KR20210093784A - 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

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KR20210093784A
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Abstract

본 명세서는 화학식 1의 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.

Description

화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자{COMPOUND AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING SAME}
본 명세서는 2020년 01월 20일 한국 특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2020-0007436호의 출원일 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자에 관한 것이다.
유기 발광 소자는 2개의 전극 사이에 유기박막을 배치시킨 구조를 가지고 있다. 이와 같은 구조의 유기 발광 소자에 전압이 인가되면, 2개의 전극으로부터 주입된 전자와 전공이 유기박막에서 결합하여 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 발하게 된다. 상기 유기박막은 필요에 따라 단층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
유기 발광 소자에서 사용되는 물질로는 순수 유기 물질 또는 유기 물질과 금속이 착물을 이루는 착화합물이 대부분을 차지하고 있으며, 용도에 따라 정공주입 물질, 정공수송 물질, 발광 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질 등으로 구분될 수 있다. 여기서, 정공주입 물질이나 정공수송 물질로는 p-타입의 성질을 가지는 유기물질, 즉 쉽게 산화가 되고 산화시에 전기화학적으로 안정한 상태를 가지는 유기물이 주로 사용되고 있다. 한편, 전자주입 물질이나 전자수송 물질로는 n-타입 성질을 가지는 유기 물질, 즉 쉽게 환원이 되고 환원시에 전기화학적으로 안정한 상태를 가지는 유기물이 주로 사용되고 있다. 발광층 물질로는 p-타입 성질과 n-타입 성질을 동시에 가진 물질, 즉 산화와 환원 상태에서 모두 안정한 형태를 갖는 물질이 바람직하며, 정공 및 전자가 발광층에서 재결합하여 생성되는 엑시톤(exciton)이 형성되었을 때 이를 빛으로 전환하는 발광 효율이 높은 물질이 바람직하다.
유기 발광 소자의 성능, 수명 또는 효율을 향상시키기 위하여, 유기박막의 재료의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
한국특허공개 제2016-132822호
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
Az1 및 Az2 중 어느 하나는 -L10-Ar1이며, 나머지 하나는 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
L1, L2 및 L10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
Ar1은 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
Ar2는 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
a는 0 내지 5의 정수이며, b는 0 내지 6의 정수이고,
a가 2 이상일 경우, 2 이상의 R1은 서로 같거나 상이하고,
b가 2 이상일 경우, 2 이상의 R2는 서로 같거나 상이하며,
*는 하기 화학식 2와 결합하고,
[화학식 2]
Figure pat00002
상기 화학식 2에 있어서,
X는 O, S, NR, 또는 CR'R"이고,
R, R', R" 및 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이며,
c는 0 내지 4의 정수이고,
c가 2 이상일 경우, 2 이상의 R3는 서로 같거나 상이하며,
*는 상기 화학식 1과 결합되는 위치이다.
본 명세서의 또 하나의 실시상태는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상이 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 명세서에 기재된 화합물은 유기 발광 소자의 유기물층의 재료로서 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시상태에 따른 화합물을 유기 발광 소자에 적용시, 소자의 정공 주입 특성과 전자 주입 및 이동을 개선되어, 발광 효율이 우수하고, 낮은 구동전압, 고효율 및 장수명을 갖는 유기 발광 소자를 얻을 수 있다. 구체적으로 본 명세서에 기재된 화합물은 안트라센의 2번 또는 3번 탄소 위치에 아릴(Ar1)이 결합되어 있으므로, 높은 HOMO(highest occupied molecular orbital) 준위를 가져 소자 내의 정공 주입 특성을 개선할 수 있으며, 안트라센의 9번 탄소 위치에 전자의 이동이 우수한 치환기가 결합되어 있으므로, 소자 내의 전자 주입 및 수송을 개선할 수 있다.
도 1 내지 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자를 도시한 것이다.
