KR102511987B1 - 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

화학식 1로 표시되는 화합물과, 제 1전극, 제 2전극 및 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이의 유기물층을 포함하는 유기전기소자, 및 상기 유기전기소자를 포함하는 전자장치가 개시된다. 상기 유기물층에 화학식 1로 표시되는 화합물이 포함됨으로써, 유기전기소자의 구동전압을 낮출 수 있고 발광 효율 및 수명을 향상시킬 수 있다.

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 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 달성할 수 있기 때문이다.
또한, 최근 유기전기발광소자에 있어 정공수송층에서의 발광 문제 및 구동전압 문제를 해결하기 위해서 정공수송층과 발광층 사이에 발광보조층(다층의 정공수송층)이 존재하여야 하며, 각각의 발광층에 따른 서로 다른 발광보조층의 개발이 필요한 시점이다.
일반적으로 전자수송층에서 발광층으로 전자(electron)가 전달되고 정공수송층에서 발광층으로 정공(hole)이 전달되어 발광층 내에서 전자와 정공의 재조합(recombination)이 이루어져 엑시톤(exciton)을 형성하게 된다.
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, 정공수송층의 HOMO 에너지 준위와 발광층의 HOMO 에너지 준위 사이의 HOMO 에너지 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 발광보조층 물질의 개발이 절실히 요구된다.
하지만 이는 단순히 발광보조층 물질의 코어에 대한 구조적 특성으로 이루어질 수 없으며, 발광 보조층 물질의 코어 및 sub-치환기의 특성 그리고 발광보조층과 정공수송층, 발광보조층과 발광층 간의 알맞은 조합이 이루어졌을 때 고효율 및 고수명의 소자가 구현될 수 있는 것이다.
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 하며, 특히 정공수송층 및 발광보조층의 재료에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 소자의 구동전압을 낮추고, 소자의 발광효율, 색순도, 안정성 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.
Figure 112018055362611-pat00001
다른 측면에서, 본 발명은 상기 화학식으로 표시되는 화합물을 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 화합물을 이용함으로써 소자의 구동전압을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 소자의 발광효율, 색순도, 안정성 및 수명을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기전기발광소자의 예시도이다.
본 발명에 사용된 용어 "아릴기" 및 "아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 6 내지 60의 탄소수를 가지며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 아릴기 또는 아릴렌기는 단일고리형, 고리집합체, 접합된 여러 고리계, 스파이로 화합물 등을 포함한다.
본 발명에 사용된 용어 "헤테로고리기"는 "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴렌기"와 같은 방향족 고리뿐만 아니라 비방향족 고리도 포함하며, 다른 설명이 없는 한 각각 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 고리를 의미하나 여기에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로원자"는 다른 설명이 없는 한 N, O, S, P 또는 Si를 나타내며, 헤테로고리기는 헤테로원자를 포함하는 단일고리형, 고리집합체, 접합된 여러 고리계, 스파이로 화합물 등을 의미한다.
본 발명에 사용된 용어 "헤테로고리기"는, 고리를 형성하는 탄소 대신 N, O, S, P 또는 Si 등과 같은 헤테로원자가 포함된 고리를 의미하며, "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴렌기"와 같은 방향족 고리뿐만 아니라 비방향족 고리도 포함하며, 고리를 형성하는 탄소 대신 하기 화합물과 같이 SO2, P=O 등과 같은 헤테로원자단을 포함하는 화합물도 포함될 수 있다.
Figure 112018055362611-pat00002
본 발명에 사용된 용어 "플루오렌일기" 또는 "플루오렌일렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 하기 구조에서 R, R' 및 R"이 모두 수소인 1가 또는 2가 작용기를 의미하며, "치환된 플루오렌일기" 또는 "치환된 플루오렌일렌기"는 치환기 R, R', R" 중 적어도 하나가 수소 이외의 치환기인 것을 의미하며, R과 R'이 서로 결합되어 이들이 결합된 탄소와 함께 스파이로 화합물을 형성한 경우를 포함한다.
Figure 112018055362611-pat00003
본 발명에서 사용된 용어 "스파이로 화합물"은 '스파이로 연결(spiro union)'을 가지며, 스파이로 연결은 2개의 고리가 오로지 1개의 원자를 공유함으로써 이루어지는 연결을 의미한다. 이때, 두 고리에 공유된 원자를 '스파이로 원자'라 하며, 한 화합물에 들어 있는 스파이로 원자의 수에 따라 이들을 각각 '모노스파이로-', '다이스파이로-', '트라이스파이로-' 화합물이라 한다.
