KR20200011912A - 유기발광소자 - Google Patents
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- H10K50/131—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers specially adapted for multicolour light emission, e.g. for emitting white light comprising stacked EL layers within one EL unit with spacer layers between the electroluminescent layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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- H—ELECTRICITY
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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Abstract
본 명세서는 유기발광소자를 제공한다.
Description
본 출원은 2018년 07월 25일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2018-0086643호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 유기발광소자에 관한 것이다.
최근 디스플레이 분야에 대한 관심 및 수요가 급속도로 높아지고 있으며, 디스플레이 장치 중 유기발광소자는 전력소모가 적고, 박형화가 가능하여 주목받고 있다.
이에 따라, 효율이 우수하고 장수명 특성을 갖는 유기발광소자에 대한 개발이 지속되고 있으며, 특히 청색 발광 소자의 경우, 녹색 및 적색 인광 소자에 비하여 효율 및 수명이 현저하게 떨어진다는 문제점을 가지고 있어, 청색 발광 소자의 효율 및 수명을 비약적으로 늘리기 위한 방안에 대하여 연구가 지속되고 있다.
본 발명에서는 낮은 구동전압, 높은 효율 및 장수명 특성을 갖는 유기발광소자가 기재된다.
본 발명은 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 제1 유기물층 및 제2 유기물층을 포함하고, 상기 제1 유기물층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며, 상기 제2 유기물층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 유기발광소자를 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서,
L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 할로알킬기; 치환 또는 비치환된 할로알콕시기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하며,
n1은 0 내지 7의 정수이고, n1이 2 이상인 경우 2 이상의 R1은 서로 같거나 상이하며,
n2는 0 내지 9의 정수이고, n2가 2 이상인 경우 2 이상의 -L2-R2는 서로 같거나 상이하고,
n3는 1 또는 2이고, n3가 2인 경우 2개의 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하며, 1 ≤ n2+n3 ≤ 10 이고,
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서,
X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이고, 나머지는 CR이며,
R 및 Ar1 내지 Ar3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 할로알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하고, 상기 Ar1 내지 Ar3 중 적어도 하나는 하기 화학식 3으로 표시되며,
L11 내지 L13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이며,
m1 내지 m3 는 각각 0 내지 3의 정수이고, m1 내지 m3가 각각 2 이상인 경우 2 이상의 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하며,
[화학식 3]
상기 화학식 3에 있어서,
R11 내지 R26 중 어느 하나는 L11 내지 L13 중 어느 하나와 연결되며, 나머지는 수소; 중수소; 시아노기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성한다.
본 발명의 유기발광소자는 제1 유기물층에 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 제2 유기물층에 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 구동 전압이 낮고, 효율이 우수하며, 장수명을 갖는 소자를 얻을 수 있다.
도 1 내지 4는 본 발명의 유기발광소자의 예를 도시한 것이다.
이하 본 명세서에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 유기발광소자는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 제1 유기물층 및 제2 유기물층을 포함하고, 상기 제1 유기물층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며, 상기 제2 유기물층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함한다. 상기 제1 유기물층 및 제2 유기물층에 각각 산소(O) 원자를 포함하는 디벤조퓨란계 화합물 또는 잔텐계 화합물을 동시에 포함함으로써, 전자의 이동속도를 증가시켜주어 우수한 특성을 갖는 소자를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 유기물층과 제2 유기물층은 인접하여 구비될 수 있다. 이때 상기 제1 유기물층 및 제2 유기물층에 각각 산소(O) 원자를 포함하는 디벤조퓨란계 화합물 또는 잔텐계 화합물을 동시에 포함함으로써, 유기물층 막을 형성시 산소(O) 원자를 포함하는 치환기의 영향으로 분자의 배열이 잘 일어나게 되어, 막질이 단단해지고, 이로 인하여 소자의 수명 개선 효과가 있다. 또한, 계면간의 배리어(barrier)를 줄여주어 전자의 이동속도를 증가시켜주어 소자의 전압 감소, 효율 증가 및 수명 증가를 이룰 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서,
L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 할로알킬기; 치환 또는 비치환된 할로알콕시기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하며,
n1은 0 내지 7의 정수이고, n1이 2 이상인 경우 2 이상의 R1은 서로 같거나 상이하며,
n2는 0 내지 9의 정수이고, n2가 2 이상인 경우 2 이상의 -L2-R2는 서로 같거나 상이하고,
n3는 1 또는 2이고, n3가 2인 경우 2개의 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하며, 1 ≤ n2+n3 ≤ 10 이고,
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서,
X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이고, 나머지는 CR이며,
R 및 Ar1 내지 Ar3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 할로알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하고, 상기 Ar1 내지 Ar3 중 적어도 하나는 하기 화학식 3으로 표시되며,
L11 내지 L13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이며,
m1 내지 m3 는 각각 0 내지 3의 정수이고, m1 내지 m3가 각각 2 이상인 경우 2 이상의 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하며,
[화학식 3]
상기 화학식 3에 있어서,
R11 내지 R26 중 어느 하나는 L11 내지 L13 중 어느 하나와 연결되며, 나머지는 수소; 중수소; 시아노기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 유기물층과 제2 유기물층이 '인접'하여 구비된다고 할 때, 이는 제1 유기물층의 일면과 제2 유기물층의 일면이 서로 물리적으로 접하도록 형성되는 것을 의미한다.
