KR20140141951A - 유기전기 소자용 화합물을 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소자의 발광효율, 안정성 및 수명을 향상시킬 수 있는 신규 화합물 및 이를 이용한 유기전기소자, 그 전자 장치를 제공한다.

Description

유기전기 소자용 화합물을 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치{AN ORGANIC ELECTRONIC ELEMENT USING COMPOUND FOR ORGANIC ELECTRONIC ELEMENT, AND AN ELECTRONIC DEVICE THEREOF}

본 발명은 유기전기소자용 화합물을 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치에 관한 것이다.

일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛 에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기전기소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물 층은 유기전기소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다.

유기전기소자에서 유기물층으로 사용되는 재료는 기능에 따라, 발광 재료와 전하수송 재료, 예컨대 정공주입 재료, 정공수송 재료, 전자수송 재료, 전자주입 재료 등으로 분류될 수 있다. 그리고, 상기 발광 재료는 분자량에 따라 고분자형과 저분자형으로 분류될 수 있고, 발광 메커니즘에 따라 전자의 일중항 여기상태로부터 유래되는 형광 재료와 전자의 삼중항 여기상태로부터 유래되는 인광 재료로 분류될 수 있다. 또한, 발광 재료는 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 재료와 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 효율을 증가시키기 위하여 발광 재료로서 호스트/도판트계를 사용할 수 있다. 그 원리는 발광층을 형성하는 호스트보다 에너지 대역 간극이 작은 도판트를 발광층에 소량 혼합하면, 발광층에서 발생한 엑시톤이 도판트로 수송되어 효율이 높은 빛을 내는 것이다. 이때 호스트의 파장이 도판트의 파장대로 이동하므로, 이용하는 도판트의 종류에 따라 원하는 파장의 빛을 얻을 수 있다.

유기전기 발광소자에 있어 가장 문제시되는 것은 수명과 효율인데, 디스플레이가 대 면적화되면서 이러한 효율이나 수명 문제는 반드시 해결해야 하는 상황이다. 효율과 수명, 구동전압 등은 서로 연관이 있으며, 효율이 증가되면 상대적으로 구동전압이 떨어지고, 구동전압이 떨어지면서 구동 시 발생하는 주울열(Joule heating)에 의한 유기물질의 결정화가 적어져 결과적으로 수명이 높아지는 경향을 나타낸다.

하지만 상기 유기물층을 단순히 개선한다고 하여 효율을 극대화시킬 수는 없으며, 각 유기물층 간의 에너지 준위(energy level) 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도(mobility), 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 비로소 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있다. 따라서 높은 열적 안정성을 가지며 발광층 내에서 효율적으로 전하 균형(charge balance)을 이룰 수 있는 발광 재료의 개발이 필요한 실정이다. 즉, 유기전기소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자 내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되는 것이 선행되어야 하나, 아직까지 안정하고 효율적인 유기전기소자용 유기물층 재료의 개발이 충분히 이루어지지 않은 상태이며, 그 중에서도 특히 발광층의 도펀트 및 호스트 물질에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압, 고내열성, 색순도 및 수명을 향상시킬 수 있는 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 측면에서, 본 발명은 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공하며, 상기 유기전기소자는 상기 제 1전극, 제 2전극, 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층을 포함하며, 상기 유기물층은 도펀트 재료 및 호스트 재료를 각각 포함하는 발광층을 포함하며, 상기 도펀트 재료로서 하기 화학식(1)로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 호스트 재료로서 하기 화학식 (2) 내지 (4) 표시되는 화합물 중 어느 하나를 포함한다.

화학식 (1) 화학식 (2)

화학식 (3) 화학식 (4)

본 발명에 따른 화합물을 이용함으로써 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압, 고내열성을 달성할 수 있고, 소자의 색순도 및 수명을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유기전기발광소자의 예시도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a),(b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에서 사용된 바와 같이, 달리 언급하지 않는 한, 하기 용어의 의미는 하기와 같다:

본 명세서에서 사용된 용어 "할로" 또는 "할로겐"은 다른 설명이 없는 한 불소(F), 브롬(Br), 염소(Cl) 또는 요오드(I)이다.

본 발명에 사용된 용어 "알킬" 또는 "알킬기"는 다른 설명이 없는 한 1 내지 60의 탄소수의 단일결합을 가지며, 직쇄 알킬기, 분지쇄 알킬기, 사이클로알킬(지환족)기, 알킬-치환된 사이클로알킬기, 사이클로알킬-치환된 알킬기를 비롯한 포화 지방족 작용기의 라디칼을 의미한다.

본 발명에 사용된 용어 "할로알킬기" 또는 "할로겐알킬기"는 다른 설명이 없는 한 할로겐으로 치환된 알킬기를 의미한다.

본 발명에 사용된 용어 "헤테로알킬기"는 알킬기를 구성하는 탄소 원자 중 하나 이상이 헤테로원자로 대체된 것을 의미한다.

본 발명에 사용된 용어 "알켄일기" 또는 "알킨일기"는 다른 설명이 없는 한 각각 2 내지 60의 탄소수의 이중결합 또는 삼중결합을 가지며, 직쇄형 또는 측쇄형 사슬기를 포함하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 사용된 용어 "시클로알킬"은 다른 설명이 없는 한 3 내지 60의 탄소수를 갖는 고리를 형성하는 알킬을 의미하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 사용된 용어 "알콕실기", "알콕시기", 또는 "알킬옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 알킬기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 1 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 사용된 용어 "알켄옥실기", "알켄옥시기", "알켄일옥실기", 또는 "알켄일옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 알켄일기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 2 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 사용된 용어 "아릴옥실기" 또는 "아릴옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 아릴기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 6 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 사용된 용어 "아릴기" 및 "아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 6 내지 60의 탄소수를 가지며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 아릴기 또는 아릴렌기는 단일 고리 또는 다중 고리의 방향족을 의미하며, 이웃한 치환기가 결합 또는 반응에 참여하여 형성된 방향족 고리를 포함한다. 예컨대, 아릴기는 페닐기, 비페닐기, 플루오렌기, 스파이로플루오렌기일 수 있다.

접두사 "아릴" 또는 "아르"는 아릴기로 치환된 라디칼을 의미한다. 예를 들어 아릴알킬기는 아릴기로 치환된 알킬기이며, 아릴알켄일기는 아릴기로 치환된 알켄일기이며, 아릴기로 치환된 라디칼은 본 명세서에서 설명한 탄소수를 가진다.

