KR102610466B1 - 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.

Description

화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자{COMPOUND AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING SAME}
본 명세서는 2019년 2월 19일 한국 특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2019-0019011호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등으로 이루어 질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다. 상기와 같은 유기 발광 소자를 위한 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있다.
한국 공개특허공보 제10-2016-0087331호
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에 있어서,
X1 내지 X3은 각각 N 또는 CR21이며, 적어도 하나는 N이고,
L은 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이며,
R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
R 및 R21은 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이며,
r은 1 내지 4의 정수이고, r이 2 이상일 경우, R은 같거나 상이하고,
R3 내지 R10은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 O나 S를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 또는 인접한 치환기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하며,
상기 R3 내지 R10이 모두 수소인 경우, R1 및 R2 중 적어도 하나는 비치환된 페닐이 아니다.
또한, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 유기 발광 소자의 유기물층의 재료로서 사용될 수 있고, 이를 사용함으로써 유기 발광 소자에서 효율의 향상, 낮은 구동전압 및/또는 수명 특성의 향상이 가능하다.
도 1 내지 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따르는 유기 발광 소자를 도시한 것이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 디벤조퓨란의 같은 벤젠고리에 전자 받개 역할을 하는 함질소헤테로고리가 디벤조퓨란의 1번 위치에 위치하고, 전자 주개 역할을 하는 유닛이 함질소헤테로고리와 파라 위치에 치환되어 있다. 전자 주개 유닛과 전자 받개 유닛이 동일 분자 내 동시에 존재함으로써 정공과 전자 수송에 모두 유리하며, 서로 파라 위치에 위치함으로써 오쏘 위치보다 입체 장애 효과가 적고, 전자 주개 유닛과 전자 받개 유닛 사이의 상호 작용은 메타 위치보다 높으므로, 물질의 안정성이 높아 유기 발광 소자의 유기물층의 재료로 사용 시 고효율 및 장수명의 효과를 얻을 수 있다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에 있어서, 는 치환기가 결합되는 위치를 의미한다.
본 명세서에 있어서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치, 즉 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 아릴기로 치환된 아릴기, 헤테로고리기로 치환된 아릴기, 아릴기로 치환된 헤테로고리기, 알킬기로 치환된 아릴기 등일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 더 구체적으로는 탄소수 1 내지 10인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸기; 에틸기; 프로필기; n-프로필기; 이소프로필기; 부틸기; n-부틸기; 이소부틸기; tert-부틸기; sec-부틸기; 1-메틸부틸기; 1-에틸부틸기; 펜틸기; n-펜틸기; 이소펜틸기; 네오펜틸기; tert-펜틸기; 헥실기; n-헥실기; 1-메틸펜틸기; 2-메틸펜틸기; 4-메틸-2-펜틸기; 3,3-디메틸부틸기; 2-에틸부틸기; 헵틸기; n-헵틸기; 1-메틸헥실기; 시클로펜틸메틸기; 시클로헥실메틸기; 옥틸기; n-옥틸기; tert-옥틸기; 1-메틸헵틸기; 2-에틸헥실기; 2-프로필펜틸기; n-노닐기; 2,2-디메틸헵틸기; 1-에틸프로필기; 1,1-디메틸프로필기; 이소헥실기; 2-메틸펜틸기; 4-메틸헥실기; 5-메틸헥실기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 30인 것이 바람직하며, 탄소수 3 내지 20인 것이 더 바람직하다. 구체적으로 시클로프로필기; 시클로부틸기; 시클로펜틸기; 3-메틸시클로펜틸기; 2,3-디메틸시클로펜틸기; 시클로헥실기; 3-메틸시클로헥실기; 4-메틸시클로헥실기; 2,3-디메틸시클로헥실기; 3,4,5-트리메틸시클로헥실기; 4-tert-부틸시클로헥실기; 시클로헵틸기; 시클로옥틸기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 -SiR101R102R103의 화학식으로 표시될 수 있고, 상기 R101, R102 및 R103는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다. 