KR20120122813A - 신규한 유기 발광 화합물 및 이를 채용하고 있는 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

신규한 유기 발광 화합물 및 이를 채용하고 있는 유기 전계 발광 소자 Download PDF

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KR20120122813A
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Abstract

본 발명은 신규한 유기 발광 화합물 및 이를 포함하고 있는 유기 전계 발광 소자 에 관한 것으로, 본 발명에 따른 유기 발광 화합물은 기존 재료에 비해 발광 효율이 좋고 재료의 수명특성이 뛰어나 소자의 구동수명이 매우 우수할 뿐만 아니라 전력효율의 상승을 유도하여 소비전력이 개선된 OLED 소자를 제조할 수 있는 장점이 있다.

Description

신규한 유기 발광 화합물 및 이를 채용하고 있는 유기 전계 발광 소자{Novel organic electroluminescence compounds and organic electroluminescence device using the same}
본 발명은 신규한 유기 발광 화합물 및 이를 포함하고 있는 유기 전계 발광 소자 에 관한 것이다.
표시 소자 중, 전기 발광 소자(electroluminescence device: EL device)는 자체 발광형 표시 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있다. 1987년 이스트만 코닥(Eastman Kodak)사는 발광층 형성용 재료로서 저분자인 방향족 디아민과 알루미늄 착물을 이용하고 있는 유기 EL 소자를 처음으로 개발하였다[Appl. Phys. Lett. 51, 913, 1987].
OLED에서 발광 효율을 결정하는 가장 중요한 요인은 발광 재료이다. 발광 재료로는 현재까지 형광 재료가 널리 사용되고 있으나, 전기발광의 메커니즘 상 인광 재료의 개발은 이론적으로 4배까지 발광 효율을 개선시킬 수 있는 가장 좋은 방법 중 하나이다. 현재까지 이리듐(III)착물 계열이 인광 발광 재료로 널리 알려져 있으며, 각 RGB 별로는 (acac)Ir(btp)2, Ir(ppy)3 및 Firpic 등의 재료가 알려져 있다. 특히, 최근 일본, 구미에서 많은 인광 재료들이 연구되고 있다.
Figure pat00001
인광 발광체의 호스트 재료로는 현재까지 CBP가 가장 널리 알려져 있고, BCP 및 BAlq 등의 정공차단층을 적용한 고효율의 OLED가 공지되어 있으며, 일본의 파이오니어 등에서는 BAlq 유도체를 호스트로 이용해 고성능의 OLED를 개발한 바 있다.
Figure pat00002
그러나 기존의 재료들은 발광 특성 측면에서는 유리한 면이 있으나, 유리전이온도가 낮고 열적 안정성이 매우 좋지 않아서, 진공 하에서 고온 증착 공정을 거칠 때, 물질이 변하는 단점을 갖고 있다. OLED에서 전력효율 = [(π/전압) × 전류효율]의 관계에 있이므로 전력 효율은 전압에 반비례하고, 따라서 OLED의 소비 전력을 낮으려면 전력 효율을 높여야 한다. 실제 인광 발광 재료를 사용한 OLED는 형광 발광 재료를 사용한 OLED에 비해 전류 효율(cd/A)이 상당히 높으나, 인광 발광 재료의 호스트로 사용되던 BAlq 또는 CBP와 같은 종래재료의 경우, 형광재료를 사용한 OLED에 비해 구동 전압이 높아서 전력 효율(lm/w)면에서 큰 이점이 없었다. 또한, OLED 소자에 사용할 경우 수명 측면에서도 만족스럽지 못하였다.
한편, 국제특허공보 제WO03/078541호에는 카바졸기를 골격으로 하는 유기 전기 발광 소재용 화합물을 언급하고 있다. 그러나, 상기 문헌에는 카바졸골격의 3번 위치에 방향족 고리가 융합된 헤테로시클로알킬 또는 시클로알킬기가 치환되고, 9번 위치에 카바졸기가 치환된 헤테로아릴이 직접 또는 간접적으로 연결된 화합물을 개시하고 있지 않다.
따라서 본 발명의 목적은 첫째로, 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 기존의 재료보다 발광 효율 및 소자 수명이 좋으며, 적절한 색좌표를 갖는 우수한 골격의 유기 발광 화합물을 제공하는 것이며 둘째로, 상기 유기 발광 화합물을 발광 재료로서 채용하는 고효율 및 장수명의 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것이다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 유기 발광 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 유기 발광 화합물은 기존 재료에 비해 발광 효율이 좋고 재료의 수명특성이 뛰어나 소자의 구동수명이 매우 우수할 뿐만 아니라 전력효율의 상승을 유도하여 소비전력이 개선된 OLED 소자를 제조할 수 있는 장점이 있다.
[화학식 1]
Figure pat00003
[상기 화학식 1에서,
A1 내지 A5은 각각 독립적으로 CR, N 또는
Figure pat00004
이고, 단, A1 내지 A5 중 적어도 하나는
Figure pat00005
이며;
Y1 내지 Y2는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -CR9R10- 또는 -NR11-이고;
