KR20140017400A - 헤테로고리 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

하기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물이 제공된다:
<화학식 1>
Figure pat00117

상기 식 중, X1, R1 내지 R8, A1 고리, A2 고리, B1 고리 및 B2 고리는 발명의 상세한 설명의 해당 부분을 참조한다.

Description

헤테로고리 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자{Heteroring compound and organic light-emitting device including the same}
헤테로고리 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 신규한 헤테로고리 화합물 및 이를 포함하는 발광 특성이 향상된 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자(organic light-emitting device)는 자발광형 소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라, 응답시간이 빠르며, 휘도, 구동전압 및 응답속도 특성이 우수하고 다색화가 가능하다는 장점을 가지고 있어 널리 주목 받고 있다.
일반적인 유기 발광 소자는 기판 상부에 애노드가 형성되어 있고, 애노드 상부에 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 캐소드가 순차적으로 형성되어 있는 구조를 가진다. 여기에서 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층은 주로 유기 화합물로 이루어진다. 애노드 및 캐소드 간에 전압을 인가하면, 애노드로부터 주입된 정공은 정공 수송층을 경유하여 발광층으로 이동하고, 캐소드로부터 주입된 전자는 전자 수송층을 경유하여 발광층으로 이동한다. 캐리어들(정공 및 전자)은 발광층 영역에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고 이 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 변하면서 광을 방출한다.
유기 발광 소자의 발광 효율을 결정하는 가장 중요한 요인은 유기 발광 재료이다. 유기 발광 재료로는 형광 재료가 널리 사용되고 있는데 이것은 일중항 여기 상태의 확률이 25%이어서 발광 효율에 한계가 있다. 인광 재료는 일중항 여기 상태 확률 25%뿐만 아니라 삼중항 여기 상태 확률 75%까지 이용할 수 있어 전기발광 메커니즘상 이론적으로 형광 재료의 4배까지 발광 효율을 개선시킬 수 있고 내부양자 효율이 100%까지 가능하기 때문에 점차 널리 사용되고 있는 추세이다.
대표적인 유기 발광 재료 재료로는 안트라센 유도체가 있다. 그러나, 안트라센 유도체를 사용한 유기 발광 소자는 공역계를 통해 연결된 안트라센을 2개 또는 3개 포함하는 경우 에너지 갭이 작아지고 청색 발광의 색순도가 떨어지는 경향이 있고 대부분 발광 효율이 낮아 만족할 만한 수준에 이르지 못하는 경우가 많다.
또한, 인광 호스트 재료로는 4,4′-비스(카바졸-9-일)비페닐(CBP)가 널리 사용되고 있으나, 녹색용으로 사용하기에 밴드갭이 커서 발광 효율이 떨어지고 정공 또는 전자 이동도의 조절이 용이하지 않아 전하 밸런스를 맞추기 쉽지 않은 편이다.
이렇게 종래의 유기 발광 재료는 발광 효율을 비롯한 발광 특성이 결코 만족할만한 수준이 되지 못하여 이를 개선할 여지가 있다.
유기 발광 재료로 사용시 발광 특성이 우수한 헤테로고리 화합물을 제공하고자 한다.
상기 헤테로고리 화합물을 포함하는 발광 효율과 소자 수명이 우수한 유기 발광 소자를 제공하고자 한다.
상기 유기 발광 소자를 포함하는 고효율 및 장수명의 유기 발광 표시 장치를 제공하고자 한다.
한 측면에 따라, 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물이 제공된다:
<화학식 1>
Figure pat00001
상기 식 중, X1은 산소원자(-O-) 또는 황원자(-S-)이고; R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 히드록실기, 시아노기, 아미노기, 니트로기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알케닐기, 및 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기, 및 -N(Q1)(Q2)로 표시되는 그룹 중 1종이고(여기서, Q1 및 Q2는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 히드록실기, 시아노기, 아미노기, 니트로기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴티오기, 및 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기 중 1종임); 단, R1 내지 R4는 서로 인접한 기들끼리 결합하여 A1 고리와 A2 고리를 형성하거나 또는 R5 내지 R8이 서로 인접한 기들끼리 결합하여 B1 고리와 B2 고리를 형성하며, A1 고리, A2 고리, B1 고리 및 B2 고리는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C30방향족 고리 및 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로방향족 고리 중 1종이다.
상기 헤테로고리 화합물은 하기 화학식 2a 또는 2b로 표시되는 화합물일 수 있다:
<화학식 2a>
Figure pat00002
<화학식 2b>
Figure pat00003
상기 식 중, X1, R1 내지 R8, A1 고리 및 B1 고리는 상기 화학식 1에서 정의된 바와 동일하다.
다른 한 측면에 따라, 제1전극, 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재된 유기층;을 포함하고, 상기 유기층이 상기 헤테로고리 화합물을 포함한 유기 발광 소자가 제공된다.
상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층, 버퍼층, 발광층, 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 및 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 정공 주입층, 정공 수송층, 및 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나는 상기 헤테로고리 화합물을 포함할 수 있다.
상기 정공 주입층, 정공 수송층, 및 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나는 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있고, 상기 전하 생성 물질은 퀴논 유도체, 금속 산화물 및 시아노기 함유 화합물 중 적어도 1종일 수 있다.
상기 유기층은 전자 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 전자 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나는 상기 헤테로고리 화합물을 포함할 수 있다.
상기 유기층은 발광층을 포함할 수 있고, 상기 발광층은 상기 헤테로고리 화합물을 포함할 수 있다.
상기 헤테로고리 화합물은 형광 또는 인광 호스트로 사용될 수 있다.
상기 헤테로고리 화합물은 형광 도펀트로 사용될 수 있다.
상기 유기층은 발광층; 및 전자 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나;를 포함할 수 있고, 상기 발광층; 및 상기 전자 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나; 중 적어도 하나는 상기 헤테로고리 화합물을 포함할 수 있고, 상기 발광층은 아릴아민 화합물을 포함할 수 있다.
또 다른 한 측면에 따라, 소스, 드레인, 게이트 및 활성층을 포함한 트랜지스터 및 상기 유기 발광 소자를 구비하고, 상기 유기 발광 소자의 제1전극이 상기 소스 및 드레인 중 하나와 전기적으로 연결된 유기 발광 표시 장치가 제공된다.
한 측면에 따른 헤테로고리 화합물은 유리 전이 온도가 높고 결정화를 방지할 수 있으며, 우수한 전기적 특성, 높은 전하 수송 능력 및 발광 능력을 가진다. 상기 헤테로고리 화합물은 적색, 녹색, 청색 및 백색 등의 모든 컬러의 형광 유기 발광 소자 및 인광 유기 발광 소자의 발광 재료 또는 전자 수송 재료로 사용 가능하며, 우수한 발광 특성을 나타낸다.
다른 한 측면에 따른 유기 발광 소자는 상기 헤테로고리 화합물을 발광 재료 또는 전자 수송 재료로 포함하여 종래의 유기 발광 소자에 비해 고효율, 저전압, 고휘도 및 장수명의 특성을 가진다.
또 다른 한 측면에 따른 유기 발광 표시 장치는 상기 유기 발광 소자를 포함하여 수명이 증가하고 전력 효율이 상승하며 소비전력이 개선된다.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 발광 소자의 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.
한 측면에 따라, 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물이 제공된다:
<화학식 1>
Figure pat00004
상기 화학식 1 중, X1은 산소원자(-O-) 또는 황원자(-S-)이다. 따라서, 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 디벤조푸란(dibenzofuran) 또는 디벤조티아졸(dibenzothiazole)이 포함된 구조의 백본(backbone)을 가진다.
상기 화학식 1 중, R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 히드록실기, 시아노기, 아미노기, 니트로기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알케닐기, 및 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기, 및 -N(Q1)(Q2)로 표시되는 그룹 중 1종이다.
이 중에서 -N(Q1)(Q2)로 표시되는 그룹은 1가의 아민 유도체 그룹을 나타내며, 여기서 Q1 및 Q2는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 히드록실기, 시아노기, 아미노기, 니트로기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴티오기, 및 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기 중 1종이다.
