KR20180047310A - 유기 화합물과 이를 이용한 발광다이오드 및 유기발광다이오드 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축합 고리가 연결되는 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 코어에, 축합 고리가 연결되는 제 2 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 고리 또는 질소 원자가 풍부한 헤테로 방향족 고리가 직접 또는 간접적으로 연결된 유기 화합물과, 상기 유기 화합물을 이용한 발광다이오드 및 유기발광다이오드 표시장치에 관한 것이다. 본 발명의 유기 화합물은 열 안정성, 색 순도가 우수하다. 또한, 정공 수송 특성 및/또는 전자 수송 특성이 우수하여 발광다이오드에서 전하 주입의 지연으로 야기될 수 있는 구동전압 상승을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 유기 화합물을 적용하면 발광다이오드를 구성하는 유기물층에서 전하가 균형 있게 주입될 수 있다. 인접한 층과의 계면 영역이 아니라 유기물층의 전 영역에서 발광을 유도할 수 있기 때문에, 소자의 발광 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 유기 화합물은 상대적으로 넓은 밴드갭을 가지고 있어서, 발광다이오드의 유기물층의 호스트로 활용될 수 있다.

Description

유기 화합물과 이를 이용한 발광다이오드 및 유기발광다이오드 표시장치{ORGANIC COMPOUNDS AND LITHT EMITTING DIODE AND ORGANIC LIGHT EMITTIG DIODE DISPLAY DEVICE USING THE COMPOUNDS}
본 발명은 표시장치에 사용되는 유기 화합물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광 효율, 소자의 내구성 및 수명을 향상시킬 수 있는 유기 화합물과 이를 이용한 발광다이오드 및 유기발광다이오드 표시장치에 관한 것이다.
최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면표시소자의 요구가 증대되고 있다. 이러한 평면표시소자 중 하나로서 유기전계발광소자(organic electroluminescent device: OELD)라고도 불리는 발광다이오드를 포함하는 유기발광다이오드 표시장치(organic light emitting diode (OLED) display device)가 주목을 받고 있다.
유기발광다이오드(OLED) 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device, LCD)에서 요구되는 백라이트 유닛이 필요 없으며, 발광다이오드의 발광 화소부에 의해 발광하는 자체 발광형 표시장치이다. 유기발광다이오드 표시장치는 공정의 단순화가 가능하기 때문에 경량 박형의 매우 얇은 디스플레이를 구현할 수 있으며, 낮은 전압(10V 이하)에서 구동이 가능하고, 전력 소모가 비교적 적으며 색 순도가 뛰어나다는 장점이 있다. 또한, 유기발광다이오드 표시장치는 LCD에 비하여 시야각 및 콘트라스트비(contrast ratio)가 우수하며, 플라스틱 같은 휠 수 있는(flexible) 투명 기판 위에도 소자를 형성할 수 있어 LCD 이후의 차세대 디스플레이로 주목을 받고 있다.
유기발광다이오드 표시장치에서 사용되는 발광다이오드는 전자 주입 전극(음극)과 정공 주입 전극(양극) 사이에 형성된 유기 소재의 발광층에 전하를 주입하면 전자(electron)와 정공(hole)이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자이다. 발광층에서 전자와 정공이 만나서 엑시톤(Exciton)을 형성되고 이 에너지에 의하여 발광층에 포함된 유기 화합물이 여기 상태(excited state)가 되는데, 유기 화합물이 여기 상태에서 바닥상태(ground state)로 에너지 전이가 발생하고, 발생한 에너지를 빛으로 방출하여 발광한다.
발광다이오드를 구성하는 발광층은 발광물질층의 단일층 구조를 가지거나, 발광 효율 및 소자의 수명 향상을 위해 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 발광다이오드의 발광층은 정공주입층(hole injection layer; HIL), 정공수송층(hole transporting layer; HTL), 발광물질층(emitting material layer; EML), 전자수송층(electron transporting layer; ETL) 및 전자주입층(electron injection layer; EIL)으로 구성되는 다층 구조를 가질 수 있다.
유기발광다이오드를 제작하는 과정을 간단히 살펴보면,
(1) 먼저, 투명기판 위에 인듐-틴-옥사이드(indium tin oxide; ITO)와 같은 물질을 증착하여 양극(anode)을 형성한다.
(2) 상기 양극 상에 정공주입층을 형성한다. 정공주입층은 Dipyrazino[2,3-f:2',3'-h]quinoxaline-2,3,6,7,10,11-hexacarbonitrile(HATCN)과 같은 유기물을 10 nm 내지 60 nm의 두께로 증착하여 형성한다.
(3) 다음, 상기 정공주입층 상에 정공수송층을 형성한다. 정공수송층은 4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]-biphenyl(NPB)과 같은 유기물을 20 nm 내지 60 nm 정도 증착하여 형성된다. 인광 소자의 경우, 삼중항 엑시톤을 발광물질층 내에 효과적으로 가두기 위하여, 정공수송층과 발광물질층 사이에 전자차단층(electron blocking layer; EBL)과 같은 엑시톤 차단층을 형성하기도 한다.
(4) 다음, 상기 정공수송층 상에 유기발광층(Organic emitting layer)라고도 불리는 발광물질층을 형성한다. 상기 발광물질층은 적절한 호스트(host)와 도펀트(dopant)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 청색 형광 발광의 경우, 흔히 호스트로 9,10-Bis(1-naphtyl)anthracene(α-ADN)을 사용하고, 도펀트로서 4,4'-bis[2-(4-(N,N-diphenylamino)phenyl)vinyl]biphenyl(DPAVBi)이나 diphenyl-[4-(2-[1,1;4,1]terphenyl-4-yl-vinyl)-phenyl]-amine(BD-1)을 1 내지 50 중량%, 예를 들어 1 내지 10 중량%의 비율로 도핑하여, 20 nm 내지 60 nm의 두께로 증착한다.
(5) 다음, 상기 발광물질층 상에 전자수송층 및 전자주입층을 형성한다. 예를 들어, 전자수송층으로 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄 tris-(8-hydroxyquinoline aluminum; Alq3)을 이용하고, 전자주입층으로 LiF를 이용한다. 인광 소자의 경우, 삼중항 엑시톤을 발광물질층 내에 효과적으로 가두기 위해, 전자수송층 형성 전에 정공차단층(HBL: hole blocking layer)을 형성할 수 있다.
(6) 다음, 상기 전자주입층 상에 음극(cathode)을 형성한다.
전술한 바와 같이, 발광다이오드에서 양극과 음극에서 각각 주입된 정공과 전자는 발광층에서 엑시톤을 형성하여 발광한다. 발광 소재로서 한 물질만을 적용하는 경우 색 순도, 소자의 발광 효율과 수명이 떨어질 수 있기 때문에, 소자의 효율과 수명을 개선하기 위하여 통상적으로 발광층은 호스트(host)와 도펀트(dopant)로 구성된다. 호스트-도펀트의 이원 시스템에서 호스트는 엑시톤을 생성하고 스스로 빛을 내기보다는 도펀트에 에너지를 전달하여 도펀트를 통하여 높은 효율의 빛을 발생시킨다. 즉, 발광층에서 엑시톤이 형성되어 바닥상태로 전이될 때 얻어지는 에너지는 호스트를 거쳐 최종적으로 도펀트로 전달되는데, 호스트와 도펀트의 이중 소재로 발광층을 형성할 때, 도펀트로의 에너지가 집중적으로 전달되어, 도펀트에서 엑시톤 형성 확률이 증가하여 발광 효율이 상승한다.
유기발광소자에서 사용되는 발광 재료는 소자의 발광 효율을 결정하는 가장 중요한 요인이며, 특히 호스트-도펀트 이원 시스템에서 호스트는 발광 소자의 효율과 수명 등에 큰 영향을 미치기 때문에 적절한 호스트를 선택하여야 한다. 이와 관련해서, 대한민국등록특허 제10-140344656호에서는 비닐 타입의 폴리노보넨 중합체를 녹색 인광 호스트로 사용할 수 있다고 제안하고 있다.
그런데, 유기발광소자에서 사용되는 발광 재료는 양자 효율이 높고 전자와 정공의 이동도가 양호하여야 한다. 현재 사용되고 있는 발광 재료 중에서 호스트는 넓은 밴드갭(wide band gap)을 가지고 있기 때문에, 특히 정공 주입이 지연되어 소자의 구동 전압을 상승시키는 요인이 되고 있다. 뿐만 아니라, 정공과 전자가 발광층으로 균형 있게 주입되지 못하여, 발광층에 인접한 층과의 계면에서 발광이 일어나고, 이로 인하여 소자의 효율이나 수명이 저하되는 문제가 있다. 최근에 고효율 및 장수명의 유기발광소자의 개발이 시급한 과제로 대두되고 있는데, 중대형 OLED 패널에서 요구하고 있는 소자 특성 수준을 고려해 볼 때 기존의 발광 재료에 비하여 열 안정성을 구비하는 동시에, 전하의 주입 특성이 우수하여 계면 발광을 방지함으로써, 소자의 발광 효율 및 소자의 수명을 개선할 수 있는 재료를 개발할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 정공 수송 특성 및/또는 전자 수송 특성이 우수한 유기 화합물, 이를 이용한 발광다이오드 및 유기발광다이오드 표시장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 우수한 열 안정성, 발광 효율 및/또는 색 순도를 가지는 유기 화합물, 이를 이용한 발광다이오드 및 유기발광다이오드 표시장치를 제공하고자 하는 것이다.
전술한 목적을 가지는 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 열 안정성이 우수하며, 정공 수송 특성 및/또는 전자 수송 특성이 우수한 축합 방향족 코어를 가지는 유기 화합물에 관한 것이다.
상기 유기 화합물은 축합 고리가 연결된 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 코어에 정공 수송 특성을 가지는 방향족 고리 또는 전자 수송 특성을 가지는 방향족 고리가 직접 또는 간접적으로 연결된다.
보다 구체적으로, 상기 방향족 코어에 연결되는 방향족 고리로서 정공 수송 특성이 우수한 방향족 고리는 축합 고리가 연결된 제 2 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 고리일 수 있다. 한편, 상기 방향족 코어에 연결되는 방향족 고리로서 전자 수송 특성이 우수한 방향족 고리는 적어도 하나의 질소 원자를 함유하는 헤테로 방향족 고리일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 유기 화합물이 유기물층에 포함되어 있는 발광다이오드에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 유기 화합물이 유기물층에 포함된 발광다이오드를 포함하는 유기발광다이오드 표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 유기 화합물은 정공 수송 특성 및/또는 전자 수송 특성이 우수할 뿐만 아니라, 발광 효율 및 색 순도가 뛰어나고 열 안정성이 뛰어나다. 본 발명의 유기 화합물은 정공 및/또는 전자 주입 성능이 개선되어 발광다이오드의 유기물층으로의 전하 주입 특성을 향상시킬 수 있다. 따라서 전하의 주입이 지연되는 것에 기인하여 소자의 구동 전압이 상승하는 것을 방지하여 낮은 전압에서도 충분히 소자가 구동될 수 있다.
특히, 본 발명의 유기 화합물을 사용하면 유기물층으로 전하가 균형 있게 주입되어 유기물층에서 전하 균형을 최적화할 수 있다. 이에 따라 인접한 층 사이의 계면에서 발광하는 것을 방지하여, 유기물층의 전 영역에서 발광할 수 있으므로, 소자의 내구성, 발광 효율 및/또는 소자 수명을 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 유기 화합물은 유기 발광다이오드의 유기물층, 예를 들어 발광물질층은 물론이고, 정공수송층, 전자수송층 및/또는 엑시톤 차단층과 같은 공통층 소재로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에 따른 발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광다이오드 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 합성된 유기 화합물에 대한 NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라 합성된 유기 화합물에 대한 NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따라 합성된 유기 화합물에 대한 NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따라 합성된 유기 화합물에 대한 NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따라 합성된 유기 화합물에 대한 NMR 분석 결과를 도시한 그래프이다.
이하, 필요한 경우에는 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 상세하게 설명한다.
[유기 화합물]
유기 발광다이오드에서 사용되는 발광 재료는 양자 효율과 같은 발광 효율이 높고, 전자와 정공의 이동도가 커야 한다. 발광 재료는 또한 발광물질층 중에 균일하게 형성되어야 하며, 안정적으로 발광을 유도하여야 한다. 최근에 고효율 및 장수명의 유기발광소자의 개발이 시급한 과제로 대두되고 있는데, 2개의 독립적인 유기 화합물로 구성되는 이원 시스템의 발광층에서 에너지 전달자 역할을 하는 호스트는 색 순도가 양호하고, 진공 증착이 가능하도록 적당한 분자량을 가져야 한다. 또한 유리 전이온도와 열분해 온도가 높아 열 안정성을 확보해야 하며, 장수명화를 위해 높은 전기화학적 안정성이 요구되며, 무정형 박막을 형성하기 용이해야 하며, 인접한 다른 층의 재료들과는 접착력이 좋은 반면 층간 이동은 하지 않아야 한다. 본 발명의 일 측면에 따른 유기 화합물은 이러한 특성을 충족시킬 수 있도록 구성되어 있으며, 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
화학식 1
Figure pat00001
(화학식 1에서, R1과 R2는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택되고, L1과 L2는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 치환된 C1~C30 알킬렌기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 사이클로알킬렌기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 헤테로 사이클로알킬렌기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴렌기, 치환되지 않거나 치환된 C4~C30 헤테로 아릴렌기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30의 아릴알킬렌기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30의 헤테로 아릴알킬렌기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실렌기 및 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴옥실렌기로 구성되는 군에서 선택되며, m과 n은 각각 0 또는 1이고, X1과 X2 또는 X2와 X3은 함께 합쳐져서 C4~C30 호모 또는 헤테로 방향족 축합 고리(fused ring)를 형성하고, X2와 합쳐서서 축합 고리를 형성하지 않을 경우, X1과 X3은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 치환되지 않거나 치환된 C1~C20 알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C1~20 알콕시기임, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기 또는 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기임)
본 명세서에서 '치환되지 않은' 또는 '치환되지 않거나'란, 수소 원자가 치환된 것을 의미하며, 이 경우 수소 원자는 경수소, 중수소 및 삼중수소가 포함된다.
본 명세서에서 '치환된'에서 치환기는 예를 들어, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 알킬기, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 알콕시기, 할로겐, 시아노기, 카르복시기, 카르보닐기, 아민기, 알킬아민기, 니트로기, 하이드라질기(hydrazyl group), 술폰산기, 알킬 실릴기, 알콕시 실릴기, 사이클로알킬 실릴기, 아릴 실릴기, 치환되지 않거나 치환된 아릴기, 헤테로아릴기 등을 들 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 '헤테로 방향족 고리', '헤테로 사이클로알킬렌기', '헤테로 아릴렌기', '헤테로 아릴알킬렌기', '헤테로 아릴옥실렌기', '헤테로 사이클로알킬기', '헤테로 아릴기', '헤테로 아릴알킬기', '헤테로 아릴옥실기', '헤테로 아릴 아민기' 등에서 사용된 용어 '헤테로'는 이들 방향족 또는 지환족(alicyclic) 고리를 구성하는 탄소 원자 중 1개 이상, 예를 들어 1 내지 5개의 탄소 원자가 N, O, S 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택된 하나 이상의 헤테로 원자로 치환된 것을 의미한다.
하나의 예시적인 실시형태에 따르면, 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 치환된 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 테트라페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 인데닐기, 페날레닐기, 페난트레닐기, 아줄레닐기, 파이레닐기, 플루오레닐기, 테트라세닐기, 인다세닐기 또는 스파이로 플루오레닐기와 같은 축합되지 않거나 축합된(fused) 호모 방향족 고리, 및/또는 피롤릴기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 테트라지닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 인돌일기, 카바졸일기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 인돌로카바졸일기, 인데노카바졸일기, 벤조퓨라노카바졸일기, 벤조티에노카바졸일기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 프탈라지닐기, 퀴녹살리닐기, 시놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 프탈라지닐기, 퀴녹살리닐기, 시놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 벤조이소퀴놀리닐기, 벤조퀴나졸리닐기, 벤조퀴녹살리닐기, 아크리디닐기, 페난트롤리닐기, 퓨라닐기, 파이라닐기, 옥사지닐기, 옥사졸일기, 옥사디아졸일기, 트리아졸일기, 디옥시닐기, 벤조퓨라닐기, 디벤조퓨라닐기, 티오파이라닐기, 티아지닐기, 티오페닐기 또는 N-치환된 스파이로 플루오레닐기와 같은 축합되지 않거나 축합된 헤테로 방향족 고리일 수 있다.
예를 들어, 화학식 1에서 R1 및 R2는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 치환된 페닐기, 바이페닐기, 각각의 벤젠 고리가 메타 또는 파라 위치로 연결되는 터페닐기, 플루오레닐기 또는 스파이로플루오레닐기와 같은 호모 아릴기 및/또는 치환되지 않거나 치환된 벤조티오펜일기, 디벤조티오펜일기, 벤조퓨라닐기, 디벤조퓨라닐기, 피롤릴기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 테트라지닐기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 인돌일기, 카바졸일기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 인돌로카바졸일기, 인데노카바졸일기, 벤조퓨라노카바졸일기, 벤조티에노카바졸일기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 프탈라지닐기, 퀴녹살리닐기, 시놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 프탈라지닐기, 퀴녹살리닐기, 시놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 벤조퀴놀리닐기, 벤조이소퀴놀리닐기, 벤조퀴나졸리닐기 또는 벤조퀴녹살리닐기와 같은 헤테로 아릴기일 수 있다.
