KR20200067064A - 유기 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

유기 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자 Download PDF

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KR20200067064A
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Abstract

본 발명은 전자 수송능 및 발광능이 우수한 신규 화합물 및 이를 하나 이상의 유기물층에 포함함으로써 발광효율, 구동 전압, 수명 등의 특성이 향상된 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.

Description

유기 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자{ORGANIC COMPOUND AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 신규한 유기 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전자수송 능력이 우수한 화합물 및 이를 하나 이상의 유기물층에 포함함으로써 발광효율, 구동 전압, 수명 등의 특성이 향상된 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
1950년대 Bernanose의 유기 박막 발광 관측을 시점으로 1965년 안트라센 단결정을 이용한 청색 전기발광으로 이어진 유기 전계 발광 (electroluminescent, EL) 소자(이하, 간단히 '유기 EL 소자'로 칭함)에 대한 연구는 1987년 탕(Tang)에 의하여 정공층과 발광층의 기능층으로 나눈 적층구조의 유기 EL 소자가 제시되었다. 이후 고효율, 고수명의 유기 EL 소자를 만들기 위하여, 소자 내 각각의 특징적인 유기물 층을 도입하는 형태로 발전하여 왔으며, 이에 사용되는 특화된 물질의 개발로 이어졌다.
유기 전계 발광 소자는 두 전극 사이에 전압을 걸어 주면 양극에서는 정공이 주입되고, 음극에서는 전자가 유기물층으로 주입된다. 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다. 이때 유기물층으로 사용되는 물질은 그 기능에 따라, 발광 물질, 정공 주입 물질, 정공 수송 물질, 전자 수송 물질, 전자 주입 물질 등으로 분류될 수 있다.
유기 EL 소자의 발광층 형성재료는 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 재료로 구분될 수 있다. 그밖에, 보다 나은 천연색을 구현하기 위한 발광재료로 노란색 및 주황색 발광재료도 사용된다. 또한, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율을 증가시키기 위하여, 발광 재료로서 호스트/도펀트 계를 사용할 수 있다. 도판트 물질은 유기 물질을 사용하는 형광 도판트와 Ir, Pt 등의 중원자(heavy atoms)가 포함된 금속 착체 화합물을 사용하는 인광 도판트로 나눌 수 있다. 이러한 인광 재료의 개발은 이론적으로 형광에 비해 4배까지의 발광 효율을 향상시킬 수 있어 인광 도판트 뿐만 아니라 인광 호스트 재료들에 대해 관심이 집중되고 있다.
현재까지 정공 주입층, 정공 수송층. 정공 차단층, 전자 수송층으로는, 하기 화학식으로 표현된 NPB, BCP, Alq3 등이 널리 알려져 있고, 발광 재료는 안트라센 유도체들이 형광 도판트/호스트 재료로서 보고되고 있다. 특히 발광재료 중 효율 향상 측면에서 큰 장점을 가지고 있는 인광 재료로서는 Firpic, Ir(ppy)3, (acac)Ir(btp)2 등과 같은 Ir을 포함하는 금속 착체 화합물이 청색, 녹색, 적색 도판트 재료로 사용되고 있다. 현재까지는 CBP가 인광 호스트 재료로 우수한 특성을 나타내고 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
그러나 기존의 재료들은 발광 특성 측면에서는 유리한 면이 있으나, 유리전이온도가 낮고 열적 안정성이 매우 좋지 않아 유기 EL 소자에서의 수명 측면에서 만족할만한 수준이 되지 못하고 있다.
본 발명은 전자 주입 및 수송능, 발광능 등이 우수하여 유기 전계 발광 소자의 유기물 층 재료, 구체적으로 발광층 재료, 전자수송층 재료 또는 전자수송 보조층 재료 등으로 사용될 수 있는 신규 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전술한 신규 화합물을 포함하여 구동전압이 낮고, 발광 효율이 높으며, 수명특성이 향상된 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 구체적으로 전자수송층 또는 전자수송 보조층용 화합물을 제공한다.
Figure pat00003
상기 화학식 1에서,
X1 내지 X3은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 CR4 또는 N이고, 다만 X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이고,
L1은 단일결합이거나, 또는 C6~C18의 아릴렌기 및 핵원자수 5 내지 18개의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군에서 선택되며;
A1 및 A2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 하기 화학식 2로 표시되는 치환체이고,
Figure pat00004
상기 화학식 2에서,
*는 화학식 1과 결합이 이루어지는 부분을 의미하고,
복수의 L2은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C6~C18의 아릴렌기 및 핵원자수 5 내지 18개의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군에서 선택되며;
a는 0 내지 3의 정수이고,
R1 내지 R4는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40개의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C3~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 이들은 인접한 기와 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있으며;
다만, A1 및 A2 중 적어도 하나는, X1 내지 X3을 함유하는 환과 상이한 함질소 헤테로아릴기이거나 또는 하나 이상의 전자끌게기(EWG)로 치환된 아릴기이며,
상기 L1~L2의 아릴렌기 및 헤테로아릴렌기와, 상기 R1 내지 R4의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴아민기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 포스핀기, 포스핀옥사이드기, 및 아릴아민기는 각각 독립적으로 수소, 중수소(D), 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있으며, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
또한 본 발명은 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 전자수송층 또는 전자수송 보조층을 제공한다.
아울러, 본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하며, 상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
여기서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층, 발광보조층, 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층, 전자수송층, 및 전자수송 보조층으로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물은 전자 수송능 및 발광능 등이 우수하기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 유기물층 재료로 사용될 수 있다
특히, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물을 인광 호스트, 전자수송층 또는 전자수송 보조층 재료로 사용할 경우 종래의 호스트 재료 또는 전자 수송 재료에 비해 높은 열적 안정성, 낮은 구동전압, 빠른 모빌리티, 높은 전류효율 및 장수명 특성을 갖는 유기 전계 발광 소자를 제조할 수 있고, 나아가 성능 및 수명이 향상된 풀 칼라 디스플레이 패널 등에 효과적으로 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
<신규 유기화합물>
본 발명에 따라 화학식 1로 표시되는 화합물은, 옥산트렌(oxanthrene)계 모핵을 중심으로, 이의 양측에 서로 상이한 적어도 2개의 전자끌게기(electron withdrawing group: EWG)가 직접 또는 링커(예, L1, L2)를 통해 도입되는 기본 골격구조(예, EWG1-옥사트렌-EWG2/EWG3; dual EWG)를 가진다.
이러한 화합물은 전자공여성이 큰 전자주게기(electron donating group, EDG) 특성을 갖는 옥산트렌 모핵과, 이의 양측에 각각 전자흡수성이 큰 전자끌게기(EWG) 특성을 갖는 적어도 2개의 치환체, 바람직하게는 3개의 치환체(예, X1~X3 함유 헤테로환과 A1~A2)가 각각 결합하여 형성된다. 상기와 같이, 본 발명에 따라 화학식 1로 표시되는 화합물은 양극성(bipolar) 화합물이기 때문에, 정공과 전자의 재결합이 높아 정공 주입/수송 능력, 발광 효율, 구동 전압, 수명 특성, 내구성 등을 향상시킬 수 있다. 또한 도입되는 치환체의 종류에 따라 전자 수송 능력 등도 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 화학식 1의 화합물은 유기 전계 발광 소자의 유기물층 재료, 바람직하게는 전자수송층, 전자수송 보조층 재료 및 발광층 재료로 사용될 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 옥산트렌(oxanthrene) 모핵의 일측에 위치하는 하나의 헤테로아릴기(예, X1~X3 함유 헤테로환)는 피리미딘(pyrimidine) 또는 트리아진(triazine)이 도입된다. 이러한 트리아진과 피리미딘은 각각 전자끌게기 (Electron Withdrawing Group, EWG) 특성이 우수한 6원 헤테로환의 일종이므로, 전자를 받는 특성이 강하다. 또한 상기 옥산트렌 모핵의 타측에 위치하는 2개의 치환체(예, A1~A2)는 상기 X1~X3 함유 헤테로환과 서로 상이한 단환 또는 다환의 함질소 헤테로고리(예, 피리딘)가 도입되거나 또는 당 분야의 전자끌게기(EWG)가 적어도 하나 이상 도입된 아릴기가 각각 결합된다. 이러한 함질소 헤테로고리나 아릴기는 전술한 피리미딘 및 트리아진보다 전자흡수성이 낮은 반면, 하나가 아니라 복수 개(2개)가 도입되었기 때문에, 종래 옥산트렌 모핵의 일측에 하나 또는 2개의 EWG가 도입되거나, 또는 양측에 EWG가 하나씩 도입된 재료보다 강한 전자특성을 나타내게 된다. 이에 따라, 상기 화학식 1의 화합물을 전자수송층 또는 전자수송 보조층의 재료로 적용시, 음극으로부터 전자를 잘 수용할 수 있어 발광층으로 전자를 원활히 전달할 수 있으며, 이에 따라 소자의 구동전압을 낮추고 고효율 및 장수명을 유도할 수 있다. 이러한 유기 전계 발광 소자는 결과적으로 풀 칼라 유기 발광 패널의 성능을 극대화시킬 수 있다.