본 발명에 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 발명에 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 발명에서 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 발명에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 시아노기(-CN); 니트로기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 알케닐기; 할로알킬기; 할로알콕시기; 시클로알킬기; 아릴기; 및 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.
상기 치환기들의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 있어서, 할로겐기의 예로는 불소(-F), 염소(-Cl), 브롬(-Br) 또는 요오드(-I)가 있다.
본 발명에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 40인 것이 바람직하다. 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, n-프로필기, 이소프로필기, 부틸기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, n-펜틸기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 발명에 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 발명에 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, 비페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 트리페닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기, 트리페닐레닐기, 페날레닐기(phenalene) 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 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 발명에 있어서, 헤테로고리기는 이종원자로 N, O, S, P 및 Si 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 예로는 피리딜기, 퓨라닐기, 티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 카바졸릴기, 디벤조티오페닐기, 나프토벤조퓨라닐기, 나프토벤조티오페닐기, 페녹산틴기(phenoxathiine), 디벤조실롤기, 인데노카바졸기, 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 헤테로아릴기는 방향족인 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 서로 결합하여 형성되는 치환 또는 비치환된 고리에서, "고리"는 탄화수소고리; 또는 헤테로고리를 의미한다.
상기 탄화수소고리는 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 상기 2가기인 것을 제외하고 상기 시클로알킬기 또는 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 발명에 있어서, 방향족 탄화수소고리는 2가인 것을 제외하고는 상기 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 헤테로고리는 2가인 것을 제외하고는 상기 헤테로고리기에 대한 설명이 적용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 방향족 헤테로고리는 2가인 것을 제외하고는 상기 헤테로아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 아릴렌기는 2가인 것을 제외하고는 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 헤테로아릴렌기는 2가인 것을 제외하고는 헤테로아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 유기물층은 발광층이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 유기물층은 발광층이고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 1종 이상 포함한다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 유기물층은 발광층이고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 발광층의 호스트로 포함한다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 유기물층은 발광층이고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 발광층의 호스트로 포함하며, 하기 화학식 A로 표시되는 화합물 및 화학식 B로 표시되는 화합물 중 1 종 이상을 호스트로서 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 발광층 내에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 하기 화학식 A로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 B로 표시되는 화합물의 중량비(화학식 1로 표시되는 화합물의 중량:화학식 A로 표시되는 화합물 및 B로 표시되는 화합물의 중량)는 1:9 내지 9:1일 수 있다.
