KR20140015202A - 아크리딘 유도체를 포함하는 유기발광 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자 - Google Patents

아크리딘 유도체를 포함하는 유기발광 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자 Download PDF

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Abstract

아크리딘 유도체를 포함하는 본 발명의 유기발광 화합물은 아크리딘 유도체와 고리화합물의 적절한 조화를 통해 유기물층 내에서의 전하균형을 조절함으로써, 휘도, 전력효율, 내열성, 전하수송 성능 및 전하주입 성능이 우수하여 색순도 및 발광효율을 증가시킬 수 있으므로, 유기발광소자의 발광물질로 사용되어 유기발광소자에 낮은 구동전압과 높은 발광휘도 및 발광효율을 나타내며, 이에 따라 풀 칼라 유기 패널에서 성능 극대화 및 수명 향상을 제공할 수 있다.

Description

아크리딘 유도체를 포함하는 유기발광 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자 {ORGANIC ELECTROLUMINESCENT COMPOUND COMPRISING ACRIDINE DERIVATIVE AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE COMPRISING SAME}
본 발명은 아크리딘 유도체를 포함하는 유기발광 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자에 관한 것이다.
최근, 자체 발광형으로 저전압 구동이 가능한 유기발광소자는, 평판 표시소자의 주류인 액정디스플레이(LCD, liquid crystal display)에 비해, 시야각, 대조비 등이 우수하고 백라이트가 불필요하여 경량 및 박형이 가능하며 소비전력 측면에서도 유리하고 색 재현 범위가 넓어, 차세대 표시소자로서 주목을 받고 있다.
일반적으로, 유기발광소자는 음극(전자주입전극)과 양극(정공주입전극), 및 상기 두 전극 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 갖는다. 이때, 유기물층은 발광층(EML, light emitting layer) 이외에, 정공주입층(HIL, hole injection layer), 정공수송층(HTL, hole transport layer), 전자수송층(ETL, electron transport layer) 또는 전자주입층(EIL, electron injection layer)을 포함할 수 있으며, 발광층의 발광특성상 전자차단층(EBL, electron blocking layer) 또는 정공차단층(HBL, hole blocking layer)을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 구조의 유기발광소자에 전기장이 가해지면, 양극으로부터 정공이 주입되고, 음극으로부터 전자가 주입되어, 정공과 전자는 각각 정공수송층과 전자수송층을 거쳐 발광층에서 재조합(recombination)하게 되어 발광여기자(엑시톤, exitons)를 형성한다. 형성된 발광여기자는 바닥상태(ground states)로 전이하면서 빛을 방출한다.
발광물질은 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광물질과 보다 나은 천연색을 구현하기 위해 필요한 노란색 및 주황색 발광물질로 구분될 수 있다. 또한, 발광상태의 효율과 안정성을 증가시키기 위하여, 발광 색소(도펀트)를 발광층(호스트)에 도핑하기도 한다. 그 원리는 발광층을 주로 구성하는 호스트보다 에너지 대역 간극이 작고 발광 효율이 우수한 도펀트를 발광층에 소량 혼합하면, 호스트에서 발생한 엑시톤이 도펀트로 수송되어 효율이 높은 빛을 내는 것이다. 이때 호스트의 파장이 도펀트의 파장대로 이동하므로, 이용하는 도펀트의 종류에 따라 원하는 파장의 빛을 얻을 수 있다.
현재까지 유기발광소자의 발광층에 사용되는 발광물질로서 다양한 화합물들이 알려져 있으나, 이제까지 알려진 발광물질을 이용한 유기발광소자의 경우 높은 구동전압, 낮은 효율 및 짧은 수명으로 인해 실용화하는 데에 많은 어려움이 있었다. 따라서 우수한 발광특성을 갖는 물질을 이용하여 저전압 구동, 고휘도 및 장수명을 갖는 유기발광소자를 개발하려는 노력이 지속되어 왔다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 색순도, 발광효율, 휘도, 전력효율, 내열성 등이 향상된 신규한 유기발광 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 상기 화합물을 포함하여 낮은 구동전압과 높은 발광효율 및 발광휘도를 나타내며 장수명 구현이 가능한 유기발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 아크리딘 유도체를 포함하는 유기발광 화합물을 제공한다:
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 식에서,
X는 치환 또는 비치환된 C, O, P, S, Se 또는 Si이고, X가 O일 경우 아크리딘의 질소 원자는 헤테로아릴계 모이어티의 3번 위치에는 결합될 수 없고;
