KR20170031614A - 신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신규한 화합물에 관한 것으로, 특히 유기발광소자에 적용시 정공주입 및 정공전달 특성이 우수하여 저전압 구동이 가능하며, 동시에 전자차단 특성이 우수하며, hole mobility 향상시키고, 저전압, 고효율, 장수명을 가져오며, 높은 Tg로 인한 박막의 재결정화를 방지할 수 있으며, 구동 안정성을 우수하게 할 수 있는 신규한 화합물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기발광소자에 관한 것으로, 특히 유기발광소자에 적용시 정공주입 및 정공전달 특성이 우수하여 저전압 구동이 가능하며, 동시에 전자차단 특성이 우수하며, hole mobility 향상시키고, 저전압, 고효율, 장수명을 가져오며, 높은 Tg로 인한 박막의 재결정화를 방지할 수 있으며, 구동 안정성을 우수하게 할 수 있는 신규한 화합물에 관한 것이다.
최근, 자체 발광형으로 저전압 구동이 가능한 유기발광소자는, 평판 표시소자의 주류인 액정디스플레이(LCD, liquid crystal display)에 비해, 시야각, 대조비 등이 우수하고 백라이트가 불필요하여 경량 및 박형이 가능하며 소비전력 측면에서도 유리하고 색 재현 범위가 넓어, 차세대 표시소자로서 주목을 받고 있다.
유기발광소자에서 유기물 층으로 사용되는 재료는 크게 기능에 따라, 발광 재료, 정공주입 재료, 정공수송 재료, 전자수송 재료, 전자주입 재료 등으로 분류될 수 있다. 상기 발광 재료는 분자량에 따라 고분자과 저분자로 분류될 수 있고, 발광 메커니즘에 따라 전자의 일중항 여기상태로부터 유래되는 형광 재료와 전자의 삼중항 여기상태로부터 유래되는 인광 재료로 분류될 수 있으며, 발광 재료는 발광 색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 재료와 보다 나은 천연색을 구현하기 위해 필요한 노란색 및 주황색 발광 재료로 구분될 수 있다. 또한, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율을 증가시키기 위하여, 발광 물질로서 호스트/도판트 계를 사용할 수 있다. 그 원리는 발광층을 주로 구성하는 호스트보다 에너지 대역 간극이 작고 발광 효율이 우수한 도판트를 발광층에 소량 혼합하면, 호스트에서 발생한 엑시톤이 도판트로 수송되어 효율이 높은 빛을 내는 것이다. 이때 호스트의 파장이 도판트의 파장대로 이동하므로, 이용하는 도판트와 호스트의 종류에 따라 원하는 파장의 빛을 얻을 수 있다.
현재까지 이러한 유기발광소자에 사용되는 물질로서 다양한 화합물들이 연구되었으나 이제까지 알려진 물질을 이용한 유기발광소자의 경우 높은 구동전압, 낮은 효율 및 짧은 수명으로 인해 실용화하는 데에 많은 어려움이 있었다. 따라서 우수한 특성을 갖는 물질을 이용하여 저전압 구동, 고휘도 및 장수명을 갖는 유기발광소자를 개발하려는 노력이 지속되어 왔다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 유기발광소자에 적용시 정공주입 및 정공전달 특성이 우수하여 저전압 구동이 가능하며, 동시에 전자차단 특성이 우수하며, hole mobility를 향상시키고, 저전압, 고효율, 장수명을 가져오며, 높은 Tg로 인한 박막의 재결정화를 방지할 수 있으며, 구동 안정성을 우수하게 할 수 있는 신규한 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 상기 신규한 화합물을 포함하여 정공주입 및 정공전달 특성이 우수하여 저전압 구동이 가능하며, 동시에 전자차단 특성이 우수하며, hole mobility를 향상시키고, 저전압, 고효율, 장수명을 가져오며, 높은 Tg로 인한 박막의 재결정화를 방지할 수 있으며, 구동 안정성을 구현할 수 있는 유기발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다:
[화학식 1]
상기 식에서,
X는 O 또는 S이며,
L은 단일결합; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C6 -50의 아릴렌기; 또는 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C2 -50의 헤테로아릴렌기이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C6 -50의 아릴기; 또는 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-50의 헤테로아릴기이고,
R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 아미노기; 니트릴기; 니트로기; 실란기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C1 -30의 알킬기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2 -30의 알케닐기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2 -30의 알키닐기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C1 -30의 알콕시기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C6 -30의 아릴옥시기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C6 -50의 아릴기; 또는 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C2 -50의 헤테로아릴기이다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기발광소자를 제공한다.
