KR20200011911A - 다환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 화학식 1의 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
Description
본 출원은 2018년 07월 25일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2018-0086619호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 다환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본 명세서에서, 유기 발광 소자란 유기 반도체 물질을 이용한 발광 소자로서, 전극과 유기 반도체 물질 사이에서의 정공 및/또는 전자의 교류를 필요로 한다. 유기 발광 소자는 동작 원리에 따라 하기와 같이 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 외부의 광원으로부터 소자로 유입된 광자에 의하여 유기물층에서 엑시톤(exiton)이 형성되고, 이 엑시톤이 전자와 정공으로 분리되고, 이 전자와 정공이 각각 다른 전극으로 전달되어 전류원(전압원)으로 사용되는 형태의 발광 소자이다. 둘째는 2개 이상의 전극에 전압 또는 전류를 가하여 전극과 계면을 이루는 유기 반도체 물질층에 정공 및/또는 전자를 주입하고, 주입된 전자와 정공에 의하여 작동하는 형태의 발광 소자이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자억제층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어 질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다. 이러한 유기 발광 소자는 자발광, 고휘도, 고효율, 낮은 구동 전압, 넓은 시야각, 높은 콘트라스트 등의 특성을 갖는 것으로 알려져 있다.
유기 발광 소자에서 유기물층으로 사용되는 재료는 기능에 따라, 발광 재료와 전하 수송 재료, 예컨대 정공 주입 재료, 정공 수송 재료, 전자 억제 물질, 전자 수송 재료, 전자 주입 재료 등으로 분류될 수 있다. 발광 재료는 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 재료와 보다 나은 천연색을 구현하기 위해 필요한 노란색 및 주황색 발광 재료가 있다.
또한, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율을 증가시키기 위하여, 발광 재료로서 호스트/도펀트 계를 사용할 수 있다. 그 원리는 발광층을 주로 구성하는 호스트보다 에너지 대역 간극이 작고 발광 효율이 우수한 도펀트를 발광층에 소량 혼합하면, 호스트에서 발생한 엑시톤이 도펀트로 수송되어 효율이 높은 빛을 내는 것이다. 이 때 호스트의 파장이 도펀트의 파장대로 이동하므로, 이용하는 도펀트의 종류에 따라 원하는 파장의 빛을 얻을 수 있다.
전술한 유기 발광 소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자 내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 발광 물질, 전자 억제 물질, 전자 수송 물질, 전자 주입 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되므로 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있다.
본 명세서에는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자가 기재된다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서,
X는 수소; 시아노기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 바이페닐기이고,
A 및 B 중 어느 하나는 시아노기로 치환된 카바졸기이고, 나머지 하나는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상이 전술한 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 화합물은 유기 발광 소자의 유기물층의 재료로서 사용될 수 있다. 본 발명의 화합물을 포함하여 유기 발광 소자를 제조하는 경우, 고효율, 저전압 및 장수명 특성을 갖는 유기 발광 소자를 얻을 수 있으며, 본 발명의 화합물을 유기 발광 소자의 발광층에 포함하는 경우, 구동 시 전압 상승을 억제하며 장수명을 갖는 유기 발광 소자를 제조할 수 있다.
구체적으로, 디벤조티오펜 골격의 2번과 6번에 치환기를 도입함으로써, 높은 발광 효율과 장수명을 양립할 수 있고, 나아가서는 종래의 화합물에 비하여 소자의 구동 전압을 크게 저하시킬 수 있다. 이러한 효과가 발현되는 것은, 6번 위치에 시아노기로 치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기가 위치하여 입체 장애성이 커지기 때문이다. 즉, 분자 전체의 평면성이 저하되고 입체 장애가 큰 화합물이 되기 때문에 화합물끼리의 상호작용이 억제됨으로써, 발광 재료로의 에너지 이동이 한층 효율화 된다. 또한, 2번 위치에 시아노기로 치환된 카바졸기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기가 위치하여 호모(HOMO), 루모(LUMO)가 적절히 위치하므로, 물질의 안정성이 높아져 고효율 및 장수명 효과가 있다. 추가적으로, 4번 위치에, 수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 페닐기, 또는 치환 또는 비치환된 바이페닐기가 위치하여, 추가적인 안정성을 부여하므로, 고효율 또는 장수명 구현에 유리하다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 정공주입층(3), 정공수송층(4), 전자차단층(5), 발광층(6), 정공차단층(7), 전자수송층(8), 전자주입층(9), 음극(10) 및 캡슐(11)로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판(1), 양극(2), 발광층(6) 및 음극(10)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 3은 화합물 1의 질량 스펙트럼 데이터를 도시한 것이다.
도 4는 화합물 2의 질량 스펙트럼 데이터를 도시한 것이다.
도 2는 기판(1), 양극(2), 발광층(6) 및 음극(10)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 3은 화합물 1의 질량 스펙트럼 데이터를 도시한 것이다.
도 4는 화합물 2의 질량 스펙트럼 데이터를 도시한 것이다.
이하 본 명세서에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 명세서는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다. 하기 화학식 1의 화합물은 코어구조로 디벤조티오펜을 사용함에 따라, 최저 삼중항 에너지가 높고, 유리전이온도가 높아, 소자에 적용시 장수명의 소자를 얻을 수 있으며, 하기 화학식 1의 화합물의 A 및 B 중 어느 하나에 시아노기로 치환된 카바졸기를, 나머지 하나에 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기를 도입함으로써, 상기 디벤조퓨란기 및 디벤조티오펜기를 통하여 π-π 상호 작용이 크고, 시아노기(CN) 치환기를 통하여 전자 흡입성 N-type 특성을 부여하여, 물질의 전자 주입 및 이송 능력이 좋아지므로, 소자에 적용시 구동 전압이 낮고, 발광 효율이 우수한 유기 발광 소자를 얻을 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서,
X는 수소; 시아노기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 바이페닐기이고,
A 및 B 중 어느 하나는 시아노기로 치환된 카바졸기이고, 나머지 하나는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환" 이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 시아노기(-CN); 실릴기; 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 도 있다.
