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KR102269131B1 - 화합물 및 이를 포함한 유기 발광 소자 - Google Patents

화합물 및 이를 포함한 유기 발광 소자 Download PDF

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KR102269131B1
KR102269131B1 KR1020130076597A KR20130076597A KR102269131B1 KR 102269131 B1 KR102269131 B1 KR 102269131B1 KR 1020130076597 A KR1020130076597 A KR 1020130076597A KR 20130076597 A KR20130076597 A KR 20130076597A KR 102269131 B1 KR102269131 B1 KR 102269131B1
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정혜진
박준하
김종우
임진오
한상현
정은재
김수연
이종혁
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Abstract

하기 화학식 1, 2, 또는 3의 화합물 및 이를 포함한 유기 발광 소자가 개시된다.
상기 화학식 1, 2, 3에 대한 내용은 상세한 설명을 참고한다.

Description

화합물 및 이를 포함한 유기 발광 소자{Compound and organic light emitting device comprising same}
화합물 및 이를 포함한 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자(organic light emitting diode)는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있다.
일반적인 유기 발광 소자는 기판 상부에 애노드가 형성되어 있고, 이 애노드 상부에 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 캐소드가 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가질 수 있다. 여기에서 정공수송층, 발광층 및 전자수송층은 유기화합물로 이루어진 유기 박막들이다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 유기 발광 소자의 구동 원리는 다음과 같다.
상기 애노드 및 캐소드간에 전압을 인가하면, 애노드로부터 주입된 정공은 정공수송층을 경유하여 발광층으로 이동하고, 캐소드로부터 주입된 전자는 전자수송층을 경유하여 발광층으로 이동한다. 상기 정공 및 전자와 같은 캐리어들은 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성한다. 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저상태로 변하면서 광이 생성된다.
종래의 유기 단분자 물질에 비하여 우수한 전기적인 안정성, 높은 전하 수송 능력 또는 발광 능력을 가지며 유리 전이 온도가 높고 결정화를 방지할 수 있는 재료에 대한 요구가 계속 있다.
우수한 전기적 특성, 높은 전하수송능력 및 발광능력을 가지며 유리 전이온도가 높고 결정화를 방지할 수 있는 재료로서 적색, 녹색, 청색, 흰색 등의 모든 칼라의 형광과 인광 소자에 적합한 재료 및, 이를 포함하는 고효율, 저전압, 고휘도, 장수명의 유기 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, 하기 화학식 1, 화학식 2, 또는 화학식 3로 표시되는 화합물이 제공된다:
<화학식 1>
Figure 112013059048789-pat00001
<화학식 2>
Figure 112013059048789-pat00002
<화학식 3>
Figure 112013059048789-pat00003
상기 화학식 1, 2, 및 3 중,
R1 1-R1 16, R2 1-R2 18, 및 R3 1-R3 14 　는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 니트로, 시아노, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 60의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 40의 아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 헤테로 아릴기, 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기를 나타내며,　
상기 R1 1-R1 16 중 적어도 하나, R2 1-R2 18 중 적어도 하나, 및 R3 1-R3 14 　　중 적어도 하나는　1개 이상의 L을 포함한다(L=
Figure 112013059048789-pat00004
이고, R0에 대한 정의는 상기 R1 1-R1 16, R2 1-R2 18, 및 R3 1-R3 14에 대한 정의와 동일하다).
본 발명의 다른 측면에 따라, 제 1 전극; 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 개재된 유기층을 구비한 유기 발광 소자로서, 상기 유기층이 상기 화합물을 포함하는 유기 발광 소자가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 상기 유기 발광 소자를 구비하고, 상기 유기 발광 소자의 제 1 전극이 박막 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극과 전기적으로 연결된 평판 표시 장치가 제공된다.
상기 화학식 1을 갖는 화합물은 적색, 녹색, 청색, 흰색 등의 모든 칼라의 형광과 인광 소자에 적합한 발광 재료로 유용하다. 이를 이용하면 고효율, 저전압, 고휘도, 장수명의 유기 전계 발광 소자를 제작할 수 있다.
도 1은 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 화합물은 하기 화학식 1, 화학식 2, 또는 화학식 3으로 표시된다:
<화학식 1>
Figure 112013059048789-pat00005
<화학식 2>
Figure 112013059048789-pat00006
<화학식 3>
Figure 112013059048789-pat00007
상기 화학식 1, 2, 및 3 중,
R1 1-R1 16, R2 1-R2 18, 및 R3 1-R3 14 　는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 니트로, 시아노, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 60의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 헤테로 아릴기, 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기를 나타내며,　
상기 R1 1-R1 16 중 적어도 하나, R2 1-R2 18 중 적어도 하나, 및 R3 1-R3 14는　중 적어도 하나는 1개 이상의 L을 포함한다(L=
Figure 112013059048789-pat00008
이고, R0에 대한 정의는 상기 R1 1-R1 16, R2 1-R2 18, 및 R3 1-R3 14에 대한 정의와 동일하다).
전계 발광 장치 (electroluminescent device)는 자발광형 표시소자로 시야각이 넓으며 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답시간이 빠르다는 장점을 가지고 있기 때문에 커다란 주목을 받고 있다. 이 유기 전계 발광 소자의 종류는 크게 발광층 (emitting layer)에 무기 화합물을 사용하는 무기 전계 발광 소자와 유기 화합물을 사용하는 유기 EL 소자가 있고, 이 중에서 특히 유기 EL 소자는 무기 전계 발광 소자에 비하여 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 점에서 많은 연구가 이루어지고 있다. 유기 전계 발광 소자는 일반적으로 애노드/유기 발광층/캐소드의 적층구조를 갖고, 상기 애노드와 발광층 사이 또는 발광층과 캐소드 사이에 정공주입층 및/또는 정공수송층 및 전자주입층을 더 적층하여 애노드/정공수송층/유기 발광층/캐소드, 애노드/정공수송층/유기 발광층/전자수송층/캐소드 등의 구조를 갖는다.
상기 유기발광층 재료로서 안트라센 유도체가 잘 알려져 있다. 예를 들면, 페닐안트라센의 2량체 또는 3량체의 화합물을 사용한 유기 발광 소자가 개시되어 있지만, 이 화합물을 이용한 소자는 공역계를 통해 연결된 안트라센을 2개 또는 3개 포함하고 있기 때문에 에너지 갭이 작아지고 청색발광의 색순도가 떨어지는 문제점이 있었다. 또한 이 화합물은 산화되기 쉬운 약점이 있어서 불순물이 생기기 쉬워 정제면에서 어려운 점이 있었다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 1,9-위치가 나프탈렌으로 치환된 안트라센 화합물이나, 페닐기의 m-위치에 아릴기가 치환된 디페닐안트라센 화합물을 이용한 유기 발광 소자가 알려져 있지만 발광효율이 낮은 단점이 있었다.
또한, 나프탈렌 치환된 모노안트라센 유도체를 사용한 유기 발광 소자가 개시되어 있지만, 발광효율이 1cd/A 정도로 낮아 실용적이지 못했다. 또한, 페닐안트라센 구조를 갖는 화합물을 사용한 유기 발광 소자가 개시되어 있지만, 이 화합물은 m-위치가 아릴기로 치환되어 있기 때문에 내열성은 우수하나 발광효율 특성이 2cd/A 정도로 낮아 만족할 만한 수준에 이르지 못하여 개선의 여지가 많다.
청색 발광 물질로서 중심부는 디페닐안트라센 구조를 가지며 아릴기가 말단에 치환된 청색 발광 화합물 및 이를 이용한 유기 발광 소자가 개시되어 있지만 발광효율 및 휘도가 충분하지 않다는 문제점이 있었다. 한편, 치환된 피렌계 화합물을 이용한 유기 발광 소자가 개시되어 있으나, 청색의 색순도가 낮아서 진한 청색(deep blue)의 구현이 어렵기 때문에 천연색의 풀컬러 디스플레이를 구현하는데 문제점이 있다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1, 2, 3의 화합물들은 유기 발광 소자용 발광 재료로서의 기능을 가진다. 또한 화학식 1, 2, 3의 화합물은 헤테로고리의 도입으로 유리 전이 온도(Tg)나 융점이 높다. 따라서 전계 발광시에 있어서의 유기층 중, 유기층 사이 내지는, 유기층과 금속전극간에서 발생하는 줄 열에 대한 내열성 및 고온 환경 하에서의 내성이 증가된다. 본　발명의 일 구현예에 따른 화합물을 이용하여 제조된 유기 전계 발광 소자는 보존시 및 구동시 내구성이 높다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화학식 4 내지 7로 표현될 수 있다:
<화학식 4>
Figure 112013059048789-pat00009
<화학식 5>
Figure 112013059048789-pat00010
<화학식 6>
Figure 112013059048789-pat00011
<화학식 7>
Figure 112013059048789-pat00012
상기 화학식 4 내지 7 중,
R1 1-R1 16 는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 니트로, 시아노, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 60의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 헤테로 아릴기, 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기를 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 2는 하기 화학식 8 또는 9로 표현될 수 있다:
<화학식 8>
Figure 112013059048789-pat00013
<화학식 9>
