KR102230988B1 - 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 화학식 1의 화합물 및 이를 포함한 유기 발광 소자를 제공한다.
Description
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본 명세서는 2018년 3월 14일에 한국특허청에 제출된 한국특허출원 제10-2018-0029680호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용은 전부 본 명세서에 포함된다.
유기발광소자는 2개의 전극 사이에 유기박막을 배치시킨 구조를 가지고 있다. 이와 같은 구조의 유기발광소자에 전압이 인가되면, 2개의 전극으로부터 주입된 전자와 정공이 유기박막에서 결합하여 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 발하게 된다. 상기 유기박막은 필요에 따라 단층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
유기박막의 재료는 필요에 따라 발광 기능을 가질 수 있다. 예컨대, 유기박막 재료로는 그 자체가 단독으로 발광층을 구성할 수 있는 화합물이 사용될 수도 있고, 또는 호스트-도펀트계 발광층의 호스트 또는 도펀트 역할을 할 수 있는 화합물이 사용될 수도 있다. 그 외에도, 유기박막의 재료로서, 정공주입, 정공수송, 전자블록킹, 정공블록킹, 전자수송 또는 전자주입 등의 역할을 수행할 수 있는 화합물이 사용될 수도 있다.
유기발광소자의 성능, 수명 또는 효율을 향상시키기 위하여, 유기박막의 재료의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서,
Ar1 및 Ar2 중 하나는 하기 화학식 2로 표시되고,
Ar1 및 Ar2 중 나머지는 치환 또는 비치환된 아릴기이며,
R1 및 R2 는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서, Ar3은 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
또한, 본 출원은 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 전술한 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 화합물은 유기 발광 소자에 사용되어, 유기 발광 소자의 휘도를 높히고, 수명을 늘리며, 구동전압을 낮추고, 광효율을 향상시키며, 화합물의 열적 안정성에 의하여 소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일 실시상태에 따른 화합물은 페난쓰렌의 한쪽 벤젠고리에 두개의 치환기가 결합되어 있으므로 전자 수용 능력이 높은 구조를 가지며, 내열성이 우수하여 유기 발광 소자 제작에 있어서, 적절한 증착 온도를 유지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 화합물은 승화 온도가 높아, 승화정제 방법으로 고순도화가 가능하므로 유기 발광 소자 제조시 증착용 성막 장치 또는 유기 발광 소자에 오염을 방지한다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판(1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 전자저지층(7), 발광층(3), 전자주입 및 수송층(8), 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판(1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 전자저지층(7), 발광층(3), 전자주입 및 수송층(8), 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
본 명세서에서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 알킬기; 시클로알킬기; 알콕시기; 실릴기; 아민기; 아릴기; 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸프로필, 1,1-디메틸프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 30인 것이 바람직하며, 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 -NH2; 모노알킬아민기; 디알킬아민기; N-알킬아릴아민기; 모노아릴아민기; 디아릴아민기; N-아릴헤테로아릴아민기; N-알킬헤테로아릴아민기, 모노헤테로아릴아민기 및 디헤테로아릴아민기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 바이페닐아민기, 안트라세닐아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 디페닐아민기, 디톨릴아민기, N-페닐톨릴아민기, 트리페닐아민기, N-페닐바이페닐아민기; N-페닐나프틸아민기; N-바이페닐나프틸아민기; N-나프틸플루오레닐아민기; N-페닐페난트레닐아민기; N-바이페닐페난트레닐아민기; N-페닐플루오레닐아민기; N-페닐터페닐아민기; N-페난트레닐플루오레닐아민기; N-바이페닐플루오레닐아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 24인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라센기, 페난트렌기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이센기, 플루오렌기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se, Si 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 헤테로고리기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60 또는 탄소수 2 내지 30인 것이 바람직하다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸릴기, 티아졸릴기, 옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 트리아졸릴기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아지닐기, 아크리딜기, 피리다지닐기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸리닐기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도피리미디닐기, 피리도피라지닐기, 피라지노피라지닐기, 이소퀴놀리닐기, 인돌기, 카바졸릴기, 벤즈옥사졸릴기, 벤즈이미다졸릴기, 벤조티아졸릴기, 벤조카바졸릴기, 디벤조카바졸릴기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨란기, 디벤조퓨란기, 벤조실롤기, 디벤조실롤기, 페난트롤리닐기(phenanthrolinyl group), 이소옥사졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기, 페녹사진기 및 이들의 축합구조 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시된다.
