KR101861159B1

KR101861159B1 - 유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치

Info

Publication number: KR101861159B1
Application number: KR1020150106096A
Authority: KR
Inventors: 박정환; 박정근; 정호영; 강문성; 하종진; 김원삼; 김슬기; 이문재
Original assignee: 덕산네오룩스 주식회사
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2018-05-25
Also published as: KR20160107083A

Abstract

본 발명은 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다. 또한, 제 1전극, 제 2전극 및 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이의 유기물층을 포함하는 유기전기소자를 제공하며, 상기 유기물층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 유기전기소자의 유기물층에 화학식 1로 표시되는 화합물이 포함되면, 구동전압이 감소되고, 발광효율, 색순도 및 수명이 향상될 수 있다.

Description

유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치{COMPOUND FOR ORGANIC ELECTRIC ELEMENT, ORGANIC ELECTRIC ELEMENT COMPRISING THE SAME AND ELECTRONIC DEVICE THEREOF}

본 발명은 유기전기소자용 화합물, 이를 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.

현재 휴대용 디스플레이 시장은 대면적 디스플레이로 그 크기가 증가하고 있는 추세이며, 이로 인해 기존 휴대용 디스플레이에서 요구하던 소비전력보다 더 큰 소비전력이 요구되고 있다. 따라서, 배터리라는 제한적인 전력 공급원을 가지고 있는 휴대용 디스플레이 입장에서는 소비전력이 매우 중요한 요소가 되었고, 효율과 수명 문제 또한 반드시 해결해야 하는 상황이다.

효율과 수명, 구동전압 등은 서로 연관이 있으며, 효율이 증가되면 상대적으로 구동전압이 떨어지고, 구동전압이 떨어지면서 구동시 발생하는 주울열(Joule heating)에 의한 유기물질의 결정화가 적어져 결과적으로 수명이 늘어나는 경향을 나타낸다. 하지만 상기 유기물층을 단순히 개선한다고 하여 효율을 극대화시킬 수는 없다. 왜냐하면 각 유기물층 간의 에너지 준위 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있기 때문이다. 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, 발광보조층 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되는 것이 선행되어야 하나, 아직까지 안정되고 효율적인 유기전기소자용 유기물층 재료의 개발이 충분히 이루어지지 않은 상태이다. 따라서, 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있으며, 특히 발광층의 호스트 물질에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.

미국 특허공보 US6596415(2003.7.22) 미국 특허공보 US6465115(2002.10.15) 국제공개공보 WO2009/148015(2009.12.10)

본 발명은 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압, 고내열성, 색순도, 수명 등을 향상시킬 수 있는 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 측면에서, 본 발명은 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은 상기 화학식으로 표시되는 화합물을 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화합물을 이용함으로써 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압, 고내열성을 달성할 수 있고, 소자의 색순도, 수명 등을 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.

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.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 구성 요소가 다른 구성 요소 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 경우, 이는 다른 구성 요소 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 있는 경우도 포함할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반대로, 어떤 구성 요소가 다른 부분 "바로 위에" 있다고 하는 경우에는 중간에 또 다른 부분이 없는 것을 뜻한다고 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 "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 "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 "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 "플루오렌일기" 또는 "플루오렌일렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 하기 구조에서 R, R' 및 R"이 모두 수소인 1가 또는 2가 작용기를 의미하며, "치환된 플루오렌일기" 또는 "치환된 플루오렌일렌기"는 치환기 R, R', R" 중 적어도 하나가 수소 이외의 치환기인 것을 의미하며, R과 R'이 서로 결합되어 이들이 결합된 탄소와 함께 스파이로 화합물을 형성한 경우를 포함한다.

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 단일고리형, 고리접합체, 접합된 여러 고리계, 스파이로 화합물 등을 포함한다.

본 발명에 사용된 용어 "헤테로고리기"는 "헤테로아릴기"또는 "헤테로아릴렌기"와 같은 방향족 고리뿐만 아니라 비방향족 고리도 포함하며, 다른 설명이 없는 한 각각 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 고리를 의미하나 여기에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로원자"는 다른 설명이 없는 한 N, O, S, P 또는 Si를 나타내며, 헤테로고리기는 헤테로원자를 포함하는 단일고리형, 고리접합체, 접합된 여러 고리계, 스파이로 화합물 등을 의미한다.

또한 "헤테로고리기"는, 고리를 형성하는 탄소 대신 SO₂를 포함하는 고리도 포함할 수 있다. 예컨대, "헤테로고리기"는 다음 화합물을 포함한다.

본 명세서에서 사용된 '1가의 1,10-페난트롤린', '1가의 1,5-나프티리딘', '1가의 다이벤조티오펜' 등과 같은 용어는, 모체화합물의 1가의 작용기를 의미하며, 유사하게 '2가의 피리딘', '2가의 피리미딘', '2가의 다이벤조티오펜' 등과 같은 용어는 모체화합물의 2가의 작용기를 의미한다. 따라서, 본 명세서에서는 모체의 1가나 2가 작용기 명명시, 경우에 따라 모체화합물 앞에 단순히 1가 또는 2가를 병기하여 표기할 수도 있다.

본 발명에서 사용된 용어 "고리"는 단일환 및 다환을 포함하며, 탄화수소고리는 물론 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리를 포함하고, 방향족 및 비방향족 고리를 포함한다.

본 발명에서 사용된 용어 "다환"은 바이페닐, 터페닐 등과 같은 고리 집합체(ring assemblies), 접합된(fused) 여러 고리계 및 스파이로 화합물을 포함하며, 방향족뿐만 아니라 비방향족도 포함하고, 탄화수소고리는 물론 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리를 포함한다.

본 발명에서 사용된 용어 "고리 집합체(ring assemblies)"는 둘 또는 그 이상의 고리계(단일고리 또는 접합된 고리계)가 단일결합이나 또는 이중결합을 통해서 서로 직접 연결되어 있고 이와 같은 고리 사이의 직접 연결의 수가 이 화합물에 들어 있는 고리계의 총 수보다 1개가 적은 것을 의미한다. 고리 집합체는 동일 또는 상이한 고리계가 단일결합이나 이중결합을 통해 서로 직접 연결될 수 있다.

본 발명에서 사용된 용어 "접합된 여러 고리계"는 적어도 두개의 원자를 공유하는 접합된(fused) 고리 형태를 의미하며, 둘 이상의 탄화수소류의 고리계가 접합된 형태 및 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리계가 적어도 하나 접합된 형태 등을 포함한다. 이러한 접합된 여러 고리계는 방향족고리, 헤테로방향족고리, 지방족 고리 또는 이들 고리의 조합일 수 있다.

본 발명에서 사용된 용어 "스파이로 화합물"은 '스파이로 연결(spiro union)'을 가지며, 스파이로 연결은 2개의 고리가 오로지 1개의 원자를 공유함으로써 이루어지는 연결을 의미한다. 이때, 두 고리에 공유된 원자를 '스파이로 원자'라 하며, 한 화합물에 들어 있는 스파이로 원자의 수에 따라 이들을 각각 '모노스파이로-', '다이스파이로-', '트라이스파이로-' 화합물이라 한다.

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

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 알콕시기, 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 O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂-C₂₀의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환됨을 의미하며, 이들 치환기에 제한되는 것은 아니다.

또한 명시적인 설명이 없는 한,　본 발명에서 사용되는 화학식은 하기 화학식의 지수 정의에　의한 치환기 정의와 동일하게 적용된다.