Figure 112013059048789-pat00014
상기 화학식 8 및 9 중,
R2 1-R2 18 는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 니트로, 시아노, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 60의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 헤테로 아릴기, 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기를 나타낸다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 3은 하기 화학식 10 또는 11로 표현될 수 있다:
<화학식 10>
Figure 112013059048789-pat00015
<화학식 11>
Figure 112013059048789-pat00016
상기 화학식 10 및 11 중,
R3 1-R3 14 　는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 니트로, 시아노, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 60의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 헤테로 아릴기, 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기를 나타낸다.
상기 화학식 1 내지 화학식 11의 화합물에서 치환기에 대해 좀 더 구체적으로 서술한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1의 R1 1, R1 2, R1 8, R1 9, R1 10, R1 11, R1 16, 화학식 2의 R2 1, R2 2, R2 8, R2 9, R2 10, R2 11, R2 17, R2 18 및 화학식 3의 R3 1, R3 6, R3 7, R3 8, R3 13, R3 14 은 각각 독립적으로 수소 또는 중수소일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 4 및 5에서 R1 1 내지 R1 10, R1 15, 및 상기 화학식 6 및 7에서 R1 1 내지 R1 4, R1 6 내지 R1 11, R1 15는 각각 독립적으로 수소 또는 중수소일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 8 및 9에서, R2 1 내지 R2 10, R2 16, R2 17는 각각 독립적으로 수소 또는 중수소 일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 10 및 11에서, R3 1 내지 R3 8, R3 13 은 각각 독립적으로 수소 또는 중수소 일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1, 2, 및 3 중, R1 1-R1 16, R2 1-R2 18, R3 1-R3 14 　및 R0, 상기 화학식 4 및 화학식 5의 R1 13, R1 16, 화학식 6 및 화학식 7의 R1 5, R1 16, 화학식 8 및 화학식 9의 R2 13, R2 18, 화학식 10 및 화학식 11의 R3 11, R3 14가 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 트리할로메틸기, 또는 하기 화학식 2a 내지 2c 중 어느 하나일 수 있다:
Figure 112013059048789-pat00017
상기 화학식 식에서 R51, R52, R53, Z1은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 축합 다환기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기로 치환된 아미노기, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 하이드록시기 또는 카르복시기를 나타내고; p는 1 내지 5의 정수이고; *는 결합을 나타낸다.
이하, 본 명세서에서 사용되는 치환기들 중 대표적인 치환기의 정의를 살펴보면 다음과 같다 (치환기를 한정하는 탄소 수는 비제한적인 것으로서 치환기의 특성을 제한하지는 않으며, 본 명세서에서 언급하지 않은 치환기의 정의는 일반적인 정의에 따른다).
비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬기는 선형 및 분지형일 수 있으며, 이의 비제한적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노나닐, 도데실 등을 들 수 있고, 상기 알킬기 중 하나 이상의 수소 원자는 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시기, 탄소수 2 내지 10의 알케닐기, 탄소수 2 내지 10의 알키닐기, 탄소수 6 내지 16의 아릴기, 또는 탄소수 2 내지 16의 헤테로아릴기로 치환될 수 있다.
비치환된 탄소수 2 내지 60의 알케닐기는 상기 비치환된 알킬기의 중간이나 맨 끝단에 하나 이상의 탄소 이중결합을 함유하고 있는 것을 의미한다. 예로서는 에테닐, 프로페닐, 부테닐 등이 있다. 이들 비치환된 알케닐기 중 적어도 하나 이상의 수소원자는 상술한 치환된 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
비치환된 탄소수 2 내지 60의 알키닐기는 상기 정의된 바와 같은 알킬기의 중간이나 맨 끝단에 하나 이상의 탄소 삼중결합을 함유하고 있는 것을 의미한다. 예로서는 아세틸렌, 프로필렌, 페닐아세틸렌, 나프틸아세틸렌, 이소프로필아세틸렌, t-부틸아세틸렌, 디페닐아세틸렌 등이 있다. 이들 알키닐기 중 적어도 하나 이상의 수소원자는 상술한 치환된 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
비치환된 탄소수 3 내지 60의 사이클로알킬기는 탄소 수 3 내지 60의 고리 형태의 알킬기를 의미하며, 상기 사이클로알킬기 중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 탄소수 1 내지 60의 알킬기의 치환기와 동일한 치환기로 치환 가능하다.
탄소수 1 내지 60의 비치환된 알콕시기란 -OA(여기서, A는 상술한 바와 같은 비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬기임)의 구조를 갖는 그룹으로서, 이의 비제한적인 예로서, 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소프로필옥시, 부톡시, 펜톡시, 등을 들 수 있다. 이들 알콕시기 중 적어도 하나 이상의 수소원자는 상술한 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기는 하나 이상의 고리를 포함하는 카보사이클 방향족 시스템을 의미하며, 2 이상의 고리를 가질 수 경우, 서로 융합되거나, 단일 결합 등을 통하여 연결될 수 있다. 아릴이라는 용어는 페닐, 나프틸, 안트라세닐과 같은 방향족 시스템을 포함한다.　 또한, 상기 아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 탄소수 1 내지 60의 알킬기의 치환기와 동일한 치환기로 치환 가능하다.
치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기의 예로는 페닐기, 탄소수 1 내지 10의 알킬페닐기(예를 들면, 에틸페닐기), 비페닐기, 탄소수 1 내지 10의 알킬비페닐기, 탄소수 1 내지 10의 알콕시비페닐기, o-, m-, 및 p-토릴기, o-, m- 및 p-쿠메닐기, 메시틸기, 페녹시페닐기, (α,α-디메틸벤젠)페닐기, (N,N'-디메틸)아미노페닐기, (N,N'-디페닐)아미노페닐기, 펜타레닐기, 인데닐기, 나프틸기, 탄소수 1 내지 10의 알킬나프틸기(예를 들면, 메틸나프틸기), 탄소수 1 내지 10의 알콕시나프틸기(예를 들면, 메톡시나프틸기), 안트라세닐기, 아즈레닐기, 헵타레닐기, 아세나프틸레닐기, 페나레닐기, 플루오레닐기, 안트라퀴놀일기, 메틸안트릴기, 페난트릴기, 트리페닐렌기, 피레닐기, 크리세닐기, 에틸-크리세닐기, 피세닐기, 페릴레닐기, 펜타페닐기, 펜타세닐기, 테트라페닐레닐기, 헥사페닐기, 헥사세닐기, 루비세닐기, 코로네릴기, 트리나프틸레닐기, 헵타페닐기, 헵타세닐기, 피란트레닐기, 오바레닐기 등을 들 수 있다.
탄소수 2 내지 60의 비치환된 헤테로아릴기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 1, 2, 3 또는 4개의 헤테로 원자를 포함하고, 2 이상의 고리를 가질 경우, 이들은 서로 융합되거나, 단일 결합 등을 통하여 연결될 수 있다. 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기의 예에는, 피라졸일기, 이미다졸일기, 옥사졸일기, 티아졸일기, 트리아졸일기, 테트라졸일기, 옥사디아졸일기, 피리디닐기, 피리다지닐기, 피리미디닐기, 트리아지닐기, 카바졸일기, 인돌일기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 디벤조싸이오펜기 등을 들 수 있다.　 또한 상기 헤테로아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 탄소수 1 내지 60의 알킬기의 치환기와 동일한 치환기로 치환 가능하다.
탄소수 6 내지 60의 비치환된 아릴옥시기란 -OA1으로 표시되는 그룹으로서, 이 때 A1은 상기 탄소수 6 내지 60의 아릴기이다.　 상기 아릴옥시기의 예로는 페녹시기 등을 들 수 있다. 상기 아릴 옥시기 중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 탄소수 1 내지 60의 알킬기의 치환기와 동일한 치환기로 치환 가능하다.
탄소수 6 내지 60의 비치환된 아릴싸이오기는 -SA1으로 표시되는 그룹으로서, 이 때 A1은 상기 탄소수 6 내지 60의 아릴기이다.　 상기 아릴싸이오기의 예로는 벤젠싸이오기, 나프틸싸이오기 등을 들 수 있다. 상기 아릴싸이오기 중 하나 이상의 수소 원자는 상술한 탄소수 1 내지 60의 알킬기의 치환기와 동일한 치환기로 치환 가능하다.
비치환된 탄소수 6 내지 60의 축합 다환기란, 하나 이상의 방향족 고리 및/또는 하나 이상의 비방향족 고리가 서로 융합된 2 이상의 고리를 포함한 치환기 또는 고리내에 불포화기를 가지나 공액 구조를 가지지 못하는 치환기를 가리키는 것으로서, 상기 축합 다환기는 전체적으로는 방향성을 가지지 못한다는 점에서 아릴기 또는 헤테로아릴기와 구별된다.
본 발명의 상기 화학식 1, 2, 또는 3으로 표현되는 화합물의 구체적인 예로서, 하기 화합물을 들 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
Figure 112013059048789-pat00018
Figure 112013059048789-pat00019
Figure 112013059048789-pat00020
Figure 112013059048789-pat00021
본 발명의 다른 일 측면에 따른 유기 발광 소자는, 제 1 전극; 제 2 전극; 및 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 개재된 유기층을 구비한 유기 발광 소자로서, 상기 유기층은 상기 화학식 1 - 화학식 11 중 어느 하나로 표현되는 화합물을 포함한다.
