KR101353931B1 - Novel organic compound, and an organic electronic device comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기전자소자의 전자수송층 또는 정공저지층에 박막의 형태로 이용되는 신규한 유기화합물을 제공 한다. 본 발명의 유기화합물은 안정한 이미드화합물의 특성 및 질소화합물과 금속물질과의 배위결합성 때문에 계면특성이 향상되어 유기전자소자의 수명을 연장시키고, 향상된 전자친화도 및 전자이동도의 효과로 유기전자소자의 구동전압을 낮아지게 한다. 본 발명의 유기화합물을 유기전자소자의 전자수송층에 박막의 형태로 사용하는 경우 유기전기발광층의 정공(hole)을 저지하는 효과를 가진다. 또한, 본 발명은 매우 높은 발광성과 에너지 효율을 가지며, 유기전기발광디스플레이, 유기TFT, 유기 메모리 또는 유기광소자와 같은 다양한 전기 반도체 분야에 이용될 수 있다.The present invention provides a novel organic compound used in the form of a thin film in the electron transport layer or hole blocking layer of the organic electronic device. The organic compound of the present invention improves the interfacial properties due to the stable imide compound properties and the coordination bond between the nitrogen compound and the metal material, thereby prolonging the life of the organic electronic device, and improving the organic affinity with the effect of improved electron affinity and electron mobility. The driving voltage of the electronic device is lowered. When the organic compound of the present invention is used in the form of a thin film in the electron transport layer of the organic electronic device, it has the effect of blocking holes in the organic electroluminescent layer. In addition, the present invention has very high luminescence and energy efficiency, and can be used in various electric semiconductor fields such as organic electroluminescent display, organic TFT, organic memory or organic light emitting device.
Description
본 발명은 신규한 유기화합물 및 이를 포함하는 유기전자소자에 관한 것이다.The present invention relates to a novel organic compound and an organic electronic device comprising the same.
지난 수십 년간, 많은 사람들은 공정의 간이화, 저 생산 비용 및 다양한 응용 예를 들면, 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diodes: OLEDs), 유기 광전지 소자(organic photovoltaic device: OPV), 유기 전계효과 트랜지스터(organic field-effect transistors: OFETs)) 및 그 외 전자학 및 광전자공학 소자와 같은 분야에 응용을 하기 위하여 유기 반도체 물질 또는 유기 반도체 소자에 대하여 연구하였다[1-7]. 또한, 전자 및 정공수송층(hole transporting layers)은 유기 발광 소자의 두 전극(electrodes) 사이에 위치 한다. 비유기 반도체 유사 액정 표시(liquid crystal displays: LCDs)와 비교하여, 빠른 반응, 높은 색 순도, 폭 넓은 시야각, 경조(high contrast), 얇은 두께 및 유동성을 실현할 수 있는 인광 OELDs는 모바일 폰, 디지털 카메라, 카오디오, MP3, 평면 패널 텔레비젼 및 조명과 같은 디스플레이 시장에서 성공적으로 도입되었다[8-9].In the last decades, many have simplified the process, lower production costs and various applications, such as organic light-emitting diodes (OLEDs), organic photovoltaic devices (OPVs), organic field effect transistors ( Organic field-effect transistors (OFETs)) and other fields such as electronic and optoelectronic devices have been studied for organic semiconductor materials or organic semiconductor devices [1-7]. In addition, electron and hole transporting layers (hole transporting layers) are located between the two electrodes (electrodes) of the organic light emitting device. Compared to inorganic semiconductor liquid crystal displays (LCDs), phosphorescent OELDs can achieve fast response, high color purity, wide viewing angle, high contrast, thin thickness and fluidity. Has been successfully introduced in display markets such as car audio, MP3, flat panel televisions and lighting [8-9].
나노-층 유기 반도체 소자는 전하 발생 및 주입뿐만 아니라 전하전달에 결정적인 역할을 하는 소자 유기체에 있어서 작은 분자들에 기초한 물질에 의존한다. 오랜 수명 및 안정성뿐만 아니라 완전 칼라 평면-패널 디스플레이 및 조명에 있어서 고 소자 효율, 낮은 구동 전압, 고 색순도 및 빛 방출을 실현할 수 있다. 높은 소자 성능을 위하여, 전하 이동 및 주입을 담당하는 물질이 핵심이다. 여기에는 높은 전하 유동성을 가지고 전하 농도를 증가시키는 유기 물질의 개발이 필수적이다[10,11].Nano-layer organic semiconductor devices rely on materials based on small molecules in device organisms that play a crucial role in charge transfer as well as charge generation and injection. In addition to long life and stability, high device efficiency, low drive voltage, high color purity and light emission can be realized in full color flat-panel displays and lighting. For high device performance, the material responsible for charge transfer and implantation is key. It is essential to develop organic materials with high charge flowability and increase charge concentration [10, 11].
통상의 진공 증착법에 따 제조한 유기층, 예를 들면, 정공 전달층은 소자를 구동할 때 발생하는 열로 인하여 박막의 변형 또는 파괴되기도 하여 소자의 수명이 짧아지는 문제가 있었다. 최근에는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 폴리 케틸 메타크릴레이트(poly methyl methacrylate: PMMA)나 폴리카보네이트(polycarbonate:PC) 다른 비닐(vinyl)계 고분자의 매트릭에 활성물질, 예를 들면, 정공 전달 물질 및 유기 발광 물질을 분산시킨 유기층이 제조되었다. 그러나, 이러한 고분자는 내열성이 낮기 때문에 제조되는 유기층의 안정성은 만족할 만한 수준이 아니다(Kido et al., Appl. Phys. Lett., 61, No. 7171,(1992); Jpn, J. Appl.Phys., 31, No. 78.L960,(1992)).The organic layer manufactured by the conventional vacuum deposition method, for example, the hole transport layer, has a problem in that the life of the device is shortened because the thin film is deformed or destroyed due to heat generated when driving the device. Recently, in order to solve such problems, active materials such as hole transport materials and polymethyl methacrylate (PMMA) or polycarbonate (PC) and other vinyl-based polymers such as An organic layer in which an organic light emitting material was dispersed was prepared. However, such a polymer is the stability of the organic layer produced is low in heat resistance is not satisfactorily (Kido et al, Appl Phys Lett , 61, No. 7171, (1992);.... Jpn, J. Appl.Phys , 31, No. 78. L960, (1992)).
미국 특허 제5,609,970호, 제5571626호, 제5414069호 및 제5376456에는 새로운 전기발광 고분자를 개시하고 있다. 그러나 높은 구동 전압과 열에 대한 불안정성으로 낮은 발광효율과 수명이 짧아지는 문제점을 해결하지 못하고 있는 실정이다.U.S. Pat.Nos. 5,609,970, 5571626, 5414069 and 5376456 disclose new electroluminescent polymers. However, high driving voltage and heat instability do not solve the problem of low luminous efficiency and short life.
따라서, 상기와 같은 문제점이 해결된 신규한 유기화합물에 대한 필요성이 대두되고 있으며, 이러한 신규한 유기화합물 및 이를 포함하는 유기전자소자에 대해서 아직 보고된 바 없다.Therefore, there is a need for a novel organic compound in which the above problems are solved, and such a novel organic compound and an organic electronic device including the same have not been reported yet.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.
[발명의 상세한 설명]DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [
본 발명자들은 낮은 구동 전압과 열에 대한 안정성을 가지며 효율이 높고 수명이 긴 유기전자소자를 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 향상된 전자친화도 및 전자이동도를 가지는 신규한 유기화합물과 이러한 신규한 유기화합물을 포함하는 유기전자소자를 개발하였으며, 낮은 구동전압과 수명이 매우 향상됨을 확인하였다.The present inventors have tried to develop an organic electronic device having low driving voltage and heat stability, and having high efficiency and long life. As a result, a novel organic compound having improved electron affinity and electron mobility and an organic electronic device including the novel organic compound were developed, and it was confirmed that low driving voltage and lifespan were greatly improved.
따라서, 본 발명의 목적은 신규한 유기화합물을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide novel organic compounds.
본 발명의 다른 목적은 유기전자소자에 있어서, 전자수송층 또는 정공저지층에 상기 신규한 유기화합물이 박막(thin film) 형태로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 유기전자소자를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an organic electronic device, wherein the novel organic compound is contained in a thin film form in an electron transport layer or a hole blocking layer.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 화학식 1의 구조를 갖는 유기화합물을 제공 한다:According to one aspect of the present invention, the present invention provides an organic compound having the structure of Formula 1:
화학식 1
상기 A는 이무수화물(dianhydride)의 모이어티(moiety)이고; 상기 R1-R14는 각각 서로 독립적으로 지방족기, 아릴기 또는 수소이다.A is a moiety of a dianhydride; R 1 to R 14 are each independently an aliphatic group, an aryl group, or hydrogen.