한편, 하나의 비-제한적인 실시형태에서, 화학식 1에서 링커(연결기)인 L1 내지 L2는 방향족 연결기일 수 있다. 예를 들어, L1 내지 L2는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 치환된 C5~C30의 아릴렌기, 치환되지 않거나 치환된 C4~C30의 헤테로 아릴렌기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30의 아릴알킬렌기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30의 헤테로 아릴알킬렌기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실렌기 및 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴옥실렌기로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
구체적으로, 화학식 1에서 L1 내지 L2는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 치환된 페닐렌기(phenylene), 바이페닐렌기(biphenylene), 터페닐렌기(terphenylene), 테트라페닐렌기(tetraphenylene), 인데닐렌기(indenylene), 나프틸렌기(naphthylene), 아줄레닐렌기(azulenylene), 인다세닐렌기(indacenylene), 아세나프틸렌기(acenaphthylene), 플루오레닐렌기(fluorenylene), 스파이로-플루오레닐렌기, 페날레닐렌기(phenalenylene), 페난트레닐렌기(phenanthrenylene), 안트라세닐렌기(anthracenylene), 플루오란트레닐렌기(fluoranthrenylene), 트리페닐레닐렌기(triphenylenylene), 파이레닐렌기(pyrenylene), 크라이세닐렌기(chrysenylene), 나프타세닐렌기(naphthacenylene), 피세닐렌기(picenylene), 페릴레닐렌기(perylenylene), 펜타페닐렌기(pentaphenylene), 헥사세닐렌기(hexacenylene), 피롤릴렌기(pyrrolylene), 이미다졸일렌기(imidazolylene), 피라졸일렌기(pyrazolylene), 피리디닐렌기(pyridinylene), 피라지닐렌기(pyrazinylene), 피리미디닐렌기(pyrimidinylene), 피리다지닐렌기(pyridazinylene), 이소인돌일렌기(isoindolylene), 인돌일렌기(indolylene), 인다졸일렌기(indazolylene), 푸리닐렌기(purinylene), 퀴놀리닐렌기(quinolinylene), 이소퀴놀리닐렌기(isoquinolinylene), 벤조퀴놀리닐렌기(benzoquinolinylene), 프탈라지닐렌기(phthalazinylene), 나프티리디닐렌기(naphthyridinylene), 퀴녹살리닐렌기(quinoxalinylene), 퀴나졸리닐렌기(quinazolinylene), 벤조퀴놀리닐렌기, 벤조이소퀴놀리닐렌기, 벤조퀴나졸리닐렌기, 벤조퀴녹살리닐렌기, 시놀리닐렌기(cinnolinylene), 페난트리디닐렌기(phenanthridinylene), 아크리디닐렌기(acridinylene), 페난트롤리닐렌기(phenanthrolinylene), 페나지닐렌기(phenazinylene), 벤즈옥사졸일렌기(benzoxazolylene), 벤즈이미다졸일렌기(benzimidazolylene), 퓨라닐렌기(furanylene), 벤조퓨라닐렌기(benzofuranylene), 티오페닐렌기(thiophenylene), 벤조티오페닐렌기(benzothiophenylene), 티아졸일렌기(thiazolylene), 이소티아졸일렌기(isothiazolylene), 벤조티아졸일렌기(benzothiazolylene), 이소옥사졸일렌기(isoxazolylene), 옥사졸일렌기(oxazolylene), 트리아졸일렌기, 테트라졸일렌기, 옥사디아졸일렌기(oxadiazolylene), 트리아지닐렌기(triazinylene), 디벤조퓨라닐렌기(dibenzofuranylene), 디벤조티오페닐렌기(dibenzothiophenylene), 카바졸일렌기, 벤조카바졸일렌기, 디벤조카바졸일렌기, 인돌로카바졸일렌기, 인데노카바졸일렌기, 이미다조피리미디닐렌기(imidazopyrimidinylene) 및 이미다조피리디닐렌기(imidazopyridinylene)로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
또한, 화학식 1에서 X1과 X2 또는 X2와 X3은 함께 합쳐져서, 코어를 구성하는 카바졸 고리에 축합 고리, 예를 들어 C4~C30 호모 또는 헤테로 축합 고리(fused ring)를 형성할 수 있다. 이때, X1과 X2 또는 X2와 X3에 의하여 이루어지는 축합 고리의 개수가 너무 많을 경우에는 전체 유기 화합물의 공액 길이가 지나치게 길어져서 밴드갭이 줄어들 수 있다. 따라서 X1과 X2 또는 X2와 X3는 1 내지 2개의 고리를 가지는 축합 고리를 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어, X1과 X2 또는 X2와 X3가 축합 고리를 형성하는 경우에는 치환되지 않거나 치환된 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 펜탈렌 고리, 인덴 고리, 아줄렌 고리, 헵탈렌 고리와 같은 호모 방향족 고리 및/또는 치환되지 않거나 치환된 피롤 고리, 퓨란 고리, 티오펜 고리, 이미다졸 고리, 피라졸 고리, 피리딘 고리, (디하이드로) 옥사졸 고리, 티아졸 고리, 옥사디아졸 고리, 디아졸 고리, 트리아진 고리, 아제핀 고리, 피라진 고리, 피리미딘 고리, 피리다진 고리, 퀴놀린 고리, 이소퀴놀린 고리, 인돌 고리, 인돌리진 고리, 프테리딘 고리, 신놀린 고리, 퀴나졸린 고리, 퀴녹살린 고리, 퀴노잘린 고리, 퀴놀리진 고리, 나프티리딘 고리, 인다졸 고리, 퓨린 고리, 피롤리진 고리, 프탈라진 고리, 퓨란 고리, 피란 고리, 벤조 퓨란 고리, 크로멘 고리, 이소크로멘 고리, 티오펜 고리 또는 벤조 티오펜 고리와 같은 헤테로 방향족 고리와 같은 축합 고리를 형성할 수 있다.
화학식 1로 표시되는 유기 화합물은 축합 고리가 연결되는 카바졸 모이어티를 가지는 코어를 가지고 있기 때문에 열 안정성이 우수하다. 뿐만 아니라, 축합 고리가 연결되는 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 코어에 직접 또는 간접적으로 연결되는 방향족 고리의 종류에 따라 정공 수송 특성 및/또는 전자 수송 특성을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 발광다이오드에 사용되는 경우, 우수한 발광 효율 및 양호한 색 순도를 발휘할 수 있다. 전하 주입 특성이 개선되어 전하의 주입 지연으로 인하여 소자의 구동 전압이 상승하는 것을 방지하여 낮은 전압에서도 충분히 소자가 구동될 수 있다. 특히, 본 발명의 유기 화합물을 사용하면 유기물층에서 전하가 균형 있게 주입되어 유기물층에서 전하 균형을 최적화할 수 있다. 이에 따라 인접한 층 사이의 계면에서 발광하는 것을 방지하여 유기물층의 전 영역에서 발광할 수 있으므로, 소자의 발광 효율 및/또는 소자 수명을 향상시킬 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에 따르면, 본 발명의 유기 화합물은 특히 정공 주입 특성이 우수하며 양호한 열 안정성을 가지는 제 1 형 유기 화합물이다. 제 1 형 유기 화합물은 예를 들어 P-타입 호스트로 사용될 수 있다. 제 1 형 유기 화합물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
화학식 2
Figure pat00002
(화학식 2에서, R3와 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택되고, X4와 X5 또는 X5와 X6은 함께 합쳐져서 C4~C30 호모 또는 헤테로 축합 고리(fused ring)를 형성하거나, X4 내지 X6는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 치환되지 않거나 치환된 C1~C20 알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C1~C20 알콕시기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기 또는 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기이며, L1, m, X1, X2, X3은 각각 화학식 1에서 정의된 것과 동일함)
화학식 2에서 R3 및 R4는 정공 수송 특성이 우수한 호모 아릴기 또는 헤테로 아릴기일 수 있다. 일례로, R3 및 R4는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 치환된 페닐기, 바이페닐기, 각각의 벤젠 고리가 메타 또는 파라 위치로 연결되는 터페닐기, 플루오레닐기 또는 스파이로플루오레닐기와 같은 호모 아릴기 및/또는 치환되지 않거나 치환된 카바졸일기, 벤조카바졸일기, 디벤조카바졸일기, 인돌로카바졸일기, 인데노카바졸일기, 벤조퓨라노카바졸일기, 벤조티에노카바졸일기, 또는 스파이로카바졸일기와 같은 헤테로 아릴기일 수 있다.
또한, 화학식 2에서 X4와 X5 또는 X5와 X6은 함께 합쳐져서 코어를 구성하는 카바졸 고리에 축합 고리, 예를 들어 C4~C30 호모 또는 헤테로 축합 고리(fused ring)를 형성할 수 있다. 이때, X4와 X5 또는 X5와 X6 에 의하여 이루어지는 축합 고리의 개수가 너무 많을 경우에는 전체 유기 화합물의 공액 길이가 지나치게 길어져서 밴드갭이 줄어들 수 있다. 따라서 X4와 X5 또는 X5와 X6은 1 내지 2개의 고리를 가지는 축합 고리를 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
예를 들어, 화학식 2에서 X4와 X5 또는 X5와 X6가 축합 고리를 형성하는 경우에는, 치환되지 않거나 치환된 벤젠 고리, 나프탈렌 고리, 펜탈렌 고리, 인덴 고리, 아줄렌 고리, 헵탈렌 고리와 같은 호모 방향족 고리 및/또는 치환되지 않거나 치환된 피롤 고리, 퓨란 고리, 티오펜 고리, 이미다졸 고리, 피라졸 고리, 피리딘 고리, (디하이드로) 옥사졸 고리, 티아졸 고리, 옥사디아졸 고리, 디아졸 고리, 트리아진 고리, 아제핀 고리, 피라진 고리, 피리미딘 고리, 피리다진 고리, 퀴놀린 고리, 이소퀴놀린 고리, 인돌 고리, 인돌리진 고리, 프테리딘 고리, 신놀린 고리, 퀴나졸린 고리, 퀴녹살린 고리, 퀴노잘린 고리, 퀴놀리진 고리, 나프티리딘 고리, 인다졸 고리, 퓨린 고리, 피롤리진 고리, 프탈라진 고리, 퓨란 고리, 피란 고리, 벤조 퓨란 고리, 크로멘 고리, 이소크로멘 고리, 티오펜 고리 또는 벤조 티오펜 고리와 같은 헤테로 방향족 고리와 같은 축합 고리를 형성할 수 있다.
화학식 2로 표시되는 유기 화합물은 특히 정공 이동 특성이 우수하기 때문에 발광다이오드에서 P-타입 호스트로 적용될 수 있다. 예를 들어, 화학식 2로 표시되는 유기 화합물은 발광다이오드를 구성하는 정공주입층, 정공수송층, 발광물질층 및/또는 전자차단층에 적용될 수 있다. 화학식 2의 유기 화합물은 이들 유기물층에서 P-타입 호스트로 사용되어 정공의 주입을 향상시켜 정공 주입 지연으로 인한 구동전압의 상승을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 화학식 2의 유기 화합물은 이들 유기물층에서 전하가 균형 있게 주입되도록 유도함으로써, 인접한 층과의 계면 발광을 방지하여 소자의 발광 효율 및/또는 소자 수명을 향상시킬 수 있다. 아울러, 화학식 2로 표시되는 유기 화합물은 열 안정성 및 색 순도가 양호하다는 이점을 갖는다.
보다 구체적으로 살펴보면, 발광다이오드를 구성하는 유기물층에서 P-타입 호스트로 사용될 수 있는 제 1 형 유기 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 PPH1 내지 PPH16 중 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 3
Figure pat00003
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
전술한 화학식 2 내지 화학식 3으로 표시되는 유기 화합물은 축합 고리가 연결된 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 코어에, 예를 들어 1개 또는 2개의 축합 고리가 연결될 수 있는 제 2 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 고리가 연결된 구조를 가지므로, 정공 수송 특성이 우수하다. 화학식 2 내지 화학식 3으로 표시되는 유기 화합물의 최저준위 비점유 분자궤도(lowest unoccupied molecular orbital, LUMO)는 도펀트에 비하여 진공도(0 eV)에 가깝거나, 최저준위 비점유 분자궤도(LUMO)와 최고준위 점유 분자궤도(highest occupied molecular orbital, HOMO) 사이의 에너지 밴드갭이 넓고, 도펀트보다 큰 삼중항 에너지를 갖는다. 따라서 전술한 화학식 2 내지 화학식 3으로 표시되는 유기 화합물을 발광다이오드를 구성하는 유기물층의 정공 수송 특성이 향상된 호스트로 사용하는 경우, 도펀트로 전이된 에너지가 호스트로 역-전이되는 것을 막아 높은 발광 효율을 가질 수 있다. 또한, 화학식 2 내지 화학식 3으로 표시되는 유기 화합물은 정공 수송 특성이 우수하므로, 발광다이오드를 구성하는 정공주입층, 정공수송층, 발광물질층 및/또는 전자차단층의 소재로 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 예시적인 실시형태에서, 본 발명의 유기 화합물은 특히 정공 주입 특성 및 전자 주입 특성이 모두 우수하며 열 안정성을 가지는 제 2 형 유기 화합물이다. 제 2 형 유기 화합물은 예를 들어 N-타입 호스트 또는 양쪽성(bipolar) 호스트로 사용될 수 있다. 제 2 형 유기 화합물은 하기 화학식 4a 또는 화학식 4b로 표시되는 어느 하나의 유기 화합물일 수 있다.
화학식 4a
Figure pat00007
화학식 4b
Figure pat00008
(화학식 4a 내지 화학식 4b에서, R5 내지 R6는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택되고, Y1 내지 Y3은 각각 N 또는 CR8이며, 그 중에서 적어도 하나는 N임, R8은 수소, 중수소, 삼중수소, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택되며, X1, X2, X3은 각각 화학식 1에서 정의된 것과 동일하고, 화학식 4a에서 L1과 m, 화학식 5에서 L2와 n은 각각 화학식 1에서 정의된 것과 동일함)
하나의 예시적인 실시형태에서, 화학식 4a 및 화학식 4b에서 R5 내지 R7을 구성할 수 있는 방향족 치환기의 고리 개수가 많아지면 전체 유기 화합물의 공액 구조가 길어져서 밴드갭이 줄어들 수 있다. 따라서, R5 내지 R7은 각각 1개 또는 2개의 고리를 갖는 방향족 치환기일 수 있으며, 특히 R6 및 R7은 1개의 고리를 가지는 방향족 치환기일 수 있다.
예를 들어, R5 내지 R7은 5-원자 고리 내지는 7-원자 고리를 갖는 치환기이며, 바람직하게는 6-원자 고리를 갖는 치환기이다. 예를 들어, 화학식 4a 및 4b에서 R5 내지 R7은 각각 독립적으로 치환되지 않거나 치환된 페닐기, 피롤기, 이미다졸일기, 피라졸일기, 피리디닐기, 피라지닐기, 피리미디닐기, 피리다지닐기, 퓨라닐기 또는 티오페닐기일 수 있다.
화학식 4a에서 L1과 화학식 4b에서 L2를 구성하는 방향족 고리의 개수가 많아지면, 전체 유기 화합물에서 공액(conjugated) 구조가 지나치게 길어져서, 유기 화합물의 밴드갭(band gap)이 줄어들 수 있다. 따라서, 화학식 4a에서 L1과 화학식 4b에서 L2는 1개 내지 2개, 바람직하게는 1개의 방향족 고리로 이루어질 수 있다. 또한, 정공이나 전자와 같은 전하의 주입 및 이동 특성과 관련해서, 화학식 4a에서 L1과 화학식 4b에서 L2는 각각 5-원자 고리(5-membered ring) 내지 7-원자 고리(7-membered ring)일 수 있으며, 특히 6-원자 고리(6-membered ring)인 것이 바람직할 수 있다. 일례로, 화학식 4a에서의 L1과 화학식 4b에서의 L2는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 치환된 페닐렌기, 피롤릴렌기, 이미다졸일렌기, 피라졸일렌기, 피리디닐렌기, 피라지닐렌기, 피리미디닐렌기, 피리다지닐렌기, 퓨라닐렌기 또는 티오페닐렌기일 수 있다.
화학식 4a 및 화학식 4b에서 축합 고리가 연결되는 카바졸 모이어티를 갖는 방향족 코어에 직접 또는 간접적으로 적어도 하나의 질소 원자를 가지는 6원자 헤테로 고리가 연결된다. 질소 원자의 개수에 따라 6원자 헤테로 고리는 치환되지 않거나 치한된 피리딘, 피리미딘, 트리아진 고리를 형성할 수 있으며, 특히 바람직하게는 다수의 질소 원자를 함유하여 전자 주입 특성이 우수한 피리미딘 또는 트리아진 고리일 수 있다.
화학식 4a 또는 화학식 4b로 표시되는 유기 화합물은 특히 정공 이동 특성 및 전자 이동 특성이 우수하기 때문에 발광다이오드의 N-타입 호스트 또는 양쪽성 호스트로 적용될 수 있다. 예를 들어, 화학식 4a 및 화학식 4b로 표시되는 유기 화합물은 발광다이오드의 전자주입층, 전자수송층 및 정공차단층은 물론이고, 정공주입층, 정공수송층, 발광물질층 및/또는 전자차단층에 적용될 수 있다. 화학식 4a a및 화학식 4b의 유기 화합물은 이들 유기물층에서 N-타입 호스트 또는 양쪽성 호스트로 사용되어 정공 및/또는 전자의 주입을 향상시켜 정공 및/또는 전자의 주입 지연으로 인한 구동전압의 상승을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 화학식 4a 및 화학식 4b의 유기 화합물은 이들 유기물층에서 전하가 균형 있게 주입되도록 유도함으로써, 인접한 층과의 계면 발광을 방지하여 소자의 발광 효율 및/또는 소자 수명을 향상시킬 수 있다. 아울러, 화학식 4a 및 화학식 4b로 표시되는 유기 화합물은 열 안정성 및 색 순도가 양호하다는 이점을 갖는다.
보다 구체적으로 살펴보면, 발광다이오드를 구성하는 유기물층에서 N-타입 호스트로 사용될 수 있는 제 2 형 유기 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 PNH1 내지 PNH16 중 어느 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
화학식 5
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
전술한 화학식 4a 내지 화학식 5로 표시되는 유기 화합물은 축합 고리가 연결되는 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 코어에, 전자가 풍부한 질소 원자를 함유하는 헤테로 방향족 고리가 직접 또는 간접적으로 연결된 구조를 가지고 있으므로, 정공 수송 특성 및/또는 전자 수송 특성이 우수하다. 바람직하게는, 화학식 4a 내지 화학식 5로 표시되는 유기 화합물은 트리아진기를 하나 이상 포함할 수 있다. 화학식 4a 내지 화학식 5로 표시되는 유기 화합물의 최저준위 비점유 전자궤도(LUMO)는 도펀트의 최저준위 비점유 전자궤도(LUMO) 이하이며, 최저준위 비점유 전자궤도(LUMO)와 최고준위 점유 전자궤도(HOMO) 사이의 에너지 밴드갭이 넓고, 도펀트보다 큰 삼중항 에너지를 갖는다. 따라서 전술한 화학식 4a 내지 화학식 5로 표시되는 유기 화합물은 발광다이오드를 구성하는 유기물층의 전자 수송 특성이 향상된 호스트로 사용되는 경우, 도펀트로 전이된 에너지가 호스트로 역-전이되는 것을 막아 높은 발광 효율을 가질 수 있다. 또한, 화학식 4a 내지 화학식 5로 표시되는 유기 화합물은 정공 수송 특성 및 전자 수송 특성이 우수하므로, 발광다이오드를 구성하는 정공주입층, 정공수송층, 전자차단층, 발광물질층은 물론이고, 전자주입층, 전자수송층 및/또는 정공차단층의 소재로 사용될 수 있다.
[발광다이오드 및 유기발광다이오드 표시장치]
