KR20190000598A - 유기 광전자 소자용 화합물, 유기 광전자 소자 및 표시 장치 - Google Patents

유기 광전자 소자용 화합물, 유기 광전자 소자 및 표시 장치 Download PDF

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Abstract

화학식 1로 표현되는 유기 광전자 소자용 화합물, 이를 적용한 유기 광전자 소자 및 표시 장치에 관한 것이다.
상기 화학식 1에 대한 상세 내용은 명세서에서 정의한 바와 같다.

Description

유기 광전자 소자용 화합물, 유기 광전자 소자 및 표시 장치{COMPOUND FOR ORGANIC OPTOELECTRONIC DEVICE, AND ORGANIC OPTOELECTRONIC DEVICE AND DISPLAY DEVICE}
유기 광전자 소자용 화합물, 유기 광전자 소자 및 표시 장치에 관한 것이다.
유기 광전자 소자(organic optoelectronic diode)는 전기 에너지와 광 에너지를 상호 전환할 수 있는 소자이다.
유기 광전자 소자는 동작 원리에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 하나는 광 에너지에 의해 형성된 엑시톤(exciton)이 전자와 정공으로 분리되고 상기 전자와 정공이 각각 다른 전극으로 전달되면서 전기 에너지를 발생하는 광전 소자이고, 다른 하나는 전극에 전압 또는 전류를 공급하여 전기 에너지로부터 광 에너지를 발생하는 발광 소자이다.
유기 광전자 소자의 예로는 유기 광전 소자, 유기 발광 소자, 유기 태양 전지 및 유기 감광체 드럼(organic photo conductor drum) 등을 들 수 있다.
이 중, 유기 발광 소자(organic light emitting diode, OLED)는 근래 평판 표시 장치(flat panel display device)의 수요 증가에 따라 크게 주목받고 있다. 상기 유기 발광 소자는 유기 발광 재료에 전류를 가하여 전기 에너지를 빛으로 전환시키는 소자로서, 통상 양극(anode)과 음극(cathode) 사이에 유기 층이 삽입된 구조로 이루어져 있다. 여기서 유기 층은 발광층과 선택적으로 보조층을 포함할 수 있으며, 상기 보조층은 예컨대 유기발광소자의 효율과 안정성을 높이기 위한 정공 주입 층, 정공 수송 층, 전자 차단 층, 전자 수송 층, 전자 주입 층 및 정공 차단 층에서 선택된 적어도 1층을 포함할 수 있다.
유기 발광 소자의 성능은 상기 유기 층의 특성에 의해 영향을 많이 받으며, 그 중에서도 상기 유기 층에 포함된 유기 재료에 의해 영향을 많이 받는다.
특히 상기 유기 발광 소자가 대형 평판 표시 장치에 적용되기 위해서는 정공 및 전자의 이동성을 높이는 동시에 전기화학적 안정성을 높일 수 있는 유기 재료의 개발이 필요하다.
일 구현예는 고효율 및 장수명 유기 광전자 소자를 구현할 수 있는 유기 광전자 소자용 화합물을 제공한다.
다른 구현예는 상기 화합물을 포함하는 유기 광전자 소자를 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 유기 광전자 소자를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 유기 광전자 소자용 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
Z1은 N 또는 C-L1-R1이고,
Z2는 N 또는 C-L2-R2이고,
Z3은 N 또는 C-L3-R3이고,
Z4는 N 또는 C-L4-R4이고,
Z5는 N 또는 C-L5-R5이고,
Z1 내지 Z5 중 적어도 둘은 N이고,
L1 내지 L6은 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기이고,
R1 내지 R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기이고,
R6 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고,
상기 "치환"이란, 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C6 내지 C20 아릴기, 또는 C2 내지 C20 헤테로고리기로 치환된 것을 의미한다.
다른 구현예에 따르면, 서로 마주하는 양극과 음극, 그리고 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 적어도 한 층의 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 전술한 유기 광전자 소자용 화합물을 포함하는 유기 광전자 소자를 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면 상기 유기 광전자 소자를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
고효율 장수명 유기 광전자 소자를 구현할 수 있다.
도 1 및 도 2는 일 구현예에 따른 유기 발광 소자를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 "치환"이란 별도의 정의가 없는 한, 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, 할로겐기, 히드록실기, 아미노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 아민기, 니트로기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 실릴기, C1 내지 C30 알킬기, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C30 아릴실릴기, C3 내지 C30 시클로알킬기, C3 내지 C30 헤테로시클로알킬기, C6 내지 C30 아릴기, C2 내지 C30 헤테로아릴기, C1 내지 C20 알콕시기, C1 내지 C10 트리플루오로알킬기, 시아노기, 또는 이들의 조합으로 치환된 것을 의미한다.
본 발명의 일 예에서, "치환"은 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C6 내지 C20 아릴기, 또는 C2 내지 C20 헤테로고리기로 치환된 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 예에서, 상기 "치환"이란, 적어도 하나의 수소가 중수소, C1 내지 C4 알킬기, C6 내지 C12 아릴기 또는 C2 내지 C12 헤테로고리기로 치환된 것을 의미한다. 더욱 구체적으로 "치환"은 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, C1 내지 C5 알킬기, 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 벤조퓨란일기, 벤조티오펜일기, 디벤조퓨란일기, 디벤조티오펜일기 또는 카바졸일기로 치환된 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 가장 구체적인 일 예에서, "치환"은 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, 메틸기, 에틸기, 프로판일기, 부틸기, 페닐기, para-바이페닐기, meta-바이페닐기, 벤조퓨란일기 또는 벤조티오펜일기로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 "헤테로"란 별도의 정의가 없는 한, 하나의 작용기 내에 N, O, S, P 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 것을 의미한다.
본 명세서에서 "알킬(alkyl)기"이란 별도의 정의가 없는 한, 지방족 탄화수소기를 의미한다. 알킬기는 어떠한 이중결합이나 삼중결합을 포함하고 있지 않은 "포화 알킬(saturated alkyl)기"일 수 있다.
상기 알킬기는 C1 내지 C30인 알킬기일 수 있다. 보다 구체적으로 알킬기는 C1 내지 C20 알킬기 또는 C1 내지 C10 알킬기일 수도 있다. 예를 들어, C1 내지 C4 알킬기는 알킬쇄에 1 내지 4 개의 탄소원자가 포함되는 것을 의미하며, 메틸, 에틸, 프로필, 이소-프로필, n-부틸, 이소-부틸, sec-부틸 및 t-부틸로 이루어진 군에서 선택됨을 나타낸다.
