WO2016148382A1 - 유기 발광 소자 - Google Patents

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WO2016148382A1
WO2016148382A1 PCT/KR2015/014214 KR2015014214W WO2016148382A1 WO 2016148382 A1 WO2016148382 A1 WO 2016148382A1 KR 2015014214 W KR2015014214 W KR 2015014214W WO 2016148382 A1 WO2016148382 A1 WO 2016148382A1
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light emitting
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metal complex
emitting device
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이상빈
허정오
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주식회사 엘지화학
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present specification relates to an organic light emitting device.
  • the organic light emitting phenomenon is an example of converting an electric current into visible light by an internal process of a specific organic molecule.
  • the principle of the organic light emitting phenomenon is as follows.
  • An organic light emitting device using this principle may generally be composed of an organic material layer including a cathode, an anode, and an organic material layer disposed therebetween, such as a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer.
  • the materials used in the organic light emitting device are pure organic materials or complex compounds in which organic materials and metals are complexed, and depending on the purpose, hole injection materials, hole transport materials, light emitting materials, electron transport materials, electron injection materials, etc. It can be divided into.
  • the hole injection material or the hole transport material an organic material having a p-type property, that is, an organic material which is easily oxidized and has an electrochemically stable state during oxidation, is mainly used.
  • organic materials having n-type properties that is, organic materials that are easily reduced and have an electrochemically stable state at the time of reduction are mainly used.
  • the light emitting layer material a material having a p-type property and an n-type property at the same time, that is, a material having a stable form in both oxidation and reduction states is preferable. desirable.
  • An object of the present specification is to provide an organic light emitting device excellent in light emission and lifetime characteristics.
  • the cathode Anode; A light emitting layer provided between the cathode and the anode; And
  • At least one organic material layer provided between the cathode and the light emitting layer,
  • At least one layer of the organic material layer provided between the cathode and the light emitting layer comprises a hetero atom; And alkali metal complex or alkaline earth metal complex,
  • At least one of the heteroatoms of the compound containing the heteroatom and the alkali metal complex or alkaline earth metal complex are docked with each other,
  • the dipole moment value of the compound including the heteroatom before docking is less than 6 debye
  • an organic light emitting device in which the dipole moment value of the compound including the heteroatom after docking is 6 debye to 13 debye.
  • the organic light emitting diode according to the exemplary embodiment of the present specification is excellent in mobility of electrons and holes at a low driving voltage, thereby providing high luminous efficiency.
  • the organic light emitting device has excellent durability because of smooth movement of electrons in each layer, and excellent life characteristics.
  • FIG. 1 is a view showing an organic light emitting device according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 2 illustrates an organic light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG 3 illustrates an organic light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • the cathode Anode; A light emitting layer provided between the cathode and the anode; And
  • At least one organic material layer provided between the cathode and the light emitting layer,
  • At least one layer of the organic material layer provided between the cathode and the light emitting layer comprises a hetero atom; And alkali metal complex or alkaline earth metal complex,
  • At least one of the heteroatoms of the compound containing the heteroatom and the alkali metal complex or alkaline earth metal complex are docked with each other,
  • the dipole moment value of the compound including the heteroatom before docking is less than 6 debye
  • an organic light emitting device in which the dipole moment of the compound including the heteroatom after docking is 6 debye to 13 debye.
  • the dipole moment value of the compound including the heteroatom and the heteroatom before the alkali metal complex or the alkaline earth metal complex is docked is less than 6 debye, and the stability of the compound is greater than that of 6 debye or more. great.
  • the dipole moment value of less than 6debye in the organic material layer may be disadvantageous in terms of efficiency of the device. Therefore, in the present invention, through the docking of the heteroatom and the alkali metal or alkaline earth metal composite, the dipole moment is adjusted to 6 debye to 13 debye, thereby increasing the efficiency of the device.
  • the term “dock” means that heteroatoms and alkyllithium or alkaline earth metal complexes of a compound including heteroatoms are mutually separated by a low dispersion force or a dipole-induced dipole force. May mean combined. Specifically, the heteroatom and the alkali metal or alkaline earth metal complex of the compound containing the hetero atom may be docked with the alkali metal or alkaline earth metal.
  • the "composite" in the alkali metal complex and the alkaline earth metal complex may mean that an alkali metal or alkaline earth metal and an atom or molecule are bonded to each other to form one molecule.
  • the dipole moment is a physical quantity indicating the degree of polarity and may be calculated by Equation 1 below.
  • the value of the dipole moment can be obtained.
  • the molecular density can be obtained by calculating charges and dipoles for each atom using a method called Hirshfeld Charge Analysis, and calculating them according to the following formula, and the dipole moment is put into the above equation 1 Obtain Dipole Moment.
  • the compound containing the hetero atom; And an organic material layer including an alkali metal complex or an alkaline earth metal complex is one or two or more layers selected from the group consisting of an electron injection layer, an electron transport layer, and a hole blocking layer.
  • the compound containing the hetero atom; And an organic material layer including an alkali metal complex or an alkaline earth metal complex is an electron transport layer.
  • the compound containing the hetero atom; And an organic material layer including an alkali metal complex or an alkaline earth metal complex is a hole blocking layer.
  • the organic light emitting device having a range of the dipole moment value can improve the injection and transport ability of electrons coming from the cathode, thereby providing a low driving voltage and high luminous efficiency.
  • the arrangement of molecules in the organic light emitting device is excellent, providing a dense film. Therefore, the organic light emitting device including the electron transport material is excellent in stability, it can provide a long life of the organic light emitting device.
  • the difference between the dipole moment value of the compound after docking and the dipole moment value of the compound including heteroatoms before docking is 3 debye or more.
  • the difference between the dipole moment value of the compound including the heteroatom after docking and the dipole moment value of the compound including the heteroatom before docking is 3 debye or more and 8 debye or less.
  • the organic material layer between the cathode and the light emitting layer preferably includes a material for smooth transport of electrons for low driving voltage of the organic light emitting device.
  • the dipole moment of the organic material layer is preferably 6 debye to 13 debye, but the instability of the compound when the dipole moment of the compound itself is in the range of 6 debye to 13 debye This can be a problem.
  • the organic light emitting device may provide a high luminous efficiency and at the same time have a positive effect on the life of the device.
  • the larger the difference between the dipole moment value of the compound containing a heteroatom before docking and the dipole moment value of the compound containing a heteroatom after docking can be seen to be stable docking, preferably 3 debye or more.
  • the compound containing the hetero atom; And an organic material layer including an alkali metal complex or an alkaline earth metal complex includes a compound including the hetero atom and an alkali metal complex or an alkaline earth metal complex in a weight ratio of 1: 9 to 9: 1. Preferably it is included in the weight ratio of 3: 7-7: 3, More preferably, it is included in the weight ratio of 4: 6-6: 4.
  • the heteroatom of the compound including the heteroatom includes a trivalent atom.
  • the compound containing a hetero atom is a compound containing 1 or 2 or more N atoms.
  • Such heteroatoms include a pair of unshared electrons, and the pair of unshared electrons may act as a docking site where an alkali metal complex or an alkaline earth metal complex may facilitate docking, and transport of electrons through the docking This may be easier.
  • the compound containing the hetero atom may be an aromatic hetero ring.
  • the movement of electrons may be easy.
  • conjugation refers to a structure in which two or more heterologous bonds or triple bonds are present with single bonds interposed therebetween, and may refer to a structure capable of forming a resonance structure.
  • the compound containing a hetero atom includes any one of the following structures.
  • the structure is deuterium; Substituted or unsubstituted alkyl group; Substituted or unsubstituted aryl group; And substituted or unsubstituted with one or two or more substituents selected from the group consisting of a substituted or unsubstituted heterocyclic group, or adjacent substituents may be bonded to each other to form a substituted or unsubstituted ring.
  • the alkali metal composite or alkaline earth metal composite is represented by the following Chemical Formula 1.
  • Z and dashed arc together with M represent two or three atoms and bonds necessary to complete a 5- or 6-membered ring
  • A each represents hydrogen or a substituent
  • B is each independently selected substituent on a Z atom, or two or more substituents combine with each other to form a substituted or unsubstituted ring,
  • j 0 to 3
  • k 1 or 2
  • M is an alkali metal or alkaline earth metal
  • X is N or O
  • n and n are independently selected integers selected to provide neutral charge on the complex.
  • substituted means that a hydrogen atom bonded to a carbon atom of the compound is replaced with another substituent, and the position to be substituted is not limited to a position where the hydrogen atom is substituted, that is, a position where a substituent can be substituted, if two or more substituted , Two or more substituents may be the same or different from each other.
  • substituted or unsubstituted is deuterium; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Imide group; Amide group; Hydroxyl group; Substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; Substituted or unsubstituted alkoxy group; Substituted or unsubstituted alkenyl group; Substituted or unsubstituted amine group; Substituted or unsubstituted aryl group; And it is substituted with one or two or more substituents selected from the group consisting of a substituted or unsubstituted heterocyclic group, or two or more of the substituents exemplified above are substituted with a substituent, or means that do not have any substituents.
  • a substituent to which two or more substituents are linked may be a biphenyl group. That is, the biphenyl group may be an aryl group or may be interpreted as a substituent to which two phenyl groups are linked.