상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층(이하, "H-기능층(H-functional layer)"이라 함), 버퍼층, 전자 저지층, 발광층, 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 전자 수송 기능 및 전자 주입 기능을 동시에 갖는 기능층(이하, "E-기능층(E-functional layer)"이라 함) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 유기층은 발광층, 전자 주입층, 전자 수송층, 또는 전자 주입 및 전자 수송기능을 동시에 갖는 기능층일 수 있으며, 예를 들어, 청색발광층, 또는 전자 주입층일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 유기층은 전자 주입층 , 전자 수송층, 전자 주입 및 전자 수송기능을 동시에 갖는 기능층, 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 또는 정공 주입 및 정공 수송기능을 동시에 갖는 기능층을 포함하고, 상기 발광층은 안트라센계 화합물, 아릴아민계 화합물 또는 스티릴계 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에 따르면, 상기 유기층은 전자 주입층, 전자 수송층, 전자 주입 및 전자 수송기능을 동시에 갖는 기능층, 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 또는 정공 주입 및 정공 수송기능을 동시에 갖는 기능층을 포함하고, 상기 발광층의 적색층, 녹색층, 청색층 또는 흰색층의 어느 한 층은 인광 화합물을 포함할 수 있으며, 상기 정공 주입층, 정공 수송층, 또는 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층은 전하 생성 물질을 포함할 수 있다. 한편, 상기 전하 생성 물질은 p-도펀트이고, 상기 p-도펀트는 퀴논 유도체, 금속 산화물 또는 시아노기-함유 화합물일 수 있다.
본 발명의 또다른 일 구현예에 따르면, 상기 유기층은 전자 수송층을 포함하고, 상기 전자 수송층은 전자 수송성 유기 화합물 및 금속 착체를 포함할 수 있다. 상기 금속 착체는 Li 착체일 수 있다.
본 명세서 중 "유기층"은 유기 발광 소자 중 제1전극과 제2전극 사이에 개재된 단일 및/또는 복수의 층을 가리키는 용어이다.
상기 유기층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층에 상기 화합물이 포함되어 있을 수 있다. 또는 상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층(이하, "H-기능층(H-functional layer)"이라 함) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층(이하, "H-기능층(H-functional layer)"이라 함) 중 적어도 하나에 상기 화합물이 포함되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자의 구조 및 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
기판(미도시)으로는, 통상적인 유기 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있는데, 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
상기 제1전극은 기판 상부에 제1전극용 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 제공함으로써 형성될 수 있다. 상기 제1전극이 애노드일 경우, 정공 주입이 용이하도록 제1전극용 물질은 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1전극은 반사형 전극 또는 투과형 전극일 수 있다. 제1전극용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 이용할 수 있다. 또는, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등을 이용하면, 상기 제1전극을 반사형 전극으로 형성할 수도 있다.
상기 제1전극은 단일층 또는 2 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극은 ITO/Ag/ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1전극 상부로는 유기층이 구비되어 있다.
상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 버퍼층(미도시), 발광층, 전자 수송층 또는 전자 주입층 등을 포함할 수 있다.
정공 주입층(HIL)은 상기 제1전극 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
진공 증착법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 정공 주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적으로 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성 등에 따라 다르지만, 예를 들면, 증착온도 약 100 내지 약 500℃, 진공도 약 10-8 내지 약 10-3torr, 증착 속도 약 0.01 내지 약 100Å/sec의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
스핀 코팅법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 코팅 조건은 정공주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성에 따라 상이하지만, 약 2000rpm 내지 약 5000rpm의 코팅 속도, 코팅 후 용매 제거를 위한 열처리 온도는 약 80℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
정공 주입 물질로는 공지된 정공 주입 물질을 사용할 수 있는데, 공지된 정공 주입 물질로는, 예를 들면, N,N'-디페닐-N,N'-비스-[4-(페닐-m-톨일-아미노)-페닐]-비페닐-4,4'-디아민(N,N'-diphenyl-N,N'-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4'-diamine: DNTPD), 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, m-MTDATA [4,4',4''-tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine], NPB(N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)), TDATA, 2-TNATA, Pani/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonicacid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트))등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
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Figure 112013059048789-pat00024
상기 정공 주입층의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 상기 정공 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없이 만족스러운 정도의 정공 주입 특성을 얻을 수 있다.
다음으로 상기 정공 주입층 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 정공 수송층(HTL)을 형성할 수 있다. 진공 증착법 및 스핀 팅법에 의하여 정공 수송층을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
정공 수송 물질로는 공지된 정공 수송 물질을 사용할 수 있다. 공지된 정공 수송 재료로는, 예를 들어, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), TCTA(4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine)), NPB(N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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Figure 112013059048789-pat00026
상기 정공 수송층의 두께는 약 50Å 내지 약 2000Å, 예를 들면 약 100Å 내지 약 1500Å일 수 있다. 상기 정공 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
상기 H-기능층(정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층)에는 상술한 바와 같은 정공 주입층 물질 및 정공 수송층 물질 중에서 1 이상의 물질이 포함될 수 있으며, 상기 H-기능층의 두께는 약 500Å 내지 약 10000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 상기 H-기능층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없이 만족스러운 정도의 정공 주입 및 수성 특성을 얻을 수 있다.
한편, 상기 정공 주입층, 정공 수송층 및 H-기능층 중 적어도 한 층은 하기 화학식 300으로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 350으로 표시되는 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
<화학식 300>
Figure 112013059048789-pat00027
<화학식 350>
Figure 112013059048789-pat00028
상기 화학식 300 및 350 중, Ar11, Ar12, Ar21 및 Ar22는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴렌기이다.
상기 화학식 300 중, 상기 e 및 f는 서로 독립적으로 0 내지 5의 정수, 또는 0, 1 또는 2일 수 있다. 예를 들어, 상기 e는 1이고, f는 0일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 300 및 350 중, R51 내지 R58, R61 내지 R69 및 R71 및 R72는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C60알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C60알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C60알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C60시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴옥시기, 또는 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴싸이오기일 수 있다. 예를 들어, 상기 R51 내지 R58, R61 내지 R69 및 R71 및 R72은 서로 독립적으로, 수소; 중수소; 할로겐 원자; 히드록실기; 시아노기; 니트로기; 아미노기; 아미디노기; 히드라진; 히드라존; 카르복실기나 이의 염; 술폰산기나 이의 염; 인산이나 이의 염; C1-C10알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기 등); C1-C10알콕시기(예를 들면, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 펜톡시기 등); 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염 및 인산이나 이의 염 중 하나 이상으로 치환된 C1-C10알킬기 및 C1-C10알콕시기; 페닐기; 나프틸기; 안트릴기; 플루오레닐기; 파이레닐기; 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, C1-C10알킬기 및 C1-C10알콕시기 중 하나 이상으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 플루오레닐기 및 파이레닐기; 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 300 중, R59는, 페닐기; 나프틸기; 안트릴기; 바이페닐기; 피리딜기; 및 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, 치환 또는 비치환된 C1-C20알킬기, 및 치환 또는 비치환된 C1-C20알콕시기 중 하나 이상으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 바이페닐기 및 피리딜기; 중 하나일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 300으로 표시되는 화합물은 하기 화학식 300A로 표시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
