KR101507004B1 - 유기광전자소자용 화합물, 이를 포함하는 유기발광소자 및 상기 유기발광소자를 포함하는 표시장치 - Google Patents
유기광전자소자용 화합물, 이를 포함하는 유기발광소자 및 상기 유기발광소자를 포함하는 표시장치 Download PDFInfo
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Abstract
유기광전자소자용 화합물, 이를 포함하는 유기발광소자 및 상기 유기발광소자를 포함하는 표시장치에 관한 것으로, 하기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물을 제공하여, 우수한 전기화학적 및 열적 안정성으로 수명 특성이 우수하고, 낮은 구동전압에서도 높은 발광효율을 가지는 유기발광소자를 제조할 수 있다.
[화학식 1]
[화학식 1]
Description
수명, 효율, 전기화학적 안정성 및 열적 안정성이 우수한 유기광전자소자를 제공할 수 있는 유기광전자소자용 화합물, 이를 포함하는 유기발광소자 및 상기 유기발광소자를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
유기광전자소자(organic optoelectric device)라 함은 정공 또는 전자를 이용한 전극과 유기물 사이에서의 전하 교류를 필요로 하는 소자를 의미한다.
유기광전자소자는 동작 원리에 따라 하기와 같이 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 외부의 광원으로부터 소자로 유입된 광자에 의하여 유기물층에서 엑시톤(exciton)이 형성되고 이 엑시톤이 전자와 정공으로 분리되고, 이 전자와 정공이 각각 다른 전극으로 전달되어 전류원(전압원)으로 사용되는 형태의 전자소자이다.
둘째는 2 개 이상의 전극에 전압 또는 전류를 가하여 전극과 계면을 이루는 유기물 반도체에 정공 또는 전자를 주입하고, 주입된 전자와 정공에 의하여 동작하는 형태의 전자소자이다.
유기광전자소자의 예로는 유기광전소자, 유기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체 드럼(organic photo conductor drum), 유기트랜지스터 등이 있으며, 이들은 모두 소자의 구동을 위하여 정공의 주입 또는 수송 물질, 전자의 주입 또는 수송 물질, 또는 발광 물질을 필요로 한다.
특히, 유기발광소자(organic light emitting diode, OLED)는 최근 평판 디스플레이(flat panel display)의 수요가 증가함에 따라 주목받고 있다. 일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다.
이러한 유기발광소자는 유기발광재료에 전류를 가하여 전기에너지를 빛으로 전환시키는 소자로서 통상 양극(anode)과 음극(cathode) 사이에 기능성 유기물 층이 삽입된 구조로 이루어져 있다. 여기서 유기물층은 유기발광소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다.
이러한 유기발광소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공(hole)이, 음극에서는 전자(electron)가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만나 재결합(recombination)에 의해 에너지가 높은 여기자를 형성하게 된다. 이때 형성된 여기자가 다시 바닥상태(ground state)로 이동하면서 특정한 파장을 갖는 빛이 발생하게 된다.
최근에는, 형광 발광물질뿐 아니라 인광 발광물질도 유기발광소자의 발광물질로 사용될 수 있음이 알려졌으며, 이러한 인광 발광은 바닥상태(ground state)에서 여기상태(excited state)로 전자가 전이한 후, 계간 전이(intersystem crossing)를 통해 단일항 여기자가 삼중항 여기자로 비발광 전이된 다음, 삼중항 여기자가 바닥상태로 전이하면서 발광하는 메카니즘으로 이루어진다.
상기한 바와 같이 유기발광소자에서 유기물층으로 사용되는 재료는 기능에 따라, 발광 재료와 전하 수송 재료, 예컨대 정공주입 재료, 정공수송 재료, 전자수송 재료, 전자주입 재료 등으로 분류될 수 있다.
또한, 발광 재료는 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광재료와 보다 나은 천연색을 구현하기 위해 필요한 노란색 및 주황색 발광 재료로 구분될 수 있다.
한편, 발광 재료로서 하나의 물질만 사용하는 경우 분자간 상호 작용에 의하여 최대 발광 파장이 장파장으로 이동하고 색순도가 떨어지거나 발광 감쇄 효과로 소자의 효율이 감소되는 문제가 발생하므로, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율과 안정성을 증가시키기 위하여 발광 재료로서 호스트/도판트 계를 사용할 수 있다.
유기발광소자가 전술한 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자 내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질, 발광 재료 중 호스트 및/또는 도판트 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되는 것이 선행되어야 하며, 아직까지 안정하고 효율적인 유기발광소자용 유기물층 재료의 개발이 충분히 이루어지지 않은 상태이며, 따라서 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있다. 이와 같은 재료 개발의 필요성은 전술한 다른 유기광전자소자에서도 마찬가지이다.
또한, 저분자 유기발광소자는 진공 증착법에 의해 박막의 형태로 소자를 제조하므로 효율 및 수명성능이 좋으며, 고분자 유기 발광 소자는 잉크젯(Inkjet) 또는 스핀코팅(spin coating)법을 사용하여 초기 투자비가 적고 대면적화가 유리한 장점이 있다.
저분자 유기발광소자 및 고분자 유기발광소자는 모두 자체발광, 고속응답, 광시야각, 초박형, 고화질, 내구성, 넓은 구동온도범위 등의 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이로 주목을 받고 있다. 특히 기존의 LCD(liquid crystal display)와 비교하여 자체발광형으로서 어두운 곳이나 외부의 빛이 들어와도 시안성이 좋으며, 백라이트가 필요 없어 LCD의 1/3수준으로 두께 및 무게를 줄일 수 있다.
또한, 응답속도가 LCD에 비해 1000배 이상 빠른 마이크로 초 단위여서 잔상이 없는 완벽한 동영상을 구현할 수 있다. 따라서, 최근 본격적인 멀티미디어 시대에 맞춰 최적의 디스플레이로 각광받을 것으로 기대되며, 이러한 장점을 바탕으로 1980년대 후반 최초 개발 이후 효율 80배, 수명 100배 이상에 이르는 급격한 기술발전을 이루어 왔고, 최근에는 40인치 유기발광소자 패널이 발표되는 등 대형화가 급속히 진행되고 있다.
대형화를 위해서는 발광 효율의 증대 및 소자의 수명 향상이 수반되어야 한다. 이때, 소자의 발광 효율은 발광층 내의 정공과 전자의 결합이 원활히 이루어져야 한다. 그러나, 일반적으로 유기물의 전자 이동도는 정공 이동도에 비해 느리므로, 발광층 내의 정공과 전자의 결합이 효율적으로 이루어지기 위해서는, 효율적인 전자 수송층을 사용하여 음극으로부터의 전자 주입 및 이동도를 높이는 동시에, 정공의 이동을 차단할 수 있어야 한다.
또한, 수명 향상을 위해서는 소자의 구동시 발생하는 줄열(Joule heat)로 인해 재료가 결정화되는 것을 방지하여야 한다. 따라서, 전자의 주입 및 이동성이 우수하며, 전기화학적 안정성이 높은 유기 화합물에 대한 개발이 필요하다.
정공 주입 및 수송 역할 또는 전자 주입 및 수송역할을 할 수 있고, 적절한 도펀트와 함께 발광 호스트로서의 역할을 할 수 있는 유기광전자소자용 화합물을 제공한다.
수명, 효율, 구동전압, 전기화학적 안정성 및 열적 안정성이 우수한 유기발광소자 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서는, 하기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기이고, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, 상기 R3 및 R4는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, L1 및 L2는 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기이고, n은 0 내지 3 중 어느 하나의 정수이고, R1 내지 R8은 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, X는 -NR9-, -O-, -S- 또는 -CR10R11-이며, 상기 R9 내지 R11는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, R10 및 R11는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서, L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기이고, R1 내지 R6은 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, X는 -NR7-, -O-, -S- 또는 -CR8R9-이며, 상기 R7 내지 R9는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, R8 및 R9는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, L1 및 L2는 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기이고, R1 내지 R5는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, Ar1 및 Ar2는 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 5로 표시될 수 있다.