상기 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기; 트리에틸실릴기; t-부틸디메틸실릴기; 비닐디메틸실릴기; 프로필디메틸실릴기; 트리페닐실릴기; 디페닐실릴기; 페닐실릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 더 구체적으로 탄소수 1 내지 10인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시기; 에톡시기; n-프로폭시기; 이소프로폭시기; i-프로필옥시기; n-부톡시기; 이소부톡시기; tert-부톡시기; sec-부톡시기; n-펜틸옥시기; 네오펜틸옥시기; 이소펜틸옥시기; n-헥실옥시기; 3,3-디메틸부틸옥시기; 2-에틸부틸옥시기; n-옥틸옥시기; n-노닐옥시기; n-데실옥시기; 벤질옥시기; p-메틸벤질옥시기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 -NH2; 알킬아민기; N-알킬아릴아민기; 아릴아민기; N-아릴헤테로아릴아민기; N-알킬헤테로아릴아민기 및 헤테로아릴아민기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기; 디메틸아민기; 에틸아민기; 디에틸아민기; 페닐아민기; 나프틸아민기; 바이페닐아민기; 안트라세닐아민기; 9-메틸안트라세닐아민기; 디페닐아민기; N-페닐나프틸아민기; 디톨릴아민기; N-페닐톨릴아민기; 트리페닐아민기; N-페닐바이페닐아민기; N-페닐나프틸아민기; N-바이페닐나프틸아민기; N-나프틸플루오레닐아민기; N-페닐페난트레닐아민기; N-바이페닐페난트레닐아민기; N-페닐플루오레닐아민기; N-페닐터페닐아민기; N-페난트레닐플루오레닐아민기; N-바이페닐플루오레닐아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하며, 탄소수 6 내지 20인 것이 더 바람직하다. 상기 아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하다. 더 구체적으로는 탄소수 6 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기; 바이페닐기; 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 30인 것이 바람직하고 더 구체적으로 탄소수 10 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기; 안트라세닐기; 페난트릴기; 트리페닐기; 파이레닐기; 페날레닐기; 페릴레닐기; 크라이세닐기; 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우, , , 및 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴아민기가 있다. 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 아릴기가 2 이상을 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식 아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 이종원자로 N, O, P, S, Si 및 Se 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 1 내지 60인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 헤테로고리기의 탄소수는 1 내지 30이다. 헤테로 고리기의 예로는 예로는 피리딜기, 피롤기, 피리미딜기, 피리다지닐기, 퓨라닐기, 티오페닐기, 이미다졸기, 피라졸기, 옥사졸기, 이소옥사졸기, 티아졸기, 이소티아졸기, 트리아졸기, 옥사디아졸기, 티아디아졸기, 디티아졸기, 테트라졸기, 피라닐기, 티오피라닐기, 피라지닐기, 옥사지닐기, 티아지닐기, 디옥시닐기, 트리아지닐기, 테트라지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 퀴놀릴기, 퀴나졸리닐기, 퀴녹살리닐기, 나프티리디닐기, 아크리딜기, 크산테닐기, 페난트리디닐기, 디아자나프탈레닐기, 트리아자인데닐기, 인돌기, 인돌리닐기, 인돌리지닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 벤조티아졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 디벤조티오페닐기, 디벤조퓨라닐기, 카바졸기, 벤조카바졸기, 디벤조카바졸기, 인돌로카바졸기, 인데노카바졸기, 페나지닐기, 이미다조피리딘기, 페녹사지닐기, 페난트리딘기, 페난트롤린(phenanthroline)기, 페노티아진(phenothiazine)기, 이미다조피리딘기, 이미다조페난트리딘기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기의 고리를 구성하는 원자수는 3 내지 25이다. 또 하나의 실시상태에 있어서, 헤테로고리기의 고리를 구성하는 원자수는 5 내지 17이다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 방향족이며, 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴렌기 및 헤테로아릴렌기는 2가기이며, 1가기인 것을 제외하고 각각 상기 아릴기 및 헤테로아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, "인접한" 기는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 가깝게 위치한 치환기, 또는 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 벤젠고리에서 오르토(ortho)위치로 치환된 2개의 치환기 및 지방족 고리에서 동일 탄소에 치환된 2개의 치환기는 서로 "인접한" 기로 해석될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 인접한 기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하는 것의 의미는 전술한 바와 같이 인접한 기가 서로 결합하여, 치환 또는 비치환된 탄화수소고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성하는 것을 의미하며, 단환 또는 다환을 형성할 수 있으며, 지방족, 방향족 또는 이들의 축합된 형태일 수 있으며 이를 한정하지 않는다.