여기서, 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(120)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, 이들 층 중 적어도 하나가 생략되거나, 정공저지층, 전자저지층, 발광보조층(151), 버퍼층(141) 등이 더 포함될 수도 있으며, 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), 광효율 개선층, 발광보조층 등의 재료로 사용될 수 있을 것이다. 일례로, 본 발명의 화합물은 발광층(150) 재료로 사용될 수 있다.

한편, 동일한 코어일지라도 어느 위치에 어느 치환기를 결합시키냐에 따라 밴드갭(band gap), 전기적 특성, 계면 특성 등이 달라질 수 있으므로, 코어의 선택 및 이에 결합된 서브 치환체의 조합이 매우 중요하며, 특히 각 유기물층 간의 에너지 준위 및 T₁ 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기발광소자는 다양한 증착법(deposition)을 이용하여 제조될 수 있을 것이다. PVD나 CVD 등의 증착 방법을 사용하여 제조될 수 있는데, 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, 정공수송층(140)과 발광층(150) 사이에 발광보조층(151)을 추가로 형성할 수 있다.

또한, 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 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 제조될 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, 기존의 LCD의 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 화합물에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.

<화학식 1>

상기 화학식 1에서, 각 기호는 아래와 같이 정의된다.

Ar¹은 수소; 중수소; 할로겐; C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 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~C₆₀의 아릴옥시기; 및 -L'-N(R')(R");으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

바람직하게는, Ar¹은 C₆~C₁₈의 아릴기, C₂~C₂₀의 헤테로고리기, 플루오렌일기, C₁~C₁₀의 알킬기, C₂~C₁₀의 알켄일기 등일 수 있고, 이들 각각은 치환될 수 있다.

구체적으로 Ar¹은 페닐, 나프틸, 바이페닐 등의 아릴기, 1가의 디메틸플루오렌, 1가의 디페닐플루오렌, 1가의 벤조디메틸플루오렌 및 1가의 스파이로바이플루오렌 등과 같은 플루오렌일기, 피리미딘일기, 1가의 1,10-페난트롤린, 1가의 1,5-나프티리딘, 퀴나졸린일기, 벤조[f]퀴나졸린일기, 및 인돌릴기 등과 같은 N 포함 헤테로고리기, 1가의 다이벤조티오펜과 같은 S포함 헤테로고리기, 1가의 벤조티에노피리미딘 등과 같은 N과 S 포함 헤테로고리기, 1가의 벤조다이하이드로퓨로피리딘, 및 1가의 다이하이드로퓨로피리미딘 등과 같은 N과 O 포함 헤테로고리기, tert-부틸기, 및 프로펜일기 등과 같은 알킬기, 에텐일기 등과 같은 알켄일기 등일 수 있다.

L¹은 단일결합; C₆~C₆₀의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 2가의 헤테로고리기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 2가의 융합고리기; 2가의 지방족탄화수소기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

바람직하게는, L¹은 단일결합, C₆~C₁₈의 아릴렌기, C₂~C₂₀의 헤테로고리기, 플루오렌일렌기 등일 수 있고, 이들 각각(단일결합 제외)은 더 치환될 수 있다.

구체적으로 L¹은 페닐, 나프틸, 바이페닐 등의 아릴기, 2가의 디메틸플루오렌, 2가의 디페닐플루오렌, 2가의 벤조디메틸플루오렌 및 2가의 스파이로바이플루오렌 등과 같은 플루오렌일기, 피리미딘일기, 퀴나졸린일기, 벤조[f]퀴나졸린일기, 트리아진일기, 피리미딜기, 2가의 트리아졸, 및 인돌릴기 등과 같은 N 포함 헤테로고리기, 2가의 다이벤조티오펜과 같은 S포함 헤테로고리기, 2가의 벤조티에노피리미딘 등과 같은 N과 S 포함 헤테로고리기, 2가의 벤조다이하이드로퓨로피리딘, 및 2가의 다이하이드로퓨로피리미딘 등과 같은 N과 O 포함 헤테로고리기 등일 수 있다.

R¹ 내지 R⁵는 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 나이트로기; C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 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; -L'-N(R')(R"); 및 이들의 조합;으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 이웃한 R¹끼리, 이웃한 R³끼리, 이웃한 R⁴끼리 또는 이웃한 R⁵끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며, l, n, 및 p는 각각 0-4의 정수이고, m은 0 또는 1의 정수이며, o는 0-3의 정수이다.

바람직하게는, R¹ 내지 R⁵는 할로겐, 시아노기, 나이트로기, C₆~C₁₈의 아릴기, C₂~C₂₀의 헤테로고리기, 플루오렌일기, C₂~C₂₀의 알켄일기, N(R')(R") 등이 될 수 있고, 구체적으로 R¹ 내지 R⁵는 페닐기나 페난트릴기 등과 같은 아릴기, 플루오르, 시아노기, 프로펜일기등과 같은 알켄일기, 피리딜기나 카바졸릴기 등과 같은 N포함 헤테로고리기, 다이페닐아민기 등일 수 있고, 또한, R¹끼리, R³끼리, R⁴끼리, 및/또는 R⁵끼리 서로 결합하여 하나 또는 2개의 벤젠고리 형성함으로써 이들이 결합된 벤젠링과 함께 나프탈렌, 페난트렌 등을 형성할 수 있다.

X 및 Y는 서로 독립적으로 O, S, C(R⁶)(R⁷), Si(R⁸)(R⁹) 또는 Se이고, a와 b는 각각 0 또는 1이며, 단 a와 b 중 적어도 하나는 1이다. 즉, a+b는 1보다 같거나 크다. 여기서, 지수 a와 b가 '0'이라는 의미는 X와 Y가 존재하지 않아 결국 양쪽 벤젠링의 탄소가 이들을 매개로 결합하는 것이 아니라 직접 결합하는 것을 의미한다.

Z는 N-(L²-Ar²), O, S, C(R¹⁰)(R¹¹), Si(R¹²)(R¹³), 또는 Se이다.

Z가 N-(L²-Ar²)인 경우, L²는 단일결합; C₆~C₆₀의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 2가의 헤테로고리기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 2가의 융합고리기; 2가의 지방족탄화수소기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, Ar²는 수소; 중수소; 할로겐; C₆~C₆₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 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~C₆₀의 아릴옥시기; 및 -L'-N(R')(R");로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

바람직하게는, L²는 단일결합, C₆~C₁₈의 아릴렌기, C₂~C₂₀의 헤테로고리기 등일 수 있고, 구체적으로, L²는 단일결합, 페닐렌, 나프틸렌, 2가의 파이렌 등과 같은 아릴렌기, 2가의 피리미딘, 2가의 피리딘, 2가의 트리아졸, 2가의 퀴나졸린, 1가의 벤조퀴나졸린, 2가의 다이벤조퀴나졸린 등과 같은 N 포함 헤테로고리기, 2가의 다이하이드로나프토-다이하이드로퓨로피리미딘과 같은 N과 S를 포함하는 헤테로고리, 2가의 다이하이드로퓨로피리미딘과 같은 N과 O를 포함하는 헤테로고리기 등일 수 있다.

바람직하게는, Ar²는 C₆~C₁₈의 아릴기, C₂~C₂₀의 헤테로고리기, 플루오렌일기, C₁~C₁₀의 알콕실기 등일 수 있고, 구체적으로 페닐, 나프틸, 바이페닐, 페난트릴기, 파이렌일기, 1가의 트리페닐렌 등과 같은 아릴기, 피리딜기, 피리미딜기, 트리아진일기, 카바졸릴기, 퀴나졸린일기, 1가의 벤조퀴나졸린, 1가의 다이벤조퀴나졸린, 1가의 트리아졸 등과 같은 N 포함 헤테로고리기, 1가의 다이벤조퓨란과 같은 O 포함 헤테로고리기, 1가의 다이하이드로퓨로피리미딘, 1가의 다이하이드로나프토-다이하이드로퓨로피리미딘 등과 같은 N 및 O 포함 헤테로고리기, 1가의 티에노피리미딘, 1가의 벤조티에노피리미딘 등과 같은 N 및 S 포함 헤테로고리기, 플루오르와 같은 할로겐, 메톡실기과 같은 알콕실기 등일 수 있다.