[화학식 5]
상기 화학식 5에서, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, 상기 R3 및 R4는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 6으로 표시될 수 있다.
[화학식 6]
상기 화학식 6에서, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, 상기 R3 및 R4는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 7로 표시될 수 있다.
[화학식 7]
상기 화학식 7에서, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, 상기 R3 및 R4는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 L1은 치환 또는 비치환된 페닐렌기 또는 치환 또는 비치환된 나프틸렌기일 수 있다.
상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 A-1 내지 A-74으로 표시되는 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
[화학식 A-1] [화학식 A-2] [화학식 A-3]
[화학식 A-4] [화학식 A-5] [화학식 A-6]
[화학식 A-7] [화학식 A-8] [화학식 A-9]
[화학식 A-10] [화학식 A-11] [화학식 A-12]
[화학식 A-13] [화학식 A-14] [화학식 A-15]
[화학식 A-16] [화학식 A-17] [화학식 A-18]
[화학식 A-19] [화학식 A-20] [화학식 A-21]
[화학식 A-22] [화학식 A-23] [화학식 A-24]
[화학식 A-25] [화학식 A-26] [화학식 A-27]
[화학식 A-28] [화학식 A-29] [화학식 A-30]
[화학식 A-31] [화학식 A-32] [화학식 A-33]
[화학식 A-34] [화학식 A-35] [화학식 A-36]
[화학식 A-37] [화학식 A-38] [화학식 A-39]
[화학식 A-40] [화학식 A-41] [화학식 A-42]
[화학식 A-43] [화학식 A-44] [화학식 A-45]
[화학식 A-46] [화학식 A-47] [화학식 A-48]
[화학식 A-49] [화학식 A-50] [화학식 A-51]
[화학식 A-52] [화학식 A-53] [화학식 A-54]
[화학식 A-55] [화학식 A-56] [화학식 A-57]
[화학식 A-58] [화학식 A-59] [화학식 A-60]
[화학식 A-61] [화학식 A-62] [화학식 A-63]
[화학식 A-64] [화학식 A-65] [화학식 A-66]
[화학식 A-67] [화학식 A-68]
[화학식 A-69] [화학식 A-70] [화학식 A-71]
[화학식 A-72] [화학식 A-73] [화학식 A-74]
상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 B-1 내지 B-8로 표시되는 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
[화학식 B-1] [화학식 B-2] [화학식 B-3]
[화학식 B-4] [화학식 B-5] [화학식 B-6]
[화학식 B-7] [화학식 B-8]
상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 C-1 내지 C-45으로 표시되는 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
[화학식 C-1] [화학식 C-2] [화학식 C-3]
[화학식 C-4] [화학식 C-5] [화학식 C-6]
[화학식 C-7] [화학식 C-8] [화학식 C-9]
[화학식 C-10] [화학식 C-11] [화학식 C-12]
[화학식 C-13] [화학식 C-14] [화학식 C-15]
[화학식 C-16] [화학식 C-17] [화학식 C-18]
[화학식 C-19] [화학식 C-20] [화학식 C-21]
[화학식 C-22] [화학식 C-23] [화학식 C-24]
[화학식 C-25] [화학식 C-26] [화학식 C-27]
[화학식 C-28] [화학식 C-29] [화학식 C-30]
[화학식 C-31] [화학식 C-32] [화학식 C-33]
[화학식 C-34] [화학식 C-35] [화학식 C-36]
[화학식 C-37] [화학식 C-38] [화학식 C-39]
[화학식 C-40] [화학식 C-41] [화학식 C-42]
[화학식 C-43] [화학식 C-44] [화학식 C-45]
상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 D-1 내지 D-8로 표시되는 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
[화학식 D-1] [화학식 D-2] [화학식 D-3]
[화학식 D-4] [화학식 D-5] [화학식 D-6]
[화학식 D-7] [화학식 D-8]
상기 유기광전자소자용 화합물은 3중항 여기에너지(T1) 2.0eV 이상일 수 있다.
상기 유기광전자소자는, 유기광전소자, 유기발광소자, 유기태양전지, 유기트랜지스터, 유기 감광체 드럼 및 유기메모리소자로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 적어도 한 층 이상의 유기박막층을 포함하는 유기발광소자에 있어서, 상기 유기박막층 중 적어도 어느 한 층은 전술한 유기광전자소자용 화합물을 포함하는 것인 유기발광소자를 제공한다.
상기 유기박막층은 발광층, 정공수송층, 정공주입층, 전자수송층, 전자주입층, 정공차단층 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 유기광전자소자용 화합물은 정공수송층 또는 정공주입층 내에 포함될 수 있다.
상기 유기광전자소자용 화합물은 발광층 내에 포함될 수 있다.
상기 유기광전자소자용 화합물은 발광층 내에 인광 또는 형광 호스트 재료로서 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 전술한 유기발광소자를 포함하는 표시장치를 제공한다.
높은 정공 또는 전자 수송성, 막 안정성 열적 안정성 및 높은 3중항 여기에너지를 가지는 화합물을 제공할 수 있다.
이러한 화합물은 발광층의 정공 주입/수송 재료, 호스트 재료, 또는 전자 주입/수송 재료로 이용될 수 있다. 이를 이용한 유기광전자소자는 우수한 전기화학적 및 열적 안정성을 가지게 되어 수명 특성이 우수하고, 낮은 구동전압에서도 높은 발광효율을 가질 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물을 이용하여 제조될 수 있는 유기발광소자에 대한 다양한 구현예들을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 "치환"이란 별도의 정의가 없는 한, 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, 할로겐기, 히드록시기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 아민기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C3 내지 C30 시클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C20 알콕시기, 플루오로기, 트리플루오로메틸기 등의 C1 내지 C10 트리플루오로알킬기 또는 시아노기로 치환된 것을 의미한다.
또한 상기 치환된 할로겐기, 히드록시기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아민기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C3 내지 C30 시클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C1 내지 C20 알콕시기, 플루오로기, 트리플루오로메틸기 등의 C1 내지 C10 트리플루오로알킬기 또는 시아노기 중 인접한 두 개의 치환기가 융합되어 고리를 형성할 수도 있다.
본 명세서에서 "헤테로"란 별도의 정의가 없는 한, 하나의 작용기 내에 N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 것을 의미한다.
본 명세서에서 "이들의 조합"이란 별도의 정의가 없는 한, 둘 이상의 치환기가 연결기로 결합되어 있거나, 둘 이상의 치환기가 축합하여 결합되어 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"이란 별도의 정의가 없는 한, 지방족 탄화수소기를 의미한다. 알킬기는 어떠한 이중결합이나 삼중결합을 포함하고 있지 않은 "포화 알킬(saturated alkyl)기"일 수 있다.
알킬기는 적어도 하나의 이중결합 또는 삼중결합을 포함하고 있는 "불포화 알킬(unsaturated alkyl)기"일 수도 있다.
"알케닐렌(alkenylene)기"는 적어도 두 개의 탄소원자가 적어도 하나의 탄소-탄소 이중 결합으로 이루어진 작용기를 의미하며, "알키닐렌(alkynylene)기" 는 적어도 두 개의 탄소원자가 적어도 하나의 탄소-탄소 삼중 결합으로 이루어진 작용기를 의미한다. 포화이든 불포화이든 간에 알킬기는 분지형, 직쇄형 또는 환형일 수 있다.
알킬기는 C1 내지 C20인 알킬기일 수 있다. 보다 구체적으로 알킬기는 C1 내지 C10 알킬기 또는 C1 내지 C6 알킬기일 수도 있다.
예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬쇄에 1 내지 4 개의 탄소원자, 즉, 알킬쇄는 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어진 군에서 선택됨을 나타낸다.
구체적인 예를 들어 상기 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 에테닐기, 프로페닐기, 부테닐기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등을 의미한다.
"방향족기"는 고리 형태인 작용기의 모든 원소가 p-오비탈을 가지고 있으며, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 작용기를 의미한다. 구체적인 예로 아릴기와 헤테로아릴기가 있다.