L1 및 L2은 각각 독립적으로 단일결합, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)헤테로아릴렌, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬렌이고;
R은 수소, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (C3-C30)헤테로아릴이며;
R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 5원 내지 7원의 헤테로시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, -NR12R13, -SiR14R15R16, -SR17, -OR18 , 시아노, 나이트로 또는 하이드록시이고;
R7 내지 R11 및 R12 내지 R18는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 5원 내지 7원의 헤테로시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬이거나, 인접한 치환체와 융합고리를 포함하거나 포함하지 않는 치환 또는 비치환된 (C3-C30)알킬렌 또는 치환 또는 비치환된 (C3-C30)알케닐렌으로 연결되어 지환족 고리 및 단일환 또는 다환의 방향족 고리를 형성할 수 있으며, 상기 형성된 지환족 고리 및 단일환 또는 다환의 방향족 고리의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 치환될 수 있고;
a, d, g, h는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, a, d, g, h가 2이상의 정수인 경우 동일하거나 상이할수 있고;
b, c, e, f는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고, c, d가 2이상의 정수인 경우 동일하거나 상이할수 있으며;
m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 1의 정수이고, 단 동시에 0인 경우는 제외하며;
상기 헤테로시클로알킬 및 헤테로아릴은 B, N, O, S, P(=O), Si 및 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다.]
본 발명에 기재된 「알킬」, 「알콕시」 및 그 외 「알킬」부분을 포함하는 치환체는 직쇄 또는 분쇄 형태를 모두 포함하고, 「시클로알킬」은 단일 고리계 뿐만 아니라 치환 또는 비치환된 아다만틸 또는 치환 또는 비치환된 (C7-C30)바이시클로알킬과 같은 여러 고리계 탄화수소도 포함한다. 본 발명에 기재된 「아릴」은 하나의 수소 제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 유기 라디칼로, 각 고리에 적절하게는 4 내지 7개, 바람직하게는 5 또는 6개의 고리원자를 포함하는 단일 또는 융합고리계를 포함하며, 다수개의 아릴이 단일결합으로 연결되어 있는 형태까지 포함한다. 구체적인 예로서 페닐, 나프틸, 비페닐, 터페닐, 안트릴, 인데닐(indenyl), 플루오레닐, 페난트릴, 트리페닐레닐, 피렌일, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐, 플루오란텐일 등이 있다. 상기 나프틸은 1-나프틸 및 2-나프틸을 포함하며, 안트릴은 1-안트릴, 2-안트릴 및 9-안트릴을 포함하며, 플루오레닐은 1-플루오레닐, 2-플루오레닐, 3-플루오레닐, 4-플루오레닐 및 9-플루오레닐을 모두 포함한다. 본 발명에 기재된 「헤테로아릴」은 방향족 고리 골격 원자로서 B, N, O, S, P(=O), Si 및 P로부터 선택되는 1 내지 4개의 헤테로원자를 포함하고 나머지 방향족 고리 골격 원자가 탄소인 아릴 그룹을 의미하는 것으로, 5 내지 6원 단환 헤테로아릴, 및 하나 이상의 벤젠 환과 축합된 다환식 헤테로아릴이며, 부분적으로 포화될 수도 있다. 또한, 본 발명에서의 헤테로아릴은 하나 이상의 헤테로아릴이 단일결합으로 연결된 형태도 포함한다. 상기 헤테로아릴기는 고리내 헤테로원자가 산화되거나 사원화되어, 예를 들어 N-옥사이드 또는 4차 염을 형성하는 2가 아릴 그룹을 포함한다. 구체적인 예로서 퓨릴, 티오펜일, 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 티아졸릴, 티아디아졸릴, 이소티아졸릴, 이속사졸릴, 옥사졸릴, 옥사디아졸릴, 트리아진일, 테트라진일, 트리아졸릴, 테트라졸릴, 퓨라잔일, 피리딜, 피라진일, 피리미딘일, 피리다진일 등의 단환 헤테로아릴, 벤조퓨란일, 벤조티오펜일, 이소벤조퓨란일, 벤조이미다졸릴, 벤조티아졸릴, 벤조이소티아졸릴, 벤조이속사졸릴, 벤조옥사졸릴, 이소인돌릴, 인돌릴, 인다졸릴, 벤조티아디아졸릴, 퀴놀릴, 이소퀴놀릴, 신놀리닐, 퀴나졸리닐, 퀴녹살리닐, 카바졸릴, 페난트리딘일, 벤조디옥솔릴, 다이벤조퓨란닐, 다이벤조싸이오페닐 등의 다환식 헤테로아릴 및 이들의 상응하는 N-옥사이드(예를 들어, 피리딜 N-옥사이드, 퀴놀릴 N-옥사이드), 이들의 4차 염 등을 들수 있다.
