KR20160005944A - 유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 - Google Patents

유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 Download PDF

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Abstract

화학식 1로 표시되는 화합물이 개시된다. 또한, 제 1전극, 제 2전극 및 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이의 유기물층을 포함하는 유기전기소자가 개시되며, 상기 유기물층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 유기물층에 화학식 1로 표시되는 화합물이 포함되면, 구동전압이 감소되고, 발광효율, 안정성 및 수명이 향상될 수 있다.

Description

유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치{COMPOUND FOR ORGANIC ELECTRONIC ELEMENT, ORGANIC ELECTRONIC ELEMENT USING THE SAME, AND AN ELECTRONIC DEVICE THEREOF}
본 발명은 유기전기소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛 에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기전기소자는 통상 양극과 음극 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물 층은 유기전기소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다.
유기전기소자에서 유기물층으로 사용되는 재료는 기능에 따라, 발광 재료와 전하수송 재료, 예컨대 정공주입 재료, 정공수송 재료, 전자수송 재료, 전자주입 재료 등으로 분류될 수 있다. 그리고, 상기 발광 재료는 분자량에 따라 고분자형과 저분자형으로 분류될 수 있고, 발광 메커니즘에 따라 전자의 일중항 여기상태로부터 유래되는 형광 재료와 전자의 삼중항 여기상태로부터 유래되는 인광 재료로 분류될 수 있다. 또한, 발광 재료는 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 재료와 보다 나은 천연색을 구현하기 위해 필요한 노란색 및 주황색 발광 재료로 구분될 수 있다.
한편, 발광 재료로서 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 재료로서 호스트/도판트계를 사용할 수 있다. 그 원리는 발광층을 형성하는 호스트보다 에너지 대역 간극이 작은 도판트를 발광층에 소량 혼합하면, 발광층에서 발생한 엑시톤이 도판트로 수송되어 효율이 높은 빛을 내는 것이다. 이때 호스트의 파장이 도판트의 파장대로 이동하므로, 이용하는 도판트의 종류에 따라 원하는 파장의 빛을 얻을 수 있다.
현재 휴대용 디스플레이 시장은 대면적 디스플레이로 그 크기가 증가하고 있는 추세이며, 이로 인해 기존 휴대용 디스플레이에서 요구되던 소비적력보다 더 큰 소비전력이 요구되고 있다. 따라서, 배터리라는 제한적인 전력 공급원을 가지고 있는 휴대용 디스플레이 입장에서는 소비전력이 매우 중요한 요소가 되었고, 효율과 수명 문제 또한 반드시 해결해야 하는 상황이다.
효율과 수명, 구동전압 등은 서로 연관이 있으며, 효율이 증가되면 상대적으로 구동전압이 떨어지고, 구동전압이 떨어지면서 구동 시 발생하는 주울열(Joule heating)에 의한 유기물질의 결정화가 적어져 결과적으로 수명이 높아지는 경향을 나타낸다. 하지만 상기 유기물층을 단순히 개선한다고 하여 효율을 극대화시킬 수는 없다. 왜냐하면, 각 유기물층 간의 에너지 준위(energy level) 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있기 때문이다.
따라서 높은 열적 안정성을 가지며 발광층 내에서 효율적으로 전하 균형(charge balance)을 이룰 수 있는 발광 재료의 개발이 필요한 실정이다. 즉, 유기전기소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자 내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되는 것이 선행되어야 하나, 아직까지 안정하고 효율적인 유기전기소자용 유기물층 재료의 개발이 충분히 이루어지지 않은 상태이며, 그 중에서도 특히 발광층의 호스트 물질에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 소자의 구동전압을 낮추고, 소자의 발광효율, 색순도 및 수명을 향상시킬 수 있는 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 측면에서, 본 발명은 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 제공한다.
Figure pat00001
다른 측면에서, 본 발명은 상기 화학식으로 표시되는 화합물을 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 화합물을 이용함으로써 소자의 구동전압을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 소자의 발광효율, 색순도 및 수명을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기전기발광소자의 예시도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 구성 요소가 다른 구성 요소 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 경우, 이는 다른 구성 요소 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 있는 경우도 포함할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반대로, 어떤 구성 요소가 다른 부분 "바로 위에" 있다고 하는 경우에는 중간에 또 다른 부분이 없는 것을 뜻한다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서 및 첨부된 청구의 범위에서 사용된 바와 같이, 달리 언급하지 않는 한, 하기 용어의 의미는 하기와 같다.
본 명세서에서 사용된 용어 "할로" 또는 "할로겐"은 다른 설명이 없는 한 불소(F), 브롬(Br), 염소(Cl) 또는 요오드(I)이다.
본 발명에 사용된 용어 "알킬" 또는 "알킬기"는 다른 설명이 없는 한 1 내지 60의 탄소수의 단일결합을 가지며, 직쇄 알킬기, 분지쇄 알킬기, 사이클로알킬(지환족)기, 알킬-치환된 사이클로알킬기, 사이클로알킬-치환된 알킬기를 비롯한 포화 지방족 작용기의 라디칼을 의미한다.
본 발명에 사용된 용어 "할로알킬기" 또는 "할로겐알킬기"는 다른 설명이 없는 한 할로겐으로 치환된 알킬기를 의미한다.
본 발명에 사용된 용어 "알켄일기" 또는 "알킨일기"는 다른 설명이 없는 한 각각 2 내지 60의 탄소수의 이중결합 또는 삼중결합을 가지며, 직쇄형 또는 측쇄형 사슬기를 포함하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "시클로알킬"은 다른 설명이 없는 한 3 내지 60의 탄소수를 갖는 고리를 형성하는 알킬을 의미하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "알콕실기", "알콕시기", 또는 "알킬옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 알킬기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 1 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "아릴옥실기" 또는 "아릴옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 아릴기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 6 내지 60의 탄소수를 가지며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 사용된 용어 "플루오렌일기" 또는 "플루오렌일렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 하기 구조에서 R, R' 및 R"이 모두 수소인 1가 또는 2가 작용기를 의미하며, "치환된 플루오렌일기" 또는 "치환된 플루오렌일렌기"는 치환기 R, R', R" 중 적어도 하나가 수소 이외의 치환기인 것을 의미하며, R과 R'이 서로 결합되어 이들이 결합된 탄소와 함께 스파이로 화합물을 형성한 경우를 포함하다.
Figure pat00002
본 발명에 사용된 용어 "아릴기" 및 "아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 6 내지 60의 탄소수를 가지며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 아릴기 또는 아릴렌기는 단일고리형, 고리집합체, 접합된 여러 고리계, 스파이로 화합물 등을 포함한다.
본 발명에 사용된 용어 "헤테로고리기"는 "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴렌기"와 같은 방향족 고리뿐만 아니라 비방향족 고리도 포함하며, 다른 설명이 없는 한 각각 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 고리를 의미하나 여기에 제한되는 것은 아니다. 본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로원자"는 다른 설명이 없는 한 N, O, S, P 또는 Si를 나타내며, 헤테로고리기는 헤테로원자를 포함하는 단일고리형, 고리집합체, 접합된 여러 고리계, 스파이로 화합물 등을 의마한다.
또한 "헤테로고리기"는, 고리를 형성하는 탄소 대신 SO2를 포함하는 고리도 포함할 수 있다. 예컨대, "헤테로고리기"는 다음 화합물을 포함한다.
Figure pat00003
본 발명에서 사용된 용어 "고리"는 단일환 및 다환을 포함하며, 탄화수소고리는 물론 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리를 포함하고, 방향족 및 비방향족 고리를 포함한다.
본 발명에서 사용된 용어 "다환"은 바이페닐, 터페닐 등과 같은 고리 집합체(ring assemblies), 접합된(fused) 여러 고리계 및 스파이로 화합물을 포함하며, 방향족뿐만 아니라 비방향족도 포함하고, 탄화수소고리는 물론 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리를 포함한다.
본 발명에서 사용된 용어 "고리 집합체(ring assemblies)"는 둘 또는 그 이상의 고리계(단일고리 또는 접합된 고리계)가 단일결합이나 또는 이중결합을 통해서 서로 직접 연결되어 있고 이와 같은 고리 사이의 직접 연결의 수가 이 화합물에 들어 있는 고리계의 총 수보다 1개가 적은 것을 의미한다. 고리 집합체는 동일 또는 상이한 고리계가 단일결합이나 이중결합을 통해 서로 직접 연결될 수 있다.
본 발명에서 사용된 용어 "접합된 여러 고리계"는 적어도 두개의 원자의 공유하는 접합된(fused) 고리 형태를 의미하며, 둘 이상의 탄화수소류의 고리계가 접합된 형태 및 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리계가 적어도 하나 접합된 형태 등을 포함한다. 이러한 접합된 여러 고리계는 방향족고리, 헤테로방향족고리, 지방족 고리 또는 이들 고리의 조합일 수 있다.
본 발명에서 사용된 용어 "스파이로 화합물"은 '스파이로 연결(spiro union)'을 가지며, 스파이로 연결은 2개의 고리가 오로지 1개의 원자를 공유함으로써 이루어지는 연결을 의미한다. 이때, 두 고리에 공유된 원자를 '스파이로 원자'라 하며, 한 화합물에 들어 있는 스파이로 원자의 수에 따라 이들을 각각 '모노스파이로-', '다이스파이로-', '트리스파이로-' 화합물이라 한다.
또한 접두사가 연속으로 명명되는 경우 먼저 기재된 순서대로 치환기가 나열되는 것을 의미한다. 예를 들어, 아릴알콕시기의 경우 아릴기로 치환된 알콕시기를 의미하며, 알콕시카르보닐기의 경우 알콕시기로 치환된 카르보닐기를 의미하며, 또한 아릴카르보닐알켄일기의 경우 아릴카르보닐기로 치환된 알켄일기를 의미하며 여기서 아릴카르보닐기는 아릴기로 치환된 카르보닐기이다.
또한 명시적인 설명이 없는 한, 본 발명에서 사용된 용어 "치환 또는 비치환된"에서 "치환"은 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1-C20의 알킬기, C1-C20의 알콕시기, C1-C20의 알킬아민기, C1-C20의 알킬티오펜기, C6-C20의 아릴티오펜기, C2-C20의 알켄일기, C2-C20의 알킨일기, C3-C20의 시클로알킬기, C6-C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6-C20의 아릴기, C8-C20의 아릴알켄일기, 실란기, 붕소기, 게르마늄기, 및 C2-C20의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환됨을 의미하며, 이들 치환기에 제한되는 것은 아니다.
또한 명시적인 설명이 없는 한,　본 발명에서 사용되는 화학식은 하기 화학식의 지수 정의에　의한 치환기 정의와 동일하게 적용된다.
Figure pat00004
여기서, a가 0의 정수인 경우 치환기 R1은 부존재하며, a가 1의 정수인 경우 하나의 치환기 R1은 벤젠 고리를 형성하는 탄소 중 어느 하나의 탄소에 결합하며, a가 2 또는 3의 정수인 경우 각각 다음과 같이 결합하며 이때 R1은 서로 동일하거나 다를 수 있으며, a가 4 내지 6의 정수인 경우 이와 유사한 방식으로 벤젠 고리의 탄소에 결합하며, 한편 벤젠 고리를 형성하는 탄소에 결합된 수소의 표시는 생략한다.
Figure pat00005
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자에 대한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자(100)는 기판(110) 상에 형성된 제 1전극(120), 제 2전극(180) 및 제 1전극(110)과 제 2전극(180) 사이에 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 유기물층을 구비한다. 이때, 제 1전극(120)은 애노드(양극)이고, 제 2전극(180)은 캐소드(음극)일 수 있으며, 인버트형의 경우에는 제 1전극이 캐소드이고 제 2전극이 애노드일 수 있다.
유기물층은 제 1전극(120) 상에 순차적으로 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160) 및 전자주입층(170)을 포함할 수 있다. 이때, 이들 층 중 적어도 하나가 생략되거나, 정공저지층, 전자저지층, 발광보조층(151), 버퍼층(141) 등을 더 포함할 수도 있고, 전자수송층(160) 등이 정공저지층의 역할을 할 수도 있을 것이다.
또한, 미도시하였지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자는 제 1전극과 제 2전극 중 적어도 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 일면에 형성된 보호층 또는 광효율 개선층(Capping layer)을 더 포함할 수 있다.
상기 유기물층에 적용되는 본 발명의 일 실시예에 따른 화합물은 정공주입층(130), 정공수송층(140), 전자수송층(160), 전자주입층(170), 발광층(150), 광효율 개선층, 발광보조층 등의 재료로 사용될 수 있을 것이다. 일례로, 본 발명의 화합물은 발광층(150)의 호스트 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기발광소자는 다양한 증착법(deposition)을 이용하여 제조될 수 있을 것이다. PVD나 CVD 등의 증착 방법을 사용하여 제조될 수 있는데, 예컨대, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극(120)을 형성하고, 그 위에 정공주입층(130), 정공수송층(140), 발광층(150), 전자수송층(160) 및 전자주입층(170)을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극(180)으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다.
