KR20160083249A

KR20160083249A - 정공 주입 특성을 구비한 유기 화합물 및 그를 이용한 유기 발광 소자와 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20160083249A
Application number: KR1020140193649A
Authority: KR
Inventors: 유영주; 빈종관; 이방숙; 서보민
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2016-07-12
Also published as: KR102311498B1

Abstract

본 발명은, 하기 화학식 1:
화학식 1

로 표시되는 정공 주입 특성을 구비한 유기 화합물 및 그를 이용한 유기 발광 소자와 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 유기 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.

Description

정공 주입 특성을 구비한 유기 화합물 및 그를 이용한 유기 발광 소자와 디스플레이 장치{Organic Compound having hole injecting characteristic and Organic Light Emitting Device and Display Device using the same}

본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 구동전압을 낮출 수 있는 유기 화합물을 구비한 유기 발광 소자에 관한 것이다.

유기 발광 소자는 전자(electron)를 주입하는 음극(cathode)과 정공(hole)을 주입하는 양극(anode) 사이에 유기 발광부가 형성된 구조를 가지며, 음극에서 발생된 전자 및 양극에서 발생된 정공이 유기 발광부 내부로 주입되면 주입된 전자 및 정공이 결합하여 액시톤(exciton)이 생성되고, 생성된 액시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 떨어지면서 발광을 하는 소자이다.

이하, 도면을 참조로 종래의 유기 발광 소자에 대해서 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.

도 1에서 알 수 있듯이, 종래의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 양극(Anode)(1), 정공 주입층(HIL; Hole Injecting Layer)(2), 정공 수송층(HTL; Hole Transporting Layer)(3), 발광층(EML; Emitting Layer)(4), 및 전자 수송층(ETL; Electron Transporting Layer)(5), 전자 주입층(EIL: Electron Injecting Layer)(6), 및 음극(Cathode)(7)을 포함하여 이루어진다.

유기 발광 소자에서 구동 전압과 전류밀도가 높으면 소자를 구성하고 있는 재료에 강한 스트레스를 주기 때문에 재료 안정성 및 소자의 수명에 영향을 미친다. 따라서, 상기 정공 주입층(HIL)(2), 정공 수송층(HTL)(3), 전자 수송층(ETL)(5), 및 전자 주입층(EIL)(6)과 같은 유기층의 에너지 준위를 조절하여 유기 발광 소자의 효율을 높이고 소비전력을 낮추는 연구가 많이 진행되고 있다.

그와 같은 연구의 일환으로서 유기 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있는 재료에 대한 개발이 꾸준히 진행되고 있지만 아직까지 미흡한 실정이다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 깊은(deep) LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 특성을 가지는 유기 화합물을 개발함과 더불어 그와 같은 유기 화합물을 이용함으로써 구동 전압을 낮출 수 있는 유기 발광 소자 및 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 깊은 LUMO 특성을 가지는 유기 화합물은 정공 수송 능력이 우수한 유기물(HTM: Hole Transporting material)과 인접할 경우, HTM으로부터 전자를 받아 양극 방향으로 전자를 이동시키고, 정공은 발광층 방향으로 이동시키게 된다. 따라서, 이와 같은 Deep LUMO 특성을 가지는 유기 화합물을 정공 주입 물질로 이용할 경우 유기 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 하기 화학식 1:

화학식 1

로 표시되는 정공 주입 특성을 구비한 유기 화합물 및 그를 이용한 유기 발광 소자와 디스플레이 장치를 제공한다.

상기 화학식 1에서, R₁, R₂, R₃, R₄ 및 R₅는 각각 독립적으로 수소, 중수소, OH, CN, NO₂, CF₃, 플루오로알킬기 그룹, 할로겐 그룹, 카르복실 그룹, 카르보닐 그룹, C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 알킬기 그룹, C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 알콕시 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 그룹, C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 아릴옥실 그룹, C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴옥실 그룹, C1 내지 C18의 아민기 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 그룹을 포함하는 아민기 그룹, 및 C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 그룹을 포함하는 아민기 그룹으로 이루어진 군에서 선택되고,

상기 X 및 Y는 각각 독립적으로

,

, 및

로 이루어진 군에서 선택되고,

상기 R₆, R₇, 및 R₈은 각각 독립적으로 수소, 중수소, OH, CN, NO₂, CF₃, 플루오로알킬기 그룹, 할로겐 그룹, 카르복실 그룹, 카르보닐 그룹, C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 알킬기 그룹, C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 알콕시 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 그룹, C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 아릴옥실 그룹, 및 C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴옥실 그룹으로 이루어진 군에서 선택된다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물을 양극과 음극 사이의 유기층 재료로 이용함으로써 유기 발광 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.

제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하, 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도이다.

도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 양극(Anode)(100), 정공 주입층(HIL; Hole Injecting Layer)(110), 정공 수송층(HTL; Hole Transporting Layer)(120), 발광층(EML; Emitting Layer)(130), 및 전자 수송층(ETL; Electron Transporting Layer)(140), 전자 주입층(EIL: Electron Injecting Layer)(150), 및 음극(Cathode)(500)을 포함하여 이루어진다.

상기 양극(100)은 전도성 및 일함수(work function)가 높은 투명한 도전물질, 예로서 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), SnO2 또는 ZnO 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

상기 정공 주입층(HIL)(110)은 상기 양극(100) 상에 형성되며, 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물을 포함하여 이루어진다. 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물은 정공 주입 물질로서 본 발명에 따른 유기 발광 소자에 포함된다.

특히, 상기 정공 주입층(HIL)(110)은 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물 단독으로 이루어질 수도 있고, 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 이루어질 수 있다. 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 상기 정공 주입층(HIL)(110)이 이루어진 경우, 그 호스트 물질로는 MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine), CuPc(copper phthalocyanine) 또는 PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiphene, polystyrene sulfonate) 등이 이용될 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물의 도핑량은 상기 정공 주입층(HIL)(110) 전체에 대해서 0.1 내지 50중량%가 될 수 있다. 상기 정공 주입층(HIL)(110)이 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물로 도핑되어 이루어진 경우, 도핑되는 유기 화합물은 1종의 화합물 또는 2종 이상의 화합물로 이루어질 수 있다. 또한, 당업계에 공지된 도펀트가 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물과 혼합물의 형태로 도핑되는 것도 가능하다.