또한, 본 발명에 기재되어 있는 ‘(C1-C30)알킬’기는 바람직하게는 (C1-C20)알킬이고, 더 바람직하게는 (C1-C10)알킬이며, ‘(C6-C30)아릴’기는 바람직하게는 (C6-C20)아릴이다. ‘(C3-C30)헤테로아릴’기는 바람직하게는 (C3-C20)헤테로아릴이다. ‘(C3-C30)시클로알킬’기는 바람직하게는 (C3-C20)시클로알킬이고, 더 바람직하게는 (C3-C7)시클로알킬이다. ‘(C2-C30)알케닐 또는 알키닐’기는 바람직하게는 (C2-C20)알케닐 또는 알키닐이고, 더 바람직하게는 (C2-C10)알케닐 또는 알키닐이다.
또한 본 발명에 기재되어 있는 “치환 또는 비치환”이라는 기재에서 ‘치환’은 비치환된 치환기에 더 치환되는 경우를 뜻하며, 상기 L1, L2, R, R1 내지 R6, R7 내지 R11 및 R12 내지 R18에 더 치환되는 치환기는 중수소, 할로겐, (C1-C30)알킬, 할로겐이 치환된 (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, (C6-C30)아릴이 치환된 (C5-C30)헤테로아릴, (C3-C30)시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 트리(C1-C30)알킬실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, (C2-C30)알케닐, (C2-C30)알키닐, 시아노, 카바졸릴, 디(C1-C30)알킬아미노, 디(C6-C30)아릴아미노, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노, 디(C6-C30)아릴보로닐, 디(C1-C30)알킬보로닐, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴보로닐, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴, 카르복실, 니트로 또는 히드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 의미한다.
더욱 구체적으로, 상기 L1 및 L2은 각각 독립적으로 단일결합, (C3-C30)헤테로아릴렌 또는 (C6-C30)아릴렌이고;
R은 수소, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이며;
R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, N-카바졸릴, -NR12R13, 또는 -SiR14R15R16이며;
R7 내지 R11은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이며;
R12 내지 R16는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고;
상기 L1 및 L2의 아릴렌 및 헤테로아릴렌, R의 아릴 및 헤테로아릴, R1 내지 R16의 알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 중수소, 할로겐, 할로겐이 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C6-C30)아릴, (C6-C30)아릴이 치환 또는 비치환된 (C3-C30)헤테로아릴, N-카바졸, (C3-C30)시클로알킬, N-카바졸이 치환된 (C6-C30)아릴 및 (C6-C30)아르(C1-C30)알킬로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
구체적으로 상기
Figure pat00006
는 하기 구조로부터 선택되는 것이 바람직하다.
Figure pat00007
[상기 R', R'', R''', R'''' 및 R'''''는 서로 독립적으로 수소, (C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴 또는
Figure pat00008
이며; R7, R8, Rx 및 Ry은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, N-카바졸릴, -NR12R13, 또는 -SiR14R15R16이며; R12 내지 R16는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고; L1, L2 및 L3는 서로 독립적으로 단일결합, (C3-C30)헤테로아릴렌 또는 (C6-C30)아릴렌이고; 상기 L1, L2 및 L3의 아릴렌 및 헤테로아릴렌, R', R'', R''', R'''' 및 R'''''의 아릴 및 헤테로아릴, R7, R8, Rx, Ry 및 R12 내지 R16의 알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 중수소, 할로겐, 할로겐이 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C6-C30)아릴, (C6-C30)아릴이 치환 또는 비치환된 (C3-C30)헤테로아릴, N-카바졸, (C3-C30)시클로알킬, N-카바졸이 치환된 (C6-C30)아릴 및 (C6-C30)아르(C1-C30)알킬로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.]
더욱 구체적으로 상기
Figure pat00009
는 하기 구조로부터 선택되는 것이 바람직하다.
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015

