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KR20220151981A - 유기 발광 소자 - Google Patents

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KR20220151981A
KR20220151981A KR1020210059360A KR20210059360A KR20220151981A KR 20220151981 A KR20220151981 A KR 20220151981A KR 1020210059360 A KR1020210059360 A KR 1020210059360A KR 20210059360 A KR20210059360 A KR 20210059360A KR 20220151981 A KR20220151981 A KR 20220151981A
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KR
South Korea
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group
compound
light emitting
organic
layer
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020210059360A
Other languages
English (en)
Inventor
서상덕
정민우
이정하
한수진
박슬찬
황성현
이동훈
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
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Priority to US18/272,550 priority patent/US20240114783A1/en
Priority to KR1020210097800A priority patent/KR20220152107A/ko
Priority to EP22799187.4A priority patent/EP4254528A4/en
Priority to US18/272,559 priority patent/US20240114779A1/en
Priority to PCT/KR2022/095093 priority patent/WO2022235144A1/ko
Priority to JP2023537336A priority patent/JP7635486B2/ja
Priority to CN202280008520.XA priority patent/CN116746299A/zh
Priority to JP2023537125A priority patent/JP2024521605A/ja
Priority to PCT/KR2022/010101 priority patent/WO2023008779A1/ko
Priority to EP22849755.8A priority patent/EP4255156A4/en
Priority to CN202280009577.1A priority patent/CN116762495A/zh
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Abstract

본 발명은 구동 전압, 효율 및 수명이 개선된 유기발광 소자를 제공한다.

