KR102334857B1 - 유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압 및 수명을 향상시킬 수 있는 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공한다.
Description
본 발명은 유기전기 소자용 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 유기물층은 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.
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 중요한 요소가 되었고, 효율과 수명 문제 또한 반드시 해결해야 하는 중요한 요소이다.
효율과 수명, 구동전압 등은 서로 연관이 있으며, 효율이 증가되면 상대적으로 구동전압이 떨어지고, 구동전압이 떨어지면서 구동시 발생되는 주울열(Joule heating)에 의한 유기물질의 결정화가 적어져 결과적으로 수명이 높아지는 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 달성 할 수 있기 때문이다.
또한, 최근 유기 전기 발광소자에 있어 정공수송층에서의 발광 문제를 해결 하기 위해서는 반드시 정공수송층과 발광층 사이에 발광보조층이 존재하여야 하며, 각각의 발광층(R, G, B)에 따른 서로 다른 발광보조층의 개발이 필요한 시점이다.
일반적으로 전자수송층에서 발광층으로 전자(electron)가 전달되고 정공(hole)이 정공수송층에서 발광층으로 전달되어 재조합(recombination)에 의해 엑시톤(exciton)이 생성된다.
하지만 정공수송층에 사용되는 물질의 경우 낮은 HOMO 값을 가져야 하기 때문에 대부분 낮은 T1 값을 가지며, 이로 인해 발광층에서 생성된 엑시톤(exciton)이 정공수송층으로 넘어가게 되어 결과적으로 발광층 내 전하 불균형(charge unbalance)을 초래하여 정공수송층 계면에서 발광하게 된다.
정공수송층 계면에서 발광될 경우, 유기전기소자의 색순도 및 효율이 저하되고 수명이 짧아지는 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 정공수송층 HOMO 에너지 준위와 발광층의 HOMO 에너지 준위 사이의 HOMO 준위를 갖는 물질이어야 하며, 높은 T1 값을 가지고, 적당한 구동전압 범위 내(full device의 blue 소자 구동전압 범위 내) 정공 이동도(hole mobility)를 갖는 발광보조층의 개발이 절실히 요구된다.
하지만 이는 단순히 발광보조층 물질의 코어에 대한 구조적 특성으로 이루어 질 수 없으며, 발광보조층 물질의 코어 및 sub-치환기의 특성 그리고 발광보조층과 정공수송층, 발광보조층과 발광층 간의 알맞은 조합이 이루어졌을 때 고효율 및 고수명의 소자가 구현될 수 있는 것이다.
한편, 유기전기소자의 수명단축 원인 중 하나인 양극전극(ITO)으로부터 금속산화물이 유기층으로 침투확산되는 것을 지연시키면서, 소자 구동시 발생되는 주울열(Joule heating)에 대해서도 안정된 특성, 즉 높은 유리 전이온도를 갖는 정공주입/수송층 재료에 대한 개발이 필요하다. 정공수송층 재료의 낮은 유리전이 온도는 소자 구동시, 박막 표면의 균일도를 저하시키는 특성이 있는바, 이는 소자수명에 큰 영향을 미치는 것으로 보고되고 있다.
또한, OLED 소자는 주로 증착 방법에 의해 형성되는데, 증착시 오랫동안 견딜 수 있는 재료, 즉 내열특성이 강한 재료 개발이 필요한 실정이다.
즉, 유기전기소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자 내 유기물층을 이루는 물질, 예컨데 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 계속요구되고 있으며, 특히 발광보조층과 정공수송층의 재료에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 효율적인 전자저지능력 및 정공 수송 능력을 갖는 화합물을 제공함과 동시에, 이러한 화합물을 이용하여 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압, 고내열성, 색순도 및 수명을 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 발명에 따르면, 2개의 아민기가 연결기(바이페닐)로 결합된 구조에서, 한 쪽 아민기에 5환 헤테로고리가 직접 결합된 특정 화합물을 유기전기소자의 재료로 이용함으로써, 정공 수송 능력(hole transfer ability) 및 열적 안정성이 향상되고, 발광층 내에 전하균형을 이루기에 용이한 HOMO 에너지 레벨과 높은 T1 값을 가져 유기전기소자의 발광 효율, 내열성, 수명 등이 향상시킬 수 있고 구동전압을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기전기발광소자의 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에서 사용된 바와 같이, 달리 언급하지 않는 한, 하기 용어의 의미는 하기와 같다.
본 명세서에서 사용된 용어 "할로" 또는 "할로겐"은 다른 설명이 없는 한 불소(F), 브롬(Br), 염소(Cl) 또는 요오드(I)이다.
본 발명에 사용된 용어 "알킬" 또는 "알킬기"는 다른 설명이 없는 한 1 내지 60의 탄소수의 단일결합을 가지며, 직쇄 알킬기, 분지쇄 알킬기, 사이클로알킬(지환족)기, 알킬-치환된 사이클로알킬기, 시클로알킬-치환된 알킬기를 비롯한 포화 지방족 작용기의 라디칼을 의미한다.
본 발명에 사용된 용어 "할로알킬기" 또는 "할로겐알킬기"는 다른 설명이 없는 한 할로겐으로 치환된 알킬기를 의미한다.
본 발명에 사용된 용어 "헤테로알킬기"는 알킬기를 구성하는 탄소 원자 중 하나 이상이 헤테로원자로 대체된 것을 의미한다.
본 발명에 사용된 용어 "알켄일기" 또는 "알킨일기"는 다른 설명이 없는 한 각각 2 내지 60의 탄소수의 이중결합 또는 삼중결합을 가지며, 직쇄형 또는 측쇄형 사슬기를 포함하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "시클로알킬"은 다른 설명이 없는 한 3 내지 60의 탄소수를 갖는 고리를 형성하는 알킬을 의미하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "알콕실기", "알콕시기", 또는 "알킬옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 알킬기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 1 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "알켄옥실기", "알켄옥시기", "알켄일옥실기", 또는 "알켄일옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 알켄일기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 2 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "아릴옥실기" 또는 "아릴옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 아릴기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 6 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "아릴기" 및 "아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 6 내지 60의 탄소수를 가지며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 아릴기 또는 아릴렌기는 단일 고리 또는 다중 고리의 방향족을 의미하며, 이웃한 치환기가 결합 또는 반응에 참여하여 형성된 방향족 고리를 포함한다. 예컨대, 아릴기는 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트라센일기, 플루오렌기, 스파이로플루오렌기, 스파이로바이플루오렌기일 수 있다.
접두사 "아릴" 또는 "아르"는 아릴기로 치환된 라디칼을 의미한다. 예를 들어 아릴알킬기는 아릴기로 치환된 알킬기이며, 아릴알켄일기는 아릴기로 치환된 알켄일기이며, 아릴기로 치환된 라디칼은 본 명세서에서 설명한 탄소수를 가진다.
또한 접두사가 연속으로 명명되는 경우 먼저 기재된 순서대로 치환기가 나열되는 것을 의미한다. 예를 들어, 아릴알콕시기의 경우 아릴기로 치환된 알콕시기를 의미하며, 알콕실카르보닐기의 경우 알콕실기로 치환된 카르보닐기를 의미하며, 또한 아릴카르보닐알켄일기의 경우 아릴카르보닐기로 치환된 알켄일기를 의미하며 여기서 아릴카르보닐기는 아릴기로 치환된 카르보닐기이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로알킬"은 다른 설명이 없는 한 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 알킬을 의미한다. 본 발명에 사용된 용어 "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 아릴기 또는 아릴렌기를 의미하며, 여기에 제한되는 것은 아니며, 단일 고리 및 다중 고리 중 적어도 하나를 포함하며, 이웃한 작용기기가 결합하여 형성될 수도 있다.
본 발명에 사용된 용어 "헤테로고리기"는 다른 설명이 없는 한 하나 이상의 헤테로원자를 포함하고, 2 내지 60의 탄소수를 가지며, 단일 고리 및 다중 고리 중 적어도 하나를 포함하며, 헤테로지방족 고리 및 헤테로방향족 고리를 포함한다. 이웃한 작용기가 결합하여 형성될 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로원자"는 다른 설명이 없는 한 N, O, S, P 또는 Si를 나타낸다.
또한 "헤테로고리기"는, 고리를 형성하는 탄소 대신 SO2를 포함하는 고리도 포함할 수 있다. 예컨대, "헤테로고리기"는 다음 화합물을 포함한다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "지방족"은 탄소수 1 내지 60의 지방족 탄화수소를 의미하며, "지방족고리"는 탄소수 3 내지 60의 지방족 탄화수소 고리를 의미한다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "고리"는 탄소수 3 내지 60의 지방족고리 또는 탄소수 6 내지 60의 방향족고리 또는 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리 또는 이들의 조합으로 이루어진 융합 고리를 말하며, 포화 또는 불포화 고리를 포함한다.
