KR101497133B1 - 유기광전자소자용 화합물, 이를 포함하는 유기발광소자 및 상기 유기발광소자를 포함하는 표시장치 - Google Patents

유기광전자소자용 화합물, 이를 포함하는 유기발광소자 및 상기 유기발광소자를 포함하는 표시장치 Download PDF

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Abstract

유기광전자소자용 화합물, 이를 포함하는 유기발광소자 및 상기 유기발광소자를 포함하는 표시장치에 관한 것으로, 하기 화학식 1; 및 화학식 2 또는 3;의 조합으로 표시되는 유기광전자소자용 화합물을 제공하여, 우수한 전기화학적 및 열적 안정성으로 수명 특성이 우수하고, 낮은 구동전압에서도 높은 발광효율을 가지는 유기발광소자를 제조할 수 있다.
[화학식 1] [화학식 2] [화학식 3]
Figure 112011102919648-pat00075
Figure 112011102919648-pat00076
Figure 112011102919648-pat00077

Description

유기광전자소자용 화합물, 이를 포함하는 유기발광소자 및 상기 유기발광소자를 포함하는 표시장치{Compound for organic OPTOELECTRONIC device, ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE INCLUDING THE SAME and DISPLAY INCLUDING THE organic LIGHT EMITTING DIODE}
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 1; 및 화학식 2 또는 3;의 조합으로 표시되는 유기광전자소자용 화합물을 제공한다.
[화학식 1] [화학식 2] [화학식 3]
Figure 112011102919648-pat00001
Figure 112011102919648-pat00002
Figure 112011102919648-pat00003
상기 화학식 1 내지 3에서, X는 -O-, -S-, -NR'-, -S(O2)-, -P(O)- 또는 -C(O)- 이고, R' 및 R1 내지 R7은 서로 동일하거나 상이하며, 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 히드록시기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아민기, 니트로기, 카르복시기, 페로세닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아실기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실옥시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실아미노기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C20 아릴옥시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술파모일아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술포닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 헤테로시클로티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 우레이드기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기 또는 이들의 조합이고, 상기 화학식 1의 인접한 두 개의 *는, 상기 화학식 2 또는 3의 인접한 두 개의 *와 결합하여 융합고리를 형성하고, ETU는 전자 특성을 가지는, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고, L은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C6 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C6 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴렌기 또는 이들의 조합이고, n은 0 또는 1이다.
상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112011102919648-pat00004
상기 화학식 4에서, X는 -O-, -S-, -NR'-, -S(O2)-, -P(O)- 또는 -C(O)- 이고,
R' 및 R1 내지 R7은 서로 동일하거나 상이하며, 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 히드록시기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아민기, 니트로기, 카르복시기, 페로세닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아실기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실옥시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실아미노기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C20 아릴옥시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술파모일아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술포닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 헤테로시클로티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 우레이드기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기 또는 이들의 조합이고, ETU는 전자 특성을 가지는, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고, L은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C6 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C6 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴렌기 또는 이들의 조합이고, n은 0 또는 1이다.
상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 5로 표시될 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112011102919648-pat00005
상기 화학식 5에서, X는 -O-, -S-, -NR'-, -S(O2)-, -P(O)- 또는 -C(O)- 이고, R' 및 R1 내지 R7은 서로 동일하거나 상이하며, 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 히드록시기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아민기, 니트로기, 카르복시기, 페로세닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아실기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실옥시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실아미노기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C20 아릴옥시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술파모일아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술포닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 헤테로시클로티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 우레이드기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기 또는 이들의 조합이고, ETU는 전자 특성을 가지는, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이다.
상기 X는 -O- 또는 -S-일 수 있다.
상기 ETU는 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 ETU는 하기 화학식 6 내지 10 중 어느 하나로 표시되는 치환기일 수 있다.
[화학식 6] [화학식 7]
Figure 112011102919648-pat00006
Figure 112011102919648-pat00007
[화학식 8] [화학식 9]
Figure 112011102919648-pat00008
Figure 112011102919648-pat00009
[화학식 10]
Figure 112011102919648-pat00010
상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 A-1 내지 A-18 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 A-1] [화학식 A-2] [화학식 A-3] [화학식 A-4] [화학식 A-5]
Figure 112011102919648-pat00011
[화학식 A-6] [화학식 A-7] [화학식 A-8] [화학식 A-9] [화학식 A-10]
Figure 112011102919648-pat00012
[화학식 A-11] [화학식 A-12] [화학식 A-13]
Figure 112011102919648-pat00013
[화학식 A-14] [화학식 A-15] [화학식 A-16] [화학식 A-17] [화학식 A-18]
Figure 112011102919648-pat00014
상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 B-1 내지 B-18 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 B-1] [화학식 B-2] [화학식 B-3] [화학식 B-4] [화학식 B-5]
Figure 112011102919648-pat00015
[화학식 B-6] [화학식 B-7] [화학식 B-8] [화학식 B-9] [화학식 B-10]
Figure 112011102919648-pat00016
[화학식 B-11] [화학식 B-12] [화학식 B-13]
Figure 112011102919648-pat00017
[화학식 B-14] [화학식 B-15] [화학식 B-16] [화학식 B-17] [화학식 B-18]
Figure 112011102919648-pat00018
상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 C-1 내지 C-18 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 C-1] [화학식 C-2] [화학식 C-3] [화학식 C-4] [화학식 C-5]
Figure 112011102919648-pat00019
[화학식 C-6] [화학식 C-7] [화학식 C-8] [화학식 C-9] [화학식 C-10]
Figure 112011102919648-pat00020
[화학식 C-11] [화학식 C-12] [화학식 C-13]
Figure 112011102919648-pat00021
[화학식 C-14] [화학식 C-15] [화학식 C-16] [화학식 C-17] [화학식 C-18]
Figure 112011102919648-pat00022

