KR20210064471A - 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.

Description

화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자{COMPOUND AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
전계 발광 소자는 자체 발광형 표시 소자의 일종으로서, 시야각이 넓고, 콘트라스트가 우수할 뿐만 아니라 응답속도가 빠르다는 장점을 가지고 있다.
유기 발광 소자는 2개의 전극 사이에 유기 박막을 배치시킨 구조를 가지고 있다. 이와 같은 구조의 유기 발광 소자에 전압이 인가되면, 2개의 전극으로부터 주입된 전자와 정공이 유기 박막에서 결합하여 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 발하게 된다. 상기 유기 박막은 필요에 따라 단층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
유기 박막의 재료는 필요에 따라 발광 기능을 가질 수 있다. 예컨대, 유기 박막 재료로는 그 자체가 단독으로 발광층을 구성할 수 있는 화합물이 사용될 수도 있고, 또는 호스트-도펀트계 발광층의 호스트 또는 도펀트 역할을 할 수 있는 화합물이 사용될 수도 있다. 그 외에도, 유기 박막의 재료로서, 정공주입, 정공수송, 전자차단, 정공차단, 전자수송, 전자주입 등의 역할을 수행할 수 있는 화합물이 사용될 수도 있다.
유기 발광 소자의 성능, 수명 또는 효율을 향상시키기 위하여, 유기 박막의 재료의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
미국 특허 제4,356,429호
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는 것인 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
A1 및 A2 중 하나는 (L1)a-Q1이고,
A1 및 A2 중 나머지, A3 및 A4는 각각 독립적으로, 수소 또는 (L2)b-Q2이며, 적어도 하나는 (L2)b-Q2이고,
a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이며,
a 및 b가 각각 2 이상인 경우, 괄호 내의 치환기는 서로 동일하거나 상이하고,
L1 및 L2는 각각 독립적으로, 직접결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이며,
Q1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 N을 포함하는 C2 내지 C20의 헤테로아릴기이고,
Q2는 시아노기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기이며,
A2 및 A3은 수소이고, Q1이 페닐기이고, Q2가 피리딘 또는 트리아진을 포함하는 경우, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이고,
Q1 및 Q2가 모두 아릴기인 경우, i) Q1 및 Q2가 모두 페닐기이고, L1 및 L2은 직접결합이고, A2 및 A4는 수소, ii) Q1 및 Q2가 모두 페닐기이고, L1 및 L2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 2환 이하의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기, 및 iii) Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 2환 이상의 아릴기 중 하나를 만족한다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 따르면, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 1종 이상 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서에 기재된 화합물은 유기 발광 소자의 유기물층 재료로서 사용할 수 있다. 상기 화합물은 유기 발광 소자에서 정공주입재료, 정공수송재료, 발광재료, 전자수송재료, 전자주입재료 등의 역할을 할 수 있다. 특히, 상기 화합물이 유기 발광 소자의 발광층 재료로서 사용될 수 있다.
또한, 유기 발광 소자의 발광층 재료로서 상기 화학식 1의 화합물을 2종 사용하거나, 상기 화학식 1 및 상기 화학식 2의 화합물을 함께 사용하는 경우, 소자의 구동전압을 낮추고, 광효율을 향상시키며, 소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3은 각각 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 적층 구조를 예시적으로 나타낸 도이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치, 즉 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에 있어서,
Figure pat00002
는 치환되는 위치를 의미한다.
본 명세서에 있어서, "치환 또는 비치환"이란 C1 내지 C60의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기; C2 내지 C60의 직쇄 또는 분지쇄의 알케닐기; C2 내지 C60의 직쇄 또는 분지쇄의 알키닐기; C3 내지 C60의 단환 또는 다환의 시클로알킬기; C2 내지 C60의 단환 또는 다환의 헤테로시클로알킬기; C6 내지 C60의 단환 또는 다환의 아릴기; C2 내지 C60의 단환 또는 다환의 헤테로아릴기; 실릴기; 포스핀옥사이드기; 및 아민기로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중에서 선택된 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 할로겐은 불소, 염소, 브롬 또는 요오드일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 탄소수 1 내지 60의 직쇄 또는 분지쇄를 포함하며, 다른 치환기에 의하여 추가로 치환될 수 있다. 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 60, 구체적으로 1 내지 40, 더욱 구체적으로, 1 내지 20일 수 있다. 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-프로필기, 이소프로필기, 부틸기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, sec-부틸기, 1-메틸-부틸기, 1-에틸-부틸기, 펜틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 헥실기, n-헥실기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, 3,3-디메틸부틸기, 2-에틸부틸기, 헵틸기, n-헵틸기, 1-메틸헥실기, 시클로펜틸메틸기, 시클로헥실메틸기, 옥틸기, n-옥틸기, tert-옥틸기, 1-메틸헵틸기, 2-에틸헥실기, 2-프로필펜틸기, n-노닐기, 2,2-디메틸헵틸기, 1-에틸-프로필기, 1,1-디메틸-프로필기, 이소헥실기, 2-메틸펜틸기, 4-메틸헥실기, 5-메틸헥실기 등이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 탄소수 2 내지 60의 직쇄 또는 분지쇄를 포함하며, 다른 치환기에 의하여 추가로 치환될 수 있다. 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 60, 구체적으로 2 내지 40, 더욱 구체적으로, 2 내지 20일 수 있다. 구체적인 예로는 비닐기, 1-프로페닐기, 이소프로페닐기, 1-부테닐기, 2-부테닐기, 3-부테닐기, 1-펜테닐기, 2-펜테닐기, 3-펜테닐기, 3-메틸-1-부테닐기, 1,3-부타디에닐기, 알릴기, 1-페닐비닐-1-일기, 2-페닐비닐-1-일기, 2,2-디페닐비닐-1-일기, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일기, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일기, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알키닐기는 탄소수 2 내지 60의 직쇄 또는 분지쇄를 포함하며, 다른 치환기에 의하여 추가로 치환될 수 있다. 상기 알키닐기의 탄소수는 2 내지 60, 구체적으로 2 내지 40, 더욱 구체적으로, 2 내지 20일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 시클로알킬기는 탄소수 3 내지 60의 단환 또는 다환을 포함하며, 다른 치환기에 의하여 추가로 치환될 수 있다. 여기서, 다환이란 시클로알킬기가 다른 고리기와 직접 연결되거나 축합된 기를 의미한다. 여기서, 다른 고리기란 시클로알킬기일 수도 있으나, 다른 종류의 고리기, 예컨대 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 등일 수도 있다. 상기 시클로알킬기의 탄소수는 3 내지 60, 구체적으로 3 내지 40, 더욱 구체적으로 5 내지 20일 수 있다. 구체적으로, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 3-메틸시클로펜틸기, 2,3-디메틸시클로펜틸기, 시클로헥실기, 3-메틸시클로헥실기, 4-메틸시클로헥실기, 2,3-디메틸시클로헥실기, 3,4,5-트리메틸시클로헥실기, 4-tert-부틸시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로옥틸기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 헤테로시클로알킬기는 헤테로 원자로서 O, S, Se, N 또는 Si를 포함하고, 탄소수 2 내지 60의 단환 또는 다환을 포함하며, 다른 치환기에 의하여 추가로 치환될 수 있다. 여기서, 다환이란 헤테로시클로알킬기가 다른 고리기와 직접 연결되거나 축합된 기를 의미한다. 여기서, 다른 고리기란 헤테로시클로알킬기일 수도 있으나, 다른 종류의 고리기, 예컨대 시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기 등일 수도 있다. 상기 헤테로시클로알킬기의 탄소수는 2 내지 60, 구체적으로 2 내지 40, 더욱 구체적으로 3 내지 20일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 아릴기는 탄소수 6 내지 60의 단환 또는 다환을 포함하며, 다른 치환기에 의하여 추가로 치환될 수 있다. 여기서, 다환이란 아릴기가 다른 고리기와 직접 연결되거나 축합된 기를 의미한다. 여기서, 다른 고리기란 아릴기일 수도 있으나, 다른 종류의 고리기, 예컨대 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 헤테로아릴기 등일 수도 있다. 상기 아릴기는 스피로기를 포함한다. 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 60, 구체적으로 6 내지 40, 더욱 구체적으로 6 내지 25일 수 있다. 상기 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, 비페닐기, 트리페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 크라이세닐기, 페난트레닐기, 페릴레닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 페날레닐기, 파이레닐기, 테트라세닐기, 펜타세닐기, 플루오레닐기, 인데닐기, 아세나프틸레닐기, 벤조플루오레닐기, 스피로비플루오레닐기, 2,3-디히드로-1H-인데닐기, 이들의 축합고리기 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 Si를 포함하고 상기 Si 원자가 라디칼로서 직접 연결되는 치환기이며, -SiR104R105R106로 표시되고, R104 내지 R106은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 시클로알킬기; 아릴기; 및 헤테로아릴기 중 적어도 하나로 이루어진 치환기일 수 있다. 실릴기의 구체적인 예로는 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플로오레닐기가 치환되는 경우,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 헤테로아릴기는 헤테로 원자로서 O, S, SO2 Se, N 또는 Si를 포함하고, 탄소수 2 내지 60인 단환 또는 다환을 포함하며, 다른 치환기에 의하여 추가로 치환될 수 있다. 여기서, 상기 다환이란 헤테로아릴기가 다른 고리기와 직접 연결되거나 축합된 기를 의미한다. 여기서, 다른 고리기란 헤테로아릴기일 수도 있으나, 다른 종류의 고리기, 예컨대 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기 등일 수도 있다. 상기 헤테로아릴기의 탄소수는 2 내지 60, 구체적으로 2 내지 40, 더욱 구체적으로 3 내지 25일 수 있다. 