상기 X, Y 및 Z에서, R⁶ 내지 R¹³은 서로 독립적으로 수소; 중수소; C₆~C₂₄의 아릴기; C₁~C₅₀의 알킬기; C₂~C₂₀의 알켄일기; C₁~C₃₀의 알콕실기; 및 이들의 조합;으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, R⁶과 R⁷, R⁸과 R⁹R¹⁰과R¹¹, 또는 R¹²과R¹³ 끼리 서로 결합하여 스파이로 화합물을 형성할 수 있다. 바람직하게는, R⁶ 내지 R¹³은 서로 독립적으로, C₁-C₂₀의 알킬기이거나 플루오렌일기일 수 있다. 구체적으로, R⁶ 내지 R¹³은 서로 독립적으로, 메틸기, 에틸기 등과 같은 알킬기이거나 R¹⁰과 R¹¹끼리 서로 결합하거나, R¹²와 R¹³끼리 서로 결합하여 스파이로 바이플루오렌을 형성한 플루오렌일기일 수 있다.

상기 L'은 서로 독립적으로 단일결합; C₆~C₆₀의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₆₀의 2가의 헤테로고리기; C₃~C₆₀의 지방족고리와 C₆~C₆₀의 방향족고리의 2가의 융합고리기; 2가의 지방족탄화수소기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 즉, Ar¹, Ar², 및 R¹ 내지 R⁵가 -L'-N(R')(R")인 경우, L'은 서로 독립적으로 상기와 같이 정의될 수 있다.

상기 R'과 R"은 서로 독립적으로 C₆~C₃₀의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₃₀의 헤테로고리기; C₃~C₃₀의 지방족고리와 C₆~C₃₀의 방향족고리의 융합고리기; C₁~C₅₀의 알킬기; C₂~C₂₀의 알켄일기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 즉, Ar¹, Ar², 및 R¹ 내지 R⁵가 -L'-N(R')(R")인 경우, R'과 R"은 서로 독립적으로 상기와 같이 정의될 수 있다.

상기 화학식 1의 각 기호가 아릴기, 플루오렌일기, 헤테로고리기, 융합고리기, 알킬기, 알켄일기, 알콕시기, 아릴옥시기, 아릴렌기, 플루오렌일렌기 또는 2가의 지방족 탄화수소인 경우, 이들 각각은 서로 독립적으로 중수소, 할로겐, 실란기, 실록산기, 붕소기, 게르마늄기, 시아노기, 니트로기, C₁-C₂₀의 알킬싸이오기, C₁-C₂₀의 알콕시기, C₁-C₂₀의 알킬기, C₂-C₂₀의 알켄일기, C₂-C₂₀의 알킨일기, C₆-C₂₀의 아릴기, 중수소로 치환된 C₆-C₂₀의 아릴기, 플루오렌일기, O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂-C₂₀의 헤테로고리기, C₃-C₂₀의 시클로알킬기, C₇-C₂₀의 아릴알킬기, C₈-C₂₀의 아릴알켄일기, 아릴아민기 및 헤테로아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.

구체적으로, 상기 화학식 1은 하기 화화식 2 또는 화학식 3으로 표시될 수 있다. 하기 화학식 2는 화학식 1의 b가 '0'인 경우이고, 화학식 3은 a가 '0'인 경우이다.

<화학식 2> <화학식 3>

상기 화학식 2와 3에서, 각 기호는 화학식 1에서 정의된 것과 동일하게 정의될 수 있다.

또한, 상기 화학식 1은 하기 화학식 4 내지 화학식 11 중 하나로 표시될 수 있으며, 이들 화학식에서의 각 기호는 화학식 1에서 정의된 것과 동일하게 정의될 수 있다.

<화학식 4> <화학식 5> <화학식 6> <화학식 7>

<화학식 8> <화학식 9> <화학식 10> <화학식 11>

바람직하게는, 화학식 1 내지 화학식 11에서, l, m 및 n이 모두 0일 수 있다. 또한, 화학식 1 내지 화학식 11에서, R⁴ 와 R⁵는 모두 수소일 수도 있고, o 및 p가 각각 2 이상인 경우, 이웃한 R⁴끼리, 또는 R⁵끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 또한, 바람직하게는 화학식 1 내지 화학식 11에서, X 또는 Y가 S 또는 O일 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 화학식 1은 하기 화합물 중 하나일 수 있다.

다른 실시예로, 본 발명은 제 1전극, 제 2전극, 및 상기 제 1전극과 제 2전극 형성된 유기물층을 포함하는 유기전기소자를 제공하며, 이때 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층 및 발광층 중 적어도 하나의 층을 포함하고, 상기 화합물은 이러한 유기물층 중 적어도 일층, 바람직하게는 발광층에 포함된다. 유기물층에 포함되는 화합물은 상기 화학식 1 내지 화학식 11로 표시되는 1종의 단독 화합물 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 또한, 제 1전극과 제 2전극의 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 적어도 일면에는 광효율개선층이 더 형성될 수 있고, 상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 또는 롤투롤 공정에 의해 형성될 수 있다.

또 다른 실시예로, 본 발명은 상기 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치, 및 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부를 포함하며, 이는 상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 적어도 하나일 수 있다.

이하에서, 본 발명의 유기물층에 사용되는 화학식 1로 표시되는 화합물의 합성예 및 유기전기소자의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.

화학식 1의 합성예

화학식 1로 표시되는 화합물(product)은 하기 반응식 1과 같이 Sub 1 또는 Sub 2를 Sub 3과 반응시켜 제조할 수 있다.

<반응식 1>

Sub 1의 합성 예시

반응식 1의 sub 1은 하기 반응식 2의 반응경로에 의해 합성될 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.

<반응식 2> (X'= I, Br, Cl)

상기 반응식 2의 Sub 1에 속하는 화합물의 합성예는 다음과 같다.

1. Sub 1-1의 합성예 (a=1, b= 0, X= S 일 때)

Sub 1-I-1의 합성법

둥근바닥플라스크에 2-Chloroaniline (67.2g, 525mmol), 1,4-Dibromodibenzothiophene (150g, 438mmol),　Pd₂(dba)₃ (16.2g, 17.4mmol), P(t-Bu)₃(15g, 43.8mmol), NaO(t-Bu) (126g, 1317mmol), Toluene (1.5L)을 넣는다. 그런 후에 70 ℃ 상태에서 4시간 동안 가열 환류시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 Methylene chloride와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO₄로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 Methylene chloride와 Hexane으로 재결정하여 생성물 Sub 1-I-1 (135g, 79%)을 얻었다.

Sub 1-II-1의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 1-I-1 (135g, 348mmol), PPh₃ (228g, 867mmol), o-Dichlorobenzene (900mL)을 넣는다. 이후 180 ℃ 상태에서 24시간 동안 가열 환류시킨다. 반응이 종결되면 상온으로 식힌 후 농축한다. 농축되어 생성된 화합물을 silica column 및 재결정하여 생성물 Sub 1-II-1 (91.8g, 75%)를 얻었다.