상기 치환기들의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br) 또는 요오드(I)가 있다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 -SiYaYbYc의 화학식으로 표시될 수 있고, 상기 Ya, Yb 및 Yc는 각각 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다. 상기 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, tert-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 -BY4Y5의 화학식으로 표시될 수 있고, 상기 Y4 및Y5는 각각 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다. 상기 붕소기는 구체적으로 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, tert-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알콕시기의 탄소수는 1 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알콕시기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알콕시기의 탄소수는 1 내지 10이다. 알콕시기의 구체적인 예로는 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 트리페닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우, 
, 
등의 스피로플루오레닐기, 
(9,9-디메틸플루오레닐기), 및 
(9,9-디페닐플루오레닐기) 등의 치환된 플루오레닐기가 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 이종원자로 N, O, S, 및 Se 중 1개 이상을 포함하는 고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 헤테로고리기의 탄소수는 2 내지 30이다. 헤테로고리기의 예로는 피리딘기, 피롤기, 피리미딘기, 피리다지닐기, 퓨란기, 티오펜기, 이미다졸기, 피라졸기, 디벤조퓨란기, 디벤조티오펜기, 카바졸기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X는 수소; 시아노기; 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 중수소로 치환 또는 비치환된 바이페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 X는 수소; 시아노기; 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 바이페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A 및 B 중 어느 하나는 시아노기로 치환된 카바졸기이고, 나머지 하나는 시아노기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 시아노기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 A 및 B 중 어느 하나는 시아노기로 치환된 카바졸기이고, 나머지 하나는 시아노기, 부틸기 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 시아노기, 부틸기 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A 및 B 중 어느 하나는 시아노기로 치환된 카바졸기이고, 나머지 하나는 시아노기, tert-부틸기 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 시아노기, tert-부틸기 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A는 시아노기로 치환된 카바졸기이고, 상기 B는 시아노기, tert-부틸기 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 B는 시아노기로 치환된 카바졸기이고, 상기 A는 시아노기, tert-부틸기 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A는 시아노기로 치환된 카바졸기이고, 상기 B는 시아노기, tert-부틸기 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 B는 시아노기로 치환된 카바졸기이고, 상기 A는 시아노기, tert-부틸기 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A 및 B중 어느 하나는 시아노기로 치환된 카바졸기이고, 나머지 하나는 하기 구조식으로 표시된다.
상기 구조식에 있어서, R1은 화학식 2에서의 정의와 같고, 
는 디벤조티오펜에 결합되는 위치를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 A 및 B중 어느 하나는 
또는 
이고, 나머지 하나는 하기 구조식으로 표시된다.
상기 구조식에 있어서, R2는 화학식 2에서의 정의와 같고, 
는 디벤조티오펜에 결합되는 위치를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 또는 3으로 표시된다.
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 2 및 3에 있어서,
X의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고,
X1은 O 또는 S이며,
R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
n1 및 n2는 0 내지 7의 정수이고, n1 및 n2가 각각 2 이상인 경우 2 이상의 괄호 내의 치환기는 각각 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 수소; 중수소; 시아노기; 부틸기; 또는 페닐기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1은 수소; 시아노기; t-부틸기; 또는 페닐기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R2는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 n1 및 n2는 각각 0 또는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 구조들 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 최저 삼중항(triplet, ET) 에너지 준위는 2.7 eV 이상이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 최저 삼중항(triplet) 에너지 준위는 2.7 eV 이상 3.0 eV 이하이고, 바람직하게 2.7 eV 이상 2.9 eV 이하이다. 상기 최저 삼중항(triplet) 에너지 준위가 상기 범위를 만족하는 경우, 소자에 적용시 우수한 발광 효율을 나타낸다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따라, 상기 화합물이 발광층의 호스트로 사용되고, 상기 최저 삼중항(triplet) 에너지 준위가 상기 범위를 만족하는 경우, 함께 사용되는 도펀트 재료로의 에너지 이동이 원활하게 이루어지고, 전이된 에너지가 호스트로 역전이 되는 것을 막을 수 있다.
상기 삼중항 에너지 ET는 JASCO FP-8600 형광분광광도계 측정장비에 온도조절장치 PMU-830를 연결하여 다음과 같이 얻을 수 있다. 일중항 에너지를 얻기 위해 준비한 산소를 제거한 시료용액을 넣은 석영셀을 액체질소(N2)가 담긴 장치에 넣는다. 온도 안정화(77K)가 된 다음, 인광 스펙트럼을 측정한다. 이때 인광 스펙트럼은 x축이 파장(λ, 단위: nm)이고 y축이 발광도인데, 가장 장파장에서의 최대발광피크에서부터 단파장 방향으로 내려가는 접선을 그었을 때, 그 접선과 x축과의 만나는 점의 파장값(nm)을 얻는다. 이 파장값(nm)을 에너지 값(eV)으로 환산한 값을 삼중항 에너지 준위 ET(eV)로 하며, 이는 최저 삼중항 에너지 준위 값을 나타낸다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 유리전이온도는 120℃ 이상이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 유리전이온도는 120℃ 이상 200 ℃이하다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 유리전이온도가 상기 범위를 만족하는 경우, 합성과정에서 승화 정제 방법으로 고순도화가 가능하며, 상기 화합물을 포함하는 유기 발광 소자 제조시 증착용 성막 장치 또는 유기 발광 소자에 오염시키지 않는 이점을 가지며, 재료의 결정화 및 응집 현상이 나타나지 않으므로, 소자의 장수명화를 이룰 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 유리전이온도(Tg)는, DSC(Differential Scanning Colorimetry: 시차 주사 열량법)를 이용하여, 온도 증감에 따른 열량 측정을 통하여 확인할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 후술하는 반응식과 같은 방법으로 코어구조가 제조될 수 있다.
