KR20180136377A - 신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기발광 소자 - Google Patents

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KR20180136377A
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Abstract

본 발명에서는 분자내 두개의 카르바졸기를 포함하는 신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기발광 소자를 제공한다.

Description

신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기발광 소자{Novel compound and organic light emitting device comprising the same}
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2017년 6월 14일자 한국 특허 출원 제 10-2017-0075026호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 분자내 두개의 카르바졸기를 포함하는 신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 넓은 시야각, 우수한 콘트라스트, 빠른 응답 시간을 가지며, 휘도, 구동 전압 및 응답 속도 특성이 우수하여 많은 연구가 진행되고 있다.
유기 발광 소자는 일반적으로 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 유기물 층을 포함하는 구조를 가진다. 상기 유기물 층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 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 소자에 사용되는 유기물에 대하여 새로운 재료의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
한국특허 공개번호 제10-2000-0051826호
본 발명은 분자내 두 개의 카바졸기(carbozol group)를 포함하는 신규한 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
본 발명은 하기 화학식 1의 화합물을 제공한다:
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
R은 치환 또는 치환된 C6-60 아릴이고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 중수소; 할로겐; 시아노; 니트로; 아미노; 치환 또는 비치환된 C1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 알콕시; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알콕시; 치환 또는 비치환된 C3-60 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-60 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴옥시; 치환 또는 비치환된 C7-60 아릴알킬; 치환 또는 비치환된 C7-60 알킬아릴; 또는 치환 또는 비치환된, N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로아릴이고,
a1 및 a2는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이며,
Cy는 하기 화학식 2의 다중축합 고리이고,
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에서, X1은 O, S, 또는 NR3이고,
A는 인접한 2개의 고리와 융합된 하기 화학식 3의 벤젠 고리이고,
B는 상기 A와 C1 및 C2를 공유하는 하기 화학식 4의 고리이며,
[화학식 3]
Figure pat00003
[화학식 4]
Figure pat00004
상기 화학식 3 및 4에서, X2는 O, S, 또는 NR3이되, X1과 X2가 동시에 NR3은 아니며,
R3은 수소; 중수소; 할로겐; 시아노; 니트로; 아미노; 치환 또는 비치환된 C1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 알콕시; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알콕시; 치환 또는 비치환된 C3-60 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-60 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴옥시; 치환 또는 비치환된 C7-60 아릴알킬; 치환 또는 비치환된 C7-60 알킬아릴; 또는 치환 또는 비치환된, N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로아릴이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된, O, N, Si 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로아릴이며,
b1 및 b2는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이다.
또한, 본 발명은 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는, 유기 발광 소자를 제공한다.
상술한 화학식 1의 화합물은 유기 발광 소자의 유기물 층의 재료로서 사용될 수 있으며, 유기 발광 소자에서 효율의 향상, 낮은 구동전압 및/또는 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 상술한 화학식 1로 표시되는 화합물은 발광, 전자수송, 또는 전자주입 재료로 사용될 수 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7), 전자수송층(8) 및 음극(4)로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 상세히 설명한다.
본 명세서에서,
Figure pat00005
는 다른 치환기에 연결되는 결합을 의미한다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미노기; 포스핀옥사이드기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 사이클로알킬기; 알케닐기; 아릴기; 아르알킬기; 아르알케닐기; 알킬아릴기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 헤테로아릴아민기; 아릴아민기; 아릴포스핀기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환 또는 비치환된 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 명세서에서 카보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 40(C1-40)인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00006
본 명세서에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00007
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00008
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸다이메틸실릴기, 비닐다이메틸실릴기, 프로필다이메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 다이페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 구체적으로 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸다이메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