이하 본 명세서에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 명세서는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00003
상기 화학식 1에 있어서,
R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
Az1 및 Az2 중 어느 하나는 -L10-Ar1이며, 나머지 하나는 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
L1, L2 및 L10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
Ar1은 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
Ar2는 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
a는 0 내지 5의 정수이며, b는 0 내지 6의 정수이고,
a가 2 이상일 경우, 2 이상의 R1은 서로 같거나 상이하고,
b가 2 이상일 경우, 2 이상의 R2는 서로 같거나 상이하며,
*는 하기 화학식 2와 결합하고,
[화학식 2]
Figure pat00004
상기 화학식 2에 있어서,
X는 O, S, NR, 또는 CR'R"이고,
R, R', R" 및 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이며,
c는 0 내지 4의 정수이고,
c가 2 이상일 경우, 2 이상의 R3는 서로 같거나 상이하며,
*는 상기 화학식 1과 결합되는 위치이다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 안트라센의 2번 또는 3번 탄소 위치에 치환 또는 비치환된 아릴기가 포함됨으로써, HOMO 에너지 준위가 상승되어 정공의 주입을 개선하는 효과를 나타낸다. 또한, 9번 위에 디벤조퓨란에 상기 화학식 2가 축합된 치환기를 포함함으로써 전자 이동이 용이해지므로, 전자의 주입을 개선하는 효과도 나타낸다. 따라서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 유기 발광 소자의 호스트로 적용시 정공 주입 및 전자 주입 효과가 모두 개선되는 효과를 나타낸다.
본 명세서에 있어서, 안트라센의 2번 위치 및 9번 위치는 하기와 같다.
Figure pat00005
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 시아노기(-CN); 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아민기; 실릴기; 붕소기; 알콕시기; 알킬기; 시클로알킬기; 아릴기; 및 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 바이페닐기일 수 있다. 즉, 바이페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된"이라는 용어는 중수소; 알킬기 및 아릴기로 이루어진 군에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되는 것을 의미한다.
본 명세서에서, "치환 또는 비치환된"은 중수소; 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된되는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 30인 것이 바람직하다. 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 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 30인 것이 바람직하며, 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 30인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 -NH2; 알킬아민기; N-알킬아릴아민기; 아릴아민기; N-아릴헤테로아릴아민기; N-알킬헤테로아릴아민기 및 헤테로아릴아민기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 0 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 비페닐아민기, 안트릴아민기, 9-메틸-안트릴아민기, 디페닐아민기, N-페닐나프틸아민기, 디톨릴아민기, N-페닐톨릴아민기, 트리페닐레닐아민기, N-페닐비페닐아민기, N-페닐나프틸아민기, N-비페닐나프틸아민기, N-나프틸플루오레닐아민기, N-페닐페난트릴아민기, N-바이페닐페난트릴아민기, N-페닐플루오레닐아민기, N-페닐터페닐아민기, N-페난트릴플루오레닐아민기, N-비페닐플루오레닐아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, N-알킬아릴아민기는 아민기의 N에 알킬기 및 아릴기가 치환된 아민기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, N-아릴헤테로아릴아민기는 아민기의 N에 아릴기 및 헤테로아릴기가 치환된 아민기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, N-알킬헤테로아릴아민기는 아민기의 N에 알킬기 및 헤테로아릴기가 치환된 아민기를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 알킬아민기, N-아릴알킬아민기, N-알킬헤테로아릴아민기 중의 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노헤테로아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 디헤테로아릴아민기가 있다. 상기 헤테로아릴기가 2 이상을 포함하는 헤테로아릴아민기는 단환식 헤테로아릴기, 다환식 헤테로아릴기, 또는 단환식 헤테로아릴기와 다환식 헤테로아릴기를 동시에 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 헤테로아릴아민기 중의 헤테로아릴기는 후술한 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, N-아릴헤테로아릴아민기 및 N-알킬헤테로아릴아민기 중의 헤테로아릴기의 예시는 후술한 헤테로아릴기의 예시와 같다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 알킬실릴기 또는 아릴실릴기일 수 있으며, 나아가 트리알킬실릴기 또는 트리아릴실릴기일 수 있다. 상기 실릴기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하며, 알킬실릴기의 탄소수는 1 내지 30이고, 아릴실릴기의 탄소수는 5 내지 30일 수 있다. 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, tert-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 -BR100R101일 수 있으며, 상기 R100 및 R101은 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 60, 예컨대 탄소수 6 내지 30인 것이 바람직하며, 상기 아릴기는 단환식 또는 다환식일 수 있다.