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
상기 화학식 1-1 및 1-2에 있어서, R1, R2, Ar1, Ar2 및 Ar3은 화학식 1에서의 정의와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2 중 상기 화학식 2가 아닌 나머지는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2 중 상기 화학식 2가 아닌 나머지는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2 중 상기 화학식 2가 아닌 나머지는 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2 중 상기 화학식 2가 아닌 나머지는 페닐기; 비페닐기; 터페닐기; 또는 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2 중 상기 화학식 2가 아닌 나머지는 페닐기; 또는 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2 중 상기 화학식 2가 아닌 나머지는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2 중 상기 화학식 2가 아닌 나머지는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 36의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 36의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 N, O, 및 S 중 적어도 하나를 포함하는 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 O, 및 S 중 적어도 하나를 포함하는 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3은 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 페난쓰렌기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 치환 또는 비치환된 벤조나프토퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 벤조나프토티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3은 중수소, 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3은 중수소, 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 중수소, 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 비페닐기; 중수소, 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 중수소, 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 페난쓰렌기; 디벤조퓨란기; 디벤조티오펜기; 벤조나프토퓨란기; 또는 벤조나프토티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3은 중수소, 페닐기, 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 중수소, 페닐기, 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 비페닐기; 중수소, 페닐기, 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 중수소, 페닐기, 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 페난쓰렌기; 디벤조퓨란기; 디벤조티오펜기; 벤조나프토퓨란기; 또는 벤조나프토티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3은 중수소, 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 비페닐기; 페닐기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 페난쓰렌기; 디벤조퓨란기; 디벤조티오펜기; 벤조나프토퓨란기; 또는 벤조나프토티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 또는 중수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조식들 중에서 선택된다.
또한, 본 명세서는 상기 전술한 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 출원의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자의 대표 적인 예로서, 유기 발광 소자는 유기물층으로서 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기층을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층의 두께는 100Å 내지 500Å 이고, 바람직하게는 200Å 내지 400Å이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 호스트로 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 도펀트 물질을 더 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물과 도펀트를 1:1 내지 200: 1의 중량비로 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물과 도펀트를 20:1 내지 200: 1의 중량비로 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 도펀트 물질로 파이렌계 화합물, 안트라센계 화합물, 보론계 화합물 등을 포함하며, 이에 한정되지 않는다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 하기 화학식 A-1로 표시되는 화합물을 포함한다
[화학식 A-1]
상기 화학식 A-1에 있어서,
n은 1 이상의 정수이고,
Ar11은 치환 또는 비치환된 1가 이상의 벤조플루오렌기; 치환 또는 비치환된 1가 이상의 플루오란텐기; 치환 또는 비치환된 1가 이상의 파이렌기; 또는 치환 또는 비치환된 1가 이상의 크라이센기이고,
L11은 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이며,
Ar12 및 Ar13는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성할 수 있으며,
n이 2 이상인 경우, 괄호 내의 구조는 서로 같거나 상이하다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 A-1로 표시되는 화합물을 발광층의 도펀트로서 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 L11은 직접결합이다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 n은 2 이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar11은 중수소, 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, 또는 tert-부틸기로 치환 또는 비치환된 2가의 파이렌기; 또는 중수소, 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, 또는 tert-부틸기로 치환 또는 비치환된 2가의 크라이센기이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar11은 메틸기로 치환 또는 비치환된 2가의 파이렌기이다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar12 및 A1r3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기이다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar12 및 Ar13는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 알킬기로 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar12 및 Ar13는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 메틸기, 에틸기 또는 이소프로필기로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 헤테로아릴기이다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar12 및 Ar13는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 메틸기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 디벤조퓨란기이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 A-1은 하기 구조식으로 표시될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공저지층을 포함하고, 상기 정공저지층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층 또는 정공수송층을 포함하고, 상기 정공주입층 또는 정공수송층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 또는 정공 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 정공주입층, 정공수송층, 또는 정공 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함하고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자주입층, 전자수송층, 또는 전자 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 전자주입층, 전자수송층, 또는 전자 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 발광층; 상기 발광층과 상기 제1 전극 사이, 또는 상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 구비된 2층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 2층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 상기 화합물을 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층을 더 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공수송층을 더 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자저지층을 더 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자 주입 및 수송층을 더 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 상기 화합물을 포함하는 유기물층 이외에 아릴아미노기, 카바졸릴기 또는 벤조카바졸릴기를 포함하는 화합물을 포함하는 정공주입층 또는 정공수송층을 더 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조(normal type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 음극, 1층 이상의 유기물층 및 양극이 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
예컨대, 본 출원의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 구조는 도 1 및 2에 예시되어 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화합물은 상기 발광층(3)에 포함될 수 있다.