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 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 알킬기의 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-다이메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 사이클로펜틸메틸, 사이클로헥틸메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-다이메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-다이메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 6이다. 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-다이페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(다이페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 사이클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 3-메틸사이클로펜틸, 2,3-다이메틸사이클로펜틸, 사이클로헥실, 3-메틸사이클로헥실, 4-메틸사이클로헥실, 2,3-다이메틸사이클로헥실, 3,4,5-트리메틸사이클로헥실, 4-tert-부틸사이클로헥실, 사이클로헵틸, 사이클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다. 상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure pat00009
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 이종 원소로 O, N, Si 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로고리기의 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, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 다이벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 이소옥사졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기 및 다이벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 아르알케닐기, 알킬아릴기, 아릴아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 알킬아릴기, 알킬아민기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민 중 헤테로아릴은 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 아르알케닐기 중 알케닐기는 전술한 알케닐기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 탄화수소 고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 아릴기 또는 사이클로알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 헤테로고리기에 관한 설명이 적용될 수 있다.
한편, 본 발명은 하기 화학식 1의 화합물을 제공한다:
[화학식 1]
Figure pat00010
상기 화학식 1에서,
R은 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴이고,
R1 및 R2는 각각 독립적으로, 중수소; 할로겐; 시아노; 니트로; 아미노; 치환 또는 비치환된 C1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 알콕시; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알콕시; 치환 또는 비치환된 C3-60 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-60 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴옥시; 치환 또는 비치환된 C7-60 아릴알킬; 치환 또는 비치환된 C7-60 알킬아릴; 또는 치환 또는 비치환된, N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로아릴이고,
a1 및 a2는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이며,
Cy는 하기 화학식 2의 다중축합 고리이고,
[화학식 2]
Figure pat00011
상기 화학식 2에서, X1은 O, S, 또는 NR3이고,
A는 인접한 2개의 고리와 융합된 하기 화학식 3의 벤젠 고리이고,
B는 상기 A와 C1의 탄소 및 C2의 탄소를 공유하는 하기 화학식 4의 고리이며,
[화학식 3]
Figure pat00012
[화학식 4]
Figure pat00013
상기 화학식 3 및 4에서, X2는 O, S, 또는 NR3이되, X1과 X2가 동시에 NR3은 아니며,
R3은 수소; 중수소; 할로겐; 시아노; 니트로; 아미노; 치환 또는 비치환된 C1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 알콕시; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알콕시; 치환 또는 비치환된 C3-60 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-60 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴옥시; 치환 또는 비치환된 C7-60 아릴알킬; 치환 또는 비치환된 C7-60 알킬아릴; 또는 치환 또는 비치환된, N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로아릴이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된, O, N, Si 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로아릴이며,
b1 및 b2는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이다.
구체적으로, 상기 화학식 1에서, Cy는 퓨란 또는 티오펜과 같이 O 또는 S를 포함하는 2개의 5원 고리가, 3개의 벤젠 고리와 교대로 축합된 다중 축합고리로서, 축합 위치에 따라 하기 화학식 5로 표시될 수 있다:
[화학식 5]
Figure pat00014
상기 화학식 5에서,
Cy'은 인접한 두 개의 오각 고리와 융합된 벤젠 고리이고,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S, 또는 NR3이되, X1과 X2가 동시에 NR3은 아니며,
R3은 수소; 치환 또는 비치환된 C1-20 알킬; 치환 또는 비치환된 C3-20 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-20 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-20 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-20 아릴알킬; 및 치환 또는 비치환된 C7-20 알킬아릴로 이루어진 군에서 선택된다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 1에서 Cy는 하기 화학식 5-1 내지 화학식 5-6 중 어느 하나로 표시될 수 있다:
[화학식 5-1]
Figure pat00015
[화학식 5-2]
Figure pat00016
[화학식 5-3]
Figure pat00017
[화학식 5-4]
Figure pat00018
[화학식 5-5]
Figure pat00019
[화학식 5-6]
Figure pat00020
상기 화학식 5-1 내지 5-6에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S, 또는 NR3이되, X1과 X2가 동시에 NR3은 아니며,
R3은 수소; 치환 또는 비치환된 C1-20 알킬; 치환 또는 비치환된 C3-20 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-20 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-20 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-20 아릴알킬; 및 치환 또는 비치환된 C7-20 알킬아릴로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
보다 더 구체적으로, 상기 화학식 1에서 Cy는 하기 작용기들로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 표시될 수 있다:
Figure pat00021
상기 화학 구조식들에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S, 또는 NR3이되, X1과 X2가 동시에 NR3은 아니며,
R3은 수소; 치환 또는 비치환된 C1-12 알킬; 치환 또는 비치환된 C3-12 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-12 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-12 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-13 아릴알킬; 및 치환 또는 비치환된 C7-13 알킬아릴로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 화학식 5-1 내지 5-6의 작용기에 있어서,