아울러, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 분자 구조의 양(兩) 말단에 위치하는 EWG기(X1~X3 함유 헤테로환과 A1~A2)의 상이성으로 인해 옥산트렌 모핵의 장축을 기준으로 비대칭(asymmetry) 구조를 갖는다. 그리고 옥산트렌 모핵의 타측에 도입된 A1 및 A2 또한 서로 상이한 치환체가 도입될 수 있어 2차 비대칭 구조를 가질 수 있다. 이러한 화학식 1의 화합물은 높은 삼중항 에너지를 가질 뿐만 아니라, 옥산트렌 모핵에 도입되는 다양한 치환체 종류 및 도입 위치 조절을 통해 화합물의 분자량이 유의적으로 증대되어, 향상된 유리전이온도와 높은 열적 안정성을 가질 수 있다. 그리고 유기물층의 결정화 억제에도 효과적이므로, 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자는 내구성 및 수명 특성이 크게 향상될 수 있다.
나아가, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 전자 수송에 매우 유리할 뿐만 아니라 낮은 구동전압, 높은 효율 및 장수명 특성을 보여준다. 이러한 화합물의 우수한 전자수송 능력은 유기 전계 발광 소자에서 높은 효율과 빠른 이동성(mobility)을 가질 수 있고, 치환기의 방향이나 위치에 따라 HOMO 및 LUMO 에너지 레벨을 조절이 용이하다. 그러므로, 이러한 화합물을 사용한 유기 전계 발광 소자에서 높은 전자 수송성을 나타낼 수 있다.
한편 유기 전계 발광 소자의 적색 및 녹색 발광층은 각각 인광 재료를 이용하고 있으며, 현재 이들의 기술 성숙도는 높은 상태이다. 이에 비해, 청색 발광층은 형광 재료와 인광 재료가 있는데, 이중 형광 재료는 성능 향상이 필요한 상태이며, 청색 인광재료는 아직 개발 중이어서 진입 장벽이 높은 상태이다. 즉, 청색 발광층은 개발 가능성이 큰 반면 기술난이도가 상대적으로 높기 때문에, 이를 구비하는 청색 유기발광소자의 성능(예, 구동전압, 효율, 수명 등)을 향상시키는데 한계가 있다. 이에, 본 발명에서는 상기 화학식 1의 화합물을 발광층(EML) 이외에, 전자수송층(ETL) 또는 전자수송 보조층 재료로 적용할 수 있다. 이와 같이, 유기 전계 발광 소자에서 공통층(common layer)으로 사용되는 전자수송층 또는 전자수송 보조층의 재료 변화를 통해 발광층, 구체적으로 청색 발광층의 성능과 이를 구비하는 유기 전계 발광 소자의 성능을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
본 발명에 따라 화학식 1로 표시되는 화합물은, 옥산트렌(Oxanthrene) 모핵을 중심으로 이의 양 말단에 서로 상이한 적어도 2개의 전자끌게기(예, X1~X3 함유 헤테로환과 A1~A2)가 직접 또는 링커기(L1~L2)를 통해 연결되는 기본 골격구조를 갖는다.
상기 화학식 1에서, 옥산트렌 모핵의 일측 페닐기에 결합되는 전자끌게기 (EWG)는 적어도 하나의 질소 원자를 포함하는 단환식 함질소 헤테로아릴기(예, X1~X3 함유 헤테로환)일 수 있다. 구체적으로, X1 내지 X3은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 CR4 또는 N이고, 다만 X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이다. 바람직한 일례를 들면, X1 내지 X3는 2개 또는 3개의 N을 포함한다. 이와 같이 적어도 2개 이상의 질소를 함유하는 헤테로환을 2개 포함함으로써, 우수한 전자흡수 특성을 나타내어 전자 주입 및 수송에 유리하다.
여기서, R4은 수소, 중수소, 할로겐기, 시아노기, 니트로기, 아미노기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 구체적으로, R4은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, C1~C40의 알킬기, C6~C60의 아릴기, 및 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 X1 내지 X3 함유 헤테로환에는 다양한 치환체로서 R1 및 R2가 각각 치환될 수 있다.
이러한 R1 내지 R2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 구체적으로, R1 내지 R2는 각각 독립적으로 C1~C40의 알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C6~C60의 아릴옥시기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기에서 선택되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 C6~C60의 아릴기 및 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기에서 선택될 수 있다.
전술한 X1 내지 X3 함유 헤테로환은 옥산트렌 모핵에 직접 결합되거나 또는 링커(L1)를 통해 결합된다. 이러한 링커(L1)는 당 분야에 알려진 통상적인 2가(divalent) 그룹의 연결기(Linker)일 수 있다. 구체적으로, L1은 단일결합이거나 또는 C6~C18의 아릴렌기 및 핵원자수 5 내지 18의 헤테로아릴렌기로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 상기 아릴렌기와 헤테로아릴렌기의 보다 구체적인 예로는 페닐렌기, 비페닐렌기, 나프틸렌기, 안트라세닐렌기, 인데닐렌기, 피란트레닐렌기, 카르바졸릴렌기, 티오페닐렌기, 인돌일렌기, 푸리닐렌기, 퀴놀리닐렌기, 피롤일렌기, 이미다졸릴렌기, 옥사졸릴렌기, 티아졸릴렌기, 트리아졸릴렌기, 피리디닐렌기, 피리미디닐렌기 등이 있다. 본 발명에서, 상기 L1는 단일결합 또는 페닐렌기인 것이 바람직하다.
상기 화학식 1에서, 옥산트렌 모핵의 타측 페닐기에 결합되는 2개의 치환체(예, A1, A2)는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 당 분야에 공지된 전자끌게기(EWG)가 도입될 수 있다. 일례로, A1 및 A2 중 적어도 하나는 X1 내지 X3을 함유하는 환과 서로 상이한 함질소 헤테로아릴기이거나 또는 하나 이상의 전자끌게기(EWG)로 치환된 아릴기일 수 있다. 바람직하게는, A1 및 A2가 모두 전술한 함질소 헤테로아릴기이거나 아릴기일 수 있다.
보다 구체적으로, A1 및 A2는 각각 하기 화학식 2로 표시되는 치환체일 수 있다. 이때 A1 및 A2는 동일하게 표시되더라도, 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00005
상기 화학식 2에서, *는 화학식 1과 결합이 이루어지는 부분을 의미한다.
복수의 L2은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 당 분야에 알려진 통상적인 2가(divalent) 그룹의 연결기(Linker)일 수 있다. 구체적으로, L2은 단일결합이거나 또는 C6~C18의 아릴렌기 및 핵원자수 5 내지 18의 헤테로아릴렌기로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 이러한 L2의 구체적인 예로는 전술한 L1의 정의부와 동일할 수 있다. a는 0 내지 3의 정수이다.
또한 복수의 R3는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40개의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C3~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 이들은 인접한 기와 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있다. 구체적으로, 복수의 R3는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 하나 이상의 전자끌게기(EWG기)로 치환된 C6~C60의 아릴기이거나, 또는 핵원자수 5 내지 60개의 함질소 헤테로아릴기인 것이 바람직하다. 다만, 상기 함질소 헤테로아릴기에서, 피리미딘과 트리아진은 각각 제외된다.
전술한 화학식 1에서, 상기 L1~L2의 아릴렌기 및 헤테로아릴렌기와, 상기 R1 내지 R4의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴아민기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 포스핀기, 포스핀옥사이드기, 및 아릴아민기는 각각 독립적으로 수소, 중수소(D), 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있으며, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 3 또는 화학식 4 중 어느 하나로 보다 구체화될 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다.
Figure pat00006
Figure pat00007
상기 화학식 3 및 4에서,
X1 내지 X3, A1 내지 A2, L1 및 R1 내지 R2는 각각 화학식 1에서 정의된 바와 같다.
상기 화학식 3 및 화학식 4 중 어느 하나로 표시되는 화합물의 바람직한 일례를 들면, X1 내지 X3은 2 또는 3개의 N을 포함하며, L1은 페닐렌기일 수 있으며, R1 및 R2는 각각 독립적으로 C6~C60의 아릴기 또는 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기일 수 있다.
또한 A1 및 A2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 하나의 질소 원자를 함유하는 단환 또는 다환의 헤테로아릴기 또는 하나 이상의 전자끌게기(EWG)로 치환된 단환 또는 다환의 아릴기일 수 있다. 바람직한 일례를 들면, A1 및 A2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 하기 치환체 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
Figure pat00008
상기 식에서,
*는 화학식 1 또는 화학식 2의 L2와 결합이 이루어지는 부분을 의미하고,
