KR20240055330A - 유기 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자 - Google Patents

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KR20240055330A
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현서용
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Abstract

본 발명은 유기발광소자 내의 유기층 재료로 채용되어, 바람직하게는 발광층 호스트 재료 또는 정공저지층 재료로 채용되어 소자의 발광 효율, 양자 효율 등의 우수한 발광 특성을 구현할 수 있는 하기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 신규한 유기 화합물과 이를 소자 내의 유기층에 포함하는 유기발광소자에 관한 것이다.
[화학식 Ⅰ]

Description

유기 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자 {Organic compound and electroluminescent device comprising the same}
본 발명은 유기 화합물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화합물이 갖는 구조적 특징에 의해서 유기발광소자 내의 발광층 호스트 재료 또는 정공저지층 재료로 채용되는 유기 화합물 및 이를 채용하여 색순도, 발광 효율, 양자 효율 등의 소자 특성이 현저히 향상된 유기발광소자에 관한 것이다.
유기발광소자는 투명 기판 위에도 소자를 형성할 수 있을 뿐 아니라, 플라즈마 디스플레이 패널 (Plasma Display Panel)이나 무기전계발광 (EL) 디스플레이에 비해 10 V 이하의 저전압 구동이 가능하고, 전력 소모가 비교적 적으며, 색감이 뛰어나다는 장점이 있고, 녹색, 청색, 적색의 3가지 색을 나타낼 수가 있어 최근에 차세대 디스플레이 소자로 많은 관심의 대상이 되고 있다.
다만, 이러한 유기발광소자가 상기와 같은 특징으로 발휘하기 위해서는 소자 내 유기층을 이루는 물질인 정공주입층, 정공수송층, 정공저지층, 발광층 호스트 및 도판트, 전자저지층, 전자수송층, 전자주입층 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되는 것이 선행되어야 하나, 아직까지는 안정하고 효율적인 유기발광소자용 유기층 재료의 개발이 충분히 이루어지지 않은 상태이다.
따라서, 더욱 안정적인 유기발광소자를 구현하고, 소자의 고효율, 장수명, 대형화 등을 위해서는 효율 및 수명 특성 측면에서 추가적인 개선이 요구되고 있는 상황이고, 특히 유기발광소자의 각 유기층을 이루는 소재에 대한 개발이 절실히 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 유기발광소자 내의 발광층 호스트 재료 또는 정공저지층 재료로 채용되어 색순도, 발광 효율 및 양자 효율 등에 있어서, 우수한 특성을 구현할 수 있는 신규한 유기 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 하기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 유기 화합물 및 이를 발광층 또는 정공저지층에 포함하는 유기발광소자를 제공한다.
[화학식 Ⅰ]
상기 [화학식 Ⅰ]의 특징적인 구조 및 이에 의하여 구현되는 구체적인 화합물과 A, X1 내지 X3, Ar 및 L의 정의에 대해서는 후술하기로 한다.
본 발명에 따른 유기 화합물은 유기발광소자 내의 발광층 호스트 재료 또는 정공저지층 재료로 사용되어 색순도, 발광 효율 및 양자 효율 등에 있어서 우수한 소자 특성을 구현할 수 있어 다양한 디스플레이 및 조명 소자 등에 유용하여 활용될 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 하기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 유기 화합물에 관한 것으로서, 구조적 특징에 의해서 유기발광소자 내의 발광층 호스트 재료 또는 정공저지층 재료로 채용되어 색순도, 발광효율 및 양자효율 등에 있어서 우수한 소자 특성을 갖는 유기발광소자를 구현할 수 있다.
[화학식 Ⅰ]
상기 [화학식 Ⅰ]에서, A는 하기 [구조식 1]로 표시되고, 하기 '*'은 [화학식 Ⅰ]과 [구조식 1]의 연결부분이다.
[구조식 1]
상기 [구조식 1]에서,
X1 내지 X3은 서로 동일하거나 상이하고 각각 독립적으로 CH 또는 N이며, 상기 X1 내지 X3 중 적어도 하나 이상은 N이다.
L은 2가의 연결기로서 직접결합이거나, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이고, n은 0 내지 3의 정수이며, 상기 n이 2 이상인 경우 복수 개의 L은 서로 동일하거나 상이하다.
Ar은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴기 중에서 선택된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 Ar은 상기 [구조식 1]일 수 있다.
한편, 상기 Ar 및 L의 정의에서, '치환 또는 비치환된'이라 함은 상기 Ar 및 L이 각각 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 히드록시기, 알킬기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 알콕시기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아민기 및 실릴기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되거나, 상기 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다.
구체적인 예를 들면, 치환된 아릴기라 함은, 페닐기, 비페닐기, 나프탈렌기, 플루오레닐기, 파이레닐기, 페난트레닐기, 페릴렌기, 테트라세닐기, 안트라센닐기 등이 다른 치환기로 치환된 것을 의미한다.
