KR20210071273A - 유기 발광 화합물 및 이를 이용한 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

유기 발광 화합물 및 이를 이용한 유기 전계 발광 소자 Download PDF

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KR20210071273A
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김태형
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Abstract

본 발명은 신규 화합물 및 이를 포함하는 유기 전계 발광 소자에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 화합물은 유기 전계 발광 소자의 유기물층 재료, 바람직하게는 전자수송층 재료 및 전자수송 보조층 재료에 사용됨에 따라 유기 전계 발광 소자의 발광 효율, 구동 전압, 수명 등을 향상시킬 수 있다.

Description

유기 발광 화합물 및 이를 이용한 유기 전계 발광 소자{ORGANIC LIGHT-EMITTING COMPOUND AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 유기 전계 발광 소자용 재료로서 사용될 수 있는 신규 유기 화합물 및 이를 포함하는 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 있으며, 4,4-디카바졸리비페닐(4,4-dicarbazolybiphenyl, CBP)은 인광 호스트 재료로 사용되고 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. 따라서, 성능이 뛰어난 유기물층 재료의 개발이 요구되고 있다.
Figure pat00003
그러나 종래의 유기물층 재료들은 발광 특성 측면에서는 유리한 면이 있으나, 유리전이온도가 낮아 열적 안정성이 매우 좋지 않기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 수명 측면에서 만족할 만한 수준이 되지 못하고 있다. 따라서, 성능이 뛰어난 유기물층 재료의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2015-0033082호 (공개일자 : 2015. 04. 01)
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 적용할 수 있으며, 정공, 전자 주입 및 수송능, 발광능 등이 모두 우수한 신규 유기 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 신규 유기 화합물을 포함하여 낮은 구동 전압과 높은 발광 효율을 나타내며 수명이 향상되는 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00004
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이거나, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고, 서로 축합하여 고리를 형성할 수 있으며,
L1및 L2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합이거나, 또는 C6~C18의 아릴렌기 및 핵원자수 5 내지 18개의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군에서 선택되며,
상기 A는 하기 화학식 2로 표시되는 치환기이며,
[화학식 2]
Figure pat00005
상기 화학식 2에서,
X1 내지 X3은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 C(R) 또는 N이나, 적어도 하나 이상은 N이며,
R은 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, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 모노 또는 디아릴포스피닐기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되고, 서로 인접하는 기와 지방족, 방향족, 지방족헤테로 또는 방향족헤테로의 축합 고리를 형성하거나 스피로 결합을 이룰 수 있고,
상기 R의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴아민기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 모노 또는 디아릴포스피닐기 및 아릴실릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40개의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 모노 또는 디아릴포스피닐기 및 C6~C60의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환되거나 비치환되고, 복수 개의 치환기로 치환되는 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며,
Ar1 및 Ar2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이거나, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 발명에서 "알킬"은 탄본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하며, 상기 1층 이상의 유기물층 중에서 적어도 하나는 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
본 발명에서의 "알킬"은 탄소수 1 내지 40개의 직쇄 또는 측쇄의 포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기이며, 이의 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서의 "알케닐(alkenyl)"은 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진, 탄소수 2 내지 40개의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기이며, 이의 예로는 비닐(vinyl), 알릴(allyl), 이소프로펜일(isopropenyl), 2-부텐일(2-butenyl) 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서의 "알키닐(alkynyl)"은 탄소-탄소 삼중 결합을 1개 이상 가진, 탄소수 2 내지 40개의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기이며, 이의 예로는 에티닐(ethynyl), 2-프로파닐(2-propynyl) 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서의 "아릴"은 단독 고리 또는 2 이상의 고리가 조합된, 탄소수 6 내지 60개의 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 또한, 2 이상의 고리가 서로 축합되어 있고, 고리 형성 원자로서 탄소만을 포함(예를 들어, 탄소수는 8 내지 60개일 수 있음)하고, 분자 전체가 비-방향족성(non-aromacity)를 갖는 1가 치환기도 포함될 수 있다. 