KR20120074722A - 아민 유도체 및 이를 포함하는 유기전계발광소자 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아민 유도체 및 이를 포함하는 유기전계발광소자에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 전력효율 및 발광효율이 우수한 아민 유도체 및 이를 도입한 유기전계발광소자에 관한 것이다.
유기전계발광소자 (이하, 유기 EL 소자라 함)는 정공주입전극인 제 1 전극 (애노드 전극)과 전자주입전극인 제 2 전극 (캐소드 전극) 사이에 형성된 형광성 또는 인광성 유기 화합물 박막 (이하, 유기막이라고 함)에 전자 및 정공을 주입하면, 전자와 정공이 결합하여 쌍을 이룸으로써 생성된 엑시톤 (exciton)이 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어지면서 소멸하여 발광하는 원리를 이용한 능동 발광형 표시 소자로서, 경량화가 가능하며, 부품이 간소하여 제작공정이 간단하고, 응답속도가 빠르며, 고화질의 넓은 시야각을 확보하고 있다는 등의 장점들을 갖는다. 또한, 동영상을 완벽하게 구현할 수 있고, 고색순도 구현이 가능하며, 초박형화 및 초경량화가 가능하고, 소비 전력 및 구동전압이 낮아서 휴대용 전자기기에 적합한 전기적 특성을 갖고 있다.
미국 등록특허 US 6951693, 한국 등록특허 KR 0736619 및 KR 0788254에서 보는 바와 같이 안트라센과 결합한 질소에 두 개의 치환기를 도입하는 형태의 분자구조를 중심으로 연구가 진행되어 왔다.
상술한 바와 같이, 유기전계발광소자에 아민을 채용한 많은 연구가 이루어지고 있지만, 현재까지는 요구되는 휘도, 효율, 구동 안정성 및 수명 등의 특성을 충분히 만족시키지 못하고 있는 실정이며, 따라서 이를 해결하기 위한 다양한 기술개발이 시급한 실정이다. 특히 발광층 도판트 물질로서 새로운 아민 유도체에 대한 많은 연구가 필요한 상황이다.
본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 유기전계발광소자에 사용할 경우 전력효율 및 발광효율이 우수한 아민 유도체를 제공하는 것이다.
또한 본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 상기 아민 유도체를 포함하는 유기전계발광소자를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은 하기 화학식 (1) 또는 (2)로 표시되는 아민 유도체를 제공한다.
화학식 (1)
화학식 (2)
상기 식에서,
R1 내지 R2는, 각각 독립적으로 수소원자, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내기 50의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 50의 아릴기 중에서 선택되고,
R3 내지 R6는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 헤테로환기 중에서 선택되며,
Ar1 또는 Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 헤테로환기 중에서 선택되고,
R1, R2, Ar1, Ar2 는 각각 서로 연결되어 포화 또는 불포화고리를 형성할 수 있다.
또한 본 발명에서, 상기 R1 내지 R6, Ar1 및 Ar2는 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 히드록시기, 니트로기, 탄소수 1 - 40의 알킬기, 탄소수 1 - 40의 알콕시기, 탄소수 1 - 40의 알케닐, 탄소수 1 - 40의 알키닐기, 탄소수 1 - 40의 알킬아미노기, 탄소수 6 - 40의 아릴아미노기, 탄소수 3 - 40의 헤테로아릴아미노기, 탄소수 1 - 40의 알킬실릴기, 탄소수 6 - 40의 아릴실릴기, 탄소수 6 - 40의 아릴기, 탄소수 3 - 40의 아릴옥시기, 탄소수 3 - 40의 헤테로아릴기, 게르마늄기, 인, 보론으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기에 의해서 치환될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 비페닐기 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기이며, Ar1이 나프틸기인 경우에 Ar2는 Ar1과 동일하지 않은 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 애노드; 캐소드; 및 상기 애노드와 캐소드 사이에 상기 화학식 1에 따른 아민 유도체를 포함하는 층을 구비한 유기전계발광소자를 제공한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 화학식 (1) 또는 (2)의 화합물을 유기박막층에 포함하는 유기전계발광소자는 녹색의 색순도가 우수하며, 효율 및 수명특성이 우수하기 때문에 디스플레이 및 조명 등에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1a 내지 1e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유기전계발광소자들의 적층구조를 나타낸 단면도들이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예의 수명 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예의 PL 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 화학식 408의 화합물의 1H-NMR 데이터이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예의 수명 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예의 PL 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 화학식 408의 화합물의 1H-NMR 데이터이다.
본 발명은 하기 화학식 (1) 또는 (2)로 표시되는 아민 유도체에 관한 것이다.
화학식 (1)
화학식 (2)
상기 식에서,
R1 내지 R2는, 각각 독립적으로 수소원자, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내기 50의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 50의 아릴기 중에서 선택되고,
R3 내지 R6는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 헤테로환기 중에서 선택되며,
Ar1 또는 Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 헤테로환기 중에서 선택되고,
R1, R2, Ar1, Ar2 는 각각 서로 연결되어 포화 또는 불포화고리를 형성할 수 있다.
