 할로겐기; C1~C20의 알킬기; C6~C20의 아릴기; C2~C20의 헤테로고리기; C1~C20의 알콕시기; 및 아미노기;로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
Ar1~Ar3는 C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; C6~C60의 아릴아민기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택되고, a 및 b는 0~1의 정수이고, a+b는 1 이상이다.
<화학식 3>
Figure pat00005
상기 화학식 3에서, Z1~Z16은 서로 독립적으로 CR10; 또는 N;이고, 여기서 R10은 수소; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; C6~C60의 아릴아민기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택되며, Z1~Z16 중에서 이웃한 Z가 각각 CR10인 경우에는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
L2은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로아릴렌기; 2가의 지방족 탄화수소; 및 플루오렌일렌기;로 이루어진 군에서 선택되고, 이들(단일결합 제외) 각각은 니트로기; 시아노기; 할로겐기; C1~C20의 알킬기; C6~C20의 아릴기; C2~C20의 헤테로고리기; C1~C20의 알콕시기; 및 아미노기;로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
W는 NAr5; O; 및 S;로 이루어진 군에서 선택되고, Ar4 및 Ar5는 C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; C6~C60의 아릴아민기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택된다.
<화학식 4>
Figure pat00006
상기 화학식 4에서, R11~R22는 서로 독립적으로 수소; 중수소; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; -L-N(Ar2)(Ar3); C1~C50의 알콕실기; C2~C20의 알켄일기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택되고, Ar2 및 Ar3는 상기 화학식 2에서 Ar2 및 Ar3의 정의와 동일하다.
또한, 상기 R1~R22, Ra, Rb, Ar1~Ar5, R' 및 R"가 아릴기인 경우, 이는 중수소, 할로겐, 실란기, 붕소기, 게르마늄기, 시아노기, 니트로기, C1~C20의 알킬싸이오기, C1~C20의 알콕실기, C1~C20의 알킬기, C2~C20의 알켄일기(alkenyl), C2~C20의 알카인일기(alkynyl), C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C2~C20의 헤테로고리기, C3~C20의 시클로알킬기, C7~C20의 아릴알킬기 및 C8~C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고,
상기 R1~R22, Ra, Rb, Ar1~Ar5, R' 및 R"가 헤테로고리기인 경우, 이는 중수소, 할로겐, 실란기, 시아노기, 니트로기, C1~C20의 알콕실기, C1~C20의 알킬기, C2~C20의 알켄일기(alkenyl), C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C2~C20의 헤테로고리기, C3~C20의 시클로알킬기, C7~C20의 아릴알킬기 및 C8~C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고,
상기 R1~R22, Ra, Rb, Ar1~Ar5, R' 및 R"가 플루오렌일기인 경우, 이는 중수소, 할로겐, 실란기, 시아노기, C1~C20의 알킬기, C2~C20의 알켄일기(alkenyl), C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C2~C20의 헤테로고리기 및 C3~C20의 시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고,
상기 R1~R22, Ra, Rb, Ar1~Ar5, R' 및 R"가 알킬기인 경우, 이는 할로겐, 실란기, 붕소기, 시아노기, C1~C20의 알콕실기, C1~C20의 알킬기, C2~C20의 알켄일기(alkenyl), C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C2~C20의 헤테로고리기, C7~C20의 아릴알킬기 및 C8~C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고,
상기 R7~R9 및 R11~R22가 알켄일기인 경우, 이는 중수소, 할로겐, 실란기, 시아노기, C1~C20의 알콕실기, C1~C20의 알킬기, C2~C20의 알켄일기(alkenyl), C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C2~C20의 헤테로고리기, C3~C20의 시클로알킬기, C7~C20의 아릴알킬기 및 C8~C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고,
상기 R7~R9, R11~R22, Ra 및 Rb가 알콕실기인 경우, 이는 중수소, 할로겐, 실란기, C1~C20의 알킬기, C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C2~C20의 헤테로고리기 및 C3~C20의 시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
한편, 상기 화학식 1의 A는 하기 화학식 중 하나로 표시되나 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 5 내지 화학식 8로 이루어진 군에서 선택될 수 있으며, 여기서, R1~R6, M 및 n은 상기 화학식 1에서 정의된 R1~R6, M 및 n과 동일하다.
<화학식 5> <화학식 6>
Figure pat00013
<화학식 7> <화학식 8>
Figure pat00014
보다 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 하나일 수 있다.
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
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Figure pat00022
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Figure pat00030
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Figure pat00032
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
또한, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 하나일 수 있다.
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
Figure pat00045
또한, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 하나일 수 있다.
Figure pat00046
Figure pat00047
Figure pat00048
Figure pat00049
Figure pat00050
Figure pat00051
상기 화학식 4로 표시되는 화합물 역시 하기 화합물 중 하나일 수 있다.
Figure pat00052
