KR20150037703A - 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 헤테로환 화합물 및 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.

Description

헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자{HETEROCYCLIC COMPOUND AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 출원은 2013년 9월 30일에 한국 특허청에 제출된 한국 특허출원 제 10-2013-0116747 호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용은 전부 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 현상은 특정 유기 분자의 내부 프로세스에 의하여 전류가 가시광으로 전환되는 예의 하나이다. 유기 발광 현상의 원리는 다음과 같다.
양극과 음극 사이에 유기물층을 위치시켰을 때 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 음극과 양극으로부터 각각 전자와 정공이 유기물층으로 주입된다. 유기물층으로 주입된 전자와 정공은 재결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 이 엑시톤이 다시 바닥 상태로 떨어지면서 빛이 나게 된다. 이러한 원리를 이용하는 유기 발광 소자는 일반적으로 음극과 양극 및 그 사이에 위치한 유기물층, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층을 포함하는 유기물층으로 구성될 수 있다.
유기 발광 소자에서 사용되는 물질로는 순수 유기 물질 또는 유기 물질과 금속이 착물을 이루는 착화합물이 대부분을 차지하고 있으며, 용도에 따라 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질 등으로 구분될 수 있다. 여기서, 정공주입 물질이나 정공수송 물질로는 p-타입의 성질을 가지는 유기물질, 즉 쉽게 산화가 되고 산화시에 전기화학적으로 안정한 상태를 가지는 유기물이 주로 사용되고 있다. 한편, 전자주입 물질이나 전자수송 물질로는 n-타입 성질을 가지는 유기 물질, 즉 쉽게 환원이 되고 환원시에 전기화학적으로 안정한 상태를 가지는 유기물이 주로 사용되고 있다. 발광층 물질로는 p-타입 성질과 n-타입 성질을 동시에 가진 물질, 즉 산화와 환원 상태에서 모두 안정한 형태를 갖는 물질이 바람직하며, 엑시톤이 형성되었을 때 이를 빛으로 전환하는 발광 효율이 높은 물질이 바람직하다.
따라서, 당 기술분야에서는 새로운 유기물의 개발이 요구되고 있다.
한국 공개특허공보 2008-0049942
본 명세서는 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서는 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
화학식 1에 있어서,
R1 내지 R10은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아마이드기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 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 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 알랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥시아드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 발광층을 포함한 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상이 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 실시상태들에 따른 헤테로환 화합물은 적절한 에너지 준위를 가지고, 전기 화학적 안정성 및 열적 안정성이 우수하다. 따라서, 상기 화합물을 포함하는 유기 발광 소자는 높은 효율 및/또는 높은 구동 안정성을 제공한다.
도 1 내지 5는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 구조를 예시한 단면도이다.
이하 본 명세서를 상세히 설명한다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물은 트리아진기를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물과 같이, N 원자와 트리아진기가 연결된 구조를 포함하는 경우에, 우레아(urea) 고리와 효과적인 컨쥬게이션(conjugation)을 할 수 있다.
일반적으로, 상기 트리아진기가 연결된 N 원자가 치환되지 않거나(N*-H 결합), N 원자에 페닐기가 결합된 구조(N*-페닐 결합)를 포함하는 경우에는 결합력이 약하여, 고온 증착 시에 N 원자의 연결기가 쉽게 끊어지는 문제점이 발생한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따라, 상기 N 원자와 트리아진이 결합하는 경우에는 N 원자와 트리아진기 사이의 결합력이 강하여, 화합물의 열적 및 화학적으로 안정하다. 따라서, 고온 증착 시에 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물을 사용할 수 있으며, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물도 안정성이 우수하다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 고리형 우레아(urea) 구조룰 포함하고 있어, 밴드갭이 상대적으로 작다. 따라서, 고리형 우레아에 트리아진기를 도입함으로써, 밴드갭이 감소하는 쪽으로 미세하게 조정(fine tuning)이 가능하여, 소자 내에서 전하의 수송 및/또는 주입 능력을 증가시킬 수 있다.
이하, 치환기를 상세히 설명한다.
본 명세서에 있어서,
Figure pat00002
는 다른 치환기에 연결되는 부위를 의미한다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 비페닐기일 수 있다. 즉, 비페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다. 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 비페닐기일 수 있다. 즉, 비페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
본 명세서에서 카보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00003
본 명세서에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00004
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00005
본 명세서에 있어서, 아마이드기는 아마이드기의 질소가 수소, 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 1 또는 2 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00006
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있으며, 탄소수 1 내지 25의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 25의 알콕시기가 치환되는 경우를 포함한다. 또한, 본 명세서 내에서의 아릴기는 방향족고리를 의미할 수 있다.
상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 24인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
및
Figure pat00010
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로 고리기는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 헤테로 고리기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로 고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴아민기가 있다. 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 아릴기가 2 이상을 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다.