또한 본 발명에서, 상기 R1 내지 R6, Ar1 및 Ar2는 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 히드록시기, 니트로기, 탄소수 1 - 40의 알킬기, 탄소수 1 - 40의 알콕시기, 탄소수 1 - 40의 알케닐, 탄소수 1 - 40의 알키닐기, 탄소수 1 - 40의 알킬아미노기, 탄소수 6 - 40의 아릴아미노기, 탄소수 3 - 40의 헤테로아릴아미노기, 탄소수 1 - 40의 알킬실릴기, 탄소수 6 - 40의 아릴실릴기, 탄소수 6 - 40의 아릴기, 탄소수 3 - 40의 아릴옥시기, 탄소수 3 - 40의 헤테로아릴기, 게르마늄기, 인, 보론으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기에 의해서 치환될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 비페닐기 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기이며, Ar1이 나프틸기인 경우에 Ar2는 Ar1과 동일하지 않은 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 아민 유도체의 구체적인 예시로는 하기 화학식 (3) 내지 화학식 (1223)으로 표시되는 군으로부터 선택된 어느 하나의 화합물을 들 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
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(1106) (1107)
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(1118) (1119)
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(1130) (1131)
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(1168) (1169)
(1170) (1171)
(1172) (1173)
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(1176) (1177)
(1178) (1179)
(1180) (1181)
(1182) (1183)
(1184) (1185)
(1186) (1187)
(1188) (1189)
(1190) (1191)
(1192) (1193)
(1194) (1195)
(1196) (1197)
(1198) (1199)
(1200) (1201)
(1202) (1203)
(1204) (1205)
(1206) (1207)
(1208) (1209)
(1210) (1211)
(1212) (1213)
(1214) (1215)
(1216) (1217)
(1218) (1219)
(1220) (1221)
(1222) (1223)
본 발명에서 사용되는 치환기인 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 들 수 있고, 상기 알킬기 중 하나 이상의 수소 원자는 할로겐 원자, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 실릴기(이 경우 "알킬실릴기"라 함), 치환 또는 비치환된 아미노기(-NH2, -NH(R), -N(R')(R''), R'과 R"은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며, 이 경우 "알킬아미노기"라 함), 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기, 술폰산기, 인산기, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알케닐기, 탄소수 1 내지 20의 알키닐기, 탄소수 1 내지 20의 헤테로알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 탄소수 6 내지 20의 아릴알킬기, 탄소수 6 내지 20의 헤테로아릴기 또는 탄소수 6 내지 20의 헤테로아릴알킬기로 치환될 수 있다.
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 알콕시기의 구체적인 예로는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소부틸옥시, sec-부틸옥시, 펜틸옥시, iso-아밀옥시, 헥실옥시 등을 들 수 있고, 상기 알콕시기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
상기 본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 아릴기는 하나 이상의 고리를 포함하는 카보시클릭 방향족 시스템을 의미하며, 상기 고리들은 펜던트 방법으로 함께 부착되거나 또는 융합(fused)될 수 있다. 아릴기의 구체적인 예로는 페닐, 나프틸, 테트라히드로나프틸, 플루오란테닐, 피렌닐, 안트라센닐, 펜안트레닐 등과 같은 방향족 그룹을 들 수 있고, 상기 아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다 (예를 들어, 아미노기로 치환되는 경우는 "아릴아미노기", 실릴기로 치환되는 경우는 "아릴실릴기", 옥시기로 치환되는 경우는 "아릴옥시기"라 함).
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 헤테로아릴기는 N, O, P, Si 또는 S 중에서 선택된 1, 2 또는 3개의 헤테로 원자를 포함하고, 나머지 고리 원자가 탄소인 탄소수 3 내지 50의 고리 방향족 시스템을 의미하며, 상기 고리들은 펜던트 방법으로 함께 부착되거나 또는 융합(fused)될 수 있다. 그리고 상기 헤테로아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 알킬기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에 따른 유기전계발광소자는 애노드; 캐소드; 및 상기 애노드 및 캐소드 사이에 상기 화학식 (1) 또는 (2)로 표시되는 아민 유도체를 함유한 층을 포함하는 것이 특징이다.
구체적으로 본 발명에 따른 유기전계발광소자는 상기 애노드 및 캐소드 사이에 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 층을 포함할 수도 있는데, 상기 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 및 전자주입층은 정공 또는 전자들을 발광 고분자로 효율적으로 전달시켜 줌으로써 발광 고분자 내에서 발광 결합의 확률을 높이는 역할을 한다.
본 발명에 따른 아민 유도체는 애노드 및 캐소드 사이의 전자수송층 중에 포함되는 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 일실시예에 따른 유기전계발광소자는 표시소자, 디스플레이 소자 및 단색 또는 백색 조명용 소자 등에 사용될 수 있다.