예컨대 상기 화학식 1의 화합물은 하기 반응식과 같이 코어구조가 제조될 수 있다. 치환기는 당 기술분야에 알려져 있는 방법에 의하여 결합될 수 있으며, 치환기의 종류, 위치 또는 개수는 당 기술분야에 알려져 있는 기술에 따라 변경될 수 있다.
<반응식>
본 발명의 화학식 1의 코어 구조는 4-아이오도-디벤조싸이오펜을 과량의 브롬 (bromine)과 반응하여 제조할 수 있다. 구제적으로 화학식 1의 구조는 코어 구조에 스즈키 반응을 통하여 치환기 B를 도입하고, 부크왈드(Buchwald) 반응 또는 울만(Ullmann) 반응을 통하여 치환기 A를 도입할 수 있으며, 이후, 보론산 투입하여, 스즈키 반응을 통하여 치환기 X를 도입할 수 있다.
화합물의 컨쥬게이션 길이와 에너지 밴드갭은 밀접한 관계가 있다. 구체적으로, 화합물의 컨쥬게이션 길이가 길수록 에너지 밴드갭이 작아진다.
본 발명에서는 상기와 같이 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 다양한 에너지 밴드갭을 갖는 화합물을 합성할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 상기와 같은 구조의 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 화합물의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위도 조절할 수 있다.
또한, 상기와 같은 구조의 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 도입된 치환기의 고유 특성을 갖는 화합물을 합성할 수 있다. 예컨대, 유기 발광 소자 제조시 사용되는 정공 주입층 물질, 정공 수송용 물질, 발광층 물질 및 전자 수송층 물질에 주로 사용되는 치환기를 상기 코어 구조에 도입함으로써 각 유기물층에서 요구하는 조건들을 충족시키는 물질을 합성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 전술한 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유기 발광 소자는 전술한 화합물을 이용하여 한 층 이상의 유기물층을 형성하는 것을 제외하고는, 통상의 유기 발광 소자의 제조방법 및 재료에 의하여 제조될 수 있다.
상기 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자는 유기물층으로서 정공주입층, 정공수송층, 정공주입 및 정공수송을 동시에 하는 층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기물층 또는 더 많은 수의 유기물층을 포함할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 전자수송층, 전자주입층 및 전자주입과 전자수송을 동시에 하는 층 중 1층 이상을 포함할 수 있고, 상기 층들 중 1층 이상이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
또 하나의 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함할 수 있고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층 및 정공주입과 정공수송을 동시에 하는 층 중 1층 이상을 포함할 수 있고, 상기 층들 중 1층 이상이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
또 하나의 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 정공주입층 또는 정공수송층을 포함할 수 있고, 상기 정공수송층 또는 정공주입층이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
또 하나의 일 실시 상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 하나의 예로서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 발광층의 호스트로서 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 상기 발광층이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 호스트로서 포함하는 녹색 유기 발광 소자이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자는 상기 발광층이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 호스트로서 포함하는 적색 유기 발광 소자이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 상기 발광층이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 호스트로서 포함하는 청색 유기 발광 소자이다.
또 하나의 예로서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 호스트로서 포함하고, 도펀트를 더 포함할 수 있다.
또 하나의 예로서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 호스트로서 포함하고, 열활성화 지연 형광 도펀트(TADF: Thermally Activated Delayed Fluorescence)를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 발광 소자의 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 발광층의 호스트로 포함하고, 열활성화 지연 형광 도펀트를 더 포함할 수 있다. 상기 호스트와 열활성화 지연 형광 도펀트 간의 삼중항 에너지 준위 차(호스트의 삼중항 에너지 - 열활성화 지연 형광 도펀트 삼중항 에너지)가 0.1 eV 이상 0.6 eV 이하, 바람직하게는 0.2 eV 이상 0.6 eV 이하일 수 있으며, 상기 범위를 만족 하는 경우 소자의 장수명을 구현할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 상기와 같이, 발광층의 호스트의 삼중항 에너지가 열활성화 지연 형광 도펀트의 삼중항 에너지보다 높은 것이 바람직하며, 이 경우 열활성화 지연 형광 도펀트 재료가 ?칭(quenching)되지 않는 이점이 있다.
또한, 상기 발광층의 열활성화 지연 형광 도펀트는 삼중항 에너지 준위 - 일중항 에너지 준위 (T1-S1, △EST) 값이 0.3 eV 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0 eV 이상 0.2 eV 이하일 수 있다. 상기 △EST 값이 상기 범위를 만족하는 경우, 내부 양자 효율이 형광 도펀트 재료의 한계치인 25%를 초과할 수 있는 고효율의 발광 재료로서, 지연 형광(delayed fluorescence)을 이용하는 것이 가능하다. 형광은 보통 100ns 이하의 짧은 시간 내에 완료되지만, 이보다 훨씬 긴 μs 이상의 시간대까지 발광을 계속하는 형광을 지연 형광이라 한다. 지연 형광에는 발광 메커니즘에 따라 P-타입과 E-타입이 있다.
상기 P-타입 지연 형광은 삼중항-삼중항 소멸현상(Triplet-Triplet annihilation: TTA)을 통하여 발생하기 때문에, 100% 내부 양자 효율을 낼 수 없으나, 상기 E-타입 지연 형광은 열 에너지에 의해서 활성화되기 때문에 열 활성화 지연 형광으로 공지되어 있다. 상기 E-타입 지연 형광에 의하면, 일중항 여기자 상태의 에너지와 삼중항 여기자 상태의 에너지 차이(△EST)가 작은 경우, 바람직하게는 0.2 eV보다 작은 경우, 일중항 여기자는 그대로 발광을 하고(즉, 형광), 삼중항 여기자가 일중항 여기자로 역계간 교차(Reverse-Intersystem crossing)를 하여 발광을 한다(즉, 지연 형광). 따라서, 상기 E-타입 지연 형광에서는 형광 메커니즘에 의한 발광에 지연 형광 메커니즘에 의한 발광이 추가되기 때문에, 내부 양자 효율을 100%까지 올리는 것이 가능하다.
