KR20190052258A - 유기전기소자용 화합물을 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 - Google Patents

유기전기소자용 화합물을 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치 Download PDF

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Abstract

화학식 1로 표시되는 화합물을 발광보조층 재료로 포함하는 유기전기발광소자 및 이를 포함하는 전자장치가 개시되며, 발광보조층에 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함됨으로써, 유기전기발광소자의 구동전압을 낮출 수 있고, 발광효율 및 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

유기전기소자용 화합물을 이용한 유기전기소자 및 그 전자 장치{ORGANIC ELECTRONIC ELEMENT COMPRISING COMPOUND FOR ORGANIC ELECTRONIC ELEMENT AND ELECTRONIC DEVICE THEREOF}
본 발명은 유기전기소자용 화합물을 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.
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 매우 중요한 요소가 되었고, 효율과 수명 문제 또한 반드시 해결해야 하는 상황이다.
효율과 수명, 구동전압 등은 서로 연관이 있으며, 효율이 증가되면 상대적으로 구동전압이 떨어지고, 구동전압이 떨어지면서 구동시 발생하는 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 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있기 때문이다.
일반적으로 전자수송층에서 발광층으로 전자(electron)가 전달되고 정공(hole)이 정공수송층에서 발광층으로 전달되어 재조합(recombination)에 의해 엑시톤(exciton)이 생성된다. 하지만 정공수송층에 사용되는 물질의 경우 낮은 HOMO 값을 가져야 하기 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 발광하게 되어 색순도 저하, 효율 감소 및 수명 저하 현상 등을 나타낸다.
또한, 낮은 구동전압을 만들기 위해 정공이동도(hole mobility)가 빠른 물질을 사용할 경우 이로 인해 효율이 감소하는 경향을 나타낸다. 이는 일반적인 유기전기소자에서 정공이동도(hole mobility)가 전자이동도(electron mobility)보다 빠르기 때문에 발광층 내의 전하 불균형(charge unbalance)을 초래하여 효율 감소 및 수명 저하 현상이 나타나는 것이다.
최근 유기 전기 발광소자에 있어 정공수송층에서의 발광 문제를 해결하기 위해 정공수송층과 발광층 사이에 발광보조층을 형성하고 있는바, 각각의 발광층(R, G, B)에 따른 서로 다른 발광보조층의 개발이 필요한 시점이다.
발광보조층은 정공수송층의 문제점 등을 해결할 수 있는 적당한 구동전압을 갖기 위한 정공이동도, 높은 T1(electron block)값, 넓은 밴드갭(wide bandgap)을 갖는 물질로 형성되어야 한다. 이러한 요구사항은 발광보조층 물질의 코어에 대한 구조적 특성만으로 충족되지 않으며, 물질의 코어 및 서브(Sub) 치환기 등의 특성이 모두 적절하게 조합되었을 때 가능하다는 점에서, 유기전기소자의 효율과 수명을 향상시키기 위해, 높은 T1 값, 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 발광보조층의 재료에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 유기전기소자의 높은 발광효율, 낮은 구동전압, 고내열성, 색순도 및 수명을 향상시킬 수 있는 화합물을 발광보조층 재료로 사용한 유기전기소자 및 그 전자장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 측면에서, 본 발명은 제 1전극, 제 2 전극, 및 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이에 형성된 유기물층을 포함하는 유기전기소자를 제공한다. 이때, 유기물층은, 상기 제 1전극과 발광층 사이에 형성되는 발광보조층을 포함하며, 상기 발광보조층은 하기 화학식으로 표시되는 화합물을 포함한다.
Figure pat00001
다른 측면에서, 본 발명은 상기 유기전기소자를 포함하는 전자장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 화합물을 유기전기소자의 발광보조층 재료로 이용함으로써, 유기전기소자의 구동전압을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 소자의 발광효율, 색순도 및 수명을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유기전기소자의 예시도이다.
본 발명에 사용된 용어 "플루오렌일기" 또는 "플루오렌일렌기"는 다른 설명이 없는 한 각각 하기 구조에서 R, R' 및 R"이 모두 수소인 1가 또는 2가 작용기를 의미하며, "치환된 플루오렌일기" 또는 "치환된 플루오렌일렌기"는 치환기 R, R', R" 중 적어도 하나가 수소 이외의 치환기인 것을 의미하며, R과 R'이 서로 결합되어 이들이 결합된 탄소와 함께 스파이로 화합물을 형성한 경우를 포함한다.
Figure pat00002
본 발명에 사용된 용어 "헤테로고리기"는, 고리를 형성하는 탄소 대신 N, O, S, P 또는 Si 등과 같은 헤테로원자가 포함된 고리를 의미하며, "헤테로아릴기" 또는 "헤테로아릴렌기"와 같은 방향족 고리뿐만 아니라 비방향족 고리도 포함하며, 고리를 형성하는 탄소 대신 하기 화합물과 같이 SO2, P=O 등과 같은 헤테로원자단을 포함하는 화합물도 포함될 수 있다.
Figure pat00003
본 발명에서 사용된 용어 "스파이로 화합물"은 '스파이로 연결(spiro union)'을 가지며, 스파이로 연결은 2개의 고리가 오로지 1개의 원자를 공유함으로써 이루어지는 연결을 의미한다. 이때, 두 고리에 공유된 원자를 '스파이로 원자'라 하며, 한 화합물에 들어 있는 스파이로 원자의 수에 따라 이들을 각각 '모노스파이로-', '다이스파이로-', '트라이스파이로-' 화합물이라 한다.