상기 화학식 1에서 R1 내지 R8 중 일부의 기(group)들은 서로 결합하여 방향족 또는 헤테로방향족 고리를 형성하는데, 다음과 같은 2가지 경우로 나뉜다.
먼저, R1 내지 R4가 서로 인접한 기들끼리 결합하여 A1 고리와 A2 고리를 형성하고 R5 내지 R8은 고리를 형성하지 않는 경우이다. 즉, R1 및 R2가 서로 결합하여 A1 고리를 형성하고, R3 및 R4가 서로 결합하여 A2 고리를 형성한다. 그 결과, 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 2개의 방향족 또는 헤테로방향족 고리를 가진다. 상기 A1 고리 및 A2 고리는 서로 동일하거나 다를 수 있으며, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C30방향족 고리 및 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로방향족 고리 중 1종이다.
다음으로, R1 내지 R4는 고리를 형성하지 않고 R5 내지 R8가 서로 인접한 기들끼리 결합하여 B1 고리와 B2 고리를 형성하고 경우이다. 즉, R7 및 R8이 서로 결합하여 B1 고리를 형성하고, R5 및 R6이 서로 결합하여 B2 고리를 형성한다. 이 경우에도 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 역시 2개의 방향족 또는 헤테로방향족 고리를 가진다. 상기 B1 고리 및 B2 고리는 서로 동일하거나 다를 수 있으며, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C30방향족 고리 및 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로방향족 고리 중 1종이다.
상기 헤테로고리 화합물은 하기 화학식 2a 또는 2b로 표시되는 화합물일 수 있다:
<화학식 2a>
Figure pat00005
<화학식 2b>
Figure pat00006
상기 화학식 2a 중, X1은 산소원자(-O-) 또는 황원자(-S-)이고, A1 고리는 치환 또는 비치환된 C6-C30방향족 고리 및 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로방향족 고리 중 1종이며, R5 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 히드록실기, 시아노기, 아미노기, 니트로기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알케닐기, 및 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기, 및 -N(Q1)(Q2)로 표시되는 그룹 중 1종이다. 여기서, Q1 및 Q2는 상기 화학식 1에서 정의된 바와 동일하다.
또한, 상기 화학식 2b 중, X1은 산소원자(-O-) 또는 황원자(-S-)이고, B1 고리는 치환 또는 비치환된 C6-C30방향족 고리 및 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로방향족 고리 중 1종이며, R1 내지 R4는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 히드록실기, 시아노기, 아미노기, 니트로기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알케닐기, 및 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기, 및 -N(Q1)(Q2)로 표시되는 그룹 중 1종이다.
화학식 2a로 표시되는 헤테로고리 화합물의 백본은 디벤조푸란 또는 디벤조티아졸에 A1 고리가 융합되어 좌우가 대칭인 구조를 가지고 있고, 화학식 2b로 표시되는 헤테로고리 화합물도 디벤조푸란 또는 디벤조티아졸에 B1 고리가 융합되어 좌우가 대칭인 구조를 가지고 있다.
예를 들면, 화학식 2a로 표시되는 헤테로고리 화합물은 R5 내지 R8가 좌우 대칭이 됨으로써 헤테로고리 화합물 전체가 좌우 대칭인 구조가 될 수 있다. 또한, 화학식 2a로 표시되는 헤테로고리 화합물도 R1 내지 R4가 좌우 대칭이 됨으로써 헤테로고리 화합물 전체가 좌우 대칭인 구조가 될 수 있다.
상기 화학식 2a로 표시되는 헤테로고리 화합물에서, A1 고리는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 벤젠 고리(benzene ring), 치환 또는 비치환된 안트라센 고리(anthracene ring), 치환 또는 비치환된 페난트렌 고리(phenanthrene ring), 치환 또는 비치환된 플루오렌 고리(fluorene ring), 치환 또는 비치환된 피리딘 고리(pyridine ring), 치환 또는 비치환된 카바졸 고리(carbazole ring), 치환 또는 비치환된 티오펜 고리(thiophene ring), 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜 고리(dibenzothiophene ring), 및 치환 또는 비치환된 디벤조푸란 고리(dibenzofuran) 중 1종일 수 있다. 상기 화학식 2b로 표시되는 헤테로고리 화합물에서 B1 고리도 이와 동일한 범위 내에서 선택될 수 있다.
예를 들면, 화학식 2a 또는 2b로 표시되는 헤테로고리 화합물에서 A1 고리 및 B1 고리는 서로 독립적으로 하기 화학식 3a 내지 3f 중 1종으로 표시될 수 있다:
<화학식 3a>
Figure pat00007
<화학식 3b>
Figure pat00008
<화학식 3c>
Figure pat00009
<화학식 3d>
Figure pat00010
<화학식 3e>
Figure pat00011
<화학식 3f>
Figure pat00012
상기 화학식 3a 내지 3f 중, Z1 내지 Z4는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 에틸기, 치환 또는 비치환된 프로필기, 치환 또는 비치환된 부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기 및 치환 또는 비치환된 비페닐기 중 1종이고, p 및 q는 서로 독립적으로 2 내지 4의 정수 중 하나이다. 예컨대, Z1 내지 Z4는 서로 독립적으로 수소나 페닐기일 수 있다.
한편, *는 A1 고리 또는 B1 고리가 상기 헤테로고리 화합물에서 상기 A1 고리 또는 상기 B1 고리를 제외한 나머지 부분과 결합하는 부위를 나타낸다. 즉, 2개의 *로 표시되는 부위에서 A1 고리 또는 B1 고리의 융합이 일어난다.
보다 구체적으로, 화학식 2a 또는 2b로 표시되는 헤테로고리 화합물에서 A1 고리 및 B1 고리는 서로 독립적으로 하기 화학식 4a 내지 4f 중 1종으로 표시될 수 있다:
<화학식 4a>
Figure pat00013
<화학식 4b>
Figure pat00014
<화학식 4c>
Figure pat00015
<화학식 4d>
Figure pat00016
<화학식 4e>
Figure pat00017
<화학식 4f>
Figure pat00018
*는 마찬가지로 A1 고리 또는 B1 고리가 상기 헤테로고리 화합물에서 상기 A1 고리 또는 상기 B1 고리를 제외한 나머지 부분과 결합하는 부위를 나타낸다.
상기 화학식 2a 또는 2b로 표시되는 헤테로고리 화합물에서, R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 에틸기, 치환 또는 비치환된 프로필기, 치환 또는 비치환된 부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기(phenyl), 치환 또는 비치환된 비페닐기(biphenyl), 치환 또는 비치환된 나프틸기(naphthyl), 치환 또는 비치환된 안트릴기(anthryl), 치환 또는 비치환된 페난트레닐기(phenanthrenyl), 치환 또는 비치환된 피레닐기(pyrenyl), 치환 또는 비치환된 크리세닐기(chrysenyl), 치환 또는 비치환된 나프타세닐기(naphthacenyl), 치환 또는 비치환된 플루오레닐기(fluorenyl), 치환 또는 비치환된 피리디닐기(pyridinyl), 치환 또는 비치환된 비피리디닐기(bipyridinyl), 치환 또는 비치환된 피라지닐기(pyrazinyl), 치환 또는 비치환된 피리미디닐기(pyrimidinyl), 치환 또는 비치환된 피리다지닐기(pyridazinyl), 치환 또는 비치환된 카바졸일기(carbazolyl), 치환 또는 비치환된 벤조티오페닐기(benzothiophenyl), 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기(dibenzothiophenyl), 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐기(dibenzofuranyl), 및 -ph-N(Q3)(Q4)로 표시되는 그룹 중 1종일 수 있다.
이 중에서 -ph-N(Q3)(Q4)로 표시되는 그룹은 -(페닐렌)-(아민 유도체)로 이루어진 1가의 그룹을 나타내며, 여기서 Q3 및 Q4는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 히드록실기, 시아노기, 아미노기, 니트로기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴티오기, 및 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기 중 1종이다.
상기 화학식 2a로 표시되는 헤테로고리 화합물에서, R5 및 R8은 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐기, 및 -ph-N(ph)(ph)로 표시되는 그룹 중 1종일 수 있고, R6 및 R7은 서로 독립적으로 수소 또는 중수소일 수 있다. 여기서 ph는 2가인 경우에는 페닐렌기를 나타내고, 1가인 경우에는 페닐기를 나타낸다.
또한, 상기 화학식 2b로 표시되는 헤테로고리 화합물에서, R1 및 R4는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐기, 및 -ph-N(ph)(ph)로 표시되는 그룹 중 1종일 수 있고, R2 및 R3는 서로 독립적으로 수소 또는 중수소일 수 있다.
예를 들면, 화학식 2a 또는 2b로 표시되는 헤테로고리 화합물에서, R2, R3, R6 및 R7은 서로 독립적으로 수소 또는 중수소일 수 있고, R1, R4, R5 및 R8은 서로 독립적으로 하기 화학식 5a 내지 5g 중 1종으로 표시될 수 있다:
<화학식 5a>
Figure pat00019
<화학식 5b>
Figure pat00020
<화학식 5c>
Figure pat00021
<화학식 5d>
Figure pat00022
<화학식 5e>
Figure pat00023
<화학식 5f>
Figure pat00024