본 발명자들은 낮은 구동 전압과 열에 대한 안정성을 가지며 효율이 높고 수명이 긴 유기전자소자를 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 향상된 전자친화도 및 전자이동도를 가지는 신규한 유기화합물과 이러한 신규한 유기화합물을 포함하는 유기전자소자를 개발하였으며, 낮은 구동전압과 수명이 매우 향상됨을 확인하였다.The present inventors have tried to develop an organic electronic device having low driving voltage and heat stability, and having high efficiency and long life. As a result, a novel organic compound having improved electron affinity and electron mobility and an organic electronic device including the novel organic compound were developed, and it was confirmed that low driving voltage and lifespan were greatly improved.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 사용하는 유기전자수송 화합물에서 상기 A는 파이로멜리틱 디안하이드리드, 3,4,3',4'-비페닐테트라카르복실릭 디안하이드리드, 3,4,3',4'-벤조페논 테트라카르복실릭 디안하이드리드, 4,4'-(헥사플루오로그포릴리덴)디프탈릭안하이드리드, 4,4'-(디메틸시리콘)디프탈릭 안하이드리드, 4,4'-옥시디프탈릭 안하이드리드, 3,3',4,4'-디페닐술폰 테트라카르복실릭 디안하이드리드, 1,2,3,4-싸이크로펜탄 테트라카르복실릭 디안하이드리드, 나프탈렌-1,4,5,8-테트라카르복실릭 디안하이드리드, 3,4,9,10-페릴렌 테트라카르복실릭 디안하이드리드, 4-(2,5-디옥소테트라하이드로푸란-3-일)테트랄린-1,2-디카르복실릭 안하이드리드, 5-(2,5-디옥소테트라하이드로푸릴)-3-메틸-3-싸이클로헥센-1,2-디카르복실릭 안하이드리드, 비사이클로[2,2,2]옥트-7-엔-2,3,5,6-테트라카르복실릭 디안하이드리드, 2,2'-디-터트-부틸비페닐-비스(에테르프탈릭 안하이드리드), 2,5-디-터트-부틸페닐-비스(에테르프탈릭 안하이드리드) 또는 비스페놀 A-비스A-bis(에테르프탈릭 안하이드리드)의 모이어티이며, 가장 바람직하게는 파이로멜리틱 디안하이드리드의 모이어티이다.According to a preferred embodiment of the present invention, in the organic electron transport compound used in the present invention, A is pyromellitic dianhydride, 3,4,3 ', 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3,4,3 ', 4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 4,4'-(hexafluorologylidene) diphthalic hydride, 4,4 '-(dimethylsilicone) dip Talic anhydride, 4,4'-oxydiphthalic anhydride, 3,3 ', 4,4'-diphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclopentane tetra Carboxylic dianhydrides, naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic dianhydrides, 3,4,9,10-perylene tetracarboxylic dianhydrides, 4- (2,5- Dioxotetrahydrofuran-3-yl) tetraline-1,2-dicarboxylic anhydride, 5- (2,5-dioxotetrahydrofuryl) -3-methyl-3-cyclohexene-1 , 2-dicarboxylic anhydride, bissai Chloro [2,2,2] oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, 2,2'-di-tert-butylbiphenyl-bis (etherphthalic anhydride) Lead), 2,5-di-tert-butylphenyl-bis (etherphthalic anhydride) or bisphenol A-bisA-bis (etherphthalic anhydride), most preferably pyro It is a moiety of metician dianhydride.
보다 구체적으로, 상기 A에는 다음과 같은 구조의 화합물이 포함될 수 있다.More specifically, A may include a compound having the following structure.
화학식 1에서, R1-R14는 각각 서로 독립적으로 지방족기, 아릴기 또는 수소이다. 본 명세서에서 용어 "지방족기" 는 알킬, 사이크롤로알킬, 알킬렌, 알케닐, 알케닐렌, 알카이닐 및 알카이닐렌을 포함한다.In formula (1), R 1 -R 14 are each independently an aliphatic group, an aryl group, or hydrogen. As used herein, the term "aliphatic group" includes alkyl, cycloalkyl, alkylene, alkenyl, alkenylene, alkynyl and alkynylene.
R1-R14 중 어느 하나가 지방족기인 경우 바람직하게는, R1-R14 중 어느 하나는 알킬 또는 알킬렌이며, 보다 바람직하게는 알킬이다.When any one of R 1 -R 14 is an aliphatic group, preferably, any one of R 1 -R 14 is alkyl or alkylene, more preferably alkyl.
용어 "알킬" 은 지정된 탄소수를 갖는 직쇄 또는 분쇄 포화 탄화수소기를 의미하며, 바람직하게는 "C1-C4 직쇄 또는 가지쇄 알킬" 이며, 이는 저가 알킬로서 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, 이소부틸, n-부틸 및 t-부틸을 포함한다. 용어, "알케닐기" 는 지정된 탄소수를 갖는 직쇄 또는 분쇄 불포화 탄화수소기를 나타내며, 바람직하게는 C2-C6 직쇄 또는 가지쇄 알케닐이고, 이는 최소 하나의 이중 결합을 갖는 탄소수 2-6의 탄화수소기로서, 예컨대, 에테닐, 프로페닐, 이소프로페닐, 부테닐, 이소부테닐, t-부테닐, n-펜테닐 및 n-헥세닐을 포함한다.The term "alkyl" means a straight or pulverized saturated hydrocarbon group having the specified carbon number, preferably "C 1 -C 4 straight or branched chain alkyl", which is low-cost alkyl as methyl, ethyl, n -propyl, isopropyl, Isobutyl, n -butyl and t -butyl. The term "alkenyl group" refers to a straight chain or branched unsaturated hydrocarbon group having the specified carbon number, preferably C 2 -C 6 straight or branched chain alkenyl, which is a hydrocarbon group having 2 to 6 carbon atoms having at least one double bond. Examples include ethenyl, propenyl, isopropenyl, butenyl, isobutenyl, t -butenyl, n -pentenyl and n -hexenyl.
용어 "사이클로알킬" 은 지정된 탄소수를 갖는 사이클릭 탄화수소 라디칼을 의미하며, 바람직하게는 " C3-C8 사이클로알킬 "이고, 이는 사이클로프로필, 사이클로부틸 및 사이클로펜틸을 포함한다.The term "cycloalkyl" means a cyclic hydrocarbon radical having the specified carbon number, preferably "C 3 -C 8 cycloalkyl", which includes cyclopropyl, cyclobutyl and cyclopentyl.
본 명세서에서 용어 "아릴"은 전체적으로 또는 부분적으로 불포화된 치환 또는 비치환된 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 탄소 고리를 의미하며, 바람직하게는 모노아릴 또는 비아릴이다. 모노아릴은 탄소수 5-6을 갖는 것이 바람직하며, 비아릴은 탄소수 9-10을 갖는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 상기 아릴은 치환 또는 비치환된 페닐이다. 모노아릴, 예컨대, 페닐이 치환되는 경우에는, 다양한 위치에서 다양한 치환체에 의해 치환이 이루어질 수 있으나, 바람직하게는, 할로, 히드록시, 니트로, 시아노, C1-C4 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 가지쇄 알킬, C1-C4 직쇄 또는 가지쇄 알콕시, 알킬 치환 설파닐, 페녹시, C3-C6 사이클로헤테로알킬 또는 치환 또는 비치환 아미노기에 의해 치환될 수 있다.As used herein, the term "aryl" refers to a substituted or unsubstituted monocyclic or polycyclic carbon ring which is wholly or partially unsaturated, preferably monoaryl or biaryl. It is preferable that monoaryl has 5-6 carbon atoms, and it is preferable that biaryl has 9-10 carbon atoms. Most preferably said aryl is substituted or unsubstituted phenyl. When monoaryl, such as phenyl, is substituted, substitutions may be made by various substituents at various positions, but preferably halo, hydroxy, nitro, cyano, C 1 -C 4 substituted or unsubstituted straight chain Or branched alkyl, C 1 -C 4 straight or branched alkoxy, alkyl substituted sulfanyl, phenoxy, C 3 -C 6 cycloheteroalkyl or substituted or unsubstituted amino groups.