상기 유기광전자소자용 화합물은 3중항 여기에너지(T1)가 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.
도 6은 소자의 휘도에 따른 발광효율 데이터이다.
도 7은 소자의 수명곡선 데이터이다.
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 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 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 원자로 치환된 구조를 의미한다. 구체적인 예를 들어, 디벤조퓨란(디벤조퓨라닐기), 디벤조티오펜(디벤조티오페닐기) 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 유기광전소자용 화합물은 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함하는 융합 고리에 전자 특성을 가지는 치환기가 결합된 코어 구조를 가질 수 있다.
상기 코어 구조는 정공 특성이 뛰어난 헤테로 융합고리에 전자 특성을 가지는 치환기를 포함하기 때문에 유기발광소자의 발광 재료, 정공주입재료 또는 정공수송재료로 이용될 수 있다. 보다 구체적으로 발광 재료에 적합할 수 있다.
또한, 상기 융합 고리로 인해 분자 내 대칭성이 감소되어 화합물의 결정화도가 낮아질 수 있고 따라서 소자 내에서 재결정화가 억제되는 장점이 있다.
상기 코어에 결합된 치환기 중 적어도 하나는 전자 특성을 가지는 치환기일 수 있다.
또한, 상기 유기광전소자용 화합물은 코어 부분과 코어 부분에 치환된 치환기에 다양한 또 다른 치환기를 도입함으로써 다양한 에너지 밴드 갭을 갖는 화합물이 될 수 있다.
치환기에 따라 적절한 에너지 준위를 가지는 화합물을 유기광전자소자에 사용함으로써, 효율 및 구동전압 면에서 우수한 효과를 가지고, 전기화학적 및 열적 안정성이 뛰어난 유기광전자소자를 제공할 수 있으며, 이러한 유기광전자소자는 구동시 수명 특성이 우수하다.
이러한 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 1; 및 화학식 2 또는 3;의 조합으로 표시되는 유기광전자소자용 화합물일 수 있다.
[화학식 1] [화학식 2] [화학식 3]
Figure 112011102919648-pat00023
Figure 112011102919648-pat00024
Figure 112011102919648-pat00025
상기 화학식 1 내지 3에서, X는 -O-, -S-, -NR'-, -S(O2)-, -P(O)- 또는 -C(O)- 이고, R' 및 R1 내지 R7은 서로 동일하거나 상이하며, 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 히드록시기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아민기, 니트로기, 카르복시기, 페로세닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아실기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실옥시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실아미노기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C20 아릴옥시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술파모일아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술포닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 헤테로시클로티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 우레이드기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기 또는 이들의 조합이고, 상기 화학식 1의 인접한 두 개의 *는, 상기 화학식 2 또는 3의 인접한 두 개의 *와 결합하여 융합고리를 형성하고, ETU는 전자 특성을 가지는, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고, L은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C6 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C6 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴렌기 또는 이들의 조합이고, n은 0 또는 1이다.
상기 전자 특성을 가지는, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기는 치환 또는 비치환된 이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 테트라졸릴기, 치환 또는 비치환된 카바졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사다이아졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 싸이아트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 피리다지닐기, 치환 또는 비치환된 퓨리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 프탈라지닐기, 치환 또는 비치환된 나프피리디닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기, 치환 또는 비치환된 페나지닐기 또는 이들의 조합일 수 있다. 다만, 상기 치환기에 제한되는 것은 아니다.