Description

유기 발광 소자{Organic light emitting device}
본 발명은 구동 전압, 효율 및 수명이 개선된 유기 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기 에너지를 빛 에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 넓은 시야각, 우수한 콘트라스트, 빠른 응답 시간을 가지며, 휘도, 구동 전압 및 응답 속도 특성이 우수하여 많은 연구가 진행되고 있다.
유기 발광 소자는 일반적으로 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 유기물 층을 포함하는 구조를 가진다. 상기 유기물 층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다.
상기와 같은 유기 발광 소자에서, 구동 전압, 효율 및 수명이 개선된 유기 발광 소자의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
한국특허 공개번호 제10-2000-0051826호
본 발명은 구동 전압, 효율 및 수명이 개선된 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본 발명은 하기의 유기 발광 소자를 제공한다:
양극; 음극; 및 상기 양극과 음극 사이의 발광층을 포함하고,
상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물의 유기합화물을 포함하는,
유기 발광 소자:
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
X1, X2 및 X3는 각각 독립적으로 CH 또는 N 이되, X1, X2 및 X3 중 적어도 하나는 N이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴이고,
R1은 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 C2-60 헤테로아릴이고,
R2 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소 또는 중수소이고,
n은 0 또는 1이고,
n1은 1 내지 10의 정수이고,
n2는 1 내지 4의 정수이고,
n3 및 n4는 각각 독립적으로, 1 내지 5의 정수이고,
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서,
Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-12 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 C2-12 헤테로아릴이고,
R5 및 R6는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 C2-60 헤테로아릴이되,
Ar3 및 Ar4 중 적어도 하나는 1개 이상의 중수소로 치환되거나 R5 및 R6 중 적어도 하나는 중수소이고,
n5 및 n6는 각각 독립적으로, 1 내지 7의 정수이다.
상술한 유기 발광 소자는 발광층에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 유기합화물을 포함함으로써, 유기 발광 소자에서 효율의 향상, 낮은 구동전압 및/또는 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판(1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 전자저지층(7), 발광층(3), 정공저지층(8), 전자수송층(9), 전자주입층(10) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 상세히 설명한다.
본 명세서에서,
Figure pat00003
또는
Figure pat00004
는 다른 치환기에 연결되는 결합을 의미한다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미노기; 포스핀옥사이드기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 사이클로알킬기; 알케닐기; 아릴기; 아르알킬기; 아르알케닐기; 알킬아릴기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 헤테로아릴아민기; 아릴아민기; 아릴포스핀기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 비페닐기일 수 있다. 즉, 비페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 카보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 치환기가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00005
본 명세서에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 치환기가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00006
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 치환기가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00007
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 구체적으로 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 사이클로펜틸메틸, 사이클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 6이다. 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, 사이클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 3-메틸사이클로펜틸, 2,3-디메틸사이클로펜틸, 사이클로헥실, 3-메틸사이클로헥실, 4-메틸사이클로헥실, 2,3-디메틸사이클로헥실, 3,4,5-트리메틸사이클로헥실, 4-tert-부틸사이클로헥실, 사이클로헵틸, 사이클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다. 상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure pat00008
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 이종 원소로 O, N, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 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, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 이소옥사졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 아르알케닐기, 알킬아릴기, 아릴아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 알킬아릴기, 알킬아민기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민 중 헤테로아릴은 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 아르알케닐기 중 알케닐기는 전술한 알케닐기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 탄화수소 고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 아릴기 또는 사이클로알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