또한, 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용액 공정 또는 솔벤트 프로세스(solvent process), 예컨대 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정, 롤투롤 공정, 닥터 블레이딩 공정, 스크린 프린팅 공정, 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 유기물층은 다양한 방법으로 형성될 수 있으므로, 그 형성방법에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
WOLED(White Organic Light Emitting Device)는 고해상도 실현이 용이하고 공정성이 우수한 한편, 기존 LCD의 칼라필터 기술을 이용하여 제조될 수 있는 이점이 있다. 주로 백라이트 장치로 사용되는 백색 유기발광소자에 대한 다양한 구조들이 제안되고 특허화되고 있다. 대표적으로, R(Red), G(Green), B(Blue) 발광부들을 상호평면적으로 병렬배치(side-by-side) 방식, R, G, B 발광층이 상하로 적층되는 적층(stacking) 방식이 있고, 청색(B) 유기발광층에 의한 전계발광과 이로부터의 광을 이용하여 무기형광체의 자발광(photo-luminescence)을 이용하는 색변환물질(color conversion material, CCM) 방식 등이 있는데, 본 발명은 이러한 WOLED에도 적용될 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 단색 또는 백색 조명용 소자 중 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 상술한 본 발명의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치와, 이 디스플레이장치를 제어하는 제어부를 포함하는 전자장치를 포함할 수 있다. 이때, 전자장치는 현재 또는 장래의 유무선 통신단말일 수 있으며, 휴대폰 등의 이동 통신 단말기, PDA, 전자사전, PMP, 리모콘, 네비게이션, 게임기, 각종 TV, 각종 컴퓨터 등 모든 전자장치를 포함한다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 화합물에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
<화학식 1>
Figure pat00006
상기 화학식 1에 기재된 각 기호는 아래와 같이 정의될 수 있다.
상기 화학식 1에서, R1 및 R2는 서로 독립적으로 중수소, 할로겐, C6-C60의 아릴기, 플루오렌일기, O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기, C1-C50의 알킬기, C6-C60의 방향족 고리와 C3-C60의 지방족 고리의 융합고리기, C2-C20의 알켄일기, C1-C30의 알콕시기 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택되며, n 및 m은 각각 0 내지 2의 정수이며, m이 2인 경우 R1은 서로 동일하거나 상이하며, n이 2인 경우 R2는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
바람직하게는, m 및 n이 모두 0이거나, R1 및 R2는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C25의 아릴기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 치환 또는 비치환된 C6-C18의 아릴기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 치환 또는 비치환된 C6, C10, C12 또는 C18 등의 아릴기일 수 있다. 예컨대, R1 및 R2는 서로 독립적으로, 중수소 또는 메틸기로 치환되거나 비치환된 페닐기, 중수소로 치환되거나 비치환된 바이페닐릴기, m-터페닐릴기 또는 나프틸기 등일 수 있다.
또한, 바람직하게는 R1 및 R2는 서로 독립적으로 9,9-디메틸-9H-플루오렌일기일 수 있다.
또한, 바람직하게는 R1 및 R2는 서로 독립적으로 C3-C9의 헤테로고리기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 C5-C9의 헤테로고리기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 C5 또는 C9의 헤테로고리기일 수 있다. 예컨대, R1 및 R2는 서로 독립적으로 피리딜기 또는 퀴놀릴기 등일 수 있다.
바람직하게는, R1 및 R2는 각각 중수소, 할로겐, 실란기, 실록산기, 붕소기, 게르마늄기, 시아노기, 니트로기, C1-C20의 알킬싸이오기, C1-C20의 알콕시기, C1-C20의 알킬기, C2-C20의 알켄일기, C2-C20의 알킨일기, C6-C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6-C20의 아릴기, 플루오렌일기, O, N S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C20의 헤테로고리기, C3-C20의 시클로알킬기, C7-C20의 아릴알킬기 및 C8-C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
상기 화학식 1에서, Ar1은 C6-C60의 아릴기, 플루오렌일기, C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기 및 O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, Ar1은 치환 또는 비치환된 C6-C25의 아릴기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 치환 또는 비치환된 C6-C18의 아릴기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 치환 또는 비치환된 C6, C10, C12, C14, C16 또는 C18 등의 아릴기일 수 있다.
바람직하게는, Ar1은 C3-C16의 헤테로고리기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 C3, C4, C5, C7, C8, C9, C10, C12, C13, 또는 C16의 헤테로고리기일 수 있다.
또한, 바람직하게는, Ar1은 하기 A1 내지 A9로 표시되는 구조 중 하나일 수 있다.
Figure pat00007
상기 구조 A1 내지 A9에서, Q1 내지 Q10은 서로 독립적으로 CRd 또는 N이다. 또한, 상기 Rd는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, C6-C60의 아릴기, 플루오렌일기, C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기, O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기, C1-C50의 알킬기, C2-C20의 알켄일기, C2-C20의 알킨일기, C1-C30의 알콕시기 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 구조 A1 내지 A9에서, Rc는 서로 독립적으로, i) 중수소, 할로겐, C6-C60의 아릴기, 플루오렌일기, O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기, C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기, C1-C50의 알킬기, C2-C20의 알켄일기, C2-C20의 알킨일기, C1-C30의 알콕시기 및 C6-C30의 아릴옥시기로 구성된 군에서 선택되거나, 또는 ii) 이웃하는 기끼리 서로 결합하여 적어도 하나의 고리를 형성할 수 있으며, 이때 고리를 형성하지 않는 Rc는 상기 i)에서 정의된 것과 동일하다. 이때 형성되는 고리는 단환 또는 다환일 수 있다. 상기 o는 0 내지 5의 정수이며, p는 0 내지 4의 정수이며, r은 0 내지 8의 정수이며, t는 0 내지 3의 정수이며, o, p, r 또는 t가 2 이상의 정수인 경우 Rc는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 구조 A1 내지 A9에서, 표시 *은 상기 화학식 1의 L1과의 결합을 나타낸다.
바람직하게는, Ar1은 중수소, 메틸기, 에텐일기 또는 페닐기로 치환되거나 비치환된 페닐기, 바이페닐릴기, m-터페닐릴기, 나프틸기, 페난트릴기, 불소로 치환되거나 비치환된 피렌일기, 플루오란텐일기, 크리센일기, 트리페닐렌일기 또는 벤조[c]페난트렌일기 등일 수 있다.
또한 바람직하게는, Ar1은 피리딜기, 피리미딘일기, 트리아진일, 퀴놀릴기, 퀴나졸린일, 퀴녹살린일기, 나프티리딘일기, 피리도피리미딘일기, 디벤조싸이엔일기, 디벤조퓨릴기, 벤조티에노[2,3-d]피리미딘일기, 벤조퓨로[2,3-d]피리미딘일기, 벤조퀴나졸린일기, 벤조퀴녹살린일기, 페난트롤린일기, 페난트리딘일기 또는 디벤조퀴나졸린일기 등일 수 있다.
바람직하게는, Ar1은 중수소, 할로겐, 실란기, 실록산기, 붕소기, 게르마늄기, 시아노기, 니트로기, C1-C20의 알킬싸이오기, C1-C20의 알콕시기, C1-C20의 알킬기, C2-C20의 알켄일기, C2-C20의 알킨일기, C6-C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6-C20의 아릴기, 플루오렌일기, O, N S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C20의 헤테로고리기, C3-C20의 시클로알킬기, C7-C20의 아릴알킬기, 및 C8-C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
상기 화학식 1에서, L1은 단일결합, C6-C60의 아릴렌기, 플루오렌일렌기 및 O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, L1은 치환 또는 비치환된 C6-C25의 아릴렌기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 치환 또는 비치환된 C6-C12의 아릴렌기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 치환 또는 비치환된 C6, C10 또는 C12 등의 아릴렌기일 수 있다. 예컨대, L1은 페닐렌기, 나프틸렌기 또는 바이페닐렌기 등일 수 있다.
또한, 바람직하게는 L1은 C3-C16의 헤테로고리기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 C3, C4, C5, C8, C9, C10, C12 또는 C16의 헤테로고리기일 수 있다. 예컨대, L1은 피리딜렌기, 피리미딘일렌기, 트리아진일렌기, 퀴놀릴렌기, 퀴나졸린일렌기, 퀴녹살린일렌기, 나프티리딘일렌기, 벤조티에노[2,3-d]피리미딘일렌기, 벤조퀴나졸린일렌기, 벤조퀴녹살린일렌기 또는 디벤조퀴나졸린일렌기 등일 수 있다.
바람직하게는, L1은 중수소, 할로겐, 실란기, 실록산기, 붕소기, 게르마늄기, 시아노기, 니트로기, C1-C20의 알킬싸이오기, C1-C20의 알콕시기, C1-C20의 알킬기, C2-C20의 알켄일기, C2-C20의 알킨일기, C6-C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6-C20의 아릴기, 플루오렌일기, O, N S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C20의 헤테로고리기, C3-C20의 시클로알킬기, C7-C20의 아릴알킬기 및 C8-C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
상기 화학식 1에서, Y1 및 Y2는 서로 독립적으로 NRa, O 또는 S이다.
상기 Ra는 C6-C60의 아릴기, 플루오렌일기, C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기 및 O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, Ra는 치환 또는 비치환된 C6-C25의 아릴기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 치환 또는 비치환된 C6-C14의 아릴기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 치환 또는 비치환된 C6, C10, C12 또는 C14 등의 아릴기일 수 있다. 예컨대, Ra는 중수소, 메틸기, 페닐기 또는 퀴놀릴기로 치환되거나 비치환된 페닐기, 페닐기로 치환되거나 비치환된 나프틸기, 바이페닐기 또는 페난트릴기 등일 수 있다.
또한, 바람직하게는, Ra는 9,9-디메틸-9H-플루오렌일기일 수 있다.
또한, 바람직하게는, Ra는 C3-C12의 헤테로고리기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 C5-C12의 헤테로고리기일 수 있으며, 또한 바람직하게는 C5, C9 또는 C12의 헤테로고리기일 수 있다. 예컨대, Ra는 피리딜기, 퀴놀릴기 또는 디벤조싸이엔일기 등일 수 있다.
바람직하게는, Ra는 중수소, 할로겐, 실란기, 실록산기, 붕소기, 게르마늄기, 시아노기, 니트로기, C1-C20의 알킬싸이오기, C1-C20의 알콕시기, C1-C20의 알킬기, C2-C20의 알켄일기, C2-C20의 알킨일기, C6-C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6-C20의 아릴기, 플루오렌일기, O, N S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C20의 헤테로고리기, C3-C20의 시클로알킬기, C7-C20의 아릴알킬기 및 C8-C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
상기 화학식 1에서, X1 내지 X8은 서로 독립적으로 CRb 또는 N이다.
상기 Rb는 서로 독립적으로 i) 수소, 할로겐, C6-C60의 아릴기, 플루오렌일기, O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기, C1-C50의 알킬기, C6-C60의 방향족 고리와 C3-C60의 지방족 고리의 융합고리기, C2-C20의 알켄일기, C1-C30의 알콕시기 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 ii) 이웃하는 기끼리 서로 결합하여 적어도 하나의 고리를 형성할 수 있으며, 이때 고리를 형성하지 않는 Rb는 상기 i)에서 정의된 것과 동일하다. 이때 형성되는 고리는 단환 또는 다환일 수 있다.
바람직하게는, Rb는 중수소, 할로겐, 실란기, 실록산기, 붕소기, 게르마늄기, 시아노기, 니트로기, C1-C20의 알킬싸이오기, C1-C20의 알콕시기, C1-C20의 알킬기, C2-C20의 알켄일기, C2-C20의 알킨일기, C6-C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6-C20의 아릴기, 플루오렌일기, O, N S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C20의 헤테로고리기, C3-C20의 시클로알킬기, C7-C20의 아릴알킬기 및 C8-C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
바람직하게는, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 화학식 15 중 하나로 표시될 수 있으며, 이들은 X1 내지 X4 또는 X5 내지 X8의 Rb가 이웃하는 기끼리 서로 결합하여 적어도 하나의 고리를 형성한 것을 나타낸다.
<화학식 2> <화학식 3> <화학식 4>
Figure pat00008
<화학식 5> <화학식 6> <화학식 7>
Figure pat00009
<화학식 8> <화학식 9> <화학식 10>
Figure pat00010
<화학식 11> <화학식 12> <화학식 13>
Figure pat00011
<화학식 14> <화학식 15>
Figure pat00012
상기 화학식 2 내지 화학식 15에서, m, n, R1, R2, Ar1, L1, Y1, Y2 및 X1 내지 X8은 상기 화학식 1에서 정의된 것과 동일하다.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 하나일 수 있다.
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025

