KR20230018117A - 유기금속 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자 - Google Patents

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KR20230018117A
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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 발광층의 도펀트로 적용함으로써, 구동전압, 발광 효율 및 수명 등의 유기발광소자의 특성을 개선할 수 있다.
[화학식 1] Ir(LA)m(LB)n
상기 화학식 1에서, 상기 LA는 이미다졸기(imidazole group)를 가진 주 리간드(main ligand)로서 본 발명의 화학식 2-1, 화학식 2-2, 화학식 2-3, 화학식 2-4, 화학식 2-5, 화학식 2-6, 화학식 2-7 및 화학식 2-8로 구성된 군에서 선택되는 하나이고, 상기 LB는 본 발명의 화학식 3으로 표시되는 보조 리간드(ancillary ligand)이며, 상기 m 및 n 은 Ir(이리듐)에 결합되는 리간드의 수로서, m은 1, 2 또는 3이고, n은 0, 1 또는 2이고, m 및 n의 합은 3이다.

Description

유기금속 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자{ORGANOMETALLIC COMPOUNDS AND ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 유기금속 화합물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인광 특성을 가지는 유기금속 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자에 관한 것이다.
표시장치가 다양한 분야에 적용됨에 따라 관심이 높아지고 있다. 이러한 표시장치 중 하나로서 유기발광소자(organic light emitting diode, OLED)를 포함하는 유기 발광 표시장치의 기술이 빠른 속도로 발전하고 있다.
유기발광소자는 양극과 음극 사이에 형성된 발광층에 전하를 주입하면 전자와 정공이 쌍을 이루어 여기자(엑시톤)을 형성한 후, 여기자의 에너지를 빛으로 방출하는 소자이다. 유기발광다이오드는 기존의 디스플레이 기술에 비해 저 전압 구동이 가능하고 전력소모가 비교적 적으며, 뛰어난 색감을 가질 뿐만 아니라, 플랙서블 기판 적용이 가능하여 다양한 활용이 가능하며, 표시 장치의 크기를 자유롭게 조절할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
유기발광소자(organic light emitting diode, OLED)는 액정디스플레이(liquid crystal display, LCD)에 비해 시야각, 명암비 등이 우수하고 백라이트가 불필요하여 경량 및 초박형이 가능하다. 유기발광소자는 음극(전자 주입 전극; cathode)과 양극(정공 주입 전극; anode) 사이에 복수의 유기물 층, 예컨대 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 수송보조층, 전자 차단층, 발광층, 전자 전달층 등이 배치되어 형성된다.
이러한 유기발광소자 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 음극과 양극으로부터 각각 전자와 정공이 주입되며, 발광층에서 생성된 엑시톤(exciton)이 바닥 상태로 떨어지면서 빛이 나게 된다.
유기발광소자에 사용되는 유기 재료는 크게 발광 재료와 전하 수송 재료로 구분될 수 있다. 발광 재료는 유기발광소자의 발광 효율을 결정하는 중요한 요인으로서, 발광 재료는 양자 효율이 높고, 전자와 정공의 이동도가 우수하여야 하며, 발광층에 균일하고 안정적으로 존재하여야 한다. 발광재료는 발색광에 따라 청색, 적색, 녹색 등의 발광 재료로 구분되며, 발색 재료로서 색 순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율을 증가시키기 위하여 호스트(host), 도펀트(dopant)로 사용한다.
최근에는 발광층에 형광 물질보다 인광 물질이 많이 사용되는 추세이다. 형광 물질의 경우 발광층에서 형성되는 엑시톤 중에 약 25%의 단일항(singlet)만이 빛을 만드는 데 사용되고 75%의 삼중항(triplet)은 대부분 열로 소실되는 반면, 인광 물질은 단일항과 삼중항 모두를 빛으로 전환 시키는 발광 메커니즘을 가지고 있기 때문이다.
종래에 유기발광소자에 사용되는 인광 발광 재료는 유기금속 화합물이 이용되고 있으며, 이들의 낮은 효율 및 수명 문제를 해결하기 위한 인광 재료의 연구 및 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 구동전압, 효율 및 수명을 개선할 수 있는 유기금속 화합물과 이를 유기 발광층에 적용한 유기발광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 신규한 구조의 유기금속 화합물 및 이를 발광층 도펀트에 적용한 유기발광소자를 제공한다.
[화학식 1] Ir(LA)m(LB)n
상기 화학식 1에서 LA는 이미다졸기(imidazole group)를 가진 주 리간드(main ligand)로서 하기 화학식 2-1, 화학식 2-2, 화학식 2-3, 화학식 2-4, 화학식 2-5, 화학식 2-6, 화학식 2-7 및 화학식 2-8로 구성된 군에서 선택되는 하나이고, LB는 하기 화학식 3으로 표시되는 보조 리간드(ancillary ligand)이며, 상기 m 및 n 은 Ir(이리듐)에 결합되는 리간드의 수로서, m 는 1, 2 또는 3이고, n은 0, 1 또는 2이고, m 및 n의 합은 3이며,
[화학식 2-1]
Figure pat00001
[화학식 2-2]
Figure pat00002
[화학식 2-3]
Figure pat00003
[화학식 2-4]
Figure pat00004
[화학식 2-5]
Figure pat00005
[화학식 2-6]
Figure pat00006
[화학식 2-7]
Figure pat00007
[화학식 2-8]
Figure pat00008
[화학식 3]
Figure pat00009
상기 화학식 2-1 내지 2-8 각각에서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 산소, 탄소, 질소 및 황으로 구성된 군에서 선택된 하나이고, R1, R2-1, R2-2, R2'-1, R2'-2, R2'-3, R2'-4, R3-1, R3-2, R3'-1, R3'-2, R4-1, R4-2, R4-3, R4'-1, R4'-2 및 R4'-3은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카보닐, 카복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 및 포스피노로 이루어진 군에서 선택된 하나이고,
상기 화학식 2-1 내지 2-8 각각에서, 상기 R2-1 및 R2-2 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, 상기 R2'-1, R2'-2, R2'-3 및 R2'-4 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, 상기 R3-1 및 R3-2 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, 상기 R3'-1 및 R3'-2 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, R4-1, R4-2 및 R4-3 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, R4'-1, R4'-2 및 R4'-3 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있으며,
상기 화학식 3은 두 자리 리간드(bidentate ligand)로서, 하기 화학식 4 또는 하기 화학식 5 표시되는 구조 중 선택되는 하나이며,
[화학식 4]
Figure pat00010
[화학식 5]
Figure pat00011
상기 화학식 4에서, R5-1, R5-2, R5-3, R5-4, R6-1, R6-2, R6-3 및 R6-4은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, C1~C5의 직쇄형 알킬기, 및 C1~C5의 분지형 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 C1~C5의 직쇄형 알킬기 또는 C1~C5의 분지형 알킬기는 중수소 및 할로겐 원소 중 선택되는 하나 이상으로 치환될 수 있고, 상기 R5-1, R5-2, R5-3 및 R5-4 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, 상기 R6-1, R6-2, R6-3 및 R6-4 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고,
상기 화학식 5에서, R7, R8 및 R9는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C5의 직쇄형 알킬기 및 C1~C5의 분지형 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 C1~C5의 직쇄형 알킬기 또는 C1~C5의 분지형 알킬기는 중수소 및 할로겐 원소 중 선택되는 하나 이상으로 치환될 수 있고, 상기 R7, R8 및 R9 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 유기금속 화합물의 유기발광소자의 발광층 도펀트에 적용함으로써, 유기발광소자의 구동전압, 효율 및 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기금속 화합물이 발광층에 적용된 유기발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 2개의 발광부를 구비하는 탠덤(Tandem) 구조이면서, 상기 화학식 I로 표시되는 유기금속 화합물을 포함하는 유기발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 3개의 발광부를 구비하는 탠덤(Tandem) 구조이면서, 상기 화학식 I로 표시되는 유기금속 화합물을 포함하는 유기발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광소자가 적용된 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
본 명세서를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서 구성 요소를 '포함한다', '갖는다', '이루어진다', '배치한다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
이하에서 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
이하에서 구성 요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성 요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성 요소와 상기 구성 요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기금속 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있고, 이를 발광층의 도펀트로 적용함으로써, 발광 효율 및 수명을 개선할 수 있다.
[화학식 1] Ir(LA)m(LB)n