정공주입층 및 정공수송층은 애노드로부터 정공이 주입되고, 주입된 정공이 수송되는 것을 용이하게 하기 위해서 적층되는 것으로서, 이러한 정공수송층용 물질로는 이온화 포텐셜이 작은 전자공여성 분자들이 사용되는데, 주로 트리페닐아민을 기본골격으로 하는 디아민, 트리아민 또는 테트라아민 유도체가 많이 사용되고 있다.
본 발명에서도, 상기 정공수송층의 재료로서, 당업계에 통상적으로 사용되는 것인 한, 다양한 물질을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, N, N'-비스(3-메틸페닐)-N, N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD) 또는 N, N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(α-NPD) 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 정공수송층의 하부에는 정공주입층 (HIL: Hole Injecting Layer)을 추가적으로 더 적층할 수 있는데, 상기 정공주입층 재료 역시 당업계에서 통상적으로 사용되는 것인 한 특별히 제한되지 않고 사용할 수 있다. 예를 들어 하기 화학식 2 내지 화학식 4에 열거된 CuPc 또는 스타버스트(Starburst)형 아민류인 TCTA, m-MTDATA, IDE406 (이데미쯔사 재료) 등을 사용할 수 있다.
CuPC TCTA m-MTDATA
한편, 상기 전자수송층의 상부에는 캐소드로부터의 전자 주입을 용이하게 해주어 궁극적으로 파워효율을 개선시키는 기능을 수행하는 전자주입층 (EIL: Electron Injecting Layer)을 더 적층시킬 수도 있는데, 상기 전자주입층 재료 역시 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이면 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들어, LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 등의 물질을 이용할 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 따른 유기전계발광소자는 상기 언급한 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 및 전자주입층 이외에도, 정공저지층 또는 전자저지층 등과 같은 부가적 기능성 적층 구조들을 더 포함할 수도 있다. 이때, 정공저지층은 정공이 유기발광층을 통과하여 캐소드로 유입되는 경우에는 소자의 수명과 효율이 감소되기 때문에 HOMO 레벨이 매우 낮은 물질을 사용함으로써 이러한 문제를 방지하는 역할을 한다. 정공저지층을 이루는 물질은 특별히 제한되지는 않으나, 전자수송능력을 가지면서 발광 화합물보다 높은 이온화 포텐셜을 가져야 하며, 대표적으로 BAlq, BCP, TPBI 등을 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 하기 도 1a 내지 도 1e에는 다양한 형태의 적층 구조를 갖는 유기전계발광소자들을 도시하였으며, 이를 참조하면, 도 1a의 유기전계발광소자는 애노드/정공주입층/발광층/캐소드로 이루어진 구조를 갖고, 도 1b의 유기전계발광소자는 애노드/정공주입층/발광층/전자주입층/캐소드로 이루어진 구조를 갖는다. 또한, 도 1c의 유기전계발광소자는 애노드/정공주입층/정공수송층/발광층/캐소드의 구조를 갖고, 도 1d에 도시된 유기전계발광소자는 애노드/정공주입층/정공수송층/발광층/전자주입층/캐소드의 구조를 갖는다. 마지막으로, 도 1e의 유기전계발광소자는 애노드/정공주입층/정공수송층/발광층/전자수송층/전자주입층/캐소드의 구조를 갖는다.
한편, 본 발명에 따른 유기전계발광소자는 상기 아민 유도체를, 애노드 및 캐소드 사이에 개재되는 다양한 적층 구조 내에 포함할 수 있지만, 애노드 및 캐소드 사이의 전자수송층 중에 포함되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 유기전계발광소자를 제조하는 방법에 관하여 도 1a 내지 1e를 참조하여 설명한다.
먼저, 기판 상부에 애노드용 물질을 코팅한다. 기판으로는 통상적인 발광 소자에서 사용되는 기판을 사용하는데, 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판이 바람직하다. 또한, 애노드 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2) 또는 산화아연(ZnO) 등의 당업계에서 통상적으로 사용되고 있는 물질들이 사용될 수 있다. 상기 애노드 상부로는 정공주입층이 진공 열증착 또는 스핀코팅 등의 방법에 의해서 선택적으로 적층되며, 그 다음으로 상기 정공주입층 상부에 정공수송층을 진공 열증착 또는 스핀코팅 등의 방법에 의해서 형성된다.
다음으로는, 상기 정공수송층 상부에 발광층을 적층한 후, 그 위에 선택적으로 정공저지층을 진공 열증착 또는 스핀코팅 방법에 의해서 형성한다. 마지막으로, 이러한 정공저지층 위에 전자수송층을 진공 열증착 또는 스핀코팅 방법을 통해 증착한 후에 전자주입층을 선택적으로 형성하고, 상기 전자주입층 상부에 캐소드 형성용 금속을 진공 열증착함으로써 본 발명에 따른 유기전계발광소자를 제조할 수 있게 된다. 한편, 캐소드 형성용 금속으로는, 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등을 사용할 수 있으며, 전면발광소자를 얻기 위해서는 ITO, IZO를 사용한 투과형 캐소드를 사용할 수도 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다.
