KR20160125022A - 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

본 발명은 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다. 또한, 제 1전극, 제 2전극 및 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이의 유기물층을 포함하는 유기전기소자를 제공하며, 상기 유기물층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 유기전기소자의 유기물층에 화학식 1로 표시되는 화합물이 포함되면, 구동전압이 감소되고, 발광효율, 색순도 및 수명 등이 향상될 수 있다.

Description

유기전기 소자용 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치{COMPOUND FOR ORGANIC ELECTRIC ELEMENT, ORGANIC ELECTRIC ELEMENT COMPRISING THE SAME AND 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 요구하던 소비전력보다 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 구동시 발생하는 주울열(Joule heating)에 의한 유기물질의 결정화가 적어져 결과적으로 수명이 늘어나는 경향을 나타낸다. 하지만 상기 유기물층을 단순히 개선한다고 하여 효율을 극대화시킬 수는 없다. 왜냐하면 각 유기물층 간의 에너지 준위 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, 발광보조층 물질 등이 안정하고 효율적인 재료에 의하여 뒷받침되는 것이 선행되어야 하나, 아직까지 안정되고 효율적인 유기전기소자용 유기물층 재료의 개발이 충분히 이루어지지 않은 상태이다. 따라서, 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있으며, 특히 발광층의 호스트 물질에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 신규한 화합물을 제공하고, 이러한 신규한 화합물을 이용함으로 발광효율, 수명, 색순도, 내열성 등이 향상되고 구동전압을 낮출 수 있는 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 일 실시예에 따른 화합물을 이용함으로써 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압, 고내열성을 달성할 수 있고, 소자의 색순도, 수명 등을 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 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 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 "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 포함한다.
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, 고리접합체, 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, 고리접합체, 접합된 여러 고리계, 스파이로 화합물 등을 의미한다.
또한 "헤테로고리기"는, 고리를 형성하는 탄소 대신 SO2를 포함하는 고리도 포함할 수 있다. 예컨대, "헤테로고리기"는 다음 화합물을 포함한다.
Figure pat00003
본 명세서에서는 모체의 1가나 2가 작용기 명명시, 경우에 따라 모체화합물 앞에 단순히 1가 또는 2가를 병기하여 표기할 수도 있다.
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 원자를 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-', '트라이스파이로-' 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 O, N, S, Si 및 P로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 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 발명에 일 실시예에 따른 유기전기소자에 대한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 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) 등이 더 포함될 수도 있으며, 전자수송층(160) 등이 정공저지층의 역할을 할 수도 있을 것이다.
또한, 미도시하였지만, 본 발명에 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 발명에 따른 화합물은 정공주입층(130), 정공수송층(140), 전자수송층(160), 전자주입층(170), 발광층(150), 광효율 개선층, 발광보조층 등의 재료로 사용될 수 있으며, 바람직하게는, 본 발명의 화합물은 발광층(150)의 호스트 재료로 사용될 수 있다.
한편, 동일한 코어일지라도 어느 위치에 어느 치환기를 결합시키냐에 따라 밴드갭(band gap), 전기적 특성, 계면 특성 등이 달라질 수 있으므로, 코어의 선택 및 이에 결합된 서브 치환체의 조합이 매우 중요하며, 특히 각 유기물층 간의 에너지 준위 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 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, 정공수송층(140)과 발광층(150) 사이에 발광보조층(151)을 추가로 형성할 수 있다.
