KR20190081970A - 유기 화합물, 조성물, 유기 광전자 소자 및 표시 장치 - Google Patents

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

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Abstract

하기 화학식 1과 2의 조합으로 표현되는 유기 화합물, 이를 포함하는 조성물, 유기 광전자 소자 및 표시 장치에 관한 것이다.
[화학식 1] [화학식 2]
Figure pat00353

상기 화학식 1 또는 2에서, Ar1, L1 및 R1 내지 R4는 명세서에 정의한 바와 같다.

Description

유기 화합물, 조성물, 유기 광전자 소자 및 표시 장치{ORGANIC COMPOUND AND COMPOSITION AND ORGANIC OPTOELECTRONIC DEVICE AND DISPLAY DEVICE}
유기 화합물, 조성물, 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 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. 유기 발광 소자는 전기 에너지를 빛으로 전환시키는 소자로서, 유기 발광 소자의 성능은 전극 사이에 위치하는 유기 재료에 의해 많은 영향을 받는다.
일 구현예는 고효율 및 장수명 유기 광전자 소자를 구현할 수 있는 유기 화합물을 제공한다.
다른 구현예는 고효율 및 장수명 유기 광전자 소자를 구현할 수 있는 조성물을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 유기 화합물 또는 조성물을 포함하는 유기 광전자 소자를 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 유기 광전자 소자를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1과 2의 조합으로 표현되는 유기 화합물을 제공한다.
[화학식 1] [화학식 2]
Figure pat00001
상기 화학식 1 또는 2에서,
Ar1은 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기이고,
L1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 2가의 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기이고,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고,
R1과 R2는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
R3과 R4는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
화학식 2의 인접한 두 개의 *는 화학식 1의 두 개의 *와 결합하고,
화학식 2의 나머지 두 개의 *는 CH이다.
다른 구현예에 따르면, 상기 유기 화합물(제1 유기 화합물) 및 하기 화학식 5로 표현되는 카바졸 모이어티를 포함하는 제2 유기 화합물을 포함하는 조성물을 제공한다.
[화학식 5]
Figure pat00002
상기 화학식 5에서,
Y1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 2가의 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이고,
A1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이고,
R20 내지 R25는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이고,
R22 내지 R25는 각각 독립적으로 존재하거나 R22 내지 R25 중 인접한 기끼리 연결되어 고리를 형성한다.
또 다른 구현예에 따르면, 서로 마주하는 애노드와 캐소드, 그리고 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 위치하는 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 상기 유기 화합물 또는 상기 조성물을 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 각각 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 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 헤테로아릴기로 치환된 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 예에서, "치환"은 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, C1 내지 C20 알킬기, C6 내지 C30 아릴기, 또는 C2 내지 C30 헤테로아릴기로 치환된 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 예에서, "치환"은 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, C1 내지 C5 알킬기, C6 내지 C18 아릴기, 피리디닐기, 퀴놀리닐기, 이소퀴놀리닐기, 디벤조퓨란일기, 디벤조티오펜일기 또는 카바졸일기로 치환된 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 예에서, "치환"은 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, C1 내지 C5 알킬기, C6 내지 C18 아릴기, 디벤조퓨란일기 또는 디벤조티오펜일기로 치환된 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 예에서, "치환"은 치환기 또는 화합물 중의 적어도 하나의 수소가 중수소, 메틸기, 에틸기, 프로판일기, 부틸기, 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 트리페닐기, 디벤조퓨란일기 또는 디벤조티오펜일기로 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 "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 고리, 예컨대 플루오레닐기 등을 포함할 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 화합물을 설명한다.
일 구현예에 따른 유기 화합물은 하기 화학식 1과 2의 조합으로 표현된다.
[화학식 1] [화학식 2]
Figure pat00003
상기 화학식 1 또는 2에서,
Ar1은 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기이고,
L1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 2가의 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기이고,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고,
R1과 R2는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
R3과 R4는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
화학식 2의 인접한 두 개의 *는 화학식 1의 두 개의 *와 결합하고,
화학식 2의 나머지 두 개의 *는 CH이다.
상기 유기 화합물은 벤조퀴놀린 코어를 가짐으로써 빠른 전자 수송 특성을 나타내는 동시에 넓은 평면 구조로 인해 증착시 양호한 모폴로지의 박막을 제공할 수 있다. 또한, 상기 유기 화합물은 벤조퀴놀린 코어의 특정 위치에 헤테로고리 치환기를 가짐으로써 벤조퀴놀린 코어의 반응성 높은 방향을 블록킹함과 동시에 LUMO 전자 구름의 퍼짐 효과를 높일 수 있는 방향으로 전자 이동성을 높여 화합물의 안정성을 높이는 동시에 더욱 빠른 전자 수송 특성을 나타낼 수 있다. 그에 따라 유기 화합물을 소자에 적용하는 경우 낮은 구동 전압 및 높은 효율의 소자를 구현할 수 있다.