다른 실시예로서, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 유기전기소자용 화합물을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 함유하는 유기전기소자를 제공한다.
이때, 유기전기소자는 제 1전극, 제 2전극, 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층을 포함할 수 있으며, 유기물층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있으며, 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기물층의 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층 및 발광층 중 적어도 하나의 층에 함유될 수 있다. 즉, 화학식 1로 표시되는 화합물은 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층 또는 발광층의 재료로 사용될 수 있다. 바람직하게는, 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 발광층의 인광호스트 물질로 사용될 수 있다.
바람직하게는, 유기물층에 상기 화학식 2 내지 화학식 15로 표시되는 화합물을 포함하는 유기전기소자를 제공한다.
바람직하게는, 유기물층에 상기 화합물 P-1 내지 P-214 중 하나를 포함하는 유기전기소자를 제공한다.
바람직하게는, 상기 유기물층에 함유된 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 1종 단독 또는 2 이상의 혼합물일 수 있다. 예컨대, 유기물층 중 발광층의 호스트로 화합물 P-1 단독으로 사용될 수도 있고, 화합물 P-1과 화합물 P-2가 혼합된 혼합물로 사용될 수도 있다.
한편, 상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 또는 롤투롤 공정에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로, 상기 제 1전극의 일측면 중 상기 유기물층과 반대되는 일측 또는 상기 제 2전극의 일측면 중 상기 유기물층과 반대되는 일측 중 적어도 하나에 형성되는 광효율 개선층을 더 포함하는 유기전기소자를 제공한다. 바람직하게는, 상기 광효율 개선층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 본 발명은 본 발명에 따른 화합물이 함유된 유기물층을 포함하는 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치 및 상기 디스플레이장치를 제어하는 제어부를 포함하는 전자장치를 제공한다. 이때 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 하나일 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 화학식으로 표시되는 화합물의 합성예 및 유기전기소자의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
합성예
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물(Final Products)은 하기 반응식 1과 같이 Sub 1과 Sub 2를 반응시켜 합성되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<반응식 1> Hal=할로겐(Br, Cl, I)
Figure pat00026
(Ar1, L1, R1, R2, X1 내지 X8, Y1, Y2, m 및 n은 사이 화학식 1에서 정의된 것과 동일함)
I. Sub 1의 합성
상기 반응식 1의 Sub 1은 하기 반응식 2 또는 반응식 3의 반응경로에 의해 합성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<Y1을 포함한 화합물> <Y2를 포함한 화합물>
Figure pat00027
<반응식 2> Y1을 포함한 화합물과 Y2를 포함한 화합물이 상이한 경우
Figure pat00028
<반응식 3> Y1을 포함한 화합물과 Y2를 포함한 화합물이 동일한 경우
Figure pat00029