도 2는 기판(1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 전자저지층(7), 발광층(3), 전자주입 및 수송층(8), 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화합물은 상기 발광층(3)에 포함될 수 있다.
본 출원의 유기 발광 소자는 유기물층 중 1층 이상이 본 출원의 화합물, 즉 상기 화합물을 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.
상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
예컨대, 본 출원의 유기 발광 소자는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical Vapor Deposition)방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질로부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수도 있다 (국제 특허 출원 공개 제 2003/012890호). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 주입층은 전극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 정공 주입효과, 발광층 또는 발광재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 여기자의 전자주입층 또는 전자주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정 되는 것은 아니다.
상기 정공수송층은 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층으로, 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층은 호스트 재료 및 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 화합물, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전자 수송층은 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 층으로 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층은 종래기술에 따라 사용된 바와 같이 임의의 원하는 캐소드 물질과 함께 사용할 수 있다. 특히, 적절한 캐소드 물질의 예는 낮은 일함수를 가지고 알루미늄층 또는 실버층이 뒤따르는 통상적인 물질이다. 구체적으로 세슘, 바륨, 칼슘, 이테르븀 및 사마륨이고, 각 경우 알루미늄 층 또는 실버층이 뒤따른다.
상기 전자주입층은 전극으로부터 전자를 주입하는 층으로, 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공 주입층에의 이동을 방지하고, 또한, 박막형성능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 금속 착체 화합물로서는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 정공저지층은 정공의 음극 도달을 저지하는 층으로, 일반적으로 정공주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP, 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자의 제조는 이하 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 본 명세서의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<제조예>
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기와 같이 9-클로로안트라센에 브로미네이션을 통해 브로모기를 도입하고 스즈키 반응으로 아릴 또는 헤테로 아릴을 도입하였다. 그 후 보릴레이션 반응을 통해 보레이트를 도입하고 최종적으로 페난쓰렌기를 도입하는 과정을 통하여 단계적으로 구체예 상의 화합물들을 합성하였다.
제조예 1-1
화합물 1-A의 합성
9-클로로안트라센 50 g(235 mmol), 클로로포름 500 mL를 혼합하고 0 ℃로 냉각하였다. 브롬 235 mL를 0 ℃에서 천천히 드랍와이즈한 후 3시간 동안 상온에서 교반하였다. 반응 후 소듐사이오설페이트 수용액으로 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1-A (58.3 g)을 얻었다(수율 85%).
MS[M+H]+ = 291
제조예 2-1
화합물 2-A의 합성
1-A 30 g(103 mmol), [1,1'-바이페닐]-4-일보로닉액시드 103 mmol, 테트라하이드로퓨란 200 mL 및 물 100 mL를 혼합하고 60 ℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트(309 mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(2 mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 2-A 33.1 g을 얻었다(수율 88%).
MS[M+H]+ = 365
제조예 2-2
화합물 2-B의 합성
1-A 30 g(103 mmol), [1,1'-바이페닐]-3-일보로닉액시드 103 mmol, 테트라하이드로퓨란 200 mL 및 물 100 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트(309 mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(2 mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 2-B 32.3 g을 얻었다(수율 86%).