상기 알킬기는 구체적인 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등을 의미한다.
본 명세서에서 "아릴(aryl)기"는 탄화수소 방향족 모이어티를 하나 이상 갖는 그룹을 총괄하는 개념으로서,
탄화수소 방향족 모이어티의 모든 원소가 p-오비탈을 가지면서, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 형태, 예컨대 페닐기, 나프틸기 등을 포함하고,
2 이상의 탄화수소 방향족 모이어티들이 시그마 결합을 통하여 연결된 형태, 예컨대 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기 등을 포함하며,
2 이상의 탄화수소 방향족 모이어티들이 직접 또는 간접적으로 융합된 비방향족 융합 고리도 포함할 수 있다. 예컨대, 플루오레닐기 등을 들 수 있다.
아릴기는 모노시클릭, 폴리시클릭 또는 융합 고리 폴리시클릭(즉, 탄소원자들의 인접한 쌍들을 나눠 가지는 고리) 작용기를 포함한다.
본 명세서에서 "헤테로고리기(heterocyclic group)"는 헤테로아릴기를 포함하는 상위 개념으로서, 아릴기, 시클로알킬기, 이들의 융합고리 또는 이들의 조합과 같은 고리 화합물 내에 탄소 (C) 대신 N, O, S, P 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 적어도 한 개를 함유하는 것을 의미한다. 상기 헤테로고리기가 융합고리인 경우, 상기 헤테로고리기 전체 또는 각각의 고리마다 헤테로 원자를 한 개 이상 포함할 수 있다.
일 예로 "헤테로아릴(heteroaryl)기"는 아릴기 내에 N, O, S, P 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 적어도 한 개를 함유하는 것을 의미한다. 2 이상의 헤테로아릴기는 시그마 결합을 통하여 직접 연결되거나, 상기 헤테로아릴기가 2 이상의 고리를 포함할 경우, 2 이상의 고리들은 서로 융합될 수 있다. 상기 헤테로아릴기가 융합고리인 경우, 각각의 고리마다 상기 헤테로 원자를 1 내지 3개 포함할 수 있다.
상기 헤테로고리기는 구체적인 예를 들어, 피리디닐기, 피리미디닐기, 피라지닐기, 피리다지닐기, 트리아지닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기 등을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 및/또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기는, 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 페난트레닐기, 치환 또는 비치환된 나프타세닐기, 치환 또는 비치환된 피레닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 p-터페닐기, 치환 또는 비치환된 m-터페닐기, 치환 또는 비치환된 o-터페닐기, 치환 또는 비치환된 크리세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐렌기, 치환 또는 비치환된 페릴레닐기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기, 치환 또는 비치환된 인데닐기, 치환 또는 비치환된 퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 티오페닐기, 치환 또는 비치환된 피롤릴기, 치환 또는 비치환된 피라졸릴기, 치환 또는 비치환된 이미다졸일기, 치환 또는 비치환된 트리아졸일기, 치환 또는 비치환된 옥사졸일기, 치환 또는 비치환된 티아졸일기, 치환 또는 비치환된 옥사디아졸일기, 치환 또는 비치환된 티아디아졸일기, 치환 또는 비치환된 피리딜기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨라닐기, 치환 또는 비치환된 벤조티오페닐기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸일기, 치환 또는 비치환된 인돌일기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 나프티리디닐기, 치환 또는 비치환된 벤즈옥사진일기, 치환 또는 비치환된 벤즈티아진일기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페나진일기, 치환 또는 비치환된 페노티아진일기, 치환 또는 비치환된 페녹사진일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
본 명세서에서, 정공 특성이란, 전기장(electric field)을 가했을 때 전자를 공여하여 정공을 형성할 수 있는 특성을 말하는 것으로, HOMO 준위를 따라 전도 특성을 가져 양극에서 형성된 정공의 발광층으로의 주입, 발광층에서 형성된 정공의 양극으로의 이동 및 발광층에서의 이동을 용이하게 하는 특성을 의미한다.
또한 전자 특성이란, 전기장을 가했을 때 전자를 받을 수 있는 특성을 말하는 것으로, LUMO 준위를 따라 전도 특성을 가져 음극에서 형성된 전자의 발광층으로의 주입, 발광층에서 형성된 전자의 음극으로의 이동 및 발광층에서의 이동을 용이하게 하는 특성을 의미한다.
이하 일 구현예에 따른 유기 광전자 소자용 화합물을 설명한다.
일 구현예에 따른 유기 광전자 소자용 화합물은 하기 화학식 1로 표현된다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1에서,
Z1은 N 또는 C-L1-R1이고,
Z2는 N 또는 C-L2-R2이고,
Z3은 N 또는 C-L3-R3이고,
Z4는 N 또는 C-L4-R4이고,
Z5는 N 또는 C-L5-R5이고,
Z1 내지 Z5 중 적어도 둘은 N이고,
L1 내지 L6은 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기이고,
R1 내지 R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기이고,
R6 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고,
상기 화학식 1의 "치환"이란, 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C6 내지 C20 아릴기, 또는 C2 내지 C20 헤테로고리기로 치환된 것을 의미한다.
본 발명의 구체적인 일예에서, 상기 "치환"이란, 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C4 알킬기, C6 내지 C12 아릴기 또는 C2 내지 C12 헤테로고리기로 치환된 것을 의미할 수 있고, 더욱 구체적으로 "치환"은 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, 시아노기, C1 내지 C5 알킬기, 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 벤조퓨란일기, 벤조티오펜일기, 디벤조퓨란일기, 디벤조티오펜일기 또는 카바졸일기로 치환된 것을 의미할 수 있으며, 본 발명의 가장 구체적인 일 예에서, "치환"은 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, 메틸기, 에틸기, 프로판일기, 부틸기, 페닐기, para-바이페닐기, meta-바이페닐기, 벤조퓨란일기 또는 벤조티오펜일기로 치환된 것을 의미할 수 있다.
본 발명에 따른 유기 광전자 소자용 화합물은 트리페닐렌-적어도 2개의 N을 함유하는 육각환-벤조퓨란 (또는 벤조티오펜)이 연결된 구조로서, 구동 전압을 낮출 수 있고 장수명 및 고효율의 소자를 구현할 수 있다.
즉, 상기 적어도 2개의 N을 함유하는 육각환은 N으로 인한 극성기를 가지므로, 전극과 상호작용이 가능하기 때문에 전하의 주입이 용이하고 이동도가 높아 구동 전압이 저하되는 효과가 있다.
동시에, 트리페닐렌-적어도 2개의 N을 함유하는 육각환-벤조퓨란 (또는 벤조티오펜)으로 이루어지는 전체 분자 구조는 입체 장해성이 있기 때문에 분자 사이의 상호작용이 작아 결정화가 억제되고, 이로 인해 유기발광소자의 제조 수율 향상 및 장수명의 효과를 기대할 수 있다.