본 발명에 있어서, 상기 치환기들의 예시들에 대해서 아래에서 구체적으로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-프로필기, 이소프로필기, 부틸기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, sec-부틸기, 1-메틸-부틸기, 1-에틸-부틸기, 펜틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 헥실기, n-헥실기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, 3,3-디메틸부틸기, 2-에틸부틸기, 헵틸기, n-헵틸기, 1-메틸헥실기, 시클로펜틸메틸기, 시클로헥실메틸기, 옥틸기, n-옥틸기, tert-옥틸기, 1-메틸헵틸기, 2-에틸헥실기, 2-프로필펜틸기, n-노닐기, 2,2-디메틸헵틸기, 1-에틸-프로필기, 1,1-디메틸-프로필기, 이소헥실기, 2-메틸펜틸기, 4-메틸헥실기, 5-메틸헥실기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, 알콕시기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 입체적 방해를 주지 않는 범위인 1 내지 20개인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시기, 에톡시기, n-프로폭시기, 이소프로폭시기, i-프로필옥시기, n-부톡시기, 이소부톡시기, tert-부톡시기, sec-부톡시기, n-펜틸옥시기, 네오펜틸옥시기, 이소펜틸옥시기, n-헥실옥시기, 3,3-디메틸부틸옥시기, 2-에틸부틸옥시기, n-옥틸옥시기, n-노닐옥시기, n-데실옥시기, 벤질옥시기, p-메틸벤질옥시기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 알킬기 및 알콕시기는 각각 중수소화된 알킬기 또는 알콕시기, 할로겐화된 알킬기 또는 알콕시기일 수 있으며, 상기 알킬기 또는 알콕시기가 중수소 또는 할로겐기로 치환된 알킬기 또는 알콕시기를 의미한다.
본 발명에 있어서, 아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 6 내지 30인 것이 바람직하며, 또한 시클로알킬 등이 융합된 다환식 아릴기 구조를 포함하고, 단환식 아릴기의 예로는 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 스틸벤기 등이 있고, 다환식 아릴기의 예로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 테트라세닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기, 아세나프타센닐기, 트리페닐렌기, 플루오안트렌기 (fluoranthrene) 등이 있으나, 본 발명의 범위가 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 플루오레닐기는 2개의 고리 유기화합물이 1개의 원자를 통하여 연결된 구조로서, 예로는 , , 등이 있다.
본 발명에 있어서, 플루오레닐기는 열린 플루오레닐기의 구조를 포함하며, 여기서 열린 플루오레닐기는 2개의 고리 유기화합물이 1개의 원자를 통하여 연결된 구조에서 한쪽 고리 화합물의 연결이 끊어진 상태의 구조로서, 예로는 , 등이 있다.
또한, 상기 고리의 탄소원자는 N, S 및 O 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 헤테로원자로 치환될 수 있으며, 예로는 , , , 등이 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 플루오레닐기는 상기 연결된 구조, 열린구조에 단환 또는 다환의 방향족 고리와 단환 또는 다환의 지환족 고리 등이 더 축합된 구조일 수 있다.
본 발명에 있어서, 헤테로아릴기는 이종원자로 O, N 또는 S를 포함하는 헤테로고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 2 내지 30인 것이 바람직하며, 시클로알킬 또는 헤테로시클로알킬 등이 융합된 다환식 헤테로아릴기 구조를 포함하며, 본 발명에서 이의 구체적인 예를 들면, 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 디벤조퓨라닐기, 페난트롤린기, 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기, 페녹사진기, 페노티아진기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 실릴기는 비치환된 실릴기 또는 알킬기, 아릴기 등으로 치환된 실릴기로서, 이러한 실릴기의 구체적인 예로는 트리메틸실릴, 트리에틸실릴, 트리페닐실릴, 트리메톡시실릴, 디메톡시페닐실릴, 디페닐메틸실릴, 디페닐비닐실릴, 메틸사이클로뷰틸실릴, 디메틸퓨릴실릴 등을 들 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 할로겐기의 구체적인 예로는 플루오르(F), 클로린(Cl), 브롬(Br) 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 시클로알킬기는 단환, 다환 및 스피로 알킬 라디칼을 지칭하고, 이를 포함하며, 바람직하게는 탄소수 3 내지 20의 고리 탄소 원자를 함유하는 것으로서, 시클로프로필, 시클로펜틸, 시클로헥실, 비시클로헵틸, 스피로데실, 스피로운데실, 아다만틸 등을 포함하며, 시클로알킬기는 임의로 치환될 수 있다.
본 발명에 있어서, 헤테로시클로알킬기는 하나 이상의 헤테로 원자를 함유하는 방향족 및 비방향족 시클릭 라디칼을 지칭하고, 이를 포함하며, 하나 이상의 헤테로원자는 O, S, N, P, B, Si 및 Se, 바람직하게는 O, N 또는 S로부터 선택되며, 구체적으로 N을 포함하는 경우 아지리딘, 피롤리딘, 피페리딘, 아제판, 아조칸 등일 수 있다.
본 발명에 있어서, 아민기는 -NH2, 알킬아민기, 아릴아민기, 아릴헤테로아릴아민기 등일 수 있고, 아릴아민기는 아릴로 치환된 아민을 의미하고, 알킬아민기는 알킬로 치환된 아민을 의미하는 것이며, 아릴헤테로아릴아민기는 아릴 및 헤테로아릴기로 치환된 아민을 의미하는 것으로서, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴아민기가 있고, 상기 아릴아민기 및 아릴헤테로아릴아민기 중의 아릴기 및 헤테로아릴기는 단환식 아릴기, 단환식 헤테로아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기, 다환식 헤테로아릴기일 수 있으며, 상기 아릴기, 헤테로아릴기를 2 이상을 포함하는 아릴아민기, 아릴헤테로아릴아민기는 단환식 아릴기(헤테로아릴기), 다환식 아릴기(헤테로아릴기), 또는 단환식 아릴기(헤테로아릴기)와 다환식 아릴기(헤테로아릴기)를 동시에 포함할 수 있다. 또한, 상기 아릴아민기 및 아릴헤테로아릴아민기 중의 아릴기, 헤테로아릴기는 전술한 아릴기, 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 치환기의 다양한 구체적인 예는 하기 기재된 구체적인 화합물에서 명확하게 확인할 수 있다.