상기 L의 길이 조절로 인해 전체의 파이공액길이(π-conjugation length)가 조절되며, 이로 인해 삼중항 에너지 밴드갭을 조절함으로써 인광호스트로 유기광전소자의 발광층에 매우 유용하게 적용될 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다. 또한 헤테로아릴기가 도입될 경우 분자구조에 바이폴라 특성이 구현되어 인광호스트로서 고효율을 나타낼 수 있다.
상기 화학식들의 적절한 조합에 의해 발광; 정공 또는 전자 특성; 막 안정성; 열적 안정성; 또는 높은 3중항 여기에너지(T1)을 가지는 유기광전자소자용 화합물을 제조할 수 있다.
또한, 상기 화학식들의 적절한 조합에 의한 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.
또한, 상기 화학식들의 조합으로 화합물의 구조를 벌크하게 제조할 수 있으며, 이로 인해 결정화도를 낮출 수 있다. 화합물의 결정화도가 낮아지게 되면 소자의 수명이 길어질 수 있다.
상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 4로 표시될 수 있다.
[화학식 4]
Figure 112011102919648-pat00026
상기 화학식 4에서, X는 -O-, -S-, -NR'-, -S(O2)-, -P(O)- 또는 -C(O)- 이고, R' 및 R1 내지 R7은 서로 동일하거나 상이하며, 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 히드록시기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아민기, 니트로기, 카르복시기, 페로세닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아실기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실옥시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실아미노기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C20 아릴옥시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술파모일아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술포닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 헤테로시클로티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 우레이드기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기 또는 이들의 조합이고, ETU는 전자 특성을 가지는, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이고, L은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C6 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C6 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴렌기 또는 이들의 조합이고, n은 0 또는 1이다.
상기 치환기의 적절한 조합에 의해 열적 안정성 또는 산화에 대한 저항성이 우수한 구조의 화합물을 제조할 수 있다.
상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 5로 표시될 수 있다.
[화학식 5]
Figure 112011102919648-pat00027
상기 화학식 5에서, X는 -O-, -S-, -NR'-, -S(O2)-, -P(O)- 또는 -C(O)- 이고, R' 및 R1 내지 R7은 서로 동일하거나 상이하며, 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 히드록시기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아민기, 니트로기, 카르복시기, 페로세닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아실기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실옥시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실아미노기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C20 아릴옥시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술파모일아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술포닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 헤테로시클로티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 우레이드기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기 또는 이들의 조합이고, ETU는 전자 특성을 가지는, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기이다.
상기 ETU는 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기 또는 이들의 조합일 수 있다.
보다 구체적으로 상기 ETU는 하기 화학식 6 내지 10 중 어느 하나로 표시되는 치환기일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
[화학식 6] [화학식 7]
Figure 112011102919648-pat00028
Figure 112011102919648-pat00029
[화학식 8] [화학식 9]
Figure 112011102919648-pat00030
Figure 112011102919648-pat00031
[화학식 10]
Figure 112011102919648-pat00032