본 발명의 가장 바람직한 구현예에 따르면, 화학식 1에서, R1-R14는 수소이다.According to the most preferred embodiment of the invention, in
본 발명의 일 실시예 따른 유기전자소자에 있어서, 전자수송층 또는 정공저지층에 혼합 또는 도핑되는 화합물은 2,6-Bis-(1,10)-페난트로린-5-yl-피롤로(3,4-f)이소인돌-1,3,5,7-테트라온 (2,6-Bis-(1,10)-phenanthroline-5-yl-pyrrolo(3,4-f)isoindole-1,3,5,7-tetraone: BiPhPyIsTe)이며, 상기 화합물은 다음과 같은 반응으로 합성된다.In the organic electronic device according to an embodiment of the present invention, the compound mixed or doped in the electron transport layer or the hole blocking layer is 2,6-Bis- (1,10) -phenanthroline-5-yl-pyrrolo (3 Isoindole-1,3,5,7-tetraon (2,6-Bis- (1,10) -phenanthroline-5-yl-pyrrolo (3,4-f) isoindole-1,3 , 5,7-tetraone: BiPhPyIsTe), and the compound is synthesized by the following reaction.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 유기화합물은 유기전자소자(organic electron device)의 전자수송층 또는 정공저지층에 박막(thin film)의 형태로 이용되며, 보다 바람직하게는 상기 유기화합물은 유기 발광 다이오드(OLEDs), 유기 광전지 소자(OPV), 유기 전계효과 트랜지스터(OFETs), 유기 레이저, 전자파 차폐막, 커패시터(Capacitor) 또는 메모리 소자의 전자수송층 또는 정공저지층에 박막의 형태로 이용되고, 보다 더 바람직하게는 유기 발광 다이오드, 유기 광전지 소자, 유기 전계효과 트랜지스터의 의 전자수송층 또는 정공저지층에 박막의 형태로 이용되며, 가장 바람직하게는 유기 발광 다이오드의 전자수송층 또는 정공저지층에 박막의 형태로 이용된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the organic compound of the present invention is used in the form of a thin film on the electron transport layer or the hole blocking layer of the organic electronic device (organic electron device), more preferably the organic compound Organic light emitting diodes (OLEDs), organic photovoltaic devices (OPV), organic field effect transistors (OFETs), organic lasers, electromagnetic shielding film, capacitors (Capacitor) is used in the form of a thin film in the electron transport layer or hole blocking layer of the memory device, Even more preferably, it is used in the form of a thin film in the electron transport layer or the hole blocking layer of the organic light emitting diode, the organic photovoltaic device, the organic field effect transistor, and most preferably the thin film is formed in the electron transport layer or the hole blocking layer of the organic light emitting diode. It is used in the form.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 유기전자소자에 있어서, 전자수송층 또는 정공저지층에 하기 화학식 1의 화합물이 박막(thin film) 형태로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 유기전자소자를 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides an organic electronic device, characterized in that the compound of
화학식 1
상기 A는 이무수화물(dianhydride)의 모이어티(moiety)이고; 상기 R1-R14는 각각 서로 독립적으로 지방족기, 아릴기 또는 수소이다.A is a moiety of a dianhydride; R 1 to R 14 are each independently an aliphatic group, an aryl group, or hydrogen.
본 발명의 유기전자소자는 상술한 본 발명의 화합물을 필수 구성요소로 이용하기 때문에, 이 둘 사이에 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.Since the organic electronic device of the present invention uses the above-described compounds of the present invention as essential components, the contents common between the two are omitted in order to avoid excessive complexity of the present specification.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 유기전자소자의 전자수송층 또는 정공저지층은 전자수송물질과 상기 화학식 1의 화합물을 혼합 또는 도핑되어 구성되며, 상기 전자수송물질은 트리(8-히드록시-퀴놀리나토)알루미늄(Tris(8-hydroxy-quinolinato)aluminium : Alq3), 바소큐프로인, 옥사디아졸 유도체(tBu-PBC), 트리아졸 유도체, 페닐 키노키사린 유도체, 시롤 유도체 또는 이의 혼합물이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the electron transport layer or the hole blocking layer of the organic electronic device is configured by mixing or doping the electron transport material and the compound of
본 발명의 구체적인 일 실시예에 따르면, 상기 전자수송물질로서 트리(8-히드록시-퀴놀리나토)알루미늄(Alq3)에 상기 화학식 1의 유기화합물을 도핑한다. 바람직하게는 Alq3의 중량을 기초로 상기 화학식 1인 화합물을 Alq3에 0.01-10 중량%로 도핑하고, 보다 바람직하게는 0.05-7%로 도핑하며, 보다 더 바람직하게는 0.01-5%로 도핑하며, 가장 바람직하는 0.2-2%로 도핑한다.According to a specific embodiment of the present invention, the organic compound of Chemical Formula 1 is doped into tri (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq 3 ) as the electron transport material. Preferably by the formula (1) it is doped with the compound to 0.01-10% by weight of the Alq 3, preferably doped with 0.05-7%, and more, particularly 0.01-5% more preferably, based on the weight of Alq 3 Doping, most preferably 0.2-2%.
본 발명의 유기전자소자는 통상적인 유기전자소자의 부분을 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 유기전자소자는 양극, 음극, 정공수송층, 발광층 및 전자수송층를 포함할 수 있다.The organic electronic device of the present invention includes a part of a conventional organic electronic device. For example, the organic electronic device of the present invention may include an anode, a cathode, a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer.
본 발명의 유기전자소자에서 양극은 당업계에서 통상적으로 이용되는 어떠한 물질도 포함하며, 바람직하게는, ITO, 보다 바람직하게는 유기 플라스틱 기재 또는 유리 상에 진공증착된 ITO이다.In the organic electronic device of the present invention, the anode includes any material conventionally used in the art, and is preferably ITO, more preferably ITO vacuum deposited on an organic plastic substrate or glass.
본 발명의 유기전자소자에서 음극은 바람직하게는 금속성 음극이고, 보다 바람직하게는 Al, In, Al:Li 합금, LiF:Al 합금, Mg/Ag, Mg:Ag 합금, Ca/Ag 또는 Ca/Al 등으로 형성될 수 있다.In the organic electronic device of the present invention, the cathode is preferably a metallic cathode, more preferably Al, In, Al: Li alloy, LiF: Al alloy, Mg / Ag, Mg: Ag alloy, Ca / Ag or Ca / Al Or the like.
본 발명의 유기전자소자에서 발광층은 당업계에서 통상적으로 이용되는 어떠한 물질도 포함한다.The light emitting layer in the organic electronic device of the present invention includes any material commonly used in the art.
본 발명의 가장 큰 특징 중 하나는 유기전자소자의 전자수송층에 화학식 1의 화합물이 박막 형태로 포함되는 것이다. 전자수송층에 다양한 형태로 포함될 수 있지만, 박막 형태로 화학식 1의 화합물이 포함되는 것이 유기전자소자의 작동에서 매우 유리하다.One of the biggest features of the present invention is that the compound of Formula 1 is included in the form of a thin film in the electron transport layer of the organic electronic device. Although it may be included in various forms in the electron transport layer, it is very advantageous in the operation of the organic electronic device to include the compound of Formula 1 in the form of a thin film.
본 발명의 구체적인 일 실시예에 따라 유기전자소자를 제작하면 다음과 같다.According to a specific embodiment of the present invention when manufacturing an organic electronic device as follows.
먼저, 투명 기판위에 양극 물질인 10Ω/square(□)의 ITO(indium tin oxide)를 증착한다. 그 위에 정공주입층으로 4,4',4''-트리스(N-(2-나프틸)-N-페닐-아미노)트리페닐아민(4,4',4''-Tris(N-(2-naphthyl)-N-phenyl-amino)triphenylamine: 2-TNATA)를 400 Å로 증착시키고, 정공수송층으로 N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘(N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine: NPB)을 300 Å로 증착시킨다. 그 다음, 발광층을 형성하기 위하여 그린 소자에는 4,4'-비스(카바졸-9-일)비페닐(4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl; CBP)에 5% 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)(Tris(2-phenylpyridine)iridium(III): Ir(ppy)3)을 중량적으로 동시에 증착시키고, 레드 소자에 대해서는 15% 비스(2-벤조[b]티오펜-2-일-피리딘)(아세틸아세톤에이트)이리듐(III)(Bis(2-benzo[b]thiophen-2-yl-pyridine)(acetylacetonate)iridium(III): Ir(btp)2(acac))을 CBP에 중량적으로 동시에 300 Å 두께로 증착시킨다. 상기 발광층에서 정공(holes)을 블로킹시키고 여기자(excitons)을 제한하기 위하여, Balq(Bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium)를 100 Å로 증착시킨다.First, indium tin oxide (ITO) of 10Ω / square (□), which is an anode material, is deposited on a transparent substrate. 4,4 ', 4''-tris (N- (2-naphthyl) -N-phenyl-amino) triphenylamine (4,4', 4 ''-Tris (N- ( 2-naphthyl) -N-phenyl-amino) triphenylamine: 2-TNATA) was deposited at 400 kPa, and N, N'-bis (naphthalen-1-yl) -N, N'-bis (phenyl) as the hole transport layer. -Benzidine (N, N'-Bis (naphthalen-1-yl) -N, N'-bis (phenyl) -benzidine: NPB) is deposited at 300 kPa. Then, in order to form the light emitting layer, 5% tris in 4,4'-bis (carbazol-9-yl) biphenyl (4,4'-Bis (carbazol-9-yl) biphenyl (CBP)) was used. 2-phenylpyridine) iridium (III) (Tris (2-phenylpyridine) iridium (III): Ir (ppy) 3 ) was simultaneously deposited by weight and 15% bis (2-benzo [b] ti for red devices Open-2-yl-pyridine) (acetylacetonate) iridium (III) (Bis (2-benzo [b] thiophen-2-yl-pyridine) (acetylacetonate) iridium (III): Ir (btp) 2 (acac) ) Is deposited on CBP at the same time by
그 다음, 전자수송층으로서는 두 가지의 방식으로 제조될 수 있다.Then, the electron transport layer can be manufactured in two ways.