아릴 아민기의 구체적인 예로는 페닐아민, 나프틸아민, 비페닐아민, 안트라세닐아민, 3-메틸-페닐아민, 4-메틸-나프틸아민, 2-메틸-비페닐아민, 9-메틸-안트라세닐아민, 디페닐 아민기, 페닐 나프틸 아민기, 디톨릴 아민기, 페닐 톨릴 아민기, 카바졸 및 트리페닐 아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민기 중의 헤테로 아릴기는 전술한 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기 및 아랄킬아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 구체적으로 아릴옥시기로는 페녹시, p-토릴옥시, m-토릴옥시, 3,5-디메틸-페녹시, 2,4,6-트리메틸페녹시, p-tert-부틸페녹시, 3-비페닐옥시, 4-비페닐옥시, 1-나프틸옥시, 2-나프틸옥시, 4-메틸-1-나프틸옥시, 5-메틸-2-나프틸옥시, 1-안트릴옥시, 2-안트릴옥시, 9-안트릴옥시, 1-페난트릴옥시, 3-페난트릴옥시, 9-페난트릴옥시 등이 있고, 아릴티옥시기로는 페닐티옥시기, 2－메틸페닐티옥시기, 4－tert－부틸페닐티옥시기 등이 있으며, 아릴술폭시기로는 벤젠술폭시기, p－톨루엔술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 알킬티옥시기, 알킬술폭시기 중의 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 구체적으로 알킬티옥시기로는 메틸티옥시기, 에틸티옥시기, tert－부틸티옥시기, 헥실티옥시기, 옥틸티옥시기 등이 있고, 알킬술폭시기로는 메실, 에틸술폭시기, 프로필술폭시기, 부틸술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
다른 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 N을 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 스피로플루오렌 인돌로아크리딘기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 비치환된 스피로플루오렌 인돌로아크리딘기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 헤테로고리기 또는 아릴기로 치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 아릴기로 치환된 아릴기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 아릴기로 치환된 안트라센기이다.
다른 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 페닐기로 치환된 안트라센기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 페닐기로 치환된 안트라센기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 헤테로고리기로 치환된 아릴기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 N을 포함하는 헤테로고리기로 치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 카바졸기로 치환된 아릴기이다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4 중 적어도 하나는 카바졸기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 하기 구조 중 어느 하나이다.
Figure pat00011
상기 구조는 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아마이드기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 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 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 알랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥시아드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R1은 수소이다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, R2는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3는 수소; 또는 상기 구조 중 어느 하나이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R4는 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 구조는 비치환된 구조이다.
또 하나의 실시상태에 있어서 상기 구조는 치환 또는 비치환된 아릴기로 치환된 구조이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 구조는 아릴기로 치환된 구조이다.
다른 실시상태에 있어서, 상기 구조는 페닐기로 치환된 구조이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 구조는 하기 구조 중 어느 하나일 수 있다.
Figure pat00012
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 및 R6는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R5 및 R6는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R5는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 R5는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 R5는 아릴기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5는 페닐기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5는 치환 또는 비치환된 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5는 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5는 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R5는 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, R6는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
하나의 실시상태에 있어서, 상기 R6는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 R6는 아릴기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R6는 페닐기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R6는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R6는 치환 또는 비치환된 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R6는 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R6는 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 R6는 나프틸기이다.
본 명세서에서 상기 비페닐기는
Figure pat00013
또는
Figure pat00014
일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-50 중 어느 하나로 표시된다.
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 후술하는 제조예를 기초로 제조될 수 있다.
Figure pat00027
Figure pat00028
R1 내지 R4로 치환된 화학식 A와 R7 내지 R10으로 치환된 화학식 B를 상기의 스킴(scheme)과 같은 폐환 방법으로 고리형 우레아 화합물을 제조한다. 그 후, R5 및 R6으로 치환되고, 할로겔기로 치환된 트리아진기를 도입하여, 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 제조할 수 있다.