본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물은 상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 A-1 내지 A-18 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 A-1] [화학식 A-2] [화학식 A-3] [화학식 A-4] [화학식 A-5]
Figure 112011102919648-pat00033
[화학식 A-6] [화학식 A-7] [화학식 A-8] [화학식 A-9] [화학식 A-10]
Figure 112011102919648-pat00034
[화학식 A-11] [화학식 A-12] [화학식 A-13]
Figure 112011102919648-pat00035
[화학식 A-14] [화학식 A-15] [화학식 A-16] [화학식 A-17] [화학식 A-18]
Figure 112011102919648-pat00036

본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물은 상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 B-1 내지 B-18 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 B-1] [화학식 B-2] [화학식 B-3] [화학식 B-4] [화학식 B-5]
Figure 112011102919648-pat00037
[화학식 B-6] [화학식 B-7] [화학식 B-8] [화학식 B-9] [화학식 B-10]
Figure 112011102919648-pat00038
[화학식 B-11] [화학식 B-12] [화학식 B-13]
Figure 112011102919648-pat00039
[화학식 B-14] [화학식 B-15] [화학식 B-16] [화학식 B-17] [화학식 B-18]
Figure 112011102919648-pat00040

본 발명의 일 구현예에 따른 유기광전자소자용 화합물은 상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 C-1 내지 C-18 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 C-1] [화학식 C-2] [화학식 C-3] [화학식 C-4] [화학식 C-5]
Figure 112011102919648-pat00041
[화학식 C-6] [화학식 C-7] [화학식 C-8] [화학식 C-9] [화학식 C-10]
Figure 112011102919648-pat00042
[화학식 C-11] [화학식 C-12] [화학식 C-13]
Figure 112011102919648-pat00043
[화학식 C-14] [화학식 C-15] [화학식 C-16] [화학식 C-17] [화학식 C-18]
Figure 112011102919648-pat00044