[화학식 A]
상기 화학식 A에서,
L31 및 L32는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴렌이고,
Ar31 및 Ar32는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴이고,
[화학식 B]
상기 화학식 B에서,
L33, L34 및 L35는 각각 독립적으로, 직접결합; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴렌이고,
Ar33, Ar34 및 Ar35는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 A로 표시되는 화합물은 하기 구조들 중 어느 하나이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 유기물층은 발광층이고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 발광층의 호스트로 포함하며, 도펀트를 더 포함할 수 있다. 상기 도펀트는 형광 도펀트 또는 인광 도펀트일 수 있으며, 형광 도펀트가 바람직하다. 이때, 발광층 내에 도펀트는 호스트 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 50 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 1 중량부 내지 30 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 형광 도펀트로는 하기 구조들 중 어느 하나가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, 상기 인광 도펀트로는 Ir 착체가 사용될 수 있으며, 그 예로 하기 구조들 중 어느 하나가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 제1 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 n3는 1 또는 2이고, n3가 2인 경우 2개의 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하며, 1 ≤ n2+n3 ≤ 10 이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 n2는 0 내지 2의 정수이고, n2가 2 인 경우 2 개의 -L2-R2는 서로 같거나 상이하다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 n1은 0 내지 2의 정수이고, n1이 2인 경우 2개의 R1은 서로 같거나 상이하다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1은 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 방향족 탄화수소고리를 형성한다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1은 수소 또는 중수소이거나, n1이 2인 경우 2개의 R1이 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 방향족 탄화수소고리를 형성한다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1은 수소 또는 중수소이거나, n1이 2인 경우 2개의 R1이 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 벤젠고리를 형성하여, 나프토벤조퓨란을 이룬다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1은 수소 또는 중수소이거나, n1이 2인 경우 2개의 R1이 서로 결합하여 벤젠고리를 형성하여, 나프토벤조퓨란을 이룬다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 직접결합이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 L2는 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 L2는 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기; 치환 또는 비치환된 나프틸렌기; 또는 치환 또는 비치환된 페난트레닐렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 L2는 직접결합; 페닐렌기; 바이페닐렌기; 나프틸렌기; 또는 페난트레닐렌기이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1는 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1은 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 이종원소로 O, S 및 N 중 1 이상을 포함하는 헤테로고리기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1은 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 페난트레닐기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1은 수소; 중수소; 페닐기; 바이페닐기; 나프틸기; 페난트레닐기; 또는 디벤조퓨라닐기이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조들 중 어느 하나로 표시된다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 유기물층은 정공저지층 또는 전자조절층이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 유기물층은 발광층이고, 상기 제2 유기물층은 정공저지층 또는 전자조절층이며, 상기 발광층과 정공저지층 또는 전자조절층은 인접하게 구비된다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 유기물층은 정공저지층 또는 전자조절층이고, 상기 정공저지층 또는 전자조절층은 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함한다.
상기 제2 유기물층은 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이고, 나머지는 CR이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 R 및 Ar1 내지 Ar3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 트리알킬실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 트리아릴실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 할로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 이종원소로 O, S, N 및 Si 중 1 이상을 포함하는 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 고리를 형성하고, 상기 Ar1 내지 Ar3 중 적어도 하나는 하기 화학식 3으로 표시된다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R 및 Ar1 내지 Ar3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 트리알킬실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 트리아릴실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 할로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 이종원소로 O, S, N 및 Si 중 1 이상을 포함하는 헤테로고리기이거나, Ar1 및 R은 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 고리를 형성하고, Ar2 및 R은 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 고리를 형성하며, 상기 Ar1 내지 Ar3 중 적어도 하나는 하기 화학식 3으로 표시된다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 R 및 Ar1 내지 Ar3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 트리알킬실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 트리아릴실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 할로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 이종원소로 O, S, N 및 Si 중 1 이상을 포함하는 헤테로고리기이거나, Ar1 및 R; 또는 Ar2 및 R은 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 방향족 탄화수소고리를 형성하며, 상기 Ar1 내지 Ar3 중 적어도 하나는 하기 화학식 3으로 표시된다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R 및 Ar1 내지 Ar3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 치환 또는 비치환된 트리플루오로메틸기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 바이페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 카바졸릴기; 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기; 치환 또는 비치환된 페녹산티닐기; 치환 또는 비치환된 페난트레닐기; 치환 또는 비치환된 페날렌기; 치환 또는 비치환된 벤조카바졸릴기; 치환 또는 비치환된 피리딜기; 치환 또는 비치환된 인데노카바졸릴기; 치환 또는 비치환된 트리메틸실릴기; 치환 또는 비치환된 트리페닐실릴기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조실롤기이거나, 하기 구조 중 선택되고, 하기 구조는 치환 또는 비치환될 수 있다.
상기 구조에서, *는 결합위치를 의미한다.