또한, 본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 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 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 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.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 상기 유기물층은 정공수송층, 정공주입층 또는 정공주입과 정공수송을 동시에 하는 층을 포함하고,
상기 정공수송층, 정공주입층 또는 정공주입과 정공수송을 동시에 하는 층은 상기 헤테로환 화합물을 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 상기 헤테로환 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 헤테로환 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층, 전자주입층 또는 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층은 상기 헤테로환 화합물만 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 유기물층 이외에 아릴아미노기, 카바졸기 또는 벤조카바졸기를 포함하는 화합물을 포함하는 정공주입층 또는 정공수송층을 더 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 유기물층은 상기 헤테로환 화합물을 호스트로서 포함하고, 다른 유기화합물, 금속 또는 금속화합물을 도펀트로 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공저지층을 포함하고, 상기 정공저지층은 상기 헤테로환 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층. 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조(normal type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 음극, 1층 이상의 유기물층 및 양극이 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 유기 발광 소자의 구조는 도 1 내지 5에 예시되어 있다.
도 1에는 기판(1) 위에 양극(2), 정공 주입층(3), 정공 수송층(4), 발광층(5), 전자 수송층(6) 및 음극(7)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 정공 주입층(3), 정공 수송층(4), 발광층(5) 또는 전자 수송층(6)에 포함될 수 있다.
도 2에는 기판(1) 위에 양극(2), 정공 주입층(3), 정공 수송층(4), 발광층(5) 및 음극(7)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 정공 주입층(3), 정공 수송층(4) 또는 전자 수송층(6)에 포함될 수 있다.
도 3에는 기판(1) 위에 양극(2), 정공 수송층(4), 발광층(5), 전자 수송층(6) 및 음극(7)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 정공 수송층(4), 발광층(5) 또는 전자 수송층(6)에 포함될 수 있다.
도 4에는 기판(1) 위에 양극(2), 발광층(5), 전자 수송층(6) 및 음극(7)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 발광층(5) 또는 전자 수송층(6)에 포함될 수 있다.
도 5에는 기판(1) 위에 양극(2), 발광층(5) 및 음극(7)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 발광층(5)에 포함될 수 있다.
상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자는 유기물층 중 1층 이상이 상기 헤테로환 화합물, 즉 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 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 발광 소자를 만들 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 화합물은 유기 발광 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.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질로부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수도 있다 (국제 특허 출원 공개 제 2003/012890호). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 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 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 정공 주입 물질로는 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 물질의 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, 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 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 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, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 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 재료로서의 유기 화합물로는 방향족 아민 유도체, 스트릴아민 화합물, 붕소 착체, 플루오란텐 화합물 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 또는 금속 화합물로는 일반적인 금속 또는 금속 화합물을 사용할 수 있으며, 구체적으로 금속 착체를 사용할 수 있다. 상기 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전자 수송 물질로는 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.
본 명세서에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로환 화합물은 유기 발광 소자 외에도 유기 태양 전지 또는 유기 트랜지스터에 포함될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자의 제조는 이하 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 본 명세서의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예
<제조예 1> 하기 화학식-1의 제조
1) 하기 화학식 1-C의 화합물 합성
[화학식 1-A] [화학식 1-B] [화학식 1-C]
Figure pat00029
상기 화학식 1-A (10.0g, 32.0mmol)과 1-B(14.6g, 32.0mmol)을 테트라하이드로퓨란(100ml)에 완전히 녹인 후 Na2S2O3를 물에 녹여 첨가한 후 2시간동안 가열 교반하였다. 상온으로 온도를 낮추고 탄산칼륨 용액을 가하여 반응을 종결한 후 유기층을 분리하였다. 분리한 유기층을 황산마그네슘으로 처리하고 90% 가량 농축 한 후 노말헥산을 가하여 고체형태로 상기 화학식 1-C(15.3g, 수율 85%)의 화합물을 합성하였다.
2) 하기 화학식 1-D의 화합물 합성
[화학식 1-C] [화학식 1-D]
Figure pat00030
상기 화학식 1-C (10.0g, 32.0mmol)와 10% Pd/C(14.6g)의 현탁액을 수소분위기를 유지하며 상온에서 8시간 교반하였다. 이 반응 혼합물을 셀라이트 패드(celite pad)를 통하여 여과한 후 여액을 90% 가량 농축 한 후 노말헥산을 가하여 고체형태로 상기 화학식 1-D(15.3g, 수율 85%)의 화합물을 합성하였다.
3) 하기 화학식 1-E의 화합물 합성
[화학식 1-D] [화학식 1-E]
Figure pat00031