또한, 명시적인 설명이 없는 한,　본 발명에서 사용되는 화학식은 하기 화학식의 지수 정의에　의한 치환기 정의와 동일하게 적용된다.
Figure pat00004
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 pat00005
이하, 본 발명의 화합물이 포함된 유기전기소자의 적층구조에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 유기전기발광소자의 적층 구조를 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 유기전기발광소자(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, 이들 층 중 적어도 하나가 생략되거나, 정공저지층, 전자저지층, 발광보조층(151), 버퍼층(141) 등이 더 포함될 수도 있으며, 전자수송층(160) 등이 정공저지층의 역할을 할 수도 있을 것이다.
또한, 미도시하였지만, 본 발명에 따른 유기전기발광소자는 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), 광효율 개선층, 발광보조층 등의 재료로 사용될 수 있을 것이다. 일례로, 본 발명의 화합물은 정공수송층(140) 및/또는 발광보조층(151) 재료로 사용될 수 있다.
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 치환체의 조합이 매우 중요하며, 특히 각 유기물층 간의 에너지 준위 및 T1 값, 물질의 고유특성(이동도, 계면특성 등) 등이 최적의 조합을 이루었을 때 긴 수명과 높은 효율을 동시에 달성할 수 있다.
이미 설명한 것과 같이, 최근 유기 전기 발광소자에 있어 정공수송층에서의 발광 문제를 해결하기 위해서는 정공수송층과 발광층 사이에 발광보조층을 형성하는 것이 바람직하며, 각각의 발광층(R, G, B)에 대응하여 서로 다른 발광 보조층을 형성하는 것이 필요하다. 한편, 발광보조층의 경우 정공수송층 및 발광층(호스트)과의 상호관계를 파악해야하므로 유사한 코어를 사용하더라도 사용되는 유기물층이 달라지면 그 특징을 유추하기는 매우 어려울 것이다.
따라서, 본 발명의 화합물을 사용하여 정공수송층 및/또는 발광보조층을 형성함으로써 각 유기물층 간의 에너지 레벨(level) 및 T1 값, 물질의 고유특성(mobility, 계면특성 등) 등을 최적화하여 유기전기발광소자의 수명 및 효율을 동시에 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기전기발광소자는 다양한 증착법(deposition)을 이용하여 제조될 수 있을 것이다. PVD나 CVD 등의 증착 방법을 사용하여 제조될 수 있는데, 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, 정공수송층(140)과 발광층(150) 사이에 발광보조층(151)을 추가로 형성할 수 있다.
또한, 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 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 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 유기물층은 다양한 방법으로 형성될 수 있으므로, 그 형성방법에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유기전기소자는 유기전기발광소자(OLED), 유기태양전지, 유기감광체(OPC), 유기트랜지스터(유기 TFT), 단색 또는 백색 조명용 소자, 퀀텀닷 디스플레이용 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 포함하며, 상기 디스플레이장치는 유기전기발광 디스플레이, 퀀텀닷 디스플레이 등을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 유기전기소자에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예로, 제 1전극, 제 2 전극, 및 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이에 형성된 유기물층을 포함하는 유기전기소자를 제공한다. 이때, 상기 유기물층은, 상기 제 1전극과 발광층 사이에 형성되는 발광보조층을 포함하며, 상기 발광보조층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
<화학식 1>
Figure pat00006
상기 화학식 1에서, 각 기호는 아래와 같이 정의될 수 있다.
X는 O 또는 S이다.
Ra1, Rb1, Ra2 및 Rb2는 서로 독립적으로 C1~C50의 알킬기; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
또한, Ra1과 Rb1는 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고, Ra2와 Rb2도 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있는데, 예컨대, C6~C60의 방향족탄화수소; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 또는 이들의 조합으로 이루어진 고리를 형성할 수 있다. 바람직하게는, Ra1과 Rb1 및/또는 Ra2와 Rb2가 서로 결합하여 벤젠링을 포함하는 C6~C60의 고리를 형성할 수 있고, 더욱 바람직하게는 플루오렌 또는 그 유도체를 형성할 수 있다.
Ra1, Rb1, Ra2 및 Rb2가 알킬기인 경우, 바람직하게는 C1~C10의 알킬기, 더욱 바람직하게는 C1~C4의 알킬기, 구체적으로 메틸, 에틸, 프로필 등이 될 수 있다. Ra1, Rb1, Ra2 및 Rb2가 아릴기인 경우, 바람직하게는 C6~C30의 아릴기 또는 C6~C20의 아릴기, 더욱 바람직하게는 C6~C18의 아릴기, 예컨대 페닐, 나프탈렌, 바이페닐, 터페닐 등일 수 있으며, 가장 바람직하게는 페닐일 수 있다.
Ra1과 Rb1 및/또는 Ra2와 Rb2가 서로 결합하여 벤젠링을 포함하는 고리를 형성할 경우, 바람직하게는 C6~C21의 고리, 더욱 바람직하게는 C6~C13의 고리를 형성할 수 있고, Rb1 및/또는 Ra2와 Rb2가 서로 결합하여 방향족고리와 지방족고리의 융합고리를 형성할 경우, 바람직하게는 C3~C30의 지방족고리와 C6~C30의 방향족탄화수소의 융합고리, 더욱 바람직하게는 C3~C18의 지방족고리와 C6~C18의 방향족탄화수소의 융합고리를 형성할 수 있다. 예컨대, Ra1과 Rb1 및/또는 Ra2와 Rb2가 서로 결합하여 다이하이드로인덴 또는 그 유도체, 플루오렌 또는 그 유도체 등을 형성할 수 있으며, 결과적으로 이들이 결합된 오각링과 탄소원자를 공유함으로써 스파이로 화합물이 형성될 수 있다.