본 명세서에 있어서, 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성한다는 의미는 인접하는 기와 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 지방족 탄화수소고리; 치환 또는 비치환된 방향족 탄화수소고리; 치환 또는 비치환된 지방족 헤테로고리; 치환 또는 비치환된 방향족 헤테로고리; 또는 이들이 조합된 형태를 형성하는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 지방족 탄화수소고리란 방향족이 아닌 고리로서 탄소와 수소 원자로만 이루어진 고리를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 방향족 탄화수소고리의 예로는 페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기 등이 있으나 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 지방족 헤테로고리란 헤테로원자 중 1개 이상을 포함하는 지방족고리를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 방향족 헤테로고리란 헤테로원자 중 1개 이상을 포함하는 방향족고리를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1 내지 X3은 각각 독립적으로, N 또는 CR21이며, 적어도 하나 이상은 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1 및 X3은 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X2는 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X2는 CR21이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1 내지 X3은 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R 및 R21은 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R 및 R21은 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 알킬기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R 및 R21은 각각 독립적으로, 수소; 또는 중수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R 및 R21은 수소이다.
*본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 서로 동일하고, 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 서로 동일하고, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 서로 동일하고, 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 서로 동일하고, 페닐기; 비페닐기; 디벤조퓨란기; 또는 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2 중 하나는 치환 또는 비치환된 페닐기이고, 다른 하나는 치환 또는 비치환된 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2 중 하나는 치환 또는 비치환된 페닐기이고, 다른 하나는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2 중 하나는 치환 또는 비치환된 페닐기이고, 다른 하나는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 직접결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 직접결합; 또는 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 직접결합이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L이 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기인 경우, 치환기가 파라(para) 위치로 결합된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L이 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기인 경우, 치환기가 메타(meta) 위치로 결합된다. 치환기가 오쏘(ortho) 위치로 결합될 경우, 입체 장애가 심해 물질의 안정성이 떨어진다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3 내지 R10은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 O나 S를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 또는 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3 내지 R10은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3 내지 R10은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 인접한 기와 결합하여 치환 또는 비치환된 디메틸인덴기; 치환 또는 비치환된 벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜기를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3 내지 R10이 모두 수소인 경우, R1 및 R2 중 적어도 하나는 비치환된 페닐이 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3 내지 R10이 모두 수소인 경우, R1 및 R2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 8 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3 내지 R10이 모두 수소인 경우, R1 및 R2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 8 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3 내지 R10이 모두 수소인 경우, R1 및 R2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 8 내지 40의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3 내지 R10이 모두 수소인 경우, R1 및 R2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 8 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3 내지 R10이 모두 수소인 경우, R1 및 R2 중 적어도 하나는 비페닐기; 디벤조퓨란기; 또는 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 1-3 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
상기 화학식 1-1 내지 1-3에 있어서,
X1 내지 X3, R1, R2, R 및 r의 정의는 화학식 1에서의 정의와 동일하고,
X4는 O; S; 또는 CR22R23이며,
R11, R14 및 R15는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 O나 S를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이며,
R12 및 R13은 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 O나 S를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
R22 및 R23은 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 알킬기이며,
r11, r12, r13 및 r15는 각각 독립적으로, 1 내지 4의 정수이고,
r14는 1 내지 6의 정수이며,
r11 내지 r15가 각각 독립적으로 2 이상인 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하고,