상기 화학식 1-D (10.0g, 32.0mmol)와 클로로아세트산에틸 (10.0g, 32.0mmol)을 8시간 동안 환류 교반하였다. 이 반응 혼합물을 농축 후 추가 정제 없이 다음 반응에 사용하였다. 상기 농축한 혼합물과 소디움메톡사이드를 메탄올에 녹인 후 4시간 동안 환류 교반하였다. 상온으로 온도를 낮춘 후 여과하여 모아진 고체를 물과 에탄올을 사용하여 세척해 주고 고체형태로 상기 화학식 1-E(15.3g, 수율 85%)의 화합물을 합성하였다.
4) 하기 화학식 1-1의 화합물 합성
[화학식 1-E] [화학식 1-F] [화학식 1-1]
Figure pat00032
디메틸포름아마이드(75mL)에 들어 있는 1-E (8.50 g, 26 mmol), 1-F (1.1 eq, 7.40 g, 28 mmol), 무수 탄산칼륨(1.0eq, 3.52 g, 26 mmol), 아세트산구리(1.0eq, 4.64 g, 26 mmol)와 구리분말(1.1eq, 1.79 g, 28mmol)의 혼합물을 150 ℃에서 4시간 교반하였다. 냉각 후 셀라이트 패드(celite pad)를 이용하여 여과하고 여액을 암모니아수와 아세트산에틸의 혼합용매에 붓고 1시간 동안 교반하였다. 이때 여과하여 모아진 고체를 물과 에탄올을 사용하여 세척해 주고 고체형태로 상기 화학식 1-1(15.3g, 수율 85%)의 화합물을 합성하였다.
MS[M+H]+= 467
<제조예 2> 하기 화학식 1-2의 제조
[화학식 1-E] [화학식 1-G] [화학식 1-2]
Figure pat00033
상기 화학식 1-F 대신에 1-G를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-1을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-2의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 543
<제조예 3> 하기 화학식 1-3의 제조
[화학식 1-E] [화학식 1-H] [화학식 1-3]
Figure pat00034
상기 화학식 1-F 대신에 1-H를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-1을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-3의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 517
<제조예 4> 하기 화학식 1-4의 제조
[화학식 1-E] [화학식 1-I] [화학식 1-4]
Figure pat00035
상기 화학식 1-F 대신에 1-I를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-1을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-4의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 543
<제조예 5> 하기 화학식 1-5의 제조
[화학식 1-E] [화학식 1-J] [화학식 1-5]
Figure pat00036
상기 화학식 1-F 대신에 1-J를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-1을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-5의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 619
<제조예 6> 하기 화학식 1-11의 제조
1) 하기 화학식 1-L의 화합물 합성
[화학식 1-A] [화학식 1-K] [화학식 1-L]
Figure pat00037
상기 화학식 1-B 대신에 1-K를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-C를 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-L의 화합물을 제조하였다.
2) 하기 화학식 1-M의 화합물 합성
[화학식 1-L] [화학식 1-M]
Figure pat00038
상기 화학식 1-C 대신에 1-L을 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-D를 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-M의 화합물을 제조하였다.
3) 하기 화학식 1-N의 화합물 합성
[화학식 1-M] [화학식 1-N]
Figure pat00039
상기 화학식 1-D 대신에 1-M을 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-E를 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-N의 화합물을 제조하였다.
4) 하기 화학식 1-O의 화합물 합성
[화학식 1-N] [화학식 1-F] [화학식 1-O]
Figure pat00040
상기 화학식 1-E 대신에 1-N을 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-1을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-0를 제조하였다.
5) 하기 화학식 1-11의 화합물 합성
[화학식 1-O] [화학식 1-P] [화학식 1-11]
Figure pat00041
질소 분위기에서 상기 화학식 1-O, 화학식 1-P를 디옥산에 녹이고 인산칼륨을 물에 녹여 첨가하고 교반하면서 가열하였다. 환류되는 상태에서 비스(디벤질리딘아세톤)팔라듐과 트리사이클로헥실포스핀을 넣고 12시간 동안 환류 교반하였다. 반응 종료 후 상온으로 온도를 낮춘 후 여과하였다. 얻은 고체를 물과 에탄올로 세척하여 상기 화학식 1-11(53g, 수율: 81%)의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 870
<제조예 7> 하기 화학식 1-12의 제조
1) 하기 화학식 1-Q의 화합물 합성
[화학식 1-N] [화학식 1-G] [화학식 1-Q]
Figure pat00042
상기 화학식 1-F 대신에 1-G을 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-O를 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-Q의 화합물을 제조하였다.
2) 하기 화학식 1-12의 화합물 합성
[화학식 1-Q] [화학식 1-P] [화학식 1-12]
Figure pat00043
상기 화학식 1-O 대신에 1-Q를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-11을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-12의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 948
<제조예 8> 하기 화학식 1-13의 제조
1) 하기 화학식 1-R의 화합물 합성
[화학식 1-N] [화학식 1-H] [화학식 1-R]
Figure pat00044
상기 화학식 1-F 대신에 1-H를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-O를 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-R의 화합물을 제조하였다.
2) 하기 화학식 1-13의 화합물 합성
[화학식 1-R] [화학식 1-P] [화학식 1-13]
Figure pat00045
상기 화학식 1-O 대신에 1-R을 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-11을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-13의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 921
<제조예 9> 하기 화학식 1-21의 제조
[화학식 1-O] [화학식 1-S] [화학식 1-21]
Figure pat00046
상기 화학식 1-P 대신에 1-S를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-11을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-21의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 795
<제조예 10> 하기 화학식 1-22의 제조
[화학식 1-Q] [화학식 1-S] [화학식 1-22]
Figure pat00047
상기 화학식 1-O 대신에 1-Q 그리고 1-P 대신에 1-S를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-11을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-22의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 872
