KR20160141672A - 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.

Description

헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자{HETERO-CYCLIC COMPOUND AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 명세서는 헤테로환 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다. 본 출원은 2015년 6월 1일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2015-0077591호의 출원일의 이익을 주장하며, 그내용은 전부 본 명세서에 포함된다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 통상 애노드와 캐소드 및 이 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 여기서 유기물층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어 질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 애노드에서는 정공이, 캐소드에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다.
상기와 같은 유기 발광 소자를 위한 새로운 재료의 개발이 계속 요구되고 있다.
국제 특허 출원 공개 제 2003/012890호
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,
X1 내지 X3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 N; 또는 CR이고,
X1 내지 X3는 동시에 CR이 아니며,
Ar1은 하기 화학식 2로 표시되는 치환기이고,
[화학식 2]
Figure pat00002
L은 직접결합이며,
Ar2 및 Ar3는 Ar1과 상이하며,
Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 5환 미만의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 5환 미만의 헤테로고리기이고,
R은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서는 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
상기 유기물층 중 1 층 이상은 전술한 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서에 따른 헤테로환 화합물은 유기 발광 소자의 유기물층의 재료로 사용될 수 있고, 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 유기 발광 소자는 낮은 구동전압, 높은 효율 및/또는 장수명의 특성을 갖는다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함한다.
상기 Ar1은 상기 화학식 2로 표시되는 치환기이다.
본 명세서에 있어서,
Figure pat00003
는 화학식 1과 연결되는 부위를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따라 상기 화학식 2로 표시되는 치환기를 포함하는 경우, 비선형 구조의 화학식 2로 표시되는 구조가 도입됨에 따라, 광학적 밴드갭을 넓게 형성시킬 수 있다.
이 경우, 화학식 1 중 X1 내지 X3를 포함하는 구조와 같은 낮은 HOMO 에너지 준위 값을 가지는 물질의 LUMO 에너지 준위를 높여 발광층과 에너지 장벽을 낮추는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 상기 화학식 2로 표시되는 치환기를 포함하는 경우에는 비정질구조에 가까워지므로, 유기 발광 소자의 성능에 있어서, 낮은 구동전압 및/또는 높은 효율을 기대할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 HOMO 에너지 준위는 5.8 eV 내지 6.7 eV이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 LUMO 에너지 준위는 2.6 eV 내지 3.2 eV이다.
본 명세서에 있어서, 에너지 준위는 에너지의 크기를 의미하는 것이다. 따라서, 진공준위로부터 마이너스(-) 방향으로 에너지 준위가 표시되는 경우에도, 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, HOMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최고 점유 분자 오비탈(highest occupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다. 또한, LUMO 에너지 준위란 진공준위로부터 최저 비점유 분자 오비탈(lowest unoccupied molecular orbital)까지의 거리를 의미한다.
본 명세서에서 HOMO 에너지 준위의 측정은 박막 표면에 UV를 조사하고, 이때 튀어나오는 전자(electron)를 검출하여 물질의 이온화 전위(ionization potential)을 측정하는 UPS(UV photoelectron spectroscopy)를 이용할 수 있다. 또는, HOMO 에너지 준위의 측정은 측정 대상 물질을 전해액과 함께 용매에 녹인 후 전압 주사(voltage sweep) 을 통하여 산화 전위(oxidation potential)을 측정하는 CV(cyclic voltammetry)를 이용할 수 있다. 또한, AC-3(RKI사)의 기계를 이용하여, 대기중에서 이온화 전위(ionization potentioal)를 측정하는 PYSA(Photoemission Yield Spectrometer in Air)방법을 이용할 수 있다.
구체적으로 본 명세서의 HOMO 에너지 준위는 ITO 기판상에 대상 물질을 50 nm 이상의 두께로 진공 증착한 후, AC-3(RKI사) 측정기를 통하여 측정하였다. 또한, LUMO에너지 준위는 상기 제조된 샘플의 흡수스펙트럼 (abs.)과 광발광 스펙트럼(PL)을 측정한 후, 각 스펙트럼 엣지 에너지를 계산하여 그 차이를 밴드갭(Eg)으로 보고, AC-3에서 측정한 HOMO 에너지 준위에서 밴드갭 차이를 뺀 값으로 LUMO 에너지 준위를 계산하였다.