이러한 아릴의 예로는 페닐, 나프틸, 페난트릴, 안트릴, 플루오레닐 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서의 "헤테로아릴"은 핵원자수 5 내지 60개의 모노헤테로사이클릭 또는 폴리헤테로사이클릭 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이때, 고리 중 하나 이상의 탄소, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소가 N, O, P, S 및 Se 중에서 선택된 헤테로원자로 치환된다. 또한, 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합되어 있고, 고리 형성 원자로서 탄소 외에 N, O, P, S 및 Se 중에서 선택된 헤테로 원자를 포함하고, 분자 전체가 비-방향족성(non-aromacity)를 갖는 1가 그룹도 포함하는 것으로 해석된다. 이러한 헤테로아릴의 예로는 피리딜, 피라지닐, 피리미디닐, 피리다지닐, 트리아지닐과 같은 6-원 모노사이클릭 고리; 페녹사티에닐(phenoxathienyl), 인돌리지닐(indolizinyl), 인돌릴(indolyl), 퓨리닐(purinyl), 퀴놀릴(quinolyl), 벤조티아졸(벤조thiazole), 카바졸릴(carbazolyl)과 같은 폴리사이클릭 고리; 2-퓨라닐, N-이미다졸릴, 2-이속사졸릴, 2-피리디닐, 2-피리미디닐 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서의 "아릴옥시"는 RO-로 표시되는 1가의 치환기로, 상기 R은 탄소수 5 내지 60개의 아릴을 의미한다. 이러한 아릴옥시의 예로는 페닐옥시, 나프틸옥시, 디페닐옥시 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서의 "알킬옥시"는 R'O-로 표시되는 1가의 치환기로, 상기 R'는 1 내지 40개의 알킬을 의미하며, 직쇄(linear), 측쇄(branched) 또는 사이클릭(cyclic) 구조를 포함하는 것으로 해석한다. 이러한 알킬옥시의 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 1-프로폭시, t-부톡시, n-부톡시, 펜톡시 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서의 "아릴아민"은 탄소수 6 내지 60개의 아릴로 치환된 아민을 의미한다.
본 발명에서의 "시클로알킬"은 탄소수 3 내지 40개의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이러한 사이클로알킬의 예로는 사이클로프로필, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 놀보닐(norbornyl), 아다만틴(adamantine) 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서의 "헤테로시클로알킬"은 핵원자수 3 내지 40개의 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 등이 있는데, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에서의 "알킬실릴"은 탄소수 1 내지 40개의 알킬로 치환된 실릴이고, "아릴실릴"은 탄소수 5 내지 60개의 아릴로 치환된 실릴을 의미한다.
본 발명에서의 "축합 고리"는 축합 지방족 고리, 축합 방향족 고리, 축합 헤테로지방족 고리, 축합 헤테로방향족 고리 또는 이들의 조합된 형태를 의미한다.
본 발명에 따른 유기 발광 화합물은 유기 전계 발광 소자에 적용 시 정공, 전자 주입 및 수송능, 발광능이 우수하며, 낮은 구동 전압과 높은 발광 효율을 가지며 수명이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 소자의 단면도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
1. 신규 유기 화합물
본 발명의 신규 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:
[화학식 1]
Figure pat00006
상기 화학식 1에서,
R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이거나, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고, 서로 축합하여 고리를 형성할 수 있으며,
L1및 L2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합이거나, 또는 C6~C18의 아릴렌기 및 핵원자수 5 내지 18개의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군에서 선택되며,
상기 A는 하기 화학식 2로 표시되는 치환기이며,
[화학식 2]
Figure pat00007
상기 화학식 2에서,
X1 내지 X3은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 C(R) 또는 N이나, 적어도 하나 이상은 N이며,
R은 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, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 모노 또는 디아릴포스피닐기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되고, 서로 인접하는 기와 지방족, 방향족, 지방족헤테로 또는 방향족헤테로의 축합 고리를 형성하거나 스피로 결합을 이룰 수 있고,
상기 R의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴아민기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 모노 또는 디아릴포스피닐기 및 아릴실릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40개의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 모노 또는 디아릴포스피닐기 및 C6~C60의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환되거나 비치환되고, 복수 개의 치환기로 치환되는 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며,