본 발명에 따른 신규한 화합물은 유기발광소자에 적용시 정공주입 및 정공전달 특성이 우수하여 저전압 구동이 가능하며, 동시에 전자차단 특성이 우수하며, hole mobility를 향상시키고, 저전압, 고효율, 장수명을 가져오며, 높은 Tg로 인한 박막의 재결정화를 방지할 수 있으며, 구동 안정성을 우수하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도면의 부호
10 : 기판
11 : 양극
12 : 정공주입층
13 : 정공전달층
14 : 발광층
15 : 전자전달층
16: 음극
도면의 부호
10 : 기판
11 : 양극
12 : 정공주입층
13 : 정공전달층
14 : 발광층
15 : 전자전달층
16: 음극
본 발명의 화합물은 하기 화학식 1로 표시된다.
[화학식 1]
상기 식에서,
X는 O 또는 S이며,
L은 단일결합; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C6 -50의 아릴렌기; 또는 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C2 -50의 헤테로아릴렌기이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C6 -50의 아릴기; 또는 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-50의 헤테로아릴기이고,
R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 아미노기; 니트릴기; 니트로기; 실란기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C1 -30의 알킬기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2 -30의 알케닐기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2 -30의 알키닐기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C1 -30의 알콕시기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C6 -30의 아릴옥시기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C6 -50의 아릴기; 또는 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C2 -50의 헤테로아릴기이다.
구체적으로 L, Ar1 및 Ar2는 아릴아민을 포함하지 않을 수 있고, 더욱 구체적으로는 Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나는 플루오렌을 포함할 수 있다. 이 경우 더욱 우수한 hole mobility로 인한 저전압 구동, 고효율 유기발광소자 구현이 가능하다.
본 발명에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 구체적인 예는 다음과 같다:
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본 발명에 따른 화학식 1의 화합물은 유기발광소자에 적용시 다음과 같은 장점을 가진다.
1. 벤조퓨란/벤조티오펜과 아릴아민이 결합하여 정공주입 및 정공수송에 적합한 HOMO 형성. 저전압 구동 가능.
2. 벤조퓨란/벤조티오펜과 아릴아민이 결합하여 및 전자차단이 용이한 LUMO 형성. 고효율 가능
3. 벤조퓨란/티오펜 3번 치환으로 hole mobility 향상. 저전압, 고효율, 장수명 가능.
4. 높은 Tg로 인한 박막의 재결정화 방지. 구동 안정성 향상.
한 본 발명의 화합물은 하기 반응식 1을 통하여 제조될 수 있다:
[반응식 1]
상기 반응식 1에서 L, Ar1, Ar2, R1, R2, R3, R4, R5는 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 유기물층에 포함하는 유기발광소자를 제공한다. 구체적으로는 정공주입물질 또는 정공수송물질로 포함하는 것이며, 더욱 구체적으로는 정공수송물질로 포함하는 것이며, 이때, 본 발명의 화합물은 단독으로 사용되거나 공지의 유기발광 화합물과 함께 사용될 수 있다. 특히 화학식 1에서 L, Ar1 및 Ar2이 아릴아민을 포함하지 않고, Ar1 또는 Ar2가 플루오렌을 포함하는 경우 더욱 우수한 hole mobility로 인한 저전압 구동, 고효율 유기발광소자 구현이 가능하다.
또한 본 발명의 유기발광소자는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 바, 상기 유기발광소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
상기 유기발광소자는 애노드(anode)와 캐소드(cathod) 사이에 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL), 발광층(EML), 전자수송층(ETL), 전자주입층(EIL) 등의 유기물층을 1 개 이상 포함할 수 있다.