화학식 1-1에서, R11이 수소인 경우, R1 및 R2 중 적어도 하나는 비치환된 페닐이 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R11, R14 및 R15는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R11, R14 및 R15는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 페닐기; 디벤조퓨란기; 또는 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R12 및 R13은 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R12 및 R13은 각각 독립적으로, 페닐기; 디벤조퓨란기; 또는 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X4는 O이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X4는 S이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X4는 CR22R23이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R22 및 R23은 메틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1-1은 하기 화학식 1-1-1 내지 1-1-3 중에서 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1-1]
[화학식 1-1-2]
[화학식 1-1-3]
상기 화학식 1-1-1 내지 1-1-3에 있어서, X1 내지 X3, R1, R2, R 및 r의 정의는 화학식 1에서의 정의와 동일하고, R11의 정의는 화학식 1-1에서의 정의와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1-2는 하기 화학식 1-2-1 또는 1-2-2로 표시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 1-2-1]
[화학식 1-2-2]
상기 화학식 1-2-1 및 1-2-2에 있어서, X1 내지 X3, R1, R2, R 및 r의 정의는 화학식 1에서의 정의와 동일하고, R12 및 R13의 정의는 화학식 1-2에서의 정의와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1-3은 하기 화학식 1-3-1 내지 1-3-6 중에서 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-3-1]
[화학식 1-3-2]
[화학식 1-3-3]
[화학식 1-3-4]
[화학식 1-3-5]
[화학식 1-3-6]
상기 화학식 1-3-1 내지 1-3-6에 있어서, X1 내지 X3, R1, R2, R 및 r의 정의는 화학식 1에서의 정의와 동일하고, X4, R14, R15, r14 및 r15의 정의는 화학식 1-3에서의 정의와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중에서 선택된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비된 1층 또는 2층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전자 저지층, 정공 저지층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기층을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 호스트를 포함하며, 상기 호스트는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한 발광층은 녹색 혹은 적색을 띤다. 예컨대, 450 nm 내지 700 nm의 범위 내에 발광파장을 가진다. 구체적으로, 녹색을 띠는 경우, 450 nm 내지 600 nm의 영역에서 발광파장을 가지고, 적색을 띠는 경우, 600 nm 내지 700 nm의 영역에서 발광파장을 가진다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에 있어서,
Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
Rc 및 Rd는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 아미노기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기이며,
m 및 n은 각각 독립적으로, 0 내지 7의 정수이고,
m 및 n이 각각 2 이상인 경우, 괄호 내의 치환기는 서로 동일하거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 페닐기 및 나프틸기로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 비페닐기; 터페닐기; 페닐기로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 일킬기로 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 디벤조퓨란기; 또는 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 화합물들 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
Figure 112020017011321-pat00032
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 함량비(중량비)는 10:90 내지 90:10, 30:70 내지 70:30, 30:70 내지 50:50이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 함께 도펀트를 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 도펀트는 형광 또는 인광 도펀트일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 도펀트는 인광 도펀트일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 함께 인광 도펀트로서 금속 착체를 포함할 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 함께 인광 도펀트로서 이리듐계(Ir) 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 이리듐계(Ir) 도펀트는 하기와 같으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층이 도펀트를 포함하는 경우, 도펀트는 호스트 100 중량부 대비 0.01 내지 30 중량부, 0.01 내지 20 중량부로 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 2층 이상의 발광층을 포함하고, 상기 2층 이상의 발광층 중 적어도 하나는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한 발광층은 녹색을 띠며, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하지 않은 발광층은 당업계에 알려진 청색, 적색 또는 녹색 발광 화합물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극 또는 음극이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전극은 음극 또는 양극이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조(normal type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 구조가 도 1 내지 3에 예시되어 있다. 상기 도 1 내지 도 3은 유기 발광 소자를 예시한 것이며 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 기판(101) 위에 제1 전극(102), 발광층(106) 및 제2 전극(110)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 발광층에 포함된다.
도 2에는 기판(101) 위에 제1 전극(102), 정공 주입층(103), 정공 수송층(104), 발광층(106), 제2 전극(110)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 유기물층 중 1층 이상에 포함된다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 정공 주입층, 정공 수송층 및 발광층 중 1층 이상에 포함된다.
도 3에는 기판(101) 위에 제1 전극(102), 정공 주입층(103), 정공 수송층(104), 전자 저지층(105), 발광층(106), 정공 저지층(107), 전자 수송층(108), 전자 주입층(109), 제2 전극(110)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 유기물층 중 1층 이상에 포함된다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 저지층, 발광층, 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 1층 이상에 포함된다.
본 명세서의 유기 발광 소자는 유기물층 중 1층 이상이 상기 화합물, 즉 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.