본 발명에 따른 유기 발광 화합물은 대표적으로 하기의 화합물을 들 수 있다.
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
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Figure pat00032
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Figure pat00034
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Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
Figure pat00045
Figure pat00046
Figure pat00047
Figure pat00048
Figure pat00049
본 발명에 따른 유기 발광 화합물은 하기 반응식 1 및 2에 나타난 바와 같이, 제조될 수 있다.
[반응식 1] m=0이면서, n=1인 경우
Figure pat00050
[반응식 2]m=1이면서, n=0인 경우
Figure pat00051
[상기 반응식 1 및 2에서, A1 내지 A5, R1 내지 R6, Y1, Y2, L1, a, b, c, d, e 및 f는 화학식 1에서의 정의와 동일하고, X는 할로겐이다.]
또한, 본 발명은 유기 전계 발광 소자를 제공하며, 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극 및 제2전극 사이에 개재되는 1층 이상의 유기물층을 갖는 유기 전계 발광 소자에 있어서, 상기 유기물층은 상기 화학식 1의 화합물을 하나 이상 포함한다. 또한 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 이 발광층에서 상기 화학식 1의 화합물을 호스트 물질로 사용할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 호스트와 함께 사용되는 유기 전계 발광 소자용 인광 도판트에는 대표적으로 하기 화학식 2의 화합물이 있다.
[화학식 2]
M 1 L 101 L 102 L 103
[상기 화학식 2에서,
여기서 M1은 Ir, Pt, Pd 및 Os으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
리간드 L101, L102 및 L103 는 서로 독립적으로 하기 구조로부터 선택되어진다.
Figure pat00052
Figure pat00053
Figure pat00054
Figure pat00055
R201 내지 R203은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 (C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬이 치환되거나 치환되지 않은 (C6-C30)아릴 또는 할로겐이고;
R204 내지 R219는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된(C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된(C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된(C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된(C2-C30)알케닐, 치환 또는 비치환된(C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 모노 또는 치환 또는 비치환된 디-(C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노 또는 디-(C6-C30)아릴아미노, SF5, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 시아노 또는 할로겐이고;
R220 내지 R223는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 (C1-C30)알킬 또는 (C1-C30)알킬이 치환되거나 치환되지 않은 (C6-C30)아릴이고;
R224 및 R225는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된(C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된(C6-C30)아릴 또는 할로겐이거나, R224와 R225는 융합고리를 포함하거나 포함하지 않는 (C3-C12)알킬렌 또는 (C3-C12)알케닐렌으로 연결되어 지환족 고리 및 단일환 또는 다환의 방향족 고리를 형성하며;
R226은 치환 또는 비치환된(C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된(C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된(C5-C30)헤테로아릴 또는 할로겐이고;
R227 내지 R229은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된(C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된(C6-C30)아릴 또는 할로겐이고;
Q는
Figure pat00056
,
Figure pat00057
또는
Figure pat00058
이며, R231 내지 R242는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 (C1-C30)알킬, (C1-C30)알콕시, 할로겐, 치환 또는 비치환된(C6-C30)아릴, 시아노, 치환 또는 비치환된(C5-C30)시클로알킬이거나, 인접한 치환체와 알킬렌 또는 알케닐렌으로 연결되어 스피로 고리 또는 융합고리를 형성할 수 있거나, R207 또는 R208과 알킬렌 또는 알케닐렌으로 연결되어 포화 또는 불포화의 융합고리를 형성할 수 있다.]
구체적으로 상기 화학식 2의 도판트 화합물로서 다음과 같은 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
Figure pat00059
Figure pat00060
Figure pat00061
Figure pat00062
Figure pat00063
Figure pat00064
Figure pat00065
Figure pat00066
Figure pat00067
Figure pat00068
Figure pat00069
본 발명의 유기 전계 발광 소자는 화학식 1의 화합물을 포함하고, 이와 동시에 아릴아민계 화합물 또는 스티릴아릴아민계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 유기물층에 상기 화학식 1의 화합물 이외에 1족, 2족, 4주기, 5주기 전이금속, 란탄계열금속 및 d-전이원소의 유기금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 또는 착체화합물을 더 포함할 수도 있고,나아가 상기 유기물층은 발광층 및 전하생성층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기물층은 상기 유기 전자재료용 화합물 이외에 청색, 적색 또는 녹색 발광 화합물을 포함하는 유기발광층 하나 이상을 동시에 포함하여 백색 발광을 하는 유기 전계 발광 소자를 형성할 수 있다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 한 쌍의 전극의 적어도 한쪽의 내측표면에, 칼코제나이드(chalcogenide)층, 할로겐화 금속층 및 금속 산화물층으로부터 선택되는 일층(이하, 이들을 “표면층”이라고 지칭함) 이상을 배치하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 발광 매체층 측의 양극 표면에 규소 및 알루미늄의 금속의 칼코제나이드(산화물을 포함한다)층을, 또한 발광매체층 측의 음극 표면에 할로겐화 금속층 또는 금속 산화물층을 배치하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 구동의 안정화를 얻을 수 있다. 상기 칼코제나이드의 바람직한 예로는 SiOX(1≤X≤2), AlOX(1≤X≤1.5), SiON 또는 SiAlON 등이 있고, 할로겐화 금속의 바람직한 예로는 LiF, MgF2, CaF2, 불화 희토류 금속 등이 있으며, 금속 산화물의 바람직한 예로는 Cs2O, Li2O, MgO, SrO, BaO, CaO 등이 있다.