한편, 본 발명에 있어서, "유기합화물(organic alloy)"은 둘 이상의 단일 유기 화합물들의 전처리(pre-treatment)에 의해 얻어진 결과물로, 상기 전처리에 의해 단일 유기 화합물들 사이에 화학적 상호작용(chemical interaction)을 가질 수 있다. 상기 전처리는 예컨대 가열 및 승화(sublimation)와 같은 열처리 과정후 냉각시킨 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 각 구성 별로 본 발명을 상세히 설명한다.
양극 및 음극
본 발명에서 사용되는 양극 및 음극은, 유기 발광 소자에서 사용되는 전극을 의미한다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물 층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 상기 양극 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 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 상기 음극 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.
정공주입층
본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 필요에 따라 상기 양극 상에 정공주입층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 정공주입층은 전극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 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. 또한, 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물 층의 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.
정공수송층
본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 필요에 따라 상기 양극 상에(또는 정공주입층이 존재하는 경우 정공주입층 상에) 정공수송층을 포함할 수 있다.
상기 정공수송층은 양극 또는 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층으로, 정공 수송 물질로 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다.
상기 정공 수송 물질의 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
전자저지층
본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 필요에 따라 상기 정공수송층 상에 전자저지층을 포함할 수 있다.
상기 전자저지층은 음극에서 주입된 전자가 발광층에서 재결합되지 않고 정공수송층으로 넘어가는 것을 방지하기 위해 정공수송층과 발광층의 사이에 두는 층으로, 전자억제층으로 불리기도 한다. 전자저지층에는 전자수송층보다 전자 친화력이 작은 물질이 바람직하다.
발광층
본 발명에서 사용되는 발광층은, 양극과 음극으로부터 전달받은 정공과 전자를 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 층을 의미한다. 일반적으로, 발광층은 호스트 재료와 도펀트 재료를 포함하며, 본 발명에는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 상기 화학식 2로 표시되는 화합물이 전처리되어 얻어진 유기합화물이 호스트로 사용될 수 있다.
바람직하게는, X1, X2 및 X3는 각각 N일 수 있다.
바람직하게는, 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6 중 어느 하나로 표시될 수 있다:
Figure pat00009
상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6에서,
X1, X2, X3, Ar1, Ar2, R1 내지 R4 및 n1 내지 n4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
바람직하게는, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-20 아릴일 수 있다. 보다 바람직하게는, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 페닐, 비페닐릴, 5 개의 중수소로 치환된페닐, 5 개의 중수소로 치환된 비페닐릴, 또는 9 개의 중수소로 치환된 비페닐릴일 수 있다. 가장 바람직하게는, Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다:
Figure pat00010
.
바람직하게는, R1은 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C6-20 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 C2-20 헤테로아릴일 수 있다. 보다 바람직하게는, R1은 수소 또는 중수소일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 대표적인 예는 하기와 같다:
Figure pat00011
Figure pat00012
.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 일례로 하기 반응식 1과 같은 제조 방법으로 제조할 수 있으며, 그 외 나머지 화합물도 유사하게 제조할 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00013
상기 반응식 1에서, X1, X2, X3, Ar1, Ar2, R1 내지 R4 n 및 n1 내지 n4는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같으며, Z1은 할로겐이고, 바람직하게는 Z1은 클로로 또는 브로모이다.
상기 반응식 1은 아민 치환 반응으로서, 팔라듐 촉매와 염기 존재 하에 수행하는 것이 바람직하며, 아민 치환 반응을 위한 반응기는 당업계에 알려진 바에 따라 변경이 가능하다. 상기 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.
바람직하게는, 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2-1로 표시될 수 있다:
[화학식 2-1]
Figure pat00014