Sub 1에 속하는 구체적 화합물의 합성예는 다음과 같다.
1. Sub 1-1 합성예
<반응식 4>
Figure pat00030
(1) Sub 1-III-1 합성
출발 물질인 1-phenyl-2-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-1H-indole (121.7 g, 381.2 mmol)를 THF (1677 mL)에 녹인 후에, 1,3,5-tribromobenzene (60 g, 190.6 mmol), Pd(PPh3)4 (13.2 g, 11.4 mmol), K2CO3 (158 g, 1143 mmol), 물 (839 mL)을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 농축시킨 다음, MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 46.3 g을 얻었다. (수율: 45 %)
(2) Sub 1-1 합성
상기 Sub 1-III-1 (22.8 g, 42.3 mmol)을 DMF (266 mL)에 녹인 후에, 비스피나콜라토다이보론 (11.8 g, 46.5 mmol), Pd(dppf)Cl2 (0.93 g, 1.27 mmol), KOAc (12.4 g, 126.8 mmol)을 순서대로 첨가한 후 130℃에서 1시간 교반하여 보레이트 화합물을 합성한 후에, 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정을 걸쳐서 분리하여 생성물 18.3 g을 얻었다. (수율: 74 %)
2. Sub 1-22 합성예
<반응식 5>
Figure pat00031
(1) Sub 1-I-22 합성
출발 물질인 1-phenyl-5-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-1H-indole (280 g, 877 mmol)에, THF (3860 mL), 1,3,5-tribromobenzene (276 g, 877 mmol), Pd(PPh3)4 (30.4 g, 26.3 mmol), K2CO3 (364 g, 2631 mmol), 물 (1930 mL)을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 농축시킨 다음, MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 153.6 g을 얻었다. (수율: 41 %)
(2) Sub 1-II-22 합성
상기 Sub 1-I-22 (32.9 g, 77 mmol)에, THF (340 mL), 1-(naphthalen-1-yl)-5-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-1H-indole (28.4 g, 77 mmol), Pd(PPh3)4 (2.67 g, 2.31 mmol), K2CO3 (32 g, 231 mmol), 물 (170 mL)을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 농축시킨 다음, MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 21.8 g을 얻었다. (수율: 48 %)
(3) Sub 1-22 합성
상기 Sub 1-II-22 (21.8 g, 37 mmol)에, DMF (233 mL), 비스피나콜라토다이보론 (10.3 g, 40.7 mmol), Pd(dppf)Cl2 (0.81 g, 1.11 mmol), KOAc (10.9 g, 111 mmol)을 상기 Sub 1-1의 합성법을 사용하여 생성물 18.8 g을 얻었다. (수율: 80 %)
3. Sub 1-36 합성예
<반응식 6>
Figure pat00032
(1) Sub 1-I-36 합성
출발물질인 1-phenyl-2-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-1H-indole (280 g, 877 mmol)에, THF (3860 mL), 1,3,5-tribromobenzene (276 g, 877 mmol), Pd(PPh3)4 (30.4 g, 26.3 mmol), K2CO3 (364 g, 2631 mmol), 물 (1929 mL)을 상기 Sub 1-I-22의 합성법을 사용하여 생성물 176.1 g을 얻었다. (수율: 47 %)
(2) Sub 1-II-36 합성
상기 1-I-36 (37.7 g, 88.3 mmol)에, THF (389 mL), 1-phenyl-5-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-1H-indole (28.2 g, 88.3 mmol), Pd(PPh3)4 (3.06 g, 2.65 mmol), K2CO3 (36.6 g, 265 mmol), 물 (194 mL)을 상기 Sub 1-II-22의 합성법을 사용하여 생성물 21 g을 얻었다. (수율: 44 %)
(3) Sub 1-36 합성
상기 Sub 1-II-36 (21 g, 38.9 mmol)에, DMF (245 mL), 비스피나콜라토다이보론 (10.9 g, 42.8 mmol), Pd(dppf)Cl2 (0.85 g, 1.17 mmol), KOAc (11.5 g, 117 mmol)을 상기 Sub 1-1의 합성법을 사용하여 생성물 18 g을 얻었다. (수율: 79 %)
4. Sub 1-52 합성예
<반응식 7>
Figure pat00033
(1) Sub 1-II-52 합성
상기 Sub 1-I-36 (60 g, 140 mmol)에, THF (618 mL), 2-(benzo[b]thiophen-2-yl)-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane (36.5 g, 140 mmol), Pd(PPh3)4 (4.87 g, 4.2 mmol), K2CO3 (58.2 g, 421 mmol), 물 (309 mL)을 상기 Sub 1-II-22의 합성법을 사용하여 생성물 29.7 g을 얻었다. (수율: 44 %)
(2) Sub 1-52 합성
상기 Sub 1-II-52 (29.7 g, 61.8 mmol)에, DMF (389 mL), 비스피나콜라토다이보론 (17.3 g, 68 mmol), Pd(dppf)Cl2 (1.36 g, 1.85 mmol), KOAc (18.2 g, 185.5 mmol)을 상기 Sub 1-1의 합성법을 사용하여 생성물 27.1 g을 얻었다. (수율: 83 %)
5. Sub 1-73 합성예
<반응식 8>
Figure pat00034
(1) Sub 1-II-73 합성
상기 Sub 1-I-22 (60 g, 140 mmol)에, THF (618 mL), 4,4,5,5-tetramethyl-2-(3-phenylbenzo[b]thiophen-6-yl)-1,3,2-dioxaborolane (47.2 g, 140 mmol), Pd(PPh3)4 (4.87 g, 4.2 mmol), K2CO3 (58.2 g, 421 mmol), 물 (309 mL)을 상기 Sub 1-II-22의 합성법을 사용하여 생성물 34.4 g을 얻었다. (수율: 44 %)
(2) Sub 1-73 합성
상기 Sub 1-II-73 (34.4 g, 61.8 mmol)에, DMF (389 mL), 비스피나콜라토다이보론 (17.3 g, 68 mmol), Pd(dppf)Cl2 (1.36 g, 1.85 mmol), KOAc (18.2 g, 185 mmol)을 상기 Sub 1-1의 합성법을 사용하여 생성물 31.3 g을 얻었다. (수율: 84 %)
6. Sub 1-82 합성예
<반응식 9>
Figure pat00035
(1) Sub 1-I-82 합성
출발물질인 1-phenyl-3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-1H-benzo[f]indole (60 g, 162 mmol)에, THF (715 mL), 1,3,5-tribromobenzene (51.2 g, 162 mmol), Pd(PPh3)4 (5.63 g, 4.87 mmol), K2CO3 (67.4 g, 487 mmol), 물 (357 mL)을 상기 Sub 1-I-22의 합성법을 사용하여 생성물 31.8 g을 얻었다. (수율: 41 %)
(2) Sub 1-II-82 합성
상기 Sub 1-I-82 (31.79 g, 66.6 mmol)에, THF (293 mL), 4,4,5,5-tetramethyl-2-(naphtho[1,2-b]thiophen-5-yl)-1,3,2-dioxaborolane (20.7 g, 66.6 mmol), Pd(PPh3)4 (2.31 g, 2 mmol), K2CO3 (27.6 g, 199.9 mmol), 물 (146 mL)을 상기 Sub 1-II-22의 합성법을 사용하여 생성물 18.95 g을 얻었다. (수율: 49 %)
(3) Sub 1-82 합성
상기 Sub 1-II-82 (18.95 g, 32.64 mmol)에, DMF (205 mL), 비스피나콜라토다이보론 (9.12 g, 36 mmol), Pd(dppf)Cl2 (0.72 g, 0.98 mmol), KOAc (9.61 g, 97.9 mmol)을 상기 Sub 1-1의 합성법을 사용하여 생성물 17.4 g을 얻었다. (수율: 85 %)
7. Sub 1-93 합성예
<반응식 10>
Figure pat00036
(1) Sub 1-II-93 합성
상기 Sub 1-I-36 (60 g, 140.5 mmol)에, THF (618 mL), 2-(2-([1,1'-biphenyl]-3-yl)benzofuran-3-yl)-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane (55.7 g, 140.5 mmol), Pd(PPh3)4 (4.87 g, 4.21 mmol), K2CO3 (58.2 g, 421 mmol), 물 (309 mL)을 상기 Sub 1-II-22의 합성법을 사용하여 생성물 39.8 g을 얻었다. (수율: 46 %)
(2) Sub 1-93 합성
상기 Sub 1-II-93 (39.8 g, 64.6 mmol)에, DMF (406 mL), 비스피나콜라토다이보론 (18.03 g, 71 mmol), Pd(dppf)Cl2 (1.42 g, 1.94 mmol), KOAc (19 g, 193.7 mmol)을 상기 Sub 1-1의 합성법을 사용하여 생성물 33 g을 얻었다. (수율: 77 %)
8. Sub 1-98 합성예
<반응식 11>
Figure pat00037
(1) Sub 1-II-98 합성
상기 Sub 1-I-22 (40 g, 93.6 mmol)에, THF (412 mL), 4,4,5,5-tetramethyl-2-(3-phenylbenzofuran-5-yl)-1,3,2-dioxaborolane (30 g, 93.6 mmol), Pd(PPh3)4 (3.25 g, 2.81 mmol), K2CO3 (38.8 g, 280.9 mmol), 물 (206 mL)을 상기 Sub 1-II-22의 합성법을 사용하여 생성물 24.3 g을 얻었다. (수율: 48 %)
(2) Sub 1-98 합성
상기 Sub 1-II-98 (24.3 g, 45 mmol)에, DMF (283 mL), 비스피나콜라토다이보론 (12.6 g, 49.5 mmol), Pd(dppf)Cl2 (0.99 g, 1.35 mmol), KOAc (13.2 g, 135 mmol)을 상기 Sub 1-1의 합성법을 사용하여 생성물 22.5 g을 얻었다. (수율: 85 %)
9. Sub 1-114 합성예
<반응식 12>
Figure pat00038
(1) Sub 1-III-114 합성
출발 물질인 4,4,5,5-tetramethyl-2-(3-phenylbenzo[b]thiophen-5-yl)-1,3,2-dioxaborolane (128.2 g, 381 mmol)에, THF (1677 mL), 1,3,5-tribromobenzene (60 g, 190.6 mmol), Pd(PPh3)4 (13.2 g, 11.4 mmol), K2CO3 (158 g, 1143 mmol), 물 (839 mL)을 상기 Sub 1-III-1의 합성법을 사용하여 생성물 49.2 g을 얻었다. (수율: 45 %)
(2) Sub 1-114 합성
상기 Sub 1-III-114 (49.2 g, 85.8 mmol)에, DMF (540 mL), 비스피나콜라토다이보론 (24 g, 94.3 mmol), Pd(dppf)Cl2 (1.88 g, 2.6 mmol), KOAc (25.3 g, 257.3 mmol)을 상기 Sub 1-1의 합성법을 사용하여 생성물 39.4 g을 얻었다. (수율: 74 %)
10. Sub 1-154 합성예
<반응식 13>
Figure pat00039
(1) Sub 1-I-154 합성
출발 물질인 2-(benzofuran-5-yl)-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane (78.7 g, 246 mmol)에, THF (1073 mL), 1,3,5-tribromobenzene (60 g, 190.6 mmol), Pd(PPh3)4 (8.52 g, 7.4 mmol), K2CO3 (102 g, 737 mmol), 물 (540 mL)을 상기 Sub 1-I-22의 합성법을 사용하여 생성물 39 g을 얻었다. (수율: 45 %)
(2) Sub 1-II-154 합성
상기 Sub 1-I-154 (39 g, 110.8 mmol)에 THF (487 mL), 5-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)furo[2,3-b]pyridine (27.2g, 110.8 mmol), Pd(PPh3)4 (3.84 g, 3.32 mmol), K2CO3 (45.9 g, 332 mmol), 물 (244 mL)을 상기 Sub 1-II-22의 합성법을 사용하여 생성물 20.8 g을 얻었다. (수율: 48 %)
(3) Sub 1-154 합성
상기 Sub 1-II-154 (20.7 g, 53 mmol)에, DMF (335 mL), 비스피나콜라토다이보론 (14.8 g, 58.4 mmol), Pd(dppf)Cl2 (1.17 g, 1.6 mmol), KOAc (15.6 g, 159 mmol)을 상기 Sub 1-1의 합성법을 사용하여 생성물 18.1 g을 얻었다. (수율: 78 %)
11. Sub 1-181 합성예
<반응식 14>
Figure pat00040
(1) Sub 1-I-181 합성
출발 물질인 6-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)thieno[2,3-b]pyridine (60 g, 230 mmol)에, THF (1010 mL), 1,3,5-tribromobenzene (72.3 g, 230 mmol), Pd(PPh3)4 (7.96 g, 6.9 mmol), K2CO3 (95.3 g, 689 mmol), 물 (505 mL)을 상기 Sub 1-I-22의 합성법을 사용하여 생성물 36.5 g을 얻었다. (수율: 43 %)
(2) Sub 1-II-181 합성
상기 Sub 1-I-181 (36.5 g, 98.9 mmol)에 THF (435 mL), 2-(benzofuran-5-yl)-4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolane (24.13 g, 98.9 mmol), Pd(PPh3)4 (3.43 g, 2.97 mmol), K2CO3 (41 g, 296.7 mmol), 물 (217 mL)을 상기 Sub 1-II-22의 합성법을 사용하여 생성물 18.9 g을 얻었다. (수율: 47 %)
(3) Sub 1-181 합성
상기 Sub 1-II-181 (18.9 g, 46.5 mmol)에, DMF (293 mL), 비스피나콜라토다이보론 (13 g, 51.2 mmol), Pd(dppf)Cl2 (1.02 g, 1.4 mmol), KOAc (13.7 g, 139.6 mmol)을 상기 Sub 1-1의 합성법을 사용하여 생성물 16.7 g을 얻었다. (수율: 79 %)
한편, Sub 1에 속하는 화합물은 아래와 같은 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 표 1은 Sub 1에 속하는 화합물의 FD-MS 값을 나타낸 것이다.
Figure pat00041
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
Figure pat00045
Figure pat00046
[표 1]
Figure pat00047
Figure pat00048
Figure pat00049