<화학식 5g>
Figure pat00025
상기 화학식 5a 내지 5g 중, Z11 내지 Z13은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 에틸기, 치환 또는 비치환된 프로필기, 치환 또는 비치환된 부틸기, 치환 또는 비치환된 메톡시, 치환 또는 비치환된 에톡시, 치환 또는 비치환된 프로폭시, 치환 또는 비치환된 부톡시, 치환 또는 비치환된 페닐기 및 치환 또는 비치환된 비페닐기 중 1종이고, r, s 및 t는 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수 중 하나이다. 예컨대, Z11 내지 Z13은 서로 독립적으로 메톡시기나 페닐기일 수 있다.
한편, *는 R1, R4, R5 또는 R8이 상기 헤테로고리 화합물에서 상기 R1, R4, R5 또는 R8를 제외한 나머지 부분과 결합하는 부위를 나타낸다.
보다 구체적으로, 화학식 2a 또는 2b로 표시되는 헤테로고리 화합물에서, R2, R3, R6 및 R7은 서로 독립적으로 수소 또는 중수소일 수 있고, R1, R4, R5 및 R8은 서로 독립적으로 하기 화학식 6a 내지 6g 중 1종으로 표시될 수 있다:
<화학식 6a>
Figure pat00026
<화학식 6b>
Figure pat00027
<화학식 6c>
Figure pat00028
<화학식 6d>
Figure pat00029
<화학식 6e>
Figure pat00030
<화학식 6f>
Figure pat00031
<화학식 6g>
Figure pat00032
*는 마찬가지로 R1, R4, R5 또는 R8이 상기 헤테로고리 화합물에서 상기 R1, R4, R5 또는 R8를 제외한 나머지 부분과 결합하는 부위를 나타낸다.
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 하기 화합물 1 내지 168 중 하나일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다:
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 분자 내에 디벤조푸란 또는 디벤조티아졸 구조에 방향족 고리 또는 헤테로방향족 고리가 융합된 구조를 가져 강직한 골격을 형성하고 높은 유리전이온도와 융점을 가진다.
화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 채용한 유기 발광 소자는 보관 및/또는 구동시에 유기층들 사이에서, 유기층 내부에서, 및/또는 발광층과 금속 전극 사이에서 발생하는 줄 열에 대하여 우수한 내열성을 가진다.
화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 공지의 유기 합성 방법을 이용하여 합성될 수 있다. 상기 헤테로고리 화합물의 합성 방법은 후술하는 실시예를 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 용이하게 인식될 수 있다.
화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 유기 발광 소자의 한 쌍의 전극 사이에 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 헤테로고리 화합물은 발광층, 캐소드와 발광층 사이의 층(예를 들면, 전자 주입층, 전자 수송층, 또는 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 하는 기능층)에 사용될 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 다른 한 측면에 따른 유기 발광 소자에 대해 설명하나, 유기 발광 소자의 구조가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 기판(11), 상기 기판 상에 위치한 제1전극(13), 상기 제1전극(13)에 대향된 제2전극(19); 및 상기 제1전극(13)과 상기 제2전극(19) 사이에 개재된 유기층(15);을 포함하는 유기 발광 소자(10)가 제공된다. 상기 유기층(15)은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 포함한다.
본 명세서 중 "유기층"은 유기 발광 소자 중 제1전극과 제2전극 사이에 개재된 단일 및/또는 복수의 층을 가리키는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서 중, "(유기층이) 상기 화학식 1로 표시된 헤테로고리 화합물을 포함한다"는 것은 "(유기층이) 상기 화학식 1의 범주에 속하는 1종의 헤테로고리 화합물 또는 상기 화학식 1의 범주에 속하는 서로 다른 2종 이상의 헤테로고리 화합물을 포함한다"는 것으로 해석될 수 있다.
화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 유기 발광 소자(10)의 보관 및/또는 구동시에 유기층(15)을 구성하는 복수의 층들 사이에서, 유기층(15) 내부에서, 및/또는 발광층(16)과 금속 전극(13,19) 사이에서 발생하는 줄 열에 대하여 우수한 내열성을 가지므로, 상기 헤테로고리 화합물을 채용한 유기 발광 소자(10)는 시간이 지나도 고온 환경하에서 열적 안정성이 유지되어 높은 내구성과 장수명을 가진다.
상기 유기층(15)은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층, 버퍼층, 발광층(16), 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층, 버퍼층, 발광층(16), 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나에 포함된다.
상기 유기층(15)은 발광층(16)과 제1전극(13) 사이에 정공 주입층, 정공 수송층, 및 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 정공 주입층, 정공 수송층, 및 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나에는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물이 포함될 수 있다.
상기 정공 주입층, 정공 수송층, 및 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나는 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있으며, 상기 전하 생성 물질은 퀴논 유도체, 금속 산화물 및 시아노기 함유 화합물 중 적어도 1종일 수 있다. 금속 산화물의 예로서는 산화 몰리브덴이나 산화 바나듐 등이 있다. 이러한 전하 생성 물질은 강한 억셉터성을 가져 정공의 주입 및 수송을 원활하게 할 수 있다.
상기 유기층(15)은 발광층(16)과 제2전극(19) 사이에 전자 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 상기 전자 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나에는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물이 포함될 수 있다.
상기 유기층(15)은 발광층(16)을 포함할 수 있고, 상기 발광층(16)에는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물이 포함될 수 있다.
발광층(16)에 포함된 상기 헤테로고리 화합물은 형광 또는 인광 호스트로 사용될 수 있다. 발광층(16)에 포함된 상기 헤테로고리 화합물은 적색, 녹색 또는 청색을 방출하는 형광 또는 인광 호스트로 사용될 수 있으며, 특히 청색 형광 호스트로 유용하게 사용될 수 있다. 또는, 발광층(16)에 포함된 상기 헤테로고리 화합물은 형광 도펀트로 사용될 수도 있다.
상기 유기층(15)은 발광층(16); 및 전자 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나;를 포함할 수 있고, 상기 발광층(16); 및 상기 전자 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나; 중 적어도 하나는 상기 헤테로고리 화합물을 포함할 수 있고, 상기 발광층은 아릴아민 화합물을 포함할 수 있다. 상기 아릴아민 화합물은 발광층에 사용되는 공지의 화합물이라면 특별히 제한되지 않는다.
이하, 도 1을 참조하여 일 구현예를 따르는 유기 발광 소자(10)의 제조 방법을 설명한다.
기판(11)으로는, 통상적인 유기 발광 소자에 사용되는 기판을 사용할 수 있으며, 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면 평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
제1전극(13)은 기판 상부에 제1전극 형성 물질을 증착법 또는 스퍼터링법 등을 이용하여 형성될 수 있다. 제1전극(13)이 애노드(anode)일 경우, 정공 주입이 용이하도록 제1전극 형성 물질은 높은 일함수를 갖는 물질 중에서 선택될 수 있다. 제1전극(13)은 반사형 전극 또는 투과형 전극일 수 있다. 제1전극 형성 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2) 또는 산화아연(ZnO) 등을 이용할 수 있다. 또는, 마그네슘(Mg), 은(Ag), 알루미늄(Al), 알루미늄:리튬(Al:Li), 칼슘(Ca), 은:산화인듐주석(Ag:ITO), 마그네슘:인듐(Mg:In) 또는 마그네슘:은(Mg:Ag)등을 이용하여 제1전극(13)을 반사형 전극으로 형성할 수도 있다. 제1전극(13)은 단일층 또는 2 이상의 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 제1전극(13)은 ITO:Ag:ITO의 3층 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1전극(13) 상부에는 유기층(15)이 구비되어 있다. 유기층(15)은 정공 주입층(미도시), 정공 수송층(미도시), 버퍼층(미도시), 발광층(16), 전자 수송층(미도시) 및 전자 주입층(미도시)을 포함할 수 있다.
정공 주입층(HIL)은 제1전극(13) 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 진공 증착법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 증착 조건은 정공 주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적으로 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성 등에 따라 다르지만, 예를 들면, 증착온도 약 100 내지 약 500℃, 진공도 약 10-8 내지 약 10-3torr, 증착 속도 약 0.01 내지 약 100Å/sec의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 스핀 코팅법에 의하여 정공 주입층을 형성하는 경우, 그 코팅 조건은 정공주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 하는 정공 주입층의 구조 및 열적 특성에 따라 상이하지만, 약 2000rpm 내지 약 5000rpm의 코팅 속도, 코팅 후 용매 제거를 위한 열처리 온도는 약 80℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 정공 주입층 형성 재료로는 공지된 재료를 사용할 수 있으며, 공지된 정공 주입층 형성 재료는 예를 들면 N,N′-디페닐-N,N′-비스-[4-(페닐-m-톨일-아미노)-페닐]-비페닐-4,4′-디아민(N,N′-diphenyl-N,N′-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4′-diamine: DNTPD), 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물, m-MTDATA [4,4',4''-tris (3-methylphenylphenylamino) triphenylamine], NPB(N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)), TDATA, 2-TNATA, Pani/DBSA (Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid:폴리아닐린/도데실벤젠술폰산), PEDOT/PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)), Pani/CSA (Polyaniline/Camphor sulfonicacid:폴리아닐린/캠퍼술폰산) 또는 PANI/PSS (Polyaniline)/Poly(4-styrenesulfonate):폴리아닐린)/폴리(4-스티렌술포네이트)) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 정공 주입층의 두께는 약 100Å 내지 약 10000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없이 만족스러운 정도의 정공 주입 특성을 얻을 수 있다.