바람직하게는, Ra1, Rb1, Ra2 및 Rb2 중 적어도 하나가 메틸기이거나 또는 페닐이거나, Ra1과 Rb1가 서로 결합하여 플루오렌, 벤조플루오렌, 또는 다이벤조플루오렌을 형성하거나, Ra2와 Rb2가 서로 결합하여 플루오렌, 벤조플루오렌, 또는 다이벤조플루오렌을 형성할 수 있다. 또한, 바람직하게는 Ra1, Rb1, Ra2 및 Rb2가 모두가 메틸기이거나, 모두가 페닐이거나, 모두가 플루오렌일 수도 있고, Ra1과 Rb1는 메틸 또는 페닐이고, Ra2 및 Rb2는 플루오렌 고리를 형성할 수도 있고, 반대로 Ra1과 Rb1가 플루오렌 고리를 형성하고 Ra2 및 Rb2는 모두 메틸 또는 페닐일 수 있다.
R1 내지 R9는 서로 독립적으로 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(R')(R");으로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 이웃한 기끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
이웃한 R1끼리, 이웃한 R2끼리, 이웃한 R3끼리, 이웃한 R4끼리, 이웃한 R5끼리, 이웃한 R6끼리, 및/또는 이웃한 R7끼리 서로 결합하여 고리를 형성할 경우, C6~C60의 방향족탄화수소; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 또는 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 고리일 수 있으며, 바람직하게는, 벤젠링을 포함하는 C6~C20의 방향족탄화수소, 더욱 바람직하게는 C6~C18의 방향족탄화수소, 예컨대, 벤젠, 나프탈렌 등일 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 이웃한 기끼리 서로 결합하여 이들이 결합되어 있는 벤젠링과 함께 나프탈렌, 페난트렌 등이 형성될 수 있다.
바람직하게는, Ra1, Rb1, Ra2 및 Rb2는 서로 독립적으로 C1~C10의 알킬기 또는 C6~C20의 아릴기이거나, Ra1와 Rb1 및/또는 Ra2와 Rb2가 서로 결합하여 벤젠링을 포함하는 C6~C21의 고리를 형성하고, R1 내지 R9는 서로 독립적으로 수소 또는 이웃한 기끼리 서로 결합하여 벤젠링을 포함하는 C6~C20의 고리를 형성할 수 있다.
더욱 바람직하게는, Ra1, Rb1, Ra2 및 Rb2는 서로 독립적으로 C1~C4의 알킬기이거나, C6~C18의 아릴기이거나, Ra1와 Rb1 및/또는 Ra2와 Rb2가 서로 결합하여 벤젠링을 포함하는 C6~C13의 고리를 형성하고, R1 내지 R9 중 적어도 한쌍의 이웃한 기끼리 서로 결합하여 벤젠링을 포함하는 C6~C12의 방향족탄화수소를 형성하고 나머지는 수소일 수 있다.
예컨대, Ra1, Rb1, Ra2 및 Rb2는 서로 독립적으로 메틸기 또는 페닐기이거나 Ra1와 Rb1 및/또는 Ra2와 Rb2가 서로 결합하여 플루오렌을 형성할 수 있고, R1 내지 R9 중 적어도 한쌍의 이웃한 기끼리 서로 결합하여 벤젠링을 형성할 수 있다.
a, d, e, g 및 h는 각각 0~4의 정수이고, b, c, f 및 i는 각각 0~3의 정수이며, 이들 각각이 2 이상의 정수인 경구, 복수의 각 R1 내지 복수의 각 R9는 각각 서로 같거나 동일할 수 있다.
상기 L'은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 R' 및 R"은 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 선택될 수 있다.
상기 Ra1, Rb1, Ra2, Rb2, R1 내지 R9, L', R', R", Ra1와 Rb1 또는 Ra2와 Rb2가 서로 결합하여 형성한 고리, 및 R1 내지 R9 중 이웃한 기끼리 서로 결합하여 형성한 고리는 각각 중수소; 할로겐; C1-C20의 알킬기 또는 C6-C20의 아릴기로 치환 또는 비치환된 실란기; 실록산기; 붕소기; 게르마늄기; 시아노기; 니트로기; 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 아릴알켄일기;로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 화학식 4 중 하나로 표시될 수 있다.
<화학식 2> <화학식 3> <화학식 4>
Figure pat00007
상기 화학식 2 내지 화학식 4에서, X, R1 내지 R9, a, b, c, d, e, f, g, h, 및 i는 상기 화학식 1에서 정의된 것과 같다.
예시적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 하나일 수 있다.
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
.
바람직하게는, 화학식 1로 표시되는 상기 화합물은 1종 단독 화합물 또는 2종 이상의 혼합물 형태로 상기 발광보조층에 포함될 수 있고, 더욱 바람직하게는 발광보조층의 그린발광보조층의 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치, 및 상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부를 포함하는 전자장치를 제공할 수 있고, 이때 상기 유기전기소자는 본 발명은 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
이하에서, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물의 합성예 및 유기전기발광소자의 제조예에 관하여 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
합성예
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물(Product)은 하기 반응식 1과 같이 Sub 1과 Sub 2를 반응하여 제조되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<반응식 1>
Figure pat00013
I. Sub 1의 합성
상기 반응식 1의 Sub 1은 하기 반응식 2의 반응경로에 의해 합성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
<반응식 2>
Figure pat00014
Sub 1-1 합성예
Figure pat00015
(1) Sub 1-1-1의 합성법
둥근바닥플라스크에 1-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene (50g, 183.0mmol), dibenzo[b,d]furan-1-amine (50.30g, 274.6mmol), Pd2(dba)3 (5.03g, 5.5mmol), P(t-Bu)3 (2.96g, 14.6mmol), NaO(t-Bu) (52.77g, 549.1mmol), Toluene (2,300mL)을 넣은 후, 60℃에서 4시간 동안 가열환류시킨다. 반응이 완료되면, 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 toluene과 물로 추출한다. 이후, 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 실리카겔 칼럼에 통과시킨 후 재결정하여 생성물 Sub 1-1-1 (54.29g, 79%)를 얻었다.