전술한 바와 같이, 예를 들어 화학식 1 내지 화학식 5로 표시될 수 있는 본 발명의 유기 화합물은 열 안정성, 정공 수송 및/또는 전자 수송 특성 및/또는 발광 특성 및 내구성이 우수하므로, 발광다이오드의 유기물층으로 적용될 수 있는데, 본 발명에 따른 발광다이오드의 구조에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 발광다이오드의 개략적인 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 예시적인 제 1 실시형태에 따른 발광다이오드(100)는 서로 마주하는 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(120)과, 제 1 및 제 2 전극(110, 120) 사이에 위치하는 유기물층(130)을 포함한다. 유기물층(130)은 제 1 전극(110)으로부터 순차적으로 적층되어 있는 정공주입층(HIL; 140), 정공수송층(HTL; 150), 발광물질층(EML; 160), 전자수송층(ETL; 170) 및 전자주입층(EIL; 180)을 포함한다.
제 1 전극(110)은 일함수(work function) 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어지며 양극(anode)이다. 예를 들어, 제 1 전극(110)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide; IZO)로 이루어질 수 있다.
제 2 전극(120)은 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어지며 음극(cathode)이다. 예를 들어, 제 2 전극(120)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 은(Ag), 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
정공주입층(140)은 제 1 전극(110)과 정공수송층(150) 사이에 위치하는데, 무기물인 제 1 전극(110)과 유기물인 정공수송층(150) 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 정공주입층(140)은 4,4',4"-트리스(3-메틸페닐페닐아미노)트리페닐아민(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine; MTDATA), 프탈로시아닌구리(copper phthalocyanine; CuPc), 트리스(4-카바조일-9-일-페닐)아민(Tris(4-carbazoyl-9-yl-phenyl)amine; TCTA), N,N'-디페닐-N,N'-비스(1-나프틸)-1,1'-바이페닐-4,4"-디아민(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(1-naphthyl)-1,1'-biphenyl-4,4"-diamine; NPB; NPD), 1,4,5,8,9,11-헥사아자트리페닐렌헥사카보니트릴(1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylenehexacarbonitrile; HATCN), 1,3,5-트리스[4-(디페닐아미노)페닐]벤젠(1,3,5-tris[4-(diphenylamino)phenyl]benzene; TDAPB), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리스티렌 술포네이트(poly(3,4-ethylenedioxythiphene)polystyrene sulfonate; PEDOT/PSS), N-(비페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민(N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine) 및/또는 하기 화학식 6으로 표시되는 어느 하나와 화합물로 이루어질 수 있다.
화학식 6
Figure pat00013
다른 예시적인 실시형태에서, 정공주입층(140)은 화학식 1 내지 화학식 5, 예를 들어 화학식 2 내지 화학식 3 및/또는 화학식 4a 내지 화학식 5의 유기 화합물 중 어느 하나의 화합물로 이루어질 수 있다.
정공수송층(150)은 제 1 전극(110)과 발광물질층(160) 사이에 발광물질층(160)에 인접하여 위치한다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 정공수송층(150)은 N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-바이페닐-4,4'-디아민(N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine; TPD), NPD, 4,4'-비스(N-카바졸릴)-1,1'-바이페닐(4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl; CBP), N-(비페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민(N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine) 및/또는 N-(비페닐-4-일)-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)비페닐)-4-아민(N-(biphenyl-4-yl)-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)biphenyl-4-amine)과 같은 방향족 아민 화합물로 이루어질 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 정공수송층(150)은 화학식 1 내지 화학식 5, 예를 들어 화학식 2 내지 화학식 3 및/또는 화학식 4a 내지 화학식 5의 유기 화합물 중 어느 하나의 화합물로 이루어질 수 있다.
발광물질층(160)은 소자의 발광 효율 등을 증대시키기 위하여 호스트에 도펀트(dopant)가 도핑되어 이루어질 수 있다. 발광물질층(160)의 호스트로서 화학식 1 내지 화학식 5로 표시되는 적어도 어느 하나의 유기 화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 형 유기 화합물인 화학식 2 내지 화학식 3으로 표시되는 어느 하나의 유기 화합물 및/또는 제 2 형 유기 화합물인 화학식 4a 내지 화학식 5로 표시되는 하나 이상의 유기 화합물이 발광물질층(160)의 호스트로 사용될 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 정공 수송 특성이 우수한 제 1 형 유기 화합물인 화학식 2 내지 화학식 3으로 표시되는 어느 하나의 유기 화합물 또는 정공 수송 특성과 전자 수송 특성이 우수한 제 2 형 유기 화합물인 화학식 4a 내지 화학식 5로 표시되는 어느 하나의 유기 화합물만을 발광물질층(160)의 호스트로 사용할 수 있다. 즉, 제 1 형 유기 화합물과 제 2 형 유기 화합물 중에서 어느 하나의 유기 화합물만을 발광물질층(160)의 호스트로 사용하여, 발광물질층(160)에서 정공 이동 특성이나 전자 이동 특성을 향상시킬 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 발광물질층(160)의 호스트로서 제 1 형 유기 화합물과 제 2 형 유기 화합물을 모두 사용하는 이중 호스트 시스템을 사용할 수 있다. 발광물질층(160)의 호스트로서 정공 수송 특성이 우수한 제 1 형 유기 화합물과, 정공 수송 특성 및 전자 수송 특성이 우수한 제 2 형 유기 화합물로 구성되는 이중 호스트 시스템을 사용하는 경우, 발광물질층(160)에서 정공 및 전자와 같은 전하의 이동 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이처럼 발광물질층(160)의 호스트로서 제 1 형 유기 화합물과 제 2 형 유기 화합물을 병용하는 경우, 낮은 전압에서도 발광다이오드(100)를 구동시킬 수 있다. 또한, 발광물질층(160)의 전 영역에서 발광을 유도함으로써 높은 발광 효율 및 장수명을 갖는 발광다이오드(100)를 구현할 수 있다. 아울러, 제 1 형 유기 화합물과 제 2 형 유기 화합물에 비하여 낮은 삼중항 에너지를 갖는 도펀트를 채택함으로써, 도펀트로 전이된 에너지가 호스트로 역-전이되는 것을 차단하여 높은 발광 효율을 가질 수 있으며, 호스트에서 도펀트로 전하가 용이하게 전이될 수 있다.
제 1 형 유기 화합물과 제 2 형 유기 화합물로 구성되는 이중 호스트 시스템을 채택하는 경우, 이중 호스트 중에 제 1 형 유기 화합물과 제 2 형 유기 화합물은 각각 20 내지 80 중량%, 바람직하게는 30 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 중량%의 비율로 혼합될 수 있다. 제 1 형 유기 화합물과 제 2 형 유기 화합물의 배합 비율을 적절히 제어함으로써, 정공과 전자가 균형을 맞추어 발광물질층(160)으로 주입될 수 있으며, 이에 따라 발광다이오드(100)의 발광 효율 및 소자 수명을 향상시킬 수 있다.
발광물질층(160)은 화학식 1 내지 화학식 5로 표시되는 유기 화합물인 호스트 이외에도 도펀트를 포함한다. 예를 들어, 발광물질층(160)에 포함되는 도펀트는 인광 도펀트일 수 있다. 발광물질층(160)에 사용될 수 있는 인광 도펀트는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 이리듐(Ir), 오스뮴(Os),구리(Cu) 및 백금(Pt)으로 구성되는 금속 원자의 착화합물이다. 바람직하게는 이리듐(Ir) 또는 백금(Pt)과 같은 금속 착화합물이며, 특히 바람직하게는 이리듐(Ir) 착화합물이다. 화학식 1 내지 화학식 5로 표시되는 유기 화합물을 호스트로 사용하는 것을 고려해 볼 때, 이들 호스트로부터 전하를 효율적으로 전달받을 수 있으며, 호스트로 에너지가 역-전이되는 것을 방지할 수 있도록, 화학식 1 내지 화학식 5로 표시되는 유기 화합물의 에너지 밴드갭 사이에 에너지 밴드갭을 갖는 도펀트, 즉 삼중항 에너지가 호스트의 삼중항 에너지 이하인 도펀트를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 발광물질층(160)에 사용될 수 있는 도펀트는 하기 화학식 7 또는 화학식 8로 표시되는 어느 하나의 물질일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 7
Figure pat00014
화학식 8
Figure pat00015
(화학식 7에서 R21 내지 R29는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C1~C30 알킬기, 시아노기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 사이클로알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 헤테로 사이클로알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택되고, R30은 수소, 중수소, 삼중수소 또는 치환되지 않거나 치환된 C1~C30 알킬기이고, r은 1 내지 4의 정수이며, 화학식 8에서 R31 내지 R38은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C1~C30 알킬기, 시아노기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 사이클로알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 헤테로 사이클로알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택되거나, 인접한 치환기와 함께 연결되어 치환되지 않거나 치환된 C5~C30의 방향족 고리를 형성하며, 화학식 7 및 화학식 8에서 L은 하기 화학식 9로 표시되며, 화학식 7 및 화학식 8에서 n은 1 내지 3의 정수임)
화학식 9
Figure pat00016
(화학식 9에서 R41 내지 R48은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C1~C30 알킬기, 시아노기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 사이클로알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 헤테로 사이클로알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택되거나, 인접한 치환기와 함께 연결되어 치환되지 않거나 치환된 C5~C30의 방향족 고리를 형성함)
하나의 예시적인 실시형태에서, 발광물질층(160)의 도펀트는 하기 화학식 10으로 표시되는 D1 내지 D13 중 어느 하나의 물질일 수 있다.
화학식 10
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
화학식 1 내지 화학식 5로 표시되는 유기 화합물을 발광물질층(160)의 호스트로 사용하고, 호스트로부터 에너지를 전달받는 도펀트가 사용되는 경우, 도펀트는 호스트로 사용되는 화학식 1 내지 화학식 5의 유기 화합물을 기준으로 대략 0.1 내지 50 중량%, 바람직하게는 1 내지 20 중량%의 비율로 도핑될 수 있다.
발광물질층(160)과 제 2 전극(120) 사이에는 전자수송층(170)과 전자주입층(180)이 순차적으로 적층될 수 있다. 전자수송층(170)을 이루는 소재는 높은 전자 이동도가 요구되는데, 원활한 전자 수송을 통하여 발광물질층(160)에 전자를 안정적으로 공급한다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 전자수송층(170)은 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole), 벤조티아졸(benzothiazole), 벤즈이미다졸, 트리아진 등의 유도체일 수 있다. 예를 들어, 전자수송층(170)은 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄(tris-(8-hydroxyquinoline aluminum; Alq3), 2-바이페닐-4-일-5-(4-터셔리-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(2-biphenyl-4-yl-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole; PBD), 스파이로-PBD, 리튬 퀴놀레이트(lithium quinolate; Liq), 2-[4-(9,10-디-2-나프탈레닐-2-안트라세닐)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸((2-[4-(9,10-Di-2-naphthalenyl-2-anthracenyl)phenyl]-1-phenyl-1H-benzimidazol), 3-(바이페닐-4-일)-5-(4-터르부틸페닐)-4-페닐-4H-1,2,4-트리아졸(3-(biphenyl-4-yl)-5-(4-tertbutylphenyl)-4-phenyl-4H-1,2,4-triazole; TAZ), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; Bphen), 트리스(페닐퀴녹살린)(tris(phenylquinoxaline; TPQ), 1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠(1,3,5-tris(N-phenylbenzimiazole-2-yl)benzene; TPBI) 및/또는 하기 화학식 11로 표시되는 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
화학식 11
Figure pat00020
다른 예시적인 실시형태에서, 전자수송층(170)은 화학식 1, 보다 구체적으로 화학식 4a 내지 화학식 5로 표시되는 제 2 형 유기 화합물로 이루어질 수도 있다.
전자주입층(180)은 제 2 전극(120)과 전자수송층(170) 사이에 위치하는데, 제 2 전극(120)의 특성을 개선하여 소자의 수명을 개선할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 전자주입층(180)의 소재로는 LiF, CsF, NaF, BaF2 등의 알칼리 할라이드계 물질 및/또는 Liq(lithium quinolate), 리튬 벤조에이트(lithium benzoate), 소듐 스테아레이트(sodium stearate) 등의 유기금속계 물질이 사용될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예시적인 실시형태에서, 전자주입층(180)은 화학식 1, 보다 구체적으로 화학식 4a 내지 화학식 5로 표시되는 제 2 형 유기 화합물로 이루어질 수도 있다.
전자수송층(170)과 전자주입층(180)이 본 발명의 유기 화합물을 포함하여 유기물로 이루어지는 경우, 전자수송층(170) 및/또는 전자주입층(180)에 알칼리 금속 또는 알칼리토금속을 도펀트로 사용하여 전자 주입 및/또는 전자 수송 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 알칼리 금속 또는 알칼리토금속은 유기 화합물을 기준으로 대략 1 내지 20 중량%의 비율로 첨가될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 알칼리 금속 성분은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) 및 세슘(Cs)와 같은 알칼리 금속 및/또는 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra)과 같은 알칼리토금속을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
즉, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 상기 발광다이오드(100)는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극(110, 120)과, 제 1 및 제 2 전극(110, 120) 사이에 정공주입층(140), 정공수송층(150), 발광물질층(160), 전자수송층(170) 및 전자주입층(180)으로 이루어지는 유기물층(130)을 포함한다. 화학식 1 내지 화학식 5의 유기 화합물은 정공 수송 특성 및/또는 전자 수송 특성이 우수하므로, 이들 유기물층(130)을 구성하는 적어도 하나의 층에 단독으로 사용되거나 도펀트와 함께 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기 화합물은 축합 고리가 연결되는 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 코어를 포함하고 있으므로, 열 안정성이 우수하다. 하나의 예시적인 실시형태에 따라, 축합 고리가 연결되는 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 코어에, 축합 고리가 연결되는 제 2 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 고리가 연결되어 있으므로, 2개의 축합 고리가 연결되는 카바졸 모이어티에 의하여 정공 수송 특성을 개선할 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 축합 고리가 연결되는 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 코어에, 질소 원자가 풍부한 헤테로 방향족 고리가 직접 또는 간접적으로 연결되어 있으므로, 방향족 코어에 의한 정공 수송 능력은 물론이고 헤테로 방향족 고리에 의한 전자 수송 능력을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 유기 화합물을 유기물층(130)을 구성하는 어느 하나의 층에 적용하는 경우, 전하 수송 능력의 개선에 의하여 낮은 전압에서도 발광다이오드(100)를 구동할 수 있다. 특히, 화학식 1 내지 5로 표시되는 유기 화합물을 발광물질층(160)에 사용되는 경우, 전하가 균형 있게 주입되어 발광물질층(160)의 전 영역에서 발광을 유도할 수 있으며, 발광다이오드(100)의 발광 효율 향상 및/또는 장수명을 유도할 수 있다.
제 1 실시형태의 발광다이오드(100)에서도 유기물층(130) 중 적어도 한 곳에 화학식 1 내지 화학식 5의 유기 화합물을 사용하여 낮은 구동 전압 유도, 우수한 발광 효율 및/또는 향상된 소자 수명 향상을 유도할 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에 따른 발광다이오드는 전하가 보다 균형 있게 주입, 이동할 수 있도록 추가적인 유기물층을 포함할 수 있는데, 도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 발광다이오드(200)를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 발광다이오드(200)는 서로 마주하는 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(220)과, 제 1 및 제 2 전극(210, 220) 사이에 위치하는 유기물층(230)을 포함한다. 유기물층(230)은 제 1 전극(210)으로부터 순차적으로 적층되어 있는 정공주입층(240), 정공수송층(250), 전자차단층(EBL; 310), 발광물질층(260), 정공차단층(HBL; 320), 전자수송층(ETL; 170) 및 전자주입층(EIL; 180)을 포함한다.