MS[M+H]+ = 365
제조예 2-3
화합물 2-C의 합성
1-A 30 g(103 mmol), 나프탈렌-1-일보로닉액시드 103 mmol, 테트라하이드로퓨란 200 mL 및 물 100 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트(309 mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(2 mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 2-C 28.3 g을 얻었다(수율 81%).
MS[M+H]+ = 339
제조예 2-4
화합물 2-D의 합성
1-A 30 g(103 mmol), 다이벤조[b,d]사이오펜-4-일보로닉액시드 103 mmol, 테트라하이드로퓨란 200 mL 및 물 100 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트(309 mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(2 mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 2-D 33.8 g을 얻었다(수율 83%).
MS[M+H]+ = 395
제조예 2-5
화합물 2-E의 합성
1-A 30 g(103 mmol), (페닐-d5)보로닉액시드 103 mmol, 테트라하이드로퓨란 200 mL 및 물 100 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트(309 mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(2 mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 2-E 26.3 g을 얻었다(수율 87%).
MS[M+H]+ = 294
제조예 2-6
화합물 2-F의 합성
1-A 30 g(103 mmol), 다이벤조[b,d]퓨란-2-일보로닉액시드 103 mmol, 테트라하이드로퓨란 200 mL 및 물 100 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트(309 mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(2 mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 2-F 32.8 g을 얻었다(수율 84%).
MS[M+H]+ = 379
제조예 2-7
화합물 2-G의 합성
1-A 30 g(103 mmol), 나프토[2,3-b]벤조퓨란-4-일보로닉액시드 103 mmol, 테트라하이드로퓨란 200 mL 및 물 100 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘카보네이트(309 mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(2 mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 2-G 35.3 g을 얻었다(수율 80%).
MS[M+H]+ = 429
제조예 3-1
화합물 3-A의 합성
2-A 25.5 g(70 mmol), 비스(피나코락토)다이보론 70 mmol, 포타슘아세테이트 140 mmol 및 1,4-다이옥산 250 mL를 혼합하고 100℃로 가열했다. 여기에 팔라듐아세테이트 1mmol%를 첨가하여 리플럭스 상태로 12시간 동안 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응용액을 물로 추출하고 유기층을 증류하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 클로로포름/헥산으로 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 3-A 27.8 g(수율 87%)을 얻었다.
MS[M+H]+ = 457
제조예 3-2
화합물 3-B의 합성
2-B 25.5 g(70 mmol), 비스(피나코락토)다이보론 70 mmol, 포타슘아세테이트 140 mmol 및 1,4-다이옥산 250 mL를 혼합하고 100℃로 가열했다. 여기에 팔라듐아세테이트 1mmol%를 첨가하여 리플럭스 상태로 12시간 동안 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응용액을 물로 추출하고 유기층을 증류하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 클로로포름/헥산으로 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 3-B 28.1 g(수율 88%)을 얻었다.
MS[M+H]+ = 457
제조예 3-3
화합물 3-C의 합성
2-C 23.7 g(70 mmol), 비스(피나코락토)다이보론 70 mmol, 포타슘아세테이트 140 mmol 및 1,4-다이옥산 250 mL를 혼합하고 100℃로 가열했다. 여기에 팔라듐아세테이트 1mmol%를 첨가하여 리플럭스 상태로 12시간 동안 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응용액을 물로 추출하고 유기층을 증류하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 클로로포름/헥산으로 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 3-C 25.6 g(수율 85%)을 얻었다.
MS[M+H]+ = 431
제조예 3-4
화합물 3-D의 합성
2-D 27.6 g(70 mmol), 비스(피나코락토)다이보론 70 mmol, 포타슘아세테이트 140 mmol 및 1,4-다이옥산 250 mL를 혼합하고 100℃로 가열했다. 여기에 팔라듐아세테이트 1mmol%를 첨가하여 리플럭스 상태로 12시간 동안 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응용액을 물로 추출하고 유기층을 증류하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 클로로포름/헥산으로 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 3-D 27.9 g(수율 82%)을 얻었다.