또한, 본 발명의 유기 전계 발광 소자에 있어서, 이렇게 제작된 한 쌍의 전극의 적어도 한쪽의 표면에 전자 전달 화합물과 환원성 도판트의 혼합 영역 또는 정공 전달 화합물과 산화성 도판트의 혼합 영역을 배치하는 것도 바람직하다. 이러한 방식에 의해 전자 전달 화합물이 음이온으로 환원되므로 혼합 영역으로부터 발광 매체에 전자를 주입 및 전달하기 용이해진다. 또한, 정공 전달 화합물은 산화되어 양이온으로 되므로 혼합 영역으로부터 발광 매체에 정공을 주입 및 전달하기 용이해진다. 바람직한 산화성 도판트로서는 각종 루이스산 및 억셉터(acceptor) 화합물을 들 수 있고, 바람직한 환원성 도판트로는 알칼리 금속, 알칼리 금속 화합물, 알칼리 토류 금속, 희토류 금속 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 또한 환원성 도판트층을 전하생성층으로 사용하여 두 개 이상의 발광층을 가진 백색 유기 전계 발광소자를 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 화합물은 발광 효율이 좋고 재료의 수명특성이 뛰어나 소자의 구동수명이 매우 우수한 OLED 소자를 제조할 수 있는 장점이 있다.
이하에서, 본 발명의 상세한 이해를 위하여 본 발명의 대표 화합물을 들어 본 발명에 따른 유기 발광 화합물, 이의 제조방법 및 소자의 발광특성을 설명한다.
[제조예 1] 화합물 22의 제조
Figure pat00070
화합물 1-1 의 제조
9H-카바졸 50g(299.0mmol), 1,3-다이브로모벤젠 282g(1196.1mmol), CuI 57g(299.0mmol), K3PO4 190g(897.1mmol) 및 톨루엔 1.5L를 넣고 80℃로 가열시킨 후 에틸렌다이아민 40ml(598.1mmol)을 가하고 12시간동안 환류 교반시켰다. 반응이 완료되면 상온으로 냉각하고 EA로 추출하고 포화 NaHCO3 수용액으로 씻어 주고 무수MgSO4로 건조시킨 후 감압 증류하고 컬럼(MC:Hex)하여 화합물 1-1 40g(42%)을 얻었다.
화합물 1-2 의 제조
화합물 1-1 40g(125.7mmol)을 THF에 용해시키고 -78℃에서 n-buLi 65ml(163.4mmol, 2.5M in hexane)을 천천히 가하였다. 한 시간 후 트리메틸보레이트 21ml(188.6mmol)을 가하고 12시간동안 상온에서 교반시켰다. 반응이 완결되면 증류수로 씻어주고 EA로 추출한 뒤 유기층을 무수MgSO4로 건조시킨 후 감압 증류하고 EA, 헥산 및 MC를 이용하여 재결정시켜 화합물 1-2 33g(92%)을 얻었다.
화합물 1-3 의 제조
화합물 1-2 26g(91.6mmol), 2,4-다이클로로피리미딘 12g(83.3mmol), Pd(PPh3)4 2.9g(2.50mmol), 2M K2CO3 140ml 및 톨루엔을 넣고 80℃에서 2시간동안 교반시켰다. 교반이 완료되면 상온으로 냉각시키고 증증류수로 씻어주고 EA로 추출하였다. 유기층을 무수MgSO4로 건조시킨 후 감압증류한 후 컬럼 분리(MC:HEX)하여 화합물 1-3 13g(44%)을 얻었다.
화합물 1-4 의 제조
9-페닐-9H-카바졸-2-일-2-보론산 38g(131.0mmol), 3-브로모-9H-카바졸 26g(109.1mmol), Pd(PPh3)4 6.3g(5.46mmol), 2M K2CO3 130ml 및 톨루엔을 넣고 130℃에서 10시간동안 교반시켰다. 교반이 완료되면 상온으로 냉각하고 증류수를 넣고 EA로 추출하였다. 황유기층을 무수MgSO4로 건조시킨 후 감압증류한 후 컬럼 분리(MC:HEX)하여 화합물 1-4 35g(79%)을 얻었다.
화합물 22 의 제조
NaH (734mg)를 DMF (20ml)에 혼합한 후 교반시켰다. 화합물 1-4 5g(12.2mmol)을 DMF (20ml)에 용해시킨 후 상기 NaH-DMF 혼합액에 천천히 가하고, 1시간 후 화합물 1-3 5.2g(14.7mmol)을 DMF (20ml)에 용해시킨 후 상기 혼합액에 천천히 가하였다. 상온에서 12시간동안 교반시킨 후 증류수를 천천히 가하여 quenching시키면서 형성된 고체를 여과하였다. 컬럼 (MC:Hex) 분리하여 화합물 22 7g(79%)로 얻었다.
MS/FAB found 727.85, calculated 727.27
[실시예1] 본 발명에 따른 유기 전자 재료용 화합물을 이용한 OLED 소자 제작
본 발명의 발광 재료를 이용한 구조의 OLED 소자를 제작한다. 우선, OLED용 글래스(삼성-코닝사 제조)로부터 얻어진 투명전극 ITO 박막(15Ω/□)을, 트리클로로에틸렌, 아세톤, 에탄올, 증류수를 순차적으로 사용하여 초음파 세척을 실시한 후, 이소프로판올에 넣어 보관한 후 사용한다. 다음으로 진공 증착 장비의 기판 홀더에 ITO기판을 장착한 후, 진공 증착장비 내의 셀에 N1-(나프탈렌-2-일)-N4,N4-비스(4-(나프탈렌-2-일(페닐)아미노)페닐)-N1-페닐벤젠-1,4-디아민을 넣고 챔버 내의 진공도가 10E-6 torr에 도달할 때까지 배기시킨 후, 셀에 전류를 인가하여 증발시켜 ITO 기판 위에 60nm 두께의 정공주입층을 증착한다. 이어서 진공 증착 장비 내의 다른 셀에 N,N'-디(4-비페닐) -N,N'-디(4-비페닐)-4,4'-디아미노비페닐을 넣고, 셀에 전류를 인가하여 증발시켜 정공주입층 위에 20nm 두께의 정공전달층을 증착한다. 정공주입층, 정공전달층을 형성시킨 후, 그 위에 발광층을 다음과 같이 증착시킨다. 진공 증착 장비 내의 한쪽 셀에 호스트로서 본 발명의 화합물을 넣고, 또 다른 셀에는 도판트을 각각 넣은 후, 두 물질을 다른 속도로 증발시켜 4내지 20%중량으로 도핑함으로서 상기 정공전달층위에 30nm 두께의 발광층을 증착한다. 이어서 상기 발광층 위에 전자 전달층으로써 한쪽 셀에 이어서 상기 발광층 위에 전자 전달층으로써 한쪽 셀에 9,10-디(1-나프틸)-2-(4-페닐-1-페닐-1H-벤조[d] 이미다졸)안트라센을 넣고, 또다른 셀에는 리튬 퀴놀레이트(Lithium quinolate)를 각각 넣은 후, 두 물질을 다른 속도로 증발시켜 30내지 70%중량으로 도핑함으로서 30nm의 전자 전달층을 증착한다. 이어서 전자 주입층으로서 리튬 퀴놀레이트를 1내지 2nm 두께로 증착한 후, 다른 진공 증착장비를 이용하여 Al 음극을 150nm의 두께로 증착하여 OLED 소자를 제작했을 때 전압, 효율, 수명측면에서 좋은 특성을 가질 것으로 예상된다.