"아릴(aryl)기"는 모노시클릭 또는 융합 고리 폴리시클릭(즉, 탄소원자들의 인접한 쌍들을 나눠 가지는 고리) 작용기를 포함한다.
"헤테로아릴(heteroaryl)기"는 아릴기 내에 N, O, S 및 P로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 것을 의미한다. 상기 헤테로아릴기가 융합고리인 경우, 각각의 고리마다 상기 헤테로 원자를 1 내지 3개 포함할 수 있다.
본 명세서에서 카바졸계 유도체라함은 치환 또는 비치환된 카바졸릴기의 질소원자가 질소가 아닌 헤테로 원자 또는 탄소로 치환된 구조를 의미한다. 구체적인 예를 들어, 디벤조퓨란(디벤조퓨라닐기), 디벤조티오펜(디벤조티오페닐기), 플루오렌(플루오레닐기) 등 이다.
본 명세서에서, 정공 특성이란, HOMO 준위를 따라 전도 특성을 가져 양극에서 형성된 정공의 발광층으로의 주입 및 발광층에서의 이동을 용이하게 하는 특성을 의미한다.
또한 전자 특성이란, LUMO 준위를 따라 전도 특성을 가져 음극에서 형성된 전자의 발광층으로의 주입 및 발광층에서의 이동을 용이하게 하는 특성을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물은 치환 또는 비치환된 벤즈티아졸기 및 치환 또는 비치환된 카바졸릴기를 포함하는 코어를 가질 수 있다.
상기 치환 또는 비치환된 벤즈티아졸은 전자 특성이 우수한 치환기이다. 상기 전자 특성이 우수한 벤즈티아졸기에 정공 특성을 가지는 카바졸릴기를 결합하여, 전체 화합물의 전자 특성 및 정공 특성을 조절할 수 있다.
따라서, 상기 코어 구조는 유기광전자소자의 발광 재료, 정공주입재료 또는 정공수송재료로 이용될 수 있다. 특히 발광 재료에 적합할 수 있다.
상기 코어에 결합된 치환기 중 적어도 하나는 정공 특성을 가지는 치환기일 수 있다. 따라서, 상기 화합물은 전자 특성이 우수한 벤즈티아졸을 포함하는 코어 구조에 정공 특성을 보강하여 발광층에서 요구되는 조건을 만족시킬 수 있다. 보다 구체적으로 발광층의 호스트 재료로 이용이 가능하다.
또한, 상기 유기광전자소자용 화합물은 코어 부분과 코어 부분에 치환된 치환기에 다양한 또 다른 치환기를 도입함으로써 다양한 에너지 밴드 갭을 갖는 화합물이 될 수 있다.
상기 화합물의 치환기에 따라 적절한 에너지 준위를 가지는 화합물을 유기광전자소자에 사용함으로써, 정공전달 능력 또는 전자전달 능력이 강화되어 효율 및 구동전압 면에서 우수한 효과를 가지고, 전기화학적 및 열적 안정성이 뛰어나 유기광전자소자 구동시 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기이고, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, 상기 R3 및 R4는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 벤즈티아졸기를 필수적으로 포함하고 있으며, 상기 치환기의 존재로 인해 정공 이동도에 비해 부족한 전자 이동성을 증가시킬 수 있다. 이로인해 양쪽성 특성을 가지는 화합물을 구성할 수 있다.
상기 양쪽성 특성을 가지는 화합물을 이용한 유기광전자소자는 정공과 전자의 이동이 용이하며, 발광 효율이 개선될 수 있다.
상기 R1 및 R2는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합일 수 있으며, 상기 치환기로 인해 상기 유기광전자소자용 화합물은 발광, 정공 또는 전자 특성; 막 안정성; 열적 안정성 및 높은 3중항 여기에너지(T1)를 가질 수 있다.
L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기일 수 있다. 상기 L1을 선택적으로 조절하여 화합물 전체의 공액(conjugation) 길이를 결정할 수 있으며, 이로부터 HOMO 혹은 LUMO 에너지 레벨을 다양하게 조절할 수 있으며, 전자 혹은 정공의 이동성을 용이하게 조절할 수 있다.
상기 L1의 구체적인 예로는 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기, 치환 또는 비치환된 터페닐렌기, 치환 또는 비치환된 나프틸렌기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐렌기, 치환 또는 비치환된 페난트릴렌기, 치환 또는 비치환된 피레닐렌기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기, 치환 또는 비치환된 티오펜기, 치환 또는 비치환된 퓨란기 등이다.
상기 R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 R3 내지 R6 중 어느 하나는 정공 특성을 가지는 치환기일 수 있다.
상기 정공 특성을 가지는 치환기의 구체적인 예로는 카바졸릴계 유도체, 치환 또는 비치환된 아민기 등이 있다.
상기 R3 내지 R6 중 적어도 어느 하나는 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기일 수 있다. 상기 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기는 벌크한 구조를 가지고 공명 효과(resonance effect)를 일으키므로 고체 상태에서 발생할 수 있는 부반응을 억제하는 효과를 가져, 유기발광소자의 성능을 증가시킬 수 있다.
또한, 화합물을 벌크하게 만들어 결정화도를 낮추고 수명을 증가시키는 효과를 가질 수 있다.
상기 트리페닐레닐기는 다른 치환체와는 달리 밴드갭이 넓고, 3중항 여기에너지가 크기 때문에 카바졸에 결합하여 화합물의 밴드갭이나 3중항 여기에너지를 줄이지 않아, 더욱 큰 장점을 가진다.
또한, 상기 R3 및 R4는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다. 상기 R3 및 R4이 서로 융합된 구체적인 예에 대해서는 후술하도록 한다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서, L1 및 L2는 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기이고, n은 0 내지 3 중 어느 하나의 정수이고, R1 내지 R8은 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, X는 -NR9-, -O-, -S- 또는 -CR10R11-이며, 상기 R9 내지 R11는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, R10 및 R11는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물의 코어 구조에 카바졸릴계 유도체 치환기가 필수적으로 결합되어 있는 구조이다.
전술한 바와 같이 상기 카바졸릴계 유도체 치환기는 정공 특성을 가지고 있기 때문에, 전체 화합물의 전자 및 정공 특성이 적절히 조절될 수 있다.
또한, 상기 코어에 포함된 카바졸릴기와 상기 카바졸릴계 유도체 치환기의 결합 위치는 각 탄소의 3번 위치일 수 있다. 이러한 경우 합성의 용이하다. 또한, 화합물이 적절한 에너지 준위를 가질 수 있으며, 또한 다양한 치환기를 카바졸에 손쉽게 도입할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서, L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기이고, R1 내지 R6은 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, X는 -NR7-, -O-, -S- 또는 -CR8R9-이며, 상기 R7 내지 R9는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, R8 및 R9는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 전술한 화학식 1에서 R3 및 R4가 서로 융합되어 고리를 형성한 구조의 일 예이다.
즉, 상기 화학식 3과 같이 표시되는 화합물은 치환 또는 비치환된 벤즈티아졸에 융합 고리 형태의 카바졸릴기 유도체가 결합된 형태이다.
이러한 경우, 전체 화합물의 구조를 벌크하게 제조할 수 있으며, 이로 인해 결정화도를 낮출 수 있다. 화합물의 결정화도가 낮아지게 되면 소자의 수명이 길어질 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서, L1 및 L2는 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기이고, R1 내지 R5는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, Ar1 및 Ar2는 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이다.
상기 화학식 4와 같이 표시되는 화합물은 치환 또는 비치환된 벤즈티아졸기 및 치환 또는 비치환된 카바졸릴기가 결합된 코어 구조에 치환 또는 비치환된 아민기가 결합된 구조이다.
상기 아민기은 정공 특성이 우수한 치환기이다. 상기 아민기의 도입으로 인해 상기 유기광전자소자용 화합물은 정공 특성이 강화될 수 있다.
