KR20140065342A - 플루오란텐 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자 - Google Patents

플루오란텐 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 유기 전자 소자의 수명, 효율, 전기 화학적 안정성 및 열적 안정성을 크게 향상시킬 수 있는 신규 플루오란텐 화합물 및 상기 화합물이 유기화합물 층에 함유되어 있는 유기 전자 소자를 제공한다.

Description

플루오란텐 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자 {FLUORANTHENE COMPOUND AND ORGANIC ELECTRONIC DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 명세서는 플루오란텐 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자에 관한 것이다.
본 명세서는 2012년 11월 21일에 한국 특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10- 2012-0132190 호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용은 전부 본 명세서에 포함된다.
유기 전자 소자란 정공 및/또는 전자를 이용한 전극과 유기물 사이에서의 전하 교류를 필요로 하는 소자를 의미한다. 유기 전자 소자는 동작 원리에 따라 하기와 같이 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 외부의 광원으로부터 소자로 유입된 광자에 의하여 유기물층에서 엑시톤(exiton)이 형성되고 이 엑시톤이 전자와 정공으로 분리되고, 이 전자와 정공이 각각 다른 전극으로 전달되어 전류원(전압원)으로 사용되는 형태의 전기소자이다. 둘째는 2개 이상의 전극에 전압 또는 전류를 가하여 전극과 계면을 이루는 유기물 반도체에 정공 및/또는 전자를 주입하고, 주입된 전자와 정공에 의하여 동작하는 형태의 전자소자이다.
유기 전자 소자의 예로는 유기 발광 소자, 유기 태양전지, 유기 감광체(OPC), 유기 트랜지스터 등이 있으며, 이들은 모두 소자의 구동을 위하여 정공의 주입 또는 수송 물질, 전자의 주입 또는 수송 물질, 또는 발광 물질을 필요로 한다. 이하에서는 주로 유기발광소자에 대하여 구체적으로 설명하지만, 상기 유기 전자 소자들에서는 정공의 주입 또는 수송 물질, 전자의 주입 또는 수송 물질, 또는 발광 물질이 유사한 원리로 작용한다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어 질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다. 이러한 유기 발광 소자는 자발광, 고휘도, 고효율, 낮은 구동 전압, 넓은 시야각, 높은 콘트라스트, 고속 응답성 등의 특성을 갖는 것으로 알려져 있다.
유기 발광 소자에서 유기물층으로 사용되는 물질은 기능에 따라, 발광 물질과 전하 수송 물질, 예컨대 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 전자 수송 물질, 전자 주입 물질 등으로 분류될 수 있다. 또한, 발광 물질은 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 물질과 보다 나은 천연색을 구현하기 위해 필요한 노란색 및 주황색 발광 물질로 구분될 수 있다. 한편, 발광 물질로서 하나의 물질만 사용하는 경우 분자간 상호 작용에 의하여 최대 발광 파장이 장파장으로 이동하고 색순도가 떨어지거나 발광 감쇄 효과로 소자의 효율이 감소되는 문제가 발생하므로, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율을 증가시키기 위하여 발광 물질로서 호스트/도판트 계를 사용할 수 있다.
유기 발광 소자가 전술한 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 발광 물질, 전자 수송 물질, 전자 주입 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되는 것이 선행되어야 하나, 아직까지 안정하고 효율적인 유기 발광 소자용 유기물층 재료의 개발이 충분히 이루어지지 않은 상태이다. 따라서 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있으며, 이와 같은 재료 개발의 필요성은 전술한 다른 유기 전자 소자에서도 마찬가지이다.
한국 공개특허공보 2007-001220호
이에 본 발명자들은 상기와 같은 이유로 치환기에 따라 유기 전자 소자에서 요구되는 다양한 역할을 할 수 있는 화학 구조를 갖는 플루오란텐 화합물 유도체 및 이를 포함하는 유기 전자 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서는 하기 화학식 1로 표시되는 플루오란텐 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
R1 내지 R3는 -(L)p-(Y)q로 표시되는 기이며,
p는 0 내지 10의 정수이고, q는 1 내지 10의 정수이고,
o는 1 내지 5의 정수이며,
r은 0 내지 6의 정수이고,
L은 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 치환 또는 비치환된 알케닐렌기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기; 또는 이종 원소로 O, N, S 또는 P를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이며,
Y는 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 포스핀 옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 N, O, S 및 P 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
p≥2 또는 q≥2인 경우, L 또는 Y는 서로 같거나 상이하며,
R1 및 R3는 서로 결합하여 지방족고리, 방향족고리, 지방족헤테로고리 또는 방향족헤테로 고리를 형성하거나 스피로 결합을 이룰 수 있고,
o≥ 2 인 경우, R4는 서로 같거나 상이하며,
R4는 O, S 및 P 원자 중 1개 이상을 포함하는 5원환 또는 6원환을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기, N을 1개 이상 포함하는 6원환을 포함하는 단환 또는 다환의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기, 및 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 포스핀 옥사이드기; O, S 및 P 원자 중 1개 이상을 포함하는 5원환 또는 6원환을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기; 또는 N을 1개 이상 포함하는 6원환을 포함하는 단환 또는 다환의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 복수개의 R4 중 서로 인접하는 기는 지방족고리, 방향족고리, 지방족헤테로고리 또는 방향족헤테로의 고리를 형성하거나 스피로 결합을 이룰 수 있으며,
r≥ 2 인 경우, R5는 서로 같거나 상이하며,
R5는 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 포스핀 옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 N, O, S 및 P 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나 복수개의 R5 중 인접하는 기는 서로 결합하여, 지방족고리, 방향족고리, 지방족헤테로고리 또는 방향족헤테로 고리를 형성하거나 스피로 결합을 이룰 수 있다.
또한, 본 명세서는 제1 전극, 제 2전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전자 소자로서,
상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1의 플루오란텐 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자를 제공한다.
본 명세서에 따른 플루오란텐 유도체는 유기 발광 소자를 비롯한 유기 전자 소자의 유기물층의 재료로서 사용될 수 있고, 이를 이용한 유기 발광 소자를 비롯한 유기 전자 소자는 효율의 향상, 낮은 구동전압 및/또는 수명 특성의 향상이 가능하다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 음극(4)으로 이루어진 유기 전자 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(3), 전자수송층(7) 및 음극(4)로 이루어진 유기 전자 소자의 예를 도시한 것이다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 플루오란텐 화합물을 제공한다.
또한, 본 명세서의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에 있어서,
o, r 및 R3 내지 R5는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,
n 및 m은 각각 0 내지 5의 정수이며,
n≥ 2 인 경우, R6는 서로 같거나 상이하며,
m≥ 2 인 경우, R7는 서로 같거나 상이하며,
R6 및 R7는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 포스핀 옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 N, O, S 및 P 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접하는 기는 서로 결합하여 지방족고리, 방향족고리, 지방족헤테로고리 또는 방향족헤테로 고리를 형성하거나 스피로 결합을 이룰 수 있다.
상기 치환기들의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 시클로알킬기; 실릴기; 아릴알케닐기; 아릴기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 붕소기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 아릴아민기; 헤테로아릴기; 카바졸기; 아릴아민기; 아릴기; 플루오레닐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 시아노기 및 N, O, S 또는 P 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로 고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되었거나 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기 및 헵틸기 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 스틸베닐기(stylbenyl), 스티레닐기(styrenyl)기 등의 아릴기가 치환된 알케닐기가 바람직하나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다.