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 유기 발광 화합물.
    [화학식 1]
    Figure pat00071

    [상기 화학식 1에서,
    A1 내지 A5은 각각 독립적으로 CR, N 또는
    Figure pat00072
    이고, 단, A1 내지 A5 중 적어도 하나는
    Figure pat00073
    이며;
    Y1 내지 Y2는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -CR9R10- 또는 -NR11-이고;
    L1 및 L2은 각각 독립적으로 단일결합, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)헤테로아릴렌, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴렌, 또는 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬렌이고;
    R은 수소, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 또는 치환 또는 비치환된 (C3-C30)헤테로아릴이며;
    R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된 5원 내지 7원의 헤테로시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, -NR12R13, -SiR14R15R16, -SR17, -OR18 , 시아노, 나이트로 또는 하이드록시이고;
    R7 내지 R11 및 R12 내지 R18는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된 (C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 치환 또는 비치환된 5원 내지 7원의 헤테로시클로알킬, 치환 또는 비치환된 (C3-C30)시클로알킬이거나, 인접한 치환체와 융합고리를 포함하거나 포함하지 않는 치환 또는 비치환된 (C3-C30)알킬렌 또는 치환 또는 비치환된 (C3-C30)알케닐렌으로 연결되어 지환족 고리 및 단일환 또는 다환의 방향족 고리를 형성할 수 있으며, 상기 형성된 지환족 고리 및 단일환 또는 다환의 방향족 고리의 탄소 원자는 질소, 산소 및 황으로부터 선택되는 하나 이상의 헤테로원자로 치환될 수 있고;
    a, d, g, h는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고, a, d, g, h가 2이상의 정수인 경우 동일하거나 상이할수 있고;
    b, c, e, f는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고, c, d가 2이상의 정수인 경우 동일하거나 상이할수 있으며;
    m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 1의 정수이고, 단 동시에 0인 경우는 제외하며;
    상기 헤테로시클로알킬 및 헤테로아릴은 B, N, O, S, P(=O), Si 및 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함한다.]
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 L1, L2, R, R1 내지 R6, R7 내지 R11 및 R12 내지 R18에 더 치환되는 치환기는 중수소, 할로겐, (C1-C30)알킬, 할로겐이 치환된 (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, (C6-C30)아릴이 치환된 (C5-C30)헤테로아릴, (C3-C30)시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 트리(C1-C30)알킬실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, (C1-C30)알킬디(C6-C30)아릴실릴, (C2-C30)알케닐, (C2-C30)알키닐, 시아노, 카바졸릴, 디(C1-C30)알킬아미노, 디(C6-C30)아릴아미노, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴아미노, 디(C6-C30)아릴보로닐, 디(C1-C30)알킬보로닐, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴보로닐, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴, 카르복실, 니트로 또는 히드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것인 유기 발광 화합물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 L1 및 L2은 각각 독립적으로 단일결합, (C3-C30)헤테로아릴렌 또는 (C6-C30)아릴렌이고;
    R은 수소, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이며;
    R1 내지 R6은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, N-카바졸릴, -NR12R13, 또는 -SiR14R15R16이며;
    R7 내지 R11은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이며;
    R12 내지 R16는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고;
    상기 L1 및 L2의 아릴렌 및 헤테로아릴렌, R의 아릴 및 헤테로아릴, R1 내지 R16의 알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 중수소, 할로겐, 할로겐이 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C6-C30)아릴, (C6-C30)아릴이 치환 또는 비치환된 (C3-C30)헤테로아릴, N-카바졸, (C3-C30)시클로알킬, N-카바졸이 치환된 (C6-C30)아릴 및 (C6-C30)아르(C1-C30)알킬로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있는 것인 유기 발광 화합물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기
    Figure pat00074
    는 하기 구조로부터 선택되는 것인 유기 발광 화합물.
    Figure pat00075