Z는 당 분야에 공지된 전자끌게기(EWG)를 제한 없이 적용할 수 있다. 구체적인 예로는, 할로겐기, -CF3 및 시아노기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 이때 상기 Z가 복수일 경우 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 또한 전술한 구조식에 표시되지 않았으나, 당 분야에 공지된 치환기(예컨대, R1의 정의부와 동일)가 적어도 하나 이상 치환될 수 있다.
이러한 화학식 3 및 4에 도시된 A1 및 A2를 구체화할 경우, 하기 화학식 5 및 6으로 표시될 수 있다.
Figure pat00009
Figure pat00010
상기 화학식 5 및 6에서,
X1 내지 X3, L1 내기 L2, 및 R1 내지 R3는 각각 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
상기 화학식 5 또는 6으로 표시되는 화합물의 바람직한 일례를 들면, 복수의 L2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C6~C18의 아릴렌기 또는 핵원자수 5 내지 18의 헤테로아릴렌기이며, a는 0 내지 3의 정수이며, 복수의 R3는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 하나 이상의 전자끌게기(EWG기)로 치환된 C6~C60의 아릴기이거나, 또는 핵원자수 5 내지 60개의 함질소 헤테로아릴기이되, 다만 피리미딘과 트리아진은 제외된다.
이상에서 설명한 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 예시되는 화합물, 예컨대 A-1 내지 E-24로 표시되는 화합물로 보다 구체화될 수 있다. 그러나 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물이 하기 예시된 것들에 의해 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
본 발명에서 "알킬"은 탄소수 1 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "알케닐(alkenyl)"은 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진탄소수 2 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 비닐(vinyl), 알릴(allyl), 이소프로펜일(isopropenyl), 2-부텐일(2-butenyl) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "알키닐(alkynyl)"은 탄소-탄소 삼중 결합을 1개 이상 가진탄소수 2 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 에티닐(ethynyl), 2-프로파닐(2-propynyl) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "아릴"은 단독 고리 또는 2이상의 고리가 조합된탄소수 6 내지 40의 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 또한, 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된 형태도 포함될 수 있다. 이러한 아릴의 예로는 페닐, 나프틸, 페난트릴, 안트릴 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "헤테로아릴"은 핵원자수 5 내지 40의 모노헤테로사이클릭 또는 폴리헤테로사이클릭 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이때, 고리 중 하나 이상의 탄소, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소가 N, O, S 또는 Se와 같은 헤테로원자로 치환된다. 또한, 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된 형태도 포함될 수 있고, 나아가 아릴기와의 축합된 형태도 포함될 수 있다. 이러한 헤테로아릴의 예로는 피리딜, 피라지닐, 피리미디닐, 피리다지닐, 트리아지닐과 같은 6-원 모노사이클릭 고리, 페녹사티에닐(phenoxathienyl), 인돌리지닐(indolizinyl), 인돌릴(indolyl), 퓨리닐(purinyl), 퀴놀릴(quinolyl), 벤조티아졸(benzothiazole), 카바졸릴(carbazolyl)과 같은 폴리사이클릭 고리 및 2-퓨라닐, N-이미다졸릴, 2-이속사졸릴, 2-피리디닐, 2-피리미디닐 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "아릴옥시"는 RO-로 표시되는 1가의 치환기로, 상기 R은 탄소수 5 내지 40의 아릴을 의미한다. 이러한 아릴옥시의 예로는 페닐옥시, 나프틸옥시, 디페닐옥시 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "알킬옥시"는 R'O-로 표시되는 1가의 치환기로, 상기 R'는 탄소수 1 내지 40의 알킬을 의미하며, 직쇄(linear), 측쇄(branched) 또는 사이클릭(cyclic) 구조를 포함할 수 있다. 알킬옥시의 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 1-프로폭시, t-부톡시, n-부톡시, 펜톡시 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "아릴아민"은 탄소수 6 내지 40의 아릴로 치환된 아민을 의미한다.
본 발명에서 "시클로알킬"은 탄소수 3 내지 40의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이러한 사이클로알킬의 예로는 사이클로프로필, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 노르보닐(norbornyl), 아다만틴(adamantine) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "헤테로시클로알킬"은 핵원자수 3 내지 40의 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미하며, 고리 중 하나 이상의 탄소, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소가 N, O, S 또는 Se와 같은 헤테로 원자로 치환된다. 이러한 헤테로시클로알킬의 예로는 모르폴린, 피페라진 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "알킬실릴"은 탄소수 1 내지 40의 알킬로 치환된 실릴이고, "아릴실릴"은 탄소수 5 내지 40의 아릴로 치환된 실릴을 의미한다.
본 발명에서 "축합고리"는 축합 지방족 고리, 축합 방향족 고리, 축합 헤테로지방족 고리, 축합 헤테로방향족 고리 또는 이들의 조합된 형태를 의미한다.
<전자수송층 재료>
본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 전자수송층을 제공한다.
상기 전자수송층(ETL)은 음극에서 주입되는 전자를 인접하는 층, 구체적으로 발광층으로 이동시키는 역할을 한다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 전자수송층(ETL) 재료로서 단독으로 사용될 수 있으며, 또는 당 분야에 공지된 전자수송층 재료와 혼용될 수 있다. 바람직하게는 단독으로 사용되는 것이다.
상기 화학식 1의 화합물과 혼용될 수 있는 전자수송층 재료는, 당 분야에서 통상적으로 공지된 전자수송 물질을 포함한다. 사용 가능한 전자 수송 물질의 비제한적인 예로는 옥사졸계 화합물, 이소옥사졸계 화합물, 트리아졸계 화합물, 이소티아졸(isothiazole)계 화합물, 옥사디아졸계 화합물, 티아다아졸(thiadiazole)계 화합물, 페릴렌(perylene)계 화합물, 알루미늄 착물(예: Alq3 (트리스(8-퀴놀리놀라토)-알루미늄(tris(8-quinolinolato)-aluminium) BAlq, SAlq, Almq3, 갈륨 착물(예: Gaq'2OPiv, Gaq'2OAc, 2(Gaq'2)) 등이 있다. 이들을 단독으로 사용하거나 또는 2종 이상 혼용할 수 있다.
본 발명에서, 상기 화학식 1의 화합물과 전자수송층 재료를 혼용할 경우, 이들의 혼합 비율은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.
<전자수송 보조층 재료>
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 전자수송 보조층을 제공한다.
상기 전자수송층은 발광층과 전자수송층 사이에 배치되어, 상기 발광층에서 생성된 엑시톤 또는 정공이 전자수송층으로 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 전자수송 보조층 재료로서 단독으로 사용될 수 있으며, 또는 당 분야에 공지된 전자수송층 재료와 혼용될 수 있다. 바람직하게는 단독으로 사용되는 것이다.
상기 화학식 1의 화합물과 혼용될 수 있는 전자수송 보조층 재료는, 당 분야에서 통상적으로 공지된 전자수송 물질을 포함한다. 일례로, 상기 전자수송 보조층은 옥사디아졸 유도체, 트리아졸 유도체, 페난트롤린 유도체(예, BCP), 질소를 포함하는 헤테로환 유도체 등을 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 화학식 1의 화합물과 전자수송 보조층 재료를 혼용할 경우, 이들의 혼합 비율은 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 범위 내에서 적절히 조절될 수 있다.
<유기 전계 발광 소자>