제 1 전극(210)은 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어지며 양극(anode)이다. 예를 들어, 제 1 전극(110)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide; IZO)로 이루어질 수 있다.
제 2 전극(220)은 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어지며 음극(cathode)이다. 예를 들어, 제 2 전극(220)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 은(Ag), 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
정공주입층(240)은 제 1 전극(210)과 정공수송층(250) 사이에 위치하는데, 무기물인 제 1 전극(210)과 유기물인 정공수송층(250) 사이의 계면 특성을 향상시킨다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 정공주입층(240)은 MTDATA, CuPc, TCTA, NPB, HATCN, TDAPB, PEDOT/PSS 및/또는 상기 화학식 6으로 표시되는 어느 하나와 화합물로 이루어질 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 정공주입층(240)은 화학식 1 내지 화학식 5, 예를 들어 화학식 2 내지 화학식 3 및/또는 화학식 4a 내지 화학식 5의 유기 화합물 중 어느 하나의 화합물로 이루어질 수 있다.
정공수송층(250)은 제 1 전극(210)과 발광물질층(260) 사이에 발광물질층(260)에 인접하여 위치한다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 정공수송층(250)은 TPD, NPB, CBP, N-(비페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민 및/또는 N-(비페닐-4-일)-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)비페닐)-4-아민과 같은 방향족 아민 화합물로 이루어질 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 정공수송층(250)은 화학식 1 내지 화학식 5, 예를 들어 화학식 2 내지 화학식 3 및/또는 화학식 4a 내지 화학식 5의 유기 화합물 중 어느 하나의 화합물로 이루어질 수 있다.
한편, 정공이 발광물질층(260)을 지나 제 2 전극(220)으로 이동하거나, 전자가 발광물질층(260)을 지나 제 1 전극(210)으로 가는 경우, 소자의 수명과 효율에 감소를 가져올 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 발광다이오드(200)는 발광물질층(160)의 상부와 하부 중 적어도 한 곳에 엑시톤 차단층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 발광다이오드(200)는 정공수송층(250)과 발광물질층(260) 사이에 전자의 이동을 제어, 방지할 수 있는 전자차단층(310)이 위치할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 전자차단층(310)은 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)-트리페닐아민(4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine; TCTA) 및/또는 (N-(비페닐)-2-일)-N-(9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-일)-9,9'-스파이로비[플루오렌]-2-아민((N-(biphenyl-2-yl)-N-(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)-9,9'-spirobi[fluoren]-2-amine)로 이루어질 수 있다.
다른 예시적인 실시형태에서, 전자차단층(310)은 화학식 1, 예를 들어 화학식 2 내지 화학식 3으로 표시되는 어느 하나의 유기 화합물인 제 1 형 유기 화합물로 이루어질 수도 있다.
발광물질층(260)은 소자의 발광 효율 등을 증대시키기 위하여 호스트에 도펀트가 도핑되어 이루어질 수 있다. 발광물질층(260)의 호스트로서 화학식 1 내지 화학식 5로 표시되는 유기 화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 형 유기 화합물인 화학식 2 내지 화학식 3으로 표시되는 어느 하나의 유기 화합물 및/또는 제 2 형 유기 화합물인 화학식 4a 내지 화학식 5로 표시되는 어느 하나의 유기 화합물이 발광물질층(260)의 호스트로 사용될 수 있다.
이때, 발광물질층(260)은 예를 들어 화학식 1 내지 화학식 5로 표시되는 유기 화합물에 비하여 삼중항 에너지가 낮은 인광 도펀트와 같은 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어 도펀트는 상기 화학식 7 내지 화학식 9로 표시되는 인광 착화합물일 수 있다. 발광물질층(260)이 호스트-도펀트로 구성되는 경우, 도펀트는 호스트로 사용되는 화학식 1 내지 화학식 5의 유기 화합물을 기준으로 대략 0.1 내지 50 중량%, 바람직하게는 1 내지 20 중량%의 비율로 도핑될 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시형태에서는 발광물질층(260)과 전자수송층(270) 사이에 다른 엑시톤 차단층으로서 정공차단층(320)이 위치하여 발광물질층(260)과 전자수송층(270) 사이에 정공의 이동을 방지한다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 정공차단층(320)의 소재로서 전자수송층(270)에 사용될 수 있는 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole), 벤조티아졸(benzothiazole), 벤즈이미다졸, 트리아진 등의 유도체가 사용될 수 있다. 예를 들어 정공차단층(320)은 HOMO level이 낮은 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl- 1,10-phenanthroline; BCP), 비스(2-메틸-8-퀴놀리노라토-N1,O8)-(1,1'-바이페닐-4-올라토)알루미늄(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum; BAlq), Alq3, (2-바이페닐-4-일-5-(4-터셔리-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸(2-biphenyl-4-yl-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole; PBD), 스파이로-PBD, lithium quinolate(Liq) 및/또는 상기 화학식 11로 표시되는 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예시적인 실시형태에서, 정공차단층(320)은 화학식 1, 예를 들어 화학식 4a 내지 화학식 5로 표시되는 제 2 형 유기 화합물로 이루어질 수도 있다.
한편, 발광물질층(260)과 제 2 전극(220) 사이에는 전자수송층(270)과 전자주입층(280)이 순차적으로 적층될 수 있다. 전자수송층(270)을 이루는 소재는 높은 전자 이동도가 요구되는데, 원활한 전자 수송을 통하여 발광물질층(260)에 전자를 안정적으로 공급한다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 전자수송층(270)은 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole), 벤조티아졸(benzothiazole), 벤즈이미다졸, 트리아진 등의 유도체일 수 있다. 예를 들어, 전자수송층(270)은 Alq3, PBD, 스파이로-PBD, Liq, 2-[4-(9,10-디-2-나프탈레닐-2-안트라세닐)페닐]-1-페닐-1H-벤즈이미다졸(2-[4-(9,10-Di-2-naphthalenyl-2-anthracenyl)phenyl]-1-phenyl-1H-benzimidazol), TAZ, Bphen, TPQ, TPBI 및/또는 상기 화학식 11로 표시되는 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예시적인 실시형태에서, 전자수송층(270)은 화학식 1, 보다 구체적으로 화학식 4a 내지 화학식 5로 표시되는 제 2 형 유기 화합물로 이루어질 수도 있다.
전자주입층(280)은 제 2 전극(220)과 전자수송층(270) 사이에 위치하는데, 제 2 전극(220)의 특성을 개선하여 소자의 수명을 개선할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 전자주입층(280)의 소재로는 LiF, CsF, NaF, BaF2 등의 알칼리 할라이드계 물질 및/또는 LiQ(lithium quinolate), lithium benzoate, sodium stearate 등의 유기금속계 물질이 사용될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예시적인 실시형태에서, 전자주입층(280)은 화학식 1, 보다 구체적으로 화학식 4a 내지 화학식 5로 표시되는 제 2 형 유기 화합물로 이루어질 수도 있다.
전자수송층(270)과 전자주입층(280)이 본 발명의 유기 화합물을 포함하여 유기물로 이루어지는 경우, 전자수송층(270) 및/또는 전자주입층(280)에 알칼리 금속 또는 알칼리토금속을 도펀트로 사용하여 전자 주입 및/또는 전자 수송 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 발광다이오드(200)는 제 1 실시형태의 발광다이오드(100)와 비교하여, 발광물질층(260)의 상면과 하면 중 적어도 한 곳에 정공 또는 전자의 이동을 방지할 수 있는 엑시톤 차단층으로서의 전자차단층(310)과 정공차단층(320) 중 적어도 하나를 더욱 포함한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기 화합물은 축합 고리가 연결되는 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 코어를 포함하고 있으므로, 열 안정성이 우수하다. 이 축합 고리가 연결되는 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 코어에, 축합 고리가 연결되는 제 2 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 고리 또는 질소 원자가 풍부한 헤테로 방향족 고리가 직접 또는 간접적으로 연결되어 정공 수송 특성 및/또는 전자 수송 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 유기 화합물을 유기물층(230)을 구성하는 어느 하나의 층에 적용하는 경우, 전하 수송 능력의 개선에 의하여 낮은 전압에서도 발광다이오드(200)를 구동할 수 있다. 특히, 발광물질층(260)에 사용되는 경우, 전하가 균형 있게 주입되어 발광물질층(260)의 전 영역에서 발광을 유도할 수 있으며, 발광다이오드(200)의 발광 효율 향상 및/또는 장수명을 유도할 수 있다. 분만 아니라, 제 1 실시형태의 발광다이오드(100)와 비교해서 전하의 이동을 제어하는 별도의 엑시톤 차단층(310, 320)을 포함하고 있으므로, 보다 낮은 전압에서도 충분히 구동할 수 있으며, 소자의 발광 효율 향상 및/또는 장수명을 유도할 수 있다.
계속해서, 본 발명의 발광다이오드를 적용한 표시장치에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광다이오드 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 유기발광다이오드 표시장치(400)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와, 구동 박막트랜지스터(DTr)를 덮는 평탄화층(460)과, 평탄화층(460) 상에 위치하며 구동 박막트랜지스터(DTr)에 연결되는 발광다이오드(E)를 포함한다. 구동 박막트랜지스터(DTr)는, 반도체층(440), 게이트 전극(444), 소스 전극(456) 및 드레인 전극(458)을 포함하는데, 도 3에서는 코플라나 구조의 박막트랜지스터(DTr)를 나타낸다.
구체적으로, 유리 또는 플라스틱으로 이루어지는 기판(401)은 베이스 기판을 형성하는데, 기판(401) 상부에 반도체층(440)이 형성된다. 예를 들어, 반도체층(440)은 산화물 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우 반도체층(440) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음)과 버퍼층(도시하지 않음)이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(440)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(440)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(440)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(440)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(440) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(442)이 기판(401) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(442)은 실리콘 옥사이드(SiO2) 또는 실리콘 나이트라이드(SiNx)와 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(442) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(444)이 반도체층(440)의 중앙에 대응하여 형성된다. 게이트 전극(442)은 저-저항 금속 물질, 예를 들어 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy, 예를 들어 AlNd), 텅스텐(W), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 금 (Au), 금 합금, 크롬(Cr), 티타늄 (Ti), 티타늄 합금(Ti alloy), 몰리텅스텐(MoW), 몰리티타늄(MoTi) 및 구리/몰리티타늄(Cu/MoTi)으로 구성되는 군에서 선택될 수 있는 도전성 금속으로 이루어질 수 있다.
또한, 게이트 절연막(442) 상부에는 게이트 배선(도시하지 않음)과 제 1 캐패시터 전극(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 게이트 배선은 제 1 방향을 따라 연장되고, 제 1 캐패시터 전극은 게이트 전극(444)에 연결될 수 있다. 한편, 게이트 절연막(442)이 기판(401) 전면에 형성되어 있으나, 게이트 절연막(442)은 게이트 전극(444)과 동일한 모양으로 패터닝 될 수도 있다.
게이트 전극(444) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(450)이 기판(401) 전면에 형성된다. 층간 절연막(450)은 실리콘 옥사이드(SiO2)나 실리콘 나이트라이드(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토 아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(450)은 반도체층(440)의 양측 상면을 노출하는 제 1 및 제 2 컨택홀(452, 454)을 갖는다. 제 1 및 제 2 컨택홀(452, 454)은 게이트 전극(444)의 양측에서 게이트 전극(444)과 이격되어 위치한다. 여기서, 제 1 및 제 2 컨택홀(452, 454)은 게이트 절연막(442) 내에도 형성된다. 이와 달리, 게이트 절연막(442)이 게이트 전극(444)과 동일한 모양으로 패터닝 될 경우, 제 1 및 제 2 컨택홀(452, 454)은 층간 절연막(450) 내에만 형성된다.
층간 절연막(450) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 소스 전극(456)과 드레인 전극(458)이 형성된다. 소스 전극(456)과 드레인 전극(458)은 게이트 전극(444)과 동일한 소재로 이루어질 수 있다. 또한, 층간 절연막(450) 상부에는 제 2 방향을 따라 연장되는 데이터 배선(도시하지 않음)과 전원 배선(도시하지 않음) 및 제 2 캐패시터 전극(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.
소스 전극(456)과 드레인 전극(458)은 게이트 전극(444)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제 1 및 제 2 컨택홀(452, 454)을 통해 반도체층(440)의 양측과 접촉한다. 도시하지 않았지만, 데이터 배선은 제 2 방향을 따라 연장되고 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하며, 고전위 전압을 공급하는 전원 배선은 데이터 배선과 이격되어 위치한다. 제 2 캐패시터 전극은 드레인 전극(458)과 연결되고 제 1 캐패시터 전극과 중첩함으로써, 제 1 및 제 2 캐패시터 전극 사이의 층간 절연막(450)을 유전체층으로 하여 스토리지 캐패시터를 이룬다.
한편, 반도체층(440), 게이트전극(444), 소스 전극(456) 및 드레인 전극(458)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이룬다. 도 4에 예시된 구동 박막트랜지스터(DTr)는 반도체층(440)의 상부에 게이트 전극(444), 소스 전극(456) 및 드레인 전극(458)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다.
이와 달리, 구동 박막트랜지스터(DTr)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고, 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
또한, 구동 박막트랜지스터(DTr)와 실질적으로 동일한 구조의 스위칭 박막트랜지스터(도시하지 않음)가 기판(401) 상에 더 형성된다. 구동 박막트랜지스터(DTr)의 게이트 전극(444)은 스위칭 박막트랜지스터(도시하지 않음)의 드레인 전극(도시하지 않음)에 연결되고 구동 박막트랜지스터(DTr)의 소스 전극(456)은 전원 배선(도시하지 않음)에 연결된다. 또한, 스위칭 박막트랜지스터(도시하지 않음)의 게이트 전극(도시하지 않음)과 소스 전극(도시하지 않음)은 게이트 배선 및 데이터 배선과 각각 연결된다.
소스 전극(456)과 드레인 전극(458) 상부에는 평탄화층(460)이 기판(401) 전면에 형성된다. 평탄화층(460)은 상면이 평탄하며, 구동 박막트랜지스터(Td)의 드레인 전극(558)을 노출하는 드레인 컨택홀(462)을 갖는다. 여기서, 드레인 컨택홀(462)은 제 2 컨택홀(454) 바로 위에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 제 2 컨택홀(454)과 이격되어 형성될 수도 있다.
발광다이오드(E)는 평탄화층(460) 상에 위치하며 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인 전극(458)에 연결되는 제 1 전극(410)과, 제 1 전극(410) 상에 순차 적층되는 발광층(430) 및 제 2 전극(420)을 포함한다. 제 1 전극(410)은 일함수 값이 비교적 큰 물질로 이루어져 양극 역할을 하고, 제 2 전극(420)은 일함수 값이 비교적 작은 물질로 이루어져 음극 역할을 할 수 있다.
발광층(430)은, 도 1 내지 도 2의 실시형태를 통해 설명한 바와 같이, 화학식 1 내지 화학식 5로 표시되는 유기 화합물을 사용하고, 필요에 따라 도펀트가 도핑될 수 있는 유기물층(130, 230, 도 1 및 도 2 참조)을 포함할 수 있다.