상기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 본 발명에 따른 유기 화합물은 상술한 바와 같이 그 구조적 특이성으로 인하여 유기발광소자의 유기층으로 사용될 수 있고, 보다 구체적으로는 도입되는 구조 및 치환기의 특성에 따라 유기층 내 발광층 호스트 재료 또는 정공저지층 재료로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 화합물의 바람직한 구체예로는 하기 화합물들이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 본 발명에 따른 유기 화합물은 고유의 특성을 갖는 특징적인 골격 구조 및 이에 도입되는 고유의 특성을 갖는 모이어티 (moiety)를 통하여 다양한 특성을 갖는 유기 화합물을 합성할 수 있고, 그 결과 본 발명에 따른 유기 화합물을 발광층 등 다양한 유기층 물질로 적용할 경우에 소자의 발광효율 등의 발광 특성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 바람직하게는 발광층 호스트 재료 또는 정공저지층 재료로 사용하여 우수한 발광 특성을 갖는 유기발광소자를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 화합물을 이용하여 통상의 제조방법에 따라 유기발광소자에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자는 제1 전극과 제2 전극 및 이 사이에 배치된 유기층을 포함하는 구조로 이루어질 수 있으며, 본 발명에 따른 유기 화합물을 소자의 유기층에 사용한다는 것을 제외하고는 통상의 소자의 제조 방법 및 재료를 사용하여 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 유기발광소자의 유기층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 더 적은 수 또는 더 많은 수의 유기층을 포함할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자는 양극 상에 형성된 정공주입층, 정공수송층, 발광층 등을 포함할 수 있으며, 또한 정공저지층, 전자주입층, 전자수송층, 전자저지층, 발광보조층 등을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명에 따른 유기발광소자에서, 상기 유기층은 발광층 등을 포함할 수 있고, 상기 층들 중 1층 이상이 상기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 유기 화합물 호스트 재료로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기발광소자는 발광층 내 호스트 재료를 복수 개로 구성할 수 있고, 이때 본 발명에 따른 화합물 외에 다른 화합물을 1종 이상 더 포함하여 혼합 또는 적층하여 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 유기발광소자의 유기층 구조 등에 대해서는 후술하는 실시예에서 보다 상세하게 설명한다.
또한, 본 발명에 따른 유기발광소자는 스퍼터링 (sputtering)이나 전자빔 증발 (e-beam evaporation)과 같은 PVD (physical vapor deposition) 방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공주입층, 정공수송층, 정공저지층, 발광층, 전자저지층, 전자수송층, 전자저지층 등을 포함하는 유기층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기발광소자를 만들 수도 있다. 상기 유기층은 정공주입층, 정공수송층, 정공저지층, 발광층, 전자저지층, 전자수송층, 전자저지층 등을 포함하는 다층 구조일 수도 있으나, 이에 한정되지 않고 단층 구조일 수 있다. 또한, 상기 유기층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 솔벤트 프로세스(solvent process), 예컨대 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다.
양극은 통상 유기층으로 정공주입이 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, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물, ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
음극은 통상 유기층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 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.
정공주입층은 낮은 전압에서 양극으로부터 정공을 잘 주입받을 수 있는 물질로서, 정공주입 물질의 HOMO (highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린 (porphyrine), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌, 퀴나크리돈 (quinacridone) 계열의 유기물, 페릴렌 (perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
정공수송층은 양극이나 정공주입층으로부터 정공을 수송 받아 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.
전자저지층은 전자의 이동을 저지하는 층으로, 정공수송층 위에 형성될 수 있으며, 전자저지층으로는 정공의 수송에는 영향을 미치지 않으면서 전자의 이동을 저지시킬 수 있는 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 전자저지층 상에는 발광층이 형성될 수 있고, 정공저지층, 전자수송층 및 전자주입층이 형성될 수 있다.
정공저지층은 전자의 수송에는 영향을 미치지 않으면서 정공의 이동을 저지시킬 수 있는 것을 사용할 수 있으며, 이러한 정공저지층의 예로는 TPBi (1,3,5-tri(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl), BCP (2,9-dimethyl4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), CBP (4,4-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl), PBD (2-(4-biphenyl)-5-(4-t-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole), PTCBI (bisbenzimidazo[2,1-a:1',2-b']anthra[2,1,9-def:6,5,10-d'e'f']diisoguinoline-10,21-dione) 또는 BPhen (4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층은 정공수송층과 전자수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자효율이 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.
전자주입층은 음극으로부터 전달된 전자의 주입 효율이 높은 것을 사용할 수 있다. 이러한 전자 주입층의 예로는 리튬 퀴놀레이트(Liq) 등이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
전자수송층은 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.
본 발명에 따른 유기발광소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기 화합물은 유기 태양 전지, 유기 감광체, 유기 트랜지스터 등을 비롯한 유기전자소자에서도 유기발광소자에 적용되는 것과 유사한 원리로 작용할 수 있다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않고, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
합성예 1 : 화합물 21의 합성
(1) 제조예 1 : 중간체 21-1의 합성
4-Bromo-2,6-difluoropyridine (10.0 g, 0.052 mol), 9H-Carbazole (20.7 g, 0.124 mol), Cs2CO3 (21.4 g, 0.155 mol)에 DMF 500 mL을 넣고 150 ℃에서 12시간 동안 환류 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <중간체 21-1>을 13.3 g (수율 52.8%) 수득하였다.