전술한 헤테로화합물 이외의 그 밖의 다른 헤테로화합물 또는 헤테로라디칼은 하나 이상의 헤테로원자를 포함하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "카르보닐"이란 -COR'로 표시되는 것이며, 여기서 R'은 수소, 탄소수 1 내지 20 의 알킬기, 탄소수 6 내지 30 의 아릴기, 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 탄소수 2 내지 20의 알켄일기, 탄소수 2 내지 20의 알킨일기, 또는 이들의 조합인 것이다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "에테르"란 -R-O-R'로 표시되는 것이며, 여기서 R 또는 R'은 각각 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 탄소수 2 내지 20의 알켄일기, 탄소수 2 내지 20의 알킨일기, 또는 이들의 조합인 것이다.
또한 명시적인 설명이 없는 한, 본 발명에서 사용된 용어 "치환 또는 비치환된"에서 "치환"은 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1~C20의 알킬기, C1~C20의 알콕실기, C1~C20의 알킬아민기, C1~C20의 알킬티오펜기, C6~C20의 아릴티오펜기, C2~C20의 알켄일기, C2~C20의 알킨일기, C3~C20의 시클로알킬기, C6~C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6~C20의 아릴기, C8~C20의 아릴알켄일기, 실란기, 붕소기, 게르마늄기, 및 C2~C20의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환됨을 의미하며, 이들 치환기에 제한되는 것은 아니다.
또한 명시적인 설명이 없는 한, 본 발명에서 사용되는 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(110)과 제 2전극(180) 사이에 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 유기물층을 구비한다. 이때, 제 1전극(120)은 애노드(양극)이고, 제 2전극(180)은 캐소드(음극)일 수 있으며, 인버트형의 경우에는 제 1전극이 캐소드이고 제 2전극이 애노드일 수 있다.
유기물층은 제 1전극(120) 상에 순차적으로 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160) 및 전자주입층(170)을 포함할 수 있다. 이때, 발광층(150)을 제외한 나머지 층들이 형성되지 않을 수 있다. 정공저지층, 전자저지층, 발광보조층(151), 버퍼층(141) 등을 더 포함할 수도 있고, 전자수송층(160) 등이 정공저지층의 역할을 할 수도 있을 것이다.
또한, 미도시하였지만, 본 발명에 따른 유기전기소자는 제 1전극과 제 2전극 중 적어도 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 일면에 형성된 보호층 또는 광효율 개선층(Capping layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 유기물층에 적용되는 본 발명에 따른 화합물은 정공주입층(130), 정공수송층(140), 전자수송층(160), 전자주입층(170), 발광층(150)의 호스트 또는 도펀트 또는 광효율 개선층의 재료로 사용될 수 있을 것이다. 바람직하게는, 본 발명의 화합물은 발광층(150)으로 사용될 수 있을 것이다.
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(sub)-치환체의 조합도 아주 중요하며, 특히 각 유기물층 간의 에너지 준위 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 장수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하여 발광층을 형성함으로써 각 유기물층 간의 에너지 레벨(level) 및 T1 값, 물질의 고유특성(mobility, 계면특성 등) 등을 최적화하여 유기전기소자의 수명 및 효율을 동시에 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기발광소자는 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 예컨대, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극(120)을 형성하고, 그 위에 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160) 및 전자주입층(170)을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극(180)으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다.
또한, 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용액 공정 또는 솔벤트 프로세스(solvent process), 예컨대 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정, 롤투롤 공정, 닥터 블레이딩 공정, 스크린 프린팅 공정, 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 유기물층은 다양한 방법으로 형성될 수 있으므로, 그 형성방법에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기전기소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
WOLED(White Organic Light Emitting Device)는 고해상도 실현이 용이하고 공정성이 우수한 한편, 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.
상기 화학식 1에서, X는 NAr1이며, Y는 S 또는 O이며, A환은 C6-C10의 아릴기이며, 적어도 하나의 R5로 치환될 수 있다.
Ar1 내지 Ar4는 서로 독립적으로 C6-C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기; 플루오렌일기; C6-C60의 방향족 고리와 C3-C60의 지방족 고리의 융합고리기; C1-C50의 알킬기; C2-C20의 알켄일기; C2-C20의 알킨일기; C1-C30의 알콕실기; 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택되고,
R1 내지 R5는 서로 독립적으로 중수소; 삼중수소; 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; 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택되고,
복수의 R1 내지 R4가 존재할 경우 서로 독립적으로 이웃한 R1끼리, R2끼리, R3끼리, R4끼리 중 적어도 한쌍이 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 복수의 R1 내지 R4가 고리를 형성하지 않는 R1 내지 R4는 상기에서 정의된 것과 동일할 수 있다.
m, o 및 p는 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, 이들 각각이 2 이상의 정수인 경우, R1, R3 및 R4는 서로 동일하거나 상이할 수 있다. n은 0 내지 3의 정수이며, 2 이상의 정수인 경우, R2는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 Ar1 내지 Ar4 및 R1 내지 R5가 아릴기, 플루오렌일기, 헤테로고리기, 융합고리기, 알킬기, 알켄일기, 알킨일기, 알콕시기, 아릴옥시기인 경우, 이들 각각은 중수소; 할로겐; C1-C20의 알킬기 또는 C6-C20의 아릴기로 치환 또는 비치환된 실란기; 실록산기; 붕소기; 게르마늄기; 시아노기; 니트로기; C1-C20의 알킬싸이오기; C1-C20의 알콕실기; 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; 및 C8-C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더욱 치환될 수 있으며, 이들 각 치환기가 인접한 경우 이들은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
여기서, 상기 아릴기인 경우 탄소수는 6~60, 바람직하게는 탄소수 6~40, 보다 바람직하게는 탄소수 6~30의 아릴기일 수 있으며, 상기 헤테로고리기인 경우 탄소수는 2~60, 바람직하게는 탄소수 2~30, 보다 바람직하게는 탄소수 2~20의 헤테로고리일 수 있으며, 상기 알킬기인 경우 탄소수는 1~50, 바람직하게는 탄소수 1~30, 보다 바람직하게는 탄소수 1~20, 특히 바람직하게는 탄소수 1~10의 알킬기일 수 있다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 화학식 11 중 하나로 표시될 수 있다.
상기 화학식 2 내지 화학식 11에서,
q는 0 내지 2의 정수이며,
r은 0 내지 4의 정수이며,
이들 각각이 2 이상의 정수인 경우, R5는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
X, Y, R1 내지 R5, Ar1 내지 Ar4, R1 내지 R5, m, n, o 및 p은 화학식 1에서 정의된 것과 동일하다.
상기 화학식 1의 
이 하기 화학식 a-1 내지 화학식 a-9 중 하나로 표시될 수 있다.
상기 화학식 a-1 내지 화학식 a-9에서, R3, R4, o 및 p은 화학식 1에서 정의된 것과 동일할 수 있다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 12 내지 화학식 17 중 하나로 표시될 수 있다.
상기 화학식 12 내지 화학식 17에서, q는 0 내지 2의 정수이며, 2 이상의 정수인 경우, R5는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
X, Y, R1 내지 R5, Ar1 내지 Ar4, R1 내지 R5, m, n, o 및 p은 화학식 1에서 정의된 것과 동일할 수 있다.
상기 Ar2 내지 Ar4 중 적어도 하나가 화학식 b로 표시될 수 있다.
상기 화학식 b에서,
Z는 서로 독립적으로 S, O, CRaRb, NRc이며,
여기서 Ra 내지 Rc는 서로 독립적으로 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; 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택되며,
Ra 및 Rb는 서로 결합하여 이들이 결합된 탄소와 함께 스파이로 화합물을 형성할 수 있고,
R6 및 R7은 서로 독립적으로 중수소; 삼중수소; 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; 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택되고, 복수의 R4 및 R5가 존재할 경우 서로 독립적으로 이웃한 R4끼리, R5끼리 중 적어도 한쌍이 결합하여 고리를 형성할 수 있으며, 고리를 형성하지 않는 R4 및 R5는 상기에서 정의된 것과 동일할 수 있다.
이때 s은 0 내지 4의 정수이며, 2 이상의 정수인 경우, R6는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
t는 0 내지 3의 정수이며, 2 이상의 정수인 경우, R7는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 전술한 아릴기 또는 아릴렌기일 경우, 구체적으로 아릴기 또는 아릴렌기는 서로 독립적으로 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 페난트릴기 또는 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 나프틸렌기 또는 페난트릴렌기 등일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물들 중 어느 하나일 수 있으며, 하기 화합물에만 한정하는 것은 아니다.
