KR20180011429A - 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 소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압 및 수명을 향상시킬 수 있는 화합물, 이를 이용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공한다.

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 실시예들은 유기전기 소자용 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, 발광재료와 전하수송 재료, 예컨대 정공주입 재료, 정공수송 재료, 전자수송 재료, 전자주입 재료 등으로 분류될 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 중요한 요소가 되었고, 효율과 수명 문제 또한 반드시 해결해야 하는 중요한 요소이다.
효율과 수명, 구동전압 등은 서로 연관이 있으며, 효율이 증가되면 상대적으로 구동전압이 떨어지고, 구동전압이 떨어지면서 구동시 발생되는 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 3중항 여기에너지 값(이하, T1으로 표기), 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등)등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있기 때문이다.
또한, 최근 유기 전기 발광소자에 있어서, 정공수송층에서의 발광 문제를 해결하기 위해서는 반드시 정공수송층과 발광층 사이에 발광보조층이 존재하여야 하며, 각각의 발광층(R, G, B)에 따른 서로 다른 발광 보조층의 개발이 필요한 시점이다.
일반적으로, 유기 전기 발광소자는 전자수송층에서 발광층으로 전자(electron)가 전달되고 정공(hole)이 정공수송층에서 발광층으로 전달되어 전자와 정공의 재조합(recombination)에 의해 엑시톤(exciton)이 생성된다.
하지만 정공수송층에 사용되는 물질의 경우 낮은 HOMO 값을 가져야하기 때문에 대부분 낮은 T1 값을 가지며, 이로 인해 발광층에서 생성된 엑시톤(exciton)이 정공수송층으로 넘어가게 되어 결과적으로 발광층 내 전하 불균형(charge unbalance)을 초래하여 정공수송층 내 또는 정공수송층 계면에서 발광하여 색순도 저하, 효율 감소 및 저 수명 현상을 나타낸다.
또한 낮은 구동전압을 만들기 위해 정공이동도(hole mobility)가 빠른 물질을 사용할 경우 이로 인해 효율이 감소하는 경향을 나타낸다. 이는 일반적인 유기전기발광소자에서 정공이동도(hole mobility)가 전자 이동도(electron mobility) 보다 빠르기 때문에 발광층 내에 전하 불균형(charge unbalance)을 초래하여 효율 감소 및 저 수명으로 나타나는 것이다.
따라서 발광보조층은 상기 정공수송층의 문제점 등을 해결할 수 있는 적당한 구동전압을 갖기 위한 정공이동도(hole mobility: 풀디바이스(full device)의 블루소자 구동전압 범위 내)와 높은 T1(electron block) 값, 넓은 밴드갭(wide bandgap)을 갖은 물질이어야 한다. 하지만 이는 단순히 발광보조층 물질의 코어에 대한 구조적 특성으로 이루어질 수는 없으며, 물질의 코어 및 서브(Sub)-치환기의 특성이 조합을 이루어졌을 때 가능하다. 따라서 유기전기소자의 효율과 수명을 향상시키기 위해, 높은 T1 값 및 넓은 밴드갭을 가지는 발광보조층 재료에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
즉, 유기전기소자가 갖는 우수한 특징들을 충분히 발휘하기 위해서는 소자 내 유기물층을 이루는 물질, 예컨대 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광물질, 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 발광보조층과 정공수송층의 재료에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 3개의 아민기에 특정 치환위치의 한정 및 특정 치환기를 도입하여 소자의 구동전압을 낮추면서, 발광 효율 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 발명 화합물을 이용함으로써, 소자의 구동전압을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 소자의 발광 효율 및 수명을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광소자의 단면도이다.
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.
또한, 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.
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, 시클로알킬-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 "헤테로알킬기"는 알킬기를 구성하는 탄소 원자 중 하나 이상이 헤테로원자로 대체된 것을 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 "알켄옥실기", "알켄옥시기", "알켄일옥실기", 또는 "알켄일옥시기"는 산소 라디칼이 부착된 알켄일기를 의미하며, 다른 설명이 없는 한 2 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 "아릴기" 및 "아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 6 내지 60의 탄소수를 가지며, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서 아릴기 또는 아릴렌기는 단일 고리 또는 다중 고리의 방향족을 의미하며, 이웃한 치환기가 결합 또는 반응에 참여하여 형성된 방향족 고리를 포함한다. 예컨대, 아릴기는 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트라센일기, 플루오렌기, 스파이로플루오렌기, 스파이로바이플루오렌기일 수 있다.
접두사 "아릴" 또는 "아르"는 아릴기로 치환된 라디칼을 의미한다. 예를 들어 아릴알킬기는 아릴기로 치환된 알킬기이며, 아릴알켄일기는 아릴기로 치환된 알켄일기이며, 아릴기로 치환된 라디칼은 본 명세서에서 설명한 탄소수를 가진다.
또한 접두사가 연속으로 명명되는 경우 먼저 기재된 순서대로 치환기가 나열되는 것을 의미한다. 예를 들어, 아릴알콕시기의 경우 아릴기로 치환된 알콕시기를 의미하며, 알콕실카르보닐기의 경우 알콕실기로 치환된 카르보닐기를 의미하며, 또한 아릴카르보닐알켄일기의 경우 아릴카르보닐기로 치환된 알켄일기를 의미하며 여기서 아릴카르보닐기는 아릴기로 치환된 카르보닐기이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로알킬"은 다른 설명이 없는 한 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 알킬을 의미한다. 본 발명에 사용된 용어 "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 탄소수 2 내지 60의 아릴기 또는 아릴렌기를 의미하며, 여기에 제한되는 것은 아니며, 단일 고리 및 다중 고리 중 적어도 하나를 포함하며, 이웃한 작용기기가 결합하여 형성될 수도 있다.