화합물 중에 포함되어 있는 알킬기, 알케닐기 및 알콕시기의 길이는 화합물의 공액 길이에는 영향을 미치지 않고, 다만 부수적으로 화합물의 유기 전자 소자에의 적용 방법, 예컨대 진공 증착법 또는 용액 도포법의 적용에 영향을 미칠 뿐이므로 탄소수의 개수는 특별히 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 특히 시클로펜틸기, 시클로헥실기가 바람직하다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 6 내지 60인 것이 바람직하다. 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 비페닐기, 트라이페닐기, 터페닐기, 스틸벤기 등의 단환식 방향족 및 나프틸기, 비나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 테트라세닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기, 아세나프타센닐기, 트리페닐렌기, 플루오란텐(fluoranthene)기 등의 다환식 방향족등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로 고리기는 이종원자로 O, N, S 및 P를 포함하는 헤테로 고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로 고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 트리아진기, 아크리딜기, 피리다진기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤조이미다졸이기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, N을 1개 이상 포함하는 6원환을 포함하는 단환 또는 다환의 헤테로고리기의 예로는 피리딘기, 피리미딘기, 피리다진기, 피라진기, 트리아진기, 테트라진기, 펜타진기, 퀴놀린기, 시놀린기, 퀴나졸린기, 퀴녹살린기, 피리도피라진기, 피라지노피라진기, 피라지노퀴녹살린기, 아크리딘기, 페난트롤린기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, N을 1개 이상 포함하는 6원환을 포함하는 단환 또는 다환의 헤테로고리기는 N을 1개이상 포함하는 6원환이 적어도 1개 이상 포함하는 헤테로고리기로서, N을 1개 이상 포함하는 6원환에 5원환이 축합되어 있는 헤테로고리기도 포함한다. 즉, 상기 구체예와 다른 5원환 또는 6원환이 추가로 축합될 수 있으며, 축합되는 5원환 또는 6원환은 방향족고리, 지방족고리, 지방족헤테로고리 및/또는 방향족헤테로고리일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 2개의 고리 유기화합물이 1개의 원자를 통하여 연결된 구조로서, 예로는
Figure pat00003
등이 있다.
본 명세에 있어서, 플루오레닐기는 열린 플루오레닐기의 구조를 포함하며, 여기서 열린 플루오레닐기는 2개의 고리 화합물이 1개의 원자를 통하여 연결된 구조에서 한쪽 고리 화합물이 연결이 끊어진 상태의 구조로서, 예로는
Figure pat00004
등이 있다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 50인 것이 바람직하다. 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 비페닐아민기, 안트라세닐아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 디페닐아민기, 페닐나프틸아민기, 디톨릴아민기, 페닐톨릴아민기, 트리페닐아민기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴아민기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 6 내지 50인 것이 바람직하다. 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 단환식의 디아릴아민기, 치환 또는 비치환된 다환식의 디아릴아민기 또는 치환 또는 비치환된 단환식 및 다환식의 디아릴아민기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기 및 아랄킬아민기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 6 내지 50인 것이 바람직하다. 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기 및 아랄킬아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다.
본 명세서에 있어서, 알킬티옥시기, 알킬술폭시기, 알킬아민기 및 아랄킬아민기 중의 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민기 중의 헤테로 아릴기는 전술한 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴렌기, 알케닐렌기, 플루오레닐렌기, 및 헤테로아릴렌기는 각각 아릴기, 알케닐기, 플루오레닐기, 및 헤테로아릴기의 2가기이다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는, 전술한 아릴기, 알케닐기, 플루오레닐기, 헤테로아릴기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 치환된 아릴렌기라 함은, 페닐기, 비페닐기, 나프틸기, 플루오레닐기, 파이레닐기, 페난트레닐기, 페릴렌기, 테트라세닐기, 안트라세닐기 등이 다른 치환기로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 치환된 헤테로 아릴렌기라 함은, 피리딜기, 티오페닐기, 트리아진기, 퀴놀린기, 페난트롤린기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 카바졸기 및 이들의 축합헤테로고리기, 예컨대 벤조퀴놀린기, 벤조이미다졸이기, 벤즈 옥사졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 디벤조티오페닐기 등이 다른 치환기로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 인접하는 기는 치환기가 2 이상인 경우, 이웃하여 있는 각각의 치환기를 의미한다.
본 명세서에서 인접하는 기와 지방족고리, 방향족고리, 지방족헤테로고리 또는 방향족 헤테로고리를 형성하는 것은 이웃하여 있는 각각의 치환기가 결합을 형성하여 5원 내지 7원의 다환 또는 단환의 고리를 형성하는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 스피로 결합은 2개의 고리 유기 화합물이 1개의 원자와 연결된 구조를 의미하고, 2개의 고리 유기화합물이 1개의 원자를 통하여 연결된 구조에서 한쪽 고리 화합물의 연결이 끊어진 상태의 구조를 포함할 수 있다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 새로운 플루오란텐 화합물을 제공한다. 이와 같은 화합물은 구조적 특이성으로 인하여 유기 전자 소자에서 유기물층으로 사용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R3는 -(L)p-(Y)q로 표시된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, p는 0 내지 10의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, p는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, p는 0이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, q는 1 내지 10의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, q는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, L은 치환 또는 비치환된 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, L은 치환 또는 비치환된 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, L은 치환 또는 비치환된 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, Y는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R4는 치환 또는 비치환된 벤조퀴놀린기; 치환 또는 비치환된 페난트롤린기; 치환 또는 비치환된 피리미딘기; 치환 또는 비치환된 피리미딘기; 치환 또는 비치환된 트리아진기; 치환 또는 비치환된 벤조페난트리딘기; 치환 또는 비치환된 퀴놀린기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 치환 또는 비치환된 디벤조 퓨란기; 치환 또는 비치환된 포스핀 옥사이드기; 치환 또는 비치환된 벤조티오펜기; 또는 치환 또는 비치환된 벤조퓨란기; 또는 치환 또는 비치환된 퀴나졸린기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 서로 인접하는 기와 결합하여 지방족의 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 서로 인접하는 기와 결합하여 방향족의 고리를 형성한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R4는 하기 치환기 중 적어도 하나로 치환된 페닐기; 또는 하기 치환기 중 적어도 하나이거나, 하기 치환기 중 적어도 하나로 치환된 복수의 인접하는 R4끼리 탄화수소고리를 형성한다.
Figure pat00005
*는 화학식 1, 페닐기 또는 복수의 인접하는 R4끼리 결합하여, 형성된 탄화수소고리에 연결되는 것을 의미하고,
상기 치환기는 추가로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; N, O, S 또는 P 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환 또는 비치환된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 치환기는 추가로 수소; 메틸기; 에틸기; 페닐기; 나프틸기; 비페닐기; 또는 피리딘기로 치환된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 탄화수소 고리는 방향족고리, 지방족고리 또는 지방족고리와 방향족고리의 축합고리일 수 있으며, 단환 또는 다환일 수 있다.