상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 비페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 60인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 트리페닐레닐기, 파이레닐기, 페날레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기, 플루오란테닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
및
Figure pat00009
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴렌기는 2가인 것을 제외하고 상술한 아릴기의 설명을 인용할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 탄소가 아닌 원자, 이종원소를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종원소는 O, N, S 및 P 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 60, 나아가 2 내지 60인 것이 바람직하며, 상기 헤테로고리기는 단환식 또는 다환식일 수 있다. 상기 헤테로고리기는 방향족 고리, 지방족 고리 및 이들이 축합된 고리일 수 있다. 상기 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨라닐기, 피롤기, 이미다졸릴기, 티아졸릴기, 옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 피리딜기, 바이피리딜기, 피리미딜기, 트리아지닐기, 트리아졸릴기, 아크리딜기, 피리다지닐기, 피라지닐기, 퀴놀릴기, 퀴나졸릴기, 퀴녹살릴기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미딜기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀릴기, 인돌릴기, 카바졸릴기, 벤즈옥사졸릴기, 벤즈이미다졸릴기, 벤조티아졸릴기, 벤조카바졸릴기, 벤조티오페닐기, 디벤조티오페닐기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤리닐기(phenanthroline), 이소옥사졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 헤테로아릴기는 1가의 방향족 헤테로고리기를 의미하며, 헤테로아릴렌기는 2가의 방향족 헤테로고리기를 의미한다. 상기 헤테로아릴기 및 헤테로아릴렌기는 방향족인 점을 제외하고, 상술한 헤테로고리기의 설명을 인용할 수 있다.
본 명세서에 있어서, "에너지 준위"는 에너지의 크기를 의미하는 것이다. 따라서, 진공준위로부터 마이너스(-) 방향으로 에너지 준위가 표시되는 경우에도, 에너지 준위는 해당 에너지 값의 절대값을 의미하는 것으로 해석된다. 예컨대, HOMO(highest occupied molecular orbital) 에너지 준위란 진공준위로부터 최고 점유 분자 오비탈까지의 거리를 의미한다. 또한, LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 에너지 준위란 진공준위로부터 최저 비점유 분자 오비탈까지의 거리를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1의 *는 하기 화학식 2와 결합한다. 구체적으로, 상기 화학식 1에서 2개의 *는 하기 화학식 2에서 2개의 *와 결합되며, 결합방향은 한정되지 않는다.
[화학식 2]
Figure pat00010
상기 화학식 2에 있어서,
X는 O, S, NR, 또는 CR'R"이고,
R, R', R" 및 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이며,
c는 0 내지 4의 정수이고,
c가 2 이상일 경우, 2 이상의 R3는 서로 같거나 상이하며,
*는 상기 화학식 1과 결합되는 위치이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시된다.
[화학식 1-1]
Figure pat00011
[화학식 1-2]
Figure pat00012
상기 화학식 1-1 및 1-2에 있어서,
L1, L2, R1 내지 R3, Az1, Az2, Ar2, X 및 a 내지 c의 정의는 화학식 1 및 2에서와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2-1 내지 2-12 중 어느 하나로 표시된다.
[화학식 2-1]
Figure pat00013
[화학식 2-2]
Figure pat00014
[화학식 2-3]
Figure pat00015
[화학식 2-4]
Figure pat00016
[화학식 2-5]
Figure pat00017
[화학식 2-6]
Figure pat00018
[화학식 2-7]
Figure pat00019
[화학식 2-8]
Figure pat00020
[화학식 2-9]
Figure pat00021
[화학식 2-10]
Figure pat00022
[화학식 2-11]
Figure pat00023
[화학식 2-12]
Figure pat00024
상기 화학식 2-1 내지 2-12에 있어서,
L1, L2, R1 내지 R3, Az1, Az2, Ar2, X 및 a 내지 c의 정의는 화학식 1 및 2에서와 같다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Az1 및 Az2 중 어느 하나는 -L10-Ar1이며, 나머지 하나는 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 Az1 및 Az2 중 어느 하나는 -L10-Ar1이며, 나머지 하나는 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 Az1은 -L10-Ar1이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 Az1은 -L10-Ar1이고, Az2는 수소 또는 중수소이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 Az2는 -L10-Ar1이고, Az1은 수소 또는 중수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은 중수소로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은 중수소로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 치환 또는 비치환된 페난트릴기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1은 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐기; 중수소로 치환 또는 비치환된 비페닐기; 중수소로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 중수소로 치환 또는 비치환된 페난트릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L10은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 L10은 직접결합; 또는 중수소로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 L10은 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 L10은 직접결합; 또는 중수소로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 L10은 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 L10은 직접결합; 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 또는 중수소로 치환 또는 비치환된 나프틸렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 중수소로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 중수소로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸렌기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 또는 중수소로 치환 또는 비치환된 나프틸렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 중수소로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 또는 중수소로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 중수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 a는 0 내지 5의 정수이고, a가 2 이상일 경우, 2 이상의 R1은 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 b는 0 내지 6의 정수이고, b가 2 이상일 경우, 2 이상의 R2는 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 2의 X는 O, S, NR, 또는 CR'R"이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 X는 O이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 X는 S이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 X는 NR이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 X는 CR'R"이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2의 R, R', R" 및 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R, R', R" 및 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 중수소로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 또는 중수소로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R은 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 R은 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 R' 및 R"는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R' 및 R"는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 메틸기 또는 페닐기이다.