Sub 1-1의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 1-II-1 (30.6g 87mmol), 1-Bromonaphthalene (21.5g, 104mmol), Pd₂(dba)₃ (3.2g, 3.5mmol), P(t-Bu)₃(1.8g, 8.7mmol), NaO(t-Bu) (25g, 261mmol), Toluene (300mL)을 넣는다. 이후 110 ℃ 상태에서 8시간 동안 가열 환류시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 Methylene chloride와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO₄로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 Methylene chloride와 Hexane으로 재결정하여 생성물 Sub 1-1 (31.6g, 74%)를 얻었다.

2. Sub 1-2의 합성예 (a=1, b= 0, X= S 일 때)

둥근바닥플라스크에 Sub 1-II-1 (30g, 84mmol), Iodobenzene (20.7g, 102mmol), Pd₂(dba)₃ (3g, 3.3mmol), P(t-Bu)₃(1.8g, 8.4mmol), NaO(t-Bu) (24.6g, 255mmol), Toluene (240mL)을 상기 Sub 1-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 1-2 (28g, 76%)를 얻었다.

3. Sub 1-3의 합성예 (a=1, b= 0, X= S 일 때)

둥근바닥플라스크에 Sub 1-II-1 (30.6g 87mmol), 4-Iodo-1,1'-biphenyl (29.2g, 104mmol), Pd₂(dba)₃(3.2g, 3.5mmol), P(t-Bu)₃(1.8g, 8.7mmol), NaO(t-Bu) (25g, 261mmol), Toluene (300mL)을 상기 Sub 1-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 1-3 (32g, 74%)을 얻었다.

Sub 1-5의 합성예 (a=1, b= 0, X= S 일 때)

둥근바닥플라스크에 Sub 1-II-1 (30.6g 87mmol), 2-Bromonaphthalene (21.5g, 104mmol), Pd₂(dba)₃ (3.2g, 3.5mmol), P(t-Bu)₃(1.8g, 8.7mmol), NaO(t-Bu) (25g, 261mmol), Toluene (300mL)을 상기 Sub 1-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 1-5 (29.1g, 70%)를 얻었다.

Sub 1-6 합성예 (a=1, b= 0, X= S 일 때)

Sub 1-I-6의 합성법(a=1, b= 0, X= S 일 때)

둥근바닥플라스크에 2-Chloroaniline (22.4g, 175mmol), 2,4-Dibromodibenzothiophene (50g, 146mmol),　Pd₂(dba)₃ (5.4g, 5.8mmol), P(t-Bu)₃(5g, 14.6mmol), NaO(t-Bu) (42g, 439mmol), Toluene (500mL)을 상기 Sub 1-I-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 1-I-6 (46g, 90%)을 얻었다.

Sub 1-II-6의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 1-I-6 (45g, 116mmol), PPh₃ (76g, 289mmol), o-Dichlorobenzene (300mL)을 상기 Sub 1-II-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 1-II-6 (32.6g, 80%)을 얻었다.

Sub 1-6의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 1-II-6 (10g, 28mmol), Iodobenzene (6.9g, 34mmol), Pd₂(dba)₃ (1g, 1.1mmol), P(t-Bu)₃(0.6g, 2.8mmol), NaO(t-Bu) (8.2g, 85mmol), Toluene (80mL)을 상기 Sub 1-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 1-6 (10g, 84%)를 얻었다.

Sub 1-7 합성예 (a=1, b= 0, X= S 일 때)

둥근바닥플라스크에 Sub 1-II-6 (10g, 28mmol), 4-Iodo-1,1'-biphenyl (9.5g, 34mmol), Pd₂(dba)₃ (1g, 1.1mmol), P(t-Bu)₃(0.6g, 2.8mmol), NaO(t-Bu) (8.2g, 85mmol), Toluene (80mL)을 상기 Sub 1-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 1-7 (10g, 71%)를 얻었다.

Sub 1-14 합성예 (a=1, b= 0, X= S 일 때)

Sub 1-I-14의 합성법

둥근바닥플라스크에 2-Chloronaphthalen-1-amine (31g, 175mmol), 2,4-Dibromodibenzothiophene (50g, 146mmol),　Pd₂(dba)₃ (5.4g, 5.8mmol), P(t-Bu)₃(5g, 14.6mmol), NaO(t-Bu) (42g, 439mmol), Toluene (500mL)을 상기 Sub 1-I-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 1-I-14 (48g, 75%)을 얻었다.

Sub 1-II-14의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 1-I-14 (30g, 68mmol), PPh₃ (45g, 171mmol), o-Dichlorobenzene (150mL)을 넣는다. 그런 후에 180 ℃ 상태에서 24시간동안 가열 환류시킨다. 반응이 종결되면 상온으로 식힌 후, 농축한다. 농축되어 생성된 화합물을 silica column 및 재결정하여 생성물 Sub 1-II-14 (25g, 93%)을 얻었다.

Sub 1-14의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 1-II-14 (25g, 62mmol), Iodobenzene (15g 75mmo), Pd₂(dba)₃(2.g, 2.5mmol), P(t-Bu)₃(1.3g (6.2mmol), NaO(t-Bu) (18g, 186mmol), Toluene (300mL)을 넣는다. 그런 후에 110 ℃ 상태에서 8시간동안 가열 환류시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 Methylene chloride와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO₄로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 Methylene chloride와 Hexane으로 재결정하여 생성물 Sub 1-14 (20g, 67%)를 얻었다.

Sub 1-29 합성예 (a=1, b= 0, X= C(CH ₃ ) ₂ 일 때)

Sub 1-I-29의 합성법

둥근바닥플라스크에 2-Chloronaphthalen-1-amine (31g, 175mmol), 1,4-dibromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene (51g, 146mmol),　Pd₂(dba)₃ (5.4g, 5.8mmol), P(t-Bu)₃(5g, 14.6mmol), NaO(t-Bu) (42g, 439mmol), Toluene (500mL)을 상기 Sub 1-I-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 1-I-29 (36g, 63%)을 얻었다.

Sub 1-II-29의 합성법

둥근바닥플라스크에Sub 1-I-29 (27g, 68mmol), PPh₃ (45g, 171mmol), o-Dichlorobenzene (150mL)을 상기 Sub 1-II-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 1-II-29 (22g, 92%)을 얻었다.

Sub 1-29의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 1-II-29 (22g, 62mmol), 2-Bromonaphthalene (15g 74mmo), Pd₂(dba)₃ (2.g, 2.5mmol), P(t-Bu)₃(1.3g (6.2mmol), NaO(t-Bu) (18g, 186mmol), Toluene (300mL)을 상기 Sub 1-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 1-29 (20g, 67%)를 얻었다.

Sub 1-25 합성예 (a= 1, b= 0, X= O 일 때)

Sub 1-I-25의 합성법

둥근바닥플라스크에 2-Chloronaphthalen-1-amine (23.45 g, 183.85 mmol), 1,4-dibromodibenzo[b,d]furan (50 g, 153.4 mmol),　Pd₂(dba)₃ (5.58 g, 6.1 mmol), P(t-Bu)₃(3.1 g, 15.34 mmol), NaO(t-Bu) (44.32 g, 461.2 mmol), Toluene (340 mL)을 상기 Sub 1-I-1의 합성방법을 이용하여 생성물 Sub 1-I-25 (41.7 g, 73%)을 얻었다.

Sub 1-II-25의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 1-I-25 (47 g, 126.1 mmol), PPh₃ (82.7 g, 315.3 mmol), o-Dichlorobenzene (505 mL)을 상기 Sub 1-II-1의 합성방법을 이용하여 생성물 Sub 1-II-25 (35.62 g, 84 %)을 얻었다.