상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자는 기판 상에 양극, 유기물층 및 음극을 순차적으로 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때, 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical Vapor Deposition)방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질, 유기물층 및 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 제조할 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질로부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수도 있다 (국제 특허 출원 공개 제2003/012890호). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 예를 들어, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 예를 들어, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층은 호스트 재료 및 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로, 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 도펀트 재료로는 방향족 아민 유도체, 스트릴아민 화합물, 붕소 착체, 플루오란텐 화합물, 금속 착체 등이 있다. 구체적으로, 방향족 아민 유도체로는 치환 또는 비치환된 아릴아민기를 갖는 축합 방향족환 유도체로서, 아릴아민기를 갖는 피렌, 안트라센, 크리센, 페리플란텐 등이 있다. 또한, 스티릴아민 화합물은 치환 또는 비치환된 아릴아민에 적어도 1개의 아릴비닐기가 치환되어 있는 화합물로, 아릴기, 실릴기, 알킬기, 시클로알킬기 및 아릴아민기로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상 선택되는 치환기가 치환 또는 비치환된다. 구체적으로 스티릴아민, 스티릴디아민, 스티릴트리아민, 스티릴테트라아민 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 발광층 이외의 유기물층에 포함될 경우, 발광층의 발광 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송 받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 발광층과 별도로 추가의 발광층이 구비되는 경우, 추가의 발광층의 발광 물질 또한 전술한 물질인 것이 바람직하다.
상기 발광 물질로는 예를 들어, 8-히드록시퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌; 및 루브렌 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 주입층은 전극으로부터 정공을 수취하는 층이다. 정공 주입 물질은 정공을 수송하는 능력을 가져 양극으로부터 정공 수취 효과 및 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 발광층에 서 생성된 엑시톤의 전자 주입층 또는 전자 주입 재료에의 이동을 방지할 수 있는 능력이 우수한 물질이 바람직하다. 또한, 박막 형성 능력이 우수한 물질이 바람직하다. 또한, 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는, 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물; 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물; 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물; 페릴렌(perylene) 계열의 유기물; 안트라퀴논, 폴리아닐린과 같은 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이에 한정 되는 것은 아니다.
상기 정공 수송층은 정공 주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층이다. 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는, 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 수송층은 전자 주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 층이다. 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는, 8-히드록시퀴놀린의 Al착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층은 종래기술에 따라 사용된 바와 같이, 임의의 원하는 음극 물질과 함께 사용할 수 있다. 특히, 적절한 음극 물질은 낮은 일함수를 가지며, 알루미늄층 또는 실버층이 뒤따르는 통상적인 물질이다. 구체적으로, 세슘, 바륨, 칼슘, 이테르븀 및 사마륨 등이 있고, 각 경우 알루미늄층 또는 실버층이 뒤따른다.
상기 전자 주입층은 전극으로부터 전자를 수취하는 층이다. 전자 주입물로는 전자를 수송하는 능력이 우수하고, 음극으로부터의 전자 수취 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 발광층에서 생성된 엑시톤이 정공 주입층으로 이동하는 것을 방지하고, 박막 형성 능력이 우수한 물질이 바람직하다. 구체적으로는, 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 금속 착체 화합물로는 8-히드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-히드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-히드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-히드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-히드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-히드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-히드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-히드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 저지층은 전자 주입층으로부터 주입된 전자가 발광층을 지나 정공 주입층으로 진입하는 것을 방지하여 소자의 수명과 효율을 향상시킬 수 있는 층이다. 