합성예
1. 화학식 884의 합성
1-(1) 6-
브로모
-2-
나프틸
메틸
알콜의
합성
메틸-6-브로모-2-나프테이트 (5g, 18.86mmol)을 톨루엔 150ml에 넣고, -78℃로 냉각하고 DIBAL(di-isobutyl aluminum hydrate 1.0M solution in toluene) (56.58ml)를 40분에 걸쳐 넣어 준다. -78℃상태에서 1시간 가량 교반 시킨 후 상온까지 승온 후 에틸아세테이트로 희석시키고 1.0M의 HCl 200ml넣어 주고 물과 소금물로 으로 씻은 후 유기 층 분리하여 용매을 제거 한다. 수율은 4.25g, 95%이다.
1-(2) 6-
브로모
-2-
나프틸
알데하이드의
합성
6-브로모-2-나프틸 메틸 알콜 (3.8g, 16.07mmol)을 메틸렌클로라이드 200ml에 녹인 후, Pyridinium Chlorochoromate (3.8g, 17.62mmol)을 넣고 상온에서 30분간 교반해 준다. 검은색 혼합물을 에테르를 이용 실리카겔로 걸러 준다. 용매 제거한다. 수율은 3.7g, 98%이다
1-(3) 6-
브로모
-2-
나프틸
알데하이드의
합성
6-브로모-2-나프틸 알데하이드 (4g, 17.01mmol), (4-브로모-벤질)-포스포닉산 다이에틸 에스터 (6.27g, 20.4mmol)을 테트라하이드로퓨란 80ml에 넣고, NaH(0.97g, 24mmol)을 넣어 2시간 교반 시켜 준다. 반응이 끝나면 물 100ml를 넣어 주고 걸러 줌. 수율은 5.6g, 85%이다.
1-(4) N-
페닐
-5,6,7,8-
테트라하이드로나프탈렌
-1-
아민의
합성
5,6,7,8-테트라하이드로-1-나프틸아민 (11.3g, 76mmol), 브로모벤젠(12g, 76mmol), Pd2(dba)3 (1.4g, 2mmol), BINAP (1g, 2mmol) 소듐-t-부톡사이드(14.69g, 153mmol)을 톨루엔 120ml에 넣어서 12시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 용매를 제거한 후 컬럼분리 한 후 용매 제거한다. 수율은 12g, 70% 이다.
1-(5)
화학식884의
합성
2-브로모-6-[2-(4-브로모-페닐)-비닐]-나프탈렌 (4.3g, 11mmol), N-페닐-5,6,7,8-테트라하이드로나프탈렌-1-아민 (5.94g 27mmol), 소듐-t-부톡사이드 (4.26g, 44mmol)을 톨루엔 60ml에 넣어서 상온에서 5min간 교반 시킴. 팔라듐(II)아세테이트 (0.10g, 1mmol), 트리부틸포스핀(1.1ml, 1mmol)을 넣고 5시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 상온까지 식힌 후 과량의 MeOH를 넣고 1시간 정도 교반시킨 후 걸러 준다. 수율은 4.8g 62.4%이다.
합성예
2. 화학식 911의 합성
1-(6) N-
나프틸
-5,6,7,8-
테트라하이드로나프탈렌
-1-
아민의
합성
5,6,7,8-테트라하이드로-1-나프틸아민 (10g, 68mmol), 브로모 나프탈렌(14.1g, 68mmol), Pd2(dba)3 (1.2g, 1mmol), BINAP (0.8g, 1mmol) 소듐-t-부톡사이드(13.06, 136mmol)을 톨루엔 120ml에 넣어서 12시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 용매를 제거한 후 컬럼분리 한 후 용매 제거한다. 수율은 15g, 80.8% 이다.
1-(7) 화학식 911의 합성
2-브로모-6-[2-(4-브로모-페닐)-비닐]-나프탈렌 (5g, 13mmol), N나프틸-5,6,7,8-테트라하이드로나프탈렌-1-아민 (8.45g 31mmol), 소듐-t-부톡사이드 (4.95g, 52mmol)을 톨루엔 60ml에 넣어서 상온에서 5min간 교반 시킴. 팔라듐(II)아세테이트 (0.12g, 1mmol), 트리부틸포스핀(1.1ml, 1mmol)을 넣고 5시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 상온까지 식힌 후 과량의 MeOH를 넣고 1시간 정도 교반시킨 후 걸러 준다. 수율은 7.2g, 72.3%이다.
합성예
3. 화학식 1020의 합성
1-(8) N-
페닐
-5,6,7,8-
테트라하이드로나프탈렌
-2-
아민의
합성
5,6,7,8-테트라하이드로-2-나프틸아민 (11.3g, 76mmol), 브로모벤젠(12g, 76mmol), Pd2(dba)3 (1.4g, 2mmol), BINAP (1g, 2mmol) 소듐-t-부톡사이드(14.69g, 153mmol)을 톨루엔 120ml에 넣어서 12시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 용매를 제거한 후 컬럼분리 한 후 용매 제거한다. 수율은 12.4g 72% 이다.