Ar1 및 Ar2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이거나, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물의 R1 또는 R2은 하기 R-1 내지 R-6로 이루어진 군 중에서 선택되는 치환기일 수 있다.
Figure pat00008
상기 R-1 내지 R-6에서 *는 결합이 이루어지는 부분이다.
상기 L1 또는 L2은 단일결합이거나, 하기 L-1 내지 L-5 중에서 선택되는 링커일 수 있다.
Figure pat00009
L-1 내지 L-5에서, *는 결합이 이루어지는 부분이다.
상기 화학식 1의 A는 하기 A-1 내지 A-3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기일 수 있다.
Figure pat00010
상기 A-1 내지 A-3에서 *는 결합이 이루어지는 부분이다.
본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물로 나타낼 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다
Figure pat00011
Figure pat00012
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Figure pat00042
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Figure pat00050
Figure pat00051
Figure pat00052
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Figure pat00054
Figure pat00055
본 발명의 화학식 1의 화합물은 일반적인 합성방법에 따라 합성될 수 있다(Chem. Rev., 60:313 (1960); J. Chem. SOC. 4482 (1955); Chem. Rev. 95: 2457 (1995) 등 참조). 본 발명의 화합물에 대한 상세한 합성 과정은 후술하는 합성예에서 구체적으로 기술하도록 한다.
2. 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, 전자 수송 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 발광층, 전자수송층, 전자수송 보조층인 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 exciplex N-type 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] Core1 의 합성
<단계 1> 9-benzhydryl-2-bromo-9H-fluoren-9-ol 의 합성
Figure pat00056
질소 기류하에서 diphenylmethane (50 g, 297.2 mmol) 을 THF(500ml)에 녹인 후, 0℃로 냉각 시킨다. 이후, 1.6M n-Butyllithium(186ml, 297.2mmol)을 천천히 넣어주고 1시간 교반을 시킨 후, 2-bromo-9H-fluoren-9-one(69.3g 267.5mmol)을 넣은 후, 상온에서 24시간 동안 교반했다. Ammonium chloride 수용액을 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 9-benzhydryl-2-bromo-9H-fluoren-9-ol을 얻었다.
<단계 2> Core1의 합성
Figure pat00057
질소 기류하에서 Toluene 1L에 녹인 9-benzhydryl-2-bromo-9H-fluoren-9-ol과 p-Toluenesulphonic acid(9.2g 53.5mmol)을 넣고, 100℃에서 6시간 동안 환류교반하였다. 반응 종결 후 온도를 상온으로 낮추고 10% NaHCO3 수용액을 넣고 30분간 교반한 후, 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 Core1 (42 g 수율 70%)을 얻었다.
[LCMS] : 410
[준비예 2] Core 2의 합성
Figure pat00058
2-bromo-9H-fluoren-9-one대신 4-bromo-9H-fluoren-9-one을 사용 하는것을 제외하고는, 상기 [준비예 1]과 동일한 과정을 수행하여 Core2 40g (수율 67%)를 얻었다.
[LCMS] : 410
[준비예 3] Core3의 합성
Figure pat00059
2,9-dibromo-9H-fluorene (50g, 154.31mmol)과 9-bromo-9H-fluorene (37.8g, 154.31mmol) KOH를 DMSO : MeOH = 8 : 2의 비율로 섞은 용매에 녹인 후, 30분동안 교반하였다. 이후 Acetic acid를 넣고 10분간 교반한 후, 반응물을 물에 부었다. 이 때 생성된 침전물을 감압여과 한 후, Benzene 과 Ether를 사용해 재결정하여 Core3 48 g (수율 76%)을 얻었다.
[LCMS] : 408
[준비예 4] Core4의 합성
Figure pat00060
2,9-dibromo-9H-fluorene대신 4,9-dibromo-9H-fluorene을 사용한 것을 제외하고는 상기 [준비예 3]과 동일한 과정을 수행하여 Core4 44 g (수율 70%)을 얻었다.
[LCMS] : 408
[준비예 5] Core 5의 합성
Figure pat00061
2-bromo-9H-fluoren-9-one대신 3-bromo-9H-fluoren-9-one을 사용 하는것을 제외하고는, 상기 [준비예 1]과 동일한 과정을 수행하여 Core5 41g (수율 69%)를 얻었다.
[LCMS] : 410
[준비예 6] Core6의 합성
Figure pat00062
2,9-dibromo-9H-fluorene대신 3,9-dibromo-9H-fluorene을 사용한 것을 제외하고는 상기 [준비예 3]과 동일한 과정을 수행하여 Core6 45 g (수율 71%)을 얻었다.
[LCMS] : 408
[합성예 1] 화합물 Inv 3의 합성
Figure pat00063
[준비예 1]의 Core1 (5.0 g, 10.95 mmol)과 2-(3-chlorophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (4.5 g, 13.14 mmol) 및 Pd(OAc)2 (0.07 g, 0.32 mmol), Cs2CO3 (7.1 g, 21.91 mmol), Xphos (0.52 g, 1.09 mmol)을 Toluene 100ml, EtOH 25ml, H2O 25ml에 넣고 12시간 동안 가열환류하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물인 Inv 3 (5.5 g, 수율 78 %)을 얻었다.
[LCMS] : 638
[합성예 2] 화합물 Inv 7의 합성
Figure pat00064