상기 R 및 Ar1 내지 Ar3는 수소; 중수소; 시아노기; 트리플루오로메틸기; 탄소수 1 내지 20의 트리알킬실릴기; 탄소수 6 내지 30의 트리아릴실릴기; 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 및 탄소수 2 내지 30의 이종원소로 O, S, N 및 Si 중 1 이상을 포함하는 헤테로고리기 중 1 이상의 기가 연결된 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
상기 R 및 Ar1 내지 Ar3는 수소; 중수소; 시아노기; 트리플루오로메틸기; 탄소수 1 내지 10의 트리알킬실릴기; 탄소수 6 내지 20의 트리아릴실릴기; 탄소수 1 내지 10의 알킬기; 탄소수 6 내지 20의 아릴기; 및 탄소수 2 내지 20의 이종원소로 O, S, N 및 Si 중 1 이상을 포함하는 헤테로고리기 중 1 이상의 기가 연결된 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
상기 R 및 Ar1 내지 Ar3는 수소; 중수소; 시아노기; 트리플루오로메틸기; 트리메틸실릴기; 트리페닐실릴기; 메틸기; 페닐기; 바이페닐기; 나프틸기, 디메틸플루오레닐기; 디페닐플루오레닐기; 디벤조퓨라닐기; 디벤조티오페닐기; 카바졸기 중 1 이상의 기가 연결된 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R 및 Ar1 내지 Ar3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 트리플루오로메틸기; 페닐기; 바이페닐기; 피리딜기로 치환 또는 비치환된 터페닐기; 나프틸기; 메틸기 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 카바졸릴기; 트리페닐레닐기; 메틸기로 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기; 디벤조퓨라닐기; 페녹산티닐기; 페난트레닐기; 벤조카바졸릴기; 피리딜기; 메틸기로 치환 또는 비치환된 N-페닐인데노카바졸릴기; 트리메틸실릴기; 트리페닐실릴기; 또는 메틸기로 치환된 디벤조실롤기이거나, 하기 구조 중 선택된다.
상기 구조에서, *는 결합위치를 의미한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 R; 또는 Ar2 및 R은 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 벤젠을 형성한다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar1 및 R; 또는 Ar2 및 R은 서로 결합하여 벤조카바졸기로 치환 또는 비치환된 벤젠을 형성한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 L11 내지 L13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 2가의 헤테로고리기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 L11 내지 L13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 이종원소로 O, S, N 및 Si 중 1 이상을 포함하는 2가의 헤테로고리기이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 L11 내지 L13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기; 치환 또는 비치환된 나프틸렌기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 2가의 디벤조티오펜기; 치환 또는 비치환된 2가의 디벤조퓨라닐기; 치환 또는 비치환된 2가의 카바졸릴기; 치환 또는 비치환된 2가의 벤조카바졸릴기; 치환 또는 비치환된 2가의 인데노카바졸릴기; 치환 또는 비치환된 2가의 디벤조실롤기; 치환 또는 비치환된 2가의 페녹산티닐기; 치환 또는 비치환된 2가의 피리딜기; 치환 또는 비치환된 2가의 티오페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 퓨라닐기이거나, 하기 구조 중 선택되고, 하기 구조는 치환 또는 비치환될 수 있다.
상기 구조에서, *는 결합위치를 의미한다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 L11 내지 L13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 메틸기, 페닐기 또는 디벤조티오페닐기로 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 바이페닐렌기; 나프틸렌기; 디메틸플루오레닐기; 2가의 디벤조티오펜기; 2가의 디벤조퓨라닐기; 페닐기로 치환 또는 비치환된 2가의 카바졸릴기; 페닐기 또는 디메틸바이페닐기로 치환 또는 비치환된 2가의 벤조카바졸릴기; 메틸기로 치환된 2가의 인데노카바졸릴기; 2가의 디메틸디벤조실롤기; 2가의 페녹산티닐기; 2가의 피리딜기; 2가의 티오페닐기; 또는 2가의 퓨라닐기이거나, 하기 구조이다.