1-(9) 화학식 1020의 합성
2-브로모-6-[2-(4-브로모-페닐)-비닐]-나프탈렌 (4.3g, 11mmol), N-페닐-5,6,7,8-테트라하이드로나프탈렌-2-아민 (5.94g 27mmol), 소듐-t-부톡사이드 (4.26g, 44mmol)을 톨루엔 60ml에 넣어서 상온에서 5min간 교반 시킴. 팔라듐(II)아세테이트 (0.10g, 1mmol), 트리부틸포스핀(1.1ml, 1mmol)을 넣고 5시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 상온까지 식힌 후 과량의 MeOH를 넣고 1시간 정도 교반시킨 후 걸러 준다. 수율은 4.8g 62.4%이다.
합성예
4. 화학식 1047의 합성
1-(10) N-
나프틸
-5,6,7,8-
테트라하이드로나프탈렌
-2-
아민의
합성
5,6,7,8-테트라하이드로-2-나프틸아민 (10g, 68mmol), 브로모 나프탈렌(14.1g, 68mmol), Pd2(dba)3 (1.2g, 1mmol), BINAP (0.8g, 1mmol) 소듐-t-부톡사이드(13.06, 136mmol)을 톨루엔 120ml에 넣어서 12시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 용매를 제거한 후 컬럼분리 한 후 용매 제거한다. 수율은 13g, 70.2% 이다.
1-(11) 화학식
1047 의
합성
2-브로모-6-[2-(4-브로모-페닐)-비닐]-나프탈렌 (5g, 13mmol), N나프틸-5,6,7,8-테트라하이드로나프탈렌-2-아민 (8.45g 31mmol), 소듐-t-부톡사이드 (4.95g, 52mmol)을 톨루엔 60ml에 넣어서 상온에서 5min간 교반 시킴. 팔라듐(II)아세테이트 (0.12g, 1mmol), 트리부틸포스핀(1.1ml, 1mmol)을 넣고 5시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 상온까지 식힌 후 과량의 MeOH를 넣고 1시간 정도 교반시킨 후 걸러 준다. 수율은 6.2g, 62.3%이다
합성예
5. 화학식 272의 합성
2-(1) 4-(
벤조[b]싸이오펜
-2-일) 벤젠
알데하이드의
합성
2-브로모벤조[b]싸이오펜25g(117mmol), 4-포밀보론산 22.9g(153mmol), 탄산칼륨 32.4g (237mmol), 톨루엔 125ml, 테트라하이드로퓨란 125ml 물50ml를 첨가한 후 교반하였다. 질소 분위기하에서 상기 반응액에 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) 2.7g(2mmol)을 첨가한 후 온도를 90℃ 올리면서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 종결된 후 층분리 하여 톨루엔층을 취한 다음 감압농축하여 용매를 제거하고 상기 농축액을 에틸아세테이트와 헥산을 전개용매로 하여 컬럼크로마토그래피를 한 4-(벤조[b]싸이오펜-2-일) 벤젠 알데하이드 (20g, 71.5%)를 얻었다.
2-(2) 6-
브로모
-2-
나프틸
메틸
알콜
합성
메틸-6-브로모-2-나프테이트(5g, 18.86mmol)을 톨루엔 150ml에 넣고, -78℃로 냉각하고 DIBAL(di- isobutyl aluminum hydrate 1.0M solution in toluene) (56.58ml)를 40분에 걸쳐 넣어 줌. -78℃상태에서 1시간 가량 교반 시킨 후 상온까지 올린 후 에틸아세테이트로 희석시키고 1.0M의 염산 200ml넣어 주고 증류수와 소금물로 씻어 주고 유기 층 분리하여 용매 제거 함. 수율은 4.25g, 95%이다
2-(3)
다이에틸(6-브로모나프탈렌-2-일)메틸
포스포네이트의
합성
6-브로모-2-나프틸 메틸 알콜 (3.86g, 16.27mmol)을 트리에틸 포스 파이트 20ml에 투입, 0℃에서 요오드 (4.13g, 16.27mmol)을 투입 0℃에서 30min.간 교반 서서히 상온까지 올린 후 12시간 동안 교반. 반응이 끝나면 컬럼분리하여 용매제거함. 수율은 3.78g 96%이다.
2-(4) (E)-2-(4-(2-(6-
브로모나프탈렌
-2-일)비닐)
페닐
)
벤조
[b]
싸이오펜의
합성
4-(벤조[b]싸이오펜-2-일) 벤젠 알데하이드 (10g, 42mmol), 다이에틸(6-브로모나프탈렌-2-일)메틸 포스포네이트 (16.8, 50mmol)을 테트라하이드로퓨란 80ml에 넣고, 소듐 하이드라이드(2,0g, 55mmol)을 넣어 2시간 교반 시켜 준다. 반응이 끝나면 물 100ml를 넣어 주고 걸러 줌. 수율은 15.7g,85%이다.