다른 실시예로서, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 유기전기소자용 화합물을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하는 유기전기소자를 제공한다.
이때, 유기전기소자는 제 1전극; 제 2전극; 및 상기 제 1전극과 제2전극 사이에 위치하는 유기물층;을 포함할 수 있으며, 유기물층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있으며, 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기물층의 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나의 층에 함유될 수 있을 것이다. 특히 화학식 1로 표시되는 화합물은 정공수송층 또는 발광보조층에 포함될 수 있다.
즉, 화학식 1로 표시되는 화합물은 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송층 또는 전자주입층의 재료로 사용될 수 있다. 특히 화학식 1로 표시되는 화합물은 발광층의 재료로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 유기물층에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 중 하나를 포함하는 유기전기소자를 제공하고, 보다 구체적으로, 상기 유기물층에 상기 개별 화학식(P-1 내지 P-128)로 표시되는 화합물을 포함하는 유기전기소자를 제공한다.
또 다른 실시예에서, 상기 유기물층의 상기 정공주입층, 상기 정공수송층, 상기 발광보조층, 상기 발광층, 상기 전자수송층 및 상기 전자주입층 중 적어도 하나의 층에, 상기 화합물이 단독으로 함유되거나, 상기 화합물이 서로 다른 2종 이상의 조합으로 함유되거나, 상기 화합물이 다른 화합물과 2종 이상의 조합으로 함유된 것을 특징으로 하는 유기전기소자를 제공한다. 다시 말해서, 각각의 층들에는 화학식 1에 해당하는 화합물이 단독으로 포함될 수 있고, 2종 이상의 화학식 1의 화합물들의 혼합물이 포함될 수 있으며, 청구항 1항 내지 6항의 화합물과, 본 발명에 해당하지 않는 화합물과의 혼합물이 포함될 수 있다. 여기서 본 발명에 해당하지 않는 화합물은 단일의 화합물일 수 있고, 2종 이상의 화합물들일 수도 있다. 이때 상기 화합물이 다른 화합물과 2종 이상의 조합으로 함유될 경우 다른 화합물은 각 유기물층의 이미 알려진 화합물일 수도 있고, 앞으로 개발될 화합물 등일 수 있다. 이때 상기 유기물층에 함유된 화합물은 동종의 화합물로만 이루어질 수도 있지만, 화학식 1로 표시되는 이종의 화합물이 2이상 혼합된 혼합물일 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 본 발명은 상기 제 1전극의 일측면 중 상기 유기물층과 반대되는 일측 또는 상기 제 2전극의 일측면 중 상기 유기물층과 반대되는 일측 중 적어도 하나에 형성되는 광효율 개선층을 더 포함하는 유기전기소자를 제공한다.
이하에서, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물의 합성예 및 유기전기소자의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[
합성예
]
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물(final products)은 하기 반응식 1과 같이 Sub 1과 Sub 2를 반응시켜 합성되며, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때 A환, Y, R1 내지 R4, Ar1 내지 Ar4, m, n, o 및 p는 화학식 1에서 정의된 것과 동일하다.
<반응식 1>
I. Sub 1의 합성
상기 반응식 1의 Sub 1은 하기 반응식 2의 반응경로에 의해 합성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때 Hal1 내지 Hal3는 Br 또는 I이다.
<반응식 2>
Sub 1에 속하는 구체적 화합물의 합성예는 다음과 같다.
1.
Sub
1-2
합성예
<반응식 3>
(1) Sub 1-I-2 합성
출발물질인 dibenzo[b,d]thiophen-1-ylboronic acid (30.07 g, 131.85 mmol)를 둥근바닥플라스크에 THF (480ml)로 녹인 후에, 4-bromo-2-iodo-1-nitrobenzene (51.88 g, 158.21 mmol), Pd(PPh3)4 (7.62 g, 6.59 mmol), NaOH (15.82 g, 395.54 mmol), 물 (240ml)을 첨가하고 80°C에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 36.98 g (수율: 73%)을 얻었다.
(2) Sub 1-II-2 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-I-2 (36.98 g, 96.24 mmol)를 둥근바닥플라스크에 o-dichlorobenzene (840ml)으로 녹인 후에, triphenylphosphine (63.11 g, 240.60 mmol)을 첨가하고 200°C에서 교반하였다. 반응이 완료되면 증류를 통해 o-dichlorobenzene을 제거하고 CH2Cl2와 물로 추출하였다. 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 21.02 g (수율: 62%)를 얻었다.
(3) Sub 1-III-2 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-II-2 (21.02 g, 59.67 mmol)을 둥근바닥플라스크에 nitrobenzene (370ml)으로 녹인 후, iodobenzene (18.26 g, 89.51 mmol), Na2SO4 (8.48 g, 59.67 mmol), K2CO3 (8.25 g, 59.67 mmol), Cu (1.14 g, 17.90 mmol)를 첨가하고 200°C에서 교반하였다. 반응이 완료되면 증류를 통해 nitrobenzene을 제거하고 CH2Cl2와 물로 추출하였다. 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 17.38 g (수율: 68%)를 얻었다.
(4) Sub 1-IV-2 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-III-2 (17.38 g, 40.58 mmol)을 둥근바닥플라스크에 toluene (285ml)으로 녹인 후에, aniline (4.16 g, 44.63 mmol), Pd2(dba)3 (1.11 g, 1.22 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.2ml, 2.43 mmol), NaOt-Bu (11.70 g, 121.73 mmol)을 첨가하고 80°C에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 15.37 g (수율: 86%)를 얻었다.
(5) Sub 1-2 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-IV-2 (15.37 g, 34.89 mmol)을 둥근바닥플라스크에 toluene (290ml)으로 녹인 후에, 4,4'-dibromo-1,1'-biphenyl (16.33 g, 52.33 mmol), Pd2(dba)3 (0.96 g, 1.05 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.0ml, 2.09 mmol), NaOt-Bu (10.06 g, 104.66 mmol)을 첨가하고 80°C에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 16.40 g (수율: 70%)를 얻었다.
2. Sub 1-6
합성예
<반응식 4>
(1) Sub 1-I-6 합성
출발물질인 (4-phenyldibenzo[b,d]thiophen-3-yl)boronic acid (50.53 g, 166.12 mmol)에 4-bromo-2-iodo-1-nitrobenzene (65.37 g, 199.35 mmol), Pd(PPh3)4 (9.60 g, 8.31 mmol), NaOH (19.93 g, 498.37 mmol), THF (610ml), 물 (305ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-I-2 합성법을 사용하여 생성물 46.65 g (수율: 61%)을 얻었다.
(2) Sub 1-II-6 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-I-6 (46.65 g, 101.34 mmol)에 triphenylphosphine (66.45 g, 253.35 mmol), o-dichlorobenzene (890ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-II-2 합성법을 사용하여 생성물 26.04 g (수율: 60%)를 얻었다.
(3) Sub 1-III-6 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-II-6 (26.04 g, 60.79 mmol)에 1-iodobenzene (18.60 g, 91.19 mmol), Na2SO4 (8.64 g, 60.79 mmol), K2CO3 (8.40 g, 60.79 mmol), Cu (1.16 g, 18.24 mmol), nitrobenzene (380ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-III-2 합성법을 사용하여 생성물 21.47 g (수율: 70%)를 얻었다.
(4) Sub 1-IV-6 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-III-6 (21.47 g, 42.56 mmol)에 4-fluoroaniline (5.20 g, 46.82 mmol), Pd2(dba)3 (1.17g, 1.28 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.2ml, 2.55 mmol), NaOt-Bu (12.27 g, 127.69 mmol), toluene (300ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-IV-2 합성법을 사용하여 생성물 17.29 g (수율: 76%)를 얻었다.
(5) Sub 1-6 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-IV-6 (17.29 g, 32.34 mmol)에 4,4'-dibromo-1,1'-biphenyl-d8 (15.53 g, 48.51 mmol), Pd2(dba)3 (0.89 g, 0.97 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.9ml, 1.94 mmol), NaOt-Bu (9.32 g, 97.02 mmol), toluene (270ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-2 합성법을 사용하여 생성물16.02 g (수율: 64%)를 얻었다.
3. Sub 1-9
합성예
<반응식 5>
(1) Sub 1-I-9 합성
출발물질인 benzo[b]naphtho[1,2-d]thiophen-5-ylboronic acid (37.59 g, 135.15 mmol)에 4-bromo-2-iodo-1-nitrobenzene (53.18 g, 162.18 mmol), Pd(PPh3)4 (7.81 g, 6.76 mmol), NaOH (16.22 g, 405.46 mmol), THF (500ml), 물 (250ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-I-2 합성법을 사용하여 생성물 41.09 g (수율: 70%)을 얻었다.