  • the substituent is deuterium; Halogen group; Nitrile group; Nitro group; Imide group; Amide group; Hydroxyl group; Substituted or unsubstituted alkyl group; A substituted or unsubstituted cycloalkyl group; Substituted or unsubstituted alkoxy group; Substituted or unsubstituted alkenyl group; Substituted or unsubstituted amine group; Substituted or unsubstituted aryl group; And a substituted or unsubstituted heterocyclic group may be selected from one or two or more.
  • the alkyl group may be linear or branched chain, carbon number is not particularly limited, but is preferably 1 to 50. Specific examples include, but are not limited to, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, t-butyl, pentyl, hexyl and heptyl groups.
  • the alkenyl group may be linear or branched chain, the carbon number is not particularly limited, but is preferably 2 to 40.
  • Specific examples include vinyl, 1-propenyl, isopropenyl, 1-butenyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-pentenyl, 2-pentenyl, 3-pentenyl, 3-methyl-1- Butenyl, 1,3-butadienyl, allyl, 1-phenylvinyl-1-yl, 2-phenylvinyl-1-yl, 2,2-diphenylvinyl-1-yl, 2-phenyl-2- ( Naphthyl-1-yl) vinyl-1-yl, 2,2-bis (diphenyl-1-yl) vinyl-1-yl, stilbenyl group, styrenyl group and the like, but are not limited thereto.
  • the cycloalkyl group is not particularly limited, but preferably has 3 to 60 carbon atoms, and especially cyclopentyl group, cyclohexyl group, and the like, but is not limited thereto.
  • the amine group is -NH 2 ; Alkylamine group; Aralkyl amine groups; Arylamine group; And it may be selected from the group consisting of a heteroarylamine group, carbon number is not particularly limited, but is preferably 1 to 30.
  • Specific examples of the amine group include methylamine group, dimethylamine group, ethylamine group, diethylamine group, phenylamine group, naphthylamine group, biphenylamine group, anthracenylamine group, and 9-methyl-anthracenylamine group. , Diphenylamine group, phenylnaphthylamine group, ditolylamine group, phenyltolylamine group, triphenylamine group and the like, but are not limited thereto.
  • the aryl group is a monocyclic aryl group
  • carbon number is not particularly limited, but preferably 6 to 25 carbon atoms.
  • the monocyclic aryl group may be a phenyl group, a biphenyl group, a terphenyl group, etc., but is not limited thereto.
  • Carbon number is not particularly limited when the aryl group is a polycyclic aryl group. It is preferable that it is C10-24.
  • the polycyclic aryl group may be naphthyl group, triphenylenyl group, anthracenyl group, phenanthryl group, pyrenyl group, perrylenyl group, chrysenyl group, fluorenyl group, etc., but is not limited thereto.
  • the fluorenyl group may be substituted, and adjacent substituents may be bonded to each other to form a ring.
  • the heterocyclic group includes one or more atoms other than carbon and heteroatoms, and specifically, the heteroatoms may include one or more atoms selected from the group consisting of O, N, Se, and S, and the like.
  • carbon number is not specifically limited, It is preferable that it is C2-C60.
  • heterocyclic group examples include thiophene group, furan group, pyrrole group, imidazole group, thiazole group, oxazole group, oxadiazole group, triazole group, pyridyl group, bipyridyl group, pyrimidyl group, triazine group, acridil group , Pyridazine group, pyrazinyl group, quinolinyl group, quinazoline group, quinoxalinyl group, phthalazinyl group, pyrido pyrimidinyl group, pyrido pyrazinyl group, pyrazino pyrazinyl group, isoquinoline group, indole group , Carbazole group, benzoxazole group, benzimidazole group, benzothiazole group, benzocarbazole group, benzothiophene group, dibenzothiophene group, benzofuranyl group, phenanthro
  • the heterocyclic group may be monocyclic or polycyclic, and may be aromatic, aliphatic or a condensed ring of aromatic and aliphatic.
  • adjacent means a substituent substituted with an atom directly connected to the atom to which the substituent is substituted, a substituent positioned closest to the substituent in stereostructure, or another substituent substituted with the atom to which the substituent is substituted.
  • two substituents substituted at the ortho position in the benzene ring and two substituents substituted at the same carbon in the aliphatic ring may be interpreted as "adjacent" groups.
  • the ring structure formed by combining two or more substituents with each other may include an aromatic ring, an aliphatic ring, and the like, and may be monocyclic or polycyclic.
  • the alkali metal complex or alkaline earth metal complex represented by Chemical Formula 1 is represented by the following Chemical Formula 1-a or 1-b.
  • a and b are each an integer of 1 to 3
  • Ra, Rb and Y1 to Y3 are the same as or different from each other, and each independently hydrogen or a substituent, or two or more substituents are bonded to each other to form a substituted or unsubstituted ring.
  • the alkali metal complex or alkaline earth metal complex represented by Chemical Formula 1 is represented by any one of the following Chemical Formulas 1-1 to 1-26.
  • Ph means a phenyl group
  • Me means a methyl group
  • t-Bu means a t butyl group.
  • the difference between the LUMO energy level of the organic material layer adjacent to the light emitting layer and the LUMO energy level of the light emitting layer among one or more organic material layers provided between the cathode and the light emitting layer is 1 eV or less.
  • the difference between the LUMO energy level of the organic material layer adjacent to the light emitting layer and the LUMO energy level of the light emitting layer among one or more organic material layers provided between the cathode and the light emitting layer is 0 eV or more and 1 eV or less.
  • the difference between the LUMO energy level of the organic material layer adjacent to the light emitting layer and the LUMO energy level of the light emitting layer is greater than 1 eV among the one or more organic material layers provided between the cathode and the light emitting layer, the movement of electrons from the cathode to the light emitting layer is accumulated. It is disadvantageous in terms of lifespan. Therefore, as in the exemplary embodiment of the present specification, the difference between the LUMO energy level of the organic material layer adjacent to the light emitting layer and the LUMO energy level of the light emitting layer among the one or more organic material layers provided between the cathode and the light emitting layer is less than 1 eV. It can be advantageous in terms of efficiency of the device.
  • the energy level means the magnitude of energy. Therefore, even when the energy level is displayed in the negative (-) direction from the vacuum level, the energy level is interpreted to mean the absolute value of the corresponding energy value.
  • the HOMO energy level means the distance from the vacuum level to the highest occupied molecular orbital.
  • the LUMO energy level means the distance from the vacuum level to the lowest unoccupied molecular orbital.
  • the measurement of the HOMO energy level may use a UV photoelectron spectroscopy (UPS) for measuring the ionization potential of a material by irradiating UV on the surface of the thin film and detecting the protruding electrons.
  • the HOMO energy level may be measured by cyclic voltammetry (CV) which measures oxidation potential through voltage sweep after dissolving the measurement target material in the solvent together with the electrolyte.
  • a PYSA Photoemission Yield Spectrometer in Air
  • AC-3 AC-3
  • the HOMO energy level of the present specification was measured by vacuum deposition of a material of 50 nm or more on an ITO substrate through an AC-3 (RKI) measuring instrument.
  • the LUMO energy level is measured by measuring the absorption spectrum (abs.) And the photoluminescence spectrum (PL) of the prepared sample, and calculates the spectral edge energy and sees the difference as a band gap (Eg), AC-3
  • the LUMO energy level was calculated by subtracting the band gap difference from the HOMO energy level measured at.
  • the LUMO energy level may be obtained by measuring inverse photoelectron spectroscopy (IPES) or electrochemical reduction potential.
  • IPES is a method of irradiating an electron beam (electron beam) to a thin film and measuring the light emitted at this time to determine the LUMO energy level.
  • the electrochemical reduction potential may be measured by dissolving a substance to be measured together with an electrolyte in a solvent and then measuring a reduction potential through a voltage sweep.
  • the LUMO energy level may be calculated using the singlet energy level obtained by measuring the HOMO energy level and the degree of UV absorption of the target material.
  • the light emitting layer includes a phosphorescent dopant.
  • the phosphorescent dopant when used, the light emission efficiency is increased compared to the case where only the fluorescent dopant is included, but the durability may be poor.
  • the dipole moment value of the compound including the hetero atom after docking according to the exemplary embodiment of the present specification includes an organic material layer having 6 debye to 13 debye, electrons are smoothly transported to increase durability. Can be. Therefore, the organic light emitting device according to the exemplary embodiment of the present specification can provide a device with high efficiency and long life.
  • the organic light emitting device may include two or more light emitting layers.
  • the two or more light emitting layers may be provided in contact with each other, or may include an additional organic material layer between the two light emitting layers.
  • the organic light emitting device includes two or more light emitting layers, and includes a charge generating layer between two adjacent light emitting layers among the two or more light emitting layers, and the charge generating layer includes an n-type organic compound layer and p. It may include a type organic compound layer.
  • the n-type organic compound layer and the p-type organic compound layer included in the charge generating layer are NP bonded.
  • the p-type organic compound layer is selected from the group consisting of a hole injection layer, a hole transport layer, an electron blocking layer and a light emitting layer
  • the n-type organic compound layer is an electron transport layer, an electron injection layer, a hole blocking layer and a light emitting layer It is selected from the group consisting of.
  • n-type means n-type semiconductor characteristics.
