KR20200112730A - 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 화학식 1의 화합물 및 이를 포함한 유기 발광 소자를 제공한다.
Description
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 3월 22일 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2019-0033052호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
유기발광소자란 유기 반도체 물질을 이용한 발광소자로서, 전극과 유기 반도체 물질 사이에서의 정공 및/또는 전자의 교류를 필요로 한다. 유기발광소자는 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 발광소자이다. 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 발광소자이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기발광소자는 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 유기발광소자의 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.
유기발광소자에서 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 유기발광소자가 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 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서,
R1 내지 R11은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 인접한 2개의 치환기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있고,
R1 내지 R4 중 인접한 2개는 서로 결합하여 헤테로고리를 형성하고,
n은 1 내지 4의 정수이고, m은 0 내지 3의 정수이며, n+m≤4이고,
m이 2 이상인 경우, R9는 서로 같거나 상이하고,
r10 및 r11은 각각 0 내지 4의 정수이고,
상기 r10 및 r11이 각각 2 이상인 경우, 괄호안의 치환기는 서로 같거나 상이하다.
또한, 본 출원은 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 전술한 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 화합물은 유기 발광 소자에 사용되어, 유기 발광 소자의 휘도를 높히고, 수명을 늘리며, 구동전압을 낮추고, 광효율을 향상시키며, 화합물의 열적 안정성에 의하여 소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
특히, t-부틸기가 치환된 디페닐트리아진기; CN이 치환된 페닐렌 링커; 및 벤조퓨로(또는 벤조티에노)-카바졸을 포함하는 화합물은 CN 억셉터(accepor)가 역계간전이속도(RISC rate)를 빠르게하여 광효율을 향상시킨다.
도 1은 기판(1), 제1전극(2), 유기물층(3), 제2 전극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판(1), 제1전극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7), 전자수송층(8), 전자주입층(9), 제2 전극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판(1), 제1전극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7), 전자수송층(8), 전자주입층(9), 제2 전극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
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; 니트릴기; 알킬기; 시클로알킬기; 알콕시기; 아릴기; 및 헤테로아릴기로 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 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸프로필, 1,1-디메틸프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 30인 것이 바람직하며, 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 24인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라센기, 페난트렌기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이센기, 플루오렌기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se, Si 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 헤테로아릴기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60 또는 탄소수 2 내지 30인 것이 바람직하다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸릴기, 티아졸릴기, 옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 트리아졸릴기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아지닐기, 아크리딜기, 피리다지닐기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도피리미디닐기, 피리도피라지닐기, 피라지노피라지닐기, 이소퀴놀리닐기, 인돌기, 카바졸릴기, 벤즈옥사졸릴기, 벤즈이미다졸릴기, 벤조티아졸릴기, 벤조카바졸릴기, 디벤조카바졸릴기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨란기, 디벤조퓨란기, 벤조실롤기, 디벤조실롤기, 페난트롤리닐기(phenanthrolinyl group), 이소옥사졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기, 페녹사진기 및 이들의 축합구조 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 치환기 중 "인접한 2개는 서로 결합하여 고리를 형성한다"는 의미는 인접한 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 탄화수소고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성하는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 고리는 치환 또는 비치환된 탄화수소고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 탄화수소고리는 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 상기 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 시클로알킬기 또는 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 방향족고리는 단환 또는 다환일 수 있으며, 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 상기 헤테로고리는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 인접한 2개는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 퓨란고리, 치환 또는 비치환된 티오펜고리, 치환 또는 비치환된 피롤고리, 치환 또는 비치환된 벤조퓨란고리, 치환 또는 비치환된 벤조티오펜고리, 또는 치환 또는 비치환된 인돌고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 인접한 2개는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 벤조퓨란고리, 치환 또는 비치환된 벤조티오펜고리, 또는 치환 또는 비치환된 인돌고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 인접한 2개는 서로 결합하여 벤조퓨란고리, 벤조티오펜고리, 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 인돌고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 인접한 2개는 서로 결합하여 벤조퓨란고리, 벤조티오펜고리, 또는 페닐기; 비페닐기; 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 인돌고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 인접한 2개는 서로 결합하여 하기 화학식 2의 헤테로고리를 형성한다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서,
X는 S, O, 또는 NR이고,
R 및 R20 내지 R23은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 인접한 2개의 치환기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있고,
*은 화학식 1의 R1 내지 R4 중 인접한 2개와 결합하는 위치를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 1-6 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
[화학식 1-4]
[화학식 1-5]
[화학식 1-6]
상기 화학식 1-1 내지 1-6에 있어서, R1 내지 R11, m, n, r10 및 r11은 화학식 1에서의 정의와 같고,
X는 S, O, 또는 NR이고,
R 및 R20 내지 R23은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 인접한 2개의 치환기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R은 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R은 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R은 탄소수 6 내지 20의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R은 페닐기; 비페닐기; 터페닐기; 나프틸기; 안트라센기; 페난쓰렌기; 또는 트리페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R은 페닐기; 비페닐기; 또는 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R20 내지 R23은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-7로 표시된다.