상기 삼중항 에너지 - 일중항 에너지 준위(△EST)를 측정하기 위해 이용한 측정장비는 JASCO FP-8600 형광분광광도계이다.
상기 일중항 에너지 Es는 다음과 같이 얻을 수 있다. 톨루엔을 용매로 하여 측정할 화합물을 1μM 농도로 용해하여 측정용 시료를 준비한다. 시료용액을 석영셀에 넣고 질소 기체(N2)를 이용하여 탈기(degassing)해주어 용액내 산소를 제거한 다음, 측정 장비를 이용하여 실온(300K)에서 흡수 스펙트럼을 측정한다. 이때 흡수스펙트럼은 x축이 파장(λ, 단위: nm)이고 y축이 흡광도인데, 가장 장파장에서의 최대흡광피크에서부터 장파장 방향으로 내려가는 접선을 그어서 그 접선과 x축과의 만나는 점의 파장값(nm)을 얻는다. 이 파장값(nm)을 에너지값(eV)으로 환산한 값을 일중항 에너지 ES(eV)로 한다. 상기 삼중항 에너지 ET는 전술한 바와 같이 측정할 수 있으며, 상기 △EST는 ES(eV)와 ET(eV) 사이의 차이의 절대값으로 정의하며, 위에서 측정한 값의 차로 얻을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 열 지연 형광 도펀트 재료와 함께 사용되는 발광층의 호스트 재료로 사용될 수 있으며, 전술한 바와 같이, 호스트와 도펀트 간의 삼중항 에너지 준위 차를 가져 장수명, 고효율의 소자를 제조할 수 있다.
상기 발광층의 열활성화 지연 형광 도펀트의 최대발광피크가 450nm 내지 550nm 이다. 상기 최대발광피크는 Perkin Elmer사의 LS-55를 이용하여 측정하였으며, excitation 파장이 350nm에서의 발광 스펙트럼은 400nm~680nm이고, 용매로는 HPLC grade THF를 사용하였다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 발광층의 도펀트의 발광 스펙트럼에서의 발광 극대 파장의 발광대의 반값폭이 50nm 이상 100nm 이하이다. 상기 반값폭이 상기 범위를 만족하는 경우, 소자의 장수명화가 가능하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 발광층의 열활성화 지연 형광 도펀트는 하기 화학식 10 또는 11로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
[화학식 10]
상기 화학식 10에 있어서,
W1은 시아노기이고,
복수 개의 W2는 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기이고,
[화학식 11]
상기 화학식 11에 있어서,
Y1 내지 Y3는 각각 N 또는 CH이며, Y1 내지 Y3 중 1 이상은 N이고,
L는 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
Ar1 및 Ar2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이며,
Ar3는 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하고,
m2는 0 내지 8의 정수이고, m2가 2 이상인 경우 복수 개의 Ar3는 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 4개의 W2는 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 4개의 W2는 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 할로겐기, 시아노기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 플루오로알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 중수소, 할로겐기, 시아노기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 플루오로알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 4개의 W2는 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 중수소, 불소, 시아노기, 메틸기, 프로필기, 트리플루오로메틸기, 메톡시기, 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 벤조카바졸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Y1 내지 Y3는 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 직접결합; 또는 시아노기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 페닐렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 L은 직접결합; 또는 시아노기로 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 m2는 0 내지 8의 정수이고, m2가 2 이상인 경우 복수 개의 Ar3는 서로 같거나 상이하며, 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar3는 페닐기로 치환된 카바졸기 또는 디벤조티오펜기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 인덴; 치환 또는 비치환된 인돌; 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜을 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 10 또는 11는 하기 화합물들 중 선택될 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
또 하나의 예로서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 도펀트로서 포함하고, 형광 호스트 또는 인광 호스트를 포함할 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 도펀트로서 포함하고, 형광 호스트 또는 인광 호스트를 포함하며, 다른 유기화합물, 금속 또는 금속화합물을 도펀트로 포함할 수 있다.
또 하나의 예로서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 도펀트로서 포함하고, 형광 호스트 또는 인광 호스트를 포함하며, 이리듐계(Ir) 도펀트와 함께 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 제2 전극은 음극이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 음극이고, 제2 전극은 양극이다.
(1) 양극/정공수송층/발광층/음극
(2) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/음극
(3) 양극/정공주입층/정공버퍼층/정공수송층/발광층/음극
(4) 양극/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(5) 양극/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(6) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(7) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(8) 양극/정공주입층/정공버퍼층/정공수송층/발광층/전자수송층/음극
(9) 양극/정공주입층/정공버퍼층/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층 /음극
(10) 양극/ 정공수송층/전자억제층/발광층/전자수송층/음극
(11) 양극/ 정공수송층/전자억제층/발광층/전자수송층/전자주입층/음극
(12) 양극/정공주입층/정공수송층/전자억제층/발광층/전자수송층/음극
(13) 양극/정공주입층/정공수송층/전자억제층/발광층/전자수송층/전자주입 층/음극
(14) 양극/정공수송층/발광층/정공억제층/전자수송층/음극
(15) 양극/정공수송층/발광층/ 정공억제층/전자수송층/전자주입층/음극
(16) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공억제층/전자수송층/음극
(17) 양극/정공주입층/정공수송층/발광층/정공억제층/전자수송층/전자주입 층/음극
(18) 양극/정공주입층/정공수송층/전자억제층/발광층/정공저지층/전자주입 및 수송층/음극
본 발명의 유기 발광 소자의 구조는 도 1에 나타낸 것과 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 유기 발광 소자의 구조는 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 기판(1), 양극(2), 정공주입층(3), 정공수송층(4), 전자차단층(5), 발광층(6), 정공차단층(7), 전자수송층(8), 전자주입층(9), 음극(10) 및 캡슐(11)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 정공주입층(3), 정공수송층(4), 전자차단층(5), 발광층(6), 정공차단층(7), 전자수송층(8) 또는 전자주입층(9)에 포함될 수 있다.