  • n-type is a property that electrons are injected or transported through a lower unoccupied molecular orbital (LUMO) energy level, which can be defined as a property of a material in which electron mobility is greater than hole mobility.
  • p-type means p-type semiconductor characteristics.
  • p-type is a property of injecting or transporting holes through a high occupied molecular orbital (HOMO) energy level, which may be defined as a property of a material in which the hole mobility is greater than the electron mobility.
  • the compound or organic compound layer having n-type characteristics may be referred to as an n-type compound or n-type organic compound layer.
  • the compound or organic compound layer having a p-type characteristic may be referred to as a p-type compound or p-type organic compound layer.
  • n-type doping may mean that it is doped to have n-type characteristics.
  • the charge generating layer is a layer that generates charge without applying an external voltage, and generates two or more light emitting layers in the organic light emitting device by generating charges between adjacent light emitting layers among the light emitting layers. .
  • the NP junction may mean not only physical contact between the second electron transport layer, which is an n-type organic compound layer, and the p-type organic compound layer, but also an interaction in which holes and electrons may be easily generated and transported.
  • the NP junction when the NP junction is formed, it may be easy to form holes or electrons by an external voltage or a light source. Therefore, it is possible to prevent the rise of the driving voltage for the injection of holes.
  • the peak wavelengths of the photoluminescence spectra of at least two layers of the two or more light emitting layers are the same or different from each other.
  • Peak wavelength herein means the wavelength at the maximum of the spectral distribution.
  • the peak wavelengths of the photoluminescence spectra of at least two layers of the two or more light emitting layers are different from each other.
  • At least one of the two or more light emitting layers includes a phosphorescent dopant, and at least one includes a fluorescent dopant.
  • a white light emitting device can be manufactured by stacking blue fluorescent light and green yellow phosphorescent light.
  • the organic light emitting device according to the exemplary embodiment of the present specification may include a fluorescent layer and / or a phosphorescent layer.
  • the peak wavelength of the photoluminescence spectrum is 400 nm to 500 nm
  • the peak wavelength of the photoluminescence spectrum is 510 nm to 580 nm
  • the peak wavelength of the photoluminescence spectrum is 610 From nm to 680 nm, those skilled in the art can use one or two or more layers in combination with light emitting layers having different peak wavelengths as necessary.
  • the phosphorescent dopant and the fluorescent dopant may use a dopant generally used in the art.
  • the organic light emitting device includes a compound including the hetero atom; And a first light emitting layer provided on the organic material layer including the alkali metal complex or the alkaline earth metal complex. And a second light emitting layer provided on the first light emitting layer.
  • the first emission layer and the second emission layer may be provided in contact with each other, and an additional organic layer may be provided between the first emission layer and the second emission layer.
  • the organic light emitting device is a compound containing the hetero atom; And a first light emitting layer provided on a part of the organic material layer including the alkali metal complex or the alkaline earth metal complex. And a compound comprising the hetero atom; And a second light emitting layer provided on the remaining part of the organic material layer including the alkali metal complex or the alkaline earth metal complex.
  • the first light emitting layer and the second light emitting layer is a compound containing the hetero atom; And it may be provided side by side on the same side of the organic material layer containing an alkali metal complex or alkaline earth metal complex. In one embodiment, one side of the first light emitting layer and one side of the second light emitting layer may be provided in contact with each other.
  • the first light emitting layer and the second light emitting layer provided in parallel with the compound including the hetero atom; And it may be provided in contact with the same side of the organic material layer containing an alkali metal complex or alkaline earth metal complex.
  • an additional layer may be provided between the organic material layer including the alkali metal complex or alkaline earth metal complex.
  • the additional layer may be a hole blocking layer and / or an electron transport layer.
  • the structure of the organic light emitting device of the present specification may have the same structure as shown in FIGS. 1 to 3, but is not limited thereto.
  • the electron transport layer 501 includes a compound containing the hetero atom; And an organic material layer including an alkali metal complex or an alkaline earth metal complex.
  • the electron transport layer 501 includes a compound containing the hetero atom; And an organic material layer including an alkali metal complex or an alkaline earth metal complex, wherein the second light emitting layer 402 and the first light emitting layer 403 may be provided in contact with each other, and may include an additional organic material layer. It may further include a light emitting layer.
  • an anode 201 and a hole transport layer 301 are provided on the substrate 101, and a second light emitting layer 402 and a first light emitting layer 403 are provided on the hole transport layer 301.
  • the structure of the organic light emitting device in which the electron transport layer 501 and the cathode 601 are sequentially stacked on the light emitting layer 403 and the second light emitting layer 402 is illustrated.
  • the electron transport layer 501 includes a compound including the hetero atom; And an organic material layer including an alkali metal complex or an alkaline earth metal complex.
  • an organic material layer including an alkali metal complex or an alkaline earth metal complex may be a hole blocking layer instead of the electron transport layer 501.
  • the organic light emitting device further includes one or two or more layers selected from the group consisting of a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, an electron injection layer, an electron blocking layer and a hole blocking layer. can do.
  • the organic light emitting device of the present specification is a compound containing a hetero atom; And an alkali metal complex or an alkaline earth metal complex, and may be manufactured by materials and methods known in the art, except for including one or more layers of an organic material layer provided between the cathode and the light emitting layer.
  • the organic light emitting device of the present specification may be manufactured by sequentially stacking an anode, an organic material layer, and a cathode on a substrate.
  • the anode is formed by depositing a metal or conductive metal oxide or an alloy thereof on the substrate by using a physical vapor deposition (PVD) method such as sputtering or e-beam evaporation.
  • PVD physical vapor deposition
  • an organic material layer including a hole injection layer, a hole transport layer, an electron blocking layer, a light emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer thereon, and then depositing a material that can be used as a cathode thereon.
  • an organic light emitting device may be manufactured by sequentially depositing a cathode material, an organic material layer, and an anode material on a substrate.
  • an organic light emitting device may be manufactured by sequentially depositing an anode material, an organic material layer, and a cathode material on a substrate.
  • the organic material layer of the organic light emitting device of the present specification may have a multilayer structure in which one or more organic material layers are stacked.
  • the organic material layers may be formed of the same material or different materials.
  • anode material a material having a large work function is generally preferred to facilitate hole injection into the organic material layer.
  • anode materials that can be used in the present invention include metals such as vanadium, chromium, copper, zinc, gold or alloys thereof; Metal oxides such as zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO); ZnO: Al or SnO 2 : Combination of metals and oxides such as Sb; Conductive polymers such as poly (3-methylthiophene), poly [3,4- (ethylene-1,2-dioxy) thiophene] (PEDOT), polypyrrole and polyaniline, and the like, but are not limited thereto.
  • the cathode material is generally a material having a small work function to facilitate electron injection into the organic material layer.
  • Specific examples of the cathode materials include metals such as magnesium, calcium, sodium, potassium, titanium, indium, yttrium, lithium, gadolinium, aluminum, silver, tin and lead or alloys thereof; Multilayer structure materials such as LiF / Al or LiO 2 / Al, and the like, but are not limited thereto.
  • the hole injection material is a layer for injecting holes from an electrode, and the hole injection material has a capability of transporting holes, and has a hole injection effect at the anode, an excellent hole injection effect for the light emitting layer or the light emitting material, and is generated in the light emitting layer.
  • the compound which prevents the movement of the excited excitons to the electron injection layer or the electron injection material, and is excellent in thin film formation ability is preferable.
  • the highest occupied molecular orbital (HOMO) of the hole injection material is between the work function of the anode material and the HOMO of the surrounding organic material layer.
  • hole injection material examples include metal porphyrin, oligothiophene, arylamine-based organic material, hexanitrile hexaazatriphenylene-based organic material, quinacridone-based organic material, and perylene-based Organic materials, anthraquinone, and polyaniline and polythiophene-based conductive polymers, but are not limited thereto.
  • the hole transport layer is a layer that receives holes from the hole injection layer and transports holes to the light emitting layer.
  • the hole transport material is a material capable of transporting holes from the anode or the hole injection layer to the light emitting layer.
  • the material is suitable. Specific examples thereof include an arylamine-based organic material, a conductive polymer, and a block copolymer having a conjugated portion and a non-conjugated portion together, but are not limited thereto.
  • the light emitting material is a material capable of emitting light in the visible region by transporting and combining holes and electrons from the hole transport layer and the electron transport layer, respectively, and a material having good quantum efficiency with respect to fluorescence or phosphorescence is preferable.
  • Specific examples thereof include 8-hydroxyquinoline aluminum complex (Alq 3 ); Carbazole series compounds; Dimerized styryl compounds; BAlq; 10-hydroxybenzoquinoline-metal compound; Benzoxazole, benzthiazole and benzimidazole series compounds; Poly (p-phenylenevinylene) (PPV) -based polymers; Spiro compounds; Polyfluorene, rubrene and the like, but are not limited thereto.
  • the light emitting layer may include a host material and a dopant material.
  • the host material is a condensed aromatic ring derivative or a heterocyclic containing compound.
  • the condensed aromatic ring derivatives include anthracene derivatives, pyrene derivatives, naphthalene derivatives, pentacene derivatives, phenanthrene compounds, and fluoranthene compounds
  • the heterocyclic containing compounds include carbazole derivatives, dibenzofuran derivatives and ladder types. Furan compounds, pyrimidine derivatives, and the like, but are not limited thereto.