화학식 1

상기 R₁, R₂, R₃, R₄ 및 R₅는 각각 독립적으로 수소, 중수소, OH, CN, NO₂, CF₃, 플루오로알킬기 그룹, 할로겐 그룹, 카르복실 그룹, 카르보닐 그룹, C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 알킬기 그룹, C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 알콕시 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 그룹, C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 아릴옥실 그룹, C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴옥실 그룹, C1 내지 C18의 아민기 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 그룹을 포함하는 아민기 그룹, 및 C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 그룹을 포함하는 아민기 그룹으로 이루어진 군에서 선택된다.

특히, 상기 R₁, R₂, R₃, R₄ 및 R₅중 적어도 하나는 C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 알킬기 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 그룹, C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 그룹, C1 내지 C18의 아민기 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 그룹을 포함하는 아민기 그룹, 및 C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 그룹을 포함하는 아민기 그룹으로 이루어진 군에서 선택된다.

상기 X 및 Y는 각각 독립적으로

,

, 및

로 이루어진 군에서 선택된다.

특히, 상기 R₆과 상기 R₇은 서로 연결되어 환을 형성할 수 있다.

상기 화학식 1은 다음의 화학식 A1 내지 A50과 같은 다양한 화합물을 포함하지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

(A1),

(A2),

(A3),

(A4),

(A5),

(A6),

(A7),

(A8),

(A9),

(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).

상기의 A1 내지 A50을 포함하는 화학식 1로 표시되는 유기 화합물은 당업계에 공지된 다양한 합성 방법을 통해서 합성될 수 있다. 이하에서는 일 예로서 화합물 A1, 화합물 A37, 화합물 A38, 화합물 A39, 화합물 A40, 및 화합물 A41의 합성 방법을 차례로 설명하기로 한다.

아래 반응식 1 내지 반응식 4는 화합물 A1의 합성 방법이다.

반응식 1

위의 반응식 1에서와 같이, 250ml 2-넥(neck) 플라스크에 이소퀴놀린(isoquinoline)(5.5g, 42.6 mmol)을 넣고 농축된 황산(concentrated sulfuric acid) 42.5ml에 녹인다. N-브로모숙신이미드(Bromosuccinimide)(17.4g, 97.9 mmol)을 넣고 실온에서 8시간 교반한다. 깬 얼음(crushed ice) 200ml를 넣어서 온도를 내린 후, 농축된 암모니아수(concentrated aq. NH₃)를 사용하여 중성으로 맞추고 0℃에서 1시간 교반한다. 얻어진 고체를 필터링하고 물로 씻어주고 건조시킨 후, 헵탄(heptane)으로 재결정(recrystallization)을 수행하여 6.8 g(56%)의 화합물을 얻었다.

반응식 2

위의 반응식 2에서와 같이, 250 ml 2-넥(neck) 플라스크에 반응식 1에서 얻은 화합물(2.0 g, 7.0 mmol), 요오드화 구리(Copper iodide)(0.3 g, 1.7 mmol), 요오드화 나트륨(Sodium iodide)(4.2 g, 27.9 mmol), 및 트랜스(trans)-N,N’-디메틸사이클로헥산(dimethylcyclohexane)-1,2-디아민(diamine)(0.5 ml, 3.1 mmol)을 넣고 24시간 동안 환류 교반시킨다. 용매를 제거하고 디클로로메탄(dichloromethane)과 물로 추출한 후, 디클로로메탄(dichloromethane)으로 컬럼크로마토그라피를 시행하여 2.1 g(80%)의 화합물을 얻었다.

반응식 3

위의 반응식 3에서와 같이, 100 ml 2-넥(neck) 플라스크에 반응식 2에서 얻은 화합물(2.0 g, 5.25 mmol), 수소화 나트륨(Sodium hydride)(1.9 g, 47.3 mmol), 말로노니트릴(malononitrile)(1.5 g, 22.58 mmol)을 넣고 건조(dry) THF 60ml에 녹인 후, 28시간 동안 환류 교반 시킨다. 물 800 ml을 넣어 반응을 종료시키고 디클로로메탄(dichloromethane) 400 ml으로 3번 씻어준다. 수층을 5% 염산수(aqueous HCl)를 사용하여 산성화시켜 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출하고 소금물(brine)로 씻어준 후, 용매를 감압 증류하여 0.8 g(40%)의 화합물을 얻었다.

반응식 4

위의 반응식 4에서와 같이, 1-넥(neck) 플라스크에 반응식 3에서 얻은 화합물(0.8 g, 3.09 mmol), 납(Lead)(Ⅳ) 산화물(oxide)(24.3 g, 101.59 mmol)을 벤젠(benzene) 400ml, 에탄올(ethanol) 165 ml, 5% 염산수(aqueous HCl) 300 ml에 녹여 30분간 교반시킨다. 셀라이트 패드(Celite pad)를 사용해 침전물을 제거하고 여액을 수층과 유기층으로 분리하여 수층을 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출한다. 디클로로메탄(Dichloromethane)을 전개용매로 사용하여 컬럼 크로마토그라피를 시행하여 0.8 g (41%)의 화합물 A1를 얻었다.

아래 반응식 5 내지 반응식 8은 화합물 A37의 합성 방법이다.

반응식 5

위의 반응식 5에서와 같이, 100 ml 2-넥(neck) 플라스크에 8-히드록시이소퀴놀린(hydroxyisoquinoline)(2.0 g, 13.8 mmol), 탄산수소나트륨(sodium bicarbonate)(2.3 g, 27.6 mmol)을 넣고 메탄올(methanol) 25 ml에 녹인다. 메탄올(MeOH) 25 ml에 희석한 브롬(bromine) 2.1 ml을 첨가하여 실온에서 5분간 교반시킨다. 아황산나트륨(Sodium sulfite) 1.5 g을 넣어서 충분히 교반시켜 준 후, 혼합물을 필터하고 물 50 ml로 씻어주어 4.0 g (96%)의 화합물을 얻었다.