상기 헤테로아릴기의 구체적인 예로는 피리딜기, 피롤릴기, 피리미딜기, 피리다지닐기, 퓨라닐기, 티오펜기, 이미다졸릴기, 피라졸릴기, 옥사졸릴기, 이속사졸릴기, 티아졸릴기, 이소티아졸릴기, 트리아졸릴기, 푸라자닐기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 디티아졸릴기, 테트라졸릴기, 파이라닐기, 티오파이라닐기, 디아지닐기, 옥사지닐기, 티아지닐기, 디옥시닐기, 트리아지닐기, 테트라지닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 퀴나졸리닐기, 이소퀴나졸리닐기, 퀴노졸리릴기, 나프티리딜기, 아크리디닐기, 페난트리디닐기, 이 미다조피리디닐기, 디아자나프탈레닐기, 트리아자인덴기, 인돌릴기, 인돌리지닐기, 벤조티아졸릴기, 벤즈옥사졸릴기, 벤즈이미다졸릴기, 벤조티오펜기, 벤조퓨란기, 디벤조티오펜기, 디벤조퓨란기, 카바졸릴기, 벤조카바졸릴기, 디벤조카바졸릴기, 페나지닐기, 디벤조실롤기, 스피로비(디벤조실롤), 디히드로페나지닐기, 페녹사지닐기, 페난트리딜기, 이미다조피리디닐기, 티에닐기, 인돌로[2,3-a]카바졸릴기, 인돌로[2,3-b]카바졸릴기, 인돌리닐기, 10,11-디히드로-디벤조[b,f]아제핀기, 9,10-디히드로아크리디닐기, 페난트라지닐기, 페노티아티아지닐기, 프탈라지닐기, 나프틸리디닐기, 페난트롤리닐기, 벤조[c][1,2,5]티아디아졸릴기, 5,10-디히드로디벤조[b,e][1,4]아자실리닐, 피라졸로[1,5-c]퀴나졸리닐기, 피리도[1,2-b]인다졸릴기, 피리도[1,2-a]이미다조[1,2-e]인돌리닐기, 벤조퓨로[2,3-d] 피리미딜기; 벤조티에노[2,3-d] 피리미딜기; 벤조퓨로[2,3-a]카바졸릴기, 벤조티에노[2,3-a]카바졸릴기, 1,3-디하이드로인돌로[2,3-a]카바졸릴기, 벤조퓨로[3,2-a]카바졸릴기, 벤조티에노[3,2-a]카바졸릴기, 1,3-디하이드로인돌로[3,2-a]카바졸릴기, 벤조퓨로[2,3-b]카바졸릴기, 벤조티에노[2,3-b]카바졸릴기, 1,3-디하이드로인돌로[2,3-b]카바졸릴기, 벤조퓨로[3,2-b]카바졸릴기, 벤조티에노[3,2-b]카바졸릴기, 1,3-디하이드로인돌로[3,2-b]카바졸릴기, 벤조퓨로[2,3-c]카바졸릴기, 벤조티에노[2,3-c]카바졸릴기, 1,3-디하이드로인돌로[2,3-c]카바졸릴기, 벤조퓨로[3,2-c]카바졸릴기, 벤조티에노[3,2-c]카바졸릴기, 1,3-디하이드로인돌로[3,2-c]카바졸릴기, 1,3-디하이드로인데노[2,1-b]카바졸릴기, 5,11-디하이드로인데노[1,2-b]카바졸릴기, 5,12-디하이드로인데노[1,2-c]카바졸릴기, 5,8- 디하이드로인데노[2,1-c]카바졸릴기, 7,12-디하이드로인데노[1,2-a]카바졸릴기, 11,12-디하이드로인데노[2,1-a]카바졸릴기 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 포스핀옥사이드기는 구체적으로 아릴기로 치환될 수 있으며, 상기 아릴기는 전술한 예시가 적용될 수 있다. 예컨대, 포스핀옥사이드기는 디페닐포스핀옥사이드기, 디나프틸포스핀옥사이드 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 아민기는 모노알킬아민기; 모노아릴아민기; 모노헤테로아릴아민기; -NH2; 디알킬아민기; 디아릴아민기; 디헤테로아릴아민기; 알킬아릴아민기; 알킬헤테로아릴아민기; 및 아릴헤테로아릴아민기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 상기 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 비페닐아민기, 디비페닐아민기, 안트라세닐아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 디페닐아민기, 페닐나프틸아민기, 디톨릴아민기, 페닐톨릴아민기, 트리페닐아민기, 비페닐나프틸아민기, 페닐비페닐아민기, 비페닐플루오레닐아민기, 페닐트리페닐레닐아민기, 비페닐트리페닐레닐아민기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 아릴렌기는 아릴렌기가 2가기인 것을 제외하고, 전술한 아릴기의 예시가 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 헤테로아릴렌기는 헤테로아릴렌기가 2가기인 것을 제외하고, 전술한 헤테로아릴기의 예시가 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 트리페닐렌의 하나의 벤젠고리가 N을 포함하는 헤테로아릴기 및 아릴기로 2치환되어, 헤테로아릴기 1개만 치환된 구조의 화합물보다 HOMO 오비탈이 아릴계 치환기까지 비편재화되어 있어, 정공을 효과적으로 안정시킬수 있고, 아릴기 1개만 치환된 구조의 화합물보다 전자이동도가 높으므로 소자의 수명이 향상된다. 또 다른 구조로서, 트리페닐렌의 하나의 벤젠고리에 2개의 아릴기가 치환됨으로써, 아릴기가 1개 치환된 구조의 화합물보다 2개의 치환기 및 트리페닐렌에 HOMO 오비탈이 비편재화되어 있어 정공을 효과적으로 안정시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 각각 독립적으로, 직접결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 각각 독립적으로, 직접결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 헤테로아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 각각 독립적으로, 직접결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 각각 독립적으로, 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 비페닐렌기; 치환 또는 비치환된 터페닐렌기; 치환 또는 비치환된 2가의 피리딘기; 치환 또는 비치환된 2가의 피리미딘기; 치환 또는 비치환된 2가의 트리아진기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 카바졸릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 각각 독립적으로, 직접결합; 페닐렌기; 비페닐렌기; 터페닐렌기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 2가의 피리딘기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 2가의 피리미딘기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 2가의 트리아진기; 또는 2가의 카바졸릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Q1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 N을 포함하는 C2 내지 C20의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Q1은 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 트리페닐렌기; 치환 또는 비치환된 피리딘기; 치환 또는 비치환된 피리미딘기; 치환 또는 비치환된 트리아진기; 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸기; 치환 또는 비치환된 퀴나졸릴기; 치환 또는 비치환된 벤조퓨로[2,3-d] 피리미딜기; 치환 또는 비치환된 벤조티에노[2,3-d] 피리미딜기; 또는 치환 또는 비치환된 페난트롤린기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Q1은 페닐기; 비페닐기; 터페닐기; 나프틸기; 트리페닐렌기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 피리딘기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 피리미딘기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 트리아진기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 퀴나졸릴기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 벤조퓨로[2,3-d] 피리미딜기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 벤조티에노[2,3-d] 피리미딜기; 또는 페난트롤린기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Q2는 시아노기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Q2는 시아노기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Q2는 시아노기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 메틸기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 페난트레닐기; 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기; 치환 또는 비치환된 파이레닐기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 피리딘기; 치환 또는 비치환된 피리미딘기; 치환 또는 비치환된 트리아진기; 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기; 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기; 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기; 치환 또는 비치환된 카바졸릴기; 치환 또는 비치환된 벤조카바졸릴기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기; 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 또는 하기 구조식 중에서 선택된다.
Figure pat00009
상기 구조식에 있어서, X, Y 및 Z는 각각 O; S; CR2R3; 또는 NR4이며,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2내지 C20의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Q2는 시아노기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 실릴기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 아민기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 메틸기; 시아노기, 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환 또는 비치환된 페닐기; 비페닐기; 터페닐기; 나프틸기; 페난트레닐기; 트리페닐레닐기; 파이레닐기; 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 스피로비플루오레닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 피리딘기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 피리미딘기; 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환 또는 비치환된 트리아진기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기; 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 카바졸릴기; 벤조카바졸릴기; 디벤조퓨라닐기; 디벤조티오페닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 또는 하기 구조식 중 선택되는 어느 하나이다.
Figure pat00010
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00011
상기 화학식 1-1에 있어서, 각 치환기의 정의는 상기 화학식 1에서의 정의와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A2 및 A4는 수소이고, 상기 Q1이 아릴기로 치환 또는 비치환된 트리아진기일 때, 상기 Q2는 시아노기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 실릴기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 아민기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 메틸기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 페난트레닐기; 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기; 치환 또는 비치환된 파이레닐기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 피리딘기; 치환 또는 비치환된 피리미딘기; 치환 또는 비치환된 트리아진기; 치환 또는 비치환된 퀴놀리닐기; 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기; 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기; 치환 또는 비치환된 카바졸릴기; 치환 또는 비치환된 벤조카바졸릴기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기; 치환 또는 비치환된 벤즈이미다졸릴기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 또는 하기 구조식에서 선택되는 어느 하나이다.