(2) Sub 1-1의 합성법
둥근바닥플라스크에 Sub 1-1-1 (30g, 79.9mmol), 1,3-dichlorobenzene (11.75g, 79.9mmol), Pd2(dba)3 (2.19g, 2.4mmol), P(t-Bu)3 (1.29g, 6.4mmol), NaO(t-Bu) (23.04g, 239.7mmol), Toluene (800mL)을 넣은 후, 90℃에서 8시간 동안 가열 환류시킨다. 반응이 완료되면, 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 toluene과 물로 추출한다. 이후, 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 실리카겔 칼럼에 통과시킨 후 재결정하여 생성물 Sub 1-1 (30.29g, 78%)를 얻었다.
Sub 1-6 합성예
Figure pat00016
(1) Sub 1-6-1의 합성법
둥근바닥플라스크에 2-bromo-9,9-diphenyl-9H-fluorene (50g, 125.8mmol), dibenzo[b,d]furan-1-amine (34.58g, 188.8mmol), Pd2(dba)3 (3.46g, 3.8mmol), P(t-Bu)3 (2.04g, 10.1mmol), NaO(t-Bu) (36.28g, 377.5mmol), Toluene (400mL)을 사용하여, 상기 Sub 1-1-1 합성예와 같은 합성방법으로 생성물 Sub 1-6-1 (51.56g, 82%)를 얻었다.
(2) Sub 1-6의 합성법
둥근바닥플라스크에 Sub 1-6-1 (30g, 60.0mmol), 1,3-dichlorobenzene (8.83g, 60.0mmol), Pd2(dba)3 (1.65g, 1.8mmol), P(t-Bu)3 (0.97g, 4.8mmol), NaO(t-Bu) (17.31g, 180.1mmol), Toluene (600mL)을 사용하여, 상기 Sub 1-1 합성예와 같은 합성방법으로 생성물 Sub 1-6 (29.68g, 81%)를 얻었다.
Sub 1-9 합성예
Figure pat00017
(1) Sub 1-9-1의 합성법
둥근바닥플라스크에 2-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene (50g, 183.0mmol), dibenzo[b,d]furan-1-amine (50.30g, 274.6mmol), Pd2(dba)3 (5.03g, 5.5mmol), P(t-Bu)3 (2.96g, 14.6mmol), NaO(t-Bu) (52.77g, 549.1mmol), Toluene (2300mL)을 사용하여, 상기 Sub 1-1-1 합성예와 같은 합성방법으로 생성물 Sub 1-9-1 (54.98g, 80%)를 얻었다.
(2) Sub 1-9의 합성법
둥근바닥플라스크에 Sub 1-9-1 (30g, 79.9mmol), 3,5-dichloro-1,1'-biphenyl (17.83g, 79.9mmol), Pd2(dba)3 (2.19g, 2.4mmol), P(t-Bu)3 (1.29g, 6.4mmol), NaO(t-Bu) (23.04g, 239.7mmol), Toluene (800mL)을 사용하여, 상기 Sub 1-1 합성예와 같은 합성방법으로 생성물 Sub 1-9 (33.68g, 75%)를 얻었다.
Sub 1-11 합성예
Figure pat00018
(1) Sub 1-11-1의 합성법
둥근바닥플라스크에 3-bromo-9,9-diphenyl-9H-fluorene (50g, 125.8mmol), dibenzo[b,d]furan-1-amine (34.58g, 188.8mmol), Pd2(dba)3 (3.46g, 3.8mmol), P(t-Bu)3 (2.04g, 10.1mmol), NaO(t-Bu) (36.28g, 377.5mmol), toluene (1600mL)을 사용하여, 상기 Sub 1-1-1 합성예와 같은 합성방법으로 생성물 Sub 1-11-1 (49.67g, 79%)를 얻었다.
(2) Sub 1-11의 합성법
둥근바닥플라스크에 Sub 1-11-1 (30g, 60.0mmol), 1,3-dichlorobenzene (8.83g, 60.0mmol), Pd2(dba)3 (1.65g, 1.8mmol), P(t-Bu)3 (0.97g, 4.8mmol), NaO(t-Bu) (17.31g, 180.1mmol), Toluene (600mL)을 사용하여, 상기 Sub 1-1 합성예와 같은 합성방법으로 생성물 Sub 1-11 (30.41g, 83%)를 얻었다.
Sub 1-15 합성예
Figure pat00019
(1) Sub 1-15-1의 합성법
둥근바닥플라스크에 4-bromo-9,9-dimethyl-9H-fluorene (50g, 183.0mmol), dibenzo[b,d]furan-1-amine (50.30g, 274.6mmol), Pd2(dba)3 (5.03g, 5.5mmol), P(t-Bu)3 (2.96g, 14.6mmol), NaO(t-Bu) (52.77g, 549.1mmol), Toluene (2300mL)을 사용하여, 상기 Sub 1-1-1 합성예와 같은 합성방법으로 생성물 Sub 1-15-1 (53.61g, 78%)를 얻었다.