한편, 본 발명의 다른 측면은 상기한 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자(유기 EL 소자)에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은 양극(anode), 음극(cathode), 및 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전계 발광 소자로서, 상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 이때, 상기 화합물은 단독 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 1층 이상의 유기물층은 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 발광 보조층, 전자 수송층, 전자수송 보조층 및 전자 주입층 중 어느 하나 이상일 수 있고, 이 중에서 적어도 하나의 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다. 구체적으로 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층의 인광 호스트 재료, 전자수송층, 또는 전자수송 보조층의 전자 수송 재료인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자의 발광층은 호스트 재료와 도펀트 재료를 포함하는데, 이때 호스트 재료로서 상기 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 발광층은 상기 화학식 1의 화합물 이외의 당 분야의 공지된 화합물을 호스트로서 포함할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 유기 전계 발광 소자의 발광층 재료, 바람직하게는 청색, 녹색, 적색의 인광 호스트 재료로 포함할 경우, 발광층에서 정공과 전자의 결합력이 높아지기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 효율(발광효율 및 전력효율), 수명, 휘도 및 구동전압 등을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 녹색 및/또는 적색의 인광 호스트, 형광 호스트, 또는 도펀트 재료로서 유기 전계 발광 소자에 포함되는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물은 고효율을 가진 발광층의 그린 인광 호스트 재료인 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 구조는 특별히 한정되지 않으나, 기판, 양극, 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조일 수 있다. 이때, 상기 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 중 하나 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있고, 바람직하게는 발광층, 보다 바람직하게는 인광 호스트가 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 한편 상기 전자수송층 위에는 전자주입층이 추가로 적층될 수 있다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자의 구조는 전극과 유기물층 계면에 절연층 또는 접착층이 삽입된 구조일 수 있다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자는, 전술한 유기물층 중 1층 이상이 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 제외하고는, 당 업계에 공지된 재료 및 방법으로 유기물층 및 전극을 형성하여 제조할 수 있다.
상기 유기물층은 진공 증착법이나 용액 도포법에 의하여 형성될 수 있다. 상기 용액 도포법의 예로는 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등이 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자 제조시 사용되는 기판은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 실리콘 웨이퍼, 석영, 유리판, 금속판, 플라스틱 필름 및 시트 등을 사용할 수 있다.
또, 양극 물질은 당 분야에 공지된 양극 물질을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례를 들면, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연산화물, 인듐산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 또는 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자; 및 카본블랙 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또, 음극 물질은 당 분야에 공지된 음극 물질을 제한 없이 사용할 수 있다. 일례를 들면, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 또는 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; 및 LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층 및 전자 수송층은 특별히 한정되는 것은 아니며, 당 업계에 공지된 통상의 물질을 제한 없이 사용할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[준비예 1] 2-(7,8-dibromodibenzo[b,e][1,4]dioxin-2-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 의 합성
Figure pat00016
(7,8-dibromodibenzo[b,e][1,4]dioxin-2-yl)boronic acid (50.0g, 129.6 mmol), 2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (69.4 g, 259.2 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (7.5 g, 6.5 mmol), K2CO3 (53.7 g, 388.8 mmol)을 Toluene 200ml, EtOH 50ml, H2O 50ml에 넣고 12시간동안 가열환류하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물인 2-(7,8-dibromodibenzo[b,e][1,4]dioxin-2-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (58.7 g, 수율 79%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.15 (d, 1H), 7.19 (s, 2H), 7.29 (s, 1H), 7.48-7.50 (m, 6H), 7.78 (d, 1H) 8.34-8.38 (m, 4H)
[LCMS] : 574
[준비예 2] 2-(3-(7,8-dibromodibenzo[b,e][1,4]dioxin-2-yl)phenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine의 합성
Figure pat00017
반응물로 2-(3-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [준비예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 64.8 g (수율 77%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.15 (d, 1H), 7.19 (s, 2H), 7.29 (s, 1H), 7.39 (d, 1H), 7.48-7.50 (m, 6H), 7,61 (d, 1H), 7.73 (t, 1H), 7.94 (s, 1H) 8.35-8.38 (m, 5H)
[LCMS] : 650
[준비예 3] 2-(4-(7,8-dibromodibenzo[b,e][1,4]dioxin-2-yl)phenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine의 합성
Figure pat00018
반응물로 2-(4-bromophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [준비예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 64.0 g (수율 76%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.15 (d, 1H), 7.19 (s, 2H), 7.29 (s, 1H), 7.25 (d, 2H), 7.39 (d, 1H), 7.48-7.50 (m, 6H), 7.96 (d, 2H) 8.36 (d, 4H)
[LCMS] : 650
[준비예 4] 2-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-(7,8-dibromodibenzo[b,e][1,4]dioxin-2-yl)-6-phenyl-1,3,5-triazine의 합성
Figure pat00019
반응물로 2-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-chloro-6-phenyl-1,3,5-triazine을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [준비예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 58.9 g (수율 70%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.15 (d, 1H), 7.19 (s, 2H), 7.25 (d, 2H), 7.29 (s, 1H), 7.49-7.51(m, 6H), 7.75 (d, 2H), 7.76 (d, 1H), 7.96 (d, 2H), 8.36 (d, 2H)
[LCMS] : 650
[준비예 5] 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-(7,8-dibromodibenzo[b,e][1,4]dioxin-2-yl)-2-phenylpyrimidine의 합성
Figure pat00020
반응물로 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-chloro-2-phenylpyrimidine을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [준비예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 60.5 g (수율 70%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.15 (d, 1H), 7.19 (s, 2H), 7.23(d, 1H), 7.29 (s, 1H), 7.49-7.51(m, 6H), 7.75 (d, 2H), 7.85 (d, 2H), 8.23 (s, 1H), 8.30 (d, 2H), 8.35 (d, 2H)
[LCMS] : 649
[합성예 1] 화합물 A-1의 합성
Figure pat00021
준비예 1의 목적 화합물 (5 g, 8.7 mmol)와 pyridin-2-ylboronic acid (2.2 g, 17.4 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (0.5 g, 0.4 mmol), K2CO3 (3.6 g, 26.1 mmol)을 Toluene 50ml, EtOH 10ml, H2O 10ml에 넣고 12시간동안 가열환류하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물 (3.2 g, 수율 65 %)을 얻었다.
[LCMS] : 570
[합성예 2] 화합물 A-2의 합성
Figure pat00022
반응물로 pyridin-3-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.48 g (수율 70%)을 얻었다.
[LCMS] : 570
[합성예 3] 화합물 A-3의 합성