Figure pat00012
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A2 및 A4는 수소이고, 상기 Q1이 아릴기로 치환 또는 비치환된 피리딘기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 피리미딘기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 퀴나졸리닐기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 페난트롤리닐기;
Figure pat00013
; 또는
Figure pat00014
일 때, 상기 Q2는 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 카바졸릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A3 및 A4가 수소일 때, 상기 Q1 및 Q2 중 하나는 아릴기로 치환 또는 비치환된 트리아진기이고, 나머지는 시아노기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기; 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A1 및 A4가 수소일 때, 상기 Q1은 아릴기로 치환 또는 비치환된 트리아진기이고, Q2는 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A2 및 A3가 수소일 때, 상기 Q1 및 QB2 중 하나는 아릴기로 치환 또는 비치환된 트리아진기이고, 나머지는 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기; 또는 치환 또는 비치환된 카바졸릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 안트라센 구조를 포함하지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-N 또는 1-P로 표시될 수 있다.
[화학식 1-N]
Figure pat00015
상기 화학식 1-N에 있어서, A1 내지 A4의 정의는 상기 화학식 1의 정의와 동일하고, 피리딘 고리, 피리미딘 고리, 트리아진 고리 또는 이미다졸 고리를 포함하는 헤테로아릴기를 적어도 하나 포함하며,
[화학식 1-P]
Figure pat00016
상기 화학식 1-P에 있어서, A1 내지 A4의 정의는 상기 화학식 1의 정의와 동일하고, 피리딘 고리, 피리미딘 고리, 트리아진 고리 또는 이미다졸 고리를 포함하는 헤테로아릴기는 포함하지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화합물 중 어느 하나로 표시될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
Figure pat00023
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
Figure pat00027
또한, 상기 화학식 1의 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 도입된 치환기의 고유 특성을 갖는 화합물을 합성할 수 있다. 예컨대, 유기 발광 소자 제조시 사용되는 정공 주입층 물질, 정공 수송층 물질, 발광층 물질, 전자 수송층 물질 및 전하 생성층 물질에 주로 사용되는 치환기를 상기 코어 구조에 도입함으로써 각 유기물층에서 요구하는 조건들을 충족시키는 물질을 합성할 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 구조에 다양한 치환기를 도입함으로써 에너지 밴드갭을 미세하게 조절이 가능하게 하며, 한편으로 유기물 사이에서의 계면에서의 특성을 향상되게 하며 물질의 용도를 다양하게 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극; 제2 전극; 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 1종 이상 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 1종 포함한다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 2종 포함한다
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 더 포함한다.
[화학식 2]
Figure pat00028
상기 화학식 2에 있어서,
Ra, Rb, R21 및 R22는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
r 및 s는 각각 1 내지 7의 정수이며,
r 및 s가 각각 2 이상인 경우, 괄호 내 치환기는 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2는 하기 화학식 2-1 내지 2-4 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2-1]
Figure pat00029
[화학식 2-2]
Figure pat00030
[화학식 2-3]
Figure pat00031
[화학식 2-4]
Figure pat00032
상기 화학식 2-1 내지 2-4에 있어서,
각 치환기의 정의는 화학식 2에서의 정의와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R21 및 R22는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R21 및 R22는 각각 독립적으로, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C40의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 헤테로아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R21 및 R22는 각각 독립적으로,
치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 9,9'-스피로비[플루오렌]; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R21 및 R22는 각각 독립적으로, 시아노기, 트리페닐실릴기로 치환된 페닐기; 비페닐기; 터페닐기; 나프틸기; 트리페닐레닐기; 메틸기 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 9,9'-스피로비[플루오렌]; 또는 페닐기, 비페닐기, 나프틸기, 9,9-디메틸-9H-플루오렌, 디벤조퓨란기 또는 디벤조티오펜기로 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2는 하기 화합물 중 어느 하나로 표시될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극일 수 있고, 상기 제2 전극은 음극일 수 있다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극일 수 있고, 상기 제2 전극은 양극일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 청색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 청색 유기 발광 소자의 재료로 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 청색 유기 발광 소자의 발광층에 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 녹색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 녹색 유기 발광 소자의 재료로 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 녹색 유기 발광 소자의 발광층에 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 적색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 적색 유기 발광 소자의 재료로 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 적색 유기 발광 소자의 발광층에 포함될 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자는 전술한 화합물을 이용하여 한 층 이상의 유기물층을 형성하는 것을 제외하고는, 통상의 유기 발광 소자의 제조방법 및 재료에 의하여 제조될 수 있다.
상기 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층으로 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자는 유기물층으로서 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기물층을 포함할 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 1종 이상 포함할 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 2종 포함할 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 호스트 물질을 포함하며, 상기 호스트 물질은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자는 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 전자 수송층, 전자 저지층 및 정공 저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함할 수 있다.
도 1 내지 3에 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 전극과 유기물층의 적층 순서를 예시하였다. 그러나, 이들 도면에 의하여 본 출원의 범위가 한정될 것을 의도한 것은 아니며, 당 기술분야에 알려져 있는 유기 발광 소자의 구조가 본 출원에도 적용될 수 있다.
도 1에 따르면, 기판(100) 상에 양극(200), 유기물층(300) 및 음극(400)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자가 도시된다. 그러나, 이와 같은 구조에만 한정되는 것은 아니고, 도 2와 같이, 기판 상에 음극, 유기물층 및 양극이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자가 구현될 수도 있다.
도 3은 유기물층이 다층인 경우를 예시한 것이다. 도 3에 따른 유기 발광 소자는 정공 주입층(301), 정공 수송층(302), 발광층(303), 전자 수송층(305) 및 전자 주입층(306)을 포함한다. 그러나, 이와 같은 적층 구조에 의하여 본 출원의 범위가 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 발광층을 제외한 나머지 층은 생략될 수도 있고, 필요한 다른 기능층이 더 추가될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기물층은 필요에 따라 다른 물질을 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 화학식 1 및 2로 표시되는 화합물 이외의 재료를 하기에 예시하지만, 이들은 예시를 위한 것일 뿐 본 출원의 범위를 한정하기 위한 것은 아니며, 당 기술분야에 공지된 재료들로 대체될 수 있다.
양극 재료로는 비교적 일함수가 큰 재료들을 이용할 수 있으며, 투명 전도성 산화물, 금속 또는 전도성 고분자 등을 사용할 수 있다. 상기 양극 재료의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
음극 재료로는 비교적 일함수가 낮은 재료들을 이용할 수 있으며, 금속, 금속 산화물 또는 전도성 고분자 등을 사용할 수 있다. 상기 음극 재료의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
정공 주입 재료로는 공지된 정공 주입 재료를 이용할 수도 있는데, 예를 들면, 미국 특허 제4,356,429호에 개시된 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물 또는 문헌 [Advanced Material, 6, p.677 (1994)]에 기재되어 있는 스타버스트형 아민 유도체류, 예컨대 트리스(4-카바조일-9-일페닐)아민(TCTA), 4,4',4"-트리[페닐(m-톨릴)아미노]트리페닐아민(m-MTDATA), 1,3,5-트리스[4-(3-메틸페닐페닐아미노)페닐]벤젠(m-MTDAPB), 용해성이 있는 전도성 고분자인 폴리아닐린/도데실벤젠술폰산(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid) 또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), 폴리아닐린/캠퍼술폰산 (Polyaniline/Camphor sulfonic acid) 또는 폴리아닐린/폴리(4-스티렌술포네이트)(Polyaniline/Poly(4-styrenesulfonate)) 등을 사용할 수 있다.