상기 화학식 2-1에서,
Ar3, Ar4, R5, R6, n5 및 n6는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 같다.
바람직하게는, Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로, 페닐, 비페닐릴, 나프틸, 디메틸플루오레닐, 디벤조퓨라닐, 또는 디벤조티오페닐일 수 있고, 상기 페닐, 비페닐릴, 나프틸, 디메틸플루오레닐, 디벤조퓨라닐, 또는 디벤조티오페닐은 비치환되거나 중수소(D)로 치환될 수 있다.
R5 및 R6는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C6-20 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 C2-20 헤테로아릴일 수 있다. 보다 바람직하게는, R5 및 R6는 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 또는 페닐일 수 있고, 상기 페닐은 비치환되거나 1 개 내지 5 개의 중수소로 치환될 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 대표적인 예는 하기와 같다:
Figure pat00015
상기 화합물에서,
a + b + c + d는 1 내지 24이고,
Figure pat00016
상기 군에서,
a + b + c + d + e는 1 내지 28이고,
Figure pat00017
상기 군에서,
a + b + c + d + e + f는 1 내지 32이고,
Figure pat00018
상기 군에서,
a + b + c + d + e는 1 내지 30이고,
Figure pat00019
상기 군에서,
a + b + c + d는 1 내지 26이고,
Figure pat00020
Figure pat00021
상기 군에서,
a + b + c + d + e는 1 내지 30이고,
Figure pat00022
상기 군에서,
a + b + c + d + e + f는 1 내지 32이고,
Figure pat00023
상기 군에서,
a + b + c + d는 1 내지 32이고,
Figure pat00024
상기 군에서,
a + b + c + d + e는 1 내지 36이다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은, 일례로 하기 반응식 2와 같은 제조 방법으로 제조할 수 있으며, 그 외 나머지 화합물도 유사하게 제조할 수 있다.
[반응식 2]
Figure pat00025
상기 반응식 2에서, Ar3, Ar4, R5, R6, n5 및 n6는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 같으며, Z2는 할로겐이고, 바람직하게는 Z2는 클로로 또는 브로모이다.
상기 반응식 2는 아민 치환 반응으로서, 팔라듐 촉매와 염기 존재 하에 수행하는 것이 바람직하며, 아민 치환 반응을 위한 반응기는 당업계에 알려진 바에 따라 변경이 가능하다. 상기 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.
바람직하게는, 상기 유기합화물에서 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 중량비는 10:90 내지 90:10이고, 보다 바람직하게는 20:80 내지 80:20, 30:70 내지 70:30 또는 40:60 내지 60:40이다.
한편, 상기 발광층은 호스트 외에 도펀트를 추가로 포함할 수 있다. 상기 도펀트 재료로는 유기 발광 소자에 사용되는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 일례로, 방향족 아민 유도체, 스트릴아민 화합물, 붕소 착체, 플루오란텐 화합물, 금속 착체 등이 있다. 구체적으로 방향족 아민 유도체로는 치환 또는 비치환된 아릴아미노기를 갖는 축합 방향족환 유도체로서, 아릴아미노기를 갖는 피렌, 안트라센, 크리센, 페리플란텐 등이 있으며, 스티릴아민 화합물로는 치환 또는 비치환된 아릴아민에 적어도 1개의 아릴비닐기가 치환되어 있는 화합물로, 아릴기, 실릴기, 알킬기, 사이클로알킬기 및 아릴아미노기로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상 선택되는 치환기가 치환 또는 비치환된다. 구체적으로 스티릴아민, 스티릴디아민, 스티릴트리아민, 스티릴테트라아민 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
정공저지층
본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 필요에 따라 상기 발광층 상에 정공저지층을 포함할 수 있다.
상기 정공저지층은 양극에서 주입된 정공이 발광층에서 재결합되지 않고 전자수송층으로 넘어가는 것을 방지하기 위해 전자수송층과 발광층의 사이에 두는 층으로, 정공차단층으로 불리기도 한다. 정공저지층에는 이온화에너지가 큰 물질이 바람직하다.
전자수송층
본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 필요에 따라 상기 발광층 상에 전자수송층을 포함할 수 있다.
상기 전자수송층은, 음극 또는 음극 상에 형성된 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하고, 또한 발광층에서 정공이 전달되는 것을 억제하는 층으로, 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다.
상기 전자 수송 물질의 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층은 종래기술에 따라 사용된 바와 같이 임의의 원하는 캐소드 물질과 함께 사용할 수 있다. 특히, 적절한 캐소드 물질의 예는 낮은 일함수를 가지고 알루미늄층 또는 실버층이 뒤따르는 통상적인 물질이다. 구체적으로 세슘, 바륨, 칼슘, 이테르븀 및 사마륨이고, 각 경우 알루미늄 층 또는 실버층이 뒤따른다.
전자주입층
본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 필요에 따라 상기 발광층 상에(또는 전자주송층이 존재하는 경우 전자수송층 상에) 전자주입층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 전자주입층은 전극으로부터 전자를 주입하는 층으로, 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자 주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공주입층에의 이동을 방지하고, 또한, 박막형성능력이 우수한 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 전자주입층으로 사용될 수 있는 물질의 구체적인 예로는, 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 질소 함유 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.
유기 발광 소자