먼저, 기판 상부에 높은 일함수를 갖는 애노드 전극용 물질을 증착시켜 애노드를 형성한다. 이때, 상기 기판은 통상의 유기발광소자에서 사용되는 기판을 사용할 수 있으며, 특히 기계적 강도, 열적 안정성, 투명성, 표면평활성, 취급용이성, 및 방수성이 우수한 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판을 사용하는 것이 좋다. 또한, 애노드 전극용 물질로는 투명하고 전도성이 우수한 산화인듐주석(ITO), 산화인듐아연(IZO), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등을 사용할 수 있다. 상기 애노드 전극용 물질은 통상의 애노드 형성방법에 의해 증착할 수 있으며, 구체적으로 증착법 또는 스퍼터링법에 의해 증착할 수 있다.
그 다음, 상기 애노드 전극 상부에 정공주입층 물질을 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB(Langmuir-Blodgett)법 등과 같은 방법에 의해 형성할 수 있다. 상기 진공증착법에 의해 정공주입층을 형성하는 경우 그 증착조건은 정공주입층의 재료로서 사용하는 화합물, 목적하는 정공주입층의 구조 및 열적특성 등에 따라 다르지만, 일반적으로 50-500℃의 증착온도, 10-8 내지 10-3 torr의 진공도, 0.01 내지 100Å/sec의 증착속도, 10 Å내지 5 ㎛의 층 두께 범위에서 적절히 선택할 수 있다.
상기 정공주입층 물질은 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있으며, 공지의 물질과 함께 사용할 수도 있다. 상기 공지의 물질은 특별히 제한되지 않으며, 미국특허 제4,356,429호에 개시된 구리 프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물 또는 스타버스트형 아민 유도체류인 TCTA(4,4',4"-트리(N-카바졸릴)트리페닐아민), m-MTDATA(4,4',4"-트리스(3-메틸페닐아미노)트리페닐아민), m-MTDAPB(4,4',4"-트리스(3-메틸페닐아미노)페녹시벤젠), HI-406(N1,N1'-(비페닐-4,4'-디일)비스(N1-(나프탈렌-1-일)-N4,N4-디페닐벤젠-1,4-디아민) 등을 정공주입층 물질로 사용할 수 있다.
다음으로 상기 정공주입층 상부에 정공수송층 물질을 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법에 의해 형성할 수 있다. 상기 진공증착법에 의해 정공수송층을 형성하는 경우 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건 범위에서 선택하는 것이 좋다.
또한, 상기 정공수송층 물질은 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용할 수 있으며, 공지의 물질과 함께 사용할 수도 있다. 상기 공지의 물질은 특별히 제한되지는 않으며, 정공수송층에 사용되고 있는 통상의 공지 물질 중에서 임의로 선택하여 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 정공수송층 물질은 N-페닐카바졸, 폴리비닐카바졸 등의 카바졸 유도체, N,N'-비스(3-메틸페닐)-N,N'-디페닐-[1,1-비페닐]-4,4'-디아민(TPD), N.N'-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐 벤지딘(α-NPD) 등의 방향족 축합환을 가지는 통상의 아민 유도체 등이 사용될 수 있다.
그 후, 상기 정공수송층 상부에 발광층 물질을 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법, LB법 등과 같은 방법에 의해 형성할 수 있다. 상기 진공증착법에 의해 발광층을 형성하는 경우 그 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건 범위에서 선택하는 것이 좋다. 또한, 상기 발광층 재료는 공지의 화합물을 호스트 또는 도펀트로 사용할 수 있다.
또한 일예로 상기 발광층 재료로 형광 도펀트로는 이데미츠사(Idemitsu사)에서 구입 가능한 IDE102 또는 IDE105, 또는 BD142(N6,N12-비스(3,4-디메틸페닐)-N6,N12-디메시틸크리센-6,12-디아민)를 사용할 수 있으며, 인광 도펀트로는 녹색 인광 도펀트 Ir(ppy)3(트리스(2-페닐피리딘) 이리듐), 청색 인광 도펀트인 F2Irpic(이리듐(Ⅲ) 비스[4,6-다이플루오로페닐)-피리디나토-N,C2'] 피콜린산염), UDC사의7 적색 인광 도펀트 RD61 등이 공동 진공증착(도핑)될 수 있다.
