KR20210102599A

KR20210102599A - 스파이로 호스트/보론 도판트를 함유하는 화합물 조합 및 이를 함유하는 유기발광다이오드

Info

Publication number: KR20210102599A
Application number: KR1020200016776A
Authority: KR
Inventors: 이칠원; 박준혁; 차재령; 하태훈
Original assignee: 단국대학교 천안캠퍼스 산학협력단
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2021-08-20

Abstract

본 발명은 유기발광다이오드용 화합물, 이를 이용한 유기발광다이오드 및 상기 유기발광다이오드를 포함하는 전자장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 스파이로 구조의 호스트와 보론 계열의 도판트를 함께 사용하면, 유기발광다이오드의 높은 발광 효율과 전류 효율을 달성시킬 수 있다.

Description

스파이로 호스트/보론 도판트를 함유하는 화합물 조합 및 이를 함유하는 유기발광다이오드 {COMPOUND COMBINATION INCLUDING SPIRO HOST/BORON DOPANT, AND ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE HAVING THE SAME}

본 발명은 유기발광다이오드용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치에 관한 것이다.

일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛 에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기발광다이오드는 통상 애노드와 캐소드 및 이 사이에 유기층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기층은 유기발광다이오드(organic light emitting device)의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다.

유기발광다이오드에서 유기층으로 사용되는 재료는 기능에 따라, 발광재료와 전하수송 재료, 예컨대 정공주입 재료, 정공수송 재료, 전자수송 재료, 전자주입 재료 등으로 분류될 수 있다. 그리고 상기 발광 재료는 분자량에 따라 고분자형과 저분자형으로 분류될 수 있고, 발광 메커니즘에 따라 전자의 일중항 여기상태로부터 유래되는 형광 재료와 전자의 삼중항 여기상태로부터 유래되는 인광 재료로 분류될 수 있다. 또한, 발광 재료는 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 재료와 보다 나은 천연색을 구현하기 위해 필요한 노란색 및 주황색 발광 재료로 구분될 수 있다.

유기발광다이오드(organic light emitting device)는 자발광형 소자로서 디스플레이 또는 조명 등에 활용되고 있다. 최근 유기발광다이오드는 디스플레이 패널에 적용되고 있으며, 기존의 액정 디스플레이에 비해 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.

이러한 유기발광다이오드는 직류 구동을 하며, 애노드 및 캐소드 간에 직류 전압을 인가하면, 애노드로부터 주입된 정공은 정공 주입/수송층을 경유하여 발광층으로 이동하고, 캐소드로부터 주입된 전자는 전자 주입/수송층을 거쳐 발광층으로 이동한다. 발광층에 도달한 정공 및 전자는 재결합을 통하여 여기상태의 엑시톤(exiton)을 생성하며, 이 엑시톤이 바닥 상태로 변하면서 특정 파장의 빛을 방출한다. 적층형 유기전기발광소자의 수명은 재료의 전기화학적 안정성 및 박막 안정성등과 관련이 깊다.

예컨데, 열안정성이 좋지 않은 발광 물질을 사용할 경우에는 고온 또는 구동온도에서 상기 재료의 결정화가 이루어져 소자의 수명이 단축된다. 안트라센 유도체는 대표적인 유기 전기발광 소자용 재료로 발광층을 비롯하여 정공수송층 및 전자수송층 등에 이용되어 왔다. 일례로 9,10-다이(나프탈렌-2-일)안트라센의 경우 발광특성이 매우 우수하여 청색 호스트 재료로 이용하고 있으나, 소자의 온도가 상승함에 따라 쉽게 결정화되어 소자의 수명이 짧은 단점이 있다.

열적 안정성을 확보하기 위해 방향족 고리화합물을 탄소로 연결한 형태의 플루오렌 유도체나 벤조플루오렌 유도체 등이 개발되었으나, 밴드갭이 넓어 청색 호스트 재료로서 사용하기에 구동전압 측면이나 도판트로의 에너지 전이 등의 문제가 발생하였다.

이러한 단점을 극복하기 위해서 다양한 형태의 재료가 개발되고 있으나, 현재까지는 요구되는 발광효율, 구동 안정성, 그리고 수명 등의 특성을 충분히 만족하지 못하고 있는 실정이어서 다양한 기술개발이 시급하다.

따라서, 높은 열적 안정성을 가지며 발광층 내에서 효율적으로 전하 균형(charge balance)을 이룰 수 있는 발광 재료의 개발이 필요하다.