제 2 전극(184) 상에는, 외부 수분이 유기발광다이오드(D)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 480)이 형성된다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 인캡슐레이션 필름(480)은 제 1 무기층과, 유기층과 무기층이 순차 적층된 삼중층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유기 화합물은 축합 고리가 연결되는 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 고리를 코어로 포함하고 있으므로 열 안정성이 우수하다. 따라서 본 발명의 유기 화합물을 발광층(430)에 적용하는 경우, 발광다이오드(E)의 발광 효율 및/또는 소자 수명을 개선할 수 있다. 또한, 본 발명의 유기 화합물은 축합 고리가 연결되는 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 코어에, 축합 고리가 연결되는 제 2 카바졸 모이어티를 가지는 방향족 고리 또는 질소 원자가 풍부한 헤테로 방향족 고리가 직접 또는 간접적으로 연결되어, 정공 수송 특성 및/또는 전자 수송 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 유기 화합물을 포함하는 유기발광다이오드 표시장치(400)는 낮은 전압에서도 효율적으로 구동될 수 있다. 뿐만 아니라 발광층(430)에서 정공과 전자가 균형 있게 주입, 이동하도록 제어할 수 있어서 인접한 층과의 계면 영역에서 발광이 초래되는 것을 방지하여 발광층(430)의 전 영역에서 발광이 일어난다. 이에 따라 발광다이오드(E)의 발광 효율 향상 및/또는 장수명을 유도할 수 있다.
이하, 예시적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 하지만, 본 발명이 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다.
합성예 1: PPH1 화합물의 합성
1) 2,4-dibromo-1-nitrobenzene의 합성
[반응식 1a]
Figure pat00021
황산 744 mL, 질산 (70%) 144 mL을 넣고 0℃로 유지한 후, 1,3-디브로모벤젠 300g (1,270 mmol)을 천천히 적가시키고 30분 동안 교반시킨다. 반응종료 후 얼음물에 천천히 떨어뜨리고 고체를 여과하고 에틸아세테이트로 수 차례 추출한다. 유기 용액을 제거하고 실리카겔 컬럼하여 화합물 2,4-dibromo-1-nitrobenzene 261g (수율 : 73%)을 얻었다.
2) 4-(5-bromo-2-nitrophenyl)dibenzo[b,d]furan 의 합성
[반응식 1b]
Figure pat00022
화합물 2,4-dibromo-1-nitrobenzene 100g (356 mmol), dibenzofuran boronic acid 75 g (356 mmol), Pd(pph3)4 12.3g (10.6 mmol), K2CO3 98.4g (712 mmol)를 넣고 에틸알콜 336 mL, 증류수 336 mL, 톨루엔 1680 mL로 녹인 후 2시간 동안 교반시킨다. 반응 종료 후 교반액을 감압여과 후 실리카겔 컬럼하여 화합물 4-(5-bromo-2-nitrophenyl)dibenzo[b,d]furan, 60g (수율 : 45%)을 얻었다.
3) 2-bromo-5H-benzofuro[3,2-c]carbazole 합성
[반응식 1c]
Figure pat00023
화합물 4-(5-bromo-2-nitrophenyl)dibenzo[b,d]furan 140g (380 mmol), 트리페닐포스핀 299g (1,140 mmol)를 1,2-디클로로벤젠 980 mL에 녹인다. 12 시간 교반시킨 후 감압농축하여 용매 제거하고 실리카겔 컬럼하여 25g (수율 : 20%)을 얻었다.
4) 2-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)-5H-benzofuro[3,2-c]carbazole 합성
[반응식 1d]
Figure pat00024
화합물 2-bromo-5H-benzofuro[3,2-c]carbazole 6.5g (19 mmol), phenyl boronic acid 6.6g (23 mmol), Pd(pph3)Cl4 0.9g (0.8 mmol), K2CO3 7.1g (51 mmol)을 증류수 26 mL, 에틸알코올 33 mL, 톨루엔 65 mL에 녹인 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 반응액을 상온으로 냉각하고 석출된 고체를 필터한 후 메틸알코올로 수차례 세척하여 2-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)-5H-benzofuro[3,2-c]carbazole, 7g (수율 : 74%)을 얻었다.
5) 2,2'-dibromobiphenyl 합성
[반응식 1e]
Figure pat00025
1,2-Dibromobenzene 51 mL(424 mmol)을 THF에 녹인 후 -78℃로 냉각시킨다. n-BuLi 90 mL (2.5M, 225 mmol)을 1시간 동안 천천히 적가시킨다. 상온에서 12시간 동안 교반한 후 물로 quenching 하고 ether 로 추출한다. 용매 제거 후 Hexane 으로 재침전시켜 2,2'-Dibromobiphenyl, 29.4g (수율 : 22%)을 얻었다.
6) 9-(2'-bromobiphenyl-2-yl)-9H-fluoren-9-ol 합성
[반응식 1f]
Figure pat00026
2,2'-dibromobiphenyl 29.4g (94.2 mmol)을 THF에 녹인다. -78℃로 냉각시킨 후 n-BuLi 37 mL (2.5M, 94 mmol) 을 천천히 적가시킨다. 그리고 나서 fluorene 20.4g (113 mmol)을 THF에 녹여서 천천히 적가시킨다. 서서히 상온으로 올려서 12시간 동안 교반시킨다. 증류수로 quenching시키고 ether로 추출하여 노란색 powder 36g 을 얻었다.
7) 4-bromo-9,9'-spirobi[fluorene] 합성
[반응식 1g]
Figure pat00027
9-(2'-bromobiphenyl-2-yl)-9H-fluoren-9-ol 36g (94 mmol)을 acetic acid 360 mL, 염산 (36%) 36 mL에 녹인 후 12시간 동안 환류교반 시킨다. 용매 제거 후 실리카겔 컬럼하여 4-bromo-9,9'-spirobi[fluorene] 32g (수율 : 86%) 을 얻었다.
8) PPH1 합성
[반응식 1h]
Figure pat00028
2-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)-5H-benzofuro[3,2-c]carbazole 7g (14 mmol), 4-bromo-9,9'-spirobi[fluorene] 6.7g (17 mmol), Pd2(dba)3 0.64g (0.7 mmol), tert-tributylphosphine 0.17g (0.84 mmol), tert-sodiumbutoxide 3.56g (37 mmol)을 톨루엔 280 mL로 녹인다. 48시간 동안 환류교반 시킨 후 methylenechloride으로 3차례 추출한다. 감압농축하고 메틸알코올로 세척하고 실리카겔 컬럼을 통해 PPH1, 2.5g (수율 : 22%) 을 얻었다.
합성예 2: PPH3 화합물의 합성
1) ) 9-(biphenyl-3-yl)-9H-carbazole 합성
[반응식 2a]
Figure pat00029
3-Bromo-phenylcarbazole 20g (62 mmol), boronic acid 9.08g (74 mmol), Pd(pph3)4 0.7g (0.621 mmol), K2CO3 17.2g (124 mmol)을 에틸알코올 200 mL과 톨루엔 800 mL으로 녹인다. 12시간 동안 환류 교반시킨 후 톨루엔 과 에틸알코올로 재침전하여 9-(biphenyl-3-yl)-9H-carbazole 16.2g (수율 : 82%) 을 얻었다.
2) 9-(biphenyl-3-yl)-3-bromo-9H-carbazole 합성
[반응식 2b]
Figure pat00030
9-(biphenyl-3-yl)-9H-carbazole 16.2g (50.7 mmol)을 클로로포름 320 mL에 녹인 후, 상온에서 NBS 9.03g (50.7 mmol)을 천천히 넣어준다. 그리고 나서 5시간 동안 환류 교반시킨다. 반응 종결 후 증류수를 넣고 추출하고 실리카겔 컬럼하여 crude 상태 9-(biphenyl-3-yl)-3-bromo-9H-carbazole 17.2g 을 얻었다
3) 9-(biphenyl-3-yl)-9H-carbazol-3-ylboronic acid 합성
[반응식 2c]
Figure pat00031
9-(biphenyl-3-yl)-3-bromo-9H-carbazole 17.2g (43.1 mmol)을 THF 172 mL에 녹인다. -78℃로 냉각시키고 n-BuLi 20.7 mL (2.5M, 51.7 mmol)을 천천히 적가시킨다. 1시간 동안 교반한 후 triethylborate 8.8 mL (51.7 mmol)에 넣고 상온으로 올려 12시간 동안 교반시킨다. 반응 종결 후 THF와 Hexane으로 재침전하여 9-(biphenyl-3-yl)-9H-carbazol-3-ylboronic acid, 12g (수율 : 76%)을 얻었다.
4) 2-(9-(biphenyl-3-yl)-9H-carbazol-3-yl)-5H-benzofuro[3,2-c]carbazole 합성
[반응식 2d]
Figure pat00032
2-bromo-5H-benzofuro[3,2-c]carbazole 5.4g (16.06 mmol), boronic acid 7g (19.27 mmol), Pd(pph3)4 0.9g (0.8 mmol), K2CO3 6.66g (48 mmol)을 에틸알코올 30 mL, 증류수 30 mL, 톨루엔 150 mL에 녹인다. 12시간 동안 환류 교반시킨 후 E.A로 추출하고 실리카겔 컬럼하여 2-(9-(biphenyl-3-yl)-9H-carbazol-3-yl)-5H-benzofuro[3,2-c]carbazole, 4.5g (수율 : 49%)을 얻었다.
5) PPH3 합성
[반응식 2e]
Figure pat00033
2-(9-(biphenyl-3-yl)-9H-carbazol-3-yl)-5H-benzofuro[3,2-c]carbazole 4.5g (7.83 mmol), 3-bromobiphenyl 5.48g (23.5 mmol), Pd2(dba)3 0.28g, tert-butylphosphine 0.95mg (0.470 mmol), tert-sodiumbutoxide 1.66g (17.2 mmol)을 톨루엔 100 mL에 녹인다. 12시간 동안 환류 교반시킨 후 실리카겔 컬럼하여 PPH3, 2g (수율 : 56%)을 얻었다.
합성예 3: PPH5 화합물의 합성
1) 3-(biphenyl-3-yl)-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole 합성
[반응식 3a]
Figure pat00034
다이벤조퓨로카바졸 77g (299 mmol), 3-메타브로모바이페닐 60g (359 mmol), 소듐터셔리부톡사이드 86g (897 mmol), Pd2(dba)3 14g (359 mmol), 트리터셔리뷰틸포스핀 15 mL (30 mmol)을 자일렌 1,000 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 유기 용액을 제거하고 실리카겔 컬럼하여 화합물 3-(biphenyl-3-yl)-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole, 80g (수율 : 65%)을 얻었다.
2) 3-(biphenyl-3-yl)-6-bromo-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole 합성
[반응식 3b]
Figure pat00035
다이벤조퓨로카바졸 77g (299 mmol), 3-메타브로모바이페닐 60g (359 mmol), 소듐터셔리부톡사이드 86g (897 mmol), Pd2(dba)3 14g (359 mmol), 트리터셔리뷰틸포스핀 15 mL (30 mmol)을 자일렌 1,000 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 유기 용액을 제거하고 실리카겔 컬럼하여 화합물 3-(biphenyl-3-yl)-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole, 80g (수율 : 65%) 을 얻었다.
3) 3-(biphenyl-3-yl)-6-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole 합성
[반응식 3c]
Figure pat00036
화합물 3-(biphenyl-3-yl)-6-bromo-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole 49g (100 mmol), 비스(피나콜라토)디보론 38g (151 mmol), Pd(dppf)Cl2 4g (5 mmol), 포타슘아세테이트 20g (201 mmol)을 1,4-다이옥산 600 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 유기 용액을 제거하고 재결정하여 화합물 3-(biphenyl-3-yl)-6-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole, 40g (수율 : 75%)을 얻었다.
4) PPH5 합성
[반응식 3d]
Figure pat00037
화합물 3-(biphenyl-3-yl)-6-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole 10g (19 mmol), 9-메타-바이페닐3-브로모 카바졸 7g (19 mmol), Pd(PPh3)4 0.2g (0.2 mmol), 포타슘카보네이트 5g (37 mmol)을 톨루엔 150 mL, 에틸알코올 50 mL, 증류수 50 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 반응액을 감압 중류 후 제결정하여 화합물 PPH6, 8 g (수율 : 59%)을 얻었다. 합성된 화합물 PPH5에 대한 NMR 분석 결과가 도 4에 도시되어 있다.
합성예 4: PPH7 화합물의 합성
1) 3-(biphenyl-3-yl)-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole 합성
[반응식 4a]
Figure pat00038
벤조퓨로카바졸 77g (299 mmol), 3-메타브로모바이페닐 60g (359 mmol), 소듐터셔리부톡사이드 86g (897 mmol), Pd2(dba)3 14g (359 mmol), 트리터셔리뷰틸포스핀 15 mL (30 mmol)을 자일렌 1000 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 유기 용액을 제거하고 실리카겔 컬럼하여 화합물 3-(biphenyl-3-yl)-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole, 80g (수율 : 65%)을 얻었다.
2) 3-(biphenyl-3-yl)-6-bromo-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole 합성
[반응식 4b]
Figure pat00039
화합물 3-(biphenyl-3-yl)-6-bromo-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole 47g (114 mmol), NBS 22g (126 mmol)을 다이메틸포름 아마이드 600 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 실온 교반하였다. 반응액에 증류수로 참가 후 6시간 실온 교반한다. 교반액을 감압여과 후 고체를 메틸알코올에 넣고 실온 교반한다. 감압여과 후 화합물 3-(biphenyl-3-yl)-6-bromo-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole, 50g (수율 : 71%)을 얻었다.
3) 3-(biphenyl-3-yl)-6-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole 합성
[반응식 4c]
Figure pat00040
화합물 3-(biphenyl-3-yl)-6-bromo-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole 49g (100 mmol), 비스(피나콜라토)디보론 38g (151 mmol), Pd(dppf)Cl2 4g (5 mmol), 포타슘아세테이트 20g (201 mmol)을 1,4-다이옥산 600 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 유기 용액을 제거하고 재결정하여 화합물 3-(biphenyl-3-yl)-6-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole, 40g (수율 : 75%)을 얻었다.
4) PPH7 합성
[반응식 4d]
Figure pat00041
화합물 3-(biphenyl-3-yl)-6-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole 10g (19 mmol), 화합물 3-(biphenyl-3-yl)-6-bromo-3H-benzofuro[2,3-b]carbazole 9g (19 mmol), Pd(PPh3)4 0.2g (0.2 mmol), 포타슘카보네이트 5g (37 mmol)을 톨루엔 150 mL, 에틸알코올 50 mL, 증류수 50 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 반응액을 감압 중류 후 재결정하여 화합물 PPH7, 8 g (수율 : 59%)을 얻었다. 합성된 화합물 PPH7에 대한 NMR 분석 결과가 도 5에 도시되어 있다.
합성예 5: PPH9 화합물의 합성
1) dibenzothio-carbazole 유도체 합성
[반응식 5a]
Figure pat00042
다이벤조시아노카바졸 77g (302 mmol), 3-메타브로모바이페닐 60g (359 mmol), 소듐터셔리부톡사이드 86g (897 mmol), Pd2(dba)3 14g (359 mmol), 트리터셔리뷰틸포스핀 15 mL (30 mmol)을 자일렌 1000 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 유기 용액을 제거하고 실리카겔 컬럼하여 화합물 dibenzothio-carbazole 유도체 , 80g (수율 : 65%)을 얻었다.
2) Bromo-dibenzothio-carbazole 합성
[반응식 5b]
Figure pat00043
화합물 dibenzothio-carbazole 47g (120 mmol), NBS 22g (136 mmol)을 다이메틸포름아마이드 600 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 실온 교반하였다. 반응액에 증류수로 참가 후 6시간 실온 교반한다. 교반액을 감압여과 후 고체를 메틸알코올에 넣고 실온 교반한다. 감압여과 후 화합물 Bromo-dibenzothio-carbazole, 50g (수율 : 71%)을 얻었다.
3) pinacol-dibenzothio-carbazole 유도체 합성
[반응식 5c]
Figure pat00044
화합물 Bromo-dibenzothio-carbazole 49g (105 mmol), 비스(피나콜라토)디보론 38g (156 mmol), Pd(dppf)Cl2 4g (5 mmol), 포타슘아세테이트 20g (201 mmol)을 1,4-다이옥산 600 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 유기 용액을 제거하고 재결정하여 화합물 pinacol-dibenzothio-carbazole, 40g (수율 : 75%)을 얻었다.
4) PPH9 합성
[반응식 5d]
Figure pat00045
화합물 pinacol-dibenzothio-carbazole 10g (19 mmol), 화합물 Bromo-dibenzothio-carbazole 9g (19 mmol), Pd(PPh3)4 0.2g (0.2 mmol), 포타슘카보네이트 5g (37 mmol)을 톨루엔 150 mL, 에틸알코올 50 mL, 증류수 50 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 반응액을 감압 중류 후 재결정하여 화합물 PPH9, 7 g (수율 : 49%)을 얻었다. 합성된 화합물 PPH9에 대한 NMR 분석 결과가 도 6에 도시되어 있다.
합성예 6: PPH11 화합물의 합성
1) 6-bromo-1,1-dimethyl-3-phenyl-1,3-dihydroindeno[2,1-b]carbazole 유도체 합성
[반응식 6a]
Figure pat00046
5-페닐인데노카바졸 43g (120 mmol), NBS 22g (136 mmol)을 다이메틸포름아마이드 600 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 실온 교반하였다. 반응액에 증류수로 참가 후 6시간 실온 교반한다. 교반액을 감압여과 후 고체를 메틸알코올에 넣고 실온 교반한다. 감압여과 후 화합물 6-bromo-1,1-dimethyl-3-phenyl-1,3-dihydroindeno[2,1-b]carbazole, 45g (수율 : 86%)을 얻었다.