2-(5) 화학식 272의 합성
(E)-2-(4-(2-(6-브로모나프탈렌-2-일)비닐)페닐)벤조[b]싸이오펜 (5.0g, 11mmol), N-페닐-5,6,7,8-테트라하이드로나프탈렌-1-아민 (3.0g, 14mmol), 팔라듐(II)아세테이트 (0.01g, 1mmol), 소듐-t-부톡사이드(2.18, 5mmol)을 톨루엔 20ml에 넣어서 상온에서 5min간 교반 시킨 후 트리부틸포스핀(0.2ml, 1 mmol), 5시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 상온까지 식힌 후 과량의 MeOH를 넣고 1시간 정도 교반시킨 후 걸러 준다. 수율은 5.8g 87.7%이다.
합성예
6. 화학식 299의 합성
(E)-2-(4-(2-(6-브로모나프탈렌-2-일)비닐)페닐)벤조[b]싸이오펜 (5.0g, 11mmol), N나프틸-5,6,7,8-테트라하이드로나프탈렌-1-아민 (3.7g, 14mmol), 팔라듐(II)아세테이트 (0.01g, 1mmol), 소듐-t-부톡사이드(2.18, 5mmol)을 톨루엔 20ml에 넣어서 상온에서 5min간 교반 시킨 후 트리부틸포스핀(0.2ml, 1 mmol), 5시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 상온까지 식힌 후 과량의 MeOH를 넣고 1시간 정도 교반시킨 후 걸러 준다. 수율은 6.1g 85%이다.
합성예
7. 화학식 340의 합성
(E)-2-(4-(2-(6-브로모나프탈렌-2-일)비닐)페닐)벤조[b]싸이오펜 (5.0g, 11mmol), N-페닐-5,6,7,8-테트라하이드로나프탈렌-2-아민 (3.0g, 14mmol), 팔라듐(II)아세테이트 (0.01g, 1mmol), 소듐-t-부톡사이드(2.18, 5mmol)을 톨루엔 20ml에 넣어서 상온에서 5min간 교반 시킨 후 트리부틸포스핀(0.2ml, 1 mmol), 5시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 상온까지 식힌 후 과량의 MeOH를 넣고 1시간 정도 교반시킨 후 걸러 준다. 수율은 4.3g, 65%이다.
합성예
8. 화학식 367의 합성
(E)-2-(4-(2-(6-브로모나프탈렌-2-일)비닐)페닐)벤조[b]싸이오펜 (5.0g, 11mmol), N나프틸-5,6,7,8-테트라하이드로나프탈렌-2-아민 (3.7g, 14mmol), 팔라듐(II)아세테이트 (0.01g, 1mmol), 소듐-t-부톡사이드(2.18, 5mmol)을 톨루엔 20ml에 넣어서 상온에서 5min간 교반 시킨 후 트리부틸포스핀(0.2ml, 1 mmol), 5시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 상온까지 식힌 후 과량의 MeOH를 넣고 1시간 정도 교반시킨 후 걸러 준다. 수율은 5.6g, 78%이다.
합성예
9. 화학식 408의 합성
3-(1) 4'-(
트리메틸실릴
)
바이페닐
-4-
카르보알데하이드의
합성
4-트리메틸실릴브로모벤젠100g(436mmol), 4-포밀보론산 85g(567mmol), 탄산칼륨 120.6g (873mmol), 톨루엔 500ml, 테트라하이드로퓨란 500ml 물250ml를 첨가한 후 교반하였다. 질소 분위기하에서 상기 반응액에 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0) (10.1g, 9mmol)을 첨가한 후 온도를 90℃ 올리면서 24시간 동안 교반하였다. 반응이 종결된 후 층분리 하여 톨루엔층을 취한 다음 감압농축하여 용매를 제거하고 상기 농축액을 에틸아세테이트와 헥산을 전개용매로 하여 컬럼크로마토그래피를 한 4'-(트리메틸실릴)바이페닐-4-카르보알데하이드를 얻었다. 수율은 100g, 90.1%이다.
3-(2) 6-
브로모
-2-
나프틸
메틸
알콜의
합성
메틸-6-브로모-2-나프테이트(5g, 18.86mmol)을 톨루엔 150ml에 넣고, -78℃로 냉각하고 DIBAL(di- isobutyl aluminum hydrate 1.0M solution in toluene) (56.58ml)를 40분에 걸쳐 넣어 줌. -78℃상태에서 1시간 가량 교반 시킨 후 상온까지 올린 후 에틸아세테이트로 희석시키고 1.0M의 염산 200ml넣어 주고 증류수와 소금물로 씻어 주고 유기 층 분리하여 용매 제거 함. 수율은 4.25g, 95%이다
3-(3)
다이에틸(6-브로모나프탈렌-2-일)메틸
포스포네이트의
합성
6-브로모-2-나프틸 메틸 알콜 (3.86g, 16.27mmol)을 트리에틸 포스 파이트 20ml에 투입, 0℃에서 요오드 (4.13g, 16.27mmol)을 투입 0℃에서 30min.간 교반 서서히 상온까지 올린 후 12시간 동안 교반. 반응이 끝나면 컬럼분리하여 용매제거함. 수율은 3.78g 96%이다.