본 명세서에서 LUMO 에너지 준위는 IPES(Inverse Photoelectron Spectroscopy) 또는 전기화학적 환원 전위(electrochemical reduction potential)의 측정을 통하여 구할 수 있다. IPES는 전자빔(electron beam)을 박막에 조사하고, 이 때 나오는 빛을 측정하여 LUMO 에너지 준위를 결정하는 방법이다. 또한, 전기화학적 환원 전위의 측정은 측정 대상 물질을 전해액과 함께 용매에 녹인 후 전압 주사(voltage sweep)을 통하여 환원 전위(reduction potential)을 측정할 수 있다. 또는, HOMO 에너지 준위와 대상 물질의 UV 흡수 정도를 측정하여 얻은 일중항 에너지 준위를 이용하여 LUMO 에너지 준위를 계산할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은 Ar2 및 Ar3와 서로 상이하다. 구체적으로 Ar1은 화학식 2로 표시되는 비선형 터페닐기의 구조로 인하여, 화합물이 비정질의 성질을 가질 수 있다. 다만, Ar2 및 Ar3가 Ar1과 동일한 치환기가 도입되는 경우에는 대칭형의 구조로 인하여, 결정성이 높아질 수 있다. 따라서, Ar1과 Ar2 및 Ar3는 서로 상이한 것이 비정질의 극대화 면에서 바람직하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 화학식 1의 화합물의 유리전이온도(Tg)는 120℃ 내지 160℃이고, 바람직하게는 120℃ 내지 140℃이다. Ar2 또는/및 Ar3가 Ar1과 동일한 구조인 터페닐기인 경우, 유리전이온도(Tg)가 120℃ 이하로 낮아져 화합물의 안정성이 떨어진다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 5환 미만의 아릴기 또는 5환 미만의 헤테로고리기를 포함한다. 본 명세서의 일 실시상태에서는 Ar2 및 Ar3에 5환 미만의 치환기를 도입함으로써, 분자량이 750 g/mol 이상 증가하는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 승화 정제가 용이하고, 고온에서 열 안정성의 증가를 기대할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 분자량은 900 g/mol 미만이다. 더욱 바람직하게는 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물의 분자량은 750 g/mol 미만이다. 이 경우, 승화 정제가 용이하고, 고온에서의 열 안정성이 증가할 수 있다.
이하, 본 명세서의 치환기를 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 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 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 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.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.
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-에틸프로필, 1,1-디메틸프로필, 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 명세서에서 상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 페닐이다.
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, 다환식이란 축합된 고리들의 개수가 2이상인 경우를 의미하며 단환식고리, 즉 벤젠고리가 축합이 아닌 단일 결합으로 연결된 것은 다환식의 범위에 포함되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
및
Figure pat00006
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, Se 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, 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.
상기 헤테로고리기는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있다.
본 명세서에서 상기 탄화수소고리는 지방족, 방향족 또는 지방족과 방향족의 축합고리일 수 있으며, 1가기가 아닌 것을 제외하고, 상기 시클로알킬기 또는 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다. 상기 헤테로고리는 지방족, 방향족 또는 지방족과 방향족의 축합고리일 수 있으며, 1가기가 아닌 것을 제외하고, 상기 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에서 단환, 이환 및 5환의 의미는 치환기를 구성하는 축합된 고리의 개수이며, 단순히 단일결합으로 연결된 고리의 개수는 환의 개수에서 제외한다. 구체적으로 페닐기로 치환된 나프틸기는 삼환기가 아닌 치환된 이환기로 정의할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L은 직접결합이다.
본 명세서의 L이 직접결합인 경우 L 위치에 링커를 갖는 화합물보다 컨쥬게이션 결합 길이를 줄일 수 있고 따라서 넓은 밴드갭을 가져 적절한 전자수송 및 정공차단의 효과를 갖는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 5환 미만의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 5환 미만의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 중수소, 시아노기, 알킬기, 아릴기 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 5환 미만의 아릴기; 또는 중수소, 시아노기, 알킬기, 아릴기 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 5환 미만의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 5환 미만의 아릴기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 5환 미만의 헤테로고리기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 5환 미만의 N, O 또는 S를 포함하는 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, 상기 아릴기는 단환 내지 사환이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, 상기 아릴기는 단환 내지 삼환이다.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로고리기이고, 상기 헤테로고리기는 단환 내지 사환이다.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로고리기이고, 상기 헤테로고리기는 단환 내지 삼환이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, 상기 아릴기는 단환 내지 삼환이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 페닐기이다.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 시아노기, 아릴기 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 아릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 탄소수 6 내지 20의 아릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 페닐기로 치환된 페닐기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 나프틸기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 시아노기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 시아노기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 아릴기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 치환된 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 N, O 또는 S 원자를 1 이상 포함하는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 치환된 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 N, O 또는 S 원자를 1 이상 포함하는 탄소수 2 내지 30의 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 비페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 아릴기로 치환 또는 비치환된 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 트리페닐렌기로 치환 또는 비치환된 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기로 치환 또는 비치환된 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 나프틸기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 아릴기로 치환된 나프틸기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 탄소수 6 내지 20의 아릴기로 치환된 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 페닐기로 치환된 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 페난트레닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 페난트레닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 플루오레닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 알킬기로 치환 또는 비치환된 플루오레닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 탄소수 1 내지 30의 알킬기로 치환 또는 비치환된 플루오레닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 메틸기로 치환된 플루오레닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태태에 있어서, 상기 Ar2는 메틸기로 치환된 2-플루오레닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로고리기이고, 상기 헤테로고리기는 단환 내지 삼환이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 S 원자를 1 이상 포함하는 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 S 원자를 1 이상 포함하는 단환의 헤테로고리기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 N 원자를 1 이상 포함하는 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 N 원자를 1 이상 포함하는 삼환의 헤테로고리기이다. 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 카바졸기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 카바졸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, 상기 아릴기는 단환 내지 삼환이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 페닐기이다.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 시아노기, 아릴기 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택되는 치환기로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 아릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 탄소수 6 내지 20의 아릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 페닐기로 치환된 페닐기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 나프틸기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 시아노기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 헤테로고리기로 치환된 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 N 원자를 1 이상 포함하는 헤테로고리기로 치환된 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 N 원자를 1 이상 포함하는 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리기로 치환된 페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 피리딘기로 치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 비페닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 비페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 나프틸기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 나프틸기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 아릴기로 치환된 나프틸기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 탄소수 6 내지 20의 아릴기로 치환된 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 페닐기로 치환된 나프틸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 페난트레닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 페난트레닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 플루오레닐기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 알킬기로 치환 또는 비치환된 플루오레닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 탄소수 1 내지 30의 알킬기로 치환 또는 비치환된 플루오레닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 메틸기로 치환된 플루오레닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 메틸기로 치환된 2-플루오레닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로고리기이고, 상기 헤테로고리기는 단환 내지 삼환이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 S 원자를 1 이상 포함하는 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 S 원자를 1 이상 포함하는 단환의 헤테로고리기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 N 원자를 1 이상 포함하는 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 N 원자를 1 이상 포함하는 사환의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 N 원자를 1 이상 포함하는 삼환의 헤테로고리기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 카바졸기이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 Ar3는 카바졸기이다.