2) 1,1-dimethyl-3-phenyl-6-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-1,3-dihydroindeno[2,1-b]carbazole 합성
[반응식 6b]
Figure pat00047
화합물 6-bromo-1,1-dimethyl-3-phenyl-1,3-dihydroindeno[2,1-b]carbazole 46g (105 mmol), 비스(피나콜라토)디보론 38g (156 mmol), Pd(dppf)Cl2 4g (5 mmol), 포타슘아세테이트 20g (201 mmol )을 1,4-다이옥산 600 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 유기 용액을 제거하고 재결정하여 화합물 1,1-dimethyl-3-phenyl-6-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-1,3-dihydroindeno[2,1-b]carbazole, 40g (수율 : 78%)을 얻었다.
3) PPH11 합성
[반응식 6c]
Figure pat00048
화합물 1,1-dimethyl-3-phenyl-6-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-1,3-dihydroindeno[2,1-b]carbazole 10g (20 mmol), 3-브로모-9,9-페닐인돌로카바졸 10g (20 mmol), Pd(PPh3)4 0.2g (0.2 mmol), 포타슘카보네이트 5g (40 mmol) 을 톨루엔 150 mL, 에틸알코올 50 mL, 증류수 50 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 반응액을 감압 중류 후 재결정하여 화합물 PPH11, 10g (수율 : 63%)을 얻었다.
합성예 7: PPH13 화합물의 합성
1) [반응식 7a]
Figure pat00049
스파이로바이플로레인데노카바졸 121g (299 mmol), 아이오도벤젠 73g (359 mmol), 소듐터셔리부톡사이드 86g (897 mmol), Pd2(dba)3 14g (359 mmmol), 트리터셔리뷰틸포스핀 15 mL (30 mmol)을 자일렌 1000 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 유기 용액을 제거하고 실리카겔 컬럼하여 화합물 3'-phenyl-3'H-spiro[fluorene-9,1'-indeno[2,1-b]carbazole], 100g (수율 : 69%)을 얻었다.
2) 6'-bromo-3'-phenyl-3'H-spiro[fluorene-9,1'-indeno[2,1-b]carbazole] 합성
[반응식 7b]
Figure pat00050
화합물 3'-phenyl-3'H-spiro[fluorene-9,1'-indeno[2,1-b]carbazole] 55g (114 mmol), NBS 22g (126 mmol)을 다이메틸포름아마이드 600 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 실온 교반하였다. 반응액에 증류수로 참가 후 6시간 실온 교반한다. 교반액을 감압여과 후 고체를 메틸 알코올에 넣고 실온 교반한다. 감압여과 후 화합물 6'-bromo-3'-phenyl-3'H-spiro[fluorene-9,1'-indeno[2,1-b]carbazole], 50g (수율 : 78%)을 얻었다.
3) 3'-phenyl-6'-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-3'H-spiro[fluorene-9,1'-indeno[2,1-b]carbazole] 합성
[반응식 7c]
Figure pat00051
화합물 3'-phenyl-3'H-spiro[fluorene-9,1'-indeno[2,1-b]carbazole] 56g (100 mmol), 비스(피나콜라토)디보론 38g (151 mmol), Pd(dppf)Cl2 4g (5 mmol), 포타슘아세테이트 20g (201 mmol)을 1,4-다이옥산 600 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 유기 용액을 제거하고 재결정하여 화합물 3'-phenyl-6'-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-3'H-spiro[fluorene-9,1'-indeno[2,1-b]carbazole], 45g (수율 : 74%)을 얻었다.
4) PPH13 합성
[반응식 7d]
Figure pat00052
화합물 3'-phenyl-6'-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-3'H-spiro[fluorene-9,1'-indeno[2,1-b]carbazole] 10g (16 mmol), 3-브로모9-페닐카바졸 5g (16 mmol), Pd(PPh3)4 0.2g (0.2 mmol), 포타슘카보네이트 5g (33 mmol) 을 톨루엔 150 mL, 에틸알코올 50 mL, 증류수 50 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 반응액을 감압 중류 후 제결정하여 화합물 PPH13, 6g (수율 : 50%) 을 얻었다. 합성된 화합물 PPH13에 대한 NMR 분석 결과가 도 7에 도시되어 있다.
합성예 8: PPH15 화합물의 합성
[반응식 8]
Figure pat00053
스파이로바이플로레인데노카바졸 12g (30 mmol), 3-브로모-9-페닐카바졸 10g (30 mmol), 소듐터셔리부톡사이드 6g (59 mmol), Pd2(dba)3 1g (1.5 mmol), 트리터셔리뷰틸포스핀 2 mL ( 3mmol)을 자일렌 1000 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 유기 용액을 제거하고 실리카겔 컬럼하여 화합물 PPH15, 12g (수율 : 63%)을 얻었다. 합성된 화합물 PPH15에 대한 NMR 분석 결과가 도 8에 도시되어 있다.
합성예 9: PNH1 화합물의 합성
1) 2-(3-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 합성
[반응식 9a]
Figure pat00054
1,3-Dibromobenzene을 THF 에 녹인다. 그리고 나서 -78℃로 냉각시킨 후 n-BuLi 60 mL (2.5M)을 천천히 적가시킨다. 1시간 동안 교반시킨 후 2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 40g (149.7 mmol)을 THF 에 녹여서 천천히 적가시킨다. 그리고 나서 상온으로 올리고 12시간 동안 교반시킨다. 반응 종료 후 THF/MeOH 와 M.C/Hexane으로 재침전하여 2-(3-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine, 16g (수율 : 28%)을 얻었다.
2) 2,4-diphenyl-6-(3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-1,3,5-triazine 합성
[반응식 9b]
Figure pat00055
2-(3-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 15.8g (40.7 mmol), Bis(pinacolato)diborane 10.4g (40.7 mmol), Pd2(dba)3 1.12g (1.2 mmol), Potassium acetate 6.0g (61.1 mmol), tricyclohexylphosphine 0.8g (2.8 mmol)을 넣고 1,4-Dioxane 으로 녹여 12시간 동안 환류교반 시킨다. 반응 종료 후 용매를 제거하고 Hot 톨루엔에 녹인 후 실리카겔 필터하여 2,4-diphenyl-6-(3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-1,3,5-triazine 13g (수율 : 73%)을 얻었다.
3) 2-(3-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)-5H-benzofuro[3,2-c]carbazole 합성
[반응식 9c]
Figure pat00056
2,4-diphenyl-6-(3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-1,3,5-triazine13g (29.86 mmol), benzofuran-carbazole 유도체 13.05g (38.82 mmol), Pd(pph3)4 1.04g (0.896 mmol), K2CO3 12.4g (89.58 mmol)을 넣고 에틸알코올 150 mL, 증류수 150 mL, THF 300 mL에 녹인다. 12시간 동안 환류 교반 시킨 후 용매를 제거하고 THF/MeOH 로 재침전하여 2-(3-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)-5H-benzofuro[3,2-c]carbazole, 11g (수율 : 65%)을 얻었다.
4) PNH1 합성
[반응식 9d]
Figure pat00057
2-(3-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)-5H-benzofuro[3,2-c]carbazole 11g (19.48 mmol), bromo-biphenyl 5.45g (23.38 mmol), Pd2(dba)3 0.7g (0.799 mmol), tert-butylphosphine 0.2g (1.169 mmol), tert-sodiumbutoxide 4.5g (46.75 mmol)을 넣고 톨루엔으로 녹인다. 12시간 동안 환류 교반시킨 후 반응 종료하고 실리카겔 컬럼을 통해 PNH1, 3.5g (수율 : 25%)을 얻었다.
합성예 10: PNH3 화합물의 합성
1) 4-(2-nitrophenyl)dibenzo[b,d]furan 합성
[반응식 10a]
Figure pat00058
Bromonitrobenzene 20g (99 mmol), boronic acid 25.1g (118.8 mmol), Pd(pph3)4 4.58g (3.96 mmol), Na2CO3 31.5g (297 mmol)을 에틸알코올 148 mL 과 톨루엔 267 mL으로 녹여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응 종결 후 증류수로 추출하고 실리카겔 컬럼하여 4-(2-nitrophenyl)dibenzo[b,d]furan, 29.3g (수율 : 100%)을 얻었다.
2) 5H-benzofuro[3,2-c]carbazole 합성
[반응식 10b]
Figure pat00059
4-(2-nitrophenyl)dibenzo[b,d]furan 29.3g (101.3 mmol), triphenylphosphine 66.4g (253.2 mmol)을 넣고 dichlorobenzene 210 mL에 녹여 12시간 동안 환류 교반시킨다. 반응 종결 후 dichlorobenzene을 제거하고 실리카겔 컬럼과 메틸알코올 세척을 통해 5H-Benzofuro[3,2-c]carbazole, 17g (수율 : 65%)을 얻었다.
3) PNH3 합성
[반응식 10c]
Figure pat00060
5H-benzofuro[3,2-c]carbazole 5.1g (19.83 mmol), triazine 유도체 7g (18.03 mmol), Pd2(dba)3 0.66g (0.72 mmol), tert-Butyl phosphine 0.2g (1.08 mmol), tert-sodiumbutoxide 3.8g (39.7 mmol)을 넣고 톨루엔 150 mL에 녹인다. 12시간 동안 환류교반 시킨 후 톨루엔을 제거하고 실리카겔 컬럼하여 PNH3, 2g (수율 : 20%)을 얻었다.
합성예 11: PNH5 화합물의 합성
[반응식 11]
Figure pat00061
다이벤조퓨로카바졸 15g (58 mmol), 메타페닐트리아진 23g (58 mmol), 소듐터셔리부톡사이드 11g (117 mmol), Pd2(dba)3 3g (3 mmol), 트리터셔리뷰틸포스핀 3 mL (6 mmol)을 자일렌 1000 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 유기 용액을 제거하고 실리카겔 컬럼하여 화합물 PNH5, 15g (수율 : 46%)을 얻었다.
합성예 12: PNH7 화합물의 합성
[반응식 12]
Figure pat00062
다이벤조퓨로카바졸 15g (58 mmol), p-브로모페닐트리아진 23g (58 mmol), 소듐터셔리부톡사이드 11g (117 mmol), Pd2(dba)3 3g (3 mmol), 트리터셔리뷰틸포스핀 3ml (6 mmol)을 자일렌 1000 mL에 현탁시킨 후 12시간 동안 환류 교반하였다. 디클로로메탄과 증류수로 추출하고 유기층을 실리카겔 필터한다. 유기 용액을 제거하고 실리카겔 컬럼하여 화합물 PNH7, 17g (수율 : 52%)을 얻었다.
비교합성예 1 내지 2: 호스트 합성
하기에 표시된 종래 발광 호스트 물질인 4-(3-트리페닐렌-2-일)페닐)디벤조[b,d]티오펜(4-(3-(triphenylen-2-yl)phenyl)dibenzo[b,d]thiophene; Host1; 비교합성예 1)과 3-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)-1-페닐-1,3-디하이드로인돌로[2,3-b]카바졸(3-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-1-phenyl-1,3-dihydroindolo[2,3-b]carbazole; Host2; 비교합성예 2)를 각각 합성하였다.
Figure pat00063
Figure pat00064
실험예 1: 화합물의 물성 측정
합성예 1 내지 12와, 비교합성예 1 내지 2에서 각각 합성된 유기 화합물에 대하여 최저준위 비점유 분자궤도(LUMO)의 에너지 레벨, 최고준위 점유 분자궤도(HOMO)의 에너지 레벨 및 밴드갭 에너지를 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 1에 표시되어 있다. 본 발명에 따라 합성된 유기 화합물의 밴드갭 에너지는 Host1의 밴드갭 에너지보다는 작지만, Host2의 밴드갭 에너지와 유사하거나 약간 크다. 따라서 본 발명에 따라 합성된 유기 화합물은 발광다이오드의 호스트로 사용되기에 충분한 밴드갭 에너지를 가지고 있다는 것을 확인하였다.
Figure pat00065
실시예 1: 유기발광다이오드 제작
ITO (반사판) / HIL / HTL1 / HTL2 / EBL / EML / ETL / EIL / Cathode / CPL의 순으로 적층된 유기발광다이오드를 제작하였다. 먼저 40 mm x 40 mm x 두께 0.5 mm의 ITO (반사판 포함) 전극 부착 유리 기판을 이소프로필알코올, 아세톤, DI Water로 5분 동안 초음파 세정을 진행한 후 100℃ Oven에 건조하였다. 기판 세정 후 진공상태에서 2분 동안 O2 플라즈마 처리하고 상부에 다른 층들을 증착하기 위하여 증착 챔버로 이송하였다. 약 10-7 Torr 진공 하에 가열 보트로부터 증발에 의해 다음과 같은 순서로 층들을 증착하였다.
(a) 정공주입층: 100 Å, HIL(3%) / HTL1 (N-biphneyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-floren-2-amine , 97%)
(b) 제1 정공수송층: 1200 Å, HTL1
(c) 제2 정공수송층: 250 Å, HTL2 (N-(biphenyl-4-yl)-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)biphenyl-4-amine)
(d) 전자차단층: 150 Å, EBL (N-(biphenyl-2-yl)-N-(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)-9,9'-spirobi[fluoren]-2-amine)
(e) 발광물질층: 400 Å, 제 1 호스트(PPH1), 제 2 호스트(Host2) (1:1) / G-도펀트 (화학식 10의 D7, 5%)
(f) 전자수송층: 300 Å, ETL / Liq (2:1)
(g) 전자주입층 30Å, Mg / LiF (3:1)
(h) 음극 140 Å, Ag / Mg (4:1)
(i) CPL(capping layer)
CPL을 성막한 뒤에 유리로 인캡슐레이션 하였다. 이러한 층들의 증착 후 피막 형성을 위해 증착 챔버에서 건조 박스 내로 옮기고 후속적으로 UV 경화 에폭시 및 수분 게터(getter)를 사용하여 인캡슐레이션 하였다. 이 유기발광다이오드는 9 ㎟의 방출 영역을 갖는다. 본 실시예에서 각각의 유기물층을 적층할 때 사용된 HIL, HTL1, HTL2, EBL, ETL 및 Liq의 구조가 하기에 표시되어 있다.
Figure pat00066
Figure pat00067
실시예 2 내지 16: 유기발광다이오드 제작
발광물질층의 호스트로서 PPH5:Host2(실시예 2), Host1:PNH1(실시예 3), Host1:PNH3(실시예 4), Host1:PNH5(실시예 5), Host1:PNH7(실시예 6), PPH1:PNH1(실시예 7), PPH1:PNH7(실시예 8), PPH5:PNH1(실시예 9), PPH5:PNH7(실시예 10), PPH3:PNH7(실시예 11), PPH7:PNH7(실시예 12), PPH9:PNH7(실시예 13), PPH13:PNH7(실시예 14), PPH15:PNH7(실시예 15), PPH1:PNH5(실시예 16)을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 각각 유기발광다이오드를 제작하였다.
비교예 1: 유기전계발광소자 제작
발광물질층의 호스트로서 Host1:Host2를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 유기발광다이오드를 제작하였다.
실험예 2: 유기발광다이오드의 물성 평가
실시예 1 내지 실시예 11과 비교예 1에서 각각 제작된 유기발광다이오드를 대상으로 구동전압, 발광 효율, 색 좌표 및 소자 수명을 평가하였다. 소자의 물성을 평가하기 위하여 제작된 유기발광다이오드를 외부 전력공급원(KEITHLEY)에 연결하였으며, 광도계(PR 650)을 사용하여 실온에서 평가하였다. 유기전계발광소자에 대하여 8,000 nit 휘도 기준에서 구동 전압, 발광 효율, 외부양자효율, CIE 색 좌표와 20,000 nit 휘도 기준 정전류에서 100%에서 95%로 떨어지는 수명 시간의 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
Figure pat00068
표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 합성된 유기 화합물을 발광물질층의 호스트로 사용하는 경우에 종래의 호스트를 발광물질층의 호스트로 사용하는 경우와 비교하여 발광다이오드의 구동 전압을 낮출 수 있었다. 뿐만 아니라, P타입 호스트로서 PPH1(실시예 1)이나 PPH5(실시예 2)를 사용하거나, N타입 호스트로서 PNH1을 단독으로 사용하는 경우에는 발광다이오드의 구동 전압을 낮추는 것 이외에도 발광다이오드의 발광 효율 및 소자의 수명을 모두 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따라 합성된 제 1 형 유기 화합물과 제 2 형 유기 화합물을 동일한 유기물층에 모두 사용하는 이중 호스트 시스템의 경우(실시예 7 내지 및 실시예 16), 종래 이중 호스트 시스템과 비교해서도 구동 전압이 크게 감소하였으며, 발광 효율과 소자 수명이 모두 향상된 것을 확인하였다. 이러한 결과는 본 발명에 따라 합성된 유기 화합물이 발광물질층으로의 전하 수송 능력을 향상시켰으며, 발광물질층의 전 영역에서 발광을 유도한 것에 기인하는 것으로 해석된다.
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시형태 및 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 상기 실시형태 및 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다. 오히려 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시형태 및 실시예에 기초하여 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 이러한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 점은, 첨부하는 청구의 범위를 통하여 분명하다.
100, 200: 발광다이오드 110, 210: 제 1 전극
120, 220: 제 2 전극 130, 230: 유기물층
140, 240: 정공주입층 150, 250: 정공수송층
160, 260: 발광물질층 170, 270: 전자수송층
180, 280: 전자주입층 310: 전자차단층
320: 정공차단층 430: 발광층