본 발명은 우수한 내열성 및 박막 안정성을 가져 유기전기발광소자의 구동 안정성, 발광효율, 색순도 및 수명 특성을 현저히 개선시킬 수 있는 신규한 호스트/도판트 조합을 포함하는 유기전기발광소자를 제공하는 것이다.

일 측면에서, 본 발명은 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 조합을 제공한다.

<화학식 1> <화학식 2>

다른 측면에서, 본 발명은 상기 화학식 1의 호스트/화학식 2의 도판트 조합을 이용한 유기발광다이오드 및 그 전자장치를 제공한다.

본 발명에 따른 화합물을 이용함으로써 높은 유리전이온도와 분자의 안정성이 높고, 높은 발광 효율, 장시간의 수명 및 높은 색순도를 달성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 화학식 조합을 나타낸다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 유기발광다이오드에 사용된 화합물들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다.

본 실시예들을 설명하기 위해, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 아래에서 참조되는 도면들에서는 축적비가 적용되지 않는다.

본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 구성 요소가 다른 구성 요소 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 경우, 이는 다른 구성 요소 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 있는 경우도 포함할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반대로, 어떤 구성 요소가 다른 부분 "바로 위에" 있다고 하는 경우에는 중간에 또 다른 부분이 없는 것을 뜻한다고 이해되어야 할 것이다.

본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에서 사용된 용어는, 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위내에서, 달리 언급하지 않는 한 하기와 같다.

본 출원에서 사용된 용어 "할로" 또는 "할로겐"은 다른 설명이 없는 한 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 및 요오드(I)를 포함한다.

본 출원에서 사용된 용어 "알킬" 또는 "알킬기"는 다른 설명이 없는 한 단일결합으로 연결된 1 내지 60의 탄소를 가지며, 직쇄 알킬기, 분지쇄 알킬기, 사이클로알킬(지환족)기, 알킬-치환된 사이클로알킬기, 사이클로알킬-치환된 알킬기를 비롯한 포화 지방족 작용기의 라디칼을 의미한다. 또한, 아래 “알케닐” 또는 “알키닐”을 포함하여 사용될 수 있다.

본 출원에서 사용된 용어 "알케닐" 또는 "알키닐"은 다른 설명이 없는 한 상기 “알킬”에서 단일결합 대신에 각각 이중결합 또는 삼중결합을 가지며, 직쇄형 또는 측쇄형 사슬기를 포함하고, 2 내지 60의 탄소수를 가지나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 출원에서 사용된 용어 "사이클로알킬"은 다른 설명이 없는 한 3 내지 60의 탄소수를 갖는 고리를 형성하는 알킬을 의미하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.

본 출원에서 사용된 용어 "아릴기" 및 "아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 6 내지 60의 탄소수를 가지나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 출원에서 아릴기 또는 아릴렌기는 단일 고리형, 고리 집합체, 접합된 여러 고리계 화합물 등을 포함한다. 예를 들면, 상기 아릴기는 페닐기, 바이페닐의 1가 작용기, 나프탈렌의 1가 작용기, 플루오렌일기, 치환된 플루오렌일기를 포함할 수 있고, 아릴렌기는 플루오렌일렌기, 치환된 플루오렌일렌기를 포함할 수 있다.

본 출원에서 아릴기는 고리 집합체를 포함하므로, 아릴기는 단일 방향족고리인 벤젠고리가 단일결합에 의해 연결된 바이페닐, 터페닐을 포함한다.

본 출원에서 사용된 용어 "접합된 여러 고리계"는 적어도 두 개의 원자를 공유하는 접합된(fused) 고리 형태를 의미하며, 둘 이상의 탄화수소류의 고리계가 접합된 형태 및 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리계가 적어도 하나 접합된 형태 등을 포함한다. 이러한 접합된 여러 고리계는 방향족고리, 헤테로방향족고리, 지방족 고리 또는 이들 고리의 조합일 수 있다.

본 출원에서 사용된 용어 "헤테로고리기"는 "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴렌기"와 같은 방향족 고리뿐만 아니라 비방향족 고리도 포함하며, 다른 설명이 없는 한 각각 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 고리를 의미하나 여기에 제한되는 것은 아니다. 본 출원에서 사용된 용어 "헤테로원자"는 다른 설명이 없는 한 N, O, S, P 또는 Se를 나타내며, 헤테로고리기는 헤테로원자를 포함하는 단일고리형, 고리집합체, 접합된 여러 고리계 등을 의미한다.