도 2에는 기판(1) 위에 양극(2), 발광층(6) 및 음극(10)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 발광층(6)에 포함될 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 스퍼터링(sputtering)이나 전자빔 증발(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공주입층, 정공수송층, 정공수송 및 정공주입을 동시에 하는 층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층, 및 전자수송 및 전자주입을 동시에하는 층으로 이루어진 군으로부터 선택된 1층 이상을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수도 있다.
상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광층 및 전자수송층 등을 포함하는 다층 구조일 수도 있으나, 이에 한정되지 않고 단층 구조일 수 있다. 또한, 상기 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용매 공정(solvent process), 예컨대 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다.
상기 양극은 정공을 주입하는 전극으로, 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide)과 같은 금속 산화물; ZnO : Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 음극은 전자를 주입하는 전극으로, 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공주입층은 양극으로부터 발광층으로 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 하는 층이며, 정공 주입 물질로는 낮은 전압에서 양극으로부터 정공을 잘 주입 받을 수 있는 물질로서, 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrine), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone) 계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 정공주입층의 두께는 1 내지 150nm일 수 있다. 상기 정공주입층의 두께가 1nm 이상이면, 정공 주입 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 150nm 이하이면, 정공주입층의 두께가 너무 두꺼워 정공의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 정공수송층은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
정공주입층과 정공수송층 사이에 추가로 정공버퍼층이 구비될 있으며, 당 기술분야에 알려져 있는 정공주입 또는 수송재료를 포함할 수 있다.
정공수송층과 발광층 사이에 전자억제층이 구비될 수 있다. 상기 전자억제층은 전술한 스피로 화합물 또는 당 기술분야에 알려져 있는 재료가 사용될 수 있다.
상기 발광층은 적색, 녹색 또는 청색을 발광할 수 있으며, 인광 물질 또는 형광 물질로 이루어질 수 있다. 상기 발광 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
발광층의 호스트 재료로는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
발광층이 적색 발광을 하는 경우, 발광 도펀트로는 PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonateiridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium), PtOEP(octaethylporphyrin platinum)와 같은 인광 물질이나, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)와 같은 형광 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다. 발광층이 녹색 발광을 하는 경우, 발광 도펀트로는 Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)와 같은 인광물질이나, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)와 같은 형광 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다. 발광층이 청색 발광을 하는 경우, 발광 도펀트로는 (4,6-F2ppy)2Irpic와 같은 인광 물질이나, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자, PPV계 고분자와 같은 형광 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다.
상기 전자수송층은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 전자수송층의 두께는 1 내지 50nm일 수 있다. 전자수송층의 두께가 1nm 이상이면, 전자 수송 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있고, 50nm 이하이면, 전자수송층의 두께가 너무 두꺼워 전자의 이동을 향상시키기 위해 구동전압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 전자주입층은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 전자 주입 물질로는 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공 주입층에의 이동을 방지하고, 또한, 박막형성능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 금속 착체 화합물로서는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 정공억제층은 정공의 음극 도달을 저지하는 층으로, 일반적으로 정공주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP, 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하기 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 출원의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 출원의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
<합성예>
합성예 1. 화합물 1의 합성
1) 중간체 A의 제조
2-브로모-6-아이오도다이벤조[b,d]싸이오펜 38.9 g (0.1 mol), 다이벤조[b,d]싸이오펜-4-일-보론산 25.1 g (0.11 mol), Pd(PPh3)4 5.8 g (0.005 mol), K2CO3 41.5 g (0.3 mol)을 테트라하이드로퓨란/증류수 240 ml/80 ml에 녹인 후 12시간 질소 조건에서 환류 교반하였다. 상온으로 냉각하고, 에틸아세테이트를 넣고 추출하였고, 유기층을 MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 감압증류하여 제거하였다. 반응물을 컬럼크로마토그래피 (CH3Cl:Hex=1:10) 으로 정제하고, 에탄올로 재결정하여, 화합물 A를 32.6g 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=445에서 피크가 확인되었다.
2) 화합물 1의 제조
중간체 A 13.4 g (0.03 mol), 9H-카바졸-3-카보니트릴 5.8 g (0.03 mol), CuI 5.7 g (0.03 mol), 1,10-페난쓰롤린(1,10-Phenanthroline) 8.7 g (0.048 mol), K3PO4 9.0 g (0.036 mol)를 자일렌에 녹인 후 24시간 환류 교반하였다. 상온으로 냉각하고, 클로로포름과 증류수를 넣고 추출하였고, 유기층을 MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 감압증류하여 제거하였다. 반응물을 컬럼크로마토그래피 (CH3Cl:Hex=1:4) 으로 정제하고, 에탄올로 재결정하여, 화합물 1를 5.6g 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=557에서 피크가 확인되었다. 상기 화합물 1의 질량 스펙트럼 데이터를 도 3에 도시하였다.