X1은 O 또는 S이고,
X2는 O, S, 또는 NR3이며,
R3은 수소, C1-12 알킬; C3-12 사이클로알킬; C6-12 아릴; C7-13 아릴알킬; 및 C7-13 알킬아릴로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으며, 보다 더 구체적으로는 수소, 메틸 또는 페닐일 수 있다.
또, 상기 화학식 5 및 화학식 5-1 내지 5-6에서의 작용기는, 상기 화학식 3 및 4에서와 같이 Ar1 및 Ar2의 작용기 중 적어도 하나에 의해 1 또는 2개 치환될 수도 있다.
이때, 상기 Ar1 및 Ar2는 앞서 정의한 바와 같으며, 보다 구체적으로는 하기 작용기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다:
Figure pat00022
또, 상기 화학식 1에 있어서, 두 개의 카바졸기는 치환 또는 비치환될 수 있으며, 치환될 경우, 각각 R1 및 R2에 의해 1 내지 3개, 보다 구체적으로는 1 또는 2개 치환될 수 있다.
이때, R1 및 R2는 앞서 정의한 바와 같으며, 보다 구체적으로는 각각 독립적으로, 중수소; 할로겐; 시아노; 니트로; C1-20 알킬; C6-20 아릴; C7-20 아릴알킬; 또는 C7-20 알킬아릴일 수 있고, 보다 더 구체적으로는 R1 및 R2는 각각 독립적으로, 중수소, 할로겐, 시아노, 니트로, 메틸, 또는 페닐일 수 있다.
또, 상기 화학식 1에서, R은 치환 또는 비치환된 C6-20 아릴일 수 있으며, 보다 구체적으로는 치환 또는 비치환된 페닐일 수 있다.
또, 상기 R이 치환될 경우, 중수소; 할로겐; 시아노; 니트로; 아미노; C1-20 알킬; C1-20 할로알킬; C1-20 알콕시; C1-20 할로알콕시; C3-20 사이클로알킬; C2-20 알케닐; C6-20 아릴; C6-20 아릴옥시; C7-20 아릴알킬; C7-20 알킬아릴; 또는 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로아릴로 1 이상 치환될 수 있으며, 보다 구체적으로는 C1-12 알킬; C3-12 사이클로알킬; C6-12 아릴; C7-12 아릴알킬; 및 C7-12 알킬아릴로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 작용기로 치환될 수 있다.
구체적으로 R은 하기 작용기들로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
Figure pat00023
분자량이 너무 크면 증착 온도가 올라가 열 안정성이 떨어지기 때문에 이를 고려하여 적절한 분자량을 확보하기 위해서는 상기 R은 상기한 구조의 작용기들 중에서도 페닐, 비페닐, 또는 나프탈레닐일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 대표적인 예는 다음과 같다:
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
Figure pat00032
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
상기 화학식 1은 화합물은, 두 개의 카바졸기를 포함하되 코어가 되는 하나의 카바졸기의 3번 위치에 나머지 하나의 카바졸이 치환되고, 9번 위치에 O, S 또는 N의 헤테로 원자를 포함하는 2개의 5원 고리가 3개의 벤젠 고리와 교대로 축합된 다중 축합고리기(Cy)가 치환된 구조를 가짐으로써, 정공 및 전자를 수송하는데 있어 유리한 구조를 갖는다. 또 상기 3번 위치에 치환되는 카바졸이 아릴기를 포함하고, 상기 축합고리기가 O, S 또는 N의 헤테로 원자를 포함함으로써, 이들 원자의 비공유 전자쌍에 의해 전자 밀도가 증가하여 정공 수송 능력이 증가한다. 이중에서도, O의 경우 전기음성도가 C 보다 더 커 전자 수송 능력을 증가시키는 효과가 있어 발광층으로 적용시 정공 수송 능력과 전자 수송 능력이 적절한 균형을 갖는 발광층을 형성할 수 있다. 따라서 이를 이용한 유기 발광 소자는 고효율, 저 구동 전압, 고휘도 및 장수명 등을 가질 수 있다.
한편, 상기 화학식 1의 화합물은, 일례로 하기 반응식과 같이 디카르바졸계 화합물(II)과 다중축합고리(Cy) 포함 할로겐화물(III)의 반응시키는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다. 상기 제조 방법은 후술할 합성예에서 보다 구체화될 수 있다.
[반응식 1]
Figure pat00036
상기 반응식 1에서, R, R1, R2, a1, a2, 및 Cy는 앞서 정의한 바와 동일하며, Z는 플루오로, 클로로, 브로모, 또는 아이오도와 같은 할로겐기이다.
구체적으로, 상기 디카르바졸계 화합물(II)과 다중축합고리(Cy) 포함 할로겐화물(III)의 반응은 Pd(P-tBu3)2와 같은 백금계 촉매 화합물의 존재 하에서 수행될 수 있다.
또 상기 반응은 다이클로로메탄, 에틸아세테이트, 다이에틸에테르, 아세토니트릴, 이소프로필알콜, 아세톤, 테트라하이드로퓨란(THF), N,N-다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸술폭사이드(DMSO) 또는 톨루엔 등의 1종 이상의 유기 용매 중에서 수행될 수 있으며, 상기 반응시 NaOtBu와 같은 알콕사이드계 반응화제가 더 첨가될 수도 있다.
한편, 상기 화학식 1의 화합물 제조에서 출발물질로 사용되는 디카르바졸계 화합물(II) 및 다중축합고리(Cy) 포함 할로겐화물(III)은 직접 제조할 수도 있고, 상업적으로 입수할 수도 있다. 직접 제조할 경우, 그 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물은 상기 반응식 1을 참고하여 제조하고자 하는 화합물의 구조에 맞추어 출발 물질을 적절히 대체하여 제조될 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다. 일례로, 본 발명은 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물 층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 유기 발광 소자의 유기물 층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자는 유기물 층으로서 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 또 상기 정공수송층과 발광층 사이, 그리고 상기 발광층과 전자수송층 사이에 각각 전자저지층 및 정공저지층 중 적어도 1층을 더 포함할 수도 있다. 그러나 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기물 층은 정공주입층, 정공수송층, 또는 정공 주입과 수송을 동시에 하는 층을 포함할 수 있고, 상기 정공주입층, 정공수송층, 또는 정공 주입과 수송을 동시에 하는 층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
또한, 상기 유기물 층은 발광층을 포함할 수 있고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
또한, 상기 유기물 층은 전자수송층, 또는 전자주입층을 포함할 수 있고, 상기 전자수송층, 또는 전자주입층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
또한, 상기 전자수송층, 전자주입층, 또는 전자 주입 및 전자 수송을 동시에 하는 층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 특히, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 열적 안정성이 우수하고, 6.0 eV 이상의 깊은 HOMO 준위, 높은 삼중함 에너지(ET), 및 정공 안정성을 가지고 있다. 또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 전자 주입 및 전자 수송을 동시에 할 수 있는 유기물 층에 사용할 경우, 당업계에서 사용하는 n-형 도펀트를 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 유기물 층은 발광층 및 전자수송층을 포함하고, 상기 전자수송층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 기판 상에 양극, 1층 이상의 유기물 층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조(normal type)의 유기 발광 소자일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 음극, 1층 이상의 유기물 층 및 양극이 순차적으로 적층된 역방향 구조(inverted type)의 유기 발광 소자일 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일실시예에 따른 유기 발광 소자의 구조는 도 1 및 2에 예시되어 있다.