상기 화학식 1에서 LA는 이미다졸기를 가진 주 리간드(main ligand)로서 하기 화학식 2-1, 화학식 2-2, 화학식 2-3, 화학식 2-4, 화학식 2-5, 화학식 2-6, 화학식 2-7 및 화학식 2-8로 구성된 군에서 선택되는 하나이고, LB는 하기 화학식 3으로 표시되는 보조 리간드(ancillary ligand)이며, 상기 m 및 n 은 Ir(이리듐)에 결합되는 리간드의 수로서, m 는 1, 2 또는 3이고, n은 0, 1 또는 2이고, m 및 n의 합은 3이며,
[화학식 2-1]
Figure pat00012
[화학식 2-2]
Figure pat00013
[화학식 2-3]
Figure pat00014
[화학식 2-4]
Figure pat00015
[화학식 2-5]
Figure pat00016
[화학식 2-6]
Figure pat00017
[화학식 2-7]
Figure pat00018
[화학식 2-8]
Figure pat00019
[화학식 3]
Figure pat00020
상기 화학식 2-1 내지 2-8 각각에서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 산소, 탄소, 질소 및 황으로 구성된 군에서 선택된 하나이고, R1, R2-1, R2-2, R2'-1, R2'-2, R2'-3, R2'-4, R3-1, R3-2, R3'-1, R3'-2, R4-1, R4-2, R4-3, R4'-1, R4'-2 및 R4'-3은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카보닐, 카복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 및 포스피노로 이루어진 군에서 선택된 하나이고,
상기 화학식 2-1 내지 2-8 각각에서, 상기 R2-1 및 R2-2 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, 상기 R2'-1, R2'-2, R2'-3 및 R2'-4 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, 상기 R3-1 및 R3-2 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, 상기 R3'-1 및 R3'-2 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, R4-1, R4-2 및 R4-3 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, R4'-1, R4'-2 및 R4'-3 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있으며,
상기 화학식 3은 두 자리 리간드(bidentate ligand)로서, 하기 화학식 4 또는 하기 화학식 5 표시되는 구조 중 선택되는 하나이며,
[화학식 4]
Figure pat00021
[화학식 5]
Figure pat00022
상기 화학식 4에서, R5-1, R5-2, R5-3, R5-4, R6-1, R6-2, R6-3 및 R6-4은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, C1~C5의 직쇄형 알킬기, 및 C1~C5의 분지형 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 C1~C5의 직쇄형 알킬기 또는 C1~C5의 분지형 알킬기는 중수소 및 할로겐 원소 중 선택되는 하나 이상으로 치환될 수 있고, 상기 R5-1, R5-2, R5-3 및 R5-4 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, 상기 R6-1, R6-2, R6-3 및 R6-4 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고,
상기 화학식 5에서, R7, R8 및 R9는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C5의 직쇄형 알킬기 및 C1~C5의 분지형 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 C1~C5의 직쇄형 알킬기 또는 C1~C5의 분지형 알킬기는 중수소 및 할로겐 원소 중 선택되는 하나 이상으로 치환될 수 있고, 상기 R7, R8 및 R9 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있다.
상기와 같이, 중앙 배위 금속인 이리듐(Ir)에 보조 리간드로서 두 자리 리간드를 적용할 수 있다. 본 발명의 두 자리 리간드는 전자 주개(electron donor)를 포함함으로써, MLCT(metal to ligand charge transfer)의 비율을 증가시켜, 유기발광소자에 대하여 높은 발광 효율 및 높은 외부 양자 효율 등의 향상된 발광 특성을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기금속 화합물은, 헤테로렙틱(heteroleptic) 또는 호모렙틱(homoleptic) 구조일 수 있고, 구체적으로는, 상기 화학식 1에서 m은 1이고, n은 2인 헤테로렙틱; m은 2이고, n은 1인 헤테로렙틱; 또는 m은 3이고, n은 0인 호모렙틱일 수 있다.
본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물의 구체예는 하기 화합물 1 내지 화합물 510으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있지만, 화학식 1의 정의에 속하는 것이라면 이에 한정되는 것은 아니다.
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본 발명 일 구현예에 따르면, 본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물은 적색 인광 물질 또는 녹색 인광 물질로서 사용될 수 있고, 바람직하게는 녹색 인광 물질로서 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 도 1을 참조하면, 제1 전극(110); 상기 제1 전극(110)과 마주보는 제2 전극(120); 및 상기 제1 전극(110) 및 제2 전극(120) 사이에 배치되는 유기층(130);을 포함하는 유기발광소자(100)를 제공할 수 있다. 상기 유기층(130)은 발광층(160)을 포함하고, 상기 발광층(160)은 호스트(160') 및 도펀트(160")를 포함하며, 상기 도펀트(160")는 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 유기발광소자에서, 제1 전극(110) 및 제2 전극(120) 사이에 배치되는 유기층(130)은 제1 전극(110)으로부터 순차적으로 정공주입층(140, hole injection layer; HIL), 정공수송층(150, hole transfer layer; HTL), 발광층(160, emission material layer, EML), 전자수송층(170, electron transfer lyer; ETL) 및 전자주입층(180, electron injection layer, EIL)을 포함하는 구조일 수 있다. 상기 전자주입층(180) 상에 제2 전극(120)을 형성하고, 그 위에 보호막(도시되어 있지 않음)을 형성할 수 있다.
또한, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 상기 정공수송층(150) 및 발광층(160)의 사이에 정공수송 보조층을 더욱 추가할 수 있다. 정공수송 보조층은 정공 수송 특성이 좋은 화합물을 포함하고, 정공수송층(150)과 발광층(160) 사이의 HOMO 에너지 레벨 차이를 줄임으로써 정공의 주입 특성을 조절하여 정공수송보조층과 발광층(160)의 계면에 정공이 축적되는 것을 감소시켜 계면에서 폴라론(polaron)에 의한 엑시톤이 소멸되는 소광 현상(quenching)을 감소시킬 수 있다. 이에 따라 소자의 열화현상이 감소하고 소자가 안정화되어 효율 및 수명을 개선할 수 있다.
제1 전극(110)은 양극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질인 ITO, IZO, 주석-산화물 또는 아연-산화물로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극(120)은 음극일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 적은 도전성 물질인 Al, Mg, Ca, Ag 또는 이들의 합금이나 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공주입층(140)은 제1 전극(110)과 정공수송층(150) 사이에 위치할 수 있다. 정공주입층(140)은 제1 전극(110)과 정공수송층(150) 사이의 계면 특성을 개선하는 기능이 있으며, 적절한 전도성을 갖는 물질로 선택할 수 있다. 정공주입층(140)은 MTDATA, CuPc, TCTA, HATCN, TDAPB, PEDOT/PSS, N1,N1'-([1,1'-biphenyl]-4,4'-diyl)bis(N1,N4,N4-triphenylbenzene-1,4-diamine)등으로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 1종 이상 포함할 수 있고, 바람직하게는 N1,N1'-([1,1'-biphenyl]-4,4'-diyl)bis(N1,N4,N4-triphenylbenzene-1,4-diamine)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공수송층(150)은 제1 전극(110)과 발광층(160) 사이에서 발광층에 인접하여 위치한다. 정공수송층(150)은 TPD, NPB, CBP, N-(비페닐-4-일)-9,9-디메틸-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민, N-(비페닐-4-일)-N-(4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)비페닐)-4-아민 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있고, 바람직하게는 NPB를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 발광층(160)은 호스트(160')와 소자의 발광 효율 등을 향상시키기 위하여 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물이 도펀트(160")로 도핑되어 형성될 수 있다. 발광층(160)은 호스트(160')에 도펀트(160")로서 본 발명의 화학식 1의 유기금속 화합물이 약 1 내지 30 중량% 첨가되어 적용될 수 있으며, 녹색 또는 적색으로 발광하는 물질로 사용될 수 있다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 화학식 1의 유기 금속 화합물은 녹색 인광 물질로서 사용될 수 있다.
본 발명의 발광층(160)은 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물을 도펀트(160")로 사용하면서, 카바졸기(carbazole group)를 포함하는 화합물을 호스트(160')로서 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 카바졸기를 포함하는 호스트 물질은 하기 표 1에 기재된 것과 같은 구조 중 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
호스트 물질
구조 		호스트 물질 화합물명
Figure pat00057