본 명세서의 실시상태에 있어서, 상기 나프틸기는
Figure pat00007
이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 나프틸기는
Figure pat00008
이다.
본 명세서의 실시상태에 있어서, 상기 비페닐기는
Figure pat00009
이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 비페닐기는
Figure pat00010
이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 비페닐기는
Figure pat00011
이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 페난트레닐기는
Figure pat00012
이다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 페난트레닐기는
Figure pat00013
이다.
본 명세서에서 상기 시아노기로 치환된 페닐기는
Figure pat00014
이다.
또 다른 실시상태에 있어서, 상기 시아노기로 치환된 페닐기는
Figure pat00015
이다.
본 명세서에서 상기 헤테로고리기는 하기 구조식들 중에서 선택되는 것이다.
Figure pat00016
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 페난트레닐기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 티오펜기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 치환 또는 비치환된 페노사틴기; 치환 또는 비치환된 디벤조디옥신기; 치환 또는 비치환된 퀴놀린기; 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기; 또는 치환 또는 비치환된 인돌로카바졸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 서로 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2 및 Ar3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 페난트레닐기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 티오펜기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 치환 또는 비치환된 페노사틴기; 치환 또는 비치환된 디벤조디옥신기; 치환 또는 비치환된 퀴놀린기; 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기; 및 치환 또는 비치환된 인돌로카바졸기로 이루어진 군에서 서로 상이하게 선택된다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 Ar2 및 Ar3를 Ar1과 상이하게 하여, 비정질의 극대화를 유도한다. 본 명세서의 또 하나의 실시상태에 따라, 상기 Ar2 및 Ar3도 서로 다르게 구성하여, 화학식 1로 표시되는 화합물의 비대칭을 유도할 수 있고, 이 경우 비정질의 효과를 더욱 높일 수 있다.
따라서, Ar1의 화학식 2로 표시되는 비선형의 터페닐기의 구조로 인한 비정질의 성질을 Ar2 및 Ar3를 서로 달리 하여 비정질의 성질을 더욱 극대화 할 수 있다. 따라서, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물은 비정질의 증착막 형성이 가능하고, 낮은 구동 전압 및 장수명의 소자를 제공할 수 있다.
특히, Ar2 및 Ar3 중 하나가 카바졸기를 갖는 경우, 트리아진, 피리미딘, 피리딘 골격을 통한 전자수송 능력을 억제하여 발광층내에서 발광영역을 넓게 형성시킨다. 따라서 유기 발광소자에 있어서 장수명을 가지는 효과가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1 내지 X3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 N 또는 CR이고, X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이며, 상기 R은 각각 독립적으로 수소; 또는 중수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1 내지 X3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 N 또는 CH이고, X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X1 내지 X3는 모두 N일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X1은 N이고, X2 및 X3는 CH일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X2는 N이고, X1 및 X3는 CH일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X3는 N이고, X1 및 X2는 CH일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X1 및 X2는 N일 수 있다. 이 경우, X3는 CH이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X1 및 X3는 N일 수 있다. 이 경우, X2는 CH이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X2 및 X3는 N일 수 있다. 이 경우, X1은 CH이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, X1 내지 X3는 N이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 구조식 중 어느 하나로 표시된다.
Figure pat00017
Figure pat00018
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 구조식 중 어느 하나로 표시된다.
Figure pat00019
Figure pat00020
본 명세서의 다른 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화학식 구조식 중 어느 하나로 표시된다.
Figure pat00021
Figure pat00022
본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물은 후술하는 제조 방법으로 제조될 수 있다.