공지된 재료는 제한 없이 사용 가능하며, 발광층과 정공 주입층 사이에, 또는 발광층과 정공 주입 및 정공 수송을 동시에 하는 층 사이에 형성될 수 있다. 상기 정공 저지층은 정공의 음극으로 도달을 저지하는 층으로, 일반적으로 전자 주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자는 전술한 화합물을 이용하여 한 층 이상의 유기물층을 형성하는 것을 제외하고는, 통상의 유기 발광 소자의 제조방법 및 재료에 의하여 제조될 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물의 제조방법 및 이들을 이용한 유기 발광 소자의 제조는 이하의 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[합성예 1] 화합물 1의 합성
단계 1) 화합물 1-1의 합성
질소 분위기에서 1-브로모-4-클로로디벤조[b,d]퓨란 (15.0g, 53.3mmol)과 비스(피나콜라토)디보론 (14.9g, 58.6mmol)을 1,4-디옥산 300ml에 환류시키며 교반하였다. 이 후 포타슘 아세테이트 (7.8g, 79.9mmol)를 투입하고 충분히 교반한 후 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) (0.9g, 1.6mmol) 및 트리시클로헥실포스핀 (0.9g, 3.2mmol)을 투입하였다. 10시간 반응하고 상온으로 식히고 클로로포름과 물을 이용하여 유기층을 분리 후 유기층을 증류하였다. 이를 다시 클로로포름에 녹이고, 물로 2회 세척한 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 1-1을 12.4g 제조하였다. (수율 71%, MS[M+H]+= 330)
단계 2) 화합물 1-2의 합성
질소 분위기에서 화합물 1-1 (15.0g, 45.6mmol)과 중간체 A (13.4g, 50.2mmol)를 THF(테트라하이드로퓨란) 300ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 포타슘 카보네이트 (25.2g, 182.6mmol)를 물 76ml에 녹여 투입하고 충분히 교반한 후 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) (1.6g, 1.4mmol)을 투입하였다. 8시간 반응 후 상온으로 식히고 유기층과 물층을 분리 후 유기층을 증류하였다. 이를 다시 클로로포름에 녹이고, 물로 2회 세척한 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 1-2를 15.8g 제조하였다. (수율 80%, MS[M+H]+= 435)
단계 3) 화합물 1의 합성
질소 분위기에서 화합물 1-2 (15.0g, 34.6mmol)와 중간체 a (9.3g, 38mmol)를 톨루엔 300ml에 넣고 교반 및 환류하였다. 이 후 소듐 tert-부톡사이드 (5.0g, 51.9mmol), 비스(트리-tert-부틸포스핀)팔라듐(0) (0.5g, 1.0mmol)을 투입하였다. 7시간 반응 후 상온으로 식히고 클로로포름과 물을 이용하여 유기층을 분리 후 유기층을 증류하였다. 이를 다시 클로로포름에 녹이고, 물로 2회 세척한 후에 유기층을 분리하여, 무수황산마그네슘을 넣고 교반한 후 여과하여 여액을 감압 증류하였다. 농축한 화합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제한 후, 승화정제를 통해 화합물 1을 8.2g 제조하였다. (수율 37%, MS[M+H]+= 642)
[합성예 2] 화합물 2의 합성
합성예 1에서, 중간체 a를 중간체 b로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 2를 제조하였다. (MS[M+H]+= 732)
[합성예 3] 화합물 3의 합성
합성예 1에서, 중간체 a를 중간체 c로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 3을 제조하였다. (MS[M+H]+= 656)
[합성예 4] 화합물 4의 합성
합성예 1에서, 중간체 a를 중간체 d로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 4를 제조하였다. (MS[M+H]+= 682)
[합성예 5] 화합물 5의 합성
합성예 1에서, 중간체 a를 중간체 e로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 5를 제조하였다. (MS[M+H]+= 748)
[합성예 6] 화합물 6의 합성
합성예 1에서, 중간체 A를 중간체 B로, 중간체 a를 중간체 f로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 6을 제조하였다. (MS[M+H]+= 642)
[합성예 7] 화합물 7의 합성
합성예 1에서, 중간체 A를 중간체 C로, 중간체 a를 중간체 f로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 화합물 1의 제조 방법과 동일한 제조 방법으로 화합물 7을 제조하였다. (MS[M+H]+= 656)
[실험예]
실험예 1-1
ITO(Indium Tin Oxide)가 1,400Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 정공 주입층으로 하기 HT-A와 5 중량부의 PD를 100Å의 두께로 열 진공 증착하고 이어서 HT-A 물질만 1150Å의 두께로 증착하여 정공 수송층을 형성하였다. 그 위에 전자 저지층으로 하기 HT-B를 450Å두께로 열 진공 증착하였다. 이어서 발광층으로 화합물 1(호스트)과 15 중량부(호스트 100중량부 기준)의 GD(도펀트)를 400Å의 두께로 진공 증착하였다. 이어서, 정공 저지층으로 하기 ET-A를 50Å의 두께로 진공 증착하였다. 이어서 전자 수송층으로 하기 ET-B와 Liq를 2:1의 비율로 250Å의 두께로 열 진공 증착하고 이어서 전자 주입층으로 LiF와 마그네슘을 1:1의 비율로 30Å의 두께로 진공 증착하였다. 상기 전자 주입층 위에 마그네슘과 은을 1:4의 비율로 160Å의 두께로 증착하여 음극을 형성하여, 유기 발광 소자를 제조하였다.