또한, 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 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 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 유기물층은 다양한 방법으로 형성될 수 있으므로, 그 형성방법에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 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, 기존의 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 발명에 따른 유기전기소자는 유기전기발광소자(OLED), 유기태양전지, 유기감광체(OPC), 유기트랜지스터(유기 TFT), 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 1에서, 각 기호는 아래와 같이 정의된다.
Y1 및 Y2는 서로 독립적으로 N(Ar2)이고, m 및 n은 각각 0 또는 1의 정수이며, 단 m 및 n 중 적어도 하나는 1이다. m이 "0"인 경우 Y2가 존재하지 않으므로 Y2의 매개없이 Y2에 결합된 양쪽 탄소가 직접 결합하게 된다. n이 "0"인 경우도 마찬가지로 Y1이 존재하지 않으므로 양쪽 탄소가 직접 결합하게 된다. 바람직하게는, m과 n 중 적어도 하나는 0이고 나머지 하나는 1일 수 있다.
Ar1 및 Ar2는 서로 독립적으로 C6-C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기; C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, Ar1 및 Ar2는 서로 독립적으로 C6-C60의 아릴기; 또는 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기;일 수 있다.
구체적으로, Ar1 및 Ar2는 서로 독립적으로 나프틸기, 피리미딘일기, 트리아진일기 또는 벤조[d]티아졸로 치환되거나 비치환된 페닐기; 바이페닐기; 페닐로 치환되거나 비치환된 나프틸기; 페닐로 치환되거나 비치환된 트라이진일기; 페닐로 치환되거나 비치환된 피미리딘일기; 페닐기 또는 피리딜기로 치환되거나 비치환된 1가의 벤조[d]티아졸; 페닐기로 치환되거나 비치환된 1가의 벤조[d]이미다졸; 등이 될 수 있다.
Z1 내지 Z8은 서로 독립적으로 C(Ar3) 또는 N이다. 여기서, Ar3는 수소, C6-C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기; C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택되며, 선택적으로 이웃한 Ar3끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
한편, Ar1 내지 Ar3가 -L'-N(Ra)(Rb)인 경우, 상기 L'은 단일결합; C6-C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 C2-C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 Ra 및 Rb는 서로 독립적으로 C6-C60의 아릴기; 플루오렌일기; C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 각 기호가 아릴기, 플루오렌일기, 융합고리기, 헤테로리기, 아릴렌기 또는 플루오렌일렌기인 경우, 이들 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, C8-C20의 아릴알켄일기, 아릴아민기 및 헤테로아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
바람직하게는, 상기 화학식 1은 하기 화화식 2 또는 화학식 3으로 표시될 수 있다.
<화학식 2> <화학식 3>
Figure pat00007
상기 화학식 2 또는 화학식 3에서, Y1, Y2, Z1 내지 Z8 및 Ar1은 화학식 1에서 정의된 것과 같다.
구체적으로 화학식 1은 하기 화합물 중 하나일 수 있다.
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
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Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
다른 실시예로, 본 발명은 제 1전극, 제 2전극, 및 상기 제 1전극과 제 2전극 형성된 유기물층을 포함하는 유기전기소자를 제공하며, 이때 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층 및 발광층 중 적어도 하나의 층을 포함하고, 상기 화합물은 이러한 유기물층 중 적어도 일층, 바람직하게는 발광층에 포함된다.
유기물층에 포함되는 화합물은 상기 화학식 1 내지 화학식 6으로 표시되는 1종의 단독 화합물 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 또한, 상기 유기물층에는 상기 화합물 1-1 내지 화합물 1-100 중 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 제 1전극과 제 2전극의 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 적어도 일면에는 광효율개선층이 더 형성될 수 있고, 상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 또는 롤투롤 공정에 의해 형성될 수 있다.
또 다른 실시예로, 본 발명은 상기 화합물을 함유하는 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치, 및 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부를 포함하며, 이는 상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 적어도 하나일 수 있다.
이하에서, 본 발명의 유기물층에 사용되는 화학식 1로 표시되는 화합물의 합성예 및 유기전기소자의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