본 명세서는 할로겐기가 치환된 Ar2 및 Ar3가 치환된 X1 내지 X3를 포함하는 구조에서 할로겐기; 또는 보롤란기가 치환된 화학식 2를 반응 시키는 방법으로 제조될 수 있다.
또한, 본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서는 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
상기 유기물층 중 1 층 이상은 전술한 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
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 유기물층을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층 또는 정공수송층을 포함하고, 상기 정공주입층 또는 정공수송층은 상기 헤테로환 화합물을 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 헤테로환 화합물을 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 헤테로환 화합물을 발광층의 호스트로서 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함하고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층은 상기 헤테로환 화합물을 포함한다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 캐소드; 애노드; 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비된 발광층; 및 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 구비된 1층 또는 2층 이상의 유기물층을 포함하고,
상기 유기물층은 상기 헤테로환 화합물을 포함하며, 상기 1층 이상의 유기물층은 전자수송층, 전자주입층, 전자 수송과 전자 주입을 동시에 하는 층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 선택된다.
본 명세서의 하나의 실시상태에 있어서, 상기 애노드와 상기 발광층 사이에 구비된 유기물층은 2층 이상이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 2층 이상의 전자수송층을 포함하고, 상기 2층 이상의 전자수송층 중 적어도 하나는 상기 헤테로환 화합물을 포함한다. 구체적으로 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로환 화합물은 상기 2층 이상의 전자수송층 중 1층에 포함될 수도 있으며, 각각의 2층 이상의 전자수송층에 포함될 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 헤테로환 화합물이 상기 각각의 2층 이상의 전자수송층에 포함되는 경우, 상기 헤테로환 화합물을 제외한 다른 재료들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 정공주입층, 정공수송층. 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함한다.
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.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 애노드, 1층 이상의 유기물층 및 캐소드가 순차적으로 적층된 구조(normal type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자는 기판 상에 캐소드, 1층 이상의 유기물층 및 애노드가 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 발광 소자일 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 구조는 도 1 및 2에 예시되어 있다.
도 1은 기판(1), 애노드(2), 발광층(3), 캐소드(4)가 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 헤테로환 화합물은 상기 발광층(3)에 포함될 수 있다.
도 2는 기판 (1), 애노드(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(3), 전자수송층(7) 및 캐소드(4)가 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서 상기 헤테로환 화합물은 상기 정공주입층(5), 정공 수송층(6), 발광층(3) 및 전자 수송층(7) 중 1층 이상에 포함될 수 있다.
상기 도 1 및 도 2는 유기 발광 소자를 예시한 것이며 이에 한정되지 않는다.
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 애노드, 유기물층 및 캐소드를 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 애노드를 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 캐소드로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 캐소드 물질부터 유기물층, 애노드 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 캐소드 물질로부터 유기물층, 애노드 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수도 있다 (국제 특허 출원 공개 제 2003/012890호). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 애노드 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 애노드 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 캐소드 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 캐소드 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 애노드에서의 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 애노드 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 애노드나 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-히드록시퀴놀린 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 방향족 아민 유도체, 스티릴아민 화합물, 붕소 착체, 플루오란텐 화합물, 금속 착체 등이 있다. 구체적으로 방향족 아민 유도체로는 치환 또는 비치환된 아릴아미노기를 갖는 축합 방향족환 유도체로서, 아릴아미노기를 갖는 피렌, 안트라센, 크리센, 페리플란텐 등이 있으며, 스티릴아민 화합물로는 치환 또는 비치환된 아릴아민에 적어도 1개의 아릴비닐기가 치환되어 있는 화합물로, 아릴기, 실릴기, 알킬기, 시클로알킬기 및 아릴아미노기로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상 선택되는 치환기가 치환 또는 비치환된다. 구체적으로 스티릴아민, 스티릴디아민, 스티릴트리아민, 스티릴테트라아민 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전자 수송 물질로는 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 층으로 전자 수송 물질로는 캐소드로부터 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, 캐소드로부터의 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 캐소드 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.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
제조예 1. 화학식 1-1의 합성
[화학식 1-1]
Figure pat00023
2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진( 10 g, 37.4mmol)과 [1,1':3',1"-터페닐]-5'-일보로닉 엑시드(10.2g, 37.4mmol)을 테트라하이드로퓨란(60ml)에 완전히 녹인 후 탄산칼륨(15.5g, 112.1 mmol)을 물 20 ml에 용해시켜 첨가하고, 테트라키스트리페닐-포스피노팔라듐 (1.29g, 1.12mmol)을 넣은 후, 2시간동안 가열 교반하였다. 상온으로 온도를 낮추고 반응을 종결한 후, 탄산칼륨 용액을 제거하여 상기의 흰색 고체를 걸렀다. 걸러진 흰색의 고체를 테트라하이드로퓨란과 에틸아세테이트로 각각 2번씩 세척하여 상기 화학식 1-1의 화합물 (15.5g, 수율 90%)을 제조하였다.