R1 내지 R17은 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C1-30의 알킬기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-30의 알케닐기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-30의 알키닐기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C1-30의 알콕시기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C6-30의 아릴옥시기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C6-36의 아릴기; 또는 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-36의 헤테로아릴기이고, 선택적으로, 상기 R1 내지 R17 중 인접한 기가 서로 결합하여 포화 또는 불포화 탄소 고리를 형성할 수 있다.
또한 하기 화학식 1-1과 화학식 1-2를 반응시키는 단계를 포함하는 특징으로 하는 화학식 1의 제조방법을 제공한다:
[화학식 1-1]
Figure pat00002
[화학식 1-2]
Figure pat00003
상기에서 X 및 R1 내지 R17은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 발광물질로서 유기물층에 포함하는 유기발광소자를 제공한다.
본 발명의 유기발광 화합물은 아크리딘 유도체와 고리화합물의 적절한 조화를 통해 유기물층 내에서의 전하균형을 조절함으로써, 휘도, 전력효율, 내열성, 전하수송 성능 및 전하주입 성능이 우수하여 색순도 및 발광효율을 증가시킬 수 있으므로, 유기발광소자의 기능층 재료 및 발광층의 호스트나 도판트 중 하나 이상에 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 화합물을 포함하는 유기발광소자는 낮은 구동전압과 높은 발광휘도 및 발광효율을 나타내며, 이에 따라 풀 칼라 유기 패널에서 성능 극대화 및 수명 향상을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 것이며,
도 2는 유기발광현상에 의한 발광원리를 갖는 유기전계발광 다이오드의 밴드 다이어그램을 나타낸 것이다.
도면의 부호
10 : 기판
11 : 양극
12 : 정공주입층
13 : 정공전달층
14 : 발광층
15 : 전자전달층
16: 음극
하기 화학식 1로 표시되는 본 발명의 화합물은 아크리딘계 모이어티(moiety)와 아릴계 또는 헤테로아릴계 모이어티가 아크리딘의 질소 원자에 직접 연결되는 것을 특징으로 한다:
<화학식 1>
Figure pat00004
상기 식에서,
X는 치환 또는 비치환된 C, O, P, S, Se 또는 Si이고, X가 O일 경우 아크리딘의 질소 원자는 헤테로아릴계 모이어티의 3번 위치에는 결합될 수 없고;
R1 내지 R17은 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C1-30의 알킬기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-30의 알케닐기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-30의 알키닐기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C1-30의 알콕시기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C6-30의 아릴옥시기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C6-36의 아릴기; 또는 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-36의 헤테로아릴기이고, 선택적으로, 상기 R1 내지 R17 중 인접한 기가 서로 결합하여 포화 또는 불포화 탄소 고리를 형성할 수 있다.
상기 R1 내지 R10는 각각 중수소로 치환되는 경우에는, R1 내지 R10 중 적어도 20%, 바람직하게는 적어도 40%, 더욱 바람직하게는 적어도 50%로 중수소화 될 수 있다.
또한, 상기 화합물에서 아크리딘계 모이어티(moiety)의 질소 원자에 직접 연결된 아릴계 또는 헤테로아릴계 모이어티가 중수소로 치환되는 경우에는, 적어도 50% 중수소화 되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 X 및 R1 내지 R17의 치환기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 니트릴기, 니트로기, C1-30의 알킬기, C1-30의 알콕시기, C3-30의 시클로알킬기, C3-30의 헤테로시클로알킬기, C6-30의 아릴기, C5-30의 헤테로아릴기, C1-30의 알킬옥시기, C6-30의 아릴옥시기 및 C6-30의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않으며, 인접한 기가 서로 결합하여 포화 또는 불포화 탄소 고리를 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 바람직한 예는 다음과 같다:
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
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
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Figure pat00059
Figure pat00060
Figure pat00061
Figure pat00062