상기 Ar1 및 Ar2는 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 페난트릴기, 치환 또는 비치환된 나프타세닐기, 치환 또는 비치환된 피레닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐일기, 치환 또는 비치환된 p-터페닐기, 치환 또는 비치환된 m-터페닐기, 치환 또는 비치환된 크리세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기, 치환 또는 비치환된 페릴레닐기, 치환 또는 비치환된 인데닐기, 치환 또는 비치환된 퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 티오페닐기, 치환 또는 비치환된 피롤릴기, 치환 또는 비치환된 피라졸릴기, 치환 또는 비치환된 이미다졸일기, 치환 또는 비치환된 트리아졸일기, 치환 또는 비치환된 옥사졸일기, 치환 또는 비치환된 티아졸일기, 치환 또는 비치환된 옥사디아졸일기, 치환 또는 비치환된 티아디아졸일기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸일기, 치환 또는 비치환된 인돌일기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 나프티리디닐기, 치환 또는 비치환된 벤즈옥사진일기, 치환 또는 비치환된 벤즈티아진일기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페나진일기, 치환 또는 비치환된 페노티아진일기, 치환 또는 비치환된 페녹사진일기 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 L1은 치환 또는 비치환된 페닐렌기 또는 치환 또는 비치환된 나프틸렌기일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 5로 표시될 수 있다.
[화학식 5]
상기 화학식 5에서, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, 상기 R3 및 R4는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 5로 표시되는 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물에서 L1이 페닐렌인 경우이다. 보다 구체적으로 페닐렌 기준으로 양 치환기가 오쏘 위치인 화합물일 수 있다.
이러한 경우, 비대칭 바이폴라(bipolar)특성의 구조를 제조할 수 있으며, 상기 비대칭 바이폴라특성의 구조는 정공과 전자 전달 능력을 향상시켜 소자의 발광효율과 성능 향상을 기대할 수 있다.
보다 구체적으로 카바졸과의 공액(conjugation)이 깨어지면서 카바졸과 치환된 물질과 독립적인 HOMO 및 LUMO 에너지분포를 가지게 될 수 있다.
즉, HOMO쪽에서는 카바졸 유닛이 강하게 나타나며, LUMO에서는 치환된 구조(ET특성)가 강한 특성을 나타낼 수 있다.
또는, 상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 6으로 표시될 수 있다.
[화학식 6]
상기 화학식 6에서, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, 상기 R3 및 R4는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물에서 L1이 페닐렌인 경우이다. 보다 구체적으로 페닐렌 기준으로 양 치환기가 메타 위치인 화합물일 수 있다.
이러한 경우, 파라와 오쏘 중간정도의 특성이 나타날 것으로 예상된다.
또는, 상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 7로 표시될 수 있다.
[화학식 7]
상기 화학식 7에서, R1 및 R2는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고, 상기 R3 및 R4는 서로 융합되어 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 7로 표시되는 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물에서 L1이 페닐렌인 경우이다. 보다 구체적으로 페닐렌 기준으로 양 치환기가 파라 위치인 화합물일 수 있다.
이러한 경우, 전체적으로 바이폴라 특성이 분포되어 있을 수 있다. 즉, 정공 특성과 전자 특성이 어느 한쪽으로 치우쳐 지지 않을 것으로 예상되며, 그에 따라 정공과 전자가 적절하게 주입 될 수 있게 될 것이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 A-1 내지 A-74으로 표시되는 화합물 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 A-1] [화학식 A-2] [화학식 A-3]
[화학식 A-4] [화학식 A-5] [화학식 A-6]
[화학식 A-7] [화학식 A-8] [화학식 A-9]
[화학식 A-10] [화학식 A-11] [화학식 A-12]
[화학식 A-13] [화학식 A-14] [화학식 A-15]
[화학식 A-16] [화학식 A-17] [화학식 A-18]
[화학식 A-19] [화학식 A-20] [화학식 A-21]
[화학식 A-22] [화학식 A-23] [화학식 A-24]
[화학식 A-25] [화학식 A-26] [화학식 A-27]
[화학식 A-28] [화학식 A-29] [화학식 A-30]
[화학식 A-31] [화학식 A-32] [화학식 A-33]
[화학식 A-34] [화학식 A-35] [화학식 A-36]
[화학식 A-37] [화학식 A-38] [화학식 A-39]
[화학식 A-40] [화학식 A-41] [화학식 A-42]
[화학식 A-43] [화학식 A-44] [화학식 A-45]
[화학식 A-46] [화학식 A-47] [화학식 A-48]
[화학식 A-49] [화학식 A-50] [화학식 A-51]
[화학식 A-52] [화학식 A-53] [화학식 A-54]
[화학식 A-55] [화학식 A-56] [화학식 A-57]
[화학식 A-58] [화학식 A-59] [화학식 A-60]
[화학식 A-61] [화학식 A-62] [화학식 A-63]
[화학식 A-64] [화학식 A-65] [화학식 A-66]
[화학식 A-67] [화학식 A-68]
[화학식 A-69] [화학식 A-70] [화학식 A-71]
[화학식 A-72] [화학식 A-73] [화학식 A-74]
본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 B-1 내지 B-8로 표시되는 화합물 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 B-1] [화학식 B-2] [화학식 B-3]
[화학식 B-4] [화학식 B-5] [화학식 B-6]
[화학식 B-7] [화학식 B-8]
본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 C-1 내지 C-45으로 표시되는 화합물 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 C-1] [화학식 C-2] [화학식 C-3]
[화학식 C-4] [화학식 C-5] [화학식 C-6]
[화학식 C-7] [화학식 C-8] [화학식 C-9]
[화학식 C-10] [화학식 C-11] [화학식 C-12]
[화학식 C-13] [화학식 C-14] [화학식 C-15]
[화학식 C-16] [화학식 C-17] [화학식 C-18]
[화학식 C-19] [화학식 C-20] [화학식 C-21]
[화학식 C-22] [화학식 C-23] [화학식 C-24]
[화학식 C-25] [화학식 C-26] [화학식 C-27]
[화학식 C-28] [화학식 C-29] [화학식 C-30]
[화학식 C-31] [화학식 C-32] [화학식 C-33]
[화학식 C-34] [화학식 C-35] [화학식 C-36]
[화학식 C-37] [화학식 C-38] [화학식 C-39]
[화학식 C-40] [화학식 C-41] [화학식 C-42]
[화학식 C-43] [화학식 C-44] [화학식 C-45]
본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 D-1 내지 D-8로 표시되는 화합물 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 D-1] [화학식 D-2] [화학식 D-3]
[화학식 D-4] [화학식 D-5] [화학식 D-6]
[화학식 D-7] [화학식 D-8]
전술한 본 발명의 일 구현예에 따른 화합물이 전자특성, 정공특성 양쪽을 모두 요구하는 경우에는 상기 전자 특성을 가지는 작용기를 도입하는 것이 유기발광소자의 수명 향상 및 구동 전압 감소에 효과적이다.
전술한 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물은 최대 발광 파장이 약 320 내지 500 nm 범위를 나타내고, 3중항 여기에너지(T1)가 2.0 eV 이상, 보다 구체적으로 2.0 내지 4.0 eV 범위인 것으로, 높은 3중항 여기 에너지를 가지는 호스트의 전하가 도판트에 잘 전달되어 도판트의 발광효율을 높일 수 있고, 재료의 호모(HOMO)와 루모(LUMO) 에너지 준위를 자유롭게 조절하여 구동전압을 낮출 수 있는 이점이 있기 때문에 호스트 재료 또는 전하수송재료로 매우 유용하게 사용될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 유기광전자소자용 화합물은 광활성 및 전기적인 활성을 갖고 있으므로, 비선형 광학소재, 전극 재료, 변색재료, 광 스위치, 센서, 모듈, 웨이브 가이드, 유기 트렌지스터, 레이저, 광 흡수체, 유전체 및 분리막(membrane) 등의 재료로도 매우 유용하게 적용될 수 있다.
상기와 같은 화합물을 포함하는 유기광전자소자용 화합물은 유리전이온도가 90℃ 이상이며, 열분해온도가 400℃이상으로 열적 안정성이 우수하다. 이로 인해 고효율의 유기광전소자의 구현이 가능하다.