MS[M+H]+= 462
제조예 2. 화학식 1-2의 합성
[화학식 1-2]
Figure pat00024
상기 제조예 1에서 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 대신 2-클로로-4-(나프탈렌-1-일)-6-페닐-1,3,5-트리아진을 사용한 것을 제외하고, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-2의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 512
제조예 3. 화학식 1-3의 합성
[화학식 1-3]
Figure pat00025
상기 제조예 1에서 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 대신 2-([1,1'-비페닐]-4-일)-4-클로로-6-페닐-1,3,5-트리아진 을 사용한 것을 제외하고, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-3의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 538
제조예 4. 화학식 1-4의 합성
[화학식 1-4]
Figure pat00026
상기 제조예 1에서 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 대신 2-([1,1'-비페닐]-3-일)-4-클로로-6-페닐-1,3,5-트리아진 을 사용한 것을 제외하고, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-4의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 538
제조예 5. 화학식 1-5의 합성
[화학식 1-5]
Figure pat00027
상기 제조예 1에서 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 대신 2-([1,1'-비페닐]-2-일)-4-클로로-6-페닐-1,3,5-트리아진 을 사용한 것을 제외하고, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-5의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 538
제조예 6. 화학식 2-1의 합성
[화학식 2-1]
Figure pat00028
상기 제조예 1에서 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 4-([1,1'-비페닐]-4-일)-6-클로로-2-페닐피리미딘을 사용한 것을 제외하고, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 2-1의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 537
제조예 7. 화학식 2-2의 합성
[화학식 2-2]
Figure pat00029
상기 제조예 1에서 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 대신 4-클로로-6-페닐-2-(4-(피리딘-2-일)페닐)피리미딘을 사용한 것을 제외하고, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 2-2의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 538
제조예 8. 화학식 2-3의 합성
[화학식 2-3]
Figure pat00030
상기 제조예 1에서 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 대신 2,4-디([1,1'-비페닐]-4-일)-6-클로로피리미딘을 사용한 것을 제외하고, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 2-3의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 613
제조예 9. 화학식 3-1의 합성
[화학식 3-1]
Figure pat00031
상기 제조예 1에서 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 대신 4-([1,1'-비페닐]-4-일)-2-클로로-6-페닐피리미딘을 사용한 것을 제외하고, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 3-1의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 537
제조예 10. 화학식 3-2의 합성
[화학식 3-2]
Figure pat00032
상기 제조예 1에서 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 대신 4,6-디([1,1'-비페닐]-4-일)-2-클로로피리미딘을 사용한 것을 제외하고, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 3-2의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 613
제조예 11. 화학식 1-6의 합성
[화학식 1-6]
Figure pat00033
상기 제조예 1에서 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 대신 4-(4-클로로-6-페닐-1,3,5-트리아진-2-일)벤조니트릴을 사용한 것을 제외하고, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-6의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 487
제조예 12. 화학식 1-7의 합성
[화학식 1-7]
Figure pat00034
상기 제조예 1에서 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 대신 2-([1,1':3',1"-터피닐]-5'-일)-4-(3-클로로페닐)-6-페닐-1,3,5-트리아진을 사용하고, [1,1':3',1"-터페닐]-5'-일보로닉 엑시드 대신 (4-(9H-카바졸-9-일)페닐)보로닉 엑시드를 사용한 것을 제외하고, 상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 1-7의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 703
제조예 13. 화학식 2-4의 합성
[화학식 2-4]
Figure pat00035
상기 제조예 12에서 2-([1,1':3',1"-터피닐]-5'-일)-4-(3-클로로페닐)-6-페닐-1,3,5-트리아진대신 4-([1,1':3',1"-터페닐]-5'-일)-6-(4-클로로페닐)-2-페닐피리미딘을 사용한 것을 제외하고, 상기 화학식 1-7로 표시되는 화합물을 제조하는 방법과 동일한 방법으로 상기 화학식 2-4의 화합물을 제조하였다.
MS[M+H]+= 702
< 실험예 1-1>
ITO(indium tin oxide)가 1,000Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 화합물 [HI-A]를 600Å의 두께로 열 진공증착하여 정공 주입층을 형성하였다. 상기 정공 주입층 위에 하기 화학식의 헥사니트릴 헥사아자트리페닐렌 (hexaazatriphenylene; HAT)를 50Å 및 하기 화합물 [HT-A] (600Å)를 순차적으로 진공증착하여 정공 수송층을 형성하였다.
이어서, 상기 정공 수송층 위에 막 두께 200Å으로 하기 화합물 [BH]와 [BD]를 25:1의 중량비로 진공증착하여 발광층을 형성하였다.
상기 발광층 위에 상기 [화학식 1-1]의 화합물과 하기 화합물 [LiQ](Lithiumquinolate)를 1:1 중량비로 진공증착하여 350Å의 두께로 전자 주입 및 수송층을 형성하였다. 상기 전자 주입 및 수송층 위에 순차적으로 10Å 두께로 리튬 플루라이드(LiF)와 1,000Å 두께로 알루미늄을 증착하여 음극을 형성하였다.