2-(3-chlorophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (5.5g 13.14 mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 7 (5.8 g, 수율 74 %)를 얻었다.
[LCMS] : 714
[합성예 3] 화합물 Inv 14의 합성
Figure pat00065
2-(3-chlorophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3''-chloro-[1,1':3',1''-terphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (6.5g 13.14mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 14 (6.4 g, 수율 74 %)를 얻었다.
[LCMS] : 790
[합성예 4] 화합물 Inv 18의 합성
Figure pat00066
2-(3-chlorophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-(4-chlorophenyl)-6-phenyl-1,3,5-triazine (5.5g 13.14 mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 18 (5.5 g, 수율 70 %)을 얻었다.
[LCMS] : 714
[합성예 5] 화합물 Inv 103의 합성
Figure pat00067
2-(3-chlorophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3-chlorophenyl)-4-(dibenzo[b,d]furan-3-yl)-6-phenyl-1,3,5-triazine (5.7g 13.14mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 103 (5.9 g, 수율 74 %)를 얻었다.
[LCMS] : 728
[합성예 6] 화합물 Inv 145의 합성
Figure pat00068
2-(3-chlorophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-(6-chlorodibenzo[b,d]furan-2-yl)-2-phenylpyrimidine (6.69g 13.14mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 145 (6.4 g, 수율 72 %)를 얻었다.
[LCMS] : 803
[합성예 7] 화합물 In 167의 합성
Figure pat00069
2-(3-chlorophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-(6-chlorodibenzo[b,d]furan-2-yl)-2-phenylpyrimidine (5.5g 13.14mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 167 (6.2 g, 수율 70 %)를 얻었다.
[LCMS] : 803
[합성예 8] 화합물 Inv 182합성
Figure pat00070
Core1대신 Core2를 사용하고 2-(3-chlorophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(4'-chloro-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (5.5g 13.14mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 182 (5.7 g, 수율 73 %)를 얻었다.
[LCMS] : 714
[합성예 9] 화합물 Inv 194합성
Figure pat00071
2-(4'-chloro-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-(4-chlorophenyl)-6-phenyl-1,3,5-triazine (5.5g 13.14mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 8]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 194 (5.5 g, 수율 70 %)를 얻었다.
[LCMS] : 714
[합성예 10] 화합물 Inv 267의 합성
Figure pat00072
2-(4'-chloro-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-(3-chlorophenyl)-2-phenyl-6-(4-(pyridin-3-yl)phenyl)pyrimidine (5.5g 13.14mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 8]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 267 (5.6 g, 수율 71 %)를 얻었다.
[LCMS] : 714
[합성예 11] 화합물 Inv 276의 합성
Figure pat00073
2-(4'-chloro-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(4-chlorophenyl)-4-(dibenzo[b,d]furan-4-yl)-6-phenyl-1,3,5-triazine (5.7g 13.14mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 8]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 196 (5.8 g, 수율 72 %)를 얻었다.
[LCMS] : 728
[합성예 12] 화합물 Inv311의 합성
Figure pat00074
2-(4'-chloro-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4-(dibenzo[b,d]furan-3-yl)-6-phenyl-1,3,5-triazine (6.7g 13.14mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 8]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 311 (6.3 g, 수율 71 %)를 얻었다.
[LCMS] : 804
[합성예 13] 화합물 Inv 327의 합성
Figure pat00075
2-(4'-chloro-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(8-chlorodibenzo[b,d]furan-2-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (5.7g 13.14mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 8]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 327 (5.9 g, 수율 74 %)를 얻었다.
[LCMS] : 728
[합성예 14] 화합물 Inv 346의 합성
Figure pat00076