본 발명에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도 1 및 도 2에 예시하였다. 도 1은, 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 도 2는 기판(1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 전자저지층(7), 발광층(3), 정공저지층(8), 전자수송층(9), 전자주입층(10) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 상술한 구성을 순차적으로 적층시켜 제조할 수 있다. 이때, 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 양극을 형성하고, 그 위에 상술한 각 층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시켜 제조할 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 상술한 구성의 역순으로 양극 물질까지 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다(WO 2003/012890). 또한, 발광층은 호스트 및 도펀트를 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 배면 발광(bottom emission) 소자, 전면 발광(top emission) 소자, 또는 양면 발광 소자일 수 있으며, 특히 상대적으로 높은 발광 효율이 요구되는 배면 발광 소자일 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1: 화합물의 제조]
제조예 1-1: 화합물 1-1의 합성
단계 1) 화합물 1-1-a의 합성
Figure pat00026
질소 분위기에서 11,12-dihydroindolo[2,3-a]carbazole(15.0 g, 58.5 mmol)과 3-bromo-1,1':3',1''-terphenyl(19.9 g, 64.4 mmol)을 toluene 300 ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 sodium tert-butoxide(8.4 g, 87.8 mmol), bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(0.9 g, 1.8 mmol)을 투입하였다. 9 시간 반응 후 상온으로 식히고 클로로포름과 물을 이용하여 유기층을 분리 후 유기층을 증류하였다. 이를 다시 클로로포름에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 1-1-a를 17.6 g 제조하였다(수율 62%, MS: [M+H]+= 486).
단계 2) 화합물 1-1의 합성
Figure pat00027
질소 분위기에서 화합물 1-1-a(15.0 g, 31.0 mmol)와 2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine(9.1 g, 34 mmol)을 toluene 300 ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 sodium tert-butoxide(4.5 g, 46.4 mmol), bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(0.5 g, 0.9 mmol)을 투입하였다. 11 시간 반응 후 상온으로 식히고 클로로포름과 물을 이용하여 유기층을 분리 후 유기층을 증류하였다. 이를 다시 클로로포름에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제한 후, 승화정제를 통해 화합물 1-1을 8.2g 제조하였다(수율 37%, MS: [M+H]+= 717).
제조예 1-2: 화합물 1-2의 합성
Figure pat00028
제조예 1-1에서, 3-bromo-1,1':3',1''-terphenyl를 4-bromo-1,1'-biphenyl로, 2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine을 2-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-chloro-6-phenyl-1,3,5-triazine으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는 화합물 1-1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 1-2를 제조하였다(MS[M+H]+= 717).
제조예 1-3: 화합물 1-3의 합성
Figure pat00029
제조예 1-1에서, 3-bromo-1,1':3',1''-terphenyl를 3-bromo-1,1'-biphenyl로, 2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine을 2-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-chloro-6-phenyl-1,3,5-triazine으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는 화합물 1-1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 1-3을 제조하였다(MS[M+H]+= 717).
제조예 1-4: 화합물 1-4의 합성
Figure pat00030
제조예 1-1에서, 11,12-dihydroindolo[2,3-a]carbazole을 11,12-dihydroindolo[2,3-a]carbazole-1,3,4,5,6,8,10-d7로 변경하여 사용한 것을 제외하고는 화합물 1-1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 1-4를 제조하였다(MS[M+H]+= 724)
제조예 1-5: 화합물 2-1의 합성
단계 1) 화합물 2-1-a의 합성
Figure pat00031
질소 분위기에서 9-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-3-bromo-9H-carbazole(15.0 g, 37.7 mmol)와 9-phenyl-3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-9H-carbazole(15.3 g, 41.4 mmol)를 THF 300 ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 potassium carbonate(20.8 g, 150.6 mmol)를 물 62 ml에 녹여 투입하고 충분히 교반한 후 tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)(1.3 g, 1.1 mmol)을 투입하였다. 9 시간 반응 후 상온으로 식히고 유기층과 물층을 분리 후 유기층을 증류하였다. 이를 다시 클로로포름에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 2-1-a를 13.5 g 제조하였다(수율 64%, MS: [M+H]+= 562).
단계 2) 화합물 2-1의 합성
Figure pat00032