(2) Sub 1-II-9 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-I-9 (41.09 g, 94.61 mmol)에 triphenylphosphine (62.04 g, 236.52 mmol), o-dichlorobenzene (830ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-II-2 합성법을 사용하여 생성물 24.74 g (수율: 65%)를 얻었다.
(3) Sub 1-III-9 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-II-9 (24.74 g, 61.49 mmol)에 1-iodobenzene (18.82 g, 92.24 mmol), Na2SO4 (8.73 g, 61.49 mmol), K2CO3 (8.50 g, 61.49 mmol), Cu (1.17 g, 18.45 mmol), nitrobenzene (385ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-III-2 합성법을 사용하여 생성물 21.48 g (수율: 73%)를 얻었다.
(4) Sub 1-IV-9 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-III-9 (21.48 g, 44.90 mmol)에 dibenzo[b,d]thiophen-3-amine (9.84 g, 49.39 mmol), Pd2(dba)3 (1.23 g, 1.35 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.3ml, 2.69 mmol), NaOt-Bu (12.95 g, 134.70 mmol), toluene (315ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-IV-2 합성법을 사용하여 생성물 20.90 g (수율: 78%)를 얻었다.
(5) Sub 1-9 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-IV-9 (20.90 g, 35.02 mmol)에 4,4'-dibromo-1,1'-biphenyl (16.39 g, 52.53 mmol), Pd2(dba)3 (0.96 g, 1.05 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.0ml, 2.10 mmol), NaOt-Bu (10.10 g, 105.07 mmol), toluene (290ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-2 합성법을 사용하여 생성물 20.01 g (수율: 69%)를 얻었다.
4. Sub 1-38
합성예
<반응식 6>
(1) Sub 1-I-38 합성
출발물질인 dibenzo[b,d]thiophen-4-ylboronic acid (55.31 g, 242.51 mmol)에 4-bromo-1-iodo-2-nitrobenzene (95.42 g, 291.02 mmol), Pd(PPh3)4 (14.01 g, 12.13 mmol), NaOH (29.10 g, 727.54 mmol), THF (890ml), 물 (445ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-I-2 합성법을 사용하여 생성물 69.89 g (수율: 75%)을 얻었다.
(2) Sub 1-II-38 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-I-38 (69.89 g, 181.89 mmol)에 triphenylphosphine (119.27 g, 454.72 mmol), o-dichlorobenzene (1590ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-II-2 합성법을 사용하여 생성물 43.57 g (수율: 68%)를 얻었다.
(3) Sub 1-III-38 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-II-38 (43.57 g, 123.69 mmol)에 1-iodobenzene (37.85 g, 185.54 mmol), Na2SO4 (17.57 g, 123.69 mmol), K2CO3 (17.10 g, 123.69 mmol), Cu (2.36 g, 37.11 mmol), nitrobenzene (770ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-III-2 합성법을 사용하여 생성물 38.15 g (수율: 72%)를 얻었다.
(4) Sub 1-IV-38 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-III-38 (38.15 g, 89.06 mmol)에 aniline (9.12 g, 97.97 mmol), Pd2(dba)3 (2.45 g, 2.67 mmol), 50% P(t-Bu)3 (2.6ml, 5.34 mmol), NaOt-Bu (25.68 g, 267.19 mmol), toluene (620ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-IV-2 합성법을 사용하여 생성물 33.35 g (수율: 85%)를 얻었다.
(5) Sub 1-38 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-IV-38 (15.04 g, 34.14 mmol)에 2-bromo-4'-iodo-1,1'-biphenyl (18.38 g, 51.21 mmol), Pd2(dba)3 (0.94 g, 1.02 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.0ml, 2.05 mmol), NaOt-Bu (9.84 g, 102.42 mmol), toluene (285ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-2 합성법을 사용하여 생성물 17.43 g (수율: 76%)를 얻었다.
5. Sub 1-42
합성예
<반응식 7>
(1) Sub 1-I'-42 합성
출발물질인 (1-nitrodibenzo[b,d]thiophen-2-yl)boronic acid (20.73 g, 75.91 mmol)에 1,4-dibromobenzene (21.49 g, 91.10 mmol), Pd(PPh3)4 (4.39 g, 3.80 mmol), NaOH (9.11 g, 227.74 mmol), THF (280ml), 물 (140ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-I-2 합성법을 사용하여 생성물 24.79 g (수율: 85%)을 얻었다.
(2) Sub 1-II-42 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-I'-42 (24.79 g, 64.52 mmol)에 triphenylphosphine (42.30 g, 161.29 mmol), o-dichlorobenzene (565ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-II-2 합성법을 사용하여 생성물 15.91 g (수율: 70%)를 얻었다.
(3) Sub 1-III-42 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-II-42 (15.91 g, 45.17 mmol)에 1-iodobenzene (13.82 g, 67.75 mmol), Na2SO4 (6.42 g, 45.17 mmol), K2CO3 (6.24 g, 45.17 mmol), Cu (0.86 g, 13.55 mmol), nitrobenzene (280ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-III-2 합성법을 사용하여 생성물 14.32 g (수율: 74%)를 얻었다.
(4) Sub 1-IV-42 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-III-42 (14.32 g, 33.43 mmol)에 aniline (3.42 g, 36.77 mmol), Pd2(dba)3 (0.92 g, 1.00 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.0ml, 2.01 mmol), NaOt-Bu (9.64 g, 100.29 mmol), toluene (235ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-IV-2 합성법을 사용하여 생성물 12.08 g (수율: 82%)를 얻었다.
(5) Sub 1-42 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-IV-42 (12.08 g, 27.42 mmol)에 3,3'-dibromo-1,1'-biphenyl (12.83 g, 41.13 mmol), Pd2(dba)3 (0.75 g, 0.82 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.8ml, 1.65 mmol), NaOt-Bu (7.91 g, 82.26 mmol), toluene (230ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-2 합성법을 사용하여 생성물13.08 g (수율: 71%)를 얻었다.
6. Sub 1-64
합성예
<반응식 8>
(1) Sub 1-I'-64 합성
출발물질인 (3-nitrodibenzo[b,d]thiophen-2-yl)boronic acid (40.59 g, 148.64 mmol)에 1,4-dibromobenzene (42.08 g, 178.37 mmol), Pd(PPh3)4 (8.59 g, 7.43 mmol), NaOH (17.84 g, 445.93 mmol), THF (540ml), 물 (270ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-I-2 합성법을 사용하여 생성물 50.26 g (수율: 88%)을 얻었다.
(2) Sub 1-II-64 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-I'-64 (50.26 g, 130.80 mmol)에 triphenylphosphine (85.77 g, 327.00 mmol), o-dichlorobenzene (1140ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-II-2 합성법을 사용하여 생성물 29.95 g (수율: 65%)를 얻었다.
(3) Sub 1-III-64 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-II-64 (29.95 g, 85.02 mmol)에 3-iododibenzo[b,d]thiophene (39.56 g, 127.54 mmol), Na2SO4 (12.08 g, 85.02 mmol), K2CO3 (11.75 g, 85.02 mmol), Cu (1.62 g, 25.51 mmol), nitrobenzene (530ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-III-2 합성법을 사용하여 생성물 27.72 g (수율: 61%)를 얻었다.
(4) Sub 1-IV-64 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-III-64 (27.72 g, 51.86 mmol)에 aniline (5.31 g, 57.05 mmol), Pd2(dba)3 (1.42 g, 1.56 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.5ml, 3.11 mmol), NaOt-Bu (14.95 g, 155.59 mmol), toluene (360ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-IV-2 합성법을 사용하여 생성물 21.55 g (수율: 76%)를 얻었다.
(5) Sub 1-64 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-IV-64 (21.55 g, 39.42 mmol)에 2,2'-dibromo-1,1'-biphenyl (18.45 g, 59.13 mmol), Pd2(dba)3 (1.08 g, 1.18 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.2ml, 2.37 mmol), NaOt-Bu (11.37 g, 118.25 mmol), toluene (330ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-2 합성법을 사용하여 생성물 18.40 g (수율: 60%)를 얻었다.
7. Sub 1-81
합성예
<반응식 9>
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-IV-38 (14.93 g, 33.89 mmol)에 3'-bromo-2-iodo-1,1'-biphenyl (18.25 g, 50.83 mmol), Pd2(dba)3 (0.93 g, 1.02 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.0ml, 2.03 mmol), NaOt-Bu (9.77 g, 101.67 mmol), toluene (280ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-2 합성법을 사용하여 생성물 14.79 g (수율: 65%)를 얻었다.