[화학식 1-7]
상기 화학식 1-7에 있어서, R1 내지 R11, m, n, r10 및 r11은 화학식 1에서의 정의와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-8로 표시된다.
[화학식 1-8]
상기 화학식 1-8에 있어서, R1 내지 R11, m, n, r10 및 r11은 화학식 1에서의 정의와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 n은 1 또는 2이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1의 니트릴기(-CN)는 R1 내지 R9가 결합한 카바졸과 ortho-방향으로 결합한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-9 또는 1-10으로 표시된다.
[화학식 1-9]
[화학식 1-10]
상기 화학식 1-9 및 1-10에 있어서, R1 내지 R8, R10, R11, m, n, r10 및 r11은 화학식 1에서의 정의와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 아릴기이거나, 인접한 2개의 치환기가 결합하여 치환 또는 비치환된 방향족 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 아릴기이거나, 인접한 2개의 치환기가 결합하여 방향족 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 페닐기이거나, 인접한 2개의 치환기가 결합하여 치환 또는 비치환된 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 아릴기이거나, 인접한 2개의 치환기가 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R6은 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R6은 탄소수 6 내지 20의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R6은 페닐기; 바이페닐기; 또는 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6은 서로 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R6 및 R7은 서로 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R7 및 R8은 서로 결합하여 벤젠고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R9 내지 R11은 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 구조식들 중에서 선택된다.
본 출원의 일 실시 상태에 따른 화합물은 후술하는 제조방법으로 제조될 수 있다.
예컨데 상기 화학식 1의 화합물은 하기 반응식 1과 같이 코어구조가 제조될수 있다. 치환기는 당기술분야에 알려져 있는 방법에 의하여 결합될 수 있으며, 치환기의 종류, 위치 또는 개수는 당기술분야에 알려져 있는 기술에 따라 변경될 수 있다.
[반응식 1]
상기 반응식 1에 있어서, n 및 X의 정의는 상기 화학식 1에서의 정의와 같고, 치환기의 결합위치, 치환기의 종류 등을 조절하여 본원 화학식 1의 화합물을 합성할 수 있다.
상기 반응식 1에서 Step 1은 스즈키 반응을 이용하여 합성이 가능하며, Step 2는 부흐발트반응 또는 울만 반응등을 통하여 합성이 가능하다.
본 명세서에 있어서, "에너지 준위"는 에너지 크기를 의미하는 것이다. 따라서 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, 에너지 준위가 깊다는 것은 진공 준위로부터 마이너스 방향으로 절대값이 커지는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, HOMO(highest occupied molecular orbital)란, 전자가 결합에 참여할 수 있는 영역에서 가장 에너지가 높은 영역에 있는 분자궤도함수(최고 점유 분자 오비탈)를 의미하고, LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)란, 전자가 반결합영역 중 가장 에너지가 낮은 영역에 있는 분자궤도함수(최저 비점유 분자 오비탈)를 의미하고, HOMO 에너지 준위란 진공 준위로부터 HOMO까지의 거리를 의미한다. 또한, LUMO 에너지 준위란 진공 준위로부터 LUMO까지의 거리를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 밴드갭(bandgap)이란, HOMO와 LUMO의 에너지 준위 차이, 즉, HOMO-LUMO 갭(Gap)을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 HOMO는 6.0eV 이상이고, 바람직하게는 6.05eV 이상 7.0 eV 이하이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 LUMO는 3.0 eV이상이고, 바람직하게는 3.3eV 이상, 4.5eV 이하이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 HOMO-LUMO 갭(Gap)은 3.0eV 이하이고, 바람직하게는 2.0 eV 이상 2.8 eV 이하이다.
본 명세서에 있어서, HOMO 에너지 준위는 대기하 광전자 분광장치(RIKEN KEIKI Co., Ltd. 제조: AC3)를 이용하여 측정할 수 있고, LUMO 에너지 준위는 photoluminescence(PL)을 통하여 측정된 파장값으로 계산할 수 있다.
본 명세서에서는 상기와 같이 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 다양한 에너지 밴드갭을 갖는 화합물을 합성할 수 있다. 또한, 본 명세서에서는 상기와 같은 구조의 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 화합물의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위도 조절할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 삼중항(triplet) 에너지 준위는 2.1 eV 이상이고, 바람직하게는 2.1 eV 이상 3.0 eV 이하, 2.3 eV 이상 3.0 eV 이하, 2.3 eV 이상 2.9 eV 이하일 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 삼중항(triplet) 에너지 준위가 상기 범위를 만족하는 경우, 전자 주입이 용이하게되어 엑시톤의 형성 비율이 높아지게 되므로, 발광 효율이 상승하는 이점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 일중항(singlet) 에너지 준위와 삼중항(triplet) 에너지 준위의 차는 0 eV 이상 0.3 eV 이하이고, 바람직하게는 0 eV 이상 0.25 eV 이하이고, 보다 바람직하게는 0 ev 이상 0.2 이하이다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 일중항(singlet) 에너지 준위와 삼중항(triplet) 에너지 준위의 차가 상기 범위를 만족하는 경우, 삼중항에서 생성된 엑시톤이 역계간전이(RISC)에 의해 일중항으로 이동하는 비율 및 속도가 증가하여 삼중항에 엑시톤이 머무는 시간이 줄어들게 되므로 유기발광소자의 효율 및 수명이 증가하는 이점이 있다.