다음으로 정공 주입층 상부에 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 정공 수송층(HTL)을 형성할 수 있다. 진공 증착법 및 스핀코팅법에 의하여 정공 수송층을 형성하는 경우, 그 증착 조건 및 코팅조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다. 정공 수송층 형성 재료로는 공지된 재료를 사용할 수 있다. 공지된 정공 수송층 형성 재료로는, 예를 들면, N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), TCTA(4,4',4"-트리스(N-카바졸일)트리페닐아민(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)triphenylamine)) 또는 NPB(N,N'-디(1-나프틸)-N,N'-디페닐벤지딘(N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine)) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 정공 수송층의 두께는 약 50Å 내지 약 2000Å, 예를 들면 약 100Å 내지 약 1500Å일 수 있다. 정공 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 정공 수송 특성을 얻을 수 있다.
정공 주입 및 수송 기능을 동시에 갖는 기능층에는 정공 주입층 형성 재료 및 정공 수송층 형성 재료 중에서 적어도 1종이 포함될 수 있으며, 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 갖는 기능층의 두께는 약 500Å 내지 약 10000Å, 예를 들면, 약 100Å 내지 약 1000Å일 수 있다. 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 갖는 기능층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압의 상승없이 만족스러운 정도의 정공 주입 및 수성 특성을 얻을 수 있다.
정공 주입층, 정공 수송층, 및 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 갖는 기능층 중 적어도 하나는 공지된 정공 주입층 형성 재료 이외에 상기 층의 도전성 등을 향상시키기 위하여 상기 설명한 전하 생성 물질을 더 포함할 수 있다.
정공 주입층, 정공 수송층, 및 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 갖는 기능층 중 적어도 하나와 발광층(16) 사이에는 버퍼층이 개재될 수 있다. 버퍼층은 발광층(16)에서 방출되는 광의 파장에 따른 광학적 공진 거리를 보상하여 효율을 증가시키는 역할을 수 있다. 버퍼층은 공지된 정공 주입층 형성 재료, 정공 수송층 형성 재료를 포함할 수 있다.
이어서, 정공 수송층, 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 갖는 기능층, 또는 버퍼층 상부에 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 발광층(16)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 발광층(16)을 형성하는 경우, 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다.
발광층(16)의 호스트 재료로는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 사용할 수 있다. 또는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물 외에 공지된 호스트 재료를 더 사용할 수 있다. 공지된 호스트 재료로는 Alq3, CBP(4,4'-N,N'-디카바졸-비페닐), PVK(폴리(n-비닐카바졸)), 9,10-디(나프탈렌-2-일)안트라센(ADN), TCTA, TPBI(1,3,5-트리스(N-페닐벤즈이미다졸-2-일)벤젠(1,3,5-tris(N-phenylbenzimidazole-2-yl)benzene)), TBADN(3-tert-부틸-9,10-디(나프트-2-일) 안트라센), E3, DSA(디스티릴아릴렌) 또는 dmCBP 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유기 발광 소자(10)가 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층 중 적어도 하나를 포함하는 경우에, 발광층(16)에 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 사용할 수 있다. 또는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물 외에 공지된 도펀트를 사용할 수 있다. 공지된 도펀트로는 예를 들면 다음과 같다(ppy = 페닐피리딘)..
청색 도펀트로서는 하기 화합물들 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00045
Figure pat00046
Figure pat00047
Figure pat00048
Figure pat00049
Figure pat00050
DPAVBi
Figure pat00051
TBPe
적색 도펀트로서는 하기 화합물들 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00052
Figure pat00053
Figure pat00054
Figure pat00055
녹색 도펀트로서는 하기 화합물들 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00056
Figure pat00057
또한, 발광층(16)의 도펀트로는 공지된 Pt-착체, Os-착체 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유기 발광 소자(10)의 발광층(16); 및 전자 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나; 중 적어도 하나가 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 포함하는 경우, 발광층(16)은 공지의 아릴아민 화합물을 포함할 수 있다.
발광층(16)이 호스트 및 도펀트를 포함할 경우, 도펀트의 함량은 통상적으로 호스트 약 100 중량부를 기준으로 하여 약 0.01 내지 약 15 중량부의 범위에서 선택될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층(16)의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 200Å 내지 약 600Å일 수 있다. 발광층(16)의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 발광 특성을 나타낼 수 있다.
다음으로 발광층(16) 상부에 전자 수송층(ETL)을 진공증착법, 또는 스핀코팅법, 캐스트법 등의 다양한 방법을 이용하여 형성한다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 전자 수송층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다. 전자 수송층 형성 재료로는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물 및 공지의 전자 수송층 형성 재료 중 적어도 1종을 사용할 수 있다. 공지의 전자 수송층 형성 재료로는, 예를 들면, 퀴놀린 유도체, 특히 트리스(8-퀴놀리노레이트)알루미늄(Alq3), TAZ, Balq, 베릴륨 비스(벤조퀴놀리-10-노에이트)(beryllium bis(benzoquinolin-10-olate: Bebq2), ADN, 화합물 201, 또는 화합물 202 등과 같은 재료를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00058
Figure pat00059
<화합물 201> <화합물 202>
Figure pat00060
Figure pat00061
전자 수송층의 두께는 약 100Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 150Å 내지 약 500Å일 수 있다. 전자 수송층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 수송 특성을 얻을 수 있다.
전자 수송층은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물 및 공지의 전자 수송층 형성 재료 중 적어도 1종 이외에, 금속 착체를 더 포함할 수 있다. 상기 금속 착체는 Li 착체를 포함할 수 있다. Li 착체로는 예를 들면 리튬 퀴놀레이트(LiQ) 또는 하기 화합물 203 등을 들 수 있다:
<화합물 203>
Figure pat00062
전자 수송층 상부에 캐소드로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 전자 주입층(EIL)이 적층될 수 있다. 전자 주입층 형성 재료로는 예를 들면 LiF, NaCl, CsF, Li2O 또는 BaO 등과 같은 공지된 전자 주입층 형성 재료를 사용할 수 있다. 전자주입층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 선택될 수 있다. 전자 주입층의 두께는 약 1Å 내지 약 100Å, 약 3Å 내지 약 90Å일 수 있다. 전자 주입층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 만족스러운 정도의 전자 주입 특성을 얻을 수 있다.
유기층(15) 상부에는 제2전극(19)이 구비되어 있다. 상기 제2전극은 전자 주입 전극인 캐소드(cathode)일 수 있으며, 이 때 제2전극 형성 물질로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 제2전극은 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄:리튬(Al:Li), 칼슘(Ca), 마그네슘:인듐(Mg:In) 또는 마그네슘:은(Mg:Ag) 등을 박막으로 형성하여 투과형 전극을 얻을 수 있다. 한편, 전면 발광 소자를 얻기 위하여 ITO 또는 IZO를 이용하여 투과형 전극을 형성할 수 있는 등, 다양한 변형이 가능하다.