합성예
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물(Product)은 하기 반응식 1과 같이 Core 1 또는 Core 2를 Sub 1과 반응시켜 제조될 수 있다. 하기 반응식 1은 본 발명의 화합물이 생성되는 반응식의 예시일 뿐이며 이에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다. 하기 화학식에서 각 기호는 화학식 1에서 정의된 것과 같으며, X는 할로겐화합물이다.
<반응식 1>
Figure pat00027
Core 1의 합성 예시
반응식 1의 Core 1은 하기 반응식 2의 반응경로에 의해 합성될 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
<반응식 2>
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
Core 1(1)의 합성예시
Figure pat00032
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
(1) 화합물 1-2 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 1-1 (100 g, 380.01 mmol) , 2-chloroaniline (48.47 g, 380.01 mmol), Pd(oAc)2 (2.55 g, 11.40 mmol), P(t-Bu)3 (4.61 g, 22.80mol) , NaOt-Bu (109.59 g, 1140.30 mmol) 및 Toluene (1200 mL)을 넣고 8시간 동안 75℃에서 교반시켰다. Methylene chloride 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 1-2 (76.52 g) 를 얻었다. (수율 : 65%)
(2) 화합물 1-3 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 1-2 (70g, 225.59 mmol), Pd(oAc)2 (1.52 g, 6.77 mmol), Tri-ter-butylphosphonium tetrafluoro borate (6.55 g, 22.55mmol) , K2CO3 (88.26 g, 677.85 mmol) 및 DMA (750 mL)를 넣고 12시간 동안 리플럭스시켰다. Methylene chloride 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 1-3 (30.88 g) 을 얻었다. (수율 : 50%)
(3) 화합물 1-4 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 1-3 (30 g, 109.74 mmol), iodobenzene (55.97 g, 274.37 mmol), Pd2(dba)3 (3.01 g, 3.29 mmol), P(t-Bu)3 (1.33 g, 6.58 mmol), NaOt-Bu (31.64 g, 329.22 mmol) 및 Toluene (360 mL)을 넣은 후에 100 ℃ 에서 반응을 진행시켰다. 반응이 완료된 후 CH2Cl2 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축하고, 생선된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 1-4 (26.84 g)을 얻었다. (수율: 70%)
(5) 화합물 1-5 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 1-4 (25 g, 74.54 mmol) 을 CH2Cl2 에 녹이고, Br2 (11.37 g, 74.54 mmol)를 천천히 적가하고 난 후, 반응물을 10시간 동안 교반시켰다. 반응 완료 후 소듐 싸이오설페이트 수용액으로 Br2를 제거한다. Ethyl acetate 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 1-5 (16.85 g) 를 얻었다. (수율 : 55%)
(6) 화합물 1-6 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 1-5 (15 g, 35.01 mmol), 2-nitrophenyl boronic acid (7.01 g, 42.02 mmol), Pd(PPh3)4 (1.21 g, 1.05 mmol), K2CO3 (14.51 g, 105.03 mmol)를 넣고 THF (120 mL)와 H2O (50 mL)를 첨가한 후, 반응물을 10시간 동안 리플럭스시켰다. 반응이 완료된 후 CH2Cl2 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하여 농축하고, 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 1-6 (10.75 g) 를 얻었다. (수율 : 65%)
(7) Core 1(1) 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 1-6 (10 g, 22.80 mmol), PPh3 (17.94 g, 68.40 mmol), 및 O-DCB (75 mL)를 12시간 동안 리플럭스시켰다. 반응 완료 후 용매를 제거한 뒤 CH2Cl2 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하여 농축하고, 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 Core 1(1)(6.03 g) 을 얻었다. (수율 : 65%)
Core 1(2)의 합성예시
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