본 발명에 사용된 용어 "헤테로고리기"는 다른 설명이 없는 한 하나 이상의 헤테로원자를 포함하고, 2 내지 60의 탄소수를 가지며, 단일 고리 및 다중 고리 중 적어도 하나를 포함하며, 헤테로지방족 고리 및 헤테로방향족 고리를 포함한다. 이웃한 작용기가 결합하여 형성될 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "헤테로원자"는 다른 설명이 없는 한 N, O, S, P 또는 Si를 나타낸다.
또한 "헤테로고리기"는, 고리를 형성하는 탄소 대신 SO2를 포함하는 고리도 포함할 수 있다. 예컨대, "헤테로고리기"는 다음 화합물을 포함한다.
Figure pat00002
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "지방족"은 탄소수 1 내지 60의 지방족 탄화수소를 의미하며, "지방족고리"는 탄소수 3 내지 60의 지방족 탄화수소 고리를 의미한다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "고리"는 탄소수 3 내지 60의 지방족고리 또는 탄소수 6 내지 60의 방향족고리 또는 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리 또는 이들의 조합으로 이루어진 융합 고리를 말하며, 포화 또는 불포화 고리를 포함한다.
전술한 헤테로화합물 이외의 그 밖의 다른 헤테로화합물 또는 헤테로라디칼은 하나 이상의 헤테로원자를 포함하며, 여기에 제한되는 것은 아니다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "카르보닐"이란 -COR'로 표시되는 것이며, 여기서 R'은 수소, 탄소수 1 내지 20 의 알킬기, 탄소수 6 내지 30 의 아릴기, 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 탄소수 2 내지 20의 알켄일기, 탄소수 2 내지 20의 알킨일기, 또는 이들의 조합인 것이다.
다른 설명이 없는 한, 본 발명에 사용된 용어 "에테르"란 -R-O-R'로 표시되는 것이며, 여기서 R 또는 R'은 각각 서로 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 3 내지 30의 사이클로알킬기, 탄소수 2 내지 20의 알켄일기, 탄소수 2 내지 20의 알킨일기, 또는 이들의 조합인 것이다.
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 알콕실기, 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 pat00003
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 pat00004
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, 발광층(150)을 제외한 나머지 층들이 형성되지 않을 수 있다. 정공저지층, 전자저지층, 발광보조층(151), 버퍼층(141) 등을 더 포함할 수도 있고, 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)의 호스트 또는 도펀트 또는 광효율 개선층의 재료로 사용될 수 있을 것이다. 바람직하게는, 본 발명의 화합물은 발광층(150)으로 사용될 수 있을 것이다.
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(sub)-치환체의 조합도 아주 중요하며, 특히 각 유기물층 간의 에너지 준위 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 장수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하여 발광층을 형성함으로써 각 유기물층 간의 에너지 레벨(level) 및 T1 값, 물질의 고유특성(mobility, 계면특성 등) 등을 최적화하여 유기전기소자의 수명 및 효율을 동시에 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기소자는 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 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 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 유기전기소자에 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 유기전기소자(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 (1)로 표시된다.
Figure pat00005
상기 화학식 (1)에서,
1) Ar1, Ar2, Ar3, Ar4, Ar5는 각각 서로 독립적으로 동일하거나 상이하며, 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; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택되며, (여기서 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 Rb은 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 선택됨) Ar1, Ar2, Ar3, Ar4, Ar5 중 적어도 하나는 화학식 (1-1)로 치환되고,
2) n, m, p는 0 내지 4의 정수, o는 0 내지 3의 정수이고, m, n, o, p가 1이상일 경우 R1, R2, R3, R4는 수소; 중수소; 할로겐; 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; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택되고 또는 이웃한 복수의 R1끼리, 혹은 복수의 R2, 혹은 복수의 R3, 혹은 복수의 R4끼리 서로 결합하여 방향족 또는 헤테로방향족 고리를 형성 할 수 있고,
3) X는 O 또는 S 중 어느 하나로 선택되고,
4) L은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; 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 선택된다.
상기 아릴기, 플루오렌일기, 헤테로고리기, 알킬기, 융합고리기, 알켄일기, 알킨일기, 알콕시기, 아릴옥시기 각각은 중수소; 할로겐; C1-C20의 알킬기 또는 C6-C20의 아릴기로 치환 또는 비치환된 실란기; 실록산기; 붕소기; 게르마늄기; 시아노기; 니트로기; -L'-N(Ra)(Rb)(여기서 L', Ra, Rb는 상술한 L', Ra, Rb의 정의와 동일함); C1-C20의 알킬싸이오기; C1-C20의 알콕실기; 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 더욱 치환될 수 있다.
