KR102607419B1 - 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 제공한다.

Description

유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치{COMPOUND FOR ORGANIC ELECTRIC ELEMENT, ORGANIC ELECTRIC ELEMENT COMPRISING THE SAME AND ELECTRONIC DEVICE THEREOF}
본 발명은 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 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.
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 전력공급원을 가지고 있는 휴대용 디스플레이 입장에서는 소비전력이 매우 중요한 요소가 되었고, 효율과 수명 문제 또한 반드시 해결해야 되는 상황이다.
효율과 수명, 구동전압 등은 서로 연관이 있으며, 효율이 증가되면 상대적으로 구동전압이 떨어지고, 구동전압이 떨어지면서 구동시 발생하는 주울열(Joule heating)에 의한 유기물질의 결정화가 적어져 결과적으로 수명이 늘어나는 경향을 나타낸다.
하지만 상기 유기물층을 단순히 개선한다고 하여 효율을 극대화시킬 수는 없다. 왜냐하면 각 유기물층 간의 에너지 준위 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있기 때문이다.
즉, 유기전기소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자 내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질, 발광보조층 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되는 것이 선행되어야 하나, 아직까지 안정되고 효율적인 유기전기소자용 유기물층 재료의 개발이 충분히 이루어지지 않은 상태이다. 따라서, 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있으며, 특히 발광층, 특히 발광층의 호스트 물질의 재료에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 소자의 발광효율, 안정성 및 수명을 향상시킬 수 있는 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일측면에서, 본 발명은 아래 화학식의 화합물을 제공한다.
Figure 112017000282813-pat00001
또한, 본 발명은 상기의 화학식을 가지는 화합물을 이용한 유기전기소자 및 이 유기전기소자를 포함하는 단말을 제공한다.
본 발명의 화합물은 유기전기소자 및 단말에서 다양한 역할을 할 수 있으며, 유기전기소자 및 단말에 적용시 소자의 구동전압을 낮추고, 광 효율 및 수명, 소자의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 유기발광소자의 단면도이다.
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.
Figure 112017000282813-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 112017000282813-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 112017000282813-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 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 유기발광소자는 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 유기발광소자(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.
Figure 112017000282813-pat00005
1) X는 NR1, S, O, CR'R”중 하나이며,
2) n, m은 0 또는 1이며, n+m은 1이상이며,
(여기서 n, m이 0일 경우는 A, B가 단일결합이 되어 오각고리가 형성됨)
3) A, B는 서로 독립적으로 단일결합, NR1, S, O, CR'R”중 하나이며,
4) Z1 내지 Z12는 서로 독립적으로 CR2, N이고 적어도 하나는 N이며,
5) R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택되고,
(여기서 상기 L'은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 Ra 및 Rb 은 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택됨), 또는 이웃한 R1끼리, 이웃한 R2끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