<화학식 300A>
Figure 112013059048789-pat00029
상기 화학식 300A 중, R51, R61, R62 및 R59에 대한 상세한 설명은 상술한 바를 참조한다.
예를 들어, 상기 정공 주입층, 정공 수송층 및 H-기능층 중 적어도 한 층은 하기 화합물 301 내지 320 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112013059048789-pat00030
Figure 112013059048789-pat00031
상기 정공 주입층, 정공 수송층 및 H-기능층 중 적어도 하나는, 상술한 바와 같은 공지된 정공 주입 물질, 공지된 정공 수송 물질 및/또는 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 물질 외에, 막의 도전성 등을 향상시키기 위하여 전하-생성 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 전하-생성 물질은 예를 들면, p-도펀트일 수 있다. 상기 p-도펀트는 퀴논 유도체, 금속 산화물 또는 시아노기-함유 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 p-도펀트의 비제한적인 예로는, 테트라사이아노퀴논다이메테인(TCNQ) 및 2,3,5,6-테트라플루오로-테트라사이아노-1,4-벤조퀴논다이메테인(F4-TCNQ) 등과 같은 퀴논 유도체; 텅스텐 산화물 및 몰리브덴 산화물 등과 같은 금속 산화물; 및 하기 화합물 200 등과 같은 시아노기-함유 화합물 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<화합물 200> <F4-TCNQ>
Figure 112013059048789-pat00032
Figure 112013059048789-pat00033
상기 정공 주입층, 상기 정공 수송층 또는 상기 H-기능층이 상기 전하-생성 물질을 더 포함할 경우, 상기 전하-생성 물질은 정공 주입층, 상기 정공 수송층 또는 상기 H-기능층 중에 균일하게(homogeneous) 분산되거나, 또는 불균일하게 분포될 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다.
상기 정공 주입층, 정공 수송층 및 H-기능층 중 적어도 하나와 상기 발광층 사이에는 버퍼층이 개재될 수 있다. 상기 버퍼층은 발광층에서 방출되는 광의 파장에 따른 광학적 공진 거리를 보상하여 효율을 증가시키는 역할을 수 있다. 상기 버퍼층은 공지된 정공 주입 재료, 정공 수송 재료를 포함할 수 있다. 또는, 상기 버퍼층은 버퍼층 하부에 형성된 상기 정공 주입층, 정공 수송층 및 H-기능층에 포함된 물질 중 하나와 동일한 물질을 포함할 수 있다.
이어서, 정공 수송층, H-기능층 또는 버퍼층 상부에 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 발광층(EML)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 발광층을 형성하는 경우, 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
상기 발광층은 본 발명의 일 구현예에 따른 화합물 또는 공지된 다양한 공지의 호스트 및 도펀트를 이용하여 형성할 수 있다. 상기 도펀트의 경우, 공지의 형광 도펀트 및 공지의 인광 도펀트를 모두 사용할 수 있다.
예를 들어, 공지의 호스트로서, Alq3, CBP(4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐), PVK(폴리(n-비닐카바졸)), 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센(ADN), TCTA, TPBI(1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene)), TBADN(3-tert-부틸-9,10-디(나프트-2-일) 안트라센), E3, DSA(디스티릴아릴렌), dmCBP(하기 화학식 참조), 하기 화합물 501 내지 509 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112013059048789-pat00034
Figure 112013059048789-pat00035
Figure 112013059048789-pat00036
Figure 112013059048789-pat00037
Figure 112013059048789-pat00038
PVK ADN
Figure 112013059048789-pat00039
Figure 112013059048789-pat00040
Figure 112013059048789-pat00041
Figure 112013059048789-pat00042
또는, 상기 호스트로서, 하기 화학식 400으로 표시되는 안트라센계 화합물을 사용할 수 있다:
<화학식 400>
Figure 112013059048789-pat00043
상기 화학식 400 중, Ar111 및 Ar112는 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴렌기이고; 상기 Ar113 내지 Ar116은 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C1-C10알킬기 또는 치환 또는 비치환된 C5-C60아릴기이고; g, h, i 및 j는 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수일 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 400 중, Ar111 및 Ar112는 페닐렌기, 나프틸렌기, 페난트레닐렌기 또는 파이레닐렌기; 또는 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기 중 하나 이상으로 치환된 페닐렌기, 나프틸렌기, 페난트레닐렌기, 플루오레닐기, 또는 파이레닐렌기일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 400 중 g, h, i 및 j는 서로 독립적으로, 0, 1 또는 2일 수 있다.
상기 화학식 400 중, Ar113 내지 Ar116은 서로 독립적으로, 페닐기, 나프틸기 및 안트릴기 중 하나 이상으로 치환된 C1-C10알킬기; 페닐기; 나프틸기; 안트릴기; 파이레닐기; 페난트레닐기; 플루오레닐기; 중수소, 할로겐 원자, 히드록실기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 이의 염, 술폰산기나 이의 염, 인산이나 이의 염, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C1-C60알콕시기, 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 파이레닐기, 페난트레닐기 및 플루오레닐기 중 하나 이상으로 치환된 페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 파이레닐기, 페난트레닐기 및 플루오레닐기; 및
Figure 112013059048789-pat00044
중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 화학식 400으로 표시된 안트라센계 화합물은 하기 화합물들 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112013059048789-pat00045
Figure 112013059048789-pat00046
Figure 112013059048789-pat00047
Figure 112013059048789-pat00048
Figure 112013059048789-pat00049
또는, 상기 호스트로서, 하기 화학식 401으로 표시되는 안트라센계 화합물을 사용할 수 있다:
<화학식 401>
Figure 112013059048789-pat00050
상기 화학식 401 중 Ar122 내지 Ar125에 대한 상세한 설명은 상기 화학식 400의 Ar113에 대한 설명을 참조한다.
상기 화학식 401 중 Ar126 및 Ar127은 서로 독립적으로, C1-C10알킬기(예를 들면, 메틸기, 에틸기 또는 프로필기)일 수 있다.
상기 화학식 401 중 k 및 l은 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수일 수 있다. 예를 들어, 상기 k 및 l은 0, 1 또는 2일 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 401로 표시된 안트라센계 화합물은 하기 화합물들 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112013059048789-pat00051
상기 유기 발광 소자가 풀 컬러 유기 발광 소자일 경우, 발광층은 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층으로 패터닝될 수 있다.
한편, 상기 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층 중 적어도 하나는 하나는 하기 도펀트를 포함할 수 있다(ppy = 페닐피리딘)
예를 들어, 청색 도펀트로서는 하기 화합물들 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112013059048789-pat00052
Figure 112013059048789-pat00053
Figure 112013059048789-pat00054
Figure 112013059048789-pat00055
Figure 112013059048789-pat00056
Figure 112013059048789-pat00057
DPAVBi
Figure 112013059048789-pat00058
TBPe
예를 들어, 적색 도펀트로서는 하기 화합물들 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112013059048789-pat00059
Figure 112013059048789-pat00060
Figure 112013059048789-pat00061
Figure 112013059048789-pat00062
예를 들어, 녹색 도펀트로서는 하기 화합물들 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112013059048789-pat00063
Figure 112013059048789-pat00064
한편, 상기 발광층에 포함될 수 있는 도펀트는 후술하는 바와 같은 Pd-착체 또는 Pt-착체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112013059048789-pat00065
Figure 112013059048789-pat00066
Figure 112013059048789-pat00067
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Figure 112013059048789-pat00069