반응식 6

위의 반응식 6에서와 같이, 250 ml 2-넥(neck) 플라스크에 반응식 5에서 얻은 화합물(3.3 g, 11.0 mmol)을 넣고 얼음 배스(ice bath) 하에서 황산 80 ml에 녹인다. 질산 1.8 ml를 적가한 후, 얼음 배스 하에서 30분간 교반시킨다. 얼음물 200 ml와 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출한 후 용매를 감압 증류하고 에틸 아세테이트(ethyl acetate)와 헥산(hexane)을 사용해 컬럼 크로마토그라피하여 1.5 g (58%)의 화합물을 얻었다.

반응식 7

위의 반응식 7에서와 같이, 250 ml 2-넥(neck) 플라스크에 반응식 6에서 얻은 화합물(0.6 g, 2.1 mmol), 2,4-비스(bis)(트리플루오로메틸(trifluoromethyl))페닐보론산(phenylboronic acid)(0.65 g, 2.5 mmol), 탄산칼륨(potassium carbonate)(0.87 g, 6.3 mmol), 및 테트라키스(tetrakis)(트리페닐포스핀(triphenylphosphine))팔라듐(palladium)(0)(0.12 g, 0.1 mmol)을 넣고 1,4-디옥산(dioxane) 30 ml와 물 10 ml에 녹여 실온에서 1시간 교반시킨다. 90℃에서 1시간 추가로 교반시킨 후, 디클로로메탄(dichloromethane)과 소금물(brine)로 추출하고 용매를 감압 증류한다. 디클로로메탄(Dichloromethane)과 헥산(hexane)을 사용해 컬럼크로마토그라피하여 0.5 g (54%)의 화합물을 얻었다.

반응식 8

위의 반응식 8에서와 같이, 500 ml 2-넥(neck) 플라스크에 반응식 7에서 얻은 화합물(1.5 g, 4.0 mmol), 말로노니트릴(malononitrile)(2.7 g, 40 mmol)을 넣고 디클로로메탄(dichloromethane) 250 ml로 녹인 후, 티타늄(IV) 클로라이드(4.5 ml, 40 mmol)와 피리딘(Pyridine) (6.6 ml, 80 mmol)을 -78℃에서 차례대로 천천히 적가한다. 그리고 12시간 동안 실온에서 교반시킨다. 얼음 배스(Ice bath) 하에서 증류수를 적가하여 반응을 종료시킨 후, 증류수와 디클로로메탄(dichloromethane)으로 워크업(work up) 한 후 디클로로메탄(dichloromethane)과 헥산(hexane)을 사용해 컬럼크로마토그라피를 하여 0.8 g(43%)의 화합물 A37을 얻었다.

아래 반응식 9 내지 반응식 10은 화합물 A38의 합성 방법이다.

반응식 9

위의 반응식 9에서 알 수 있듯이, 250 ml 2-넥(neck) 플라스크에 반응식 7에서 얻은 화합물(1.5 g, 4.0 mmol), 말로노니트릴(malononitrile)(0.4 g, 6 mmol)을 넣고 디클로로메탄(dichloromethane) 100 ml로 녹인 후, 티타늄(IV) 클로라이드(0.66 ml, 6 mmol)와 피리딘(Pyridine) (1.0 ml, 12 mmol)을 -78℃에서 차례대로 천천히 적가한다. 그리고 12시간 동안 실온에서 교반시킨다. 얼음 배스(Ice bath) 하에서 증류수를 적가하여 반응을 종료시킨 후, 증류수와 디클로로메탄(dichloromethane)으로 워크업(work up) 한 후 디클로로메탄(dichloromethane)과 헥산(hexane)을 사용해 컬럼크로마토그라피를 하여 0.75 g(45%)의 화합물을 얻었다.

반응식 10

위의 반응식 10에서 알 수 있듯이, 500 ml 2-넥(neck) 플라스크에 반응식 9에서 얻은 화합물(0.84 g, 2.0 mmol), 4-(시아노메틸(cyanomethyl))-2,3,5,6-테트라플루오로벤조니트릴(tetrafluorobenzonitrile)(2.1 g, 10 mmol)을 넣고 디클로로메탄(dichloromethane) 250 ml로 녹인 후, 티타늄(IV) 클로라이드(1.1 ml, 10 mmol)와 피리딘(Pyridine)(1.6 ml, 20 mmol)을 -78℃에서 차례대로 천천히 적가한다. 그리고 16시간 동안 환류 교반시킨다. 얼음 배스(Ice bath) 하에서 증류수를 적가하여 반응을 종료시킨 후 증류수와 디클로로메탄(dichloromethane)으로 워크업(work up)한 후 디클로로메탄(dichloromethane)과 헥산(hexane)을 사용해 컬럼크로마토그라피를 하여 화합물 A38을 얻었다.

아래 반응식 11은 화합물 A39의 합성 방법이다.

반응식 11

위의 반응식 11에서 알 수 있듯이, 500 ml 2-넥(neck) 플라스크에 반응식 7에서 얻은 화합물(2.0 g, 5.4 mmol), 4-(시아노메틸(cyanomethyl))-2,3,5,6-테트라플루오로벤조니트릴(tetrafluorobenzonitrile)(11.5 g, 54 mmol)을 넣고 디클로로메탄(dichloromethane) 300 ml로 녹인 후, 티타늄(IV) 클로라이드(5.9 ml, 54 mmol)와 피리딘(Pyridine)(8.7 ml, 108 mmol)을 -78℃에서 차례대로 천천히 적가한다. 그리고 16시간 동안 환류 교반시킨다. 얼음 배스(Ice bath) 하에서 증류수를 적가하여 반응을 종료시킨 후 증류수와 디클로로메탄(dichloromethane)으로 워크업(work up)한 후 디클로로메탄(dichloromethane)과 헥산(hexane)을 사용해 컬럼크로마토그라피를 하여 화합물 A39를 얻었다.