본 명세서에 있어서, 삼중항 에너지는 형광과 인광 측정이 가능한 분광 기기를 이용하여 측정 가능하고, 측정 조건의 경우 액화질소를 이용한 극저온 상태에서 톨루엔이나 티에치에프를 용매로 하여 10-6M 농도로 용액을 제조하고 용액에 물질의 흡수 파장대의 광원을 조사하여 발광하는 스펙트럼으로부터 일중항 발광을 제외하고, 삼중항에서 발광하는 스펙트럼을 분석하여 확인한다. 광원으로부터 전자가 역이되면 전자가 삼중항에 머물게되는 시간이 일중항에 머물게되는 시간보다 훨씬 길기 때문에 극저온 상태에서 두 성분의 분리가 가능하다.
본 명세서에 있어서, 일중항 에너지의 경우 형광기기를 이용하여 측정하며, 전술한 삼중항 에너지 측정방법과 달리 상온에서 광원을 조사한다.
또한, 본 명세서는 상기 전술한 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서에서 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 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 출원의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자의 대표적인 예로서, 유기 발광 소자는 유기물층으로서 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기층을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 상기 화합물을 도펀트로 포함하고, 호스트 물질을 더 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 호스트 물질은 카바졸계 화합물이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 호스트 물질은 하기 구조로 표시될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서 상기 발광층은 상기 화합물을 도펀트로 포함하고, 다른 도펀트 물질을 더 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서 상기 다른 도펀트 물질은 하기 화학식 D로 표시된다.
[화학식 D]
상기 화학식 D에 있어서,
R11 내지 R15 는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이며,
r11, r14, 및 r15는 각각 0 내지 3의 정수이고,
r12 및 r13은 각각 0 내지 4의 정수이며,
r11 내지 r15가 2 이상인 경우, 괄호안의 치환기는 서로 같거나 상이하다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R11은 수소 또는 할로겐기로 치환된 아릴기이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R11은 수소 또는 F로 치환된 페닐기이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R12 내지 R14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R12 내지 R14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 또는 알킬기이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R12 내지 R14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 또는 부틸기이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R12 내지 R14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 또는 tert-부틸기이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 D는 하기 구조로 표시될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층을 포함하고, 상기 정공주입층은 도핑물질을 더 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층을 포함하고, 상기 정공주입층은 1 내지 40 중량 %의 농도로 도핑된다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층을 포함하고, 상기 정공주입층은 20 내지 30 중량 %의 농도로 도핑된다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공 수송층을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 정공수송층은 서로 다른 2 이상의 물질로 형성될 수 있으며, 2이상의 물질로 형성되는 경우, (1) 서로 다른 2 이상의 물질을 혼합하여 1개의 층을 형성하거나, (2) 1종의 물질로 1층을 형성 후, 상기 형성된 층 위에 다른 물질로 다른 1층 이상을 형성할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 정공 수송층과 발광층 사이에 전자차단층을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자수송층을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층은 서로 다른 2 이상의 물질로 형성될 수 있으며, 2이상의 물질로 형성되는 경우, (1) 서로 다른 2 이상의 물질을 혼합하여 1개의 층을 형성하거나, (2) 1종의 물질로 1층을 형성 후, 상기 형성된 층 위에 다른 물질로 다른 1층 이상을 형성할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층과 발광층 사이에 정공차단층을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자주입층을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층 또는 정공수송층을 포함하고, 상기 정공주입층 또는 정공수송층은 상기 화합물을 포함할 수 있다. 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층 또는 정공 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 정공주입층, 정공수송층 또는 정공 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함하고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층은 상기 화합물을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자주입층, 전자수송층 또는 전자 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 전자주입층, 전자수송층 또는 전자 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함할 수 있다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 발광층의 도펀트로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 발광층의 도펀트로 포함하며, 호스트를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 도펀트의 함량은 호스트 100 중량부를 기준으로 10 중량부 내지 99 중량부로 포함될 수 있으며, 바람직하게는10 중량부 내지 50 중량부로 포함된다.
본 명세서의 화학식 1의 화합물과 상기 화학식 D의 화합물을 도펀트로 같이 사용하는 경우, 효율이 높아지며, 소자의 수명이 더 향상된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 발광층은 호스트물질과 도펀트 물질(상기 화학식 1의 화합물 +상기 화학식 D의 화합물)을 99: 1 내지 50:50의 중량비로 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 발광층은 호스트물질과 도펀트 물질(상기 화학식 1의 화합물 +상기 화학식 D의 화합물)을 99: 1 내지 70:30의 중량비로 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 발광층은 호스트물질: 상기 화학식 1의 화합물: 상기 화학식 D의 화합물을 79:20:1의 중량비로 포함한다.