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물.
    화학식 1
    Figure pat00069

    (화학식 1에서, R1과 R2는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택됨; L1과 L2는 각각 독립적으로 치환되지 않거나 치환된 C1~C30 알킬렌기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 사이클로알킬렌기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 헤테로 사이클로알킬렌기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴렌기, 치환되지 않거나 치환된 C4~C30 헤테로 아릴렌기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30의 아릴알킬렌기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30의 헤테로 아릴알킬렌기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실렌기 및 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴옥실렌기로 구성되는 군에서 선택됨; m과 n은 각각 0 또는 1임; X1과 X2 또는 X2와 X3은 함께 합쳐져서 C4~C30 호모 또는 헤테로 방향족 축합 고리(fused ring)를 형성하고, X2와 합쳐서서 축합 고리를 형성하지 않을 경우, X1과 X3은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 치환되지 않거나 치환된 C1~C20 알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C1~20 알콕시기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기 또는 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기임)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 유기 화합물을 포함하는 유기 화합물.
    화학식 2
    Figure pat00070

    (화학식 2에서, R3와 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택됨; X4와 X5 또는 X5와 X6은 함께 합쳐져서 C4~C30 호모 또는 헤테로 축합 고리(fused ring)를 형성하거나, X4 내지 X6는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 치환되지 않거나 치환된 C1~C20 알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C1~C20 알콕시기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기 또는 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기임; L1, m, X1, X2, X3은 각각 화학식 1에서 정의된 것과 동일함)
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 PPH1 내지 PPH16 중 어느 하나의 화합물을 포함하는 유기 화합물.
    화학식 3
    Figure pat00071