우선, 박막의 형태인 BiPhPyIsTe을 0.5 nm의 두께로 증착시킨다. 3 mm x 3 mm 오프닝 마스크(opening mask)를 이용하여 10 Å의 LiF 층과 100 nm의 Al 층으로 구성된 음극(Cathode)을 형성시킨다. 상기 전자수송층으로서 BiPhPyIsTe을 박막형태로 증착시킨 경우에는 종래의 200 nm로 증착시키는 방식과 달리 매우 우수한 발광 효율과 낮은 구동전압을 가질 뿐만 아니라, 전자수송층 제작에 있어서 불필요한 재료의 손실을 막을 수 있는 장점이 있다.First, BiPhPyIsTe in the form of a thin film is deposited to a thickness of 0.5 nm. A 3 mm x 3 mm opening mask was used to form a cathode consisting of a 10 μs LiF layer and an 100 nm Al layer. In the case of depositing BiPhPyIsTe as a thin film as the electron transport layer, it has not only a very good luminous efficiency and a low driving voltage, but also prevents the loss of unnecessary materials in the electron transport layer, unlike the conventional method of 200 nm deposition. There is this.
다른 하나는 다양한 도핑 비율에 따라 트리(8-히드록시-퀴놀리나토)알루미늄(Tris(8-hydroxy-quinolinato)aluminium : Alq3)과 BiPhPyIsTe을 동시-도핑(co-doping)한 300 Å-두께의 전자수송층이 박막형태로 최종 유기층으로 이용 된다. 3 mm x 3 mm 오프닝 마스크(opening mask)를 이용하여 10 Å의 LiF 층과 100 nm의 Al 층으로 구성된 음극(Cathode)을 형성시킨다.The other is 300 kW-thickness co-doped with Tri (8-hydroxy-quinolinato) aluminum (Alq 3 ) and BiPhPyIsTe according to various doping ratios. The electron transport layer of is used as the final organic layer in the form of a thin film. A 3 mm x 3 mm opening mask was used to form a cathode consisting of a 10 μs LiF layer and an 100 nm Al layer.
상기 전자수송층으로서 Alq3에 BiPhPyIsTe을 박막형태로 증착시킨 경우에는 종래의 전자수송층보다 낮은 구동전압과 높은 발광 효율로 인하여 수명이 매우 향상된 유기전자소자를 제조할 수 있다.When BiPhPyIsTe is deposited in Alq 3 in the form of a thin film as the electron transport layer, an organic electronic device having a much improved lifespan may be manufactured due to a lower driving voltage and higher luminous efficiency than the conventional electron transport layer.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:
(ⅰ) 본 발명은 유기전자소자의 전자수송층 또는 정공저지층에 박막의 형태로 이용되는 신규한 유기화합물을 제공 한다.(Iii) The present invention provides a novel organic compound used in the form of a thin film in an electron transport layer or a hole blocking layer of an organic electronic device.
(ⅱ) 본 발명의 유기화합물은 안정한 이미드화합물의 특성 및 질소화합물과 금속물질과의 배위결합성 때문에 계면특성이 향상되어 유기전자소자의 수명을 연장시키고, 향상된 전자친화도 및 전자이동도의 효과로 유기전자소자의 구동전압을 낮아지게 한다.(Ii) The organic compounds of the present invention have improved interfacial properties due to the stable imide compound properties and the coordination bonds between nitrogen compounds and metal materials, thereby prolonging the life of organic electronic devices and improving the electron affinity and electron mobility. The effect is to lower the driving voltage of the organic electronic device.
(ⅲ) 본 발명의 유기화합물을 유기전자소자의 전자수송층에 박막의 형태로 사용하는 경우 유기전기발광층의 정공(hole)을 저지하는 효과를 가진다.(Iii) When the organic compound of the present invention is used in the form of a thin film in the electron transport layer of an organic electronic device, it has the effect of blocking holes in the organic electroluminescent layer.
(ⅲ) 또한, 본 발명은 매우 높은 발광성과 에너지 효율을 가지며, 유기전기 발광디스플레이, 유기TFT, 유기 메모리 또는 유기광소자와 같은 다양한 전기 반도체 분야에 이용될 수 있다.(Iii) In addition, the present invention has very high luminescence and energy efficiency and can be used in various electric semiconductor fields such as organic electroluminescent display, organic TFT, organic memory or organic optical element.
도 1은 본 발명의 신규한 유기화합물의 화학식을 나타낸 것이다.
도 2a-2d는 2,6-Bis-(1,10)-페난트로린-5-yl-피롤로(3,4-f)이소인돌-1,3,5,7-테트라온 (2,6-Bis-(1,10)-phenanthroline-5-yl-pyrrolo(3,4-f)isoindole-1,3,5,7-tetraone: BiPhPyIsTe)의 특성을 나타낸 결과이다. 도 2a는 합성된 물질의 분자량을 보여주는 MALDI-TOF 질량분광 분석 결과이다. 피크 중에서, 558.39에 해당하는 피크가 본 발명의 BiPhPyIsTe에 해당하는 피크이다. 도 2b 및 도 2c는 BiPhPyIsTe 파우더의 DSC 써모그램(thermogram)을 나타낸 것이다. 도 2d는 TGA를 이용하여 BiPhPyIsTe의 열안정성을 측정한 결과이다.
도 3a-3c는 유리 기질(quartz substrate) 상에서 BiPhPyIsTe 박막의 UV-vis 흡수와 발광 스펙트라(Photoluminance spectra: PL spectra)를 측정한 결과이다. 도 3a는 BiPhPyIsTe에 대한 UV-vis 흡수도를 나타낸 결과이다. 도 3b는 BiPhPyIsTe에 대한 PL 스펙트라를 나타낸 결과이다. 도 3c는 싸이클로볼트메트리(Cyclovoltametry)를 이용하여 BiPhPyIsTe에 대한 일 함수(work function)를 나타낸 결과이다.
도 4a-4d는 BiPhPyIsTe의 소자 특성을 나타낸 결과이다. 도 4a는 전자수송층으로서의 BiPhPyIsTe의 전압과 발광효율과의 관계에 대한 결과이다. 도 4b는 전자수송층으로서의 BiPhPyIsTe의 전류 밀도, 전압 및 발광성과의 관계에 대한 결과이다. 도 4c는 전자수송층으로서 ALq3에 도핑된 BiPhPyIsTe의 발광효율과 전압과의 관계에 대한 결과이다. 도 4d는 전자수송층으로서 ALq3에 도핑된 BiPhPyIsTe의 전류 밀도, 전압 및 발광성과의 관계에 대한 결과이다.
도 5는 1000 cd/㎠에서 검출된 표준 EL 스펙트럼에 대한 결과이다.
도 6는 본 발명인 유기전계발광소자의 개략도이다.
도 7은 Bphen-BCDI의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 결과이다.
도 8은 BCDA-PTA를 UV-vis 흡수 스펙트럼을 측정하여 일반화한 것이다. 도 8에서 (a)는 50 nm 두께의 BCDA-PTA를 UV-vis 흡수 스펙트럼을 측정하여 일반화한 것이다. (b)는 BCDA-PTA의 포토루미네선스(photoluminescence)를 나타낸 것이며 400 nm 파장의 형광을 나타냄을 알 수 있다.
도 9a-9b는 BCDA-PTA의 써모그램(thermogram)을 나타낸 결과이다. 도 10a는 BCDA-PTA의 DSC 써모그램(thermogram)을 나타낸 결과이며, 도10b는 열무게분석법(Thermogravimetric analysis)를 통해 BCDA-PTA의 열 안정성을 나타낸 결과이다.
도 10은 CV (Cyclic voltametry) 커브를 나타낸 것이다. CV 커브는 비가역적 형태를 나타내고 있으며, 0.97 V 대 Ag/Ag+에서 산화함을 알 수 있다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 유리
2 : ITO
3: 2-TNATA
4: a-NPB
5: CBP-호스트
1)녹색 도펀트 : Ir(ppy)3 또는 2)레드 도펀트: Ir(btp)2(acac))
6 : Balq
7 : 1) BiPhPyIsTe 또는 2) ALq3 및 BiPhPyIsTe
8 : LiF-Al 음극
9 : 전압
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명 하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Figure 1 shows the chemical formula of the novel organic compound of the present invention.