(1) 화합물 1-7 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 1-1 (100 g, 380.01 mmol) , 2-chloropyridin-3-amine (48.85 g, 380.01 mmol), Pd(oAc)2 (2.55 g, 11.40 mmol), P(t-Bu)3 (4.61 g, 22.80 mmol) , NaOt-Bu (109.59 g, 1140.30 mmol) 및 Toluene (1200 mL)을 넣고 8시간 동안 75℃에서 교반시켰다. Methylene chloride 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 1-7 (57.15 g)을 얻었다. (수율 : 50%)
(2) 화합물 l-8 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 1-7 (70g, 225.59 mmol), Pd(oAc)2 (1.52 g, 6.77 mmol), Tri-ter-butylphosphonium tetrafluoro borate (6.55 g, 22.55mmol) , K2CO3 (88.26 g, 677.85 mmol) 및 DMA (750 mL)를 넣고 12시간 동안 리플럭스시켰다. Methylene chloride 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 1-8 (24.71 g) 을 얻었다. (수율 : 40%)
(3) 화합물 1-9 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 1-8 (30 g, 109.74 mmol), iodobenzene (55.97 g, 274.37 mmol), Pd2(dba)3 (3.01 g, 3.29 mmol), P(t-Bu)3 (1.33 g, 6.58 mmol), NaOt-Bu (31.64 g, 329.22 mmol) 및 Toluene (360 mL)을 넣은 후에 100 ℃ 에서 반응을 진행시켰다. 반응이 완료되면 CH2Cl2 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축한 후 생선된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 1-9 (24.83 g)을 얻었다. (수율: 65%)
(4) 화합물 1-10 합성
둥근바닥 플라스크에서 화합물 1-9 (25 g, 71.54 mmol)를 CH2Cl2 에 녹이고, Br2 (11.37 g, 74.54 mmol)를 천천히 적가하고 난 후, 반응물을 10시간 동안 교반시켰다. 반응 완료 후 소듐 싸이오설페이트 수용액으로 Br2를 제거한다. Ethyl acetate 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 1-10 (15.32 g) 를 얻었다. (수율 : 50%)
(5) 화합물 1-11 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 1-10 (15 g, 35.01 mmol), 2-nitrophenyl boronic acid (7.01 g, 42.02 mmol), Pd(PPh3)4 (1.21 g, 1.05 mmol) 및 K2CO3 (14.51 g, 105.03 mmol)를 넣고 THF (120 mL)와 H2O (50 mL)를 첨가한 후, 반응물을 10시간 동안 리플럭스시켰다. 반응 완료 후 CH2Cl2 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축한 이후, 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 1-11 (10.09 g) 를 얻었다. (수율 : 61%)
(6) Core 1(2) 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 1-11 (10 g, 21.16 mmol), PPh3 (17.94 g, 68.40 mmol) 및 O-DCB (75 mL)를 넣고 12시간 동안 리플럭스시켰다. 반응 완료 후 용매를 제거한 뒤 CH2Cl2 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 Core 1(2) (4.64 g) 을 얻었다. (수율 : 50%)
Core 2의 합성 예시
반응식 1의 Core 2는 하기 반응식 3의 반응경로에 의해 합성될 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니다.
<반응식 3>
Figure pat00040
Core 2(1)의 합성예시
Figure pat00041
(1) 화합물 2-1 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 1-50 (36.5g, 85.16 mmol), 2-chloroaniline (10.86 g, 85.16 mmol), Pd(oAc)2 (0.57g, 2.55 mmol), P(t-Bu)3 (1.03 g, 5.11) , NaOt-Bu (24.55 g, 255.07 mmol) 및 Toluene (283 mL)을 넣고 8시간 동안 75℃에서 교반시켰다. Methylene chloride 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 2-1 (25.6g) 를 얻었다. (수율 : 63%)
(2) Core 2(1) 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 2-1 (23.8g, 49.88 mmol), PPh3 (39.25 g, 149.65 mmol), O-DCB (170 mL) 을 12시간 동안 리플럭스시켰다. 반응 완료 후 용매를 제거한 뒤 CH2Cl2 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 Core 2(1) (13.12g) 을 얻었다. (수율 : 60%)
Core 2(2)의 합성예시
Figure pat00042
(1) 화합물 2-2 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 1-5 (36.5g, 85.16 mmol), 2-chloropyridin-3-amine (10.94g, 85.16 mmol), Pd(oAc)2 (0.57g, 2.55 mmol), P(t-Bu)3 (1.03 g, 5.11) , NaOt-Bu (24.55 g, 255.07 mmol) 및 Toluene (283 mL)을 넣고 8시간 동안 75℃에서 교반시켰다. Methylene chloride 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 2-2 (24.8g) 를 얻었다. (수율 : 61%)