또한, 큰 분자량을 갖는 반면 비대칭 구조를 가짐으로 인하여 증착 온도를 낮출 수 있어 증착 시의 분해를 억제하여 장수명화가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서, R6 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C18 아릴기일 수 있으며, 구체적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C12 아릴기이고, 보다 구체적으로 수소, 중수소, 페닐기, 나프틸기 또는 바이페닐기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 적어도 2개의 N을 함유하는 육각환 및 트리페닐렌의 연결 지점에 따라 상기 화학식 1은 예컨대 하기 화학식 1A 또는 화학식 1B로 표현될 수 있고, 구체적인 일 실시예에서, 하기 화학식 1A로 표현될 수 있다.
[화학식 1A] [화학식 1B]
Figure pat00003
Figure pat00004
상기 화학식 1A 및 화학식 1B에서, Z1 내지 Z5, L6, R6 내지 R10의 정의는 전술한 바와 같다.
본 발명의 구체적인 일 실시예에서, 상기 R1 내지 R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기로서 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-6 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
[화학식 2-1] [화학식 2-2] [화학식 2-3] [화학식 2-4]
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
[화학식 2-5] [화학식 2-6]
Figure pat00009
Figure pat00010
상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-6에서,
X는 O 또는 S이고,
Ra, Rb, Rc, Rd, Re 및 Rf는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고,
*은 상기 화학식 1의 L1 내지 L5 중 어느 하나와 연결되는 지점이다.
본 발명의 더욱 구체적인 일 실시예에서, 상기 벤조퓨란일기 또는 벤조티오펜일기는 상기 화학식 2-1 및 화학식 2-4 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 적어도 2개의 N을 함유하는 육각환은 피리미디닐기, 또는 트리아지닐기일 수 있고, 더욱 구체적인 일 실시예에서 상기 적어도 2개의 N을 함유하는 육각환은 Z1, Z3 및 Z5가 N인 트리아지닐기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 R1 내지 R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기일 수 있고, 구체적인 일 실시예에서, 상기 R1 내지 R5 중 어느 하나가 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기이거나; R1 내지 R5 중 어느 2개가 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기일 수 있다.
본 발명의 더욱 구체적인 일 실시예에서, 상기 R2 내지 R4 중 적어도 2개가 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기일 수 있으며, 예컨대 상기 R2 또는 R4가 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기이거나 상기 R2 및 R4가 동시에 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기일 수 있다.
R2 및 R4가 동시에 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기인 경우, R2 및 R4는 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, R1 내지 R5 중 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기 이외의 치환기인 경우에는, 수소, 중수소, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C4 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C18 아릴기일 수 있으며, 구체적으로 수소, 중수소, 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 또는 나프틸기일 수 있다.
즉, 상기 화학식 1A는 하기 화학식 1A-1, 화학식 1A-2, 화학식 1A-3, 화학식 1A-4 및 화학식 1A-5 중 하나로 표현될 수 있다.
[화학식 1A-1] [화학식 1A-2]
Figure pat00011
Figure pat00012
[화학식 1A-3] [화학식 1A-4]
Figure pat00013
Figure pat00014
[화학식 1A-5]
Figure pat00015
상기 화학식 1A-1, 화학식 1A-2, 화학식 1A-3, 화학식 1A-4 및 화학식 1A-5에서, L2, L4, L6, R6 내지 R10, X, Ra, Rb, Rc, Rd, Re 및 Rf의 정의는 전술한 바와 같고,
X1 및 X2는 전술한 X의 정의와 같으며, Ra1, Ra2, Rb1, Rb2, Rc1, Rc2, Rd1, Rd2, Re1, Re2, Rf1 및 Rf2는 전술한 Ra, Rb, Rc, Rd, Re 및 Rf의 정의와 같다.
본 발명의 가장 구체적인 일 실시예에서, 상기 화학식 1은 화학식 1A-1 또는 화학식 1A-2로 표현될 수 있으며, 상기 R1 내지 R5 중 적어도 하나는 하기 그룹 Ⅰ에 나열된 벤조퓨란일기, 또는 벤조티오펜일기에서 선택될 수 있다.
[그룹 Ⅰ]
Figure pat00016
상기 그룹 Ⅰ에서, *은 상기 화학식 1의 L1 내지 L5 중 어느 하나와 연결되는 지점이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 L1 내지 L6은 각각 독립적으로 단일결합, 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 또는 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기일 수 있고, 구체적인 일 실시예에서, 단일결합이거나 하기 그룹 Ⅱ에 나열된 연결기에서 선택될 수 있으며, 예컨대 상기 L1 내지 L6은 각각 독립적으로 단일결합이거나 meta-페닐렌기일 수 있다.
[그룹 Ⅱ]
Figure pat00017
가장 구체적인 일 실시예에서, 상기 Z1, Z3 및 Z5는 N이고, Z2는 C-L2-R2이며, Z4는 C-L4-R4 일 수 있다. 이 때, L2 및 L4는 각각 독립적으로 단일결합이거나 치환 또는 비치환된 페닐렌기이고, L2 및 L4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 페닐렌기일 수 있다. 또한, R2 및 R4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기이고, R2 및 R4 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기일 수 있고, 예컨대 R2 및 R4 중 어느 하나가 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기이고, 다른 하나는 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기일 수 있다. 한편, 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기는 상기 화학식 2-1로 표현되거나 화학식 2-4로 표현될 수 있다.
예컨대, 상기 화학식 1의 모이어티
Figure pat00018
은 하기 그룹 Ⅲ에 나열된 모이어티 중에서 선택될 수 있다.
[그룹 Ⅲ]
Figure pat00019
상기 화학식 1로 표현되는 유기 광전자 소자용 화합물은 예컨대 하기 그룹 1에 나열된 화합물에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[그룹 1]