본 발명에 따른 화학식 1의 화합물은 아크리딘계 모이어티와 아릴계 또는 헤테로아릴계 모이어티가 아크리딘의 질소 원자에 직접 연결되어 아크리딘 유도체와 고리화합물의 적절한 조화를 통해 유기물층 내에서의 전하균형을 조절한다. 이로 인해 휘도, 전력효율, 내열성, 전하수송 성능 및 전하주입 성능이 우수하여 색순도 및 발광효율을 증가시킬 수 있으므로, 유기발광소자의 기능층 재료 및 발광층의 호스트나 도판트 중 하나 이상에 적용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 화합물을 유기발광소자에 적용하면, 발광소자의 구동전압 및 발광 효율 등의 특성을 향상 시킬 수 있다.
또한 본 발명은 하기 화학식 1-1과 화학식 1-2를 반응시키는 단계를 포함하는 특징으로 하는 화학식 1의 제조방법을 제공한다:
[화학식 1-1]
Figure pat00063
[화학식 1-2]
Figure pat00064
상기에서 X 및 R1 내지 R17은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
구체적인 일예로 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물은 하기 반응식 1에 따른 방법에 따라 제조될 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00065

상기 반응식 1에서 X는 화학식 1에서 정의한 바와 같으며, 각각의 R은 각각 화학식 1-1의 R1 및 R2에 대응된다.
또한, 본 발명은 발광물질로서 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 유기물층에 포함하는 유기발광소자를 제공한다. 이때, 본 발명의 화합물은 단독으로 사용되거나 공지의 유기발광 화합물과 함께 사용될 수 있다.
또한 본 발명의 유기발광소자는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 바, 상기 유기발광소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
상기 유기발광소자는 애노드(anode)와 캐소드(cathod) 사이에 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL), 발광층(EML), 전자수송층(ETL), 전자주입층(EIL) 등의 유기물층을 1 개 이상 포함할 수 있다.
먼저, 기판 상부에 높은 일함수를 갖는 애노드 전극용 물질을 증착시켜 애노드를 형성한다. 이때, 상기 기판은 통상의 유기발광소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있으며, 특히 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면평활성, 취급용이성, 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용하는 것이 좋다. 또한, 애노드 전극용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 사용할 수 있다. 상기 애노드 전극용 물질은 통상의 애노드 형성방법에 의해 증착할 수 있으며, 구체적으로 증착법 또는 스퍼터링법에 의해 증착할 수 있다.
그 다음, 상기 애노드 전극 상부에 정공주입층 물질을 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB(Langmuir-Blodgett)법 등과 같은 방법에 의해 형성할 수 있지만, 균일한 막질을 얻기 쉽고, 또한 핀정공이 발생하기 어렵다는 등의 점에서 진공증착법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 상기 진공증착법에 의해 정공주입층을 형성하는 경우 그 증착조건은 정공주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 정공주입층의 구조 및 열적특성 등에 따라 다르지만, 일반적으로 50-500 ℃의 증착온도, 10-8 내지 10-3 torr의 진공도, 0.01 내지 100 Å/sec의 증착속도, 10 Å 내지 5 ㎛의 층 두께 범위에서 적절히 선택하는 것이 바람직하다.
상기 정공주입층 물질은 특별히 제한되지 않으며, 미국특허 제4,356,429호에 개시된 구리 프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물 또는 스타버스트형 아민 유도체류인 TCTA(4,4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민), m-MTDATA(4,4',4"-트리스(3-메틸페닐아미노)트리페닐아민), m-MTDAPB(4,4',4"-트리스(3-메틸페닐아미노)페녹시벤젠), HI-406(N1,N1'-(비페닐-4,4'-디일)비스(N1-(나프탈렌-1-일)-N4,N4-디페닐벤젠-1,4-디아민) 등을 정공주입층 물질로 사용할 수 있다.