2A-2D shows 2,6-Bis- (1,10) -phenanthroline-5-yl-pyrrolo (3,4-f) isoindole-1,3,5,7-tetraon (2, 6-Bis- (1,10) -phenanthroline-5-yl-pyrrolo (3,4-f) isoindole-1,3,5,7-tetraone: BiPhPyIsTe. 2A is MALDI-TOF mass spectrometry showing the molecular weight of the synthesized material. Among the peaks, the peak corresponding to 558.39 is the peak corresponding to BiPhPyIsTe of the present invention. 2B and 2C show DSC thermograms of BiPhPyIsTe powder. Figure 2d is the result of measuring the thermal stability of BiPhPyIsTe using TGA.
3A-3C show the results of UV-vis absorption and photoluminance spectra (PL spectra) of a BiPhPyIsTe thin film on a glass substrate. Figure 3a is the result showing the UV-vis absorption for BiPhPyIsTe. 3B shows the PL spectra for BiPhPyIsTe. FIG. 3C shows the work function for BiPhPyIsTe using cyclovoltametry. FIG.
4A-4D show the device characteristics of BiPhPyIsTe. 4A is a result of the relationship between the voltage and the luminous efficiency of BiPhPyIsTe as the electron transport layer. 4B is a result of the relationship between current density, voltage, and luminescence of BiPhPyIsTe as an electron transport layer. 4C is a result of the relationship between the luminous efficiency and voltage of BiPhPyIsTe doped in ALq 3 as the electron transport layer. 4D is a result of the relationship between current density, voltage, and luminescence of BiPhPyIsTe doped with ALq 3 as the electron transport layer.
5 is the result for standard EL spectra detected at 1000 cd /
6 is a schematic view of an organic light emitting display device according to the present invention.
7 shows the FT-IR spectrum of Bphen-BCDI.
8 is a generalization of BCDA-PTA by measuring the UV-vis absorption spectrum. In Figure 8 (a) is a generalization of 50 nm thick BCDA-PTA by measuring the UV-vis absorption spectrum. (b) shows photoluminescence of BCDA-PTA and shows fluorescence of 400 nm wavelength.
9A-9B show results of a thermogram of BCDA-PTA. FIG. 10A shows the DSC thermogram of BCDA-PTA, and FIG. 10B shows the thermal stability of BCDA-PTA through thermogravimetric analysis.
10 shows a cyclic voltametry (CV) curve. The CV curve shows an irreversible form and it can be seen that it oxidizes at 0.97 V vs. Ag / Ag + .
Description of the Related Art
1: glass
2: ITO
3: 2-TNATA
4: a-NPB
5: CBP-Host
1) Green dopant: Ir (ppy) 3 or 2) Red dopant: Ir (btp) 2 (acac))
6: Balq
7: 1) BiPhPyIsTe or 2) ALq 3 and BiPhPyIsTe
8: LiF-Al cathode
9: voltage
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not to be construed as limiting the scope of the present invention. It will be self-evident.
[발명의 실시를 위한 형태][Mode for Carrying Out the Invention]
본 명세서 전체에 걸쳐, 특정 물질의 농도를 나타내기 위하여 사용되는 "%"는 별도의 언급이 없는 경우, 고체/고체는 (중량/중량) %, 고체/액체는 (중량/부피) %, 그리고 액체/액체는 (부피/부피) %이다.Throughout this specification, "%" used to indicate the concentration of a particular substance is (weight / weight)% solids / solid, (weight / volume)%, unless otherwise indicated, and Liquid / liquid is (volume / volume)%.
재료 및 방법Materials and methods
재료 및 분석방법Materials and Analytical Methods
질소 하 디메틸 아세트아미드에서 파이로멜리틱 디안하이드리드(pyromellitic dianhydride; Aldrich, 미국)와 (1,10)페난트롤린-5-일아민((1,10)phenanthrolin-5-ylamine; Aldrich, 미국)로 2,6-Bis-(1,10)-페난트로린-5-yl-피롤로(3,4-f)이소인돌-1,3,5,7-테트라온 (2,6-Bis-(1,10)-phenanthroline-5-yl-pyrrolo(3,4-f)isoindole-1,3,5,7-tetraone: BiPhPyIsTe)를 82% 수율로 합성하였다. 합성 과정은 반응식 1에 도시하였다.Pyromellitic dianhydride (Aldrich, USA) and (1,10) phenanthroline-5-ylamine ((1,10) phenanthrolin-5-ylamine; Aldrich, USA in dimethyl acetamide under nitrogen ) To 2,6-Bis- (1,10) -phenanthrolin-5-yl-pyrrolo (3,4-f) isoindole-1,3,5,7-tetraone (2,6-Bis -(1,10) -phenanthroline-5-yl-pyrrolo (3,4-f) isoindole-1,3,5,7-tetraone: BiPhPyIsTe) was synthesized in 82% yield. The synthesis process is shown in
반응식 1
먼저 파이로멜리틱 디안하이드리드 1 g(4.5 mmol)을 충분히 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide) 90 ㎖에 충분히 녹인 후, (1,10)페난트롤린-5-일아민을 2.04 g(10.5 mmol)을 넣어 교반 시킨 후, 촉매 역할을 하는 트리에틸아민(triethylamine) 0.24 g의 적당량을 넣어 충분히 교반시키면서 열을 가하였다. 위 용액을 160℃에서 24-36시간 동안 교반한 후 상온으로 온도를 낮추었다. 이를 메탄올을 이용하여 추출하였고, 글래스 필터링을 한 후 진공오븐에서 유기용매를 증발시켰다. 이를 승화장치를 이용하여 분리하여, 본 발명의 BiPhPyIsTe를 최종적으로 얻었다.First, 1 g (4.5 mmol) of pyromellitic dianhydride is sufficiently dissolved in 90 ml of dimethylacetamide, followed by 2.04 g (10.5 mmol) of (1,10) phenanthroline-5-ylamine. After stirring the mixture, an appropriate amount of triethylamine (0.24 g) acting as a catalyst was added thereto, followed by heating with sufficient stirring. The solution was stirred at 160 ° C. for 24-36 hours and then cooled to room temperature. This was extracted using methanol, the glass was filtered and the organic solvent was evaporated in a vacuum oven. This was separated using a sublimation apparatus to finally obtain BiPhPyIsTe of the present invention.
한편, BiPhPyIsTe 이외에 화학식 1에서 A 부분이 비페닐, 디페닐설폰, 벤조페논, 나프탈렌, 페릴렌 또는 헥사플루오이소프로필리덴 비페닐인 화합물은 (1,10)페난트롤린-5-일아민 대신에 각각 3,4,3',4'-비페닐테트라카르복실릭 디안하이드리드, 3,4,3',4'-벤조페논 테트라카르복실릭 디안하이드리드, 4,4'-(헥사플루오로그포릴리덴)디프탈릭 안하이드리드, 4,4'-(디메틸시리콘)디프탈릭 안하이드리드, 4,4'-옥시디프탈릭 안하이드리드, 3,3',4,4'-디페닐술폰 테트라카르복실릭 디안하이드리드, 1,2,3,4-싸이크로펜탄 테트라카르복실릭 디안하이드리드, 나프탈렌-1,4,5,8-테트라카르복실릭 디안하이드리드, 3,4,9,10-페릴렌 테트라카르복실릭 디안하이드리드, 4-(2,5-디옥소테트라하이드로푸란-3-일)테트랄린-1,2-디카르복실릭 안하이드리드, 5-(2,5-디옥소테트라하이드로푸릴)-3-메틸-3-싸이클로헥센-1,2-디카르복실릭 안하이드리드, 비사이클로[2,2,2]옥트-7-엔-2,3,5,6-테트라카르복실릭 디안하이드리드, 2,2'-디-터트-부틸비페닐-비스(에테르프탈릭 안하이드리드), 2,5-디-터트-부틸페닐-비스(에테르프탈릭 안하이드리드) 또는 비스페놀 A-비스A-bis(에테르프탈릭 안하이드리드)를 사용하여 상기 제조방법과 유사하게 실시하여 제조하였다.On the other hand, in addition to BiPhPyIsTe, a compound in which the A part in Formula 1 is biphenyl, diphenylsulfone, benzophenone, naphthalene, perylene, or hexafluoroisopropylidene biphenyl may be substituted for (1,10) phenanthroline-5-ylamine. 3,4,3 ', 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3,4,3', 4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 4,4 '-(hexafluorolog, respectively) Polyallyne) diphthalic anhydride, 4,4 '-(dimethylsilicone) diphthalic anhydride, 4,4'-oxydiphthalic anhydride, 3,3', 4,4'-diphenyl Sulfone tetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclopentane tetracarboxylic dianhydride, naphthalene-1,4,5,8-tetracarboxylic dianhydride, 3,4, 9,10-perylene tetracarboxylic dianhydride, 4- (2,5-dioxotetrahydrofuran-3-yl) tetraline-1,2-dicarboxylic anhydride, 5- ( 2,5-dioxotetrahydrofuryl) -3-meth Butyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic anhydride, bicyclo [2,2,2] oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, 2,2'-di-tert-butylbiphenyl-bis (etherphthalic anhydride), 2,5-di-tert-butylphenyl-bis (etherphthalic anhydride) or bisphenol A-bisA- Prepared using bis (etherphthalic anhydride) in a similar manner to the preparation method.