MS[M+H]+ = 487
제조예 3-5
화합물 3-E의 합성
2-E 20.6 g(70 mmol), 비스(피나코락토)다이보론 70 mmol, 포타슘아세테이트 140 mmol 및 1,4-다이옥산 250 mL를 혼합하고 100℃로 가열했다. 여기에 팔라듐아세테이트 1mmol%를 첨가하여 리플럭스 상태로 12시간 동안 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응용액을 물로 추출하고 유기층을 증류하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 클로로포름/헥산으로 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 3-E 23.2 g(수율 86%)을 얻었다.
MS[M+H]+ = 386
제조예 3-6
화합물 3-F의 합성
2-F 26.5 g(70 mmol), 비스(피나코락토)다이보론 70 mmol, 포타슘아세테이트 140 mmol 및 1,4-다이옥산 250 mL를 혼합하고 100℃로 가열했다. 여기에 팔라듐아세테이트 1mmol%를 첨가하여 리플럭스 상태로 12시간 동안 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응용액을 물로 추출하고 유기층을 증류하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 클로로포름/헥산으로 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 3-F 27.6 g(수율 84%)을 얻었다.
MS[M+H]+ = 471
제조예 3-7
화합물 3-G의 합성
2-G 30 g(70 mmol), 비스(피나코락토)다이보론 70 mmol, 포타슘아세테이트 140 mmol 및 1,4-다이옥산 250 mL를 혼합하고 100℃로 가열했다. 여기에 팔라듐아세테이트 1mmol%를 첨가하여 리플럭스 상태로 12시간 동안 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응용액을 물로 추출하고 유기층을 증류하여 고체를 얻었다. 얻어진 고체를 클로로포름/헥산으로 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 3-G 24.6 g(수율 82%)을 얻었다.
MS[M+H]+ = 429
제조예 4-1
화합물
1
의 합성
화합물 3-A 13.7 g(30mmol), 3-클로로-2-페닐페난쓰렌 30mmol, 1,4-다이옥산 100 mL 및 물 50 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘포스페이트(90mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.4mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 1 (11 g)을 얻었다(수율 63%).
MS[M+H]+ = 583
제조예 4-2
화합물
2
의 합성
화합물 3-B 13.7 g(30mmol), 3-클로로-2-페닐페난쓰렌 30mmol, 1,4-다이옥산 100 mL 및 물 50 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘포스페이트(90mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.4mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 2 (11.4 g)을 얻었다(수율 65%).
MS[M+H]+ = 583
제조예 4-3
화합물
3
의 합성
화합물 3-C 12.9 g(30mmol), 3-클로로-2-페닐페난쓰렌 30mmol, 1,4-다이옥산 100 mL 및 물 50 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘포스페이트(90mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.4mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 3 (10.2 g)을 얻었다(수율 61%).
MS[M+H]+ = 557
제조예 4-4
화합물
4
의 합성
화합물 3-D 14.6 g(30mmol), 3-클로로-2-페닐페난쓰렌 30mmol, 1,4-다이옥산 100 mL 및 물 50 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘포스페이트(90mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.4mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 4 (11.6 g)을 얻었다(수율 63%).
MS[M+H]+ = 613
제조예 4-5
화합물
5
의 합성
화합물 3-E 11.6 g(30mmol), 3-클로로-2-페닐페난스렌 30mmol, 1,4-다이옥산 100 mL 및 물 50 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘포스페이트(90mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.4mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 5 (9.8 g)을 얻었다(수율 64%).
MS[M+H]+ = 512
제조예 4-6
화합물
6
의 합성
화합물 3-F 14.1 g(30mmol), 2-클로로-3-페닐페난쓰렌 30mmol, 1,4-다이옥산 100 mL 및 물 50 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘포스페이트(90mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.4mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 6 (10.9 g)을 얻었다(수율 61%).
MS[M+H]+ = 597
제조예 4-7
화합물
7
의 합성
화합물 3-G 15.6 g(30mmol), 2-클로로-3-페닐페난쓰렌 30mmol, 1,4-다이옥산 100 mL 및 물 50 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘포스페이트(90mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.4mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 7 (12.6 g)을 얻었다(수율 65%).