  • the fluorescent light emitting layer may be distyrylarylene (DSA), distyrylarylene derivative, distyrylbenzene (DSB), distyrylbenzene derivative, or DPVBi (4,4'-bis (2,2 ') as a host material.
  • DSA distyrylarylene
  • DSB distyrylbenzene
  • DPVBi 4,4'-bis (2,2 ') as a host material.
  • DPVBi derivative, spiro-DPVBi and spiro-6P are selected from the group consisting of 1 or 2 or more.
  • the fluorescent light emitting layer is selected from the group consisting of styrylamine, perylene, and DSBP (distyrylbiphenyl) as a dopant material.
  • the electron injection layer is a layer that injects electrons from an electrode, has an ability to transport electrons, has an electron injection effect from a cathode, an electron injection effect with respect to a light emitting layer or a light emitting material, and hole injection of excitons generated in the light emitting layer
  • the compound which prevents the movement to a layer and is excellent in thin film formation ability is preferable.
  • fluorenone anthraquinodimethane, diphenoquinone, thiopyran dioxide, oxazole, oxadiazole, triazole, imidazole, perylenetetracarboxylic acid, preorenylidene methane, anthrone and the like and derivatives thereof, metal Complex compounds, nitrogen-containing five-membered ring derivatives, and the like, but are not limited thereto.
  • Examples of the metal complex compound include 8-hydroxyquinolinato lithium, bis (8-hydroxyquinolinato) zinc, bis (8-hydroxyquinolinato) copper, bis (8-hydroxyquinolinato) manganese, Tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum, tris (2-methyl-8-hydroxyquinolinato) aluminum, tris (8-hydroxyquinolinato) gallium, bis (10-hydroxybenzo [h] Quinolinato) beryllium, bis (10-hydroxybenzo [h] quinolinato) zinc, bis (2-methyl-8-quinolinato) chlorogallium, bis (2-methyl-8-quinolinato) ( o-cresolato) gallium, bis (2-methyl-8-quinolinato) (1-naphtolato) aluminum, bis (2-methyl-8-quinolinato) (2-naphtolato) gallium, It is not limited to this.
  • the hole blocking layer is a layer for preventing the cathode from reaching the cathode, and may be generally formed under the same conditions as the hole injection layer. Specifically, there are oxadiazole derivatives, triazole derivatives, phenanthroline derivatives, BCP, aluminum complexes, and the like, but are not limited thereto.
  • the organic light emitting device may be a top emission type, a bottom emission type, or a double side emission type according to a material used.
  • the organic light emitting diode according to the present disclosure may be a normal type in which the lower electrode is an anode and the upper electrode is a cathode, or may be an inverted type in which the lower electrode is a cathode and the upper electrode is an anode.
  • the structure according to the exemplary embodiment of the present specification may act on a principle similar to that applied to an organic light emitting device in an organic electronic device including an organic solar cell, an organic photoconductor, an organic transistor, and the like.
  • Lithium compounds of the compounds containing heteroatoms represented by the following formulas ST10 are calculated by calculating the dipole moments before and after docking with Lithium Quinolate (LiQ) of the compounds including the heteroatoms represented by the following formulas ST1 to ST9
  • Table 1 shows the results of calculating the dipole moments before and after docking with hydride (LiH, Lithium Hydride).
  • Table 1 shows the results of measuring the dipole moments before and after docking with lithium hydride (LiH, Lithium Hydride) of the compound including.
  • a glass substrate coated with a thin film of ITO (indium tin oxide) at a thickness of 500 kPa was placed in distilled water in which detergent was dissolved and ultrasonically cleaned.
  • ITO indium tin oxide
  • Fischer Co. product was used as a detergent
  • distilled water filtered secondly as a filter of Millipore Co. product was used as distilled water.
  • ultrasonic washing was performed twice with distilled water for 10 minutes.
  • ultrasonic washing with a solvent of isopropyl alcohol, acetone, methanol dried and transported to a plasma cleaner.
  • the substrate was cleaned for 5 minutes using an oxygen plasma, and then the substrate was transferred to a vacuum evaporator.
  • the following chemical formula [HAT] was thermally vacuum deposited to a thickness of 50 kPa to form a hole injection layer.
  • the following formula [NPB] was vacuum deposited to a thickness of 1100 kPa on the hole injection layer to form a hole transport layer.
  • the following chemical formula [HT-A] was vacuum deposited to a thickness of 200 kPa on the hole transport layer to form an electron blocking layer.
  • the chemical formula ST1 and the following formula [LiQ] were vacuum-deposited at a weight ratio of 1: 1 on the emission layer to form an electron transport layer having a thickness of 200 ⁇ s.
  • Aluminum was deposited on the electron transport layer to a thickness of 1,000 ⁇ to form a cathode.
  • the deposition rate of the organic material was maintained at 0.4 ⁇ 0.9 ⁇ / sec
  • the lithium fluoride of the cathode was maintained at a deposition rate of 0.3 ⁇ / sec
  • aluminum is 2 ⁇ / sec
  • the vacuum degree during deposition is 1 ⁇ 10
  • the organic light-emitting device was manufactured by maintaining -7 to 5 x 10 -8 torr.
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 2-1], except that [ST2] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 2-1].
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 2-1], except that [ST3] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 2-1].
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 2-1], except that [ST4] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 2-1].
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 2-1], except that [ST7] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 2-1].
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 2-1], except that [ST9] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 2-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 2-1], except that [ST10] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 2-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 2-1], except that [ET1] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 2-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 2-1], except that [ET2] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 2-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 2-1], except that [ET3] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 2-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 2-1], except that [ET4] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 2-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 2-1], except that [ET5] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 2-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 2-1], except that [ET6] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 2-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 2-1], except that [ET7] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 2-1].
  • the organic light emitting diode manufactured by the above-described method was measured for driving voltage and luminous efficiency at a current density of 10 mA / cm 2 , and a time (T90) of 90% of the initial luminance at a current density of 20 mA / cm 2 was measured. It was. The results are shown in Table 2 below.
  • the value of the dipole moment of the compound containing a heteroatom after docking when the value of the dipole moment of the compound comprising a heteroatom after docking comprises an organic compound layer of 6 debye to 13 debye It can be seen that it has a lower driving voltage and higher efficiency than the case of less than 6 debye and more than 13 debye.
  • a glass substrate coated with a thin film of ITO (indium tin oxide) at a thickness of 1,500 ⁇ m was placed in distilled water in which detergent was dissolved and ultrasonically cleaned.
  • ITO indium tin oxide
  • Fischer Co. product was used as a detergent
  • distilled water filtered secondly as a filter of Millipore Co. product was used as distilled water.
  • ultrasonic washing was performed twice with distilled water for 10 minutes.
  • ultrasonic washing with a solvent of isopropyl alcohol, acetone, methanol dried and transported to a plasma cleaner.
  • the substrate was cleaned for 5 minutes using an oxygen plasma, and then the substrate was transferred to a vacuum evaporator.
  • the chemical formula [HAT] was thermally vacuum deposited to a thickness of 500 kPa to form a hole injection layer.
  • the [NPB] compound having the above structure was thermally vacuum deposited to a thickness of 400 kPa on the hole injection layer to form a hole transport layer.
  • the light emitting layer was formed by vacuum depositing a compound of formula [H1] with Ir (ppy) 3 dopant at a concentration of 10% on the hole transport layer at a film thickness of 300 kPa.
  • the following electron transport material was vacuum deposited to a thickness of 200 ⁇ on the emission layer to form an electron injection and transport layer.
  • the chemical formula ST1 and the chemical formula [LiQ] were vacuum-deposited at a weight ratio of 1: 1 on the emission layer to form an electron transport layer having a thickness of 200 ⁇ s.
  • Aluminum was deposited on the electron transport layer to a thickness of 1,000 ⁇ to form a cathode.
  • the deposition rate of the organic material was maintained at 0.4 ⁇ 0.7 ⁇ / sec
  • the lithium fluoride of the cathode was 0.3 ⁇ / sec
  • the aluminum was maintained at the deposition rate of 2 ⁇ / sec
  • the vacuum degree during deposition is 2 ⁇ 10
  • the organic light-emitting device was manufactured by maintaining -7 to 5 x 10 -8 torr.
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ST2] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ST3] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ST4] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ST5] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ST6] was used instead of [Scheme ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ST7] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ST8] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ST9] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ST10] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ET1] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ET2] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ET3] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ET4] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ET5] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ET6] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • An organic light-emitting device was manufactured in the same manner as in [Experimental Example 3-1], except that [ET7] was used instead of [Formula ST1] of [Experimental Example 3-1].
  • the driving voltage and the luminous efficiency of the organic light emitting device manufactured by the method described above were measured at a current density of 10 mA / cm 2 .
  • the results are shown in Table 3 below.
  • the value of the dipole moment of the compound containing a heteroatom after docking the case where the dipole moment of the compound comprising a heteroatom after docking comprises an organic layer of 6 debye to 13 debye It can be seen that it has a lower driving voltage and higher efficiency than the case of less than 6 debye and more than 13 debye.

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Abstract

본 명세서는 캐소드; 애노드; 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비된 발광층; 및 상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.