또한, 화학식 1로 표현되는 유기 화합물은 비교적 높은 유리전이온도를 가짐으로써 유기 화합물을 소자에 적용하는 경우 공정 또는 구동 중 유기 화합물의 열화를 줄이거나 방지하여 열적 안정성을 높이고 소자의 수명을 개선할 수 있다. 일 예로, 유기 화합물은 약 95 내지 130℃의 유리전이온도를 가질 수 있다.
일 예로, Ar1은 전자 특성을 가지는 헤테로고리기일 수 있으며, 예컨대 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 피리다지닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 프탈라지닐기, 치환 또는 비치환된 나프피리디닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기, 치환 또는 비치환된 페나지닐기, 치환 또는 비치환된 이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 테트라졸릴기, 치환 또는 비치환된 카바졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사다이아졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 싸이아트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아졸릴기 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 예로, Ar1은 피리디닐기; 아릴기 및/또는 헤테로아릴기로 치환된 피리디닐기; 피리미디닐기; 아릴기 및/또는 헤테로아릴기로 치환된 피리미디닐기; 트리아지닐기; 아릴기 및/또는 헤테로아릴기로 치환된 트리아지닐기; 퀴놀리닐기; 아릴기 및/또는 헤테로아릴기로 치환된 퀴놀리닐기; 이소퀴놀리닐기; 아릴기 및/또는 헤테로아릴기로 치환된 이소퀴놀리닐기; 퀴나졸리닐기; 아릴기 및/또는 헤테로아릴기로 치환된 퀴나졸리닐기; 퀴녹살리닐기; 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환된 퀴녹살리닐기; 벤조트리아지닐기; 아릴기 및/또는 헤테로아릴기로 치환된 벤조트리아지닐기일 수 있다. 여기서 아릴기는 예컨대 C6 내지 C30 아릴기일 수 있고 예컨대 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 안트라세닐기, 트리페닐레닐기 또는 이들의 조합일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서 헤테로아릴기는 피리디닐기, 피리미디닐기, 트리아지닐기, 디벤조퓨란일기, 디벤조티오펜일기, 카바졸릴기 또는 이들의 조합일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, Ar1은 하기 그룹 A에 나열된 기 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[그룹 A]
Figure pat00004
일 예로, L1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 2가의 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기일 수 있고, 예컨대 단일 결합, 치환 또는 비치환된 m-페닐렌기, 치환 또는 비치환된 p-페닐렌기, 치환 또는 비치환된 m-바이페닐렌기 또는 치환 또는 비치환된 p-바이페닐렌기일 수 있다. 일 예로, L1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 p-페닐렌기 또는 치환 또는 비치환된 p-바이페닐렌기일 수 있다.
일 예로, R1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기일 수 있으며, 예컨대 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 피리다지닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 프탈라지닐기, 치환 또는 비치환된 나프피리디닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기, 치환 또는 비치환된 페나지닐기, 치환 또는 비치환된 이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 테트라졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사다이아졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 싸이아트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 또는 이들의 조합일 수 있다. 일 예로, R2 내지 R4는 각각 수소일 수 있다.
일 예로, R3 또는 R4는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기일 수 있으며, 예컨대 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 피리다지닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 프탈라지닐기, 치환 또는 비치환된 나프피리디닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기, 치환 또는 비치환된 페나지닐기, 치환 또는 비치환된 이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 테트라졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사다이아졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 싸이아트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 또는 이들의 조합일 수 있다. 일 예로, R1, R2 및 R4는 각각 수소일 수 있다.
유기 화합물은 화학식 1과 2의 결합 위치에 따라서 예컨대 하기 화학식 3 또는 4로 표현될 수 있다.
[화학식 3] [화학식 4]
Figure pat00005
Figure pat00006
상기 화학식 3 또는 4에서, Ar1, L1 및 R1 내지 R4는 전술한 바와 같다.
일 예로, 유기 화합물은 하기 화학식 3-I로 표현될 수 있다.
[화학식 3-I]
Figure pat00007
상기 화학식 3-I에서, Ar1, L1 및 R2 내지 R4는 전술한 바와 같고,
R1은 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 피리다지닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 프탈라지닐기, 치환 또는 비치환된 나프피리디닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기, 치환 또는 비치환된 페나지닐기, 치환 또는 비치환된 이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 테트라졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사다이아졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 싸이아트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 예로, 유기 화합물은 하기 화학식 4-I로 표현될 수 있다.
[화학식 4-I]
Figure pat00008
상기 화학식 4-I 에서, Ar1, L1, R1, R2 및 R4는 전술한 바와 같고,
R3는 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 피리다지닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 프탈라지닐기, 치환 또는 비치환된 나프피리디닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기, 치환 또는 비치환된 페나지닐기, 치환 또는 비치환된 이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 테트라졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사다이아졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 싸이아트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 또는 이들의 조합일 수 있다.