상기와 같은 화합물을 포함하는 유기광전자소자용 화합물은 발광, 또는 전자 주입 및/또는 수송역할을 할 수 있으며, 적절한 도판트와 함께 발광 호스트로서의 역할도 할 수 있다. 즉, 상기 유기광전자소자용 화합물은 인광 또는 형광의 호스트 재료, 청색의 발광도펀트 재료, 또는 전자수송 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물은 유기박막층에 사용되어 유기광전자소자의 수명 특성, 효율 특성, 전기화학적 안정성 및 열적 안정성을 향상시키며, 구동전압을 낮출 수 있다.
이에 따라 본 발명의 일 구현예는 상기 유기광전자소자용 화합물을 포함하는 유기광전자소자를 제공한다. 이 때, 상기 유기광전자소자라 함은 유기광전소자, 유기발광소자, 유기 태양 전지, 유기 트랜지스터, 유기 감광체 드럼, 유기 메모리 소자 등을 의미한다. 특히, 유기 태양 전지의 경우에는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물이 전극이나 전극 버퍼층에 포함되어 양자 효율을 증가시키며, 유기 트랜지스터의 경우에는 게이트, 소스-드레인 전극 등에서 전극 물질로 사용될 수 있다.
이하에서는 유기발광소자에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 다른 일 구현예는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 적어도 한 층 이상의 유기박막층을 포함하는 유기발광소자에 있어서, 상기 유기박막층 중 적어도 어느 한 층은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물을 포함하는 유기발광소자를 제공한다.
상기 유기광전자소자용 화합물을 포함할 수 있는 유기박막층으로는 발광층, 정공수송층, 정공주입층, 전자수송층, 전자주입층, 정공차단층 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 층을 포함할 수 있는 바, 이 중에서 적어도 어느 하나의 층은 본 발명에 따른 유기광전자소자용 화합물을 포함한다. 특히, 정공수송층 또는 정공주입층에 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 유기광전자소자용 화합물이 발광층 내에 포함되는 경우 상기 유기광전자소자용 화합물은 인광 또는 형광호스트로서 포함될 수 있고, 특히, 형광 청색 도펀트 재료로서 포함될 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물을 포함하는 유기발광소자의 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 유기발광소자(100, 200, 300, 400 및 500)는 양극(120), 음극(110) 및 이 양극과 음극 사이에 개재된 적어도 1층의 유기박막층(105)을 포함하는 구조를 갖는다.
상기 양극(120)은 양극 물질을 포함하며, 이 양극 물질로는 통상 유기박막층으로 정공주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 상기 양극 물질의 구체적인 예로는 니켈, 백금, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금을 들 수 있고, 아연산화물, 인듐산화물, 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO)과 같은 금속 산화물을 들 수 있고, ZnO와 Al 또는 SnO2와 Sb와 같은 금속과 산화물의 조합을 들 수 있고, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](polyehtylenedioxythiophene: PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 상기 양극으로 ITO(indium tin oxide)를 포함하는 투명전극을 사용할 수 있다.
상기 음극(110)은 음극 물질을 포함하여, 이 음극 물질로는 통상 유기박막층으로 전자주입이 용이하도록 일 함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 납, 세슘, 바륨 등과 같은 금속 또는 이들의 합금을 들 수 있고, LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Ca, LiF/Al 및 BaF2/Ca과 같은 다층 구조 물질 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 상기 음극으로 알루미늄 등과 같은 금속전극을 사용할 수 있다.
먼저 도 1을 참조하면, 도 1은 유기박막층(105)으로서 발광층(130)만이 존재하는 유기발광소자(100)를 나타낸 것으로, 상기 유기박막층(105)은 발광층(130)만으로 존재할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 2는 유기박막층(105)으로서 전자수송층을 포함하는 발광층(230)과 정공수송층(140)이 존재하는 2층형 유기발광소자(200)를 나타낸 것으로, 도 2에 나타난 바와 같이, 유기박막층(105)은 발광층(230) 및 정공 수송층(140)을 포함하는 2층형일 수 있다. 이 경우 발광층(130)은 전자 수송층의 기능을 하며, 정공 수송층(140)은 ITO와 같은 투명전극과의 접합성 및 정공수송성을 향상시키는 기능을 한다.
도 3을 참조하면, 도 3은 유기박막층(105)으로서 전자수송층(150), 발광층(130) 및 정공수송층(140)이 존재하는 3층형 유기발광소자(300)로서, 상기 유기박막층(105)에서 발광층(130)은 독립된 형태로 되어 있고, 전자수송성이나 정공수송성이 우수한 막(전자수송층(150) 및 정공수송층(140))을 별도의 층으로 쌓은 형태를 나타내고 있다.
도 4를 참조하면, 도 4는 유기박막층(105)으로서 전자주입층(160), 발광층(130), 정공수송층(140) 및 정공주입층(170)이 존재하는 4층형 유기발광소자(400)로서, 상기 정공주입층(170)은 양극으로 사용되는 ITO와의 접합성을 향상시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 도 5는 유기박막층(105)으로서 전자주입층(160), 전자수송층(150), 발광층(130), 정공수송층(140) 및 정공주입층(170)과 같은 각기 다른 기능을 하는 5개의 층이 존재하는 5층형 유기발광소자(500)를 나타내고 있으며, 상기 유기발광소자(500)는 전자주입층(160)을 별도로 형성하여 저전압화에 효과적이다.
상기 도 1 내지 도 5에서 상기 유기박막층(105)을 이루는 전자 수송층(150), 전자 주입층(160), 발광층(130, 230), 정공 수송층(140), 정공 주입층(170) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나는 상기 유기광전자소자용 화합물을 포함한다. 이 때 상기 유기광전자소자용 화합물은 상기 전자 수송층(150) 또는 전자주입층(160)을 포함하는 전자수송층(150)에 사용될 수 있으며, 그중에서도 전자수송층에 포함될 경우 정공 차단층(도시하지 않음)을 별도로 형성할 필요가 없어 보다 단순화된 구조의 유기발광소자를 제공할 수 있어 바람직하다.
또한, 상기 유기광전자소자용 화합물이 발광층(130, 230) 내에 포함되는 경우 상기 유기광전자소자용 화합물은 인광 또는 형광호스트로서 포함될 수 있으며, 또는 형광 청색 도펀트로서 포함될 수 있다.
상기에서 설명한 유기발광소자는, 기판에 양극을 형성한 후, 진공증착법(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 플라즈마 도금 및 이온도금과 같은 건식성막법; 또는 스핀코팅(spin coating), 침지법(dipping), 유동코팅법(flow coating)과 같은 습식성막법 등으로 유기박막층을 형성한 후, 그 위에 음극을 형성하여 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면, 상기 유기발광소자를 포함하는 표시장치를 제공한다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
(유기광전자소자용 화합물의 제조)
실시예
1: 화학식 A-1로 표시되는 화합물의 합성
본 발명의 유기광전자소자용 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 상기 화학식 A-1로 표시되는 화합물은 아래의 반응식 1와 같은 방법을 통하여 합성되었다.
[반응식 1]
제 1 단계: 화합물 (A)의 합성
1000 mL의 둥근 플라스크에서 2-아미노 타이오페놀 37g(0.3 mol), 4-브로모 벤즈알데하이드 50g(0.27 mol)을 다이메틸 설폭사이드 400 mL에 교반하며 반응 용기의 온도를 환류온도로 상승시킨 후 25시간 교반하였다. 반응용액을 물을 이용하여 고체를 생성 시킨 후 다시 메틸렌 클로라이드에 녹여낸 다음 무수산 황산마그네슘을 이용하여 수분을 제거하였다. 용매 제거 후 메탄올에 침전을 잡아서 화합물 (A)를 50 g (수율 65%)을 수득하였다.