20% 중량 손실이 따르는 TGA(Thermogravimetric Analysis) 열분석에 따라 정밀한 온도 조절기가 장착된 홈빌트 진공 승화 시스템(homebuilt vacuum sublimation system)을 이용하여 정제하였다. 승화 전후, 온도가 증가함에 따라 중량 손실을 나타내었으며(도 1a-1d), 약 200℃에서 BiPhPyIsTe 물질을 정제하였다.Purification was carried out using a homebuilt vacuum sublimation system equipped with a precise temperature controller according to Thermogravimetric Analysis (TGA) thermal analysis with 20% weight loss. Before and after sublimation, weight loss was shown with increasing temperature (FIGS. 1A-1D) and the BiPhPyIsTe material was purified at about 200 ° C.
합성된 물질의 분자량은 MALDI-TOF 질량분광분석법(Reflex Ⅲ)을 이용하여 도 2a에 나타내었다. BiPhPyIsTe 분자의 분자량과 MALDI-TOF 질량분광분석을 비교한 결과, BiPhPyIsTe의 각 분자의 비율이 MALDI-TOF 질량분광분석 결과와 일치하였다(표 1). 시차주사열량계(Differential Scanning Calorimetry: DSC, TA Instruments/TA 4000)와 열중량분석(Thermal Gravimetric Analysis: TGA, Seiko, TG/DTA 320)으로 물질 열안정성을 검증하였으며, 주기적 전압전류법(cyclovoltametry)으로 전기 안정성을 검증하였다. Alq3 필름과 Alq3에 도핑된(도핑 비율 0, 0.2, 0.5 및 1.0%) 합성 물질의 필름을, 자외선-가시광선 흡광 분광법(UV-vis, Mecasys, Optizen 2120+) 그리고 발광 분광법(PL, JASCO FP-6500 flourescence spectrometer)에 따라 분석하여 광학적 특성을 규명하였다.The molecular weight of the synthesized material is shown in Figure 2a using MALDI-TOF mass spectrometry (Reflex III). As a result of comparing the molecular weight of the BiPhPyIsTe molecule and the MALDI-TOF mass spectrometry, the ratio of each molecule of BiPhPyIsTe was consistent with the MALDI-TOF mass spectrometry (Table 1). Material thermal stability was verified by differential scanning calorimetry (DSC, TA Instruments / TA 4000) and thermal gravimetric analysis (TGA, Seiko, TG / DTA 320), and by cyclovoltametry Electrical stability was verified. Films of Alq 3 films and synthetic materials doped with Alq 3 (doping ratios of 0, 0.2, 0.5 and 1.0%) were subjected to ultraviolet-visible absorption spectroscopy (UV-vis, Mecasys, Optizen 2120+) and emission spectroscopy (PL, The optical properties were analyzed by the JASCO FP-6500 flourescence spectrometer.
표 1Table 1
소자의 제조 및 평가Device Fabrication and Evaluation
아세톤과 이소프로필알코올로 각각 30분 동안 프리클린(preclean)한 약 10Ω/square(□)의 ITO 유리 기질(ITO glass substrate)에서 소자(device)를 제조하였다. 소자 성능을 향상시키기 위하여, 정공주입층은 400 Å로 4,4',4''-트리스(N-(2-나프틸)-N-페닐-아미노)트리페닐아민(4,4',4''-Tris(N-(2-naphthyl)-N-phenyl-amino)triphenylamine: 2-TNATA)를 증착시켰고, 정공수송층은 300 Å로 N,N'-비스(나프탈렌-1-일)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘(N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine: NPB)로 증착시켰다. 그 다음, 300 Å 발광층을 형성하기 위하여 그린 소자에는 4,4'-비스(카바졸-9-일)비페닐(4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl; CBP)에 5% 트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III)(Tris(2-phenylpyridine)iridium(III): Ir(ppy)3)을 중량적으로 동시에 증착시켰고, 레드 소자에 대해서는 15% 비스(2-벤조[b]티오펜-2-일-피리딘)(아세틸아세톤에이트)이리듐(III)(Bis(2-benzo[b]thiophen-2-yl-pyridine)(acetylacetonate)iridium(III): Ir(btp)2(acac))을 CBP에 중량적으로 동시에 증착시켰다. 발광층에서 정공(holes)을 블로킹시키고 여기자(excitons)을 제한하기 위하여, Balq(Bis(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)aluminium)를 100 Å로 증착시켰다.A device was prepared from an ITO glass substrate of about 10 Ω / square (square) precleaned with acetone and isopropyl alcohol for 30 minutes each. In order to improve device performance, the hole injection layer is 400 kV, 4,4 ', 4''-tris (N- (2-naphthyl) -N-phenyl-amino) triphenylamine (4,4', 4 '' -Tris (N- (2-naphthyl) -N-phenyl-amino) triphenylamine: 2-TNATA) was deposited, and the hole transport layer was 300 mW N, N'-bis (naphthalen-1-yl) -N It was deposited with, N'-bis (phenyl) -benzidine (N, N'-Bis (naphthalen-1-yl) -N, N'-bis (phenyl) -benzidine: NPB). Then, 5% of 4,4'-bis (carbazol-9-yl) biphenyl (4,4'-Bis (carbazol-9-yl) biphenyl; CBP) was used for the green device to form a 300 Å light emitting layer. Tris (2-phenylpyridine) iridium (III): Ir (ppy) 3 was deposited simultaneously by weight, and 15% bis (2-benzo [b] for the red device. ] Thiophen-2-yl-pyridine) (acetylacetoneate) iridium (III) (Bis (2-benzo [b] thiophen-2-yl-pyridine) (acetylacetonate) iridium (III): Ir (btp) 2 ( acac)) was simultaneously deposited by weight in CBP. Balq (Bis (2-methyl-8-quinolinolate) -4- (phenylphenolato) aluminium) was deposited at 100 kPa to block holes and limit excitons in the light emitting layer.
전자수송층으로서는 두 가지의 방식으로 제조하였다.The electron transport layer was prepared in two ways.
우선, 박막의 형태인 BiPhPyIsTe을 0.5 nm의 두께로 증착시켰다. 3 mm x 3 mm 오프닝 마스크(opening mask)를 이용하여 10 Å의 LiF 층과 100 nm의 Al 층으로 구성된 음극(Cathode)을 형성시켰다.First, BiPhPyIsTe in the form of a thin film was deposited to a thickness of 0.5 nm. Using a 3 mm x 3 mm opening mask, a cathode consisting of a 10 μs LiF layer and an Al layer of 100 nm was formed.
다른 하나는 다른 변수를 고정시킨 조건에서 다양한 도핑 비율에 따라 트리(8-히드록시-퀴놀리나토)알루미늄(Tris(8-hydroxy-quinolinato)aluminium : Alq3)과 BiPhPyIsTe을 동시-도핑(co-doping)한 300 Å-두께의 전자수송층이 최종 유기층으로 이용되었다. 3 mm x 3 mm 오프닝 마스크(opening mask)를 이용하여 10 Å의 LiF 층과 100 nm의 Al 층으로 구성된 음극(Cathode)을 형성시켰다.The other co-dopes Tri (8-hydroxy-quinolinato) aluminum (Alq 3 ) and BiPhPyIsTe under varying doping ratios with different parameters fixed. A 300 Å-thick electron transport layer was used as the final organic layer. Using a 3 mm x 3 mm opening mask, a cathode consisting of a 10 μs LiF layer and an Al layer of 100 nm was formed.
모든 증착 과정울 진공상태를 손상시키지 않으면서 인 시투 방식으로 실시하였다. 키슬리 소스 미터 236(Keithley source meter 236)과 코니카 미놀타 분광 복사계 CS-1000S (Konica Minolta Spectroradiometer CS-1000S)로 각각 전류 밀도-전압(current density-voltage: J-V)과 발광-전압(luminance-voltage: L-V)의 특성을 측정하였다.All deposition processes were carried out in -situ without damaging the vacuum. Keithley source meter 236 and Konica Minolta Spectroradiometer CS-1000S with current density-voltage (JV) and emission-voltage: LV) characteristics were measured.