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
Figure pat00030
Figure pat00031
Figure pat00032
전술한 유기 광전자 소자용 화합물은 단독으로 또는 다른 유기 광전자 소자용 화합물과 함께 유기 광전자 소자에 적용될 수 있다. 전술한 유기 광전자 소자용 화합물이 다른 유기 광전자 소자용 화합물과 함께 사용되는 경우, 조성물의 형태로 적용될 수 있다.
상기 유기 광전자 소자용 화합물은 1종 이상의 유기 화합물을 더 포함할 수 있으며, 이는 도펀트일 수 있다.
상기 도펀트는 적색, 녹색 또는 청색의 도펀트일 수 있다. 청색의 도펀트는 흔히 상용되고 있는 안트라센, 퍼릴렌 등 융합고리기를 가지고 있는 화합물일 수 있으며, 일예로 2,5,8,11-tetra(tert-butyl)perylene(TBPe)일 수 있다.
상기 도펀트는 미량 혼합되어 발광을 일으키는 물질로, 일반적으로 삼중항 상태 이상으로 여기시키는 다중항 여기(multiple excitation)에 의해 발광하는 금속 착체(metal complex)와 같은 물질이 사용될 수 있다. 상기 도펀트는 예컨대 무기, 유기, 유무기 화합물일 수 있으며, 1종 또는 2종 이상 포함될 수 있다.
상기 도펀트의 일 예로 인광 도펀트를 들 수 있으며, 인광 도펀트의 예로는 Ir, Pt, Os, Ti, Zr, Hf, Eu, Tb, Tm, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd 또는 이들의 조합을 포함하는 유기 금속화합물을 들 수 있다. 상기 인광 도펀트는 예컨대 하기 화학식 Z로 표현되는 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 Z]
L2MX
상기 화학식 Z에서, M은 금속이고, L 및 X는 서로 같거나 다르며 M과 착화합물을 형성하는 리간드이다.
상기 M은 예컨대 Ir, Pt, Os, Ti, Zr, Hf, Eu, Tb, Tm, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd 또는 이들의 조합일 수 있고, 상기 L 및 X는 예컨대 바이덴테이트 리간드일 수 있다.
이하 전술한 유기 광전자 소자용 화합물을 적용한 유기 광전자 소자를 설명한다.
또 다른 구현예에 따른 유기 광전자 소자는 서로 마주하는 양극과 음극, 그리고 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 적어도 한 층의 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 전술한 유기 광전자 소자용 화합물을 포함할 수 있다.
일 예로 상기 유기층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 본 발명의 유기 광전자 소자용 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 본발명의 일예에서, 상기 발광층은 상기 유기 광전자 소자용 화합물 및 카바졸 또는 인돌로카바졸기를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 유기 광전자 소자용 화합물은 상기 발광층의 호스트, 예컨대 그린 호스트로서 포함될 수 있다.
또한, 상기 유기층은 발광층, 및 정공주입층, 정공수송층, 전자차단층, 전자수송층, 전자주입층 및 정공차단층에서 선택된 적어도 하나의 보조층을 포함하고, 상기 보조층은 상기 유기 광전자 소자용 화합물을 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일예에서, 상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 전자 수송층은 상기 유기 광전자 소자용 화합물을 포함하는 유기 광전자 소자 일 수 있다. 이 경우, 유기층의 발광층은 블루 도판트를 포함할 수 있으나, 이로 한정되는 것은 아니다.
상기 유기 광전자 소자는 전기 에너지와 광 에너지를 상호 전환할 수 있는 소자이면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 유기 광전 소자, 유기 발광 소자, 유기 태양 전지 및 유기 감광체 드럼 등을 들 수 있다.
여기서는 유기 광전자 소자의 일 예인 유기 발광 소자를 도면을 참고하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 일 구현예에 따른 유기 발광 소자를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 발광 소자(100)는 서로 마주하는 양극(120)과 음극(110), 그리고 양극(120)과 음극(110) 사이에 위치하는 유기층(105)을 포함한다.
양극(120)은 예컨대 정공 주입이 원활하도록 일 함수가 높은 도전체로 만들어질 수 있으며, 예컨대 금속, 금속 산화물 및/또는 도전성 고분자로 만들어질 수 있다. 양극(120)은 예컨대 니켈, 백금, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연산화물, 인듐산화물, 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO와 Al 또는 SnO2와 Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리(3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜)(polyehtylenedioxythiophene: PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 도전성 고분자 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
음극(110)은 예컨대 전자 주입이 원활하도록 일 함수가 낮은 도전체로 만들어질 수 있으며, 예컨대 금속, 금속 산화물 및/또는 도전성 고분자로 만들어질 수 있다. 음극(110)은 예컨대 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 납, 세슘, 바륨 등과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Ca, LiF/Al 및 BaF2/Ca과 같은 다층 구조 물질을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유기층(105)은 전술한 유기 광전자 소자용 화합물을 포함하는 발광층(130)을 포함한다.
도 2는 다른 구현예에 따른 유기 발광 소자를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참고하면, 유기 발광 소자(200)는 발광층(130) 외에 정공 보조층(140)을 더 포함한다. 정공 보조층(140)은 양극(120)과 발광층(130) 사이의 정공 주입 및/또는 정공 이동성을 더욱 높이고 전자를 차단할 수 있다. 정공 보조층(140)은 예컨대 정공 수송층, 정공 주입층 및/또는 전자 차단층일 수 있으며, 적어도 1층을 포함할 수 있다.
도 1 또는 도 2의 유기층(105)은 도시하지는 않았지만, 전자주입층, 전자수송층, 전자수송보조층, 정공수송층, 정공수송보조층, 정공주입층 또는 이들의 조합층을 추가로 더 포함할 수 있다. 본 발명의 유기 광전자 소자용 화합물은 이들 유기층에 포함될 수 있다. 유기 발광 소자(100, 200)는 기판 위에 양극 또는 음극을 형성한 후, 진공증착법(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 플라즈마 도금 및 이온도금과 같은 건식성막법; 또는 스핀코팅(spin coating), 침지법(dipping), 유동코팅법(flow coating)과 같은 습식성막법 등으로 유기층을 형성한 후, 그 위에 음극 또는 양극을 형성하여 제조할 수 있다.
전술한 유기 발광 소자는 유기 발광 표시 장치에 적용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
이하, 실시예 및 합성예에서 사용된 출발물질 및 반응물질은 특별한 언급이 없는 한, Sigma-Aldrich 社 또는 TCI 社에서 구입하였거나, 공지된 방법을 통해 합성하였다.