또한 명시적인 설명이 없는 한, 본 출원에서 사용된 용어 "치환 또는 비치환된"에서 "치환"은 수소, 중수소, C₁-C₉의 알킬기, C₃-C₃₀의 사이클로알킬기, C₆-C₃₀의 아릴기, C₈-C₃₀의 알킬아릴기, C₈-C₃₀의 아릴알킬기, C₂-C₃₀의 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 아릴아민, 접합된 아릴아민기, 포스핀 또는 포스핀 옥사이드기, 싸이올기, 설폭사이드 또는 설폰기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환됨을 의미하며, 이들 치환기에 제한되는 것은 아니다.

본 출원에서 각 기호 및 그 치환기의 예로 예시되는 아릴기, 아릴렌기, 헤테로고리기 등에 해당하는 '작용기 명칭'은 '가수를 반영한 작용기의 명칭'을 기재할 수도 있지만, '모체 화합물 명칭'으로 기재할 수도 있다.

이하, 본 발명의 화합물이 포함된 유기발광다이오드의 적층 구조에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 도 1을 참조하면, 유기발광다이오드는 애노드(10)와 캐소드(70), 이들 두 전극 사이에 배치된 발광층(40), 애노드(10)와 발광층(40) 사이에 배치된 정공전도층(20), 및 발광층(40)과 캐소드(70) 사이에 배치된 전자전도층(50)을 구비한다.

정공전도층(20)은 정공의 수송을 위한 정공수송층(25)과 정공의 주입을 용이하게 하기 위한 정공주입층(23)을 구비할 수 있다. 또한, 전자전도층(50)은 전자의 수송을 위한 전자수송층(55)와 전자의 주입을 용이하게 하기 위한 전자주입층(53)을 구비할 수 있다.

이에 더하여, 발광층(40)과 정공수송층(25) 사이에 제1 엑시톤 블로킹층(미도시)이 배치될 수 있다. 또한 발광층(40)과 전자수송층(55) 사이에 제2 엑시톤 블로킹층(미도시)이 배치될 수 있다. 또한, 그러나, 이에 한정되지 않고 전자수송층(55)이 제2 엑시톤 블로킹층의 역할을 수행할 수 있고, 또는 정공수송층(25)이 제1 전자블로킹층의 역할을 수행할 수도 있다.

이러한 유기발광다이오드에 순방향 바이어스를 인가하면 애노드(10)에서 정공이 발광층(40)으로 유입되고, 캐소드(70)에서 전자가 발광층(40)으로 유입된다. 발광층(40)으로 유입된 전자와 정공은 결합하여 엑시톤을 형성하고, 엑시톤이 기저상태로 전이하면서 광이 방출된다.

발광층(40)은 단일 발광 재료로 이루어질 수 있으며, 발광 호스트 물질 및 발광 도펀트 물질을 포함할 수도 있다. 발광층(40)이 발광 호스트 물질과 발광 도펀트 물질을 포함하는 경우, 발광층(40)으로 유입된 전자와 정공은 발광 호스트 물질에서 결합하여 엑시톤을 형성하고, 그 후 엑시톤은 발광 도펀트 물질로 전이되어 기저상태로 전이될 수 있다. 발광 호스트 물질과 발광 도펀트 물질을 포함하는 발광층(40)은 인광 발광층 또는 형광 발광층 일 예로서, 지연형광 발광층일 수 있다.

상기 유기발광다이오드의 유기층들(20, 40, 50) 중 어느 하나에 본 발명에 따른 화합물 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 화합물은 정공주입물질, 정공수송물질, 엑시톤블로킹물질, 발광호스트 물질, 발광도펀트 물질, 전자주입물질, 및 전자수송물질 중 어느 하나로 사용될 수 있다.

상세하게는 상기 유기재료는 발광 도펀트 물질로 사용될 수 있고, 이 경우 상기 발광층(40)은 지연형광 발광층일 수 있다.

또한, 상기 유기재료는 일반적인 형광 도판트의 센스타이저로 사용될 수 있다. 이 경우 상기 발광층은 지연형광 호스트 및 형광 도판트로 구성되는 발광층일 수 있다.

또한, 발광층(40)의 호스트는 본 발명에 따른 화합물 이외에, mCP(N,N-dicarbazolyl-3,5-benzene), TSPO1(diphenylphosphine oxide-4-(triphenylsilyl)phenyl), DPEPO(bis[2-(diphenylphosphino)phenyl]ether oxide), BSB (4,4 ′-bistriphenylsilanyl-biphenyl), UGH3 (m-bis- (triphenylsilyl)benzene), SimCP(3,5-di(N-carbazolyl)tetraphenylsilane), SimCP2 (bis(3,5-di(9H-carbazol-9-yl)phenyl)diphenylsilane), CzSi(9-(4-tertbutylphenyl)-3,6-bis(triphenylsilyl)-9H-carbazole), SiCa(Diphenyldi(4-(9-carbazoly)phenyl)silane), DCPPO((3,5-di(9H-carbazole-9-yl)phenyl)diphenylphosphine oxide), DFCz (2,8-di(9Hcarbazol-9-yl)dibenzo[b,d]furan), DBT1(2,8-di(9H-carbazol-9-yl)dibenzo[b,d]thiophene), 26mCPy (2,6-bis(N-carbazolyl)pyridine), 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물일 수 있다.