유기 화합물은 예컨대 하기 그룹 1에 나열된 화합물에서 선택된 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[그룹 1]
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
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Figure pat00064
Figure pat00065
Figure pat00066
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Figure pat00113
Figure pat00114
전술한 유기 화합물은 단독으로 또는 다른 유기 화합물과 함께 유기 광전자 소자에 적용될 수 있다. 전술한 유기 화합물이 다른 유기 화합물과 함께 사용되는 경우, 조성물의 형태로 적용될 수 있다.
이하 일 구현예에 따른 조성물을 설명한다.
일 구현예에 따른 조성물은 전술한 유기 화합물(이하 "제1 유기 화합물"이라 한다)와 정공 특성을 가지는 유기 화합물(이하 "제2 유기 화합물"이라 한다)을 포함할 수 있다.
제2 유기 화합물은 예컨대 카바졸 모이어티를 포함할 수 있고 예컨대 치환 또는 비치환된 카바졸 화합물, 치환 또는 비치환된 비스카바졸 화합물 또는 치환 또는 비치환된 인돌로카바졸 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제2 유기 화합물은 예컨대 하기 화학식 5로 표현되는 카바졸 모이어티를 포함할 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00115
상기 화학식 5에서,
Y1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 2가의 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이고,
A1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이고,
R20 내지 R25는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이고,
R22 내지 R25는 각각 독립적으로 존재하거나 R22 내지 R25 중 인접한 기끼리 연결되어 고리를 형성한다.
일 예로 화학식 5의 정의에서, 치환은 적어도 하나의 수소가 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C6 내지 C12 아릴기 또는 C2 내지 C10 헤테로아릴기로 치환된 것일 수 있고, 예컨대 적어도 하나의 수소가 중수소, 페닐기, ortho-바이페닐기, meta-바이페닐기, para-바이페닐기, 터페닐기, 나프틸기, 디벤조퓨란일기 또는 디벤조티오펜일기로 치환된 것일 수 있다.
일 예로, 제2 유기 화합물은 하기 화학식 5A로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 5A]
Figure pat00116
상기 화학식 5A에서,
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 2가의 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합일 수 있고,
A1 및 A2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합일 수 있고,
R20 내지 R22 및 R26 내지 R28은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합일 수 있고,
m은 0 내지 2의 정수일 수 있다.
일 예로, 화학식 5A의 Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 페닐렌기 또는 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기일 수 있고, 예컨대 단일 결합, meta-페닐렌기, para-페닐렌기, meta-바이페닐렌기 또는 para-바이페닐렌기일 수 있다.
일 예로, 화학식 5A의 A1 및 A2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 또는 치환 또는 비치환된 트리페닐렌기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기 또는 이들의 조합일 수 있다. 예컨대 화학식 5A의 A1 및 A2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기 또는 치환 또는 비치환된 카바졸일기일 수 있다.
일 예로, 화학식 5A의 R20 내지 R22 및 R26 내지 R28은 수소, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기일 수 있고, 예컨대 모두 수소일 수 있다.
일 예로, 화학식 5A의 m은 0 또는 1일 수 있고, 예컨대 m은 0일 수 있다.
일 예로, 화학식 5A에서 두 개의 카바졸기의 결합 위치는 2,3-결합, 3,3-결합 또는 2,2-결합일 수 있으며, 예컨대 3,3-결합일 수 있다.
일 예로, 화학식 5A로 표현되는 화합물은 하기 화학식 5A-1로 표현될 수 있다.
[화학식 5A-1]
Figure pat00117
상기 화학식 5A-1에서, Y1, Y2, A1, A2, R20 내지 R22 및 R26 내지 R28은 전술한 바와 같다.
일 예로, 화학식 5A로 표현되는 화합물은 하기 그룹 2에 나열된 카바졸 코어 중 하나와 하기 그룹 3에 나열된 치환기(*-Y1-A1 및 *-Y2-A2)를 조합한 화합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[그룹 2]
Figure pat00118
[그룹 3]
Figure pat00119
그룹 2 및 3에서, *는 연결 지점이다.
일 예로, 화학식 5A로 표현되는 화합물은 예컨대 하기 그룹 4에 나열된 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[그룹 4]
[E-1] [E-2] [E-3] [E-4] [E-5]
Figure pat00120
[E-6] [E-7] [E-8] [E-9] [E-10]
Figure pat00121
[E-11] [E-12] [E-13] [E-14] [E-15]
Figure pat00122
[E-16] [E-17] [E-18] [E-19] [E-20]
Figure pat00123
[E-21] [E-22] [E-23] [E-24] [E-25]
Figure pat00124
[E-26] [E-27] [E-28] [E-29] [E-30]
Figure pat00125
[E-31] [E-32] [E-33] [E-34] [E-35]
Figure pat00126
[E-36] [E-37] [E-38] [E-39] [E-40]
Figure pat00127
[E-41] [E-42] [E-43] [E-44] [E-45]
Figure pat00128
[E-46] [E-47] [E-48] [E-49] [E-50]
Figure pat00129
[E-51] [E-52] [E-53] [E-54] [E-55]
Figure pat00130
[E-56] [E-57] [E-58] [E-59] [E-60]
Figure pat00131
[E-61] [E-62] [E-63] [E-64] [E-65]
Figure pat00132
[E-66] [E-67] [E-68] [E-69] [E-70]
Figure pat00133
[E-71] [E-72] [E-73] [E-74] [E-75]
Figure pat00134
[E-76] [E-77] [E-78] [E-79] [E-80]
Figure pat00135
[E-81] [E-82] [E-83] [E-84] [E-85]
Figure pat00136
[E-86] [E-87] [E-88] [E-89] [E-90]
Figure pat00137