8. Sub 1-107
합성예
<반응식 10>
(1) Sub 1-I-107 합성
출발물질인 dibenzo[b,d]furan-4-ylboronic acid (22.63 g, 106.74 mmol)에 4-bromo-1-iodo-2-nitrobenzene (42.00 g, 128.09 mmol), Pd(PPh3)4 (6.17 g, 5.34 mmol), NaOH (12.81 g, 320.22 mmol), THF (390ml), 물 (195ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-I-2 합성법을 사용하여 생성물 29.08 g (수율: 74%)을 얻었다.
(2) Sub 1-II-107 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-I-107 (29.08 g, 78.98 mmol)에 triphenylphosphine (51.79 g, 197.46 mmol), o-dichlorobenzene (690ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-II-2 합성법을 사용하여 생성물 16.73 g (수율: 63%)를 얻었다.
(3) Sub 1-III-107 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-II-107 (16.73 g, 49.77 mmol)에 1-iodobenzene (15.23 g, 74.65 mmol), Na2SO4 (7.07 g, 49.77 mmol), K2CO3 (6.88 g, 49.77 mmol), Cu (0.95 g, 14.93 mmol), nitrobenzene (310ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-III-2 합성법을 사용하여 생성물 13.54 g (수율: 66%)를 얻었다.
(4) Sub 1-IV-107 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-III-107 (13.54 g, 32.84 mmol)에 aniline (3.36 g, 36.13 mmol), Pd2(dba)3 (0.90 g, 0.99 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.0ml, 1.97 mmol), NaOt-Bu (9.47 g, 98.53 mmol), toluene (230ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-IV-2 합성법을 사용하여 생성물 11.15 g (수율: 80%)를 얻었다.
(5) Sub 1-107 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-IV-107 (11.15 g, 26.27 mmol)에 3-bromo-4'-iodo-1,1'-biphenyl (14.14 g, 39.40 mmol), Pd2(dba)3 (0.72 g, 0.79 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.8ml, 1.58 mmol), NaOt-Bu (7.57 g, 78.80 mmol), toluene (220ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-2 합성법을 사용하여 생성물 13.26 g (수율: 77%)를 얻었다.
9. Sub 1-111
합성예
<반응식 11>
(1) Sub 1-I'-111 합성
출발물질인 (3-nitrodibenzo[b,d]furan-2-yl)boronic acid (25.16 g, 97.90 mmol)에 1,4-dibromobenzene (27.71 g, 117.47 mmol), Pd(PPh3)4 (5.66 g, 4.89 mmol), NaOH (11.75 g, 293.69 mmol), THF (360ml), 물 (180ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-I-2 합성법을 사용하여 생성물 31.36 g (수율: 87%)을 얻었다.
(2) Sub 1-II-111 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-I'-111 (31.36 g, 85.18 mmol)에 triphenylphosphine (55.85 g, 212.94 mmol), o-dichlorobenzene (745ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-II-2 합성법을 사용하여 생성물 18.33 g (수율: 64%)를 얻었다.
(3) Sub 1-III-111 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-II-111 (18.33 g, 54.52 mmol)에 4-iodo-1,1'-biphenyl (22.91 g, 81.79 mmol), Na2SO4 (7.74 g, 54.52 mmol), K2CO3 (7.54 g, 54.52 mmol), Cu (1.04 g, 16.36 mmol), nitrobenzene (340ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-III-2 합성법을 사용하여 생성물 17.31 g (수율: 65%)를 얻었다.
(4) Sub 1-IV-111 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-III-111 (17.31 g, 35.44 mmol)에 [1,1'-biphenyl]-4-amine (6.60 g, 38.99 mmol), Pd2(dba)3 (0.97 g, 1.06 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.0ml, 2.13 mmol), NaOt-Bu (10.22 g, 106.33 mmol), toluene (250ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-IV-2 합성법을 사용하여 생성물 16.35 g (수율: 80%)를 얻었다.
(5) Sub 1-111 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-IV-111 (16.35 g, 28.35 mmol)에 2-bromo-3'-iodo-1,1'-biphenyl (15.27 g, 42.53 mmol), Pd2(dba)3 (0.78 g, 0.85 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.8ml, 1.70 mmol), NaOt-Bu (8.17 g, 85.06 mmol), toluene (235ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-2 합성법을 사용하여 생성물 16.72 g (수율: 73%)를 얻었다.
10. Sub 1-118
합성예
<반응식 12>
(1) Sub 1-I'-118 합성
출발물질인 (4-nitrodibenzo[b,d]furan-3-yl)boronic acid (46.04 g, 179.14 mmol)에 1-bromo-2-iodobenzene (60.81 g, 214.96 mmol), Pd(PPh3)4 (10.35 g, 8.96 mmol), NaOH (21.50 g, 537.41 mmol), THF (660ml), 물 (330ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-I-2 합성법을 사용하여 생성물 52.10 g (수율: 79%)을 얻었다.
(2) Sub 1-II-118 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-I'-118 (52.10 g, 141.51 mmol)에 triphenylphosphine (92.79 g, 353.77 mmol), o-dichlorobenzene (1240ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-II-2 합성법을 사용하여 생성물 28.54 g (수율: 60%)를 얻었다.
(3) Sub 1-III-118 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-II-118 (28.54 g, 84.89 mmol)에 4-iodo-1,1'-biphenyl (35.67 g, 127.34 mmol), Na2SO4 (12.06 g, 84.89 mmol), K2CO3 (11.73 g, 84.89 mmol), Cu (1.62 g, 25.47 mmol), nitrobenzene (530ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-III-2 합성법을 사용하여 생성물 26.12 g (수율: 63%)를 얻었다.
(4) Sub 1-IV-118 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-III-118 (26.12 g, 53.48 mmol)에 pyridin-3-amine (5.54 g, 58.83 mmol), Pd2(dba)3 (1.47 g, 1.60 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.6ml, 3.21 mmol), NaOt-Bu (15.42 g, 160.45 mmol), toluene (370ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-IV-2 합성법을 사용하여 생성물 20.12 g (수율: 75%)를 얻었다.
(5) Sub 1-118 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-IV-118 (20.12 g, 40.11 mmol)에 4'-bromo-2-iodo-1,1'-biphenyl (21.60 g, 60.17 mmol), Pd2(dba)3 (1.10 g, 1.20 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.2ml, 2.41 mmol), NaOt-Bu (11.57 g, 120.34 mmol), toluene (330ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-2 합성법을 사용하여 생성물 18.22 g (수율: 62%)를 얻었다.
11. Sub 1-119
합성예
<반응식 13>
(1) Sub 1-I'-119 합성
출발물질인 (2-nitrodibenzo[b,d]furan-3-yl)boronic acid (23.29 g, 90.62 mmol)에 1,4-dibromobenzene (25.65 g, 108.74 mmol), Pd(PPh3)4 (5.24 g, 4.53 mmol), NaOH (10.87 g, 271.86 mmol), THF (330ml), 물 (165ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-I-2 합성법을 사용하여 생성물 27.69 g (수율: 83%)을 얻었다.
(2) Sub 1-II-119 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-I'-119 (27.69 g, 75.21 mmol)에 triphenylphosphine (49.32 g, 188.02 mmol), o-dichlorobenzene (660ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-II-2 합성법을 사용하여 생성물 16.18 g (수율: 64%)를 얻었다.
(3) Sub 1-III-119 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-II-119 (16.18 g, 48.13 mmol)에 1-iodobenzene (14.73 g, 72.19 mmol), Na2SO4 (6.84 g, 48.13 mmol), K2CO3 (6.65 g, 48.13 mmol), Cu (0.92 g, 14.44 mmol), nitrobenzene (300ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-III-2 합성법을 사용하여 생성물 13.29 g (수율: 67%)를 얻었다.
(4) Sub 1-IV-119 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-III-119 (13.29 g, 32.24 mmol)에 dibenzo[b,d]thiophen-2-amine (7.07 g, 35.46 mmol), Pd2(dba)3 (0.89 g, 0.97 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.9ml, 1.93 mmol), NaOt-Bu (9.29 g, 96.71 mmol), toluene (225ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-IV-2 합성법을 사용하여 생성물 13.34 g (수율: 78%)를 얻었다.
(5) Sub 1-119 합성
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-IV-119 (13.34 g, 25.14 mmol)에 4'-bromo-3-iodo-1,1'-biphenyl (13.54 g, 37.71 mmol), Pd2(dba)3 (0.69 g, 0.75 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.7ml, 1.51 mmol), NaOt-Bu (7.25 g, 75.42 mmol), toluene (210ml)을 첨가하고 상기 Sub 1-2 합성법을 사용하여 생성물 14.36 g (수율: 75%)를 얻었다.
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.
II. Sub 2의 합성
상기 반응식 1의 Sub 2는 하기 반응식 14의 반응경로에 의해 합성될 수 있다.