본 명세서에서 각 기호 및 그 치환기의 예로 예시되는 아릴기, 아릴렌기, 헤테로고리기 등에 해당하는 '기 이름'은 '가수를 반영한 기의 이름'을 기재할 수도 있지만, '모체화합물 명칭'으로 기재할 수도 있다. 예컨대, 아릴기의 일종인 '페난트렌'의 경우, 1가의 '기'는 '페난트릴'로 2가의 기는 '페난트릴렌' 등과 같이 가수를 구분하여 기의 이름을 기재할 수도 있지만, 가수와 상관없이 모체 화합물 명칭인 '페난트렌'으로 기재할 수도 있다. 유사하게, 피리미딘의 경우에도, 가수와 상관없이 '피리미딘'으로 기재하거나, 1가인 경우에는 피리미딘일기, 2가의 경우에는 피리미딘일렌 등과 같이 해당 가수의 '기의 이름'으로 기재할 수도 있다.
또한, 명시적인 설명이 없는 한, 본 발명에서 사용되는 화학식은 하기 화학식의 지수 정의에 의한 치환기 정의와 동일하게 적용된다.
Figure 112018055362611-pat00004
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 아래와 같이 결합하며 이때 R1은 서로 동일하거나 다를 수 있다. a가 4 내지 6의 정수인 경우에도 유사한 방식으로 벤젠 고리의 탄소에 결합한다. 한편, 벤젠 고리를 형성하는 탄소에 결합된 수소의 표시는 생략할 수 있다.
Figure 112018055362611-pat00005
이하, 본 발명의 화합물이 포함된 유기전기소자의 적층구조에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
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, 층, 막, 영역, 판 등의 구성 요소가 다른 구성 요소 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 경우, 이는 다른 구성 요소 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 있는 경우도 포함할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반대로, 어떤 구성 요소가 다른 부분 "바로 위에" 있다고 하는 경우에는 중간에 또 다른 부분이 없는 것을 뜻한다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자에 대한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자(100)는 기판(110) 상에 형성된 제 1전극(120), 제 2전극(180), 및 제 1전극(120)과 제 2전극(180) 사이에 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 유기물층을 포함한다. 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 적층된 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160), 전자주입층(170) 등을 포함할 수 있다. 이때, 이들 층 중 적어도 하나가 생략되거나, 정공저지층, 전자저지층, 발광보조층(151), 전자수송보조층, 버퍼층(141) 등을 더 포함할 수도 있고, 전자수송층(160) 등이 정공저지층의 역할을 할 수도 있다.
또한, 미도시하였지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자는 보호층 또는 광효율 개선층을 더 포함할 수 있다. 이러한 광효율 개선층은 제 1전극의 양면 중 유기물층과 접하지 않는 면 또는 제 2전극의 양면 중 유기물층과 접하지 않는 면에 형성될 수 있다.
상기 유기물층에 적용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광보조층(151), 전자수송보조층, 전자수송층(160), 전자주입층(170), 발광층(150)의 호스트 또는 도펀트, 또는 광효율 개선층의 재료로 사용될 수 있을 것이다. 바람직하게는, 본 발명의 화학식 1에 따른 화합물은 정공수송층 또는 발광보조층의 재료로 사용될 수 있다.
한편, 동일유사한 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 조합에 대한 연구가 필요하며, 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 정공수송층 또는 발광보조층의 재료로 사용함으로써, 각 유기물층 간의 에너지 레벨 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등을 최적화하여 유기전기소자의 수명 및 효율을 동시에 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기발광소자는 다양한 증착법(deposition)을 이용하여 제조될 수 있을 것이다. PVD나 CVD 등의 증착 방법을 사용하여 제조될 수 있는데, 예컨대, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극(120)을 형성하고, 그 위에 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160) 및 전자주입층(170)을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극(180)으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 또한, 정공수송층(140)과 발광층(150) 사이에 발광보조층(151)을, 발광층(150)과 전자수송층(160) 사이에 전자수송보조층을 추가로 더 형성할 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 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 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 112018055362611-pat00006
상기 화학식 1에서, 각 기호는 아래와 같이 정의될 수 있다.
X1 및 X2는 O 또는 S이다.
R1 내지 R3는 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 니트로기; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb)로 이루어진 군에서 선택되며, 이웃한 기끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, 이때 고리는 C6~C60의 방향족고리; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리; C3~C60의 지방족고리; 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
a 및 c는 각각 0 또는 1의 정수이고, b는 0~2의 정수이다. b가 2인 경우 복수의 R2는 서로 같거나 상이할 수 있다.