상기 Z1 내지 Z12 중 적어도 둘이 CR2인 경우 각각의 CR2는 서로 독립적으로 각각의 CR2는 동일할 수도 있고 상이할 수도 있으며.
6) R', R”은 서로 독립적으로 수소, C1~C50의 알킬기; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되먀, 서로 결합하여 스파이로 화합물을 형성할 수 있다.
상기 R1, R2, R', R”가 아릴기, 플루오렌일기, 헤테로고리기, 융합고리기, 알킬기, 알켄일기, 알킨일기, 알콕실기, 아릴렌기, 플루오렌일렌기인 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 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.
상기 화학식 (1)은 하기 화학식 (2) 내지 화학식 (3) 중 하나로 표시될 수 있다.
Figure 112017000282813-pat00006
상기 Z1 내지 Z12, X, A, B는 상기 화학식 (1)에서 정의된 Z1 내지 Z12, X, A, B와 같다.
상기 화학식 (1)은 하기 화학식 (4 )내지 화학식 (11) 중 하나로 표시될 수 있다.
Figure 112017000282813-pat00007
상기 Z1 내지 Z12, R1, R2, R', R”, A, B는 상기 화학식 (1)에서 정의된 Z1 내지 Z12, R1, R2, R', R”, A, B와 같다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물들 중 어느 하나일 수 있으며, 하기 화합물에만 한정하는 것은 아니다.
Figure 112017000282813-pat00008
Figure 112017000282813-pat00010
Figure 112017000282813-pat00011
Figure 112017000282813-pat00012
Figure 112017000282813-pat00013
Figure 112017000282813-pat00014
Figure 112017000282813-pat00015
Figure 112017000282813-pat00016
Figure 112017000282813-pat00017
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, 전자수송보조층, 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(1-1 내지 9-18)로 표시되는 화합물을 포함하는 유기전기소자를 제공한다.
또 다른 실시예에서, 상기 유기물층의 상기 정공주입층, 상기 정공수송층, 상기 발광보조층, 상기 발광층, 상기 전자수송보조층, 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 4항의 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 (1)로 표시되는 화합물(final product)은 하기 반응식 1과 같이 Sub 1이 (1) 내지 (4)의 방법으로 제조된다.
Figure 112017000282813-pat00018
Sub A 합성예시
반응식 1의 Sub A는 하기 반응식 2~5의 반응경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다.
1) Sub A(1)의 합성
Figure 112017000282813-pat00019
Sub A(1)-3의 합성
Sub A(1)-1, Sub A(1)-2 K2CO3, Pd(PPh3)4를 무수 THF와 소량의 물에 녹이고 난 후, 80 ℃에서 12시간 동안 환류시켰다. 반응이 종료되면 반응물의 온도를 상온으로 식히고, CH2Cl2로 추출하고 물로 닦아주었다.유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column을 이용하여 분리하여 원하는 Sub A(1)-3을 얻었다.
Sub A(1)-4의 합성
얻은 Sub A(1)-3과 triphenylphosphine을 o-dichlorobenzene에 녹이고, 24시간 동안 환류시켰다. 반응이 종결되면 감압 증류를 이용하여 용매를 제거한 후, 농축된 생성물을 silicagel column 및 재결정하여 원하는 Sub A(1)-4를 얻었다.
Sub A(1)의 합성
Sub A(1)-4을 톨루엔에 녹인 후에, Sub A(1)-5를 넣고 Pd2(dba)3, P(t-Bu)3, NaOt-Bu, toluene을 각각 첨가한 뒤, 100℃ 에서 24시간 교반 환류 시킨다. 반응이 종료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 Sub A(1)을 얻었다.
2) Sub A(2)의 합성
Figure 112017000282813-pat00020
Sub A(2)-1, Sub A(2)-2, NH3,를 상온에서 10분 동안 반응시켰다. 반응이 종료되면 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column을 이용하여 분리하여 원하는 Sub A(2)를 얻었다.