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: 화합물 A-1의 제조
[반응식 1]
Figure 112011102919648-pat00045
온도계와 환류콘덴서, 교반기가 부착된 1 L의 둥근 바닥 플라스크에 질소 분위기 하에서 화합물 A 23.0g과 화합물 B 14.5g을 톨루엔 350 mL에 녹인 용액에 소디움테트라부톡사이드(sodium tert-butoxide, NaOtBu) 13.3g, 팔라듐 디벤질리덴아민 (Pd(0)dba2) 2.8g, 및 터셔리부틸인 (50% solution in toluene) 2.0 g을 첨가한 후 12시간 반응기를 환류시킨다. 상온으로 자연 냉각 후, 메탄올 1.2에 침전시킨 후 1시간 동안 교반한다. 생성된 고체를 필터하여 물 1.2 L 에 슬러리 상태로 1시간 동안 교반한 후 다시 필터한다. 여과된 고체를 건조시킨 후 모노클로로벤젠 1 L에 가열하여 녹인 후 셀라이트/실리카 패드(Celite/Silica pad) 를 통과시킨다. 통과된 용액을 500 mL 로 가열 농축한 후 상온으로 자연 냉각시킨다. 생성된 고체를 필터한 후, 아세톤 300 mL 로 세정한다. 고체를 진공 상태 70℃ 에서 12시간 건조시켜 화합물 A-1 24.7g (합성 수율 74%)을 수득하였다.
실시예 2: 화합물 B-1의 제조
Figure 112011102919648-pat00046
온도계와 환류콘덴서, 교반기가 부착된 1 L의 둥근 바닥 플라스크에 질소 분위기 하에서 화합물 A 23.0g과 화합물 C 13.6g을 톨루엔 350 mL에 녹인 용액에 소디움테트라부톡사이드(sodium tert-butoxide, NaOtBu) 13.3g, 팔라듐 디벤질리덴아민 (Pd(0)dba2) 2.8g, 및 터셔리부틸인 (50% solution in toluene) 2.0 g을 첨가한 후 12시간 반응기를 환류시킨다. 상온으로 자연 냉각 후, 메탄올 1.2에 침전시킨 후 1시간 동안 교반한다. 생성된 고체를 필터하여 물 1.2 L 에 슬러리 상태로 1시간 동안 교반한 후 다시 필터한다. 여과된 고체를 건조시킨 후 모노클로로벤젠 1 L에 가열하여 녹인 후 셀라이트/실리카 패드(Celite/Silica pad) 를 통과시킨다. 통과된 용액을 500 mL 로 가열 농축한 후 상온으로 자연 냉각시킨다. 생성된 고체를 필터한 후, 아세톤 300 mL 로 세정한다. 고체를 진공 상태 70℃ 에서 12시간 건조시켜 화합물 B-1 26.2g (합성 수율 80%)을 수득하였다.
실시예 3: 화합물 B-4의 제조
Figure 112011102919648-pat00047
온도계와 환류콘덴서, 교반기가 부착된 1 L의 둥근 바닥 플라스크에 질소 분위기 하에서 화합물 D 22.9g과 화합물 C 13.6g을 톨루엔 350 mL에 녹인 용액에 소디움테트라부톡사이드(sodium tert-butoxide, NaOtBu) 13.3g, 팔라듐 디벤질리덴아민 (Pd(0)dba2) 2.8g, 및 터셔리부틸인 (50% solution in toluene) 2.0 g을 첨가한 후 12시간 반응기를 환류시킨다. 상온으로 자연 냉각 후, 메탄올 1.2에 침전시킨 후 1시간 동안 교반한다. 생성된 고체를 필터하여 물 1.2 L 에 슬러리 상태로 1시간 동안 교반한 후 다시 필터한다. 여과된 고체를 건조시킨 후 모노클로로벤젠 1 L에 가열하여 녹인 후 셀라이트/실리카 패드(Celite/Silica pad) 를 통과시킨다. 통과된 용액을 500 mL 로 가열 농축한 후 상온으로 자연 냉각시킨다. 생성된 고체를 필터한 후, 아세톤 300 mL 로 세정한다. 고체를 진공 상태 70 ℃ 에서 12시간 건조시켜 화합물 B-4 22.8g (합성 수율 70%)을 수득하였다.
(유기발광소자의 제조)
실시예 4: 유기광정소자의 제조
ITO (Indium tin oxide)가 1500Å 두께가 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 이송 시킨 다음 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정 한 후 진공 층착기로 기판을 이송하였다. 이렇게 준비된 ITO 투명 전극을 양극으로 사용하여 ITO 기판 상부에 하기 HTM 화합물을 진공 증착하여 1200Å두께의 정공 주입층을 형성하였다.
[HTM]
Figure 112011102919648-pat00048

상기 정공 수송층 상부에 상기 실시예 1에서 합성된 물질 A-1을 호스트로 사용하고 인광 녹색 도판트로 하기 PhGD 화합물을 7중량%로 도핑하여 진공 증착으로 300Å 두께의 발광층을 형성하였다.
[PhGD]
Figure 112011102919648-pat00049

그 후 상기 발광층 상부에 하기 BAlq[Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum] 화합물을 50Å 두께로 적층하였고, 순차적으로 하기 Alq3[Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminium] 화합물을 250Å 두께로 적층하여 전자수송층을 형성하였다. 상기 전자수송층 상부에 LiF 5Å과 Al 1000Å을 순차적으로 진공 증착하여 음극을 형성함으로써 유기발광소자를 제조하였다.
[Balq] [Alq3]
Figure 112011102919648-pat00050
……
Figure 112011102919648-pat00051
………
실시예 5
상기 실시예 4에서, 실시예 1 대신 실시예 2 에서 합성된 B-1을 사용한 점을 제외하고는 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
실시예 6
상기 실시예 4에서, 실시예 1 대신 실시예 3 에서 합성된 B-4를 사용한 점을 제외하고는 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 4에서, 실시예 1 대신 하기 화합물 CT [3,6-diphenyl-9-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-9H-carbazole]을 호스트로 사용한 점을 제외하고는 동일한 방법으로 유기발광소자를 제조하였다.
[CT]
Figure 112011102919648-pat00052