아래 반응식 12 내지 반응식 13은 화합물 A40의 합성 방법이다.

반응식 12

위의 반응식 12에서 알 수 있듯이, 500 ml 2-넥(neck) 플라스크에 시안화칼륨(Potassium cyanide)(2.5 g, 38.3 mmol)을 넣고 물 50 ml에 녹인다. 에탄올(Ethanol) 110 ml에 녹인 2,3,4,5,6-펜타플루오로벤질 브로마이드(Pentafluorobenzyl bromide)(10 g, 38.3 mmol)를 첨가하여 50 ℃에서 5시간 교반시킨다. 디에틸에테르(Diethyl ether)로 추출하고 감압 증류한 후, 디클로로메탄(dichloromethane)과 헥산(hexane)을 사용해 컬럼크로마토그라피를 하여 3.6 g (46%)의 화합물을 얻었다.

반응식 13

위의 반응식 13에서 알 수 있듯이, 500 ml 2-넥(neck) 플라스크에 반응식 9에서 얻은 화합물(0.84 g, 2.0 mmol), 반응식 12에서 얻은 화합물(2.1 g, 10 mmol)을 넣고 디클로로메탄(dichloromethane) 250 ml로 녹인 후, 티타늄(IV) 클로라이드(1.1 ml, 10 mmol)와 피리딘(Pyridine) (1.6 ml, 20 mmol)을 -78℃에서 차례대로 천천히 적가한다. 그리고 16시간 동안 환류 교반시킨다. 얼음 배스(Ice bath) 하에서 증류수를 적가하여 반응을 종료시킨 후, 증류수와 디클로로메탄(dichloromethane)으로 워크업(work up) 한 후 디클로로메탄(dichloromethane)과 헥산(hexane)을 사용해 컬럼크로마토그라피를 하여 0.54 g(44%)의 화합물 A40을 얻었다.

아래 반응식 14는 화합물 A41의 합성 방법이다.

반응식 14

위의 반응식 14에서 알 수 있듯이, 500 ml 2-넥(neck) 플라스크에 반응식 7에서 얻은 화합물(2.0 g, 5.4 mmol), 반응식 12에서 얻은 화합물(11.2 g, 54 mmol)을 넣고 디클로로메탄(dichloromethane) 300 ml로 녹인 후, 티타늄(IV) 클로라이드(5.9 ml, 54 mmol)와 피리딘(Pyridine) (8.7 ml, 108 mmol)을 -78℃에서 차례대로 천천히 적가한다. 그리고 16시간 동안 환류 교반시킨다. 얼음 배스(Ice bath) 하에서 증류수를 적가하여 반응을 종료시킨 후, 증류수와 디클로로메탄(dichloromethane)으로 워크업(work up) 한 후 디클로로메탄(dichloromethane)과 헥산(hexane)을 사용해 컬럼크로마토그라피를 하여 1.0 g(25%)의 화합물 A41을 얻었다.

상기 정공 수송층(HTL; Hole Transporting Layer)(120)은 상기 정공 주입층(HIL)(110) 상에 형성되며, TPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-bi-phenyl-4,4'-diamine) 또는 NPB(N,N'-di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

상기 발광층(EML; Emitting Layer)(130)은 상기 정공 수송층(HTL)(120) 상에 형성되며, 호스트 물질에 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있다. 예로서, 상기 발광층(EML)(130)이 청색(B) 광을 발광할 경우, 상기 발광층(EML)(130)은 안트라센(anthracene) 유도체, 파이렌(pyrene) 유도체 및 페릴렌(perylene) 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 형광 호스트 물질에 형광 청색(B) 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있다. 또한, 상기 발광층(EML)(130)이 녹색(G) 광을 발광할 경우, 상기 발광층(EML)(130)은 카바졸계 화합물 또는 금속 착물으로 이루어진 인광 호스트 물질에 인광 녹색(G) 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있다. 또한, 상기 발광층(EML)(130)이 적색(R) 광을 발광할 경우, 상기 발광층(EML)(130)은 카바졸계 화합물 또는 금속 착물으로 이루어진 인광 호스트 물질에 인광 적색(R) 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있다.

상기 전자 수송층(ETL; Electron Transporting Layer)(140)은 상기 발광층(EML)(130) 상에 형성되며, 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole) 또는 벤즈티아졸(benzthiazole) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

상기 전자 주입층(EIL: Electron Injecting Layer)(150)은 상기 전자 수송층(ETL)(140) 상에 형성되며, LIF 또는 LiQ(lithium quinolate) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

상기 음극(Cathode)(500)은 상기 전자 주입층(EIL)(150) 상에 형성되며, 낮은 일함수를 가지는 금속, 예로서, 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 또는 칼슘(Ca) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도로서, 이는, 전술한 도 2의 정공 주입층(HIL)(110) 아래에 제2 정공 주입층(2^nd HIL)(105)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 따른 유기 발광 소자와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.

도 3에서 알 수 있듯이, 상기 제2 정공 주입층(2^nd HIL)(105)은 양극(Anode)(100)과 정공 주입층(HIL; Hole Injecting Layer)(110) 사이에 형성된다. 상기 제2 정공 주입층(2^nd HIL)(105)은 당업계에 공지된 정공 주입 재료로 이루어진다. 예로서, 상기 제2 정공 주입층(2^nd HIL)(105)은 MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine), CuPc(copper phthalocyanine) 또는 PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiphene, polystyrene sulfonate) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도로서, 이는, 전술한 도 2의 정공 주입층(HIL)(110) 위에 제2 정공 주입층(2^nd HIL)(105)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 2에 따른 유기 발광 소자와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.