합성예 2. 화합물 2의 합성
1) 중간체 B의 제조
2-브로모-6-아이오도다이벤조[b,d]싸이오펜 38.9 g (0.1 mol), 다이벤조[b,d]퓨란-4-일-보론산 23.3 g (0.11 mol), Pd(PPh3)4 5.8 g (0.005 mol), K2CO3 41.5 g (0.3 mol)을 테트라하이드로퓨란/증류수 240 ml/80 ml에 녹인 후 12시간 질소 조건에서 환류 교반하였다. 상온으로 냉각하고, 에틸아세테이트를 넣고 추출하였고, 유기층을 MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 감압증류하여 제거하였다. 반응물을 컬럼크로마토그래피 (CH3Cl:Hex=1:10) 으로 정제하고, 에탄올로 재결정하여, 화합물 B를 30.6g 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=429에서 피크가 확인되었다.
2) 화합물 2의 제조
중간체 B 12.9 g (0.03 mol), 9H-카바졸-3-카보니트릴 5.8 g (0.03 mol), CuI 5.7 g (0.03 mol), 1,10-Phenanthroline 8.7 g (0.048 mol), K3PO4 9.0 g (0.036 mol)를 자일렌에 녹인 후 24시간 환류 교반하였다. 상온으로 냉각하고, 클로로포름과 증류수를 넣고 추출하였고, 유기층을 MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 감압증류하여 제거하였다. 반응물을 컬럼크로마토그래피 (CH3Cl:Hex=1:4) 으로 정제하고, 에탄올로 재결정하여, 화합물 2를 5.2g 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=541에서 피크가 확인되었다. 상기 화합물 2의 질량 스펙트럼 데이터를 도 4에 도시하였다.
합성예 3. 화합물 3의 제조
1) 중간체 C의 제조
다이벤조[b,d]싸이오펜-1-일-보론산 25.1 g (0.11 mol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 합성예 1의 중간체 A의 합성과 동일한 방법으로, 중간체 C를 30.8g 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=445에서 피크가 확인되었다
2) 화합물 3의 제조
중간체 C 13.4 g (0.03 mol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 합성예 1의 화합물 1의 합성과 동일한 방법으로, 화합물 3을 5.0g 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=557에서 피크가 확인되었다.
합성예 4. 화합물 4의 제조
1) 중간체 D의 제조
다이벤조[b,d]퓨란-1-일-보론산 23.3 g (0.11 mol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 합성예 2의 중간체 B의 합성과 동일한 방법으로, 화합물 D를 24.8g 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=429에서 피크가 확인되었다.
2) 화합물 4의 제조
중간체 D 12.9 g (0.03 mol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 합성예 2의 화합물 2의 합성과 동일한 방법으로, 화합물 4를 4.0g 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=541에서 피크가 확인되었다.
합성예 5. 화합물 5의 제조
1) 중간체 E의 제조
상기 합성예 1에서 제조된 화합물 1 8.0 g (0.0143 mol)과 테트라하이드로퓨란(THF) 100 ml를 넣은 혼합 용액을 넣은 혼합 용액을 -78 ℃에서 2.5 M n-BuLi 7.4 mL (18.6 mmol)을 적가하고, -40 ℃에서 8시간 교반하였다. -78 ℃에서 트리메틸 보레이트 4.8mL (42.9 mmol)을 적가하였고 0 ℃ 까지 승온하며 2시간 교반하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 클로로포름을 넣고 추출하였고, 유기층은 MgSO4로 건조한 후, 감압 증류하여 용매를 제거하였다. 반응물을 컬럼크로마토그래피 (CH3Cl:Hex=1:4) 으로 정제하여 중간체 E 5.4 g 을 얻었다.
2) 화합물 5의 제조
중간체 E 6.0 g (0.01 mol), 페닐-보론산 1.3 g (0.011 mol), Pd(PPh3)4 0.58 g (0.5 mmol), K2CO3 4.1 g (0.03 mol)을 테트라하이드로퓨란/증류수 24 ml/8 ml에 녹인 후 12시간 질소 조건에서 환류 교반하였다. 상온으로 냉각하고, 클로로포름을 넣고 추출하였고, 유기층을 MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 감압증류하여 제거하였다. 반응물을 컬럼크로마토그래피 (CH3Cl:Hex=1:6) 으로 정제하고, 에탄올로 재결정하여, 화합물 5를 3.0 g 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=633에서 피크가 확인되었다.
합성예 6. 화합물 6의 제조
1) 중간체 F의 제조
화합물 1 대신 상기 합성예 2에서 제조된 화합물 2 8.0 g (0.0143 mol)을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 5의 중간체 E의 합성과 동일한 방법으로, 중간체 F를 4.8g 얻었다.
2) 화합물 6의 제조
중간체 E 대신 중간체 F 6.0 g (0.01 mol)을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 합성예 5의 화합물 5의 합성과 동일한 방법으로, 화합물 6 2.8 g을 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=617에서 피크가 확인되었다.
합성예 7. 화합물 7의 제조
1) 중간체 G의 제조
2-브로모-6-아이오도다이벤조[b,d]싸이오펜 11.7 g (0.03 mol), 9H-카바졸-3-카보니트릴 5.8 g (0.03 mol), CuI 5.7 g (0.03 mol), 1,10-페난쓰롤린(1,10-Phenanthroline) 8.7 g (0.048 mol), K3PO4 9.0 g (0.036 mol)를 자일렌에 녹인 후 24시간 환류 교반하였다. 상온으로 냉각하고, 클로로포름과 증류수를 넣고 추출하였고, 유기층을 MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 감압증류하여 제거하였다. 반응물을 컬럼크로마토그래피 (CH3Cl:Hex=1:2) 으로 정제하고, 에탄올로 재결정하여, 화합물 G를 6.4g 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=428에서 피크가 확인되었다.