여기서, 상기 아릴기인 경우 탄소수는 6~60, 바람직하게는 탄소수 6~40, 보다 바람직하게는 탄소수 6~30의 아릴기일 수 있으며, 상기 헤테로고리기인 경우 탄소수는 2~60, 바람직하게는 탄소수 2~30, 보다 바람직하게는 탄소수 2~20의 헤테로고리일 수 있으며, 상기 알킬기인 경우 탄소수는 1~50, 바람직하게는 탄소수 1~30, 보다 바람직하게는 탄소수 1~20, 특히 바람직하게는 탄소수 1~10의 알킬기일 수 있다.
상기 전술한 아릴기 또는 아릴렌기일 경우, 구체적으로 아릴기 또는 아릴렌기는 서로 독립적으로 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 페난트릴기 또는 페닐렌기, 비페닐렌기, 터페닐렌기, 나프틸렌기 또는 페난트릴렌기 등일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물들 중 어느 하나일 수 있으며, 하기 화합물에만 한정하는 것은 아니다.
상기 화학식 (1)은 하기 화학식 (2) 내지 화학식 (5) 중 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00006
상기 화학식 (2) 내지 화학식 (5)에서,
Ar1, Ar2, Ar3, Ar4, Ar5, n, m, p, o, R1, R2, R3, R4, X, L은 상기 화학식 (1)에서 정의된 Ar1, Ar2, Ar3, Ar4, Ar5, n, m, p, o, R1, R2, R3, R4, X, L과 같다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물들 중 어느 하나일 수 있으며, 하기 화합물에만 한정하는 것은 아니다.
Figure pat00007
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
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 유기물층;을 포함할 수 있으며, 유기물층은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있으며, 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기물층의 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자보조층, 전자수송층 및 전자주입층 중 적어도 하나의 층에 함유될 수 있을 것이다. 특히 화학식 1로 표시되는 화합물은 정공수송층 또는 발광보조층에 포함될 수 있다.
즉, 화학식 1로 표시되는 화합물은 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자보조층, 전자수송층 또는 전자주입층의 재료로 사용될 수 있다. 특히 화학식 1로 표시되는 화합물은 발광층의 재료로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 유기물층에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 중 하나를 포함하는 유기전기소자를 제공하고, 보다 구체적으로, 상기 유기물층에 상기 개별 화학식(P-1 내지 P-68)으로 표시되는 화합물 중 하나를 포함하는 유기전기소자를 제공한다.
또 다른 실시예에서, 상기 유기물층의 상기 정공주입층, 상기 정공수송층, 상기 발광보조층, 상기 발광층, 상기 전자보조층, 상기 전자수송층 및 상기 전자주입층 중 적어도 하나의 층에, 상기 화합물이 단독으로 함유되거나, 상기 화합물이 서로 다른 2종 이상의 조합으로 함유되거나, 상기 화합물이 다른 화합물과 2종 이상의 조합으로 함유된 것을 특징으로 하는 유기전기소자를 제공한다. 다시 말해서, 각각의 층들에는 화학식 1에 해당하는 화합물이 단독으로 포함될 수 있고, 2종 이상의 화학식 1의 화합물들의 혼합물이 포함될 수 있으며, 청구항 1항 내지 3항의 화합물과, 본 발명에 해당하지 않는 화합물과의 혼합물이 포함될 수 있다. 여기서 본 발명에 해당하지 않는 화합물은 단일의 화합물일 수 있고, 2종 이상의 화합물들일 수도 있다. 이때 상기 화합물이 다른 화합물과 2종 이상의 조합으로 함유될 경우 다른 화합물은 각 유기물층의 이미 알려진 화합물일 수도 있고, 앞으로 개발될 화합물 등일 수 있다. 이때 상기 유기물층에 함유된 화합물은 동종의 화합물로만 이루어질 수도 있지만, 화학식 1로 표시되는 이종의 화합물이 2이상 혼합된 혼합물일 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 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.
이하에서, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물의 합성예 및 유기전기소자의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
합성예
본 발명에 따른 화학식 (1)로 표시되는 화합물(final product)은 하기 반응식 1과 같이 Sub 1 또는 Sub 2가 Sub3가 반응하여 제조되며, 이에 한정된 것은 아니다.
Figure pat00013
I. Sub 1의 합성
상기 반응식 1의 Sub 1은 하기 반응식 2의 반응경로에 의해 합성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00014
Sub 1에 속하는 구체적 화합물의 합성예는 다음과 같다.
1. Sub 1- 1합성예
Figure pat00015
(1) Sub 1-I-1
출발물질인 diphenylamine (50 g, 295.46 mmol)을 둥근 바닥 플라스크에 toluene (985ml)으로 녹인 후에, 1-bromo-3-chlorobenzene (68 g, 354.54 mmol), Pd2(dba)3 (8.12 g, 8.86 mmol), 50% P(t-Bu)3 (7.1 ml, 17.72 mmol), NaOt-Bu (85.3 g, 886.36 mmol)을 첨가하고 80°C에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 Sub1-I-1 74.5 g (수율: 90%)를 얻었다.
(2) Sub 1-II- 1합성
Sub-I-1 (75 g, 268.08 mmol), aniline (37.5 g, 402.11 mmol), Pd2(dba)3 (7.4 g, 8.04 mmol), 50% P(t-Bu)3 (6.5 ml, 16.08 mmol), NaOt-Bu (77.35 g, 804.23 mmol)을 toluene(900mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-II-1을 77.6 g (수율: 77.6%)를 얻었다.