(2) Sub 1-15의 합성법
둥근바닥플라스크에 Sub 1-15-1 (30g, 79.9mmol), 1,3-dichlorobenzene (11.75g, 79.9mmol), Pd2(dba)3 (2.19g, 2.4mmol), P(t-Bu)3 (1.29g, 6.4mmol), NaO(t-Bu) (23.04g, 239.7mmol), Toluene (800mL)을 사용하여, 상기 Sub 1-1 합성예와 같은 합성방법으로 생성물 Sub 1-15 (31.45g, 81%)를 얻었다.
Sub 1-17 합성예
Figure pat00020
(1) Sub 1-17-1의 합성법
둥근바닥플라스크에 9-bromo-7,7-diphenyl-7H-benzo[c]fluorine (50g, 111.8mmol), dibenzo[b,d]furan-1-amine (30.71g, 167.6mmol), Pd2(dba)3 (3.07g, 3.4mmol), P(t-Bu)3 (1.81g, 8.9mmol), NaO(t-Bu) (32.22g, 335.3mmol), Toluene (1400mL)을 사용하여, 상기 Sub 1-1-1 합성예와 같은 합성방법으로 생성물 Sub 1-17-1 (47.30g, 77%)를 얻었다.
(2) Sub 1-17의 합성법
둥근바닥플라스크에 Sub 1-17-1 (30g, 54.6mmol), 1,3-dichlorobenzene (8.02g, 54.6mmol), Pd2(dba)3 (1.50g, 1.6mmol), P(t-Bu)3 (0.88g, 4.4mmol), NaO(t-Bu) (15.74g, 163.7mmol), toluene (550mL)을 사용하여, 상기 Sub 1-1 합성예와 같은 합성방법으로 생성물 Sub 1-17 (28.83g, 80%)를 얻었다.
상기와 같은 합성방법에 의해 제조된 Sub 1 에 속하는 화합물은 아래와 같은 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 표 1은 Sub 1 에 속하는 화합물의 FD-MS 값을 나타낸 것이다.
Figure pat00021
[표 1]
Figure pat00022
Ⅱ. Sub 2의 예시
Sub 2에 속하는 화합물은 아래와 같은 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 표 2는 Sub 2에 속하는 화합물의 FD-MS 값을 나타낸 것이다.
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
[표 2]
Figure pat00026
III. Product의 합성법
화합물 P-1의 합성
Figure pat00027
둥근바닥플라스크에 Sub 1-1 (10g, 20.6mmol), Sub 2-1 (7.73g, 20.6mmol), Pd2(dba)3 (0.57g, 0.6mmol), P(t-Bu)3 (0.33g, 1.6mmol), NaO(t-Bu) (5.93g, 61.7mmol), toluene (200mL)을 넣은 후, 110℃에서 3시간 동안 가열 환류시킨다. 반응이 완료되면, 상온에서 증류수를 넣어 희석시키고 toluene과 물로 추출한다. 이후, 유기층을 MgSO4로 건조하여 농축한 후 생성된 화합물을 toluene에 녹여 silica filter에 통과시킨 후 농축한다. 이후, toluene과 acetone으로 재결정하여 생성물 P-1 (15.11g, 89%)를 얻었다.
화합물 P-7의 합성
Figure pat00028
둥근바닥플라스크에 Sub 1-1 (10g, 20.6mmol), Sub 2-4 (10.61g, 20.6mmol), Pd2(dba)3 (0.57g, 0.6mmol), P(t-Bu)3 (0.33g, 1.6mmol), NaO(t-Bu) (5.93g, 61.7mmol), toluene (200mL)을 사용하여, 상기 화합물 P-1 합성예와 같이 합성하여 생성물 P-7 (17.08g, 86%)를 얻었다.
화합물 P-13의 합성
Figure pat00029
둥근바닥플라스크에 Sub 1-1 (10g, 16.4mmol), Sub 2-10 (8.19g, 16.4mmol), Pd2(dba)3 (0.45g, 0.5mmol), P(t-Bu)3 (0.27g, 1.3mmol), NaO(t-Bu) (4.73g, 49.2mmol), toluene (160mL)을 사용하여, 상기 화합물 P-1 합성예와 같이 합성하여 생성물 P-13 (14.42g, 82%)를 얻었다.
화합물 P-33의 합성
Figure pat00030
둥근바닥플라스크에 Sub 1-15 (10g, 16.4mmol), Sub 2-22 (6.15g, 16.4mmol), Pd2(dba)3 (0.45g, 0.5mmol), P(t-Bu)3 (0.27g, 1.3mmol), NaO(t-Bu) (4.73g, 49.2mmol), toluene (160mL)을 사용하여, 상기 화합물 P-1 합성예와 같이 합성하여 생성물 P-33 (11.09g, 82%)를 얻었다.
화합물 P-42의 합성
Figure pat00031
둥근바닥플라스크에 Sub 1-2 (10g, 16.4mmol), Sub 2-27 (7.40g, 16.4mmol), Pd2(dba)3 (0.45g, 0.5mmol), P(t-Bu)3 (0.27g, 1.3mmol), NaO(t-Bu) (4.73g, 49.2mmol), toluene (160mL)을 사용하여, 상기 화합물 P-1 합성예와 같이 합성하여 생성물 P-42 (13.61g, 81%)를 얻었다.
화합물 P-47의 합성
Figure pat00032
둥근바닥플라스크에 Sub 1-6 (10g, 16.4mmol), Sub 2-31 (8.19g, 16.4mmol), Pd2(dba)3 (0.45g, 0.5mmol), P(t-Bu)3 (0.27g, 1.3mmol), NaO(t-Bu) (4.73g, 19.2mmol), toluene (160mL)을 사용하여, 상기 화합물 P-1 합성예와 같이 합성하여 생성물 P-47 (14.60g, 83%)를 얻었다.