상기 화학식 1 내지 화학식 4로 표시되는 화합물들은 상기에서 제시된 구체적 화합물들 중 하나일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 화학식으로 표시되는 화합물이 적용된 유기전기소자를 포함하는 전자장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예로, 제 1전극, 제 2전극, 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층을 포함하는 유기전기소자에 있어서, 상기 유기물층은 호스트 및 도펀트를 각각 함유하는 발광층을 포함하며, 상기 발광층의 도펀트는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하고, 상기 발광층의 호스트는 상기 화학식 2~화학식 4로 표시되는 화합물 중에 적어도 하나를 함유하는 유기전기소자를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예로, 제 1전극, 제 2전극, 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층을 포함하는 유기전기소자에 있어서, 상기 유기물층은 호스트 및 도펀트를 각각 함유하는 발광층을 포함하며, 상기 발광층의 도펀트는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하고, 상기 발광층의 호스트는 상기 화학식 2~ 화학식 4로 표시되는 화합물 중에 2개를 혼합하여 함유하는 유기전기소자를 제공한다
이하에서, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물의 합성예 및 유기전기소자의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
합성예
1. 화학식 1의 합성
예시적으로 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물(final products)은 하기 반응식 1과 같이 출발 물질에 Sub 1을 반응시켜 제조될 수 있다.
<반응식 1>
Figure pat00053
(1) Sub 1의 합성예
상기 반응식 1의 Sub 1은 하기 반응식 2의 반응경로에 의해 합성될 수 있고, 반응식 2의 Sub 1-1은 반응식 3 또는 반응식 4의 반응 경로에 의해 합성될 수 있다.
<반응식 2>
Figure pat00054
Sub 1-1 화합물(Ligand) 1당량을 2-methoxy ethanol에 녹이고 IrCL3(0.5당량)과 물을 넣고 24시간 동안 교반 환류시켰다. 반응이 완료된 후, 실온으로 냉각시켜 남은 침전물을 여과시켜 얻어진 고체를 물과 메탄올로 씻어주고, 핵산으로 재결정하였다. 얻어진 화합물(1당량)을 2-methoxy ethanol에 녹이고 acac(3당량)와 Na2CO3를 넣고 5시간 동안 교반 환류하였다. 반응이 종결되면 고체 침전물을 여과시킨 후 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 분리, 재결정하여 Sub 1 화합물을 얻었다.
(1-1) Sub 1-1의 합성예
<반응식 3>
Figure pat00055
2-chloroquinoline (1당량)을 THF에 녹인 후에, phenylboronic acid (1당량), Pd(PPh3)4 (0.05당량), K2CO3 (3당량), 물을 첨가한 후, 80℃에서 교반시켰다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물을 얻었다.
(1-2) Sub 1-1의 합성예
<반응식 4>
Figure pat00056
2-(thiophen-2-yl)ethanamine (1당량), 4-(tert-butyl)benzoyl chloride (1당량), 20%의 NaOH (3당량), 물을 첨가한 후, 0℃에서 교반시켰다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 4-(tert-butyl)-N-(2-(thiophen-2-yl)ethyl)benzamide을 얻은 후에 여기에 POCl3, toluene을 넣고 0℃에서 교반 환류시켰다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 4-(4-(tert-butyl)phenyl)-6,7-dihydrothieno[3,2-c]pyridine을 얻은 후에 여기에 10%의 Pd/C촉매, toluene을 넣고 18시간 동안 교반 환류시켰다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 4-(4-(tert-butyl)phenyl)thieno[3,2-c]pyridine을 얻었다.
한편, Sub 1-1의 예시는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들의FD-MS는 하기 표 1과 같다.
Figure pat00057
Figure pat00058
Figure pat00059
Figure pat00060
Figure pat00061
Figure pat00062
[표 1]
Figure pat00063
(2) Products 의 합성
Ancillary ligand인 2,2'-bipyridine에 과량의 ligand인 Sub 1을 넣고 Glycerol과 함께 20분간 microwave를 쬐어주었다. 반응이 종료된 후 얻은 고체의 물질을 여과한 뒤에 컬럼크로마토그래피를 통해 정제하여 진공펌프 하에 3시간 동안 건조하여 최종 화합물을 얻었다.
(2-1) 1-4의 합성예
Figure pat00064
Ancillary ligand인 2,2'-bipyridine (0.31g, 2mmol)에 ligand (15.1g, 20mmol)를 넣고 Glycerol과 함께 20분간 microwave를 쬐어주었다. 반응이 종료된 후 얻은 고체의 물질을 여과한 뒤에 컬럼크로마토그래피를 통해 정제하여 진공펌프 하에 3시간 동안 건조하여 최종 화합물 1.8g (수율 60%)을 얻었다.
(2-2) 2-4의 합성예
Figure pat00065
Ancillary ligand인 2,2'-bipyridine (0.31g, 2mmol)에 ligand (16.2g, 20mmol)를 넣고 Glycerol과 함께 20분간 microwave를 쬐어주었다. 반응이 종료된 후 얻은 고체의 물질을 여과한 뒤에 컬럼크로마토그래피를 통해 정제하여 진공펌프 하에 3시간 동안 건조하여 최종 화합물 1.9g (수율 61%)을 얻었다.
(2-3) 3-1의 합성예
Figure pat00066
Ancillary ligand인 2,2'-bipyridine (0.31g, 2mmol)에 ligand (13.4g, 20mmol)를 넣고 Glycerol과 함께 20분간 microwave를 쬐어주었다. 반응이 종료된 후 얻은 고체의 물질을 여과한 뒤에 컬럼크로마토그래피를 통해 정제하여 진공펌프 하에 3시간 동안 건조하여 최종 화합물 1.5g (수율 58%)을 얻었다.
(2-4) 4-4의 합성예
Figure pat00067
Ancillary ligand인 2,2'-bipyridine (0.31g, 2mmol)에 ligand (16.5g, 20mmol)를 넣고 Glycerol과 함께 20분간 microwave를 쬐어주었다. 반응이 종료된 후 얻은 고체의 물질을 여과한 뒤에 컬럼크로마토그래피를 통해 정제하여 진공펌프 하에 3시간 동안 건조하여 최종 화합물 1.9g (수율 60%)을 얻었다.
2. 화학식 2의 합성
예시적으로 본 발명에 따른 화학식 2로 표시되는 화합물(final products)은 하기 반응식 5에 의해 제조될 수 있다.
<반응식 5>
Figure pat00068
(1) Sub 5-2 합성예
Sub 5-1을 무수 THF에 녹인 후, 반응물의 온도를 -78℃로 낮추고, n-BuLi (2.5M in hexane)을 천천히 적가하고 난 후, 반응물을 0℃에서 1시간 동안 교반시켰다. 이후, 반응물의 온도를 -78℃로 낮추고, trimethyl borate를 적가하고 난 후, 상온에서 12시간 동안 교반시켰다. 반응이 종결되면 2N-HCl 수용액을 넣고, 30분간 교반시킨 후, ether로 추출하였다. 무수 MgSO4로 반응물 내의 물을 제거하고 감압 여과 후, 유기용매를 농축하여 생성된 생성물을 컬럼크로마토그래피를 이용하여 분리하여 원하는 Sub 5-2를 얻었다.
(2) Sub 5-3 합성예