CBP (4,4-Bis(9-carbazolyl)-1,1′)
Figure pat00058

GH1



9,9'-di([1,1'-biphenyl]-3-yl)-9H,9'H-3,3'-bicarbazole
Figure pat00059

GH2



9-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-9'-phenyl-9H,9'H-3,3'-bicarbazole
Figure pat00060

GH3



9-([1,1': 3',1"-terphenyl]-5'-yl)-9'-phenyl-9H,9'H-3,3'-bicarbazole
Figure pat00061

GH4




9,9'-di([1,1'-biphenyl]-4-yl)-9H,9'H-3,3'-bicarbazole
Figure pat00062

GH5



9-([1,1'-biphenyl]-3-yl)-9'-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-9H,9'H-3,3'-bicarbazole
또한, 발광층(160)과 제2 전극(120) 사이에는 전자수송층(170)과 전자주입층(180)이 순차적으로 적층될 수 있다. 전자수송층(170)의 재료는 높은 전자 이동도가 요구되는데, 원활한 전자 수송을 통하여 발광층에 전자를 안정적으로 공급할 수 있다.
예컨대, 전자수송층(170)의 재료는 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), Liq(8-hydroxyquinolinolatolithium), PBD(2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4oxadiazole), TAZ(3-(4-biphenyl)4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole), spiro-PBD, BAlq(bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium), SAlq, TPBi(2,2',2-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole), 옥사디아졸(oxadiazole), 트리아졸(triazole), 페난트롤린(phenanthroline), 벤족사졸(benzoxazole), 벤즈티아졸(benzthiazole), 2-(4-(9,10-di(naphthalen-2-yl)anthracen-2-yl)phenyl)-1-phenyl-1H-benzo[d]imidazole 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있고, 바람직하게는 2-(4-(9,10-di(naphthalen-2-yl)anthracen-2-yl)phenyl)-1-phenyl-1H-benzo[d]imidazole을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자주입층(180)은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 하며, 전자주입 층의 재료는 Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq, SAlq 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또는, 전자주입층(180)은 금속 화합물로 이루어질 수 있으며, 금속화합물은 예를 들어 Liq, LiF, NaF, KF, RbF, CsF, FrF, BeF2, MgF2, CaF2, SrF2, BaF2 및 RaF2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 유기발광소자는 탠덤(tandem) 구조를 가지는 백색 발광다이오드일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 탠덤 유기발광소자의 경우, 단일 발광 스택(stack)이 전하생성층(CGL, Charge Generation Layer)에 의해 2개 이상 연결된 구조로 형성될 수 있다. 상기 유기발광소자는 기판 상에 서로 대항된 제1 전극 및 제2 전극과 상기 제1 및 제2 전극 사이에 적층되어 특정한 파장대의 빛을 방사하는 발광층을 가지는 2개 이상의 복수의 발광 스택(stack; 발광부)을 포함할 수 있다. 이 때, 복수의 발광부에 포함되는 발광층 중 하나 이상은 본 발명에 따른 화학식 I로 표시되는 유기금속 화합물을 도펀트로서 포함할 수 있다. 탠덤 구조에서의 복수 개의 발광부는 N형(N-type) 전하 생성층 및 P형(P-type) 전하 생성층으로 이루어진 전하 생성층(CGL)과 연결될 수 있다.
본 발명의 예시적인 구현예인 도 2 및 도 3은 각각 2개의 발광부 및 3개의 발광부를 가지는 탠덤 구조의 유기발광소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 유기발광소자(100)는 서로 마주하는 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)과, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 유기층(230)을 포함한다. 상기 유기층(230)은 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하며 제1 발광층(261)을 포함하는 제1 발광부(ST1)와, 제1 발광부(ST1)와 제2 전극(120) 사이에 위치하며 제2 발광층(262)를 포함하는 제2 발광부(ST2)와, 제1 및 제2 발광부(ST1 및 ST2) 사이에 위치하는 전하생성층(CGL)을 포함한다. 상기 전하생성층(CGL)은 N형 전하생성층(291) 및 P형 전하생성층(292)를 포함할 수 있다. 상기 제1 발광층(261) 및 제2 발광층(262) 중 하나 이상은 본 발명에 따른 화학식 I로 표시되는 유기금속 화합물을 도펀트로서 포함할 수 있다. 예컨대, 도 2에 도시된 것처럼, 제2 발광부(ST2)의 제2 발광층(262)의 호스트(262')와 함께 화학식 I로 표시되는 유기금속 화합물을 도펀트(262")로 포함할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 유기발광소자(100)는 서로 마주하는 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)과, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하는 유기층(330)을 포함한다. 상기 유기층(330)은 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 위치하며 제1 발광층(261)을 포함하는 제1 발광부(ST1); 제2 발광층(262)를 포함하는 제2 발광부(ST2); 제3 발광층(263)을 포함하는 제3 발광부(ST3); 제1 및 제2 발광부(ST1 및 ST2) 사이에 위치하는 제1 전하생성층(CGL1); 및 제2 및 제3 발광부(ST2 및 ST3) 사이에 위치하는 제2 전하생성층(CGL2)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 전하생성층(CGL1 및 CGL2)은 각각 N형 전하생성층(291, 293) 및 P형 전하생성층(292, 294)를 포함할 수 있다. 상기 제1 발광층(261), 제2 발광층(262) 및 제3 발광층(263) 중 하나 이상은 본 발명에 따른 화학식 I로 표시되는 유기금속 화합물을 도펀트로서 포함할 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 것처럼, 제2 발광부(ST2)의 제2 발광층(262)의 호스트(262')와 함께 화학식 I로 표시되는 유기금속 화합물을 도펀트(262")로 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기발광소자는, 제1 전극 및 제2 전극 사이에 4개 이상의 발광부와 3개 이상의 전하생성층이 배치된 탠덤 구조를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유기발광소자는 유기발광 표시장치 및 유기발광소자를 적용한 조명 장치 등에 활용될 수 있다. 일 구현예로, 도 4는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 유기발광소자가 적용된 유기발광 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유기발광 표시장치(3000)는 기판(3010)과, 유기발광소자(4000)와, 유기발광소자(4000)를 덮는 인캡슐레이션 필름(3900)을 포함할 수 있다. 기판(3010) 상에는 구동 소자인 구동 박막트랜지스터(Td)와, 구동 박막트랜지스터(Td)에 연결되는 유기발광소자(4000)가 위치한다.
도 4에 명시적으로 도시하지는 않았으나, 기판(3010) 상에는 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선, 게이트 배선 및 데이터 배선 중 어느 하나와 평행하게 이격되어 연장되는 파워 배선, 게이트 배선 및 데이터 배선에 연결되는 스위칭 박막트랜지스터, 파워 배선 및 스위칭 박막트랜지스터의 일 전극에 연결되는 스토리지 캐패시터가 더 형성된다.
구동 박막트랜지스터(Td)는 스위칭 박막트랜지스터에 연결되며, 반도체층(3100)과, 게이트 전극(3300)과, 소스 전극(3520)과 드레인 전극(3540)을 포함한다.
반도체층(3100)은 기판(3010) 상에 형성되며, 산화물 반도체 물질로 이루어지거나 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있다. 반도체층(3100)이 산화물 반도체 물질로 이루어질 경우 반도체층(3100) 하부에는 차광패턴(도시하지 않음)이 형성될 수 있으며, 차광패턴은 반도체층(3100)으로 빛이 입사되는 것을 방지하여 반도체층(3010)이 빛에 의해 열화되는 것을 방지한다. 이와 달리, 반도체층(3100)은 다결정 실리콘으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 반도체층(3100)의 양 가장자리에 불순물이 도핑되어 있을 수 있다.
반도체층(3100) 상부에는 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(3200)이 기판(3010) 전면에 형성된다. 게이트 절연막(3200)은 실리콘산화물 또는 실리콘질화물과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(3200) 상부에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어진 게이트 전극(3300)이 반도체층(3100)의 중앙에 대응하여 형성된다. 게이트 전극(3300)은 스위칭 박막트랜지스터에 연결된다.
게이트 전극(3300) 상부에는 절연물질로 이루어진 층간 절연막(3400)이 기판(3010) 전면에 형성된다. 층간 절연막(3400)은 실리콘산화물이나 실리콘질화물과 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 포토아크릴(photo-acryl)과 같은 유기 절연물질로 형성될 수 있다.