상기 치환기에서 "치환"은 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 원자나 작용기로 바뀌는 것을 의미하며, "치환기"는 수소, 다른 원자 및 작용기를 모두 포함한다. 본 명세서에서 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치, 즉, 치환기가 치환가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상이 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 벤조퀴놀린기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 페난트롤린기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 피리미딘기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 페닐기로 치환된 피리미딘기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 비페닐기로 치환된 피리미딘기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 트리아진기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 페닐기로 치환된 트리아진기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 나프틸기로 치환된 트리아진기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 벤조페난트리딘기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 퀴놀린기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 페닐기로 치환된 퀴놀린기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 피리딘기로 치환된 퀴놀린기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 페난트리딘기와 벤조이미다졸기가 결합한 구조의 치환기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 퀴놀린기와 벤조이미다졸기가 결합한 구조의 치환기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기이다. 상기 벤조카바졸기는
Figure pat00006
또는
Figure pat00007
이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다. 상기 디벤조티오펜기는 본 화합물의 플루오란텐의 코어와 하기 디벤조티오펜기 구조의 6번의 위치 또는 2번 위치와 연결된다.
Figure pat00008
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기이다. 상기 디벤조퓨란기는 본 화합물의 플루오란텐의 코어와 하기 디벤조퓨란기 구조의 6번 위치 또는 2번 위치와 연결된다.
Figure pat00009
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 포스핀 옥사이드기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 페닐기로 치환된 포스핀 옥사이드기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 페닐기로 치환된 벤조티오펜이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 벤조퓨란이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 페닐기로 치환된 벤조퓨란이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 퀴나졸린기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 페닐기로 치환된 퀴나졸린기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 페난트렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 치환 또는 비치환된 피리딘기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R4는 피리딘기로 치환된 피리딘기이다.
본 명세서에 따른 화합물의 바람직한 구체예로는 하기 화합물들이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R4는 하기 구조식 중 어느 하나이다.
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본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R4는 하기 구조식 중 어느 하나이다.
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본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화합물 1 내지 38 중 어느 하나로 표시된다.
Figure pat00041
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Figure pat00050
상기 화학식 1의 화합물은 상기 화학식 1에 표시된 바와 같이 플루오란텐을 코어구조로 하고 다양한 치환체를 도입함으로써 유기 전자 소자에서 사용되는 유기물층으로 사용되기에 적합한 특성을 가질 수 있다.
화합물의 컨쥬게이션 길이와 에너지 밴드 갭은 밀접한 관계가 있다. 구체적으로, 화합물의 컨쥬게이션 길이가 길수록 에너지 밴드갭이 작아진다. 전술한 바와 같이, 상기 화학식 1의 화합물의 코어는 제한된 컨쥬게이션을 포함하고 있으므로, 이는 에너지 밴드 갭이 큰 성질을 갖는다.
본 명세서에서는 상기와 같이 에너지 밴드 갭이 큰 코어 구조의 R1 내지 R7 의 및 R'의 위치에 다양한 치환기를 도입함으로써 다양한 에너지 밴드 갭을 갖는 화합물을 합성할 수 있다. 통상 에너지 밴드 갭이 큰 코어 구조에 치환기를 도입하여 에너지 밴드 갭을 조절하는 것은 용이하나, 코어 구조가 에너지 밴드 갭이 작은 경우에는 치환기를 도입하여 에너지 밴드 갭을 크게 조절하기 어렵다.
또한, 본 명세서에서는 상기와 같은 구조의 코어 구조의 R1 내지 R7 및 R'의 위치에 다양한 치환기를 도입함으로써 화합물의 HOMO 및 LUMO 에너지 준위도 조절할 수 있다.
또한, 상기와 같은 구조의 코어 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 도입된 치환기의 고유 특성을 갖는 화합물을 합성할 수 있다. 예컨대, 유기 전자 소자 제조시 사용되는 정공 주입층 물질, 정공 수송용 물질, 발광층 물질 및 전자 수송층 물질에 주로 사용되는 치환기를 상기 코어 구조에 도입함으로써 각 유기물층에서 요구하는 조건들을 충족시키는 물질을 합성할 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물은 코어 구조에 플루오란텐을 포함하고 있으므로, 유기 발광 소자에서 정공 주입 및/또는 정공수송 물질로서의 적절한 에너지 준위를 가질 수 있다. 본 명세서에서는 상기 화학식 1의 화합물 중 치환기에 따라 적절한 에너지 준위를 갖는 화합물을 선택하여 유기 발광 소자에 사용함으로써 구동 전압이 낮고 광효율이 높은 소자를 구현할 수 있다.
또한, 상기 코어구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 에너지 밴드 갭을 미세하게 조절이 가능하게 하며, 한편으로 유기물 사이의 계면에서의 특성을 향상되게 하며 물질의 용도를 다양하게 할 수 있다.
한편, 상기 화학식 1의 화합물은 유리 전이 온도 (Tg)가 높아 열적 안정성이 우수하다. 이러한 열적 안정성의 증가는 소자에 구동 안정성을 제공하는 중요한 요인이 된다.
상기 화학식 1의 화합물은 후술하는 제조예를 기초로 제조될 수 있다.
본 명세서의 화학식 1의 화합물은 아세나프텐퀴논과 치환된 프로파논을 반응하여 화합물을 합성 한다. 이 합성된 화합물에 치환기가 붙은 에티닐 벤젠을 합성하여, 상기 화학식 1의 화합물을 제공한다.
또는 아세나프텐퀴논과 치환된 프로파논을 반응하여, 합성물을 합성하고, 치환된 에티닐벤젠과 반응하여 플루오란텐 유도체를 합성하고, 상기 플루오란텐 유도체에 다양한 치환기를 도입하여 화학식 1의 화합물을 제공한다.
본 명세서는 또한 상기 플루오란텐 화합물을 이용하는 유기 전자 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전자 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 상기 플루오란텐 화합물을 포함한다.
상기 유기 전자 소자는 유기 발광 소자, 유기 태양 전지, 및 유기 트랜지스터로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 명세서의 유기 전자 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자는 유기물층으로서 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기층을 포함할 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 전자 소자는 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조(normal type)의 유기 전자 소자일 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 전자 소자는 기판 상에 음극, 1층 이상의 유기물층 및 양극이 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 전자 소자일 수 있다.
본 명세서의 유기 전자 소자는 유기물층 중 1층 이상이 본 명세서의 화합물, 즉 상기 플루오란텐 화합물을 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 전자 소자는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층시킴으로써 제조할 수 있다. 이 때 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical Vapor Deposition)방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 전자 소자를 만들 수 있다.