Sub 5-2와 1-iodo-2-nitrobenzene, Pd(PPh3)4, K2CO3를 무수 THF와 소량의 물에 녹이고 난 후, 24시간 동안 환류시켰다. 반응이 종료되면 반응물의 온도를 상온으로 식히고, CH2Cl2로 추출하고 물로 닦아주었다. 소량의 물을 무수 MgSO4로 제거하고 감압 여과 후, 유기용매를 농축하여 생성된 생성물을 컬럼크로마토그래피를 이용하여 분리하여 원하는 Sub 5-3을 얻었다.
(3) Sub 5-4 합성예
Sub 5-3과 triphenylphosphine을 o-dichlorobenzene에 녹이고, 24시간 동안 환류시켰다. 반응이 종료되면 감압 증류를 이용하여 용매를 제거한 후, 농축된 생성물을 컬럼크로마토그래피를 이용하여 분리하여 원하는 Sub 5-4를 얻었다.
(4) Product 5-9 합성예
Sub 5-4 (1당량)와 Sub 5-5 (1.1당량)을 톨루엔에 넣고 Pd2(dba)3 (0.05당량), PPh3 (0.1당량), NaOt-Bu (3당량)을 각각 첨가한 뒤, 100℃에서 24시간 교반 환류시킨다. ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물(수율 68%)을 얻었다.
3. 화학식 3의 합성
예시적으로 본 발명에 따른 화학식 3으로 표시되는 화합물(final products)은 하기 반응식 6에 의해 제조될 수 있다.
<반응식 6>
Figure pat00069
3-bromo-9-phenyl-9H-carbazole (6.4g, 20mmol)를 THF에 녹인 후에, (9-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid (8.8g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.03당량), K2CO3(3당량), 물을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물을 9.2g (수율: 72%) 얻었다
4. 화학식 4의 합성
예시적으로 본 발명에 따른 화학식 4로 표시되는 화합물(final products)은 하기 반응식 7에 의해 제조될 수 있다.
<반응식 7>
Figure pat00070
triphenylen-2-ylboronic acid (5.4g, 20mmol)를 THF에 녹인 후에4-(3-bromophenyl)dibenzo[b,d]thiophene (6.8g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.03당량), K2CO3(3당량), 물을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물을 6.4g (수율: 70%) 얻었다.
유기전기소자의 제조평가
[ 실험예 1] 레드 유기 발광 소자(인광 도펀트 )
합성을 통해 얻은 본 발명의 화합물(1-1~1-20 중 하나)을 발광층의 발광 도펀트 물질로 사용하여 통상적인 방법에 따라 유기전기 발광소자를 제작하였다. 먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층 (양극) 위에 N1-(naphthalen-2-yl)-N4,N4-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N1-phenylbenzene-1,4-diamine(이하, 2-TNATA로 약기함) 막을 진공증착하여 60nm 두께의 정공주입층을 형성한 후, 상기 정공주입층 위에 4,4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐 (이하 -NPD로 약기함) 60 nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 다음으로, 정공수송층 상부에 호스트 물질로 본 발명의 화합물(5-5)를, 도펀트 물질로 본 발명의 화합물(1-1~1-20 중 하나)을 95:5 중량비로 도핑하여 30nm 두께로 발광층을 증착하였다. 이어서, 상기 발광층 상에 (1,1’-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄(이하, BAlq로 약기함)을 10nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(이하, Alq3로 약기함)을 40nm 두께로 전자수송층을 성막하였다. 이후, 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 비교예 1]
본 발명의 화합물 대신 하기 비교 화합물 1을 이용하여 발광층의 도펀트 물질을 형성하였다는 점을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
<비교화합물 1> (piq)2Ir(acac)
Figure pat00071
실험예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 유기전기발광소자에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 300cd/㎡ 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T90 수명을 측정하였다.
하기 표 2는 실험예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 유기전기발광소자에 대한 그 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 2]
Figure pat00072
상기 표 2의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 이용한 유기전기발광소자는 레드 발광층 재료로 사용되어 높은 발광효율, 낮은 구동전압 및 수명을 현저히 개선시킬 수 있다.
특히, 비교화합물 1인 (piq)2Ir(acac)에 비해 약 10% 낮은 구동전압, 약 55% 높은 효율을 나타내었다. 이는 보통 인광 도펀트의 빛은 metal-to-ligand charge-transfer(MLCT), ligand-to-ligand charge-transfer(LLCT)의 두 가지 메커니즘으로 인해 빛이 발생되는데, 금속 착체가 두 개 치환되어 있는 본 발명의 화합물은 이론적으로 MLCT 및 LLCT가 두 군데의 금속 착체에서 발생될 수 있으므로 높은 효율을 가질 수 있었던 것으로 예측할 수 있다.
[ 실험예 2] 그린 유기 발광 소자(인광 도펀트 )
합성을 통해 얻은 본 발명의 화합물(2-1~2-12 중 하나)을 발광층의 발광 도펀트 물질로 사용하여 통상적인 방법에 따라 유기전기 발광소자를 제작하였다. 먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 2-TNATA를 진공증착하여 60nm 두께의 정공주입층을 형성한 후, 상기 정공주입층 위에 -NPD를 60nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 다음으로, 상기 정공수송층 위에 호스트 물질로 본 발명의 화합물(5-9)를, 도판트 물질로 본 발명의 화합물(2-1~2-12 중 하나)을 95:5 중량비로 도핑하여 30nm 두께로 발광층을 증착하였다. 이어서, 상기 발광층 상에 BAlq를 10nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 위에 Alq3를 40nm 두께로 전자수송층을 성막하였다. 이후, 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 비교예 2]
본 발명의 화합물 대신 하기 비교 화합물 2를 이용하여 발광층의 도펀트 물질을 형성하였다는 점을 제외하고는 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
<비교 화합물 2> Ir(ppy)3
Figure pat00073
실험예 2 및 비교예 2에 의해 제조된 유기전기발광소자에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 300cd/㎡ 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T90 수명을 측정하였다.
하기 표 3은 실험예 2 및 비교예 2에 의해 제조된 유기전기발광소자에 대한 그 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 3]