또한 접두사가 연속으로 명명되는 경우 먼저 기재된 순서대로 치환기가 나열되는 것을 의미한다. 예를 들어, 아릴알콕시기의 경우 아릴기로 치환된 알콕시기를 의미하며, 알콕실카르보닐기의 경우 알콕실기로 치환된 카르보닐기를 의미하며, 또한 아릴카르보닐알켄일기의 경우 아릴카르보닐기로 치환된 알켄일기를 의미하며 여기서 아릴카르보닐기는 아릴기로 치환된 카르보닐기이다.

본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로알킬"은 다른 설명이 없는 한 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 알킬을 의미한다. 본 발명에 사용된 용어 "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 아릴기 또는 아릴렌기를 의미하며, 여기에 제한되는 것은 아니며, 단일 고리 및 다중 고리 중 적어도 하나를 포함하며, 이웃한 작용기기가 결합하여 형성될 수도 있다.

본 발명에 사용된 용어 "헤테로고리기"는 다른 설명이 없는 한 하나 이상의 헤테로원자를 포함하고, 2 내지 60의 탄소수를 가지며, 단일 고리 및 다중 고리 중 적어도 하나를 포함하며, 헤테로지방족 고리 및 헤테로방향족 고리를 포함한다. 이웃한 작용기가 결합하여 형성될 수도 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로원자"는 다른 설명이 없는 한 N, O, S, P 또는 Si를 나타낸다.

다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "지방족"은 탄소수 1 내지 60의 지방족 탄화수소를 의미하며, "지방족고리"는 탄소수 3 내지 60의 지방족 탄화수소 고리를 의미한다.

다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "포화 또는 불포화 고리"는 포화 또는 불포화 지방족고리 또는 탄소수 6 내지 60의 방향족고리 또는 헤테로고리를 의미한다.

전술한 헤테로화합물 이외의 그 밖의 다른 헤테로화합물 또는 헤테로라디칼은 하나 이상의 헤테로원자를 포함하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.

다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "카르보닐"이란 -COR'로 표시되는 것이며, 여기서 R'은 수소, 탄소수 1 내지 20 의 알킬기, 탄소수 6 내지 30 의 아릴기, 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 탄소수 2 내지 20의 알켄일기, 탄소수 2 내지 20의 알킨일기, 또는 이들의 조합인 것이다.

다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "에테르"란 -R-O-R'로 표시되는 것이며, 여기서 R 또는 R'은 각각 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 탄소수 2 내지 20의 알켄일기, 탄소수 2 내지 20의 알킨일기, 또는 이들의 조합인 것인 것이다.

또한 명시적인 설명이 없는 한, 본 발명에서 사용된 용어 "치환 또는 비치환된"에서 "치환"은 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C₁~C₂₀의 알킬기, C₁~C₂₀의 알콕실기, C₁~C₂₀의 알킬아민기, C₁~C₂₀의 알킬티오펜기, C₆~C₂₀의 아릴티오펜기, C₂~C₂₀의 알켄일기, C₂~C₂₀의 알킨일기, C₃~C₂₀의 시클로알킬기, C₆~C₂₀의 아릴기, 중수소로 치환된 C₆~C₂₀의 아릴기, C₈~C₂₀의 아릴알켄일기, 실란기, 붕소기, 게르마늄기, 및 C₂~C₂₀의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환됨을 의미하며, 이들 치환기에 제한되는 것은 아니다.

또한 명시적인 설명이 없는 한, 본 발명에서 사용되는 하기 화학식에서

a가 0의 정수인 경우 치환기 R¹은 부존재하며, a가 1의 정수인 경우 하나의 치환기 R¹은 벤젠 고리를 형성하는 탄소 중 어느 하나의 탄소에 결합하며, a가 2 또는 3의 정수인 경우 각각 다음과 같이 결합하며 이때 R¹은 서로 동일하거나 다를 수 있으며, a가 4 내지 6의 정수인 경우 이와 유사한 방식으로 벤젠 고리의 탄소에 결합하며, 한편 벤젠 고리를 형성하는 탄소에 결합된 수소의 표시는 생략한다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 유기전기소자에 대한 예시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유기전기소자(100)는 기판(110) 상에 형성된 제 1전극(120), 제 2전극(180) 및 제 1전극(110)과 제 2전극(180) 사이에 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 유기물층을 구비한다. 이때, 제 1전극(120)은 애노드(양극)이고, 제 2전극(180)은 캐소드(음극)일 수 있으며, 인버트형의 경우에는 제 1전극이 캐소드이고 제 2전극이 애노드일 수 있다.

유기물층은 제 1전극(120) 상에 순차적으로 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160) 및 전자주입층(170)을 포함할 수 있다. 이때, 발광층(150)을 제외한 나머지 층들이 형성되지 않을 수 있다. 정공저지층, 전자저지층, 발광보조층(151), 버퍼층(141) 등을 더 포함할 수도 있고, 전자수송층(160) 등이 정공저지층의 역할을 할 수도 있을 것이다.

또한, 미도시하였지만, 본 발명에 따른 유기전기소자는 제 1전극과 제 2전극 중 적어도 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 일면에 형성된 보호층 또는 광효율 개선층(Capping layer)을 더 포함할 수 있다.

상기 유기물층에 적용되는 본 발명에 따른 화합물은 정공주입층(130), 정공수송층(140), 전자수송층(160), 전자주입층(170), 발광층(150)의 호스트 또는 도펀트 또는 광효율 개선층의 재료로 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기발광소자는 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 예컨대, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극(120)을 형성하고, 그 위에 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160) 및 전자주입층(170)을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극(180)으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다.

또한, 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용액 공정 또는 솔벤트 프로세스(solvent process), 예컨대 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정, 롤투롤 공정, 닥터 블레이딩 공정, 스크린 프린팅 공정, 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 유기물층은 다양한 방법으로 형성될 수 있으므로, 그 형성방법에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 유기전기소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.