MS[M+H]+ = 647
제조예 4-8
화합물 8의 합성
화합물 3-A 13.7 g(30mmol), 3-클로로-2-(나프탈렌-1-일)페난쓰렌 30mmol, 1,4-다이옥산 100 mL 및 물 50 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘포스페이트(90mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.4mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 8 (11.9 g)을 얻었다(수율 63%).
MS[M+H]+ = 633
제조예 4-9
화합물 9의 합성
화합물 3-A 13.7 g(30mmol), 3-클로로-2-(나프탈렌-2-일)페난쓰렌 30mmol, 1,4-다이옥산 100 mL 및 물 50 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘포스페이트(90mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.4mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 9 (11.6 g)을 얻었다(수율 61%).
MS[M+H]+ = 633
제조예 4-10
화합물 10의 합성
화합물 3-A 13.7 g(30mmol), 2-([1,1'-바이페닐]-3-일)-3-클로로페난쓰렌 30mmol, 1,4-다이옥산 100 mL 및 물 50 mL를 혼합하고 60℃로 가열하였다. 포타슘포스페이트(90mmol) 및 테트라키스트라이페닐포스핀팔라듐(0.4mmol)을 첨가하여 리플럭스 상태로 3시간 교반하였다. 반응 후 실온으로 되돌린 반응 용액에서 유기층을 추출한 후, 클로로포름과 헥산으로 2회 재결정을 실시하여, 화합물 10 (13 g)을 얻었다(수율 66%).
MS[M+H]+ = 659
상기 반응식과 동일한 반응을 이용하여 치환기 종류를 다양하게 도입하여 화학식 1로 표시되는 화합물을 합성할 수 있다.
<실험예>
비교예 1
ITO(indium tin oxide)가 1,000Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다. 이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 화학식의 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌 (hexaazatriphenylene; HAT)를 500Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공 주입층을 형성하였다.
상기 정공 주입층 위에 정공을 수송하는 물질인 하기 화합물 4-4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(NPB)(300Å)를 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
상기 정공 수송층 위에 막 두께 100Å으로 하기 화합물 N-([1,1'-비스페닐]-4-yl)-N-(4-(11-([1,1'-비페닐]-4-yl)-11H-벤조[a]카바졸-5-yl)페닐)-[1,1'-비페닐]-4-아민(EB 1) (100Å)를 진공 증착하여 전자 저지층을 형성하였다.
이어서, 상기 전자 저지층 위에 막 두께 300Å으로 아래와 같은 BH와 BD를 25:1의 중량비로 진공증착하여 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 하기 화합물 ET1과 하기 화합물 LiQ(Lithium Quinolate)를 1:1의 중량비로 진공증착하여 300Å의 두께로 전자 주입 및 수송층을 형성하였다. 상기 전자 주입 및 수송층 위에 순차적으로 12Å두께로 리튬플로라이드(LiF)와 2,000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4~ 0.7Å/sec를 유지하였고, 음극의 리튬플로라이드는 0.3Å/sec, 알루미늄은 2Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2×10-7 ~ 5×10-6 torr를 유지하여, 유기 발광소자를 제작하였다.