Figure pat00074
상기 표 3의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 이용한 유기전기발광소자는 그린 발광층 재료로 사용되어 높은 발광효율, 낮은 구동전압 및 수명을 현저히 개선시킬 수 있다.
특히, 비교화합물 2인 Ir(ppy)3비해 약 14% 낮은 구동전압, 약 25% 높은 효율을 나타내었다. 이 또한 MLCT 및 LLCT가 두 군데의 금속 착체에서 발생될 수 있으므로 높은 효율을 가질 수 있었던 것으로 설명할 수 있다.
[ 실험예 3] 그린 유기 발광 소자( mixed 호스트+인광 도펀트 )
합성을 통해 얻은 본 발명의 화합물(2-1~2-12 중 하나)을 발광층의 발광 도펀트 물질로 사용하여 통상적인 방법에 따라 유기전기 발광소자를 제작하였다. 먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 2-TNATA를 진공증착하여 60nm 두께의 정공주입층을 형성한 후, 상기 정공주입층 위에 -NPD를 60nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 다음으로, 상기 정공수송층 상부에 호스트 물질로 본 발명의 화합물(5-9)와 화합물(7-4)를 혼합하고, 도판트 물질로 본 발명의 화합물(2-1~2-12 중 하나)을 95:5 중량비로 도핑하여 30nm 두께로 발광층을 증착하였다. 이어서, 상기 발광층 상에 BAlq를 10nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 Alq3를 40nm 두께로 전자수송층을 성막하였다. 이후, 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 비교예 3]
본 발명의 화합물 대신 상기 비교화합물 2를 이용하여 발광층의 도펀트 물질을 형성하였다는 점을 제외하고는 상기 실험예 3과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
실험예 3 및 비교예 3에 의해 제조된 유기전기발광소자에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 300cd/㎡ 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T90 수명을 측정하였다.
하기 표 4는 실험예 3 및 비교예 3에 의해 제조된 유기전기발광소자에 대한 그 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 4]
Figure pat00075
상기 표 4의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 이용한 유기전기발광소자는 단일 호스트를 사용했을 경우보다 화학식 2와 화학식 4의 화합물을 혼합하여 호스트 물질로 사용되었을 때 보다 높은 발광효율, 낮은 구동전압 및 수명을 현저히 개선시킴을 알 수 있다. 이는 혼합된 두 호스트로 인해 싱글 호스트일 때보다 밴드갭이 넓어지고 발광층 내 charge balance가 높아져서 효율 및 수명이 증가한 것으로 판단된다.
[ 실험예 4] 블루 유기 발광 소자(인광 도펀트 )
합성을 통해 얻은 본 발명의 화합물(3-1~3-3 중 하나)을 발광층의 발광 도펀트 물질로 사용하여 통상적인 방법에 따라 유기전기 발광소자를 제작하였다. 먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 2-TNATA를 진공증착하여 60nm 두께의 정공주입층을 형성한 후, 상기 정공주입층 위에 -NPD를 60nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 다음으로, 상기 정공수송층 상부에 호스트 물질로 본 발명의 화합물(6-1)을, 도판트 물질로 본 발명의 화합물(3-1~3-3 중 하나)을 95:5 중량비로 도핑하여 30nm 두께로 발광층을 증착하였다. 이어서, 상기 발광층 상에 BAlq를 10nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 Alq3를 40nm 두께로 전자수송층을 성막하였다. 이후, 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 비교예 4]
본 발명의 화합물 대신 하기 비교화합물 3을 이용하여 발광층의 도펀트 물질을 형성하였다는 점을 제외하고는 상기 실험예 4와 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
<비교 화합물 3> FIrpic
Figure pat00076
실험예 4 및 비교예 4에 의해 제조된 유기전기발광소자에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 300cd/㎡ 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T90 수명을 측정하였다.
하기 표 5는 실험예 4 및 비교예 4에 의해 제조된 유기전기발광소자에 대한 그 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 5]
Figure pat00077
상기 표 5의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 이용한 유기전기발광소자는 블루 발광층 재료로 사용되어 비교화합물 3인 FIrpic비해 약 16% 낮은 구동전압, 약 17% 높은 효율, 약 66%의 향상된 수명을 나타내는 것을 확인하였다.
[ 실험예 5] 옐로우 유기 발광 소자(인광 도펀트 )
합성을 통해 얻은 본 발명의 화합물(4-1~4-9 중 하나)을 발광층의 발광 도펀트 물질로 사용하여 통상적인 방법에 따라 유기전기 발광소자를 제작하였다. 먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 2-TNATA를 진공증착하여 60nm 두께의 정공주입층을 형성한 후, 상기 정공주입층 위에 -NPD를 60nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 다음으로, 상기 정공수송층 상부에 호스트 물질로 본 발명의 화합물(5-5)를, 도판트 물질로 본 발명의 화합물(4-1~4-9 중 하나)을 95:5 중량비로 도핑하여 30nm 두께로 발광층을 증착하였다. 이어서, 상기 발광층 상에 BAlq를 10nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 Alq3를 40nm 두께로 전자수송층을 성막하였다. 이후, 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 비교예 5]
본 발명의 화합물 대신 상기 비교화합물 1을 이용하여 발광층의 도펀트 물질을 형성하였다는 점을 제외하고는 상기 실험예 5와 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
실험예 5 및 비교예 5에 의해 제조된 유기전기발광소자에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 300cd/㎡ 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T90 수명을 측정하였다.
하기 표 6은 실험예 5 및 비교예 5에 의해 제조된 유기전기발광소자에 대한 그 평가 결과를 나타낸 것이다.
[표 6]
Figure pat00078
상기 표 6의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 이용한 유기전기발광소자는 옐로우 발광층 재료로 사용되어 비교화합물 1인 (piq)2Ir(acac)c에 비해 약 13% 낮은 구동전압, 약 26% 높은 효율, 약 130%의 향상된 수명을 나타내는 것을 확인하였다.
이상, 본 발명을 예시적으로 설명하였으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 유기전기소자 110: 기판
120: 제 1전극 130: 정공주입층
140: 정공수송층 141: 버퍼층
150: 발광층 151: 발광보조층
160: 전자수송층 170: 전자주입층
180: 제 2전극