3) Sub A(3)의 합성
Figure 112017000282813-pat00021
Sub A(3)-1, Sub A(3)-2에 Cs2CO3, Pd(OAc)2, PPh3를 첨가하고 DMF에 녹이고 난 후, 140 ℃에서 15시간 동안 반응시켰다. 반응이 종료되면 반응물의 온도를 상온으로 식히고, 유기층을 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column을 이용하여 분리하여 원하는 Sub A(3)을 얻었다
4) Sub A(4)의 합성
Figure 112017000282813-pat00022
Sub A(4)-2의 합성
Sub A(4)-1에 ET3N, Pd(OAc)2, PPH3를 첨가하고 DMF와 소량의 물에 녹이고 난 후, 130 ℃에서 22시간 동안 반응시켰다. 반응이 종료되면 반응물의 온도를 상온으로 식히고, 유기층을 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column을 이용하여 분리하여 원하는 Sub A(4)-2를 얻었다.
Sub A(4)-3의 합성
Sub A(4)-2를 Diethylether에 녹이고 AlCl3를 천천히 첨가하였다. 이를15분 동안 교반한 후 0℃로 냉각하고 리튬알루미늄하이드라이드(LAH)를 천천히 첨가하였다. 그 후 1시간 동안 환류 교반하여 반응이 완결되면 상온으로 천천히 냉각하고 여기에 EA를 거품이 일어나지 않을 때까지 천천히 넣어주었다. 그런 다음 HCL을 넣어주고, 증류와 에틸아세테이트로 추출하였다. 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column을 이용하여 분리하여 원하는 Sub A(4)-3을 얻었다.
Sub A(4)-4의 합성
Sub A(4)-3을 DMSO에 녹인 다음, 상온에서 소듐 tert-부톡사이드를 넣어주고 70℃에서 15분간 교반하였다. 반응이 완결되면 상온에서 냉각하고 증류수를 넣어 20분간 교반하였다. 이때 고체가 생성되는데 이를 필터하고, 얻어진 고체를 메탄올과 아세톤으로 재결정하여 Sub A(4)를 얻었다.
[ Final product 1, 2 합성예시: 경로 (1)]
반응식 1의 Product1,2는 하기 반응식 6의 반응경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다
Figure 112017000282813-pat00023
Figure 112017000282813-pat00024
Sub 2-1의 합성
Sub A(1)-1 (46.6g, 0.11 mol), Sub 1-1 (15.2g, 0.13 mol), K2CO3 (46.03 g, 0.33 mol), Pd(PPh3)4 (5.13 g, 4 mol%)를 무수 THF와 소량의 물에 녹이고 난 후, 80 ℃에서 12시간 동안 환류시켰다. 반응이 종료되면 반응물의 온도를 상온으로 식히고, CH2Cl2로 추출하고 물로 닦아주었다.유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column을 이용하여 분리하여 원하는 Sub 2-1 (40.5g, 80%)을 얻었다.
Sub 3-1의 합성
얻은 Sub 2-1 (40.5g, 0.09 mol)와 triphenylphosphine (0.3 mol)을 o-dichlorobenzene에 녹이고, 24시간 동안 환류시켰다. 반응이 종결되면 감압 증류를 이용하여 용매를 제거한 후, 농축된 생성물을 silicagel column 및 재결정하여 원하는 Sub 3-1(30.2g, 80%)를 얻었다.
5-17의 합성
Sub 3-1 (10.4g, 24mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 5-1 (3.8g, 20mmol)을 넣고 Pd2(dba)3 (0.5g, 0.6mmol), P(t-Bu)3 (0.2g, 2mmol), NaOt-Bu (5.8g, 60mmol), toluene (300 mL)을 각각 첨가한 뒤, 100℃ 에서 24시간 교반 환류 시킨다. 반응이 종료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 최종화합물을 10.2g (수율: 83%)을 얻었다.
Figure 112017000282813-pat00025
Sub 2-2의 합성
Sub A(2)-1 (34.6g, 0.11 mol), Sub 1-1 (15.2, 0.13 mol)을 상기 Sub 2-1과 동일한 합성법을 이용하여 원하는 Sub 2-2 (31.4 g, 80%)을 얻었다.
Sub 3-2의 합성
얻은 Sub 2-2 (31.4g, 0.09 mol)을 상기 Sub 3-1 Sub 3-1과 동일한 합성법을 이용하여 원하는 Sub 3-2 (22.8g, 80%)를 얻었다.
2-18의 합성
Sub 3-2 (7.8g, 24mmol)을 톨루엔에 녹인 후에, Sub 5-1 (4.7g, 20mmol)을 넣고 상기 5-17과 동일한 합성법을 이용하여 최종화합물을 9.3g (수율: 81%)을 얻었다.