(2) Core 2(2) 합성
둥근바닥 플라스크에 화합물 2-2 (23.8g, 49.88 mmol), PPh3 (39.25 g, 149.65 mmol) 및 O-DCB (170 mL)를 넣고 12시간 동안 리플럭스시켰다. 반응 완료 후 용매를 제거하고 CH2Cl2 와 물로 추출한 후, 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축 한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 Core 2(2) (12.71g) 을 얻었다. (수율: 58%)
Sub 1의 합성 예시
반응식 1의 Sub 1은 하기의 반응경로에 의해 합성될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다.
(1) 화합물 C의 합성
Figure pat00043
둥근바닥플라스크에 화합물 A 1당량, 화합물 B 1당량, Pd(pph3)40.03당량 K2CO3 3당량, THF (0.1 mol), H2O (0.3 mol mL) 을 넣은 후에 80 ℃에서 반응을 진행시킨다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 C 를 얻었다. (수율 : 45%)
(2) 화합물 F의 합성
Figure pat00044
둥근바닥플라스크에 화합물 D 1당량, E 1당량, Pd(pph3)40.03당량 K2CO3 3당량, THF (0.1 mol) 및 H2O (0.3 mol mL) 을 넣은 후에 80 ℃에서 반응을 진행시킨다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축한 후, 생성된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 화합물 F 를 얻었다. (수율 : 30%)
Sub 1의 예시는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다
Figure pat00045
Figure pat00046
[표 1]
Figure pat00047
최종 화합물 합성
화합물 1-4 합성예
Figure pat00048
둥근바닥 플라스크에 Core 1(1) (6 g, 13.68 mmol), 4-bromo-1,1'-biphenyl (7.97 g, 34.20 mmol), Pd2(dba)3 (0.37 g, 0.41 mmol), P(t-Bu)3 (0.16 g, 0.82 mmol), NaOt-Bu (3.98 g, 41.49 mmol) 및 Toluene (50 mL) 을 넣은 후에 100 ℃ 에서 반응을 진행시킨다. 반응이 완료되면 CH2Cl2 와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4 로 건조하고 농축한 후 생선된 유기물을 silicagel column 및 재결정하여 최종화합물 1-4 (5.25 g)을 얻었다. (수율: 65%)
화합물 1-6 합성예
Figure pat00049
둥근바닥 플라스크에 Core1 화합물 (6 g, 11.65 mmol), 4-bromo-1,1'-biphenyl (3.26 g, 13.99 mmol), Pd2(dba)3 (0.32 g, 0.34 mmol), P(t-Bu)3 (0.14 g, 0.69 mmol), NaOt-Bu (3.36 g, 34.97 mmol) , Toluene (50 mL) 을 넣은 후에 상기 1-4의 합성법으로 최종화합물 1-6 (4.74 g)을 얻었다. (수율: 61%)
화합물 1-8 합성예
Figure pat00050
상기 화합물 1-6 합성예에서 4-bromo-1,1'-biphenyl 대신 3-bromo-1,1'-biphenyl 사용한 것 이외에 동일하게 합성하여 화합물 1-8 (4.50 g)을 얻었다. (58%)
화합물 1-10 합성예
Figure pat00051
둥근바닥 플라스크에 Core 1(1) (6 g, 13.68 mmol), 2-bromonaphthalene (7.97 g, 3.39 mmol), Pd2(dba)3 (0.37 g, 0.41 mmol), P(t-Bu)3 (0.16 g, 0.82 mmol), NaOt-Bu (3.98 g, 41.49 mmol) 및 Toluene (50 mL)을 넣은 후에 상기 화합물 1-4의 합성법으로 최종 화합물 1-10 (4.63 g)을 얻었다. (수율: 60%)
화합물 1-40 합성예
Figure pat00052
둥근바닥 플라스크에 Core 1(1) (4.6 g, 10.48 mmol), 2-chlorobenzo[d]thiazole (2.13 g, 12.58 mmol), Pd2(dba)3 (0.40 g, 0.44 mmol), P(t-Bu)3 (0.12 g, 0.62 mmol), NaOt-Bu (3.02 g, 31.44 mmol) , Toluene (35 mL) 을 넣은 후에 상기 1-4의 합성법으로 최종 화합물 1-40 (2.40 g)을 얻었다. (수율: 40%)
화합물 1-48 합성예
Figure pat00053
화합물 1-40 합성에서 2-chlorobenzo[d]thiazole 대신에 2-chloro-1-phenyl-1H-benzo[d]imidazole를 사용한 것 이외에 동일하게 합성하여 화합물 1-48 (4.32 g) 얻었다. (60%)
화합물 1-54합성예
Figure pat00054
둥근바닥 플라스크에 Core 2(1) (6 g, 13.68 mmol), 4-bromo-1,1'-biphenyl (7.97 g, 34.20 mmol), Pd2(dba)3 (0.37 g, 0.41 mmol), P(t-Bu)3 (0.16 g, 0.82 mmol), NaOt-Bu (3.98 g, 41.49 mmol), Toluene (50 mL) 을 넣은 후에 상기 화합물 1-4의 합성법으로 최종 화합물 1-54 (5.25 g)을 얻었다. (수율: 65%)