R1 내지 R3가 아릴기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴기, 더욱 바람직하게는 C6~C18의 아릴기, 예컨대 페닐, 바이페닐, 나프틸, 터페닐 등일 수 있다.
L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; O; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
L1 및 L2가 아릴렌기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴렌기, 더욱 바람직하게는 C6~C18의 아릴렌기, 예컨대 페닐렌, 바이페닐, 나프탈렌, 터페닐 등일 수 있다. L1 및 L2가 플루오렌일렌기인 경우, 9,9-다이메틸-9H-플루오렌, 9,9-다이페닐-9H-플루오렌, 9,9’-스파이로바이플루오렌 등일 수 있다.
Ar1 내지 Ar4는 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; -L'-N(Ra)(Rb); 및 하기 화학식 1-1;로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 단, Ar1 내지 Ar4 중 적어도 하나는 하기 화학식 1-1이다.
Ar1 내지 Ar4가 아릴기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴기, 더욱 바람직하게는 C6~C18의 아릴기, 예컨대 페닐, 바이페닐, 나프틸, 터페닐, 페난트렌, 트리페닐렌 등이 될 수 있다. Ar1 내지 Ar4가 헤테로고리기인 경우, 바람직하게는 C2~C30의 헤테로고리기, 더욱 바람직하게는 C2~C22의 헤테로고리기, 예컨대 다이벤조싸이오펜, 다이벤조퓨란, 카바졸, 페닐카바졸, 피리딘, 퀴나졸린, 나프틸카바졸 등일 수 있다. Ar1 내지 Ar4가 플루오렌일기인 경우, 9,9-다이메틸-9H-플루오렌, 9,9-다이페닐-9H-플루오렌, 9,9’-스파이로바이플루오렌 등일 수 있다.
<화학식 1-1>
Figure 112018055362611-pat00007
상기 화학식 1-1에서, 각 기호는 아래와 같이 정의될 수 있다.
Y는 O, S, Se, C(R6)(R7), Si(R6)(R7) 또는 N(Ar5) 이다.
R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 니트로기; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb)로 이루어진 군에서 선택되며, 이웃한 기끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, 이때 고리는 C6~C60의 방향족고리; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리; C3~C60의 지방족고리; 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
n은 0~3의 정수이고, m은 0~4의 정수이며, n이 2이상의 정수인 복수의 R4는 서로 같거나 상이하고, m이 2 이상의 정수인 경우 복수의 R5는 서로 같거나 상이하다.
상기 R6 및 R7은 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 니트로기; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb)로 이루어진 군에서 선택되며, R6과 R7은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, 이때 고리는 C6~C60의 방향족고리; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리; C3~C60의 지방족고리; 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
상기 Ar5는 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 L'은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 Ra 및 Rb는 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; C3~C60의 지방족고리기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 R1 내지 R7, Ar1 내지 Ar5, L1, L2, L', Ra, Rb, 및 이웃한 기끼리 서로 결합하여 형성한 고리는 각각 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; C8-C20의 아릴알켄일기; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
바람직하게는, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 화학식 6 중에서 하나로 표시될 수 있다.
<화학식 2> <화학식 3>
Figure 112018055362611-pat00008
<화학식 4> <화학식 5>
Figure 112018055362611-pat00009
<화학식 6>
Figure 112018055362611-pat00010
상기 화학식 2 내지 화학식 6에서, X1, X2, Y, Ar2 내지 Ar4, L1, L2, R1 내지 R5, a, b, c, m 및 n은 화학식 1에서 정의된 것과 같다.
또한, 상기 화학식 1은 하기 화학식 7 내지 화학식 9 중에서 하나로 표시될 수 있다.
<화학식 7> <화학식 8> <화학식 9>
Figure 112018055362611-pat00011
상기 화학식 7 내지 화학식 9에서, X1, X2, Ar1 내지 Ar4, L1, L2, R1 내지 R3, a, b 및 c는 화학식 1에서 정의된 것과 같다.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112018055362611-pat00012
Figure 112018055362611-pat00013
Figure 112018055362611-pat00014
본 발명의 다른 실시예로, 제 1전극, 제 2 전극, 및 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이에 형성된 유기물층을 포함하는 유기전기소자가 제공되며, 이때 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 1종 단독 화합물 또는 2종 이상의 화합물을 포함한다.
상기 유기물층은 정공주입층, 정공 수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송보조층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 적어도 하나의 층을 포함하며, 바람직하게는 상기 화합물은 정공수송층 또는 발광보조층에 포함된다.