본 명세서의 화학식 1로 표시되는 화합물은 발광층의 호스트로 사용되는 경우, 소자의 수명 및 효율이 향상된다. 구체적으로, 본원 화학식 1로 표시되는 화합물은 카바졸의 N에 연결된 페닐기에 전자받개(acceptor) 역할을 하는 tert-부틸-트리아진이 결합되어, 전자주개(donor)-전자받개(acceptor) 간의 C-N 결합의 안정화되며, 화합물의 이면각(dihedral angle)이 커진다. 또한, 카바졸의 N에 결합된 페닐기에 니트릴기가 1개 이상 결합하는 경우, 파장이 장파장 영역으로 이동하게되어 화합물의 전자받개 역할이 커지게 된다. 따라서, 삼중항 엑시톤 수명(triplet excition lifetime)이 짧아지고, RISC rate constant가 높아져서 결과적으로 소자의 수명에 악영향을 미치는 TTA(triplet-triplet anihiliation)나 TPA(triplet-polaron anihiliation)이 줄어들어 소자의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 본원 화학식 1의 화합물이 니트릴기의 갯수가 증가할수록 전자받개의 강도가 강해지므로 니트릴기의 개수가 증가할수록 소자의 수명 및 효율이 향상된다. 따라서, 본원 화학식 1의 n이 2 이상인 경우가 바람직하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 발광층의 보조 도펀트 또는 증감제로 포함할 수 있다
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함하며, 호스트 및 형광 도펀트를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 화합물은 보조 도펀트(assistant dopant), 또는 증감제(sensitizer)로 역할하게 되며, 구체적으로 상기 화합물은 호스트로부터 정공(hole)과 전자(electron)을 전달받아 엑시톤(exciton)을 형성하며, 생성된 엑시톤을 형광 도펀트로 전달해주는 역할을 하게 된다.
일반적인 유기발광소자에서 일중항과 삼중항에서 생성되는 엑시톤의 수가 25:75(일중항:삼중항)의 비율로 생성되며, 엑시톤 이동에 따른 발광 형태에 따라 형광 발광, 인광 발광 및 열활성화 지연형광 발광으로 나눌 수 있다. 상기 인광 발광의 경우 삼중항 여기 상태(excited state)의 엑시톤이 바닥 상태(ground state)로 이동하여 발광하는 것을 의미하고, 상기 형광 발광의 경우 일중항 여기 상태(excited state)의 엑시톤이 바닥 상태(ground state)로 이동하여 발광하게 되는 것을 의미하며, 상기 열활성화 지연형광 발광은 삼중항 여기 상태(excited state)로부터 일중항 여기 상태(excited state)로 역계간전이가 유도되고, 일중항 여기 상태의 엑시톤이 바닥 상태(Ground State)로 이동하여 형광 발광을 일으키는 것을 의미한다.
본 발명의 화합물이 지연 형광 특성을 가짐으로써, 일반적으로 삼중항 여기 상태(excited state)의 엑시톤들이 일중항 여기 상태(excited state)로 역계간전이하여 그 에너지를 도펀트로 전달하여 고효율을 갖는 유기발광소자를 구현할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 발광층; 상기 발광층과 상기 제1 전극 사이, 또는 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 구비된 2층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 2층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 상기 화합물을 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조(normal type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 음극, 1층 이상의 유기물층 및 양극이 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
예컨대, 본 출원의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 구조는 도 1에 예시되어 있다.
도 1은 기판(1), 제1 전극(2), 유기물(3), 제2 전극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다.
도 2는 기판(1), 제1전극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7), 전자수송층(8), 전자주입층(9), 제2 전극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에서 상기 화합물은 상기 발광층에 포함될 수 있다.
본 출원의 유기 발광 소자는 유기물층 중 1층 이상이 본 출원의 화합물, 즉 상기 화합물을 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.
상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
예컨대, 본 출원의 유기 발광 소자는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(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 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 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 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다.
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 상승되는 것을 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.
상기 정공수송층과 발광층 사이에 전자차단층이 구비될 수 있다. 상기 전자차단층은 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), 안트라센계 화합물, 파이렌계 화합물, 보론계 화합물 등과 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 고분자, 안트라센계 화합물, 파이렌계 화합물, 보론계 화합물 등과 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 정공차단층은 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 유기발광소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 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 가진자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
중간체 합성예 1. (중간체 b의 합성)
5-브로모-2-플루오로벤조니트릴 (5.00 g, 25.00 mmol), 4,4,4',4',5,5,5',5'-옥타메틸-2,2'-비(1,3,2-디옥사보롤란) (7.50 g, 30.00 mmol), [비스(디페닐포스피노)페로센]팔라듐(II) 디클로라이드 (1.10 g, 1.50 mmol) 와 아세트산 칼륨(potassium acetate) (7.30 g, 75.00 mmol) 을 1,4-다이옥산으로 녹인 조건에서 환류 반응하여 중간체 a (7.30g, 수율 : 65%)를 합성하였다.