Claims (15)

  1. 제 1전극, 제 2전극, 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층을 포함하는 유기전기소자에 있어서,
    상기 유기물층은 호스트 및 도펀트를 각각 함유하는 발광층을 포함하며, 상기 발광층의 도펀트는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하고, 상기 발광층의 호스트는 하기 화학식 2 내지 화학식 4로 표시되는 화합물 중에 적어도 하나를 함유하는 유기전기소자.
    <화학식 1>
    Figure pat00079

    [상기 화학식 1에서,
    R1~R6은 수소; 할로겐; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택되고,
    M은 전이금속에서 선택되는 금속이고,
    A는
    Figure pat00080
    으로 표현되며, n은 1~2의 정수이고,
    상기 P환은 N(질소)을 포함하는 치환 또는 비치환된 C2~C20의 헤테로고리이고, 상기 Q환은 C(탄소)를 포함하는 치환 또는 비치환된 C6~C20의 아릴기이고, 여기서, 상기 P환의 N(질소)은 상기 M과 배위결합(점선으로 표시)을 형성하고, 상기 Q환의 C(탄소)는 상기 M과 공유결합(실선으로 표시)을 형성하며,
    상기 P환 및 상기 Q환이 각각 치환된 경우, ⅰ) 각각의 치환기는 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; C6~C60의 아릴기; C1~C50의 알킬기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; 플로오렌일기; 및 C1~C30의 알콕실기로 이루어진 군에서 선택되거나, ⅱ) 각각의 치환기가 복수인 경우, 이웃한 치환기끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있거나, 또는 ⅲ) P환의 치환기와 Q환의 치환기가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다]
    <화학식 2>
    Figure pat00081