상기 수득된 (A)로 표시되는 화합물을 원소분석으로 분석한 결과는 다음과 같았다.
calcd. C13H8BrNS: C, 53.81; H, 2.78; N, 4.83; S, 11.05 found: C, 53.51; H, 2.82; N, 4.75; S, 11.10
제 2 단계: 화합물 A-1의 합성
화합물 (A)로 표시되는 화합물 13.8 g(50 mmol), 9-페닐-9H,9'H-[3,3']바이 카바졸-일 (B) 17 g (40 mmol), 및 탄산칼륨 7.6 g(55 mmol) 을 DMSO 250 ml에 현탁시키고, 1,10-페난쓰롤린 1 g(7 mmol)과 염화구리 1 g(7 mmol)을 넣어준 후, 질소 기류 하에서 12시간 동안 가열하여 환류하였다. 반응용액을 MeOH 1000ml에 가하여 결정화된 고형분을 필터한 후, 모노클로로벤젠에 녹여 실리카겔/셀라이트로 필터하였다. 유기용매를 적당량 제거한 후, MeOH에 재결정하여 화합물 A1 15 g (수율 56%)을 수득하였다.
상기 수득된 A-1로 표시되는 화합물을 원소분석으로 분석한 결과는 다음과 같았다.
calcd. C43H27N3S: C, 83.60; H, 4.41; N, 6.80; S, 5.19; found: C, 83.35; H, 4.30; N, 6.78; S, 5.08
실시예
2: 화학식 A-4로 표시되는 화합물의 합성
본 발명의 유기광전자소자용 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 상기 화학식 A-4로 표시되는 화합물은 아래의 반응식 2와 같은 방법을 통하여 합성되었다.
[반응식 2]
제 1 단계: 화합물 A-4의 합성
화합물 (A)로 표시되는 화합물 10.3 g(40 mmol), 9-페닐-9H,9'H-[3,3']바이 카바졸-일 (C) 15 g (40 mmol), 및 탄산칼륨 7.5 g(53 mmol) 을 DMSO 250 ml에 현탁시키고, 1,10-페난쓰롤린 1 g(7 mmol)과 염화구리 1 g(7 mmol)을 넣어준 후, 질소 기류 하에서 12시간 동안 가열하여 환류하였다. 반응용액을 MeOH 1000ml에 가하여 결정화된 고형분을 필터한 후, 모노클로로벤젠에 녹여 실리카겔/셀라이트로 필터하였다. 유기용매를 적당량 제거한 후, MeOH에 재결정하여 화합물 A7 16.5 g (수율 65%)을 수득하였다.
상기 수득된 A-4로 표시되는 화합물을 원소분석으로 분석한 결과는 다음과 같았다.
calcd. C49H31N3S: C, 84.82; H, 4.50; N, 6.06; S, 4.62; found: C, 84.79; H, 4.48; N, 6.01; S, 4.59
실시예
3: 화학식 A-43으로 표시되는 화합물의 합성
본 발명의 유기광전자소자용 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 상기 화학식 A-43으로 표시되는 화합물은 아래의 반응식 3과 같은 방법을 통하여 합성되었다.
[반응식 3]
제 1 단계: 화합물 A-43의 합성
화합물 (D)로 표시되는 화합물 12 g(23.8 mmol), 2-브로모 다이벤조 퓨란 6 g (24.8 mmol), 및 테트라키스 트리페닐 포스파인 1.5g (1 mmol) 을 톨루엔/ 테트라 하이드로 퓨란 250 ml에 현탁시키고, 2M 포타시움 카보네이트 수용액 250 ml를 넣어준 후, 질소 기류 하에서 24시간 동안 가열하여 환류하였다. 반응용액을 MeOH 1000ml에 가하여 결정화된 고형분을 필터한 후, 모노클로로벤젠에 녹여 실리카겔/셀라이트로 필터하였다. 유기용매를 적당량 제거한 후, MeOH에 재결정하여 화합물 A-43 8 g (수율 62%)을 수득하였다.
상기 수득된 A-43으로 표시되는 화합물을 원소분석으로 분석한 결과는 다음과 같았다.
calcd. C37H22N2OS: C, 81.89; H, 4.09; N, 5.16; S, 5.91; found: C, 81.89; H, 4.11; N, 5.15; S, 5.86
실시예
4: 화학식 A-72로 표시되는 화합물의 합성
본 발명의 유기광전자소자용 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 상기 화학식 A-72로 표시되는 화합물은 아래의 반응식 4와 같은 방법을 통하여 합성되었다.
[반응식 4]
제 1 단계: 화합물 A-72의 합성
화합물 (D)로 표시되는 화합물 12 g(23.8 mmol), 화합물 (F)로 표시되는 화합물 9.4 g (23.8 mmol), 및 테트라키스 트리페닐 포스파인 1.3g (1 mmol) 을 톨루엔/ 테트라 하이드로 퓨란 250 ml에 현탁시키고, 2M 포타시움 카보네이트 수용액 250 ml를 넣어준 후, 질소 기류 하에서 24시간 동안 가열하여 환류하였다. 반응용액을 MeOH 1000ml에 가하여 결정화된 고형분을 필터한 후, 모노클로로벤젠에 녹여 실리카겔/셀라이트로 필터하였다. 유기용매를 적당량 제거한 후, MeOH에 재결정하여 화합물 A-72 10 g (수율 60%)을 수득하였다.
상기 수득된 A-72로 표시되는 화합물을 원소분석으로 분석한 결과는 다음과 같았다.
calcd. C49H31N3S: C, 84.82; H, 4.50; N, 6.06; S, 4.62; found: C, 84.80; H, 4.52; N, 6.15; S, 4.59
실시예
5: 화학식 B-1로 표시되는 화합물의 합성
본 발명의 유기광전자소자용 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 상기 화학식 B-1로 표시되는 화합물은 아래의 반응식 5와 같은 방법을 통하여 합성되었다.
[반응식 5]
제 1 단계: 화합물 B-1의 합성
화합물 (D)로 표시되는 화합물 12 g(23.8 mmol), 4-브로모 트리페닐 아민 화합물 7.7 g (23.8 mmol), 및 테트라키스 트리페닐 포스파인 1.3g (1 mmol) 을 톨루엔/ 테트라 하이드로 퓨란 250 ml에 현탁시키고, 2M 포타시움 카보네이트 수용액 250 ml를 넣어준 후, 질소 기류 하에서 24시간 동안 가열하여 환류하였다. 반응용액을 MeOH 1000ml에 가하여 결정화된 고형분을 필터한 후, 모노클로로벤젠에 녹여 실리카겔/셀라이트로 필터하였다. 유기용매를 적당량 제거한 후, MeOH에 재결정하여 화합물 B-1 8.8 g (수율 60%)을 수득하였다.
상기 수득된 B-1로 표시되는 화합물을 원소분석으로 분석한 결과는 다음과 같았다.
calcd. C43H29N3S: C, 83.33; H, 4.72; N, 6.78; S, 5.17; found: C, 83.37; H, 4.69; N, 6.71; S, 5.12
실시예
6: 화학식 D-1로 표시되는 화합물의 합성
본 발명의 유기광전자소자용 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 상기 화학식 D-1로 표시되는 화합물은 아래의 반응식 6와 같은 방법을 통하여 합성되었다.
[반응식 6]
제 1 단계: 화합물 D-1의 합성
화합물 (D)로 표시되는 화합물 12 g(23.8 mmol), 2-브로모 트리페닐렌 화합물 7.3 g (23.8 mmol), 및 테트라키스 트리페닐 포스파인 1.3g (1 mmol) 을 톨루엔/ 테트라 하이드로 퓨란 250 ml에 현탁시키고, 2M 포타시움 카보네이트 수용액 250 ml를 넣어준 후, 질소 기류 하에서 24시간 동안 가열하여 환류하였다. 반응용액을 MeOH 1000ml에 가하여 결정화된 고형분을 필터한 후, 모노클로로벤젠에 녹여 실리카겔/셀라이트로 필터하였다. 유기용매를 적당량 제거한 후, MeOH에 재결정하여 화합물 D-1 8.5 g (수율 60%)을 수득하였다.