층간 절연막(3400)은 반도체층(3100)의 양측을 노출하는 제1 및 제2 반도체층 콘택홀(3420, 3440)을 갖는다. 제1 및 제2 반도체층 콘택홀(3420, 3440)은 게이트 전극(3300)의 양측에 게이트 전극(3300)과 이격되어 위치한다.
층간 절연막(3400) 상에는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어지는 소스 전극(3520)과 드레인 전극(3540)이 형성된다. 소스 전극(3520)과 드레인 전극(3540)은 게이트 전극(3300)을 중심으로 이격되어 위치하며, 각각 제1 및 제2 반도체층 콘택홀(3420, 3440)을 통해 반도체층(3100)의 양측과 접촉한다. 소스 전극(3520)은 파워 배선(미도시)에 연결된다.
반도체층(3100)과, 게이트 전극(3300), 소스 전극(3520), 드레인 전극(3540)은 구동 박막트랜지스터(Td)를 이루며, 구동 박막트랜지스터(Td)는 반도체층(3100)의 상부에 게이트 전극(3300), 소스 전극(3520) 및 드레인 전극(3540)이 위치하는 코플라나(coplanar) 구조를 가진다.
이와 달리, 구동 박막트랜지스터(Td)는 반도체층의 하부에 게이트 전극이 위치하고 반도체층의 상부에 소스 전극과 드레인 전극이 위치하는 역 스태거드(inverted staggered) 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 반도체층은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. 한편, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(Td)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.
한편, 유기발광 표시장치(3000)는 발광다이오드(4000)에서 생성된 빛을 흡수하는 컬러 필터(3600)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터(3600)는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 광을 흡수할 수 있다. 이 경우, 광을 흡수하는 적색, 녹색 및 청색의 컬러 필터 패턴이 각각의 화소영역 별로 분리되어 형성될 수 있으며, 이들 각각의 컬러 필터 패턴은 흡수하고자 하는 파장 대역의 빛을 방출하는 유기발광소자(4000) 중의 유기층(4300)과 각각 중첩되게 배치될 수 있다. 컬러 필터(3600)를 채택함으로써, 유기발광 표시장치(3000)는 풀-컬러(full-color)를 구현할 수 있다.
예를 들어, 유기발광 표시장치(3000)가 하부 발광 방식(bottom-emission type)인 경우, 유기발광소자(4000)에 대응하는 층간 절연막(3400) 상부에 광을 흡수하는 컬러 필터(3600)가 위치할 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 유기발광 표시장치(3000)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 컬러 필터는 유기발광소자(4000)의 상부, 즉 제2 전극(4200) 상부에 위치할 수도 있다. 일례로, 컬러 필터(3600)는 2 내지 5 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.
한편, 구동 박막트랜지스터(Td)의 드레인 전극(3540)을 노출하는 드레인 콘택홀(3720)을 갖는 보호층(3700)이 구동 박막트랜지스터(Td)를 덮으며 형성된다.
보호층(3700) 상에는 드레인 콘택홀(3720)을 통해 구동 박막트랜지스터(Td)의 드레인 전극(3540)에 연결되는 제1 전극(4100)이 각 화소 영역 별로 분리되어 형성된다.
제1 전극(4100)은 양극(anode)일 수 있으며, 일함수 값이 비교적 큰 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(4100)은 ITO, IZO 또는 ZnO와 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 유기발광 표시장치(3000)가 상부 발광 방식(top-emission type)인 경우, 제1 전극(4100) 하부에는 반사전극 또는 반사층이 더욱 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사전극 또는 반사층은 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 알루미늄-팔라듐-구리(aluminum-paladium-copper: APC) 합금 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
보호층(3700) 상에는 제1 전극(4100)의 가장자리를 덮는 뱅크층(3800)이 형성된다. 뱅크층(3800)은 화소영역에 대응하여 제1 전극(4100)의 중심을 노출시킨다.
제1 전극(4100) 상에는 유기층(4300)이 형성되고, 필요에 따라 유기발광소자(4000)는 탠덤(tandem) 구조를 가질 수 있으며, 탠덤 구조에 대해서는 본 발명의 예시적인 실시예를 나타내는 도 2 내지 도 4와 이에 대한 상기 설명을 참조한다.
유기층(4300)이 형성된 기판(3010) 상부로 제2 전극(4200)이 형성된다. 제2 전극(4200)은 표시영역의 전면에 위치하며 일함수 값이 비교적 작은 도전성 물질로 이루어져 음극(cathode)으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(4200)은 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 알루미늄-마그네슘 합금(Al-Mg) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
제1 전극(4100), 유기층(4300) 및 제2 전극(4200)은 유기발광소자(4000)를 이룬다.
제2 전극(4200) 상에는, 외부 수분이 유기발광소자(4000)로 침투하는 것을 방지하기 위해, 인캡슐레이션 필름(encapsulation film, 3900)이 형성된다. 도 4에 명시적으로 도시하지 않았으나, 인캡슐레이션 필름(3900)은 제1 무기층과, 유기층과 무기층이 순차 적층된 삼중층 구조를 가질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 본 발명의 합성예 및 실시예를 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
합성예 - 리간드 중간 생성물의 제조
<리간드 A-2 제조>
Figure pat00063
질소 분위기에서 1L 둥근 바닥 플라스크에 SM-1 (24.70 g, 0.10 mol), SM-3 (13.61 g, 0.20 mol), (1R, 2R)-사이클로헥산-1,2-디아민 (22.83 g, 0.20 mol), 요오드화구리(I) (1.90 g, 0.01 mol), 탄산세슘 (97.75 g, 0.30 mol)을 DMF 500mL에 녹인 후 밤새 가열 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용기를 실온으로 식히고 셀라이트 패드 필터로 거른 후 에틸아세테이트와 증류수를 사용하여 유기층을 추출하여 분리하였다. 유기층은 무수 황산마그네슘으로 수분을 제거하고 필터로 거른 후 감압 농축 하였다. Crude product는 에틸아세테이트와 헥산으로 재결정하여 A-2 (17.87 g, 76%)를 수득하였다.
<리간드 B-2 의 제조>
Figure pat00064
질소 분위기에서 1L 둥근 바닥 플라스크에 SM-1 (24.70 g, 0.10 mol), SM-4 (47.22 g, 0.20 mol), (1R, 2R)-사이클로헥산-1,2-디아민 (22.83 g, 0.20 mol), 요오드화구리(I) (1.90 g, 0.01 mol), 탄산세슘 (97.75 g, 0.30 mol)을 DMF 500mL에 녹인 후 밤새 가열 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용기를 실온으로 식히고 셀라이트 패드 필터로 거른 후 에틸아세테이트와 증류수를 사용하여 유기층을 추출하여 분리하였다. 유기층은 무수 황산마그네슘으로 수분을 제거하고 필터로 거른 후 감압 농축 하였다. Crude product는 에틸아세테이트와 헥산으로 재결정하여 B-2 (17.40 g, 61%)를 수득하였다.
<리간드 G-2의 제조>
Figure pat00065
질소 분위기에서 1L 둥근 바닥 플라스크에 SM-2 (24.60 g, 0.10 mol), SM-3 (13.61 g, 0.20 mol), (1R, 2R)-사이클로헥산-1,2-디아민 (22.83 g, 0.20 mol), 요오드화구리(I) (1.90 g, 0.01 mol), 탄산세슘 (97.75 g, 0.30 mol)을 DMF 500mL에 녹인 후 밤새 가열 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용기를 실온으로 식히고 셀라이트 패드 필터로 거른 후 에틸아세테이트와 증류수를 사용하여 유기층을 추출하여 분리하였다. 유기층은 무수 황산마그네슘으로 수분을 제거하고 필터로 거른 후 감압 농축 하였다. Crude product는 에틸아세테이트와 헥산으로 재결정하여 G-2 (19.19 g, 82%)를 수득하였다.
<리간드 H-2의 제조>
Figure pat00066
질소 분위기에서 1L 둥근 바닥 플라스크에 SM-2 (24.60 g, 0.10 mol), SM-4 (47.22 g, 0.20 mol), (1R, 2R)-사이클로헥산-1,2-디아민 (22.83 g, 0.20 mol), 요오드화구리(I) (1.90 g, 0.01 mol), 탄산세슘 (97.75 g, 0.30 mol)을 DMF 500mL에 녹인 후 밤새 가열 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용기를 실온으로 식히고 셀라이트 패드 필터로 거른 후 에틸아세테이트와 증류수를 사용하여 유기층을 추출하여 분리하였다. 유기층은 무수 황산마그네슘으로 수분을 제거하고 필터로 거른 후 감압 농축 하였다. Crude product는 에틸아세테이트와 헥산으로 재결정하여 H-2 (20.74 g, 73%)를 수득하였다.
<리간드 A-1 제조>
Figure pat00067
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 A-2 (11.75 g, 0.05 mol)를 Ethyl acetate 250mL에 넣고 녹인 후 순차적으로 Iodomethane (42.58 g, 0.30 mol)을 반응 용액에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 필터하고 감압 농축하여 상기 화합물 A-1 (17.90 g, 85%)를 수득하였다.
<리간드 B-1 제조>
Figure pat00068
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 B-2 (14.25 g, 0.05 mol)를 Ethyl acetate 250mL에 넣고 녹인 후 순차적으로 Iodomethane (42.58 g, 0.30 mol)을 반응 용액에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 필터하고 감압 농축하여 상기 화합물 B-1 (19.55 g, 83%)를 수득하였다.
<리간드 C-1의 제조>