(유기발광소자의 성능 측정)
상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 1에서 제조된 각각의 유기발광소자에 대하여 전압에 따른 전류밀도 변화, 휘도변화 및 발광효율을 측정하였다.
(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 동일 전류밀도(10 mA/cm2)의 전류 효율(cd/A) 을 계산하였다.
(4) 소자 수명 측정
초기 휘도 3500cd/m2 에서 측정하였다.
아래 표 1에 소자평가 결과를 정리하였다.
분 류 호스트 Vd Cd/A cd/m2 CIEx CIEy 수명(h)
비교예 1 CT 3.3 42.2 3500 0.350 0.620 25
실시예 4 A-1 4.1 42.4 3500 0.353 0.613 88
실시예 5 B-1 3.8 57.6 3500 0.347 0.618 > 150
실시예 6 B-4 4.4 55.8 3500 0.344 0.620 52
도 6은 소자의 휘도에 따른 발광효율 데이터이다.
도 7은 소자의 수명곡선 데이터이다.
상기 표 1, 도 6 및 도7로부터 알 수 있듯이, 비교예 1을 발광층의 호스트로 적용했을 때 보다 실시예4 내지 6을 호스트로 사용했을 때, 소자의 효율 및 수명이 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

Claims (17)

  1. 하기 화학식 1; 및 화학식 2 또는 3;의 조합으로 표시되는 유기광전자소자용 화합물:
    [화학식 1] [화학식 2] [화학식 3]
    Figure 112014084967799-pat00053
    Figure 112014084967799-pat00054
    Figure 112014084967799-pat00055

    상기 화학식 1 내지 3에서,
    X는 -O-, -S-, -NR'-, -S(O2)-, -P(O)- 또는 -C(O)- 이고,
    R' 및 R1 내지 R7은 서로 동일하거나 상이하며, 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 히드록시기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아민기, 니트로기, 카르복시기, 페로세닐기(ferr℃enyl group), 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴옥시기(aryloxy group), 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴옥시기(silyloxy group), 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아실기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐기(alkoxycarbonyl group), 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실옥시기(acyloxy group), 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실아미노기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C20 아릴옥시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술파모일아미노기(sulfamoylamino group), 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술포닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 헤테로시클로티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 우레이드기(ureide group), 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기 또는 이들의 조합이고,
    상기 화학식 1의 인접한 두 개의 *는, 상기 화학식 2 또는 3의 인접한 두 개의 *와 결합하여 융합고리를 형성하고,
    ETU는 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기 또는 이들의 조합이고,
    L은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C6 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C6 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴렌기 또는 이들의 조합이고,
    n은 0 또는 1이다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 4로 표시되는 것인 유기광전자소자용 화합물:
    [화학식 4]
    Figure 112014084967799-pat00056

    상기 화학식 4에서,
    X는 -O-, -S-, -NR'-, -S(O2)-, -P(O)- 또는 -C(O)- 이고,
    R' 및 R1 내지 R7은 서로 동일하거나 상이하며, 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 히드록시기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아민기, 니트로기, 카르복시기, 페로세닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아실기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실옥시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실아미노기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C20 아릴옥시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술파모일아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술포닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 헤테로시클로티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 우레이드기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기 또는 이들의 조합이고,
    ETU는 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기 또는 이들의 조합이고,
    L은 단일결합, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C6 알케닐렌기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C6 알키닐렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴렌기 또는 이들의 조합이고,
    n은 0 또는 1이다.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 것인 유기광전자소자용 화합물:
    [화학식 5]
    Figure 112014084967799-pat00057

    상기 화학식 5에서,
    X는 -O-, -S-, -NR'-, -S(O2)-, -P(O)- 또는 -C(O)- 이고,
    R' 및 R1 내지 R7은 서로 동일하거나 상이하며, 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 히드록시기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아민기, 니트로기, 카르복시기, 페로세닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 아실기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실옥시기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 아실아미노기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 알콕시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C20 아릴옥시카르보닐아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술파모일아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 술포닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬티올기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 헤테로시클로티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 우레이드기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40 실릴기 또는 이들의 조합이고,
    ETU는 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기 또는 이들의 조합이다.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 X는 -O- 또는 -S-인 것인 유기광전자소자용 화합물.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 ETU는 하기 화학식 6 내지 10 중 어느 하나로 표시되는 치환기인 것인 유기광전자소자용 화합물.
    [화학식 6] [화학식 7]
    Figure 112014084967799-pat00058
    Figure 112014084967799-pat00059