Description

유기 발광 소자
본 명세서는 2015년 3월 16일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2015-0036097호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 현상은 특정 유기 분자의 내부 프로세스에 의하여 전류가 가시광으로 전환되는 예의 하나이다. 유기 발광 현상의 원리는 다음과 같다.
애노드와 캐소드 사이에 유기물층을 위치시켰을 때 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 캐소드와 애노드로부터 각각 전자와 정공이 유기물층으로 주입된다. 유기물층으로 주입된 전자와 정공은 재결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 이 엑시톤이 다시 바닥 상태로 떨어지면서 빛이 나게 된다. 이러한 원리를 이용하는 유기 발광 소자는 일반적으로 캐소드와 애노드 및 그 사이에 위치한 유기물층, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층을 포함하는 유기물층으로 구성될 수 있다.
유기 발광 소자에서 사용되는 물질로는 순수 유기 물질 또는 유기 물질과 금속이 착물을 이루는 착화합물이 대부분을 차지하고 있으며, 용도에 따라 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질 등으로 구분될 수 있다. 여기서, 정공주입 물질이나 정공수송 물질로는 p-타입의 성질을 가지는 유기물질, 즉 쉽게 산화가 되고 산화시에 전기화학적으로 안정한 상태를 가지는 유기물이 주로 사용되고 있다. 한편, 전자주입 물질이나 전자수송 물질로는 n-타입 성질을 가지는 유기 물질, 즉 쉽게 환원이 되고 환원시에 전기화학적으로 안정한 상태를 가지는 유기물이 주로 사용되고 있다. 발광층 물질로는 p-타입 성질과 n-타입 성질을 동시에 가진 물질, 즉 산화와 환원 상태에서 모두 안정한 형태를 갖는 물질이 바람직하며, 엑시톤이 형성되었을 때 이를 빛으로 전환하는 발광 효율이 높은 물질이 바람직하다.
당 기술분야에서는 높은 효율의 유기 발광 소자의 개발이 요구되고 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
한국 공개특허공보 2011-0027635호
본 명세서의 목적은 발광 및 수명 특성이 우수한 유기 발광 소자를 제공하는 데 있다.
본 명세서의 일 실시상태는, 캐소드; 애노드; 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비된 발광층; 및
상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 유기물층 중 1층 이상은 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하며,
상기 헤테로원자를 포함하는 화합물의 헤테로원자 중 적어도 하나와 상기 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체는 서로 도킹하고,
상기 도킹되기 전의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트 값은 6 debye 미만이며,
상기 도킹된 후의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트의 값은 6 debye 내지 13 debye인 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 낮은 구동전압에서 전자 및 정공의 이동성이 우수하여, 높은 발광 효율을 제공한다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 각 층에서의 전자의 이동이 원활하게 이루어지므로 내구성이 우수하여, 수명 특성이 우수하다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 도이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자를 나타낸 도이다.
[부호의 설명]
101: 기판
201: 애노드
301: 정공 수송층
401: 발광층
402: 제2 발광층
403: 제1 발광층
501: 전자수송층
601: 캐소드
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
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 명세서의 일 실시상태는, 캐소드; 애노드; 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비된 발광층; 및
상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 유기물층 중 1층 이상은 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하며,
상기 헤테로원자를 포함하는 화합물의 헤테로원자 중 적어도 하나와 상기 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체는 서로 도킹하고,
상기 도킹되기 전의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트 값은 6 debye 미만이며,
상기 도킹된 후의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트의 값이 6 debye 내지 13 debye인 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태와 같이, 상기 헤테로원자와 상기 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체가 도킹되기 전의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트 값은 6 debye 미만인 경우, 6 debye 이상인 경우보다 화합물의 안정성이 우수하다. 다만, 6debye 미만의 쌍극자 모멘트 값을 갖는 화합물을 유기물층에 사용하는 경우에는 소자의 효율 면에서 불리할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상기 헤테로원자와 상기 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체의 도킹을 통하여, 쌍극자 모멘트의 값을 6 debye 내지 13 debye로 조절하여, 소자의 효율을 상승시켰다.
따라서, 본 명세서의 일 실시상태와 같이, 상기 헤테로원자와 상기 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체가 도킹되기 전과 후의 쌍극자 모멘트가 상기 범위인 경우에는 낮은 구동전압, 높은 효율, 장수명의 유기 발광 소자를 기대할 수 있다.
본 명세서에서 "도킹"이란, 헤테로원자를 포함하는 화합물의 헤테로원자와 알킬리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체가 유산력(Lodon dispersion force) 또는 쌍극자-유발 쌍극자 힘 (Dipole-induced dipole force)에 의하여 서로 결합한 것을 의미할 수 있다. 구체적으로 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물의 헤테로원자와 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체의 알칼리 금속 또는알칼리 토금속과 도킹할 수 있다.
본 명세서에서 상기 알칼리금속 복합체 및 알칼리토금속 복합체에서 상기 "복합체"란 알칼리금속 또는 알칼리토금속과 원자 또는 분자가 서로 결합하여 하나의 분자를 구성하는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에서 쌍극자 모멘트(dipole moment)는 극성의 정도를 나타내는 물리량으로서, 하기 수학식 1로 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2015014214-appb-I000001
상기의 수학식 1에서 분자 밀도(Molecular density)를 계산으로 구하여, 쌍극자 모멘트의 값을 얻을 수 있다. 예컨대, 분자 밀도는 Hirshfeld Charge Analysis라는 방법을 사용하여 각 원자별 전하(Charge) 및 쌍극자(Dipole)를 구하고, 하기 식에 따라 계산하여 얻을 수 있으며, 그 계산 결과를 상기 수학식 1에 넣어 쌍극자 모멘트(Dipole Moment)를 구할 수 있다.
Figure PCTKR2015014214-appb-I000002
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층은 전자주입층, 전자수송층 및 정공차단층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층은 전자수송층이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층은 정공차단층이다.
상기의 쌍극자 모멘트 값의 범위를 갖는 유기 발광 소자는 캐소드로부터 들어오는 전자의 주입 및 수송 능력이 향상되어, 낮은 구동 전압 및 높은 발광 효율을 제공할 수 있다. 또한, 유기 발광 소자 내에서 분자의 배열이 우수하여, 치밀한 막을 제공한다. 따라서, 상기 전자수송물질을 포함하는 유기 발광 소자는 안정성이 우수하여, 장수명의 유기 발광 소자를 제공할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 도킹된 후의 화합물의 쌍극자 모멘트 값과 도킹하기 전의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트 값의 차이가 3 debye 이상이다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 도킹된 후의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트 값과 도킹하기 전의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트 값의 차이가 3 debye 이상 8 debye 이하이다.
본 명세서의 일 실시상태와 같이, 캐소드와 발광층 사이의 유기물층은 유기 발광 소자의 낮은 구동 전압을 위하여, 전자의 수송이 원활한 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 전자의 수송이 원활하기 위해서는 유기물층 재료의 쌍극자 모멘트의 값이 6 debye 내지 13 debye인 것이 바람직하나, 화합물 자체의 쌍극자 모멘트의 값이 6 debye 내지 13 debye의 범위를 갖는 경우에는 화합물의 불안정성이 문제될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태와 같이, 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체와 도킹의 전과 후의 쌍극자 모멘트 값의 변경을 통하여, 쌍극자 모멘트의 값이 6 debye 내지 13 debye이 되도록 조절함과 동시에 높은 안정성의 유기물층을 구성할 수 있다. 따라서, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 높은 발광 효율을 제공함과 동시에 소자의 수명에 긍정적인 영향일 미칠 수 있다.
구체적으로 도킹 전 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트 값과 도킹 후의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트 값 차이가 클수록 도킹이 안정한 것으로 볼 수 있으며, 3 debye 이상이 바람직하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층은 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물과 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 1:9 내지 9:1의 중량비로 포함한다. 바람직하게는 3:7 내지 7: 3의 중량비로 포함하며, 더욱 바람직하게는 4:6 내지 6:4의 중량비로 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물의 헤테로원자는 3가 원자를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물은 N 원자를 1 또는 2 이상 포함하는 화합물이다.
상기와 같은 헤테로원자는 비공유전자쌍을 포함하고 있으며, 상기 비공유 전자쌍은 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체가 도킹을 용이하게 할 수 있는 도킹 사이트(docking site)로서 작용할 수 있으며, 상기 도킹을 통하여 전자의 수송이 더욱 용이할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물은 방향족 헤테로고리일 수 있다. 상기와 같은 경우, 화합물 구조 내에서 공액 구조를 포함하여, 전자의 이동이 용이할 수 있다.
본 명세서에서 공액 구조(conjugation)란 2 이상의 이종 결합 또는 삼중 결합이 단결합을 하나씩 사이에 끼고 존재하는 구조를 의미하며, 공명 구조를 형성할 수 있는 구조를 의미할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물은 하기 구조 중 어느 하나를 포함한다.