[E-91] [E-92] [E-93] [E-94] [E-95]
Figure pat00138
[E-96] [E-97] [E-98] [E-99] [E-100]
Figure pat00139
[E-101] [E-102] [E-103] [E-104] [E-105]
Figure pat00140
[E-106] [E-107] [E-108] [E-109] [E-110]
Figure pat00141
[E-111] [E-112] [E-113] [E-114] [E-115]
Figure pat00142
[E-116] [E-117] [E-118] [E-119] [E-120]
Figure pat00143
[E-121] [E-122] [E-123] [E-124] [E-125]
Figure pat00144
[E-126] [E-127] [E-128] [E-129] [E-130]
Figure pat00145
[E-131] [E-132] [E-133] [E-134] [E-135]
Figure pat00146
[E-136] [E-137] [E-138]
Figure pat00147
일 예로, 제2 유기 화합물은 하기 화학식 5B-1과 5B-2의 조합으로 표현되는 인돌로카바졸 화합물일 수 있다.
[화학식 5B-1] [화학식 5B-2]
Figure pat00148
Y1 및 Y3은 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 2가의 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합일수 있고,
A1 및 A3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합일 수 있고,
R20 내지 R22, R29 및 R30은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합일 수 있고,
화학식 5B-1의 인접한 두 개의 *는 화학식 5B-2의 두 개의 *와 결합할 수 있고,
화학식 5B-1의 나머지 두 개의 *는 CRb 일 수 있고, 여기서 Rb는 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 예로, 화학식 5B-1 및 5B-2의 Y1 및 Y3는 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 페닐렌기 또는 치환 또는 비치환된 바이페닐렌기일 수 있다.
일 예로, 화학식 5B-1 및 5B-2의 A1 및 A3는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 또는 치환 또는 비치환된 트리페닐렌기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기 또는 이들의 조합일 수 있다.
일 예로, 화학식 5B-1 및 5B-2의 조합으로 표현되는 인돌로카바졸 화합물은 하기 화학식 5B-c로 표현될 수 있다.
[화학식 5B-c]
Figure pat00149
상기 화학식 5B-c에서, Y1, Y3, A1, A3, R20 내지 R22, R29 및 R30은 전술한 바와 같다.
일 예로, 화학식 5B-1과 5B-2의 조합으로 표현되는 화합물은 예컨대 하기 그룹 5에 나열된 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[그룹 5]
[F-1] [F-2] [F-3] [F-4] [F-5]
Figure pat00150
[F-6] [F-7] [F-8] [F-9] [F-10]
Figure pat00151
[F-11] [F-12] [F-13] [F-14] [F-15]
Figure pat00152
[F-16] [F-17] [F-18] [F-19] [F-20]
Figure pat00153
[F-21] [F-22] [F-23] [F-24] [F-25]
Figure pat00154
[F-26] [F-27] [F-28] [F-29] [F-30]
Figure pat00155
[F-31] [F-32] [F-33] [F-34] [F-35]
Figure pat00156
[F-36] [F-37] [F-38] [F-39] [F-40]
Figure pat00157
[F-41] [F-42] [F-43] [F-44] [F-45]
Figure pat00158
[F-46] [F-47] [F-48] [F-49] [F-50]
Figure pat00159
[F-51] [F-52] [F-53] [F-54] [F-55]
Figure pat00160
[F-56] [F-57] [F-58] [F-59] [F-60]
Figure pat00161
[F-61] [F-62] [F-63] [F-64] [F-65]
Figure pat00162
[F-66] [F-67] [F-68] [F-69] [F-70]
Figure pat00163
[F-71] [F-72] [F-73] [F-74] [F-75]
Figure pat00164
[F-76] [F-77] [F-78] [F-79] [F-80]
Figure pat00165
[F-81] [F-82] [F-83] [F-84] [F-85]
Figure pat00166
[F-86] [F-87] [F-88] [F-89] [F-90]
Figure pat00167
[F-91] [F-92] [F-93] [F-94] [F-95]
Figure pat00168
[F-96] [F-97] [F-98]
Figure pat00169
[HA-1] [HA-2] [HA-3] [HA-4]
Figure pat00170
[HA-5] [HA-6] [HA-7] [HA-8]
Figure pat00171
[HA-9] [HA-10] [HA-11] [HA-12]
Figure pat00172
[HA-13] [HA-14] [HA-15] [HA-16]
Figure pat00173
[HA-17] [HA-18] [HA-19] [HA-20]
Figure pat00174
[HA-21] [HA-22] [HA-23] [HA-24]
Figure pat00175
[HB-1][HB-2][HB-3][HB-4]
Figure pat00176
[HB-5][HB-6][HB-7][HB-8]
Figure pat00177
[HB-9][HB-10][HB-11][HB-12]
Figure pat00178
[HB-13][HB-14][HB-15][HB-16]
Figure pat00179
[HB-17][HB-18][HB-19][HB-20]
Figure pat00180
[HB-21][HB-22][HB-23][HB-24]
Figure pat00181
[HB-25][HB-26][HB-27][HB-28]
Figure pat00182
[HB-29][HB-30][HB-31][HB-32]
Figure pat00183
[HB-33][HB-34][HB-35][HB-36]
Figure pat00184
[HB-37][HB-38][HB-39][HB-40]
Figure pat00185
[HC-1][HC-2][HC-3][HC-4]
Figure pat00186
[HC-5][HC-6][HC-7][HC-8]
Figure pat00187
[HC-9][HC-10][HC-11][HC-12]
Figure pat00188
[HC-13][HC-14][HC-15][HC-16]
Figure pat00189
[HC-17][HC-18][HC-19][HC-20]
Figure pat00190
[HC-21][HC-22][HC-23][HC-24]
Figure pat00191
[HC-25][HC-26][HC-27][HC-28]
Figure pat00192
[HC-29][HC-30][HC-31][HC-32]
Figure pat00193
[HC-33][HC-34][HC-35][HC-36]
Figure pat00194
[HC-37][HC-38][HC-39][HC-40]
Figure pat00195
[HD-1] [HD-2] [HD-3] [HD-4]
Figure pat00196
[HD-5] [HD-6] [HD-7] [HD-8]
Figure pat00197
[HD-9] [HD-10] [HD-11] [HD-12]
Figure pat00198
[HD-13] [HD-14] [HD-15] [HD-16]
Figure pat00199
[HD-17] [HD-18] [HD-19] [HD-20]
Figure pat00200
[HD-21] [HD-22] [HD-23] [HD-24] [HD-25]