WOLED(White Organic Light Emitting Device)는 고해상도 실현이 용이하고 공정성이 우수한 한편, 기존의LCD의 칼라필터 기술을 이용하여 제조될 수 있는 이점이 있다. 주로 백라이트 장치로 사용되는 백색 유기발광소자에 대한 다양한 구조들이 제안되고 특허화되고 있다. 대표적으로, R(Red),G(Green),B(Blue) 발광부들을 상호평면적으로 병렬배치(side-by-side) 방식, R,G,B 발광층이 상하로 적층되는 적층(stacking) 방식이 있고, 청색(B) 유기발광층에 의한 전계발광과 이로부터의 광을 이용하여 무기형광체의 자발광(photo-luminescence)을 이용하는 색변환물질(color conversion material, CCM) 방식 등이 있는데, 본 발명은 이러한 WOLED에도 적용될 수 있을 것이다.

또한, 본 발명에 따른 유기전기소자는 유기전기발광소자(OLED), 유기태양전지, 유기감광체(OPC), 유기트랜지스터(유기 TFT), 단색 또는 백색 조명용 소자 중 하나일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는 상술한 본 발명의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치와, 이 디스플레이장치를 제어하는 제어부를 포함하는 전자장치를 포함할 수 있다. 이때, 전자장치는 현재 또는 장래의 유무선 통신단말일 수 있으며, 휴대폰 등의 이동 통신 단말기, PDA, 전자사전, PMP, 리모콘, 네비게이션, 게임기, 각종 TV, 각종 컴퓨터 등 모든 전자장치를 포함한다.

이하, 본 발명의 일 측면에 따른 유기전기소자에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 구체 예에 따르면, 제 1전극, 제 2전극, 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층을 포함하는 유기전기소자에 있어서,

상기 유기물층은 도펀트 재료 및 호스트 재료를 각각 포함하는 발광층을 포함하며, 상기 도펀트 재료로서 하기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 호스트 재료로서 하기 화학식 (2) 내지 (4)로 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 유기전기소자를 제공한다.

화학식 (1) 화학식 (2)

화학식 (3) 화학식 (4)

상기 화학식에서,

a 및 b는 서로 독립적으로 0 또는 1의 정수이고(단, a+b=1 이상임),

m 및 n은 서로 독립적으로 1 또는 2의 정수이고,

q 및 o는 서로 독립적으로 1 내지 4의 정수이고,

M은 전이금속에서 선택되는 금속이고,

A는

으로 표현되며,

P환은 N(질소)을 포함하는 치환 또는 비치환된 C₂~C₂₀의 헤테로고리이고, 상기 Q환은 C(탄소)를 포함하는 치환 또는 비치환된 C₆~C₂₀의 아릴기이고, 여기서, 상기 P환의 N(질소)은 상기 M과 배위결합(점선으로 표시)을 형성하고, 상기 Q환의 C(탄소)는 상기 M과 공유결합(실선으로 표시)을 형성하며,

상기 P환 및 상기 Q환이 각각 치환된 경우, ⅰ) 각각의 치환기는 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; C₆~C₆₀의 아릴기; C₁~C₅₀의 알킬기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; 플로오렌일기; 및 C₁~C₃₀의 알콕실기로 구성된 군에서 선택되거나, ⅱ) 각각의 치환기가 복수인 경우, 이웃한 치환기끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있거나, 또는 ⅲ) P환의 치환기와 Q환의 치환기가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,

L¹ 및 L²는 서로 독립적으로 단일결합; C₆~C₆₀의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; C₁-C₆₀의 알킬렌기, 및 C₂~C₆₀의 알켄일렌기;로 구성된 군에서 선택되며,

Ar¹ 및 Ar²는 서로 독립적으로 C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; C₁~C₅₀의 알킬기; C₂~C₂₀의 알켄일기; C₂~C₂₀의 알킨일기; C₁~C₃₀의 알콕실기; 및 C₆~C₃₀의 아릴옥시기;로 구성된 군에서 선택되며,

R¹ 내지 R³은, 상기 q, m 및 o가 2 이상인 경우 각각 복수로서 서로 동일하거나 상이하며, ⅰ) 서로 독립적으로 중수소; 할로겐; C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; C₁~C₅₀의 알킬기; C₂~C₂₀의 알켄일기; C₂~C₂₀의 알킨일기; C₁~C₃₀의 알콕실기; C₆~C₃₀의 아릴옥시기; 및 -L³-N(R_a)(R_b);로 구성된 군에서 선택되거나(여기서, 상기 L³은 단일결합; C₆~C₆₀의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; 및 C₂~C₆₀의 헤테로고리기;로 구성된 군에서 선택되며, 상기 R_a 및 R_b 는 서로 독립적으로 C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기;로 구성된 군에서 선택됨), 또는 ⅱ) 이웃하는 기가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며(여기서, 고리를 형성하지 않은 기는 ⅰ)에서 정의한 것과 같음),

R⁴ 내지 R¹⁵ 는 서로 독립적으로 ⅰ) 수소; 중수소; 할로겐; C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; C₁~C₅₀의 알킬기; C₂~C₂₀의 알켄일기; C₂~C₂₀의 알킨일기; C₁~C₃₀의 알콕실기; C₆~C₃₀의 아릴옥시기; 및 -L⁴-N(R_c)(R_d);로 구성된 군에서 선택되거나(여기서 상기 L⁴, R_c 및 R_d 는 각각 상기 L³, R_a 및 R_b의 정의와 동일함); 또는 ⅱ) 이웃한 기가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며(여기서, 고리를 형성하지 않은 기는 ⅰ)에서 정의한 것과 같음),

X¹ 내지 X⁶ 중 적어도 2개는 N이고, 나머지는 CR¹⁶이며,

Z¹ 내지 Z¹⁶은 서로 독립적으로 CR¹⁷ 또는 N 이며,

X는 및 Y는 서로 독립적으로 S, O, NR¹⁸, CR¹⁸R¹⁹ 또는 SiR¹⁸R¹⁹ 이며,

R¹⁶ 내지 R¹⁹ 는 서로 독립적으로 ⅰ) 수소; 중수소; 할로겐; C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; C₁~C₅₀의 알킬기; C₂~C₂₀의 알켄일기; C₂~C₂₀의 알킨일기; C₁~C₃₀의 알콕실기; C₆~C₃₀의 아릴옥시기; 및 -L⁵-N(R_e)(R_f);로 구성된 군에서 선택되거나(여기서 상기 L⁵, R_e 및 R_f 는 각각 상기 L³, R_a 및 R_b의 정의와 동일함), 또는 ⅱ) 이웃하는 R¹⁶ 기가, 또는 이웃하는 R¹⁷ 기가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며(여기서, 고리를 형성하지 않은 기는 ⅰ)에서 정의한 것과 같음),