상기의 과정에서 유기물의 증착속도는 0.4 ~ 0.9 Å/sec를 유지하였고, 음극의 리튬플루오라이드는 0.3 Å/sec, 알루미늄은 2 Å/sec의 증착 속도를 유지하였으며, 증착시 진공도는 1 × 10-7~ 5 ×10- 8torr를 유지하여, 유기 발광 소자를 제작하였다.
[HAT]
Figure pat00036
[HI-A] [HT-A]
Figure pat00037
Figure pat00038
[BH] [BD]
Figure pat00039
Figure pat00040
[LiQ]
Figure pat00041
[ET-1-A] [ET-1-B] [ET-1-C]
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
[ET-1-D] [ET-1-E] [ET-1-F]
Figure pat00045
Figure pat00046
Figure pat00047
[ET-1-G] [ET-1-H] [ET-1-I]
Figure pat00048
Figure pat00049
Figure pat00050
[ET-1-J] [ET-1-K]
Figure pat00051
Figure pat00052
[ET-1-L] [ET-1-M] [ET-1-N]
Figure pat00053
Figure pat00054
Figure pat00055
[ET-1-O] [ET-1-P] [ET-1-Q]
Figure pat00056
Figure pat00057
Figure pat00058
[ET-1-R]
Figure pat00059
<실험예 1-2>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 1-2의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<실험예 1-3>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 1-3의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<실험예 1-4>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 1-4의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<실험예 1-5>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 1-5의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<실험예 1-6>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 1-6의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<실험예 1-7>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 1-7의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-1>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-A의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-2>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-B의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-3>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-C의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-4>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-D의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-5>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-E의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-6>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-F의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-7>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-G의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-8>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-H의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-9>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-I의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-10>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-J의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-11>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-K의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-12>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-L의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-13>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-M의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-14>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-N의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-15>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-O의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-16>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-P의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-17>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-Q의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 1-18>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-1-R의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
전술한 방법으로 제조한 유기 발광 소자를 10 mA/Cm2의 전류밀도에서 구동전압과 발광 효율을 측정하였고, 20 mA/Cm2의 전류밀도에서 초기 휘도 대비 90%가 되는 시간(T90)을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
화학식 전압
(V@10mA/cm2)		 효율
(cd/A@10mA/cm2)		 색좌표
(x,y)		 수명(h)
T90 at 20mA/Cm2
실험예 1-1 1-1 4.2 4.98 (0.142, 0.099) 135
실험예 1-2 1-2 4.26 5.02 (0.142, 0.096) 148
실험예 1-3 1-3 4.28 5.33 (0.142, 0.098) 159
실험예 1-4 1-4 4.2 5.33 (0.142, 0.097) 142
실험예 1-5 1-5 4.21 5.35 (0.142, 0.096) 140
실험예 1-6 1-6 4.55 4.92 (0.142, 0.097) 250
실험예 1-7 1-7 4.30 5.20 (0.142, 0.098) 231
비교예 1-1 ET-1-A 4.72 3.91 (0.142, 0.098) 90
비교예 1-2 ET-1-B 4.84 4.01 (0.142, 0.102) 101
비교예 1-3 ET-1-C 4.91 3.99 (0.142, 0.096) 103
비교예 1-4 ET-1-D 4.67 4.10 (0.142, 0.096) 110
비교예 1-5 ET-1-E 5.01 3.61 (0.142, 0.096) 115
비교예 1-6 ET-1-F 5.10 3.52 (0.142, 0.096) 92
비교예 1-7 ET-1-G 4.87 3.87 (0.142, 0.096) 84
비교예 1-8 ET-1-H 5.23 3.42 (0.142, 0.096) 79
비교예 1-9 ET-1-I 4.98 4.00 (0.142, 0.096) 106
비교예 1-10 ET-1-J 5.02 3.71 (0.142, 0.096) 67
비교예 1-11 ET-1-K 5.12 3.98 (0.142, 0.095) 74
비교예 1-12 ET-1-L 5.01 4.22 (0.142, 0.094) 99
비교예 1-13 ET-1-M 5.00 4.24 (0.142, 0.094) 87
비교예 1-14 ET-1-N 5.10 4.27 (0.142, 0.094) 60
비교예 1-15 ET-1-O 5.11 4.09 (0.142, 0.097) 84
비교예 1-16 ET-1-P 5.08 3.89 (0.142, 0.097) 65
비교예 1-17 ET-1-Q 5.15 3.97 (0.142, 0.096) 70
비교예 1-18 ET-1-R 5.10 4.02 (0.142, 0.096) 79
상기 표 1의 결과로부터, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기 발광 소자의 전자주입 및 전자수송을 동시에 할 수 있는 유기물층에 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 상기 실험예와 비교예를 통하여, 본 명세서의 일 실시상태와 같이, Ar2 및 Ar3는 Ar1과 상이하고, 화학식 2로 표시되는 터페닐기를 포함하는 경우에 높은 효율, 낮은 구동전압 및 장수명의 유기 발광 소자를 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.