Figure pat00201
[HE-1][HE-2][HE-3][HE-4]
Figure pat00202
[HE-5][HE-6][HE-7][HE-8]
Figure pat00203
[HE-9][HE-10][HE-11][HE-12]
Figure pat00204
[HE-13][HE-14][HE-15][HE-16]
Figure pat00205
[HE-17][HE-18][HE-19][HE-20]
Figure pat00206
[HE-21][HE-22][HE-23][HE-24]
Figure pat00207
[HE-25][HE-26][HE-27][HE-28]
Figure pat00208
[HE-29][HE-30][HE-31][HE-32]
Figure pat00209
[HE-33][HE-34][HE-35][HE-36]
Figure pat00210
[HE-37][HE-38][HE-39][HE-40]
Figure pat00211
[HF-1][HF-2][HF-3][HF-4]
Figure pat00212
[HF-5][HF-6][HF-7][HF-8]
Figure pat00213
[HF-9][HF-10][HF-11][HF-12]
Figure pat00214
[HF-13][HF-14][HF-15][HF-16]
Figure pat00215
[HF-17][HF-18][HF-19][HF-20]
Figure pat00216
[HF-21][HF-22][HF-23][HF-24]
Figure pat00217
[HF-25][HF-26][HF-27][HF-28]
Figure pat00218
[HF-29][HF-30][HF-31][HF-32]
Figure pat00219
[HF-33][HF-34][HF-35][HF-36]
Figure pat00220
제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물은 다양한 조합에 의해 다양한 조성물을 포함할 수 있다. 조성물은 제1 유기 화합물과 제2 화합물을 약 1:99 내지 99:1의 중량비로 포함할 수 있으며, 예컨대 약 10:90 내지 90:10, 약 20:80 내지 80:20, 약 30:70 내지 70:30, 약 40:60 내지 60:40 또는 약 50:50의 중량비로 포함할 수 있다.
조성물은 제1 유기 화합물과 제2 유기 화합물 외에 1종 이상의 유기 화합물을 더 포함할 수 있다.
조성물은 도펀트를 더 포함할 수 있다. 도펀트는 적색, 녹색 또는 청색 도펀트일 수 있다. 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. 도펀트는 조성물의 총 함량에 대하여 약 0.1 내지 20중량%로 포함될 수 있다.
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. 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 화합물 또는 조성물을 적용한 유기 광전자 소자를 설명한다.
유기 광전자 소자는 예컨대 유기 발광 소자, 유기 광전 소자 또는 유기 태양 전지 등일 수 있다. 유기 광전자 소자는 일 예로 유기 발광 소자일 수 있다.
유기 광전자 소자는 서로 마주하는 애노드와 캐소드, 그리고 애노드와 캐소드 사이에 위치하는 유기층을 포함할 수 있고, 유기층은 전술한 유기 화합물 또는 전술한 조성물을 포함할 수 있다.
유기층은 발광층 또는 흡광층과 같은 활성층을 포함할 수 있고, 전술한 유기 화합물 또는 전술한 조성물은 활성층에 포함될 수 있다.
유기층은 애노드와 활성층 사이 및/또는 캐소드와 활성층 사이에 위치하는 보조층을 포함할 수 있고, 전술한 유기 화합물 또는 전술한 조성물은 보조층에 포함될 수 있다.
도 1은 유기 광전자 소자의 일 예인 유기 발광 소자의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 발광 소자(100)는 서로 마주하는 애노드(110)와 캐소드(120), 그리고 애노드(110)와 캐소드(120) 사이에 위치하는 유기층(105)을 포함한다.
애노드(110)는 예컨대 정공 주입이 원활하도록 일 함수가 높은 도전체로 만들어질 수 있으며, 예컨대 금속, 금속 산화물 및/또는 도전성 고분자로 만들어질 수 있다. 애노드(110)는 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: PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 도전성 고분자 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
캐소드(120)는 예컨대 전자 주입이 원활하도록 일 함수가 낮은 도전체로 만들어질 수 있으며, 예컨대 금속, 금속 산화물 및/또는 도전성 고분자로 만들어질 수 있다. 캐소드(120)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 화합물 또는 전술한 조성물을 포함할 수 있다.
유기층(105)은 발광층(130)을 포함할 수 있다.
발광층(130)은 호스트(host)로서 전술한 유기 화합물 또는 전술한 조성물을 포함할 수 있다. 발광층(130)은 호스트로서 또 다른 유기 화합물을 더 포함할 수 있다. 발광층(130)은 도펀트를 더 포함할 수 있고 도펀트는 예컨대 인광 도펀트일 수 있다.
유기층(105)은 애노드(110)와 발광층(130) 사이 및/또는 캐소드(120)와 발광층(130) 사이에 위치하는 보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 보조층은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 차단층, 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 차단층 또는 이들의 조합일 수 있다. 보조층은 전술한 유기 화합물 또는 전술한 조성물을 포함할 수 있다.
도 2는 다른 구현예에 따른 유기 발광 소자의 단면도이다.
도 2를 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 발광 소자(200)는 서로 마주하는 애노드(110)와 캐소드(120), 그리고 애노드(110)와 캐소드(120) 사이에 위치하는 유기층(105)을 포함한다.
유기층(105)은 발광층(230)과 캐소드(120) 사이에 위치하는 전자 보조층(140)을 포함한다. 전자 보조층(140)은 예컨대 전자 주입층, 전자 수송층 및/또는 정공 차단층일 수 있으며, 캐소드(120)와 발광층(230) 사이의 전자의 주입 및 이동을 용이하게 할 수 있다.
일 예로, 전술한 유기 화합물 또는 전술한 조성물은 발광층(230)에 포함될 수 있다. 발광층(230)은 호스트로서 또 다른 유기 화합물을 더 포함할 수 있다. 발광층(230)은 도펀트를 더 포함할 수 있고 도펀트는 예컨대 인광 도펀트일 수 있다.
일 예로, 전술한 유기 화합물은 전자 보조층(140)에 포함될 수 있다. 전자 보조층(140)은 전술한 유기 화합물을 단독으로 포함할 수도 있고 전술한 유기 화합물 중 적어도 두 종류를 혼합하여 포함할 수도 있고 전술한 유기 화합물과 다른 유기 화합물을 혼합하여 포함할 수도 있다.
도 2에서 유기층(105)으로서 추가로 애노드(110)와 발광층(230) 사이에 위치하는 적어도 1층의 정공 보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.
상술한 유기 발광 소자는 유기 발광 표시 장치에 적용될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
(제1 호스트의 제조)
합성예 1: 화합물 28의 합성
[반응식 1]
Figure pat00221
a) 중간체 28-2의 합성
500mL 플라스크에 1-나프틸아민 1당량, 말로닉 에시드 1.5당량을 넣고 포스포릴클로라이드 210mL를 용매로 사용하여 5시간 동안 가열 환류시켰다. 반응액을 냉각시키고, 얼음물에 희석시켜 생성된 고체를 여과하였다. 여과된 고체를 모아 건조 후 실리카겔 컬럼으로 정제하여 생성물 (31g, 54% 수율)을 얻었다.
b) 중간체 28-1의 합성