<반응식 14>
본 출원인의 한국등록특허 제10-1251451호 (2013.04.05일자 등록공고)와 제 10-1298483호 (2013.08.21일자 등록공고)에 개시된 합성 방법을 사용한 예로 Sub 2-54의 합성예를 반응식 14-1을 참조하여 예시적으로 설명하나, 다른 Sub 2도 동일한 합성 방법이 사용된다.
Sub 2-54 합성예
<반응식 14-1>
출발물질인 2-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene (40.24 g, 147 mmol)을 둥근바닥플라스크에 toluene (1470ml)으로 녹인 후에, aniline (49.86 g, 295 mmol), Pd2(dba)3 (4.04 g, 4.4 mmol), 50% P(t-Bu)3 (4.3ml, 8.8 mmol), NaOt-Bu (42.38 g, 441 mmol)을 첨가하고 40°C에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 38.26 g (수율: 72%)를 얻었다.
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.
II. Product 합성
Sub 1 (1 당량)을 둥근바닥플라스크에 Toluene으로 녹인 후에, Sub 2 (1 당량), Pd2(dba)3 (0.03 당량), (t-Bu)3P (0.06 당량), NaOt-Bu (3 당량)을 100°C에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 최종 생성물(final product)를 얻었다.
1. P-4
합성예
<반응식 15>
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-9 (9.95 g, 12.02 mmol)을 둥근바닥플라스크에 toluene (120ml)으로 녹인 후에, Sub 2-1 (2.03 g, 12.02 mmol), Pd2(dba)3 (0.33 g, 0.36 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.4ml, 0.72 mmol), NaOt-Bu (3.47 g, 36.06 mmol)을 첨가하고 100℃에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 8.48 g (수율: 77%)를 얻었다.
2. P-8
합성예
<반응식 16>
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-2 (8.12 g, 12.09 mmol)에 Sub 2-1 (2.05 g, 12.09 mmol), Pd2(dba)3 (0.33 g, 0.36 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.4ml, 0.73 mmol), NaOt-Bu (3.49 g, 36.27 mmol), toluene (120ml)을 첨가하고 상기 P-4 합성법을 사용하여 생성물 7.44 g (수율: 81%)를 얻었다.
3. P-12
합성예
<반응식 17>
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-6 (7.71 g, 9.96 mmol)에 Sub 2-62 (3.33 g, 9.96 mmol), Pd2(dba)3 (0.27 g, 0.30 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.3ml, 0.60 mmol), NaOt-Bu (2.87 g, 29.89 mmol), toluene (100ml)을 첨가하고 상기 P-4 합성법을 사용하여 생성물 7.37 g (수율: 72%)를 얻었다.
4. P-44
합성예
<반응식 18>
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-38 (8.38 g, 12.48 mmol)에 Sub 2-62 (4.17 g, 12.48 mmol), Pd2(dba)3 (0.34 g, 0.37 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.4ml, 0.75 mmol), NaOt-Bu (3.60 g, 37.43 mmol), toluene (125ml)을 첨가하고 상기 P-4 합성법을 사용하여 생성물 7.96 g (수율: 69%)를 얻었다.
5. P-46
합성예
<반응식 19>
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-42 (6.35 g, 9.45 mmol)에 Sub 2-34 (3.46 g, 9.45 mmol), Pd2(dba)3 (0.26 g, 0.28 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.3ml, 0.57 mmol), NaOt-Bu (2.73 g, 28.36 mmol), toluene (95ml)을 첨가하고 상기 P-4 합성법을 사용하여 생성물 7.05 g (수율: 78%)를 얻었다.
6. P-67
합성예
<반응식 20>
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-64 (8.97 g, 11.53 mmol)에 Sub 2-54 (4.17 g, 11.53 mmol), Pd2(dba)3 (0.32 g, 0.35 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.3ml, 0.69 mmol), NaOt-Bu (3.33 g, 34.60 mmol), toluene (115ml)을 첨가하고 상기 P-4 합성법을 사용하여 생성물 7.93 g (수율: 65%)를 얻었다.
7. P-82
합성예
<반응식 21>
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-81 (7.29 g, 10.85 mmol)에 Sub 2-15 (3.21 g, 10.85 mmol), Pd2(dba)3 (0.30 g, 0.33 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.3ml, 0.65 mmol), NaOt-Bu (3.13 g, 32.56 mmol), toluene (110ml)을 첨가하고 상기 P-4 합성법을 사용하여 생성물 7.12 g (수율: 74%)를 얻었다.
8. P-115
합성예
<반응식 22>
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-107 (6.53 g, 9.96 mmol)에 Sub 2-62 (3.33 g, 9.96 mmol), Pd2(dba)3 (0.27 g, 0.30 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.3ml, 0.60 mmol), NaOt-Bu (2.87 g, 29.88 mmol), toluene (100ml)을 첨가하고 상기 P-4 합성법을 사용하여 생성물 7.52 g (수율: 83%)를 얻었다.
9. P-120
합성예
<반응식 23>
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-111 (8.08 g, 10.00 mmol)에 Sub 2-10 (2.45 g, 10.00 mmol), Pd2(dba)3 (0.27 g, 0.30 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.3ml, 0.60 mmol), NaOt-Bu (2.88 g, 30.01 mmol), toluene (100ml)을 첨가하고 상기 P-4 합성법을 사용하여 생성물 7.39 g (수율: 76%)를 얻었다.
10. P-126
합성예
<반응식 24>
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-118 (8.74 g, 11.93 mmol)에 Sub 2-62 (3.99 g, 11.93 mmol), Pd2(dba)3 (0.33 g, 0.36 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.3ml, 0.72 mmol), NaOt-Bu (3.44 g, 35.79 mmol), toluene (120ml)을 첨가하고 상기 P-4 합성법을 사용하여 생성물 7.53 g (수율: 64%)를 얻었다.
11. P-128
합성예
<반응식 25>
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-119 (6.88 g, 9.03 mmol)에 Sub 2-44 (3.17 g, 9.03 mmol), Pd2(dba)3 (0.25 g, 0.27 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.3ml, 0.54 mmol), NaOt-Bu (2.60 g, 27.10 mmol), toluene (90ml)을 첨가하고 상기 P-4 합성법을 사용하여 생성물 7.46 g (수율: 80%)를 얻었다.
한편, 상기와 같은 합성예에 따라 제조된 본 발명의 화합물 P-1 내지 P-128의 FD-MS 값은 하기 표 3과 같다.
한편, 상기에서는 화학식 1로 표시되는 본 발명의 예시적 합성예를 설명하였지만, 이들은 모두 Buchwald-Hartwig cross coupling 반응, Suzuki cross-coupling 반응, PPh3-mediated reductive cyclization 반응 (J. Org . Chem. 2005, 70, 5014.) 및 Ullmann 반응 등에 기초한 것으로 구체적 합성예에 명시된 치환기 이외에 화학식 1에 정의된 다른 치환기 (A환, Y, R1 내지 R4, Ar1 내지 Ar4, m, n, o 및 p등의 치환기)가 결합되더라도 상기 반응이 진행된다는 것을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
예컨데, 반응식 1에서 Sub 1과 Sub 2 -> Final Products 반응, 반응식 2에서 Sub 1-III -> Sub 1-IV 반응 및 Sub 1-IV -> Sub 1 반응, 반응식 14에서 출발물질 -> Sub 2는 모두 Buchwald-Hartwig cross coupling 반응에 기초한 것이고, 반응식 2에서 출발물질 -> Sub 1-I 반응 및 출발물질 -> Sub 1-I' 반응은 Suzuki cross-coupling 반응에 기초한 것이며, 반응식 2에서 Sub 1-I -> Sub 1-II 반응 및 Sub 1-I' -> Sub 1-II 반응은 PPh3-mediated reductive cyclization 반응에 기초한 것이다. 이어서, 반응식 2에서 Sub 2-II -> Sub 2-III 반응은 Ullmann 반응에 기초한 것이다. 이들에 구체적으로 명시되지 않은 치환기가 결합되더라도 상기 반응들은 진행할 것이다.