Figure pat00023
반응물로 pyridin-4-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.47 g (수율 70%)을 얻었다.
[LCMS] : 570
[합성예 4] 화합물 A-4의 합성
Figure pat00024
반응물로 (4-(pyridin-3-yl)phenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 4.22 g (수율 67%)을 얻었다.
[LCMS] : 722
[합성예 5] 화합물 A-5의 합성
Figure pat00025
반응물로 (4-(pyridin-4-yl)phenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 4.09 g (수율 65%)을 얻었다.
[LCMS] : 722
[합성예 6] 화합물 A-6의 합성
Figure pat00026
반응물로 [2,2'-bipyridin]-5-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.79 g (수율 60%)을 얻었다.
[LCMS] : 724
[합성예 7] 화합물 A-7의 합성
Figure pat00027
반응물로 (2,6-dimethylpyridin-3-yl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.38 g (수율 62%)을 얻었다.
[LCMS] : 626
[합성예 8] 화합물 A-8의 합성
Figure pat00028
반응물로 quinolin-2-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.33 g (수율 57%)을 얻었다.
[LCMS] : 670
[합성예 9] 화합물 A-9의 합성
Figure pat00029
반응물로 quinolin-7-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.33 g (수율 57%)을 얻었다.
[LCMS] : 670
[합성예 10] 화합물 A-10의 합성
Figure pat00030
반응물로 (3-cyanophenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.83 g (수율 71%)을 얻었다.
[LCMS] : 618
[합성예 11] 화합물 A-11의 합성
Figure pat00031
반응물로 (4-cyanophenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.83 g (수율 71%)을 얻었다.
[LCMS] : 618
[합성예 12] 화합물 A-12의 합성
Figure pat00032
반응물로 (4-cyanonaphthalen-1-yl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.26 g (수율 52%)을 얻었다.
[LCMS] : 718
[합성예 13] 화합물 B-1의 합성
Figure pat00033
준비예 2의 목적 화합물 (5 g, 7.7 mmol)와 pyridin-2-ylboronic acid (1.9 g, 15.4 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (0.5 g, 0.4 mmol), K2CO3 (3.2 g, 23.1 mmol)을 Toluene 50ml, EtOH 10ml, H2O 10ml에 넣고 12시간동안 가열환류하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물 (3.3 g, 수율 66 %)을 얻었다.
[LCMS] : 646
[합성예 14] 화합물 B-2의 합성
Figure pat00034
반응물로 pyridin-3-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 13]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.43 g (수율 69%)을 얻었다.
[LCMS] : 646
[합성예 15] 화합물 B-3의 합성
Figure pat00035
반응물로 pyridin-4-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 13]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.43 g (수율 69%)을 얻었다.
[LCMS] : 646
[합성예 16] 화합물 B-4의 합성
Figure pat00036
반응물로 (4-(pyridin-3-yl)phenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 13]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.69 g (수율 60%)을 얻었다.
[LCMS] : 798
[합성예 17] 화합물 B-5의 합성
Figure pat00037
반응물로 (4-(pyridin-4-yl)phenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 13]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.69 g (수율 60%)을 얻었다.
[LCMS] : 798
[합성예 18] 화합물 B-6의 합성
Figure pat00038
반응물로 [2,2'-bipyridin]-5-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 13]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.20 g (수율 52%)을 얻었다.
[LCMS] : 800
[합성예 19] 화합물 B-7의 합성
Figure pat00039
반응물로 (2,6-dimethylpyridin-3-yl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 13]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.30 g (수율 61%)을 얻었다.
[LCMS] : 702
[합성예 20] 화합물 B-8의 합성
Figure pat00040
반응물로 quinolin-2-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 13]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.04 g (수율 53%)을 얻었다.
[LCMS] : 746
[합성예 21] 화합물 B-9의 합성
Figure pat00041
반응물로 quinolin-7-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 13]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.05 g (수율 53%)을 얻었다.
[LCMS] : 746
[합성예 22] 화합물 B-10의 합성
Figure pat00042
반응물로 (3-cyanophenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 13]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.21 g (수율 60%)을 얻었다.
[LCMS] : 694
[합성예 23] 화합물 B-11의 합성
Figure pat00043
반응물로 (4-cyanophenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 13]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.58 g (수율 67%)을 얻었다.
[LCMS] : 694
[합성예 24] 화합물 B-12의 합성
Figure pat00044
반응물로 (4-cyanonaphthalen-1-yl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 13]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.55 g (수율 58%)을 얻었다.
[LCMS] : 794
[합성예 25] 화합물 C-1의 합성
Figure pat00045
준비예 3의 목적 화합물 (5 g, 7.7 mmol)와 pyridin-2-ylboronic acid (1.9 g, 15.4 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (0.5 g, 0.4 mmol), K2CO3 (3.2 g, 23.1 mmol)을 Toluene 50ml, EtOH 10ml, H2O 10ml에 넣고 12시간동안 가열환류하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물 (3.5 g, 수율 70 %)을 얻었다.
[LCMS] : 646
[합성예 26] 화합물 C-2의 합성
Figure pat00046
반응물로 pyridin-3-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 25]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.63 g (수율 73%)을 얻었다.
[LCMS] : 646
[합성예 27] 화합물 C-3의 합성
Figure pat00047
반응물로 pyridin-4-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 25]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.58 g (수율 72%)을 얻었다.
[LCMS] : 646
[합성예 28] 화합물 C-4의 합성
Figure pat00048
반응물로 (4-(pyridin-3-yl)phenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 25]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.93 g (수율 64%)을 얻었다.
[LCMS] : 798
[합성예 29] 화합물 C-5의 합성
Figure pat00049
반응물로 (4-(pyridin-4-yl)phenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 25]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.69 g (수율 60%)을 얻었다.
[LCMS] : 798
[합성예 30] 화합물 C-6의 합성
Figure pat00050
반응물로 [2,2'-bipyridin]-5-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 25]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.45 g (수율 56%)을 얻었다.
[LCMS] : 800
[합성예 31] 화합물 C-7의 합성
Figure pat00051
반응물로 (2,6-dimethylpyridin-3-yl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 25]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.03 g (수율 56%)을 얻었다.