BCDA-PTABCDA-PTA (Bphen-BCDI) 합성(Bphen-BCDI) Synthesis
PMDA-PTA (Bphen-PMDI) 제조 공정에 따라, BCDA (bicyclo-[2,2,2]oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride)-PTA([1,10]phenanthrolin-5-yl-amine) 합성하였다. 0.9307 g BCDA(3.75 mmol; Aldrich, 미국), 1.680 g PTA(8.625 mmol; Aldrich, 미국) 및 0.4 g 트리에틸아민(triethylamine; Aldrich, 미국)을 50 ㎖ DMAc(dimethylacetamide; Aldrich, 미국)에 녹였다. 36시간 동안 160-170℃에서 강하게 섞어주면서 환류 장치를 통해 반응시켰다. 반응이 진행되는 동안 색이 변하는 것을 관찰할 수 있었다. 상온으로 식힌 후, 합성된 혼합물을 필터링하여 DMAc로 씻어낸 후 진공 오븐에서 건조 시켜 80%의 수율의 물질을 얻었다.BCDA (bicyclo- [2,2,2] oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride) -PTA ([1,10] phenanthrolin according to PMDA-PTA (Bphen-PMDI) manufacturing process -5-yl-amine). 0.9307 g BCDA (3.75 mmol; Aldrich, USA), 1.680 g PTA (8.625 mmol; Aldrich, USA) and 0.4 g triethylamine (Aldrich, USA) were dissolved in 50 mL DMAc (dimethylacetamide; Aldrich, USA). The mixture was reacted through a reflux apparatus with vigorous mixing at 160-170 ° C. for 36 hours. Color change was observed during the reaction. After cooling to room temperature, the synthesized mixture was filtered, washed with DMAc and dried in a vacuum oven to obtain a material of 80% yield.
화학식 2(2)
실험 결과Experiment result
BiPhPyIsTe의 열적 특성(Thermal Characteristics of BiPhPyIsTe)Thermal Characteristics of BiPhPyIsTe
선행 열 이력(thermal history)을 제거하고 유리 전이 온도를 측정하기 위하여 첫 번째, 실온에서 350℃로 가열하고, 두 번째 350℃에서 실온으로 냉각시킨 후 세 번째 실온에서 350℃로 가열하여 수득한 BiPhPyIsTe 파우더의 DSC 써모그램(thermogram)의 열 특성을 도 2b 및 도 2c에 나타내었다. BiPhPyIsTe의 유리 전이 온도는 240℃에서 시작하고 260℃에서 정지시켰다.BiPhPyIsTe obtained by heating to 350 ° C. at the first, room temperature, cooling to room temperature at the second 350 ° C. and then heating to 350 ° C. at the third room temperature in order to remove the preceding thermal history and to measure the glass transition temperature. Thermal properties of the DSC thermogram of the powder are shown in FIGS. 2B and 2C. The glass transition temperature of BiPhPyIsTe started at 240 ° C. and stopped at 260 ° C.
열 안정성을 측정하기 위하여, 온도에 의한 중량 손실(%)을 나타내는 BiPhPyIsTe의 TGA를 이용하였으며(도 2d), 약 400℃에서 열 분해되기 시작하여 600℃ 이상에서는 완전 분해됨을 확인하였다. 일반적인 증착온도가 200℃ 이상인 것을 고려할 때, 상기와 같은 BiPhPyIsTe의 특성은 OLEDs 활성 물질로서 열적으로 매우 안정하다는 것을 의미한다.In order to measure the thermal stability, TGA of BiPhPyIsTe indicating the weight loss (%) with temperature was used (FIG. 2D), and it was confirmed that it was thermally decomposed at about 400 ° C. and completely decomposed at 600 ° C. or higher. Given that the typical deposition temperature is above 200 ° C., the properties of BiPhPyIsTe as described above means that it is thermally very stable as the active material of OLEDs.
BiPhPyIsTe 박막의 광학적 특성Optical Properties of BiPhPyIsTe Thin Films
유리 기판(quartz substrate) 상에서 BiPhPyIsTe 박막의 UV-vis 흡수와 발광 스펙트라(Photoluminance spectra: PL spectra)를 측정하였다. 350 nm부위에서 흡수 끝(edge)으로부터, BiPhPyIsTe 에너지 밴드의 간격은 3.54 eV로 나타났고 UV-vis 피크는 대략 240 nm와 270 nm에서 나타났다. 고유의 Alq3 필름과 비교하여, Alq3과 BiPhPyIsTe을 동시 증착시킨 필름에서 특이적인 변화가 없었으며, 이러한 결과는 Alq3가 필름에 주로 증착되었다는 것을 보여준다(도 3a-3b).UV-vis absorption and photoluminance spectra (PL spectra) of BiPhPyIsTe thin films were measured on a glass substrate. From the absorption edge at 350 nm, the spacing of the BiPhPyIsTe energy bands was 3.54 eV and the UV-vis peaks were approximately 240 nm and 270 nm. Compared to the native Alq 3 film, there was no specific change in the film co-deposited with Alq 3 and BiPhPyIsTe, and these results show that Alq 3 was mainly deposited on the film (FIGS. 3A-3B).
또한, 고유의 BiPhPyIsTe 필름이 대략 400 nm이더라도, 도핑된 필름(0.2,과 0.5%, 그러나 2.0% 필름에서는 그린으로 변화됨)의 PL 스펙트라는 고유의 Alq3과 동일하였다. 이러한 특성은 샘플의 공액결합 길이(conjugation length)가 고유의 Alq3과 비교하여 유사하다 것을 의미한다.Also, even though the native BiPhPyIsTe film was approximately 400 nm, the PL spectra of the doped films (which changed to green in 0.2, and 0.5%, but 2.0% film) were identical to the native Alq 3 . This property means that the conjugate length of the sample is similar compared to the native Alq 3 .
BiPhPyIsTe의 전자적 특성(Electric Characteristic of BiPhPyIsTe)Electric Characteristic of BiPhPyIsTe
일 함수(work function)는 사이클로볼타메트리(cyclovoltametry)를 통하여 3.9 eV인 것을 확인할 수 있었다(도 3c).The work function was confirmed to be 3.9 eV through cyclovoltametry (FIG. 3C).
소자에 있어서 BiPhPyIsTe의 루모(LUMO) 레벨은 2.9 eV로 계산되었다.The LUMO level of BiPhPyIsTe for the device was calculated to be 2.9 eV.
BiPhPyIsTe의 소자 특성(Device Characteristics of BiPhPyIsTe)Device Characteristics of BiPhPyIsTe
소자 전류 밀도의 트랜드(trend)는 고유의 Alq3과 1.0% 소자와 비교하여 낮은 도핑(doping) 비율(0.2 및 0.5%)을 가진 소자에서 더 높게 나타났다. 이러한 특성은 Balq(Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,08)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum) 정공블로킹 층에 컨파인(confine) 되지 않는 정공 때문인 것으로 판단된다. BiPhPyIsTe의 호모(HOMO)는 Balq와 Alq3의 호모가 각각 6.7 eV와 5.9 eV임에도 6.4 eV를 나타내었다.Trends in device current density were higher for devices with lower doping ratios (0.2 and 0.5%) compared to inherent Alq 3 and 1.0% devices. This property is believed to be due to holes that do not confine the Balq (Bis (2-methyl-8-quinolinolato-N1,08)-(1,1'-Biphenyl-4-olato) aluminum) hole blocking layer. . Homo of BiPhPyIsTe showed 6.4 eV even though Balq and Alq 3 homo were 6.7 eV and 5.9 eV, respectively.
전자수송층으로서 0.5 nm 두께의 BiPhPyIsTe 박막을 이용하는 경우, 낮은 구동전압과 발광효율을 나타내었고, BiPhPyIsTe의 열적인 안정성으로 인하여 유기전자소자의 안정성을 보다 향상시킬 수 있었다(도 4a-4b).In the case of using a 0.5 nm thick BiPhPyIsTe thin film as the electron transport layer, low driving voltage and luminous efficiency were exhibited, and thermal stability of BiPhPyIsTe improved the stability of the organic electronic device (FIGS. 4A-4B).
또한, 종래의 200 nm 두께 이상의 전자수송층과 비교하여 BiPhPyIsTe 박막을 전자수송층에 사용하는 경우에는 불필요한 재료 낭비를 막을 수 있으며, 유기전자소자 제작 과정을 보다 간단하고 에너지 효율적으로 실시할 수 있다.In addition, when the BiPhPyIsTe thin film is used in the electron transport layer as compared with the conventional electron transport layer having a thickness of 200 nm or more, unnecessary waste of material can be prevented, and the organic electronic device manufacturing process can be performed more simply and energy efficiently.