구체적으로 실험예와 비교예를 비교하면, 화학식 2로 표시되는 터페닐기를 포함하는 경우에, 다른 구조의 터페닐기를 포함하는 경우에 비하여 유기 발광 소자에서 구동전압, 효율 및 수명면에서 우수한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 상기와 같은 결과는 비선형 구조의 화학식 2로 표시되는 구조가 도입됨에 따라, 광학적 밴드갭을 넓게 형성시킬 수 있기 때문이다.
또한, 실험예 1-1과 비교예 1-6 및 1-7을 비교하면, 화학식 2로 표시되는 터페닐기를 포함하는 경우, 추가의 치환기로 치환되거나, 추가의 치환기가 서로 결합하여, 축합고리를 형성한 경우에 비하여 유기 발광 소자에서 우수한 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 1-8 및 1-9의 결과로 본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 유기 발광 소자의 경우에 대칭성을 가지는 트리아진 화합물을 전자주입 및 전자수송을 동시에 할 수 있는 유기물층에 사용한 경우보다 높은 효율, 낮은 구동전압 및 장수명을 갖는 것을 확인할 수 있다.
비교예 1-10의 결과로 본 명세서의 일 실시상태에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 유기 발광 소자의 경우에, Ar2 및 Ar3가 5환 미만인 경우가 5환 이상인 경우보다 낮은 구동전압 및 장수명을 갖는 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 1-11과 실험예의 결과로, Ar2 및 Ar3가 동일하더라도 L이 직접결합인 경우가 L이 링커가 있는 경우보다 낮은 구동전압, 높은 발광 효율 및 장수명의 유기 발광 소자를 제공하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 1-12내지 1-14와 실험예의 결과로, L이 직접결합인 경우가 L이 링커가 있는 경우보다 낮은 구동전압, 높은 발광 효율 및 장수명의 유기 발광 소자를 제공하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 1-17 및 1-18와 실험예의 결과로, Ar1 내지 Ar3 중 어느 하나에 카바졸유도체가 치환된 구조에서 화학식 2로 표시되는 터페닐기를 포함하는 경우 낮은 구동전압, 높은 발광 효율 및 장수명의 유기 발광 소자를 제공하는 것을 확인할 수 있었다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 열적 안정성이 우수하고, 6.0 eV 이상의 깊은 HOMO 준위, 높은 삼중항 에너지(ET), 및 정공 안정성을 가져 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 전자 주입 및 전자수송을 동시에 할 수 있는 유기물층에 사용할 경우, n-형 도펀트를 섞어 사용 가능하다. 이에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 낮은 구동전압 및 높은 효율을 가지며, 화합물의 정공 안정성에 의하여 소자의 안정성을 향상시킬 수 있다.
[ET-2-A] [ET-2-B] [ET-2-C]
Figure pat00060
Figure pat00061
Figure pat00062
[ET-2-D] [ET-2-E]
Figure pat00063
Figure pat00064
[ET-2-F] [ET-2-G] [ET-2-H]
Figure pat00065
Figure pat00066
Figure pat00067
[ET-2-I] [ET-2-J]
Figure pat00068
Figure pat00069
<실험예 2-1>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 2-1의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<실험예 2-2>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 2-2의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<실험예 2-3>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 2-3의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<실험예 2-4>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 3-1의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<실험예 2-5>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 3-2의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<실험예 2-6>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 2-4의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 2-1>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-2-A의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 2-2>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-2-B의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 2-3>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-2-C의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 2-4>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-2-D의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 2-5>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-2-E의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 2-6>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-2-F의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 2-7>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-2-G의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 2-8>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-2-H의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 2-9>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-2-I의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
<비교예 2-10>
상기 실험예 1-1에서 화학식 1-1의 화합물 대신 상기 화학식 ET-2-J의 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실험예 1-1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제작하였다.