Figure PCTKR2015014214-appb-I000003
상기 구조는 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 인접한 치환기는 서로 결합하여, 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체는 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2015014214-appb-I000004
화학식 1에 있어서,
Z 및 점선 호(dashed arc)는 M과 함께 5- 또는 6-원 고리를 완성하는데 필수적인 2개 또는 3개의 원자 및 결합을 나타내고,
A는 각각 수소 또는 치환체를 나타내며,
B는 각각 Z 원자상의 독립적으로 선택된 치환체이거나, 2 이상의 치환체가 서로 결합하여, 치환 또는 비치환된 고리를 형성하고,
j는 0 내지 3이고,
k는 1 또는 2이며,
M은 알칼리금속 또는 알칼리 토금속이고,
X는 N 또는 O이며,
m 및 n은 착체 상에 중성 전하를 제공하도록 선택되는 독립적으로 선택된 정수이다.
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; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 상기 치환체란 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상이 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기 및 헵틸기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 특히 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등이 있으나, 이를 한정하지 않는다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 -NH2; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 아릴아민기; 및 헤테로아릴아민기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 바이페닐아민기, 안트라세닐아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 디페닐아민기, 페닐나프틸아민기, 디톨릴아민기, 페닐톨릴아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 25인 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, 트리페닐레닐기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure PCTKR2015014214-appb-I000005
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 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. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로고리기의 예로는 싸이오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조싸이오펜기, 디벤조싸이오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 헤테로고리기는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있다.
2 이상의 치환체가 서로 결합하여, 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 경우, 상기 2 이상의 치환체는 서로 인접하여 구비된다.
본 명세서에 있어서, "인접한"의 의미는 해당 치환체가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환체, 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 가깝게 위치한 치환체, 또는 해당 치환체가 치환된 원자에 치환된 다른 치환체를 의미할 수 있다. 예컨대, 벤젠고리에서 오르토(ortho)위치로 치환된 2개의 치환기 및 지방족 고리에서 동일 탄소에 치환된 2개의 치환체는 서로 "인접한" 기로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 상기 2 이상의 치환체가 서로 결합하여 형성된 고리 구조로는 방향족 고리, 지방족고리 등이 있을 수 있으며, 단환 또는 다환일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체는 하기 화학식 1-a 또는 1-b로 표시된다.
[화학식 1-a]
Figure PCTKR2015014214-appb-I000006
[화학식 1-b]
Figure PCTKR2015014214-appb-I000007
화학식 1-a 및 1-b에 있어서,
M, m 및 n의 정의는 전술한 바와 동일하고,
a 및 b는 각각 1 내지 3의 정수이며,
a 및 b가 2 이상인 경우, 2 이상의 괄호 내 구조는 서로 같거나 상이하고,
Ra, Rb 및 Y1 내지 Y3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 치환체이거나, 2 이상의 치환체가 서로 결합하여, 치환 또는 비치환된 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체는 하기 화학식 1-1 내지 1-26 중 어느 하나로 표시된다.
Figure PCTKR2015014214-appb-I000008
Figure PCTKR2015014214-appb-I000009
Figure PCTKR2015014214-appb-I000010
상기 Ph는 페닐기를 의미하고, Me는 메틸기를 의미하며, t-Bu는 t 부틸기를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층 중 발광층과 인접한 유기물층의 LUMO 에너지 준위와 발광층의 LUMO 에너지 준위의 차이는 1 eV 이하이다.
구체적으로 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층 중 발광층과 인접한 유기물층의 LUMO 에너지 준위와 발광층의 LUMO 에너지 준위의 차이는 0 eV 이상 1 eV 이하이다.
상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층 중 발광층과 인접한 유기물층의 LUMO 에너지 준위와 발광층의 LUMO 에너지 준위의 차이는 1 eV를 초과하는 경우에는 캐소드로부터 발광층으로의 전자의 이동이 적체되어 소자에 무리를 주게되어 수명면에서 불리하다. 따라서, 본 명세서의 일 실시상태와 같이, 상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층 중 발광층과 인접한 유기물층의 LUMO 에너지 준위와 발광층의 LUMO 에너지 준위의 차이는 1 eV 이하인 경우 전자의 이동이 용이하여, 소자의 효율면에서 유리할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 에너지 준위는 에너지의 크기를 의미하는 것이다. 따라서, 진공준위로부터 마이너스(-) 방향으로 에너지 준위가 표시되는 경우에도, 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, HOMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최고 점유 분자 오비탈(highest occupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다. 또한, LUMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최저 비점유 분자 오비탈(lowest unoccupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다.
본 명세서에서 HOMO 에너지 준위의 측정은 박막 표면에 UV를 조사하고, 이때 튀어나오는 전자(electron)를 검출하여 물질의 이온화 전위(ionization potential)을 측정하는 UPS(UV photoelectron spectroscopy)를 이용할 수 있다. 또는, HOMO 에너지 준위의 측정은 측정 대상 물질을 전해액과 함께 용매에 녹인 후 전압 주사(voltage sweep) 을 통하여 산화 전위(oxidation potential)을 측정하는 CV(cyclic voltammetry)를 이용할 수 있다. 또한, AC-3(RKI사)의 기계를 이용하여, 대기중에서 이온화 전위(ionization potentioal)를 측정하는 PYSA(Photoemission Yield Spectrometer in Air)방법을 이용할 수 있다.
구체적으로 본 명세서의 HOMO 에너지 준위는 ITO 기판상에 대상 물질을 50 nm 이상의 두께로 진공 증착한 후, AC-3(RKI사) 측정기를 통하여 측정하였다. 또한, LUMO에너지 준위는 상기 제조된 샘플의 흡수스펙트럼 (abs.)과 광발광 스펙트럼(PL)을 측정한 후, 각 스펙트럼 엣지 에너지를 계산하여 그 차이를 밴드갭(Eg)으로 보고, AC-3에서 측정한 HOMO 에너지 준위에서 밴드갭 차이를 뺀 값으로 LUMO 에너지 준위를 계산하였다.
본 명세서에서 LUMO 에너지 준위는 IPES(Inverse Photoelectron Spectroscopy) 또는 전기화학적 환원 전위(electrochemical reduction potential)의 측정을 통하여 구할 수 있다. IPES는 전자빔(electron beam)을 박막에 조사하고, 이 때 나오는 빛을 측정하여 LUMO 에너지 준위를 결정하는 방법이다. 또한, 전기화학적 환원 전위의 측정은 측정 대상 물질을 전해액과 함께 용매에 녹인 후 전압 주사(voltage sweep)을 통하여 환원 전위(reduction potential)을 측정할 수 있다. 또는, HOMO 에너지 준위와 대상 물질의 UV 흡수 정도를 측정하여 얻은 일중항 에너지 준위를 이용하여 LUMO 에너지 준위를 계산할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 인광성 도펀트를 포함한다. 상기와 같이, 인광성 도펀트를 사용하는 경우에는 형광성 도펀트만을 포함한 경우보다 발광 효율 면에서 증가하나, 내구성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 다만, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 도킹된 후의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트의 값이 6 debye 내지 13 debye인 유기물층을 포함하는 경우에는 전자의 수송이 원활하게 이루어지므로 내구성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 높은 효율 및 장수명의 소자를 제공할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 2층 이상의 발광층을 포함할 수 있다. 상기 2층 이상의 발광층은 서로 접하여 구비될 수도 있으며, 두 층의 발광층 사이에 추가의 유기물층을 포함하여 구비될 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 2 이상의 발광층을 포함하고, 상기 2 이상의 발광층 중 인접하는 2개의 발광층 사이에 전하발생층을 포함하며, 상기 전하발생층은 n형 유기물층 및 p형 유기물층을 포함할 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 전하발생층에 포함되는 n형 유기물층과 상기 p형 유기물층은 NP 접합한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 p형 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 전자저지층 및 발광층으로 이루어진 군에서 선택되고, n형 유기물층은 전자수송층, 전자주입층, 정공저지층 및 발광층으로 이루어진 군에서 선택된다.
본 명세서에서, n형이란 n형 반도체 특성을 의미한다. 다시 말하면, n형이란 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 준위를 통하여 전자를 주입받거나 수송하는 특성이며, 이는 전자의 이동도가 정공의 이동도 보다 큰 물질의 특성으로서 정의할 수 있다. 반대로, p형이란 p형 반도체 특성을 의미한다. 다시 말하면, p형은 HOMO(highest occupied molecular orbital) 에너지 준위를 통하여 정공을 주입받거나 수송하는 특성이며, 이는 정공의 이동도가 전자의 이동도보다 큰 물질의 특성으로서 정의될 수 있다. 본 명세서에 있어서, n형 특성을 갖는 화합물 또는 유기물층은 n형 화합물 또는 n형 유기물층으로 언급될 수 있다. 또한, p형 특성을 갖는 화합물 또는 유기물층은 p형 화합물 또는 p형 유기물층으로 언급될 수 있다. 또한, n형 도핑은 n형 특성을 갖도록 도핑되었다는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 전하발생층이란 외부 전압의 인가 없이 전하를 발생하는 층으로, 2 층 이상의 발광층 중 인접한 발광층 사이에서 전하를 발생함으로써 유기 발광 소자에 포함된 2개 이상의 발광층이 발광할 수 있도록 한다.
본 명세서에서 상기 NP 접합이란 n 형 유기물층인 제2 전자수송층과 p형 유기물층이 물리적으로 접촉하는 것뿐 아니라, 정공 및 전자의 발생과 수송이 용이하게 진행될 수 있는 상호 작용을 의미할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따라, NP 접합이 형성되면, 외부의 전압이나 광원에 의하여 정공이나 전자의 형성이 용이할 수 있다. 따라서, 정공의 주입을 위한 구동 전압의 상승을 방지할 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 2층 이상의 발광층 중 적어도 2층의 광발광 스펙트럼의 피크 파장은 서로 동일하거나 상이하다.