(2) 제조예 2 : 화합물 21의 합성
중간체 21-1 (10.0 g, 0.021 mol), B-Indolo[3,2,1-jk]carbazol-2-ylboronic acid (7.0 g, 0.025 mol), K2CO3 (8.5 g, 0.062 mol), Pd(PPh3)4 (0.5 g, 0.4 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <화합물 21>을 8.9 g (수율 67.0%) 수득하였다.
LC/MS: m/z=648[(M)+]
합성예 2 : 화합물 37의 합성
(1) 제조예 1 : 중간체 37-1의 합성
2,6-Bis(4-fluorophenyl)-4-iodopyridine (10.0 g, 0.025 mol), 9H-Carbazole (10.2 g, 0.061 mol), Cs2CO3 (10.5 g, 0.076 mol)에 DMF 500 mL을 넣고 150 ℃에서 12시간 동안 환류 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <중간체 37-1>을 12.8 g (수율 73.2%) 수득하였다.
(2) 제조예 2 : 화합물 37의 합성
중간체 37-1 (10.0 g, 0.015 mol), B-Indolo[3,2,1-jk]carbazol-2-ylboronic acid (5.0 g, 0.018 mol), K2CO3 (6.0 g, 0.044 mol), Pd(PPh3)4 (0.3 g, 0.3 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <화합물 37>을 8.1 g (수율 69.5%) 수득하였다.
LC/MS: m/z=800[(M)+]
합성예 3 : 화합물 44의 합성
(1) 제조예 1 : 중간체 44-1의 합성
2,4-dichloro-6-fluoropyrimidine (10.0 g, 0.060 mol), 9H-Carbazole (12.0 g, 0.072 mol), Cs2CO3 (12.4 g, 0.090 mol)에 DMF 500 mL을 넣고 150 ℃에서 12시간 동안 환류 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼하여 <중간체 44-1>을 12.8 g (수율 68.0%) 수득하였다.
(2) 제조예 2 : 중간체 44-2의 합성
중간체 44-1 (10.0 g, 0.032 mol), B-Indolo[3,2,1-jk]carbazol-2-ylboronic acid (10.9 g, 0.038 mol), K2CO3 (13.2 g, 0.096 mol), Pd(PPh3)4 (0.7 g, 0.6 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <중간체 44-2>를 9.2 g (수율 55.7%) 수득하였다.
(3) 제조예 3 : 화합물 44의 합성
중간체 44-2 (10.0 g, 0.019 mol), 4-Biphenylboronic acid (4.6 g, 0.023 mol), K2CO3 (8.0 g, 0.058 mol), Pd(PPh3)4 (0.5 g, 0.4 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <화합물 44>를 9.1 g (수율 74.2%) 수득하였다.
LC/MS: m/z=636[(M)+]
합성예 4 : 화합물 73의 합성
(1) 제조예 1 : 화합물 73의 합성
중간체 44-2 (10.0 g, 0.019 mol), (9-Phenyl-9H-carbazol-3-yl)boronic acid (6.6 g, 0.023 mol), K2CO3 (8.0 g, 0.058 mol), Pd(PPh3)4 (0.5 g, 0.4 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <화합물 73>을 9.6 g (수율 68.6%) 수득하였다.
LC/MS: m/z=725[(M)+]
합성예 5 : 화합물 82의 합성
(1) 제조예 1 : 화합물 82의 합성
중간체 44-2 (10.0 g, 0.019 mol), 3-(9H-Carbazol-9-yl)phenylboronic acid (6.6 g, 0.023 mol), K2CO3 (8.0 g, 0.058 mol), Pd(PPh3)4 (0.5 g, 0.4 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <화합물 82>를 9.2 g (수율 65.8%) 수득하였다.
LC/MS: m/z=725[(M)+]
합성예 6 : 화합물 125의 합성
(1) 제조예 1 : 중간체 125-1의 합성
2,4,6-Trichloropyrimidine (10.0 g, 0.055 mol), B-Indolo[3,2,1-jk]carbazol-2-ylboronic acid (18.7 g, 0.065 mol), K2CO3 (22.6 g, 0.164 mol), Pd(PPh3)4 (1.3 g, 1.1 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼하여 <중간체 125-1>을 9.7 g (수율 45.8%) 수득하였다.
(2) 제조예 2 : 중간체 125-2의 합성
중간체 125-1 (10.0 g, 0.026 mol), B-[2-(9H-Carbazol-9-yl)phenyl]boronic acid (8.9 g, 0.031 mol), K2CO3 (10.7 g, 0.077 mol), Pd(PPh3)4 (0.6 g, 0.5 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <중간체 125-2>를 8.6 g (수율 56.1%) 수득하였다.
(3) 제조예 3 : 화합물 125의 합성
중간체 125-2 (10.0 g, 0.017 mol), 4-Biphenylboronic acid (4.0 g, 0.020 mol), K2CO3 (7.0 g, 0.050 mol), Pd(PPh3)4 (0.4 g, 0.3 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <화합물 125>를 8.5 g (수율 71.0%) 수득하였다.
LC/MS: m/z=712[(M)+]
합성예 7 : 화합물 147의 합성
(1) 제조예 1 : 중간체 147-1의 합성
2,4-Dichloro-6-fluoro-1,3,5-triazine (10.0 g, 0.060 mol), 9H-Carbazole (11.9 g, 0.071 mol), Cs2CO3 (12.3 g, 0.089 mol)에 DMF 500 mL을 넣고 150 ℃에서 12시간 동안 환류 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼하여 <중간체 147-1>을 11.5 g (수율 61.3%) 수득하였다.