도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3), 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 발광층에 포함될 수 있다.
도 2는 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7), 전자수송층(8) 및 음극(4)로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 정공주입층, 정공수송층, 발광층 및 전자수송층 중 1층 이상에 포함될 수 있다.
또, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 소자는, 기판, 양극, 정공주입층, 정공수송층, 전자저지층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 및 음극으로 이루어질 수 있으며, 이와 같은 구조에서 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 발광층에 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는, 상기 유기물 층 중 1층 이상이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 제외하고는 당 기술분야에 알려져 있는 재료와 방법으로 제조될 수 있다. 또한, 상기 유기 발광 소자가 복수개의 유기물층을 포함하는 경우, 상기 유기물층은 동일한 물질 또는 다른 물질로 형성될 수 있다.
예컨대, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 기판 상에 제1 전극, 유기물층 및 제2 전극을 순차적으로 적층시켜 제조할 수 있다. 이때, 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 양극을 형성하고, 그 위에 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층을 포함하는 유기물 층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시켜 제조할 수 있다. 또 상기 유기물층이 상기 정공수송층과 발광층 사이, 그리고 상기 발광층과 전자수송층 사이에 각각 전자저지층 및 정공저지층을 더 포함할 경우, 이들 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물 층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질로부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 제조할 수 있다(WO 2003/012890). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
일례로, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이거나, 또는 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이다.
상기 양극 물질로는 통상 유기물 층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 상기 양극 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-다이옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 상기 음극 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 양극에서의 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 양극 물질의 일함수와 주변 유기물 층의 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 물질로 양극이나 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 예로 8-히드록시-퀴놀린 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, 다이벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도펀트 재료로는 방향족 아민 유도체, 스트릴아민 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, 사이클로알킬기 및 아릴아미노기로 이루어진 군에서 1 또는 2 이상 선택되는 치환기가 치환 또는 비치환된다. 구체적으로 스티릴아민, 스티릴다이아민, 스티릴트리아민, 스티릴테트라아민 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 금속 착체로는 이리듐 착체, 백금 착체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 도펀트 함유량은 발광층의 호스트양에 대비하여 1% 부터 99%까지 될 수 있다.
상기 전자 수송 물질로는 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 층으로 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; 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, 음극으로부터의 전자 주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공주입층에의 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 질소 함유 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.
또 상기 유기 발광 소자가 정공수송층과 발광층 사이, 그리고 상기 발광층과 전자수송층 사이에 각각 전자저지층 및 정공저지층 중 1종 이상을 더 포함할 경우, 상기 전자저지층은 전자의 양극 도달을 저지하는 층으로, 전자주입층과 동일한 조건으로 형성될 수 있다. 전자저지층은 정공을 수송하는 기능을 가지면서 전자를 수송하는 능력이 현저하게 작은 재료로 이루어지고, 정공을 수송하면서 전자를 저지함으로써 전자와 정공이 재결합할 확률을 향상시킬 수 있다.
또, 상기 정공저지층은 주입된 정공이 발광층을 지나 전자수송층으로 진입하는 것을 방지하여 소자의 수명과 효율을 향상시킬 수 있는 층으로, 옥사디아졸 유도체나 트리아졸 유도체 등과 같은 함질소 헤테로환 유도체, 페난트롤린 유도체, BCP 또는 알루미늄 착물 (aluminum complex) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로, 상기 정공저지층은 한국특허 등록번호 제10-1052973호 및 한국특허 등록번호 제10-1317495호에 공지된 바와 같은 함질소 헤테로환 유도체를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기 발광 소자 외에도 유기 태양 전지 또는 유기 트랜지스터에 포함될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자의 제조를 이하 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[ 합성예 ]
< 합성예 1> (화합물 1의 합성)
1-1) 화합물 1-1의 합성
Figure pat00037
2구 플라스크에 3-히드록시다이벤조[b,d]퓨란 (3-Hydroxydibenzo[b,d]furan) (15.0g, 81.4mmol)을 CH2Cl2 200ml에 녹이고 질소 분위기 하에서 0℃에서 교반하였다. 결과의 반응 용액에, Br2 (5ml, 97.7mmol)을 CH2Cl2 20ml에 녹여 40분 동안에 걸쳐 적가한 후, 상온에서 12시간 교반하였다. 반응이 종료되면 결과의 반응용액에 Na2S2O3 수용액을 첨가하고, 분액 깔대기로 옮겨 CH2Cl2로 추출하였다. 추출액을 MgSO4로 건조하고, 결과로 수득한 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 1-1 고체를 17.1g 수득하였다. (수율 80%, MS[M+H]+= 263)
1-2) 화합물 1-2의 합성
Figure pat00038
3 구 플라스크에서 화합물 1-1 (17.0g, 64.6mmol) 및 (4-클로로-2-플루오로페닐)보론산((4-chloro-2-fluorophenyl)boronic acid) (11.8g, 67.8mmol)을 THF 650ml에 용해시키고, 여기에 K2CO3(35.7g, 258.5mmol)을 H2O 320ml에 녹여 첨가하였다. 결과의 혼합 용액에 Pd(PPh3)4(0.7g, 0.6mmol)를 넣고, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 8시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 결과의 반응 용액을 상온으로 냉각한 후, 분액 깔대기에 옮기고, CH2Cl2로 추출했다. 결과의 추출액을 MgSO4로 건조하고, 여과 및 농축한 후, 결과로 수득한 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 1-2 고체를 15.8g 수득하였다. (수율 78%, MS[M+H]+= 313)