3-(4) (E)-(4'-(2-(6-
브로모나프탈렌
-2-일)비닐)
바이페닐
-4-일)
트리메틸실란의
합성
4'-(트리메틸실릴)바이페닐-4-카르보알데하이드 (50g, 197mmol), 다이에틸(6-브로모나프탈렌-2-일)메틸 포스포네이트 (84.24g, 236mmol)을 테트라하이드로퓨란 400ml에 넣고, 소듐 하이드라이드(10,2g, 256mmol)을 넣어 2시간 교반 시켜 준다. 반응이 끝나면 물 1000ml를 넣어 주고 걸러 줌. 수율은 76.5g, 85%이다.
3-(5) 화학식 408의 합성
(E)-(4'-(2-(6-브로모나프탈렌-2-일)비닐)바이페닐-4-일)트리메틸실란 (10.0g, 22mmol), N-페닐-5,6,7,8-테트라하이드로나프탈렌-1-아민 (5.9g, 26mmol), 팔라듐(II)아세테이트 (0.01g, 1mmol), 소듐-t-부톡사이드(4.2g, 5mmol)을 톨루엔 100ml에 넣어서 상온에서 5min간 교반 시킨 후 트리부틸포스핀(0.2ml, 1 mmol), 5시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 상온까지 식힌 후 과량의 MeOH를 넣고 1시간 정도 교반시킨 후 걸러 준다. 수율은 5.8g 44.2%이다.
합성예
10. 화학식 435의 합성
(E)-(4'-(2-(6-브로모나프탈렌-2-일)비닐)바이페닐-4-일)트리메틸실란 (7.0g, 1.2mmol), N나프틸-5,6,7,8-테트라하이드로나프탈렌-1-아민 (5.0g, 18mmol), 팔라듐(II)아세테이트 (0.01g, 1mmol), 소듐-t-부톡사이드(2.94, 31mmol)을 톨루엔 100ml에 넣어서 상온에서 5min간 교반 시킨 후 트리부틸포스핀(0.2ml, 1 mmol), 5시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 상온까지 식힌 후 과량의 MeOH를 넣고 1시간 정도 교반시킨 후 걸러 준다. 수율은 8g, 80.4%이다.
합성예
11. 화학식 476의 합성
(E)-(4'-(2-(6-브로모나프탈렌-2-일)비닐)바이페닐-4-일)트리메틸실란 (10.0g, 22mmol), N-페닐-5,6,7,8-테트라하이드로나프탈렌-2-아민 (5.9g, 26mmol), 팔라듐(II)아세테이트 (0.01g, 1mmol), 소듐-t-부톡사이드(4.2g, 5mmol)을 톨루엔 100ml에 넣어서 상온에서 5min간 교반 시킨 후 트리부틸포스핀(0.2ml, 1 mmol), 5시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 상온까지 식힌 후 과량의 MeOH를 넣고 1시간 정도 교반시킨 후 걸러 준다. 수율은 6.3g, 48%이다.
합성예
12. 화학식 503의 합성
(E)-(4'-(2-(6-브로모나프탈렌-2-일)비닐)바이페닐-4-일)트리메틸실란 (7.0g, 1.2mmol), N나프틸-5,6,7,8-테트라하이드로나프탈렌-2-아민 (5.0g, 18mmol), 팔라듐(II)아세테이트 (0.01g, 1mmol), 소듐-t-부톡사이드(2.94, 31mmol)을 톨루엔 100ml에 넣어서 상온에서 5min간 교반 시킨 후 트리부틸포스핀(0.2ml, 1 mmol), 5시간 정도 환류 시켜줌. 반응이 끝나면 상온까지 식힌 후 과량의 MeOH를 넣고 1시간 정도 교반시킨 후 걸러 준다. 수율은 7.2g, 72.4%이다.
실시예
1 ~ 12:
유기전계발광소자의
제조
ITO 글래스의 발광면적이 2mm×2mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 상기 ITO 글래스를 진공 챔버에 장착한 후 베이스 압력이 1×10-7torr가 되도록 한후 상기 ITO 위에 CuPc(800Å), α-NPD(300Å) 순으로 성막한 후 실시예 1 내지 12에서 합성된 화합물 3%를 성막(250Å)한 다음 Alq3 (350Å), LiF (5Å), Al (500Å)의 순서로 성막하여 유기전계발광소자를 제조하였다.
비교예
1
발광층에 게스트 화합물로서 하기 [화학식 1220] 또는 [화학식 1221]로 표시되는 피렌계 화합물을 더 포함하는 유기전계발광소자를 실시예와 같이 제조하여 본 발명과 특성을 비교하였다. ITO 글래스의 발광면적이 2mm×2mm 크기가 되도록 패터닝한 후 세정하였다. 상기 ITO 글래스를 진공 챔버에 장착한 후 베이스 압력이 1×10-7torr가 되도록 한후 상기 ITO 위에 CuPc(800Å), α-NPD(300Å) 순으로 성막한 후 호스트 물질로 화학식 1224 화합물을 사용하고, 게스트 물질로서 화학식 1225 화합물 3%를 성막(250Å)한 다음 Alq3 (350Å), LiF (5Å), Al (500Å)의 순서로 성막하여 유기전계발광소자를 제조하였다.