중간체 a (3.00, 12.10 mmol), 2,4-비스(4-(tert-부틸)페닐)-6-클로로-1,3,5-트리아진 (4.14 g, 10.90 mmol), 탄산 칼륨(4.90 g, 21.90 mmol) 및 테트라키스(트리페닐포스핀)-팔라듐(0) (0.30 g, 0.30 mmol) 을 테트라하이드로퓨란과 물로 녹인 조건에서 12시간 환류 반응하여 중간체 b (3.60g, 수율 : 90%)를 합성하였다.
합성예 1. (화합물 1의 합성)
중간체 b(1.31g, 2.83mmol), 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 (0.94g, 2.83mmol) 및 탄산세슘 (2.80g, 8.49mmol)을 10ml의 디메틸포름아미드에 첨가한 혼합물을 3시간 환류시켰다. 반응 완료 후 디클로로메탄으로 추출하고 MgSO4 상에서 건조시키고 용매를 증발하여 얻은 물질을 컬럼 크로마토그래피(디클로로메탄/헥산(1:1))으로 정제하여 화합물 1 (1.80g, 수율: 82%)을 제조하였다.
MS (APCI) m/z 776.36 [(M+H)+].
합성예 2. (화합물 2의 합성)
상기 합성예 1에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 5H-벤조[4,5]싸이에노[3,2-c]카바졸 (0.77 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 2 (1.73g, 수율: 85%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 717.29 [(M+H)+].
합성예 3. (화합물 3의 합성)
상기 합성예 1에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 11H-벤조퓨로[3,2-b]카바졸 (0.78 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 3 (1.67g, 수율: 84%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 701.87 [(M+H)+].
합성예 4. (화합물 4의 합성)
상기 합성예 1에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 5-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 (0.94 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 4 (1.80g, 수율: 82%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 776.36 [(M+H)+].
합성예 5. (화합물 5의 합성)
상기 합성예 1에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 8H-벤조퓨로[2,3-c]카바졸 (0.78 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 5 (1.62g, 수율: 82%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 701.87 [(M+H)+].
합성예 6. 화합물 6의 합성
상기 합성예 1에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 11-페닐-11,12-디하이드로인돌[2,3-a]카바졸 (0.94 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 6(1.67g, 수율: 76%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 776.36 [(M+H)+].
합성예 7. (화합물 7의 합성)
상기 합성예 1에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 5,9-디페닐-5,12-디하이드로인돌로[3,2-a]카바졸 (1.16 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 7(1.69g, 수율: 70%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 852.39 [(M+H)+].
합성예 8. (화합물 8의 합성)
상기 합성예 1에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 13-페닐-7,13-디하이드로벤조[g]인돌로[3,2-b]카바졸 (1.08 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 8(1.64g, 수율: 70%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 826.38 [(M+H)+].
합성예 9. (화합물 9의 합성)
상기 합성예 1에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 7H-벤조[g]벤조싸이에노[2,3-b]카바졸 (0.92g, 2.83mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 9(1.52g, 수율: 70%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 767.31 [(M+H)+].
합성예 10/ (화합물 10합성)
상기 합성예 1에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 8H-벤조[c]벤조[4,5]싸이에노[3,2-g]카바졸 (1.08 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 10 (1.48g, 수율: 68%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 767.31 [(M+H)+].
중간체 합성예 2. (중간체 d의 합성)
5-bromo-2-플루오르이소프탈로니트릴 (5.62 g, 25.00 mmol), 4,4,4',4',5,5,5',5'-옥타메틸-2,2'-비(1,3,2-디옥사보롤란) (7.50 g, 30.00 mmol), [비스(디페닐포스피노)페로센]팔라듐(II) 디클로라이드 (1.10 g, 1.50 mmol) 와 아세트산 칼륨(potassium acetate) (7.30 g, 75.00 mmol) 을 1,4-다이옥산으로 녹인 조건에서 환류 반응하여 중간체 c (4.35g, 수율 : 64%)를 합성하였다.
중간체 c (3.29, 12.10 mmol), 2,4-비스(4-(tert-부틸)페닐)-6-클로로-1,3,5-트리아진 (4.14 g, 10.90 mmol), 탄산 칼륨(4.90 g, 21.90 mmol) 및 테트라키스(트리페닐포스핀)-팔라듐(0) (0.30 g, 0.30 mmol) 을 테트라하이드로퓨란과 물로 녹인 조건에서 12시간 환류 반응하여 중간체 d (5.09g, 수율 : 86%)를 합성하였다.
합성예 11. (화합물 11의 합성)
중간체 d (1.39g, 2.83mmol), 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 (0.94g, 2.83mmol) 및 탄산세슘 (2.80g, 8.49mmol)을 10ml의 디메틸포름아미드에 첨가한 혼합물을 3시간 환류시켰다. 반응 완료 후 디클로로메탄으로 추출하고 MgSO4 상에서 건조시키고 용매를 증발하여 얻은 물질을 컬럼 크로마토그래피(디클로로메탄/헥산(1:1))으로 정제하여 화합물 11 (1.27g, 수율: 56%)을 제조하였다.