다음으로 상기 정공주입층 상부에 정공수송층 물질을 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법에 의해 형성할 수 있지만, 균일한 막질을 얻기 쉽고, 핀정공이 발생하기 어렵다는 점에서 진공증착법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 상기 진공증착법에 의해 정공수송층을 형성하는 경우 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건 범위에서 선택하는 것이 좋다.
또한, 상기 정공수송층 물질은 특별히 제한되지는 않으며, 정공수송층에 사용되고 있는 통상의 공지 물질 중에서 임의로 선택하여 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 정공수송층 물질은 N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), N.N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(α-NPD) 등의 방향족 축합환을 가지는 통상의 아민 유도체 등이 사용될 수 있다.
그 후, 상기 정공수송층 상부에 발광층 물질을 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법에 의해 형성할 수 있지만, 균일한 막질을 얻기 쉽고, 핀정공이 발생하기 어렵다는 점에서 진공증착법에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 상기 진공증착법에 의해 발광층을 형성하는 경우 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건 범위에서 선택하는 것이 좋다. 또한, 상기 발광층 재료는 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물을 호스트 또는 도펀트로 사용할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 발광 호스트로 사용하는 경우, 인광 또는 형광 도펀트를 함께 사용하여 발광층을 형성할 수 있다. 이때, 형광 도펀트로는 이데미츠사(Idemitsu사)에서 구입 가능한 IDE102 또는 IDE105, 또는 BD142(N6,N12-비스(3,4-디메틸페닐)-N6,N12-디메시틸크리센-6,12-디아민)를 사용할 수 있으며, 인광 도펀트로는 녹색 인광 도펀트 Ir(ppy)3(트리스(2-페닐피리딘) 이리듐), 청색 인광 도펀트인 F2Irpic(이리듐(Ⅲ) 비스[4,6-다이플루오로페닐)-피리디나토-N,C2'] 피콜린산염), UDC사의 적색 인광 도펀트 RD61 등이 공동 진공증착(도핑)될 수 있다. 도펀트의 도핑농도는 특별히 제한되지 않으나, 호스트 100 중량부 대비 도펀트가 0.01 내지 15 중량부로 도핑되는 것이 바람직하다. 만약 도펀트의 함량이 0.01 중량부 미만일 경우에는 도펀트량이 충분치 못하여 발색이 제대로 이루어지지 않는다는 문제점이 있으며, 15 중량부를 초과할 경우에는 농도 소광 현상으로 인해 효율이 급격히 감소된다는 문제점이 있다.
또한, 발광층에 인광 도펀트와 함께 사용할 경우에는 삼중항 여기자 또는 정공이 전자수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여 정공억제재료(HBL)를 추가로 진공증착법 또는 스핀코팅법에 의해 적층시키는 것이 바람직하다. 이때 사용할 수 있는 정공억제물질은 특별히 제한되지는 않으나, 정공억제재료로 사용되고 있는 공지의 것에서 임의의 것을 선택해서 이용할 수 있다. 예를 들면, 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 또는 일본특개평 11-329734(A1)에 기재되어 있는 정공억제재료 등을 들 수 있으며, 대표적으로 Balq(비스(8-하이드록시-2-메틸퀴놀리놀나토)-알루미늄 비페녹사이드), 페난트롤린(phenanthrolines)계 화합물(예: UDC사 BCP(바쏘쿠프로인)) 등을 사용할 수 있다.
상기와 같이 형성된 발광층 상부에는 전자수송층이 형성되는데, 이때 상기 전자수송층은 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법 등의 방법으로 형성되며, 특히 진공증착법에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
상기 전자수송층 재료는 전자주입전극으로부터 주입된 전자를 안정하게 수송하는 기능을 하는 것으로서 그 종류가 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들어 퀴놀린 유도체, 특히 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(Alq3), 또는 ET4(6,6'-(3,4-디메시틸-1,1-디메틸-1H-실올-2,5-디일)디-2,2'-비피리딘)을 사용할 수 있다. 또한, 전자수송층 상부에 캐소드로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질인 전자주입층(EIL)이 적층될 수 있으며, 전자주입층 물질로는 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 등의 물질을 이용할 수 있다.