또한, 상기 플루오란텐 화합물은 유기 전자 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기 전자 소자는 유기 발광 소자일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 발광층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 상기 플루오란텐 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 정공주입층, 정공수송층 또는 정공주입 과 정공수송을 동시에 포함하고, 상기 정공주입층, 정공수송층 또는 정공주입과 정공수송을 동시에 포함하는 층을 상기 플루오란텐 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자수송층, 전자주입층 또는 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층을 포함하고, 상기 전자수송층, 전자주입층 또는 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층은 상기 플루오란텐 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 상기 플루오란텐 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 상기 플루오란텐 화합물을 발광층의 호스트로서 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 상기 플루오란텐 화합물을 발광층의 호스트로서 포함하고, 도펀트는 유기 발광 소자에서 요구되는 성질에 따라 공지된 도펀트 물질 중에서 당업자가 선택할 수 있으며, 이를 한정하지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함한다.
또 하나의 실시 상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자의 유기물층은 상기 화학식1로 표시되는 플루오란텐 화합물을 포함하는 유기물층 이외에, 아릴아미노기, 카바졸기, 또는 벤조카바졸기를 포함하는 화합물을 포함하는 정공 주입층 또는 정공 수송층을 포함할 수 있다.
본 명세서에 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 전자 소자의 실시상태에 있어서, 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 전자 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 플루오란텐 화합물은 상기 발광층(3)에 포함될 수 있다.
도 2는 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(3), 전자수송층(7) 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 전자 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서 상기 플루오란텐 화합물은 상기 정공주입층(5), 정공 수송층(6), 발광층(3) 및 전자 수송층(7) 중 1층 이상에 포함될 수 있다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기 전자 소자는 유기 태양 전지일 수 있다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 제1 전극; 제 2전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 태양 전지로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 플루오란텐 화합물을 포함하는 것인 유기 태양 전지를 제공한다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자수송층, 전자주입층 또는 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층을 포함하고, 상기 전자수송층, 전자주입층 또는 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층은 상기 플루오란텐 화합물을 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 광활성층은 상기 플루오란텐 화합물을 포함할 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자주개(electron donor) 및 전자 받개(electron acceptor)를 포함하고, 상기 전자주개 또는 전자 받개는 상기 플루오란텐 화합물을 포함한다.
본 명세서의 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지가 외부 광원으로부터 광자를 받으면 전자 주개와 전자 받개 사이에서 전자와 정공이 발생한다. 발생된 정공은 전자 도너층을 통하여 양극으로 수송된다.
본 명세서의 실시상태에 있어서, 상기 유기 태양 전지는 부가적인 유기물층을 더 포함할 수 있다. 상기 유기 태양 전지는 여러 기능을 동시에 갖는 유기물을 사용하여 유기물층의 수를 감소시킬 수 있다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기 전자 소자는 유기 트랜지스터일 수 있다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 소스, 드레인, 게이트 및 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 트랜지스터로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 플루오란텐 화합물을 포함한다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기 트랜지스터는 전하발생층을 포함할 수 있고, 상기 전하발생층은 상기 플루오란텐 화합물을 포함할 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기 트랜지스터는 절연층을 포함할 수 있고, 상기 절연층은 기판과 게이트 위에 위치할 수 있다.
상기 유기 전자 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이다.
상기 기판은 필요에 따라 광학적 성질 및 물리적 성질을 고려하여 선택될 수 있다. 예컨대, 상기 기판은 투명한 것이 바람직하다. 상기 기판은 단단한 재료가 사용될 수도 있으나, 플라스틱과 같은 유연한 재료로 이루어질 수도 있다.
상기 기판의 재료로는 유리 및 석영판 이외에 PET(polyethyleneterephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PI(polyimide), PC(polycarbonate), PS(polystyrene), POM(polyoxymethylene), AS 수지(acrylonitrile styrene copolymer), ABS 수지(acrylonitrile butadiene styrene copolymer), TAC(Triacetyl cellulose) 및 PAR(polyarylate) 등을 들 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 명세서에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SNO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공수송층은 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층으로, 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공주입층은 전극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 정공 주입효과, 발광층 또는 발광재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 여기자의 전자주입층 또는 전자주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 정공 주입 물질은 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 프탈로사이아닌 유도체, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정 되는 것은 아니다.
상기 발광 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤조티아졸 및 벤조이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤조티아졸 및 벤조이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌, 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 발광층은 호스트 재료 및 도펀트 재료를 포함할 수 있다. 호스트 재료는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도펀트 재료로는 유기 화합물, 금속 또는 금속 화합물이 있다.
도펀트 재료로는 방향족 아민 유도체, 스트릴아민 화합물, 붕소 착체, 플루오란텐 화합물, 금속 착체 등이 있다. 구체적으로 방향족 아민 유도체로는 치환 또는 비치환된 아릴아미노기를 갖는 축합 방향족환 유도체로서, 아릴아미노기를 갖는 피렌, 안트라센, 크리센, 페리플란텐 등이 있으며, 스티릴아민 화합물로는 치환 또는 비치환된 아릴아민에 적어도 1개의 아릴비닐기가 치환되어 있는 화합물로, 아릴기, 실릴기, 알킬기, 시클로알킬기 및 아릴아미노기로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상 선택되는 치환기가 치환 또는 비치환된다. 구체적으로 스티릴아민, 스티릴디아민, 스티릴트리아민, 스티릴테트라아민 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전자수송층은 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 층으로 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층은 종래기술에 따라 사용된 바와 같이 임의의 원하는 캐소드 물질과 함께 사용할 수 있다. 특히, 적절한 캐소드 물질의 예는 낮은 일함수를 가지고 알루미늄층 또는 실버층이 뒤따르는 통상적인 물질이다. 구체적으로 세슘, 바륨, 칼슘, 이테르븀 및 사마륨이고, 각 경우 알루미늄 층 또는 실버층이 뒤따른다.