II . Sub 2의 합성
상기 반응식 1에서 Sub 2에 속하는 구체적 화합물의 합성예는 다음과 같다.
1. Sub 2-15 합성예
<반응식 15>
Figure pat00050
출발 물질인 1,4-dibromobenzene (30 g, 127 mmol)를 THF (560 mL)에 녹인 후에, naphthalen-1-ylboronic acid (21.9 g, 127 mmol), Pd(PPh3)4 (4.41 g, 3.82 mmol), K2CO3 (52.7 g, 381 mmol), 물 (280 mL)을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 농축시킨 다음, MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 23 g을 얻었다. (수율: 64 %)
2. Sub 2-39 합성예
<반응식 16>
Figure pat00051
출발 물질인 2,4,6-trichloropyrimidine (60 g, 327 mmol)를 THF (2878 mL)에 녹인 후에 phenylboronic acid (79.8 g, 654 mmol), Pd(PPh3)4 (22.7 g, 19.6 mmol), K2CO3 (271 g, 1962 mmol), 물 (1440 mL)을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 농축시킨 다음, MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 53.9 g을 얻었다. (수율: 68 %)
3. Sub 2-46 합성예
<반응식 17>
Figure pat00052
(1) Sub 2-I-46 합성
출발 물질인 2,4,6-trichloropyrimidine (46.3 g, 251.1 mmol)를 THF (1110 mL)에 녹인 후에, [1,1'-biphenyl]-4-ylboronic acid (49.7 g, 251.1 mmol), Pd(PPh3)4 (8.7 g, 7.53 mmol), K2CO3 (105 g, 753 mmol), 물 (552 mL)을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 농축시킨 다음, MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 31.8 g을 얻었다. (수율: 42 %)
(2) Sub 2-46 합성
상기 Sub 2-I-46 (31.8 g, 105.6 mmol)를 THF (464 mL)에 녹인 후에, phenylboronic acid (12.9 g, 105.6 mmol), Pd(PPh3)4 (3.66 g, 3.17 mmol), K2CO3 (43.8 g, 316.8 mmol), 물 (232 mL)을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 농축시킨 다음, MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 16 g을 얻었다. (수율: 44 %)
4. Sub 2-71 합성예
<반응식 18>
Figure pat00053
출발 물질인 2,4-dichloroquinazoline (30 g, 151 mmol)를 THF (663mL)에 녹인 후에, phenanthren-9-ylboronic acid (33.5 g, 151 mmol), Pd(PPh3)4 (5.23 g, 4.52 mmol), K2CO3 (62.5 g, 452 mmol), 물 (331 mL)을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 농축시킨 다음, MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 32.9 g을 얻었다. (수율: 64 %)
5. Sub 2-87 합성예
<반응식 19>
Figure pat00054
출발 물질인 2,4-dichlorobenzo[4,5]thieno[2,3-d]pyrimidine (60 g, 235 mmol)를 THF (1034 mL)에 녹인 후에, phenylboronic acid (28.7 g, 235 mmol), Pd(PPh3)4 (8.15 g, 7.1 mmol), K2CO3 (97.5 g, 705.6 mmol), 물 (517 mL)을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 농축시킨 다음, MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 54.4 g을 얻었다. (수율: 78 %)
한편, Sub 2에 속하는 화합물은 아래와 같은 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 표 2는 Sub 2에 속하는 화합물의 FD-MS 값을 나타낸 것이다.
Figure pat00055
Figure pat00056
Figure pat00057
[표 2]
Figure pat00058
Figure pat00059
Figure pat00060