2-(4'-chloro-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-chloro-4-(dibenzo[b,d]furan-3-yl)-6-(naphthalen-1-yl)-1,3,5-triazine (5.3g 13.14mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 8]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 346 (5.5 g, 수율 71 %)를 얻었다.
[LCMS] : 702
[합성예 15] 화합물 Inv 356의 합성
Figure pat00077
2-(4'-chloro-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(4'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (5.5g 13.14mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 8]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 356 (5.7 g, 수율 72 %)를 얻었다.
[LCMS] : 714
[합성예 16] 화합물 Inv 367의 합성
Figure pat00078
Core 1 대신 Core 3을 사용하고 2-(3-chlorophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(4''-chloro-[1,1':3',1''-terphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (6.5g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 367 (6.1 g, 수율 70 %)를 얻었다.
[LCMS] : 788
[합성예 17] 화합물 Inv 426의 합성
Figure pat00079
2-(4''-chloro-[1,1':3',1''-terphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-2-(4-chlorophenyl)-6-phenylpyrimidine (5.5g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 16]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 426 (5.6 g, 수율 71 %)를 얻었다.
[LCMS] : 711
[합성예 18] 화합물 Inv 451의 합성
Figure pat00080
2-(4''-chloro-[1,1':3',1''-terphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(4-chlorophenyl)-4-(dibenzo[b,d]furan-3-yl)-6-phenyl-1,3,5-triazine (5.7g 13.2 mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 16]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 263 (5.8 g, 수율 72 %)를 얻었다.
[LCMS] : 726
[합성예 19] 화합물 Inv 472의 합성
Figure pat00081
2-(4''-chloro-[1,1':3',1''-terphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-(3-chlorophenyl)-6-(dibenzo[b,d]furan-3-yl)-1,3,5-triazine (6.7g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 16]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 472 (6.3 g, 수율 71 %)를 얻었다.
[LCMS] : 802
[합성예 20] 화합물 Inv 489의 합성
Figure pat00082
2-(4''-chloro-[1,1':3',1''-terphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(6-chlorodibenzo[b,d]furan-2-yl)-4,6-diphenylpyrimidine (5.7g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 16]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 489 (5.6 g, 수율 70 %)를 얻었다.
[LCMS] : 725
[합성예 21] 화합물 Inv 518의 합성
Figure pat00083
2-(4''-chloro-[1,1':3',1''-terphenyl]-3-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-chloro-6-phenyl-1,3,5-triazine (4.5g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 16]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 518 (5.1 g, 수율 72 %)를 얻었다.
[LCMS] : 636
[합성예 22] 화합물 Inv 533의 합성
Figure pat00084
Core1 대신 Core4를 사용하고 2-(3-chlorophenyl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (5.5g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 533 (5.5 g, 수율 70 %)를 얻었다.
[LCMS] : 712
[합성예 23] 화합물 Inv 555의 합성
Figure pat00085
2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-([1,1'-biphenyl]-3-yl)-4-(3-chlorophenyl)-6-phenyl-1,3,5-triazine (5.5g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 22]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 555 (5.4 g, 수율 69 %)를 얻었다.
[LCMS] : 712
[합성예 24] 화합물 Inv 618의 합성
Figure pat00086
2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-(4-chlorophenyl)-2-phenyl-6-(4-(pyridin-3-yl)phenyl)pyrimidine (5.5g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 22]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 618 (5.6 g, 수율 71 %)를 얻었다.