[HAT]
[NPB]
실험예 1-1 내지 1-10
상기 비교예 1에서 화합물 BH 대신 상기 제조예 1-1 내지 4-10에서 제조되고, 하기 표 1에 기재된 화합물을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
비교예 1-1 내지 1-3
상기 비교예 1에서 화합물 BH 대신 하기 표 1에 기재된 하기 BH1 내지 BH3의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
비교예 1, 실험예 1-1 내지 1-10 및 비교예 1-1 내지 1-3에 의해 제작된 유기 발광 소자에 전류를 인가하였을 때, 전압, 효율, 색좌표를 측정한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 화합물 (발광층) |
전압 (V@10mA/cm2) |
효율 (cd/A@10mA/cm2) |
색좌표 (x,y) |
| 비교예 1 | BH | 4.4 | 5 | (0.16, 0.19) |
| 실험예 1-1 | 화합물 1 | 4.1 | 13 | (0.15, 0.18) |
| 실험예 1-2 | 화합물 2 | 4.0 | 12 | (0.16, 0.19) |
| 실험예 1-3 | 화합물 3 | 4.0 | 13 | (0.16, 0.18) |
| 실험예 1-4 | 화합물 4 | 4.1 | 11 | (0.15, 0.18) |
| 실험예 1-5 | 화합물 5 | 3.9 | 12 | (0.16, 0.19) |
| 실험예 1-6 | 화합물 6 | 4.0 | 11 | (0.15, 0.18) |
| 실험예 1-7 | 화합물 7 | 3.9 | 13 | (0.15, 0.19) |
| 실험예 1-8 | 화합물 8 | 4.0 | 11 | (0.16, 0.19) |
| 실험예 1-9 | 화합물 9 | 4.0 | 11 | (0.15, 0.19) |
| 실험예 1-10 | 화합물10 | 3.9 | 13 | (0.15, 0.18) |
| 비교예 1-1 | BH1 | 4.2 | 7 | (0.16, 0.20) |
| 비교예 1-2 | BH2 | 4.3 | 6 | (0.16, 0.21) |
| 비교예 1-3 | BH3 | 4.2 | 7 | (0.17, 0.20) |
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 화학식 1의 구조를 코어로 하는 화합물을 사용한 실험예 1-1 내지 1-10 의 소자 모두 비교예 1에서 화합물 BH의 물질을 사용한 소자보다 전압이 낮고, 효율이 올라가는 결과를 얻었다.
또한, 비교예 1-1 내지 1-3의 소자와 비교를 해보면 본원 화학식 1의 화합물을 소자에 적용하는 경우에 전압, 효율 면에서 특성이 모두 향상됨을 알 수 있었다.
상기 표 1의 결과와 같이, 본 발명에 따른 페난쓰렌의 2번 및 3번 위치에 치환기가 결합하는 화합물은 정공 및 전자의 전도도가 높아 저전압, 고효율의 유기 발광 소자 구현이 가능함을 확인할 수 있었다.
1: 기판
2: 양극
3: 발광층
4: 음극
5 : 정공주입층
6 : 정공 수송층
7: 전자저지층
8: 전자주입 및 수송층
2: 양극
3: 발광층
4: 음극
5 : 정공주입층
6 : 정공 수송층
7: 전자저지층
8: 전자주입 및 수송층
Claims (12)
- 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서,
Ar1 및 Ar2 중 하나는 하기 화학식 2로 표시되고,
Ar1 및 Ar2 중 나머지는 페닐기, 나프틸기, 또는 비페닐기이며,
R1 및 R2 는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 중수소이며,
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서, Ar3은 헤테로고리기; 또는 중수소 및 아릴기 중 어느 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 아릴기이다. - 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 것인 화합물:
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
상기 화학식 1-1 및 1-2에 있어서, R1, R2, Ar1, Ar2 및 Ar3은 청구항 1에서의 정의와 동일하다. - 청구항 1에 있어서, 상기 Ar1 및 Ar2 중 상기 화학식 2가 아닌 나머지는 페닐기인 것인 화합물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 Ar3은 중수소 및 아릴기 중 어느 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 중수소 및 아릴기 중 어느 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 비페닐기; 중수소 및 아릴기 중 어느 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 중수소 및 아릴기 중 어느 하나의 치환기로 치환 또는 비치환된 페난쓰렌기; 디벤조퓨란기; 디벤조티오펜기; 벤조나프토퓨란기; 또는 벤조나프토티오펜기인 것인 화합물.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 R1 및 R2는 수소인 것인 화합물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 구조식들 중에서 선택되는 것인 화합물:
- 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 적어도 하나는 청구항 1 내지 4, 6 및 7 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
- 청구항 8에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
- 청구항 8에 있어서, 상기 유기물층은 정공저지층을 포함하고, 상기 정공저지층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
- 청구항 8에 있어서, 상기 유기물층은 전자주입층, 전자수송층, 또는 전자 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 전자주입층, 전자수송층, 또는 전자 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
- 청구항 8에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 또는 정공 주입 및 수송층을 포함하고, 상기 정공주입층, 정공수송층, 또는 정공 주입 및 수송층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
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