도 4에서 알 수 있듯이, 상기 제2 정공 주입층(2^nd HIL)(105)은 정공 주입층(HIL; Hole Injecting Layer)(110)과 정공 수송층(HTL)(120) 사이에 형성된다. 상기 제2 정공 주입층(2^nd HIL)(105)은 당업계에 공지된 정공 주입 재료로 이루어진다. 예로서, 상기 제2 정공 주입층(2^nd HIL)(105)은 MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine), CuPc(copper phthalocyanine) 또는 PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiphene, polystyrene sulfonate) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도로서, 이는, 전술한 도 2의 정공 주입층(HIL)(110)과 정공 수송층(HTL)(120)의 조합을 전술한 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 이루어진 정공 수송층(HTL)(125)으로 변경한 것을 제외하고, 전술한 도 2에 따른 유기 발광 소자와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.

도 5에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 양극(Anode)(100)과 발광층(EML)(130) 사이에 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 이루어진 정공 수송층(HTL)(125) 만이 형성되어 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물은 전술한 바와 동일하므로 반복설명은 생략하기로 한다.

상기 정공 수송층(HTL)(125)은 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물을 도펀트로 이용하고, TPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-bi-phenyl-4,4'-diamine) 또는 NPB(N,N'-di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine) 등과 같은 정공 수송 물질을 호스트 물질로 이용할 수 있지만, 상기 호스트 물질은 다양하게 변경될 수 있다. 상기 정공 수송층(HTL)(125)이 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물로 도핑되어 이루어진 경우, 도핑되는 유기 화합물은 1종의 화합물 또는 2종 이상의 화합물로 이루어질 수 있다. 또한, 당업계에 공지된 도펀트가 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물과 혼합물의 형태로 도핑되는 것도 가능하다.

상기 정공 수송층(HTL)(125)에서 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물의 도핑량은 상기 정공 주입층(HTL)(125) 전체에 대해서 0.1 내지 50중량%가 될 수 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도로서, 이는, 전술한 도 5의 정공 수송층(HTL)(125) 위에 제2 정공 수송층(2^nd HTL)(127)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 5에 따른 유기 발광 소자와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.

도 6에서 알 수 있듯이, 상기 제2 정공 수송층(2^nd HTL)(127)은 정공 수송층(HTL)(125)과 발광층(EML; Emitting Layer)(130) 사이에 형성된다. 상기 제2 정공 수송층(2^nd HTL)(127)은 당업계에 공지된 정공 수송 재료로 이루어진다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도로서, 이는, 복수 개의 스택을 구비하여 백색 광을 발광하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.

도 7에서 알 수 있듯이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 양극(Anode)(100), 제1 스택(200), 전하 생성층(CGL: Charge Generating Layer)(300), 제2 스택(400), 및 음극(Cathode)(500)을 포함하여 이루어진다.

상기 양극(Anode)(100)과 음극(Cathode)(500)은 전술한 바와 동일하므로 반복 설명은 생략하기로 한다.

상기 제1 스택(200)은 상기 양극(Anode)(100) 상에 형성되어 제1 색상의 광, 예로서, 청색(Blue:B) 광을 발광할 수 있다.

상기 제1 스택(200)은 상기 양극(Anode)(100) 상에 차례로 형성된 정공 주입층(HIL)(210), 제1 정공 수송층(HTL)(220), 제1 발광층(EML)(230), 및 제1 전자 수송층(ETL)(240)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 정공주입층(HIL)(210)은 MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine), CuPc(copper phthalocyanine) 또는 PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiphene, polystyrene sulfonate) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 정공 주입층(HIL)(210)은 전술한 화학식 1로 표시되는 유기 화합물 단독으로 이루어질 수도 있고, 전술한 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 이루어질 수도 있다. 상기 정공 주입층(HIL)(210)이 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물로 도핑되어 이루어진 경우, 도핑되는 유기 화합물은 1종의 화합물 또는 2종 이상의 화합물로 이루어질 수 있다. 또한, 당업계에 공지된 도펀트가 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물과 혼합물의 형태로 도핑되는 것도 가능하다.

상기 제1 정공 수송층(HTL)(220)은 TPD(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-bi-phenyl-4,4'-diamine) 또는 NPB(N,N'-di(naphthalen-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

한편, 도시하지는 않았지만, 상기 정공 주입층(HIL)(210)과 제1 정공 수송층(HTL)(220)의 조합 대신에, 전술한 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 이루어진 정공 수송층(HTL)이 형성되는 것도 가능하다.

상기 제1 발광층(EML)(230)은 청색(B) 광을 발광하는 층으로서 호스트 물질에 청색(B) 도펀트가 도핑되어 구성될 수 있다. 상기 제1 발광층(EML)(230)은 안트라센(anthracene) 유도체, 파이렌(pyrene) 유도체 및 페릴렌(perylene) 유도체로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 형광 호스트 물질에 형광 청색(B) 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 전자 수송층(ETL)(240)은 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸

(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole) 또는 벤즈티아졸(benzthiazole) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

상기 전하 생성층(CGL; Charge Generating Layer)(300)은 상기 제1 스택(200)과 제2 스택(400) 사이에서 전하를 균형되게 조절하는 역할을 한다. 특히, 상기 전하 생성층(CGL)(300)은 상기 제1 스택(200)에 인접하게 위치하는 N타입 전하 생성층(310) 및 상기 제2 스택(400)에 인접하게 위치하는 P타입 전하 생성층(320)으로 이루어진다. 상기 N타입 전하 생성층(310)은 상기 제1 스택(200)으로 전자(elelctron)를 주입해주고, 상기 P타입 전하 생성층(320)은 상기 제2 스택(400)으로 정공(hole)을 주입해준다.

상기 N타입 전하 생성층(310)은 Li, Na, K, 또는 Cs와 같은 알칼리 금속, 또는 Mg, Sr, Ba, 또는 Ra와 같은 알칼리 토금속으로 도핑된 유기층으로 이루어질 수 있다.