Figure pat00069
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 A-2 (11.75 g, 0.05 mol)를 Ethyl acetate 250mL에 넣고 녹인 후 순차적으로 Iodomethane (42.58 g, 0.30 mol)을 반응 용액에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 필터하고 감압 농축하여 상기 화합물 C-1 (17.51 g, 78%)를 수득하였다.
<리간드 D-1의 제조>
Figure pat00070
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 B-2 (14.25 g, 0.05 mol)를 Ethyl acetate 250mL에 넣고 녹인 후 순차적으로 2-Iodopropane (51.00 g, 0.30 mol)을 반응 용액에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 필터하고 감압 농축하여 상기 화합물 D-1 (20.46 g, 82%)를 수득하였다.
<리간드 E-1 제조>
Figure pat00071
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 A-2 (11.75 g, 0.05 mol)를 Ethyl acetate 250mL에 넣고 녹인 후 순차적으로 2-Iodopropane (51.00 g, 0.30 mol)을 반응 용액에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 필터하고 감압 농축하여 상기 화합물 E-1 (18.52 g, 80%)를 수득하였다.
<리간드 F-1의 제조>
Figure pat00072
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 B-2 (14.25 g, 0.05 mol)를 Ethyl acetate 250mL에 넣고 녹인 후 순차적으로 2-Iodopropane (51.00 g, 0.30 mol)을 반응 용액에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 필터하고 감압 농축하여 상기 화합물 F-1 (21.55 g, 84%)를 수득하였다.
<리간드 G-1의 제조>
Figure pat00073
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 G-2 (11.70 g, 0.05 mol)를 Ethyl acetate 250mL에 넣고 녹인 후 순차적으로 1-Iodobutane (55.21 g, 0.30 mol)을 반응 용액에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 필터하고 감압 농축하여 상기 화합물 G-1 (18.70 g, 89%)를 수득하였다.
<리간드 H-1의 제조>
Figure pat00074
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 H-2 (14.20 g, 0.05 mol)를 Ethyl acetate 250mL에 넣고 녹인 후 순차적으로 1-Iodobutane (55.21 g, 0.30 mol)을 반응 용액에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 필터하고 감압 농축하여 상기 화합물 H-1 (19.04 g, 81%)를 수득하였다.
<리간드 I-1의 제조>
Figure pat00075
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 G-2 (11.70 g, 0.05 mol)를 Ethyl acetate 250mL에 넣고 녹인 후 순차적으로 1-Iodobutane (55.21 g, 0.30 mol)을 반응 용액에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 필터하고 감압 농축하여 상기 화합물 I-1 (19.72 g, 88%)를 수득하였다.
<리간드 J-1의 제조>
Figure pat00076
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 H-2 (14.20 g, 0.05 mol)를 Ethyl acetate 250mL에 넣고 녹인 후 순차적으로 Iodomethane (42.58 g, 0.30 mol)을 반응 용액에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 필터하고 감압 농축하여 상기 화합물 J-1 (22.42 g, 90%)를 수득하였다.
<리간드 K-1의 제조>
Figure pat00077
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 G-2 (11.70 g, 0.05 mol)를 Ethyl acetate 250mL에 넣고 녹인 후 순차적으로 Iodomethane (42.58 g, 0.30 mol)을 반응 용액에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 필터하고 감압 농축하여 상기 화합물 K-1 (19.64 g, 85%)를 수득하였다.
<리간드 L-1의 제조>
Figure pat00078
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 H-2 (14.20 g, 0.05 mol)를 Ethyl acetate 250mL에 넣고 녹인 후 순차적으로 Iodomethane (42.58 g, 0.30 mol)을 반응 용액에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 필터하고 감압 농축하여 상기 화합물 L-1 (22.79 g, 89%)를 수득하였다.
합성예- 리간드의 제조
<리간드 A의 제조>
Figure pat00079
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 반응물 A-1 (21.05 g, 0.05 mol), silver oxide (5.80 g, 0.025 mol)을 아세토나이트릴 250mL에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 감압 농축하여 상기 화합물 A (22.94 g, 95%)를 얻었고 다음 단계 반응을 위한 추가적인 정제는 수행하지 않았다.
<리간드 B의 제조>
Figure pat00080
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 반응물 B-1 (23.55 g, 0.05 mol), silver oxide (5.80 g, 0.025 mol)을 아세토나이트릴 250mL에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 감압 농축하여 상기 화합물 B (24.51 g, 92%)를 얻었고 다음 단계 반응을 위한 추가적인 정제는 수행하지 않았다.
<리간드 C의 제조>
Figure pat00081
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 반응물 C-1 (22.46 g, 0.05 mol), silver oxide (5.80 g, 0.025 mol)을 아세토나이트릴 250mL에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 감압 농축하여 상기 화합물 C (22.74 g, 89%)를 얻었고 다음 단계 반응을 위한 추가적인 정제는 수행하지 않았다.
<리간드 D의 제조>
Figure pat00082
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 반응물 D-1 (24.96 g, 0.05 mol), silver oxide (5.80 g, 0.025 mol)을 아세토나이트릴 250mL에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 감압 농축하여 상기 화합물 D (23.56 g, 84%)를 얻었고 다음 단계 반응을 위한 추가적인 정제는 수행하지 않았다.
<리간드 E의 제조>
Figure pat00083
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 반응물 E-1 (23.16 g, 0.05 mol), silver oxide (5.80 g, 0.025 mol)을 아세토나이트릴 250mL에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 감압 농축하여 상기 화합물 E (23.86 g, 91%)를 얻었고 다음 단계 반응을 위한 추가적인 정제는 수행하지 않았다.
<리간드 F의 제조>
Figure pat00084
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 반응물 F-1 (25.66 g, 0.05 mol), silver oxide (5.80 g, 0.025 mol)을 아세토나이트릴 250mL에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 감압 농축하여 상기 화합물 F (26.45 g, 92%)를 얻었고 다음 단계 반응을 위한 추가적인 정제는 수행하지 않았다.
<리간드 G의 제조>
Figure pat00085
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 반응물 G-1 (21.00 g, 0.05 mol), silver oxide (5.80 g, 0.025 mol)을 아세토나이트릴 250mL에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 감압 농축하여 상기 화합물 G (20.24 g, 84%)를 얻었고 다음 단계 반응을 위한 추가적인 정제는 수행하지 않았다.
<리간드 H의 제조>
Figure pat00086
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 반응물 H-1 (23.50 g, 0.05 mol), silver oxide (5.80 g, 0.025 mol)을 아세토나이트릴 250mL에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 감압 농축하여 상기 화합물 H (23.14 g, 89%)를 얻었고 다음 단계 반응을 위한 추가적인 정제는 수행하지 않았다.
<리간드 I의 제조>
Figure pat00087
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 반응물 I-1 (22.41 g, 0.05 mol), silver oxide (5.80 g, 0.025 mol)을 아세토나이트릴 250mL에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 감압 농축하여 상기 화합물 I (22.95 g, 90%)를 얻었고 다음 단계 반응을 위한 추가적인 정제는 수행하지 않았다.
<리간드 J의 제조>
Figure pat00088
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 반응물 J-1 (24.91 g, 0.05 mol), silver oxide (5.80 g, 0.025 mol)을 아세토나이트릴 250mL에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 감압 농축하여 상기 화합물 J (25.48 g, 91%)를 얻었고 다음 단계 반응을 위한 추가적인 정제는 수행하지 않았다.