쉐이커 튜브에 화합물 2-1-a(10.0 g, 17.8 mmol), PtO2(1.2 g, 5.4 mmol), D2O 89 ml를 넣은 후, 튜브를 밀봉하고 250 ℃, 600 psi에서 12 시간 동안 가열하였다. 반응이 종료되면 클로로포름을 넣고 반응액을 분액 깔대기에 옮겨 추출하였다. 추출액을 무수황산마그네슘으로 건조, 농축하고 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제한 후, 승화정제를 통해 화합물 2-1를 3.9 g 제조하였다(수율 38%, MS: [M+H]+= 580).
제조예 1-6: 화합물 2-2의 합성
단계 1) 화합물 2-2-a의 합성
Figure pat00033
쉐이커 튜브에 9-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-3-bromo-9H-carbazole(10 g, 25.1 mmol), PtO2(1.7 g, 7.5 mmol), D2O 126 ml를 넣은 후, 튜브를 밀봉하고 250 ℃, 600 psi에서 12 시간 동안 가열하였다. 반응이 종료되면 클로로포름을 넣고 반응액을 분액 깔대기에 옮겨 추출하였다. 추출액을 무수황산마그네슘으로 건조, 농축하고 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 2-2-a를 7.9 g 제조하였다(수율 77%, MS: [M+H]+= 409).
단계 2) 화합물 2-2의 합성
Figure pat00034
질소 분위기에서 화합물 2-2-a(15.0 g, 36.7 mmol)와 9-([1,1'-biphenyl]-2-yl)-3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-9H-carbazole(18.0 g, 40.4 mmol)를 THF 300 ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 potassium carbonate(20.3 g, 146.9 mmol)를 물 61 ml에 녹여 투입하고 충분히 교반한 후 tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)(1.3 g, 1.1 mmol)을 투입하였다. 12 시간 반응 후 상온으로 식히고 유기층과 물층을 분리 후 유기층을 증류하였다. 이를 다시 클로로포름에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제한 후, 승화정제를 통해 화합물 2-2를 11.6 g 제조하였다(수율 49%, MS: [M+H]+= 648)
제조예 1-7: 화합물 2-3의 합성
단계 1) 화합물 2-3-a의 합성
Figure pat00035
질소 분위기에서 3-bromo-9H-carbazole(15.0 g, 60.9 mmol)와 9-phenyl-3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-9H-carbazole(24.8 g, 67 mmol)를 THF 300 ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 potassium carbonate(33.7 g, 243.8 mmol)를 물 101 ml에 녹여 투입하고 충분히 교반한 후 tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)(2.1 g, 1.8 mmol)을 투입하였다. 11 시간 반응 후 상온으로 식히고 유기층과 물층을 분리 후 유기층을 증류하였다. 이를 다시 클로로포름에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 2-3-a를 16.7 g 제조하였다(수율 67%, MS: [M+H]+= 410).
단계 2) 화합물 2-3-b의 합성
Figure pat00036
쉐이커 튜브에 화합물 2-3-a(10.0 g, 24.5 mmol), PtO2(1.7 g, 7.3 mmol), D2O 122 ml를 넣은 후, 튜브를 밀봉하고 250 ℃, 600 psi에서 12 시간 동안 가열하였다. 반응이 종료되면 클로로포름을 넣고 반응액을 분액 깔대기에 옮겨 추출하였다. 추출액을 무수황산마그네슘으로 건조, 농축하고 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 2-3-b를 9.1 g 제조하였다(수율 88%, MS: [M+H]+= 423).
단계 3) 화합물 2-3의 합성
Figure pat00037
질소 분위기에서 화합물 2-3-b(15.0 g, 36.7 mmol)와 2-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene(11.0 g, 40.4 mmol)를 toluene 300 ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 sodium tert-butoxide(5.3 g, 55.1 mmol), bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(0.6 g, 1.1 mmol)을 투입하였다. 6 시간 반응 후 상온으로 식히고 클로로포름과 물을 이용하여 유기층을 분리 후 유기층을 증류하였다. 이를 다시 클로로포름에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제한 후, 승화정제를 통해 화합물 2-3을 9.5 g 제조하였다(수율 42%, MS: [M+H]+= 615).
제조예 1-8: 화합물 2-4의 합성
단계 1) 화합물 2-4-a의 합성
Figure pat00038
질소 분위기에서 3-bromo-9H-carbazole(15.0 g, 60.9 mmol)와 9-(phenyl-d5)-3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-9H-carbazole(25.1 g, 67 mmol)를 THF 300 ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 potassium carbonate(33.7 g, 243.8 mmol)를 물 101 ml에 녹여 투입하고 충분히 교반한 후 tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)(2.1 g, 1.8 mmol)을 투입하였다. 9 시간 반응 후 상온으로 식히고 유기층과 물층을 분리 후 유기층을 증류하였다. 이를 다시 클로로포름에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 2-4-a를 16.1 g 제조하였다(수율 64%, MS: [M+H]+= 415).
단계 2) 화합물 2-4의 합성
Figure pat00039
질소 분위기에서 화합물 2-4-a(15.0 g, 36.3 mmol)와 2-bromodibenzo[b,d]furan-1,4,6,8,9-d5(9.9 g, 39.9 mmol)를 toluene 300 ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 sodium tert-butoxide(5.2 g, 54.4 mmol), bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)(0.6 g, 1.1 mmol)을 투입하였다. 11 시간 반응 후 상온으로 식히고 클로로포름과 물을 이용하여 유기층을 분리 후 유기층을 증류하였다. 이를 다시 클로로포름에 녹이고, 물로 2회 세척 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제한 후, 승화정제를 통해 화합물 2-4를 8.1 g 제조하였다(수율 38%, MS: [M+H]+= 586).