[LCMS] : 712
[합성예 25] 화합물 Inv 626의 합성
Figure pat00087
2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(4-chlorophenyl)-4-(dibenzo[b,d]furan-2-yl)-6-phenyl-1,3,5-triazine (5.7g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 22]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 626 (5.7 g, 수율 71 %)를 얻었다.
[LCMS] : 726
[합성예 26] 화합물 Inv 658의 합성
Figure pat00088
2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(6-chlorodibenzo[b,d]thiophen-2-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (5.9g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 22]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 658 (5.9 g, 수율 72 %)를 얻었다.
[LCMS] : 742
[합성예 27] 화합물 Inv 685의 합성
Figure pat00089
2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-(7-chlorodibenzo[b,d]furan-3-yl)-2-phenylpyrimidine (6.7g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 22]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 658 (6.5 g, 수율 73 %)를 얻었다.
[LCMS] : 801
[합성예 28] 화합물 Inv 697의 합성
Figure pat00090
2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-chloro-4-(dibenzo[b,d]furan-3-yl)-6-(naphthalen-2-yl)-1,3,5-triazine (5.3g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 22]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 374 (5.7 g, 수율 74 %)를 얻었다.
[LCMS] : 700
[합성예 29] 화합물 Inv 712의 합성
Figure pat00091
Core1 대신 Core5를 사용하고 2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2,4-di([1,1'-biphenyl]-4-yl)-6-chloro-1,3,5-triazine (5.5g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 712 (5.6 g, 수율 71 %)를 얻었다.
[LCMS] : 714
[합성예 30] 화합물 Inv 730 합성
Figure pat00092
Core1 대신 Core6을 사용하고 2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine 대신 2-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-4-yl)-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (5.5g 13.2mmol)을 사용한 것을 제외하고는, 상기 [합성예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 Inv 730 (5.5 g, 수율 70 %)를 얻었다.
[LCMS] : 714
[실시예 1 ~ 25] 녹색 유기 EL 소자의 제작
합성예에서 합성된 화합물 Inv 3 ~ Inv 730를 각각 통상적으로 알려진 방법에 따라 고순도 승화정제를 한 후 아래의 과정에 따라 녹색 유기 EL 소자를 제작하였다.
먼저, ITO (Indium tin oxide)가 1,500
Figure pat00093
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.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 m-MTDATA (60 nm)/TCTA (80 nm)/ Inv 3 ~ Inv 730 의 각각의 화합물 + 10 % Ir(ppy)3 (30nm)/BCP (10 nm)/Alq3 (30 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm) 순으로 적층하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
[비교예 1] 녹색 유기 EL 소자의 제작
발광층 형성시 발광 호스트 물질로서 화합물 Inv3 대신 CBP를 각각 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 과정으로 비교예 1의 녹색 유기 EL 소자를 제작하였다.
상기 실시예 1 내지 30 및 비교예 1에서 사용된 m-MTDATA, TCTA, Ir(ppy)3, CBP, BCP의구조는 각각 하기와 같다.
Figure pat00094
Figure pat00095
[평가예 1]
실시예 1 내지 30 및 비교예 에서 제작된 각각의 녹색 유기 EL 소자에 대하여 전류밀도 (10) mA/㎠에서의 구동전압, 전류효율 및 발광 피크를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
샘플 호스트 구동 전압
(V)
EL 피크
(nm)
전류효율
(cd/A)
실시예 1 Inv3 3.8 456 64.2
실시예 2 Inv7 3.9 455 65.4
실시예 3 Inv14 3.6 455 66.2
실시예 4 Inv18 3.7 456 64.5
실시예 5 Inv103 3.9 457 66.9
실시예 6 Inv145 3.8 454 64.2
실시예 7 Inv167 4.0 458 68.3
실시예 8 Inv182 3.8 457 66.4
실시예 9 Inv194 3.7 456 61.1
실시예 10 Inv267 3.9 455 62.8
실시예 11 Inv276 3.8 454 62.2
실시예 12 Inv311 4.0 457 63.3
실시예 13 Inv327 4.2 455 61.4
실시예 14 Inv346 3.9 458 61.9
실시예 15 Inv356 4.1 459 62.8
실시예 16 Inv367 4.2 456 60.6
실시예 17 Inv426 4.5 457 59.7
실시예 18 Inv451 3.9 455 58.4
실시예 19 Inv472 4.1 454 59.2
실시예 20 Inv489 4.1 458 58.8
실시예 21 Inv518 4.2 457 60.2
실시예 22 Inv533 4.0 457 59.4