본 발명의 또 다른 실시예로, 상기 유기전계소자를 포함하는 디스플레이장치 및 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부를 포함하는 전자장치가 제공된다.
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 화합물은 하기 반응식 1과 같이 Sub 1과 Sub 2를 반응시켜 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<반응식 1> (Z는 Br, Cl 또는 I임)
Figure 112018055362611-pat00015
I. Sub 1의 합성
상기 반응식 1의 Sub 1은 하기 반응경로에 의해 합성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다
<반응식 2>
Figure 112018055362611-pat00016
<반응식 3> X1과 X2가 서로 상이하며, X, Y 중 하나에 선택성 아민그룹이 결합할 경우
Figure 112018055362611-pat00017
Sub 1에 속하는 화합물의 합성예는 다음과 같다.
1. Sub-1-1합성
Figure 112018055362611-pat00018
(1) Sub-1-1-a의 합성
-78℃에서, 3,3'-dibromo-2,2'-bithiophene (13.00 g, 40.12 mmol)와 THF (100 ml)가 혼합된 용액에 2.5M n-BuLi (32.09 ml, 80.23 mmol)을 천천히 첨가한 후, 2시간 동안 교반한다. 이후, N,N-dimethylformamide (6.01 g, 82.24 mmol)을 천천히 첨가한 후 상온으로 온도를 올린 후 교반한다. NaHCO3 수용액 및 3M HCl 수용액을 넣어 중화시킨 뒤 농축시켜서 용매를 제거한다. 생성된 고체를 필터링한 후, 재결정하여 생성물 7.76 g (87 %)을 얻었다.
(2) Sub-1-1-b의 합성
-15℃에서, THF (1000 ml)에 titanium tetrachloride (36.35 ml, 191.65 mmol)와 zinc (8.35 g, 127.77 mmol)를 넣고 2시간 환류시킨다. 이후, THF (50 ml)에 녹인 Sub-1-1-a (7.10 g, 31.94 mmol)를 천천히 넣고 1시간 동안 환류시킨다. 반응이 종료되면, 반응물의 온도를 상온으로 식힌 후, 얼음물과 NaHCO3 수용액을 넣는고 EA로 추출하고 물로 닦아준다. 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축시킨 후, 농축물을 실리카겔 칼럼을 이용하여 분리하여 생성물 4.25 g (70 %)을 얻었다.
(3) Sub-1-1-c의 합성
Sub 1-1-b (3.90 g, 20.50 mmol)에 MC (50 mL)를 넣은 후, N-bromosuccinimide (7.48 mL, 42.02 mmol)을 천천히 넣고, 상온에서 6시간 교반한다. 반응이 종료되면 MC로 추출하고 물로 닦아주었다. 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축시킨 후, 농축물을 실리카겔 칼럼을 이용하여 분리하여 생성물 4.68 g (92%)을 얻었다.
(4) Sub-1-1의 합성
Sub-1-1-b (3.10 g, 8.91 mmol)에 diphenylamine (1.51 g, 8.91 mmol), Pd2(dba)3 (0.16 g, 0.18 mmol), t-BuONa (1.71 g, 17.81 mmol), P(t-bu)3 (0.07 g, 0.36 mmol), toluene (300 ml)을 넣고 50℃에서 1시간 환류시킨다. 반응이 종료되면 반응물의 온도를 상온으로 식히고 MC로 추출하고 물로 닦아주었다. 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축시킨 후, 농축물을 실리카겔 칼럼을 이용하여 분리하여 생성물 2.57 g (66%)을 얻었다.
2. Sub-1-7합성
Figure 112018055362611-pat00019
Sub-1-1-c (4.60 g, 13.22 mmol), N-phenyldibenzo[b,d]thiophen-3-amine (3.64 g, 13.22 mmol), Pd2(dba)3 (0.24 g, 0.26 mmol), t-BuONa (2.54 g, 26.43 mmol), P(t-bu)3 (0.11 g, 0.53 mmol), toluene (44 ml)을 상기 Sub-1-1의 합성법과 같은 방법으로 반응시켜서 생성물 4.37 g (61%)을 얻었다.
3. Sub-1-14합성
Figure 112018055362611-pat00020
(1) Sub-1-14-a의 합성
2-(thiophen-2-yl)furan (6.60 g, 43.94 mmol)에 chloroform (100 mL), AcOH (50 mL)를 넣고 Br2 (28.09 mL, 175.77 mmol)을 천천히 넣는다. 상온에서 1시간 교반 뒤, 12시간 환류시킨다. 반응이 종료되면 MC로 추출하고 물로 닦아주었다. 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축시킨 후 농축물을 재결정하여 생성물 18.42 g (90%)을 얻었다.