<제조예 11> 하기 화학식 1-23의 제조
[화학식 1-R] [화학식 1-S] [화학식 1-23]
Figure pat00048
상기 화학식 1-O 대신에 1-R 그리고 1-P 대신에 1-S를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-11을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-23의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 820
<제조예 12> 하기 화학식 1-31의 제조
[화학식 1-O] [화학식 1-T] [화학식 1-31]
Figure pat00049
상기 화학식 1-P 대신에 1-T를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-11을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-31의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 709
<제조예 13> 하기 화학식 1-32의 제조
[화학식 1-Q] [화학식 1-T] [화학식 1-32]
Figure pat00050
상기 화학식 1-O 대신에 1-Q 그리고 1-P 대신에 1-T를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-11을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-32의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 784
<제조예 14> 하기 화학식 1-33의 제조
[화학식 1-R] [화학식 1-T] [화학식 1-33]
Figure pat00051
상기 화학식 1-O 대신에 1-R 그리고 1-P 대신에 1-T를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-11을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-33의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 758
<제조예 15> 하기 화학식 1-41의 제조
[화학식 1-O] [화학식 1-U] [화학식 1-41]
Figure pat00052
상기 화학식 1-P 대신에 1-U를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-11을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-41의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 708
<제조예 16> 하기 화학식 1-42의 제조
[화학식 1-Q] [화학식 1-U] [화학식 1-42]
Figure pat00053
상기 화학식 1-O 대신에 1-Q 그리고 1-P 대신에 1-U를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-11을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-42의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 784
<제조예 17> 하기 화학식 1-43의 제조
[화학식 1-R] [화학식 1-U] [화학식 1-43]
Figure pat00054
상기 화학식 1-O 대신에 1-R 그리고 1-P 대신에 1-U를 사용한 것을 제외하고 상기 화학식 1-11을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-43의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 758
<OLED 소자 제작 평가>
비교예1)
ITO(indium tin oxide)가 1500 Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이때, 세제로는 피셔(Fischer Co.)사의 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀리포어(Millipore Co.)사 제품의 필터(Filter)로 2 차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30 분간 세척한 후 증류수로 2 회 반복하여 초음파 세척을 10 분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5 분간 하기 화학식의 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌(hexanitrile hexaazatriphenylene; HAT)를 100Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공 주입층을 형성하였다.
상기 정공 주입층 위에 하기 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.
[헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌] [NPB]
Figure pat00055
Figure pat00056
이어서, 상기 정공수송층 위에 막 두께 200Å으로 아래와 같은 H1와 D1를 25:1의 중량비로 진공증착하여 발광층을 형성하였다. 상기 발광층 위에 E1를 100Å의 두께로 전자 수송층을 형성하였다.
[H1] [D1]
Figure pat00057
Figure pat00058
[E1] [E2]
Figure pat00059
Figure pat00060
상기 전자 수송층 위에 E1과 상기 E2를 1:1의 중량비로 진공 증착하여 200Å의 두께로 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.
실시예 1)
상기 비교예 1)에서 전자주입 및 전자수송층 E1 대신에 화학식 1-2의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실험하였다.
실시예 2)
상기 비교예 1)에서 전자주입 및 전자수송층 E1 대신에 화학식 1-6의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실험하였다.
실시예 3)
상기 비교예 1)에서 전자주입 및 전자수송층 E1 대신에 화학식 1-12의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실험하였다.
실시예 4)
상기 비교예 1)에서 전자주입 및 전자수송층 E1 대신에 화학식 1-16의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실험하였다.
실시예 5)
상기 비교예 1)에서 전자주입 및 전자수송층 E1 대신에 화학식 1-22 의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실험하였다.
실시예 6)
상기 비교예 1)에서 전자주입 및 전자수송층 E1 대신에 화학식 1-25 의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실험하였다.
실시예 7)
상기 비교예 1)에서 전자주입 및 전자수송층 E1 대신에 화학식 1-32 것을 제외하고는 동일하게 실험하였다.
실시예 8)
상기 비교예 1)에서 전자주입 및 전자수송층 E1 대신에 화학식 1-35의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실험하였다.
상기 비교예 1) 및 실시예 1 내지 8의 각각의 화합물을 사용하여 제조한 유기 발광 소자를 실험한 결과를 표 1에 나타내었다.
실험예
10 mA/㎠ 		층/물질 전압(V) 전류효율(cd/A)
비교예 1 Ref. 4.2 4.5
실시예 1 ETL/1-2 4.1 4.6
실시예 2 ETL/1-6 4.1 4.7
실시예 3 ETL/1-12 4.3 4.6
실시예 4 ETL/1-16 4.2 4.8
실시예 5 ETL/1-22 4.2 4.7
실시예 6 ETL/1-25 4.2 4.6
실시예 7 ETL/1-32 4.0 4.6
실시예 8 ETL/1-35 4.0 4.8
위의 소자 평가 결과로부터, 본 명세서에 따른 헤테로환 화합물은 화합물은 유기 발광 소자를 비롯한 유기 전자 소자의 유기물층의 재료로서 사용될 수 있고, 이를 이용한 유기 발광 소자를 비롯한 유기 전자 소자는 효율, 구동전압 등에서 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다.
1: 기판
2: 양극
3: 정공주입층
4: 정공수송층
5: 발광층
6: 전자수송층
7: 음극