(3) Sub 1- 1합성
Sub-II-1 (10 g, 29.72 mmol), 1-bromo-3-chlorobenzene (5.7 g, 29.72 mmol), Pd2(dba)3 (1 g, 0.9 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.8 ml, 0.9 mmol), NaOt-Bu (8.6 g, 89.17 mmol)을 toluene(100mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-1을 12 g (수율: 90.3%)를 얻었다.
2. Sub 1- 7합성예
Figure pat00016
(1) Sub 1-I-7
출발물질인N-phenyldibenzo[b,d]thiophen-4-amine (50 g, 181.57 mmol), 1-bromo-3-chlorobenzene (34.7 g, 181.57 mmol), Pd2(dba)3 (5 g, 5.47 mmol), 50% P(t-Bu)3 (4.4 ml, 10.89 mmol), NaOt-Bu (52.4 g, 544.74 mmol)을 toluene(600mL)에 첨가하고 80°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-I-7을 49 g (수율: 70.3%)를 얻었다.
(2) Sub 1-II- 7합성
Sub-I-1 (40 g, 103.89 mmol), 4-(4,6-diphenylpyrimidin-2-yl)aniline (33.6 g, 103.89 mmol), Pd2(dba)3 (2.85 g, 3.11 mmol), 50% P(t-Bu)3 (2.5 ml, 6.23 mmol), NaOt-Bu (30 g, 311.68 mmol)을 toluene(350mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-II-7을 54g (수율: 77.2%)를 얻었다.
(3) Sub 1- 7합성
Sub-II-7 (10 g, 14.86 mmol), 1-bromo-3-chlorobenzene (2.84 g, 14.86 mmol), Pd2(dba)3 (0.4 g, 0.5 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.4 ml, 0.9 mmol), NaOt-Bu (4.28 g, 44.5 mmol)을 toluene(100mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-7을 8 g (수율: 68.7%)를 얻었다.
3. Sub 1- 10합성예
Figure pat00017
(1) Sub 1-I-10
출발물질인diphenylamine (50 g, 295.46 mmol), 1-bromo-3-chloro-5-methylbenzene (70.6 g, 295.46 mmol), Pd2(dba)3 (8.1 g, 8.86 mmol), 50% P(t-Bu)3 (7.2 ml, 17.72 mmol), NaOt-Bu (85.2 g, 886.36 mmol)을 toluene(1000mL)에 첨가하고 80°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-I-10을 70 g (수율: 80.6 %)를 얻었다.
(2) Sub 1-II- 10합성
Sub-I-1 (50 g, 208.51 mmol), aniline (19.4 g, 208.51 mmol), Pd2(dba)3 (5.7 g, 6.26 mmol), 50% P(t-Bu)3 (5 ml, 12.5 mmol), NaOt-Bu (60.1 g, 625.5 mmol)을 toluene(700mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-II-10을 64g (수율: 87.6%)를 얻었다.
(3) Sub 1- 10합성
Sub-II-7 (10 g, 28.5 mmol), 1-bromo-3-chloro-5-methylbenzene (5.9 g, 28.5 mmol), Pd2(dba)3 (0.78 g, 0.86 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.7 ml, 1.7 mmol), NaOt-Bu (8.2 g, 85.59 mmol)을 toluene(100mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-10을 10 g (수율: 73.8%)를 얻었다.
4. Sub 1- 19합성예
Figure pat00018
(1) Sub 1-I-19
출발물질인N-phenyldibenzo[b,d]furan-2-amine (50 g, 192.8 mmol), 1-bromo-3-chlorobenzene (40 g, 192.8 mmol), Pd2(dba)3 (5.3 g, 5.78 mmol), 50% P(t-Bu)3 (4.6 ml, 11.6 mmol), NaOt-Bu (55.6 g, 578.45 mmol)을 toluene(650mL)에 첨가하고 80°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-I-19을 66 g (수율: 92.5%)를 얻었다.
(2) Sub 1-II- 19합성
Sub-I-1 (60 g, 162.2 mmol), aniline (15.6 g, 162.2 mmol), Pd2(dba)3 (4.5 g, 4.86 mmol), 50% P(t-Bu)3 (4 ml, 9.73 mmol), NaOt-Bu (46.8 g, 486.4 mmol)을 toluene(550mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-II-19을 58 g (수율: 83.8%)를 얻었다.
(3) Sub 1- 19합성
Sub-II-7 (15 g, 35.2 mmol), 1-bromo-3-chlorobenzene (6.7 g, 35.2 mmol), Pd2(dba)3 (0.9 g, 1.1 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.8 ml, 2.1 mmol), NaOt-Bu (10.1 g, 105.5 mmol)을 toluene(110mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-19을 16 g (수율: 84.7%)를 얻었다.
5. Sub 1- 20합성예
Figure pat00019
(1) Sub 1-I-20
출발물질인 diphenylamine (50 g, 295.46 mmol), 1-bromo-3-chlorobenzene (68 g, 354.54 mmol), Pd2(dba)3 (8.12 g, 8.86 mmol), 50% P(t-Bu)3 (7.1 ml, 17.72 mmol), NaOt-Bu (85.3 g, 886.36 mmol)을 toluene(1000mL)에 첨가하고 80°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-20을 74.5 g (수율: 90%)를 얻었다.