상기 수득된 D-1로 표시되는 화합물을 원소분석으로 분석한 결과는 다음과 같았다.
calcd. C43H26N2S: C, 85.68; H, 4.35; N, 4.65; S, 5.32; found: C, 85.67; H, 4.35; N, 4.65; S, 5.30
비교예
1: 화학식
R1
으로 표시되는 화합물의 합성
본 발명의 유기광전자소자용 화합물의 보다 구체적인 비교예로서 제시된 상기 화학식 R-1으로 표시되는 화합물은 아래의 반응식 7와 같은 방법을 통하여 합성되었다.
[반응식 7]
제 1 단계: 화합물 R-1의 합성
화합물 (A)로 표시되는 화합물 31.2 g(110 mmol), N-H-카바졸 (G) 15 g (90 mmol), 및 탄산칼륨 7.5 g(53 mmol) 을 DMSO 250 ml에 현탁시키고, 1,10-페난쓰롤린 1 g(7 mmol)과 염화구리 1 g(7 mmol)을 넣어준 후, 질소 기류 하에서 24시간 동안 가열하여 환류하였다. 반응용액을 MeOH 1000ml에 가하여 결정화된 고형분을 필터한 후, 모노클로로벤젠에 녹여 실리카겔/셀라이트로 필터하였다. 유기용매를 적당량 제거한 후, MeOH에 재결정하여 화합물 R-1 20 g (수율 60%)을 수득하였다.
상기 수득된 R-1로 표시되는 화합물을 원소분석으로 분석한 결과는 다음과 같았다.
calcd. C25H16N2S: C, 79.76; H, 4.28; N, 7.44; S, 8.52; found: C, 79.69; H, 4.28; N, 7.39; S, 8.55
비교예
2: 화학식 R-2으로 표시되는 화합물의 합성
본 발명의 유기광전자소자용 화합물의 보다 구체적인 비교예로서 제시된 상기 화학식 R-2으로 표시되는 화합물은 아래의 반응식 8와 같은 방법을 통하여 합성되었다.
[반응식 8]
제 1 단계: 화합물 R-2의 합성
화합물 (A)로 표시되는 화합물 31.2 g(110 mmol), N-H-카바졸 (G) 15 g (90 mmol), 및 탄산칼륨 7.5 g(53 mmol) 을 DMSO 250 ml에 현탁시키고, 1,10-페난쓰롤린 1 g(7 mmol)과 염화구리 1 g(7 mmol)을 넣어준 후, 질소 기류 하에서 24시간 동안 가열하여 환류하였다. 반응용액을 MeOH 1000ml에 가하여 결정화된 고형분을 필터한 후, 모노클로로벤젠에 녹여 실리카겔/셀라이트로 필터하였다. 유기용매를 적당량 제거한 후, MeOH에 재결정하여 화합물 R-2 23 g (수율 63%)을 수득하였다.
상기 수득된 R-2로 표시되는 화합물을 원소분석으로 분석한 결과는 다음과 같았다.
calcd. C25H16N2O: C, 83.31; H, 4.47; N, 7.77; found: : C, 83.33; H, 4.48; N, 7.73
(유기발광소자의 제조)
실시예
7
구체적으로, 유기발광소자의 제조방법을 설명하면, 양극은 15 Ω/cm2의 면저항값을 가진 ITO 유리 기판을 50 mm × 50 mm × 0.7 mm의 크기로 잘라서 아세톤과 이소프로필알코올과 순수물 속에서 각 15 분 동안 초음파 세정한 후, 30 분 동안 UV 오존 세정하여 사용하였다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극을 양극으로 사용하여 ITO 기판 상부에 하기 HTM 화합물을 진공 증착하여 1200Å두께의 정공 주입층을 형성하였다.
[HTM]
상기 실시예 1에서 합성된 화합물을 호스트로 사용하고, 인광 그린 도판트로 하기 PhGD 화합물을 7 중량%로 도핑하여 진공증학으로 300Å 두께의 발광층을 형성하였다. 양극으로는 ITO를 1000 Å의 두께로 사용하였고, 음극으로는 알루미늄(Al)을 1000 Å의 두께로 사용하였다.
[PhGD]
그 후 상기 발광층 상부에 BAlq [Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum] 50Å 및 Alq3 [Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium] 250Å 를 순차적으로 적층하여 전자수송층을 형성하였다. 상기 전자수송층 상부에 LiF 5Å과 Al 1000Å을 순차적으로 진공 증착하여 음극을 형성함으로써 유기발광소자를 제조하였다.
[BAlq] [Alq3]
실시예
8
상기 실시예 7에서, 실시예 1에 따른 화합물 대신 실시예 2에 따른 화합물을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 7와 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
실시예
9
상기 실시예 7에서, 실시예 1에 따른 화합물 대신 실시예 4에 따른 화합물을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 7와 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
실시예
10
구체적으로, 유기발광소자의 제조방법을 설명하면, 양극은 15 Ω/cm2의 면저항값을 가진 ITO 유리 기판을 50 mm × 50 mm × 0.7 mm의 크기로 잘라서 아세톤과 이소프로필알코올과 순수물 속에서 각 15 분 동안 초음파 세정한 후, 30 분 동안 UV 오존 세정하여 사용하였다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극을 양극으로 사용하여 ITO 기판 상부에 하기 HTM 화합물과 실시예 1에 따른 화합물을 진공 증착하여 총 1200Å두께의 정공 주입층을 형성하였다.
[HTM]
4,4-N,N-다이카바졸바이페닐(CBP)를 발광층의 호스트로 사용하고, 인광 그린 도판트로 하기 PhGD 화합물을 7 중량%로 도핑하여 진공증학으로 300Å 두께의 발광층을 형성하였다. 양극으로는 ITO를 1000 Å의 두께로 사용하였고, 음극으로는 알루미늄(Al)을 1000 Å의 두께로 사용하였다.
[PhGD]
그 후 상기 발광층 상부에 BAlq [Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum] 50Å 및 Alq3 [Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium] 250Å 를 순차적으로 적층하여 전자수송층을 형성하였다. 상기 전자수송층 상부에 LiF 5Å과 Al 1000Å을 순차적으로 진공 증착하여 음극을 형성함으로써 유기발광소자를 제조하였다.
[BAlq] [Alq3]
실시예
11
상기 실시에 10에서, 실시예 1에 따른 화합물 대신 실시예 2에 따른 화합물을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 10과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
실시예
12
상기 실시에 10에서, 실시예 1에 따른 화합물 대신 실시예 4에 따른 화합물을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 10과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
비교예
3
상기 실시예 1에서 합성된 화합물을 발광층의 호스트로 사용한 것을 대신하여, 4,4-N,N-다이카바졸바이페닐(CBP)를 발광층의 호스트로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 7와 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
비교예
4
상기 비교예 3에서 4,4-N,N-다이카바졸바이페닐(CBP)를 발광층의 호스트로 사용한 것을 대신하여, 비교예 1에서 합성된 화합물 R1을 발광층의 호스트로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 7와 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
비교예
5
상기 비교예 3에서 4,4-N,N-다이카바졸바이페닐(CBP)를 발광층의 호스트로 사용한 것을 대신하여, 비교예 2에서 합성된 화합물 R2을 발광층의 호스트로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 7와 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
(유기발광소자의 성능 측정)
상기 실시예 8 내지 12 및 비교예 3 내지 5에서 제조된 각각의 유기발광소자에 대하여 전압에 따른 전류밀도 변화, 휘도변화 및 발광효율을 측정하였다. 구체적인 측정방법은 다음과 같고, 그 결과는 하기 표 1 및 2에 나타내었다
(1) 전압변화에 따른 전류밀도의 변화 측정
제조된 유기발광소자에 대해, 전압을 0 V 부터 10 V까지 상승시키면서 전류-전압계(Keithley 2400)를 이용하여 단위소자에 흐르는 전류값을 측정하고, 측정된 전류값을 면적으로 나누어 결과를 얻었다.
(2) 전압변화에 따른 휘도변화 측정
제조된 유기발광소자에 대해, 전압을 0 V 부터 10 V까지 상승시키면서 휘도계(Minolta Cs-1000A)를 이용하여 그 때의 휘도를 측정하여 결과를 얻었다.