2) 화합물 7의 제조
중간체 G 4.3 g (0.01 mol), 다이벤조[b,d]싸이오펜-4-일-보론산 2.1 g (0.011 mol), Pd(PPh3)4 0.58 g (0.5 mmol), K2CO3 4.1 g (0.03 mol)을 테트라하이드로퓨란/증류수 30 ml/10 ml에 녹인 후 12시간 질소 조건에서 환류 교반하였다. 상온으로 냉각하고, 클로로포름을 넣고 추출하였고, 유기층을 MgSO4로 건조시킨 후, 용매를 감압증류하여 제거하였다. 반응물을 컬럼크로마토그래피 (CH3Cl:Hex=1:6) 으로 정제하고, 에탄올로 재결정하여, 화합물 7를 3.2 g 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=557에서 피크가 확인되었다.
합성예 8. 화합물 8의 제조
1) 화합물 8의 제조
다이벤조[b,d]싸이오펜-1-일-보론산 2.1 g (0.011 mol)을 사용하여 화합물 7의 합성과 동일한 방법으로, 화합물 8 3.0 g을 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=557에서 피크가 확인되었다.
합성예 9. 화합물 9의 제조
1) 화합물 9의 제조
2-브로모-6-아이오도다이벤조[b,d]싸이오펜 대신 4-([1,1'-바이페닐]-3-일)-2-브로모-6-아이오도디벤조[b,d]싸이오펜 16.2 g (0.03 mol)을 사용한 것을 제외하고는 화합물 7의 합성과 동일한 방법으로, 화합물 9 3.8 g을 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=709에서 피크가 확인되었다.
합성예 10. 화합물 10의 제조
1) 화합물 10의 제조
2-브로모-6-아이오도다이벤조[b,d]싸이오펜 대신 4-([1,1'-바이페닐]-3-일)-2-브로모-6-아이오도디벤조[b,d]싸이오펜 16.2 g (0.03 mol)을 사용하고, 다이벤조[b,d]싸이오펜-4-일-보론산 대신 다이벤조[b,d]퓨란-4-일-보론산을 사용한 것을 제외하고는 화합물 7 합성과 동일한 방법으로, 화합물 10 3.8 g을 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=693에서 피크가 확인되었다.
합성예 11. 화합물 11의 제조
1) 화합물 11의 제조
(6-페닐다이벤조[b,d]퓨란-2-일)보론산 2.1 g 을 사용하여 화합물 7의 합성과 동일한 방법으로, 화합물 11 3.2 g을 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=617에서 피크가 확인되었다.
합성예 12. 화합물 12의 제조
1) 화합물 12의 제조
(6-페닐다이벤조[b,d]퓨란-4-일)보론산 2.1 g 을 사용하여 화합물 7의 합성과 동일한 방법으로, 화합물 12 3.6 g을 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=617에서 피크가 확인되었다.
합성예 13. 화합물 13의 제조
1) 화합물 13의 제조
(6-시아노다이벤조[b,d]퓨란-4-일)보론산 2.1 g 을 사용하여 화합물 7의 합성과 동일한 방법으로, 화합물 13 3.4 g을 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=566에서 피크가 확인되었다.
합성예 14. 화합물 14의 제조
1) 화합물 14의 제조
(6-시아노다이벤조[b,d]퓨란-2-일)보론산 2.1 g 을 사용하여 화합물 7의 합성과 동일한 방법으로, 화합물 14 3.8 g을 얻었다. 얻어진 고체의 질량 스펙트럼 측정에 의해 M/Z=566에서 피크가 확인되었다.
<실시예>
실시예 1 : 유기 발광 소자 제조
먼저 40mm x 40mm x 두께 0.5mm의 ITO 전극 부착 유리 기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수(DI Water)로 5분 동안 초음파 세정을 진행한 후 100℃ 오븐에 건조하였다. 기판 세정 후 진공 상태에서 2분 동안 O2 플라즈마 처리하고 상부에 다른 층들을 증착하기 위하여 증착 챔버로 이송하였다.
약 10-7Torr 진공 하에 가열 보트로부터 증발에 의해, 유리 기판의 ITO 상에 하기 화합물 HAT-CN을 10nm의 두께로 증착하여 정공주입층을 형성하였다.
상기 정공주입층 위에 하기 화합물 NPB를 75nm로 증착하여 정공수송층을 형성한 뒤, 그 위에 하기 화합물 mCBP를 15nm 두께로 증착하여 전자차단층을 형성하였다.
이어서, 상기 전자차단층 위에 막 두께 35nm로 하기 화합물 1 및 하기 화합물 TD1을 90:10의 중량비로 증착하여 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 막 두께 10nm로 하기 화합물 B3PYMPM을 증착하여 정공차단층을 형성한 뒤, 상기 정공차단층 위에 하기 화합물 TPBi를 증착하여 25nm의 두께로 전자수송층을 형성하였다.
이어서, 상기 전자수송층 위에 순차적으로 80nm 두께로 리튬플로라이드(LiF)와 100nm 두께로 알루미늄을 증착하여 각각 전자주입층 및 음극을 형성하였다.
그 다음, CPL(capping layer)을 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 하여, 유기 발광 소자를 제조하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착 속도는 10nm/s을 유지하였다.
상기 실시예 1에서 사용된 화합물은 하기와 같다.
실시예 2 내지 14
상기 실시예 1에서 화합물 1 대신 하기 화합물 2 내지 14를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예 1 내지 6
상기 실시예 1에서 화합물 1 대신 하기 화합물 A 내지 F를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다.
