KR102407152B1 - 유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 - Google Patents

유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 Download PDF

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Abstract

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

Description

유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치{COMPOUND FOR ORGANIC ELECTRONIC ELEMENT, ORGANIC ELECTRONIC ELEMENT USING THE SAME, AND AN 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.
유기전기소자에 있어 가장 문제시되는 것은 수명과 효율인데, 디스플레이가 대면적화되면서 이러한 효율과 수명 문제는 반드시 해결해야 하는 상황이다.
효율과 수명, 구동전압 등은 서로 연관이 있으며, 효율이 증가되면 상대적으로 구동전압이 떨어지고, 구동전압이 떨어지면서 구동 시 발생하는 주울열(Jouleheating)에 의한 유기물질의 결정화가 적어져 결과적으로 수명이 높아지는 경향을 나타낸다. 하지만 상기 유기물층을 단순히 개선한다고 하여 효율을 극대화 시킬 수는 없다. 왜냐하면 각 유기물층 간의 에너지 준위(energy level) 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도(mobility), 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있기 때문이다.
일반적으로 전자수송층에서 발광층으로 전자(electron)가 전달되고 정공(hole)이 정공수송층에서 발광층으로 전달되어 재결합(recombination)에 의해 엑시톤(exciton)이 생성된다.
하지만 정공이 전자보다 빠르게 이동되어 발광층 내에서 생성된 엑시톤이 전자 수송층으로 넘어가게 되어 결과적으로 발광층 내 전하 불균형(charge unbalance)을 초래하여 전자 수송층 계면에서 발광하게 된다.
전자 수송층 계면에서 발광될 경우, 유기전기 발광소자의 색순도 및 효율이 저하되는 문제점이 발생되고 있으며, 특히 유기전기소자 제작 시 고온 안정성이 떨어져 유기전기소자의 수명이 짧아지는 문제점이 발생하게 된다. 따라서 고온 안정성과 높은 전자 이동도를 가지면서 높은 T1 값으로 정공저지능력을 향상시키는 전자수송 물질의 개발이 필요한 시점이다.
본 발명은 소자의 구동전압을 낮추고, 발광효율 및 수명을 크게 향상시킬 수 는 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 측면에서, 본 발명은 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 제공한다.
Figure 112021073465372-pat00001
다른 측면에서, 본 발명은 상기 화학식으로 표시되는 화합물을 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공한다.
본 발명에 따른 화합물을 이용함으로써 소자의 낮은 구동전압, 높은 발광효율을 달성할 수 있고, 소자의 수명을 크게 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.
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.
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.
Figure 112021073465372-pat00002
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.
Figure 112021073465372-pat00003
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.
Figure 112021073465372-pat00004
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 전자수송층(160)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 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하여 전자수송층을 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.
<화학식 1>
Figure 112021073465372-pat00005
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소; 중수소; 삼중수소; C6~C60의 아릴기;로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. R1 과 R8은 서로 같을 수도 있고, 상이할 수도 있다.
한편, R1 내지 R8은 이웃한 기끼리 서로 결합하여 방향족고리 또는 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리를 형성할 수 있다. 예컨대, R1 과 R8, R1 과 R2, R2 과 R3, R4 과 R5, R5 과 R6, R6 과 R7 각각은 서로 결합하여, 페닐기를 형성할 수 있다.
L은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; 플루오렌일렌기;로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 여기서, 단일결합이라 함은 L이 부존재한다는 것을 의미한다. 예를 들어, L은 단일결합, 페닐렌기, 나프틸렌기, 다이메틸플루오렌일렌기, 다이페닐플루오렌일렌기, 스파이로비플루오렌일렌기일 수 있다.
R9는 C6~C60의 아릴기; 또는 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기;일 수 있고, 예컨대 페닐, 나프틸, 터피리딘, 다이페닐트리아진, 다이페닐피리미딘, N-페닐벤즈이미다졸, 페닐퀴나졸린, 다이페닐퀴녹살린 등일 수 있다.