또한, 발광층에 인광 도펀트와 함께 사용할 경우에는 삼중항 여기자 또는 정공이 전자수송층으로 확산되는 현상을 방지하기 위하여 정공억제재료(HBL)를 추가로 진공증착법 또는 스핀코팅법에 의해 적층시킬 수 있다. 이때 사용할 수 있는 정공억제물질은 특별히 제한되지는 않으나, 정공억제재료로 사용되고 있는 공지의 것에서 임의의 것을 선택해서 이용할 수 있다. 예를 들면, 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 또는 일본특개평 11-329734(A1)에 기재되어 있는 정공억제재료 등을 들 수 있으며, 대표적으로 Balq(비스(8-하이드록시-2-메틸퀴놀리놀나토)-알루미늄 비페녹사이드), 페난트롤린(phenanthrolines)계 화합물(예: UDC사 BCP(바쏘쿠프로인)) 등을 사용할 수 있다.
상기와 같이 형성된 발광층 상부에는 전자수송층이 형성되는데, 이때 상기 전자수송층은 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
상기 전자수송층 재료는 전자주입전극으로부터 주입된 전자를 안정하게 수송하는 기능을 하는 것으로서 그 종류가 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들어 퀴놀린 유도체, 특히 트리스(8-퀴놀리놀라토)알루미늄(Alq3), 또는 ET4(6,6'-(3,4-디메시틸-1,1-디메틸-1H-실올-2,5-디일)디-2,2'-비피리딘)을 사용할 수 있다. 또한, 전자수송층 상부에 캐소드로부터 전자의 주입을 용이하게 하는 기능을 가지는 물질인 전자주입층(EIL)이 적층될 수 있으며, 전자주입층 물질로는 LiF, NaCl, CsF, Li2O, BaO 등의 물질을 이용할 수 있다.
또한, 상기 전자수송층의 증착조건은 사용하는 화합물에 따라 다르지만, 일반적으로 정공주입층의 형성과 거의 동일한 조건 범위에서 선택하는 것이 좋다.
그 뒤, 상기 전자수송층 상부에 전자주입층 물질을 형성할 수 있으며, 이때 상기 전자수송층은 통상의 전자주입층 물질을 진공증착법, 스핀코팅법, 캐스트법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
마지막으로 전자주입층 상부에 캐소드 형성용 금속을 진공증착법이나 스퍼터링법 등의 방법에 의해 형성하고 캐소드로 사용한다. 여기서 캐소드 형성용 금속으로는 낮은 일함수를 가지는 금속, 합금, 전기전도성 화합물, 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 구체적인 예로는 리튬(Li), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 알루미늄-리튬(Al-Li), 칼슘(Ca), 마그네슘-인듐(Mg-In), 마그네슘-은(Mg-Ag) 등이 있다. 또한, 전면 발광소자를 얻기 위하여 ITO, IZO를 사용한 투과형 캐소드를 사용할 수도 있다.
본 발명의 유기발광소자는 애노드, 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층, 캐소드 구조의 유기발광소자 뿐만 아니라, 다양한 구조의 유기발광소자의 구조가 가능하며, 필요에 따라 1층 또는 2층의 중간층을 더 형성하는 것도 가능하다.
상기와 같이 본 발명에 따라 형성되는 각 유기물층의 두께는 요구되는 정도에 따라 조절할 수 있으며, 구체적으로는 10 내지 1,000 ㎚이며, 더욱 구체적으로는 20 내지 150 ㎚인 것이 좋다.
또한 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기물층은 유기물층의 두께를 분자 단위로 조절할 수 있기 때문에 표면이 균일하며, 형태안정성이 뛰어난 장점이 있다.
본 발명의 유기발광소자는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하여 정공주입 및 정공전달 특성이 우수하여 저전압 구동이 가능하며, 동시에 전자차단 특성이 우수하며, hole mobility를 향상시키고, 저전압, 고효율, 장수명을 가져오며, 높은 Tg로 인한 박막의 재결정화를 방지할 수 있으며, 구동 안정성을 가진다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
OP의 합성
목적 화합물 합성을 위해 OP의 준비는 상기 단계를 거쳐 합성하였다.
하기 OP1의 합성법은 다음과 같다.