Sub 1-25의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 1-II-25 (47 g, 126.13 mmol), Bromobenzene (19.59 g 124.79 mmol), Pd₂(dba)₃ (3.79 g, 4.14 mmol), P(t-Bu)₃(2.11 g, 10.4 mmol), NaO(t-Bu) (30.08 g, 313.045 mmol), Toluene (230 mL)을 상기 Sub 1-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 1-25 (34.77 g, 82 %)를 얻었다.

Sub 1의 예시

한편, Sub 1에 속하는 화합물은 아래와 같은 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 표 1은 Sub 1에 속하는 화합물의 FD-MS 값을 나타낸 것이다.

[표 1]

2. Sub 2의 합성 예시

반응식 1의 sub 2는 하기 반응식 3의 반응경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다.

<반응식 3>(X'= I, Br, Cl)

상기 반응식 3의 Sub 2에 속하는 화합물의 합성예는 다음과 같다.

Sub 2-1 합성예 (a= 0, b=1, Y= S인 경우 )

Sub 2-I-1의 합성법

둥근바닥플라스크에 2-Bromodibenzothiophene (100g, 380mmol), 2-Nitrophenyl boronic acid (76g, 456mmol), Pd(PPh₃)₄ (18g, 15mmol), NaOH (46g, 1140mmol), THF (1.2L)/H₂O (0.6L)을 넣는다. 그런 후에 70 ℃ 상태에서 4시간 동안 가열 환류시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 Methylene chloride와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO₄로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 Methylene chloride와 Hexane으로 재결정하여 생성물 Sub 2-I-1 (99g, 85%)을 얻었다.

Sub 2-II-1의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 2-I-1 (99g, 323mmol), PPh₃(218g, 808mmol), o-Dichlorobenzene (1.0L)을 넣는다. 그런 후에 180 ℃ 상태에서 24시간 동안 가열 환류시킨다. 반응이 종결되면 상온으로 식힌 후, 농축한다. 농축되어 생성된 화합물을 silica column 및 재결정하여 생성물 Sub 2-II-1 (70g, 80%)을 얻었다.

Sub 2-III-1의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 2-II-1 (70g, 293mmol), N-Bromosuccinimide (52g, 293mmol), Methylene chloride (1L)를 넣는다. 그런 후에 상온에서 4시간 동안 교반한다. 반응이 완료되면 증류수를 넣은 후, Methylene chloride와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO₄로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 Methylene chloride와 Hexane으로 재결정하여 생성물 Sub 2-III-1 (86g, 83%)을 얻었다.

Sub 2-1의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 2-III-1 (30g, 84mmol), Iodobenzene (20.7g, 102mmol), Pd₂(dba)₃ (3g, 3.3mmol), P(t-Bu)₃(1.8g, 8.4mmol), NaO(t-Bu) (24.6g, 255mmol), Toluene (240mL)을 넣는다. 그런 후에 110 ℃ 상태에서 8시간 동안 가열 환류시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 Methylene chloride와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO₄로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 Methylene chloride와 Hexane으로 재결정하여 생성물 Sub 2-1 (28g, 76%)를 얻었다.

Sub 2-2 합성예 (a= 0, b=1, Y= S인 경우 )

둥근바닥플라스크에 Sub 2-III-1 (30g, 84mmol), 4-Iodo-1,1'-biphenyl (28.6g, 102mmol), Pd₂(dba)₃ (3g, 3.3mmol), P(t-Bu)₃(1.8g, 8.4mmol), NaO(t-Bu) (24.6g, 255mmol), Toluene (240mL)을 상기 Sub 2-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 2-2 (32g, 76%)를 얻었다.

Sub 2-3 합성예 (a= 0, b=1, Y= S인 경우 )

둥근바닥플라스크에 Sub 2-III-1 (30g, 84mmol), 3-Bromo-1,1'-biphenyl (23.8g, 102mmol), Pd₂(dba)₃ (3g, 3.3mmol), P(t-Bu)₃(1.8g, 8.4mmol), NaO(t-Bu) (24.6g, 255mmol), Toluene (240mL)을 상기 Sub 2-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 2-3 (34g, 80%)를 얻었다.

Sub 2-37 합성예 (a= 0, b=1, Y= O인 경우 )

Sub 2-I-37의 합성법

둥근바닥플라스크에 2-Bromodibenzofuran (50g, 202mmol), 2-Nitrophenyl boronic acid (40.5g, 242mmol), Pd(PPh₃)₄ (9.3g, 8mmol), NaOH (24g, 606mmol), THF (600mL)/H₂O (300mL)을 상기 Sub 2-I-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 2-I-37 (43g, 74%)을 얻었다.

Sub 2-II-37의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 2-I-37 (43g, 110mmol), PPh₃ (72g, 276mmol), o-Dichlorobenzene (350mL)을 상기 Sub 2-II-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 2-II-37 (23g, 82%)을 얻었다.

Sub 2-III-37의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 2-II-37 (23g, 89mmol), N-Bromosuccinimide (16g, 89mmol), Methylene chloride (300mL)를 상기 Sub 2-III-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 2-III-37 (21g, 70%)을 얻었다.

Sub 2-37의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 2-III-37 (21g, 62mmol), Iodobenzene (15.3g, 75mmol), Pd₂(dba)₃ (2.3g, 2.5mmol), P(t-Bu)₃(1.3g, 6.2mmol), NaO(t-Bu) (18g, 187mmol), Toluene (200mL)을 상기 Sub 2-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 2-37 (16g, 63%)를 얻었다.

Sub 2-144의 합성예 (a= 0, b=1, Y= C인 경우 )

Sub 2-I-144의 합성법

둥근바닥플라스크에 3-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene (50g, 183.04 mmol), 2-Nitrophenyl boronic acid (36.6 g, 219.28 mmol), Pd(PPh₃)₄ (8.4 g, 7.25 mmol), NaOH (22 g, 549.11 mmol), THF (805 mL)/H₂O (402 mL)을 상기 Sub 2-I-1 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 2-I-144 (47.72 g, 69 %)을 얻었다.

Sub 2-II-144의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 2-I-144 (47g, 149mmol), PPh₃ (97.7g, 372.48mmol), o-Dichlorobenzene (596mL)을 상기 Sub 2-II-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 2-II-144 (30.41g, 72 %)을 얻었다.

Sub 2-III-144의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 2-II-144 (30g, 89mmol), N-Bromosuccinimide (18.8 g, 105.9 mmol), Methylene chloride (318 mL)를 상기 Sub 2-III-1의 합성방법을 이용하여 생성물 Sub 2-III-144 (18.24 g, 53 %)을 얻었다.

Sub 2-144의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 2-III-144 (18 g, 49.7 mmol), Iodobenzene (12.26 g, 60.1 mmol), Pd₂(dba)₃ (1.83 g, 2 mmol), P(t-Bu)₃(1.01 g, 4.97 mmol), NaO(t-Bu) (14.4 g, 149.9 mmol), Toluene (109 mL)을 상기 Sub 2-1의 합성방법을 사용하여 생성물 Sub 2-144 (15.03 g, 69%)를 얻었다.

Sub 2의 예시

한편, Sub 2에 속하는 화합물은 아래와 같은 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 표 2는 Sub 2에 속하는 화합물의 FD-MS 값을 나타낸 것이다.

[표 2]

Sub 3의 예시

한편, Sub 3에 속하는 화합물은 아래와 같은 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 표 3은 Sub 3에 속하는 화합물의 FD-MS 값을 나타낸 것이다.