화합물 P-51의 합성
Figure pat00033
둥근바닥플라스크에 Sub 1-5 (10g, 20.6mmol), Sub 2-34 (7.73g, 20.6mmol), Pd2(dba)3 (0.57g, 0.6mmol), P(t-Bu)3 (0.33g, 1.6mmol), NaO(t-Bu) (5.93g, 61.7mmol), toluene (200mL)을 사용하여, 상기 화합물 P-1 합성예와 같이 합성하여 생성물 P-51 (14.43g, 85%)를 얻었다.
화합물 P-58의 합성
Figure pat00034
둥근바닥플라스크에 Sub 1-11 (10g, 16.4mmol), Sub 2-40 (6.15g, 16.4mmol), Pd2(dba)3 (0.45g, 0.5mmol), P(t-Bu)3 (0.27g, 1.3mmol), NaO(t-Bu) (4.73g, 49.2mmol), toluene (160mL)을 사용하여, 상기 화합물 P-1 합성예와 같이 합성하여 생성물 P-58 (13.07g, 84%)를 얻었다.
화합물 P-64의 합성
Figure pat00035
둥근바닥플라스크에 Sub 1-16 (10g, 16.4mmol), Sub 2-45 (6.15g, 16.4mmol), Pd2(dba)3 (0.45g, 0.5mmol), P(t-Bu)3 (0.27g, 1.3mmol), NaO(t-Bu) (4.73g, 49.2mmol), toluene (160mL)을 사용하여, 상기 화합물 P-1 합성예와 같이 합성하여 생성물 P-64 (12.60g, 81%)를 얻었다.
화합물 P-74의 합성
Figure pat00036
둥근바닥플라스크에 Sub 1-5 (10g, 20.6mmol), Sub 2-53 (10.28g, 20.6mmol), Pd2(dba)3 (0.57g, 0.6mmol), P(t-Bu)3 (0.33g, 1.6mmol), NaO(t-Bu) (5.93g, 61.7mmol), toluene (200mL)을 사용하여, 상기 화합물 P-1 합성예와 같이 합성하여 생성물 P-74 (16.99g, 87%)를 얻었다.
화합물 P-83의 합성
Figure pat00037
둥근바닥플라스크에 Sub 1-15 (10g, 20.6mmol), Sub 2-57 (9.62g, 20.6mmol), Pd2(dba)3 (0.57g, 0.6mmol), P(t-Bu)3 (0.33g, 1.6mmol), NaO(t-Bu) (5.93g, 61.7mmol), toluene (200mL)을 사용하여, 상기 화합물 P-1 합성예와 같이 합성하여 생성물 P-83 (15.66g, 83%)를 얻었다.
화합물 P-89의 합성
Figure pat00038
둥근바닥플라스크에 Sub 1-16 (10g, 16.4mmol), Sub 2-4 (8.45g, 16.4mmol), Pd2(dba)3 (0.45g, 0.5mmol), P(t-Bu)3 (0.27g, 1.3mmol), NaO(t-Bu) (4.73g, 49.2mmol), toluene (160mL)을 사용하여, 상기 화합물 P-1 합성예와 같이 합성하여 생성물 P-89 (15.00g, 84%)를 얻었다.
화합물 P-104의 합성
Figure pat00039
둥근바닥플라스크에 Sub 1-6 (10g, 16.4mmol), Sub 2-17 (8.19g, 16.4mmol), Pd2(dba)3 (0.45g, 0.5mmol), P(t-Bu)3 (0.27g, 1.3mmol), NaO(t-Bu) (4.73g, 49.2mmol), toluene (160mL)을 사용하여, 상기 화합물 P-1 합성예와 같이 합성하여 생성물 P-104 (14.95g, 85%)를 얻었다.
화합물 P-110의 합성
Figure pat00040
둥근바닥플라스크에 Sub 1-10 (10g, 20.6mmol), Sub 2-62 (8.06g, 20.6mmol), Pd2(dba)3 (0.57g, 0.6mmol), P(t-Bu)3 (0.33g, 1.6mmol), NaO(t-Bu) (5.93g, 61.7mmol), toluene (200mL)을 사용하여, 상기 화합물 P-1 합성예와 같이 합성하여 생성물 P-110 (14.88g, 86%)를 얻었다.
[표 3]
Figure pat00041
Figure pat00042
유기전기발광소자의 제조평가
[실시예 1] 그린유기전기발광소자(발광보조층)
유리 기판에 형성된 ITO층(양극) 상에 N1-(naphthalen-2-yl)-N4,N4-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N1-phenylbenzene-1,4-diamine (이하 "2-TNATA"로 약기함)막을 진공증착하여 60 nm 두께의 정공주입층을 형성한 후, N,N'-Bis(1-naphthalenyl)-N,N'-bis-phenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine (이하 "NPB"로 약기함) 막을 60 nm 두께로 진공증착하여 정공수송층을 형성하였다. 이어서,
다음으로, 상기 정공수송층 상에 본 발명의 화합물 P-1을 20nm의 두께로 진공증착하여 발광보조층을 형성하였다.
다음으로, 상기 발광보조층 상에, 호스트 재료로 4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl(이하 "CBP"라 함)을, 도펀트 재료로 tris(2-phenylpyridine)-iridium (이하, "Ir(ppy)3라 함)을 95:5 중량비로 사용하여 30 nm 두께의 발광층을 형성하였다.