한편, 발광층(16)에 인광 도펀트를 사용할 경우에는 삼중항 여기자 또는 정공이 전자 수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여, 정공 수송층과 발광층(16) 사이에 또는 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층과 발광층 사이에, 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법을 이용하여 정공 저지층(HBL)을 형성할 수 있다. 진공증착법 및 스핀코팅법에 의해 정공 저지층을 형성하는 경우, 그 조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공 주입층의 형성과 거의 동일한 조건범위 중에서 될 수 있다. 정공 저지층은 공지의 정공 저지층 형성 재료를 사용하여 형성할 수 있으며, 옥사디아졸 유도체, 트리아졸 유도체 또는 페난트롤린 유도체 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 하기와 같은 BCP를 사용하여 정공 저지층을 형성할 수 있다.
Figure pat00063
정공 저지층의 두께는 약 20Å 내지 약 1000Å, 예를 들면 약 30Å 내지 약 300Å일 수 있다. 정공저지층의 두께가 전술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 실질적인 구동 전압 상승없이 우수한 정공 저지 특성을 얻을 수 있다.
또 다른 한 측면에 따라, 소스, 드레인, 게이트 및 활성층을 포함한 트랜지스터 및 상기 유기 발광 소자를 구비하고, 상기 유기 발광 소자의 제1전극이 상기 소스 및 드레인 중 하나와 전기적으로 연결된 유기 발광 표시 장치가 제공된다.
상기 트랜지스터의 활성층은 비정질 실리콘층, 결정질 실리콘층, 유기 반도체층 또는 산화물 반도체층 등으로 다양한 변형이 가능하다.
본 명세서 중, "비치환된 C1-C30알킬기"(또는 "C1-C30알킬기")의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, 펜틸, iso-아밀 및 헥실 등과 같은 탄소 원자수 1 내지 30의 선형 또는 분지형 알킬기를 들 수 있고, 치환된 C1-C30알킬기는 상기 비치환된 C1-C30알킬기 중 적어도 하나의 수소가 중수소, 할로겐, 히드록실기, 시아노기, 아미노기, 니트로기, 아미디노기, 히드라진, 히드라존, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1-C30알킬기, C2-C30알케닐기, C2-C30알키닐기, C1-C30알콕시기, C3-C30시클로알킬기, C3-C30시클로알케닐기, C6-C30아릴기, 비치환된 C6-C30아릴옥시기, C6-C30아릴티오기, C2-C30헤테로아릴기, -N(Q101)(Q102), 및 -Si(Q103)(Q104)(Q105)(Q106) (여기서, Q101 내지 Q106은 서로 독립적으로 수소, C1-C30알킬기, C2-C30알케닐기, C2-C30알키닐기, C6-C30아릴기, 및 C2-C30헤테로아릴기 중 1종임) 중 1종으로 치환된 것이다.
본 명세서 중 비치환된 C2-C30알케닐기(또는 C2-C30알케닐기)는 상기 비치환된 C2-C30알킬기의 중간이나 맨 끝단에 하나 이상의 탄소 이중결합을 함유하고 있는 것을 의미하며, 예로서는 에테닐, 프로페닐 및 부테닐 등이 있다. 치환된 C2-C30알케닐기는 C2-C30알케닐기 중 적어도 하나의 수소가 상술한 치환된 C1-C30알킬기 경우와 같은 부류의 치환기로 치환된 것이다.
본 명세서 중 비치환된 C2-C30알키닐기(또는 C2-C30알키닐기)는 상기 정의된 바와 같은 C2-C30알킬기의 중간이나 맨 끝단에 하나 이상의 탄소 삼중결합을 함유하고 있는 것을 의미하며, 예로서는 에티닐(ethynyl) 및 프로피닐(propynyl) 등이 있다. 치환된 C2-C30알키닐기는 C2-C30알키닐기 중 적어도 하나의 수소가 상술한 치환된 C1-C30알킬기 경우와 같은 치환기로 치환된 것이다.
본 명세서 중, 비치환된 C1-C30알콕시기(또는 C1-C30알콕시기)는 -OA(단, A는 상술한 바와 같은 비치환된 C1-C30알킬기임)의 화학식을 가지며, 이의 구체적인 예로서, 메톡시, 에톡시 및 이소프로필옥시 등이 있다. 치환된 C1-C30알콕시기는 C1-C30알콕시기 중 적어도 하나의 수소가 상술한 치환된 C1-C30알킬기 경우와 같은 부류의 치환기로 치환된 것이다.
본 명세서 중, 비치환된 C3-C30시클로알킬기(또는 C3-C30시클로알킬기)는 탄소 원자수 3 내지 30개의 포화된 비방향족 1가 모노시클릭, 비시클릭 또는 트리시클릭 탄화수소 그룹을 의미하며, 예로서는 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 및 데카하이드로나프탈레닐 등을 들 수 있다. 치환된 C3-C30시클로알킬기는 C3-C30시클로알킬기 중 적어도 하나의 수소가 상술한 치환된 C1-C30알킬기 경우와 같은 부류의 치환기로 치환된 것이다.
본 명세서 중, 비치환된 C3-C30시클로알케닐기(또는 C3-C30시클로알케닐기)는 탄소 원자수 3 내지 30개의 불포화된 비방향족 1가 모노시클릭, 비시클릭 또는 트리시클릭 탄화수소 그룹을 의미하며, 예로서는 시클로펜테닐, 시클로펜테닐 및 시클로헥세닐 등을 들 수 있다. 치환된 C3-C30시클로알케닐기는 C3-C30시클로알케닐기 중 적어도 하나의 수소가 상술한 치환된 C1-C30알킬기 경우와 같은 부류의 치환기로 치환된 것이다.
본 명세서 중 비치환된 C6-C30아릴기는 하나 이상의 방향족 고리를 포함하는 탄소 원자수 6 내지 30개의 카보사이클릭 방향족 시스템을 갖는 1가(monovalent) 그룹을 의미하며, 비치환된 C6-C30아릴렌기는 하나 이상의 방향족 고리를 포함하는 탄소 원자수 6 내지 30개의 카보사이클릭 방향족 시스템을 갖는 2가(divalent) 그룹을 의미한다. 상기 아릴기 및 아릴렌기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 2 이상의 고리들은 서로 융합될 수 있다. 치환된 C6-C30아릴기는 C6-C30아릴기 중 적어도 하나의 수소가 상술한 치환된 C1-C30알킬기 경우와 같은 치환기로 치환된 것이고, 치환된 C6-C30아릴렌기는 C6-C30아릴렌기 중 적어도 하나의 수소가 상술한 치환된 C1-C30알킬기 경우와 같은 부류의 치환기로 치환된 것이다.
본 명세서 중 비치환된 C6-C30아릴옥시기는 -OA2(여기서, A2는 상기 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기임)를 가리키고, 치환된 C6-C30아릴옥시기는 C6-C30아릴옥시기 중 적어도 하나의 수소가 상술한 치환된 C1-C30알킬기 경우와 같은 부류의 치환기로 치환된 것이다.
본 명세서 중 비치환된 C6-C30아릴티오기는 -SA3(여기서, A3는 상기 치환 또는 비치환된 C3-C30아릴기임)를 가리키고, 치환된 C6-C30아릴티오기는 C6-C30아릴티오기 중 적어도 하나의 수소가 상술한 치환된 C1-C30알킬기 경우와 같은 부류의 치환기로 치환된 것이다.
본 명세서 중 비치환된 C2-C30헤테로아릴기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 1개 이상의 헤테로원자와 1개 이상의 탄소원자로 구성되는 하나 이상의 방향족 고리로 이루어진 시스템을 갖는 1가 그룹을 의미하고, 비치환된 C2-C30헤테로아릴렌기는 N, O, P 또는 S 중에서 선택된 1개 이상의 헤테로원자와 1개 이상의 탄소원자로 구성되는 하나 이상의 방향족 고리로 이루어진 시스템을 갖는 2가 그룹을 의미한다. 여기서, 헤테로아릴기 및 헤테로아릴렌기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 2 이상의 고리는 서로 융합될 수 있다. 치환된 C2-C30헤테로아릴기는 C2-C30헤테로아릴기 중 적어도 하나의 수소가 상술한 치환된 C1-C30알킬기 경우와 같은 부류의 치환기로 치환된 것이고, 치환된 C2-C30헤테로아릴렌기는 C2-C30헤테로아릴렌기 중 적어도 하나의 수소가 상술한 치환된 C1-C30알킬기 경우와 같은 부류의 치환기로 치환된 것이다.
이하에서, 합성예 및 실시예를 들어, 일 구현예에 따른 헤테로고리 화합물과 유기 발광 소자에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기의 합성예 및 실시예로 한정되는 것은 아니다.
중간체 A~E의 합성을 아래와 같이 하였다.
Figure pat00064
[중간체 D의 합성]
Figure pat00065
<합성예 1> 중간체 d의 합성
플라스크에 3-요오드-9-페닐-9H-카바졸 22g, Pd(PPh3)4 2.8g(0.04eq), CuI 914mg(0.08eq)를 넣고 진공환경 만들어준 뒤 N2 분위기를 만들어주었다. 여기에 THF 200mL를 넣어 교반하였다. 이후 여기에 트리에틸아민 10mL(1.2eq)와 TMS-아세틸렌 10.0g(1.2eq)을 천천히 적가한 후 N2, 실온조건에서 2시간 교반하였다. 용매를 회전증발기를 이용하여 제거하고, Et2O 200mL와 물 150mL로 2회로 반응물을 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트를 이용하여 건조하고, 용매를 증발시키고 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 d 20g(수율 99%)를 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C23H21N1Si1 : M+ 339.14
<합성예 2> 중간체 D의 합성
중간체 d 4.2g을 THF 50mL에 녹이고 테트라부틸암모늄 플루오라이드(tetrabutylammonium fluoride in THF(1.0M)) 30mL(3eq)를 한방울씩 적가한 뒤 30분 교반하였다. 반응액을 물 50mL를 가하고 에틸에테로 50mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트를 이용하여 건조하고 용매를 증발시키고 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 D 3.5g(수율 95%)를 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C20H13N1 : M+ 267.10
[중간체 A, B, C, E, F, G의 합성]
위의 중간체 D의 합성에서의 당량 및 방법을 동일하게 하여 합성하였다. 합성된 화합물은 LC-MS로 확인하였다.
Figure pat00066
화합물 25의 합성
Figure pat00067
<합성예 3> 중간체 25b의 합성
25a 5g, 25aa 6.83g (2.2eq), Pd(PPh3)4 1.5g(0.1eq) 및 K2CO3 18.0g(10eq)를 THF 100mL와 증류수 30mL에 녹였다. 120℃로 온도를 높여 환류하면서 24hr 교반하였다. 반응액을 실온으로 식힌 뒤, 물 100mL와 디에틸에테르로 100mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트를 이용하여 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 25b 5.89g (수율 74%)를 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C34H26Br2O1 : M+ 610.03
<합성예 4> 중간체 25c의 합성
중간체 25b 5.5g (1eq), Pd(PPh3)4 1.56g (0.15eq) 및 CuI 510mg (0.30eq)를 넣고 진공환경 만들어준 뒤 N2 분위기를 만들어주었다. 여기에 THF 100mL를 넣어 교반하였다. 이후 트리에틸아민 5.65mL (4.5eq)와 화합물 D 5.3g (2.2eq)을 천천히 적가한 후 N2, 실온조건에서 2시간 교반하였다. 용매를 회전증발기를 이용하여 제거하고, 반응액을 물 100mL를 가하고 에틸에테로 100mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트를 이용하여 건조하고 용매를 증발시키고 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리정제하여 중간체 25c 5.14g (수율 58%)를 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C74H50N2O1 : M+ 982.39
<합성예 5> 화합물 25의 합성