W는 NAr⁵, O 또는 S이며,

Ar³ 내지 Ar⁵는 서로 독립적으로 C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; C₁~C₅₀의 알킬기; C₂~C₂₀의 알켄일기; C₂~C₂₀의 알킨일기; C₁~C₃₀의 알콕실기; C₆~C₃₀의 아릴옥시기; 및 -L⁶-N(R_g)(R_h);로 구성된 군에서 선택되며(여기서 상기 L⁶, R_g 및 R_h 는 각각 상기 L³, R_a 및 R_b의 정의와 동일함),

상기 아릴기, 플루오렌일기, 헤테로고리기, 융합고리기, 알킬기, 알켄일기, 알킨일기, 알콕실기, 아릴옥시기, 아릴렌기, 플루오렌일렌기는 중수소, 할로겐, 실란기, 실록산기, 붕소기, 게르마늄기, 시아노기, 니트로기, -L⁷-N(R_i)(R_j)(여기서 L⁷, R_i 및 R_j는 각각 상기 L³, R_a 및 R_b의 정의와 동일함), C₁~C₂₀의 알킬싸이오기, C₁~C₂₀의 알콕실기, C₁~C₂₀의 알킬기, C₂~C₂₀의 알켄일기, C₂~C₂₀의 알킨일기, C₆~C₂₀의 아릴기, 중수소로 치환된 C₆~C₂₀의 아릴기, 플루오렌일기, C₂~C₂₀의 헤테로고리기, C₃~C₂₀의 시클로알킬기, C₇~C₂₀의 아릴알킬기 및 C₈~C₂₀의 아릴알켄일기로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더욱 치환될 수 있다.

본 발명의 또 다른 구체 예에 따르면, 상기 화학식 (1)의 A는 하기 화학식 중 하나로 표시되는 것 일 수 있다.

본 발명의 또 다른 구체 예에서, 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물은 하기 화학식 (5) 내지 화학식 (12)로 구성된 군에서 선택되는 하나일 수 있다.

상기 화학식에서,

Ar¹, Ar², A, M 및 n 은 상기 화학식 (1)에서 정의된 Ar¹, Ar², A, M 및 n과 동일하다

본 발명의 또 다른 구체 예에서, 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 것 일 수 있다.

본 발명의 또 다른 구체 예에서, 상기 화학식 (2)로 표시되는 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 것 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 또 다른 구체 예에서, 상기 화학식 (4)로 표시되는 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 것 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 또 다른 구체 예에서, 본 발명은 유기전기소자의 발광층의 도펀트는 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 함유하고, 상기 발광층의 호스트는 상기 화학식 (2)로 표시되는 화합물과 상기 화학식 (3)으로 표시되는 화합물을 혼합하여 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자를 제공한다.

본 발명의 또 다른 구체 예에서, 본 발명은 유기전기소자의 발광층의 도펀트는 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 함유하고, 상기 발광층의 호스트는 상기 화학식 (2)로 표시되는 화합물과 상기 화학식 (4)로 표시되는 화합물을 혼합하여 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자를 제공한다.

본 발명의 또 다른 구체 예에서, 본 발명은 유기전기소자의 도펀트는 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 함유하고, 상기 발광층의 호스트는 상기 화학식 (3)으로 표시되는 화합물과 상기 화학식 (4)로 표시되는 화합물을 혼합하여 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자를 제공한다.

본 발명의 또 다른 구체 예에서, 상기 제 1전극의 일측면 중 상기 유기물층과 반대되는 일측 또는 상기 제 2전극의 일측면 중 상기 유기물층과 반대되는 일측 중 적어도 하나에 광효율 개선층을 포함하는 유기전기소자를 제공한다.

본 발명의 또 다른 구체 예에서, 상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 및 롤투롤 공정 중 어느 하나에 의해 형성됨을 특징으로 하는 유기전기소자를 제공한다.

본 발명의 또 다른 구체 예에서, 본 발명은 제 1전극, 제 2전극, 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층을 포함하는 유기전기소자에 있어서, 상기 유기물층은 도펀트 및 호스트 재료를 각각 포함하는 발광층을 포함하며, 상기 도펀트 재료로서 하기 화학식(1)로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 호스트 재료로서 하기 화학식 (2) 내지 (4) 표시되는 화합물 중 어느 하나를 포함하는 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 유기전기소자는 유기전기발광소자(OLED ), 유기태양전지, 유기감광체(OPC), 유기트랜지스터(유기 TFT), 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 적어도 하나일 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따른 화학식의 합성예 및 유기전기소자의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.

합성예

상기 화합물의 합성은 하기와 같은 방법으로 수행하였다.

최종생성물( Final Product )의 합성법 예시

본 발명에 따른 화합물은 하기 <반응식 1>에 제시된 것과 같이 Sub 1과 Sub 2를 반응시켜 제조하였다.

<반응식 1>

1. Sub 1의 합성

반응식 1의 Sub 1은 하기 반응식 2 반응경로에 의해 합성될 수 있고, 반응식 2의 Sub 1-1은 반응식 3과 반응식 4의 반응 경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다.

<반응식 2>

Sub 1-1 화합물(Ligand) 1당량을 2-methoxy ethanol에 녹이고 IrCL₃(0.5당량)과물을 넣고 24시간 동안 교반 환류하였다. 반응이 완료되면, 실온으로 냉각하고 침전물을 여과하였다. 얻어진 고체를 물과 메탄올로 씻어주고, 핵산으로 재결정하였다. 얻어진 화합물(1당량)을 2-methoxy ethanol에 녹이고 acac(3당량)와 Na₂CO₃를 넣고 5시간동안 교반 환류하였다. 반응이 종결되면 고체 침전물을 여과한 다음 실리카겔컬럼크로마토그래피로 분리, 재결정하여 Sub 1 화합물을 얻었다.

1) Sub 1-1의 합성예시

Sub 1-1-1의 합성예

<반응식 3>

Sub 1-1-1

2-chloropyridine(1당량)을 THF에 녹인 후에, phenylboronic acid(1당량), Pd(PPh₃)₄(0.05 당량), K₂CO₃(3당량), 물을 첨가한후, 80 ℃에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH₂Cl₂와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO₄로 건조하고 농축한 후 생성된 화합물을silicagel column 및 재결정하여 생성물을 얻었다.