둥근바닥플라스크에 N-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine 10 g, 1-bromo-4-iodobenzene 11.0 g, t-BuONa 4.0 g, Pd2(dba)3 1.0 g,(t-Bu)3P 1.6 ml를 톨루엔 200 ml에 녹인 후 50℃로 교반하였다. TLC로 반응을 확인하고 물을 첨가 후 반응을 종결하였다. 유기층을 EA로 추출하고 감압여과한 후 컬럼정제하여 OP1 6.72 g (수율 47%)를 얻었다.
상기 OP1과 같은 방법으로 하기 OP2 내지 OP11을 합성하였다.
화합물1의
합성
둥근바닥플라스크에 benzofuran-3-ylboronic acid 1.13 g, OP1 3.0 g 1,4-dioxan 40 ml에 녹이고 K2CO3(2M) 8.5 ml와 Pd(PPh3)4 0.20 g을 넣은 후 환류 교반하였다. TLC로 반응을 확인하고 물을 첨가 후 반응을 종결시켰다. 유기층을 MC로 추출하고 감압여과한 후 컬럼정제하여 화합물1 2.03 g (수율 63%)를 얻었다.
m/z: 553.24 (100.0%), 554.24 (44.8%), 555.25 (9.8%), 556.25 (1.5%)
화합물2의
합성
화합물1과 같은 방법으로 OP1 대신 OP2를 사용하여 화합물2를 합성하였다. (수율58%)
m/z: 677.27 (100.0%), 678.28 (55.6%), 679.28 (15.4%), 680.28 (2.9%)
화합물3의
합성
화합물1과 같은 방법으로 OP1 대신 OP3을 사용하여 화합물3을 합성하였다. (수율55%)
m/z: 629.27 (100.0%), 630.28 (51.3%), 631.28 (13.1%), 632.28 (2.3%)
화합물4의
합성
화합물1과 같은 방법으로 OP1 대신 OP4를 사용하여 화합물4를 합성하였다. (수율57%)
m/z: 669.30 (100.0%), 670.31 (54.6%), 671.31 (14.8%), 672.31 (2.7%)
화합물5의
합성
화합물1과 같은 방법으로 OP1 대신 OP5를 사용하여 화합물5를 합성하였다. (수율50%)
m/z: 629.27 (100.0%), 630.28 (51.3%), 631.28 (13.1%), 632.28 (2.3%)
화합물6의
합성
화합물1과 같은 방법으로 OP1 대신 OP6을 사용하여 화합물6을 합성하였다. (수율52%)
m/z: 669.30 (100.0%), 670.31 (54.6%), 671.31 (14.8%), 672.31 (2.7%)
화합물7의
합성
화합물1과 같은 방법으로 OP1 대신 OP7을 사용하여 화합물7을 합성하였다. (수율55%)
m/z: 629.27 (100.0%), 630.28 (51.3%), 631.28 (13.1%), 632.28 (2.3%)
화합물8의
합성
화합물1과 같은 방법으로 OP1 대신 OP8을 사용하여 화합물8을 합성하였다. (수율60%)
m/z: 669.30 (100.0%), 670.31 (54.6%), 671.31 (14.8%), 672.31 (2.7%)
화합물9의
합성
화합물1과 같은 방법으로 OP1 대신 OP9를 사용하여 화합물9를 합성하였다. (수율48%)
m/z: 629.27 (100.0%), 630.28 (51.3%), 631.28 (13.1%), 632.28 (2.3%)
화합물10의
합성
화합물1과 같은 방법으로 OP1 대신 OP10을 사용하여 화합물10을 합성하였다. (수율44%)
m/z: 669.30 (100.0%), 670.31 (54.6%), 671.31 (14.8%), 672.31 (2.7%)
화합물11의
합성
둥근바닥플라스크에 benzofuran-3-ylboronic acid 1.45 g, OP1 3.5 g 1,4-dioxan 50 ml에 녹이고 K2CO3(2M) 10.2 ml와 Pd(PPh3)4 0.23 g을 넣은 후 환류 교반하였다. TLC로 반응을 확인하고 물을 첨가 후 반응을 종결시켰다. 유기층을 MC로 추출하고 감압여과한 후 컬럼정제하여 화합물11 2.32 g (수율 60%)를 얻었다.