유기전기소자의 제조평가
[
실시예
I-1]
그린유기전기발광소자
(
정공수송층
)
본 발명의 화합물을 정공수송층 물질로 사용하여 통상적인 방법에 따라 유기전기발광소자를 제작하였다. 먼저, 유기 기판에 형성된 ITO층(양극) 상에 4,4',4''-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (이하 “2-TNATA”로 약기함)을 60 nm 두께로 진공증착하여 정공주입층을 형성한 후, 상기 정공주입층 상에 본 발명의 화합물 P-1을 60 nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 정공수송층 상에 4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl (이하, “CBP”로 약기함)을 호스트 물질로, tris(2-phenylpyridine)-iridium (이하, “Ir(ppy)3”으로 약기함)을 도판트 물질로 사용하고 90:10 중량비로 도핑하여 30nm 두께로 진공증착하여 발광층을 형성하였다. 이어서 상기 발광층 상에 (1,1’-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄 (이하 “BAlq”로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄 (이하 “Alq3”로 약기함)을 40 nm 두께로 진공증착하여 전자수송층을 형성하였다. 이후, 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
[
실시예
I-2] 내지 [
실시예
I-25]
그린유기전기발광소자
(
정공수송층
)
정공수송층 물질로 본 발명의 화합물 P-1 대신 본 발명의 화합물 P-2 내지 P-115(하기 표 4 내지 표 6에 기재)를 각각 사용한 점을 제외하고는 실시예 I-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
[
비교예
I-1] 내지 [
비교예
I-5]
정공수송층 물질로 본 발명의 화합물 P-1 대신 하기 표 4에 기재된 하기 비교화합물 1 내지 비교화합물 5를 각각 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 I-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
본 발명의 실시예 I-1 내지 실시예 I-25 및 비교예 I-1 내지 비교예 I-5에 의해 제조된 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 5000cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였으며, 그 측정 결과는 하기 표 4 내지 표 6과 같다.
(1) 5환 헤테로고리 도입 여부에 따른 비교
(비교화합물 1, 본 발명의 화합물 (P-1 내지 P-3))
본 발명의 화합물을 정공수송층의 재료로 사용한 유기전기발광소자는 일반적으로 널리 사용되는 NPB인 비교화합물 1을 사용한 비교예 I-1 보다 높은 발광 효율 및 높은 수명을 나타내는 것을 확인할 수 있는데, 이는 5환 헤테로고리를 도입함으로써 상대적으로 정공 수송에 용이한 깊은 HOMO 에너지 레벨을 가지기 때문인 것으로 판단된다.
(2)
연결기
존재 여부에 따른 비교 - 5환 헤테로고리와
아민기(2개)를
포함하는 구조
(비교화합물 2 내지 비교화합물 5, 본 발명 화합물 (P-1 내지 P-3))
상기 표 4의 결과로부터 알 수 있듯이, 아민기 한쪽에 5환 헤테로고리가 연결기(페닐, 나프틸, 바이페닐)로 결합된 비교화합물 3 내지 비교화합물 5를 사용한 비교예 I-3 내지 비교예 I-5 보다 아민기 한쪽에 5환 헤테로고리가 직접 결합된 형태인 비교화합물 2를 사용한 비교예 I-2가 발광 효율 및 수명에서 더 좋은 결과를 나타내었고, 비교예 I-2와 동일하게 아민기 한쪽에 5환 헤테로고리 화합물이 직접 결합된 형태를 가지면서 2개의 아민기 사이를 연결하는 연결기가 페닐이 아닌 바이페닐을 가지는 본 발명의 화합물이 비교예 I-2 보다 현저히 개선된 발광 효율 및 수명을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같은 결과는 본 발명의 화합물이 비교화합물 2 내지 비교화합물 5보다 상대적으로 높은 패킹 밀도(Packing density)를 가지기 때문인 것으로 판단된다.
아민기 한쪽에 5환 헤테로고리가 직접 결합된 형태를 가지면서 2개의 아민기 사이를 연결하는 연결기가 바이페닐인 골격 구조(본 발명의 화합물)는 비교화합물 2 내지 비교화합물 5보다 상대적으로 분자간의 파이-파이 오비탈 겹침(π-π orbital overlap)을 증가시키는 구조이며, 파이 오비탈의 비공유전자쌍(lone pair electron)이 분자간 수송(transfer)을 용이하게 함으로써 정공 수송 능력(hole transfer ability)을 향상시킨다. 따라서, 정공 전달 능력(hole transfer ability)이 우수해짐에 따라 양극 또는 애노드(예를 들어 ITO)와 정공수송층(HTL) 계면에 열화가 감소하여 소자의 수명이 향상되고, 발광층에 정공의 이동이 용이해져 정공과 전자의 발광층 내 전하 균형(charge balance)이 잘 이루어져 발광 효율 및 수명을 향상시키게 된다.
(3) 5환 헤테로고리 종류에 따른 비교
(본 발명의 화합물 (P-1, P-6, P-8, P-10, P-11, P-13))
상기 표 5의 결과로부터 알 수 있듯이, A환을 기준으로 양쪽의 아릴기가 meta-meta로 결합하고 있는 5환 헤테로고리 화합물(본 발명의 화합물 P-6, P-10, P-13)이 para-para 결합하고 있는 5환 헤테로고리 화합물(P-1, P-11) 및 ortho-ortho로 결합하고 있는 5환 헤테로고리 화합물(P-8)보다 더 높은 발광 효율 및 수명을 나타내고 있는 것을 확인 할 수 있다.
이는 A환을 기준으로 양쪽의 아릴기가 meta-meta로 결합하고 있는 5환 헤테로고리 화합물(본 발명의 화합물 P-6, P-10, P-13)이 상대적으로 더 높은 T1 값을 나타내어 전자를 저지(blocking)하는 능력이 향상됨으로써 소자의 성능 향상에 기여하기 때문인 것으로 판단된다.
(4)
연결기
바이페닐의
결합위치에 따른 비교
(본 발명의 화합물 (P-13 내지 P-115))
상기 표 5에서, 발광 효율 및 수명이 가장 높은 결과를 나타낸 본 발명의 화합물 P-13을 토대로 동일한 5환 헤테로고리와 연결기 바이페닐을 포함하는 본 발명의 화합물(P-14~P-115)에 대한 소자를 측정하였고 그 측정결과는 상기 표 6과 같다.
연결기 바이페닐의 결합위치에 따른 특성 차이를 알아보고자 본 발명의 화합물 P-15, P-26, P-44, P-50, P-64, P-76, P-88, P-100, P-106을 정공수송층으로 사용한 실시예 I-10 내지 실시예 I-23 등을 진행한 결과, (5환 헤테로고리 화합물 치환)아민기-바이페닐-아민기 골격구조에서 연결기 위치가 para-ortho, para-meta, meta-para, meta-meta인 화합물을 정공수송층 재료로 사용한 소자가 연결기 위치가 para-para, meta-ortho, ortho-para, ortho-meta, ortho-ortho인 화합물을 정공수송층 재료로 사용한 소자보다 발광 효율과 수명 측면에서 더 우수한 결과를 나타내었다.
이러한 결과는 앞서 설명한 패킹 밀도(Packing density) 및 열적 안정성의 영향 때문인 것으로 판단된다.
연결기 위치가 para-ortho(P-44), para-meta(P-26), para-para(P-15)인 경우를 비교해 보면, para-ortho(P-44) > para-meta(P-26) > para-para(P-15) 순으로 높은 발광 효율 및 높은 수명을 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 특히 수명 측면에서 현저히 개선되는 것을 확인할 수 있다. 이는 결합각이 작아질수록 소자 증착 시, 좀 더 낮은 온도로 증착시킬 수 있기 때문이며, 열적 안정성이 높아져 수명 상승에 영향을 준 것으로 판단된다. 또 다른 구조적 측면은 2개의 아민기에 모두 심하게 뒤틀린(twisted) 구조를 형성할 경우, 낮은 패킹 밀도(Packing density)를 나타내어 meta-ortho, ortho-para, ortho-meta, ortho-ortho인 화합물이 para-ortho, para-meta, meta-para, meta-meta인 화합물보다는 발광 효율 및 수명이 감소되는 결과를 보여준 것으로 판단된다.
마지막으로, 본 발명의 화합물 P-14를 사용한 실시예 I-9와 본 발명의 화합물 P-15를 사용한 실시예 I-10에 대한 소자 결과를 비교해 보면, 아민기에 카바졸과 같은 헤테로고리가 더 치환됨에 따라 좀 더 낮은 구동전압을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
앞에서 설명한 특성(깊은 HOMO 에너지 레벨, 높은 T1값, 높은 정공 전달 능력 및 높은 열적 안정성)을 종합해보면 2개의 아민기 중 적어도 한쪽의 아민기에 5환 헤테로고리를 직접 도입하는 여부와 2개의 아민기 사이를 연결하는 연결기의 종류 및 결합위치에 따라 전기적 특성 및 계면 특성 등이 크게 변화될 수 있다는 것을 보여주며, 이는 소자의 성능향상에 주요 인자로 작용한다는 것을 확인할 수 있다. 또한 정공수송층의 경우에는 발광층(호스트)과의 상호관계를 파악해야 하는바, 유사한 코어를 사용하더라도 본 발명의 화합물이 사용된 정공수송층에서 나타내는 특징을 유추하는 것은 통상의 기술자라 하더라도 매우 어려울 것이다.