또한, 상기 호스트는 Alq3, CBP(4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐), 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센, TPBI(1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene)), TBADN(3-tert-부틸-9,10-디(나프트-2-일) 안트라센) 일 수 있다.

애노드(10)는 전도성 금속 산화물, 금속, 금속 합금, 또는 탄소재료일 수 있다. 전도성 금속 산화물은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO), 플루오린틴 옥사이드(fluorine tin oxide: FTO), 안티몬 틴 옥사이드(antimony tin oxide, ATO), 플루오르 도프 산화주석(FTO), SnO₂, ZnO, 또는 이들의 조합일 수 있다. 애노드(10)로서 적합한 금속 또는 금속합금은 Au와 CuI일 수 있다. 탄소재료는 흑연, 그라핀, 또는 탄소나노튜브일 수 있다.

정공주입층(23) 및/또는 정공수송층(25)은 애노드(10)의 일함수 준위와 발광층(40)의 HOMO 준위 사이의 HOMO 준위를 갖는 층들로, 애노드(10)에서 발광층(40)으로의 정공의 주입 또는 수송 효율을 높이는 기능을 한다. 또한, 전자주입층(53) 및/또는 전자수송층(55)은 캐소드(70)의 일함수 준위와 발광층(40)의 LUMO 준위 사이의 LUMO 준위를 갖는 층들로, 캐소드(70)에서 발광층(40)으로의 전자의 주입 또는 수송 효율을 높이는 기능을 한다.

정공주입층(23) 또는 정공수송층(25)은 정공 수송 물질로서 통상적으로 사용되는 재료를 포함할 수 있으며, 하나의 층이 서로 다른 정공 수송 물질층을 구비할 수 있다.

정공 수송물질은 예를 들면, mCP (N,N-dicarbazolyl-3,5-benzene); PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate); NPD (N,N′-di(1-naphthyl)-N,N′-diphenylbenzidine); N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-4,4'-디아미노비페닐(TPD); N,N'-디페닐-N,N'-디나프틸-4,4'-디아미노비페닐; N,N,N'N'-테트라-p-톨릴-4,4'-디아미노비페닐; N,N,N'N'-테트라페닐-4,4'-디아미노비페닐; 코퍼(II)1,10,15,20-테트라페닐-21H,23H-포피린 등과 같은 포피린(porphyrin)화합물 유도체; TAPC(1,1-Bis[4-[N,N'-Di(ptolyl)Amino]Phenyl]Cyclohexane); N,N,N-트리(p-톨릴)아민, 4, 4', 4'-트리스[N-(3-메틸페닐)-N-페닐아미노]트리페닐아민과 같은 트리아릴아민 유도체; N-페닐카르바졸 및 폴리비닐카르바졸과 같은 카르바졸 유도체; 무금속 프탈로시아닌, 구리프탈로시아닌과 같은 프탈로시아닌 유도체; 스타버스트 아민 유도체; 엔아민스틸벤계 유도체; 방향족 삼급아민과 스티릴 아민 화합물의 유도체; 및 폴리실란 등일 수 있다. 이러한 정공수송물질은 제1 엑시톤 블로킹층의 역할을 수행할 수도 있다.

제2 엑시톤 블로킹층은 삼중항 엑시톤 또는 정공이 캐소드(70) 방향으로 확산되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 공지된 정공 블로킹 재료 중에서 임의로 선택될 수 있다. 예를 들면, 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체 등을 사용할 수 있다.

전자수송층(55)은 본 발명에 따른 화합물 이외에, TSPO1(diphenylphosphine oxide-4-(triphenylsilyl)phenyl), TPBi(1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠), 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), 2,5-디아릴 실롤 유도체(PyPySPyPy), 퍼플루오리네이티드 화합물(PF-6P), COTs (Octasubstituted cyclooctatetraene), Bphen(4,7-디페닐-1,10-페난트롤린(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline))일 수 있다.