[LCMS] : 702
[합성예 32] 화합물 C-8의 합성
Figure pat00052
반응물로 quinolin-2-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 25]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.45 g (수율 60%)을 얻었다.
[LCMS] : 746
[합성예 33] 화합물 C-9의 합성
Figure pat00053
반응물로 quinolin-7-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 25]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.10 g (수율 54%)을 얻었다.
[LCMS] : 746
[합성예 34] 화합물 C-10의 합성
Figure pat00054
반응물로 (3-cyanophenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 25]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.11 g (수율 59%)을 얻었다.
[LCMS] : 694
[합성예 35] 화합물 C-11의 합성
Figure pat00055
반응물로 (4-cyanophenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 25]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.42 g (수율 65%)을 얻었다.
[LCMS] : 694
[합성예 36] 화합물 C-12의 합성
Figure pat00056
반응물로 (4-cyanonaphthalen-1-yl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 25]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.06 g (수율 50%)을 얻었다.
[LCMS] : 794
[합성예 37] 화합물 D-1의 합성
Figure pat00057
준비예 4의 목적 화합물 (5 g, 7.7 mmol)와 pyridin-2-ylboronic acid (1.9 g, 15.4 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (0.5 g, 0.4 mmol), K2CO3 (3.2 g, 23.1 mmol)을 Toluene 50ml, EtOH 10ml, H2O 10ml에 넣고 12시간동안 가열환류하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물 (2.93 g, 수율 59 %)을 얻었다.
[LCMS] : 646
[합성예 38] 화합물 D-2의 합성
Figure pat00058
반응물로 pyridin-3-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 37]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.38 g (수율 68%)을 얻었다.
[LCMS] : 646
[합성예 39] 화합물 D-3의 합성
Figure pat00059
반응물로 pyridin-4-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 37]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.48 g (수율 70%)을 얻었다.
[LCMS] : 646
[합성예 40] 화합물 D-4의 합성
Figure pat00060
반응물로 (4-(pyridin-3-yl)phenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 37]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 4.06 g (수율 66%)을 얻었다.
[LCMS] : 798
[합성예 41] 화합물 D-5의 합성
Figure pat00061
반응물로 (4-(pyridin-4-yl)phenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 37]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.81 g (수율 62%)을 얻었다.
[LCMS] : 798
[합성예 42] 화합물 D-6의 합성
Figure pat00062
반응물로 [2,2'-bipyridin]-5-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 37]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.33 g (수율 54%)을 얻었다.
[LCMS] : 800
[합성예 43] 화합물 D-7의 합성
Figure pat00063
반응물로 (2,6-dimethylpyridin-3-yl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 37]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.73 g (수율 69%)을 얻었다.
[LCMS] : 702
[합성예 44] 화합물 D-8의 합성
Figure pat00064
반응물로 quinolin-2-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 37]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.79 g (수율 66%)을 얻었다.
[LCMS] : 746
[합성예 45] 화합물 D-9의 합성
Figure pat00065
반응물로 quinolin-7-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 37]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.73 g (수율 65%)을 얻었다.
[LCMS] : 746
[합성예 46] 화합물 D-10의 합성
Figure pat00066
반응물로 (3-cyanophenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 37]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.74 g (수율 70%)을 얻었다.
[LCMS] : 694
[합성예 47] 화합물 D-11의 합성
Figure pat00067
반응물로 (4-cyanophenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 37]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.90 g (수율 73%)을 얻었다.
[LCMS] : 694
[합성예 48] 화합물 D-12의 합성
Figure pat00068
반응물로 (4-cyanonaphthalen-1-yl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 37]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.30 g (수율 54%)을 얻었다.
[LCMS] : 794
[합성예 49] 화합물 E-1의 합성
Figure pat00069
준비예 5의 목적 화합물 (5 g, 7.7 mmol)와 pyridin-2-ylboronic acid (1.9 g, 15.4 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (0.5 g, 0.4 mmol), K2CO3 (3.2 g, 23.1 mmol)을 Toluene 50ml, EtOH 10ml, H2O 10ml에 넣고 12시간동안 가열환류하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물 (3.03 g, 수율 61 %)을 얻었다.
[LCMS] : 645
[합성예 50] 화합물 E-2의 합성
Figure pat00070
반응물로 pyridin-3-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 49]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.33 g (수율 67%)을 얻었다.
[LCMS] : 645
[합성예 51] 화합물 E-3의 합성
Figure pat00071
반응물로 pyridin-4-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 49]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.48 g (수율 70%)을 얻었다.
[LCMS] : 645
[합성예 52] 화합물 E-4의 합성
Figure pat00072
반응물로 (4-(pyridin-3-yl)phenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 49]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.63 g (수율 59%)을 얻었다.
[LCMS] : 797
[합성예 53] 화합물 E-5의 합성
Figure pat00073
반응물로 (4-(pyridin-4-yl)phenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 49]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.69 g (수율 60%)을 얻었다.
[LCMS] : 797
[합성예 54] 화합물 E-6의 합성
Figure pat00074
반응물로 [2,2'-bipyridin]-5-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 49]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.20 g (수율 52%)을 얻었다.
[LCMS] : 799
[합성예 55] 화합물 E-7의 합성
Figure pat00075
반응물로 (2,6-dimethylpyridin-3-yl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 49]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.03 g (수율 56%)을 얻었다.
[LCMS] : 701
[합성예 56] 화합물 E-8의 합성
Figure pat00076
반응물로 quinolin-2-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 49]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.33 g (수율 58%)을 얻었다.
[LCMS] : 745
[합성예 57] 화합물 E-9의 합성
Figure pat00077