또한, 상기 전자수송층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건 범위에서 선택하는 것이 좋다.
그 뒤, 상기 전자수송층 상부에 전자주입층 물질을 형성할 수 있으며, 이때 상기 전자수송층은 통상의 전자주입층 물질을 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법 등의 방법으로 형성되며, 특히 진공증착법에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
마지막으로 전자주입층 상부에 캐소드 형성용 금속을 진공증착법이나 스퍼터링법 등의 방법에 의해 형성하고 캐소드로 사용한다. 여기서 캐소드 형성용 금속으로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물, 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적인 예로는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등이 있다. 또한, 전면 발광소자를 얻기 위하여 ITO, IZO를 사용한 투과형 캐소드를 사용할 수도 있다.
본 발명의 유기발광소자는 애노드, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층, 캐소드 구조의 유기발광소자 뿐만 아니라, 다양한 구조의 유기발광소자의 구조가 가능하며, 필요에 따라 1층 또는 2층의 중간층을 더 형성하는 것도 가능하다.
상기와 같이 본 발명에 따라 형성되는 각 유기물층의 두께는 요구되는 정도에 따라 조절할 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 1,000 ㎚이며, 더욱 바람직하게는 20 내지 150 ㎚인 것이 좋다.
또한 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기물층은 유기물층의 두께를 분자 단위로 조절할 수 있기 때문에 표면이 균일하며, 형태안정성이 뛰어난 장점이 있다.
본 발명의 유기발광 화합물은 휘도, 전력효율, 내열성, 전하수송 성능 및 전하주입 성능이 우수하여 색순도 및 발광효율을 증가시킬 수 있으므로, 유기발광소자의 발광물질로 사용되어 유기발광소자에 낮은 구동전압과 높은 발광휘도 및 발광효율을 나타내며, 이에 따라 풀 칼라 유기 패널에서 성능 극대화 및 수명 향상을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1: 화합물 1의 합성]
Figure pat00066
9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine 5 g, 4-bromodibenzo[b,d]furan 7.1 g, t-BuONa 3.5 g, Pd2(dba)3 0.9 g, (t-Bu)3P 1.2 ml를 톨루엔 100 ml에 녹인 후 환류 교반하였다. 반응이 종결되면 증류수와 EA로 추출한 후 컬럼정제하여 화합물 1을 얻었다. (수율 61%)
m/z: 375.16 (100.0%), 376.17 (29.5%), 377.17 (4.4%)
[실시예 2: 화합물 2의 합성]
Figure pat00067
2-bromo-N-phenylaniline 10 g을 THF 100 ml에 녹인 후 반응 온도를 -78 ℃로 낮추고 BuLi 2.5 M을 20 ml 천천히 적가하고 1시간 동안 교반하였다. Benzophenone 11 g을 THF 100 ml에 녹인 후 천천히 적가한 후 실온으로 온도를 높이고 12시간 교반하였다. 반응이 종결된 후 증류수와 MC로 추출하고 무수황산마그네슘으로 물을 제거한 후 감압여과하여 얻은 고체를 더 이상의 정제 없이 Acetic acid 100 ml에 녹인 후 황산 7 ml를 적가하고 환류교반하였다. 반응이 종결된 후 증류수와 MC로 추출하고 생성된 고체를 컬럼 정제하여 I2 7.1 g을 얻었다. (수율 53%)
상기 단계의 I2 7g, 4-bromodibenzo[b,d]furan 6.5 g, t-BuONa 3 g, Pd2(dba)3 0.7 g, (t-Bu)3P 1 ml를 톨루엔 150 ml에 녹인 후 환류 교반하였다. 반응이 종결되면 증류수와 EA로 추출한 후 컬럼정제하여 화합물을 얻었다. (수율 67%)
m/z: 499.19 (100.0%), 500.20 (40.3%), 501.20 (8.1%), 502.20 (1.1%)
[실시예 3: 화합물 3의 합성]
Benzophenone을 9H-fluoren-9-one으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 2의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 3을 얻었다.
m/z: 497.18 (100.0%), 498.18 (40.3%), 499.18 (8.1%), 500.19 (1.1%)
Figure pat00068