Sub 1-1-34의 합성예

<반응식 4>

Sub 1-1-34

2-(thiophen-2-yl)ethanamine(1당량), 4-(tert-butyl)benzoyl chloride(1당량), 20%의 NaOH(3당량), 물을 첨가한 후, 0 ℃에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH₂Cl₂와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO₄로 건조하고 농축한 후 생성된 화합물을silicagel column 및 재결정하여 4-(tert-butyl)-N-(2-(thiophen-2-yl)ethyl)benzamide 을 얻었다. 4-(tert-butyl)-N-(2-(thiophen-2-yl)ethyl)benzamide에 POCl₃, toluene을 넣고 0 ℃에서 교반 환류시켰다. 반응이 완료되면 CH₂Cl₂와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO₄로 건조하고 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 4-(4-(tert-butyl)phenyl)-6,7-dihydrothieno[3,2-c]pyridine 을 얻었다. 4-(4-(tert-butyl)phenyl)-6,7-dihydrothieno[3,2-c]pyridine에 10%의 Pd/C촉매, toluene을 넣고 18시간 동안 교반 환류시켰다. 반응이 완료되면 CH₂Cl₂와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO₄로 건조하고 농축한 후 생성된 화합물을silicagel column 및 재결정하여 4-(4-(tert-butyl)phenyl)thieno[3,2-c]pyridine을 얻었다.

Sub 1의 예시는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들의 FD-MS는 아래 표 1과 같다.

2. Sub 2의 합성

Sub 2의 예시는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들의 FD-MS는 아래 표 2와 같다.

3. 최종생성물( Final Products )의 합성

1) 화학식 (1)의 합성

ligand인 Sub 1(2.5당량)과 Ancillary ligand인 Sub 2(1당량)을 넣고 Glycerol과 함께 20분간 microwave를 주었다. 반응이 종료되어 얻은 고체의 물질을 여과한 뒤에 컬럼크로마토그래피를 통해 정제하여 진공펌프 하에 3시간 동안 건조하여 최종 화합물을 얻었다.

최종생성물 1-1의 합성예

ligand인 Ir화합물 (3.0g, 5mmol)에 Ancillary ligand인 2,5-diphenylpyrazine(0.5g, 2mmol)를 넣고 Glycerol과 함께 240℃에서 20분 동안 microwave를 주었다. 반응이 종료되어 얻은 고체의 물질을 여과한 뒤에 컬럼크로마토그래피를 통해 정제하여 진공펌프 하에 3시간 동안 건조하여 최종 화합물 3.45g (수율 56%)을 얻었다.

최종생성물 1-17의 합성예

ligand인 Ir화합물 (3.6g, 5mmol)에 Ancillary ligand인 2,5-di(naphthalen-2-yl)pyrazine(0.6g, 2mmol)를 넣고 Glycerol과 함께 240°C에서 20분 동안 microwave를 주었다. 반응이 종료되어 얻은 고체의 물질을 여과한 뒤에 컬럼크로마토그래피를 통해 정제하여 진공펌프 하에 3시간 동안 건조하여 최종 화합물 4.5g (수율 58%)을 얻었다.

최종생성물 2-3의 합성예

ligand인 Ir화합물 (3.0g, 5mmol)에 Ancillary ligand인 2,3-diphenylquinoxaline(0.6g, 2mmol)를 넣고 Glycerol과 함께 240℃ 20분 동안 microwave를 주었다. 반응이 종료되어 얻은 고체의 물질을 여과한 뒤에 컬럼크로마토그래피를 통해 정제하여 진공펌프 하에 3시간 동안 건조하여 최종 화합물 3.5g (수율 55%)을 얻었다.

최종생성물 2-7의 합성예

ligand인 Ir화합물 (3.9g, 5mmol)에 Ancillary ligand인 2,4-diphenylquinazoline(0.6g, 2mmol)를 넣고 Glycerol과 함께 240℃ 20분 동안 microwave를 주었다. 반응이 종료되어 얻은 고체의 물질을 여과한 뒤에 컬럼크로마토그래피를 통해 정제하여 진공펌프 하에 3시간 동안 건조하여 최종 화합물 6.0g (수율 54%)을 얻었다.

2) 화학식 (2)의 합성

최종생성물 3-9의 합성예

본 발명에 따른 최종생성물 3-9의 합성 예시는 하기 반응식 5와 같다.

<반응식 5>

Sub 3-2 합성법

Sub 3-1을 무수 THF에 녹이고, 반응물의 온도를 -78 ℃로 낮추고, n-BuLi (2.5 M inhexane)을 천천히 적가하고 난 후, 반응물을 0 ℃에서 1시간 동안 교반시켰다. 이후, 반응물의 온도를 -78 ℃로 낮추고, trimethyl borate를 적가하고 난 후, 상온에서 12시간 동안 교반시켰다. 반응이 종결되면 2N-HCl 수용액을 넣고, 30분간 교반시킨 후, ether로 추출하였다. 무수 MgSO₄로 반응물내의 물을 제거하고 감압여과 후, 유기용매를 농축하여 생성된 생성물을 컬럼크로마토그래피를 이용하여 분리하여 원하는Sub 3-2를 얻었다.

Sub 3-3 합성법

상기 합성에서 얻은 Sub 3-2와 1-iodo-2-nitrobenzene, Pd(PPh₃)₄, K₂CO₃를무수 THF와 소량의 물에 녹이고 난 후, 24시간 동안 환류시켰다. 반응이 종료되면 반응물의 온도를 상온으로 식히고, CH₂Cl₂로 추출하고 물로 닦아주었다. 소량의 물을 무수 MgSO₄로 제거하고 감압여과 후, 유기용매를 농축하여 생성된 생성물을 컬럼크로마토그래피를 이용하여 분리하여 원하는 Sub 3-3을 얻었다.

Sub 3-4 합성법

상기 합성에서 얻은 Sub 5-3과 triphenylphosphine을 o-dichlorobenzene에 녹이고, 24시간 동안 환류시켰다. 반응이 종결되면 감압증류를 이용하여 용매를 제거한 후, 농축된 생성물을 컬럼크로마토그래피를 이용하여 분리하여 원하는 Sub 3-4를 얻었다.