    [상기 화학식 2에서,
    X 및 Y는 서로 독립적으로 단일결합; S; O; NR'; CR'R"; 및 SiR'R";로 이루어진 군에서 선택되며, 여기서 R' 및 R"는 수소; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택되고,
    m은 1~2의 정수이며, o 및 q는 각각 1~4의 정수이며, 여기서 각각 m이 2, o 또는 q가 2~4의 정수인 경우 복수의 R7~R9는 서로 같거나 상이하며, ⅰ) R7~R9는 서로 독립적으로 수소; 중수소; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; -L-N(Ar2)(Ar3); C1~C50알콕실기; C2~C20의 알켄일기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택되거나, ⅱ) m, o 또는 p가 2이상인 경우 이웃한 R7끼리, 이웃한 R8끼리 또는 이웃한 R9끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    L 및 L1은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로아릴렌기; 2가의 지방족 탄화수소; 및 플루오렌일렌기;로 이루어진 군에서 선택되고, 이들(단일결합 제외) 각각은 니트로기; 시아노기; 할로겐기; C1~C20의 알킬기; C6~C20의 아릴기; C2~C20의 헤테로고리기; C1~C20의 알콕시기; 및 아미노기;로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고,
    Ar1~Ar3는 C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; C6~C60의 아릴아민기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택되고,
    a 및 b는 0~1의 정수이고, a+b는 1 이상이다]
    <화학식 3>
    Figure pat00082