상기 구조에서, *는 결합위치를 의미한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar1 내지 Ar3 중 1 또는 2개는 하기 화학식 3으로 표시된다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에 있어서,
R11 내지 R26 중 어느 하나는 L11 내지 L13 중 어느 하나와 연결되며, 나머지는 수소; 중수소; 시아노기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 R11 내지 R26 중 어느 하나는 L11 내지 L13 중 어느 하나와 연결되며, 나머지는 수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 방향족 탄화수소고리를 형성한다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 R11 내지 R26 중 어느 하나는 L11 내지 L13 중 어느 하나와 연결되며, 나머지는 수소; 치환 또는 비치환된 메틸기; 치환 또는 비치환된 부틸기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 벤젠고리를 형성한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 R11 내지 R26 중 어느 하나는 L11 내지 L13 중 어느 하나와 연결되며, 나머지는 수소; 메틸기; tert-부틸기; n-부틸기; 메틸기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 나프틸기; 또는 디메틸플루오레닐기이거나, 인접한 기와 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R11 내지 R18 중 어느 하나는 L11 내지 L13 중 어느 하나와 연결되며, 나머지는 수소; 메틸기; tert-부틸기; n-부틸기; 메틸기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 나프틸기; 또는 디메틸플루오레닐기이거나, 인접한 기와 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R19 내지 R26 중 어느 하나는 L11 내지 L13 중 어느 하나와 연결되며, 나머지는 수소; 메틸기; tert-부틸기; n-부틸기; 메틸기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 나프틸기; 또는 디메틸플루오레닐기이거나, 인접한 기와 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2는 하기 화학식 201 내지 203 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 201]
[화학식 202]
[화학식 203]
상기 화학식 201 내지 203에 있어서, X1 내지 X3, Ar1 내지 Ar3, L11 내지 L13, m1 내지 m3 및 R11 내지 R26의 정의는 상기 화학식 2 및 3에서의 정의와 동일하고, R31 및 R32의 정의는 상기 화학식 2에서의 R11 내지 R26의 정의와 동일하고, r31 및 r32은 1 내지 7의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2는 하기 구조들 중 어느 하나로 표시된다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 유기물층은 발광층이고, 상기 발광층은 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며, 상기 발광층의 최대 발광 피크는 400 nm 내지 500 nm이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 1 이상의 발광층을 더 포함한다. 상기 1 이상의 발광층은 각각 전술한 형광 도펀트 또는 인광 도펀트를 포함할 수 있다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 1종 이상 포함하는 발광층의 최대 발광 피크가 나타나는 파장대와 다른 파장대에서 최대 발광 피크가 나타나는 1 이상의 발광층을 더 포함한다. 이때, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 1종 이상 포함하는 발광층의 최대 발광 피크는 400 nm 내지 500 nm 이며, 상기 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 1종 이상 포함하는 발광층의 최대 발광 피크가 나타나는 파장대와 다른 파장대에서 최대 발광 피크가 나타나는 1 이상의 발광층은 각각 510 nm 내지 580 nm; 또는 610 nm 680 nm의 최대 발광 피크를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자의 제1 유기물층은 발광층이고, 상기 발광층은 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물 및 형광 도펀트를 더 포함하며, 상기 유기발광소자는 1 이상의 발광층을 더 포함하고, 상기 1 이상의 발광층은 인광 도펀트를 포함한다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기발광소자는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 1종 이상 포함하는 발광층과 최대 발광 피크가 나타나는 파장대와 동일한 파장대에서 최대 발광 피크가 나타나는 1 이상의 발광층을 더 포함한다. 이때, 상기 발광층의 최대 발광 피크는 400 nm 내지 500 nm 이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기발광소자의 제1 유기물층은 발광층이고, 상기 발광층은 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물 및 형광 도펀트를 더 포함하며, 상기 유기발광소자는 1 이상의 발광층을 더 포함하고, 상기 1 이상의 발광층은 형광 도펀트를 포함한다.
또한, 본 발명의 유기발광소자가 2 이상의 발광층을 포함하는 경우, 2 이상의 발광층은 수직 방향으로 순차적으로 적층된 상태일 수 있으며, 수평 방향으로 나란히 적층된 상태일 수 있다.
도 1 내지 4는 각각 2 이상의 발광층을 포함하는 본 발명의 유기발광소자의 적층 구조를 나타낸 것이다.
도 1은 기판(0), 음극(1), 전자수송층(2), 정공저지층 또는 전자조절층(7), 발광층(101), 정공수송층(3) 및 양극(4) 순으로 적층되고, 상기 발광층(101)은 발광층 1(11)과 발광층 2(12)가 수평 방향으로 나란하게 적층된 유기발광소자를 나타내었다.