(2) Sub 1-II- 20합성
Sub-I-20 (50 g, 178.71 mmol), dibenzo[b,d]thiophen-2-amine (35.6 g, 178.71 mmol), Pd2(dba)3 (4.9 g, 5.36 mmol), 50% P(t-Bu)3 (4.4 ml, 10.72 mmol), NaOt-Bu (51.5 g, 536.15 mmol)을 toluene(600mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-II-20을 71 g (수율: 89.9%)를 얻었다.
(3) Sub 1- 20합성
Sub-II-20 (15 g, 33.9 mmol), 1-bromo-3-chlorobenzene (6.5 g, 33.9 mmol), Pd2(dba)3 (0.9 g, 1.01 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.9 ml, 2.04mmol), NaOt-Bu (9.8 g, 101.8 mmol)을 toluene(110mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-20을 18 g (수율: 95.9%)를 얻었다.
6. Sub 1- 33합성예
Figure pat00020
(1) Sub 1-I-33
Di([1,1'-biphenyl]-3-yl)amine (100 g, 311.1 mmol), 1-bromo-3-chlorobenzene (59.5 g, 311.1 mmol), Pd2(dba)3 (8.55 g, 9.33 mmol), 50% P(t-Bu)3 (7.4 ml, 18.6 mmol), NaOt-Bu (89.8 g, 933.3 mmol)을 toluene(1000mL)에 첨가하고 80°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-20을 121 g (수율: 90%)를 얻었다.
(2) Sub1 -II- 33합성
Sub-I-33 (70 g, 162.4 mmol), dibenzo[b,d]thiophen-2-amine (32.3 g, 162.4 mmol), Pd2(dba)3 (4.5 g, 4.87 mmol), 50% P(t-Bu)3 (4 ml, 9.74 mmol), NaOt-Bu (46.8 g, 487.23 mmol)을 toluene(900mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-II-33을 80 g (수율: 82.8%)를 얻었다.
(3) Sub1 - 33합성
Sub-II-20 (15 g, 25.2 mmol), 1-bromo-3-chlorobenzene (4.81g, 25.2 mmol), Pd2(dba)3 (0.7 g, 0.76 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.6 ml, 1.51 mmol), NaOt-Bu (7 g, 75.6 mmol)을 toluene(100mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-33을 17 g (수율: 78.7%)를 얻었다.
7. Sub 1- 48합성예
Figure pat00021
(1) Sub 1-I-48
출발물질인 diphenylamine (50 g, 295.46 mmol), 1-bromo-3-chlorobenzene (68 g, 354.54 mmol), Pd2(dba)3 (8.12 g, 8.86 mmol), 50% P(t-Bu)3 (7.1 ml, 17.72 mmol), NaOt-Bu (85.3 g, 886.36 mmol)을 toluene(1000mL)에 첨가하고 80°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-20을 74.5 g (수율: 90%)를 얻었다.
(2) Sub 1-II- 48합성
Sub-I-20 (50 g, 178.71 mmol), 4-(dibenzo[b,d]furan-2-yl)aniline (46.3 g, 178.71 mmol), Pd2(dba)3 (4.9 g, 5.36 mmol), 50% P(t-Bu)3 (4.4 ml, 10.72 mmol), NaOt-Bu (51.5 g, 536.15 mmol)을 toluene(600mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-II-48을 55 g (수율: 61.2%)를 얻었다.
(3) Sub 1- 48합성
Sub-II-48 (10 g, 19.9 mmol), 1-bromo-3-chlorobenzene (3.8 g, 19.9 mmol), Pd2(dba)3 (0.55 g, 0.59 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.5 ml, 1.2 mmol), NaOt-Bu (5.7 g, 59.7 mmol)을 toluene(100mL)에 첨가하고 130°C에서 교반하였다. 상기 Sub1-I-1합성법을 통해 생성물 Sub 1-48을 11 g (수율: 91%)를 얻었다.
Sub 1 의 예시는 다음과 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
II. Sub 2의 합성
상기 반응식 7의 Sub 2은 하기 반응식 10의 반응경로에 의해 합성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00027
Sub 2에 속하는 구체적 화합물의 합성예는 다음과 같다.
1. Sub 2-1 합성예
Figure pat00028
출발물질인 2-bromodibenzo[b,d]thiophene (38.11 g, 144.82 mmol)에 aniline (14.84 g, 159.30 mmol), Pd2(dba)3 (3.98 g, 4.34 mmol), 50% P(t-Bu)3 (5.6ml, 11.59 mmol), NaOt-Bu (41.76 g, 434.47 mmol), toluene (760ml)을 첨가하고80°C에서 교반하였다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물Sub2-1을 30.7 g (수율: 77%)를 얻었다.
2. Sub 2-29 합성예
Figure pat00029
출발물질인 4-(4-bromophenyl)dibenzo[b,d]furan (20 g, 61.8 mmol)에 aniline (5.8 g, 61.8 mmol), Pd2(dba)3 (1.7 g, 1.85 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.5ml, 3.71 mmol), NaOt-Bu (17.8 g, 185.6 mmol), toluene (200ml)을 첨가하고 상기 Sub 2-1 합성법을 사용하여 생성물 Sub2-29을 17 g (수율: 82%)를 얻었다.
3. Sub 2-31 합성예
Figure pat00030
출발물질인 bromobenzene (40.68 g, 259.09 mmol)을 둥근바닥플라스크에 toluene (1360ml)으로 녹인 후에, aniline (26.54 g, 285.00 mmol), Pd2(dba)3 (7.12 g, 7.77 mmol), 50% P(t-Bu)3 (10.1 ml, 20.73 mmol), NaOt-Bu (74.70 g, 777.28 mmol)을 첨가하고 상기 Sub 2-1 합성법을 사용하여 Sub2-31 을32.88 g (수율: 75%)를 얻었다.