25c 4.0g을 메틸렌 클로라이드 100mL에 녹이고 트리플루오로아세트산(trifluoroacetic acid) 11.5 mL(40eq)를 천천히 적가하고 1hr 실온에서 교반하였다. 이후 물 100mL와 디에틸에테르로 100mL를 반응액에 첨가하여 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트를 이용하여 건조시키고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 화합물 25 3.68g(수율 92%)를 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C74H50N2O1 : M+ 982.39
화합물 1, 9, 17, 28, 33 및 41의 합성
화합물 25의 합성과 동일한 당량 및 방법(합성예 3~5)으로 합성하였다. 화합물은 LC-MS와 NMR로 확인하였다.
Figure pat00068
화합물 75의 합성
Figure pat00069
<합성예 6> 중간체 75b의 합성
중간체 75a 5g (1eq), Pd(PPh3)4 2.26g (0.15eq) 및 CuI 740mg (0.30eq)를 넣고 진공환경 만들어준 뒤 N2 분위기를 만들어주었다. 여기에 THF 100mL를 넣어 교반하였다. 이후 트리에틸아민 58.2mL (4.5eq)와 화합물 E 7.7g(2.2eq)을 천천히 적가한 후 N2, 실온조건에서 2시간 교반하였다. 용매를 회전증발기를 이용하여 제거하고, 반응액을 물 100mL를 가하고 에틸에테로 100mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트를 이용하여 건조하고 용매를 증발시키고 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리정제하여 중간체 75b 6.24g (수율 63%)를 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C44H28Br2N2O1 : M+ 760.05
<합성예 7> 중간체 75c의 합성
75b 5g, 75bb 4.25g (2.2eq), Pd(PPh3)4 760mg (0.1eq) 및 K2CO3 9.1g (10eq)를 THF 100mL와 증류수 30mL에 녹였다. 120℃로 온도를 높여 환류하면서 24hr 교반하였다. 반응액을 실온으로 식힌 뒤, 물 100mL와 디에틸에테르로 100mL로 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트를 이용하여 건조하고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 중간체 25b 4.24g (수율 69%)를 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C68H42N2O3 : M+ 934.32
<합성예 8> 화합물 75의 합성
75c 4.0g을 메틸렌 클로라이드 100mL에 녹이고 트리플루오로아세트산 13.1 mL(40eq)를 천천히 적가하고 1hr 실온에서 교반하였다. 이후 물 100mL와 디에틸에테르로 100mL를 반응액에 첨가하여 3번 추출하였다. 모아진 유기층을 마그네슘설페이트를 이용하여 건조시키고 용매를 증발하여 얻어진 잔류물을 실리카젤관 크로마토그래피로 분리 정제하여 화합물 75 3.6 g(수율 90%)를 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C68H42N2O3 : M+ 934.32
화합물 48, 50, 56, 58, 66 및 81의 합성
화합물 75의 합성과 동일한 당량 및 방법(합성예 6~8)으로 합성하였다. 화합물은 LC-MS와 NMR로 확인하였다.
Figure pat00070
화합물 91의 합성
Figure pat00071
<합성예 9> 중간체 91b의 합성
합성예 3과 당량 및 방법을 동일하게 하되 25a 대신 91a를 이용하여 중간체 91b를 63%의 수율로 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C16H10Br2S1 : M+ 393.88
<합성예 10> 중간체 91c의 합성
합성예 4와 당량 및 방법을 동일하게 하되 25b 대신 91b를 이용하여 중간체 91c를 63% 수율로 얻었다. 생성된 화합물은 LC-MS로 확인하였다. C44H24O2S1 : M+ 616.15
<합성예 11> 화합물 91의 합성
합성예 5와 당량 및 방법을 동일하게 하되 25c 대신 91c를 이용하여 화합물 91을 94% 수율로 얻었다. 생성된 화합물은 LC-MS로 확인하였다. C44H24O2S1 : M+ 616.15
화합물 88, 89, 97, 99, 103, 109, 115 및 121의 합성
화합물 91의 합성과 동일한 당량 및 방법(합성예 9~11)으로 합성하였다. 화합물은 LC-MS와 NMR로 확인하였다.
Figure pat00072
화합물 138의 합성
Figure pat00073
<합성예 12> 중간체 138b의 합성
합성예 6과 당량 및 방법을 동일하게 하되 75a 대신 138a를 이용하여, 중간체 138b를 58%의 수율로 얻었다. 생성된 화합물을 LC-MS로 확인하였다. C16H10Br2S1 : M+ 393.88
<합성예 13> 중간체 138c의 합성
합성예 7와 당량 및 방법을 동일하게 하되 75b 대신 138b를 이용하여, 중간체 138c를 60% 수율로 얻었다. 생성된 화합물은 LC-MS로 확인하였다. C54H36N4S1 : M+ 772.27
<합성예 14> 화합물 138의 합성
합성예 8와 당량 및 방법을 동일하게 하되 75c 대신 138c를 이용하여, 화합물 138을 91% 수율로 얻었다. 생성된 화합물은 LC-MS로 확인하였다. C54H36N4S1 : M+ 772.27
화합물 129, 130, 146, 154, 155 및 163의 합성
화합물 138의 합성과 동일한 당량 및 방법(합성예 12~14)으로 합성하였다. 화합물은 LC-MS와 NMR로 확인하였다.
Figure pat00074
실시예 1
애노드로는 코닝(corning)사의 15Ω/㎠(1200Å) ITO 유리 기판을 50㎜×50㎜×0.7㎜ 크기로 잘라서 이소프로필알코올과 순수를 이용하여 각 5분간 초음파 세정한 후, 30분간 자외선을 조사하고 오존에 노출시켜 세정한 다음, 이를 진공 증착 장치에 장착하였다.
상기 유리 기판 상부에 2-TNATA를 진공 증착하여 600Å 두께의 정공 주입층을 형성한 다음, 상기 정공 주입층 상부에 NPB를 진공 증착하여 300Å 두께의 정공 수송층을 형성하였다.
상기 정공 수송층 상부에 호스트로서 화합물 28과 청색 형광 도펀트로서 DPVBi를 98:2의 중량비로 동시 증착함으로써 300Å 두께의 발광층을 형성하였다.
이어서, 상기 발광층 상부에 Alq3를 증착하여 300Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다.
상기 전자 수송층 상부에 LiF를 증착하여 10Å 두께의 전자 주입층을 형성한 다음, Al을 진공 증착하여 3000Å 두께의 캐소드를 형성하여 LiF/Al 전극을 형성함으로써 유기 발광 소자를 제조하였다.
Figure pat00075
실시예 2
실시예 1에서 발광층 형성시 화합물 28 대신 화합물 48을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
실시예 3
실시예 1에서 발광층 형성시 녹색 인광 호스트로서 화합물 88을 사용하고, 녹색 인광 도판트로서 Irppy를 중량비 91:9로 동시 증착하여 300Å의 두께의 발광층을 형성하였다. 이어서 상기 발광층 상부에 정공 저지성 화합물로서 BCP를 50Å의 두께로 진공 증착하여 정공 저지층을 형성하였다. 이를 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여 유기 EL 소자를 제작했다.
실시예 4
실시예 3에서 발광층 형성시 화합물 88 대신 화합물 91을 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 3과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
실시예 5
실시예 1에서 발광층 형성시 화합물 28 대신 DNA를 사용하고, 정공 수송층 형성시 NPB 대신 화합물 75를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
실시예 6
실시예 5에서 정공 수송층 형성시 화합물 75 대신 화합물 89를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 5와 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
실시예 7
실시예 1에서 정공 수송층 형성시 NPB 대신 화합물 75를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
실시예 8
실시예 1에서 정공 수송층 형성시 NPB 대신 화합물 89를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에서 발광층 형성시 화합물 28 대신 DNA를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
비교예 2
실시예 3에서 발광층 형성시 화합물 88 대신 CBP를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 3과 동일한 방법을 이용하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
평가예
실시예 1~8에 따른 유기 발광 소자와 비교예 1~2에 따른 유기 발광 소자에 대하여, PR650(Spectroscan) Source Measurement Unit(PhotoResearch사 제품)을 이용하여 구동 전압, 발광 휘도, 발광 효율 및 수명을 평가하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 구동전압
(V)		 전류밀도
(㎃/㎠)		 발광휘도
(㏅/㎡)		 발광효율
(㏅/A)		 발광색 T95 수명
(hr @100㎃/㎠)
실시예1 6.11 50 2,283 4.57 청색 28
실시예2 6.08 50 2,237 4.47 청색 31
실시예3 5.37 50 17,353 34.7 녹색 88
실시예4 5.63 50 18,409 36.8 녹색 90
실시예5 6.27 50 2,258 4.52 청색 29
실시예6 6.31 50 2,345 4.69 청색 27
실시예7 6.29 50 2,381 4.76 청색 34
실시예8 6.15 50 2,404 4.81 청색 32
비교예1 7.35 50 1,522 3.04 청색 15
비교예2 6.8 50 10,902 21.8 녹색 60
도 1을 참조하면, 실시예 1~8에 따른 유기 발광 소자는 비교예 1~2에 따른 유기 발광 소자에 비해 구동 전압이 개선되고 발광 효율이 대폭 향상된 특성을 나타내었고, 특히 휘도와 수명 향상 효과가 탁월하였다.
구체적으로, 실시예 8에 따른 유기 발광 소자는 비교예 1에 따른 유기 발광 소자에 비해 구동 전압이 약 0.8V 개선되고 발광 효율이 약 160% 개선되며 수명이 약 180% 향상되는 결과를 얻었다.
또한, 실시예 4에 따른 유기 발광 소자는 비교예 2에 따른 유기 발광 소자에 비해 구동 전압이 약 1.1V 이상 개선되고 발광 효율이 약 170% 개선되어 수명이 약 1.5배 향상되는 결과를 얻었다.
이로부터 실시예 1~8에 따른 유기 발광 소자는 종래의 유기 발광 소자에 비해 고효율, 저전압, 고휘도 및 장수명의 특성을 가진다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 대하여 상기 실시예를 참조하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명에 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사항에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 유기 발광 소자
11: 기판
13: 제1전극
15: 유기층
16: 발광층
19: 제2전극