반응물로 quinolin-7-ylboronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 49]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.45 g (수율 60%)을 얻었다.
[LCMS] : 745
[합성예 58] 화합물 E-10의 합성
Figure pat00078
반응물로 (3-cyanophenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 49]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.74 g (수율 62%)을 얻었다.
[LCMS] : 693
[합성예 59] 화합물 E-11의 합성
Figure pat00079
반응물로 (4-cyanophenyl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 49]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.42 g (수율 64%)을 얻었다.
[LCMS] : 693
[합성예 60] 화합물 E-12의 합성
Figure pat00080
반응물로 (4-cyanonaphthalen-1-yl)boronic acid을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 49]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 3.67 g (수율 60%)을 얻었다.
[LCMS] : 793
[합성예 61] 화합물 A-14의 합성
Figure pat00081
<단계 1> A-14_D-1 의 합성
준비예 1의 목적 화합물 (5 g, 8.7 mmol)와 pyridin-2-ylboronic acid (1.1 g, 8.7 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (0.5 g, 0.4 mmol), K2CO3 (3.6 g, 26.1 mmol)을 Toluene 50ml, EtOH 10ml, H2O 10ml에 넣고 12시간동안 가열환류하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 A-14_D-1 (3.2 g, 수율 65 %)을 얻었다.
<단계 2> A-141 의 합성
A-14_D-1 (3.2 g, 5.6 mmol)와 pyridin-2-ylboronic acid (1.4 g, 5.6 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (0.2 g, 0.3 mmol), K2CO3 (2.3 g, 16.8 mmol)을 Toluene 50ml, EtOH 10ml, H2O 10ml에 넣고 12시간동안 가열환류하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 A-14 (1.96 g, 수율 57 %)을 얻었다.
[LCMS] : 570
[합성예 62] 화합물 E-15의 합성
Figure pat00082
<단계 1> E-15_D-1 의 합성
준비예 5의 목적 화합물 (5 g, 7.7 mmol)와 pyridin-2-ylboronic acid (1.1 g, 7.7 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (0.5 g, 0.4 mmol), K2CO3 (3.6 g, 26.1 mmol)을 Toluene 50ml, EtOH 10ml, H2O 10ml에 넣고 12시간동안 가열환류하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 E-15_D-1 (3.9 g, 수율 65 %)을 얻었다.
<단계 2> E-15 의 합성
E-15_D-1 (3.9 g, 6.0 mmol)와 (4-cyanophenyl)boronic acid (0.9 g, 6.0 mmol) 및 Pd(PPh3)4 (0.3 g, 0.3 mmol), K2CO3 (2.5 g, 18.1 mmol)을 Toluene 50ml, EtOH 10ml, H2O 10ml에 넣고 12시간동안 가열환류하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 E-15 (2.42 g, 수율 60%)을 얻었다.
[LCMS] : 669
[실시예 1 ~ 62] 청색 유기 전계 발광 소자의 제작
합성예에서 합성된 화합물 A-1 ~ A-12, A-14, B-1 ~ B-12, C-1 ~ C-12, D-1 ~ D-12, E-1 ~ E-12, 및 E-15를 각각 통상적으로 알려진 방법으로 고순도 승화정제를 한 후, 하기와 같이 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
먼저, ITO (Indium tin oxide)가 1500 Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면, 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후, UV OZONE 세정기(Power sonic 405, 화신테크)로 이송시킨 다음 UV를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정하고 진공 증착기로 기판을 이송하였다.
상기와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에, DS-205 (㈜두산전자, 80 nm)/NPB (15 nm)/ADN + 5 % DS-405 (㈜두산전자, 30nm)/화합물 A-1 ~ A-12, A-14, B-1 ~ B-12, C-1 ~ C-12, D-1 ~ D-12, E-1 ~ E-12, E-15 각각의 화합물 (30 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm) 순으로 적층하여 유기 전계 발광 소자를 제작하였다(하기 표 1 참조).
화합물 두께 (nm)
정공주입층 DS-205 80
정공수송층 NPB 15
발광층 ADN + 5% DS-405 30
전자수송층 화합물 A-1 ~ A-12, A-14, B-1 ~ B-12, C-1 ~ C-12, D-1 ~ D-12, E-1 ~ E-12, E-15 30
전자주입층 LiF 1
음극 Al 200
[비교예 1] 청색 유기 전계 발광 소자의 제작
전자 수송층 물질로서 화합물 A-1 대신 Alq3을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 2] 청색 유기 전계 발광 소자의 제작
전자 수송층 물질로서 화합물 A-1을 사용하지 않은 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[비교예 3~4] 청색 유기 전계 발광 소자의 제작
전자 수송층 물질로서 화합물 A-1 대신 하기의 재료 OA-1와 OA-2를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 비교예 3 및 4의 청색 유기 전계 발광 소자를 각각 제작하였다.
참고로, 본원 실시예 1 내지 62, 및 비교예 1 내지 2에서 사용된 NPB, AND, Alq3, OA-1 및 OA-2 구조는 하기와 같다.
Figure pat00083
Figure pat00084
[평가예 1]
실시예 1 내지 62 및 비교예 1 내지 2 에서 제작된 각각의 청색 유기 전계 발광 소자에 대하여 전류밀도 (10) mA/㎠에서의 구동전압, 전류효율 및 발광 피크를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
샘플 재료 구동 전압
(V)		 EL 피크
(nm)		 전류효율
(cd/A)
실시예 1 A-1 3.4 458 6.8
실시예 2 A-2 3.6 456 7.1
실시예 3 A-3 3.2 457 6.7
실시예 4 A-4 3.2 456 6.9
실시예 5 A-5 3.8 457 7.1
실시예 6 A-6 3.6 456 6.7
실시예 7 A-7 3.9 456 6.9
실시예 8 A-8 3.6 457 6.7
실시예 9 A-9 3.6 456 7.0
실시예 10 A-10 3.2 457 7.1
실시예 11 A-11 3.2 456 6.8
실시예 12 A-12 3.1 456 7.3
실시예 13 B-1 3.9 457 6.9
실시예 14 B-2 3.9 452 6.8
실시예 15 B-3 3.3 448 6.7
실시예 16 B-4 3.6 460 6.8
실시예 17 B-5 3.8 456 6.9
실시예 18 B-6 3.2 456 6.8
실시예 19 B-7 3.2 457 7.1
실시예 20 B-8 3.9 465 6.9
실시예 21 B-9 3.7 455 6.8
실시예 22 B-10 3.9 459 7.1
실시예 23 B-11 3.8 457 7.1
실시예 24 B-12 3.2 452 6.9
실시예 25 C-1 3.2 456 6.9
실시예 26 C-2 3.6 456 6.9
실시예 27 C-3 3.9 457 6.8
실시예 28 C-4 3.9 459 6.9
실시예 29 C-5 3.3 456 7.1
실시예 30 C-6 3.8 455 6.9
실시예 31 C-7 3.4 459 6.8
실시예 32 C-8 3.2 457 6.4
실시예 33 C-9 3.8 452 7.1
실시예 34 C-10 3.8 456 6.7
실시예 35 C-11 3.7 456 7.0
실시예 36 C-12 3.7 457 6.9
실시예 37 D-1 3.4 458 6.8
실시예 38 D-2 3.6 456 6.9
실시예 39 D-3 3.2 457 6.8
실시예 40 D-4 3.2 456 7.0
실시예 41 D-5 3.8 457 7.1
실시예 42 D-6 3.6 456 6.8
실시예 43 D-7 3.9 456 6.7
실시예 44 D-8 3.6 457 6.9
실시예 45 D-9 3.6 456 7.1
실시예 46 D-10 3.2 457 7.1
실시예 47 D-11 3.2 456 6.8
실시예 48 D-12 3.6 456 6.9
실시예 49 E-1 3.9 457 6.9
실시예 50 E-2 3.9 452 6.9
실시예 51 E-3 3.3 448 7.1
실시예 52 E-4 3.6 460 7.1
실시예 53 E-5 3.8 456 6.9
실시예 54 E-6 3.2 456 6.8
실시예 55 E-7 3.2 457 6.7
실시예 56 E-8 3.9 465 6.8
실시예 57 E-9 3.7 455 6.9
실시예 58 E-10 3.9 459 7.1
실시예 59 E-11 3.8 457 7.1
실시예 60 E-12 3.2 452 6.9
실시예 61 A-14 3.2 456 6.8
실시예 62 E-15 3.6 456 6.7
비교예 1 Alq3 4.7 459 5.6
비교예 2 - 4.8 460 6.2
비교예 3 OA-1 4.4 458 6.4
비교예 4 OA-2 4.3 459 6.4
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 화합물을 전자 수송층에 사용한 실시예 1 내지 62의 청색 유기 전계 발광 소자는 종래 Alq3를 전자 수송층에 사용한 비교예 1의 청색 유기 전계 발광 소자 및 전자 수송층이 없는 비교예 2의 청색 유기 전계 발광 소자에 비해 구동전압, 발광피크 및 전류효율 면에서 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다.