본 발명의 화합물의 보다 구체적인 예로서 제시된 화합물을 하기 단계를 통해 합성하였다.
(유기 광전자 소자용 화합물의 제조)
합성예 1: 중간체 I-1의 합성
Figure pat00033
질소 환경에서 P&H tech(http://www.phtech.co.kr/)사에서 구입한 4,4,5,5-tetramethyl-2-(triphenylen-2-yl)-1,3,2-dioxaborolane(100 g, 282 mmol)을 tetrahydrofuran(THF) 0.8 L에 녹인 후, 여기에 P&H tech사에서 구입한 2,4-dichloro-6-phenyl-1,3,5-triazine(63.8 g, 282 mmol)와 tetrakis(triphenylphosphine)palladium(3.26 g, 2.82 mmol)을 넣고 교반시켰다. 물에 포화된 potassuim carbonate(97.4 g, 705 mmol)을 넣고 80 ℃에서 12시간 동안 가열하여 환류 시켰다. 반응 완료 후 반응액에 물을 넣고 dichloromethane(DCM)로 추출한 다음 magnesium sulfate anhydrous로 수분을 제거한 후, 필터하고 감압 농축하였다. 이렇게 얻어진 잔사를 flash column chromatography로 분리 정제하여 중간체 I-1(91.9 g, 78 %)를 얻었다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C27H16ClN3: 417.1033, found: 417.
Elemental Analysis: C, 78 %; H, 4 %
합성예 2: 중간체 I-2의 합성
Figure pat00034
질소 환경에서 sigma aldrich(http://www.sigmaaldrich.com/ )사에서 구입한 benzofuran-2-boronic acid(100 g, 617 mmol)을 Acetone 1.0 L에 녹인 후, 여기에 sigma aldrich사에서 구입한 1-bromo-3-chlorobenzene(118 g, 617 mmol)와 palladium(Ⅱ)acetate(1.39 g, 6.17 mmol)을 넣고 교반시켰다. 물에 포화된 potassuim carbonate(213 g, 1,543 mmol)을 넣고 상온에서 5시간 동안 가열하여 환류 시켰다. 반응 완료 후 반응액에 물을 넣고 dichloromethane(DCM)로 추출한 다음 magnesium sulfate anhydrous로 수분을 제거한 후, 필터하고 감압 농축하였다. 이렇게 얻어진 잔사를 flash column chromatography로 분리 정제하여 중간체 I-2(126 g, 89 %)를 얻었다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C14H9ClO: 228.0342, found: 228.
Elemental Analysis: C, 74 %; H, 4 %
합성예 3: 중간체 I-3의 합성
Figure pat00035
질소 환경에서 중간체 I-2(100g, 437 mmol)를 dimethylformamide(DMF) 1.2 L에 녹인 후, 여기에 bis(pinacolato)diboron(133 g, 525 mmol)와 (1,1'-bis(diphenylphosphine)ferrocene)dichloropalladium(II)(3.57 g, 4.37 mmol) 그리고 potassium acetate(129 g, 1,311 mmol)을 넣고 150 ℃에서 24시간 동안 가열하여 환류 시켰다. 반응 완료 후 반응액에 물을 넣고 혼합물을 필터한 후, 진공오븐에서 건조하였다. 이렇게 얻어진 잔사를 flash column chromatography로 분리 정제하여 중간체 I-3(86.8 g, 62 %)을 얻었다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C20H21BO3: 320.1584, found: 320.
Elemental Analysis: C, 75 %; H, 7 %
합성예 4: 중간체 I-4의 합성
Figure pat00036
sigma aldrich(http://www.sigmaaldrich.com/)사에서 구입한 benzothiophene-2-boronic acid(100 g, 562 mmol)과 sigma aldrich사에서 구입한 1-bromo-3-chlorobenzene(108 g, 562 mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 합성예 2와 동일한 방법으로 중간체 I-4(135 g, 98 %)를 합성하였다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C14H9ClS: 244.0113, found: 244.
Elemental Analysis: C, 69 %; H, 4 %
합성예 5: 중간체 I-5의 합성
Figure pat00037
중간체 I-4(100 g, 409 mmol)를 사용한 것을 제외하고는, 합성예 3과 동일한 방법으로 중간체 I-5(89.3 g, 65 %)를 합성하였다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C20H21BO2S: 336.1355, found: 336.
Elemental Analysis: C, 71 %; H, 6 %
합성예 6: 중간체 I-6의 합성
Figure pat00038
P&H tech(http://www.phtech.co.kr/)사에서 구입한 4,4,5,5-tetramethyl-2-(3-(triphenylen-2-yl)phenyl)-1,3,2-dioxaborolane(100 g, 232 mmol)과 P&H tech사에서 구입한 2,4-dichloro-6-phenyl-1,3,5-triazine(52.5 g, 232 mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 합성예 1과 동일한 방법으로 중간체 I-6(101 g, 88 %)을 합성하였다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C33H20ClN3: 493.1346, found: 493.
Elemental Analysis: C, 80 %; H, 4 %
합성예 7: 중간체 I-7의 합성
Figure pat00039
tokyo chemical industry(http://www.tcichemicals.com/)사에서 구입한 5-bromobenzothiophene(100 g, 469 mmol)를 사용한 것을 제외하고는, 합성예 3과 동일한 방법으로 중간체 I-7(62.3 g, 51 %)을 합성하였다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C14H17BO2S: 260.1042, found: 260.
Elemental Analysis: C, 65 %; H, 7 %
합성예 8: 중간체 I-8의 합성
Figure pat00040
중간체 I-6(20 g, 40.5 mmol)과 중간체 I-7(11.6 g, 44.5 mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 합성예 1과 동일한 방법으로 중간체 I-8(22.3 g, 93 %)을 합성하였다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C41H25N3S: 591.1769, found: 591.
Elemental Analysis: C, 83 %; H, 4 %
합성예 9: 화합물 3의 합성
중간체 I-1(10 g, 23.9 mmol)과 중간체 I-3(7.66 g, 23.9 mmol)를 사용하여 합성예 1과 동일한 방법으로 화합물 3(12.8 g, 93 %)을 얻었다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C41H25N3O: 575.1998, found: 575.
Elemental Analysis: C, 86 %; H, 4 %
합성예 10: 화합물 4의 합성
Figure pat00042