Claims (20)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물:
    <화학식 1>
    Figure pat00076

    상기 식 중,
    X1은 산소원자(-O-) 또는 황원자(-S-)이고;
    R1 내지 R8은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 히드록실기, 시아노기, 아미노기, 니트로기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알케닐기, 및 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴티오기, 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기, 및 -N(Q1)(Q2)로 표시되는 그룹 중 1종이고(여기서, Q1 및 Q2는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 히드록실기, 시아노기, 아미노기, 니트로기, 카르복실기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C30알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C30알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C30시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴티오기, 및 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기 중 1종임);
    단, R1 내지 R4는 서로 인접한 기들끼리 결합하여 A1 고리와 A2 고리를 형성하거나 또는 R5 내지 R8이 서로 인접한 기들끼리 결합하여 B1 고리와 B2 고리를 형성하며, A1 고리, A2 고리, B1 고리 및 B2 고리는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C30방향족 고리 및 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로방향족 고리 중 1종이다.
  2. 제1항에 있어서,
    하기 화학식 2a 또는 2b로 표시되는 헤테로고리 화합물:
    <화학식 2a>
    Figure pat00077

    <화학식 2b>
    Figure pat00078

    상기 식 중,
    X1, R1 내지 R8, A1 고리 및 B1 고리는 상기 화학식 1에서 정의된 바와 동일하다.
  3. 제2항에 있어서,
    A1 고리 및 B1 고리가 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 벤젠 고리(benzene ring), 치환 또는 비치환된 안트라센 고리(anthracene ring), 치환 또는 비치환된 페난트렌 고리(phenanthrene ring), 치환 또는 비치환된 플루오렌 고리(fluorene ring), 치환 또는 비치환된 피리딘 고리(pyridine ring), 치환 또는 비치환된 카바졸 고리(carbazole ring), 치환 또는 비치환된 티오펜 고리(thiophene ring), 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜 고리(dibenzothiophene ring), 및 치환 또는 비치환된 디벤조푸란 고리(dibenzofuran) 중 1종인 헤테로고리 화합물.
  4. 제2항에 있어서,
    A1 고리 및 B1 고리가 서로 독립적으로 하기 화학식 3a 내지 3f 중 1종으로 표시되는 헤테로고리 화합물:
    <화학식 3a>
    Figure pat00079