상기 전자주입층은 전극으로부터 전자를 주입하는 층으로, 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공 주입층에의 이동을 방지하고, 또한, 박막형성능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 금속 착체 화합물로서는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 정공저지층은 정공의 음극 도달을 저지하는 층으로, 일반적으로 정공주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 구체적으로 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP, 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전자저지층은 정공을 수송하면서 전자를 저지함으로써, 전자와 정공이 재결합할 확률을 향상시키는 역할을 하는 층으로, 정공을 수송하는 기능을 가지면서, 전자를 수송하는 능력이 현저하게 작은 재료가 적합하다. 전자저지층의 재료는 전술한 정공수송층의 재료를 필요에 따라 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 공지의 전자저지층을 사용할 수 있다.
본 명세서에 따른 유기 전자 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물의 제조 방법 및 이들을 이용한 유기 전자 소자의 제조는 이하 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 본 명세서의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예
(1) [화합물 A-1]의 제조
[화합물 A-1]
Figure pat00051
아세나프텐퀴논(Acenaphthenequinone)(30g, 164mmol)과 1,3-디페닐-2-프로파논(1,3-diphenyl-2-propanone)(34g, 164mmol)을 에탄올(600mL)에 넣은 후, 수산화칼륨(KOH)(27.6g, 492mmol)을 첨가하여 48시간 동안 85℃에서 교반 환류하였다. 상온으로 낮추고 물을 300mL 첨가 후 생성된 고체를 여과 후 건조하여 [화합물 A-1](45g, 수율 77%)을 제조하였다. MS:[M+H]+=357
(2) [화합물 A-2]의 제조
[화합물 A-2]
Figure pat00052
[화합물 A-1](30g, 84.2mmol)과 1-브로모-4-에티닐벤젠(1-Bromo-4-ethynylbenzene)(16.8g, 92.8mmol)을 자일렌(500mL)에 넣은 후, 48시간 동안 140℃에서 교반 환류하였다. 상온으로 낮추고 에탄올(300mL)을 첨가 후 생성된 고체를 여과후 건조하여 [화합물 A-2](31.3g, 수율 74%)를 제조하였다. MS:[M+H]+= 510
(3) [화합물 A-3]의 제조
[화합물 A-3]
Figure pat00053
[화합물 A-1](30g, 84.2mmol)과 1-브로모-4-에티닐벤젠(1-Bromo-4-ethynylbenzene)(16.8g, 92.8mmol)을 자일렌(500mL)에 넣은 후, 48시간 동안 140℃에서 교반 환류하였다. 상온으로 낮추고 에탄올(300mL)을 첨가 후 생성된 고체를 여과후 건조하여 [화합물 A-3](29.7, 수율 69%)를 제조하였다. MS:[M+H]+= 510
(4) [화합물 B-1]의 제조
[화합물 B-1]
Figure pat00054
아세나프텐퀴논(Acenaphthenequinone) (6.9g, 38mmol)과 1,3-비스(4-브로모페닐)프로판-2-온(1,3-bis(4-bromophenyl)propan-2-one)(14g, 38mmol)을 에탄올(300mL)에 넣은 후, 수산화칼륨(KOH)(6.4g, 114mmol)을 첨가하여 48시간 동안 85℃에서 교반 환류하였다. 상온으로 낮추고 물을 200mL 첨가 후 생성된 고체를 여과 후 건조하여 [화합물 B-1](17.3g, 수율 88%)을 제조하였다. MS:[M+H]+=515
(5) [화합물 B-2]의 제조
[화합물 B-2]
Figure pat00055
[화합물 B-1](17.3g, 33.6mmol)과 에티닐벤젠(ethynylbenzene)(4.1g, 40.3mmol)을 자일렌(200mL)에 넣은 후, 48시간 동안 140℃에서 교반 환류하였다. 상온으로 낮추고 에탄올(200mL)을 첨가 후 생성된 고체를 여과후 건조하여 [화합물 B-2](14.3g, 수율 72%)를 제조하였다. MS:[M+H]+= 589
(6) [화합물 C-1]의 제조
[화합물 C-1]
Figure pat00056
[화합물 A-2](30g, 58.9mmol)과 비스(피나콜라토)디보론(bis(pinacolato)diboron) (16.5g, 64.8mmol)을 디옥산(dioxane)(300mL)에 넣은 후, 아세트산 칼륨(potassium acetate)(17.3g, 177mmol)을 첨가하고 Pd(dppf)Cl2?H2Cl2(0.96g, 2mol%)을 넣은 후 6시간 동안 교반 환류하였다. 상온으로 온도를 낮추고 여과하였다. 여과액을 감압증류하여 클로로포름에 녹인 후, 에탄올로 재결정하고 여과한 뒤, 건조하여 [화합물 C-1](27.2g, 수율 83%)을 제조하였다. MS: [M+H]+=557
(7) [화합물 C-2]의 제조
[화합물 C-2]
Figure pat00057
[화합물 A-3](30g, 58.9mmol)과 비스(피나콜라토)디보론(bis(pinacolato)diboron) (16.5g, 64.8mmol)을 디옥산(dioxane)(300mL)에 넣은 후, 아세트산 칼륨(potassium acetate)(17.3g, 177mmol)을 첨가하고 Pd(dppf)Cl2?H2Cl2(0.96g, 2mol%)을 넣은 후 6시간 동안 교반 환류하였다. 상온으로 온도를 낮추고 여과하였다. 여과액을 감압증류하여 클로로포름에 녹인 후, 에탄올로 재결정하고 여과한 뒤, 건조하여 [화합물 C-2](26.2g, 수율 80%)을 제조하였다. MS: [M+H]+=557
실시예
실시예 1. [화합물 2]의 제조
[화합물 2]
Figure pat00058
[화합물 C-1](17.6g, 31.6mmol)과 2-브로모-1,10-페난트롤린(2-bromo-1,10-phenanthroline) (8.2g, 31.6mmol)을 테트라하이드로퓨란(THF)(200mL)에 넣은 후, 2M 탄산칼륨(K2CO3) 수용액(100 mL)을 첨가하고 Pd(PPh3)4(0.67g, 2mol%)을 넣은 후 4시간 동안 교반 환류하였다. 상온으로 온도를 낮추고 생성된 고체를 여과하였다. 여과된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하고 여과한 뒤, 건조하여 [화합물 2](16.5g, 수율 86%)을 제조하였다. MS: [M+H]+=609
실시예 2. [화합물 6]의 제조
[화합물 6]
Figure pat00059
[화합물 C-1](17.6g, 31.6mmol)과 2-클로로-4,6-디페닐피리미딘(2-chloro-4,6-diphenylpyrimidine) (8.4g, 31.6mmol)을 테트라하이드로퓨란(THF)(200mL)에 넣은 후, 2M 탄산칼륨(K2CO3) 수용액(100 mL)을 첨가하고 Pd(PPh3)4(0.67g, 2mol%)을 넣은 후 4시간 동안 교반 환류하였다. 상온으로 온도를 낮추고 생성된 고체를 여과하였다. 여과된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하고 여과한 뒤, 건조하여 [화합물 6](15.6g, 수율 75%)을 제조하였다. MS: [M+H]+=661
실시예 3. [화합물 7]의 제조
[화합물 7]
Figure pat00060
[화합물 C-1](17.6g, 31.6mmol)과 4-클로로-2,6-디페닐피리미딘(4-chloro-2,6-diphenylpyrimidine) (8.4g, 31.6mmol)을 테트라하이드로퓨란(THF)(200mL)에 넣은 후, 2M 탄산칼륨(K2CO3) 수용액(100 mL)을 첨가하고 Pd(PPh3)4(0.67g, 2mol%)을 넣은 후 4시간 동안 교반 환류하였다. 상온으로 온도를 낮추고 생성된 고체를 여과하였다. 여과된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하고 여과한 뒤, 건조하여 [화합물 7](14.6g, 수율 70%)을 제조하였다. MS: [M+H]+=661
실시예 4. [화합물 8]의 제조
[화합물 8]
Figure pat00061
[화합물 C-1](17.6g, 31.6mmol)과 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진(2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) (8.4g, 31.6mmol)을 테트라하이드로퓨란(THF)(200mL)에 넣은 후, 2M 탄산칼륨(K2CO3) 수용액(100 mL)을 첨가하고 Pd(PPh3)4(0.67g, 2mol%)을 넣은 후 4시간 동안 교반 환류하였다. 상온으로 온도를 낮추고 생성된 고체를 여과하였다. 여과된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하고 여과한 뒤, 건조하여 [화합물 18](16.1g, 수율 77%)을 제조하였다. MS: [M+H]+=662
실시예 5. [화합물 26]의 제조
[화합물 26]
Figure pat00062
[화합물 A-2](15g, 29.4mmol)과 4-디벤조티오펜 보론산(4-dibenzothiophene boronic acid)(6.7g, 29.4mmol)을 테트라하이드로퓨란(THF)(200mL)에 넣은 후, 2M 탄산칼륨(K2CO3) 수용액(100 mL)을 첨가하고 Pd(PPh3)4(0.67g, 2mol%)을 넣은 후 4시간 동안 교반 환류하였다. 상온으로 온도를 낮추고 생성된 고체를 여과하였다. 여과된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하고 여과한 뒤, 건조하여 [화합물 26](12.6g, 수율 70%)을 제조하였다. MS: [M+H]+=613
실시예 6. [화합물 27]의 제조
[화합물 27]
Figure pat00063
[화합물 A-2](15g, 29.4mmol)과 4-디벤조퓨란보론산(4-dibenzofuran boronic acid)(6.2g, 29.4mmol)을 테트라하이드로퓨란(THF)(200mL)에 넣은 후, 2M 탄산칼륨(K2CO3) 수용액(100 mL)을 첨가하고 Pd(PPh3)4(0.67g, 2mol%)을 넣은 후 4시간 동안 교반 환류하였다. 상온으로 온도를 낮추고 생성된 고체를 여과하였다. 여과된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하고 여과한 뒤, 건조하여 [화합물 27](13.5g, 수율 77%)을 제조하였다. MS: [M+H]+=597
실시예 7. [화합물 11]의 제조
[화합물 11]
Figure pat00064
[화합물 C-2](15g, 26.8 mmol)과 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진(2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) (7.16 g, 26.8 mmol)을 테트라하이드로퓨란(THF)(200mL)에 넣은 후, 2M 탄산칼륨(K2CO3) 수용액(100 mL)을 첨가하고 Pd(PPh3)4(0.62g, 2 mol%)을 넣은 후 4시간 동안 교반 환류하였다. 상온으로 온도를 낮추고 생성된 고체를 여과하였다. 여과된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하고 여과한 뒤, 건조하여 [화합물 11](13.3g, 수율 75%)을 제조하였다. MS: [M+H]+=661