전자주입층(53)은 예를 들면, LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO, BaF2, 또는 Liq(리튬 퀴놀레이트)일 수 있다. 캐소드(70)는 애노드(10)에 비해 낮은 일함수를 갖는 도전막으로, 예를 들어, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 인듐, 이트륨, 리튬, 은, 납, 세슘 등의 금속 또는 이들의 2종 이상의 조합을 사용하여 형성할 수 있다.

애노드(10)와 캐소드(70)는 스퍼터링(sputtering)법, 기상증착법 또는 이온빔증착법을 사용하여 형성될 수 있다. 정공주입층(23), 정공수송층(25), 발광층(40), 엑시톤블로킹층, 전자수송층(55), 및 전자주입층(53)은 서로에 관계없이 증착법 또는 코팅법, 예를 들어 스프레잉, 스핀 코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터 블레이딩법을 이용하거나, 또는 전기영동법을 이용하여 형성될 수 있다. 이러한 형성방법에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.

유기발광다이오드는 기판(미도시) 상에 배치될 수 있는데, 기판은 애노드(10) 하부에 배치될 수도 있고 또는 캐소드(70) 상부에 배치될 수도 있다. 다시 말해서, 기판 상에 애노드(10)가 캐소드(70) 보다 먼저 형성될 수도 있고 또는 캐소드(70)가 애노드(10) 보다 먼저 형성될 수도 있다.

기판은 평판상의 부재로서 광투과성 기판일 수 있고, 이 경우, 상기 기판은 유리; 세라믹스재료; 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리프로필렌(PP) 등과 같은 고분자 재료로 이루어질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 기판은 광반사가 가능한 금속 기판일 수도 있다.

도 1에 따른 유기발광다이오드는, 보호층(미도시) 및 봉지층(미도시)을 추가로 포함할 수 있다. 보호층은 캐핑층 상에 위치할 수 있고, 봉지층은 캐핑층 상에 위치하며, 상기 애노드, 캐소드 및 유기층을 보호하기 위하여 상기 애노드, 캐소드 및 유기층 중 하나 이상의 측면부를 덮도록 형성될 수 있다.

보호층은 봉지층이 균일하게 형성될 수 있도록 평탄화된 표면을 제공할 수 있으며, 봉지층의 제조과정에서 제1전극, 제2전극 및 유기층을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.

봉지층은 유기발광다이오드 내부로 외부의 산소 및 수분이 침투를 막아 주는 역할을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광다이오드는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 상술한 본 발명의 유기발광다이오드를 포함하는 디스플레이장치와, 이 디스플레이장치를 제어하는 제어부를 포함하는 전자장치를 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 측면에 따른 화합물에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 화합물 조합은 하기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물을 포함하는 화합물 조합이다.

<화학식 1> <화학식 2>

상기 화학식 1 및 2에서,

1) R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로 수소; C_1-50 알킬; C_3-50 사이클로알킬; C_6-50 아릴; 또는 핵 원자수 5 내지 50개의 헤테로아릴이고,

2) Ar은 X로 치환되거나 치환되지 않은, 2개 이상의 벤젠 고리가 접합된 방향족 탄화수소이고;

3) R₃ 및 X는 각각 독립적으로 수소; 할로겐; 시아노; 니트로; 아미노; 싸이오; 포스포릴; 포스피닐; 카보닐; 실릴; 보란일; C_1-50 알킬; C_2-50 알케닐; C_2-50 알키닐; C_1-50 알콕시; C_3-50 사이클로알킬; C_6-50 아릴; 또는 핵 원자수 5 내지 50개의 헤테로아릴이고; 단, X는 수소가 아니며,

4) n은 1 내지 6의 정수이다.

5) R₄ 내지 R₁₄은, 각각 독립적으로, 수소; 아릴; 헤테로아릴; 디아릴아미노; 디헤테로아릴아미노; 아릴헤테로아릴아미노; 알킬; 알콕시; 또는 아릴옥시이며,

6) Y¹은 B, P=O 또는 P=S이며,

7) X¹ 및 X²는 각각 독립적으로 O, N-R, S 또는 Se이되; 단, X¹ 및 X² 가 모두 O이 되는 것은 아니며,

8) 상기 N-R의 R은 C_6~12 아릴; C_2∼15의 헤테로아릴; 또는 C_1∼6 알킬이며,

9) 상기 N-R의 R은 -O-, -S-, -C(-R^a)₂- 또는 단일결합에 의해 상기 a환, b환 및 c환에 있어서의 X¹ 또는 X²와의 결합 위치에 인접하는 탄소와 결합할 수 있고; X¹ 또는 X²와의 결합 위치에 인접하는 탄소는 Y¹, X¹ 및 X²로 구성되는 상기 화학식 2의 중앙의 축합 2환 구조를 구성하는 탄소는 아니며;

10) 상기 R^a는 C_1∼6 알킬이다.