    Figure pat00072


    Figure pat00073

    Figure pat00074

  4. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물은 하기 화학식 4a 또는 화학식 4b로 표시되는 어느 하나의 유기 화합물을 포함하는 유기 화합물.
    화학식 4a
    Figure pat00075

    화학식 4b
    Figure pat00076

    (화학식 4a 내지 화학식 4b에서, R5 내지 R6는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택됨; Y1 내지 Y3은 각각 N 또는 CR8이며, 그 중에서 적어도 하나는 N임, R8은 수소, 중수소, 삼중수소, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택됨; X1, X2, X3은 각각 화학식 1에서 정의된 것과 동일함; 화학식 4a에서 L1과 m, 화학식 5에서 L2와 n은 각각 화학식 1에서 정의된 것과 동일함)
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 PNH1 내지 PNH16 중 어느 하나의 화합물을 포함하는 유기 화합물.
    화학식 5
    Figure pat00077

    Figure pat00078

    Figure pat00079

    Figure pat00080

  6. 제 1 전극;
    상기 제 1 전극과 마주보는 제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 위치하는 적어도 하나의 유기물층을 포함하고,
    상기 유기물층은 청구항 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 기재된 유기 화합물을 포함하는 발광다이오드.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광물질층, 전자수송층, 전자주입층, 정공차단층 및 전자차단층 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 발광다이오드.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 유기 화합물은 발광물질층의 호스트로 사용되는 발광다이오드.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 발광물질층은 하기 화학식 7 또는 화학식 8로 표시되는 도펀트를 포함하는 발광다이오드.
    화학식 7
    Figure pat00081

    화학식 8
    Figure pat00082

    (화학식 7에서 R21 내지 R29는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C1~C30 알킬기, 시아노기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 사이클로알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 헤테로 사이클로알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택됨; R30은 수소, 중수소, 삼중수소 또는 치환되지 않거나 치환된 C1~C30 알킬기임; r은 1 내지 4의 정수임; 화학식 8에서 R31 내지 R38은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C1~C30 알킬기, 시아노기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 사이클로알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 헤테로 사이클로알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택되거나, 인접한 치환기와 함께 연결되어 치환되지 않거나 치환된 C5~C30의 방향족 고리를 형성함; 화학식 7 및 화학식 8에서 L은 하기 화학식 9로 표시됨; 화학식 7 및 화학식 8에서 n은 1 내지 3의 정수임)
    화학식 9
    Figure pat00083

    (화학식 9에서 R41 내지 R48은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 삼중수소, 할로겐, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C1~C30 알킬기, 시아노기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 사이클로알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C3~C30 헤테로 사이클로알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C5~C30 헤테로 아릴기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴알킬기, 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 아릴옥실기 및 치환되지 않거나 치환된 C6~C30 헤테로 아릴옥실기로 구성되는 군에서 선택되거나, 인접한 치환기와 함께 연결되어 치환되지 않거나 치환된 C5~C30의 방향족 고리를 형성함)
  10. 기판;
    상기 기판에 위치하는 구동 박막트랜지스터; 및
    상기 기판에 위치하며, 상기 구동 박막트랜지스터에 연결되는 제 6항에 기재된 발광다이오드
    를 포함하는 유기발광다이오드 표시장치.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3279193B1 (de) 2016-08-04 2019-05-08 Cynora Gmbh Phthalimid und carbazol oder dessen analoge enthaltende verbindungen zur verwendung in organischen optoelektronischen vorrichtungen
KR102206995B1 (ko) * 2017-12-13 2021-01-22 엘지디스플레이 주식회사 유기 화합물과 이를 포함하는 유기발광다이오드 및 유기발광 표시장치
KR20200080882A (ko) * 2018-12-27 2020-07-07 엘지디스플레이 주식회사 유기발광다이오드 및 유기발광표시장치
KR20210066382A (ko) * 2019-11-28 2021-06-07 엘지디스플레이 주식회사 유기 화합물, 이를 포함하는 유기발광다이오드 및 유기발광장치
CN111303173A (zh) * 2020-02-28 2020-06-19 武汉天马微电子有限公司 化合物、显示面板以及显示装置
CN113004290B (zh) * 2021-02-24 2023-02-28 武汉天马微电子有限公司 一种有机化合物、有机电致发光材料及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130112342A (ko) * 2012-04-03 2013-10-14 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 신규한 카바졸 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR20140032823A (ko) * 2012-09-07 2014-03-17 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 유기 전계 발광 소자
KR20140034095A (ko) * 2012-09-11 2014-03-19 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 유기 전계 발광 소자
KR101502316B1 (ko) * 2014-04-18 2015-03-13 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 복수종의 호스트 재료 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR20160056298A (ko) * 2014-11-11 2016-05-19 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 복수종의 호스트 재료 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6900458B2 (en) * 2003-02-21 2005-05-31 Universal Display Corporation Transflective display having an OLED backlight
JP4388590B2 (ja) 2006-11-09 2009-12-24 新日鐵化学株式会社 有機電界発光素子用化合物及び有機電界発光素子
US8889271B2 (en) * 2006-11-26 2014-11-18 Duksan High Metal Co., Ltd. Compound containing a 5-membered heterocycle and organic light-emitting diode using same, and terminal for same
TWI471406B (zh) 2009-03-31 2015-02-01 Nippon Steel & Sumikin Chem Co A phosphorescent element, and an organic electroluminescent device using the same
TWI429650B (zh) 2010-02-12 2014-03-11 Nippon Steel & Sumikin Chem Co Organic electroluminescent elements
KR101404346B1 (ko) 2011-03-30 2014-06-09 울산대학교 산학협력단 비닐 타입의 폴리노보넨 중합체를 포함하는 녹색 인광 호스트 물질 및 이를 이용하는 녹색 인광 유기발광소자
US9818948B2 (en) * 2011-09-21 2017-11-14 Merck Patent Gmbh Carbazole derivatives for organic electroluminescence devices
KR20130084093A (ko) * 2012-01-16 2013-07-24 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 신규한 유기 발광 화합물 및 이를 채용하고 있는 유기 전계 발광 소자
KR101820865B1 (ko) * 2013-01-17 2018-01-22 삼성전자주식회사 유기광전자소자용 재료, 이를 포함하는 유기발광소자 및 상기 유기발광소자를 포함하는 표시장치
WO2015076629A1 (en) 2013-11-25 2015-05-28 Lg Electronics Inc. Apparatus for transmitting broadcast signals, apparatus for receiving broadcast signals, method for transmitting broadcast signals and method for receiving broadcast signals
CN105934436B (zh) * 2014-01-10 2019-03-12 三星Sdi株式会社 稠环化合物以及含有其的有机发光元件
WO2016076629A1 (en) * 2014-11-11 2016-05-19 Rohm And Haas Electronic Materials Korea Ltd. A plurality of host materials and an organic electroluminescence device comprising the same
KR20160060572A (ko) * 2014-11-19 2016-05-30 주식회사 엠비케이 유기 발광 화합물, 잉크 조성물, 유기 발광 소자 및 전자 기기
WO2016080791A1 (en) * 2014-11-20 2016-05-26 Rohm And Haas Electronic Materials Korea Ltd. A plurality of host materials and an organic electroluminescent device comprising the same
KR20170117068A (ko) * 2015-02-16 2017-10-20 이데미쓰 고산 가부시키가이샤 화합물, 유기 전기발광 소자용 재료, 유기 전기발광 소자, 및 전자 기기

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130112342A (ko) * 2012-04-03 2013-10-14 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 신규한 카바졸 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR20140032823A (ko) * 2012-09-07 2014-03-17 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 유기 전계 발광 소자
KR20140034095A (ko) * 2012-09-11 2014-03-19 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 유기 전계 발광 소자
KR101502316B1 (ko) * 2014-04-18 2015-03-13 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 복수종의 호스트 재료 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자
KR20160056298A (ko) * 2014-11-11 2016-05-19 롬엔드하스전자재료코리아유한회사 복수종의 호스트 재료 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자

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