본 명세서에서 피크 파장은 스펙트럼 분포의 최대치에서의 파장을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 2층 이상의 발광층 중 적어도 2층의 광발광 스펙트럼의 피크 파장은 서로 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 2층 이상의 발광층 중 적어도 하나는 인광성 도펀트를 포함하고, 적어도 하나는 형광성 도펀트를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태와 같이, 상기 서로 상이한 2층 이상의 발광층을 포함하여, 청색 형광, 녹색 인광, 적색 인광의 적층; 청색 형광, 녹황색 인광의 적층으로 백색 발광 소자를 제조할 수 있다. 구체저으로 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 형광발광층 및/또는 인광발광층을 포함할 수 있다.
예컨대, 청색의 경우, 광발광 스펙트럼의 피크 파장은 400 nm 내지 500 nm 이고, 녹색의 경우, 광발광 스펙트럼의 피크 파장은 510 nm 내지 580 nm 이며, 적색의 경우, 광발광스펙트럼의 피크 파장은 610 nm 내지 680 nm 으로, 당업자는 서로 상이한 피크 파장을 갖는 발광층을 필요에 따라 1층 또는 2층 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
본 명세서에서 상기 인광성 도펀트 및 형광성 도펀트는 당업계에서 일반적으로 사용되는 도펀트를 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층 상에 구비되는 제1 발광층; 및 상기 제1 발광층 상에 구비되는 제2 발광층을 포함한다.
이 경우, 상기 제1 발광층 및 상기 제2 발광층은 서로 접하여 구비될 수 있으며, 상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층 사이에 추가의 유기물층이 구비될 수 있다.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층 상의 일부에 구비되는 제1 발광층; 및 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층 상의 나머지 일부에 구비되는 제2 발광층을 포함한다.
이 경우, 상기 제1 발광층과 상기 제2 발광층은 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층의 동일한 면에 나란히 구비될 수 있다. 하나의 실시상태에 있어서, 제1 발광층의 일측면과 상기 제2 발광층의 일측면이 서로 접하여 구비될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 나란히 구비된 제1 발광층과 상기 제2 발광층은 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층의 동일한 면에 접하여 구비될 수 있다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 나란히 구비된 제1 발광층과 상기 제2 발광층과 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층 사이에 추가의 층이 구비될 수 있다. 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 추가의 층은 정공차단층 및/또는 전자수송층일 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자의 구조는 도 1 내지 3에 나타난 것도 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 기판(101) 위에 애노드(201), 정공 수송층(301), 발광층(401), 전자수송층(501) 및 캐소드(601)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 도 1에서 상기 전자수송층(501)에는 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층일 수 있다.
도 2에는 기판(101) 위에 애노드(201), 정공 수송층(301), 제2 발광층(402), 제1 발광층(403), 전자수송층(501) 및 캐소드(601)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 도 2에서 상기 전자수송층(501)에는 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층일 수 있으며, 상기 제2 발광층(402) 및 제1 발광층(403)은 서로 접하여 구비될 수 있고, 추가의 유기물층을 포함할 수 있으며, 제3의 발광층을 더 포함할 수도 있다.
도 3에는 기판(101) 위에 애노드(201), 정공 수송층(301)이 구비되고, 상기 정공수송층(301) 상에 제2 발광층(402) 및 제1 발광층(403)이 구비되며, 상기 제1 발광층(403) 및 제2 발광층(402) 상에 전자수송층(501) 및 캐소드(601)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 도 3에서 상기 전자수송층(501)에는 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층일 수 있다.
상기 도 1 내지 3은 본 명세서의 실시상태에 따른 예시적인 구조이며, 다른 유기물층을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층은 전자수송층(501) 대신에 정공차단층일 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 정공 주입층, 정공 수송층, 전자수송층, 전자주입층, 전자차단층 및 정공 차단층으로 이루어진 군에서 선택되는 1 층 또는 2 층 이상을 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자는 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하고, 상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 유기물층을 1층 이상 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자는 기판 상에 애노드, 유기물층 및 캐소드를 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 애노드를 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 전자차단층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 캐소드로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 캐소드 물질부터 유기물층, 애노드 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 애노드 물질부터 유기물층, 캐소드 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자의 유기물층은 1층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다.
상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
상기 애노드 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 애노드 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 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](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 캐소드 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 캐소드 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 정공 주입 물질로는 전극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 애노드에서의 정공 주입효과, 발광층 또는 발광재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 여기자의 전자주입층 또는 전자주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 애노드 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 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 한정 되는 것은 아니다.
상기 정공수송층은 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층으로, 정공 수송 물질로는 애노드나 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 발광 물질로는 정공 수송층과 전자수송층으로부터 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.
상기 발광층은 호스트 재료 및 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 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.
상기 형광 발광층은 호스트 물질로 디스티릴아릴렌(distyrylarylene; DSA), 디스티릴아릴렌 유도체, 디스티릴벤젠(distyrylbenzene; DSB), 디스티릴벤젠 유도체, DPVBi (4,4'-bis(2,2'-diphenyl vinyl) -1,1'-biphenyl), DPVBi 유도체, 스피로-DPVBi 및 스피로-6P로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상이 선택된다.
상기 형광 발광층은 도펀트 물질로 스티릴아민(styrylamine)계, 페릴렌(pherylene)계 및 DSBP(distyrylbiphenyl)계로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상이 선택된다.
상기 전자주입층은 전극으로부터 전자를 주입하는 층으로, 전자를 수송하는 능력을 갖고, 캐소드로부터의 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 정공 차단층은 정공의 캐소드 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 명세서에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
또한, 본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 하부 전극이 애노드이고 상부전극이 캐소드인 정구조(normal type)일 수 있고, 하부전극이 캐소드이고 상부전극이 애노드인 역구조(inverted type)일 수도 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 구조는 유기 태양 전지, 유기 감광체, 유기 트랜지스터 등을 비롯한 유기 전자 소자에서도 유기 발광 소자에 적용되는 것과 유사한 원리로 작용할 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[실험예 1-1 내지 실험예 1-10]
하기 화학식 ST1 내지 ST9로 표시되는 헤테로원자를 포함하는 화합물의 리튬 퀴놀레이트(LiQ, Lithium Quinolate)와 도킹하기 전과 후의 쌍극자 모멘트를 계산한 결과와 하기 화학식 ST10으로 표시되는 헤테로원자를 포함하는 화합물의 리튬 하이드라이드(LiH, Lithium Hydride)와 도킹하기 전과 후의 쌍극자 모멘트를 계산한 결과를 표 1에 기재하였다.
[비교예 1-1 내지 비교예 1-7]
하기 화학식 ET1, ET2 및 ET5 내지 ET7로 표시되는 헤테로원자를 포함하는 화합물의 리튬 퀴놀레이트(LiQ, Lithium Quinolate)와 도킹하기 전과 후의 쌍극자 모멘트를 측정한 결과와 하기 화학식 ET3 및 ET4로 표시되는 헤테로원자를 포함하는 화합물의 리튬 하이드라이드(LiH, Lithium Hydride)와 도킹하기 전과 후의 쌍극자 모멘트를 측정한 결과를 표 1에 기재하였다.
Figure PCTKR2015014214-appb-I000011
Figure PCTKR2015014214-appb-I000012
화학식 도킹 전 쌍극자모멘트 도킹 후 쌍극자 모멘트 도킹 전 쌍극자 모멘트- 도킹 후 쌍극자 모멘트의 절대값
ST1 1.62 9.09 7.47
ST2 4.97 12.07 7.1
ST3 1.34 7.19 5.85
ST4 4.1 11.3 7.2
ST5 0.22 6.51 6.29
ST6 3.28 10.35 7.07
ST7 5.4 9.85 4.45
ST8 3.7 7.13 3.43
ST9 1.76 6.5 4.74
ST10 3.58 8.81 5.23
ET1 0.41 5.93 5.52
ET2 0.16 4.93 4.77
ET3 4.95 3.48 1.47
ET4 4.84 3.6 1.24
ET5 6.41 13.71 7.3
ET6 6.66 8.28 1.62
ET7 7.01 9.34 2.33
[실험예 2-1]
ITO(indium tin oxide)가 500Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀리포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
상기와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 화학식 [HAT]을 50Å의 두께로 열진공증착하여 정공 주입층을 형성하였다. 상기 정공 주입층 위에 하기 화학식 [NPB]를 1100Å의 두께로 진공 증착하여 정공수송층을 형성하였다. 상기 정공 수송층 위에 하기 화학식 [HT-A]를 200 Å의 두께로 진공 증착하여 전자차단층을 형성하였다.