[ Final product 3, 4 합성예시: 경로 (2)]
반응식 1의 Product 3.4는 하기 반응식 7의 반응경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다
Figure 112017000282813-pat00026
Figure 112017000282813-pat00027
Sub 6-1 합성법
Sub A(3)-1 (32.7g, 0.11mol), Sub 5-1 (22.0g, 0.13mol)을 상기 Sub 2-1과 동일한 합성법을 이용하여 원하는 Sub 6-1 (28.9g, 77%)을 얻었다.
Sub 7-1 합성법
Sub 6-1 (28.7g, 0.08mol)을 아세트산(acetic acid)에 녹이고 과산화수소(hydrogen peroxide)를 아세트산(acetic aicd)에 용해시킨 것을 한 방울씩 떨어뜨리며(dropwise) 상온에서 6시간 교반한다. 반응이 종결되면 감압 장치를 이용하여 아세트산(acetic acid)를 제거하고 컬럼크로마토그래피를 이용하여 분리하여 원하는 Sub 7-1 (24.0g, 80%)을 얻었다.
3-19 합성법
얻은 Sub 7-1 (25.0g, 0.07mol)을 과량의 트리플루오로메탄술폰산(trifluoromethanesulfonic acid)에 넣고 상온에서 24시간 교반한 다음 물과 피리딘(8:1)(pyridine(8:1))을 천천히 넣고 30분 환류한다. 온도를 내리고 CH2Cl2로 추출하고 물로 닦아준다. 소량의 물을 무수 MgSO4로 제거하고 감압 여과 후, 유기용매를 농축하여 생성된 생성물을 컬럼크로마토그래피를 이용하여 분리하여 원하는 3-19를 16.6g 얻었다. (수율: 73%)
Figure 112017000282813-pat00028
Sub 6-2 합성법
Sub A(4)-1 (35.7g, 0.11mol), Sub 5-2 (21.8g, 0.13mol)을 상기 Sub 2-1과 동일한 합성법을 이용하여 원하는 Sub 6-2 (29.1g, 72%)을 얻었다.
Sub 7-2 합성법
Sub 6-2 (29.0g, 0.08mol)을 상기 Sub 7-1과 동일한 합성법을 이용하여 원하는 Sub 7-2 (23.9g, 79%)을 얻었다.
8-20 합성법
얻은 Sub 7-2 (23.8g, 0.06mol)을 상기 3-19와 동일한 합성법을 이용하여 원하는 8-2을 15.7g 얻었다. (수율: 72%)
[ Final product 5, 6 합성예시: 경로 (3)]
반응식 1의 Product 5, 6는 하기 반응식 8의 반응경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다.
Figure 112017000282813-pat00029
Figure 112017000282813-pat00030
Sub 9-1 합성법
Sub A(1)-2 (58.1g, 0.11mol), Sub 8-1 (17.9g, 0.13mol)을 상기 Sub 2-1과 동일한 합성법을 이용하여 원하는 Sub 9-1 (39.9g, 67%)을 얻었다.
1-15 합성법
상기 합성에서 얻어진 Sub 9-1 (5.4g, 10mmol)를 둥근바닥플라스크에 Pd(OAc)2 (0.2g, 1mmol), 3-nitropyridine (0.1g, 1mmol)과 함께 넣고 C6F6 (15ml), DMI (10ml)로 녹인 후, tert-butyl peroxybenzoate (3.92g, 21 mmol)를 첨가하고 90°C에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 2.5g (수율: 46%)를 얻었다.
Figure 112017000282813-pat00031
Sub 9-2 합성법
Sub A(2)-2 (37.5g, 0.11mol), Sub 8-2 (17.9g, 0.13mol)을 상기 Sub 2-1과 동일한 합성법을 이용하여 원하는 Sub 9-2 (25.2g, 70%)을 얻었다.
6-13 합성법
상기 합성에서 얻어진 Sub 9-2 (3.3g, 10mmol)을 상기 6-13과 동일한 합성법을 이용하여 원하는 생성물 1.7g (수율: 51%)를 얻었다.
[ Final product 7, 8 합성예시: 경로 (4)]
반응식 1의 Product 7, 8는 하기 반응식 8의 반응경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다.
Figure 112017000282813-pat00032
Figure 112017000282813-pat00033
Sub 10-1 합성법
Sub A(3)-1 (32.8g, 0.11mol), Sub 10-1 (23.4g, 0.13mol)을 상기 Sub 2-1과 동일한 합성법을 이용하여 원하는 Sub 11-1 (28.4g, 73%)을 얻었다.
7-21 합성법