<리간드 K의 제조>
Figure pat00089
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 반응물 K-1 (23.11 g, 0.05 mol), silver oxide (5.80 g, 0.025 mol)을 아세토나이트릴 250mL에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 감압 농축하여 상기 화합물 K (24.89 g, 95%)를 얻었고 다음 단계 반응을 위한 추가적인 정제는 수행하지 않았다.
<리간드 L의 제조>
Figure pat00090
질소 분위기에서 500mL 둥근 바닥 플라스크에 반응물 L-1 (25.61 g, 0.05 mol), silver oxide (5.80 g, 0.025 mol)을 아세토나이트릴 250mL에 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 완료되면 반응 용액을 감압 농축하여 상기 화합물 L (26.98 g, 94%)을 얻었고 다음 단계 반응을 위한 추가적인 정제는 수행하지 않았다.
합성예- 이리듐 화합물의 제조
<이리듐 화합물 1의 제조>
Figure pat00091
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M1 (1.61 g, 1.5 mmol)와 리간드 A (1.45 g, 3 mmol)를 o-xylene (150mL)에 넣고 18시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Ethylacetate:Hexane = 25:75 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 1 (1.68 g, 75%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 2의 제조>
Figure pat00092
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M1 (1.61 g, 1.5 mmol)와 리간드 B (1.60 g, 3 mmol)를 o-xylene (150mL)에 넣고 18시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Ethylacetate:Hexane = 25:75 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 2 (1.63 g, 68%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 16의 제조>
Figure pat00093
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M1 (1.61 g, 1.5 mmol)와 리간드 G (1.46 g, 3 mmol)를 o-xylene (150mL)에 넣고 18시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Ethylacetate:Hexane = 25:75 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 16 (1.57 g, 70%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 17의 제조>
Figure pat00094
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M1 (1.61 g, 1.5 mmol)와 리간드 H (1.60 g, 3 mmol)를 o-xylene (150mL)에 넣고 18시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Ethylacetate:Hexane = 25:75 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 17 (1.94 g, 81%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 91의 제조>
Figure pat00095
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M1 (1.61 g, 1.5 mmol)와 리간드 C (1.53 g, 3 mmol)를 o-xylene (150mL)에 넣고 18시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Ethylacetate:Hexane = 25:75 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 91 (1.89 g, 81%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 92의 제조>
Figure pat00096
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M1 (1.61 g, 1.5 mmol)와 리간드 D (1.68 g, 3 mmol)를 o-xylene (150mL)에 넣고 18시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Ethylacetate:Hexane = 25:75 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 92 (1.87 g, 76%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 106의 제조>
Figure pat00097
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M1 (1.61 g, 1.5 mmol)와 리간드 I (1.53 g, 3 mmol)를 o-xylene (150mL)에 넣고 18시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Ethylacetate:Hexane = 25:75 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 106 (1.75 g, 75%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 107의 제조>
Figure pat00098
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M1 (1.61 g, 1.5 mmol)와 리간드 J (1.68 g, 3 mmol)를 o-xylene (150mL)에 넣고 18시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Ethylacetate:Hexane = 25:75 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 107 (1.69 g, 68%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 181의 제조>
Figure pat00099
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M1 (1.61 g, 1.5 mmol)와 리간드 E (1.57 g, 3 mmol)를 o-xylene (150mL)에 넣고 18시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Ethylacetate:Hexane = 25:75 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 181 (1.90 g, 80%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 182의 제조>
Figure pat00100
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M1 (1.61 g, 1.5 mmol)와 리간드 F (1.72 g, 3 mmol)를 o-xylene (150mL)에 넣고 18시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Ethylacetate:Hexane = 25:75 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 182 (1.64 g, 65%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 196의 제조>
Figure pat00101
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M1 (1.61 g, 1.5 mmol)와 리간드 K (1.57 g, 3 mmol)를 o-xylene (150mL)에 넣고 18시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Ethylacetate:Hexane = 25:75 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 196 (1.87 g, 79%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 197의 제조>
Figure pat00102
질소 분위기에서 250mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M1 (1.61 g, 1.5 mmol)와 리간드 L (1.72 g, 3 mmol)를 Toluene (100mL)에 넣고 24시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Toluene:Hexane = 1:1 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 197 (1.87 g, 74%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 466의 제조>
Figure pat00103
질소 분위기에서 250mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M2 (2.17 g, 1.5 mmol)와 리간드 L1 (0.47 g, 3 mmol)를 Toluene (100mL)에 넣고 24시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Toluene:Hexane = 1:1 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 466 (1.82 g, 72%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 468의 제조>
Figure pat00104
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M2 (2.17 g, 1.5 mmol)와 리간드 L2 (0.30 g, 3 mmol)를 혼합된 용매 (2-ethoxyethanol:DMF = 40mL:40mL)에 넣고 135 ℃에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Toluene:Hexane = 1:3 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 468 (1.39 g, 59%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 470의 제조>
Figure pat00105