[표 3]

화학식 1의 Product의 합성법

둥근바닥플라스크에 Sub 1 또는 Sub 2화합물(1당량)을 넣고, Sub3 화합물을 (1당량), Pd(PPh₃)₄(0.03~0.05당량), NaOH (3당량), THF (3 mL / 1 mmol), 물 (1.5 mL / 1 mmol)을 넣는다. 그런 후에 80℃ 상태에서 가열 환류시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 Methylene chloride와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO₄로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 Toluene과 Acetone으로 재결정하여 생성물을 얻었다.

화합물 1-2의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 1-2 (5g, 11.5mmol), Sub 3-3 (3.9g, 11.5mmol), Pd(PPh₃)₄(0.5g, 0.5mmol), NaOH (1.4g, 35mmol), THF (30mL)/H₂O (15mL)을 넣는다. 그런 후에 80 ℃ 상태에서 8시간 동안 가열 환류시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 Methylene chloride와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO₄로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 Toluene과 Acetone으로 재결정하여 생성물 1-2 (5.4g, 80%)을 얻었다.

화합물 1-7의 합성

Sub 1-3 (10g, 20mmol), Sub 3-3 (5.7g, 20mmol), Pd(PPh₃)₄ (0.9g, 0.8mmol), NaOH (2.4g, 59mmol), THF (40mL)/H₂O (20mL)을상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 1-7 (11.3g, 85%)을 얻었다.

화합물 1-14의 합성

Sub 1-5 (10g, 21mmol), Sub 3-10 (7.6g, 21mmol), Pd(PPh₃)₄ (1g, 0.8mmol), NaOH (2.5g, 63mmol), THF (40mL)/H₂O (20mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 1-14 (12.3g, 82%)을 얻었다.

화합물 1-20의 합성

Sub 1-1 (10g, 21mmol), Sub 3-11 (7.6g, 21mmol), Pd(PPh₃)₄ (1g, 0.8mmol), NaOH (2.5g, 63mmol), THF (40mL)/H₂O (20mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 1-20 (12.5g, 83%)을 얻었다.

화합물 1-26의 합성

Sub 1-6 (5g, 11.5mmol), Sub 3-3 (3.9g, 11.5mmol), Pd(PPh₃)₄ (0.5g, 0.5mmol), NaOH (1.4g, 35mmol), THF (30mL)/H₂O (15mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 1-26 (4.9g, 72%)을 얻었다.

화합물 1-27의 합성

Sub 1-6 (5g, 11.5mmol), Sub 3-10 (4.2g, 11.5mmol), Pd(PPh₃)₄ (0.5g, 0.5mmol), NaOH (1.4g, 35mmol), THF (30mL)/H₂O (15mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 1-27 (6.5g, 85%)을 얻었다.

화합물 1-33의 합성

Sub 1-7 (10g, 20mmol), Sub 3-11 (7.3g, 20mmol), Pd(PPh₃)₄ (0.9g, 0.8mmol), NaOH (2.4g, 59mmol), THF (40mL)/H₂O (20mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 1-33 (13.5g, 91%)을 얻었다.

화합물 1-51의 합성

Sub 1-6 (5g, 11.5mmol), Sub 3-1 (3.9g, 11.5mmol), Pd(PPh₃)₄ (0.5g, 0.5mmol), NaOH (1.4g, 35mmol), THF (30mL)/H₂O (15mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 1-51 (3.5g, 51%)을 얻었다.

화합물 1-52의 합성

Sub 1-6 (5g, 11.5mmol), Sub 3-2 (3.9g, 11.5mmol), Pd(PPh₃)₄ (0.5g, 0.5mmol), NaOH (1.4g, 35mmol), THF (30mL)/H₂O (15mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 1-52 (3.8g, 56%)을 얻었다.

화합물 1-53의 합성

Sub 1-6 (5g, 11.5mmol), Sub 3-4 (3.9g, 11.5mmol), Pd(PPh₃)₄ (0.5g, 0.5mmol), NaOH (1.4g, 35mmol), THF (30mL)/H₂O (15mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 1-53 (4.2g, 62%)을 얻었다.

화합물 1-66의 합성

Sub 1-14 (10g, 21mmol), Sub 3-3 (7.6g, 21mmol), Pd(PPh₃)₄ (1g, 0.8mmol), NaOH (2.5g, 63mmol), THF (40mL)/H₂O (20mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 1-66 (8.5g, 63%)을 얻었다.

화합물 1-71의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 1-1 (5g, 11.5mmol), Sub 3-46 (3.0g, 11.5mmol), Pd(PPh₃)₄(0.5g, 0.5mmol), NaOH (1.4g, 35mmol), THF (30mL)/H₂O (15mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 1-71 (4.7g, 73%)을 얻었다.

화합물 1-78의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 1-4 (5g, 9.9mmol), Sub 3-53 (4.3g, 9.9mmol), Pd(PPh₃)₄(0.5g, 0.4mmol), NaOH (1.2g, 29.7mmol), THF (40mL)/H₂O (20mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 1-78 (5.3g, 65%)을 얻었다.

화합물 1-90의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 1-39 (10g, 20.5mmol), Sub 3-38 (5.9g, 20.5mmol), Pd(PPh₃)₄(1g, 0.8mmol), NaOH (2.5g, 61mmol), THF (40mL)/H₂O (20mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 1-90 (5.8g, 48%)을 얻었다.

화합물 2-1의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 2-1 (5g, 11.5mmol), Sub 3-3 (3.9g, 11.5mmol), Pd(PPh₃)₄(0.5g, 0.5mmol), NaOH (1.4g, 35mmol), THF (30mL)/H₂O (15mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 2-1 (5.5g, 81%)을 얻었다.

화합물 2-2의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 2-1 (5g, 11.5mmol), Sub 3-10 (4.2g, 11.5mmol), Pd(PPh₃)₄(0.5g, 0.5mmol), NaOH (1.4g, 35mmol), THF (30mL)/H₂O (15mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 2-2 (6.1g, 80%)를 얻었다.

화합물 2-3의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 2-1 (5g, 11.5mmol), Sub 3-11 (4.2g, 11.5mmol), Pd(PPh₃)₄(0.5g, 0.5mmol), NaOH (1.4g, 35mmol), THF (30mL)/H₂O (15mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 2-3 (5.8g, 76%)을 얻었다.

화합물 2-6의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 2-2 (10g, 20mmol), Sub 3-3 (5.7g, 20mmol), Pd(PPh₃)₄(0.9g, 0.8mmol), NaOH (2.4g, 59mmol), THF (40mL)/H₂O (20mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 2-6 (10.3g, 81%)을 얻었다.

화합물 2-7의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 2-2 (10g, 20mmol), Sub 3-10 (7.3g, 20mmol), Pd(PPh₃)₄(0.9g, 0.8mmol), NaOH (2.4g, 59mmol), THF (40mL)/H₂O (20mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 2-7 (11g, 74%)을 얻었다.

화합물 2-8의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 2-2 (10g, 20mmol), Sub 3-11 (7.3g, 20mmol), Pd(PPh₃)₄(0.9g, 0.8mmol), NaOH (2.4g, 59mmol), THF (40mL)/H₂O (20mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 2-8 (12g, 81%)을 얻었다.

화합물 2-33의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 2-1 (5g, 11.5mmol), Sub 3-38 (2.6g, 11.5mmol), Pd(PPh₃)₄(0.5g, 0.5mmol), NaOH (1.4g, 35mmol), THF (30mL)/H₂O (15mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 2-1 (5.0g, 82%)을 얻었다.

화합물 2-38의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 2-1 (5g, 11.5mmol), Sub 3-45 (2.4g, 11.5mmol), Pd(PPh₃)₄(0.5g, 0.5mmol), NaOH (1.4g, 35mmol), THF (30mL)/H₂O (15mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 2-1 (4.4g, 74%)을 얻었다.