중간체 I-1(10 g, 23.9 mmol)과 중간체 I-5(8.04 g, 23.9 mmol)를 사용하여 합성예 1과 동일한 방법으로 화합물 4(13.4 g, 95 %)를 얻었다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C41H25N3S: 591.1769, found: 591.
Elemental Analysis: C, 83 %; H, 4 %
합성예 11: 화합물 6의 합성
Figure pat00043
중간체 I-6(10 g, 20.2 mmol)과 sigma aldrich사에서 구입한 benzothiophen-2-boronic acid (3.96 g, 22.3 mmol)를 사용하여 합성예 1과 동일한 방법으로 화합물 6(10.8 g, 90 %)을 얻었다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C41H25N3S: 591.1769, found: 591.
Elemental Analysis: C, 83 %; H, 4 %
합성예 12: 화합물 8의 합성
Figure pat00044
중간체 I-6(10 g, 20.2 mmol)과 sigma aldrich사에서 구입한 benzofuran-2-boronic acid (3.61 g, 22.3 mmol)를 사용하여 합성예 1과 동일한 방법으로 화합물 8(8.02 g, 69 %)을 얻었다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C41H25N3O: 575.1998, found: 575.
Elemental Analysis: C, 86 %; H, 4 %
합성예 13: 화합물 14의 합성
Figure pat00045
질소 환경에서 중간체 I-8(10 g, 16.9 mmol)을 tetrahydrofuran(THF) 100 mL에 녹인 후, -78 ℃로 감온하였다. 여기에 hexane에 녹아있는 n-BuLi 2.5 M(10.1 mL, 25.3 mmol)을 10분에 걸쳐 천천히 적가 하였다. 이후 iodobenzene(3.79 g, 18.6 mmol)을 넣은 후 상온에서 18시간 동안 교반 하였다. 반응 완료 후 반응액에 물을 넣고 dichloromethane(DCM)로 추출한 다음 magnesium sulfate anhydrous로 수분을 제거한 후, 필터하고 감압 농축하였다. 이렇게 얻어진 잔사를 flash column chromatography로 분리 정제하여 화합물 14(8.80 g, 78 %)를 얻었다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C47H29N3S: 667.2082, found: 667.
Elemental Analysis: C, 85 %; H, 4 %
비교합성예 1: 화합물 ET1의 합성
Figure pat00046
특허 KR2014-0135524의 합성법을 참고하여 화합물 ET1을 합성하였다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C39H25N3: 535.2048, found: 535.
Elemental Analysis: C, 87 %; H, 5 %
비교합성예 2: 화합물 ET2의 합성
Figure pat00047
특허 US2015/0349268의 합성법을 참고하여 화합물 ET2를 합성하였다.
HRMS (70 eV, EI+): m/z calcd for C45H27N3S: 641.1926, found: 641.
Elemental Analysis: C, 84 %; H, 4 %
(유기발광소자의 제조)
실시예 1: 유기발광소자의 제조 ( 블루 공통층 )
ITO(Indium tinoxide)가 1500 Å의 두께가 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 이송 시칸 다음 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정 한 후 진공 증착기로 기판을 이송하였다. 이렇게 준비된 ITO 투명 전극을 양극으로 사용하여 ITO 기판 상부에 4,4'-bis[N-[4-{N,N-bis(3-methylphenyl)amino}-phenyl]-N-phenylamino]biphenyl (DNTPD)를 진공 증착하여 600 Å 두께의 정공 주입층을 형성하였다. 이어서 N4,N4'-di(naphthalen-1-yl)-N4,N4'-diphenylbiphenyl-4,4'-diamine(NPB)를 사용하여 진공 증착으로 300 Å 두께의 정공 수송층을 형성하였다. 상기 정공 수송층 상부에 9,10-di-(2-naphthyl)anthracene(AND)을 호스트로 사용하고 도판트로 2,5,8,11-tetra(tert-butyl)perylene(TBPe)를 3중량 %로 도핑하여 진공 증착으로 250 Å 두께의 발광층을 형성하였다. 그 후 상기 발광층 상부에 합성예 9에서 합성된 화합물 3을 진공 증착하여 250 Å 두께의 전자 수송층을 형성하였다. 상기 전자 수송층 상부에 LiF 10 Å과 Al 1000 Å을 순차적으로 진공 증착하여 음극을 형성함으로써 유기발광소자를 제조하였다.
상기 유기발광소자는 5층의 유기박막층을 가지는 구조로 되어 있으며, 구체적으로 Al (1000 Å) / LiF (10 Å) / 화합물 3 (250 Å) / EML [AND : TBPe = 97 : 3] (250 Å) / NPB (300 Å) / DNTPD (600 Å) / ITO (1500 Å)의 구조로 제작하였다.
실시예 2 내지 5
표 1에 기재된 것과 같이 전자수송층을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2 내지 5의 유기발광소자를 제작하였다.
비교예 1 내지 3
합성예 9에서 얻은 화합물 3 대신 Alq3를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 1의 유기발광소자를 제조하였으며, 하기 표 1에 기재된 것과 같이 전자수송층을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 2 내지 3의 유기발광소자를 제작하였다.
평가
실시예 1 내지 5와 비교예 1 내지 3에 따른 유기발광소자의 전압에 따른 전류밀도 변화, 휘도 변화 및 발광효율을 측정하였다.
구체적인 측정방법은 하기와 같고, 그 결과는 표 1과 같다.
(1) 전압변화에 따른 전류밀도의 변화 측정
제조된 유기발광소자에 대해, 전압을 0V 부터 10V까지 상승시키면서 전류-전압계(Keithley 2400)를 이용하여 단위소자에 흐르는 전류값을 측정하고, 측정된 전류값을 면적으로 나누어 결과를 얻었다.
(2) 전압변화에 따른 휘도변화 측정
제조된 유기발광소자에 대해, 전압을 0V 부터 10V까지 상승시키면서 휘도계(Minolta Cs-1000A)를 이용하여 그 때의 휘도를 측정하여 결과를 얻었다.
(3) 발광효율 측정
상기(1) 및 (2)로부터 측정된 휘도와 전류밀도 및 전압을 이용하여 동일 전류밀도(10 mA/cm2)의 전류 효율(cd/A) 을 계산하였다.
(4) 수명 측정
휘도(cd/m2)를 1000 cd/m2 로 유지하고 전류 효율(cd/A)이 50%로 감소하는 시간을 측정하여 결과를 얻었다.
(5) 구동전압 측정
전류-전압계(Keithley 2400)를 이용하여 15 mA/cm2에서 각 소자의 구동전압을 측정하였다.
소자 전자 수송층에 사용한 화합물 전압 (V) 색 (EL color) 효율 (cd/A) 반감 수명 (h)
At 1000 cd/m2
실시예 1 3 4.7 Blue 6.1 1,750
실시예 2 4 4.9 Blue 6.6 1,700
실시예 3 6 5.3 Blue 6.8 1,800
실시예 4 8 5.0 Blue 6.5 1,850
실시예 5 14 4.8 Blue 6.9 1,650
비교예 1 Alq3 7.1 Blue 4.9 1,250
비교예 2 ET1 6.5 Blue 5.8 1,500
비교예 3 ET2 6.3 Blue 5.2 1,650
상기 표 1의 결과에 따르면, 실시예 1 내지 실시예 5의 소자 결과가 비교예 1 내지 비교예 3의 소자결과에 비해 저 구동전압 소자 및 고 효율 소자 그리고 장 수명 소자를 구현할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100, 200: 유기 발광 소자
105: 유기층
110: 음극
120: 양극
130: 발광층
140: 정공 보조층