전술한 방법으로 제조한 유기 발광 소자를 10 mA/Cm2의 전류밀도에서 구동전압과 발광 효율을 측정하였고, 20 mA/Cm2의 전류밀도에서 초기 휘도 대비 90%가 되는 시간(T90)을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
화학식 전압
(V@10mA/cm2)		 효율
(cd/A@10mA/cm2)		 색좌표
(x,y)		 수명(h)
T90 at 20mA/Cm2
실험예 2-1 2-1 4.2 5.52 (0.142, 0.097) 142
실험예 2-2 2-2 4.70 5.00 (0.142, 0.097) 170
실험예 2-3 2-3 4.41 5.21 (0.142, 0.096) 138
실험예 2-4 3-1 4.29 5.35 (0.142, 0.098) 159
실험예 2-5 3-2 4.40 5.19 (0.142, 0.097) 142
실험예 2-6 2-4 4.21 5.40 (0.142, 0.097) 168
비교예 2-1 ET-2-A 4.91 4.41 (0.142, 0.098) 75
비교예 2-2 ET-2-B 4.97 3.97 (0.142, 0.102) 76
비교예 2-3 ET-2-C 5.03 3.99 (0.142, 0.096) 42
비교예 2-4 ET-2-D 5.12 4.20 (0.142, 0.096) 98
비교예 2-5 ET-2-E 5.01 3.61 (0.142, 0.096) 100
비교예 2-6 ET-2-F 5.31 3.71 (0.142, 0.096) 55
비교예 2-7 ET-2-G 5.55 2.47 (0.142, 0.096) 40
비교예 2-8 ET-2-H 5.07 4.41 (0.142, 0.097) 67
비교예 2-9 ET-2-I 5.08 4.37 (0.142, 0.096) 51
비교예 2-10 ET-2-J 5.00 4.02 (0.142, 0.096) 66
상기 표 2의 결과로부터, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기 발광 소자의 전자주입 및 전자수송을 동시에 할 수 있는 유기물층에 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 상기 실험예와 비교예를 통하여, 본 명세서의 일 실시상태와 같이, Ar2 및 Ar3는 Ar1과 상이하고, 화학식 2로 표시되는 터페닐기를 직접결합으로 포함하는 경우에 높은 효율, 낮은 구동전압 및 장수명의 유기 발광 소자를 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 2-8 및 2-10와 실험예의 결과로, Ar1 내지 Ar3 중 어느 하나에 카바졸유도체가 치환된 구조에서 화학식 2로 표시되는 터페닐기를 포함하는 경우 낮은 구동전압, 높은 발광 효율 및 장수명의 유기 발광 소자를 제공하는 것을 확인할 수 있었다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 열적 안정성이 우수하고, 6.0 eV 이상의 깊은 HOMO 준위, 높은 삼중항 에너지(ET), 및 정공 안정성을 가져 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 전자 주입 및 전자수송을 동시에 할 수 있는 유기물층에 사용할 경우, n-형 도펀트를 섞어 사용 가능하다. 이에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 낮은 구동전압 및 높은 효율을 가지며, 화합물의 정공 안정성에 의하여 소자의 안정성을 향상 시킬 수 있다.
유기 발광 소자에 사용되는 유기물의 중요한 특성 중 하나는 비정질(amorphous) 증착막 형성이 필요하다는 점인데, 높은 결정성을 가지는 유기물은 증착시 막특성이 불균일하게 증착되어 소자 구동시 구동전압 상승이 크며 소자 수명이 낮아져 소자 열화가 빠르게 일어나는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 비정질 막형성이 필요한데, 본 발명자들은 X1 내지 X3를 포함하는 구조에 있어서, Ar2 및 Ar3를 Ar1과 서로 상이하게 함으로써, 비대칭성을 증가시켜 비정질의 막형성이 용이하도록 하였다.
또한, 화학식 2의 구조를 도입함으로써, 상기의 비정질의 막형성을 극대화하였다.
1: 기판
2: 애노드
3: 발광층
4: 캐소드
5: 정공주입층
6: 정공수송층
7: 전자수송층

Claims (14)

  1. 하기 화학식1로 표시되는 헤테로환 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00070

    화학식 1에 있어서,
    X1 내지 X3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 N; 또는 CR이고,
    X1 내지 X3는 동시에 CR이 아니며,
    Ar1은 하기 화학식 2로 표시되는 치환기이고,
    [화학식 2]
    Figure pat00071

    L은 직접결합이며,
    Ar2 및 Ar3는 Ar1과 상이하며,
    Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 5환 미만의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 5환 미만의 헤테로고리기이고,
    R은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  2. 청구항 1에 있어서, Ar2 및 Ar3는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 페난트레닐기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 티오펜기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 치환 또는 비치환된 페노사틴기; 치환 또는 비치환된 디벤조디옥신기; 치환 또는 비치환된 퀴놀린기; 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기; 또는 치환 또는 비치환된 인돌로카바졸기인 것인 헤테로환 화합물.
  3. 청구항 1에 있어서, Ar2 및 Ar3는 서로 상이한 것인 헤테로환 화합물.
  4. 청구항 1에 있어서, Ar2 및 Ar3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 페난트레닐기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 티오펜기; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 치환 또는 비치환된 페노사틴기; 치환 또는 비치환된 디벤조디옥신기; 치환 또는 비치환된 퀴놀린기; 치환 또는 비치환된 벤조카바졸기; 및 치환 또는 비치환된 인돌로카바졸기로 이루어진 군에서 서로 상이하게 선택되는 것인 헤테로환 화합물.
  5. 청구항 1에 있어서, X1 내지 X3는 N인 것인 헤테로환 화합물.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화학식 구조식 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    Figure pat00072

    Figure pat00073
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 화학식 구조식 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    Figure pat00074

    Figure pat00075
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로환 화합물은 하기 구조식 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로환 화합물:
    Figure pat00076

    Figure pat00077
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물의 유리전이온도(Tg)는 120℃ 이상인 헤테로환 화합물.
  10. 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하고,
    상기 유기물층 중 1 층 이상은 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 유기물층은 정공주입층 또는 정공수송층을 포함하고,
    상기 정공주입층 또는 정공수송층은 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 유기물층은 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함하고,
    상기 전자수송층 또는 전자주입층은 상기 헤테로환 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는 정공주입층, 정공수송층. 전자수송층, 전자주입층, 전자저지층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
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