(2) Sub-1-14-b의 합성
Sub-1-14-a (13.50 g, 28.98 mmol)에 ethanol (360 ml), 물 (40 ml), glacial acetic acid (100 ml), 3M HCl (8 ml)을 넣고, Zn powder (6.25 g, 115.93 mmol)를 넣는다. 6시간 환류시킨 뒤, 0℃에서 필터링 한다. 얻어진 고체를 EA에 녹여 추출하고 물로 닦아주었다. 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축시킨 후 농축물을 실리카겔을 이용하여 분리한 뒤, 생성물 7.77 g (87%)을 얻었다.
(3) Sub-1-14-c의 합성
Sub-1-14-b (9.20 g, 29.87 mmol), 2.5M n-BuLi (23.90 ml, 59.74 mmol), N,N-dimethylformamide (3.67 g, 62.73 mmol), THF (120 ml)를 상기 Sub-1-1-a의 합성법과 같은 방법으로 반응시켜서 생성물 5.24 g (85%)을 얻었다.
(4) Sub-1-14-d의 합성
Sub-1-14-c (4.60 g, 22.31 mmol), titanium tetrachloride (25.38 ml, 133.84 mmol), zinc powder (5.83 g, 89.23 mmol), THF (900 ml)를 상기 Sub-1-1-b의 합성법과 같은 방법으로 반응시켜서 생성물 2.80 g (72%)을 얻었다.
(5) Sub-1-14-e의 합성
Sub-1-14-d (4.3 g, 24.68 mmol), THF (60 ml)에 2.5M n-BuLi (9.87 ml, 24.68 mmol)을 -78℃에서 천천히 넣고 1시간 교반한다. 1,2-dibromoethane (5.11 g, 27.15 mmol)을 천천히 넣은 후 상온으로 온도를 올린 후 교반한다. 반응이 종료되면 EA로 추출하고 물로 닦아주었다. 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축시킨 후, 농축물을 재결정하여 생성물 4.12 g (66%)을 얻었다.
(6) Sub-1-14-f의 합성
Sub 1-14-e (9.80 g, 38.72 mmol)에 MC (100 mL)를 넣고 N-chlorosuccinimide (5.43 mL, 40.65 mmol)을 천천히 넣은 후, 상온에서 6시간 교반한다. 반응이 종료되면 MC로 추출하고 물로 닦아주었다. 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축시킨 후, 농축물을 실리카겔 칼럼을 이용하여 분리하여 생성물 9.69 g (87%)을 얻었다.
(7) Sub-1-14의 합성
Sub-1-14-f (3.30 g, 11.48 mmol), diphenylamine (1.94 g, 11.48 mmol), Pd2(dba)3 (0.21 g, 0.23 mmol), t-BuONa (2.21 g, 22.95 mmol), P(t-bu)3 (0.09 g, 0.46 mmol), toluene (40 ml)을 상기 Sub-1-1의 합성법과 같은 방법으로 반응시켜서 생성물 3.97 g (92%)을 얻었다.
4. Sub-1-25합성
Figure 112018055362611-pat00021
(1) Sub-1-25-a의 합성
3,3'-dibromo-2,2'-bifuran (4.80 g, 16.44 mmol), 2.5M n-BuLi (13.15 ml, 32.88 mmol), N,N-dimethylformamide (3.67 g, 34.53 mmol), THF (100 ml)을 상기 Sub-1-1-a의 합성법과 같은 방법으로 반응시켜서 생성물 2.78 g (89%)을 얻었다.
(2) Sub-1-25-b의 합성
Sub-1-25-a (4.40 g, 27.82 mmol), titanium tetrachloride (31.66 ml, 166.92 mmol), zinc powder (7.28 g, 111.28 mmol), THF (1000 ml)를 상기 Sub-1-1-b의 합성법과 같은 방법으로 반응시켜서 생성물 6.06 g (69%)을 얻었다.
(3) Sub-1-25-c의 합성
Sub 1-25-b (3.72 g, 23.52 mmol), N-bromosuccinimide (8.58 mL, 48.22 mmol), MC (50 mL)를 상기 Sub-1-1-c의 합성법과 같은 방법으로 반응시켜서 생성물 6.54 g (88%)을 얻었다.
(4) Sub-1-25의 합성
Sub-1-25-c (9.82 g, 31.08 mmol), diphenylamine (5.26 g, 31.08 mmol), Pd2(dba)3 (0.57 g, 0.62 mmol), t-BuONa (5.97 g, 62.16 mmol), P(t-bu)3 (0.25 g, 1.24 mmol), toluene (100 ml)을 상기 Sub-1-1의 합성법과 같은 방법으로 반응시켜서 생성물 7.41 g (59%)을 얻었다.