1-3) 화합물 1-3의 합성
Figure pat00039
2구 플라스크에 화합물 1-2 (15.0g, 48.0mmol), K2CO3 (9.9g, 71.9mmol) 및 NMP 200mL를 넣고, 아르곤 분위기에서 150℃에서 8시간 교반하였다. 반응 종료 후, 결과의 반응 요액을 상온으로 냉각하고, 분액 깔대기에 옮긴 후, H2O 200mL을 가하여 에틸 아세테이트로 추출하였다. 결과의 추출액을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 화합물 1-3 고체 12.5g을 수득하였다. (수율 89%, MS[M+H]+= 293)
1-4) 화합물 1-4의 합성
Figure pat00040
3 구 플라스크에서 3-브로모-9H-카르바졸(3-bromo-9H-carbazole) (10.0g, 40.6mmol) 및 9-페닐-3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보로란-2-일)-9H-카르바졸(9-phenyl-3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-9H-carbazole) (15.8g, 42.7mmol)을 THF 400ml에 용해시키고, 여기에 K2CO3(22.5g, 162.5mmol)을 H2O 200ml에 용해시켜 첨가하였다. 결과의 혼합 용액에 Pd(PPh3)4(0.5g, 0.4mmol)를 첨가하고, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 8시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 결과의 반응 용액을 상온으로 냉각한 후, 분액 깔대기에 옮기고, CH2Cl2로 추출하였다. 결과의 추출액을 MgSO4로 건조하고, 여과 및 농축한 후, 결과로 수득한 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 1-4 고체 12.4g을 수득하였다. (수율 75%, MS[M+H]+= 409)
1-5) 화합물 1의 합성
Figure pat00041
3 구 플라스크에서 화합물 1-4 (8.0g, 19.6mmol) 및 화합물 1-3 (6.3g, 21.5mmol)을 톨루엔 200ml에 용해시키고, 소듐 tert-부톡사이드(sodium tert-butoxide; NaOtBu) (2.8g, 29.4mmol), 및 비스(트리-tert-부틸포스핀)팔라듐(0) (Bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0); Pd(P-tBu3)2) (0.2g, 0.4mmol)을 첨가한 후, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 6시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 결과의 반응 용액을 상온으로 냉각하고, H2O 200ml를 넣고 분액 깔대기로 옮겨 추출하였다. 결과의 추출액을 MgSO4로 건조, 농축한 후, 결과로 수득한 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하고, 이어서 승화정제를 통해 화합물 1을 5.9g 수득하였다. (수율 45%, MS[M+H]+= 665)
< 합성예 2> (화합물 2의 합성)
2-1) 화합물 2-1의 합성
Figure pat00042
3구 플라스크에서 2-히드록시다이벤조[b,d]퓨란(2-hydroxydibenzo[b,d]furan) (15.0g, 81.4mmol)을 아세트산 100ml에 용해시키고, 여기에 요오드 모노클로라이드(idodine monochloride; ICl) (4.48ml, 89.6mmol)와 농축 염산(conc.HCl) 55ml 및 아세트산 35ml의 용액을 적가한 후, 상온에서 24시간 교반하였다. 반응이 종료되면, 결과의 반응 용액에 H2O 300ml를 첨가하고, 결과로 생성된 침전물을 여과하여 H2O로 세척하였다. 결과로 수득한 고체를 MeOH로 세척하여 화합물 2-1 고체를 18.9g 수득하였다. (수율 75%, MS[M+H]+= 310)
2-2) 화합물 2-2의 합성
Figure pat00043
3 구 플라스크에서 화합물 2-1 (18.0g, 58.0mmol) 및 (4-클로로-2-플루오로페닐)보론산 (10.6g, 61.0mmol)을 THF 600ml에 용해시키고, 여기에 K2CO3(32.1g, 232.2mmol)을 H2O 300ml에 용해시켜 첨가하였다. 결과의 혼합용액에 Pd(PPh3)4 (0.7g, 0.6mmol)를 첨가하고, 아르곤 분위기 환류 조건 하에서 8시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면, 결과의 반응 용액을 상온으로 냉각하고, 분액 깔대기로 옮겨 CH2Cl2로 추출하였다. 결과의 추출액을 MgSO4로 건조하고, 여과 및 농축한 후, 결과로 수득한 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 2-2 고체를 14.5g 수득하였다. (수율 80%, MS[M+H]+= 313)
2-3) 화합물 2-3의 합성
Figure pat00044
2구 플라스크에 화합물 2-2 (14.0g, 44.8mmol), K2CO3 (9.3g, 67.2mmol), 및 NMP 180mL를 넣고, 아르곤 분위기에서 150℃에서 8시간 교반하였다. 반응 종료 후, 결과의 반응 용액을 상온으로 냉각하고, 결과로 수득한 시료를 분액 깔대기에 옮기고, H2O 200mL을 가하여 에틸아세테이트로 추출하였다. 추출액을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 화합물 2-3 고체를 10.6g 수득하였다. (수율 81%, MS[M+H]+= 293)
2-4) 화합물 2-4의 합성
Figure pat00045
3 구 플라스크에서 3-브로모-9H-카르바졸(3-bromo-9H-carbazole) (5.0g, 20.3mmol), 및 9-([1,1'-비페닐]-3-일)-3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보로란-2-일)-9H-카르바졸(9-([1,1'-biphenyl]-3-yl)-3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-9H-carbazole) (9.5g, 21.3mmol)을 THF 200ml에 용해시키고, 여기에 K2CO3(11.2g, 81.3mmol)을 H2O 100ml에 용해시켜 첨가하였다. 결과의 혼합 용액에 Pd(PPh3)4(0.2g, 0.2mmol)를 첨가하고, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 8시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면, 결과의 반응 용액을 상온으로 냉각한 후, 분액 깔대기에 옮겨 CH2Cl2로 추출하였다. 결과의 추출액을 MgSO4로 건조하고, 여과 및 농축한 후, 결과로 수득한 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 2-4 고체를 7.6g 수득하였다. (수율 77%, MS[M+H]+= 485)
2-5) 화합물 2의 합성
Figure pat00046
3 구 플라스크에 화합물 2-4 (7.0g, 14.4mmol), 화합물 2-3 (4.7g, 15.9mmol)을 톨루엔 140ml에 녹이고 NaOtBu (2.1g, 21.7mmol) 및 Pd(P-tBu3)2 (0.1g, 0.3mmol)을 넣은 후, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 6시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면, 결과의 반응 용액을 상온으로 냉각하고, 분액 깔대기에 옮겨 H2O 200ml를 가한 후 추출하였다. 결과의 추출액을 MgSO4로 건조, 농축하고, 결과로 수득한 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제한 후, 승화정제를 통해 화합물 2를 5.0g 수득하였다. (수율 47%, MS[M+H]+= 665)
< 합성예 3> (화합물 3의 합성)
3-1) 화합물 3-1의 합성
Figure pat00047