상기 P타입 전하 생성층(320)은 전술한 화학식 1로 표시되는 유기 화합물 단독으로 이루어질 수도 있고, 전술한 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 이루어질 수 있다. 전술한 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 상기 P타입 전하 생성층(320)이 이루어진 경우, 그 호스트 물질로는 MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine), CuPc(copper phthalocyanine) 또는 PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiphene, polystyrene sulfonate) 등이 이용될 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물의 도핑량은 상기 P타입 전하 생성층(320) 전체에 대해서 0.1 내지 50중량%가 될 수 있다. 상기 P타입 전하 생성층(320)이 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물로 도핑되어 이루어진 경우, 도핑되는 유기 화합물은 1종의 화합물 또는 2종 이상의 화합물로 이루어질 수 있다. 또한, 당업계에 공지된 도펀트가 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물과 혼합물의 형태로 도핑되는 것도 가능하다.

상기 제2 스택(400)은 상기 전하 생성층(CGL)(300) 상에 형성되어 제2 색상의 광, 특히 상기 청색(B)보다 장파장에 해당하는 녹색(Green: G), 황녹색(Yellowgreen: YG), 또는 오렌지(Orange) 광 등을 발광할 수 있다.

상기 제2 스택(400)은 상기 전하 생성층(CGL)(300) 상에 차례로 형성된 제2 정공 수송층(HTL)(420), 제2 발광층(EML)(430), 제2 전자 수송층(ETL)(440), 및 전자 주입층(EIL)(450)을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 제2 정공 수송층(HTL)(420)은 전술한 제1 정공 수송층(HTL)(220)과 동일한 물질로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

상기 제2 발광층(EML)(430)은 녹색(G), 황녹색(YG), 또는 오렌지(Orange) 광을 발광하는 층으로서 인광 호스트 물질에 녹색(G), 황녹색(YG), 또는 오렌지(Orange) 도펀트가 도핑되어 구성될 수 있다. 상기 인광 호스트 물질은 카바졸계 화합물 또는 금속 착물으로 이루어질 수 있다.

상기 제2 전자 수송층(ETL)(440)은 전술한 제1 전자 수송층(ETL)(240)과 동일한 물질로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

상기 전자 주입층(EIL)(450)은 LIF 또는 LiQ(lithium quinolate) 등으로 이루어질 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도로서, 이는, 전술한 도 7의 P타입 전하 생성층(320) 위에 제2 정공 주입층(HIL)(410)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 8에 따른 유기 발광 소자와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.

도 8에서 알 수 있듯이, 상기 제2 정공 주입층(HIL)(410)은 P타입 전하 생성층(320)과 제2 정공 수송층(HTL)(420) 사이에 형성된다. 상기 제2 정공 주입층(HIL)(410)은 당업계에 공지된 정공 주입 재료로 이루어진다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도로서, 이는, 전술한 도 7의 P타입 전하 생성층(320) 아래에 제2 정공 주입층(HIL)(410)이 추가로 형성된 것을 제외하고, 전술한 도 8에 따른 유기 발광 소자와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.

도 9에서 알 수 있듯이, 상기 제2 정공 주입층(HIL)(410)은 P타입 전하 생성층(320)과 N타입 전하 생성층(N-CGL)(310) 사이에 형성된다. 상기 제2 정공 주입층(HIL)(410)은 당업계에 공지된 정공 주입 재료로 이루어진다.

도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기 발광 소자의 개략적인 단면도로서, 이는, 전술한 도 7의 P타입 전하 생성층(320)과 제2 정공 수송층(HTL)(420)의 조합을 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 이루어진 P타입 전하 생성층(325)으로 변경한 것을 제외하고, 전술한 도 7에 따른 유기 발광 소자와 동일하다. 따라서, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였고, 동일한 구성에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.

도 10에서 알 수 있듯이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, N타입 전하 생성층(310)과 제2 발광층(EML)(430) 사이에 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 이루어진 P타입 전하 생성층(325) 만이 형성되어 있다.

상기 P타입 전하 생성층(325)은 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물을 도펀트로 이용하고 정공 수송 물질을 호스트 물질로 이용할 수 있다. 상기 P타입 전하 생성층(325)에서 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물의 도핑량은 상기 P타입 전하 생성층(325) 전체에 대해서 0.1 내지 50중량%가 될 수 있다. 상기 P타입 전하 생성층(325)이 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물로 도핑되어 이루어진 경우, 도핑되는 유기 화합물은 1종의 화합물 또는 2종 이상의 화합물로 이루어질 수 있다. 또한, 당업계에 공지된 도펀트가 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물과 혼합물의 형태로 도핑되는 것도 가능하다.

이상 설명한 도 4 내지 도 10에 따른 유기 발광 소자는 제1 색상의 광을 발광하는 제1 스택(200) 및 제2 색상의 광을 발광하는 제2 스택(400)을 통해서 백색의 광을 발광하지만, 본 발명이 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 본 발명은 상기 제1 스택(200)과 제2 스택(400)에 더하여 제3 색상의 광을 발광하는 제3 스택을 추가로 포함할 수도 있고, 경우에 따라서 제4 스택 이상의 스택을 포함할 수도 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 단면도로서, 이는 전술한 다양한 실시예에 따른 유기 발광 소자를 구비한 디스플레이 장치에 관한 것이다.

도 11에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 기판(10) 상에 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되어 있고, 상기 박막 트랜지스터(TFT)에 유기 발광 소자가 전기적으로 연결되어 있어, 상기 박막 트랜지스터(TFT)에 의해서 상기 유기 발광 소자가 구동된다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 기판(10), 게이트 전극(20), 게이트 절연막(25), 액티브층(30), 에치 스톱퍼(35), 소스 전극(40a), 드레인 전극(40b), 보호막(50), 컬러 필터(60), 평탄화층(70), 뱅크층(80), 및 유기 발광 소자를 포함하여 이루어진다.

상기 게이트 전극(20)은 상기 기판(10) 상에 패턴 형성되어 있고, 상기 게이트 절연막(25)은 상기 게이트 전극(20)을 포함한 기판 전면 상에 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(20)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오듐(Nd), 또는 구리(Cu) 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있고, 상기 게이트 절연막(25)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 무기계 절연물질로 이루어질 수 있다.