실시예 8. [화합물 24]의 제조
[화합물 24]
Figure pat00065
[화합물 A-2](15g, 29.5 mmol)과 11H-벤조[a]카바졸(11H-benzo[a]carbazole) (6.4 g, 29.5 mmol)을 톨루엔(150mL)에 넣은 후, 소듐 테트라 부톡사이드 (NaOtBu) (15g)을 첨가하고, Pd(PtBu4)2(0.16g, 1 mol%)을 넣은 후 4시간 동안 교반 환류하였다. 상온으로 온도를 낮추고 생성된 고체를 여과하였다. 여과된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하고 여과한 뒤, 건조하여 [화합물 24](11.4g, 수율 60%)을 제조하였다. MS: [M+H]+=645
실시예 9. [화합물 32]의 제조
[화합물 32]
Figure pat00066
[화합물 C-1](18.0 g, 32.4 mmol)과 (4-브로모페닐)디페닐포스핀옥사이드((4-bromophenyl)diphenylphosphineoxide) (11.6g, 32.4mmol) 테트라하이드로퓨란(THF)(200mL)에 넣은 후, 2M 탄산칼륨(K2CO3) 수용액(100 mL)을 첨가하고 Pd(PPh3)4(0.75g, 2 mol%)을 넣은 후 4시간 동안 교반 환류하였다. 상온으로 온도를 낮추고 생성된 고체를 여과하였다. 여과된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하고 여과한 뒤, 건조하여 [화합물 32](13.7g, 수율 64%)을 제조하였다. MS: [M+H]+=706
실시예 10. [화합물 38]의 제조
[화합물 38]
Figure pat00067
[화합물 C-1](15.0 g, 27.0 mmol)과 4'-(4-브로모페닐)-2,2':6',2"-터피리딘)(4'-(4-bromophenyl)-2,2':6',2"-terpyridine) (10.5 g, 27.0 mmol) 테트라하이드로퓨란(THF)(200mL)에 넣은 후, 2M 탄산칼륨(K2CO3) 수용액(100 mL)을 첨가하고 Pd(PPh3)4(0.62g, 2 mol%)을 넣은 후 4시간 동안 교반 환류하였다. 상온으로 온도를 낮추고 생성된 고체를 여과하였다. 여과된 고체를 클로로포름과 에탄올로 재결정하고 여과한 뒤, 건조하여 [화합물 38](15.5g, 수율 78%)을 제조하였다. MS: [M+H]+=737
실험예 . 유기 발광 소자의 제조 및 특성 측정
실험예 1-1
ITO(indium tin oxide)가 500Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀리포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 화학식의 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌(hexanitrile hexaazatriphenylene; HAT)를 100Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공 주입층을 형성하였다.
[HAT] [NPB]
Figure pat00068
Figure pat00069
상기 정공 주입층 위에 상기 화학식의 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(NPB) (1,000Å)을 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
이어서, 상기 정공수송층 위에 막 두께 230Å으로 아래와 같은 GH와 GD를 10:1의 중량비로 진공증착하여 발광층을 형성하였다.
[GH] [GD]
Figure pat00070
상기 발광층 위에 [화합물 2]를 350Å의 막 두께로 진공증착하여 전자 주입 및 수송층을 형성하였다.
상기 전자 주입 및 수송층 위에 순차적으로 15Å 두께로 리튬 플루라이드(LiF)와 2,000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 ~ 0.7 Å/sec를 유지하였고, 음극의 리튬플루오라이드는 0.3 Å/sec, 알루미늄은 2 Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2 × 10-7 ~ 5 × 10-8 torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
실험예 1-2
상기 실험예 1-1에서 [화합물 2] 대신 [화합물 8]를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
실험예 1-3
상기 실험예 1-1에서 [화합물 2] 대신 [화합물 11]를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
실험예 1-4
상기 실험예 1-1에서 [화합물 2] 대신 [화합물 32]를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
실험예 1-5
상기 실험예 1-1에서 [화합물 2] 대신 [화합물 38]를 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
비교예 1
상기 실험예 1-1에서, [화합물 2] 대신 하기 화학식 ET-B의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[ET-B]
Figure pat00071
실험예 1-1 내지 실험예 1-5, 및 비교예 1 에 의해 제작된 유기 발광 소자에 전류(10 mA/cm2)를 인가하였을 때, 표 1의 결과를 얻었다.
화합물 전압
(V)		 효율
(cd/A) 		색좌표
(x, y)
실험예 1-1 2 3.71 41.25 (0.374, 0.621)
실험예 1-2 8 4.15 39.11 (0.374, 0.621)
실험예 1-3 11 4.10 40.20 (0.374, 0.620)
실험예 1-4 32 4.50 37.25 (0.373, 0.618)
실험예 1-5 38 3.63 43.55 (0.373, 0.618)
비교예 1 ET-B 5.51 25.53 (0.373, 0.617)
실험예 2-1
상기 실험예 1-1에서와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에 상기 화학식의 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌(hexanitrile hexaazatriphenylene; HAT)를 100Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공 주입층을 형성하였다.
상기 정공 주입층 위에 상기 화학식의 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐(NPB) (700Å), 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌(HAT) (50Å) 및 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노] 비페닐(NPB) (700Å)을 순차적으로 진공 증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
이어서, 상기 정공수송층 위에 막 두께 200Å으로 아래와 같은 BH와 BD를 25:1의 중량비로 진공증착하여 발광층을 형성하였다.
[BH] [BD]
Figure pat00072
Figure pat00073
상기 발광층 위에 [화합물 7]과 하기 화학식 LiQ(Lithium Quinalate)를 1:1의 중량비로 진공증착하여 300Å의 두께로 전자 주입 및 수송층을 형성하였다.
[LiQ]
Figure pat00074
상기 전자 주입 및 수송층 위에 순차적으로 15Å 두께로 리튬 플루라이드(LiF)와 2,000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 ~ 0.7 Å/sec를 유지하였고, 음극의 리튬플루오라이드는 0.3 Å/sec, 알루미늄은 2 Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 2 × 10-7 ~ 5 × 10-8 torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
실험예 2-2
상기 실험예 2-1에서 [화합물 7] 대신 [화합물 2]를 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
실험예 2-3
상기 실험예 2-1에서 [화합물 7] 대신 [화합물 27]을 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
실험예 2-4
상기 실험예 2-1에서 [화합물 7] 대신 [화합물 38]을 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
비교예 2
상기 실험예 2-1에서, [화합물 7] 대신 하기 화학식 ET-C의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 2-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
[ET-C]
Figure pat00075
실험예 2-1 내지 2-4 및 비교예 2에 의해 제작된 유기 발광 소자에 전류(10 mA/cm2)를 인가하였을 때, 표 2의 결과를 얻었다.
화합물 전압
(V)		 효율
(cd/A) 		색좌표
(x, y)
실험예 2-1 7 4.35 6.43 (0.133, 0.154)
실험예 2-2 2 4.10 6.33 (0.133, 0.153)
실험예 2-3 27 4.51 5.99 (0.133, 0.153)
실험예 2-4 38 4.22 6.25 (0.134, 0.154)
비교예 2 ET-C 5.21 5.51 (0.134, 0.153)
상기 표 2의 결과로부터, 본 명세서에 따른 신규한 화합물은 유기 발광 소자를 비롯한 유기 전자 소자의 유기물층의 재료로서 사용될 수 있고, 이를 이용한 유기 발광 소자를 비롯한 유기 전자 소자는 효율, 구동전압, 안정성 등에서 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다. 특히, 본 명세서에 따른 신규한 화합물은 열적 안정성이 우수하고, 깊은 HOMO 준위 및 정공 안정성을 가져 우수한 특성을 나타내었다. 유기 발광 소자를 비롯한 유기 전자 소자에서 순수하게 사용하거나, LiQ와 같은 n-유형 도펀트를 섞어 사용 가능하다. 본 명세서에 따른 신규한 화합물은 효율을 향상시키며, 화합물의 열적 안정성에 의하여 소자의 안정성을 향상시킬 수 있다.
1: 기판
2: 양극
3: 발광층
4: 음극
5: 정공주입층
6: 정공수송층
7: 전자수송층