4. Sub 2-34 합성예
Figure pat00031
출발물질인 4-bromo-1,1'-biphenyl (23.65 g, 101.46 mmol)에 aniline (10.39 g, 111.60 mmol), Pd2(dba)3 (2.79 g, 3.04 mmol), 50% P(t-Bu)3 (4.0ml, 8.12 mmol), NaOt-Bu (29.25 g, 304.38 mmol), toluene (710ml)을 첨가하고 상기 Sub 2-1 합성법을 사용하여 생성물 Sub2-34을 20.66 g (수율: 83%)를 얻었다.
5. Sub 2-35 합성예
Figure pat00032
출발물질인 2-(4-bromophenyl)pyridine (10.53 g, 44.98 mmol)에 aniline (4.61 g, 49.48 mmol), Pd2(dba)3 (1.24 g, 1.35 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1.8ml, 3.60 mmol), NaOt-Bu (12.97 g, 134.95 mmol), toluene (315ml)을 첨가하고 상기 Sub 2-1 합성법을 사용하여 생성물 7.87 g (수율: 71%)를 얻었다.
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
Ⅲ. Product 합성
Sub 1 (1 당량)을 둥근바닥플라스크에 Toluene으로 녹인 후에, Sub 2 (1 당량), Pd2(dba)3 (0.03 당량), (t-Bu)3P (0.06당량), NaOt-Bu (3당량)을 135°C에서 3시간 교반하였다. 반응이 완료되면 CH2Cl2와 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 최종 생성물(final product)를 얻었다.
1. P-1 합성예
Figure pat00037
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-1 (20 g, 44.7 mmol)을 둥근바닥플라스크에 toluene (150ml)으로 녹인 후에, Sub 2-1 (12.3 g, 44.7 mmol), Pd2(dba)3 (1.2 g, 1.3 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1ml, 2.68 mmol), NaOt-Bu (13 g, 134.2 mmol)을 첨가하고 135°C에서 교반하였다. 반응이 완료되면 toluene과 물로 추출한 후 유기층을 MgSO4로 건조하고 농축 한 후 생성된 화합물을 silicagel column 및 재결정하여 생성물 P-1를 22 g (수율: 71.7%)를 얻었다.
2. P-12 합성예
Figure pat00038
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-1 (20 g, 44.7 mmol), Sub 2-8 (19 g, 44.7 mmol), Pd2(dba)3 (1.2 g, 1.3 mmol), 50% P(t-Bu)3 (1ml, 2.68 mmol), NaOt-Bu (13 g, 134.2 mmol)을 toluene (150ml)에 첨가하고 135°C에서 교반하였다. 상기 P-1분리방법을 이용해서 생성물 P-12를 35 g (수율: 93.6%)를 얻었다.
3. P-25 합성예
Figure pat00039
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-20 (10 g, 18 mmol), Sub 2-31 (3.1 g, 18 mmol), Pd2(dba)3 (0.5 g, 0.54 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.42ml, 1.1 mmol), NaOt-Bu (5.2 g, 54.4 mmol)을 toluene (100ml)에 첨가하고 135°C에서 교반하였다. 상기 P-1분리방법을 이용해서 생성물 P-25를 10 g (수율: 80.6%)를 얻었다.
4. P-36 합성예
Figure pat00040
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-33 (10 g, 14 mmol), Sub 2-30 (5.4 g, 14 mmol), Pd2(dba)3 (0.4 g, 0.42 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.32ml, 0.83 mmol), NaOt-Bu (4 g, 41.9 mmol)을 toluene (80ml)에 첨가하고 135°C에서 교반하였다. 상기 P-1분리방법을 이용해서 생성물 P-36를 13 g (수율: 87.4%)를 얻었다.
5. P-39 합성예
Figure pat00041
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-36 (15 g, 23.8 mmol), Sub 2-31 (4 g, 23.8 mmol), Pd2(dba)3 (0.65 g, 0.71 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.58ml, 1.4 mmol), NaOt-Bu (6.9 g, 71.5 mmol)을 toluene (120ml)에 첨가하고 135°C에서 교반하였다. 상기 P-1분리방법을 이용해서 생성물 P-39를 13 g (수율: 71.6%)를 얻었다.
6. P-64 합성예
Figure pat00042
상기 합성에서 얻어진 Sub 1-54 (15 g, 19.1 mmol), Sub 2-35 (4.7 g, 19.1 mmol), Pd2(dba)3 (0.5 g, 0.57 mmol), 50% P(t-Bu)3 (0.46ml, 1.2 mmol), NaOt-Bu (5.5 g, 57.5 mmol)을 toluene (110ml)에 첨가하고 135°C에서 교반하였다. 상기 P-1분리방법을 이용해서 생성물 P-64를 15 g (수율: 78.9%)를 얻었다.
한편, 상기와 같은 합성예에 따라 제조된 본 발명의 화합물 P-1 내지 P-68의 FD-MS 값은 하기 표 3과 같다.