100 cd/㎡에서 7.0 V의 구동 전압을 가지는 고유의 Alq3 전자수송층 비교하여, 0.2% 비율로 BiPhPyIsTe를 Alq3에 도핑한 전자수송층으로 제조된 레드 인광 소자는 100 cd/㎡에서 6.5 V의 낮은 구동 전압을 나타낸 반면, 소자들에서의 턴-온 전압(1 cd/㎠의 발광성)은 4 V에 가까운 값을 나타내었다(도 4c-4d). 1000 cd/㎡에서 고유의 Alq3가 10 V인 반면 0.2%의 BiPhPyIsTe로 도핑된 소자 전압은 9.0 V 이었으며, 이러한 특성은 더 높은 전하 농도에 기여한다. 또한, 4-5 V와 같은 낮은 전압에서 있어서 BiPhPyIsTe를 2%로 도핑된 소자 효율은 Alq3만으로 구성된 ETL(Electron transporting Layer)의 효율보다 더 높았으며, 이러한 특성이 낮은 구동 전압을 나타낼 수 있다고 판단되었다.Compared to the intrinsic Alq 3 electron transport layer having a driving voltage of 7.0 V at 100 cd /
도 5는 1000 cd/㎡의 발광에서 검출된 소자들의 EL 스펙트럼을 나타낸 것이며, 거의 모든 소자는 618 nm 주위에서 최고 피크를 나타내었고 675 nm에서 또 다른 피크를 나타내었다.FIG. 5 shows EL spectra of devices detected at 1000 cd /
BCDA-PTA의Of BCDA-PTA 1313 C NMR, FT-IR 및 EAC NMR, FT-IR, and EA
이미드화 반응을 통해 탄소의 주변 환경이 변함으로써 13C NMR을 통해 각각의 피크가 나타남을 알 수 있었다. R3CH 그룹이 20-60 정도의 피크를 나타내므로, 13C NMR 스펙트럼에서 나타난 35 및 43 피크가 이에 해당하여, 벤젠의 피크가 110-175 범위에 나타나는데 이 물질의 경우 벤젠이 다수 존재하여 그 사이에서 많은 피크가 나타났으며, 그 범위를 벗어난 176 피크의 경우, 아미드(RCONH2)의 피크가 155-185 범위에 있으므로, 아미드의 피크가 나타났음을 알 수 있었다.As the surrounding environment of carbon was changed through the imidization reaction, it was found that each peak appeared through 13 C NMR. Since the R3CH group shows peaks on the order of 20-60, the peaks 35 and 43 shown in the 13 C NMR spectrum correspond to the peaks of benzene in the range 110-175. Many peaks appeared, and the peak of the amide (RCONH 2 ) was found to be in the range of 155-185 for the 176 peak outside the range.
Bphen-BCDI의 FT-IR 스펙트럼에서 이미드 그룹이 1737, 1639, 1362 및 745 cm-1근처에서 흡수 밴드를 나타내었다(도 7). 그 중, 1737 cm-1가 이미드 그룹의 C=0를 나타낸다. 그리고 1362, 745 cm-1밴드가 C-N-C 결합을 나타낸다.In the FT-IR spectrum of Bphen-BCDI, imide groups showed absorption bands near 1737, 1639, 1362 and 745 cm −1 (FIG. 7). Among them, 1737 cm −1 represents C = 0 of the imide group. And 1362, 745 cm -1 bands indicate CNC coupling.
EA (Element analysis) 결과, 질소, 탄소, 수소 및 산소가 각각 13.8, 70.3, 3.7 및 11.0%를 이루고 있음을 알 수 있었다. 이것을 분자식으로 나타내면 C18H11N3O2로서 BCDA-PTA와 같다는 것을 알 수 있었다. EA 분석결과와 NMR 결과를 보면 분자식이 일치하고 작용기가 나타남을 알 수 있으므로 물질의 합성을 확인할 수 있었다.Element analysis (EA) showed that nitrogen, carbon, hydrogen, and oxygen constitute 13.8, 70.3, 3.7, and 11.0%, respectively. The molecular formula shows that C 18 H 11 N 3 O 2 is the same as BCDA-PTA. The results of EA analysis and NMR showed that the molecular formulas matched and the functional groups appeared, confirming the synthesis of the substances.
50 nm 두께의 BCDA-PTA를 UV-vis 흡수 스펙트럼을 측정하여 일반화하였으며, 그 결과 225nm와 270nm에서 흡수 영역을 나타내었다. 흡수 영역이 끝이 330 nm 인 것으로 보아 BCDA-PTA의 에너지 밴드 갭(gap)이 3.78 eV 정도로 예측 가능하였다(도 8에서 (a)). BCDA-PTA의 포토루미네선스(photoluminescence)에서 400 nm 파장의 형광을 나타냄을 알 수 있다(도 8에서 (b)).BCDA-PTA with a thickness of 50 nm was generalized by measuring UV-vis absorption spectra, and the results showed absorption regions at 225 nm and 270 nm. The energy band gap of BCDA-PTA was predicted to be about 3.78 eV because the absorption region was 330 nm at the end ((a) in FIG. 8). It can be seen that the photoluminescence of BCDA-PTA shows fluorescence of 400 nm wavelength ((b) in FIG. 8).
BCDA-PTA 파우더를 3차에 걸쳐 상온에서 350℃까지 가열하여 분석한 결과 유리전이온도가 225℃ 정도임을 알 수 있었다(도 9a). 열무게분석법(Thermogravimetric analysis)를 통해 BCDA-PTA의 열 안정성을 측정 하였다. 그 결과. 합성된 단분자의 경우 거의 400℃ 근처에서 열적으로 분해가 시작되는 것을 볼 수 있었으며, 550℃ 이상에서 완전히 분해됨을 알 수 있었다(도 9b). 또한, 합성된 단분자가 OLED에 적용되어도 200℃ 이상에서도 구동이 가능하다는 것을 알 수 있었다(도 9b).BCDA-PTA powder was analyzed by heating to 350 ℃ at room temperature three times over the glass transition temperature was found to be about 225 ℃ (Fig. 9a). Thermal stability of BCDA-PTA was measured by thermogravimetric analysis. As a result. In the case of the synthesized single molecule, decomposition could be seen to be thermally started at almost 400 ° C., and completely decomposed at 550 ° C. or more (FIG. 9B). In addition, even when the synthesized single molecule is applied to the OLED it can be seen that it can be driven at 200 ℃ or more (Fig. 9b).
도 10은 CV (Cyclic voltametry) 커브를 나타낸 것으로 비가역적 형태를 띄고 있으며, 0.97V 대 Ag/Ag+에서 산화함을 알 수 있었다. CV 그래프의 경우 물질의 HOMO 레벨을 나타내며, 이 경우 5.7 eV정도 임을 알 수 있으며, 이 값은 광전자분광계(photo electron spectrometer)에서 나타나는 값과 거의 일치함을 알 수 있었다.FIG. 10 shows a cyclic voltametry (CV) curve, which shows an irreversible form and oxidizes at 0.97 V vs. Ag / Ag + . In the case of the CV graph, it indicates the HOMO level of the material, and in this case, it was found that it was about 5.7 eV, and this value was almost in agreement with the value shown in the photo electron spectrometer.
검토Review
결론적으로, 본 연구자들은 전자적 및 광학적 특성과 도핑된 층을 가진 OLEDs에 대하여 BiPhPyIsTe의 이미드 그룹을 가진 물질을 기술하였다. Alq3 전자수송층에 2% BiPhPyIsTe로 도핑한 OELDs는 다양한 도핑 비율에 있어서 가장 밝은 빛과 가장 낮은 구동 전압을 내었다. 이와 같은 결과는 높은 유동성, 열 및 전자적 안정성을 갖는 새로운 신규 n-타입의 유기 물질로 제조된 OELDs가 잠재적인 응용성을 가진다는 것을 나타낸다.In conclusion, we describe a material with an imide group of BiPhPyIsTe for OLEDs with electronic and optical properties and doped layers. OELDs doped with 2% BiPhPyIsTe in the Alq 3 electron transport layer produced the brightest light and the lowest drive voltage at various doping ratios. These results indicate that OELDs made of new novel n-type organic materials with high flowability, thermal and electronic stability have potential applicability.
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14. D.Z. Garbuzov et al. Chemical Physics Letters 249 (1996) 433-43714. D.Z. Garbuzov et al. Chemical Physics Letters 249 (1996) 433-437
15. Shi-Jian Su, Takayuki Chiba, Takashi Takeda, and Junji Kido, Adv. Mater. 2008, 20, 2125-213015. Shi-Jian Su, Takayuki Chiba, Takashi Takeda, and Junji Kido, Adv. Mater. 2008, 20, 2125-2130
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (8)
화학식 1
상기 화학식에서, A는 , , , , , 또는 이고;
상기 R1-R14는 각각 독립적으로 직쇄 또는 분쇄의 C1-C4 알킬 또는 수소이다.
An organic compound having the structure
Formula 1
In the above formula, A is , , , , , or ego;
R 1 -R 14 are each independently straight or branched C 1 -C 4 alkyl or hydrogen.
An organic electronic device comprising an electron transport layer or a hole blocking layer containing the organic compound of claim 1 in the form of a thin film.
Applications Claiming Priority (3)
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KR20090006084 | 2009-01-23 | ||
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