이어서, 상기 발광층 상에 정공저지층으로 (1,1'-biphenyl-4-olato)bis(2-methyl-8-quinolinolato)aluminum (이하 "BAlq"로 약기함)을 10 nm 두께로 진공증착하고, 상기 정공저지층 상에 전자수송층으로 tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum (이하 "Alq3"로 약기함)을 40 nm 두께로 진공증착하였다. 이후, 전자주입층으로 할로젠화 알칼리 금속인 LiF를 0.2 nm 두께로 증착하고, 이어서 Al을 150 nm의 두께로 증착하여 음극을 형성하였다.
[ 실시예 2] 내지 [ 실시예 37]
발광보조층의 물질로 본 발명의 화합물 P-1 대신 하기 표 4에 기재된 본 발명의 화합물을 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 비교예 1]
발광보조층을 형성하지 않은 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제작하였다.
[ 비교예 2] 내지 [ 비교예 5]
발광보조층의 물질로 본 발명의 화합물 P-1 대신 하기 비교화합물 A 내지 비교화합물 D 중 하나를 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
[ 비교예 6]
정공수송층의 재료로 본 발명의 화합물 P-1을 사용하고, 발광보조층의 재료로 NPB를 사용한 점을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 유기전기발광소자를 제조하였다.
<비교화합물 A> <비교화합물 B> <비교화합물 C> <비교화합물 D>
Figure pat00043
본 발명의 실시예 1 내지 실시예 37, 비교예 1 내지 비교예 6에 의해 제조된 유기전기발광소자들에 순바이어스 직류전압을 가하여 포토리서치(photoresearch)사의 PR-650으로 전기발광(EL) 특성을, 5000cd/m2 기준 휘도에서 맥사이언스사에서 제조된 수명 측정 장비를 통해 T95 수명을 측정하였으며, 그 측정 결과는 하기 표 4와 같다.
[표 4]
Figure pat00044
Figure pat00045
상기 표 4의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기전기발광소자용 재료를 발광보조층 재료로 사용하여 그린 유기전기발광소자를 제작한 경우, 발광보조층을 형성하지 않거나 비교화합물 A 내지 비교화합물 D를 사용한 비교예보다 유기전기발광소자의 구동전압을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 발광 효율과 수명을 개선시킬 수 있다.
발광보조층이 형성되지 않은 비교예 1보다는 비교화합물 A 내지 비교화합물 D 중 하나를 사용하여 발광보조층을 형성한 비교예 2 내지 비교예 5의 경우, 구동전압, 효율 및 수명이 개선되었고, 이러한 비교예 1 내지 비교예 5보다는 정공수송층 재료로 NPB를 사용하고 발광보조층 재료로 본 발명의 화합물을 사용한 본 발명의 실시예의 경우 구동전압, 효율 및 수명 등이 현저히 개선되었다.
비교화합물 A와 비교화합물 B는 아민 그룹이 다이벤조퓨란에 결합되는 위치에 있어서만 차이가 있는데, 비교화합물 A는 아민그룹이 다이벤조퓨란의 1번 위치에 결합되어 있고, 비교화합물 B는 아민그룹이 다이벤조퓨란의 4번 위치에 결합되어 있다. 이들 화합물을 발광보조층 재료로 사용한 비교예 2와 비교예 3의 소자 특성을 살펴보면, 비교예 3의 소자특성이 더 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 비교화합물 B와 비교화합물 C를 비교해보면, 페닐에 양쪽 아민이 결합된 위치만이 상이한데, 비교화합물 B는 양쪽 아민그룹이 리니어하게 위치(즉, 페닐의 파라위치에 아민그룹이 결합됨)하는 반면, 비교화합물 C는 양쪽 아민그룹이 넌리니어하게 위치(즉, 페닐의 메타위치에 아민그룹이 결합됨)한다는 점에서 차이가 있다. 이들 화합물을 발광보조층 재료로 사용한 비교예 3과 비교예 4의 소자 특성을 살펴보면, 비교화합물 C를 사용한 비교예 4의 소자 특성이 현저히 개선된 것을 알 수 있다.
또한, 비교화합물 C와 비교화합물 D를 비교해보면, 비교화합물 C는 다이벤조퓨란이 결합된 아민그룹의 질소에 페닐이 결합된 반면 비교화합물 D는 다이메틸플루오렌이 결하되어 있다. 이들 화합물을 발광보조층 재료로 사용한 비교예 4와 비교예 5의 소자특성을 살펴보면, 비교예 5의 소자 특성이 약간 개선된 것을 알 수 있다.
따라서, 비교예 2 내지 비교예 5의 소자 특성 결과로부터, 두 개의 아민 그룹이 페닐을 링커로 결합될 경우, 링커인 페닐에 메타 위치로 결합되고, 양쪽 아민의 질소에 동일한 치환기인 플루오렌이 각각 결합되어 있는 화합물을 발광보조층 재료로 사용할 경우 유기전기발광소자의 특성을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
이러한 결과로부터, 유사한 구조를 갖는 화합물도 치환기의 치환위치 및 치환기의 종류 등에 따라 소자의 특성이 달라질 수 있다는 것을 알 수 있는데, 이는 화합물이 달라질 경우 이들 물성에 차이가 발생하고, 이러한 차이로 인해 소자 제조과정에서 화합물 증착시 화합물의 물성이 소자 성능 향상의 주요인자(예: 에너지 밸런스)로 작용하기 때문인 것으로 보인다.