상기 합성된 중간체 28-2 1당량과, 상기 반응식의 트리페닐트리아진 피나콜라토 보란 1당량, 테트라키스 트리페닐포스핀 팔라듐 0.03 당량, 탄산칼륨 2.5 당량을 테트라하이드로퓨란/증류수 3/1 혼합용액에 0.25M 농도로 18시간 동안 가열 환류하였다. 반응액을 냉각시키고, 메탄올 2배 부피에 희석한다. 생성된 고체를 여과하고, 물로 씻고, 다이클로로벤젠으로 재결정하여 생성물 (21g, 65% 수율)을 얻었다.
c) 화합물 28의 합성
500mL 플라스크에 상기 합성된 중간체 28-1을 1 당량, 다이벤질리딘아세톤 팔라듐(II) 0.1 당량, 트리(t-부틸)포스핀 0.2 당량, 소듐 t-부톡사이드 2.5 당량을 1,4-다이옥산 0.25M 농도에 희석하고 반응액을 15시간 동안 가열 환류시켰다. 반응액을 냉각시키고, 생성된 고체를 여과하고, 물로 씻는다. 고체 생성물을 다이클로로벤젠으로 2회 재결정하여 화합물 28 (15g 77% 수율)을 얻었다.
LC/MS calculated M+=562.22, found [M+1]=563.60
합성예 2: 화합물 41의 합성
[반응식 2]
Figure pat00222
a) 중간체 41-3의 합성
500mL 플라스크에 다이페닐 클로로 트리아진 1 당량, 4-클로로페닐 보로닉 에시드 1.2 당량, 테트리키스 트리페닐포스핀 팔라듐 0.03 당량, 탄산칼륨 2.5 당량을 테트라하이드로퓨란/증류= 3/1 혼합용액에 0.25M 농도로 교반하며 18시간 동안 가열 환류시켰다. 반응액을 냉각시키고, 메탄올 2배수에 희석시켜 석출된 고체를 여과하고 증류수, 메탄올로 씻는다. 고체 혼합물을 모아 톨루엔으로 재결정하여 생성물 (35g 88% 수율)을 얻었다.
b) 중간체 41-2의 합성
500mL 플라스크에 상기 합성된 중간체 41-3을 1 당량, 비스피나콜라토 다이보론 1.2 당량, 디페닐포스피노페로센 다클로로 팔라듐(II) 0.03당량, 초산칼륨 1.5당량을 자일렌 0.25M 농도로 희석시키고 반응액을 17시간 동안 가열 환류시켰다. 반응액을 상온으로 냉각시키고, 실리카겔 패드에서 여과한다. 여액을 농축하고 잔사를 헥산/디클로로메탄 혼합용액으로 재결정하여 생성물 (25g 75% 수율)을 얻었다.
c) 화합물 41의 합성
상기 합성된 중간체 28-1과 중간체 41-2 1을 이용하여 합성예 28의 합성법과 동일한 방법으로 진행하여 화합물 41을 합성하였다.
LC/MS calculated M+=562.22, found [M+1]=563.32
합성예 3: 화합물 234의 합성
[반응식 3]
Figure pat00223
500mL 플라스크에 3-클로로[f]벤조퀴놀린 1 당량, 상기 합성된 중간체 41-2를 1 당량, 테트리키스 트리페닐 포스핀 팔라듐 0.03 당량, 탄산칼륨 2.5 당량을 테트라하이드로퓨란/증류= 3/1 혼합용액에 0.25M 농도로 교반하며 12 시간 동안 가열 환류시켰다. 반응액을 냉각시키고, 메탄올 2 배수에 희석시켜 석출된 고체를 여과하고 증류수, 메탄올로 씻는다. 고체 혼합물을 모아 디클로로벤젠 으로 재결정하여 생성물 (15g 68% 수율)을 얻었다.
LC/MS calculated M+=486.57, found [M+1]=487.68
합성예 4: 화합물 229의 합성
[반응식4]
Figure pat00224
Figure pat00225
a) 중간체 229-2의 합성
250mL 플라스크에 6-클로로-2-나프탈렌아민 1 당량, 3-에톡시아크릴로일 클로라이드 1.2 당량을 다이클로로 메탄 0.25M 농도로 희석시킨다. 반응액을 얼음물 중탕에서 교반하며, 트리에틸 아민 1.5당량을 가하고 3시간 동안 상온 교반한다. 반응액의 유기층을 추출하고 농축한다. 농축된 잔사에 포스포릴 클로라이드 0.1M 농도로 가하고 2시간 동안 가열하였다. 반응액을 냉각시키고, 얼음물 10 배수에 반응액을 넣어 고체화시켜 여과한다. 생성된 고체를 모노클로로벤젠으로 재결정하여 생성물 (25g, 65% 수율)을 얻었다.
b) 화합물 229의 합성
화합물 229는 중간체 41-2의 합성과, 화합물 41의 합성 방법과 동일한 방법으로 진행하여 화합물 229를 얻었다.
LC/MS calculated M+=562.66, found [M+1]=562.87
(제2 호스트의 제조)
합성예 5: 화합물 HC-28의 합성
[반응식 5]
Figure pat00226
a) 중간체 HC-28-1의 합성
500mL 플라스크에 중간체 A (30g, 121.9mmol), 4,4,4',4', 5,5,5',5'-옥타메틸-2,2'-바이(1,3,2-다이옥사보로란) 1당량, 아세트산칼륨 2당량 및 1,1'-비스(다이페닐포스피노) 페로센-팔라듐(Ⅱ)다이클로라이드 0.03 당량, 트리사이클로헥실포스핀 0.2당량을 N,N-다이메틸포름아마이드 300mL에 넣은 후, 130℃에서 12시간 교반하였다. 반응 완료 후, 반응 용액을 물과 EA로 추출하여 수득한 유기층으로부터 황산마그네슘을 사용하여 수분을 제거하고 농축하여, 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 중간체 HC-28-1을 흰색의 고체 (29.66g, 83%의 수율)로 얻었다.
b) 중간체 HC-28-2의 합성
500mL 플라스크에 중간체 HC-28-1 29.66g (0.4 mol), 중간체 B (1-브로모-2-니트로 벤젠) 2당량, 탄산칼륨 2당량, 테트라키스(트리페닐포스핀) 팔라듐 (0) 0.02당량을 1,4-다이옥산 200mL, 물 100mL에 넣어준 후, 질소 기류 하에서 16시간 동안 90℃로 가열하였다. 반응 용매를 제거한 후, 디클로로메탄에 녹여 실리카겔/셀라이트로 여과하고, 유기 용매를 적당량 제거한 후, 메탄올로 재결정하여 중간체 HC-28-2를 고체(16.92g, 58%의 수율)로 얻었다.
c) 중간체 HC-28-3의 합성
500mL 플라스크에 상기 합성한 중간체 HC-28-2 8.7g (30.2 mmol), 중간체 C(2-브로모나프탈렌) 7.5g (36.2 mmol), 소듐 t-부톡사이드 (NaOtBu) 4.3 g (45.3 mmol), Pd(dba)2 1.0 g (1.8 mmol), 트리 t-부틸포스핀 (P(tBu)3) 2.2 g (50% in 톨루엔)를 자일렌 150 mL 에 넣고 질소 기류 하에서 12시간 동안 가열하여 환류하였다. 자일렌을 제거한 후, 이로부터 수득한 혼합물에 메탄올 200 mL를 가하여 결정화된 고형분을 여과한 후, 디클로로메탄에 녹여 실리카겔/셀라이트로 여과하고, 유기 용매를 적당량 제거한 후, 아세톤으로 재결정하여 중간체 HC-28-3(9.83g, 77%의 수율)을 수득하였다.
d) 중간체 HC-28-4의 합성
1000ml 플라스크에 상기 합성한 중간체 HC-28-3 (211.37 g, 0.51 mol) 및 트리에틸 포스파이트 (528ml, 3.08mol)을 넣고 질소치환을 하고 12시간 동안 160℃에서 교반하였다. 반응 종료 후, MeOH 3L를 넣고 교반 후, 필터하고, 여액을 휘발하였다. 컬럼 크로마토그래피로 정제(Hexane) 하여 중간체 HC-28-4 (152.14g, 78%의 수율)를 얻었다.
e) 화합물 HC-28의 합성
[반응식 6]
Figure pat00227
상기 합성한 중간체 HC-28-4 및 중간체 HC-28-B를 사용하여 상기 합성예 c)와 동일한 방법으로 화합물 HC-28을 합성하였다.
합성예 6: 화합물 HC-30의 합성
[반응식 7]
Figure pat00228
합성예 5의 e)와 동일한 방법으로, 중간체 HC-28-B 대신 중간체 HC-30-B를 사용하여 화합물 HC-30을 합성하였다.
합성예 7: 화합물 HC-29의 합성
[반응식 8]
Figure pat00229
합성예 5의 e)와 동일한 방법으로, 중간체 HC-28-B 대신 중간체 HC-29-B를 사용하여 화합물 HC-29를 합성하였다.
합성예 8: 화합물 HC-18의 합성
[반응식 9]
Figure pat00230
a) 중간체 HC-18-1의 합성
합성예 5의 c)와 동일한 방법으로, 2-브로모나프탈렌 대신 4-브로모비페닐 중간체를 이용하여 중간체 HC-18-1을 합성하였다.
b) 중간체 HC-18-2의 합성
합성예 5의 d)와 동일한 방법으로, 중간체 HC-18-2를 합성하였다.
c) 중간체 HC-18-3의 합성
[반응식 10]
Figure pat00231