상기 아릴기, 헤테로고리기 및 아릴렌기 각각은 중수소; 할로겐; 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; C2~C20의 헤테로고리기; C3~C20의 시클로알킬기; C7~C20의 아릴알킬기; 및 C8~C20의 아릴알켄일기;로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
상기 플루오렌일렌기는 i) C1~C20의 알킬기; C6~C20의 아릴기; C2~C20의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고, ii) 스파이로 화합물을 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 아릴렌기인 경우 탄소수는 6~60, 바람직하게는 탄소수 6~30, 보다 바람직하게는 탄소수 6~20의 아릴렌기일 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 중 하나로 표시될 수 있다. 하기 화학식 2는 R1 내지 R8이 수소인 경우이고, 하기 화학식 3은 R1과 R8이 고리를 형성한 경우이며, 하기 화학식 4는 R1과 R2가 고리를 형성한 경우이고, 하기 화학식 5는 R2와 R3이 고리를 형성한 경우이며, 하기 화학식 6은 R5와 R6이 고리를 형성한 경우이고, 하기 화학식 7은 R4와 R5이 고리를 형성한 경우이며, 하기 화학식 8은 R6과 R7이 고리를 형성한 경우를 나타낸다.
<화학식 2> <화학식 3> <화학식 4> <화학식 5>
Figure 112021073465372-pat00006
<화학식 6> <화학식 7> <화학식 8>
Figure 112021073465372-pat00007
상기 화학식 2 내지 화학식 8에서 상기 R1 내지 R9, L은 제 1항에서 정의된 것과 동일하게 정의된다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 1 내지 화학식 8로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
하기 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 화합물.
Figure 112021073465372-pat00008
Figure 112021073465372-pat00009
Figure 112021073465372-pat00010
Figure 112021073465372-pat00011
Figure 112021073465372-pat00012
Figure 112021073465372-pat00013
Figure 112021073465372-pat00014
Figure 112021073465372-pat00015
Figure 112021073465372-pat00016
Figure 112021073465372-pat00017
Figure 112021073465372-pat00018
Figure 112021073465372-pat00019
Figure 112021073465372-pat00020
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 1은 유기물층의 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나의 층에 함유될 수 있을 것이다. 구체적으로, 상기 유기물층에 상기 화학식 2와 화학식 3으로 표시되는 화합물 중 하나를 포함하는 유기전기소자를 제공하고, 보다 구체적으로, 상기 유기물층에 상기 개별 화학식(1-1 내지 1-28, 2-1 내지 2-28, 3-1 내지 3-28, 4-1 내지 4-28, 5-1 내지 5-28, 6-1 내지 6-28, 7-1 내지 7-28)으로 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 청구항 1항 내지 3항에 해당하는 화합물이 단독으로 포함될 수 있고, 2종 이상의 청구항 1항 내지 3항의 화합물들의 혼합물이 포함될 수 있으며, 청구항 1항 내지 3항의 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.
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
예시적으로 본 발명에 따른 화합물(final products)은 하기 반응식 1과 같이 Sub 1과 Sub 2가 반응하여 제조된다.
<반응식 1>
Figure 112021073465372-pat00021
I. Sub 1 및 Sub 2의 합성예
1. Sub 1의 합성예
반응식 1의 sub 1은 하기 반응식 2의 반응경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다.
<반응식 2>
Figure 112021073465372-pat00022
Sub 1에 속하는 구체적 화합물의 합성 방법은 다음과 같다.