상기 R₁ 내지 R₂는 서로 독립적으로 C_1-50 알킬; C_6-50 아릴; 핵 원자수 5 내지 50개의 헤테로아릴; 및 C_7-50 아르알킬로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환되는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 R₁과 R₂는 서로 결합하여 C_4-50 포화 고리 또는 불포화 고리를 형성할 수 있다.

상기 R₃ 및 X는 서로 독립적으로 C_1-6 알킬로 치환되거나 치환되지 않은, 아미노; 싸이오; 카보닐; 실릴; 보란일; C_1-50 알킬; C_2-50 알케닐; C_2-50 알키닐; C_1-50 알콕시; C_3-50 사이클로알킬; C_6-50 아릴; 핵 원자수 5 내지 50개의 헤테로아릴 또는 C_7-50 아르알킬로 더 치환되는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 R₃ 및 X 각각이 인접한 기와 서로 결합하여 C_4-50 포화 고리 또는 불포화 고리를 형성할 수 있다.

상기 R₄ 내지 R₁₄은 서로 독립적으로 아릴; 헤테로아릴; 또는 알킬로 더 치환되는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 R₄ 내지 R₁₄가 서로 독립적으로 인접하는 기와 결합하여, a환, b환 또는 c환과 함께 아릴 고리 또는 헤테로아릴 고리를 형성할 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 고리가 아릴; 헤테로아릴; 디아릴아미노; 디헤테로아릴아미노; 아릴헤테로아릴아미노; 알킬; 알콕시; 및 아릴옥시로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.

보다 더 바람직하게는, 상기 고리가 아릴; 헤테로아릴; 및 알킬로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.

상기 Y¹이 P=O 또는 P=S일 때, X¹ 및 X²는 모두 S 또는 Se이거나; 한쪽이 O이며 다른 쪽이 S 혹은 Se이거나; 한쪽이 N-R이며 다른 쪽이 Se이거나; 또는, 한쪽이 S이며 다른 쪽이 Se인 것이 바람직하다.

바람직하게는, 상기 a환, b환 및 c환에 있어서의 X¹ 또는 X²와의 결합 위치에 인접하는 탄소는 하나 이상의 할로겐 또는 중수소로 치환될 수 있다.

한편, 상기 화합물 조합은 아래 화합물 조합 1-1 내지 10-10 중 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 다른 구체예로서, 본 발명은 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성된 유기층을 포함하는 유기전자소자를 제공하는 것이며, 상기 유기층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 단독 또는 혼합하여 포함한다.

상기 유기층은 정공주입층, 정공수송층, 엑시톤블로킹층, 발광층, 전자수송보조층, 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나를 포함한다. 즉, 상기 유기층에 포함된 정공주입층, 정공수송층, 엑시톤블로킹층, 발광층, 전자수송보조층 또는 전자주입층 중 적어도 하나의 층이 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 유기층은 상기 발광층을 포함한다. 즉, 상기 화합물은 상기 발광층 또는 전자수송층에 포함될 수 있다.

상기 유기층은 상기 애노드 상에 순차적으로 형성된 정공수송층, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 스택을 둘 이상 포함한다.

본 발명의 또 다른 구체예로서, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기발광다이오드를 포함하는 디스플레이장치와 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부를 포함하는 전자장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 구체예에서, 상기 화학식 1의 화합물은 단독으로 포함되거나, 상기 화합물이 서로 다른 2종 이상의 조합으로 포함되거나, 상기 화합물이 다른 화합물과 2종 이상의 조합으로 포함될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물의 합성예 및 유기발광다이오드의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.

유기발광다이오드의 제조평가

( 실시예 1) 청색 형광 유기발광다이오드 제조

(ITO/ HATCN / NPB / NABH - 1NA:B -N dopant / TPBi / LiF /Al)

애노드인 ITO가 증착된 유리기판은 3차 증류수와 아이소프로필 알코올을 이용하여 초음파에서 30분간 세척하였다. 세척 한 ITO 기판을 단파장의 자외선을 이용하여 표면을 처리한 후 1,4,5,8,9,11-헥사아자트리페닐렌헥사카보나이트릴 (HATCN, 도 3 참조)을 7 nm의 두께로 스핀코팅하여 정공주입층을 형성하였다.

그 후, N,N -비스(나프탈렌-1-일)-N,N-비스(페닐)벤지딘 (NPB, 도 4 참조)을 1x10^-6torr의 압력에서 0.1 nm/s의 속도로 증착하여 60nm의 정공수송층을 형성하였다.