상기 액티브층(30)은 상기 게이트 절연막(25) 상에 패턴 형성되어 있고, 상기 에치 스톱퍼(35)는 상기 액티브층(30) 상에 패턴 형성되어 상기 소스 전극(40a) 및 드레인 전극(40b)의 패터닝을 위한 에칭 공정시 상기 액티브층(30)의 채널영역이 에칭되는 것을 방지한다. 상기 액티브층(30)은 실리콘계 반도체, 또는 ITZO, IZO, ZnO, 또는 In-Ga-Zn-O(IGZO)와 같은 산화물 반도체로 이루어질 수 있다.

상기 소스 전극(40a) 및 드레인 전극(40b)은 서로 마주하면서 상기 에치 스톱퍼(30) 상에 패턴 형성되어 있다. 상기 소스 전극(40a) 및 드레인 전극(40b)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오듐(Nd), 또는 구리(Cu) 등과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.

상기 보호막(50)은 상기 소스 전극(40a) 및 드레인 전극(40b) 상에 형성되어 있고, 상기 컬러 필터(60)는 상기 보호막(50) 상에 패턴 형성되어 있다. 상기 보호막(50)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 무기계 절연물질로 이루어질 수 있다. 상기 컬러 필터(60)는 유기 발광 소자의 발광부(90)와 오버랩되도록 형성되어, 상기 발광부(90)에서 발광된 광이 상기 컬러 필터(60)를 경유하여 상기 기판(10) 방향으로 방출될 수 있다. 이와 같은 컬러 필터(60)는 화소 별로 구별되게 형성되는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터, 및 청색 컬러 필터로 이루어질 수 있다. 상기 컬러 필터(60)는 상기 유기 발광 소자에서 백색 광을 발광할 때 적용되는 것이며, 따라서, 상기 유기 발광 소자에서 백색 광 이외의 유색의 광, 예로서, 청색, 녹색, 또는 적색의 광을 발광할 경우에는 상기 컬러 필터(60)는 생략될 수 있다.

상기 평탄화층(70)은 상기 컬러 필터(60) 상에 형성되어 있다. 이와 같은 평탄화층(70)은 포토아크릴(Photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB) 등과 같은 유기계 절연물질로 이루어질 수 있다.

상기 뱅크층(80)은 상기 평탄화층(70) 상에 형성되어 있다. 구체적으로, 상기 뱅크층(80)은 박막 트랜지스터(TFT)와 오버랩되도록 패턴 형성되어 있으며, 이와 같은 뱅크층(80)에 의해서 발광 영역이 정의된다. 상기 뱅크층(80)은 유기절연물질, 예를 들면 폴리이미드(polyimide), 포토아크릴(Photo acryl), 또는 벤조사이클로부텐(BCB)으로 이루어질 수 있다.

상기 유기 발광 소자는 양극(100), 발광부(90) 및 음극(500)으로 이루어진다. 상기 양극(100)과 음극(500) 사이에 형성된 발광부(90)의 구성은 전술한 도 2 내지 도 10과 같이 다양하게 변경될 수 있으며, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.

이상은 본 발명에 따른 유기 발광 소자가 적용되는 일 실시예에 따른 유기 발광 디스플레이 장치에 대해서 설명하였지만, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 다양한 구조의 유기 발광 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 다양한 분야, 예로서, 텔레비전, 조명, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라, 차량용 디스플레이 장치, 식품 및 의류 매장 등의 분야에서의 디스플레이 장치 등에 적용될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 구체적인 실시예 및 비교예를 설명하기로 한다.

실시예 1

ITO 기판을 사용 전에 UV오존으로 세척한 후 상기 ITO 기판을 진공 증착 챔버 내로 이송한 후, 10^- ⁶토르(torr)의 진공하에서 가열보트로부터 해당 물질을 승화시켜 적층하였다.

구체적으로, ITO 기판 위에 전술한 화합물 A1(25중량%)이 도핑된 α-NPB로 이루어진 정공 주입층(100Å), α-NPB로 이루어진 정공 수송층(600Å), 호스트 MADN과 도펀트 BD-1(4중량%)로 이루어진 발광층(250Å), Alq₃로 이루어진 전자 수송층(350Å), LiF로 이루어진 전자 주입층(10Å), 및 Al로 이루어진 음극(800Å)을 차례로 적층하였다. 그 후, 복수의 층(layer)이 적층된 ITO 기판을 진공 증착 챔버에서 건조 박스로 옮긴 후 UV 경화 에폭시 레진과 수분 게터를 이용하여 성막하여, 실시예 1에 따른 유기 발광 소자를 제조하였다. 이 유기 발광 소자는 4mm²의 방출영역을 갖도록 제조되었다.

실시예 2

위의 실시예 1에서, 화합물 A1(25중량%)이 도핑된 α-NPB로 이루어진 정공 주입층(100Å) 대신에 화합물 A37(25중량%)이 도핑된 α-NPB로 이루어진 정공 주입층(100Å)을 적층한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2에 따른 유기 발광 소자를 제조하였다.

실시예 3

위의 실시예 1에서, 화합물 A1(25중량%)이 도핑된 α-NPB로 이루어진 정공 주입층(100Å) 대신에 화합물 A38(25중량%)이 도핑된 α-NPB로 이루어진 정공 주입층(100Å)을 적층한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2에 따른 유기 발광 소자를 제조하였다.

실시예 4

위의 실시예 1에서, 화합물 A1(25중량%)이 도핑된 α-NPB로 이루어진 정공 주입층(100Å) 대신에 화합물 A39(25중량%)이 도핑된 α-NPB로 이루어진 정공 주입층(100Å)을 적층한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2에 따른 유기 발광 소자를 제조하였다.

실시예 5

위의 실시예 1에서, 화합물 A1(25중량%)이 도핑된 α-NPB로 이루어진 정공 주입층(100Å) 대신에 화합물 A40(25중량%)이 도핑된 α-NPB로 이루어진 정공 주입층(100Å)을 적층한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2에 따른 유기 발광 소자를 제조하였다.