정공 수송 재료로는 피라졸린 유도체, 아릴아민계 유도체, 스틸벤 유도체, 트리페닐디아민 유도체 등이 사용될 수 있으며, 저분자 또는 고분자 재료가 사용될 수도 있다.
전자 수송 재료로는 옥사디아졸 유도체, 안트라퀴노디메탄 및 이의 유도체, 벤조퀴논 및 이의 유도체, 나프토퀴논 및 이의 유도체, 안트라퀴논 및 이의 유도체, 테트라시아노안트라퀴노디메탄 및 이의 유도체, 플루오레논 유도체, 디페닐디시아노에틸렌 및 이의 유도체, 디페노퀴논 유도체, 8-히드록시퀴놀린 및 이의 유도체의 금속 착체 등이 사용될 수 있으며, 저분자 물질 뿐만 아니라 고분자 물질이 사용될 수도 있다.
전자 주입 재료로는 예를 들어, LiF가 당업계 대표적으로 사용되나, 본 출원이 이에 한정되는 것은 아니다.
발광 재료로는 적색, 녹색 또는 청색 발광재료가 사용될 수 있으며, 필요한 경우, 2 이상의 발광 재료를 혼합하여 사용할 수 있다. 이 때, 2 이상의 발광 재료를 개별적인 공급원으로 증착하여 사용하거나, 예비혼합하여 하나의 공급원으로 증착하여 사용할 수 있다. 또한, 발광 재료로서 형광 재료를 사용할 수도 있으나, 인광 재료로서 사용할 수도 있다. 발광 재료로는 단독으로서 양극과 음극으로부터 각각 주입된 정공과 전자를 결합하여 발광시키는 재료가 사용될 수도 있으나, 호스트재료와 도펀트 재료가 함께 발광에 관여하는 재료들이 사용될 수도 있다.
발광 재료의 호스트를 혼합하여 사용하는 경우에는, 동일 계열의 호스트를 혼합하여 사용할 수도 있고, 다른 계열의 호스트를 혼합하여 사용할 수도 있다. 예를 들어, n 타입 호스트 재료 또는 p 타입 호스트 재료 중 어느 두 종류 이상의 재료를 선택하여 발광층의 호스트 재료로 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 유기 태양 전지, 유기 감광체, 유기 트랜지스터 등을 비롯한 유기 전자 소자에서도 유기 발광 소자에 적용되는 것과 유사한 원리로 작용할 수 있다.
본 명세서는 하기 a) 화학식 N으로 표시되는 화합물과 하기 b) 화학식 P 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 유기물층 형성용 조성물을 제공한다.
[화학식 N]
Figure pat00042
[화학식 P]
Figure pat00043
상기 화학식 N 및 화학식 P에 있어서,
A11 내지 A14 중 적어도 하나는 피리딘 고리, 피리미딘 고리, 트리아진 고리 또는 이미다졸 고리를 포함하는 헤테로아릴기를 적어도 하나 포함하며,
A21 내지 A24는 피리딘 고리, 피리미딘 고리, 트리아진 고리 또는 이미다졸 고리를 포함하는 헤테로아릴기는 포함하지 않고,
A11 및 A12 중 하나는 (L1)a-Q1이고, A11 및 A12 중 나머지, A13 및 A14는 각각 독립적으로, 수소 또는 (L2)b-Q2이며, 적어도 하나는 (L2)b-Q2이고,
A21 및 A22 중 하나는 (L1)a-Q1이고, A21 및 A22 중 나머지, A23 및 A24는 각각 독립적으로, 수소 또는 (L2)b-Q2이며, 적어도 하나는 (L2)b-Q2이고,
a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이며,
a 및 b가 각각 2 이상인 경우, 괄호 내의 치환기는 서로 동일하거나 상이하고,
L1 및 L2는 각각 독립적으로, 직접결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이며,
Q1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 N을 포함하는 C2 내지 C20의 헤테로아릴기이고,
Q2는 시아노기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기이며,
A12 및 A13은 수소이고, Q1이 페닐기이고, Q2가 피리딘 또는 트리아진을 포함하는 경우, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이고,
Q1 및 Q2가 모두 아릴기인 경우, i) Q1 및 Q2가 모두 페닐기이고, L1 및 L2은 직접결합이고, A2 및 A4는 수소, ii) Q1 및 Q2가 모두 페닐기이고, L1 및 L2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 2환 이하의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기, 및 iii) Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 2환 이상의 아릴기 중 하나를 만족하며,
[화학식 2]
Figure pat00044
상기 화학식 2에 있어서,
Ra, Rb, R21 및 R22는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
r 및 s는 각각 1 내지 7의 정수이며,
r 및 s가 각각 2 이상인 경우, 괄호 내 치환기는 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기물층 형성용 조성물은 a) 화학식 N으로 표시되는 화합물과 b) 화학식 P 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 1:10 내지 10:1, 1:8 내지 8:1, 1:5 내지 5:1, 1:2 내지 2:1의 중량비로 포함할 수 있고, 바람직하게는 1:2의 중량비로 포함될 수있다.
본 명세서에 있어서, 화학식 N은 상기 화학식 1-N과 동일하고, 화학식 P는 상기 화학식 1-P와 동일하다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명하지만, 이들은 본 출원을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 출원 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.
<제조예>
<제조예 1> 화합물 1-1의 제조
Figure pat00045
1) 화합물 1-1-4의 제조
1-브로모-2-클로로-4-아이오도벤젠(1-bromo-2-chloro-4-iodobenzene) 18.2g(57.4mM), 페닐보론산(phenylboronic acid) 7.7g(63.1mM), Pd(PPh3)4(테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(0)) 3.3g(2.9mM), K2CO3 15.9g(114.8mM)를 1,4-다이옥세인/H2O 200mL/40mL에 녹인 후 24시간 환류하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 디클로로메탄(Dichloromethane, DCM)을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼 크로마토그래피(DCM:Hex=1:10)로 정제하여 목적화합물 1-1-4 12.3g(80%)을 얻었다.
2) 화합물 1-1-3의 제조
화합물 1-1-4 10g(37.4mM), (2'-브로모-[1,1'-비페닐]-2-일)보론산((2'-bromo-[1,1'-biphenyl]-2-yl)boronic acid) 10.4g(37.4mM), Pd(PPh3)4 2.2g(1.9mM), K2CO3 10.3g(74.8mM)를 1,4-다이옥세인/H2O 200mL/40mL에 녹인 후 24시간 환류하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 DCM을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼 크로마토그래피(DCM:Hex(헥산)=1:10)로 정제하여 목적화합물 1-1-3 13.3g(85%)을 얻었다.
3) 화합물 1-1-2의 제조
화합물 1-1-3 11.6g(27.7mM), Pd(OAc)2(팔라듐(II) 아세테이트) 622mg(2.8mM), PCy3·HBF4(Tricyclohexylphosphine tetrafluoroborate) 2.0g(5.5mM), K2CO3 7.7g(55.4mM)를 디메틸아세트아미드(Dimethylacetamide, DMA) 100mL에 녹인 후 12시간 환류하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 DCM을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼 크로마토그래피(DCM:Hex=1:10)로 정제하여 목적화합물 1-1-2 6.6g(70%)을 얻었다.
4) 화합물 1-1-1의 제조
화합물 1-1-2 6.5g(19.2mM), 비스(피나콜라토)디보론(bis(pinacolato)diboron) 7.3g(28.8mM), Pd2(dba)3(트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)) 879mg(1.0mM), Xphos(2-Dicyclohexylphosphino-2',4',6'-triisopropylbiphenyl) 915mg(1.9mM), KOAc(포타슘 아세테이트) 5.6g(57.3mM)를 1,4-다이옥세인 100mL에 녹인 후 24시간 환류하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 DCM을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼 크로마토그래피(DCM:Hex=1:3)로 정제하였고 메탄올로 재결정하여 목적 화합물 1-1-1 7g(85%)을 얻었다.
5) 화합물 1-1의 제조
화합물 1-1-1 6.9g(16.1mM), 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진(2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) 4.7g(17.7mM), Pd(PPh3)4 0.9g(0.8mM), K2CO3 4.5g(32.3mM)를 1,4-다이옥세인/H2O 200/40mL에 녹인 후 24시간 환류하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 DCM을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼 크로마토그래피(DCM:Hex=1:3)로 정제하였고 메탄올로 재결정하여 목적화합물 1-1 7.1g(82%)을 얻었다.
상기 제조예 1에서 페닐보론산 대신 하기 표 1의 중간체 A를 사용하고 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 대신 하기 표 1의 중간체 B를 사용한 것을 제외하고 제조예 1의 제조와 동일한 방법으로 제조하여 목적화합물 A을 합성하였다.
[표 1]
Figure pat00046
Figure pat00047
Figure pat00048
Figure pat00049
Figure pat00050
상기 제조예 1에서 1-브로모-2-클로로-4-아이오도벤젠 대신 하기 표 2의 중간체 A를 사용하고 페닐보론산 대신 중간체 B를 사용하고 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 대신 중간체 C를 사용한 한 것을 제외하고 제조예 1의 제조와 동일한 방법으로 제조하여 목적화합물 A을 합성하였다.
[표 2]
Figure pat00051
Figure pat00052
<제조예 2> 화합물 3-3 합성
Figure pat00053
1) 화합물 3-3의 제조
3-브로모-1,1’-바이페닐 3.7g(15.8mM), 9-페닐-9H,9'H-3,3’-바이카바졸 6.5g(15.8mM), CuI 3.0g(15.8mM), 트랜스-1,2-디아미노사이클로헥산 1.9mL(15.8mM) 및 K3PO4 3.3g(31.6mM)를 1,4-다이옥세인 100mL에 녹인 후 24시간 환류하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 DCM을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼 크로마토그래피(DCM:Hex=1:3)로 정제하였고 메탄올로 재결정하여 목적화합물 3-3 7.5g(85%)을 얻었다.
상기 제조예 2에서 3-브로모-1,1`-바이페닐 대신 하기 표 3의 중간체 A를 사용하고 9-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸 대신 하기 표 3의 중간체 B를 사용한 것을 제외하고 제조예 2의 제조와 동일한 방법으로 제조하여 목적화합물 A을 합성하였다.
[표 3]
Figure pat00054
<제조예 3> 화합물 4-2 합성
Figure pat00055
1) 화합물 4-2-2의 제조
2-브로모디벤조[b,d]티오펜 4.2g(15.8mM), 9-페닐-9H,9'H-3,3'-바이카바졸 6.5g(15.8mM), CuI 3.0g(15.8mM), 트랜스-1,2-디아미노사이클로헥산 1.9mL(15.8mM) 및 K3PO4 3.3g(31.6mM)를 1,4-다이옥세인 100mL에 녹인 후 24시간 환류하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 DCM을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼 크로마토그래피(DCM:Hex=1:3)로 정제하였고 메탄올로 재결정하여 목적화합물 4-2-2 7.9g(85%)을 얻었다.