상기 합성에서 얻어진 Sub 11-1 (21.6g, 61mmol)를 둥근바닥플라스크에 THF(305ml)로 녹인 후에, methylmagnesium bromide 1.0M in THF (243.2ml, 243.21 mmol)을 천천히 적가시킨 후, 상온에서 교반하였다. 반응이 완료되면 diethyl ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 중간 생성물을 얻었다. 이 중간 생성물을 acetic acid 용액 (250ml)에 녹이고 HCl (5ml)를 첨가한 뒤 환류시켰다. 반응이 완료되면 물을 넣고 교반 후 생성된 고체를 감압여과 후 물과 메탄올로 세척하여 백색 분말로서 생성물 14.7g (수율: 72% over two steps)을 얻었다.
Figure 112017000282813-pat00034
Sub 11-2 합성법
Sub A(4)-2 (35.6g, 0.11mol), Sub 10-2 (23.5g, 0.13mol)을 상기 Sub 2-1과 동일한 합성법을 이용하여 원하는 Sub 11-2 (31.3g, 75%)을 얻었다.
4-23 합성법
상기 합성에서 얻어진 Sub 11-2 (23.1g, 61mmol)을 상기 7-21과 동일한 합성법을 이용하여 원하는 4-23을 22.5g (수율: 76% over two steps)을 얻었다.
9-1의 합성예시
Figure 112017000282813-pat00035
Sub B-2 합성법
출발물질인 Sub B-1 (12g, 38.19mmol)을 둥근바닥플라스크에 THF (168ml)로 녹인 후에, (4-(9-(4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-phenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-9H-carbazol-2-yl)-2-(methylthio)phenyl)boronic acid (24.46g, 38.19mmol), Pd(PPh3)4 (1.32g, 1.15mmol), K2CO3 (15.84g, 114.58mmol), 물 (ml)을 첨가하고 90°C에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 21.87g (수율: 69%)를 얻었다.
Sub B-3 합성법
Sub B-2 (21.8g, 26.26mmol), H2O2 (2.23g, 65.66mmol), acetic acid (131ml)을 둥근바닥플라스크에 넣고 상온에서 교반하였다. 반응이 종결되면 acetic acid를 제거하고 물을 넣어 고체를 얻은 후, 고체를 CH2Cl2에 녹여 silicagel column하고 농축하여 생성물 18g 을 얻었다. (수율: 81%)
9-1 합성법
Sub B-3 (18g, 21.28mmol)을 둥근바닥플라스크에 과량의 H2SO4 (43ml)를 넣어 녹인 후에, 40oC에서 교반하였다. 반응이 완료되면 0.2N NaOH수용액으로 pH 8~9로 중화하였다. 감압필터하여 물을 제거하고, CH2Cl2로 추출하고 농축 한 후 silicagel column 및 재결정하여 생성물 6.75g 를 얻었다. (수율: 39%)
9-4의 합성예시
Figure 112017000282813-pat00036
Sub B-5 합성법
출발물질인 Sub B-4 (10g, 33.54mmol), THF (148ml), (5-(9-(4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)benzo[h]quinazolin-2-yl)-9H-carbazol-3-yl)-2-(methylthio)phenyl)boronic acid (22.26g, 33.54mmol), Pd(PPh3)4 (1.16g, 1.01mmol), K2CO3 (13.91g, 100.62mmol), 물 (74ml)을 상기 B-2의 합성방법을 사용하여 생성물 20.49g (수율: 73%)를 얻었다.
Sub B-6 합성법
Sub B-5 (20.2g, 24.13mmol), H2O2 (2.05g, 60.33mmol), acetic acid (121ml)을 상기 B-3 합성방법을사용하여 17.098g 을 얻었다. (수율: 83%)
9-4 합성법
Sub B-6 (17g, 19.93mmol), H2SO4 (40ml)를 상기 9-1 합성방법을 사용하여 생성물 7.04g 를 얻었다. (수율: 43%)
9-9의 합성예시
Figure 112017000282813-pat00037
Sub B-8 합성법
출발물질인 Sub B-7 (10.5g, 32.39mmol), THF (142ml), (2-(methoxycarbonyl)-4-(9-(4-phenylbenzofuro[3,2-d]pyrimidin-2-yl)-9H-carbazol-3-yl)phenyl)boronic acid (19.09g, 32.39mmol), Pd(PPh3)4 (1.12g, 0.97mmol), K2CO3 (13.43g, 97.16mmol), 물 (71ml)을 상기 B-2의 합성방법을 사용하여 생성물 15.84g (수율: 62%)를 얻었다.
9-9 합성법