MS (APCI) m/z 801.36 [(M+H)+].
합성예 12. (화합물 12의 합성)
상기 합성예 11에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 5H-벤조[4,5]싸이에노[3,2-c]카바졸 (0.77 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 12 (1.05g, 수율: 50%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 742.29 [(M+H)+].
합성예 13. (화합물 13의 합성)
상기 합성예 11에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 11H-벤조퓨로[3,2-b]카바졸 (0.78 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 13 (1.11g, 수율: 54%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 726.31 [(M+H)+].
합성예 14. (화합물 14의 합성)
상기 합성예 11에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 5-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 (0.94 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 14 (1.18g, 수율: 52%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 801.36 [(M+H)+].
합성예 15. (화합물 15의 합성)
상기 합성예 11에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 8H-벤조퓨로[2,3-c]카바졸 (0.78 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 15 (1.07g, 수율: 52%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 726.31 [(M+H)+].
합성예 16. (화합물 16의 합성)
상기 합성예 11에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 11-페닐-11,12-디하이드로인돌[2,3-a]카바졸 (0.94 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 16(1.27g, 수율: 56%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 801.36 [(M+H)+].
합성예 17. (화합물 17의 합성)
상기 합성예 11에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 5,9-디페닐-5,12-디하이드로인돌로[3,2-a]카바졸 (1.16 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 17(1.19g, 수율: 48%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 877.39 [(M+H)+].
합성예 18. (화합물 18의 합성)
상기 합성예 11에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 13-페닐-7,13-디하이드로벤조[g]인돌로[3,2-b]카바졸 (1.08 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 18(1.01g, 수율: 42%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 851.37 [(M+H)+].
합성예 19. (화합물 19의 합성)
상기 합성예 11에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 7H-벤조[g]벤조싸이에노[2,3-b]카바졸 (0.92g, 2.83mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 19(1.12g, 수율: 50%)를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 792.30 [(M+H)+].
합성예 20. (화합물 20의 합성)
상기 합성예 11에서 12-페닐-5,12-디하이드로인돌[3,2-a]카바졸 대신 8H-벤조[c]벤조[4,5]싸이에노[3,2-g]카바졸 (1.08 g, 2.83 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하게 하여 화합물 20(1.03g, 수율: 46%를 제조하였다.
MS (APCI) m/z 792.30 [(M+H)+].
상기 합성예 1 내지 20에서 중간체 b 및 d의 니트릴기의 결합위치, tert-부틸기의 결합위치, 또는 트리아진기의 결합위치를 변경하거나, 디하이드로인돌 카바졸 대신 벤조퓨로카바졸, 벤조싸이에노카바졸 등을 사용하거나, 추가의 치환기가 결합된 치환기를 사용하여 본 발명의 화합물을 제조할 수 있다.
실시예 1
ITO(인듐 주석 산화물) 유리의 발광 면적이 3mm × 3mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 기판을 진공 챔버에 장착한 후 기본 압력이 1x10-6 torr가 되도록 한 후 양극인 ITO 상에 정공주입층으로 HT-1을 100Å의 두께로 형성하되 화합물 A-1을 25중량%의 도핑농도로 도핑하였다. 이어서, 정공수송층으로 HT-1를 600Å의 두께로 형성하고, 1,3-비스(N-카바졸일)벤젠 (1,3-bis(N-carbazolyl)benzene(mCP))를 50Å의 두께로 형성하였다. 다음으로, 발광층으로 호스트인 m-CBP에 상기 합성예 1의 화합물 1을 도펀트로하여, 중량비가 8:2가 되도록 증착하고, 전자수송층으로 디페닐[4-(트리페닐실릴)페닐]포스핀 옥사이드 (diphenyl[4-(triphenylsilyl)phenyl]phosphine oxide )(TSPO1, 5 nm)/ 2,2′,2″-(1,3,5-벤진트리일)-트리스(1-페닐-1-H-벤즈이미다졸) (2,2′,2″-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole) )(TPBi, 20 nm을 증착하였다. 전자주입층으로 LiF를 10Å의 두께로 형성하고, 음극으로 Al을 800Å의 두께로 순차적으로 형성하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 2를 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 3
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 3을 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 4
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 4를 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 5
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 5를 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 6
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 6을 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 7
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 7을 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 8
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 8을 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 9
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 9를 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 10
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 10을 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 11
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 11을 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 12
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 12를 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 13
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 13을 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 14
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 14를 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 15
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 15를 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 16
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 16을 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 17
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 17을 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 18
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 18을 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 19
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 19를 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 20
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 20을 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
비교예 1
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 비교화합물 1을 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
[비교 화합물 1]
비교예 2
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 비교화합물 2를 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
[비교 화합물 2]
비교예 3
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 비교화합물 3을 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
[비교 화합물 3]
비교예 4
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 비교화합물 4를 사용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
[비교 화합물 4]
비교예 5
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 비교화합물 5를 이용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
[비교 화합물 5]
비교예 6
상기 실시예 1과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 비교화합물 6을 이용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
[비교 화합물 6]
상기 실시예 1 내지 20 및 비교예 1 내지 6에서 제조한 유기 발광 소자에 전류를 인가하여 전압, 효율 및 수명(T95)를 각각 측정하 고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 전압 및 효율은 10 mA/cm2의 전류 밀도를 인가하여 측정하였으며, 수명(T95)는 3,000 nit에서의 초기 휘도가 95%로 저하할 때까지의 시간을 의미한다.