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Figure 112013059048789-pat00072
Figure 112013059048789-pat00073
또한, 상기 발광층에 포함될 수 있는 도펀트는 후술하는 바와 같은 Os-착체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure 112013059048789-pat00074
상기 발광층이 호스트 및 도펀트를 포함할 경우, 도펀트의 함량은 통상적으로 호스트 약 100 중량부를 기준으로 하여 약 0.01 내지 약 15 중량부의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 200Å 내지 약 600Å일 수 있다. 상기 발광층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 발광 특성을 나타낼 수 있다.
다음으로 발광층 상부에 전자 수송층(ETL)을 진공증착법, 또는 스핀코팅법, 캐스트법 등의 다양한 방법을 이용하여 형성한다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 전자 수송층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
상기 전자 수송층 재료로는 전자주입전극(Cathode)로부터 주입된 전자를 안정하게 수송하는 기능을 하는 것으로서 공지의 전자 수송 물질을 이용할 수 있다.
공지의 전자 수송 물질의 예로는, 퀴놀린 유도체, 특히 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), TAZ, Balq, 베릴륨 비스(벤조퀴놀리-10-노에이트)(beryllium bis(benzoquinolin-10-olate: Bebq2), ADN, 화합물 201, 화합물 202 등과 같은 재료를 사용할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112013059048789-pat00075
Figure 112013059048789-pat00076
<화합물 201> <화합물 202>
Figure 112013059048789-pat00077
Figure 112013059048789-pat00078
Figure 112013059048789-pat00079
BCP
상기 전자 수송층의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 상기 전자 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
또는, 상기 전자 수송층은 전자 수송성 유기 화합물 외에, 금속-함유 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 금속-함유 물질은 Li 착체를 포함할 수 있다. 상기 Li 착체의 비제한적인 예로는, 리튬 퀴놀레이트(LiQ) 또는 하기 화합물 203 등을 들 수 있다:
<화합물 203>
Figure 112013059048789-pat00080
또한 전자 수송층 상부에 음극으로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질인 전자 주입층(EIL)이 적층될 수 있으며 이는 특별히 재료를 제한하지 않는다.
상기 전자 주입층 형성 재료로는 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 등과 같은 전자 주입층 형성 재료로서 공지된 임의의 물질을 이용할 수 있다. 상기 전자 주입층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
상기 전자 주입층의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 상기 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
이와 같은 유기층 상부로는 제2전극이 구비되어 있다. 상기 제2전극은 전자 주입 전극인 캐소드(Cathode)일 수 있는데, 이 때, 상기 제2전극 형성용 금속으로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적인 예로서는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag)등을 박막으로 형성하여 투과형 전극을 얻을 수 있다. 한편, 전면 발광 소자를 얻기 위하여 ITO, IZO를 이용한 투과형 전극을 형성할 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다.
이상, 상기 유기 발광 소자를 도 1을 참조하여 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 발광층에 인광 도펀트를 사용할 경우에는 삼중항 여기자 또는 정공이 전자 수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여, 상기 전자 수송층과 발광층 사이 또는 E-기능층과 발광층 사이에에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 정공 저지층(HBL)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 정공 저지층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 될 수 있다. 공지의 정공 저지 재료도 사용할 수 있는데, 이의 예로는, 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체 등을 들 수 있다. 예를 들면, 하기와 같은 BCP를 정공 저지층 재료로 사용할 수 있다.
Figure 112013059048789-pat00081
상기 정공 저지층의 두께는 약 20Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 30Å 내지 약 300Å일 수 있다. 상기 정공저지층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 정공 저지 특성을 얻을 수 있다.
본 발명을 따르는 유기 발광 소자는 다양한 형태의 평판 표시 장치, 예를 들면 수동 매트릭스 유기 발광 표시 장치 및 능동 매트릭스 유기 발광 표시 장치에 구비될 수 있다. 특히, 능동 매트릭스 유기 발광 표시 장치에 구비되는 경우, 기판 측에 구비된 제 1 전극은 화소 전극으로서 박막 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 유기 발광 소자는 양면으로 화면을 표시할 수 있는 평판 표시 장치에 구비될 수 있다.
또한 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 유기층은 본 발명의 일 구현에에 따른 화합물을 사용하여 증착 방법으로 형성될 수 있거나, 또는 용액으로 제조된 본 발명의 일 구현에에 따른 화합물을 코팅하는 습식 방법으로도 형성될 수 있다.
이하에서, 합성예 및 실시예를 들어, 본 발명의 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자에 대하여 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명이 하기의 합성예 및 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
합성예 1. 화합물 1의 합성
Figure 112013059048789-pat00082
중간체 I-1의 합성
2-브로모-1-아이오도-4-메톡시벤젠 3.13 g (10 mmol), 1-나프톨 1.58 g (11 mmol), 팔라듐 아세테이트 0.112 g (0.5 mmol), 트리페닐포스핀 0.651 g (2.0 mmol) 및 세슘카보네이트 13 g (40 mmol)을 DMF 60 mL에 녹인 후, 140℃에서 24시간 동안 교반하였다. 상기 반응 용액을 실온으로 식힌 후 물 60 mL를 가하고 에틸에테르 60 mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 I-1 1.64 g (수율 66%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C17H12O2: calc. 248.08, found 248.10
중간체 I-2의 합성
중간체 I-1 1.64 g (6.6 mmol)을 MC 60 mL에 녹인 후 -78℃ 에서 BBr3 0.93 mL (9.9 mmol)를 천천히 적가한다. 상기 반응용액을 상온으로 올려주고 24 시간 동안 실온에서 교반하였다. 반응이 종결된 후, MeOH 15 mL와 H2O 30 mL를 첨가하고 MC 30 mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 I-2 1.41 g (수율 91%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C16H10O2: calc. 234.07, found 234.11
중간체 I-3의 합성
중간체 I-2 1.41 g (6.0 mmol)을 톨루엔 20 mL, 30% 포타슘포스페이트 20 mL에 녹인 후, 0℃에서 트리플로로메탄설포닉 무수물 2.03 g (7.2 mmol)을 천천히 적가한다. 상기 반응용액을 상온으로 올려주고 3시간 교반한 후, 물 30 mL를 가하고 에틸에테르 30 mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 I-3 1.63 g (수율 81%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C17H9F3O4S: calc. 336.02, found 336.0
화합물 1의 합성
중간체 I-3 1.63 g (4.4 mmol), 중간체 I-4 1.89 g (4.4 mmol), Pd(PPh3)4(테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐) 0.25 g (0.22 mmol) 및 포타슘포스페이트 1.40 g (6.6 mmol)을 THF 용액 50 mL에 녹인 후, 70℃에서 6시간 동안 교반하였다. 상기 반응 용액을 실온으로 식힌 후 물 40 mL를 가하고 에틸에테르 40 mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 화합물 1 1.95 g (수율 85%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C40H24O: calc. 520.18, found 520.21
합성예 2. 화합물 5의 합성
화합물 1의 합성과 동일한 방법으로, 2-브로모-1-아이오도-4-메톡시벤젠 대신 2-브로모아이오도벤젠, 1-나프톨 대신 4-메톡시-1-나프톨을 사용하여 화합물 5 1.88 g (수율 82%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C40H24O: calc. 520.18, found 520.20
합성예 3. 화합물 12의 합성
Figure 112013059048789-pat00083
중간체 I-5의 합성
2-브로모-4-클로로-1-아이오도벤젠 3.17 g (10 mmol), 5-메톡시-1-나프톨 1.92 g (11 mmol), 팔라듐 아세테이트 0.112 g (0.5 mmol), 트리페닐포스핀 0.651 g (2.0 mmol) 및 세슘카보네이트 13 g (40 mmol)을 DMF 60 mL에 녹인 후, 140℃에서 24시간 동안 교반하였다. 상기 반응 용액을 실온으로 식힌 후 물 60 mL를 가하고 에틸에테르 60 mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 I-5 1.64 g (수율 58%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C17H11C1O2: calc. 282.04, found 282.01
중간체 I-6의 합성