Sub 1에 속하는 화합물은 아래와 같은 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 표 1은 Sub 1에 속하는 화합물의 FD-MS 값을 나타낸 것이다.
Figure 112018055362611-pat00022
Figure 112018055362611-pat00023
Figure 112018055362611-pat00024
[표 1]
Figure 112018055362611-pat00025
Ⅱ. Sub 2의 합성
상기 반응식 1의 Sub 2는 하기 반응식 4의 반응경로에 의해 합성(본 출원인의 한국등록특허 제 10-1251451호 (2013.04.05일자 등록공고)에 개시)될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<반응식 4>
Figure 112018055362611-pat00026
Sub 2에 속하는 화합물은 아래와 같은 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 표 2는 Sub 2에 속하는 화합물의 FD-MS 값을 나타낸 것이다.
Figure 112018055362611-pat00027
[표 2]
Figure 112018055362611-pat00028
Ⅲ. 최종화합물의 합성
(1) P-2의 합성
Figure 112018055362611-pat00029
Sub-1-1 (2.50 g, 5.73 mmol)에 Sub-2-46 (1.58 g, 5.73 mmol), Pd2(dba)3 (0.10 g, 0.11 mmol), t-BuONa (1.10 g, 11.46 mmol), P(t-bu)3 (0.05 g, 0.23 mmol), toluene (20ml)을 넣고 120℃에서 3시간 환류시킨다. 반응이 종료되면 반응물의 온도를 상온으로 식히고 MC로 추출하고 물로 닦아주었다. 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축시킨 후, 농축물을 실리카겔 필터를 이용하여 분리한 뒤, 생성물 2.93 g (81%)을 얻었다.
(2) P-16의 합성
Figure 112018055362611-pat00030
Sub-1-7 (4.10 g, 7.56 mmol), Sub-2-28 (1.96 g, 7.56 mmol), Pd2(dba)3 (0.104 g, 0.15 mmol), t-BuONa (1.45 g, 15.11 mmol), P(t-bu)3 (0.06 g, 0.30 mmol), toluene (25 ml)을 상기 P-2의 합성법과 같은 방법으로 반응시켜서 생성물 4.63 g (85%)을 얻었다.
(3) P-22의 합성
Figure 112018055362611-pat00031
Sub-1-1 (1.90 g, 4.35 mmol), Sub-2-9 (1.63 g, 4.35 mmol), Pd2(dba)3 (0.08 g, 0.09 mmol), t-BuONa (0.84 g, 8.71 mmol), P(t-bu)3 (0.04 g, 0.17 mmol), toluene (15 ml)을 상기 P-2의 합성법과 같은 방법으로 반응시켜서 생성물 2.45 g (77%)을 얻었다.
(4) P-38의 합성
Figure 112018055362611-pat00032
Sub-1-14 (2.25 g, 5.99 mmol), Sub-2-12 (2.00 g, 5.99 mmol), Pd2(dba)3 (0.11 g, 0.12 mmol), t-BuONa (1.15 g, 11.97 mmol), P(t-bu)3 (0.05 g, 0.24 mmol), toluene (20 ml)을 상기 P-2의 합성법과 같은 방법으로 반응시켜서 생성물 3.19 g (79%)을 얻었다.
(5) P-66의 합성
Figure 112018055362611-pat00033
Sub-1-25 (1.66 g, 4.11 mmol), Sub-2-44 (1.82 g, 4.11 mmol), Pd2(dba)3 (0.08 g, 0.08 mmol), t-BuONa (0.79 g, 8.21 mmol), P(t-bu)3 (0.03 g, 0.16 mmol), toluene (15 ml)을 상기 P-2의 합성법과 같은 방법으로 반응시켜서 생성물 2. 70 g (86%)을 얻었다.
[표 3]
Figure 112018055362611-pat00034
Figure 112018055362611-pat00035
유기전기소자의 제조평가
[ 실시예 1] 적색유기전기발광소자 ( 발광보조층 )
유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 상에 N1-(naphthalen-2-yl)-N4,N4-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N1-phenylbenzene-1,4-diamine (이하, "2-TNATA"로 약기함)를 60 nm 두께로 진공증착하여 정공주입층을 형성한 후, 상기 정공주입층 상에 4,4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]바이페닐 (이하, "NPD"로 약기함)을 60 nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 이후, 상기 정공수송층 상에 본 발명의 화합물 P-2을 20nm 두께로 진공증착하여 발광보조층을 형성한 후, 상기 발광보조층 상에 4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl (이하 “CBP”로 약기함)를 호스트 물질로, bis-(1-phenylisoquinolyl)iridium(Ⅲ)acetylacetonate (이하 "(piq)2Ir(acac)"로 약기함)을 도판트 물질로 사용하여 95:5 중량비로 진공증착하여 30 nm 두께의 발광층을 형성하였다.