    [상기 화학식 3에서,
    Z1~Z16은 서로 독립적으로 CR10; 또는 N;이고, 여기서 R10은 수소; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; C6~C60의 아릴아민기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택되며, Z1~Z16 중에서 이웃한 Z가 각각 CR10인 경우에는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    L2은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로아릴렌기; 2가의 지방족 탄화수소; 및 플루오렌일렌기;로 이루어진 군에서 선택되고, 이들(단일결합 제외) 각각은 니트로기; 시아노기; 할로겐기; C1~C20의 알킬기; C6~C20의 아릴기; C2~C20의 헤테로고리기; C1~C20의 알콕시기; 및 아미노기;로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고,
    W는 NAr5; O; 및 S;로 이루어진 군에서 선택되고,
    Ar4 및 Ar5는 C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; C6~C60의 아릴아민기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택된다]
    <화학식 4>
    Figure pat00083

    [상기 화학식 4에서,
    R11~R22는 서로 독립적으로 수소; 중수소; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C1~C50의 알킬기; -L-N(Ar2)(Ar3); C1~C50의 알콕실기; C2~C20의 알켄일기; 및 플루오렌일기;로 이루어진 군에서 선택되고,
    Ar2 및 Ar3는 상기 화학식 2에서 Ar2 및 Ar3의 정의와 동일하다]
    [또한, 상기 R1~R22, Ra, Rb, Ar1~Ar5, R' 및 R"가 아릴기인 경우, 이는 중수소, 할로겐, 실란기, 붕소기, 게르마늄기, 시아노기, 니트로기, C1~C20의 알킬싸이오기, C1~C20의 알콕실기, C1~C20의 알킬기, C2~C20의 알켄일기(alkenyl), C2~C20의 알카인일기(alkynyl), C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C2~C20의 헤테로고리기, C3~C20의 시클로알킬기, C7~C20의 아릴알킬기 및 C8~C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고,
    상기 R1~R22, Ra, Rb, Ar1~Ar5, R' 및 R"가 헤테로고리기인 경우, 이는 중수소, 할로겐, 실란기, 시아노기, 니트로기, C1~C20의 알콕실기, C1~C20의 알킬기, C2~C20의 알켄일기(alkenyl), C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C2~C20의 헤테로고리기, C3~C20의 시클로알킬기, C7~C20의 아릴알킬기 및 C8~C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고,
    상기 R1~R22, Ra, Rb, Ar1~Ar5, R' 및 R"가 플루오렌일기인 경우, 이는 중수소, 할로겐, 실란기, 시아노기, C1~C20의 알킬기, C2~C20의 알켄일기(alkenyl), C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C2~C20의 헤테로고리기 및 C3~C20의 시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고,
    상기 R1~R22, Ra, Rb, Ar1~Ar5, R' 및 R"가 알킬기인 경우, 이는 할로겐, 실란기, 붕소기, 시아노기, C1~C20의 알콕실기, C1~C20의 알킬기, C2~C20의 알켄일기(alkenyl), C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C2~C20의 헤테로고리기, C7~C20의 아릴알킬기 및 C8~C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고,
    상기 R7~R9 및 R11~R22가 알켄일기인 경우, 이는 중수소, 할로겐, 실란기, 시아노기, C1~C20의 알콕실기, C1~C20의 알킬기, C2~C20의 알켄일기(alkenyl), C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C2~C20의 헤테로고리기, C3~C20의 시클로알킬기, C7~C20의 아릴알킬기 및 C8~C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고,
    상기 R7~R9, R11~R22, Ra 및 Rb가 알콕실기인 경우, 이는 중수소, 할로겐, 실란기, C1~C20의 알킬기, C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C2~C20의 헤테로고리기 및 C3~C20의 시클로알킬기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다]
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 금속 M은 Ir, Pt, Rh, Re 및 Os로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 A는 하기 화학식 중 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
    Figure pat00084