중간체 I-5 1.64 g (5.8 mmol)을 MC 60 mL에 녹인 후 -78℃ 에서 BBr3 0.82 mL (8.7 mmol)를 천천히 적가한다. 상기 반응용액을 상온으로 올려주고 24 시간 동안 실온에서 교반하였다. 반응이 종결된 후, MeOH 15 mL와 H2O 30 mL를 첨가하고 MC 30 mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 I-6 1.43 g (수율 92%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C16H9C1O2: calc. 268.03, found 268.01
중간체 I-7의 합성
중간체 I-6 1.43 g (5.3 mmol)을 톨루엔 20 mL, 30% 포타슘포스페이트 20 mL에 녹인 후, 0℃에서 트리플로로메탄설포닉 무수물 1.79 g (6.4 mmol)을 천천히 적가한다. 상기 반응용액을 상온으로 올려주고 3시간 교반한 후, 물 30 mL를 가하고 에틸에테르 30 mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 I-7 1.70 g (수율 80%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C17H8ClF3O4S: calc. 399.98, found 400.01
중간체 I-8 합성
중간체 I-7 1.70g (4.2 mmol), 팔라듐 아세테이트 4.7 mg (0.021 mmol), K4[Fe(CN)6]`3 H2O 0.39 g (0.92 mmol), 포타슘카보네이트 0.58 g (4.2 mmol), H2O/1,4-다이옥산 (1:1) 20 mL에 녹인 후, 140 ℃ 에서 10시간 동안 교반하였다. 반응액을 상온으로 식힌 후, 물 30 mL 와 디에틸에테르 30 mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 I-8 0.96 g (수율 82%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C17H8ClNO: calc. 277.03, found 277.01
화합물 12의 합성
중간체 I-8 0.96 g (3.4 mmol), 중간체 I-4 1.46 g (3.4 mmol), Pd2(dba)3 0.046 g (0.05 mmol), PtBu3 0.02 g (0.1 mmol), 및 세슘카보네이트 1.66 g (5.1 mmol)을 1,4-다이옥산 용액 30 mL에 녹인 후, 90℃에서 20시간 동안 교반하였다. 상기 반응 용액을 실온으로 식힌 후 물 40 mL를 가하고 에틸에테르 40 mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 화합물 12 1.54 g (수율 83%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C41H23NO: calc. 545.18, found 545.20
합성예 4. 화합물 15의 합성
Figure 112013059048789-pat00084
화합물 1의 합성과 동일한 방법으로, 2-브로모-1-아이오도-4-메톡시벤젠 대신 1-브로모-2-아이오도-4-메톡시벤젠, 중간체 I-4 대신 중간체 I-9를 사용하여 화합물 15 2.28 g (수율 85%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C46H28O: calc. 596.21, found 596.18
합성예 5. 화합물 59의 합성
Figure 112013059048789-pat00085
중간체 I-10의 합성
중간체 I-5 1.70 g (4.2 mmol), 팔라듐 아세테이트 19 mg (0.084 mmol), Xphos 60 mg (0.13 mmol), K4[Fe(CN)6]`3 H2O 0.44 g (1.05 mmol), 포타슘카보네이트 0.58 g (4.2 mmol), H2O/1,4-다이옥산 (1:1) 20 mL에 녹인 후, 120 ℃ 에서 10시간 동안 교반하였다. 반응액을 상온으로 식힌 후, 물 30 mL 와 디에틸에테르 30 mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 I-10 0.99 g (수율 86%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C18H11NO2: calc. 273.08, found 273.11
중간체 I-11의 합성
중간체 I-10 0.99 g (3.6 mmol)을 MC 20 mL에 녹인 후 -78℃ 에서 BBr3 0.51 mL (5.4 mmol)를 천천히 적가한다. 상기 반응용액을 상온으로 올려주고 24 시간 동안 실온에서 교반하였다. 반응이 종결된 후, MeOH 10 mL와 H2O 20 mL를 첨가하고 MC 20 mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 I-11 0.87 g (수율 93%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C17H9NO2: calc. 259.06, found 259.10
중간체 I-12의 합성
중간체 I-6 0.87 g (3.3 mmol)을 톨루엔 10 mL, 30% 포타슘포스페이트 10 mL에 녹인 후, 0℃에서 트리플로로메탄설포닉 무수물 1.09 g (3.9 mmol)을 천천히 적가한다. 상기 반응용액을 상온으로 올려주고 3시간 교반한 후, 물 20 mL를 가하고 에틸에테르 20 mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 I-12 1.06 g (수율 82%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C18H8F3NO4S: calc. 391.01, found 391.05
화합물 59의 합성
중간체 I-12 1.06 g (2.7 mmol), 중간체 I-13 1.37 g (2.7 mmol), Pd(PPh3)4(테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐) 0.16 g (0.14 mmol) 및 포타슘포스페이트 0.87 g (4.1 mmol)을 THF 용액 40 mL에 녹인 후, 70℃에서 6시간 동안 교반하였다. 상기 반응 용액을 실온으로 식힌 후 물 30 mL를 가하고 에틸에테르 30 mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트로 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 화합물 59 1.04 g (수율 82%)을 얻었다. 생성된 화합물은 MS/FAB를 통해 확인하였다. C40H24O: calc. 621.21, found 621.24
상기 합성경로와 동일한 합성법을 사용하고, 적절한 중간체 물질을 이용하여 추가의 화합물들을 합성하였으며, 하기 표 1에 합성된 화합물들의 1H NMR 및 MS/FAB을 나타내었다.
표 1에 나타낸 화합물 이외의 다른 화합물들도 위의 합성 경로 및 원료 물질을 참조하여 기술 분야에 숙련된 이들이 그 합성 방법을 용이하게 인식할 수 있다.
화합물 1H NMR (CDCl3 , 400 MHz) MS/FAB
found calc.
1 d= 8.02-8.00 (dd, 1H), 7.94 (d, 2H), 7.84-7.82 (m, 2H), 7.80 (d, 1H), 7.78 (d, 1H), 7.76 (d, 1H), 7.73-7.69 (m, 2H), 7.60-7.57 (m, 3H), 7.55-7.51 (m, 2H), 7.47-7.44 (m, 1H), 7.38-7.29 (m, 6H), 7.08-7.04 (m, 1H), 7.02-7.00 (dd, 1H) 520.21 520.18
5 d= 8.12-8.10 (dd, 1H), 8.03-8.01 (dd, 1H), 7.85-7.80 (m, 5H), 7.73-7.69 (m, 2H), 7.64-7.62 (m, 1H), 7.54-7.52 (dd, 1H), 7.46-7.44 (m, 1H), 7.40-7.38 (m, 1H), 7.35-7.30 (m, 6H), 7.25-7.21 (m, 2H), 7.12-7.09 (m, 2H), 7.03-7.01 (m, 1H) 520.20 520.18
7 d= 8.24-8.22 (m, 1H), 7.91 (t, 2H), 7.84-7.82 (m, 3H), 7.80 (d, 1H), 7.78 (d, 1H), 7.75 (d, 1H), 7.72-7.66 (m, 3H), 7.56-7.53 (m, 2H), 7.46-7.44 (dd, 1H), 7.37-7.26 (m, 7H), 7.02-6.99 (m, 1H), 0.39 (s, 9H) 592.22 592.19
10 d= 8.21-8.19 (m, 1H), 7.99-7.92 (m, 3H), 7.85-7.82 (m, 2H), 7.81 (d, 1H), 7.79 (d, 1H), 7.77 (d, 1H), 7.72-7.69 (m, 2H), 7.58-7.51 (m, 3H), 7.46-7.44 (dd, 1H), 7.37-7.28 (m, 6H), 7.04-7.01 (m, 1H), 6.99-6.98 (dd, 1H) 601.21 601.24
12 d= 8.08-8.04 (m, 2H), 7.95-7.90 (m, 2H), 7.84-7.81 (m, 2H), 7.80 (d, 1H), 7.77 (d, 1H), 7.76-7.74 (m, 2H), 7.73-7.69 (m, 3H), 7.55-7.52 (dd, 1H), 7.47-7.45 (dd, 1H), 7.36-7.27 (m, 6H), 7.10-7.08 (dd, 1H), 7.01-6.99 (m, 1H) 545.20 545.18
15 d= 8.34-8.33 (dd, 1H), 8.19-8.16 (m, 1H), 8.04-8.01 (m, 2H), 7.93-7.91 (d, 1H), 7.83 (d, 1H), 7.81 (d, 1H), 7.71-7.68 (m, 5H), 7.60-7.57 (m, 3H), 7.50-7.45 (m, 3H), 7.40-7.35 (m, 4H), 7.32-7.28 (m, 3H), 7.06-7.01 (m, 3H) 596.23 596.21
18 d= 8.18-8.16 (dd, 1H), 8.09-8.08 (dd, 1H), 8.03-8.01 (m, 2H), 7.94-7.92 (d, 1H), 7.84-7.79 (m, 4H), 7.72-67 (m, 3H), 7.65-7.63 (m, 1H), 7.50-7.45 (m, 2H), 7.41-7.31 (m, 7H), 7.25-7.21 (m, 2H), 7.15-7.10 (m, 2H), 7.07-7.03 (m, 2H) 596.25 596.21
21 d= 8.41-8.39 (m, 1H), 8.30-8.28 (m, 1H), 8.15-8.14 (dd, 1H), 8.08-8.07 (dd, 1H), 7.93-7.91 (m, 1H), 7.85-7.80 (m, 5H), 7.75-7.70 (m, 2H), 7.62 (t, 1H), 7.40-7.24 (m, 10H), 7.13-7.09 (m, 3H), 7.06-7.03 (m, 1H) 597.26 597.21
25 d= 8.21 (d, 1H), 8.10-8.08 (dd, 1H), 7.88 (d, 1H), 7.82-7.80 (m, 2H), 7.69-7.67 (dd, 1H), 7.65-7.56 (m, 4H), 7.54-7.49 (m, 2H), 7.45-7.43 (m, 1H), 7.35-7.32 (tt, 1H), 7.29-7.21 (m, 3H), 7.11-7.09 (tt, 1H), 7.06-7.01 (m, 4H), 470.20 470.17
26 d= 8.13-8.11 (dd, 1H), 8.00-7.98 (m, 1H), 7.82-7.80 (m, 1H), 7.70-7.67 (m, 2H), 7.66-7.55 (m, 6H), 7.51-7.48 (m, 2H), 7.44-7.42 (dd, 1H), 7.33-7.21 (m, 3H), 7.12-7.10 (dd, 1H), 7.07-7.03 (m, 3H) 538.19 538.15
28 d= 8.05-8.01 (m, 1H), 7.97-7.96 (m, 2H), 7.92-7.89 (m, 1H), 7.78-7.76 (m, 1H), 7.70 (s, 2H), 7.63-7.55 (m, 12H), 7.51-7.48 (m, 2H), 7.39-7.38 (m, 1H), 7.31-7.22 (m, 11H), 7.04-7.00 (m, 2H), 6.98-6.96 (m, 1H) 728.23 728.25