최종생성물( final product ) 3-9 합성법

Sub 3-4 (1당량)와 Sub 5-6 (1.1당량)을 톨루엔에 넣고 Pd₂(dba)₃ (0.05당량), PPh₃ (0.1당량), NaOt-Bu (3당량)을 각각 첨가한 뒤, 100℃ 에서 24시간 교반환류 시킨다. ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO₄로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 Product 3-9(수율 68%)를 얻었다.

상기 화학식 (3)으로 표시되는 화합물의 예는 상기 화합물 3-1 내지 3-32이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들의 FD-MS는 아래 표 3과 같다.

3) 화학식 (3)의 합성

최종생성물 4-1의 합성예

본 발명에 따른 최종생성물 4-1의 합성 예시는 하기 반응식 6과 같다.

<반응식 6>

3-bromo-9-phenyl-9H-carbazole(6.4g, 20mmol)를 THF에 녹인 후에, (9-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-9H-carbazol-3-yl)boronic acid(8.8g, 20mmol), Pd(PPh₃)₄(0.03당량), K₂CO₃(3당량), 물을 첨가한 후, 교반환류 시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO₄로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물을 9.2g (수율: 72%) 얻었다

화학식 (3)으로 표시되는 화합물의 예는 화합물 4-1 내지 4-24이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들의 FD-MS는 아래 표 4와 같다.

4) 화학식 (4)의 합성

최종생성물 5-6의 합성예

본 발명에 따른 최종생성물 5-6의 합성 예시는 하기 반응식 7과 같다.

<반응식 7>

triphenylen-2-ylboronic acid(5.4g, 20mmol)를 THF에 녹인 후에2-(4-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine(7.8g, 20mmol), Pd(PPh₃)₄(0.03당량), K₂CO₃(3당량), 물을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO₄로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물을 7.5g (수율: 70%) 얻었다.

화학식 (4)로 표시되는 화합물의 예는 화합물 5-1 내지 5-12이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들의 FD-MS는 아래 표 5와 같다.

유기전기소자의 제조평가

[ 실험예 1] 내지 [ 실험예 9] 레드 유기 발광 소자(인광 도펀트 )

합성을 통해 얻은 화합물(2-1~2-9)을 발광층의 발광 도펀트 물질로 사용하여 통상적인 방법에 따라 유기전계발광소자를 제작하였다. 먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 상에 N¹-(naphthalen-2-yl)-N⁴,N⁴-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N¹-phenylbenzene-1,4-diamine (2-TNATA로 약기함)막을 진공증착하여 60 nm 두께의 정공주입층을 형성한 후, 정공주입층 위에 4,4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(이하 -NPD로 약기함)을 60 nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 정공수송층 상부에 호스트로서는 본 발명의 화합물(3-5)를 사용하였으며, 도판트 물질로 본 발명의 화합물(2-1~2-9 중 하나)을 95:5 중량비로 도핑하여 30nm 두께로 발광층을 증착하였다. 이어서 홀저지층으로 (1,1’-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄(이하 BAlq로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하고, 전자수송층으로 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(이하 Alq3로 약칭함)을 40 nm 두께로 성막하였다. 이후, 전자주입층으로 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극으로 사용함으로서 유기전계발광소자를 제조하였다

[ 비교예 1]

본 발명의 화합물 대신 하기 비교 화합물 1을 이용하여 발광층의 도펀트 물질을 형성하였다는 점을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.

<비교화합물 1>(piq)₂Ir(acac)

이와 같이 제조된 실험예 1 내지 실험예 9 및 비교예 1에 의해 제조된 유기전기발광소자에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 300cd/㎡ 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T90 수명을 측정하였다.

하기 표 6는 발명에 따른 화합물을 적용한 실험예 1 내지 실험예 9 및 비교예 1에 대한 소자제작 및 그 평가 결과를 나타낸다.

상기 표 6의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 화합물을 유기전기발광소자의 레드 발광층 재료로 사용한 경우, 비교화합물 1을 사용한 경우보다 더 높은 발광효율을 얻고, 낮은 구동전압 및 수명을 현저히 개선시킬 수 있다.

다시 말해, 비교화합물 1인 (piq)₂Ir(acac)에 비해 약 11% 낮은 구동전압, 약 71% 높은 효율을 나타내었다. 이는 보통 인광 도펀트의 빛은 metal-to-ligand charge-transfer(MLCT), ligand-to-ligand charge-transfer(LLCT)의 두 가지 메커니즘으로 인해 빛이 발생되는데, 금속 착체가 두 개 치환되어 있는 발명화합물은 이론적으로 MLCT 및 LLCT가 두 군데의 금속 착체에서 발생될 수 있으므로 높은 효율을 가질 수 있었던 것으로 예측할 수 있다.

[ 실험예 10] 내지 [ 실험예 27] 그린 유기 발광 소자(인광 도펀트 )

합성을 통해 얻은 화합물(1-1~1-18)을 발광층의 발광 도펀트 물질로 사용하여 통상적인방법에 따라 유기전계발광소자를 제작하였다. 먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 상에 N¹-(naphthalen-2-yl)-N⁴,N⁴-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N¹-phenylbenzene-1,4-diamine (2-TNATA로 약기함)막을 진공증착하여 60 nm 두께의 정공주입층을 형성한 후, 정공주입층 위에 4,4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐 (이하 -NPD로 약기함)을 60 nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 정공 수송층 상부에 호스트로서는 본 발명의 화합물 (3-9)를 사용하였으며, 도판트 물질로 본 발명의 화합물을 95:5 중량비로 도핑하여 30nm 두께로 발광층을 증착하였다.이어서 홀저지층으로 (1,1’-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄(이하 BAlq로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하고, 전자수송층으로 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(이하 Alq3로 약칭함)을 40 nm 두께로 성막하였다. 이후, 전자주입층으로 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극으로 사용함으로서 유기전계발광소자를 제조하였다.

[ 비교예 2]

본 발명의 화합물 대신 하기 비교 화합물 2을 이용하여 발광층의 도펀트 물질을 형성하였다는 점을 제외하고는 상기 실험예 10과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.

<비교 화합물 2> Ir(ppy)₃

이와 같이 제조된 실험예 10 내지 실험예 27 및 비교예 2에 의해 제조된 유기전기발광소자에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 300cd/㎡ 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T90 수명을 측정하였다.