2) 화합물 4-2-1의 제조
화합물 4-2-1 8.4g(14.3mmol)과 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran, THF) 100mL를 넣은 혼합 용액을 -78℃에서 2.5M n-BuLi 7.4mL(18.6mmol)을 적가하였고 실온에서 1시간 교반하였다. 반응 혼합물에 트리메틸 보레이트(B(OMe)3) 4.8mL(42.9mmol)을 적가하였고 실온에서 2시간 교반하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 DCM을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼크로마토 그래피(DCM:MeOH=100:3)으로 정제하였고 DCM으로 재결정하여 목적화합물 4-2-1 3.9g(70%)을 얻었다.
3) 화합물 4-2의 제조
화합물 4-2-1 6.7g(10.5mM), 아이오도벤젠 2.1g(10.5mM), Pd(PPh3)4 606mg(0.52mM), K2CO3 2.9g(21.0mM)를 톨루엔/EtOH/H2O 100/20/20 mL에 녹인 후 12시간 환류하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 DCM을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼 크로마토그래피(DCM:Hex=1:3)으로 정제하였고 메탄올로 재결정하여 목적화합물 4-2 4.9g(70%)을 얻었다.
<제조예 4> 화합물 4-3 합성
상기 제조예 3에서 아이오도벤젠 대신 4-아이오도-1,1'-바이페닐을 사용한 것을 제외하고 화합물 4-2의 제조와 동일한 방법으로 제조하여 목적화합물 4-3 (83%)을 얻었다.
<제조예 5> 화합물 4-12 합성
상기 제조예 3에서 아이오도벤젠 대신 4-아이오도벤조[b,d]퓨란을 사용한 것을 제외하고 화합물 4-2의 제조와 동일한 방법으로 제조하여 목적화합물 4-12 (80%)을 얻었다.
상기 제조예 1 내지 제조예 5 및 표 1 내지 3에 기재된 화합물 이외의 나머지 화합물도 전술한 제조예에 기재된 방법과 마찬가지로 제조하였다.
상기에서 제조한 화합물의 합성 결과를 하기 표 4 및 5에 나타내었다.
화합물
번호		 1H NMR(CDCl3, 200Mz)
1-1 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36 (4H, m), 8.27(1H, d), 7.75-7.64 (6H, m), 7.52-7.41 (10H, m)
1-4 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36 (4H, m), 8.27(1H, d), 7.75-7.64 (6H, m), 7.52-7.41 (10H, m), 7.25 (4H, s)
1-7 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36 (4H, m), 8.27(1H, d), 7.75-7.64 (6H, m), 7.52-7.41 (10H, m), 7.25 (8H, s)
1-8 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36 (4H, m), 8.27(1H, d), 8.04 (2H, s), 7.75-7.64 (8H, m), 7.52-7.41 (12H, m)
1-9 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36 (4H, m), 8.27(1H, d), 8.04 (3H, s), 7.94 (1H, s), 7.75-7.61 (11H, m), 7.52-7.41 (13H, m)
1-17 δ= 9.27 (1H, s), 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.79 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.37-8.27 (9H, m), 7.70-7.64 (8H, m), 7.50 (8H, m)
1-21 δ= 9.60 (1H, d), 9.27 (1H, s), 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.79 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.37-8.27 (8H, m), 7.94 (1H, s), 7.70-7.50 (20H, m)
1-27 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36 (4H, m), 8.27(1H, d), 7.98 (1H, d), 7.88-7.79 (3H, m), 7.70-7.64 (4H, m), 7.54-7.50 (8H, m), 7.39-7.31 (2H, m)
1-28 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36 (4H, m), 8.27(1H, d), 7.98 (1H, d), 7.82 (1H, d), 7.70-7.50 (14H, m), 7.39-7.31 (2H, m)
1-31 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.45 (1H, d), 8.36 (4H, m), 8.27(1H, d), 8.12 (2H, m), 7.99-7.93 (2H, m), 7.70-7.49 (13H, m)
1-34 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36 (4H, m), 8.27(1H, d), 8.09 (1H, d), 7.90-7.89 (2H, m), 7.78-7.50 (13H, m), 7.38-7.28 (2H, m), 1.69 (6H, s)
1-39 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36-8.27 (6H, m), 8.19-8.13(2H, m), 7.89 (1H, s), 7.70-7.50 (18H, m), 7.20 (1H, t)
1-44 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36 (4H, m), 8.27(1H, d), 7.87 (2H, d), 7.70-7.64 (6H, m), 7.50-7.38 (22H, m)
1-46 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36 (4H, m), 8.27(1H, d), 8.02 (1H, d), 7.85-7.64 (7H, m), 7.50 (4H, m)
1-49 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.45 (1H, d), 8.36 (4H, m), 8.27-8.17(4H, m), 7.93 (1H, d), 7.70-7.50 (13H, m), 7.25 (4H, s)
1-56 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36-8.27 (6H, m), 8.19-8.13 (1H, m), 7.89 (1H, s), 7.70-7.50(25H, m), 7.40 (1H, s), 7.20 (1H, t)
1-90 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.27-8.23 (2H, m), 7.94 (4H, m), 7.75-7.41 (16H, m), 7.25 (8H, s)
1-92 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.27 (1H, d), 8.13 (1H, d), 8.04 (3H, s), 7.94 (1H, s), 7.84-7.41 (26H, m)
1-99 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.40-8.27 (7H, m), 7.79-7.64 (6H, d), 7.52-7.41 (10H, d)
1-100 δ= 8.98 (2H, d), 8.40-8.27 (8H, m), 7.98 (1H, s), 7.75-7.61 (9H, m), 7.50-7.41 (9H, m)
1-101 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.40-8.27 (7H, m), 7.75-7.64 (6H, m), 7.52-7.41 (10H, m), 7.25 (4H, s)
1-108 δ= 9.27 (1H, s), 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.79 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36-8.27 (9H, m), 7.70-7.64 (8H, m), 7.52-7.50 (8H, m)
1-121 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.38-8.36 (5H, m), 8.27 (1H, d), 7.94 (1H, s), 7.75-7.64 (7H, m), 7.50-7.41 (10H, m)
1-122 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.36 (4H, m), 8.27 (1H, d), 7.96 (2H, d), 7.75-7.64 (6H, m), 7.50-7.41 (10H, m), 7.25 (2H, d)
1-127 δ= 9.27 (1H, s), 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.79 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.38-8.27 (10H, m), 7.94 (1H, s), 7.73-7.64 (9H, m), 7.52-7.50 (8H, m)
2-7 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.27 (1H, d), 7.79-7.64 (8H, m), 7.52-7.41 (7H, m), 7.25 (8H, s)
2-17 δ= 9.27 (1H, s), 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.32-8.27 (5H, m), 7.79-7.64 (9H, m), 7.52-7.41 (5H, m)
2-22 δ= 9.27 (1H, s), 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.79 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.37-8.27 (5H, m), 7.79-7.64 (10H, m), 7.52-7.41 (5H, m), 7.25 (4H, s)
2-27 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.27 (1H, d), 7.98 (1H, d), 7.79-7.31 (16H, m)
2-31 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.45 (1H, d), 8.27 (1H, d), 8.12 (2H, m), 7.99-7.93 (2H, m), 7.79-7.41 (12H, m)
2-39 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.30-8.13 (4H, m), 7.89 (1H, s), 7.70-7.41 (17H, m), 7.20 (1H, t)
2-42 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.27 (1H, d), 7.90 (1H, d), 7.79-7.10 (26H, m)
2-44 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.27 (1H, d), 7.87 (2H, d), 7.79 (2H, d), 7.70-7.64 (6H, m), 7.52-7.38 (19H, m)
2-56 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.30-8.27 (2H, m), 8.19-8.13 (2H, m), 7.89 (1H, s), 7.79-7.41 (24H, m), 7.20 (1H, t)
2-70 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.27 (1H, d), 7.79-7.37 (32H, m)
2-72 δ= 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.56 (2H, s), 8.30-8.27 (3H, m), 8.19-8.13 (4H, m), 7.92-7.89 (6H, m) 7.79-7.41 (19H, m), 7.20 (2H, t)
2-80 δ= 9.60 (1H, d), 9.27 (2H, s), 9.08 (1H, d), 8.98 (1H, d), 8.79 (1H, d), 8.37-8.27 (8H, s), 7.70-7.64 (12H, m), 7.52 (4H, m)
3-3 δ= 8.55 (1H, d), 8.30 (1H, d), 8.21-8.13 (3H, m), 7.99-7.89 (4H, m), 7.77-7.35 (17H, m), 7.20-7.16 (2H, m)