m/z: 569.22 (100.0%), 570.22 (45.5%), 571.22 (10.1%), 571.21 (4.5%), 572.22 (2.1%), 572.23 (1.4%)
화합물12의
합성
화합물11과 같은 방법으로 OP1 대신 OP2를 사용하여 화합물12를 합성하였다. (수율58%)
m/z: 693.25 (100.0%), 694.25 (56.3%), 695.26 (15.1%), 695.24 (4.5%), 696.26 (2.8%), 696.25 (2.6%)
화합물13의
합성
화합물11과 같은 방법으로 OP1 대신 OP3을 사용하여 화합물13을 합성하였다. (수율63%)
m/z: 645.25 (100.0%), 646.25 (52.0%), 647.26 (12.9%), 647.24 (4.5%), 648.25 (2.4%), 648.26 (2.2%)
화합물14의
합성
화합물11과 같은 방법으로 OP1 대신 OP4를 사용하여 화합물14를 합성하였다. (수율60%)
m/z: 685.28 (100.0%), 686.28 (55.2%), 687.29 (14.6%), 687.28 (5.2%), 688.29 (2.7%), 688.28 (2.5%)
화합물15의
합성
화합물11과 같은 방법으로 OP1 대신 OP5를 사용하여 화합물15를 합성하였다. (수율55%)
m/z: 645.25 (100.0%), 646.25 (52.0%), 647.26 (12.9%), 647.24 (4.5%), 648.25 (2.4%), 648.26 (2.2%)
화합물16의
합성
화합물11과 같은 방법으로 OP1대신 OP6을 사용하여 화합물16을 합성하였다. (수율58%)
m/z: 685.28 (100.0%), 686.28 (55.2%), 687.29 (14.6%), 687.28 (5.2%), 688.29 (2.7%), 688.28 (2.5%)
화합물17의
합성
화합물11과 같은 방법으로 OP1 대신 OP7을 사용하여 화합물17을 합성하였다. (수율54%)
m/z: 645.25 (100.0%), 646.25 (52.0%), 647.26 (12.9%), 647.24 (4.5%), 648.25 (2.4%), 648.26 (2.2%)
화합물18의
합성
화합물11과 같은 방법으로 OP1 대신 OP8을 사용하여 화합물18을 합성하였다. (수율54%)
m/z: 685.28 (100.0%), 686.28 (55.2%), 687.29 (14.6%), 687.28 (5.2%), 688.29 (2.7%), 688.28 (2.5%)
화합물19의
합성
화합물11과 같은 방법으로 OP1 대신 OP9를 사용하여 화합물19를 합성하였다. (수율50%)
m/z: 645.25 (100.0%), 646.25 (52.0%), 647.26 (12.9%), 647.24 (4.5%), 648.25 (2.4%), 648.26 (2.2%)
화합물20의
합성
화합물11과 같은 방법으로 OP1 대신 OP10을 사용하여 화합물20을 합성하였다. (수율48%)
m/z: 685.28 (100.0%), 686.28 (55.2%), 687.29 (14.6%), 687.28 (5.2%), 688.29 (2.7%), 688.28 (2.5%)
화합물21의
합성
화합물 1과 같은 방법으로 OP1대신 OP11를 사용하여 화합물 21을 합성하였다. (수율63%)
m/z: 717.30 (100.0%), 718.31 (58.9%), 719.31 (17.2%), 720.31 (3.3%)
화합물22의
합성
화합물 11과 같은 방법으로 OP1대신 OP11를 사용하여 화합물 22를 합성하였다. (수율67%)
m/z: 733.28 (100.0%), 734.28 (59.6%), 735.29 (17.0%), 735.28 (5.2%), 736.29 (3.4%), 736.28 (2.7%)
화합물23의
합성
둥근바닥플라스크에 N-(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)-9,9-diphenyl-9H-fluoren-2-amine 8.8 g, 3-bromobenzofuran 3.0 g, t-BuONa 2.2 g, Pd2(dba)3 0.6 g, (t-Bu)3P 0.7 ml를 톨루엔120 ml에 녹인 후 환류교반하였다. TLC로 반응을 확인하고 물을 첨가 후 반응을 종결하였다. 유기층을 EA로 추출하고 감압여과한 후 재결정하여 화합물23 6.84 g (수율 70%)를 얻었다.