Claims (15)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 플루오란텐 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00076

    상기 화학식 1에 있어서,
    R1 내지 R3는 -(L)p-(Y)q로 표시되는 기이며,
    p는 0 내지 10의 정수이고, q는 1 내지 10의 정수이고,
    o는 1 내지 5의 정수이며,
    r은 0 내지 6의 정수이고,
    L은 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 치환 또는 비치환된 알케닐렌기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기; 또는 이종 원소로 O, N, S 또는 P를 갖는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴렌기이며,
    Y는 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 포스핀 옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 N, O, S 및 P 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
    p≥2 또는 q≥2인 경우, L 또는 Y는 서로 같거나 상이하며,
    R1 및 R3는 서로 결합하여 지방족고리, 방향족고리, 지방족헤테로고리 또는 방향족헤테로 고리를 형성하거나 스피로 결합을 이룰 수 있고,
    o≥ 2 인 경우, R4는 서로 같거나 상이하며,
    R4는 O, S 및 P 원자 중 1개 이상을 포함하는 5원환 또는 6원환을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기, N을 1개 이상 포함하는 6원환을 포함하는 단환 또는 다환의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기, 및 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 포스핀 옥사이드기; O, S 및 P 원자 중 1개 이상을 포함하는 5원환 또는 6원환을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기; 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기; 또는 N을 1개 이상 포함하는 6원환을 포함하는 단환 또는 다환의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 복수개의 R4 중 서로 인접하는 기는 지방족고리, 방향족고리, 지방족헤테로고리 또는 방향족헤테로의 고리를 형성하거나 스피로 결합을 이룰 수 있으며,
    r≥ 2 인 경우, R5는 서로 같거나 상이하며,
    R5는 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 포스핀 옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 N, O, S 및 P 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나 복수개의 R5 중 인접하는 기는 서로 결합하여, 지방족고리, 방향족고리, 지방족헤테로고리 또는 방향족헤테로 고리를 형성하거나 스피로 결합을 이룰 수 있다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 로 표시되는 플루오란텐 화합물:
    [화학식 2]
    Figure pat00077