(3) 발광효율 측정
상기(1) 및 (2)로부터 측정된 휘도와 전류밀도 및 전압을 이용하여 전류효율(cd/A) 및 전력효율(lm/W)을 계산하였다.
| 분류 | 구동전압 (Vd, V) |
전류효율 (cd/A) |
전력효율 (lm/W) |
휘도 (cd/m2) |
색좌표 (CIEx) |
색좌표 (CIEy) |
| 비교예 3 | 3.37 | 37.2 | 36 | 3000 | 0.341 | 0.625 |
| 비교예 4 | 3.30 | 40.2 | 39.1 | 3000 | 0.350 | 0.620 |
| 비교예 5 | 3.28 | 38.2 | 34.4 | 3000 | 0.341 | 0.645 |
| 실시예 8 | 3.28 | 41.8 | 40.5 | 3000 | 0.350 | 0.620 |
| 실시예 9 | 3.46 | 48.9 | 46.1 | 3000 | 0.350 | 0.619 |
상기 실시예 8 및 9에 따른 소자의 특성이 비교예 3 내지 5보다 우수함을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예 10 내지 12에서 제조된 인터레이어 층이 삽인된 유기발광소자에 대하여 전압에 따른 전류밀도 변화, 휘도변화 및 발광효율을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 분류 | 구동전압 (Vd, V) |
전류효율 (cd/A) |
전력효율 (lm/W) |
휘도 (cd/m2) |
색좌표 (CIEx) |
색좌표 (CIEy) |
| 비교예 3 | 3.37 | 37.2 | 36 | 3000 | 0.341 | 0.625 |
| 실시예 10 | 4.31 | 51.1 | 37.2 | 3000 | 0.323 | 0.674 |
| 실시예 11 | 4.14 | 52.5 | 39.8 | 3000 | 0.322 | 0.654 |
| 실시예 12 | 4.13 | 49.8 | 37.8 | 3000 | 0.319 | 0.649 |
비교물질인 CBP를 발광층의 단독 호스트로 적용한 비교예 3 보다, 인터레이어 층이 삽입된 실시예 10 내지 12의 소자에서, 소자의 효율이 향상됨을 확인하였다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 유기발광소자 110 : 음극
120 : 양극 105 : 유기박막층
130 : 발광층 140 : 정공 수송층
150 : 전자수송층 160 : 전자주입층
170 : 정공주입층 230 : 발광층 + 전자수송층
120 : 양극 105 : 유기박막층
130 : 발광층 140 : 정공 수송층
150 : 전자수송층 160 : 전자주입층
170 : 정공주입층 230 : 발광층 + 전자수송층
Claims (20)
- 하기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기이고,
R1 및 R2는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고,
R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고,
R3 내지 R6 중 적어도 하나는 카바졸릴계 유도체이고,
상기 카바졸릴계 유도체는 카바졸릴기이거나, 상기 R3 및 R4가 서로 융합되어 인돌로카바졸 고리를 형성한 것이고,
상기 R3 및 R4가 서로 융합되어 인돌로카바졸 고리를 형성하는 경우, 상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 표시된다:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기이고,
R1 내지 R6은 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고,
X는 -NR7-이고, R7는 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이다.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 것인 유기광전자소자용 화합물:
[화학식 2]
상기 화학식 2에서,
L1 및 L2는 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기이고,
n은 0이고,
R1 내지 R8은 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고,
X는 -NR9-이며, 상기 R9는 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이다.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 것인 유기광전자소자용 화합물:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴렌기이고,
R1 내지 R6은 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고,
X는 -NR7-이며, 상기 R7는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이다.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 것인 유기광전자소자용 화합물:
[화학식 5]
상기 화학식 5에서,
R1 및 R2는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고,
R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고,
R3 내지 R6 중 적어도 하나는 카바졸릴계 유도체이고,
상기 카바졸릴계 유도체는 카바졸릴기이거나, 상기 R3 및 R4가 서로 융합되어 인돌로카바졸 고리를 형성한 것이다.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 6으로 표시되는 것인 유기광전자소자용 화합물:
[화학식 6]
상기 화학식 6에서,
R1 및 R2는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고,
R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고,
R3 내지 R6 중 적어도 하나는 카바졸릴계 유도체이고,
상기 카바졸릴계 유도체는 카바졸릴기이거나, 상기 R3 및 R4가 서로 융합되어 인돌로카바졸 고리를 형성한 것이다.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 7로 표시되는 것인 유기광전자소자용 화합물:
[화학식 7]
상기 화학식 7에서,
R1 및 R2는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고,
R3 내지 R6는 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 아민기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기 또는 이들의 조합이고,
R3 내지 R6 중 적어도 하나는 카바졸릴계 유도체이고,
상기 카바졸릴계 유도체는 카바졸릴기이거나, 상기 R3 및 R4가 서로 융합되어 인돌로카바졸 고리를 형성한 것이다.
- 제1항에 있어서,
상기 L1은 치환 또는 비치환된 페닐렌기 또는 치환 또는 비치환된 나프틸렌기인 것인 유기광전자소자용 화합물.
- 제1항에 있어서,
상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 A-1 내지 A-12, A-19 내지 A-30, 및 A-61 내지 A-66으로 표시되는 화합물 중 어느 하나인 것인 유기광전자소자용 화합물:
[화학식 A-1] [화학식 A-2] [화학식 A-3]
[화학식 A-4] [화학식 A-5] [화학식 A-6]
[화학식 A-7] [화학식 A-8] [화학식 A-9]
[화학식 A-10] [화학식 A-11] [화학식 A-12]
[화학식 A-19] [화학식 A-20] [화학식 A-21]
[화학식 A-22] [화학식 A-23] [화학식 A-24]
[화학식 A-25] [화학식 A-26] [화학식 A-27]
[화학식 A-28] [화학식 A-29] [화학식 A-30]
[화학식 A-61] [화학식 A-62] [화학식 A-63]
[화학식 A-64] [화학식 A-65] [화학식 A-66]
.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 C-19 내지 C-43으로 표시되는 화합물 중 어느 하나인 것인 유기광전자소자용 화합물.
[화학식 C-19] [화학식 C-20] [화학식 C-21]
[화학식 C-22] [화학식 C-23] [화학식 C-24]
[화학식 C-25] [화학식 C-26] [화학식 C-27]
[화학식 C-28] [화학식 C-29] [화학식 C-30]
[화학식 C-31] [화학식 C-32] [화학식 C-33]
[화학식 C-34] [화학식 C-35] [화학식 C-36]
[화학식 C-37] [화학식 C-38] [화학식 C-39]
[화학식 C-40] [화학식 C-41] [화학식 C-42]
[화학식 C-43]
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 유기광전자소자용 화합물은 3중항 여기에너지(T1) 2.0eV 이상인 것인 유기광전자소자용 화합물.
- 제1항에 있어서,
상기 유기광전자소자는, 유기광전소자, 유기발광소자, 유기태양전지, 유기트랜지스터, 유기 감광체 드럼 및 유기메모리소자로 이루어진 군에서 선택되는 것인 유기광전자소자용 화합물.
- 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 적어도 한 층 이상의 유기박막층을 포함하는 유기발광소자에 있어서,
상기 유기박막층 중 적어도 어느 한 층은 상기 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제9항, 제11항, 제13항, 및 제14항 중 어느 한 항에 따른 유기광전자소자용 화합물을 포함하는 것인 유기발광소자.
- 제15항에 있어서,
상기 유기박막층은 발광층, 정공수송층, 정공주입층, 전자수송층, 전자주입층, 정공차단층 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 유기발광소자.
- 제16항에 있어서,
상기 유기광전자소자용 화합물은 정공수송층 또는 정공주입층 내에 포함되는 것인 유기발광소자.
- 제16항에 있어서,
상기 유기광전자소자용 화합물은 발광층 내에 포함되는 것인 유기발광소자.
- 제18항에 있어서,
상기 유기광전자소자용 화합물은 발광층 내에 인광 또는 형광 호스트 재료로서 사용되는 것인 유기발광소자.
- 제15항의 유기발광소자를 포함하는 표시장치.
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