실시예 23 Inv555 4.3 456 58.8
실시예 24 Inv618 4.1 454 58.6
실시예 25 Inv626 4.2 455 57.2
실시예 26 Inv658 3.8 454 62.2
실시예 27 Inv685 4.0 457 63.3
실시예 28 Inv697 4.2 455 61.4
실시예 29 Inv712 3.9 458 61.9
실시예 30 Inv730 4.1 459 62.8
비교예 1 CBP 5.6 459 42.6
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 화합물 Inv 3 ~ Inv 730을 발광층으로 적용한 실시예 1 내지 30의 녹색 유기 EL 소자는, 종래 CBP를 사용한 비교예 1을 발광층으로 사용한 녹색 유기 EL 소자와 비교해 볼 때, 효율 및 구동전압 면에서 보다 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다.
[실시예 31 ~ 40] 청색 유기 전계 발광 소자의 제작
합성예에서 합성된 화합물 Inv 3 ~ Inv 712를 통상적으로 알려진 방법에 따라 고순도 승화정제를 한 후, 하기와 같이 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
먼저, ITO (Indium tin oxide)가 1,500 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)/ Inv 3 ~ Inv 712의 각각의 화합물(30 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm) 순으로 적층하여 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
이때 사용된 NPB, ADN 및 Alq3의 구조는 다음과 같다.
Figure pat00096
[비교예 2] 청색 유기 전계 발광 소자의 제작
전자 수송층 물질로서 화합물 Inv 7 대신 Alq3을 30nm로 증착한 것을 제외하고는, 상기 실시예 31과 동일하게 수행하여 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[평가예 2]
실시예 31 내지 40 및 비교예2에서 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 전자수송층 구동 전압
(V)
EL 피크
(nm)
전류효율
(cd/A)
실시예 31 Inv3 4.0 458 7.0
실시예 32 Inv18 4.1 459 7.0
실시예 33 Inv194 3.8 459 6.9
실시예 34 Inv346 3.9 459 7.0
실시예 35 Inv356 3.8 459 7.1
실시예 36 Inv426 3.7 458 7.1
실시예 37 Inv451 4.2 459 7.1
실시예 38 Inv518 3.8 459 7.2
실시예 39 Inv626 3.9 458 7.0
실시예 40 Inv697 4.1 459 6.9
비교예 2 Alq3 4.8 460 5.8
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 화합물을 전자 수송층으로 적용한 실시예 31~40의 청색 유기 전계 발광 소자는, 종래 Alq3를 전자 수송층에 사용한 비교예 2의 청색 유기 전계 발광 소자와 비교하여, 구동전압, 발광피크 및 전류효율 면에서 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다.
[실시예 41~ 60] 청색 유기 전계 발광 소자의 제조
합성예에서 합성된 화합물 Inv 7 ~ Inv 730을 통상적으로 알려진 방법에 따라 고순도 승화정제를 한 후, 하기와 같이 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
ITO (Indium tin oxide)가 1,500
Figure pat00097
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 (80 nm) / NPB (15 nm) / ADN + 5 % DS-405 (㈜두산전자, 30nm) / Inv 7 ~ Inv 730의 각각의 화합물(30 nm)/ Alq3 (25 nm) / LiF (1 nm) / Al (200 nm) 순으로 적층하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
이때 사용된 NPB, ADN 및 Alq3의 구조는 다음과 같다.
Figure pat00098
[비교예 3] 청색 유기 전계 발광 소자의 제조
실시예 41에서 전자수송 보조층 물질로 사용된 Inv7을 사용하지 않고, 전자 수송층 물질인 Alq3를 25 nm 대신 30 nm로 증착한 것을 제외하고는, 상기 실시예 41과 동일하게 수행하여 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[평가예 3]
실시예 41 내지 60 및 비교예 3에서 각각 제조된 유기 전계 발광 소자에 대하여, 전류밀도 10 mA/㎠에서의 구동전압, 발광파장, 전류효율, 발광파장을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
샘플 전자수송
보조층
구동 전압
(V)
EL 피크
(nm)
전류효율
(cd/A)
실시예 41 Inv7 4.3 6.8 457
실시예 42 Inv14 4.0 7.2 458
실시예 43 Inv103 4.1 7.3 458
실시예 44 Inv145 3.9 7.4 457
실시예 45 Inv167 4.0 7.2 458
실시예 46 Inv182 4.4 7.1 458
실시예 47 Inv267 4.3 7.2 458
실시예 48 Inv276 4.1 7.3 458
실시예 49 In311 4.2 7.2 458
실시예 50 Inv327 4.1 7.2 457
실시예 51 Inv367 4.3 7.1 458
실시예 52 Inv472 4.0 7.0 458
실시예 53 Inv489 4.2 7.5 458
실시예 54 Inv533 4.3 7.1 458
실시예 55 Inv555 4.0 7.2 458
실시예 56 Inv618 4.0 7.1 458
실시예 57 Inv658 4.4 7.0 458
실시예 58 Inv685 4.3 7.1 458
실시예 59 Inv713 4.1 7.4 457
실시예 60 Inv730 4.2 7.0 458
비교예 3 - 4.7 5.6 457
표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 화합물을 전자수송 보조층으로 적용한 실시예 41 ~ 60의 청색 유기 전계 발광 소자는, 전자수송보조층 없이 Alq3로 이루어진 전자수송층을 포함하는 비교예 3의 유기 전계 발광 소자와 비교하여, 전류 효율 및 구동전압 면에서 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다.
10: 양극 20: 음극
30: 유기물층 31: 정공 수송층
32: 발광층 33: 정공 수송 보조층
34: 전자 수송층 35: 전자 수송 보조층
36: 전자 주입층 37: 정공 주입층