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표현되는 유기 광전자 소자용 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00048

    상기 화학식 1에서,
    Z1은 N 또는 C-L1-R1이고,
    Z2는 N 또는 C-L2-R2이고,
    Z3은 N 또는 C-L3-R3이고,
    Z4는 N 또는 C-L4-R4이고,
    Z5는 N 또는 C-L5-R5이고,
    Z1 내지 Z5 중 적어도 둘은 N이고,
    L1 내지 L6은 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
    R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기이고,
    R1 내지 R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기이고,
    R6 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고,
    상기 "치환"이란, 적어도 하나의 수소가 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C6 내지 C20 아릴기, 또는 C2 내지 C20 헤테로고리기로 치환된 것을 의미한다.
  2. 제1항에 있어서,
    하기 화학식 1A 또는 화학식 1B로 표현되는 유기 광전자 소자용 화합물:
    [화학식 1A] [화학식 1B]
    Figure pat00049
    Figure pat00050

    상기 화학식 1A 및 화학식 1B에서,
    Z1은 N 또는 C-L1-R1이고,
    Z2는 N 또는 C-L2-R2이고,
    Z3은 N 또는 C-L3-R3이고,
    Z4는 N 또는 C-L4-R4이고,
    Z5는 N 또는 C-L5-R5이고,
    Z1 내지 Z5 중 적어도 둘은 N이고,
    L1 내지 L6은 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
    R1 내지 R5는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기이고,
    R1 내지 R5 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기이고,
    R6 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 R1 내지 R5 중 적어도 하나는 하기 화학식 2-1 내지 화학식 2-6 중 어느 하나로 표현되는 치환 또는 비치환된 벤조퓨란일기, 또는 치환 또는 비치환된 벤조티오펜일기인 유기 광전자 소자용 화합물:
    [화학식 2-1] [화학식 2-2] [화학식 2-3] [화학식 2-4]
    Figure pat00051
    Figure pat00052
    Figure pat00053
    Figure pat00054