(1) Sub 1(1) 합성
<반응식 3>
Figure 112021073465372-pat00023
1) Sub 1-3-1의 합성
둥근바닥플라스크에 Sub 1-1 (6.4g, 20mmol)을 넣고, Sub 1-2-1 (2.4g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.5g, 0.6mmol), NaOH (3.5g, 60mmol), THF (60 mL), 물 (30mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub 1-3-1을 4.4g얻었다.(수율: 81%)
2) Sub 1-5-1의 합성
둥근바닥플라스크에 Sub 1-3-1 (4.4g, 16.3mmol)을 넣고, Sub 1-4-1 (2.0g, 16.3mmol), Pd(PPh3)4 (0.5g, 0.5mmol), NaOH (2.9g, 48.9mmol), THF (50 mL), 물 (25mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub 1-5-1을 3.4g얻었다.(수율: 78%)
3) Sub 1(1)의 합성
둥근바닥플라스크에 Sub 1-5-1 (3.4g, 12.7mmol), methylene chloride (3ml), FeCl3(2.1g, 12.7mmol)을 넣고 교반시킨다. 그 후 methylene chloride (2ml)을 추가하고 상온에서 5분 정도 교반시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여Sub 1(1)을 2.1g얻었다.(수율: 65%)
(2) Sub 1(2) 합성
<반응식 4>
Figure 112021073465372-pat00024
1) Sub 1-3-2의 합성
둥근바닥플라스크에 Sub 1-1 (6.4g, 20mmol)을 넣고, Sub 1-2-2 (3.4g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.5g, 0.6mmol), NaOH (3.5g, 60mmol), THF (60 mL), 물 (30mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub 1-3-2를 5.2g얻었다.(수율: 82%)
2) Sub 1-5-2의 합성
둥근바닥플라스크에 Sub 1-3-2 (5.2g, 16.3mmol)을 넣고, Sub 1-4-1 (2.0g, 16.3mmol), Pd(PPh3)4 (0.5g, 0.5mmol), NaOH (2.9g, 48.9mmol), THF (50 mL), 물 (25mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub 1-5-2를 4.2g얻었다.(수율: 81%)
3) Sub 1(2)의 합성
둥근바닥플라스크에 Sub 1-5-2 (4.2g, 13.3mmol), methylene chloride (3ml), FeCl3(2.2g, 13.3mmol)을 넣고 교반시킨다. 그 후 methylene chloride (2ml)을 추가하고 상온에서 5분 정도 교반시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub 1(2)을 2.6g얻었다.(수율: 62%)
(3) Sub 1(3) 합성
<반응식 5>
Figure 112021073465372-pat00025
Figure 112021073465372-pat00026
1) Sub 1-3-3의 합성
둥근바닥플라스크에 Sub 1-1 (6.4g, 20mmol)을 넣고, Sub 1-2-3 (3.4g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.5g, 0.6mmol), NaOH (3.5g, 60mmol), THF (60 mL), 물 (30mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub 1-3-3를 5.1g얻었다.(수율: 80%)
2) Sub 1-5-3의 합성
둥근바닥플라스크에 Sub 1-3-2 (5.1g, 16mmol)을 넣고, Sub 1-4-1 (2.0g, 16mmol), Pd(PPh3)4 (0.5g, 0.5mmol), NaOH (2.9g, 48.9mmol), THF (50 mL), 물 (25mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub 1-5-3를 4.0g얻었다. (수율: 78%)
3) Sub 1(3)의 합성
둥근바닥플라스크에 Sub 1-5-3 (4.0g, 12.7mmol), methylene chloride (4ml), FeCl3(2.1g, 12.7mmol)을 넣고 교반시킨다. 그 후 methylene chloride (2ml)을 추가하고 상온에서 5분 정도 교반시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub 1(3)을 2.5g얻었다.(수율: 63%)
(4) Sub 1(5) 합성
<반응식 6>
Figure 112021073465372-pat00027
1) Sub 1-5-5의 합성
둥근바닥플라스크에 Sub 1-3-1 (4.4g, 16.3mmol)을 넣고, Sub 1-4-5 (2.8g, 16.3mmol), Pd(PPh3)4 (0.5g, 0.5mmol), NaOH (2.9g, 48.9mmol), THF (50 mL), 물 (25mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub 1-5-5를 3.9g얻었다.(수율: 76%)
2) Sub 1(5)의 합성
둥근바닥플라스크에 Sub 1-5-5 (3.9g, 12.7mmol), methylene chloride (3ml), FeCl3(2.1g, 12.7mmol)을 넣고 교반시킨다. 그 후 methylene chloride (2ml)을 추가하고 상온에서 5분 정도 교반시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub 1(5)를 2.6g얻었다. (수율: 66%)
(5) Sub 1(7)의 합성
<반응식 7>
Figure 112021073465372-pat00028
1) Sub 1-5-7의 합성
둥근바닥플라스크에 Sub 1-3-1 (4.4g, 16.3mmol)을 넣고, Sub 1-4-7 (2.8g, 16.3mmol), Pd(PPh3)4 (0.5g, 0.5mmol), NaOH (2.9g, 48.9mmol), THF (50 mL), 물 (25mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub 1-5-7을 4.2g얻었다.(수율: 81%)
2) Sub 1(7)의 합성
둥근바닥플라스크에 Sub 1-5-7 (4.2g, 13.3mmol), methylene chloride (4ml), FeCl3(2.2g, 13.3mmol)을 넣고 교반시킨다. 그 후 methylene chloride (2ml)을 추가하고 상온에서 5분 정도 교반시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub 1(7)을 2.7g얻었다.(수율: 64%)
Sub 1에 속하는 화합물의 예는 아래와 같으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들에 대한 FD-MS 값은 표 1과 같다.