지연 형광 호스트가 90 중량%로 증착된 발광층의 두께를 35nm로 하여 제조된 실시예 1 내지 14과 비교예 1 내지 6에서 각각 제조된 유기 발광 소자를 대상으로 물성을 측정하였다. 전류 공급원(KEITHLEY) 및 광도계(PR 650)를 사용하여 실온에서 소자 특성을 평가하였다. 각각의 유기 발광 소자에 대하여 10㎃/㎠의 전류밀도에서 측정한 구동 전압(V), 전류효율(cd/A), 전력효율(lm/W), 휘도(cd/m2), 3000 nit에서 밝기가 95%로 감소될 때까지의 시간(T95)를 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 화합물 | 구동 전압(V) | 전류효율 (cd/A) |
전력효율 (lm/W) |
휘도(cd/m2) | T95 | |
| 실시예 1 | 화합물 1 | 4.2 | 60.2 | 45.03 | 6020 | 380 |
| 실시예 2 | 화합물 2 | 4 | 62 | 48.70 | 6200 | 460 |
| 실시예 3 | 화합물 3 | 3.8 | 55.4 | 45.80 | 5540 | 240 |
| 실시예 4 | 화합물 4 | 4.4 | 55.8 | 39.84 | 5580 | 300 |
| 실시예 5 | 화합물 5 | 4 | 52.4 | 41.16 | 5240 | 260 |
| 실시예 6 | 화합물 6 | 4.6 | 53.2 | 36.33 | 5320 | 240 |
| 실시예 7 | 화합물 7 | 4.4 | 60.2 | 42.98 | 6020 | 260 |
| 실시예 8 | 화합물 8 | 4.2 | 60.2 | 45.03 | 6020 | 420 |
| 실시예 9 | 화합물 9 | 8 | 56.8 | 22.31 | 5680 | 300 |
| 실시예 10 | 화합물 10 | 8 | 55.2 | 21.68 | 5520 | 280 |
| 실시예 11 | 화합물 11 | 4.2 | 53.8 | 40.24 | 5380 | 300 |
| 실시예 12 | 화합물 12 | 4.6 | 58.2 | 39.75 | 5820 | 480 |
| 실시예 13 | 화합물 13 | 4.2 | 57 | 42.64 | 5700 | 360 |
| 실시예 14 | 화합물 14 | 4.6 | 56.4 | 38.52 | 5640 | 340 |
| 비교예 1 | 화합물 A | 6.8 | 46 | 21.25 | 4600 | 160 |
| 비교예 2 | 화합물 B | 6.4 | 40 | 19.64 | 4000 | 160 |
| 비교예 3 | 화합물 C | 6.2 | 41.8 | 21.18 | 4180 | 180 |
| 비교예 4 | 화합물 D | 5.2 | 48 | 29.00 | 4800 | 180 |
| 비교예 5 | 화합물 E | 5.8 | 45 | 24.37 | 4500 | 160 |
| 비교예 6 | 화합물 F | 5.2 | 46.8 | 28.27 | 4680 | 190 |
본 발명의 헤테로고리 화합물은 디벤조티오펜의 2번 또는 6번 위치에 시아노기로 치환된 카바졸기가 결합되어 있고, 나머지 위치에 디벤조퓨란기 또는 디벤조티오펜기가 결합되어 있는 것이 특징인 반면, 비교예 1 내지 6의 화합물 A 내지 F는 시아노기가 아닌 다른 기로 치환된 카바졸기를 갖거나, 디벤조티오펜의 2번 및 6번 위치가 카바졸기 또는 디벤조퓨란기로만 치환되어 있거나, 디벤조퓨란기 또는 디벤조티오펜기 대신 아릴기 등을 포함하고 있다.
본 발명의 헤테로고리 화합물을 사용한 실시예 1 내지 14의 유기 발광 소자는 비교예 1 내지 6의 소자와 비교해서, 구동 전압이 낮고, 전류 효율이 높고, 전력 효율이 높고, 휘도가 높으며, 수명 특성이 높은 것을 확인할 수 있었다.
1: 기판
2: 양극
3: 정공주입층
4: 정공수송층
5: 전자차단층
6: 발광층
7: 정공차단층
8: 전자수송층
9: 전자주입층
10: 음극
11: 캡슐
2: 양극
3: 정공주입층
4: 정공수송층
5: 전자차단층
6: 발광층
7: 정공차단층
8: 전자수송층
9: 전자주입층
10: 음극
11: 캡슐
Claims (14)
- 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서,
X는 수소; 시아노기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 바이페닐기이고,
A 및 B 중 어느 하나는 시아노기로 치환된 카바졸기이고, 나머지 하나는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다. - 청구항 1에 있어서,
상기 A 및 B 중 어느 하나는 시아노기로 치환된 카바졸기이고, 나머지 하나는 시아노기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 시아노기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기인 화합물. - 청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 화합물:
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 2 및 3에 있어서,
X의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고,
X1은 O 또는 S이며,
R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
n1 및 n2는 0 내지 7의 정수이고, n1 및 n2가 각각 2 이상인 경우 2 이상의 괄호 내의 치환기는 각각 서로 같거나 상이하다. - 청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물들 중 어느 하나로 표시되는 화합물:
.
- 청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 최저 삼중항 에너지 준위는 2.7 eV 이상인 화합물. - 청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 유리전이온도는 120℃ 이상인 화합물. - 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상이 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 유기 발광 소자.
- 청구항 7에 있어서,
상기 유기물층은 정공주입층 또는 정공수송층을 포함하고, 상기 정공주입층 또는 정공수송층은 상기 화합물을 포함하는 유기 발광 소자. - 청구항 7에 있어서,
상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함하고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층은 상기 화합물을 포함하는 유기 발광 소자. - 청구항 7에 있어서,
상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함하는 유기 발광 소자. - 청구항 7에 있어서,
상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 발광층의 호스트로 포함하는 유기 발광 소자. - 청구항 11에 있어서,
상기 발광층은 열활성화 지연 형광 도펀트를 더 포함하는 유기 발광 소자. - 청구항 12에 있어서,
상기 열활성화 지연 형광 도펀트는 삼중항 에너지 준위 - 일중항 에너지 준위 (T1-S1, △EST) 값이 0.3 eV 이하인 유기 발광 소자. - 청구항 12에 있어서,
상기 열활성화 지연 형광 도펀트의 최대발광피크가 450 nm 내지 550nm인 유기 발광 소자.
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