3구 플라스크에 3-플루오로다이벤조[b,d]퓨란 (15.0g, 80.6mmol) 및 THF 400mL을 넣고, -78℃로 냉각하였다. 여기에 n-BuLi(1.6M n-헥세인 용액, 55mL, 88.6mmol)을 적가하고, -78℃에서 20분간 교반하였다. 결과의 혼합 용액에 붕산 트리이소프로필(45.5g, 241.7mmol)을 가하여 -78℃에서 1시간 교반 후, 상온에서 4시간 더 교반하였다. 결과의 반응 용액에 1N HCl 130mL를 가하여 실온에서 1시간 교반한 후, 농축하고, 분액 깔대기로 옮겨 물 200mL를 가한 후 CH2Cl2로 추출하였다. 결과의 추출액을 MgSO4로 건조하고, 여과, 농축한 후, 톨루엔-헥세인을 이용하여 재결정을 하여 화합물 3-1을 11.1g 수득하였다(수율 60%, MS[M+H]+= 230).
3-2) 화합물 3-2의 합성
Figure pat00048
3 구 플라스크에서 화합물 3-1 (10.0g, 43.5mmol) 및 5-클로로-2-아이오도페놀(5-chloro-2-iodophenol) (11.6g, 45.7mmol)을 THF 430ml에 용해시키고, 여기에 K2CO3(24.0g, 173.9mmol)을 H2O 220ml에 용해시켜 첨가하였다. 결과의 혼합 용액에 Pd(PPh3)4 (0.5g, 0.4mmol)를 첨가하고, 아르곤 분위기 환류 조건 하에서 8시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면, 결과의 반응 용액을 상온으로 냉각한 후, 분액 깔대기에 옮기고, CH2Cl2로 추출하였다. 결과의 추출액을 MgSO4로 건조하고, 여과 및 농축한 후, 결과로 수득한 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 3-2 고체를 10.5g 수득하였다(수율 77%, MS[M+H]+= 313).
3-3) 화합물 3-3의 합성
Figure pat00049
2구 플라스크에 화합물 3-2(10.0g, 32.0mmol), K2CO3(6.6g, 48.0mmol) 및 NMP 130mL를 넣고, 아르곤 분위기에서 150℃에서 8시간 교반했다. 반응 종료 후, 결과의 반응 용액을 상온으로 냉각하고, 분액 깔대기에 옮겨 H2O 100mL을 가한 후 에틸 아세테이트로 추출하였다. 결과의 추출액을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 화합물 3-3 고체를 6.2g 수득하였다 (수율 66%, MS[M+H]+= 293).
3-4) 화합물 3-4의 합성
Figure pat00050
3 구 플라스크에서 3-브로모-9H-카르바졸 (5.0g, 20.3mmol) 및 9-([1,1'-비페닐]-4-일)-3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보로란-2-일)-9H-카르바졸 (9.5g, 21.3mmol)을 THF 200ml에 용해시키고, 여기에 K2CO3(11.2g, 81.3mmol)을 H2O 100ml에 용해시켜 첨가하였다. 결과의 혼합 용액에 Pd(PPh3)4(0.2g, 0.2mmol)를 넣고, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 8시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 결과의 반응 용액을 상온으로 냉각하고, 분액 깔대기에 옮겨 CH2Cl2로 추출하였다. 결과의 추출액을 MgSO4로 건조하고, 여과 및 농축한 후, 결과로 수득한 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 3-4 고체를 7.4g 수득하였다 (수율 74%, MS[M+H]+= 485).
3-5) 화합물 3의 합성
Figure pat00051
3 구 플라스크에서 화합물 3-4 (7.0g, 14.4mmol), 및 화합물 3-3 (4.7g, 15.9mmol)을 톨루엔 140ml에 용해시키고, NaOtBu (2.1g, 21.7mmol), Pd(P-tBu3)2) (0.1g, 0.3mmol)을 첨가한 후, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 6시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 결과의 반응 용액을 상온으로 냉각하고, H2O 200ml를 넣고 분액 깔대기에 옮겨 추출하였다. 결과의 추출액을 MgSO4로 건조, 농축하고 결과로 수득한 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제한 후, 승화정제를 통해 화합물 3을 4.7g 수득하였다 (수율 44%, MS[M+H]+= 741).
< 합성예 4> (화합물 4의 합성)
Figure pat00052
<합성예 3>에서 3-플루오로다이벤조[b,d]퓨란을 3-플루오로다이벤조[b,d]티오펜으로, 그리고 9-([1,1'-비페닐]-4-일)-3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보로란-2-일)-9H-카르바졸을 9-(나프탈렌-2-일)-3-(4,4,5,5-테트라메틸-1,3,2-다이옥사보로란-2-일)-9H-카르바졸로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 상기 합성예 3과 동일한 방법으로 수행하여 상기한 반응식을 통해 화합물 4를 합성하였다 (수율 10%, MS[M+H]+= 731).
< 합성예 5> (화합물 5의 합성)
5-1) 화합물 5-1의 합성
Figure pat00053
3구 플라스크에 1,2-다이플루오로-3,6-다이아이오도벤젠(20.0g, 54.7mmol), 2-메톡시페닐보론산(19.9g, 131.2mmol), 2M Na2CO3 수용액(110mL, 218.6mmol), DME 110mL, 톨루엔 110mL, Pd(PPh3)4(6.3g, 5.5mmol)를 넣고, 아르곤 분위기 하에서 8시간 환류 조건하에서 교반하였다. 반응이 종료되면 결과의 반응 용액을 상온으로 냉각한 후, 분액 깔대기에 옮기고, H2O 200mL 을 넣고 CH2Cl2로 추출하였다. 결과의 추출액을 MgSO4로 건조하고, 여과 및 농축한 후, 결과로 수득한 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 5-1 고체를 11.6g 수득하였다 (수율 65%, MS[M+H]+= 326).
5-2) 화합물 5-2의 합성
Figure pat00054
2구 플라스크에 화합물 5-1 (11.0g, 33.7mmol), NBS (6.0, 33.7mmol) 및 DMF 340mL를 넣고, 아르곤 분위기 하에서 상온에서 8시간 교반하였다. 반응 종료 후, 결과의 반응액을 분액 깔대기에 옮기고, 물(300mL)을 가하여 에틸아세테이트로 추출하였다. 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 5-2 고체를 11.2g 수득하였다. (수율 82%, MS[M+H]+= 405)
5-3) 화합물 5-3의 합성
Figure pat00055
2구 플라스크에 화합물 5-2 (11.0g, 27.1mmol), 1M BBr3 CH2Cl2 용액 (65mL, 65.1mmol), 및 CH2Cl2 163mL를 넣고, 아르곤 분위기 하에서 0℃로 맞추고 8시간 교반하였다. 그 후, 상온에서 4시간 더 교반하고, 포화 NaHCO3 수용액으로 중화하였다. 결과의 반응 용액을 분액 깔대기에 옮겨 CH2Cl2로 추출하고, 결과의 추출액을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 화합물 5-3 고체를 8.7g 얻었다. (수율 85%, MS[M+H]+= 377)
5-4) 화합물 5-4의 합성
Figure pat00056
2구 플라스크에 화합물 5-3(8.7g, 23.1mmol), K2CO3(7.0g, 50.7mmol) 및 NMP 96mL를 넣고, 아르곤 분위기에서 150℃에서 8시간 교반하였다. 반응 종료 후, 결과의 반응 용액을 상온으로 냉각하고, 분액 깔대기에 옮기고, H2O 100mL을 가하여 에틸아세테이트로 추출하였다. 결과의 추출액을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 화합물 5-4를 6.9g 수득하였다. (수율 89%, MS[M+H]+= 337)
5-5) 화합물 5의 합성
Figure pat00057
3 구 플라스크에 화합물 1-4(7.0g, 17.1mmol), 화합물 5-4(6.4g, 18.8mmol)을 toluene 170ml에 녹이고 NaO(t-bu) (2.5g, 25.7mmol), Pd(P-tBu3)2 (0.2g, 0.3mmol)을 넣은 후, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 6시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 냉각한 후, H2O 200ml를 넣고 반응액을 분액 깔대기에 옮겨 추출하였다. 추출액을 MgSO4로 건조, 농축하고 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제한 후, 승화정제를 통해 화합물 5 5.0g을 수득하였다 (수율 44%, MS[M+H]+= 665).
< 합성예 6> (화합물 6의 합성)
Figure pat00058