이어서, 상기 전자 차단층 위에 막 두께 350Å으로 하기 화학식 [BH]와 [BD]를 25:1의 중량비로 진공증착하여 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 상기 화학식 ST1 및 하기 화학식 [LiQ] 를 1:1 중량비로 진공증착하여 200Å의 두께로 전자수송층을 형성하였다. 상기 전자수송층 위에 1,000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 캐소드를 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 ~ 0.9 Å/sec를 유지하였고, 캐소드의 리튬플루오라이드는 0.3 Å/sec, 알루미늄은 2 Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 1 × 10-7 ~ 5 × 10-8 torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
Figure PCTKR2015014214-appb-I000013
[실험예 2-2]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST2]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 2-3]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST3]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[ 실험예 2-4]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST4]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 2-5]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST5]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 2-6]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST6]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 2-7]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST7]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 2-8]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST8]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 2-9]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST9]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 2-10]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST10]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 2-1]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET1]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 2-2]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET2]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 2-3]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET3]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 2-4]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET4]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 2-5]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET5]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 2-6]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET6]을 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 2-7]
상기 [실험예 2-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET7]을 사용한 것을 제외하고는 [실험예 2-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
전술한 방법으로 제조한 유기 발광 소자를 10 mA/cm2 의 전류밀도에서 구동전압과 발광 효율을 측정하였고, 20 mA/cm2 의 전류밀도에서 초기 휘도 대비 90%가 되는 시간(T90)을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
전압 (V) 효율 (Cd/A) 색좌표 (x,y) 수명(h)T90 at 20mA/cm2
실험예 2-1 4.32 6.42 (0.138, 0.112) 157
실험예 2-2 3.92 6.95 (0.138, 0.111) 170
실험예 2-3 4.06 6.71 (0.138, 0.112) 152
실험예 2-4 4.05 6.75 (0.138, 0.110) 152
실험예 2-5 4.22 6.53 (0.138, 0.110) 192
실험예 2-6 4.38 6.53 (0.138, 0.112) 157
실험예 2-7 4.05 6.75 (0.138, 0.110) 187
실험예 2-8 4.51 6.22 (0.138, 0.112) 171
실험예 2-9 4.38 6.53 (0.138, 0.113) 181
실험예 2-10 4.32 6.42 (0.138, 0.112) 157
비교예 2-1 5.1 4.42 (0.138, 0.114) 92
비교예 2-2 5.12 4.32 (0.138, 0.115) 53
비교예 2-3 4.75 5.32 (0.138, 0.115) 112
비교예 2-4 4.88 5.29 (0.138, 0.114) 132
비교예 2-5 5.22 5.3 (0.137, 0.113) 93
비교예 2-6 4.68 5.91 (0.136, 0.111) 149
비교예 2-7 4.66 5.89 (0.137, 0.114) 144
상기 표 2의 결과로 보아, 도킹된 후의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트의 값이 6 debye 내지 13 debye인 유기물층을 포함하는 경우가, 도킹된 후의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트의 값이 6 debye 미만 13 debye 를 초과하는 경우보다 낮은 구동전압 및 높은 효율을 갖는 것을 확인할 수 있다.
[실험예 3-1]
ITO(indium tin oxide)가 1,500 Å두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀리포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
상기와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에 상기 화학식 [HAT]을 500Å의 두께로 열진공증착하여 정공 주입층을 형성하였다.
상기 정공 주입층 위에 상기 구조의 [NPB]화합물을 400Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
이어서, 상기 정공 수송층 위에 막 두께 300Å으로 위에 하기 화학식 [H1]의 화합물을 Ir(ppy)3 도펀트와 10% 농도로 진공증착 하여 발광층을 형성하였다.
Figure PCTKR2015014214-appb-I000014
상기 발광층 위에 아래와 같은 전자 수송 물질을 200Å의 두께로 진공 증착하여 전자 주입 및 수송층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 상기 화학식 ST1 및 상기 화학식 [LiQ] 를 1:1 중량비로 진공증착하여 200Å의 두께로 전자수송층을 형성하였다. 상기 전자수송층 위에 1,000 Å두께로 알루미늄을 증착하여 캐소드를 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 ~ 0.7Å/sec를 유지하였고, 캐소드의 리튬플루오라이드는 0.3 Å/sec, 알루미늄은 2 Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2× 10-7 ~ 5 × 10-8 torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 3-2]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST2]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 3-3]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST3]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 3-4]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST4]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 3-5]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST5]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 3-6]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST6]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 3-7]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST7]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[ 실험예 3-8]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST8]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 3-9]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST9]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[실험예 3-10]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ST10]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 3-1]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET1]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 3-2]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET2]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 3-3]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET3]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 3-4]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET4]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 3-5]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET5]를 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 3-6]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET6]을 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 3-7]
상기 [실험예 3-1]의 [화학식 ST1] 대신 [ET7]을 사용한 것을 제외하고는 [실험예 3-1]과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
전술한 방법으로 제조한 유기 발광 소자를 10 mA/cm2 의 전류밀도에서 구동전압과 발광 효율을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
전압 (V) 효율 (Cd/A) 색좌표 (x,y)
실험예 3-1 3.43 43.72 (0.368, 0.632)
실험예 3-2 3.32 42.95 (0.368, 0.610)
실험예 3-3 3.53 41.15 (0.365, 0.619)
실험예 3-4 3.41 45.15 (0.365, 0.621)
실험예 3-5 3.82 46.8 (0.368, 0.612)
실험예 3-6 3.54 44.5 (0.378, 0.617)
실험예 3-7 3.77 41.2 (0.372, 0.623)
실험예 3-8 3.72 45.9 (0.378, 0.613)
실험예 3-9 3.86 43.3 (0.368, 0.622)
실험예 3-10 3.68 46.5 (0.378, 0.611)
비교예 3-1 4.64 38.9 (0.369, 0.611)
비교예 3-2 4.59 35.15 (0.366, 0.601)
비교예 3-3 4.76 36.27 (0.368, 0.626)
비교예 3-4 4.81 36.25 (0.366, 0.613)
비교예 3-5 4.86 36.27 (0.365, 0.618)
비교예 3-6 4.07 40.22 (0.364, 0.611)
비교예 3-7 4.1 41.35 (0.365, 0.618)
상기 표 3의 결과로 보아, 도킹된 후의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트의 값이 6 debye 내지 13 debye인 유기물층을 포함하는 경우가, 도킹된 후의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트의 값이 6 debye 미만 13 debye 를 초과하는 경우보다 낮은 구동전압 및 높은 효율을 갖는 것을 확인할 수 있다.

Claims (15)

  1. 캐소드;
    애노드;
    상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비된 발광층; 및
    상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
    상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 유기물층 중 1층 이상은 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하며,
    상기 헤테로원자를 포함하는 화합물의 헤테로원자 중 적어도 하나와 상기 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체는 서로 도킹하고,
    상기 도킹되기 전의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트 값은 6 debye 미만이며,
    상기 도킹된 후의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트의 값은 6 debye 내지 13 debye인 것인 유기 발광 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광층은 인광성 도펀트를 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층은 전자주입층, 전자수송층 및 정공차단층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상인 유기 발광 소자.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 도킹된 후의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트 값과 도킹하기 전의 헤테로원자를 포함하는 화합물의 쌍극자 모멘트 값의 차이가 3 debye 이상인 것인 유기 발광 소자.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층은 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물과 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 1:9 내지 9:1의 중량비로 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층 중 발광층과 인접한 유기물층의 LUMO 에너지 준위와 발광층의 LUMO 에너지 준위의 차이는 1 eV 이하인 것인 유기 발광 소자.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤테로원자를 포함하는 화합물은 N 원자를 1 또는 2 이상 포함하는 화합물인 것인 유기 발광 소자.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 헤테로원자를 포함하는 화합물은 하기 구조 중 어느 하나를 포함하는 것인 유기 발광 소자:
    Figure PCTKR2015014214-appb-I000015
    상기 구조는 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 인접한 치환기는 서로 결합하여, 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있다.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체는 하기 화학식 1로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2015014214-appb-I000016
    화학식 1에 있어서,
    Z 및 점선 호(dashed arc)는 M과 함께 5-원 또는 6-원 고리를 완성하는데 필수적인 2개 또는 3개의 원자 및 결합을 나타내고,
    A는 각각 수소 또는 치환체를 나타내며,
    B는 각각 Z 원자상의 독립적으로 선택된 치환체이거나, 2 이상의 치환체가 서로 결합하여, 치환 또는 비치환된 고리를 형성하고,
    j는 0 내지 3이고,
    k는 1 또는 2이며,
    M은 알칼리금속 또는 알칼리 토금속이고,
    X는 N 또는 O이며,
    m 및 n은 착체 상에 중성 전하를 제공하도록 선택되는 독립적으로 선택된 정수이다.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는 2층 이상의 발광층을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 2층 이상의 발광층 중 적어도 2층의 광발광 스펙트럼의 피크 파장은 서로 상이한 것인 유기 발광 소자.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 2층 이상의 발광층 중 적어도 하나는 인광성 도펀트를 포함하고,
    적어도 하나는 형광성 도펀트를 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층 상에 구비되는 제1 발광층; 및
    상기 제1 발광층 상에 구비되는 제2 발광층을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는 상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층 상의 일부에 구비되는 제1 발광층; 및
    상기 헤테로원자를 포함하는 화합물; 및 알칼리금속 복합체 또는 알칼리토금속 복합체를 포함하는 유기물층 상의 나머지 일부에 구비되는 제2 발광층을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는 정공주입층, 정공수송층. 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
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