(2) 제조예 2 : 중간체 147-2의 합성
중간체 147-1 (10.0 g, 0.032 mol), B-Indolo[3,2,1-jk]carbazol-2-ylboronic acid (10.9 g, 0.038 mol), K2CO3 (13.2 g, 0.095 mol), Pd(PPh3)4 (0.7 g, 0.6 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <중간체 147-2>를 7.6 g (수율 46.1%) 수득하였다.
(3) 제조예 3 : 화합물 147의 합성
중간체 147-2 (10.0 g, 0.019 mol), 4-Biphenylboronic acid (4.6 g, 0.023 mol), K2CO3 (8.0 g, 0.058 mol), Pd(PPh3)4 (0.4 g, 0.4 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <화합물 147>을 8.7 g (수율 70.9%) 수득하였다.
LC/MS: m/z=637[(M)+]
합성예 8 : 화합물 154의 합성
(1) 제조예 1 : 화합물 154의 합성
중간체 147-2 (10.0 g, 0.019 mol), B-([1,1'-Biphenyl]-4-yl-2,2',3,3',4',5,5',6,6'-d9)boronic acid (4.8 g, 0.023 mol), K2CO3 (8.0 g, 0.058 mol), Pd(PPh3)4 (0.4 g, 0.4 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <화합물 154>를 8.1 g (수율 65.19%) 수득하였다.
LC/MS: m/z=646[(M)+]
합성예 9 : 화합물 184의 합성
(1) 제조예 1 : 화합물 184의 합성
9,9'-(6-Chloro-1,3,5-triazine-2,4-diyl)bis[9H-carbazole] (10.0 g, 0.022 mol), B-Indolo[3,2,1-jk]carbazol-2-ylboronic acid (7.7 g, 0.027 mol), K2CO3 (9.3 g, 0.067 mol), Pd(PPh3)4 (0.5 g, 0.4 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <화합물 184>를 10.7 g (수율 73.3%) 수득하였다.
LC/MS: m/z=650[(M)+]
합성예 10 : 화합물 240의 합성
(1) 제조예 1 : 중간체 240-1의 합성
Cyanuric chloride (10.0 g, 0.054 mol), B-Indolo[3,2,1-jk]carbazol-2-ylboronic acid (18.6 g, 0.065 mol), K2CO3 (22.5 g, 0.163 mol), Pd(PPh3)4 (1.3 g, 1.1 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <중간체 240-1>을 7.2 g (수율 34.1%) 수득하였다.
(2) 제조예 2 : 화합물 240의 합성
중간체 240-1 (10.0 g, 0.026 mol), 3-(9H-Carbazol-9-yl)phenylboronic acid (17.7 g, 0.062 mol), K2CO3 (21.3 g, 0.154 mol), Pd(PPh3)4 (0.6 g, 0.5 mmol)에 Toluene 200 mL, EtOH 50 mL, H2O 50 mL를 넣고 6시간 동안 80 ℃에서 교반하여 반응시켰다. 반응 종료 후, 추출하여 농축한 후 컬럼 및 재결정하여 <화합물 240>을 12.1 g (수율 58.7%) 수득하였다.
LC/MS: m/z=802[(M)+]
소자 실시예 (Blue host)
본 발명에 따른 실시예에서, ITO 투명 전극은 25 mm × 25 mm × 0.7 mm의 유리 기판 위에, ITO 투명 전극이 부착된 ITO 유리 기판을 이용하여, 발광 면적이 2 mm × 2 mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 기판을 진공 챔버에 장착한 후 베이스 압력이 1 × 10-6 torr가 되도록 한 후 유기물을 상기 ITO 위에 하기 구조로 유기물과 금속을 증착하였다.
소자 실시예 1 내지 23
본 발명에 따라 구현되는 화합물을 발광층 호스트 화합물로 채용하여 하기와 같은 소자 구조를 갖는 유기발광소자를 제작한 후에 전류 효율을 포함한 발광 특성을 측정하였다
ITO / 정공주입층 (HAT-CN, 5 nm) / 정공수송층 (α-NPB, 100 nm) / 전자저지층 (EB1, 10 nm) / 발광층 (제1 호스트 : 제2 호스트 : BD1, 30 nm) / 전자수송층 (ET1, 30 nm) / LiF (1 nm) / Al (100 nm)
ITO 투명 전극 상부에 정공주입층을 형성하기 위해 하기 [HAT-CN]을 5 nm의 두께로 성막하고, 이후 정공수송층은 하기 [α-NPB]를 사용하여 100 nm 성막하였다. 전자저지층은 하기 [EB1]을 사용하여 10 nm의 두께로 증착하였다. 또한, 발광층은 제1 호스트로 [BH1], 제2 호스트로 하기 [표 1]에 기재된 본 발명에 따른 화합물을 6:4로 혼합하여 혼합 호스트를 사용하였으며, 또한, 도판트는 하기 [BD1]을 도핑하여 30 nm 두께로 공증착하였다. 추가로 전자수송층 (하기 [ET1] 화합물 Liq 50% 도핑) 30 nm 성막하였으며, 전자주입층으로 LiF 1 nm 두께로 증착하고 이어서 Al 100 nm를 성막하여 유기발광소자를 제작하였다.