한편, 본 발명의 화학식 1에 따른 화합물은 연결기인 페닐에 2개의 아민그룹이 메타 위치로 결합되고, 그 중 한쪽 아민그룹의 질소에는 4-다이벤조퓨란과 플루오렌이 결합되어 있고, 다른쪽 아민그룹의 질소에는 플루오렌과 다이벤조싸이오펜 또는 플루오렌과 다이벤조퓨란이 결합되어 있다.
본 발명의 화합물과 비교화합물 D를 비교해보면, 비교화합물 D는 아민그룹 중 하나의 아민 그룹 질소에 페닐이 결합된 반면, 본 발명은 다이벤조싸이오펜 또는 다이벤조퓨란이 결합되어 있다는 점에서 차이가 있다.
상기 표 4에서 확인할 수 있는 것과 같이, 비교화합물 D를 발광보조층 재료로 사용한 경우보다 본 발명의 화합물을 발광보조층 재료로 사용할 경우 소자의 특성이 현저히 개선되는데, 이는 다이벤조싸이오펜 또는 다이벤조퓨란 치환되면서 일반 아릴이 치환되어 있는 화합물과는 물성(예를 들면 LUMO, HOMO, band gab, T1, 굴절율 등)이 달라지게 되고 이러한 물성 차이가 소자를 제조하기 위해 화합물 증착시 소자의 성능향상에 대한 주요 인자로 작용하기 때문인 것으로 보인다.
따라서, 유사한 구조의 화합물일지라도 치환기의 종류 및 위치 등의 경미한 차이가 물성 차이에 결정적 역할을 한다면, 통상의 기술자가 쉽게 도출하기 곤란한 소자 특성 결과가 도출될 수 있다는 것을 알 수 있으며, 비교예 6과 본 발명의 실시예를 비교해볼 경우 동일한 화합물을 사용하더라도 어느 레이어에 어떤 물질을 사용하는지, 즉 각 레이어에 사용되는 물질의 조합에 따라 완전히 상이한 소자 특성 결과가 도출될 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명에 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 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내의 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 유기전기발광소자 110: 기판
120: 제 1전극 130: 정공주입층
140: 정공수송층 141: 버퍼층
150: 발광층 151: 발광보조층
160: 전자수송층 170: 전자주입층
180: 제 2전극

Claims (8)

  1. 제 1전극, 제 2 전극, 및 상기 제 1전극과 상기 제 2전극 사이에 형성된 유기물층을 포함하는 유기전기소자에 있어서,
    상기 유기물층은, 상기 제 1전극과 발광층 사이에 형성되는 발광보조층을 포함하며, 상기 발광보조층은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자:
    <화학식 1>
    Figure pat00046

    상기 화학식 1에서,
    X는 O 또는 S이고,
    Ra1, Rb1, Ra2 및 Rb2는 서로 독립적으로 C1~C50의 알킬기; C6~C60의 아릴기; 플루오렌일기; 및 O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 Ra1과 Rb1가 서로 결합하거나 Ra2와 Rb2가 서로 결합하여 C6~C60의 방향족탄화수소; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리; 또는 C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기;를 형성하며,
    R1 내지 R9는 서로 독립적으로 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(R')(R");으로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 이웃한 기끼리 서로 결합하여 C6~C60의 방향족탄화수소; 플루오렌일기; O, N, S, Si 및 P 중 적어도 하나의 헤테로원자를 포함하는 C2~C60의 헤테로고리기; C3~C60의 지방족고리; 또는 C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기;를 형성하며,
    a, d, e, g 및 h는 각각 0~4의 정수이고, b, c, f 및 i는 각각 0~3의 정수이며,
    상기 L'은 단일결합; C6~C60의 아릴렌기; 플루오렌일렌기; C3~C60의 지방족고리와 C6~C60의 방향족고리의 융합고리기; 및 C2~C60의 헤테로고리기;로 이루어진 군에서 선택되며,
    상기 R' 및 R"은 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 선택되며,
    상기 Ra1, Rb1, Ra2, Rb2, R1 내지 R9, L', R', R", Ra1와 Rb1 또는 Ra2와 Rb2가 서로 결합하여 형성한 고리, 및 R1 내지 R9 중 이웃한 기끼리 서로 결합하여 형성한 고리는 각각 중수소; 할로겐; C1-C20의 알킬기 또는 C6-C20의 아릴기로 치환 또는 비치환된 실란기; 실록산기; 붕소기; 게르마늄기; 시아노기; 니트로기; 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 아릴알켄일기;로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환기로 더 치환될 수 있다.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 화학식 4 중 하나로 표시되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자:
    <화학식 2> <화학식 3> <화학식 4>
    Figure pat00047

    상기 화학식 2 내지 화학식 4에서, X, R1 내지 R9, a, b, c, d, e, f, g, h, 및 i는 제1항에서 정의된 것과 같다.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중 하나인 것을 특징으로 하는 유기전기소자:
    Figure pat00048

    Figure pat00049

    Figure pat00050

    Figure pat00051

    Figure pat00052
    .
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 발광보조층에 1종 단독 화합물 또는 2종 이상의 혼합물 형태로 포함되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 화합물은 상기 발광보조층의 그린발광보조층의 재료로 사용되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 유기물층은 스핀코팅 공정, 노즐 프린팅 공정, 잉크젯 프린팅 공정, 슬롯코팅 공정, 딥코팅 공정 또는 롤투롤 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 유기전기소자.
  7. 제 1항의 유기전기소자를 포함하는 디스플레이장치; 및
    상기 디스플레이장치를 구동하는 제어부;를 포함하는 전자장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 유기전기소자는 유기전기발광소자, 유기태양전지, 유기감광체, 유기트랜지스터, 단색 조명용 소자 및 퀀텀닷 디스플레이용 소자로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전자장치.
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