m/z: 641.27 (100.0%), 642.28 (52.4%), 643.28 (13.6%), 644.28 (2.4%)
화합물24의
합성
화합물 23과 같은 방법으로 3-bromobenzofuran 대신 3-bromobenzo[b]thiophene 를 사용하여 화합물 24를 합성하였다.
m/z: 657.25 (100.0%), 658.25 (53.1%), 659.26 (13.4%), 659.24 (4.5%), 660.25 (2.4%), 660.26 (2.3%)
유기발광소자의 제조
도 1에 기재된 구조에 따라 유기발광소자를 제조하였다. 유기발광소자는 아래로부터 양극(정공주입전극(11))/정공주입층(12)/정공수송층(13)/발광층(14)/전자전달층(15)/음극(전자주입전극(16)) 순으로 적층되어 있다.
하기 실시예 및 비교예의 정공주입층(12), 정공전달층(13), 발광층(14), 전자전달층(15)는 아래과 같은 물질을 사용하였다.
유기발광소자의 제조
실시예
1
인듐틴옥사이드(ITO)가 1500 Å두께가 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 이송 시킨 다음 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정 한 후 ITO 기판 상부에 열 진공 증착기(thermal evaporator)를 이용하여 정공주입층으로 DNTPD 600 Å 정공수송층으로 화합물1 250 Å 제막하였다. 다음으로 상기 발광층으로 호스트 BH01에 도판트 BD01 3%를 도핑하여 300 Å제막하였다. 다음으로 전자전달층으로 ET01:Liq(1:1) 300 Å제막한 후 LiF 10 Å 알루미늄(Al) 1000 Å 제막하고, 이 소자를 글로브 박스에서 밀봉(Encapsulation)함으로써 유기발광소자를 제작하였다.
실시예
2 내지
실시예
24
실시예 1과 같은 방법으로 정공수송층을 각각 화합물 2 내지 24을 사용하여 제막한 유기발광소자를 제작하였다.
비교예
1
상기 실시예 1의 정공수송층을 화합물1 대신 NPB로 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 소자를 제작하였다.
비교예
2 내지
비교예
6
상기 실시예 1의 정공수송층을 화합물 1 대신 각각 Ref.1부터 Ref.5까지 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 소자를 제작하였다.
유기발광소자의 성능평가
키슬리 2400 소스 메져먼트 유닛(Kiethley 2400 source measurement unit) 으로 전압을 인가하여 전자 및 정공을 주입하고 코니카 미놀타(Konica Minolta) 분광복사계(CS-2000)를 이용하여 빛이 방출될 때의 휘도를 측정함으로써, 실시예 및 비교예의 유기발광소자의 성능을 인가전압에 대한 전류 밀도 및 휘도를 대기압 조건하에 측정하여 평가하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
Op. V | mA/cm2 | Cd/A | lm/w | CIEx | CIEy | LT95 (hr) |
|
실시예1 | 4.00 | 10 | 6.92 | 6.15 | 0.141 | 0.111 | 54 |
실시예2 | 4.02 | 10 | 6.90 | 6.17 | 0.141 | 0.109 | 54 |
실시예3 | 3.96 | 10 | 6.95 | 6.13 | 0.142 | 0.109 | 57 |
실시예4 | 3.92 | 10 | 7.05 | 6.31 | 0.141 | 0.110 | 51 |
실시예5 | 3.99 | 10 | 6.99 | 6.15 | 0.142 | 0.110 | 53 |
실시예6 | 3.97 | 10 | 7.01 | 6.10 | 0.141 | 0.110 | 50 |
실시예7 | 4.01 | 10 | 6.95 | 6.13 | 0.142 | 0.110 | 52 |
실시예8 | 3.99 | 10 | 6.98 | 6.13 | 0.140 | 0.111 | 59 |
실시예9 | 4.03 | 10 | 6.93 | 6.15 | 0.139 | 0.111 | 52 |
실시예10 | 4.00 | 10 | 6.99 | 6.19 | 0.140 | 0.110 | 51 |
실시예11 | 4.00 | 10 | 7.01 | 6.21 | 0.140 | 0.110 | 55 |
실시예12 | 4.02 | 10 | 6.99 | 6.22 | 0.140 | 0.110 | 50 |
실시예13 | 3.96 | 10 | 7.05 | 6.29 | 0.140 | 0.109 | 54 |
실시예14 | 3.92 | 10 | 7.12 | 6.24 | 0.140 | 0.109 | 51 |
실시예15 | 3.99 | 10 | 6.99 | 6.25 | 0.140 | 0.110 | 51 |