화합물 2-133의 합성

둥근바닥플라스크에 Sub 2-37 (5g, 12mmol), Sub 3-10 (4.4g, 12mmol), Pd(PPh₃)₄(0.6g, 0.5mmol), NaOH (1.5g, 36mmol), THF (30mL)/H₂O (15mL)을 상기 1-2 합성방법을 사용하여 생성물 2-133 (5.6g, 72%)을 얻었다.

[표 4]

유기전기소자의 제조평가

[ 실시예 1] 그린유기전기발광소자 (인광호스트)

먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 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 형성하였다. 상기 정공주입층 상에 정공수송 화합물로서 4,4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(이하 NPD로 약기함)을 60 nm 두께로 진공 증착 하여 정공수송층을 형성하였다. 이어서, 호스트로 본 발명의 화합물 1-1을, 도판트로 Ir(ppy)₃ [tris(2-phenylpyridine)-iridium]를 사용하여 95:5 중량으로 도핑함으로써 상기 발광 보조층 위에 30nm 두께의 발광층을 증착하였다. 이어서, 발광층 상에 (1,1'-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄(이하 BAlq로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 정공저지층 상에 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(이하 Alq₃로 약칭함)을 40 nm 두께로 성막하여 전자수송층을 형성하였다. 이러한 전자수송층 상에 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극을 형성하였다.

[ 실시예 2] 내지 [ 실시예 80] 그린유기전기발광소자

발광층의 그린호스트 물질로 본 발명의 실시예에 따른 화합물 1-1 대신 하기 표 5에 기재된 본 발명의 화합물을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.

[ 비교예 1] 내지 [ 비교예 7]

발광층의 호스트 물질로 본 발명의 실시예에 따른 화합물 1-1 대신 하기 표 5에 기재된 비교화합물 1 내지 비교화합물 7 중 하나를 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.

이와 같이 제조된 실시예 1 내지 실시예 80 및 비교예 1 내지 비교예 7에 의해 제조된 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 5000cd/m²기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였다. 하기 표 5는 소자 제작 및 평가한 결과를 나타낸다.

[표 5]

상기 표 5에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물을 그린 인광호스트 재료로 사용한 실시예 1 내지 실시예 80의 경우 비교예 1 내지 비교예 7에 비하여 구동전압, 발광효율 및 수명 등이 현저히 개선된 것을 확인할 수 있었다.

비교예 1보다는 5환 헤테로고리의 가운데 벤젠에 페닐기가 치환된 비교예 2 및 3의 비교화합물 2 및 3이 5환 헤테로코어로 인해 전하의 이동도 및 열적 특성이 증가하여 효율 및 수명이 상승된 것을 확인할 수 있었고, 또한 비교예 2와 비교예 3의 결과로부터 5환 헤테로고리화합물 내 헤테로 원자 종류에 따라 특성이 달라짐을 알 수 있었다. 즉, 헤테로 원자가 N-N 타입보다 N-S 타입의 경우,더 좋은 소자 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었으며, 그 차이점을 나타내기 위해 하기 표 6에서 비교화합물 4와 본 발명의 화합물 2-1의 물성 데이터를 비교하였다.

[표 6]

상기 표 6에서, 본 발명 화합물 2-1과 비교화합물 4의 LUMO 전자 구름을 살펴보면, 5환헤테로고리가 N-N 타입인 경우(비교화합물 4) 전자구름이 분리(separation)되어 카바졸기 내에 분포되어 있고, N-S 타입인 본 발명화합물 2-1인 경우, 전자 구름이 5환헤테로고리 골격(backbone) 내에 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이는 분자 내 헤테로원자가 주는 특성 차이로써, 코어내 헤테로원자가 코어의 HOMO/LUMO 레벨, 밴드갭 에너지(Band gap energy) 및 T1 값을 결정하는 요인이라는 것을 알 수가 있다. 상기 두 물질을 비교해 보면 HOMO, LUMO 에너지 레벨에 있어 큰 차이가 있다는 것을 알 수가 있다. 또한, 본 발명 화합물 2-1의 T1값이 비교화합물 4보다 더 낮은 값을 가짐에 따라 호스트에 있던 엑시톤(exciton)이 도펀트로 이동한 후 도펀트에서 호스트로 역전이되는 현상을 발생시킬 확률을 현저하게 감소시킴에 따라 소자의 발광 효율이 증가하게 되는 것으로 보여지며, 깊은 HOMO 값을 갖기 때문에 정공 캐핑(capping) 능력이 증가하여 발광 층 내 전하균형을 효율적으로 만들고, 발광층 내 발생한 잉여 폴라론의 수를 감소시켜 효율 및 수명이 증가되는 것으로 보인다.

5환헤테로고리의 가운데 벤젠링에 카바졸로 치환되었지만 N-N 타입의 5환고리를 갖는 비교화합물 4와 비교화합물 5의 소자 성능을 비교하면, 소자 성능에 큰 차이가 나지 않는 것으로 보아 5환 헤테로고리 내의 헤테로원자의 방향에 따라서는 큰 차이는 없다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 일반 아릴기인 트리아진 유도체가 치환된 비교화합물 6과 본 발명 화합물의 소자데이터를 비교해 보면, 가운데 벤젠링에 일반적인 헤테로아릴기가 결합됨으로써 효율 및 수명이 증가하는 것이 아니라 본발명의 화합물과 같이 반드시 특정 형태의 헤테로아릴기가 결합되어야만 효율이나 수명 등이 증가한다는 것을 알 수 있다.

또한, 반드시 5환고리에 결합하는 카바졸, 다이벤조퓨란, 다이벤조티오펜과 같은 치환기가 5환고리의 가운데 벤젠링에 결합하지 않고 사이드(side)위치에 결합한 비교예 7과 본 발명화합물을 비교해 보면, 역시 본 발명화합물의 경우 고유 특성인 깊은 HOMO 에너지 레벨이 더 넓은 밴드갭 에너지를 가짐으로써 정공이 보다 원활하게 정공수송층에서 발광층으로 수송되고 엑시톤이 발광층 내에 속박되지 않아 발광 누수를 방지하는 역할을 하므로, 발광층 내 전하균형이 증가되고 발광 내 잉여 polaron을 감소시켜 발광물질 변형이 감소됨에 따라 색순도, 수명, 효율 등이 향상되는 것으로 판단된다.

이처럼 상기 표 5의 결과로부터, 5환고리화합물이 포함하고 있는 헤테로원자의 종류 및 배열에 따라 효율 및 수명이 달라질 수 있음을 시사하고 있으며, 어느 위치에 어느 치환기를 결합시키냐에 따라 밴드갭(band gap) 및 전기적 특성, 계면 특성 등이 크게 변화될 수 있다는 것을 알 수 있다. 특히, 인광호스트의 경우 정공수송층 및 도펀트와의 상호관계를 파악해야 하는 바, 유사한 코어를 사용하더라도 본 발명의 화합물이 인광호스트에서 나타내는 우수한 전기적 특성을 유추하기는 매우 어려울 것이다.

[ 실시예 81] 레드유기전기발광소자 (인광호스트)

먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 상에 2-TNATA막을 진공증착하여 60 nm 두께의 정공주입층을 형성한 후, 정공주입층 위에 정공수송 화합물로서 NPD를 60 nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 정공수송층 상부에 호스트 ㅁ물질로 본 발명의 화합물 1-59을, 도판트 물질로 (piq)₂Ir(acac)[bis-(1-phenylisoquinolyl)iridium(III)acetylacetonate]를 사용하여 95:5중량비로 도핑하여 30 nm 두께로 발광층을 증착하였다. 이어서 정공저지층으로 BAlq을 10 nm 두께로 진공증착하고, Alq₃를 40 nm 두께로 성막하여 전자수송층을 형성하였다. 이후, 전자수송층 상에 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극을 형성하였다.