상기 <합성예 5>에서 1,2-다이플루오로-3,6-다이아이오도벤젠을 1,4-다이브로모-2,5-다이플루오로벤젠으로 변경하여 사용한 것을 제외하고는, 상기 합성예 5에서와 동일한 방법으로 수행하여 상기한 반응식을 통해 화합물 6를 합성하였다 (수율 15%, MS[M+H]+= 665).
< 합성예 7> (화합물 7의 합성)
7-1) 화합물 7-1의 합성
Figure pat00059
3 구 플라스크에서 2-브로모-4-클로로다이벤조[b,d]퓨란 (30.0g, 106.6mmol) 및 2-(니트로페닐)보론산((2-nitrophenyl) boronic acid) (19.6g, 117.2mmol)을 THF 450ml에 용해시킨 후, K2CO3 (58.9g, 426.2mmol)을 H2O 225ml에 용해시켜 첨가하였다. 여기에 Pd(PPh3)4 (4.9g, 4.3mmol)를 첨가하고, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 8시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 냉각한 후, 반응액을 분액 깔대기에 옮기고, 에틸아세테이트로 추출하였다. 추출액을 MgSO4로 건조 후, 여과 및 농축한 후, 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 7-1를 30.4g 수득하였다 (수율 88%, MS[M+H]+= 324).
7-2) 화합물 7-2의 합성
Figure pat00060
2 구 플라스크에 화합물 7-1 (30.0g, 92.7mmol), 트리페닐포스핀(Triphenylphosphine; PPh3) (19.2g, 139.0mmol) 및 o-다이클로로벤젠(o-dichlorobenzene; o-DCB) 300ml를 넣고 환류 조건하에서 12시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 냉각한 후, 감압 증류하여 용매를 제거하고, 물과 CH2Cl2로 추출하였다. 추출액을 MgSO4로 건조, 여과 및 농축한 후, 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 7-2를 16.5g 수득하였다 (수율 61%, MS[M+H]+= 292).
7-3) 화합물 7-3의 합성
Figure pat00061
3 구 플라스크에 화합물 7-2 (15.0g, 51.4mmol) 및 브로모벤젠(bromobenzene) (8.9g, 56.6mmol)을 톨루엔(toluene) 510ml에 용해시키고, 소듐 tert-부톡사이드(sodium tert-butoxide; NaO(t-bu)) (7.4g, 77.1mmol), 비스(트리-tert-부틸포스핀)팔라듐(O) (Bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0); Pd(P-tBu3)2) (0.5g, 1.0mmol)을 넣은 후, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 6시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 냉각한 후, H2O 200ml를 넣고, 반응액을 분액 깔대기에 옮겨 추출하였다. 추출액을 MgSO4로 건조 후, 여과 및 농축한 후, 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 화합물 7-3을 12.3g 수득하였다 (수율 65%, MS[M+H]+= 368).
7-4) 화합물 7의 합성
Figure pat00062
3 구 플라스크에서 화합물 1-4(10.0g, 24.5mmol) 및 화합물 7-3 (9.9g, 26.9mmol)을 톨루엔 250ml에 용해시키고, 소듐 tert-부톡사이드(NaO(t-bu)) (3.5g, 36.7mmol), 비스(트리-tert-부틸포스핀)팔라듐(O) (Pd(P-tBu3)2) (0.3g, 0.5mmol)을 넣은 후, 아르곤 분위기 환류 조건하에서 6시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 냉각한 후, H2O 200ml를 넣고 반응액을 분액 깔대기에 옮겨 추출하였다. 추출액을 MgSO4로 건조 후, 여과 및 농축한 후, 시료를 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제한 후, 승화정제를 통해 화합물 7을 5.6g 수득하였다 (수율 31%, MS[M+H]+= 740).
[ 소자실시예 ]
< 실시예 1>
ITO(Indium Tin Oxide)가 1,400Å의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이때 세제로는 피셔사(Fischer Co.)의 Decon? CON705 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(Millipore Co.) 제품의 0.22㎛ sterilizing filter로 2차 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필 알코올, 아세톤 및 메탄올의 용제로 각각 10분간 초음파 세척하고, 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 HT-A 95중량%과 P-DOPANT 5중량%의 비율로 100Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공주입층을 형성하고, 상기 정공주입층 위에 HT-A 물질만 1150Å의 두께로 증착하여 정공수송층을 형성하였다.
Figure pat00063
상기 정공수송층 위에 하기 HT-B를 450Å 두께로 열 진공 증착하여 전자저지층을 형성하였다.
Figure pat00064
이어서 상기 전자저지층 위에 호스트 물질로 화합물 1을 95중량%, 도펀트 물질로 GD를 5중량%의 비율로 400Å의 두께가 되도록 열 진공 증착하여 발광층을 형성하였다.
Figure pat00065
이어서, 상기 발광층 위에 하기 ET-A를 50Å의 두께로 열 진공 증착하여 정공저지층을 형성하였다.
Figure pat00066
또, 이어서 상기 정공저지층 위에 하기 ET-B와 Liq를 2:1의 중량비로 250Å의 두께로 열 진공 증착하여 전자수송층을 형성하고 이어서 LiF와 마그네슘을 1:1의 중량비로 30Å의 두께로 진공 증착하여 전자주입층을 형성하였다.
Figure pat00067
상기 전자주입층 위에 마그네슘과 은을 1:4의 중량비로 160Å의 두께로 증착하여 음극을 형성하여, 유기 발광 소자를 제조하였다.
실시예 2 내지 7, 및 비교예 1 내지 4
호스트 물질을 하기 표 1과 같이 변경하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 실시예 2 내지 7, 및 비교예 1 내지 4의 유기 발광 소자를 각각 제작하였다.
호스트 물질
실시예 1 화합물 1
실시예 2 화합물 2
실시예 3 화합물 3
실시예 4 화합물 4
실시예 5 화합물 5
실시예 6 화합물 6
실시예 7 화합물 7
비교예 1 GH-A
비교예 2 GH-B
비교예 3 GH-C
비교예 4 GH-D
Figure pat00068
상기 실시예 1 내지 7, 및 비교예 1 내지 4에서 제작된 유기 발광 소자에 전류를 인가하여, 전압, 효율, 수명(T95)을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때, 전압, 효율은 10mA/cm2의 전류 밀도를 인가하여 측정되었으며, T95은 전류 밀도 20mA/cm2에서 초기휘도가 95%로 저하할 때까지의 시간을 의미한다.
호스트
물질		 @ 10mA/cm2 @ 20mA/cm2
전압
(V)		 효율
(cd/A)		 수명
(T95, hr)
실시예 1 화합물 1 4.36 58.6 120
실시예 2 화합물 2 4.43 54.1 130
실시예 3 화합물 3 4.45 51.4 110
실시예 4 화합물 4 4.50 53.3 140
실시예 5 화합물 5 4.46 55.4 130
실시예 6 화합물 6 4.38 52.7 120
실시예 7 화합물 7 4.49 56.8 110
비교예 1 GH-A 4.66 42.1 80
비교예 2 GH-B 4.87 38.2 70
비교예 3 GH-C 4.65 43.5 80
비교예 4 GH-D 4.80 47.5 90
화학식 1의 화합물에 포함된 칼코겐 원자는 탄소 원자에 비해 전기음성도가 높으면서 동시에 비공유전자쌍을 가지고 있어 전자와 정공의 수송에 모두 유리하다, 그 결과, 상기 표 2로부터 확인할 수 있듯이, 칼코겐 원자가 포함되지 않은 비교예 1의 GH-A나 비교예 3의 GH-C에 비해 발광층의 호스트로 보다 적합하다. 또, 비교예 4의 GH-D와 같이 산소 원자가 하나인 경우나, 혹은 비교예 2의 GH-B와 같이 산소 원자가 세 개 있는 경우는 오히려 발광층 내 전하의 균형이 맞지 않아 소자의 특성이 저하됨을 알 수 있다. 따라서 화학식 1의 구조를 갖는 화합물들을 유기 발광 소자의 발광층에 적용시 저전압, 고효율, 장수명의 유기 발광 소자를 구현할 수 있다.
1: 기판 2: 양극
3: 발광층 4: 음극
5: 정공주입층 6: 정공수송층
7: 발광층 8: 전자수송층