31 d= 8.04-8.01 (m, 3H), 7.97-7.96 (m, 2H), 7.91-7.89 (m, 1H), 7.72-7.68 (m, 2H), 7.65-7.64 (m, 2H), 7.61-7.57 (m, 4H), 7.53-7.45 (m, 4H), 7.41-7.35 (m, 3H), 7.06-7.03 (m, 4H), 7.00-6.97 (m, 1H) 546.18 546.20
38 d= 8.23-8.20 (m, 2H), 8.05-8.02 (m, 2H), 7.98-7.96 (m, 2H), 7.91-7.89 (m, 1H), 7.73-7.70 (m, 1H), 7.64-7.63 (m, 2H), 7.59-7.55 (m, 3H), 7.53-7.50 (m, 2H), 7.39 (t, 1H), 7.17-7.13 (tt, 1H), 7.06-6.99 (m, 4H) 636.18 636.15
42 d= 8.34-8.32 (m, 1H), 8.25-8.23 (dd, 1H), 8.13-8.11 (dd, 2H), 8.09-8.08 (m, 1H), 7.94-7.91 (m, 2H), 7.85-7.83 (m, 2H), 7.71 (d, 1H), 7.57-7.53 (m, 1H), 7.47-7.40 (m, 2H), 7.38-7.32 (m, 6H), 7.25-7.23 (m, 1H), 7.16-7.10 (m, 5H), 7.03-7.01 (m, 1H) 570.23 570.20
44 d= 8.33-8.32 (m, 1H), 8.23-8.21 (m, 1H), 8.14-8.13 (m, 2H), 8.12-8.11 (m, 1H), 8.03-8.01 (dd, 1H), 7.95-7.93 (m, 2H), 7.92-7.91 (m, 2H), 7.66-7.55 (m, 5H), 7.47-7.43 (m, 2H), 7.40-7.36 (m, 1H), 7.33-7.29 (m, 2H), 7.23-7.21 (dd, 1H), 7.16-7.09 (m, 5H) 570.25 570.20
48 d= 8.31 (d, 1H), 8.21-8.17 (m, 1H), 7.96-7.95 (m, 2H), 7.94-7.93 (m, 2H), 7.81 (d, 1H), 7.80-7.77 (m, 3H), 7.60-7.54 (m, 7H), 7.50-7.46 (m, 3H), 7.41-7.35 (m, 4H), 7.33-7.27 (m, 5H), 7.04-7.02 (m, 1H) 646.27 646.23
53 d= 8.41-8.39 (m, 1H), 8.26 (d, 1H), 8.13-8.11 (dd, 1H), 8.02-8.00 (dd, 2H), 7.95-7.91 (m, 3H), 7.83-7.80 (m, 3H), 7.70 (d, 1H), 7.57-7.53 (m, 1H), 7.42-7.33 (m, 10H), 7.26-7.23 (m, 2H), 7.13-7.07 (m, 3H), 7.01-6.99 (m, 1H) 647.25 647.22
57 d= 8.11-8.09 (m, 1H), 8.03-8.01 (m, 1H), 7.97-7.96 (dd, 2H), 7.83 (d, 1H), 7.81 (d, 1H), 7.79-7.77 (m, 2H), 7.69-7.63 (m, 2H), 7.60-7.58 (m, 2H), 7.57-7.56 (m, 2H), 7.54 (d, 1H), 7.50-7.46 (m, 4H), 7.41-7.29 (m, 6H), 7.09-7.05 (m, 2H), 6.99-6.96 (m, 1H) 596.20 596.21
59 d= 8.09-8.07 (dd, 1H), 8.06-8.04 (dd, 1H), 7.99-7.97 (m, 1H), 7.86-7.84 (m, 1H), 7.83-7.82 (dd, 1H), 7.81-7.80 (dd, 1H), 7.79-7.76 (m, 2H), 7.69-7.63 (m, 4H), 7.58-7.54 (m, 3H), 7.51-7.46 (m, 4H), 7.40-7.26 (m, 6H), 7.06-7.02 (m, 1H), 6.99-6.95 (m, 1H) 621.19 621.21
60 d= 8.24-8.22 (dd, 1H), 8.05-8.02 (m, 4H), 7.93-7.90 (m, 2H), 7.83 (d, 1H), 7.81 (d, 1H), 7.79-7.76 (m, 3H), 7.71-7.68 (m, 3H), 7.64-7.60 (m, 1H), 7.48-7.45 (m, 2H), 7.41-7.28 (m, 6H), 7.23 (d, 1H), 7.04-6.96 (m, 2H) 621.26 621.21
65 d= 8.45-8.44 (dd, 1H), 8.32-8.30 (m, 1H), 8.19 (d, 1H), 8.02-7.90 (m, 5H), 7.85-7.82 (m, 5H), 7.80-7.76 (m, 3H), 7.67-7.60 (m, 3H), 7.48-7.32 (m, 10H), 7.09-7.06 (tt, 1H), 7.01-6.99 (dd, 1H) 673.27 673.24
실시예 1
애노드는 코닝(corning) 15Ω/cm2 (1200Å)ITO 유리 기판을 50mm x 50mm x 0.7mm크기로 잘라서 이소프로필 알코올과 순수를 이용하여 각 5분 동안 초음파 세정한 후, 30분 동안 자외선을 조사하고 오존에 노출시켜 세정하고 진공증착장치에 이 유리기판을 설치하였다.
상기 기판 상부에 우선 정공주입층으로서 공지의 물질인 2-TNATA를 진공 증착하여 600Å 두께로 형성한 후, 이어서 정공수송성 화합물로서 정공수송 물질인 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(이하, NPB)을 300Å의 두께로 　진공 증착하여 정공수송층을 형성하였다.　　　　　　　　　　　　　
상기 정공수송층 상부에 공지의 청색 형광 호스트로 화합물 1과 청색 형광 도펀트로 공지의　화합물인　4,4'-bis[2-(4-(N,N-diphenylamino)phenyl)vinyl]biphenyl 이하, DPAVBi)를　중량비 98 : 2로 동시 증착하여 300Å의 두께로 발광층을 형성하였다. 　　　　　
Figure 112013059048789-pat00086
이어서 상기 발광층 상부에 전자수송층으로 Alq3를 300Å의 두께로 증착한 후, 이 전자수송층 상부에 할로겐화 알칼리금속인 LiF를 전자주입층으로 10Å의 두께로 증착하고, Al를 3000Å(음극 전극)의 두께로 진공 증착하여 LiF/Al 전극을 형성함으로써 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
　이 소자는 전류밀도 50mA/㎠에서 구동전압 5.12V, 발광 휘도 3,535cd/㎡이고, 발광 효율은 7.07cd/A이고 반감 수명(hr @100㎃/㎠)은 295시간을 나타내었다.
실시예 2
발광층 형성시 상기 화합물 1 대신 화합물 7을 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
　이 소자는 전류밀도 50mA/㎠에서 구동전압 5.21V, 발광 휘도 3,620cd/㎡이고, 발광 효율은 7.24cd/A이고 반감 수명(hr @100㎃/㎠)은 308시간을 나타내었다.
실시예 3
발광층 형성시 상기 화합물 1 대신 공지의 화합물 9,10-di-naphthalene-2-yl-anthracene (이하, DNA)를 사용하고, 전자 수송층으로 Alq3 대신 화합물 12를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
　이 소자는 전류밀도 50mA/㎠에서 구동전압 5.37V, 발광 휘도 3,725cd/㎡이고, 발광 효율은 7.45cd/A이고 반감 수명(hr @100㎃/㎠)은 378시간을 나타내었다.
실시예 4
발광층 형성시 상기 화합물 1 대신 화합물 18을　이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
　이 소자는 전류밀도 50mA/㎠에서 구동전압 5.17V, 발광 휘도 3,575cd/㎡이고, 발광 효율은 7.15cd/A이고 반감 수명(hr @100㎃/㎠)은 324시간을 나타내었다.
실시예 5
발광층 형성시 상기 화합물 1 대신 화합물 25을　이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
　이 소자는 전류밀도 50mA/㎠에서 구동전압 5.26V, 발광 휘도 3,380cd/㎡이고, 발광 효율은 6.76cd/A이고 반감 수명(hr @100㎃/㎠)은 276시간을 나타내었다.
실시예 6
발광층 형성시 상기 화합물 1 대신 화합물 31을 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
　이 소자는 전류밀도 50mA/㎠에서 구동전압 5.29V, 발광 휘도 3,455cd/㎡이고, 발광 효율은 6.91cd/A이고 반감 수명(hr @100㎃/㎠)은 295시간을 나타내었다.
실시예 7
발광층 형성시 상기 화합물 1 대신 화합물 42을　이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
　이 소자는 전류밀도 50mA/㎠에서 구동전압 5.33V, 발광 휘도 3,665cd/㎡이고, 발광 효율은 7.33cd/A이고 반감 수명(hr @100㎃/㎠)은 276시간을 나타내었다.
실시예 8
발광층 형성시 상기 화합물 1 대신 화합물 53을　이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
이 소자는 전류밀도 50mA/㎠에서 구동전압 5.25V, 발광 휘도 3,645cd/㎡이고, 발광 효율은 7.28cd/A이고 반감 수명(hr @100㎃/㎠)은 283시간을 나타내었다.
실시예 9
전자수송층 형성시 상기 화합물 12 대신 화합물 60을　이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
이 소자는 전류밀도 50mA/㎠에서 구동전압 5.34V, 발광 휘도 3,790cd/㎡이고, 발광 효율은 7.58cd/A이고 반감 수명(hr @100㎃/㎠)은 385시간을 나타내었다.
비교예 1
발광층 형성시 상기 화합물 1　대신 공지의 청색 형광 호스트인 DNA를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
Figure 112013059048789-pat00087
본 발명에 의한 화학식 1-3의 구조를 가지는 화합물들을 청색 발광층의 호스트 재료로 사용한 결과, 모두가 공지의 물질인　DNA와 비교해서 구동전압이 대폭 개선되고 효율이 향상된 우수한 I-V-L 특성을 나타내었고, 특히 수명개선 효과가 탁월하여 수명이 대폭 향상되는 결과를 나타내었다. 대표 특성 및 수명 결과를 요약하여 아래의 표 2에 나타내었다.
　 발광재료 및 전자수송재료 구동전압
(V)		 전류밀도
(㎃/㎠)		 휘도
(cd/㎡)		 효율
(cd/A)		 발광색 반감수명　(hr@100㎃/㎠)
실시예 1 화합물 1 5.12 50 3,535 7.07 청색 295hr
실시예 2 화합물 7 5.21 50 3,620 7.24 청색 308hr
실시예 3 화합물 12 5.37 50 3,725 7.45 청색 378hr
실시예 4 화합물 18 5.17 50 3,575 7.15 청색 324hr
실시예 5 화합물 25 5.26 50 3,380 6.76 청색 276hr
살시예 6 화합물 31 5.29 50 3,455 6.91 청색 295hr
실시예 7 화합물 42 5.33 50 3,665 7.33 청색 276hr
실시예 8 화합물 53 5.23 50 3,640 7.29 청색 283hr
실시예 9 화합물 60 5.34 50 3,790 7.58 청색 385hr
비교예1 DNA 7.35 50 2,065 4.13 청색 145hr
본 발명에 대해 상기 합성예 및 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 하기 화학식 1, 화학식 2, 또는 화학식 3으로 표현되는 화합물:
    <화학식 1>
    Figure 112020038348710-pat00088