III . 최종생성물( Final Products) 합성
Sub 1 (1 당량)을 둥근바닥플라스크에 넣고 THF로 녹인 후에, Sub 2 (1 당량), Pd(PPh3)4 (0.03 당량), K2CO3 (3 당량), 물을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 최종생성물(Final Products)을 얻었다.
1. P-7 합성예
<반응식 20>
Figure pat00061
Sub 1-1 (15 g, 25.6 mmol)를 둥근바닥플라스크에 넣고 THF (112 mL)에 녹인 후에, Sub 2-54 (6.85 g, 25.6 mmol), Pd(PPh3)4 (0.89 g, 0.77 mmol), K2CO3 (10.6 g, 76.7 mmol), 물 (56.3 mL)을 첨가한 후, 교반 환류시킨다. 반응이 완료되면 ether와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 12.4 g을 얻었다. (수율: 70%)
2. P-33 합성예
<반응식 21>
Figure pat00062
Sub 1-22 (15 g, 23.6 mmol)에 THF (103 mL), Sub 2-15 (6.67 g, 23.6 mmol), Pd(PPh3)4 (0.82 g, 0.71 mmol), K2CO3 (9.77 g, 70.7 mmol), 물 (52 mL)을 상기 P-7 합성법을 사용하여 생성물 10.9 g을 얻었다. (수율: 65%)
3. P-60 합성예
<반응식 22>
Figure pat00063
Sub 1-36 (15 g, 25.6 mmol)에 THF (113 mL), Sub 2-71 (8.72 g, 25.6 mmol), Pd(PPh3)4 (0.89 g, 0.77 mmol), K2CO3 (10.6 g, 76.7 mmol), 물 (56 mL)을 상기 P-7 합성법을 사용하여 생성물 13.3 g을 얻었다. (수율: 68%)
4. P-82 합성예
<반응식 23>
Figure pat00064
Sub 1-52 (15 g, 28.4 mmol)에 THF (125 mL), Sub 2-110 (12.4 g, 28.4 mmol), Pd(PPh3)4 (0.98 g, 0.85 mmol), K2CO3 (11.8 g, 85.3 mmol), 물 (63 mL)을 상기 P-7 합성법을 사용하여 생성물 13.6 g을 얻었다. (수율: 63%)
5. P-102 합성예
<반응식 24>
Figure pat00065
Sub 1-73 (15 g, 24.9 mmol)에 THF (109 mL), Sub 2-97 (7.87 g, 24.9 mmol), Pd(PPh3)4 (0.86 g, 0.75 mmol), K2CO3 (10.3 g, 74.6 mmol), 물 (55 mL)을 상기 P-7 합성법을 사용하여 생성물 12.6 g을 얻었다. (수율: 67%)
6. P-112 합성예
<반응식 25>
Figure pat00066
Sub 1-82 (20 g, 31.8 mmol)에 THF (140 mL), Sub 2-14 (9.8 g, 31.8 mmol), Pd(PPh3)4 (1.1 g, 0.96 mmol), K2CO3 (13.2 g, 95.6 mmol), 물 (70 mL)을 상기 P-7 합성법을 사용하여 생성물 12.1 g을 얻었다. (수율: 52%)
7. P-122 합성예
<반응식 26>
Figure pat00067
Sub 1-93 (15 g, 22.6 mmol)에 THF (99 mL), Sub 2-92 (7.16 g, 22.6 mmol), Pd(PPh3)4 (0.78 g, 0.68 mmol), K2CO3 (9.37 g, 67.8 mmol), 물 (50 mL)을 상기 P-7 합성법을 사용하여 생성물 12.8 g을 얻었다. (수율: 69%)
8. P-127 합성예
<반응식 27>
Figure pat00068
Sub 1-98 (15 g, 25.5 mmol)에 THF (112 mL), Sub 2-22 (8.5 g, 25.5 mmol), Pd(PPh3)4 (0.89 g, 0.77 mmol), K2CO3 (10.6 g, 76.6 mmol), 물 (56 mL)을 상기 P-7 합성법을 사용하여 생성물 11.7 g을 얻었다. (수율: 64%)
9. P-141 합성예
<반응식 28>
Figure pat00069
Sub 1-114 (15 g, 24.2 mmol)에 THF (106 mL), Sub 2-1 (7.47 g, 24.2 mmol), Pd(PPh3)4 (0.84 g, 0.73 mmol), K2CO3 (10 g, 72.5 mmol), 물 (53 mL)을 상기 P-7 합성법을 사용하여 생성물 10.7 g을 얻었다. (수율: 61%)
10. P-185 합성예
<반응식 29>
Figure pat00070
Sub 1-154 (15 g, 34.3 mmol)에 THF (150 mL), Sub 2-56 (12.6 g, 34.3 mmol), Pd(PPh3)4 (1.19 g, 1.03 mmol), K2CO3 (14.2 g, 103 mmol), 물 (75 mL)을 상기 P-7 합성법을 사용하여 생성물 14.6 g을 얻었다. (수율: 66%)
11. P-212 합성예
<반응식 30>
Figure pat00071
Sub 1-181 (15 g, 33 mmol)에 THF (146 mL), Sub 2-24 (13.5 g, 33 mmol), Pd(PPh3)4 (1.15 g, 0.99 mmol), K2CO3 (13.7 g, 99 mmol), 물 (73 mL)을 상기 P-7 합성법을 사용하여 생성물 12.4 g을 얻었다. (수율: 57%)
한편, 상기와 같은 합성예에 따라 제조된 본 발명의 화합물 P-1 내지 P-214의 FD-MS 값은 하기 표 3과 같다.
[표 3]
Figure pat00072
Figure pat00073
Figure pat00074
Figure pat00075