[실시예 4: 화합물 4의 합성]
Benzophenone을 di(pyridin-3-yl)methanone으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 2의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 4를 얻었다.
m/z: 501.18 (100.0%), 502.19 (38.2%), 503.19 (7.3%), 502.18 (1.1%)
Figure pat00069

[실시예 5: 화합물 5의 합성]
bromodibenzo[b,d]furan(247.09), 4-bromodibenzo[b,d]furan을 1-bromodibenzo[b,d]furan으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 1의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 5를 얻었다.
m/z: 375.16 (100.0%), 376.17 (29.5%), 377.17 (4.4%)
Figure pat00070

[실시예 6: 화합물 6의 합성]
4-bromodibenzo[b,d]furan을 1-bromodibenzo[b,d]furan으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 2의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 6을 얻었다.
m/z: 499.19 (100.0%), 500.20 (40.3%), 501.20 (8.1%), 502.20 (1.1%)
Figure pat00071

[실시예 7: 화합물 7의 합성]
4-4-bromodibenzo[b,d]furan을 1-bromodibenzo[b,d]furan으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 3의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 7을 얻었다.
m/z: 497.18 (100.0%), 498.18 (40.3%), 499.18 (8.1%), 500.19 (1.1%)
Figure pat00072

[실시예 8: 화합물 8의 합성]
4-4-bromodibenzo[b,d]furan을 1-bromodibenzo[b,d]furan으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 4의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 8을 얻었다.
m/z: 501.18 (100.0%), 502.19 (38.2%), 503.19 (7.3%), 502.18 (1.1%)
Figure pat00073

[실시예 9: 화합물 9의 합성]
Figure pat00074
2-bromo-N-phenylaniline 10 g을 THF 100 ml에 녹인 후 반응 온도를 -78 ℃로 낮추고 BuLi 2.5 M을 20 ml 천천히 적가하고 1시간 동안 교반하였다. bis(4-chlorophenyl)methanone 15.2 g을 THF 150 ml에 녹인 후 천천히 적가한 후 실온으로 온도를 높이고 12시간 교반하였다. 반응이 종결된 후 증류수와 MC로 추출하고 무수황산마그네슘으로 물을 제거한 후 감압여과하여 얻은 고체를 더 이상의 정제 없이 Acetic acid 150 ml에 녹인 후 황산 10 ml를 적가하고 환류 교반하였다. 반응이 종결된 후 증류수와 MC로 추출하고 생성된 고체를 컬럼 정제하여 I3 10 g을 얻었다. (수율 62%)
상기 단계의 I3 9 g, 4-bromodibenzo[b,d]furan 6.65 g, t-BuONa 3.2 g, Pd2(dba)3 0.8 g, (t-Bu)3P 1.1 ml를 톨루엔 200 ml에 녹인 후 환류 교반하였다. 반응이 종결되면 증류수와 EA로 추출한 후 컬럼정제하여 I3-1 11 g을 얻었다. (수율 59%)
상기 단계의 I3-1 10 g, diphenylamine 6.85 g, t-BuONa 2.5 g, Pd2(dba)3 0.6 g, (t-Bu)3P 1.6 ml를 톨루엔 200 ml에 녹인 후 환류 교반하였다. 반응이 종결되면 증류수와 EA로 추출한 후 컬럼정제하여 화합물 9 8 g을 얻었다. (수율 55%)
m/z: 833.34 (100.0%), 834.34 (67.1%), 835.35 (21.8%), 836.35 (4.8%)
[실시예 10: 화합물 10의 합성]
diphenylamine을 9H-carbazole로 반응한 것을 제외하고는 화합물 9의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 10을 얻었다.
m/z: 829.31 (100.0%), 830.31 (67.1%), 831.32 (21.7%), 832.32 (4.8%)
Figure pat00075

[실시예 11: 화합물 11의 합성]
bis(4-chlorophenyl)methanone을 2,7-dichloro-9H-fluoren-9-one으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 9의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 11을 얻었다.
m/z: 831.32 (100.0%), 832.33 (66.5%), 833.33 (22.7%), 834.34 (4.7%), 832.32 (1.1%)
Figure pat00076

[실시예 12: 화합물 12의 합성]
4-4-bromodibenzo[b,d]furan을 1-bromodibenzo[b,d]furan으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 9의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 12을 얻었다.
m/z: 833.34 (100.0%), 834.34 (67.1%), 835.35 (21.8%), 836.35 (4.8%)
Figure pat00077

[실시예 13: 화합물 13의 합성]
diphenylamine을 9H-carbazole로 반응한 것을 제외하고는 화합물 12의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 13을 얻었다.
m/z: 829.31 (100.0%), 830.31 (67.1%), 831.32 (21.7%), 832.32 (4.8%)
Figure pat00078

[실시예 14: 화합물 14의 합성]
4-4-bromodibenzo[b,d]furan을 1-bromodibenzo[b,d]furan으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 11의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 14를 얻었다.
m/z: 831.32 (100.0%), 832.33 (66.5%), 833.33 (22.7%), 834.34 (4.7%), 832.32 (1.1%)
Figure pat00079

[실시예 15: 화합물 15의 합성]
Figure pat00080
9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine 5 g, 4-bromodibenzo[b,d]thiophene 6.9 g, t-BuONa 3.5 g, Pd2(dba)3 0.9g, (t-Bu)3P 1.2 ml를 톨루엔 100 ml에 녹인후 환류 교반하였다. 반응이 종결되면 증류수와 EA로 추출한 후 컬럼정제하여 화합물 15를 얻었다. (수율 61%)
m/z: 391.14 (100.0%), 392.14 (30.4%), 393.14 (4.9%), 393.15 (4.2%), 394.14 (1.3%)
[실시예 16: 화합물 16의 합성]
4-4-bromodibenzo[b,d]furan을 4-bromodibenzo[b,d]thiophene으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 2의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 16을 얻었다.
m/z: 515.17 (100.0%), 516.17 (41.2%), 517.18 (7.9%), 517.17 (5.0%), 518.17 (1.9%), 518.18
Figure pat00081