| 전압 (V) (@10mA/cm 2 ) | 효율(cd/A) (@10mA/cm 2 ) | 수명 (T95, hr) | |
| 실시예 1 | 4.6 | 45.2 | 286 |
| 실시예 2 | 4.5 | 46.0 | 402 |
| 실시예 3 | 4.4 | 42.2 | 362 |
| 실시예 4 | 4.4 | 41.2 | 326 |
| 실시예 5 | 4.5 | 46.0 | 408 |
| 실시예 6 | 4.6 | 45.0 | 342 |
| 실시예 7 | 4.2 | 42.2 | 320 |
| 실시예 8 | 4.4 | 40.2 | 320 |
| 실시예 9 | 4.3 | 40.8 | 318 |
| 실시예 10 | 4.5 | 41.6 | 326 |
| 실시예 11 | 4.2 | 44.8 | 228 |
| 실시예 12 | 4.4 | 45.0 | 260 |
| 실시예 13 | 4.6 | 46.4 | 246 |
| 실시예 14 | 4.2 | 44.8 | 208 |
| 실시예 15 | 4.4 | 46.6 | 228 |
| 실시예 16 | 4.3 | 44.2 | 262 |
| 실시예 17 | 4.4 | 45.6 | 280 |
| 실시예 18 | 4.6 | 47.8 | 200 |
| 실시예 19 | 4.5 | 47.2 | 240 |
| 실시예 20 | 4.5 | 45.2 | 260 |
| 비교예 1 | 5.0 | 32.6 | 160 |
| 비교예 2 | 5.0 | 29.8 | 184 |
| 비교예 3 | 5.2 | 34.4 | 180 |
| 비교예 4 | 5.0 | 32.6 | 172 |
| 비교예 5 | 5.1 | 33.8 | 158 |
| 비교예 6 | 5.2 | 36.4 | 158 |
상기 표에 나타난 바와 같이, 본 발명의 화학식 1의 화합물을 유기 발광 소자의 발광층의 도판트로 사용한 실시예 1 내지 실시예 20은, 비교예 1 내지 비교예 6에 비하여 우수한 특성을 나타내었다.
실시예 21
ITO(인듐 주석 산화물) 유리의 발광 면적이 3mm × 3mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 기판을 진공 챔버에 장착한 후 기본 압력이 1x10-6 torr가 되도록 한 후 양극인 ITO 상에 정공주입층으로 상기 HT-1을 100Å의 두께로 형성하되 상기 화합물 A-1을 25중량%의 도핑농도로 도핑하였다. 이어서, 정공수송층으로 HT-1를 600Å의 두께로 형성하고, 1,3-bis(N-carbazolyl)benzene(mCP)를 50Å의 두께로 형성하였다. 다음으로, 발광층으로 호스트인 m-CBP를 도펀트로 상기 화합물 1, 형광 도판트인 화합물-D를 중량비가 79:20:1가 되도록 증착하고, 전자수송층으로 diphenyl[4-(triphenylsilyl)phenyl]phosphine oxide (TSPO1, 5 nm)/ 2,2′,2″-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole) (TPBi, 20 nm을 증착하였다. 전자주입층으로 LiF를 10Å의 두께로 형성하고, 음극으로 Al을 800Å의 두께로 순차적으로 형성하여 유기발광소자를 제작하였다.
[화합물-D]
실시예 22
상기 실시예 21과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 3을 이용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 23
상기 실시예 21과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 6을 이용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 24
상기 실시예 21과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 화합물 14를 이용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
비교예 7
상기 실시예 21과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 비교화합물 1을 이용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
비교예 8
상기 실시예 12과 동일한 공정 조건 하에, 화합물 1 대신 비교화합물 3을 이용한 것만을 달리하여 유기발광소자를 제작하였다.
상기 실시예 21 내지 24, 비교예 7 및 8에서 제조한 유기 발광 소자에 전류를 인가하여 전압, 효율 및 수명(T95)를 각각 측정하 고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때, 전압 및 효율은 10 mA/cm2의 전류 밀도를 인가하여 측정하였으며, 수명(T95)는 3,000 nit에서의 초기 휘도가 95%로 저하할 때까지의 시간을 의미한다.