하기 표 7은 발명에 따른 화합물을 적용한 실험예 10 내지 실험예 27 및 비교예 2에 대한 소자제작 및 그 평가 결과를 나타낸다.

상기 표 7의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 따른 화합물을 유기전기발광소자의 그린 발광층 재료로 사용할 경우, 비교화합물 2를 사용한 경우보다 높은 발광효율을 얻고, 낮은 구동전압 및 수명을 현저히 개선시킬 수 있다.

다시 말해, 비교화합물 2인 Ir(ppy)₃비해 약 12% 낮은 구동전압, 약 57% 높은 효율을 나타내었다. 이 또한 MLCT 및 LLCT가 두 군데의 금속 착체에서 발생될 수 있으므로 높은 효율을 가질 수 있었던 것으로 설명할 수 있다.

[ 실험예 28] 내지 [ 실험예 45] 그린 유기 발광 소자(혼합 호스트+인광 도펀트 )

합성을 통해 얻은 화합물(1-1~1-18)을 발광층의 발광 도펀트 물질로 사용하여 통상적인방법에 따라 유기전계발광소자를 제작하였다. 먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 상에 N¹-(naphthalen-2-yl)-N⁴,N⁴-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N¹-phenylbenzene-1,4-diamine (2-TNATA로 약기함)막을 진공증착하여 60 nm 두께의 정공주입층을 형성한 후, 정공주입층 위에 4,4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐 (이하 -NPD로 약기함)을 60 nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 정공 수송층 상부에 호스트로서는 본 발명의 화합물 (3-9)와 본 발명의 화합물 (5-6)을 혼합해서 사용하였으며, 도판트 물질로 본 발명의 화합물(1-1~1-18 중 하나)를 95:5 중량비로 도핑하여 30nm 두께로 발광층을 증착하였다.이어서 홀저지층으로 (1,1’-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄(이하 BAlq로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하고, 전자수송층으로트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(이하 Alq3로 약칭함)을 40 nm 두께로 성막하였다. 이후, 전자주입층으로 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극으로 사용함으로서 유기전계발광소자를 제조하였다.

이와 같이 제조된 실험예 28 내지 실험예 45에 의해 제조된 유기전기발광소자에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 300cd/㎡ 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T90 수명을 측정하였다.

하기 표 8은 발명에 따른 화합물을 적용한 실험예 28 내지 실험예 45에 대한 소자제작 및 그 평가 결과를 나타낸다.

상기 표 8의 결과로부터 알 수 있듯이, 유기전기발광소자의 그린 발광층의 호스트 재료로 비교화합물 2를 단일 호스트로 사용한 경우 보다, 본 발명의 화합물인 화학식 (2)와 화학식(4)의 화합물을 혼합해서 사용한 경우 더 높은 발광효율을 얻었고, 낮은 구동전압 및 수명을 현저히 개선시킴을 알 수 있다. 이는 혼합된 두 호스트로 인해 단일 호스트일 때보다 밴드갭이 넓어지고 발광층 내 전하균형(charge balance)이 높아져서 효율 및 수명이 증가한 것으로 판단된다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 유기전기소자 110: 기판
120: 제 1전극 130: 정공주입층
140: 정공수송층 141: 버퍼층
150: 발광층 151: 발광보조층
160: 전자수송층 170: 전자주입층
180: 제 2전극

Claims (15)

1. 제 1전극, 제 2전극, 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층을 포함하는 유기전기소자에 있어서,
   상기 유기물층은 도펀트 및 호스트 재료를 각각 포함하는 발광층을 포함하며, 상기 도펀트 재료로서 하기 화학식(1)로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 호스트 재료로서 하기 화학식 (2) 내지 (4) 표시되는 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 유기전기소자.
   화학식 (1) 화학식 (2)
   

   

   

   
   화학식 (3) 화학식 (4)
   

   

   

   
   [상기 화학식에서,
   a 및 b는 서로 독립적으로 0 또는 1의 정수이고(단, a+b=1 이상임),
   m 및 n은 서로 독립적으로 1 또는 2의 정수이고,
   q 및 o는 서로 독립적으로 1 내지 4의 정수이고,
   M은 전이금속에서 선택되는 금속이고,
   A는

   