실시예 6

위의 실시예 1에서, 화합물 A1(25중량%)이 도핑된 α-NPB로 이루어진 정공 주입층(100Å) 대신에 화합물 A41(25중량%)이 도핑된 α-NPB로 이루어진 정공 주입층(100Å)을 적층한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2에 따른 유기 발광 소자를 제조하였다.

비교예

위의 실시예 1에서, 화합물 A1(25중량%)이 도핑된 α-NPB로 이루어진 정공 주입층(100Å) 대신에 화합물 HAT-CN(25중량%)이 도핑된 α-NPB로 이루어진 정공 주입층(100Å)을 적층한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예에 따른 유기 발광 소자를 제조하였다. 위의 HAT-CN은 1,4,5,8,9,11-헥사아자트리페닐렌-헥사카보니트릴(hexaazatriphenylene-hexacarbonitrile)이다.

위의 실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예에서 α-NPB, MADN, BD-1, 및 Alq₃는 각각 하기의 화학식으로 표시되는 화합물이다.

실험예

실시예 1 내지 실시예 6 및 비교예에 따른 유기 발광 소자에 대해서 전류 공급원(KEITHLEY) 및 광도계 PR 650을 이용하여 다양한 특성을 측정하였고, 그 결과는 아래 표 1과 같다.

표 1

위의 표 1에서 알 수 있듯이, 실시예 1 내지 실시예 6의 경우가 비교예에 비하여 구동 전압이 낮고 효율은 향상됨을 알 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 양극 110: 정공 주입층
120: 정공 수송층 130: 발광층
140: 전자 수송층 150: 전자 주입층
200: 제1 스택 300: 전하 생성층
400: 제2 스택 500: 음극

Claims

하기 화학식 1:
화학식 1

(상기 화학식 1에서, R₁, R₂, R₃, R₄ 및 R₅는 각각 독립적으로 수소, 중수소, OH, CN, NO₂, CF₃, 플루오로알킬기 그룹, 할로겐 그룹, 카르복실 그룹, 카르보닐 그룹, C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 알킬기 그룹, C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 알콕시 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 그룹, C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 아릴옥실 그룹, C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴옥실 그룹, C1 내지 C18의 아민기 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 그룹을 포함하는 아민기 그룹, 및 C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 그룹을 포함하는 아민기 그룹으로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 X 및 Y는 각각 독립적으로
,
,
, 및
로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 R₆, R₇, 및 R₈은 각각 독립적으로 수소, 중수소, OH, CN, NO₂, CF₃, 플루오로알킬기 그룹, 할로겐 그룹, 카르복실 그룹, 카르보닐 그룹, C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 알킬기 그룹, C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 알콕시 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 그룹, C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 아릴옥실 그룹, 및 C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로아릴옥실 그룹으로 이루어진 군에서 선택됨)
로 표시되는 정공 주입 특성을 구비한 유기 화합물.
제1항에 있어서,
상기 R₁, R₂, R₃, R₄ 및 R₅중 적어도 하나는 C1 내지 C18의 치환 또는 비치환된 알킬기 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 그룹, C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 그룹, C1 내지 C18의 아민기 그룹, C6 이상의 치환 또는 비치환된 방향족 그룹을 포함하는 아민기 그룹, 및 C5 이상의 치환 또는 비치환된 헤테로방향족 그룹을 포함하는 아민기 그룹으로 이루어진 군에서 선택된 유기 화합물.
제1항에 있어서,
상기 R₆와 상기 R₇은 서로 연결되어 환을 이루는 유기 화합물.
양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 구비된 유기층을 포함하여 이루어지고,
상기 유기층은 전술한 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 유기 화합물을 포함하여 이루어진 유기 발광 소자.
제4항에 있어서,
상기 양극과 음극 사이에 정공 주입층이 구비되어 있고,
상기 정공 주입층은 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물 단독으로 이루어지거나 또는 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 이루어진 유기 발광 소자.
제4항에 있어서,
상기 양극과 음극 사이에 정공 수송층이 구비되어 있고,
상기 정공 수송층은 정공 수송 물질에 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 이루어진 유기 발광 소자.
제4항에 있어서,
상기 양극과 음극 사이에, 제1 색상의 광을 발광하는 제1 스택, 제2 색상의 광을 발광하는 제2 스택 및 상기 제1 스택과 제2 스택 사이에서 전하를 균형되게 조절하는 전하 생성층이 구비되어 있고,
상기 전하 생성층은 상기 제1 스택에 인접하게 위치하는 N타입 전하 생성층 및 상기 제2 스택에 인접하게 위치하는 P타입 전하 생성층으로 이루어지고,
상기 P타입 전하 생성층은 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물 단독으로 이루어지거나 또는 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 이루어진 유기 발광 소자.
제4항에 있어서,
상기 양극과 음극 사이에, 제1 색상의 광을 발광하는 제1 스택, 제2 색상의 광을 발광하는 제2 스택 및 상기 제1 스택과 제2 스택 사이에서 전하를 균형되게 조절하는 전하 생성층이 구비되어 있고,
상기 전하 생성층은 상기 제1 스택에 인접하게 위치하는 N타입 전하 생성층 및 상기 제2 스택에 인접하게 위치하는 P타입 전하 생성층으로 이루어지고,
상기 제2 스택은 P타입 전하 생성층과 접하는 발광층을 포함하여 이루어지고,
상기 P타입 전하 생성층은 정공 수송 물질에 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 이루어진 유기 발광 소자.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 제1 스택은 정공 주입층을 포함하여 이루어지고, 상기 정공 주입층은 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물 단독으로 이루어지거나 또는 상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물이 도핑되어 이루어진 유기 발광 소자.
박막 트랜지스터, 및 상기 박막 트랜지스터에 의해 구동되는 유기 발광 소자를 포함하여 이루어지고, 상기 유기 발광 소자는 전술한 제4항에 따른 유기 발광 소자로 이루어진 디스플레이 장치.