실시예16 | 3.97 | 10 | 7.08 | 6.25 | 0.140 | 0.111 | 51 |
실시예17 | 4.01 | 10 | 7.11 | 6.21 | 0.140 | 0.111 | 52 |
실시예18 | 3.99 | 10 | 6.98 | 6.27 | 0.140 | 0.110 | 55 |
실시예19 | 4.03 | 10 | 7.01 | 6.23 | 0.141 | 0.111 | 59 |
실시예20 | 4.00 | 10 | 6.99 | 6.25 | 0.140 | 0.110 | 51 |
실시예21 | 3.89 | 10 | 7.23 | 6.43 | 0.141 | 0.110 | 70 |
실시예22 | 3.90 | 10 | 7.20 | 6.35 | 0.140 | 0.111 | 68 |
실시예23 | 3.92 | 10 | 7.15 | 6.30 | 0.140 | 0.110 | 60 |
실시예24 | 3.92 | 10 | 7.20 | 6.40 | 0.141 | 0.110 | 62 |
비교예1 | 4.65 | 10 | 5.54 | 4.47 | 0.141 | 0.113 | 12 |
비교예2 | 5.15 | 10 | 3.94 | 1.80 | 0.145 | 0.135 | - |
비교예3 | 4.40 | 10 | 5.63 | 4.85 | 0.141 | 0.113 | 15 |
비교예4 | 4.35 | 10 | 5.95 | 4.51 | 0.141 | 0.112 | 13 |
비교예5 | 4.48 | 10 | 5.85 | 4.30 | 0.141 | 0.114 | 29 |
비교예6 | 4.29 | 10 | 6.05 | 4.74 | 0.141 | 0.112 | 34 |
상기 표 1에 나타나는 바와 같이 본 발명의 화합물은 정공수송층으로 사용시 비교예 1 내지 6에 비하여 모든 면에서 물성이 우수함을 확인할 수 있다. 특히 비교예 3 내지 4와 비교하여 같은 Ar1 및 Ar2가 아릴아민을 포함하지 않으며, 비교예 5 내지 6과 비교하여 벤조퓨란 및 벤조티오펜 3번 위치로 아릴아민이 치환되었을 경우 전자차단이 용이한 LUMO를 유지할 수 있고, 박막 상태에서 분자배열이 우수하고 홀 모빌리티가 뛰어나 효율 및 수명 향상에 큰 영향을 주었음을 알 수 있다.
Claims (6)
- 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 :
[화학식 1]
상기 식에서,
X는 O 또는 S이며,
L은 단일결합; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C6 -50의 아릴렌기; 또는 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C2 -50의 헤테로아릴렌기이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C6 -50의 아릴기; 또는 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C2-50의 헤테로아릴기이고,
R1, R2, R3, R4, 및 R5는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 아미노기; 니트릴기; 니트로기; 실란기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C1 -30의 알킬기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2 -30의 알케닐기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C2 -30의 알키닐기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C1 -30의 알콕시기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기로 치환되거나 치환되지 않은 C6 -30의 아릴옥시기; 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C6 -50의 아릴기; 또는 중수소, 할로겐, 아미노기, 니트릴기, 니트로기, C1 -30의 알킬기, C1 -30의 알콕시기, C2 -30의 알케닐기, 실란기로 치환되거나 치환되지 않은 C2 -50의 헤테로아릴기이다. - 제1항에 있어서,
상기 L, Ar1 및 Ar2는 아릴아민을 포함하지 않는 화합물. - 제1항에 있어서,
상기 Ar1 및 Ar2 중 적어도 하나는 플루오렌을 포함하는 화합물. - 제1항에 있어서,
하기 화학식들 중 어느 하나로 표시되는 화합물:
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- 제5항에 있어서,
상기 유기물층이 제1항의 화합물을 정공주입물질 또는 정공수송물질로 함유하는 유기발광소자.
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