실험예 1-2 내지 1-7
호스트 물질을 하기 표 1과 같이 변경하였다는 점을 제외하고는, 상기 실험예 1-1과 동일한 방법을 이용하여 실험예 1-2 내지 1-7의 유기 발광 소자를 각각 제작하였다.
비교실험예 1-1 내지 1-6
화합물 1 대신 하기 표 1에 기재된 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다. 하기 표 1에서, 화합물 GH-A, GH-B, GH-C, GH-D, GH-E 및 GH-F는 각각 하기와 같다.
실험예 2-1 내지 2-4
화합물 1 대신 하기 표 1에 기재된 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다. 하기 표 1에서 각 화합물의 비율은 중량비를 의미하며, 화합물 PGH는 하기와 같다.
비교실험예 2-1 내지 2-3
화합물 1 대신 하기 표 1에 기재된 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다. 하기 표 1에서 각 화합물의 비율은 중량비를 의미하며, 화합물 GH-A, GH-B, GH-D 및 PGH는 앞서 설명한 바와 같다.
상기 실험예 및 비교실험예에서 제조한 유기 발광 소자를 100℃ 오븐에서 30분간 보관하여 열처리한 후, 전류를 인가하여, 전압, 효율, 수명(T95)을 측정하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 전압, 효율은 10mA/cm2의 전류 밀도를 인가하여 측정되었으며, T95는 전류 밀도 20mA/cm2에서 초기휘도가 95%로 저하할 때까지의 시간을 의미한다.
호스트
물질		 @ 10mA/cm2 @ 20mA/cm2
전압
(V)		 효율
(cd/A)		 수명
(T95, hr)
실험예 1-1 화합물 1 4.83 46.6 115
실험예 1-2 화합물 2 4.84 45.4 110
실험예 1-3 화합물 3 4.88 46.2 100
실험예 1-4 화합물 4 4.76 47.5 108
실험예 1-5 화합물 5 4.81 47.0 113
실험예 1-6 화합물 6 4.79 45.9 105
실험예 1-7 화합물 7 4.73 46.2 107
비교실험예 1-1 GH-A 5.22 45.8 80
비교실험예 1-2 GH-B 5.23 38.1 75
비교실험예 1-3 GH-C 5.71 22.0 10
비교실험예 1-4 GH-D 5.91 40.1 45
비교실험예 1-5 GH-E 6.23 35.3 5
비교실험예 1-6 GH-F 5.88 29.0 30
실험예 2-1 PGH:화합물 1
(60:40)		 4.38 52.7 130
실험예 2-2 PGH:화합물 3
(60:40)		 4.27 52.3 128
실험예 2-3 PGH:화합물 4
(60:40)		 4.29 53.0 125
실험예 2-4 PGH:화합물 5
(60:40)		 4.31 53.6 135
비교실험예 2-1 PGH:GH-A
(60:40)		 4.52 48.0 90
비교실험예 2-2 PGH:GH-C
(60:40)		 4.91 43.2 65
비교실험예 2-3 PGH:GH-D
(60:40)		 5.31 49.5 50
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 디벤조퓨란의 같은 벤젠고리에 전자 받개 역할을 하는 함질소 헤테로고리가 디벤조퓨란의 1번 위치에 위치하고, 카바졸 구조를 포함하는 화합물이 함질소 헤테로고리의 파라 위치에 치환되어 있다. 전자 주개 유닛과 전자 받개 유닛이 동일 분자 내 동시에 존재함으로써 정공과 전자 수송에 모두 유리하며, 파라 위치는 두 치환기의 컨쥬게이션이 가장 잘되는 위치로 분자 내 ICT(Intra charge transfer state)를 잘 형성시켜 표 1에서 보는 바와 같이 발광층의 호스트 물질로 활용하기 적절한 구조를 갖고 있다.