질소 분위기에서 250mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M3 (2.33 g, 1.5 mmol)와 리간드 L1 (0.47 g, 3 mmol)를 Toluene (100mL)에 넣고 24시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Toluene:Hexane = 1:1 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 470 (1.42 g, 53%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 472의 제조>
Figure pat00106
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M3 (2.33 g, 1.5 mmol)와 리간드 L2 (0.30 g, 3 mmol)를 혼합된 용매 (2-ethoxyethanol:DMF = 40mL:40mL)에 넣고 135 ℃에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Toluene:Hexane = 1:3 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 472 (1.82 g, 72%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 474의 제조>
Figure pat00107
질소 분위기에서 250mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M4 (2.42 g, 1.5 mmol)와 리간드 L1 (0.47 g, 3 mmol)를 Toluene (100mL)에 넣고 24시간 동안 환류 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Toluene:Hexane = 1:1 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 474 (1.75 g, 63%)를 수득하였다.
<이리듐 화합물 476의 제조>
Figure pat00108
질소 분위기에서 150mL 둥근 바닥 플라스크에 이리듐 전구체 M4 (2.42 g, 1.5 mmol)와 리간드 L2 (0.30 g, 3 mmol)를 혼합된 용매 (2-ethoxyethanol:DMF = 40mL:40mL)에 넣고 135 ℃에서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 종료가 되면 상온으로 온도를 낮춘 후 디클로로메탄과 증류수를 사용하여 유기층을 추출하고 수분은 무수황산마그네슘을 첨가하여 제거하였다. 여과를 통해 얻어진 여과액을 감압하여 수득한 Crude product를 Toluene:Hexane = 1:3 조건에서 컬럼 크로마토그래피법으로 정제하여 하기의 이리듐 화합물 476 (1.77 g, 68%)를 수득하였다.
실시예
<실시예 1>
ITO (인듐 주석 산화물) 가 1,000Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세척한 후, 아세톤 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨다. 이와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에 정공 주입 재료로 하기 구조의 HI-1 (N1,N1'-([1,1'-biphenyl]-4,4'-diyl)bis(N1,N4,N4-triphenylbenzene-1,4-diamine)) 을 60 nm 두께로 열 진공 증착한 후, 정공 수송 재료로 하기 구조의 NPB를 80 nm 두께로 열 진공 증착하였다. 그 다음에 발광층으로 화합물 1, 호스트로 하기 구조의 CBP를 사용하였고, 도핑농도는 5%, 두께는 30 nm 이었다. 이어서, 하기 구조의 ET-1 : Liq (1:1) (30 nm) 화합물을 각각 전자 수송층과 전자 주입층의 재료로 열 진공 증착한 후, 100 nm 두께의 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하여, 유기발광소자를 제작하였다.
Figure pat00109
Figure pat00110
상기 HI-1은 N1,N1'-([1,1'-biphenyl]-4,4'-diyl)bis(N1,N4,N4-triphenylbenzene-1,4-diamine)을 의미한다.
상기 ET-1은 2-(4-(9,10-di(naphthalen-2-yl)anthracen-2-yl)phenyl)-1-phenyl-1H-benzo[d]imidazole을 의미한다.
<실시예 2~12 및 비교예 1~5 >
상기 실시예 1 에서, 도펀트로서 화합물 1 대신 하기 표 2에 나타낸 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2~12 및 비교예 1~5의 유기발광소자를 제작하였다.
도펀트 구동 전압 (V) 최대 발광 양자 효율
(%, 상대값) 		EQE
(%, 상대값) 		LT95
(%, 상대값)
비교예 1 Ref-1 4.25 100 100 100
비교예 2 Ref-2 4.31 106 108 104
비교예 3 Ref-3 4.43 102 106 101
비교예 4 Ref-4 4.28 108 108 105
비교예 4 Ref-5 4.27 110 109 107
실시예 1 화합물 1 4.24 128 126 124
실시예 2 화합물 2 4.25 130 129 128
실시예 3 화합물 16 4.23 132 130 128
실시예 4 화합물 17 4.22 130 128 126
실시예 5 화합물 91 4.21 132 131 128
실시예 6 화합물 92 4.21 134 132 130
실시예 7 화합물 106 4.23 136 134 132
실시예 8 화합물 107 4.22 134 133 131
실시예 9 화합물 181 4.20 133 131 128
실시예 10 화합물 182 4.23 135 133 130
실시예 11 화합물 196 4.20 140 136 132
실시예 12 화합물 197 4.21 139 135 130
상기 표 2의 비교예 1~5의 도펀트 물질인 Ref-1 내지 Ref-5의 구조는 다음과 같다.
Figure pat00111
Figure pat00112
<실시예 13~18 및 비교예 6~10>
상기 실시예 1 에서, 도펀트로서 화합물 1 대신 하기 표 3에 나타낸 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 13~18 및 비교예 6~10의 유기발광소자를 제작하였다.
도펀트 구동 전압 (V) 최대 발광 양자 효율 (%, 상대값) EQE
(%, 상대값) 		LT95
(%, 상대값)
비교예 6 Ref-6 4.25 100 100 100
비교예 7 Ref-7 4.24 105 103 106
비교예 8 Ref-8 4.34 108 107 95
비교예 9 Ref-9 4.27 109 107 108
비교예 10 Ref-10 4.26 111 108 109
실시예 13 화합물 466 4.26 126 124 126
실시예 14 화합물 468 4.28 124 123 121
실시예 15 화합물 470 4.25 123 122 118
실시예 16 화합물 472 4.23 122 120 124
실시예 17 화합물 474 4.25 125 122 126
실시예 18 화합물 476 4.21 127 124 127
상기 표 3의 비교예 6~10의 도펀트 물질인 Ref-6 내지 Ref-10의 구조는 다음과 같다.
Figure pat00113
Figure pat00114
<실시예 19~23 >
상기 실시예 1 에서, 호스트로서 CBP 대신 하기 표 4에 나타낸 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 19~23의 유기발광소자를 제작하였다.
도펀트 호스트 구동 전압
(V) 		최대 발광 양자 효율
(%, 상대값) 		EQE
(%, 상대값) 		LT95
(%, 상대값)
실시예 19 화합물 1 GH1 4.21 131 129 125
실시예 20 화합물 1 GH2 4.20 132 130 127
실시예 21 화합물 1 GH3 4.22 130 128 125
실시예 22 화합물 1 GH4 4.23 131 128 126
실시예 23 화합물 1 GH5 4.22 129 127 124
상기 표 4의 실시예 19~23의 호스트 물질인 GH1 내지 GH5의 구조는 다음과 같으며, 화합물명은 상기 표 1에 기재되어 있다.
Figure pat00115
<실시예 24~28>
상기 실시예 2 에서, 호스트로서 CBP 대신 하기 표 5에 나타낸 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 실시예 24~28의 유기발광소자를 제작하였다. 호스트 물질인 GH1 내지 GH5의 구조는 상기 실시예 19~23에서 기재한 것과 동일하다.
도펀트 호스트 구동 전압
(V) 		최대 발광 양자 효율
(%, 상대값) 		EQE
(%, 상대값) 		LT95
(%, 상대값)
실시예 24 화합물 2 GH1 4.23 130 129 127
실시예 25 화합물 2 GH2 4.21 132 129 126
실시예 26 화합물 2 GH3 4.22 130 128 127
실시예 27 화합물 2 GH4 4.22 131 129 128
실시예 28 화합물 2 GH5 4.23 132 129 128
상기 표 2 및 표 3의 결과로부터 알 수 있는 것처럼, 본 발명의 화학식 1을 만족하는 실시예 1~18의 유기금속 화합물을 발광층의 도펀트로 적용한 유기발광소자는, 비교예 1~10에 비하여 구동 전압이 낮아지고, 최대 발광 양자 효율, 외부양자효율(EQE) 및 수명(LT95)이 향상되었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 명세서는 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 명세서의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 명세서의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 명세서의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 명세서의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 4000 : 유기발광소자
110, 4100 : 제1 전극
120, 4200 : 제2 전극
130, 230, 330, 4300 : 유기층
140 : 정공주입층
150 : 정공수송층, 251 : 제1 정공수송층, 252 : 제 2 정공수송층, 253 : 제3 정공수송층
160 : 발광층, 261 : 제1 발광층, 262 : 제2 발광층, 263 : 제3 발광층
160', 262' : 호스트
160", 262" : 도펀트
170 : 전자수송층, 271 : 제1 정공수송층, 272 : 제 2 정공수송층, 273 : 제3 정공수송층
180 : 전자주입층
3000 : 유기발광 표시장치
3010 : 기판
3100 : 반도체층
3200 : 게이트 절연막
3300 : 게이트 전극
3400 : 층간 절연막
3420, 3440 : 제1 및 제2 반도체층 콘택홀
3520 : 소스 전극
3540 : 드레인 전극
3600 : 컬러 필터
3700 : 보호층
3720 : 드레인 콘택홀
3800 : 뱅크층
3900 : 인캡슐레이션 필름