도 2는 기판(0), 음극(1), 전자수송층(2), 정공저지층 또는 전자조절층(7), 발광층 1(11), 유기물층(5), 발광층 2(12), 정공수송층(3) 및 양극(4) 순으로 수직 방향으로 순차적으로 적층된 유기발광소자를 나타내었다.
도 3은 기판(0), 음극(1), 전자수송층(2), 정공저지층 또는 전자조절층(7), 발광층 1(11), 유기물층(5), 발광층 2(12), 유기물층(6), 발광층 3(13), 정공수송층(3) 및 양극(4) 순으로 수직 방향으로 순차적으로 적층된 유기발광소자를 나타내었다.
도 4는 기판(0), 양극(4), 정공주입층(102), 정공수송층(103), 발광층(101), 정공저지층 또는 전자조절층(104), 전자 주입 및 수송층(105) 및 음극(1) 순으로 수직 방향으로 순차적으로 적층된 유기발광소자를 나타내었다.
본 발명에서는 상기 화학식 1 및 화학식 2의 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.
본 발명의 유기발광소자는 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 이용하여 제1 유기물층을 형성하고, 전술한 화학식 2로 표시되는 화합물을 이용하여 제2 유기물층을 형성하는 것을 제외하고는, 통상의 유기발광소자의 제조방법 및 재료에 의하여 제조될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 제1 유기물층 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 제2 유기물층이 형성된 유기발광소자의 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 유기발광소자는 정공수송층, 정공주입층, 전자저지층, 정공조절층, 정공수송 및 정공주입을 동시에 하는 층, 발광층, 전자주입층, 전자수송층, 정공저지층, 전자조절층, 및 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층 중 1층 이상의 유기물층으로 형성될 수 있으며, 상기 제1 유기물층은 제1 유기물층은 발광층이고, 상기 제2 유기물층은 정공저지층 및/또는 전자조절층이다. 그러나, 본 명세서의 유기발광소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 많은 수의 유기물층을 포함할 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.
본 발명에 따른 유기발광소자는 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, 발광층, 전자저지층, 전자수송층, 정공수송 및 정공주입을 동시에 하는 층, 정공저지층, 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층, 및 전자주입층으로 이루어진 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 유기발광소자를 만들 수도 있다.
상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 정공주입 및 정공수송을 동시에 하는 층, 전자저지층, 정공저지층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층, 전자주입 및 전자수송을 동시에 하는 층 등을 포함하는 다층 구조일 수도 있으나, 이에 한정되지 않고 단층 구조일 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. 또한, 음극은 1층 또는 2층으로 형성될 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 전자저지층을 포함할 수 있으며, 상기 전자저지층은 당 기술분야에 알려져 있는 재료가 사용될 수 있다.
상기 정공주입층은 양극으로부터 발광층으로 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 하는 층이며, 정공주입 물질로는 낮은 전압에서 양극으로부터 정공을 잘 주입 받을 수 있는 물질로서, 정공주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공주입 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.
상기 정공수송층은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 정공수송 물질로는 양극이나 정공주입층으로부터 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.
본 발명에 있어서, 상기 발광층은 청색, 녹색, 적색 발광을 할 수 있으며, 인광 물질 또는 형광 물질로 이루어질 수 있으며, 상기 발광층은 호스트 및 도펀트를 포함한다.
발광층의 호스트는 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 않으며, 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물이 사용될 수 있다.
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.
상기 전자주입층은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 전자주입 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 정공저지층은 정공의 음극 도달을 저지하는 층으로, 전자수송층과 발광층 사이에 구비될 수 있으며, 일반적으로 정공주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP, 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 전술한 화학식 2로 표시되는 화합물이 사용될 수 있다.
상기 전자조절층은 발광층으로의 전자의 이동을 조절하는 층으로, 당 기술분야에 알려져 있는 재료가 사용될 수 있으며, 전술한 화학식 2로 표시되는 화합물이 사용될 수 있다.
상기 정공조절층은 발광층으로의 정공의 이동을 조절하는 층으로, 당 기술분야에 알려져 있는 재료가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 유기발광소자는 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>
한국 등록특허 10-1593368호 및 10-1755986호에 기재된 방법을 참고하여 하기 화합물 2-1 내지 2-7을 제조하였다.