Claims (9)

  1. 하기 화학식 1의 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00069

    상기 화학식 1에서,
    R은 치환 또는 치환된 C6-60 아릴이고,
    R1 및 R2는 각각 독립적으로, 중수소; 할로겐; 시아노; 니트로; 아미노; 치환 또는 비치환된 C1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 알콕시; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알콕시; 치환 또는 비치환된 C3-60 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-60 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴옥시; 치환 또는 비치환된 C7-60 아릴알킬; 치환 또는 비치환된 C7-60 알킬아릴; 또는 치환 또는 비치환된, N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로아릴이고,
    a1 및 a2는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이며,
    Cy는 하기 화학식 2의 다중축합 고리이고,
    [화학식 2]
    Figure pat00070

    상기 화학식 2에서, X1은 O, S, 또는 NR3이고,
    A는 인접한 2개의 고리와 융합된 하기 화학식 3의 벤젠 고리이고,
    B는 상기 A와 C1 및 C2를 공유하는 하기 화학식 4의 고리이며,
    [화학식 3]
    Figure pat00071

    [화학식 4]
    Figure pat00072

    상기 화학식 3 및 4에서, X2는 O, S, 또는 NR3이되, X1과 X2가 동시에 NR3은 아니며,
    R3은 수소; 중수소; 할로겐; 시아노; 니트로; 아미노; 치환 또는 비치환된 C1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알킬; 치환 또는 비치환된 C1-60 알콕시; 치환 또는 비치환된 C1-60 할로알콕시; 치환 또는 비치환된 C3-60 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-60 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴옥시; 치환 또는 비치환된 C7-60 아릴알킬; 치환 또는 비치환된 C7-60 알킬아릴; 또는 치환 또는 비치환된, N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로아릴이고,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된, O, N, Si 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-60 헤테로아릴이며,
    b1 및 b2는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1에서 Cy는 하기 화학식 5의 작용기인, 화합물:
    [화학식 5]
    Figure pat00073

    상기 화학식 5에서,
    Cy'은 인접한 두 개의 오각 고리와 융합된 벤젠 고리이고,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S, 또는 NR3이되, X1과 X2가 동시에 NR3은 아니며,
    R3은 수소; 치환 또는 비치환된 C1-20 알킬; 치환 또는 비치환된 C3-20 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-20 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-20 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-20 아릴알킬; 및 치환 또는 비치환된 C7-20 알킬아릴로 이루어진 군에서 선택된다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1에서 Cy는 하기 화학식 5-1 내지 5-6의 작용기 중 어느 하나인 화합물:
    [화학식 5-1]
    Figure pat00074

    [화학식 5-2]
    Figure pat00075

    [화학식 5-3]
    Figure pat00076

    [화학식 5-4]
    Figure pat00077

    [화학식 5-5]
    Figure pat00078

    [화학식 5-6]
    Figure pat00079

    상기 화학식 5-1 내지 5-6에서,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S, 또는 NR3이되, X1과 X2가 동시에 NR3은 아니며,
    R3은 수소; 치환 또는 비치환된 C1-20 알킬; 치환 또는 비치환된 C3-20 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-20 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-20 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-20 아릴알킬; 및 치환 또는 비치환된 C7-20 알킬아릴로 이루어진 군에서 선택된다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1에서 Cy는 하기 작용기들로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인, 화합물:
    Figure pat00080

    상기 화학 구조식들에서,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S, 또는 NR3이되, X1과 X2가 동시에 NR3은 아니며,
    R3은 수소; 치환 또는 비치환된 C1-12 알킬; 치환 또는 비치환된 C3-12 사이클로알킬; 치환 또는 비치환된 C2-12 알케닐; 치환 또는 비치환된 C6-12 아릴; 치환 또는 비치환된 C7-13 아릴알킬; 및 치환 또는 비치환된 C7-13 알킬아릴로 이루어진 군에서 선택된다.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 X1은 O 또는 S이고, X2는 O, S, 또는 NR3이며, R3은 수소, C1-12 알킬; C3-12 사이클로알킬; C6-12 아릴; C7-13 아릴알킬; 및 C7-13 알킬아릴로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 화합물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 R은 하기 작용기들로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인, 화합물.
    Figure pat00081

  7. 제1항에 있어서,
    하기 화합물들로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인, 화합물.
    Figure pat00082

    Figure pat00083

    Figure pat00084

    Figure pat00085

    Figure pat00086

    Figure pat00087

    Figure pat00088

    Figure pat00089

    Figure pat00090

    Figure pat00091

    Figure pat00092

    Figure pat00093

  8. 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을을 포함하는 유기 발광 소자로서,
    상기 유기물층 중 1층 이상은 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 따른 화합물을 포함하는 것인, 유기 발광 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층인, 유기 발광 소자.
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