[
실시예
II-1]
레드유기전기발광소자
(
발광보조층
)
본 발명의 화합물을 발광보조층 물질로 사용하여 통상적인 방법에 따라 유기전기발광소자를 제작하였다. 먼저 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 상에 2-TNATA를 60 nm 두께로 진공증착하여 정공주입층을 형성한 후, 상기 정공주입층 상에 NPB를 60 nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 정공수송층 상에 본 발명의 화합물 P-1을 20 nm의 두께로 진공증착하여 발광보조층을 형성한 후, 상기 발광보조층 상에 CBP를 호스트 물질로, bis-(1-phenylisoquinolyl)iridium(Ⅲ)acetylacetonate (이하 "(piq)2Ir(acac)"로 약기함)을 도판트 물질로 사용하고 95:5 중량비로 도핑하여 30 nm 두께로 진공증착하여 발광층을 형성하였다. 이어서, 상기 발광층 상에 BAlq를 10 nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 Alq3를 40 nm 두께로 진공증착하여 전자수송층을 형성하였다. 이후, 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
[
실시예
II-2] 내지 [
실시예
II-32]
레드유기전기발광소자
(
발광보조층
)
발광보조층 물질로 본 발명의 화합물 P-1 대신 하기 표 7에 기재된 본 발명의 화합물 P-2 내지 P-128를 사용한 점을 제외하고는 실시예 II-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
[
비교예
II-1]
발광보조층을 형성하지 않은 점을 제외하고는 상기 실시예 II-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
[
비교예
II-2] 내지 [
비교예
II-5]
발광보조층 물질로 본 발명의 화합물 P-1 대신 하기 표 7에 기재된 하기 비교화합물 2 내지 비교화합물 5를 각각 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 II-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
본 발명의 실시예 II-1 내지 실시예 II-32, 비교예 II-1 및 비교예 II-5에 의해 제조된 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 2500cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였으며, 그 측정 결과는 하기 표 7과 같다.
상기 표 7의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 화합물을 발광보조층의 재료로 사용한 유기전기발광소자는 비교예 II-1 내지 비교예 II-5의 유기전기발광소자에 비해 발광효율이 향상되고 수명이 현저히 개선되었다. 이와 같은 결과는 발광보조층을 형성하지 않은 소자보다 비교화합물 2 내지 비교화합물 5 및 본 발명의 화합물을 발광보조층으로 사용한 소자가 발광 효율 및 수명이 향상된 것을 확인 할 수 있으며, 그 중에서도 본 발명의 화합물이 발광효율과 수명 면에서 월등히 높은 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
2개의 아민기가 연결기(바이페닐)로 결합된 구조에서, 한 쪽 아민기에 5환 헤테로고리가 직접 결합된 형태의 구조가 정공수송층 뿐만 아니라 발광보조층(녹색 인광, 청색 형광)에서도 소자의 성능향상에 주요인자로 작용하는 것을 확인 할 수 있다. 이는 발광보조층 재료로 사용한 본 발명의 화합물이 깊은 HOMO 에너지 레벨 및 높은 T1 값을 가져 발광층 내에 전하 균형을 유지시키고 효과적인 전자 블로킹 역할을 수행함에 따라 발광 효율과 수명이 향상되는 것으로 확인할 수 있다.
아울러, 전술한 소자 제작의 평가 결과에서는 본 발명의 화합물을 정공수송층 및 발광보조층 중 한 층에만 적용한 소자 특성을 설명하였으나, 본 발명의 화합물을 정공수송층과 발광보조층 모두 적용하여 사용될 수 있다.
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 아나라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (11)
- 하기 화학식 1로 표시되는 화합물.
상기 화학식 1에서,
X는 NAr1이며,
Y는 S 또는 O이며,
A환은 C6-C10의 아릴기이며, 적어도 하나의 R5로 치환될 수 있으며,
Ar1 내지 Ar4는 서로 독립적으로 C6-C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기; 플루오렌일기; C6-C60의 방향족 고리와 C3-C60의 지방족 고리의 융합고리기; C1-C50의 알킬기; C2-C20의 알켄일기; C2-C20의 알킨일기; C1-C30의 알콕실기; 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택되고,
R1 내지 R5는 서로 독립적으로 중수소; 삼중수소; 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; 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택되고, 복수의 R1 내지 R4가 존재할 경우 서로 독립적으로 이웃한 R1끼리, R2끼리, R3끼리, R4끼리 중 적어도 한쌍이 결합하여 고리를 형성할 수 있으며, 고리를 형성하지 않는 R1 내지 R4는 상기에서 정의된 것과 동일하며,
m, o 및 p는 서로 독립적으로 0 내지 4의 정수이며, 이들 각각이 2 이상의 정수인 경우, R1, R3 및 R4는 서로 동일하거나 상이하며,
n은 0 내지 3의 정수이며, 2 이상의 정수인 경우, R2는 서로 동일하거나 상이하며,
상기 Ar1 내지 Ar4 및 R1 내지 R5가 아릴기, 플루오렌일기, 헤테로고리기, 융합고리기, 알킬기, 알켄일기, 알킨일기, 알콕시기, 아릴옥시기인 경우, 이들 각각은 중수소; 할로겐; C1-C20의 알킬기 또는 C6-C20의 아릴기로 치환 또는 비치환된 실란기; 실록산기; 붕소기; 게르마늄기; 시아노기; 니트로기; C1-C20의 알킬싸이오기; C1-C20의 알콕실기; 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; 및 C8-C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더욱 치환될 수 있으며, 이들 각 치환기가 인접한 경우 이들은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. - 제 1항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 화학식 11 중 하나로 표시되는 화합물.
상기 화학식 2 내지 화학식 11에서,
q는 0 내지 2의 정수이며,
r은 0 내지 4의 정수이며,
이들 각각이 2 이상의 정수인 경우, R5는 서로 동일하거나 상이하며,
X, Y, R1 내지 R5, Ar1 내지 Ar4, R1 내지 R5, m, n, o 및 p은 제 1항에서 정의된 것과 동일하다. - 제 1항에 있어서,
상기 화학식 1의이 하기 화학식 a-1 내지 화학식 a-9 중 하나로 표시되는 화합물.
상기 화학식 a-1 내지 화학식 a-9에서,
R3, R4, o 및 p은 제 1항에서 정의된 것과 동일하다. - 제 1항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 12 내지 화학식 17 중 하나로 표시되는 화합물.
상기 화학식 12 내지 화학식 17에서,
q는 0 내지 2의 정수이며, 2 이상의 정수인 경우, R5는 서로 동일하거나 상이하며,
X, Y, R1 내지 R5, Ar1 내지 Ar4, R1 내지 R5, m, n, o 및 p은 제 1항에서 정의된 것과 동일하다. - 제 1항에 있어서,
상기 Ar2 내지 Ar4 중 적어도 하나가 화학식 b로 표시되는 화합물.
상기 화학식 b에서,
Z는 서로 독립적으로 S, O, CRaRb, NRc이며,
여기서 Ra 내지 Rc는 서로 독립적으로 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; 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택되며,
Ra 및 Rb는 서로 결합하여 이들이 결합된 탄소와 함께 스파이로 화합물을 형성할 수 있고,
R6 및 R7은 서로 독립적으로 중수소; 삼중수소; 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; 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택되고, 복수의 R4 및 R5가 존재할 경우 서로 독립적으로 이웃한 R4끼리, R5끼리 중 적어도 한쌍이 결합하여 고리를 형성할 수 있으며, 고리를 형성하지 않는 R4 및 R5는 상기에서 정의된 것과 동일s은 0 내지 4의 정수이며, 2 이상의 정수인 경우, R6는 서로 동일하거나 상이 t는 0 내지 3의 정수이며, 2 이상의 정수인 경우, R7는 서로 동일하거나 상이하다. - 제 1항에 있어서,
하기 화합물들 중 하나인 것을 특징으로 하는 화합물.
- 제 1전극;
제 2전극; 및
상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층;을 포함하는 유기전기소자로,
상기 유기물층은 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 화합물을 함유하는 유기전기소자. - 제 7항에 있어서,
상기 유기물층의 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층 및 발광층 중 적어도 하나의 층에 상기 화합물이 함유되며, 상기 화합물은 1종 단독 화합물 또는 2종 이상의 화합물을 혼합물의 성분으로서 포함하는 유기전기소자. - 제 7항에 있어서,
상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 또는 롤투롤 공정에 의해 형성되는 유기전기소자. - 제 7항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및
상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부를 포함하는 전자장치. - 제 10항에 있어서,
상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 하나인 것을 특징으로 하는 전자장치.
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