화학식 (1224) 화학식 (1225)
시험예
상기 화학식 272 내지 1047의 화합물과 비교예 1에 따라 제조된 유기전계 발광소자에 대하여 전압, 전류밀도, 휘도, 색 좌표 및 수명을 측정하고 그 결과를 하기 [표 1], 도 2 및 도 3에 나타내었다. T98은 휘도가 초기휘도에 비해 98%로 감소되는데 소요되는 시간을 의미한다.
하기 [표 1]의 결과로부터, 본 발명에 따른 화학식 (1) 또는 (2)로 표시되는 화합물을 포함한 유기전계발광소자는 구동전압이 10% 낮고, 발광효율이 30%이상 증가한 우수한 특성을 보이므로 표시소자, 디스플레이 소자 및 조명 등에 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
또한 도 2의 수명 그래프를 통하여 비교예 1을 사용했을 때 보다 본 발명의 실시예에 따른 화합물을 사용하였을 때 수명이 2배 이상 길어짐을 알 수 있어 수명적인 특성에서 우수한 디스플레이 소자 및 조명 등에 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
또한 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예 1에 비해서 본 발명에 따른 화학식 408과 화학식884를 사용하였을 때의 PL 그래프가 6~10nm 블루 쉬프트(blue shift)한 것으로 보아 블루 영역에 더 가까운 재료임을 알 수 있다.
전압 | 전류밀도(㎃/㎠) | 휘도(Cd/㎡) | CIEx | CIEy | T98 | |
화학식 884 | 3.78 | 10 | 591 | 0.139 | 0.126 | 10 |
화학식 911 | 3.71 | 10 | 688 | 0.143 | 0.128 | 19 |
화학식 1020 | 3.88 | 10 | 655 | 0.141 | 0.130 | 10 |
화학식 1047 | 3.80 | 10 | 613 | 0.138 | 0.128 | 15 |
화학식 272 | 3.72 | 10 | 670 | 0.136 | 0.121 | 10 |
화학식 299 | 3.89 | 10 | 701 | 0.144 | 0.125 | 14 |
화학식 340 | 3.71 | 10 | 646 | 0.138 | 0.127 | 15 |
화학식 367 | 3.99 | 10 | 541 | 0.141 | 0.121 | 36 |
화학식 408 | 3.80 | 10 | 609 | 0.139 | 0.125 | 50 |
화학식 435 | 3.81 | 10 | 686 | 0.140 | 0.123 | 15 |
비교예 1 | 4.24 | 10 | 455 | 0.142 | 0.125 | 7 |
Claims (7)
- 하기 화학식 (1) 또는 (2)로 표시되는 아민 유도체:
화학식 (1)
화학식 (2)
상기 식에서,
R1 내지 R2는, 각각 독립적으로 수소원자, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내기 50의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 50의 아릴기 중에서 선택되고,
R3 내지 R6는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아릴기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 헤테로환기 중에서 선택되며,
Ar1 또는 Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 헤테로환기 중에서 선택되고,
R1, R2, Ar1, Ar2 는 각각 서로 연결되어 포화 또는 불포화고리를 형성할 수 있다. - 제1항에 있어서,
상기 R1 내지 R6, Ar1 및 Ar2는 수소, 중수소, 시아노기, 할로겐기, 히드록시기, 니트로기, 탄소수 1 - 40의 알킬기, 탄소수 1 - 40의 알콕시기, 탄소수 1 - 40의 알케닐, 탄소수 1 - 40의 알키닐기, 탄소수 1 - 40의 알킬아미노기, 탄소수 6 - 40의 아릴아미노기, 탄소수 3 - 40의 헤테로아릴아미노기, 탄소수 1 - 40의 알킬실릴기, 탄소수 6 - 40의 아릴실릴기, 탄소수 6 - 40의 아릴기, 탄소수 3 - 40의 아릴옥시기, 탄소수 3 - 40의 헤테로아릴기, 게르마늄기, 인, 보론으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 치환기에 의해서 치환된 것을 특징으로 하는 아민 유도체. - 제1항에 있어서,
상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 비페닐기 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기이며, Ar1이 나프틸기인 경우에 Ar2는 Ar1과 동일하지 않은 것을 특징으로 하는 아민 유도체. - 제1항에 있어서,
하기 화학식으로 표시되는 화합물 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 아민 유도체:
(3)
(4) (5)
(6) (7)
(8) (9)
(10) (11)
(12) (13)
(14) (15)
(16) (17)
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(1218) (1219)
(1220) (1221)
(1222) (1223) - 애노드; 캐소드; 및 상기 애노드와 캐소드 사이에 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 아민 유도체를 포함하는 층을 구비한 유기전계발광소자.
- 제5항에 있어서,
상기 애노드와 캐소드 사이에 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자저지층, 정공저지층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자. - 제6항에 있어서,
상기 아민 유도체는 상기 애노드 및 캐소드 사이의 발광층에 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전계발광소자.
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