Claims (12)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 유기금속 화합물:
    [화학식 1] Ir(LA)m(LB)n
    상기 화학식 1에서 LA는 이미다졸기를 가진 주 리간드(main ligand)로서 하기 화학식 2-1, 화학식 2-2, 화학식 2-3, 화학식 2-4, 화학식 2-5, 화학식 2-6, 화학식 2-7 및 화학식 2-8로 구성된 군에서 선택되는 하나이고, LB는 하기 화학식 3으로 표시되는 보조 리간드(ancillary ligand)이며, 상기 m 및 n 은 Ir(이리듐)에 결합되는 리간드의 수로서, m 는 1, 2 또는 3이고, n은 0, 1 또는 2이고, m 및 n의 합은 3이며,
    [화학식 2-1]
    Figure pat00116

    [화학식 2-2]
    Figure pat00117

    [화학식 2-3]
    Figure pat00118

    [화학식 2-4]
    Figure pat00119

    [화학식 2-5]
    Figure pat00120

    [화학식 2-6]
    Figure pat00121

    [화학식 2-7]
    Figure pat00122

    [화학식 2-8]
    Figure pat00123

    [화학식 3]
    Figure pat00124

    상기 화학식 2-1 내지 2-8 각각에서, X1 및 X2는 각각 독립적으로 산소, 탄소, 질소 및 황으로 구성된 군에서 선택된 하나이고, R1, R2-1, R2-2, R2'-1, R2'-2, R2'-3, R2'-4, R3-1, R3-2, R3'-1, R3'-2, R4-1, R4-2, R4-3, R4'-1, R4'-2 및 R4'-3은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할라이드, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 실릴, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 아실, 카보닐, 카복실산, 에스테르, 니트릴, 이소니트릴, 설파닐, 설피닐, 설포닐, 및 포스피노로 이루어진 군에서 선택된 하나이고,
    상기 화학식 2-1 내지 2-8 각각에서, 상기 R2-1 및 R2-2 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, 상기 R2'-1, R2'-2, R2'-3 및 R2'-4 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, 상기 R3-1 및 R3-2 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, 상기 R3'-1 및 R3'-2 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, R4-1, R4-2 및 R4-3 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, R4'-1, R4'-2 및 R4'-3 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있으며,
    상기 화학식 3은 두 자리 리간드(bidentate ligand)로서, 하기 화학식 4 또는 하기 화학식 5 표시되는 구조 중 선택되는 하나이며,
    [화학식 4]
    Figure pat00125

    [화학식 5]
    Figure pat00126

    상기 화학식 4에서, R5-1, R5-2, R5-3, R5-4, R6-1, R6-2, R6-3 및 R6-4은 각각 독립적으로, 수소, 중수소, C1~C5의 직쇄형 알킬기, 및 C1~C5의 분지형 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 C1~C5의 직쇄형 알킬기 또는 C1~C5의 분지형 알킬기는 중수소 및 할로겐 원소 중 선택되는 하나 이상으로 치환될 수 있고, 상기 R5-1, R5-2, R5-3 및 R5-4 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고, 상기 R6-1, R6-2, R6-3 및 R6-4 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있고,
    상기 화학식 5에서, R7, R8 및 R9는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C5의 직쇄형 알킬기 및 C1~C5의 분지형 알킬기로 이루어진 군에서 선택되는 하나이고, 상기 C1~C5의 직쇄형 알킬기 또는 C1~C5의 분지형 알킬기는 중수소 및 할로겐 원소 중 선택되는 하나 이상으로 치환될 수 있고, 상기 R7, R8 및 R9 중 서로 인접한 2개의 작용기는 서로 결합하여 고리 구조를 형성할 수 있다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 m은 1이고, n은 2인,
    유기금속 화합물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 m은 2이고, n은 1인,
    유기금속 화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 m은 3이고, n은 0인,
    유기금속 화합물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 하기 화합물 1 내지 화합물 510으로 이루어진 군에서 선택된 하나인, 유기금속 화합물.
    Figure pat00127
    Figure pat00128
    Figure pat00129
    Figure pat00130
    Figure pat00131
    Figure pat00132
    Figure pat00133
    Figure pat00134
    Figure pat00135
    Figure pat00136
    Figure pat00137
    Figure pat00138
    Figure pat00139
    Figure pat00140
    Figure pat00141
    Figure pat00142
    Figure pat00143
    Figure pat00144
    Figure pat00145
    Figure pat00146
    Figure pat00147
    Figure pat00148
    Figure pat00149
    Figure pat00150
    Figure pat00151
    Figure pat00152
    Figure pat00153
    Figure pat00154
    Figure pat00155
    Figure pat00156
    Figure pat00157
    Figure pat00158
    Figure pat00159

    Figure pat00160

  6. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 녹색 인광 물질로 사용되는 것인, 유기금속 화합물.
  7. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 마주보는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 배치되는 유기층;을 포함하고,
    상기 유기층은 발광층을 포함하며,
    상기 발광층은 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 유기금속 화합물을 포함하는, 유기발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유기금속 화합물은 상기 발광층의 도펀트로 사용되는 것인, 유기발광소자.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 발광층의 호스트 물질은 카바졸기(carbazole group)를 포함하는 화합물인, 유기발광소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 카바졸기를 포함하는 화합물은 하기 구조 중 선택되는 하나 이상인 화합물인, 유기발광소자:
    Figure pat00161
    ,
    Figure pat00162
    ,
    Figure pat00163
    ,
    Figure pat00164
    ,
    Figure pat00165
    및
    Figure pat00166
    .
  11. 제7항에 있어서,
    상기 유기층은 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 더 포함하는 것인, 유기발광소자.
  12. 기판;
    상기 기판에 위치하는 구동 소자; 및
    상기 기판에 위치하며 상기 구동 소자에 연결되는 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 유기발광소자;를 포함하는 유기발광 표시장치.
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