    [화학식 8] [화학식 9]
    Figure 112014084967799-pat00060
    Figure 112014084967799-pat00061

    [화학식 10]
    Figure 112014084967799-pat00062

  7. 제1 항에 있어서,
    상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 A-1 내지 A-18 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기광전자소자용 화합물.
    [화학식 A-1] [화학식 A-2] [화학식 A-3] [화학식 A-4] [화학식 A-5]
    Figure 112011102919648-pat00063

    [화학식 A-6] [화학식 A-7] [화학식 A-8] [화학식 A-9] [화학식 A-10]
    Figure 112011102919648-pat00064

    [화학식 A-11] [화학식 A-12] [화학식 A-13]
    Figure 112011102919648-pat00065

    [화학식 A-14] [화학식 A-15] [화학식 A-16] [화학식 A-17] [화학식 A-18]
    Figure 112011102919648-pat00066

  8. 제1 항에 있어서,
    상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 B-1 내지 B-18 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기광전자소자용 화합물.
    [화학식 B-1] [화학식 B-2] [화학식 B-3] [화학식 B-4] [화학식 B-5]
    Figure 112011102919648-pat00067

    [화학식 B-6] [화학식 B-7] [화학식 B-8] [화학식 B-9] [화학식 B-10]
    Figure 112011102919648-pat00068

    [화학식 B-11] [화학식 B-12] [화학식 B-13]
    Figure 112011102919648-pat00069

    [화학식 B-14] [화학식 B-15] [화학식 B-16] [화학식 B-17] [화학식 B-18]
    Figure 112011102919648-pat00070

  9. 제1 항에 있어서,
    상기 유기광전자소자용 화합물은 하기 화학식 C-1 내지 C-18 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기광전자소자용 화합물.
    [화학식 C-1] [화학식 C-2] [화학식 C-3] [화학식 C-4] [화학식 C-5]
    Figure 112011102919648-pat00071

    [화학식 C-6] [화학식 C-7] [화학식 C-8] [화학식 C-9] [화학식 C-10]
    Figure 112011102919648-pat00072

    [화학식 C-11] [화학식 C-12] [화학식 C-13]
    Figure 112011102919648-pat00073

    [화학식 C-14] [화학식 C-15] [화학식 C-16] [화학식 C-17] [화학식 C-18]
    Figure 112011102919648-pat00074

  10. 제1 항에 있어서,
    상기 유기광전자소자용 화합물은 3중항 여기에너지(T1)가 2.0eV 이상인 것인 유기광전자소자용 화합물.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 유기광전자소자는, 유기광전소자, 유기발광소자, 유기태양전지, 유기트랜지스터, 유기 감광체 드럼 및 유기메모리소자로 이루어진 군에서 선택되는 것인 유기광전자소자용 화합물.
  12. 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 적어도 한 층 이상의 유기박막층을 포함하는 유기발광소자에 있어서,
    상기 유기박막층 중 적어도 어느 한 층은 상기 제1 항 내지 제4 항, 및 제6 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 따른 유기광전자소자용 화합물을 포함하는 것인 유기발광소자.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 유기박막층은 발광층, 정공수송층, 정공주입층, 전자수송층, 전자주입층, 정공차단층 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 유기발광소자.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 유기광전자소자용 화합물은 정공수송층 또는 정공주입층 내에 포함되는 것인 유기발광소자.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 유기광전자소자용 화합물은 발광층 내에 포함되는 것인 유기발광소자.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 유기광전자소자용 화합물은 발광층 내에 인광 또는 형광 호스트 재료로서 사용되는 것인 유기발광소자.
  17. 제12 항의 유기발광소자를 포함하는 표시장치.
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