Claims (7)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00099

    상기 화학식 1에서,
    R1 및 R2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이거나, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이고, 서로 축합하여 고리를 형성할 수 있으며,
    L1및 L2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합이거나, 또는 C6~C18의 아릴렌기 및 핵원자수 5 내지 18개의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군에서 선택되며,
    상기 A는 하기 화학식 2로 표시되는 치환기이며,
    [화학식 2]
    Figure pat00100

    상기 화학식 2에서,
    X1 내지 X3은 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 C(R) 또는 N이나, 적어도 하나 이상은 N이며,
    R은 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, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 모노 또는 디아릴포스피닐기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되고, 서로 인접하는 기와 지방족, 방향족, 지방족헤테로 또는 방향족헤테로의 축합 고리를 형성하거나 스피로 결합을 이룰 수 있고,
    상기 R의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴아민기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 모노 또는 디아릴포스피닐기 및 아릴실릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60개의 헤테로아릴기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40개의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 모노 또는 디아릴포스피닐기 및 C6~C60의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환되거나 비치환되고, 복수 개의 치환기로 치환되는 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며,
    Ar1 및 Ar2는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 아릴기이거나, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기이다.
  2. 제1항에 있어서,
    R1 또는 R2은 하기 R-1 내지 R-6로 이루어진 군 중에서 선택되는 치환기인 것을 특징으로 하는 화합물:
    Figure pat00101

    상기 R-1 내지 R-6에서 *는 결합이 이루어지는 부분이다.
  3. 제1항에 있어서,
    L1 또는 L2은 단일결합이거나, 하기 L-1 내지 L-5 중에서 선택되는 링커인 것을 특징으로 하는 화합물:
    Figure pat00102

    L-1 내지 L-5에서,
    *는 결합이 이루어지는 부분이다.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 A는 하기 A-1 내지 A-3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기인 것을 특징으로 하는 화합물:
    Figure pat00103

    상기 A-1 내지 A-3에서 *는 결합이 이루어지는 부분이다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화합물은 아래의 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 화합물.
    Figure pat00104

    Figure pat00105

    Figure pat00106

    Figure pat00107

    Figure pat00108

    Figure pat00109

    Figure pat00110

    Figure pat00111

    Figure pat00112

    Figure pat00113

    Figure pat00114

    Figure pat00115

    Figure pat00116

    Figure pat00117

    Figure pat00118

    Figure pat00119

    Figure pat00120

    Figure pat00121

    Figure pat00122

    Figure pat00123

    Figure pat00124

    Figure pat00125

    Figure pat00126

    Figure pat00127

    Figure pat00128

    Figure pat00129

    Figure pat00130

    Figure pat00131

    Figure pat00132

    Figure pat00133

    Figure pat00134

    Figure pat00135

    Figure pat00136

    Figure pat00137

    Figure pat00138

    Figure pat00139

    Figure pat00140

    Figure pat00141

    Figure pat00142

    Figure pat00143

    Figure pat00144

    Figure pat00145

    Figure pat00146
  6. (i) 양극, (ii) 음극, 및 (iii) 상기 양극과 음극 사이에 개재된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전계 발광 소자로서,
    상기 1층 이상의 유기물층 중에서 적어도 하나는 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유기물층은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 수송 보조층, 전자 수송층, 전자 수송 보조층 및 발광층으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 층을 포함하는, 유기 전계 발광 소자.
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