<실시예 및 비교예>
실시예 1-1
ITO(인듐주석산화물)가 1000Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판 (corning 7059 glass)을, 분산제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 세제는 Fischer Co.의 제품을 사용하였으며, 증류수는 Millipore Co. 제품의 필터(Filter)로 2차 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30 분간 세척한 후, 증류수로 2 회 반복하여 초음파 세척을 10 분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올 용제 순서로 초음파 세척을 하고 건조시켰다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌 (HAT-CN: hexanitrile hexaazatriphenylene)를 500 Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공주입층을 형성하였다. 그 위에 정공을 수송하는 물질인 HT1(400 Å)을 진공증착한 후 발광층으로 호스트 BH1과 도판트 BD1 화합물(BH1: BD1 = 97.5 : 2.5의 중량비)을 300 Å의 두께로 진공 증착하였다. 상기 발광층 위에 표 1의 실시예 1의 화합물 2-1을 50Å 두께로 정공저지층(전자조절층)을 증착한 후, 화합물 ET1과 LiQ(Lithium Quinolate)를 1:1의 중량비로 진공증착하여 350Å의 두께로 전자 주입 및 수송층을 형성하였다. 상기 전자 주입 및 수송층 위에 순차적으로 12Å두께로 리튬플로라이드(LiF)와 2,000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하여 유기 발광 소자를 제작하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 내지 0.7Å/sec를 유지하였고, 음극의 리튬플로라이드는 0.3Å/sec, 알루미늄은 2Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2×10-7 내지 5×10-6 torr를 유지하였다.
실시예 1-2 내지 1-7
상기 실시예 1에서 화합물 2-1 대신 화합물 2-2 내지 2-7을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
실시예 2-1 내지 2-3
상기 실시예 1에서 화합물 BH1 대신 화합물 BH2 내지 BH4의 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
비교예 1 내지 8
상기 실시예 1에서 화합물 BH1 대신 하기 표 1의 화합물을 사용하고, 화합물 2-1 대신 하기 표 1의 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 유기 발광 소자에 10mA/cm2의 전류를 인가하였을 때, 전압, 효율 및 수명을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 한편, LT98는 휘도가 초기 휘도에서 98%로 감소되는 데 소요되는 시간을 의미한다.
| 제1 유기물층 (발광층 호스트) |
제2 유기물층 (정공저지층) |
전압 (V) |
효율 (cd/A) |
LT98 (hr) |
|
| 실시예 1-1 | BH1 | 2-1 | 3.74 | 5.25 | 49 |
| 실시예 1-2 | BH1 | 2-2 | 3.99 | 4.92 | 68 |
| 실시예 1-3 | BH1 | 2-3 | 3.92 | 5.12 | 58 |
| 실시예 1-4 | BH1 | 2-4 | 3.90 | 5.30 | 49 |
| 실시예 1-5 | BH1 | 2-5 | 4.12 | 4.77 | 76 |
| 실시예 1-6 | BH1 | 2-6 | 4.15 | 4.70 | 74 |
| 실시예 1-7 | BH1 | 2-7 | 4.01 | 5.31 | 59 |
| 실시예 2-1 | BH2 | 2-1 | 3.81 | 4.91 | 61 |
| 실시예 2-2 | BH3 | 2-1 | 4.11 | 4.50 | 65 |
| 실시예 2-3 | BH4 | 2-1 | 3.84 | 5.28 | 44 |
| 비교예 1 | BH1 | (제2 유기물층 없음) | 5.45 | 2.58 | 22 |
| 비교예 2 | - | 2-1 | 5.29 | 3.20 | 32 |
| 비교예 3 | 2-1 | BH1 | 4.83 | 4.44 | 34 |
| 비교예 4 | BH5 | ET2 | 4.23 | 3.59 | 19 |
| 비교예 5 | ET2 | BH5 | 7.08 | 1.05 | 5 |
| 비교예 6 | BH1 | ET2 | 4.31 | 3.92 | 38 |
| 비교예 7 | BH5 | 2-1 | 4.31 | 4.45 | 20 |
| 비교예 8 | BH5 | 2-4 | 4.38 | 4.41 | 21 |
실시예 1-1 내지 1-7 및 2-1 내지 2-3에서는 안트라센에 디벤조퓨란이 결합된 본원 화학식 1의 화합물을 발광층의 호스트로 사용하고, 스피로플루오렌잔텐에 N 포함 헤테로고리기가 결합된 화학식 2로 표시되는 화합물을 정공저지층에 사용하였다. 반면, 비교예 1 내지 8에서는 본원 화학식 1의 화합물 대신 아릴기만이 결합된 안트라센 화합물을 발광층의 호스트로 사용하거나, 본원 화학식 2의 화합물 대신 디페닐플루오렌에 N 포함 헤테로고리기가 결합된 화합물을 정공저지층의 재료로 사용하였다.상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1-1 내지 1-7 및 2-1 내지 2-3은 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 중 한 가지만 사용한 경우에 비하여, 구동 전압이 낮고, 고효율 및 장수명의 특징을 나타내었다.