[제조예 2: 유기합화물의 제조]
제조예 2-1: 유기합화물 1의 제조
진공 챔버에 화합물 1-1과 화합물 2-1을 40:60의 중량비로 혼합하여 넣고 10-2 Torr 이하의 압력 하에서 온도를 올려 두 혼합물을 녹인 후 1 시간 후 상온으로 냉각시켜 고체 생성물을 얻었다. 이 생성물을 믹서로 갈아 분말 형태의 유기합화물 1을 얻었다.
제조예 2-2 내지 제조예 2-5 및 제조예 2-A 내지 제조예 2-D
혼합되는 재료를 하기 표 1과 같이 변경하였다는 점을 제외하고는, 유기합화물 1의 제조 방법과 동일 방법을 이용하여 유기합화물 2 내지 유기합화물 5 및 유기합화물 A 내지 유기합화물 D를 제조하였다. 하기 표 1의 화합물 A-1, A-2, B-1 및 B-2는 아래와 같다.
Figure pat00040
제조예 유기합화물 혼합재료1 혼합재료2 혼합 비율(중량비)
제조예 2-1 유기합화물 1 화합물 1-1 화합물 2-1 40:60
제조예 2-2 유기합화물 2 화합물 1-2 화합물 2-2 40:60
제조예 2-3 유기합화물 3 화합물 1-3 화합물 2-3 40:60
제조예 2-4 유기합화물 4 화합물 1-3 화합물 2-4 40:60
제조예 2-5 유기합화물 5 화합물 1-4 화합물 2-1 40:60
제조예 2-A 유기합화물 A 화합물 A-1 화합물 2-1 40:60
제조예 2-B 유기합화물 B 화합물 A-2 화합물 2-1 40:60
제조예 2-C 유기합화물 C 화합물 1-1 화합물 B-1 40:60
제조예 2-D 유기합화물 D 화합물 1-4 화합물 B-2 40:60
[실시예]
실시예 1: 유기 발광 소자의 제조
ITO(Indium Tin Oxide)가 1400 Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30 분간 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 5 분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 95 중량%의 화합물 HT-A와 5 중량%의 화합물 PD를 100 Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공주입층을 형성하고, 이어서 화합물 HT-A만 1150 Å의 두께로 증착하여 정공수송층을 형성하였다. 그 위에 전자저지층으로 하기 화합물 HT-B를 450 Å 두께로 열 진공 증착하였다.
이어서, 상기 전자저지층 위에 350 Å의 두께로 호스트 물질로 상기 제조예 2-1에서 제조한 유기합화물 1과 도펀트 물질인 화합물 GD를 92:8의 중량비로 진공 증착하여, 발광층을 형성하였다.
이어서, 정공저지층으로 하기 화합물 ET-A를 50 Å의 두께로 진공 증착하였다. 이어서 전자수송층으로 하기 화합물 ET-B와 화합물 Liq를 1:1의 중량비로 300 Å의 두께로 열 진공 증착하고, 이어서 전자주입층으로 Yb(이터븀)를 10 Å의 두께로 진공 증착하였다.
상기 전자주입층 위에 마그네슘과 은을 1:4의 중량비로 150 Å의 두께로 증착하여 음극을 형성하여, 유기 발광 소자를 제조하였다.
Figure pat00041
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 ~ 0.7Å/sec를 유지하였고, 마그네슘과 은의 증착 속도는 2Å/sec를 유지하였으며, 증착 시 진공도는 2ⅹ10-7 ~ 5ⅹ10-6 torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
실시예 2 내지 실시예 5 및 비교예 1-1 내지 비교예 3-4
호스트 물질을 하기 표 2와 같이 변경하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 실시예 2 내지 실시예 5 및 비교예 1-1 내지 비교예 3-4의 유기 발광 소자를 각각 제작하였다. 이때, 비교예 2-1 내지 비교예 3-4에서는 호스트로서 2종의 화합물의 단순혼합물을 사용하였다.
[실험예]
상기 실시예 1 내지 실시예 5 및 비교예 1-1 내지 비교예 3-4에서 제작된 유기 발광 소자를 120 ℃ 오븐에서 30 분간 열처리한 후 꺼내어, 전류를 인가하여 전압, 효율, 수명(T95)을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때, 전압 및 효율은 10 mA/cm2의 전류 밀도를 인가하여 측정되었으며, T95은 전류 밀도 20 mA/cm2에서 초기 휘도가 95 %로 저하할 때까지의 시간(hr)을 의미한다.
호스트
물질		 @ 10mA/cm2 @ 20mA/cm2
전압 (V) 효율 (cd/A) 수명 (T95, hr)
실시예 1 유기합화물 1 4.12 72.8 159
실시예 2 유기합화물 2 4.13 71.9 156
실시예 3 유기합화물 3 4.09 73.3 161
실시예 4 유기합화물 4 4.08 72.0 163
실시예 5 유기합화물 5 4.12 72.7 171
비교예 1-1 유기합화물 A 5.24 57.4 61
비교예 1-2 유기합화물 B 4.42 65.2 72
비교예 1-3 유기합화물 C 4.74 62.1 83
비교예 1-4 유기합화물 D 4.13 65.4 103
비교예 2-1 화합물 1-1:화합물 2-1=40:60 중량비의
단순 혼합물		 4.12 70.7 113
비교예 2-2 화합물 1-2:화합물 2-2=40:60 중량비의
단순 혼합물		 4.13 70.2 110
비교예 2-3 화합물 1-3:화합물 2-3=40:60 중량비의
단순 혼합물		 4.09 71.3 115
비교예 2-4 화합물 1-3:화합물 2-4=40:60 중량비의
단순 혼합물		 4.08 70.4 117
비교예 2-5 화합물 1-4:화합물 2-1=40:60 중량비의
단순 혼합물		 4.12 70.2 120
비교예 3-1 화합물 A-1:화합물 2-1=40:60 중량비의
단순 혼합물		 5.24 57.4 50
비교예 3-2 화합물 A-2:화합물 2-1=40:60 중량비의
단순 혼합물		 4.42 65.2 63
비교예 3-3 화합물 1-1:화합물 B-1=40:60 중량비의
단순 혼합물		 4.74 62.1 74
비교예 3-4 화합물 1-4:화합물 B-2=40:60 중량비의
단순 혼합물		 4.13 65.4 103
화학식 1로 표시되는 화합물과 화학식 2로 표시되는 화합물로 유기합화물을 제조하여 유기 발광 소자의 발광층 호스트로 활용한 결과 화학식 1 또는 화학식 2와 상이한 구조를 갖는 물질들에 비해 저전압, 고효율의 특성이 나타났으며 특히, 이들로 유기합화물을 제조한 결과 단순 혼합물들에 비해 수명이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
1: 기판 2: 양극
3: 발광층 4: 음극
5: 정공주입층 6: 정공수송층
7: 전자저지층 8: 정공저지층
9: 전자수송층 10: 전자주입층