| 전압 (V) (@10mA/cm 2 ) | 효율(cd/A) (@10mA/cm 2 ) | 수명 (T95, hr) | |
| 실시예21 | 4.5 | 46.8 | 304 |
| 실시예22 | 4.3 | 44.8 | 388 |
| 실시예23 | 4.5 | 47.0 | 358 |
| 실시예24 | 4.1 | 45.8 | 246 |
| 비교예7 | 5.1 | 30.0 | 148 |
| 비교예8 | 5.3 | 32.0 | 168 |
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 화학식 1의 화합물을 유기 발광 소자의 발광층의 도펀트로 사용한 실시예 21 내지 실시예 24는, 비교예 7 및 8에 비하여 우수한 특성을 나타내었다.구체적으로 표 1 및 2로부터 본 발명의 화학식 1의 디페닐트리아진에 tert-부틸기를 포함하는 화합물이, 비교 화합물 1 내지 6의 tert-부틸기를 포함하지 않는 화합물과 비교하여 전압, 효율 및 수명면에서 우수한 효과가 있는 것을 확인하였다. 또한, 표 1과 표 2를 비교해보면, 유기 발광 소자의 발광층의 도펀트 물질로 화학식 1의 화합물을 단독으로 사용한 실시예 1, 3, 6, 및 14보다 형광 도펀트를 동시에 사용한 실시예 21 내지 24의 유기 발광 소자의 효율과 수명이 향상되는 것을 확인하였다. 반면, 비교예 1 및 3과 비교예 7 및 8의 결과를 비교해보면, 비교예 7 및 8은 형광도펀트를 동시에 사용함에도 불구하고, 효율과 수명이 향상되는 것을 확인할 수 없었다.
1: 기판
2: 제1 전극
3: 유기물층
4: 제2 전극
5: 정공주입층
6: 정공수송층
7: 발광층
8: 전자수송층
9: 전자주입층
2: 제1 전극
3: 유기물층
4: 제2 전극
5: 정공주입층
6: 정공수송층
7: 발광층
8: 전자수송층
9: 전자주입층
Claims (10)
- 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서,
R1 내지 R11은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 인접한 2개의 치환기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있고,
R1 내지 R4 중 인접한 2개는 서로 결합하여 헤테로고리를 형성하고,
n은 1 내지 4의 정수이고, m은 0 내지 3의 정수이며, n+m≤4이고,
m이 2 이상인 경우, R9는 서로 같거나 상이하고,
r10 및 r11은 각각 0 내지 4의 정수이고,
상기 r10 및 r11이 각각 2 이상인 경우, 괄호안의 치환기는 서로 같거나 상이하다. - 청구항 1에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 인접한 2개는 서로 결합하여 하기 화학식 2의 헤테로고리를 형성하는 것인 화합물:
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서,
X는 S, O, 또는 NR이고,
R 및 R20 내지 R23은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 인접한 2개의 치환기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있고,
*은 화학식 1의 R1 내지 R4 중 인접한 2개와 결합하는 위치를 의미한다. - 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 1-6 중 어느 하나로 표시되는 것인 화합물:
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
[화학식 1-4]
[화학식 1-5]
[화학식 1-6]
상기 화학식 1-1 내지 1-6에 있어서, R1 내지 R11, m, n, r10 및 r11은 화학식 1에서의 정의와 같고,
X는 S, O, 또는 NR이고,
R 및 R20 내지 R23은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 인접한 2개의 치환기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있다. - 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-7로 표시되는 것인 화합물:
[화학식 1-7]
상기 화학식 1-7에 있어서, R1 내지 R11, m, n, r10 및 r11은 화학식 1에서의 정의와 같다. - 청구항 1에 있어서, 상기 R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 아릴기이거나, 인접한 2개의 치환기가 결합하여 치환 또는 비치환된 방향족 고리를 형성하는 것인 화합물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 구조식들 중에서 선택되는 것인 화합물:
- 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 적어도 하나는 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
- 청구항 7에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 도펀트로 포함하고, 호스트 물질을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
- 청구항 7에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 도펀트로 포함하고,
다른 도펀트 물질을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자. - 청구항 9에 있어서, 상기 다른 도펀트 물질은 하기 화학식 D로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
[화학식 D]
상기 화학식 D에 있어서,
R11 내지 R15 는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이며,
r11, r14, 및 r15는 각각 0 내지 3의 정수이고,
r12 및 r13은 각각 0 내지 4의 정수이며,
r11 내지 r15가 2 이상인 경우, 괄호안의 치환기는 서로 같거나 상이하다.
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Citations (5)
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| WO2003012890A2 (de) | 2001-07-20 | 2003-02-13 | Novaled Gmbh | Lichtemittierendes bauelement mit organischen schichten |
| CN107880027A (zh) * | 2016-09-30 | 2018-04-06 | 江苏三月光电科技有限公司 | 一种以三嗪为核心的化合物及其在有机电致发光器件上的应用 |
| CN107880030A (zh) * | 2016-09-30 | 2018-04-06 | 江苏三月光电科技有限公司 | 以三嗪为核心的化合物及有机电致发光器件 |
| CN108148048A (zh) * | 2016-12-06 | 2018-06-12 | 江苏三月光电科技有限公司 | 以氮杂苯为核心的化合物及其在有机电致发光器件上的应用 |
| KR20190113661A (ko) * | 2018-03-28 | 2019-10-08 | 주식회사 엘지화학 | 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 |
-
2020
- 2020-03-20 KR KR1020200034306A patent/KR102375398B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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