    [상기 R', R'', R''', R'''' 및 R'''''는 서로 독립적으로 수소, (C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴 또는
    Figure pat00076
    이며; R7, R8, Rx 및 Ry은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, N-카바졸릴, -NR12R13, 또는 -SiR14R15R16이며; R12 내지 R16는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고; L1, L2 및 L3는 서로 독립적으로 단일결합, (C3-C30)헤테로아릴렌 또는 (C6-C30)아릴렌이고; 상기 L1, L2 및 L3의 아릴렌 및 헤테로아릴렌, R', R'', R''', R'''' 및 R'''''의 아릴 및 헤테로아릴, R7, R8, Rx, Ry 및 R12 내지 R16의 알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 중수소, 할로겐, 할로겐이 치환 또는 비치환된 (C1-C30)알킬, (C6-C30)아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C6-C30)아릴, (C6-C30)아릴이 치환 또는 비치환된 (C3-C30)헤테로아릴, N-카바졸, (C3-C30)시클로알킬, N-카바졸이 치환된 (C6-C30)아릴 및 (C6-C30)아르(C1-C30)알킬로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.]
  5. 제 4항에 있어서,
    상기
    Figure pat00077
    는 하기 구조로부터 선택되는 것인 유기 발광 화합물.
    Figure pat00078