3-4 δ= 8.55 (1H, d), 8.30(1H, d), 8.19-8.13(2H, m), 7.99-7.89(8H, m), 7.77-7.75 (3H, m), 7.62-7.35 (11H, m), 7.20-7.16 (2H, m)
3-7 δ= 8.55 (1H, d), 8.31-8.30 (3H, d), 8.19-8.13 (2H, m), 7.99-7.89 (5H, m), 7.77-7.75 (5H, m), 7.62-7.35 (14H, m), 7.20-7.16 (2H, m)
3-31 δ= 8.55 (1H, d), 8.30 (1H, d), 8.21-8.13 (4H, m), 7.99-7.89 (4H, m), 7.77-7.35 (20H, m), 7.20-7.16 (2H, m)
3-32 δ= 8.55 (1H, d), 8.30 (1H, d), 8.21-8.13 (3H, m), 7.99-7.89 (8H, m), 7.77-7.35 (17H, m), 7.20-7.16 (2H, m)
4-2 δ = 8.55(1H, d), 8.45(1H, d), 8.30(1H, d), 8.19(1H, d), 8.13(1H, d), 8.00~7.89(6H, m), 7.77(2H, m), 7.62~7.35(15H, m), 7.20~7.16(2H, m)
4-3 δ = 8.55(1H, d), 8.45(1H, d), 8.30(1H, d), 8.19(1H, d), 8.13(1H, d), 8.00~7.89(6H, m), 7.77-7.75(4H, m), 7.62~7.35(13H, m), 7.25~7.16(6H, m)
4-12 δ = 8.55(1H, d), 8.45(1H, d), 8.30(1H, d), 8.19~7.89(11H, m), 7.77(2H, m), 7.62~7.31(14H, m), 7.20~7.16(2H, m)
화합물 FD-MS 화합물 FD-MS
1-1 m/z= 535.20 (C39H25N3=535.65) 1-4 m/z= 611.24 (C45H29N3=611.75)
1-7 m/z= 687.27 (C51H33N3=687.85) 1-8 m/z= 687.27 (C51H33N3=687.85)
1-9 m/z= 763.30 (C57H37N3=763.94) 1-17 m/z= 685.25 (C51H31N3=685.83)
1-21 m/z= 761.28 (C57H35N3=761.93) 1-27 m/z= 625.22 (C45H27N3O=625.73)
1-28 m/z= 625.22 (C45H27N3O=625.73) 1-31 m/z= 641.19 (C45H27N3S=641.79)
1-34 m/z= 651.27 (C48H33N3=651.81) 1-39 m/z= 700.26 (C51H32N4=700.84)
1-44 m/z= 793.29 (C57H39N3Si=794.04) 1-46 m/z= 560.20 (C40H24N4=560.66)
1-49 m/z= 717.22 (C51H31N3S=717.89) 1-56 m/z= 865.32 (C63H39N5=866.04)
1-90 m/z= 686.27 (C52H34N2=686.86) 1-92 m/z= 736.29 (C56H36N2=736.92)
1-99 m/z= 535.20 (C39H25N3=535.65) 1-100 m/z= 611.24 (C45H29N3=611.75)
1-101 m/z= 611.24 (C45H29N3=611.75) 1-108 m/z= 685.25 (C51H31N3=685.83)
1-121 m/z= 611.24 (C45H29N3=611.75) 1-122 m/z= 611.24 (C45H29N3=611.75)
1-127 m/z= 761.28 (C57H35N3=761.93) 2-7 m/z= 532.22 (C42H28=532.69)
2-17 m/z= 530.20 (C42H26=530.67) 2-22 m/z= 606.23 (C48H30=606.77)
2-27 m/z= 470.17 (C36H22O=470.57) 2-31 m/z= 486.14 (C36H22S=486.63)
2-39 m/z= 545.21 (C42H27N=545.68) 2-42 m/z= 620.25 (C49H32=620.25)
2-44 m/z= 638.24 (C48H34Si=638.89) 2-56 m/z= 710.27 (C54H34N2=710.88)
2-70 m/z= 699.29 (C54H37N=699.90) 2-72 m/z= 786.30 (C60H38N2=786.98)
2-80 m/z= 680.25 (C54H32=680.85) 3-3 m/z= 560.23 (C42H28N2=560.70)
3-4 m/z= 560.23 (C42H28N2=560.70) 3-7 m/z= 636.26 (C48H32N2=636.80)
3-31 m/z= 636.26 (C48H32N2=636.80) 3-32 m/z= 636.26 (C48H32N2=636.80)
4-2 m/z= 666.84 (C48H30N2=666.21) 4-3 m/z= 742.24 (C54H34N2S=742.94)
4-12 m/z= 756.22 (C54H32N2OS=756.92)
<실험예 1>-유기 발광 소자의 제작
1,500Å의 두께로 ITO(Indium tin oxide)가 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 아세톤, 메탄올, 이소프로필 알코올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 UV(Ultraviolet) 세정기에서 UV를 이용하여 5분간 UVO(Ultraviolet ozone)처리하였다. 이후 기판을 플라즈마 세정기(PT)로 이송시킨 후, 진공상태에서 ITO 일함수 및 잔막 제거를 위해 플라즈마 처리를 하여, 유기증착용 열증착 장비로 이송하였다.
상기 ITO 투명 전극(양극)위에 공통층인 정공 주입층 2-TNATA(4,4′,4′′-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine) 및 정공 수송층 NPB(N,N′-Di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine)을 형성시켰다.
그 위에 발광층을 다음과 같이 열 진공 증착시켰다. 발광층은 호스트로 하기 표 6에 기재된 발광층 화합물(화학식 1의 화합물)을 400Å 증착하였고 녹색 인광 도펀트는 Ir(ppy)3를 발광층 증착 두께의 7% 도핑하여 증착하였다. 이후 정공 저지층으로 BCP(bathocuproine)를 60Å 증착하였으며, 그 위에 전자 수송층으로 Alq3 를 200Å 증착하였다. 마지막으로 전자 수송층 위에 리튬 플루오라이드(lithium fluoride: LiF)를 10Å 두께로 증착하여 전자 주입층을 형성한 후, 전자 주입층 위에 알루미늄(Al) 음극을 1,200Å의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
한편, OLED 소자 제작에 필요한 모든 유기 화합물은 재료 별로 각각 10-8~10-6torr 하에서 진공 승화 정제하여 OLED 제작에 사용하였다.
상기와 같이 제작된 유기 전계 발광 소자에 대하여 맥사이어스사의 M7000으로 전계 발광(EL)특성을 측정하였으며, 그 측정 결과를 가지고 맥사이언스사에서 제조된 수명장비측정장비(M6000)를 통해 기준 휘도가 6,000 cd/m2 일 때, T90을 측정하였다.
본 발명에 따라 제조된 유기 발광 소자의 구동전압, 발광효율, 색좌표(CIE), 수명을 측정한 결과는 하기 표 6과 같았다.
Figure pat00056
[표 6]
Figure pat00057
Figure pat00058
상기 표 6의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 유기 전계 발광 소자 발광층 재료를 이용한 유기 전계 발광 소자는 비교예 1 내지 11에 비해 구동 전압이 낮고, 발광효율이 향상되었을 뿐만 아니라 수명도 현저히 개선되었다.
본 발명에 따른 화합물 1-7의 HOMO 오비탈은 트리페닐렌과 아릴계 치환기까지 비편재화 되어 있다. 하지만 Ref. 1 및 3의 화합물과 같이 트리페닐렌기에 아릴계 치환기가 없는 경우에는, 트리페닐렌에 HOMO가 편재화되어 정공를 효과적으로 안정화시키지 못하고 수명이 저하됨을 확인할 수 있었다.
상기 Ref. 2 및 4의 화합물과 같이 트리페닐렌기에 트리아진이 없는 경우에는, 전자이동도가 떨어져 발광층에서 정공과 전자의 균형이 깨져서 수명이 저하됨을 확인할 수 있었다.
상기의 화합물 2-7의 HOMO 오비탈은 트리페닐렌과 2개의 치환기인 페닐기와 터페닐기까지 비편재화 되어 효과적으로 정공을 안정화 시킬 수 있다. 하지만 Ref. 4의 화합물과 같이 트리페닐렌기에 1개의 치환기를 가지는 경우에는, 상대적으로 HOMO 오비탈이 편재화 되어 정공을 효과적으로 안정화시키지 못하고 수명이 저하됨을 확인할 수 있었다.
상기 Ref. 5의 화합물은 본 발명의 화합물과 치환 위치는 같으나 안트라센 치환기가 결합되어 있다. 이 화합물은 HOMO, LUMO 오비탈이 모두 안트라센에 편재화 되어 있다. 이것은 HOMO, LUMO 오비탈이 공액화되어 있는 것보다 정공 및 전자의 안정성을 떨어뜨려 수명이 저하됨을 확인할 수 있었다.
<실험예 2>-유기 발광 소자의 제작
1,500Å의 두께로 ITO(Indium tin oxide)가 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 아세톤, 메탄올, 이소프로필 알코올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 UV(Ultraviolet) 세정기에서 UV를 이용하여 5분간 UVO(Ultraviolet ozone)처리하였다. 이후 기판을 플라즈마 세정기(PT)로 이송시킨 후, 진공상태에서 ITO 일함수 및 잔막 제거를 위해 플라즈마 처리를 하여, 유기증착용 열증착 장비로 이송하였다.
상기 ITO 투명 전극(양극)위에 공통층인 정공 주입층 2-TNATA(4,4′,4′′-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine) 및 정공 수송층 NPB(N,N′-Di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine)을 형성시켰다.
그 위에 발광층을 다음과 같이 열 진공 증착시켰다. 발광층은, 하기 표 7에 기재한 바와 같이, 호스트로 화학식 1-N의 화합물 1종과 화학식 1-P의 화합물 1종을 함께 사용하거나, 화학식 1-N의 화합물 1종과 화학식 2의 화합물 1종을 pre-mixed하여 예비 혼합 후 하나의 공원에서 400Å 증착하였고, 녹색 인광 도펀트로서 Ir(ppy)3를 발광층 증착 두께의 7%의 양으로 도핑하여 증착하였다. 이후 정공 저지층으로 BCP(bathocuproine)를 60Å 증착하였으며, 그 위에 전자 수송층으로 Alq3 를 200Å 증착하였다. 마지막으로 전자 수송층 위에 리튬 플루오라이드(lithium fluoride: LiF)를 10Å 두께로 증착하여 전자 주입층을 형성한 후, 전자 주입층 위에 알루미늄(Al) 음극을 1,200Å의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
한편, OLED 소자 제작에 필요한 모든 유기 화합물은 재료 별로 각각 10-8~10-6torr 하에서 진공 승화 정제하여 OLED 제작에 사용하였다.
상기와 같이 제작된 유기 전계 발광 소자에 대하여 맥사이어스사의 M7000으로 전계 발광(EL)특성을 측정하였으며, 그 측정 결과를 가지고 맥사이언스사에서 제조된 수명장비측정장비(M6000)를 통해 기준 휘도가 6,000 cd/m2 일 때, T90을 측정하였다.
본 발명에 따라 제조된 유기 발광 소자의 구동전압, 발광효율, 색좌표(CIE), 수명을 측정한 결과는 하기 표 7과 같았다.
[표 7]
Figure pat00059
Figure pat00060
표 7의 결과를 보면 화학식 1-N의 화합물과 화학식 1-P의 화합물, 또는 화학식 1-N의 화합물과 화학식 2의 화합물을 동시에 포함하는 경우, 더 우수한 효율 및 수명 효과를 보인다. 이 결과는 두 화합물을 동시에 포함하는 경우 엑시플렉스(exciplex) 현상이 일어남을 예상할 수 있다.
상기 엑시플렉스(exciplex) 현상은 두 분자간 전자 교환으로 donor(p-host)의 HOMO level, acceptor(n-host) LUMO level 크기의 에너지를 방출하는 현상이다. 두 분자간 엑시플렉스(exciplex) 현상이 일어나면 Reverse Intersystem Crossing(RISC)이 일어나게 되고 이로 인해 형광의 내부양자 효율이 100%까지 올라갈 수 있다. 정공 수송 능력이 좋은 donor(p-host)와 전자 수송 능력이 좋은 acceptor(n-host)가 발광층의 호스트로 사용될 경우 정공은 p-host로 주입되고, 전자는 n-host로 주입되기 때문에 구동 전압을 낮출 수 있고, 그로 인해 수명 향상에 도움을 줄 수 있다. 본원발명에서는 donor 역할은 상기 화학식 1-P 또는 화학식 2의 화합물, acceptor 역할은 상기 화학식 1-P의 화합물이 발광층 호스트로 사용되었을 경우에 우수한 소자 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다.
100: 기판
200: 양극
300: 유기물층
301: 정공 주입층
302: 정공 수송층
303: 발광층
304: 정공 저지층
305: 전자 수송층
306: 전자 주입층
400: 음극