    Figure pat00085

    Figure pat00086

    Figure pat00087

    Figure pat00088

    Figure pat00089
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층의 도펀트는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하고, 상기 발광층의 호스트는 상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물을 혼합하여 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층의 도펀트는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하고, 상기 발광층의 호스트는 상기 화학식 2로 표시되는 화합물과 상기 화학식 4로 표시되는 화합물을 혼합하여 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층의 도펀트는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하고, 상기 발광층의 호스트는 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물과 상기 화학식 4로 표시되는 화합물을 혼합하여 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 5 내지 화학식 8로 이루어진 군에서 선택되는 하나인 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
    <화학식 5> <화학식 6>
    Figure pat00090

    <화학식 7> <화학식 8>
    Figure pat00091

    (단, R1~R6, M 및 n은 상기 화학식 1에서 정의된 R1~R6, M 및 n과 동일하다)
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
    Figure pat00092

    Figure pat00093

    Figure pat00094

    Figure pat00095

    Figure pat00096

    Figure pat00097

    Figure pat00098

    Figure pat00099

    Figure pat00100

    Figure pat00101

    Figure pat00102

    Figure pat00103

    Figure pat00104

    Figure pat00105

    Figure pat00106

    Figure pat00107

    Figure pat00108

    Figure pat00109

    Figure pat00110

    Figure pat00111

    Figure pat00112

    Figure pat00113

    Figure pat00114
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
    Figure pat00115

    Figure pat00116

    Figure pat00117

    Figure pat00118

    Figure pat00119

    Figure pat00120

    Figure pat00121

    Figure pat00122
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
    Figure pat00123

    Figure pat00124

    Figure pat00125

    Figure pat00126

    Figure pat00127

    Figure pat00128
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
    Figure pat00129
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1전극의 하부 또는 상기 제 2전극의 상부 중 적어도 하나에 광효율 개선층을 포함하는 유기전기소자.
  13. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화합물을 용액공정(soluble process)에 의해 상기 유기물층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  14. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 유기전기소자는 유기전기발광소자(OLED), 유기태양전지, 유기감광체(OPC), 유기트랜지스터(유기 TFT), 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자장치.
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