유기전기소자의 제조평가
[ 실시예 I-1] 레드유기전기발광소자 (인광호스트)
본 발명의 실시예에 따른 화합물을 발광층의 인광호스트 물질로 사용하여 통상적인 방법에 따라 유기전기 발광소자를 제작하였다. 먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 4,4',4"-Tris[2-aphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (이하 "2-TNATA"라 함) 막을 진공증착하여 60nm 두께의 정공주입층을 형성하였다. 이어서, 상기 정공주입층 상에 4,4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐 (이하 "NPD"라 함)을 60nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 그리고, 상기 정공수송층 상에 본 발명의 화합물 P-11을 호스트 물질로, bis-(1-phenylisoquinolyl)iridium(Ⅲ)acetylacetonate (이하 "(piq)2Ir(acac)"라 함)을 도펀트 물질로 하여 95:5 중량비로 도핑하여 30nm 두께로 진공증착하여 발광층을 형성하였다. 다음으로, 상기 발광층 상에 (1,1'-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄 (이하 "BAlq"라 함)을 10nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄 (이하 "Alq3"라 함)을 40nm 두께로 진공증착하여 전자수송층을 형성하였다. 이후, 상기 전자수송층 상에 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 실시예 I-2] 내지 [ 실시예 I-43] 레드유기전기발광소자 (인광호스트)
발광층의 호스트 물질로 본 발명의 화합물 P-11 대신 하기 표 4에 기재된 본 발명의 화합물을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 I-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 비교예 I-1]
발광층의 호스트 물질로 본 발명의 화합물 P-11 대신 하기 비교화합물 1을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 I-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
<비교화합물 1>
Figure pat00076
[ 비교예 I-2]
발광층의 호스트 물질로 본 발명의 화합물 P-11 대신 하기 비교화합물 2를 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 I-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
<비교화합물 2>
Figure pat00077
[ 비교예 I-3]
발광층의 호스트 물질로 본 발명의 화합물 P-11 대신 하기 비교화합물 3을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 I-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
<비교화합물 3>
Figure pat00078
본 발명의 실시예 I-1 내지 실시예 I-43 및 비교예 I-1 내지 비교예 I-3 에 의해 제조된 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 2500cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였으며, 그 측정 결과는 하기 표 4와 같다.
[표 4]
Figure pat00079
Figure pat00080

[ 실시예 II -1] 그린유기전기발광소자 (인광호스트)
먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 2-TNATA 막을 진공증착하여 60nm 두께의 정공주입층을 형성하였다. 이어서, 상기 정공주입층 상에 NPD를 60nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 그리고, 상기 정공수송층 상에 본 발명의 화합물 P-2를 호스트 물질로, tris(2-phenylpyridine)-iridium (이하, "Ir(ppy)3"라 약기함)을 도판트 물질로 하여 95:5 중량비로 도핑하여 30nm 두께로 진공증착하여 발광층을 형성하였다. 다음으로, 상기 발광층 상에 BAlq를 10nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 Alq3를 40nm 두께로 진공증착하여 전자수송층을 형성하였다. 이후, 상기 전자수송층 상에 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 실시예 II -2] 내지 [ 실시예 II -62] 그린유기전기발광소자 (인광호스트)
발광층의 호스트 물질로 본 발명의 화합물 P-2 대신 하기 표 5에 기재된 본 발명의 화합물을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 II-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 비교예 II -1]
발광층의 호스트 물질로 본 발명의 화합물 P-2 대신 상기 비교화합물 1을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 II-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 비교예 II -2]
발광층의 호스트 물질로 본 발명의 화합물 P-2 대신 하기 비교화합물 4를 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 II-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
<비교화합물 4>
Figure pat00081
[ 비교예 II -3]
발광층의 호스트 물질로 본 발명의 화합물 P-2 대신 하기 비교화합물 5를 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 II-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
<비교화합물 5>
Figure pat00082
본 발명의 실시예 II-1 내지 실시예 II-62 및 비교예 II-1 내지 비교예 II-3 에 의해 제조된 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 5000cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였으며, 그 측정 결과는 하기 표 5와 같다.
[표 5]
Figure pat00083
Figure pat00084
Figure pat00085

[ 실시예 III -1] 그린유기전기발광소자 (혼합 인광호스트)
먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 2-TNATA 막을 진공증착하여 60nm 두께의 정공주입층을 형성하였다. 이어서, 상기 정공주입층 상에 NPD를 60nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 그리고, 상기 정공수송층 상에 본 발명의 화합물 P-161과 P-7을 50:50 중량비로 혼합하여 호스트 물질로, Ir(ppy)3를 도판트 물질로 하여 95:5 중량비로 도핑하여 30nm 두께로 진공증착하여 발광층을 형성하였다. 다음으로, 상기 발광층 상에 BAlq를 10nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 Alq3를 40nm 두께로 진공증착하여 전자수송층을 형성하였다. 이후, 상기 전자수송층 상에 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 실시예 III -2] 내지 [ 실시예 III -4] 그린유기전기발광소자 (혼합 인광호스트)
발광층의 호스트 물질로 본 발명의 화합물 P-7 대신 하기 표 6에 기재된 본 발명의 화합물을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 III-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 비교예 III -1]
발광층의 호스트 물질로 본 발명의 화합물 P-161을 단일 호스트로 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 III-1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
본 발명의 실시예 III-1 내지 실시예 III-4 및 비교예 III-1 에 의해 제조된 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 5000cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였으며, 그 측정 결과는 하기 표 6과 같다.
[표 6]
Figure pat00086