중간체 HC-18-A, HC-18-B를 이용하여 합성예 5의 b)와 동일한 방법으로 중간체 HC-18-3을 합성하였다.
d) 화합물 HC-18의 합성
[반응식 11]
Figure pat00232
합성예 5의 e)와 동일한 방법으로, 상기 합성한 중간체 HC-18-2 및 HC-18-3을 이용하여 화합물 HC-18을 합성하였다.
(유기 발광 소자의 제작)
실시예 1
ITO (Indium tin oxide)가 1500Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 이소프로필알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 이송시킨 다음 산소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 10분간 세정 한 후 진공 증착기로 기판을 이송하였다. 이렇게 준비된 ITO 투명 전극을 양극으로 사용하여 ITO 기판 상부에 화합물 A을 진공 증착하여 700Å 두께의 정공 주입층을 형성하고 상기 주입층 상부에 화합물 B를 50Å의 두께로 증착한 후, 화합물 C를 700Å의 두께로 증착하여 정공수송층을 형성하였다. 상기 정공수송층 상부에 화합물 C-1을 400Å의 두께로 증착하여 정공수송보조층을 형성하였다. 정공수송보조층 상부에 합성예 1에서 얻은 화합물 28 및 합성예 5에서 얻은 화합물 HC-28을 동시에 호스트로 사용하고 도판트로 [Ir(piq)2acac] 2wt% 로 도핑하여 진공 증착으로 400Å 두께의 발광층을 형성하였다. 여기서 화합물 28과 화합물 HC-28는 3:7 중량비로 사용되었다. 이어서 상기 발광층 상부에 화합물 D와 Liq를 동시에 1:1 비율로 진공 증착하여 300Å 두께의 전자수송층을 형성하고 상기 전자수송층 상부에 Liq 15Å과 Al 1200Å을 순차적으로 진공 증착 하여 음극을 형성함으로써 유기발광소자를 제작하였다.
상기 유기발광소자는 5층의 유기 박막층을 가지는 구조로 되어 있으며, 구체적으로 다음과 같다.
ITO/화합물 A(700Å)/화합물 B(50Å)/화합물 C(700Å)/화합물 C-1(400 Å)/EML[화합물 28 : 화합물 HC-28 : [Ir(piq)2acac] (2wt%)] (400Å) / 화합물 D : Liq(300Å) / Liq(15Å) / Al(1200Å)의 구조로 제작하였다.
화합물 A: N4,N4'-diphenyl-N4,N4'-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)biphenyl-4,4'-diamine
화합물 B: 1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylene-hexacarbonitrile (HAT-CN),
화합물 C: N-(biphenyl-4-yl)-9,9-dimethyl-N-(4-(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluoren-2-amine
화합물 C-1: N,N-di([1,1'-biphenyl]-4-yl)-7,7-dimethyl-7H-fluoreno[4,3-b]benzofuran-10-amine
화합물 D: 8-(4-(4,6-di(naphthalen-2-yl)-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)quinoline
실시예 2
발광층의 호스트로 합성예 2에서 얻은 화합물 41과 합성예 7에서 얻은 화합물 HC-29를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 3
발광층의 호스트로 합성예 3에서 얻은 화합물 234와 합성예 6에서 얻은 화합물 HC-30을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 4
발광층의 호스트로 합성예 4에서 얻은 화합물 229와 합성예 8에서 얻은 화합물 HC-18을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 5
발광층의 호스트로 합성예 1에서 얻은 화합물 28과 합성예 6에서 얻은 화합물 HC-30을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 6
발광층의 호스트로 합성예 2에서 얻은 화합물 41과 합성예 5에서 얻은 화합물 HC-28을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 7
발광층의 호스트로 합성예 3에서 얻은 화합물 234와 합성예 8에서 얻은 화합물 HC-18을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
실시예 8
발광층의 호스트로 합성예 4에서 얻은 화합물 229와 합성예 6에서 얻은 화합물 HC-30을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
비교예 1
발광층의 호스트로 한국공개특허 제2016-0041768호에 개시된 하기 화합물 X와 합성예 5에서 얻은 HC-28을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
[화합물 X]
Figure pat00233
비교예 2
발광층의 호스트로 한국공개특허 제2014-0087996호에 개시된 하기 화합물 Y와 합성예 7에서 얻은 HC-29를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
[화합물 Y]
Figure pat00234
비교예 3
발광층의 호스트로 한국등록특허 제10-1432600호에 개시된 하기 화합물 Z와 합성예 6에서 얻은 HC-30을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
[화합물 Z]
Figure pat00235
참고예
발광층의 호스트로 하기 화합물 P를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기발광소자를 제작하였다.
[화합물 P]
Figure pat00236
평가
실시예 1 내지 8, 참고예 1 및 비교예 1 내지 3에 따른 유기 발광 소자의 수명 특성 및 효율을 하기 방법으로 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
(1) 구동전압 측정
전류-전압계(Keithley 2400)를 이용하여 15 mA/cm2에서 각 소자의 구동전압을 측정하여 결과를 얻었다. 참고예 1의 구동전압을 100%로 하여 상대비율로 표기하였다.
(2) 수명 측정
제조된 유기 발광 소자에 대해 폴라로닉스 수명측정 시스템을 사용하여 실시예 1 내지 8, 참고예 1 및 비교예 1 내지 3의 소자를 초기휘도(cd/m2)를 9000cd/m2로 발광시키고 시간 경과에 따른 휘도의 감소를 측정하여 초기 휘도 대비 97%로 휘도가 감소된 시점을 T97 수명으로 측정하였다. 참고예 1의 수명 및 효율을 100%로 하여 상대비율로 표기하였다.
제1호스트 제2호스트 비율 구동 효율 T97 수명
실시예 1 28 HC-28 3:7 86% 112% 120%
실시예 2 41 HC-29 3:7 85% 107% 115%
실시예 3 234 HC-30 3:7 79% 110% 105%
실시예 4 229 HC-18 3:7 80% 105% 100%
실시예 5 28 HC-30 3:7 79% 110% 100%
실시예 6 41 HC-28 3:7 88% 107% 105%
실시예 7 234 HC-18 3:7 90% 112% 110%
실시예 8 229 HC-30 3:7 78% 107% 120%
참고예 1 P - - 100% 100% 100%
비교예 1 X HC-28 3:7 105% 95% 51%
비교예 2 Y HC-29 3:7 115% 93% 61%
비교예 3 Z HC-30 3:7 107% 87% 35%
표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 8에 따른 유기 발광 소자는 비교예 1 내지 3에 따른 유기 발광 소자와 비교하여 구동전압과 효율 및 수명 특성이 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100, 200: 유기 발광 소자
105: 유기층
110: 애노드
120: 캐소드
130, 230: 발광층
140: 전자 보조층