Claims (15)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 것인 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00061

    상기 화학식 1에 있어서,
    A1 및 A2 중 하나는 (L1)a-Q1이고,
    A1 및 A2 중 나머지, A3 및 A4는 각각 독립적으로, 수소 또는 (L2)b-Q2이며, 적어도 하나는 (L2)b-Q2이고,
    a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이며,
    a 및 b가 각각 2 이상인 경우, 괄호 내의 치환기는 서로 동일하거나 상이하고,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로, 직접결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이며,
    Q1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 N을 포함하는 C2 내지 C20의 헤테로아릴기이고,
    Q2는 시아노기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기이며,
    A2 및 A3은 수소이고, Q1이 페닐기이고, Q2가 피리딘 또는 트리아진을 포함하는 경우, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이고,
    Q1 및 Q2가 모두 아릴기인 경우, i) Q1 및 Q2가 모두 페닐기이고, L1 및 L2은 직접결합이고, A2 및 A4는 수소, ii) Q1 및 Q2가 모두 페닐기이고, L1 및 L2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 2환 이하의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기, 및 iii) Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 2환 이상의 아릴기 중 하나를 만족한다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표시되는 것인 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00062

    상기 화학식 1-1에 있어서,
    각 치환기의 정의는 상기 화학식 1에서의 정의와 동일하다.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 L1 및 L2은 각각 독립적으로, 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 비페닐렌기; 치환 또는 비치환된 터페닐렌기; 치환 또는 비치환된 2가의 피리딘기; 치환 또는 비치환된 2가의 피리미딘기; 치환 또는 비치환된 2가의 트리아진기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 카바졸릴기인 것인 화합물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 Q2는 시아노기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 실릴기; 아릴기로 치환 또는 비치환된 아민기; 아릴기로 치환된 C1 내지 C20의 알킬기; 시아노기, 알킬기, 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기; 알킬기, 아릴기 또는 헤테로아릴기로 치환 또는 비치환된 C2내지 C30 헤테로아릴기; 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기인 것이 화합물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1은 하기 화합물 중 어느 하나로 표시되는 것인 화합물:
    Figure pat00063