상기 표 4 및 표 5의 결과로부터 알 수 있듯이, 인광 호스트 재료로 본 발명의 화합물을 사용하였을 경우 비교화합물 1 내지 비교화합물 5를 사용하였을 때보다 낮은 구동전압과 높은 발광 효율, 높은 수명을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
특히 구조적으로 유사한 (페닐기에 인돌기가 2개 치환되어 있는 구조) 비교화합물 2 내지 비교화합물 5와 본 발명의 화합물을 비교한 결과 인돌기가 결합되어 있는 가운데 페닐기에 아릴기 또는 헤테로고리기를 갖는 본 발명의 화합물을 사용한 소자가 매우 높은 수명을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이는 인돌 코어로 이루어진 비교화합물 2 내지 비교화합물 5의 경우, 전자를 수용하는 능력보다 정공을 수용하는 능력이 커서 전자를 효율적으로 수용하지 못하는 반면, 본 발명 화합물의 경우 전자 특성을 가지는 치환기를 도입하여 정공과 전자를 효율적으로 수용할 수 있는 양극성(bipolar) 구조를 갖게 하면서 발광층 내 전하 균형(charge balance)을 좋게 하여 발광효율이 증가되는 것으로 판단된다.
또한 상기 표 6에서 알 수 있듯이 P-type의 본 발명 화합물인 P-161과 N-type의 본 발명 화합물인 P-7, P-37, P-129 및 P-151을 혼합하여 2종의 인광 호스트를 함께 사용한 결과 단일 호스트 물질을 사용했을 때보다 두 개의 혼합된 호스트 물질을 사용하였을 때, 효율 및 수명이 개선되는 것을 확인할 수 있다.
이는 혼합된 두 개의 호스트 물질의 경우 단일 호스트 물질일 때보다 밴드갭(band gap) 및 T1값의 미세조정이 가능해지고, 이로 인해 도펀트에 전자 및 정공이 효율적으로 전달이 되어 효율이 증가되는 것으로 볼 수 있다. 또한 분자 내 여기자(exciton) 발생 확률이 높아짐에 따라 수명도 증가되는 것으로 판단된다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 유기전기소자 110: 기판
120: 제 1전극 130: 정공주입층
140: 정공수송층 141: 버퍼층
150: 발광층 151: 발광보조층
160: 전자수송층 170: 전자주입층
180: 제 2전극

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    <화학식 1>
    Figure pat00087

    상기 화학식 1에서,
    R1 및 R2는 서로 독립적으로 중수소, 할로겐, C6-C60의 아릴기, 플루오렌일기, O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기, C1-C50의 알킬기, C6-C60의 방향족 고리와 C3-C60의 지방족 고리의 융합고리기, C2-C20의 알켄일기, C1-C30의 알콕시기 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택되며, m 및 n은 각각 0 내지 2의 정수이며, m이 2인 경우 R1은 서로 동일하거나 상이하며, n이 2인 경우 R2는 서로 동일하거나 상이하며,
    Ar1은 C6-C60의 아릴기, 플루오렌일기, C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기 및 O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되며,
    L1은 단일결합, C6-C60의 아릴렌기, 플루오렌일렌기 및 O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되며,
    Y1 및 Y2는 서로 독립적으로 NRa, O 또는 S이며,
    상기 Ra는 C6-C60의 아릴기, 플루오렌일기, C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기 및 O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되며,
    X1 내지 X8은 서로 독립적으로 CRb 또는 N이며,
    상기 Rb는 서로 독립적으로 i) 수소, 할로겐, C6-C60의 아릴기, 플루오렌일기, O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기, C1-C50의 알킬기, C6-C60의 방향족 고리와 C3-C60의 지방족 고리의 융합고리기, C2-C20의 알켄일기, C1-C30의 알콕시기 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택거나, 또는 ii) 이웃한 기끼리 서로 결합하여 적어도 하나의 고리를 형성할 수 있으며,
    여기서, 상기 아릴기, 플루오렌일기, 헤테로고리기, 융합고리기, 알킬기, 알켄일기, 알콕시기, 아릴옥시기, 아릴렌기 및 플루오렌일렌기 각각은 중수소, 할로겐, 실란기, 실록산기, 붕소기, 게르마늄기, 시아노기, 니트로기, C1-C20의 알킬싸이오기, C1-C20의 알콕시기, C1-C20의 알킬기, C2-C20의 알켄일기, C2-C20의 알킨일기, C6-C20의 아릴기, 중수소로 치환된 C6-C20의 아릴기, 플루오렌일기, O, N S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C20의 헤테로고리기, C3-C20의 시클로알킬기, C7-C20의 아릴알킬기, 및 C8-C20의 아릴알켄일기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
  2. 제 1항에 있어서,
    하기 화학식 중 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물:
    <화학식 2> <화학식 3> <화학식 4>
    Figure pat00088

    <화학식 5> <화학식 6> <화학식 7>
    Figure pat00089

    <화학식 8> <화학식 9> <화학식 10>
    Figure pat00090

    <화학식 11> <화학식 12> <화학식 13>
    Figure pat00091

    <화학식 14> <화학식 15>
    Figure pat00092

    상기 화학식 2 내지 화학식 15에서, m, n, R1, R2, Ar1, L1, Y1, Y2 및 X1 내지 X8은 제 1항에서 정의된 것과 동일하다.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 Ar1은 하기 구조로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 화합물:
    Figure pat00093

    상기 구조 A1 내지 A9에서,
    Q1 내지 Q10은 서로 독립적으로 CRd 또는 N이며,
    상기 Rd는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, C6-C60의 아릴기, 플루오렌일기, C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기, O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기, C1-C50의 알킬기, C2-C20의 알켄일기, C2-C20의 알킨일기, C1-C30의 알콕시기 및 C6-C30의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택되며,
    Rc는 서로 독립적으로, i) 중수소, 할로겐, C6-C60의 아릴기, 플루오렌일기, O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기, C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기, C1-C50의 알킬기, C2-C20의 알켄일기, C2-C20의 알킨일기, C1-C30의 알콕시기 및 C6-C30의 아릴옥시기로 구성된 군에서 선택되거나, 또는 ii) 이웃하는 기끼리 서로 결합하여 적어도 하나의 고리를 형성할 수 있으며, 이때 고리를 형성하지 않는 Rc는 상기 i)에서 정의된 것과 동일하며, o는 0 내지 5의 정수이며, p는 0 내지 4의 정수이며, r은 0 내지 8의 정수이며, t는 0 내지 3의 정수이고, o, p, r 또는 t가 2 이상의 정수인 경우 Rc는 서로 동일하거나 상이하며,
    여기서, 표시 *은 상기 화학식 1의 L1과의 결합을 나타낸다.
  4. 제 1항에 있어서,
    하기 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 화합물:
    Figure pat00094

    Figure pat00095

    Figure pat00096

    Figure pat00097

    Figure pat00098

    Figure pat00099

    Figure pat00100

    Figure pat00101

    Figure pat00102

    Figure pat00103

    Figure pat00104

    Figure pat00105

    Figure pat00106
    .
  5. 제 1전극, 제 2전극, 및 상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층을 포함하는 유기전기소자에 있어서,
    상기 유기물층은 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유기물층의 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층 및 발광층 중 적어도 하나의 층에 상기 화합물이 함유되며,
    상기 화합물은 1종 단독 또는 2 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 화합물은 상기 발광층의 인광호스트 물질로 사용되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1전극과 제 2전극의 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 적어도 일면에 형성되는 광효율 개선층을 더 포함하는 유기전기소자.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 또는 롤투롤 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  10. 제 5항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치, 및
    상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부를 포함하는 전자장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자장치.
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