이후, 1x10^-6torr의 압력에서 호스트 물질로서 NABH-1NA (도 5 참조)를 0.1 nm/s의 속도로, 그리고 형광 도펀트 물질로서 B-N dopant (도 6 참조)를 0.005 nm/s의 속도로 진공증착하여 호스트에 도펀트가 5% 도핑된 발광층을 형성하였다.

2,2',2"-(1,3,5-벤진트리일)-트리스(1-페닐-1-H-벤지미다졸(TPBi, 도 7 참조)을 1x10^-6torr의 압력에서 0.1 nm/s의 속도로 차례로 증착하여 20nm의 전자수송층을 형성하였다.

이후, 전자주입재료로서 LiF를 1x10^-6torr의 압력에서 0.01 nm/s의 속도로 증착하여 1.5nm의 전자주입층을 형성하였다.

그 후, Al을 1x10^-6torr의 압력하에서 0.5nm/sec의 속도로 증착하여 100nm의 캐소드를 형성함으로써 유기발광다이오드를 형성하였다. 소자 형성 후 CaO 흡습제와 유리 커버 글라스를 이용하여 소자를 밀봉하였다.

( 실시예 2) 내지 ( 실시예 3)

상기 실시예 1에서 호스트인 NABH-1NA 대신 하기 표 1에 기재된 NABH-2NA (도 8 참조) 및 NABH-PC (도 9 참조)를 사용한 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.

( 비교예 1)

상기 실시예 1에서 스파이로 계열 호스트인 NABH-1NA 대신 아래 안트라센 계열의 TAPC (도 10 참조)를 사용한 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광다이오드를 제작하였다.

상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1에 따라 제조된 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 전계 발광 특성을 측정하여, 하기 표 1에 상기 제조된 소자의 평가 결과를 나타낸다.

	발광층 (호스트)	구동 전압 (V)	EQE_MAX (%)	C.E_MAX (cd/A)	발광 (nm)	색좌표 (x:y)
비교예 1	TAPC	3.5	6.4	3.7	457	0.14:0.07
실시예 1	NABH-1NA	3.5	7.1	4.5	459	0.14:0.08
실시예 2	NABH-2NA	3.5	7.2	4.9	460	0.14:0.09
실시예 3	NABH-PC	3.5	7.5	5.1	458	0.14:0.08

상기 표 1의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 도판트/호스트 조합을 사용하여 유기발광다이오드를 제작한 경우, 비교화합물 1을 사용할 경우에 비해 유기발광다이오드의 높은 발광 효율과 전류 효율을 달성시킬 수 있다.

아울러, 전술한 소자 제작의 평가 결과에서는 본 발명의 화합물을 발광층에만 적용한 소자 특성을 설명하였으나, 본 발명의 화합물을 발광층 및 엑시톤블로킹층 중 하나 이상의 층에 적용할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 발광층에 다른 화합물을 포함하여 성능을 개선시키는 방법 등 다양한 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내의 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 애노드 20: 정공전도층
23: 정공주입층 25: 정공수송층
40: 발광층 50: 전자전도층
53: 전자주입층 55: 전자수송층
70: 캐소드

Claims

하기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물을 포함하는 화합물 조합:
<화학식 1> <화학식 2>