0: 기판
1: 음극
2: 전자수송층
3: 정공수송층
4: 양극
5: 유기물층
6: 유기물층
7: 정공저지층 또는 전자조절층
11: 발광층 1
12: 발광층 2
13: 발광층 3
101: 발광층
102: 정공주입층
103: 정공수송층
104: 정공저지층 또는 전자조절층
105: 전자 주입 및 수송층
1: 음극
2: 전자수송층
3: 정공수송층
4: 양극
5: 유기물층
6: 유기물층
7: 정공저지층 또는 전자조절층
11: 발광층 1
12: 발광층 2
13: 발광층 3
101: 발광층
102: 정공주입층
103: 정공수송층
104: 정공저지층 또는 전자조절층
105: 전자 주입 및 수송층
Claims (11)
- 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 제1 유기물층 및 제2 유기물층을 포함하고,
상기 제1 유기물층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하며,
상기 제2 유기물층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 것인 유기발광소자:
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서,
L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 할로알킬기; 치환 또는 비치환된 할로알콕시기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하며,
n1은 0 내지 7의 정수이고, n1이 2 이상인 경우 2 이상의 R1은 서로 같거나 상이하며,
n2는 0 내지 9의 정수이고, n2가 2 이상인 경우 2 이상의 -L2-R2는 서로 같거나 상이하고,
n3는 1 또는 2이고, n3가 2인 경우 2개의 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하며, 1 ≤ n2+n3 ≤ 10 이고,
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서,
X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이고, 나머지는 CR이며,
R 및 Ar1 내지 Ar3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 시아노기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 할로알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하고, 상기 Ar1 내지 Ar3 중 적어도 하나는 하기 화학식 3으로 표시되며,
L11 내지 L13은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이며,
m1 내지 m3 는 각각 0 내지 3의 정수이고, m1 내지 m3가 각각 2 이상인 경우 2 이상의 괄호 내의 치환기는 서로 같거나 상이하며,
[화학식 3]
상기 화학식 3에 있어서,
R11 내지 R26 중 어느 하나는 L11 내지 L13 중 어느 하나와 연결되며, 나머지는 수소; 중수소; 시아노기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성한다. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 유기물층과 제2 유기물층은 인접하여 구비된 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 유기물층은 발광층인 것인 유기발광소자. - 청구항 3에 있어서,
상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 상기 발광층의 호스트로 포함하는 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 제2 유기물층은 정공저지층 또는 전자조절층인 것인 유기발광소자. - 청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조들 중에서 선택되는 것인 유기발광소자:
.
- 청구항 1에 있어서,
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 구조들 중에서 선택되는 것인 유기발광소자:
. - 청구항 3에 있어서,
상기 유기발광소자는 1 이상의 발광층을 더 포함하는 유기발광소자. - 청구항 3에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 1종 이상 포함하는 발광층의 최대 발광 피크가 나타나는 파장대와 다른 파장대에서 최대 발광 피크가 나타나는 1 이상의 발광층을 더 포함하는 유기발광소자. - 청구항 8 또는 9에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 1종 이상 포함하는 발광층은 형광 도펀트를 더 포함하는 유기발광소자. - 청구항 9에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 1종 이상 포함하는 발광층의 최대 발광 피크가 나타나는 파장대와 다른 파장대에서 최대 발광 피크가 나타나는 1 이상의 발광층은 인광 도펀트를 포함하는 유기발광소자.
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| GRNT | Written decision to grant |