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00061

    화학식 1에 있어서,
    R1 내지 R10은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아마이드기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 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 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 알랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥시아드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    R5 및 R6는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기인 것인 헤테로환 화합물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    R1 내지 R4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 치환 또는 비치환된 헤테로고리기인 것인 헤테로환 화합물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    R1 내지 R4는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 또는 하기 구조 중 어느 하나인 것인 헤테로환 화합물:
    Figure pat00062

    상기 구조는 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아마이드기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 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 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 알랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴포스핀기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥시아드기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
  5. 청구항 1에 있어서,
    화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-50 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    Figure pat00063

    Figure pat00064

    Figure pat00065

    Figure pat00066

    Figure pat00067

    Figure pat00068

    Figure pat00069

    Figure pat00070

    Figure pat00071

    Figure pat00072

    Figure pat00073

    Figure pat00074
    .
  6. 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 발광층을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서,
    상기 유기물층 중 1층 이상이 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기물층은 전자수송층, 전자주입층 또는 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층을 포함하고,
    상기 전자수송층, 전자주입층 또는 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층은 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 발광층은 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기물층은 정공저지층을 포함하고,
    상기 정공저지층은 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기물층은 정공수송층, 정공주입층 또는 정공주입과 정공수송을 동시에 하는 층을 포함하고,
    상기 정공수송층, 정공주입층 또는 정공주입과 정공수송을 동시에 하는 층은 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층. 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
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