Figure pat00043
Figure pat00044
유기전기소자의 제조평가
실시 예 1) 레드 유기 발광 소자의 제작 및 시험 ( 발광보조층 )
먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 우선 홀 주입층으로서 N1-(naphthalen-2-yl)-N4,N4-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N1-phenylbenzene-1,4-diamine (2-TNATA로 약기함) 막을 진공증착하여 60 nm 두께로 형성하였다. 이어서, N,N'-Bis(1-naphthalenyl)-N,N'-bis-phenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine (이하 NPB로 약기함)을 60 nm 두께로 진공증착하여 홀 수송층을 형성하였다. 이어서, 발광 보조층 재료로서 화학식 (1)로 표시되는 상기 발명 화합물을 20nm의 두께로 진공증착하여 발광 보조층을 형성하였다. 발광 보조층을 형성한 후, 발광 보조층 상부에 호스트로서는 CBP[4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl]를 사용하였으며, 도판트로서는 (piq)2Ir(acac) [bis-(1-phenylisoquinolyl)iridium(Ⅲ)acetylacetonate] 을 95:5 중량으로 도핑함으로써 상기 발광 보조층 위에 30nm 두께의 발광층을 증착하였다. 홀 저지층으로 (1,1'-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄(이하 BAlq로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하고, 전자수송층으로 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(이하 Alq3로 약칭함)을 40 nm 두께로 성막하였다. 이후, 전자주입층으로 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극으로 사용함으로서 유기전기발광소자를 제조하였다.
이와 같이 제조된 실시예 및 비교예 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 2500cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였다. 하기 표는 소자제작 및 평가한 결과를 나타낸다.
[ 비교예 1]
발광보조층을 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
[ 비교예 2 내지 비교예 5]
발광보조층 재료로써 비교화합물 A~D를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
Figure pat00045
Figure pat00046
Figure pat00047
Figure pat00048
상기 표 4의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 발광보조층 재료로 사용하여 레드 유기전기발광소자를 제작한 경우, 발광보조층을 사용하지 않거나 비교화합물 A~D를 사용한 비교예보다 유기전기발광소자의 구동전압을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 발광 효율과 수명을 현저히 개선시킬 수 있음을 알 수 있다.
다시 말해, 발광보조층을 사용하지 않은 비교예 1 보다는 비교화합물 A~D를 사용한 비교예 2~5의 결과가 우수했고, 비교화합물들 보다는 meta위치로 치환된 페닐이 반드시 2개 이상 치환되어야 하고 dibenzothiophen 또는 dibenzofuran 유도체 화합물이 1개 이상 치환된 자사 발명 화합물의 실시예 1~64가 가장 우수한 결과를 나타내었다.
자세히 비교해보면, 치환기가 단순 아릴기인 비교화합물 A 보다는 dibenzothiophen 이라는 특정 치환기가 치환된 비교화합물 B, C, D의 결과가 우수했으며, 모두 para위치의 페닐이 치환된 비교화합물 B, C 보다는 meta위치로 치환된 페닐이 1개 존재하는 비교화합물 D가 더 우수했으며 이보다는 meta위치로 치환된 페닐이 반드시 2개 이상 치환되어야 하고 dibenzothiophen 또는 dibenzofuran 유도체 화합물이 1개 이상 치환된 자사 발명 화합물이 구동전압, 효율 그리고 수명면에서 현저히 우수한 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 meta위치로 치환된 페닐이 2개 존재하면서 비교화합물들보다 화합물의 결합길이(conjugation length)가 짧아지고 깊은 HOMO에너지 레벨과 높은 T1값을 가지게 되어 이로 인해 정공이 발광층으로 원활하게 수송되고 전자를 블로킹하는 능력을 향상되어 효율 및 수명이 향상되는 것으로 판단된다. 또한 dibenzothiophen 또는 dibenzofuran과 같은 특정 치환기가 치환되면서 hole 특성, 광효율 특성, 에너지 레벨 (LUMO, HOMO레벨), hole injection & mobility 특성, Electron blocking특성과 같은 화합물의 물성이 달라짐에 따라 소자 증착 시 소자 성능 향상 (특히 효율 향상)에 주요인자로 작용하여 이러한 상이한 결과가 도출됨을 확인할 수 있다.
따라서 이는 meta위치로 치환된 페닐이 반드시 2개 이상 치환되어야 하고 dibenzothiophen 또는 dibenzofuran 유도체 화합물이 1개 이상 치환된 자사 발명 화합물이 기존 화합물들과는 화학적, 물리적 특성이 현저히 달라질 수 있음을 시사하고 있다.
실시 예 2) 레드 유기 발광 소자의 제작 및 시험 ( 정공수송층 )
먼저, 유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 위에 우선 홀 주입층으로서 N1-(naphthalen-2-yl)-N4,N4-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N1-phenylbenzene-1,4-diamine (2-TNATA로 약기함) 막을 진공증착하여 60 nm 두께로 형성하였다. 이어서, 정공수송층 재료로써 화학식 (2)로 표시되는 상기 발명화합물을 60nm두께로 진공증착하여 홀 수송층을 형성하였다. 정공수송층 상부에 호스트로서는 CBP[4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl]를 사용하였으며, 도판트로서는 (piq)2Ir(acac) [bis-(1-phenylisoquinolyl)iridium(Ⅲ)acetylacetonate] 을 95:5 중량으로 도핑함으로써 30nm 두께의 발광층을 증착하였다. 홀 저지층으로 (1,1'-비스페닐)-4-올레이토)비스(2-메틸-8-퀴놀린올레이토)알루미늄(이하 BAlq로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하고, 전자수송층으로 트리스(8-퀴놀리놀)알루미늄(이하 Alq3로 약칭함)을 40 nm 두께로 성막하였다. 이후, 전자주입층으로 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극으로 사용함으로서 유기전기발광소자를 제조하였다.