    <화학식 2>
    Figure 112020038348710-pat00089

    <화학식 3>
    Figure 112020038348710-pat00090

    상기 화학식 1, 2, 및 3 중,
    R1 1, R1 2, R1 8, R1 9, R1 10, R1 11, R1 16, R2 1, R2 2, R2 8, R2 9, R2 10, R2 11, R2 17, R2 18, R3 1, R3 6, R3 7, R3 8, R3 13 및 R3 14는 각각 독립적으로 수소 또는 중수소이고,
    R1 3 내지 R1 7, R1 12 내지 R1 15, R2 3 내지 R2 7, R2 12 내지 R2 16, R3 2 내지 R3 5, R3 9 내지 R3 12는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 니트로, 시아노, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 60의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 헤테로 아릴기, 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기를 나타내며,　
    상기 R1 3 내지 R1 7, R1 12 내지 R1 15 중 적어도 하나, R2 3 내지 R2 7, R2 12 내지 R2 16 중 적어도 하나, 및 R3 2 내지 R3 5, R3 9　내지 R3 12 중 적어도 하나는 1개 이상의 L을 포함한다(L=
    Figure 112020038348710-pat00091
    이고, R0에 대한 정의는 상기 R1 3 내지 R1 7, R1 12 내지 R1 15, R2 3 내지 R2 7, R2 12 내지 R2 16, R3 2 내지 R3 5, R3 9 내지 R3 12에 대한 정의와 동일하다).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1이 하기 화학식 4 내지 7로 표현되는 화합물:
    <화학식 4>
    Figure 112020038348710-pat00092

    <화학식 5>
    Figure 112020038348710-pat00093

    <화학식 6>
    Figure 112020038348710-pat00094

    <화학식 7>
    Figure 112020038348710-pat00095

    상기 화학식 4, 5에서 R1 3 내지 R1 6, R1 11 내지 R1 14, R1 16, 상기 화학식 6, 7에서 R1 3 내지 R1 7, R1 12 내지 R1 14, R1 16은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 니트로, 시아노, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 60의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 헤테로 아릴기, 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기를 나타낸다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 2가 하기 화학식 8 또는 9로 표현되는 화합물:
    <화학식 8>
    Figure 112020038348710-pat00096

    <화학식 9>
    Figure 112020038348710-pat00097

    상기 화학식 8 및 9 중,
    R2 3 내지 R2 6, R2 11 내지 R2 15, R2 18는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 니트로, 시아노, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 60의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 헤테로 아릴기, 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기를 나타낸다.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 3이 하기 화학식 10 또는 11로 표현되는 화합물:
    <화학식 10>
    Figure 112020038348710-pat00098

    <화학식 11>
    Figure 112020038348710-pat00099

    상기 화학식 10 및 11 중,
    R3 2 내지 R3 4, R3 9 내지 R3 12, R3 14는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 니트로, 시아노, 치환 또는 비치환의 탄소수 1 내지 60의 알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 알케닐기, 치환 또는 비치환의 탄소수 3 내지 60의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환의 탄소수 6 내지 60의 아릴기, 치환 또는 비치환의 탄소수 2 내지 60의 헤테로 아릴기, 탄소수 6　내지 60의 치환 또는 비치환된 축합 다환기를 나타낸다.
  5. 삭제
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 화학식 4 및 5에서 R1 3 내지 R1 6, 및 상기 화학식 6 및 7에서 R1 3, R1 4, R1 6, R1 7는 각각 독립적으로 수소 또는 중수소인 화합물.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 화학식 8 및 9에서, R2 3 내지 R2 6는 각각 독립적으로 수소 또는 중수소인 화합물.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 화학식 10 및 11에서, R3 2 내지 R3 4은 각각 독립적으로 수소 또는 중수소인 화합물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1, 2, 및 3 중, R1 3 내지 R1 7, R1 12 내지 R1 15, R2 3 내지 R2 7, R2 12 내지 R2 16, R3 2 내지 R3 5, R3 9　내지 R3 12는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 트리할로메틸기, 또는 하기 화학식 2a 내지 2c 중 어느 하나인 화합물:
    Figure 112020038348710-pat00100

    상기 화학식 식에서 R51, R52, R53, Z1은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 축합 다환기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기로 치환된 아미노기, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 하이드록시기 또는 카르복시기를 나타내고;
    상기 화학식 2b에서 p는 1 내지 5의 정수이고;
    상기 화학식 2c에서 p는 1 내지 4의 정수이고;
    *는 결합을 나타낸다.
  10. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 화학식 4 및 화학식 5의 R1 13, R1 16, 화학식 6 및 화학식 7의 R1 5, R1 16, 화학식 8 및 화학식 9의 R2 13, R2 18, 화학식 10 및 화학식 11의 R3 11, R3 14가 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 트리할로메틸기, 또는 하기 화학식 2a 내지 2c 중 어느 하나인 화합물:
    Figure 112020038348710-pat00101

    상기 화학식 식에서 R51, R52, R53, Z1은 각각 독립적으로 수소 원자, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 축합 다환기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기로 치환된 아미노기, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 하이드록시기 또는 카르복시기를 나타내고;
    상기 화학식 2b에서 p는 1 내지 5의 정수이고;
    상기 화학식 2c에서 p는 1 내지 4의 정수이고;
    *는 결합을 나타낸다.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1의 화합물이 하기 화합물들 중 어느 하나인 화합물:
    Figure 112013059048789-pat00102
  12. 제 1 전극;
    제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 개재된 유기층을 구비한 유기 발광 소자로서,
    상기 유기층이 제 1 항의 화합물을 포함하는 유기 발광 소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 유기층이 발광층, 전자 주입층, 전자 수송층, 또는 전자 주입 및 전자 수송기능을 동시에 갖는 기능층인 유기 발광 소자.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 유기층이 발광층, 전자 주입층, 전자 수송층, 전자 주입 및 전자 수송기능을 동시에 갖는 기능층, 정공 주입층, 정공 수송층, 또는 정공 주입 및 정공 수송기능을 동시에 갖는 기능층을 포함하고,
    상기 발광층은 안트라센계 화합물, 아릴아민계 화합물 또는 스티릴계 화합물을 포함하는 유기 발광 소자.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 유기층이 발광층, 전자 주입층, 전자 수송층, 전자 주입 및 전자 수송기능을 동시에 갖는 기능층, 정공 주입층, 정공 수송층, 또는 정공 주입 및 정공 수송기능을 동시에 갖는 기능층을 포함하고,
    상기 발광층의 적색층, 녹색층, 청색층 또는 흰색층의 어느 한 층은 인광 화합물을 포함하는 유기 발광 소자.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 정공 주입층, 정공 수송층, 또는 정공 주입 기능 및 정공 수송 기능을 동시에 갖는 기능층이 전하 생성 물질을 포함하는 유기 발광 소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전하 생성 물질이 p-도펀트인 유기 발광 소자
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 p-도펀트가 퀴논 유도체, 금속 산화물, 또는 시아노기-함유 화합물인 유기 발광 소자.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 유기층이 상기 화합물을 사용하여 습식 공정으로 형성되는 유기 발광 소자.
  20. 제 12 항의 유기 발광 소자를 구비하고, 상기 유기 발광 소자의 제 1 전극이 박막 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극과 전기적으로 연결된 평판 표시 장치.
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