소자 비교예 1
소자 비교예 1을 위한 유기발광소자는 상기 실시예 1 내지 23의 소자구조에서 제2 호스트로 본 발명에 따른 화합물 대신 하기 [BH2]를 사용한 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
소자 비교예 2
소자 비교예 2를 위한 유기발광소자는 상기 실시예 1 내지 23의 소자구조에서 제2 호스트로 본 발명에 따른 화합물 대신 하기 [BH3]을 사용한 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
소자 비교예 3
소자 비교예 3을 위한 유기발광소자는 상기 실시예 1 내지 23의 소자구조에서 제2 호스트로 본 발명에 따른 화합물 대신 하기 [BH4]를 사용한 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
실험예 1 : 소자 실시예 1 내지 23의 발광 특성
상기 실시예 및 비교에 따라 제조된 유기발광소자에 대해서 Source meter (Model 237, Keithley)와 휘도계 (PR-650, Photo Research)를 이용하여 구동 전압, 전류 효율 및 색좌표를 측정하였고, 1,000 nit 기준의 결과값은 하기 [표 1]과 같다.
실시예 제1 호스트 제2 호스트 V cd/A CIEx CIEy
1 BH1 화합물 1 4.64 25.01 0.126 0.131
2 BH1 화합물 4 4.70 24.92 0.119 0.128
3 BH1 화합물 14 4.79 24.83 0.132 0.132
4 BH1 화합물 17 4.67 25.20 0.127 0.131
5 BH1 화합물 21 4.71 24.73 0.123 0.137
6 BH1 화합물 23 4.65 25.71 0.121 0.136
7 BH1 화합물 33 4.71 25.15 0.118 0.130
8 BH1 화합물 37 4.86 24.19 0.124 0.134
9 BH1 화합물 44 4.70 25.37 0.128 0.133
10 BH1 화합물 50 4.77 25.14 0.134 0.138
11 BH1 화합물 52 4.70 25.87 0.128 0.133
12 BH1 화합물 68 4.67 25.29 0.121 0.133
13 BH1 화합물 73 4.83 24.40 0.133 0.134
14 BH1 화합물 82 4.72 24.80 0.134 0.137
15 BH1 화합물 125 4.69 25.04 0.123 0.138
16 BH1 화합물 147 4.71 24.12 0.125 0.131
17 BH1 화합물 154 4.71 24.12 0.125 0.131
18 BH1 화합물 159 4.70 25.73 0.131 0.136
19 BH1 화합물 179 4.64 24.96 0.130 0.138
20 BH1 화합물 184 4.80 24.42 0.128 0.134
21 BH1 화합물 188 4.87 25.18 0.129 0.133
22 BH1 화합물 231 4.74 25.32 0.132 0.137
23 BH1 화합물 240 4.79 24.65 0.126 0.135
비교예 1 BH1 BH2 5.63 22.41 0.130 0.145
비교예 2 BH1 BH3 5.48 20.52 0.132 0.142
비교예 3 BH1 BH4 5.21 19.83 0.135 0.143
상기 [표 1]에 나타낸 결과를 살펴보면, 복수 개의 호스트 화합물로 구성되는 발광층을 채용한 유기발광소자에서 본 발명에 따른 화합물을 발광층 내 제2 호스트로 채용한 경우, 종래 호스트 화합물로 사용된 화합물 내지 본 발명에 따른 화합물이 갖는 특징적 구조와 대비되는 화합물을 제2 호스트로 채용한 소자 (비교예 1 내지 3)에 비하여 저전압 구동 특성 및 전류 효율 등의 발광 특성이 현저히 우수함을 확인할 수 있다.
[HAT-CN] [α-NPB] [EB1] [ET1]
[BH1] [BH2] [BD1] [BH3]
[BH4]
소자 실시예 (Green Host)
본 발명에 따른 실시예에서, ITO 투명 전극은 25 mm × 25 mm × 0.7 mm의 유리 기판 위에, ITO 투명 전극이 부착된 ITO 유리 기판을 이용하여, 발광 면적이 2 mm × 2 mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 기판을 진공 챔버에 장착한 후 베이스 압력이 1 × 10-6 torr가 되도록 한 후 유기물을 상기 ITO 위에 하기 구조로 유기물과 금속을 증착하였다.
소자 실시예 24 내지 46
본 발명에 따라 구현되는 화합물을 발광층 호스트 화합물로 채용하여 하기와 같은 소자 구조를 갖는 유기발광소자를 제작한 후에 전류 효율을 포함한 발광 특성을 측정하였다.
ITO / 정공주입층 (HAT-CN, 5 nm) / 정공수송층 (α-NPB, 100 nm) / 전자저지층 (EB1, 10 nm) / 발광층 (제1 호스트 : 제2 호스트 : Ir(ppy)3, 30 nm) / 전자수송층 (ET1, 30 nm) / LiF (1 nm) / Al (100 nm)
ITO 투명 전극 상부에 정공주입층을 형성하기 위해 [HAT-CN]을 5 nm의 두께로 성막하고, 이후 정공수송층은 [α-NPB]를 사용하여 100 nm 성막하였다. 전자저지층은 [EB1]을 사용하여 10 nm의 두께로 증착하였다. 또한, 발광층은 제1 호스트로 [BH1], 제2 호스트로 하기 [표 2]에 기재된 본 발명에 따른 화합물을 6:4로 혼합하여 혼합 호스트를 사용하였으며, 또한, 도판트는 Ir(ppy)3를 도핑하여 30 nm 두께로 공증착하였다. 추가로 전자수송층 (하기 [ET1] 화합물 Liq 50% 도핑) 30 nm 성막하였다. 그리고 전자주입층으로 LiF 1 nm 두께로 증착하고 이어서 Al 100 nm를 성막하여 유기발광소자를 제작하였다.