    <화학식 3b>
    Figure pat00080

    <화학식 3c>
    Figure pat00081

    <화학식 3d>
    Figure pat00082

    <화학식 3e>
    Figure pat00083

    <화학식 3f>
    Figure pat00084

    상기 식 중,
    Z1 내지 Z4는 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 에틸기, 치환 또는 비치환된 프로필기, 치환 또는 비치환된 부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기 및 치환 또는 비치환된 비페닐기 중 1종이고,
    p 및 q는 서로 독립적으로 2 내지 4의 정수 중 하나이고,
    *는 A1 고리 또는 B1 고리가 상기 헤테로고리 화합물의 나머지 부분과 결합하는 부위를 나타낸다.
  5. 제2항에 있어서,
    A1 고리 및 B1 고리가 서로 독립적으로 하기 화학식 4a 내지 4f 중 1종으로 표시되는 헤테로고리 화합물:
    <화학식 4a>
    Figure pat00085

    <화학식 4b>
    Figure pat00086

    <화학식 4c>
    Figure pat00087

    <화학식 4d>
    Figure pat00088

    <화학식 4e>
    Figure pat00089

    <화학식 4f>
    Figure pat00090

    상기 식 중,
    *는 A1 고리 또는 B1 고리가 상기 헤테로고리 화합물의 나머지 부분과 결합하는 부위를 나타낸다.
  6. 제2항에 있어서,
    R1 내지 R8이 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 에틸기, 치환 또는 비치환된 프로필기, 치환 또는 비치환된 부틸기, 치환 또는 비치환된 페닐기(phenyl), 치환 또는 비치환된 비페닐기(biphenyl), 치환 또는 비치환된 나프틸기(naphthyl), 치환 또는 비치환된 안트릴기(anthryl), 치환 또는 비치환된 페난트레닐기(phenanthrenyl), 치환 또는 비치환된 피레닐기(pyrenyl), 치환 또는 비치환된 크리세닐기(chrysenyl), 치환 또는 비치환된 나프타세닐기(naphthacenyl), 치환 또는 비치환된 플루오레닐기(fluorenyl), 치환 또는 비치환된 피리디닐기(pyridinyl), 치환 또는 비치환된 비피리디닐기(bipyridinyl), 치환 또는 비치환된 피라지닐기(pyrazinyl), 치환 또는 비치환된 피리미디닐기(pyrimidinyl), 치환 또는 비치환된 피리다지닐기(pyridazinyl), 치환 또는 비치환된 카바졸일기(carbazolyl), 치환 또는 비치환된 벤조티오페닐기(benzothiophenyl), 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기(dibenzothiophenyl), 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐기(dibenzofuranyl), 및 -ph-N(Q3)(Q4)로 표시되는 그룹(여기서, Q3 및 Q4는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C30아릴기, 및 치환 또는 비치환된 C2-C30헤테로아릴기 중 1종임) 중 1종인 헤테로고리 화합물.
  7. 제2항에 있어서,
    R1, R4, R5 및 R8이 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조푸라닐기, 및 -ph-N(ph)(ph)로 표시되는 그룹 중 1종이고,
    R2, R3, R6 및 R7이 서로 독립적으로 수소 또는 중수소인 헤테로고리 화합물.
  8. 제7항에 있어서,
    R1, R4, R5 및 R8이 서로 독립적으로 하기 화학식 5a 내지 5g 중 1종으로 표시되는 헤테로고리 화합물:
    <화학식 5a>
    Figure pat00091

    <화학식 5b>
    Figure pat00092

    <화학식 5c>
    Figure pat00093

    <화학식 5d>
    Figure pat00094

    <화학식 5e>
    Figure pat00095

    <화학식 5f>
    Figure pat00096


    <화학식 5g>
    Figure pat00097

    상기 식 중,
    Z11 내지 Z13은 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 메틸기, 치환 또는 비치환된 에틸기, 치환 또는 비치환된 프로필기, 치환 또는 비치환된 부틸기, 치환 또는 비치환된 메톡시, 치환 또는 비치환된 에톡시, 치환 또는 비치환된 프로폭시, 치환 또는 비치환된 부톡시, 치환 또는 비치환된 페닐기 및 치환 또는 비치환된 비페닐기 중 1종이고,
    r, s 및 t는 서로 독립적으로 1 내지 5의 정수 중 하나이고,
    *는 R1, R4, R5 및 R8이 상기 헤테로고리 화합물의 나머지 부분과 결합하는 부위를 나타낸다..
  9. 제7항에 있어서,
    R1, R4, R5 및 R8이 서로 독립적으로 하기 화학식 6a 내지 6g 중 1종으로 표시되는 헤테로고리 화합물:
    <화학식 6a>
    Figure pat00098

    <화학식 6b>
    Figure pat00099

    <화학식 6c>
    Figure pat00100

    <화학식 6d>
    Figure pat00101

    <화학식 6e>
    Figure pat00102

    <화학식 6f>
    Figure pat00103

    <화학식 6g>
    Figure pat00104

    상기 식 중,
    *는 R1, R4, R5 및 R8이 상기 헤테로고리 화합물의 나머지 부분과 결합하는 부위를 나타낸다.
  10. 제1항에 있어서,
    하기 화합물 1 내지 168 중 하나인 헤테로고리 화합물:

    Figure pat00105

    Figure pat00106

    Figure pat00107

    Figure pat00108

    Figure pat00109

    Figure pat00110

    Figure pat00111

    Figure pat00112

    Figure pat00113

    Figure pat00114

    Figure pat00115

    Figure pat00116
  11. 제1전극, 상기 제1전극에 대향된 제2전극; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재된 유기층;을 포함하고, 상기 유기층이 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 헤테로고리 화합물을 포함한 유기 발광 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유기층이 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층, 버퍼층, 발광층, 정공 저지층, 전자 수송층, 전자 주입층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나를 포함한 유기 발광 소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 유기층이 정공 주입층, 정공 수송층, 및 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 정공 주입층, 정공 수송층, 및 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나가 상기 헤테로고리 화합물을 포함한 유기 발공 소자.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 정공 주입층, 정공 수송층, 및 정공 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나가 전하 생성 물질을 더 포함하고, 상기 전하 생성 물질이 퀴논 유도체, 금속 산화물 및 시아노기 함유 화합물 중 적어도 1종인 유기 발광 소자.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 유기층이 전자 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 전자 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나가 상기 헤테로고리 화합물을 포함한 유기 발공 소자.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 유기층이 발광층을 포함하고, 상기 발광층이 상기 헤테로고리 화합물을 포함한 유기 발광 소자.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 헤테로고리 화합물이 형광 또는 인광 호스트로 사용되는 유기 발광 소자.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 헤테로고리 화합물이 형광 도펀트로 사용되는 유기 발광 소자.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 유기층이 발광층; 및 전자 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나;를 포함하고, 상기 발광층; 및 상기 전자 주입층, 전자 수송층, 및 전자 주입 및 수송 기능을 동시에 가지는 기능층 중 적어도 하나; 중 적어도 하나가 상기 헤테로고리 화합물을 포함하고, 상기 발광층은 아릴아민 화합물을 포함한 유기 발광 소자.
  20. 소스, 드레인, 게이트 및 활성층을 포함한 트랜지스터 및 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항의 유기 발광 소자를 구비하고,
    상기 유기 발광 소자의 제1전극이 상기 소스 및 드레인 중 하나와 전기적으로 연결된 유기 발광 표시 장치.
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