Sub B-8 (15.50, 19.65mmol)를 둥근바닥플라스크에 THF (98ml)로 녹인 후에, methylmagnesium bromide (9.37g, 78.59mmol)을 천천히 적가시킨 후, 상온에서 교반하였다. 반응이 완료되면 diethyl ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 중간 생성물을 얻었다. 이 중간 생성물을 acetic acid 용액 (79ml)에 녹이고 HCl (2ml)를 첨가한 뒤 환류시켰다. 반응이 완료되면 물을 넣고 교반 후 생성된 고체를 감압여과 후 물과 메탄올로 세척하여 백색 분말로서 생성물 6.82g (수율: 45% over two steps)를 얻었다.
Figure 112017000282813-pat00038
Figure 112017000282813-pat00039
Figure 112017000282813-pat00040
Figure 112017000282813-pat00041
유기전기소자의 제조평가
실시예 1) 레드 유기 발광 소자의 제작 및 시험
먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 우선 홀 주입층으로서 N1-(naphthalen-2-yl)-N4,N4-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N1-phenylbenzene-1,4-diamine (2-TNATA로 약기함) 막을 진공증착하여 60 nm 두께로 형성하였다. 이어서, 이 막 상에 정공수송 화합물로서 4,4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐 (이하 -NPB로 약기함)을 60 nm 두께로 진공증착하여 홀 수송층을 형성하였다. 정공수송층 상부에 호스트로서 화학식 (1)로 표시되는 상기 발명화합물을 사용하였으며, 도판트로서는 (piq)2Ir(acac) [bis-(1-phenylisoquinolyl)iridium(Ⅲ)acetylacetonate] 을 95:5 중량으로 도핑함으로써 상기 정공수송층 위에 30nm 두께의 발광층을 증착하였다. 홀 저지층으로 (1,1'-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄(이하 BAlq로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하고, 전자수송층으로 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(이하 Alq3로 약칭함)을 40 nm 두께로 성막하였다. 이후, 전자주입층으로 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극으로 사용함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
이와 같이 제조된 실시예 및 비교예 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 측정하였다. 하기 표는 소자제작 및 평가한 결과를 나타낸다.
Figure 112017000282813-pat00042
[ 비교예 1] 내지 [ 비교예 5]
호스트 재료로써 비교화합물 A~E를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
Figure 112017000282813-pat00043
Figure 112017000282813-pat00044
상기 표2의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 인광호스트로 사용한 유기전기발광소자는 발광효율, 수명 그리고 구동전압을 현저히 개선시킬 수 있다.
다시 말해, 일반적으로 호스트물질로 사용되는 CBP인 비교화합물 A 보다 6환 헤테로고리을 코어로 가지고 있는 비교화합물 B 내지 E가 향상된 소자 결과를 나타내었고, 비교화합물 B 내지 E와 같은 6환 헤테로고리 코어에 N이 치환되어 있는 자사 발명 화합물이 구동전압은 가장 낮고, 효율 및 수명은 극대화 되는 가장 우수한 소자 결과를 나타내었다.
이는 6환 헤테로고리 코어에 N이 하나 이상이 치환되면서 LUMO 에너지 값이 상대적으로 낮아져 전자 수송층으로 전자를 쉽게 받을 수 있고 이로 인해 발광층 내 charge balance를 향상시켜 결과적으로 낮은 구동 전압 및 높은 효율 및 수명의 결과를 야기시킨 것으로 판단된다. 따라서 이는 6환 헤테로고리 코어에 N이 하나 이상이 치환되면서, N이 치환되지 않은 화합물과는 화학적, 물리적 특성이 현저히 달라질 수 있음을 시사하고 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 인광호스트로 사용한 유기전기발광소자는 발광효율, 수명 그리고 구동전압을 현저히 개선시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송보조층 및 전자수송층 중 적어도 하나의 층에 사용한 유기전기발광소자도 발광효율, 수명 그리고 구동전압을 현저히 개선시킬 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.