    상기 화학식 2에 있어서,
    o, r 및 R3 내지 R5는 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,
    n 및 m은 각각 0 내지 5의 정수이며,
    n≥ 2 인 경우, R6는 서로 같거나 상이하며,
    m≥ 2 인 경우, R7는 서로 같거나 상이하며,
    R6 및 R7는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 포스핀 옥사이드기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 N, O, S 및 P 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접하는 기는 서로 결합하여 지방족고리, 방향족고리, 지방족헤테로고리 또는 방향족헤테로 고리를 형성하거나 스피로 결합을 이룰 수 있다.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 R4는 하기 치환기 중 적어도 하나로 치환된 페닐기; 또는 하기 치환기 중 적어도 하나이거나, 하기 치환기 중 적어도 하나로 치환된 복수의 인접하는 R4끼리 탄화수소고리를 형성하는 것인 플루오란텐 화합물:
    Figure pat00078

    상기 치환기는 추가로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; N, O, S 또는 P 원자 중 1개 이상을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로 고리기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환 또는 비치환된다.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 치환기는 추가로 수소; 메틸기; 에틸기; 페닐기; 나프틸기; 비페닐기; 또는 피리딘기로 치환되는 것인 플루오란텐 화합물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기의 화합물 1 내지 38 중 어느 하나로 표시되는 것인 플루오란텐 화합물:
    Figure pat00079

    Figure pat00080

    Figure pat00081

    Figure pat00082

    Figure pat00083

    Figure pat00084

    Figure pat00085

    Figure pat00086

    Figure pat00087

    Figure pat00088

    .
  6. 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전자 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 따른 플루오란텐 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기 전자 소자는 유기 발광 소자, 유기 태양 전지 및 유기 트랜지스터로 이루어진 군에서 선택되는 것인 유기 전자 소자.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기 전자 소자는 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 발광층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서,
    상기 유기물층 중 1 층 이상은 상기 플루오란텐 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 유기물층은 전자수송층, 전자주입층 또는 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층을 포함하고,
    상기 전자수송층, 전자주입층 또는 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층은 상기 플루오란텐 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 발광층은 상기 플루오란텐 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 유기물층은 정공수송층 또는 정공주입층을 포함하고,
    상기 정공 수송층 또는 정공 주입층은 상기 플루오란텐 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층. 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  13. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기 전자 소자는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 광활성층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 태양 전지로서,
    상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 플루오란텐 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 유기물층은 광활성층을 포함하고, 상기 광활성층은 상기 플루오란텐 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  15. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기 전자 소자는 소스, 드레인, 게이트 및 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 트랜지스터로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 플루오란텐 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
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