Figure 112021073465372-pat00029
[표 1]
Figure 112021073465372-pat00030
2. Sub 3의 합성예
반응식 1의 sub 2은 하기 반응식 8의 반응경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다.
<반응식 8>
Figure 112021073465372-pat00031
Sub 2에 속하는 구체적 화합물의 합성 방법은 다음과 같다.
(1) Sub 2(3)의 합성
<반응식 9>
Figure 112021073465372-pat00032
Sub 2-1-3 (4.14g, 20mmol)을 toluene에 녹인 후에, 비스피나콜라토다이보론 (5.58g, 22mmol), Pd(dppf)Cl2 촉매 (0.44g, 0.6mmol), KOAc (5.89g, 60mmol)을 순서대로 첨가한 후 24시간 교반하여 보레이트 화합물을 합성한 후에, 얻어진 화합물을 silicagel column 및 재결정을 걸쳐서 분리한 후 Sub 2(3)을 3.8g 얻었다. (수율: 75%)
(2) Sub 2(6)의 합성
<반응식 10>
Figure 112021073465372-pat00033
Sub 2-1-6 (6.24g, 20mmol)을 toluene에 녹인 후에, 비스피나콜라토다이보론 (5.58g, 22mmol), Pd(dppf)Cl2 촉매 (0.44g, 0.6mmol), KOAc (5.89g, 60mmol)을 순서대로 첨가한 후 24시간 교반하여 보레이트 화합물을 합성한 후에, 얻어진 화합물을 silicagel column 및 재결정을 걸쳐서 분리한 후 Sub 2(6)을 5.32g 얻었다.(수율: 74%)
(3) Sub 2(12)의 합성
<반응식 11>
Figure 112021073465372-pat00034
Sub 2-1-12 (8.75g, 20mmol)을 toluene에 녹인 후에, 비스피나콜라토다이보론 (5.58g, 22mmol), Pd(dppf)Cl2 촉매 (0.44g, 0.6mmol), KOAc (5.89g, 60mmol)을 순서대로 첨가한 후 24시간 교반하여 보레이트 화합물을 합성한 후에, 얻어진 화합물을 silicagel column 및 재결정을 걸쳐서 분리한 후 Sub 2(12)를 7.17g 얻었다.(수율: 74%)
Sub 2에 속하는 화합물의 예는 아래와 같으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들에 대한 FD-MS 값은 표 2와 같다.
Figure 112021073465372-pat00035
Figure 112021073465372-pat00036
[표 2]
Figure 112021073465372-pat00037
II. 최종 생성물(Final products)의 합성예
반응식 1의 Final products애 속하는 구체적 화합물의 합성은 다음과 같다.
1. Product 1-1의 합성예
<반응식 12>
Figure 112021073465372-pat00038
둥근바닥플라스크에 Sub 1(1) (5.3g, 20mmol)을 넣고, Sub 2(1) (4.1g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.7g, 0.6mmol), NaOH (2.4g, 60mmol), THF (60 mL), 물 (30mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 1-1을 4.5g얻었다.(수율: 74%)
2. Product 2-6의 합성예
<반응식 13>
Figure 112021073465372-pat00039
둥근바닥플라스크에 Sub 1(2) (6.3g, 20mmol)을 넣고, Sub 2(7) (7.2g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.7g, 0.6mmol), NaOH (2.4g, 60mmol), THF (60 mL), 물 (30mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 2-6을 7.3g얻었다.(수율: 71%)
3. Product 3-11의 합성예
<반응식 14>
Figure 112021073465372-pat00040
둥근바닥플라스크에 Sub 1(3) (6.3g, 20mmol)을 넣고, Sub 2(5) (6.6g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.7g, 0.6mmol), NaOH (2.4g, 60mmol), THF (60 mL), 물 (30mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 3-11을 7.1g얻었다.(수율: 73%)
4. Product 4-15의 합성예
<반응식 15>
Figure 112021073465372-pat00041
둥근바닥플라스크에 Sub 1(4) (6.3g, 20mmol)을 넣고, Sub 2(13) (8.7g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.7g, 0.6mmol), NaOH (2.4g, 60mmol), THF (60 mL), 물 (30mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 4-15를 8.2g얻었다. (수율: 70%)
5. Product 5-1의 합성예
<반응식 16>
Figure 112021073465372-pat00042