Claims (18)

  1. 하기 화학식 1과 2의 조합으로 표현되는 유기 화합물:
    [화학식 1] [화학식 2]
    Figure pat00237

    상기 화학식 1 또는 2에서,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기이고,
    L1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 2가의 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기이고,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고,
    R1과 R2는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R3과 R4는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    화학식 2의 인접한 두 개의 *는 화학식 1의 두 개의 *와 결합하고,
    화학식 2의 나머지 두 개의 *는 CH이다.
  2. 제1항에서,
    하기 화학식 3 또는 4로 표현되는 유기 화합물:
    [화학식 3] [화학식 4]
    Figure pat00238
    Figure pat00239

    상기 화학식 3 또는 4에서,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기이고,
    L1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 2가의 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기이고,
    R1 내지 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고,
    R1과 R2는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R3과 R4는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성한다.
  3. 제1항에서,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 피리다지닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 프탈라지닐기, 치환 또는 비치환된 나프피리디닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기, 치환 또는 비치환된 페나지닐기, 치환 또는 비치환된 이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 테트라졸릴기, 치환 또는 비치환된 카바졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사다이아졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 싸이아트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아졸릴기 또는 이들의 조합인 유기 화합물.
  4. 제3항에서,
    Ar1은 피리디닐기; 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환된 피리디닐기; 피리미디닐기; 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환된 피리미디닐기; 트리아지닐기; 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환된 트리아지닐기; 퀴놀리닐기; 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환된 퀴놀리닐기; 이소퀴놀리닐기; 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환된 이소퀴놀리닐기; 퀴나졸리닐기; 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환된 퀴나졸리닐기; 퀴녹살리닐기; 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환된 퀴녹살리닐기; 벤조트리아지닐기; 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환된 벤조트리아지닐기인 유기 화합물.
  5. 제1항에서,
    R1은 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 피리다지닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 프탈라지닐기, 치환 또는 비치환된 나프피리디닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기, 치환 또는 비치환된 페나지닐기, 치환 또는 비치환된 이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 테트라졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사다이아졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 싸이아트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 또는 이들의 조합인 유기 화합물.
  6. 제1항에서,
    R3 또는 R4는 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 피리다지닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 프탈라지닐기, 치환 또는 비치환된 나프피리디닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기, 치환 또는 비치환된 페나지닐기, 치환 또는 비치환된 이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 테트라졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사다이아졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 싸이아트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 또는 이들의 조합인 유기 화합물.
  7. 제1항에서,
    L1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 m-페닐렌기, 치환 또는 비치환된 p-페닐렌기, 치환 또는 비치환된 m-바이페닐렌기 또는 치환 또는 비치환된 p-바이페닐렌기인 유기 화합물.
  8. 제1항에서,
    하기 화학식 3-I로 표현되는 유기 화합물:
    [화학식 3-I]
    Figure pat00240

    상기 화학식 3-I 에서,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기이고,
    L1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 2가의 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기이고,
    R1은 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 피리다지닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 프탈라지닐기, 치환 또는 비치환된 나프피리디닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기, 치환 또는 비치환된 페나지닐기, 치환 또는 비치환된 이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 테트라졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사다이아졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 싸이아트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 또는 이들의 조합이고,
    R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고,
    R3과 R4는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성한다.
  9. 제1항에서,
    하기 화학식 4-I로 표현되는 유기 화합물:
    [화학식 4-I]
    Figure pat00241

    상기 화학식 4-I에서,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기이고,
    L1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 2가의 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기이고,
    R1, R2 및 R4는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 실릴기, 치환 또는 비치환된 아민기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고,
    R1과 R2는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    R3는 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 피리미디닐기, 치환 또는 비치환된 트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 피라지닐기, 치환 또는 비치환된 피리다지닐기, 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아지닐기, 치환 또는 비치환된 프탈라지닐기, 치환 또는 비치환된 나프피리디닐기, 치환 또는 비치환된 퀴녹살리닐기, 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기, 치환 또는 비치환된 아크리디닐기, 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기, 치환 또는 비치환된 페나지닐기, 치환 또는 비치환된 이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 테트라졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사다이아졸릴기, 치환 또는 비치환된 옥사트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 싸이아트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기, 치환 또는 비치환된 벤조트리아졸릴기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 카바졸릴기 또는 이들의 조합인 유기 화합물.
  10. 제1항에서,
    하기 그룹 1에 나열된 화합물에서 선택된 하나인 유기 화합물.
    [그룹 1]
    Figure pat00242

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    Figure pat00347

  11. 제1항에 따른 제1 유기 화합물, 그리고
    하기 화학식 5로 표현되는 카바졸 모이어티를 포함하는 제2 유기 화합물
    을 포함하는 조성물:
    [화학식 5]
    Figure pat00348

    상기 화학식 5에서,
    Y1은 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기 또는 2가의 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이고,
    A1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이고,
    R20 내지 R25는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기이고,
    R22 내지 R25는 각각 독립적으로 존재하거나 R22 내지 R25 중 인접한 기끼리 연결되어 고리를 형성한다.
  12. 제11항에서,
    상기 제2 유기 화합물은 하기 화학식 5A로 표현되거나 하기 화학식 5B-1과 5B-2의 조합으로 표현되는 조성물:
    [화학식 5A] [화학식 5B-1] [화학식 5B-2]
    Figure pat00349
    Figure pat00350

    상기 화학식 5A, 화학식 5B-1 또는 화학식 5B-2에서,
    Y1 내지 Y3은 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 2가의 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    A1 내지 A3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    R20 내지 R22 및 R26 내지 R30은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    m은 0 내지 2의 정수이고,
    상기 화학식 5B-1의 인접한 두 개의 *는 상기 화학식 5B-2의 두 개의 *와 결합하고,
    상기 화학식 5B-1의 나머지 두 개의 *는 CRb이고, Rb는 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이다.
  13. 제12항에서,
    상기 화학식 5A, 화학식 5B-1 및 화학식 5B-2의 A1 내지 A3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 또는 치환 또는 비치환된 트리페닐렌기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기 또는 이들의 조합인 조성물.
  14. 제12항에서,
    상기 제2 유기 화합물은 하기 화학식 5A-1 또는 5B-c로 표현되는 조성물:
    [화학식 5A-1] [화학식 5B-c]
    Figure pat00351
    Figure pat00352

    상기 화학식 5A-1 및 화학식 5B-c에서,
    Y1 내지 Y3은 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 2가의 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
    A1 내지 A3은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 바이페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 또는 치환 또는 비치환된 트리페닐렌기, 치환 또는 비치환된 피리디닐기, 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜일기, 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란일기, 치환 또는 비치환된 카바졸일기, 치환 또는 비치환된 플루오레닐기 또는 이들의 조합이고,
    R20 내지 R22 및 R26 내지 R30은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이다.
  15. 서로 마주하는 애노드와 캐소드, 그리고
    상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 위치하는 유기층
    을 포함하고,
    상기 유기층은 제1항에 따른 유기 화합물 또는 제11항에 따른 조성물을 포함하는 유기 광전자 소자.
  16. 제15항에서,
    상기 유기층은 발광층을 포함하고,
    상기 유기 화합물 또는 상기 조성물은 상기 발광층의 호스트로 포함되는 유기 광전자 소자.
  17. 제15항에서,
    상기 유기층은
    발광층, 그리고
    상기 캐소드와 상기 발광층 사이에 위치하는 전자보조층
    을 포함하고,
    상기 전자보조층은 제1항에 따른 유기 화합물을 포함하는 유기 광전자 소자.
  18. 제15항에 따른 유기 광전자 소자를 포함하는 표시 장치.
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