또한, 카바졸에 치환기가 없고 트리아진에 비치환 페닐이 두 개 있는 RH-A나 RH-B의 경우 낮은 유리 전이 온도로 인해 박막에 열처리를 하는 경우 분자 배열에 변화가 생겨 소자의 특성이 특성 저하가 나타나며, 오쏘 위치를 갖는 GH-C의 경우 두 치환기 사이의 상호 작용에 의해 디벤조퓨란과의 결합력이 약해져 수명 특성 저하가 나타난다.
디벤조퓨란의 2번 위치는 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 오비탈이 존재하지 않아 여기에 전자 받개 유닛이 치환되어 있는 GH-E의 경우 디벤조퓨란까지 전자가 퍼지지 않고 컨쥬게이션이 끊어져 전자 수송에 불리하다. 또한, GH-D와 같이 파이렌과 같은 삼중항 에너지가 너무 낮은 유닛이 치환되어 있는 경우 낮은 삼중항 에너지로 인해 도펀트로의 에너지 전달이 어려워 낮은 효율을 나타낸다.
화학식 1의 화합물은 PGH와 같은 화학식 2의 화합물과 함께 혼합하여 적용할 경우 발광층으로의 정공 주입이 원활해져 전압이 낮아지고, 두 분자 사이에 엑시플렉스(Exciplex)가 형성되어 실험예 2-1 내지 2-4에서 볼 수 있듯이 보다 저전압, 고효율, 장수명의 효과가 나타난다. 비교실험예 2-1 내지 2-3의 결과와 비교해볼 때, 이러한 효과는 화학식 1에서 보다 현저하게 나타남을 알 수 있다.
101: 기판
102: 제1 전극
103: 정공 주입층
104: 정공 수송층
105: 전자 저지층
106: 발광층
107: 정공 저지층
108: 전자 수송층
109: 전자 주입층
110: 제2 전극

Claims (12)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]

    상기 화학식 1에 있어서,
    X1 내지 X3은 N이고,
    L은 직접결합이며,
    R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
    R은 수소 또는 중수소이며,
    r은 1 내지 4의 정수이고, r이 2 이상일 경우, R은 같거나 상이하고,
    R3 내지 R10은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 O나 S를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이거나, 또는 인접한 치환기와 결합하여 치환 또는 비치환된 고리를 형성하며,
    상기 R3 내지 R10이 모두 수소인 경우, R1 및 R2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 탄소수 8 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기이다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기인 것인 화합물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 1-3 중 어느 하나로 표시되는 것인 화합물:
    [화학식 1-1]

    [화학식 1-2]

    [화학식 1-3]

    상기 화학식 1-1 내지 1-3에 있어서,
    X1 내지 X3, R1, R2, R 및 r의 정의는 화학식 1에서의 정의와 동일하고,
    X4는 O; S; 또는 CR22R23이며,
    R11, R14 및 R15는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 O나 S를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이며,
    R12 및 R13은 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 O나 S를 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
    R22 및 R23은 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 알킬기이며,
    r11, r12, r13 및 r15는 각각 독립적으로, 1 내지 4의 정수이고,
    r14는 1 내지 6의 정수이며,
    r11 내지 r15가 각각 독립적으로 2 이상인 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 같거나 상이하고,
    화학식 1-1에서, R11이 수소인 경우, R1 및 R2 중 적어도 하나는 비치환된 페닐이 아니다.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중에서 선택되는 어느 하나인 것인 화합물:






    .
  7. 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 청구항 1 및 4 내지 6 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 호스트 물질을 포함하며, 상기 호스트 물질은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 발광층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 2]

    상기 화학식 2에 있어서,
    Ra 및 Rb는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
    Rc 및 Rd는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 시아노기; 니트로기; 아미노기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기이며,
    m 및 n은 각각 독립적으로, 0 내지 7의 정수이고,
    m 및 n이 각각 2 이상인 경우, 괄호 내의 치환기는 서로 동일하거나 상이하다.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화합물 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 발광 소자:



    Figure 112020017011321-pat00065


    .
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기물층은 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 전자 수송층, 전자 저지층 및 정공 저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
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