[실시예 17: 화합물 17의 합성]
4-4-bromodibenzo[b,d]furan을 4-bromodibenzo[b,d]thiophene으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 3의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 17을 얻었다.
m/z: 513.16 (100.0%), 514.16 (40.3%), 515.16 (8.4%), 515.15 (4.5%), 516.15 (1.8%), 514.15 (1.2%), 516.17 (1.0%)
Figure pat00082

[실시예 18: 화합물 18의 합성]
4-4-bromodibenzo[b,d]furan을 2-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 4의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 18을 얻었다.
Figure pat00083

[실시예 19: 화합물 19의 합성]
4-4-bromodibenzo[b,d]furan을 2-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 2의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 19를 얻었다.
m/z: 525.25 (100.0%), 526.25 (43.6%), 527.25 (9.3%), 528.26 (1.3%)
Figure pat00084

[실시예 20: 화합물 20의 합성]
4-4-bromodibenzo[b,d]furan을 2-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene으로 반응한 것을 제외하고는 화합물 4의 합성방법과 동일한 방법으로 하기 화합물 20을 얻었다.
Figure pat00085

호스트를 이용한 유기발광소자의 제조
도 1과 같은 구조로 유기발광소자를 제조하였다. 구체적으로 인듐틴옥사이드(ITO)가 1500 Å 두께가 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 이송 시킨 다음 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정 한 후 ITO 기판 상부에 열 진공 증착기(thermal evaporator)를 이용하여 정공주입층으로 2-TNATA 600 Å, 정공전달층으로 NPB 200 Å를 제막하였다.
다음으로 상기 실시예에서 합성한 실시예 1 내지 20의 호스트 물질을 Ir(ppy)3 7%로 도핑하여 300 Å 제막하였다. 다음으로 전자전달층으로 TPBi 300 Å 제막한 후 LiF 10 Å, 알루미늄(Al) 1000 Å 제막하고, 이 소자를 글로브 박스에서 밀봉(Encapsulation)함으로써 유기발광소자를 제작하였다.
정공수송층을 이용한 유기발광소자의 제조
인듐틴옥사이드(ITO)가 1500 Å 두께가 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 이송 시킨 다음 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정 한 후 ITO 기판 상부에 열 진공 증착기(thermal evaporator)를 이용하여 정공주입층으로 2-TNATA 600 Å, 정공전달층으로 상기 실시예 1 내지 20에서 합성한 화합물 200 Å를 제막하였다. 다음으로 mCP를 Ir(ppy)3 7%로 도핑하여 300 Å 제막하였다. 다음으로 전자전달층으로 TPBi 300 Å 제막한후 LiF 10 Å, 알루미늄(Al) 1000 Å 제막하고, 이 소자를 글로브 박스에서 밀봉(Encapsulation)함으로써 유기발광소자를 제작하였다.
비교예 : 정공수송층을 이용한 유기발광소자의 제조
상기 실시예의 정공수송층과 발광층 호스트를 NPB와 mCP를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
유기발광소자의 성능평가
키슬리 2400 소스 메져먼트 유닛(Kiethley 2400 source measurement unit) 으로 전압을 인가하여 전자 및 정공을 주입하고 코니카 미놀타(Konica Minolta) 분광복사계(CS-2000)를 이용하여 빛이 방출될 때의 휘도를 측정함으로써, 실시예 및 비교예의 유기발광소자의 성능을 인가전압에 대한 전류 밀도 및 휘도를 대기압 조건하에 측정하여 평가하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
소자구성 1000nit
LE(cd/A) EQE(%) PE(lm/w)
실시예21 ITO / 2-TNATA / NPB /
화합물1:Ir(ppy)3(7%) / TPBi / LiF / Al		 38.5 17.7 18
실시예22 ITO / 2-TNATA / NPB /
화합물2:Ir(ppy)3(7%) / TPBi / LiF / Al		 39.2 17.9 18.3
실시예23 ITO / 2-TNATA / NPB /
화합물3:Ir(ppy)3(7%) / TPBi / LiF / Al		 40 19 19.2
실시예24 ITO / 2-TNATA / NPB /
화합물4:Ir(ppy)3(7%) / TPBi / LiF / Al		 41 19.3 20
실시예25 ITO / 2-TNATA / NPB /
화합물5:Ir(ppy)3(7%) / TPBi / LiF / Al		 38.2 17.8 16.9
실시예26 ITO / 2-TNATA / NPB /
화합물6:Ir(ppy)3(7%) / TPBi / LiF / Al		 39.1 18 17.9
실시예27 ITO / 2-TNATA / NPB /
화합물7:Ir(ppy)3(7%) / TPBi / LiF / Al		 39.3 18.2 17.5
실시예28 ITO / 2-TNATA / NPB /
화합물8:Ir(ppy)3(7%) / TPBi / LiF / Al		 40.9 18.9 19
실시예29 ITO / 2-TNATA / NPB /
화합물10:Ir(ppy)3(7%) / TPBi / LiF / Al		 41.1 19.5 20.2
실시예30 ITO / 2-TNATA / 화합물9 /
mCP:Ir(ppy)3(7%) / TPBi / LiF / Al		 39.9 19.1 18.7
실시예31 ITO / 2-TNATA / 화합물10 /
mCP:Ir(ppy)3(7%) / TPBi / LiF / Al		 40.6 18.8 19.5
실시예32 ITO / 2-TNATA / 화합물11 /
mCP:Ir(ppy)3(7%) / TPBi / LiF / Al		 40.9 18.9 19.8
비교예 ITO / 2-TNATA / NPB /
mCP:Ir(ppy)3(7%) / TPBi / LiF / Al		 38 16.6 15.2
상기 표 1에 나타나는 바와 같이 본 발명에 따른 실시예 1 내지 11에서 합성한 화합물을 사용한 실시예 21 내지 32의 유기발광소자는 비교예에 비하여 휘도, 효율 및 전류밀도가 모두 우수함을 확인할 수 있다.