둥근바닥플라스크에 Sub 1(5) (6.3g, 20mmol)을 넣고, Sub 2(1) (4.1g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.7g, 0.6mmol), NaOH (2.4g, 60mmol), THF (60 mL), 물 (30mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 5-1을 5.3g얻었다. (수율: 75%)
6. Product 6-2의 합성예
<반응식 17>
Figure 112021073465372-pat00043
둥근바닥플라스크에 Sub 1(6) (6.3g, 20mmol)을 넣고, Sub 2(2) (5.1g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.7g, 0.6mmol), NaOH (2.4g, 60mmol), THF (60 mL), 물 (30mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 6-2를 6.2g얻었다. (수율: 76%)
7. Product 7-26의 합성예
<반응식 18>
Figure 112021073465372-pat00044
둥근바닥플라스크에 Sub 1(7) (6.3g, 20mmol)을 넣고, Sub 2(45) (13.0g, 20mmol), Pd(PPh3)4 (0.7g, 0.6mmol), NaOH (2.4g, 60mmol), THF (60 mL), 물 (30mL)을 넣는다. 그런 후에 80℃~90℃ 상태에서 가열 환류 시킨다. 반응이 완료되면 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 메틸렌클로라이드와 물로 추출한다. 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 7-26을 10.9g얻었다. (수율: 68%)
한편, 상기와 같은 합성예에 따라 제조된 본 발명의 화합물 1-1 내지 1-28, 2-1 내지 2-28, 3-1 내지 3-28, 4-1 내지 4-28, 5-1 내지 5-28, 6-1 내지 6-28, 7-1 내지 7-28의 FD-MS는 하기 표 3과 같다.
[표 3]
Figure 112021073465372-pat00045
Figure 112021073465372-pat00046
Figure 112021073465372-pat00047
Figure 112021073465372-pat00048
유기전기소자의 제조평가
[실시예 1] 그린유기전기발광소자(전자수송층)
먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 4,4',4"-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (이하 2-TNATA로 약기함)을 60 nm 두께로 진공증착하여 정공주입층을 형성한 후, 정공주입층 위에 4,4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐 (이하 NPD로 약기함)를 60 nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 다음으로, 정공수송층 상에 호스트 물질로 CBP [4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl]를, 도판트 물질로 Ir(ppy)3 [tris(2-phenylpyridine)-iridium]를 95:5 중량비로 도핑하여 30nm 두께의 발광층을 증착하였다. 이어서, 상기 발광층 상에 (1,1'비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄 (이하 BAlq로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공 저지층 상에 본 발명의 화합물 중 하나를 40 nm 두께로 진공증착하여 전자수송층을 성막하였다. 이후, 전자수송층 상에 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
[실시예 2] 내지 [실시예 196] 그린유기전기발광소자(전자수송층)
전자수송층 물질로 본 발명의 화합물 1-1 대신 본 발명의 화합물 1-2 내지 1-28, 2-1 내지 2-28, 3-1 내지 3-28, 4-1 내지 4-28, 5-1 내지 5-28, 6-1 내지 6-28, 7-1 내지 7-28중 하나를 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
[비교예 1]
전자수송층 물질로 본 발명에 따른 화합물 1-1 대신 하기 비교화합물 1(Alq3)을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
<비교화합물 1> Alq3
Figure 112021073465372-pat00049
[비교예 2]
전자수송층 물질로 본 발명에 따른 화합물 1-1 대신 하기 비교화합물 2를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
<비교화합물 2>
Figure 112021073465372-pat00050
[비교예 3]
전자수송층 물질로 본 발명에 따른 화합물 1-1 대신 하기 비교화합물 3을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
<비교화합물 3>
Figure 112021073465372-pat00051
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 136 및 비교예 1 내지 비교예 5에 의해 제조된 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 5000cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였다. 그 측정 결과는 하기 표 4와 같다.