    Figure pat00079

    Figure pat00080

    Figure pat00081

    Figure pat00082

    Figure pat00083
  6. 제 1항에 있어서,
    하기 화합물로부터 선택되는 것인 유기 발광 화합물.
    Figure pat00084

    Figure pat00085

    Figure pat00086

    Figure pat00087

    Figure pat00088

    Figure pat00089

    Figure pat00090

    Figure pat00091

    Figure pat00092

    Figure pat00093

    Figure pat00094

    Figure pat00095

    Figure pat00096

    Figure pat00097

    Figure pat00098

    Figure pat00099

    Figure pat00100

    Figure pat00101

    Figure pat00102

    Figure pat00103

    Figure pat00104

    Figure pat00105

    Figure pat00106

    Figure pat00107

    Figure pat00108

    Figure pat00109

    Figure pat00110

    Figure pat00111

    Figure pat00112

    Figure pat00113

    Figure pat00114

    Figure pat00115

    Figure pat00116

    Figure pat00117
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 유기 발광 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 유기 전계 발광 소자가 제1전극; 제2전극; 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 개재되는 1층 이상의 유기물층을 가지며, 이 유기물층이 상기 유기 발광 화합물 중 하나 이상과 하기 화학식 2로 표시되는 인광도판트 중 하나 이상을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
    [화학식 2]
    M 1 L 101 L 102 L 103
    [상기 화학식 2에서,
    여기서 M1은 Ir, Pt, Pd 및 Os으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    리간드 L101, L102 및 L103 는 서로 독립적으로 하기 구조로부터 선택되어진다.
    Figure pat00118

    Figure pat00119

    Figure pat00120

    Figure pat00121

    R201 내지 R203은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 (C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬이 치환되거나 치환되지 않은 (C6-C30)아릴 또는 할로겐이고;
    R204 내지 R219는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된(C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된(C1-C30)알콕시, 치환 또는 비치환된(C3-C30)시클로알킬, 치환 또는 비치환된(C2-C30)알케닐, 치환 또는 비치환된(C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된 모노 또는 치환 또는 비치환된 디-(C1-C30)알킬아미노, 치환 또는 비치환된 모노 또는 디-(C6-C30)아릴아미노, SF5, 치환 또는 비치환된 트리(C1-C30)알킬실릴, 치환 또는 비치환된 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 치환 또는 비치환된 트리(C6-C30)아릴실릴, 시아노 또는 할로겐이고;
    R220 내지 R223는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 (C1-C30)알킬 또는 (C1-C30)알킬이 치환되거나 치환되지 않은 (C6-C30)아릴이고;
    R224 및 R225는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된(C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된(C6-C30)아릴 또는 할로겐이거나, R224와 R225는 융합고리를 포함하거나 포함하지 않는 (C3-C12)알킬렌 또는 (C3-C12)알케닐렌으로 연결되어 지환족 고리 및 단일환 또는 다환의 방향족 고리를 형성하며;
    R226은 치환 또는 비치환된(C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된(C6-C30)아릴, 치환 또는 비치환된(C5-C30)헤테로아릴 또는 할로겐이고;
    R227 내지 R229은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된(C1-C30)알킬, 치환 또는 비치환된(C6-C30)아릴 또는 할로겐이고;
    Q는
    Figure pat00122
    ,
    Figure pat00123
    또는
    Figure pat00124
    이며, R231 내지 R242는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐이 치환되거나 치환되지 않은 (C1-C30)알킬, (C1-C30)알콕시, 할로겐, 치환 또는 비치환된(C6-C30)아릴, 시아노, 치환 또는 비치환된(C5-C30)시클로알킬이거나, 인접한 치환체와 알킬렌 또는 알케닐렌으로 연결되어 스피로 고리 또는 융합고리를 형성할 수 있거나, R207 또는 R208과 알킬렌 또는 알케닐렌으로 연결되어 포화 또는 불포화의 융합고리를 형성할 수 있다.]
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 인광 도판트는 하기 화합물로부터 선택되는 것인 유기 전계 발광 소자.
    Figure pat00125

    Figure pat00126

    Figure pat00127

    Figure pat00128

    Figure pat00129

    Figure pat00130

    Figure pat00131

    Figure pat00132

    Figure pat00133

    Figure pat00134

    Figure pat00135
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 유기물층이 아릴아민계 화합물 또는 스티릴아릴아민계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 아민계 화합물(A); 1족, 2족, 4주기, 5주기 전이금속, 란탄계열금속 및 d-전이원소의 유기금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속 또는 금속을 포함하는 착체화합물(B); 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 유기 전계 발광 소자.
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