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는, 아크리딘 유도체를 포함하는 유기발광 화합물 :
    [화학식 1]
    Figure pat00086

    상기 식에서,
    X는 치환 또는 비치환된 C, O, P, S, Se 또는 Si이고, X가 O일 경우 아크리딘의 질소 원자는 헤테로아릴계 모이어티의 3번 위치에는 결합될 수 없고;
    R1 내지 R17은 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C1-30의 알킬기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-30의 알케닐기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-30의 알키닐기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C1-30의 알콕시기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C6-30의 아릴옥시기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C6-36의 아릴기; 또는 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환된 치환되거나 치환되지 않은 C2-36의 헤테로아릴기이고, 선택적으로, 상기 R1 내지 R17 중 인접한 기가 서로 결합하여 포화 또는 불포화 탄소 고리를 형성할 수 있다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 화합물이 중수소로 치환되는 경우, 적어도 20%로 중수소화 되는 것을 특징으로 하는 유기발광 화합물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아크리딘계 모이어티(moiety)의 질소 원자에 직접 연결된 아릴계 또는 헤테로아릴계 모이어티가 중수소로 치환되는 경우에는, 적어도 50% 중수소화 되는 것을 특징으로 하는 유기발광 화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    하기 화학식들 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기발광 화합물:
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  5. 하기 화학식 1-1과 화학식 1-2를 반응시키는 단계를 포함하는 특징으로 하는 화학식 1의 제조방법:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00145

    [화학식 1-2]
    Figure pat00146

    상기에서 X 및 R1 내지 R17은 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제조방법은 하기 반응식 1로 표시되는 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학식 1의 제조방법:
    [반응식 1]
    Figure pat00147

    상기 반응식 1에서 X는 화학식 1에서 정의한 바와 같으며, 각각의 R은 각각 화학식 1-1의 R1 및 R2에 대응된다.
  7. 애노드(anode), 캐소드(cathode) 및 두 전극 사이에 제1항의 화합물을 함유하는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기발광소자.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유기물층이 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층이 각각 10 내지 1,000 ㎚의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 유기물층이 제1항의 화합물을 발광 호스트 또는 도펀트로서 함유하는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 도펀트가 호스트 100 중량부 대비 0.01 내지 15 중량부의 양으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
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