    [화학식 2-5] [화학식 2-6]
    Figure pat00055
    Figure pat00056

    상기 화학식 2-1 내지 화학식 2-6에서,
    X는 O 또는 S이고,
    Ra, Rb, Rc, Rd, Re 및 Rf는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고,
    *은 상기 화학식 1의 L1 내지 L5 중 어느 하나와 연결되는 지점이다.
  4. 제1항에 있어서,
    하기 화학식 1A-1, 화학식 1A-2, 화학식 1A-3, 화학식 1A-4 및 화학식 1A-5 중 하나로 표현되는 유기 광전자 소자용 화합물:
    [화학식 1A-1] [화학식 1A-2]
    Figure pat00057
    Figure pat00058

    [화학식 1A-3] [화학식 1A-4]
    Figure pat00059
    Figure pat00060

    [화학식 1A-5]
    Figure pat00061

    상기 화학식 1A-1, 화학식 1A-2, 화학식 1A-3, 화학식 1A-4 및 화학식 1A-5에서,
    L2, L4 및 L6은 각각 독립적으로 단일결합, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아릴렌기이고,
    R6 내지 R10은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이고,
    X, X1 및 X2는 각각 독립적으로 O 또는 S이고,
    Ra, Ra1, Ra2, Rb, Rb1, Rb2, Rc, Rc1, Rc2, Rd, Rd1, Rd2, Re, Re1, Re2, Rf, Rf1 및 Rf2는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기이다.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 화학식 1A-1 또는 화학식 1A-2로 표현되는 유기 광전자 소자용 화합물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 R1 내지 R5 중 적어도 하나는 하기 그룹 Ⅰ에 나열된 벤조퓨란일기, 또는 벤조티오펜일기에서 선택되는 것인 유기광전자 소자용 화합물:
    [그룹 Ⅰ]
    Figure pat00062

    상기 그룹 Ⅰ에서, *은 상기 화학식 1의 L1 내지 L5 중 어느 하나와 연결되는 지점이다.
  7. 제1항에 있어서,
    하기 그룹 1에 나열된 화합물에서 선택되는 유기 광전자 소자용 화합물:
    [그룹 1]
    Figure pat00063

    Figure pat00064

    Figure pat00065

    Figure pat00066

    Figure pat00067

    Figure pat00068

    Figure pat00069

    Figure pat00070

    Figure pat00071

    Figure pat00072

    Figure pat00073

    Figure pat00074

    Figure pat00075
    .
  8. 서로 마주하는 양극과 음극, 그리고
    상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 적어도 한 층의 유기층을 포함하고,
    상기 유기층은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 유기 광전자 소자용 화합물을 포함하는 유기 광전자 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유기층은 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층 및 전자 수송층 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 전자 수송층은 상기 유기 광전자 소자용 화합물을 포함하는 유기 광전자 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 발광층은 상기 유기 광전자 소자용 화합물 및 카바졸 또는 인돌로카바졸기를 포함하는 화합물을 포함하는 유기 광전자 소자.
  11. 제8항에 따른 유기 광전자 소자를 포함하는 표시장치.
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