소자 비교예 4
소자 비교예 4를 위한 유기발광소자는 상기 실시예 24 내지 46의 소자구조에서 제2 호스트로 본 발명에 따른 화합물 대신 하기 [GH2]를 사용한 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
소자 비교예 5
소자 비교예 5를 위한 유기발광소자는 상기 실시예 24 내지 46의 소자구조에서 제2 호스트로 본 발명에 따른 화합물 대신 하기 [GH3]을 사용한 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
소자 비교예 6
소자 비교예 6을 위한 유기발광소자는 상기 실시예 24 내지 46의 소자구조에서 제2 호스트로 본 발명에 따른 화합물 대신 하기 [GH4]를 사용한 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
실험예 2 : 소자 실시예 24 내지 46의 발광 특성
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 유기발광소자에 대해서 Source meter (Model 237, Keithley)와 휘도계 (PR-650, Photo Research)를 이용하여 구동 전압, 전류 효율 및 색좌표를 측정하였고, 1,000 nit 기준의 결과값은 하기 [표 2]와 같다.
실시예 제1 호스트 제2 호스트 V cd/A CIEx CIEy
24 GH1 화합물 1 3.65 49.08 0.326 0.613
25 GH1 화합물 4 3.52 53.12 0.320 0.615
26 GH1 화합물 14 3.73 52.34 0.325 0.614
27 GH1 화합물 17 3.69 49.56 0.329 0.613
28 GH1 화합물 21 3.70 50.73 0.321 0.617
29 GH1 화합물 23 3.58 51.21 0.323 0.616
30 GH1 화합물 33 3.67 50.92 0.325 0.610
31 GH1 화합물 37 3.54 54.03 0.327 0.617
32 GH1 화합물 44 3.63 52.00 0.321 0.616
33 GH1 화합물 50 3.68 49.20 0.323 0.615
34 GH1 화합물 52 3.57 51.78 0.316 0.620
35 GH1 화합물 68 3.70 53.03 0.321 0.621
36 GH1 화합물 73 3.69 54.53 0.325 0.614
37 GH1 화합물 82 3.58 53.39 0.323 0.617
37 GH1 화합물 125 3.66 52.37 0.328 0.615
39 GH1 화합물 147 3.57 53.21 0.322 0.616
40 GH1 화합물 154 3.54 50.51 0.330 0.608
41 GH1 화합물 159 3.61 51.93 0.327 0.611
42 GH1 화합물 179 3.49 55.18 0.316 0.619
43 GH1 화합물 184 3.68 49.05 0.314 0.622
44 GH1 화합물 188 3.53 49.95 0.328 0.616
45 GH1 화합물 231 3.55 51.07 0.326 0.618
46 GH1 화합물 240 3.52 52.74 0.323 0.619
비교예 4 GH1 GH2 4.05 45.27 0.328 0.604
비교예 5 GH1 GH3 3.93 41.27 0.331 0.608
비교예 6 GH1 GH4 3.87 40.95 0.330 0.601
상기 [표 2]에 나타낸 결과를 살펴보면, 복수 개의 호스트 화합물로 구성되는 발광층을 채용한 유기발광소자에서 본 발명에 따른 화합물을 발광층 내 제2 호스트로 채용한 경우, 종래 호스트 화합물로 사용된 화합물 내지 본 발명에 따른 화합물이 갖는 특징적 구조와 대비되는 화합물을 제2 호스트로 채용한 소자 (비교예 4 내지 6)에 비하여 저전압 구동 특성 및 전류 효율 등의 발광 특성이 현저히 우수함을 확인할 수 있다.
[HAT-CN] [α-NPB] [EB1] [ET1]
[GH1] [GH2] [Ir(ppy)3] [GH3]
[GH4]
소자 실시예 ( HBL )
본 발명에 따른 실시예에서, ITO 투명 전극은 25 mm × 25 mm × 0.7 mm의 유리 기판 위에, ITO 투명 전극이 부착된 ITO 유리 기판을 이용하여, 발광 면적이 2 mm × 2 mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 기판을 진공 챔버에 장착한 후 베이스 압력이 1 × 10-6 torr가 되도록 한 후 유기물을 상기 ITO 위에 하기 구조로 유기물과 금속을 증착하였다.
소자 실시예 47 내지 69
본 발명에 따라 구현되는 화합물을 정공저지층으로 채용하여 하기와 같은 소자 구조를 갖는 유기발광소자를 제작한 후에 전류 효율을 포함한 발광 특성을 측정하였다.
ITO / 정공주입층 (HAT-CN, 5 nm) / 정공수송층 (α-NPB, 100 nm) / 전자저지층 (EB1, 10 nm) / 발광층 (제1 호스트(GH1):제2 호스트(GH2):Ir(ppy)3, 30 nm) / 정공저지층 (본 발명에 따른 화합물, 6 nm) / 전자수송층 (ET1, 30 nm) / LiF (1 nm) / Al (100 nm)
ITO 투명 전극 상부에 정공주입층을 형성하기 위해 [HAT-CN]을 5 nm의 두께로 성막하고, 이후 정공수송층은 [α-NPB]를 사용하여 100 nm 성막하였다. 정공저지층은 [EB1]을 사용하여 10 nm의 두께로 증착하였다. 또한, 발광층의 제1 호스트 [GH1]와 제2 호스트로 [GH2]를 6:4로 혼합하여 사용하였으며, 도판트는 Ir(ppy)3를 도핑하여 30 nm 두께로 공증착하였다. 그 위에 정공저지층으로 하기 [표 3]에 기재된 본 발명에 따른 화합물을 6 nm 증착하였으며, 이후 전자수송층 (하기 [ET1] 화합물 Liq 50% 도핑) 30 nm 성막하였다. 이어서 전자주입층으로 LiF 1nm 두께로 증착하고 마지막으로 Al 100 nm를 성막하여 유기전계발광소자를 제작하였다.