이와 같이 제조된 실시예 및 비교예 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을 측정하였으며, 그 측정 결과 2500cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였다. 하기 표는 소자제작 및 평가한 결과를 나타낸다.
[ 비교예 6]
정공 수송층 재료로써 N,N'-Bis(1-naphthalenyl)-N,N'-bis-phenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine (이하 NPB로 약기함)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
[ 비교예 7 내지 비교예 10]
정공 수송층 재료로써 비교화합물 A~D를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
Figure pat00049
상기 표 5의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 정공 수송층 재료로 사용하여 레드 유기전기발광소자를 제작한 경우, NPB를 사용하거나 비교화합물 A~D를 사용한 비교예보다 유기전기발광소자의 구동전압을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 발광 효율과 수명을 개선시킬 수 있음을 알 수 있다.
이는 표 4의 설명과 마찬가지로meta위치로 치환된 페닐이 반드시 2개 이상 치환되어야 하고 dibenzothiophen 또는 dibenzofuran 유도체 화합물이 1개 이상 치환된 자사 발명 화합물이 기존 화합물들과는 화학적, 물리적 특성이 현저히 달라질 수 있고, 그로 인해 상이한 소자 결과가 도출될 수 있음을 시사하고 있다.
이상, 본 발명을 예시적으로 설명하였으며, 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 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 하기 화학식 (1)로 표시되는 화합물
    Figure pat00050

    상기 화학식 (1)에서,
    1) Ar1, Ar2, Ar3, Ar4, Ar5는 각각 서로 독립적으로 동일하거나 상이하며, 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; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택되며, (여기서 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 Rb은 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 선택됨) Ar1, Ar2, Ar3, Ar4, Ar5 중 적어도 하나는 화학식 (1-1)로 치환되고,
    2) n, m, p는 0 내지 4의 정수, o는 0 내지 3의 정수이고, m, n, o, p가 1이상일 경우 R1, R2, R3, R4는 수소; 중수소; 할로겐; 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; C1~C50의 알킬기; C2~C20의 알켄일기; C2~C20의 알킨일기; C1~C30의 알콕실기; C6~C30의 아릴옥시기; 및 -L'-N(Ra)(Rb);로 이루어진 군에서 선택되고 또는 이웃한 복수의 R1끼리, 혹은 복수의 R2, 혹은 복수의 R3, 혹은 복수의 R4끼리 서로 결합하여 방향족 또는 헤테로방향족 고리를 형성 할 수 있고,
    3) X는 O 또는 S 중 어느 하나로 선택되고,
    4) L은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; 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 선택된다.
    상기 아릴기, 플루오렌일기, 헤테로고리기, 알킬기, 융합고리기, 알켄일기, 알킨일기, 알콕시기, 아릴옥시기 각각은 중수소; 할로겐; C1-C20의 알킬기 또는 C6-C20의 아릴기로 치환 또는 비치환된 실란기; 실록산기; 붕소기; 게르마늄기; 시아노기; 니트로기; -L'-N(Ra)(Rb)(여기서 L', Ra, Rb는 상술한 L', Ra, Rb의 정의와 동일함); C1-C20의 알킬싸이오기; C1-C20의 알콕실기; 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 더욱 치환될 수 있다.
  2. 제 1항에 있어서,
    화학식 (1)로 나타낸 화합물이 하기 화학식 (2) 내지 화학식 (5) 중 어느 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 화합물.
    Figure pat00051

    상기 화학식 (2) 내지 화학식 (5)에서,
    Ar1, Ar2, Ar3, Ar4, Ar5, n, m, p, o, R1, R2, R3, R4, X, L은 상기 화학식 (1)에서 정의된 Ar1, Ar2, Ar3, Ar4, Ar5, n, m, p, o, R1, R2, R3, R4, X, L과 같다.
  3. 제 1항에 있어서,
    화학식 (1)로 나타낸 화합물이 하기와 같이 표시되는 화합물.
    Figure pat00052

    Figure pat00053

    Figure pat00054

    Figure pat00055

    Figure pat00056

    Figure pat00057
  4. 제 1전극;
    제 2전극; 및
    상기 제 1전극과 제 2전극 사이에 위치하는 유기물층;을 포함하는 유기전기소자에 있어서, 상기 유기물층은 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유기물층의 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층 및 전자보조층 중 적어도 하나의 층에 상기 화합물이 함유되며, 상기 화합물은 1종 단독 화합물 또는 2종 이상의 화합물을 혼합물의 성분으로서 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 화합물은 정공수송층 또는 발광보조층으로 사용되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1전극과 상기 제 2전극의 일면 중 상기 유기물층과 반대되는 적어도 일면에 형성되는 광효율 개선층을 더 포함하는 유기전기소자.
  8. 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.
  9. 제 4항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및
    상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부를 포함하는 전자장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 유기전기소자는 유기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 및 단색 또는 백색 조명용 소자 중 하나인 것을 특징으로 하는 전자장치.
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