Claims (13)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00085

    상기 화학식 1에서,
    X1 내지 X3은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 CR4 또는 N이고, 다만 X1 내지 X3 중 적어도 하나는 N이고,
    L1은 단일결합이거나, 또는 C6~C18의 아릴렌기 및 핵원자수 5 내지 18개의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군에서 선택되며;
    A1 및 A2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 하기 화학식 2로 표시되는 치환체이고,
    [화학식 2]
    Figure pat00086

    상기 화학식 2에서,
    *는 화학식 1과 결합이 이루어지는 부분을 의미하고,
    복수의 L2은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C6~C18의 아릴렌기 및 핵원자수 5 내지 18개의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군에서 선택되며;
    a는 0 내지 3의 정수이고,
    R1 내지 R4는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40개의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C3~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C1~C40의 포스핀기, C1~C40의 포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 이들은 인접한 기와 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있으며;
    다만, A1 및 A2 중 적어도 하나는, X1 내지 X3을 함유하는 환과 상이한 함질소 헤테로아릴기이거나 또는 하나 이상의 전자끌게기(EWG)로 치환된 아릴기이며,
    상기 L1~L2의 아릴렌기 및 헤테로아릴렌기와, 상기 R1 내지 R4의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴아민기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 포스핀기, 포스핀옥사이드기, 및 아릴아민기는 각각 독립적으로 수소, 중수소(D), 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있으며, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 3 또는 4로 표시되는 화합물:
    [화학식 3]
    Figure pat00087

    [화학식 4]
    Figure pat00088

    상기 화학식 3 및 4에서,
    X1 내지 X3, A1 내지 A2, L1 및 R1 내지 R2는 각각 제1항에서 정의한 바와 같다.
  3. 제1항에 있어서,
    X1 내지 X3는 2 또는 3개의 N을 포함하는 화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    복수의 R3는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 하나 이상의 전자끌게기(EWG기)로 치환된 C6~C60의 아릴기이거나, 또는 핵원자수 5 내지 60개의 함질소 헤테로아릴기이되, 다만 피리미딘과 트리아진은 제외되고,
    상기 R3의 아릴기 및 헤테로아릴기는 수소, 중수소(D), 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있으며, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
  5. 제1항에 있어서,
    R1 및 R2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C6~C60의 아릴기 또는 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기이며,
    R4는 수소, C1~C40의 알킬기, C6~C60의 아릴기, 및 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기로 구성된 군에서 선택되며,
    상기 R1 내지 R2의 아릴기 및 헤테로아릴기와, 상기 R4의 알킬기, 아릴기 및 헤테로아릴기는, 각각 독립적으로 수소, 중수소(D), 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있으며, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
  6. 제1항에 있어서,
    L1은 단일결합 또는 C6~C18의 아릴렌기이며,
    복수의 L2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C6~C18의 아릴렌기 또는 핵원자수 5 내지 18의 헤테로아릴렌기이며,
    상기 L1의 아릴렌기와, L2의 아릴렌기 및 헤테로아릴렌기는 각각 독립적으로 수소, 중수소(D), 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있으며, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 5 또는 6으로 표시되는 화합물:
    [화학식 5]
    Figure pat00089

    [화학식 6]
    Figure pat00090

    상기 화학식 5 및 6에서,
    X1 내지 X3, L1 내기 L2, 및 R1 내지 R3는 각각 제1항에서 정의한 바와 같다.
  8. 제1항에 있어서,
    A1 및 A2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 하기 치환체 군에서 선택되는 화합물.
    Figure pat00091

    상기 식에서,
    Z는 할로겐기, -CF3 및 시아노기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 전자끌게기(EWG)이며, 상기 Z가 복수일 경우 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 화학식 5로 표시되는 화합물은 하기 화합물 군 중에서 어느 하나로 표시되는 화합물.
    Figure pat00092

    Figure pat00093

    Figure pat00094
  10. 제7항에 있어서,
    상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 하기 화합물 군 중에서 어느 하나로 표시되는 화합물.
    Figure pat00095

    Figure pat00096
  11. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 전자수송층 또는 전자수송 보조층 재료인 화합물.
  12. 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하며, 상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층, 발광보조층, 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층, 전자수송층, 및 전자수송 보조층으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
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