소자 비교예 7
소자 비교예 7을 위한 유기발광소자는 상기 실시예 1의 소자구조에서 정공저지층으로 본 발명에 따른 화합물 대신 하기 [BCP]를 사용한 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
소자 비교예 8
소자 비교예 8을 위한 유기발광소자는 상기 실시예 1의 소자구조에서 정공저지층으로 본 발명에 따른 화합물 대신 하기 [HB1]을 사용한 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
소자 비교예 9
소자 비교예 9를 위한 유기발광소자는 상기 실시예 1의 소자구조에서 정공저지층으로 본 발명에 따른 화합물 대신 하기 [HB2]를 사용한 것을 제외하고 동일하게 제작하였다.
실험예 3 : 소자 실시예 47 내지 69의 발광 특성
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 유기발광소자에 대해서 Source meter (Model 237, Keithley)와 휘도계 (PR-650, Photo Research)를 이용하여 구동 전압, 전류 효율 및 색좌표를 측정하였고, 1,000 nit 기준의 결과값은 하기 [표 3]과 같다.
실시예 정공저지층 V cd/A CIEx CIEy
47 화합물 1 3.85 59.07 0.316 0.643
48 화합물 4 3.72 63.13 0.310 0.645
49 화합물 14 3.83 62.35 0.313 0.644
50 화합물 17 3.99 59.51 0.319 0.643
51 화합물 21 3.80 60.72 0.315 0.647
52 화합물 23 3.78 61.20 0.313 0.646
53 화합물 33 3.69 60.97 0.307 0.640
54 화합물 37 3.74 64.06 0.314 0.647
55 화합물 44 3.83 62.02 0.311 0.646
56 화합물 50 3.88 59.23 0.313 0.645
57 화합물 52 3.97 61.75 0.306 0.640
58 화합물 68 3.60 63.02 0.311 0.641
59 화합물 73 3.79 64.55 0.305 0.654
60 화합물 82 3.88 63.38 0.313 0.637
61 화합물 125 3.56 62.36 0.317 0.655
62 화합물 147 3.77 63.25 0.302 0.636
63 화합물 154 3.84 60.54 0.320 0.668
64 화합물 159 3.61 61.93 0.317 0.651
65 화합물 179 3.63 65.14 0.308 0.649
66 화합물 184 3.78 69.08 0.336 0.642
67 화합물 188 3.59 69.96 0.317 0.636
68 화합물 231 3.65 61.08 0.306 0.648
69 화합물 240 3.72 62.73 0.315 0.649
비교예 7 BCP 4.35 55.26 0.328 0.664
비교예 8 HB1 4.23 51.25 0.331 0.678
비교예 9 HB2 4.26 50.94 0.330 0.671
상기 [표 3]에 나타낸 결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 화합물을 유기발광소자 내의 정공저지층에 채용한 경우 종래 정공저지층으로 사용된 화합물과 본 발명에 따른 화합물이 갖는 특징적 구조와 대비되는 화합물을 채용한 소자 (비교예 7 내지 9)에 비하여 저전압 구동 특성 및 전류 효율 등의 발광 특성이 현저히 우수함을 확인할 수 있다.
[HAT-CN] [α-NPB] [EB1] [ET1]
[BCP] [GH1] [GH2] [Ir(ppy)3]
[HB1] [HB2]

Claims (9)

  1. 하기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 유기 화합물:
    [화학식 Ⅰ]

    상기 [화학식 Ⅰ]에서, A는 하기 [구조식 1]로 표시되고 (하기 '*'은 [화학식 Ⅰ]과 [구조식 1]의 연결부분임),
    [구조식 1]

    상기 [구조식 1]에서,
    X1 내지 X3은 서로 동일하거나 상이하고 각각 독립적으로 CH 또는 N이며, 상기 X1 내지 X3 중 적어도 하나 이상은 N이고,
    L은 2가의 연결기로서 직접결합이거나, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이며,
    n은 0 내지 3의 정수이고, 상기 n이 2 이상인 경우 복수 개의 L은 서로 동일하거나 상이하며,
    Ar은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴기 중에서 선택되는 어느 하나이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Ar 및 L의 정의에서, '치환 또는 비치환된'이라 함은 상기 Ar 및 L이 각각 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 히드록시기, 알킬기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 알콕시기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아민기 및 실릴기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되거나, 상기 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미하는 유기 화합물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 [화학식 Ⅰ]은 는 하기 [화합물 1] 내지 [화합물 257] 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 화합물:





















  4. 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 1층 이상의 유기층을 포함하는 유기발광소자로서,
    상기 유기층 중 1 층 이상은 제1항에 따른 [화학식 Ⅰ]의 유기 화합물을 포함하는 것인 유기발광소자.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유기층은 전자주입층, 전자수송층, 정공주입층, 정공수송층, 전자저지층, 정공저지층 및 발광층 중 1층 이상을 포함하고,
    상기 층들 중 1층 이상이 상기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 유기 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발광층에 상기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 유기 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 유기 화합물은 발광층 내 호스트 재료인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 호스트 재료는 상기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 유기 화합물 외에 다른 화합물을 1종 이상 더 포함하여 복수 개로 혼합 또는 적층되어 구성되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 정공저지층에 상기 [화학식 Ⅰ]로 표시되는 유기 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
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