[ 실시예 82] 내지 [ 실시예 96] 레드유기전기발광소자

발광층의 호스트 물질로 본 발명의 실시예에 따른 화합물 1-59 대신 하기 표 7에 기재된 본 발명의 화합물을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 81과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.

[ 비교예 8] 내지 [ 비교예 14]

발광층의 호스트 물질로 본 발명의 실시예에 따른 화합물 1-59 대신 비교화합물 1 내지 비교화합물 7 중 하나를 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 81과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.

이와 같이 제조된 실시예 81 내지 96 및 비교예 8 내지 비교예 14에 의해 제조된 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 2500cd/m² 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였다. 그 측정 결과는 하기 표 7과 같다.

[표 7]

상기 표 7에서 보면 본 발명화합물을 인광 레드 호스트 물질로 사용하였을 때에도 효율 및 수명면에서 매우 높게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 상기 표 7에서 사용된 본 발명의 화합물은 레드 인광호스트의 2차 치환기로 널리 사용되고 있는 퀴나졸린 유도체 등을 적용시킨 화합물 1-59~60, 1-63, 1-65, 1-73, 1-84, 2-103~107, 2-119, 2-137~138, 2-140과, 본 발명의 화합물 중 5환 헤테로고리 화합물의 백본(backbone) 코어에 아릴기가 융합(fused)된 1-66이다. 이는 치환기 및 백본(backbone)에 단순히 링을 융합시키는 것만으로도 레드 인광 호스트 및 그린 인광 호스트로 유용하게 사용 가능하다라는 것을 나타낸다.

이는 본 발명의 화합물의 경우, 그 고유 특성인 깊은 HOMO 에너지 레벨로 인해 정공수송층으로부터 발광층 내 정공의 양을 효율적으로 조절할 수 있어 발광층 내 정공과 전자가 전하균형(charge balance)을 이루게 되고 발광층 계면에서의 열화를 방지 및 잉여 폴라론의 감소를 야기시킬 수 있어, 본 발명의 화합물을 호스트 재료로 사용한 유기전기소자의 수명이 증가되는 것으로 판단된다.

따라서, 상기 표 5와 표 7로부터, 5환 고리 화합물이 포함하고 있는 헤테로원자의 종류 및 배열에 따라 효율 및 수명이 달라질 수 있고, 어느 위치에 어느 치환기를 결합시키냐에 따라 밴드갭(band gap) 및 전기적 특성, 계면 특성 등이 크게 변화될 수 있다는 것을 알 수 있으며, 특히 인광호스트의 경우 정공수송층 및 도펀트와의 상호관계를 파악해야 하는 바 유사한 코어를 사용하더라도 본 발명의 화합물이 인광호스트에서 나타내는 특징을 유추하기는 매우 어려울 것이다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명에 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 범위내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

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

하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
<화학식 1>

상기 화학식 1에서,
R¹ 내지 R³은 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 나이트로기; C₆~C₁₈의 아릴기; C₂~C₁₀의 알켄일기; 및 -L'-N(R')(R");으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 이웃한 R¹끼리 또는 이웃한 R³끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
l 및 n는 각각 0-4의 정수이고, m은 0 또는 1의 정수이며,
L'은 단일결합이고, R' 및 R"은 서로 독립적으로 C₆~C₁₈의 아릴기이며,
R⁴는 수소 또는 중수소이고, o는 0-3의 정수이며, 이웃한 R⁴끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
R⁵는 수소 또는 중수소이고, 이웃한 R⁵끼리 서로 결합하여 고리를 형성하며, p는 0-4의 정수이며,
Ar¹은 C₆~C₁₈의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₂₀의 헤테로고리기; C₁~C₁₀의 알킬기; C₂~C₁₀의 알켄일기; 및 C₁~C₁₀의 알콕실기;로 이루어진 군에서 선택되고,
L¹은 단일결합; C₆~C₁₈의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; 및 O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₂₀의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되며,
Y는 O, S, C(R⁶)(R⁷), Si(R⁸)(R⁹) 또는 Se이고, R⁶ 내지 R⁹는 서로 독립적으로 C₁~C₁₀의 알킬기이고,
Z는 N-(L²-Ar²), O, S, C(R¹⁰)(R¹¹), Si(R¹²)(R¹³), 또는 Se이며,
Ar²는 C₆~C₁₈의 아릴기; 또는 O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₂₀의 헤테로고리기;이며,
L²는 단일결합; C₆~C₁₈의 아릴렌기; 및 O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂~C₂₀의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되며,
R¹⁰ 및 R¹¹은 서로 독립적으로 C₁~C₁₀의 알킬기이고, R¹⁰과R¹¹끼리 서로 결합하여 스파이로 화합물을 형성할 수 있고,
R¹⁰ 및 R¹¹은 서로 독립적으로 C₁~C₁₀의 알킬기 또는 C₆~C₁₈의 아릴기이고, R¹²와R¹³끼리 서로 결합하여 스파이로 화합물을 형성할 수 있으며,
상기 각 기호가 아릴기, 플루오렌일기, 헤테로고리기, 알킬기, 알켄일기, 알콕시기, 아릴렌기 또는 플루오렌일렌기인 경우, 이들 각각은 서로 독립적으로 중수소, 할로겐, 실란기, 실록산기, 붕소기, 게르마늄기, 시아노기, 니트로기, C₁-C₂₀의 알킬싸이오기, C₁-C₂₀의 알콕시기, C₁-C₂₀의 알킬기, C₂-C₂₀의 알켄일기, C₂-C₂₀의 알킨일기, C₆-C₂₀의 아릴기, 중수소로 치환된 C₆-C₂₀의 아릴기, 플루오렌일기, O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C₂-C₂₀의 헤테로고리기, C₃-C₂₀의 시클로알킬기, C₇-C₂₀의 아릴알킬기, C₈-C₂₀의 아릴알켄일기, 아릴아민기 및 헤테로아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 8 내지 화학식 11 중 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물:
<화학식 8> <화학식 9> <화학식 10> <화학식 11>

상기 화학식 8 내지 화학식 11에서, 각 기호는 제1항에서 정의된 것과 동일하다.
제 1항에 있어서,
l, m 및 n이 모두 0인 것을 특징으로 하는 화합물.
제 1항에 있어서,
R⁴와 R⁵가 모두 수소이거나; o 및 p가 각각 2 이상이고 이웃한 R⁴끼리 또는 이웃한 R⁵끼리 서로 결합하여 고리를 형성하는 것을 특징으로 하는 화합물.
제 1항에 있어서,
Y가 S 또는 O인 것을 특징으로 하는 화합물.
제 1항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 화합물:

.
제 1전극; 제 2전극; 및 상기 제 1전극과 제 2전극 형성된 유기물층;을 포함하는 유기전기소자에 있어서,
상기 유기물층은 제 1항, 및 제 3항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
제 8항에 있어서,
상기 유기물층의 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층 및 발광층 중 적어도 하나의 층에 상기 화합물이 포함되며, 상기 화합물이 1종의 단독 화합물 또는 2종 이상의 혼합물로 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
제 8항에 있어서,
상기 제 1전극과 제 2전극의 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 적어도 일면에 형성되는 광효율개선층을 더 포함하는 유기전기소자.
제 8항에 있어서,
상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 또는 롤투롤 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
제 8항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및
상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자장치.
제 12항에 있어서,
상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자장치.