이후, 상기 발광층 상에 (1,1'-biphenyl-4-olato)bis(2-methyl-8-quinolinolato)aluminum (이하 "BAlq"로 약기함)을 5 nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 Bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium (이하, BeBq2)을 40 nm 두께로 진공증착하여 전자수송층을 형성하였다. 이후, 상기 전자주입층 ㅅ상에 LiF를 0.2nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 상기 전자주입층 상에 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극을 형성하였다.
[ 실시예 2] 내지 [ 실시예 30]
발광보조층 물질로 본 발명의 화합물 P-2 대신 하기 표 4에 기재된 본 발명의 화합물을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전계발광소자를 제조하였다.
[ 비교예 1]
발광보조층을 형성하지 않은 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
[ 비교예 2] 및 [ 비교예 3]
발광보조층 물질로 본 발명의 화합물 P-2 대신 하기 비교화합물 1 및 비교화합물 2를 각각 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
<비교화합물1> <비교화합물2>
Figure 112018055362611-pat00036
이와 같이 제조된 실시예 1 내지 실시예 30 및 비교예 1 내지 비교예 3의 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 2500cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였다. 그 측정 결과는 하기 표 4와 같다.
[표 4]
Figure 112018055362611-pat00037
상기 표 4의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 발광보조층 재료로 사용하여 적색유기발광소자를 제작한 경우, 발광보조층을 사용하지 않거나 비교화합물 1 및 2를 사용한 비교예보다 소자의 전기적 특성이 개선되었다. 즉, 발광보조층을 사용하지 않은 비교예 1 보다는 비교화합물 1 및 2를 사용한 비교예 2 및 비교예 3의 소자 결과가 우수했고, 비교화합물과 유사하지만 아미노기에 단순 아릴기가 결합된 것이 아니라 헤테로고리나 플루오렌 유도체가 결합된 본 발명 화합물을 발광보조층 재료로 사용한 실시예 1 내지 30의 소자 결과가 더 우수한 것을 확인할 수 있다.
이는, 일반 아릴기가 아닌 화학식 1-1과 같은 특정 치환기가 아미노기의 치환기로 도입됨으로써, 본 발명의 화합물의 HOMO 또는 LUMO 에너지 레벨(energy level)이 정공수송층과 발광층 사이의 적절한 값을 가져 이로 인해 정공과 전자가 전하 균형(charge balance)를 이루고 정공수송층 계면이 아닌 발광층 내부에서 발광이 이루어져 효율 및 수명이 극대화되기 때문인 것으로 보인다.
또한, 본 발명의 실시예 1, 실시예 4 및 실시예 7을 비교해보면, 아미노기의 치환기로 다이벤조싸이오펜 또는 다이벤조퓨란이 도입된 실시예 1 및 실시예 4의 소자결과가 실시예 7보다 향상된 소자 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이는, 아미노기의 치환기로 다이벤조싸이오펜 또는 다이벤조퓨란이 도입됨으로써 높은 굴절률, 높은 Tg 값을 나타내기 때문에 발광 효율 및 열적 안정성이 향상되어 수명이 증가되는 것을 확인할 수 있다.
[ 실시예 31] 녹색유기전기발광소자 ( 정공수송층 )
유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 상에 2-TNATA을 60 nm 두께로 진공증착하여 정공주입층을 형성한 후, 상기 정공주입층 상에 본 발명의 화합물 P-2를 60 nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 정공수송층 상에 CBP를 호스트 물질로, tris(2-phenylpyridine)-iridium (이하, Ir(ppy)3라 함)을 도판트 물질로 사용하여 90:10 중량비로 진공증착하여 30nm 두께의 발광층을 형성하였다. 이어서, 상기 발광층 상에 BAlq을 5 nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 BeBq2를 40 nm 두께로 진공증착하여 전자수송층을 형성하였다. 이후, 상기 전자수송층 상에 LiF를 0.2nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 상기 전자주입층 상에 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극을 형성하였다.