   으로 표현되며,
   P환은 N(질소)을 포함하는 치환 또는 비치환된 C₂~C₂₀의 헤테로고리이고, 상기 Q환은 C(탄소)를 포함하는 치환 또는 비치환된 C₆~C₂₀의 아릴기이고, 여기서, 상기 P환의 N(질소)은 상기 M과 배위결합(점선으로 표시)을 형성하고, 상기 Q환의 C(탄소)는 상기 M과 공유결합(실선으로 표시)을 형성하며,
   상기 P환 및 상기 Q환이 각각 치환된 경우, ⅰ) 각각의 치환기는 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; C₆~C₆₀의 아릴기; C₁~C₅₀의 알킬기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; 플로오렌일기; 및 C₁~C₃₀의 알콕실기로 구성된 군에서 선택되거나, ⅱ) 각각의 치환기가 복수인 경우, 이웃한 치환기끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있거나, 또는 ⅲ) P환의 치환기와 Q환의 치환기가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
   L¹ 및 L²는 서로 독립적으로 단일결합; C₆~C₆₀의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; C₁-C₆₀의 알킬렌기, 및 C₂~C₆₀의 알켄일렌기;로 구성된 군에서 선택되며,
   Ar¹ 및 Ar²는 서로 독립적으로 C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; C₁~C₅₀의 알킬기; C₂~C₂₀의 알켄일기; C₂~C₂₀의 알킨일기; C₁~C₃₀의 알콕실기; 및 C₆~C₃₀의 아릴옥시기;로 구성된 군에서 선택되며,
   R¹ 내지 R³은, 상기 q, m 및 o가 2 이상인 경우 각각 복수로서 서로 동일하거나 상이하며, ⅰ) 서로 독립적으로 중수소; 할로겐; C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; C₁~C₅₀의 알킬기; C₂~C₂₀의 알켄일기; C₂~C₂₀의 알킨일기; C₁~C₃₀의 알콕실기; C₆~C₃₀의 아릴옥시기; 및 -L³-N(R_a)(R_b);로 구성된 군에서 선택되거나(여기서, 상기 L³은 단일결합; C₆~C₆₀의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; 및 C₂~C₆₀의 헤테로고리기;로 구성된 군에서 선택되며, 상기 R_a 및 R_b 는 서로 독립적으로 C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기;로 구성된 군에서 선택됨), 또는 ⅱ) 이웃하는 기가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며(여기서, 고리를 형성하지 않은 기는 ⅰ)에서 정의한 것과 같음),
   R⁴ 내지 R¹⁵ 는 서로 독립적으로 ⅰ) 수소; 중수소; 할로겐; C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; C₁~C₅₀의 알킬기; C₂~C₂₀의 알켄일기; C₂~C₂₀의 알킨일기; C₁~C₃₀의 알콕실기; C₆~C₃₀의 아릴옥시기; 및 -L⁴-N(R_c)(R_d);로 구성된 군에서 선택되거나(여기서 상기 L⁴, R_c 및 R_d 는 각각 상기 L³, R_a 및 R_b의 정의와 동일함); 또는 ⅱ) 이웃한 기가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며(여기서, 고리를 형성하지 않은 기는 ⅰ)에서 정의한 것과 같음),
   X¹ 내지 X⁶ 중 적어도 2개는 N이고, 나머지는 CR¹⁶이며,
   Z¹ 내지 Z¹⁶은 서로 독립적으로 CR¹⁷ 또는 N 이며,
   X는 및 Y는 서로 독립적으로 S, O, NR¹⁸, CR¹⁸R¹⁹ 또는 SiR¹⁸R¹⁹ 이며,
   R¹⁶ 내지 R¹⁹ 는 서로 독립적으로 ⅰ) 수소; 중수소; 할로겐; C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; C₁~C₅₀의 알킬기; C₂~C₂₀의 알켄일기; C₂~C₂₀의 알킨일기; C₁~C₃₀의 알콕실기; C₆~C₃₀의 아릴옥시기; 및 -L⁵-N(R_e)(R_f);로 구성된 군에서 선택되거나(여기서 상기 L⁵, R_e 및 R_f 는 각각 상기 L³, R_a 및 R_b의 정의와 동일함), 또는 ⅱ) 이웃하는 R¹⁶ 기가, 또는 이웃하는 R¹⁷ 기가 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며(여기서, 고리를 형성하지 않은 기는 ⅰ)에서 정의한 것과 같음),
   W는 NAr⁵, O 또는 S이며,
   Ar³ 내지 Ar⁵는 서로 독립적으로 C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 헤테로고리기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 융합고리기; C₁~C₅₀의 알킬기; C₂~C₂₀의 알켄일기; C₂~C₂₀의 알킨일기; C₁~C₃₀의 알콕실기; C₆~C₃₀의 아릴옥시기; 및 -L⁶-N(R_g)(R_h);로 구성된 군에서 선택되며(여기서 상기 L⁶, R_g 및 R_h 는 각각 상기 L³, R_a 및 R_b의 정의와 동일함),
   상기 아릴기, 플루오렌일기, 헤테로고리기, 융합고리기, 알킬기, 알켄일기, 알킨일기, 알콕실기, 아릴옥시기, 아릴렌기, 플루오렌일렌기는 중수소, 할로겐, 실란기, 실록산기, 붕소기, 게르마늄기, 시아노기, 니트로기, -L⁷-N(R_i)(R_j)(여기서 L⁷, R_i 및 R_j는 각각 상기 L³, R_a 및 R_b의 정의와 동일함), C₁~C₂₀의 알킬싸이오기, C₁~C₂₀의 알콕실기, C₁~C₂₀의 알킬기, C₂~C₂₀의 알켄일기, C₂~C₂₀의 알킨일기, C₆~C₂₀의 아릴기, 중수소로 치환된 C₆~C₂₀의 아릴기, 플루오렌일기, C₂~C₂₀의 헤테로고리기, C₃~C₂₀의 시클로알킬기, C₇~C₂₀의 아릴알킬기 및 C₈~C₂₀의 아릴알켄일기로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더욱 치환될 수 있다]
2. 제 1항에 있어서,
   상기 화학식 (1)의 M은 Ir, Pt, Rh, Re 및 Os로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 화학식 (1)의 A는 하기 화학식으로 표시되는 것 중 어느 하나임을 특징으로 유기전기소자.
   

   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물은 하기 화학식 (5) 내지 화학식 (12)로 표시되는 것 중 어느 하나임을 특징으로 하는 유기전기소자.
   

   

   
   [상기 화학식에서,
   Ar¹, Ar², A, M 및 n 은 상기 화학식 (1)에서 정의된 Ar¹, Ar², A, M 및 n과 동일하다]
5. 제 1항에 있어서,
   상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 것 중 어느 하나임을 특징으로 하는 유기전기소자.
   

   

   
   

   

   
   

   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 화학식 (2)로 표시되는 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 것 중 어느 하나임을 특징으로 하는 유기전기소자.
   

   

   
   

   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 화학식 (3)로 표시되는 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 것 중 어느 하나임을 특징으로 하는 유기전기소자.
   

   

   
   

   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 화학식 (4)로 표시되는 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 것 중 어느 하나임을 특징으로 하는 유기전기소자.
   

   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 발광층의 도펀트는 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 함유하고, 상기 발광층의 호스트는 상기 화학식 (2)로 표시되는 화합물과 상기 화학식 (3)으로 표시되는 화합물을 혼합하여 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층의 도펀트는 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 함유하고, 상기 발광층의 호스트는 상기 화학식 (2)로 표시되는 화합물과 상기 화학식 (4)로 표시되는 화합물을 혼합하여 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층의 도펀트는 상기 화학식 (1)로 표시되는 화합물을 함유하고, 상기 발광층의 호스트는 상기 화학식 (3)으로 표시되는 화합물과 상기 화학식 (4)로 표시되는 화합물을 혼합하여 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극의 일측면 중 상기 유기물층과 반대되는 일측 또는 상기 제 2전극의 일측면 중 상기 유기물층과 반대되는 일측 중 적어도 하나에 광효율 개선층을 포함하는 유기전기소자.
13. 제 1항에 있어서,
    상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 및 롤투롤 공정 중 어느 하나에 의해 형성됨을 특징으로 하는 유기전기소자.
14. 제 1항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및
    상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자장치.
15. 제 14항에 있어서,
    상기 유기전기소자는 유기전기발광소자(OLED), 유기태양전지, 유기감광체(OPC), 유기트랜지스터(유기 TFT), 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자장치.

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