화합물 1-76합성예
Figure pat00055
둥근바닥 플라스크에 Core 2 화합물 (6 g, 13.65 mmol), 2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (5.48 g, 20.47 mmol), Pd2(dba)3 (0.37 g, 0.40 mmol), P(t-Bu)3 (0.16 g, 0.81 mmol), NaOt-Bu (3.93 g, 40.95 mmol), Toluene (50 mL) 을 넣은 후에 상기 1-4의 합성법으로 최종 화합물 1-76 (4.12 g)을 얻었다. (수율: 45%)
화합물 1-81 합성예
Figure pat00056
화합물 1-76 합성에서 2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신에 2-(4-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 사용한 것 이외에 동일하게 합성하여 화합물 1-81 (6.79 g)을 얻었다. (50%)
상기와 같은 합성예에 의해 합성된 화합물 1-1 내지 1-100에 대한 FD-MS 값은 하기 표 2와 같다.
[표 2]
Figure pat00057
Figure pat00058
유기전기소자의 제조평가
[실시예 1] 그린유기발광소자(인광호스트)
먼저, 유기 기판에 형성된 ITO층(양극) 상에 N1-(naphthalen-2-yl)-N4,N4-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N1-phenylbenzene-1,4-diamine (이하 “2-TNATA”로 약기함)을 60 nm 두께로 진공증착하여 정공주입층을 형성한 후, 상기 정공주입층 상에 4,4-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐 (이하 "-NPD"로 약기함)을 60 nm 두께로 진공 증착하여 정공수송층을 형성하였다. 이어서, 상기 정공수송층 상에 본 발명의 화합물 1-1을 호스트로, Ir(ppy)3 [tris(2-phenylpyridine)-iridium]을 도펀트로 사용하여 95:5 중량으로 도핑함으로써 30nm 두께의 발광층을 형성하였다. 이어서 상기 발광층 상에 (1,1’-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄 (이하 “BAlq”로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하여 정공저지층을 형성하고, 상기 정공저지층 상에 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄 (이하 “Alq3”로 약기함)을 40 nm 두께로 진공증착하여 전자수송층을 형성하였다. 이후, 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하여 전자주입층을 형성하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기전기발광소자를 제조하였다.
[실시예 2] 내지 [실시예 100] 그린유기발광 소자(인광호스트)
정공수송층 물질로 본 발명의 화합물 1-1 대신 각각 하기 표 2에 기재된 본 발명의 화합물 1-2 내지 1-100을 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
[비교예 1] 내지 [비교예 4] 그린유기발광소자(인광호스트)
비교예 1 내지 비교예 4는 각각 호스트로 본 발명의 화합물 1-1 대신 하기 비교화합물 A 내지 비교화합물 D를 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
Figure pat00059
이와 같이 제조된 실시예 및 비교예 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 측정하였다. 그 측정결과는 하기 표 3과 같다.
[표 3]
Figure pat00060
Figure pat00061
Figure pat00062
상기 표 3의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 화합물을 인광호스트로 사용한 유기전기발광소자는 발광효율 및 수명이 향상되고, 구동전압이 낮아졌다.
비교화합물 B 내지 D와, 본 발명의 화합물을 적용한 결과를 살펴보면, 유사한 모핵(7개의 고리가 융합된 화합물 형태)임에도 불구하고 헤테로 원자의 종류 및 고리가 융합된(fused) 위치에 따라 소자특성이 달라진다는 사실을 확인할 수 있다.
융합된 구조는 동일하지만 헤테로 원자의 종류만 다른 비교예 2와 비교예 3의 소자 특성 측정 결과를 비교해보면, N, S의 헤테로원소가 포함되어 있는 비교 화합물 C를 사용한 소자의 특성이 더 우수한 것을 확인할 수 있다. 또한, 헤테로 원소의 종류는 동일하지만 융합된 위치가 상이한 비교예 3과 비교예 4, 그리고 본 발명의 화합물의 소자 특성 결과를 비교해보면, 융합된 위치가 상이한 것만으로도 전혀 다른 소자 결과가 도출됨을 알 수 있다.
이는 헤테로 고리의 원소의 종류와 고리의 융합위치에 따라 화합물의 에너지레벨(energy level)이 달라지기 때문인 것으로, 본 발명의 화합물은 비교화합물들과 비교하여 적절한 HOMO 및 LUMO 에너지를 가지게 되어 정공과 전자의 발광층 내 전하균헝이 증가되어 가장 우수한 결과가 도출되었다고 판단된다.
즉, 이는 유사한 모핵이라도 헤테로 고리내의 헤테로원소의 종류와, 융합 위치에 따라 화합물의 물성 및 소자의 결과가 현저히 달라질 수 있음을 시사하고 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명에 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 한다.
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 (9)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    <화학식 1>
    Figure pat00063