[ 실시예 32] 내지 [ 실시예 39]
정공수송층 물질로 본 발명의 화합물 P-2 대신 하기 표 5에 기재된 본 발명의 화합물을 각각 사용한 점을 제외하고는 실시예 31과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
[ 비교예 4]
정공 수송층 재료로써 N,N'-Bis(1-naphthalenyl)-N,N'-bis-phenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine (이하 NPB로 약기함)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 31과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
[ 비교예 5] 및 [ 비교예 6]
정공 수송층 재료로써 비교화합물 1 및 2를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 31과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
이와 같이 제조된 실시예 31 내지 실시예 39 및 비교예 4 내지 비교예 6의 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 5와 같다.
[표 5]
Figure 112018055362611-pat00038
상기 표 5의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 정공 수송층 재료로 사용하여 녹색유기전기발광소자를 제작한 경우, NPB를 사용하거나 비교화합물 1 및 2를 사용한 비교예보다 유기전기발광소자의 구동전압을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 발광 효율과 수명을 개선시킬 수 있음을 알 수 있다.
이는 표 4의 설명과 마찬가지로, 2개의 아민기에 일반 아릴기가 아닌 특정 치환기가 도입된 본 발명의 화합물은 비교예 화합물들과는 화학적, 물리적 특성이 현저히 달라질 수 있고, 그로 인해 개선된 소자 결과가 도출될 수 있음을 시사하고 있다.
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.
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 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 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 (10)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    <화학식 1>
    Figure 112022139007390-pat00049

    상기 화학식 1에서,
    X1 및 X2는 O 또는 S이며,
    R1 내지 R3는 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 니트로기; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb)로 이루어진 군에서 선택되며,
    a 및 c는 각각 0 또는 1의 정수이고, b는 0~2의 정수이며, b가 2인 경우 복수의 R3는 서로 같거나 상이하며,
    L1 및 L2는 서로 독립적으로 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되며,
    Ar1 내지 Ar4는 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; -L'-N(Ra)(Rb); 및 하기 화학식 1-1로 이루어진 군에서 선택되며, 단, Ar1 내지 Ar4 중 적어도 하나는 하기 화학식 1-1이며,
    <화학식 1-1>
    Figure 112022139007390-pat00050

    상기 화학식 1-1에서,
    Y는 O, S, Se, C(R6)(R7), Si(R6)(R7) 또는 N(Ar5) 이며,
    R4 및 R5는 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 니트로기; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb)로 이루어진 군에서 선택되며, 이웃한 기끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    n은 0~3의 정수이고, m은 0~4의 정수이며, 이들이 2 이상의 정수인 경우 각각의 R4 및 각각의 R5는 서로 같거나 상이하며,
    상기 R6 및 R7은 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 니트로기; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb)로 이루어진 군에서 선택되며, R6과 R7은 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    상기 Ar5는 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb)로 이루어진 군에서 선택되며,
    상기 L'은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되며,
    상기 Ra 및 Rb는 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; C3~C60의 지방족고리기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되며,
    상기 R1 내지 R7, Ar1 내지 Ar5, L1, L2, L', Ra, Rb는 각각 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 더 치환될 수 있다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 화학식 6 중에서 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물:
    <화학식 2> <화학식 3>
    Figure 112018055362611-pat00041

    <화학식 4> <화학식 5>
    Figure 112018055362611-pat00042

    <화학식 6>
    Figure 112018055362611-pat00043

    상기 화학식 2 내지 화학식 6에서, X1, X2, Y, Ar2 내지 Ar4, L1, L2, R1 내지 R5, a, b, c, m 및 n은 제1항에서 정의된 것과 같다.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 7 내지 화학식 9 중에서 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물:
    <화학식 7> <화학식 8> <화학식 9>
    Figure 112018055362611-pat00044

    상기 화학식 7 내지 화학식 9에서, X1, X2, Ar1 내지 Ar4, L1, L2, R1 내지 R3, a, b 및 c는 제1항에서 정의된 것과 같다.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 화합물:
    Figure 112022139007390-pat00045

    Figure 112022139007390-pat00046

    Figure 112022139007390-pat00051
    .
  5. 제 1전극, 제 2 전극, 및 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이에 형성된 유기물층을 포함하는 유기전기소자에 있어서,
    상기 유기물층은 제1항의 화학식 1로 표시되는 1종 단독 화합물 또는 2종 이상의 화합물을 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유기물층은 정공주입층, 정공 수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송보조층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 적어도 하나의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 화합물은 상기 정공수송층 또는 발광보조층에 포함된 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 또는 롤투롤 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  9. 제 5항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및
    상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터 및 단색 조명용 소자로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자장치.
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