Claims (9)

  1. 양극;
    음극; 및
    상기 양극과 음극 사이의 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물의 유기합화물을 포함하는,
    유기 발광 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00042

    상기 화학식 1에서,
    X1, X2 및 X3는 각각 독립적으로 CH 또는 N 이되, X1, X2 및 X3 중 적어도 하나는 N이고,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴이고,
    R1은 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 C2-60 헤테로아릴이고,
    R2 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소 또는 중수소이고,
    n은 0 또는 1이고,
    n1은 1 내지 10의 정수이고,
    n2는 1 내지 4의 정수이고,
    n3 및 n4는 각각 독립적으로, 1 내지 5의 정수이고,
    [화학식 2]
    Figure pat00043

    상기 화학식 2에서,
    Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C6-12 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 C2-12 헤테로아릴이고,
    R5 및 R6는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 C2-60 헤테로아릴이되,
    Ar3 및 Ar4 중 적어도 하나는 1개 이상의 중수소로 치환되거나 R5 및 R6 중 적어도 하나는 중수소이고,
    n5 및 n6는 각각 독립적으로, 1 내지 7의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6 중 어느 하나로 표시되는,
    유기 발광 소자:
    Figure pat00044

    상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-6에서,
    X1, X2, X3, Ar1, Ar2, R1 내지 R4 및 n1 내지 n4는 제1항에서 정의한 바와 같다.
  3. 제1항에 있어서,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로, 페닐, 비페닐릴, 5 개의 중수소로 치환된페닐, 5 개의 중수소로 치환된 비페닐릴, 또는 9 개의 중수소로 치환된 비페닐릴인,
    유기 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    R1은 수소 또는 중수소인,
    유기 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인,
    유기 발광 소자:
    Figure pat00045

    Figure pat00046
    .
  6. 제1항에 있어서,
    화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2-1로 표시되는,
    유기 발광 소자:
    [화학식 2-1]
    Figure pat00047

    상기 화학식 2-1에서,
    Ar3, Ar4, R5, R6, n5 및 n6는 제1항에서 정의한 바와 같다.
  7. 제1항에 있어서,
    Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로, 페닐, 비페닐릴, 나프틸, 디메틸플루오레닐, 디벤조퓨라닐, 또는 디벤조티오페닐이고,
    상기 페닐, 비페닐릴, 나프틸, 디메틸플루오레닐, 디벤조퓨라닐, 또는 디벤조티오페닐은 비치환되거나 중수소로 치환된,
    유기 발광 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    R5 및 R6는 각각 독립적으로, 수소, 중수소, 또는 페닐이고,
    상기 페닐은 비치환되거나 1 개 내지 5 개의 중수소로 치환된,
    유기 발광 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인,
    유기 발광 소자:
    Figure pat00048

    상기 화합물에서,
    a + b + c + d는 1 내지 24이고,
    Figure pat00049

    상기 군에서,
    a + b + c + d + e는 1 내지 28이고,
    Figure pat00050

    상기 군에서,
    a + b + c + d + e + f는 1 내지 32이고,
    Figure pat00051

    상기 군에서,
    a + b + c + d + e는 1 내지 30이고,

    Figure pat00052

    상기 군에서,
    a + b + c + d는 1 내지 26이고,

    Figure pat00053

    Figure pat00054

    상기 군에서,
    a + b + c + d + e는 1 내지 30이고,
    Figure pat00055

    상기 군에서,
    a + b + c + d + e + f는 1 내지 32이고,
    Figure pat00056

    상기 군에서,
    a + b + c + d는 1 내지 32이고,
    Figure pat00057

    상기 군에서,
    a + b + c + d + e는 1 내지 36이다.
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