상기 화학식 1 및 2에서,
1) R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로 수소; C_1-50 알킬; C_3-50 사이클로알킬; C_6-50 아릴; 또는 핵 원자수 5 내지 50개의 헤테로아릴이고,
2) Ar은 X로 치환되거나 치환되지 않은, 2개 이상의 벤젠 고리가 접합된 방향족 탄화수소이고;
3) R₃ 및 X는 각각 독립적으로 수소; 할로겐; 시아노; 니트로; 아미노; 싸이오; 포스포릴; 포스피닐; 카보닐; 실릴; 보란일; C_1-50 알킬; C_2-50 알케닐; C_2-50 알키닐; C_1-50 알콕시; C_3-50 사이클로알킬; C_6-50 아릴; 또는 핵 원자수 5 내지 50개의 헤테로아릴이고; 단, X는 수소가 아니며,
4) n은 1 내지 6의 정수이다.
5) R₄ 내지 R₁₄은, 각각 독립적으로, 수소; 아릴; 헤테로아릴; 디아릴아미노; 디헤테로아릴아미노; 아릴헤테로아릴아미노; 알킬; 알콕시; 또는 아릴옥시이며,
6) Y¹은 B, P=O 또는 P=S이며,
7) X¹ 및 X²는 각각 독립적으로 O, N-R, S 또는 Se이되; 단, X¹ 및 X² 가 모두 O이 되는 것은 아니며,
8) 상기 N-R의 R은 C_6~12 아릴; C_2∼15의 헤테로아릴; 또는 C_1∼6 알킬이며,
9) 상기 N-R의 R은 -O-, -S-, -C(-R^a)₂- 또는 단일결합에 의해 상기 a환, b환 및 c환에 있어서의 X¹ 또는 X²와의 결합 위치에 인접하는 탄소와 결합할 수 있고; X¹ 또는 X²와의 결합 위치에 인접하는 탄소는 Y¹, X¹ 및 X²로 구성되는 상기 화학식 2의 중앙의 축합 2환 구조를 구성하는 탄소는 아니며;
10) 상기 R^a는 C_1∼6 알킬이다.
제 1 항에 있어서, 상기 R₁ 내지 R₂는 서로 독립적으로 C_1-50 알킬; C_6-50 아릴; 핵 원자수 5 내지 50개의 헤테로아릴; 및 C_7-50 아르알킬로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환되는 것을 특징으로 하는 화합물 조합.
제 1 항에 있어서, 상기 R₁과 R₂는 서로 결합하여 C_4-50 포화 고리 또는 불포화 고리를 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 화합물 조합.
제 1 항에 있어서, 상기 R₃ 및 X는 서로 독립적으로 C_1-6 알킬로 치환되거나 치환되지 않은, 아미노; 싸이오; 카보닐; 실릴; 보란일; C_1-50 알킬; C_2-50 알케닐; C_2-50 알키닐; C_1-50 알콕시; C_3-50 사이클로알킬; C_6-50 아릴; 핵 원자수 5 내지 50개의 헤테로아릴 또는 C_7-50 아르알킬로 더 치환되는 것을 특징으로 하는 화합물 조합.
제 1 항에 있어서, 상기 R₃ 및 X 각각이 인접한 기와 서로 결합하여 C_4-50 포화 고리 또는 불포화 고리를 형성하는 것을 특징으로 하는 화합물 조합.
제 1 항에 있어서, 상기 R₄ 내지 R₁₄은 서로 독립적으로 아릴; 헤테로아릴; 또는 알킬로 더 치환되는 것을 특징으로 하는 화합물 조합.
제 1 항에 있어서, 상기 R₄ 내지 R₁₄가 서로 독립적으로 인접하는 기와 결합하여, a환, b환 또는 c환과 함께 아릴 고리 또는 헤테로아릴 고리를 형성하는 것을 특징으로 하는 화합물 조합.
제 7 항에 있어서, 상기 고리가 아릴; 헤테로아릴; 디아릴아미노; 디헤테로아릴아미노; 아릴헤테로아릴아미노; 알킬; 알콕시; 및 아릴옥시로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환되는 것을 특징으로 하는 화합물 조합.
제 8 항에 있어서, 상기 고리가 아릴; 헤테로아릴; 및 알킬로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환되는 것을 특징으로 하는 화합물 조합.
제 1 항에 있어서, 상기 Y¹이 P=O 또는 P=S일 때, X¹ 및 X²는 모두 S 또는 Se이거나; 한쪽이 O이며 다른 쪽이 S 혹은 Se이거나; 한쪽이 N-R이며 다른 쪽이 Se이거나; 또는, 한쪽이 S이며 다른 쪽이 Se인 것을 특징으로 하는 화합물 조합.
제 1 항에 있어서, 상기 a환, b환 및 c환에 있어서의 X¹ 또는 X²와의 결합 위치에 인접하는 탄소는 하나 이상의 할로겐 또는 중수소로 치환되는 것을 특징으로 하는 화합물 조합.
제 1 항에 있어서, 상기 화합물 조합이 아래 화학식 1-1 내지 10-10 중 하나인 것을 특징으로 하는 화합물:
애노드; 캐소드; 및 상기 애노드와 캐소드 사이에 형성된 유기층을 포함하고,
상기 유기층은 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물을 단독 또는 혼합하여 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
제 13 항에 있어서,
상기 유기층은 정공주입층, 정공수송층, 엑시톤블로킹층, 발광층 및 전자주입층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
제 14 항에 있어서,
상기 유기층은 상기 발광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
제 13 항에 있어서,
상기 유기층은 상기 애노드 상에 순차적으로 형성된 정공수송층, 발광층 및 전자수송층을 포함하는 스택을 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드.
제 13 항의 유기발광다이오드를 포함하는 디스플레이장치; 및 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자장치.