    상기 화학식 1에서,
    Y1 및 Y2는 서로 독립적으로 N(Ar2)이고, m 및 n은 각각 0 또는 1의 정수이며, 단 m 및 n 중 적어도 하나는 1이며,
    Ar1 및 Ar2는 서로 독립적으로 C6-C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기; C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택되며,
    Z1 내지 Z8은 서로 독립적으로 C(Ar3) 또는 N이고, Ar3는 수소, C6-C60의 아릴기; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기; C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택되며, 선택적으로 이웃한 Ar3끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
    상기 L'은 단일결합; C6-C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 C2-C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되며,
    상기 Ra 및 Rb는 서로 독립적으로 C6-C60의 아릴기; 플루오렌일기; C3-C60의 지방족고리와 C6-C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2-C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되며,
    상기 아릴기, 플루오렌일기, 융합고리기, 헤테로리기, 아릴렌기 및 플루오렌일렌기는 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, C8-C20의 아릴알켄일기, 아릴아민기 및 헤테로아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화화식 2 또는 화학식 3으로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물:
    <화학식 2> <화학식 3>
    Figure pat00064

    상기 화학식 2 또는 화학식 3에서, Y1, Y2, Z1 내지 Z8 및 Ar1은 제 1항에서 정의된 것과 같다.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 화합물:
    Figure pat00065

    Figure pat00066

    Figure pat00067

    Figure pat00068

    Figure pat00069

    Figure pat00070

    Figure pat00071

    Figure pat00072

    Figure pat00073

    Figure pat00074

    Figure pat00075

    Figure pat00076

    Figure pat00077

    Figure pat00078

    Figure pat00079

    Figure pat00080

    Figure pat00081

    Figure pat00082

    Figure pat00083
    .
  4. 제 1전극; 제 2전극; 및 상기 제 1전극과 제 2전극 형성된 유기물층;을 포함하는 유기전기소자에 있어서,
    상기 유기물층은 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유기물층의 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층 및 발광층 중 적어도 하나의 층에 포함되며, 1종 단독화합물 또는 2이상의 화합물로 포함되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1전극과 제 2전극의 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 적어도 일면에 형성되는 광효율개선층을 더 포함하는 유기전기소자.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 또는 롤투롤 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  8. 제 4항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및
    상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전자장치.
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