    Figure pat00064

    Figure pat00065

    Figure pat00066

    Figure pat00067

    Figure pat00068

    Figure pat00069

    Figure pat00070

    Figure pat00071

    Figure pat00072

    Figure pat00073
    .
  6. 제1 전극; 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서,
    상기 유기물층은 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 따른 화합물을 1종 이상 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기물층은 상기 화합물을 2종 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기물층은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 2]
    Figure pat00074

    상기 화학식 2에 있어서,
    Ra, Rb, R21 및 R22는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
    r 및 s는 각각 1 내지 7의 정수이며,
    r 및 s가 각각 2 이상인 경우, 괄호 내 치환기는 서로 같거나 상이하다.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 화학식 2는 하기 화합물 중 어느 하나로 표시되는 것인 유기 발광 소자:
    Figure pat00075

    Figure pat00076

    Figure pat00077

    Figure pat00078

    Figure pat00079

    Figure pat00080

    Figure pat00081

    Figure pat00082

    Figure pat00083
    .
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기물층은 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 상기 화합물을 1종 이상 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기물층은 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 호스트 물질을 포함하며,
    상기 호스트 물질은 상기 화합물을 1종 이상 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  12. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기물층은 발광층을 포함하고,
    상기 발광층은 호스트 물질을 포함하며,
    상기 호스트 물질은 상기 화합물 및 하기 화학식 2의 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자:
    [화학식 2]
    Figure pat00084

    상기 화학식 2에 있어서,
    Ra, Rb, R21 및 R22는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
    r 및 s는 각각 1 내지 7의 정수이며,
    r 및 s가 각각 2 이상인 경우, 괄호 내 치환기는 서로 같거나 상이하다.
  13. 청구항 6에 있어서,
    상기 유기 발광 소자는 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 전자 수송층, 전자 저지층 및 정공 저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  14. 하기 a) 화학식 N의 화합물 및 하기 b) 화학식 P 또는 화학식 2의 화합물을 포함하는 유기물층 형성용 조성물:
    [화학식 N]
    Figure pat00085

    [화학식 P]
    Figure pat00086

    상기 화학식 N 및 화학식 P에 있어서,
    A11 내지 A14 중 적어도 하나는 피리딘 고리, 피리미딘 고리, 트리아진 고리 또는 이미다졸 고리를 포함하는 헤테로아릴기를 적어도 하나 포함하며,
    A21 내지 A24는 피리딘 고리, 피리미딘 고리, 트리아진 고리 또는 이미다졸 고리를 포함하는 헤테로아릴기는 포함하지 않고,
    A11 및 A12 중 하나는 (L1)a-Q1이고, A11 및 A12 중 나머지, A13 및 A14는 각각 독립적으로, 수소 또는 (L2)b-Q2이며, 적어도 하나는 (L2)b-Q2이고,
    A21 및 A22 중 하나는 (L1)a-Q1이고, A21 및 A22 중 나머지, A23 및 A24는 각각 독립적으로, 수소 또는 (L2)b-Q2이며, 적어도 하나는 (L2)b-Q2이고,
    a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이며,
    a 및 b가 각각 2 이상인 경우, 괄호 내의 치환기는 서로 동일하거나 상이하고,
    L1 및 L2는 각각 독립적으로, 직접결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이며,
    Q1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 N을 포함하는 C2 내지 C20의 헤테로아릴기이고,
    Q2는 시아노기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 아민기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기이며,
    A12 및 A13은 수소이고, Q1이 페닐기이고, Q2가 피리딘 또는 트리아진을 포함하는 경우, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이고,
    Q1 및 Q2가 모두 아릴기인 경우, i) Q1 및 Q2가 모두 페닐기이고, L1 및 L2은 직접결합이고, A2 및 A4는 수소, ii) Q1 및 Q2가 모두 페닐기이고, L1 및 L2 중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 2환 이하의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기, 및 iii) Q1 및 Q2 중 적어도 하나는 알킬기 또는 아릴기로 치환 또는 비치환된 2환 이상의 아릴기 중 하나를 만족하며,
    [화학식 2]
    Figure pat00087

    상기 화학식 2에 있어서,
    Ra, Rb, R21 및 R22는 각각 독립적으로, 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고,
    r 및 s는 각각 1 내지 7의 정수이며,
    r 및 s가 각각 2 이상인 경우, 괄호 내 치환기는 서로 같거나 상이하다.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 a) 화학식 N의 화합물과 상기 b) 화학식 P 또는 화학식 2의 화합물의 중량비는 1:10 내지 10:1인 것인 유기물층 형성용 조성물.
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