Claims (11)

  1. 하기 화학식 (2) 내지 화학식 (3)중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물:

    1) X는 NR1, S, O, CR'R"중 하나이며,
    2) A, B는 서로 독립적으로 NR1, S, O, CR'R"중 하나이며,
    3) Z1 내지 Z12는 서로 독립적으로 CR2, N이고, Z1 내지 Z12중 하나만 N이고,
    4) R1는 수소; 중수소; 할로겐; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택되고,
    R2는 수소; 중수소; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되고,
    (여기서 상기 L'은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 Ra 및 Rb 은 서로 독립적으로 C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택됨), 또는 이웃한 R1끼리, 이웃한 R2끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
    상기 Z1 내지 Z12 중 적어도 둘이 CR2인 경우 각각의 CR2는 서로 독립적으로 각각의 CR2는 동일할 수도 있고 상이할 수도 있으며.
    5) R', R"은 수소, C1~C50의 알킬기; C6~C60의 아릴기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되먀, 서로 결합하여 스파이로 화합물을 형성할 수 있으며,
    상기 R1, R2, R', R"가 아릴기, 플루오렌일기, 헤테로고리기, 융합고리기, 알킬기, 알켄일기, 알킨일기, 알콕실기, 아릴렌기, 플루오렌일렌기인 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.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    화학식 (2) 내지 화학식 (3) 중 어느 하나로 나타낸 화합물이 하기 화학식 (4) 내지 화학식 (11) 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물:





    상기 Z1 내지 Z12, R', R", A, B는 상기 화학식 (2) 내지 화학식 (3)에서 정의된 Z1 내지 Z12, R', R", A, B와 같다.
  4. 제 1항에 있어서,
    화학식 (2) 내지 화학식 (3) 중 어느 하나로 나타낸 화합물이 아래와 같이 표시되는 화합물.
    Figure 112023116971846-pat00048


    Figure 112023116971846-pat00050

    Figure 112023116971846-pat00051


    Figure 112023116971846-pat00053

    Figure 112023116971846-pat00054

    Figure 112023116971846-pat00055

    Figure 112023116971846-pat00056

    Figure 112023116971846-pat00057
  5. 제 1전극;
    제 2전극; 및
    상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층;을 포함하는 유기전기소자로, 상기 유기물층은 제 1항, 제 3항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 화합물을 함유하는 유기전기소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유기물층의 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송보조층 및 전자수송층 중 적어도 하나의 층에 상기 화합물이 함유되며, 상기 화합물은 1종 단독 화합물 또는 2종 이상의 화합물을 혼합물의 성분으로서 포함하는 유기전기소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 화합물은 상기 발광층의 인광 호스트 물질로 사용되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1전극과 상기 제 2전극의 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 적어도 일면에 형성되는 광효율 개선층을 더 포함하는 유기전기소자.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 또는 롤투롤 공정에 의해 형성되는 유기전기소자.
  10. 제 5항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및
    상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부를 포함하는 전자장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 유기전기소자는 유기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 하나인 것을 특징으로 하는 전자장치.
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