[표 4]
Figure 112021073465372-pat00052
Figure 112021073465372-pat00053
Figure 112021073465372-pat00054
Figure 112021073465372-pat00055
Figure 112021073465372-pat00056
Figure 112021073465372-pat00057
Figure 112021073465372-pat00058
상기 표 4의 소자 측정 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 화합물들을 이용한 유기전기발광소자(OLED)는 전자수송층 재료로 사용되어 기존부터 널리 사용된 Alq3인 비교화합물 1보다 낮은 구동전압과 높은 효율 및 높은 수명을 나타내었다. 이는 발광층 내에 도판트로 사용한 Ir(ppy)3의 T1값(2.4 eV)보다 전자수송층으로 사용한 Alq3의 T1값(2.0 eV)이 현저히 낮은 T1값을 나타내는데 반해 본 발명의 화합물들의 경우, Ir(ppy)3의 T1값(2.4 eV)보다 대체적으로 높은 T1 값을 나타내어 정공 저지 능력(hole blocking ability)이 향상될 뿐만 아니라, 발광층 내에서 여기자(exciton)가 잘 머무를 수 있는 확률을 상대적으로 높이기 때문인 것으로 판단된다.
이어서, 본 발명의 화합물들과 비교화합물 2, 비교화합물 3의 유기전기발광소자 결과를 비교해 보면, Alq3인 비교화합물 1보다는 다이벤조퀴녹살린이 코어인 비교화합물 2, 3이 더 낮은 구동전압, 높은 효율과 수명을 갖는 소자결과를 나타내었다. 비교화합물 2,3과 발명화합물의 유기전기발광소자의 결과를 비교해보면 헤테로 원자 N의 위치가 다른 다이벤조퀴나졸린이 코어인 발명화합물이 가장 낮은 구동전압과 가장 높은 효율 및 수명을 갖는 소자 결과를 나타내었다. 이는 유사한 코어지만 헤테로 원자의 위치나 종류, 개수에 따라 밴드갭(band gap), 전기적 특성, 계면 특성 또는 HOMO/LUMO의 레벨이 달라질 수 있으므로, 이에 따라 전자나 정공을 주입/수송하는 성향이 달라짐을 시사하고 있으며, 에너지 레벨은 치환기의 위치와 종류에 따라서도 달라지기 때문에 코어와 치환기의 조합에 의해 나타나는 소자의 특징을 쉽게 유추하는 것은 통상의 기술자에게 자명하지 않다.
아울러 전술한 소자 제작의 평가 결과에서는 전자수송층 관점에서 소자 특성을 설명하였으나, 통상적으로 전자수송층으로 사용되는 재료들은 전술한 전자주입층, 정공주입층, 정공수송층, 발광층 및 발광보조층 등 유기전기소자의 유기물층으로 단일 또는 다른 재료와 혼합으로 사용될 수 있다. 따라서 전술한 이유로 본 발명의 화합물은 전자수송층 이외에 다른 유기물층, 예를 들어 전자주입층 및 정공주입층, 정공수송층, 발광층 및 발광보조층 등에 단일 또는 다른 재료와 혼합으로 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 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 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
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 (9)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물.
    <화학식 1>
    Figure 112022046069902-pat00059

    [상기 화학식 1에서,
    R1 내지 R8은, 수소이고,
    L은 단일결합; 페닐렌기; 나프탈렌일렌기; 및 플루오렌일렌기;로 이루어진 군에서 선택되며,
    상기 플루오렌일렌기는 i) 메틸기; 및 페닐기;로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환되거나, ii) 스파이로 화합물을 형성할 수 있고,
    R9는 페닐기; 나프틸기; 바이페닐기; 피리미딜기; 트리아진기; 벤즈이미다졸기; 퀴나졸린기; 및 퀴녹살리닐기;로 이루어진 군에서 선택되며,
    상기 페닐기, 나프틸기, 피리미딜기, 트리아진기, 벤즈이미다졸기, 퀴나졸린기 및 퀴녹살리닐기 각각은 페닐기로 더 치환될 수 있다.]
  2. 하기 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 화합물.
    Figure 112021135202785-pat00060

    Figure 112021135202785-pat00061
  3. 제 1 전극;
    제 2 전극; 및
    상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 위치하며 제1항 및 제2항 중 어느 한 항의 화합물을 함유하는 유기물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 유기물층의 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나의 층에 상기 화합물이 함유된 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    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 함유된 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 적어도 일면에 형성되는 광효율 개선층을 더 포함하는 유기전기소자.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅공정 또는 롤투롤 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  8. 제 3항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및
    상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부를 포함하는 전자장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자장치.
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