또 하나의 일 실시상태에 있어서, 상기 R' 및 R"는 메틸기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 R' 및 R"는 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R3는 수소 또는 중수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 화학식 2의 c는 0 내지 4의 정수이고, c가 2 이상일 경우, 2 이상의 R3는 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 이종원소로 O를 1 이상 포함하는 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar2는 중수소로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 중수소로 치환 또는 비치환된 이종원소로 O를 1 이상 포함하는 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 치환 또는 비치환된 페난트릴기; 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기; 치환 또는 비치환된 파이레닐기; 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기; 치환 또는 비치환된 카바졸릴기; 또는 치환 또는 비치환된 하기 화학식 1-A이다.
[화학식 1-A]
Figure pat00025
상기 화학식 1-A에 있어서,
Y는 O, S, NRa, 또는 CRbRc이고,
Ra, Rb 및 Rc는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
Figure pat00026
는 L2에 결합되는 위치를 의미한다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ar2는 중수소로 치환 또는 비치환된 페닐기; 중수소로 치환 또는 비치환된 비페닐기; 중수소로 치환 또는 비치환된 나프틸기; 중수소로 치환 또는 비치환된 페난트릴기; 중수소로 치환 또는 비치환된 트리페닐레닐기; 중수소로 치환 또는 비치환된 파이레닐기; 중수소, 알킬기 및 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 플루오레닐기; 중수소로 치환 또는 비치환된 디벤조퓨라닐기; 중수소로 치환 또는 비치환된 디벤조티오페닐기; 중수소 및 아릴기로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환된 카바졸릴기; 또는 중수소로 치환 또는 비치환된 하기 화학식 1-A이다.
[화학식 1-A]
Figure pat00027
상기 화학식 1-A에 있어서,
Y는 O, S, NRa, 또는 CRbRc이고,
Ra, Rb 및 Rc는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
Figure pat00028
는 L2에 결합되는 위치를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1-A의 치환기 정의에서 "치환 또는 비치환된"은 중수소; 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 및 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ra, Rb 및 Rc는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리기이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ra, Rb 및 Rc는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Ra는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 Rb 및 Rc는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 메틸기; 또는 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에서 안트라센, Ar1, Ar2 및 화학식 2가 축합된 디벤조퓨란은 각각 1 이상의 중수소를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에서 안트라센, Ar2 및 화학식 2가 축합된 디벤조퓨란은 각각 1 이상의 중수소를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에서 안트라센, Ar1 및 Ar2은 각각 1 이상의 중수소를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에서 Ar2는 1 이상의 중수소를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에서 화학식 2가 축합된 디벤조퓨란은 1 이상의 중수소를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에서 안트라센 및 Ar1은 각각 1 이상의 중수소를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1에서 안트라센, Ar1 및 화학식 2가 축합된 디벤조퓨란은 각각 1 이상의 중수소를 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화합물은 1 이상의 중수소를 포함한다. 상기 화합물이 중수소를 포함하는 경우, 소자의 수명이 개선된다. 구체적으로 탄소-수소 결합의 진동수 보다 탄소-중수소 결합의 진동수가 작아지므로 탄소-중수소 결합을 포함하는 화합물은 안정성이 개선된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화합물의 중수소 치환율은 10% 내지 100%이다.
본 명세서에 있어서, 중수소 치환율이란 분자 내에서 중수소의 치환 비율을 의미하는 것으로서, 공지의 방법을 통하여 확인할 수 있다. 일 예로 분자 내에서 중수소의 치환 분포 파악은 하기와 같은 방법을 따른다. 하기 TLC-MS은 화합물의 합성 과정에서 중수소의 치환비율을 조절하기 위한 방법이다.
1. TLC-MS (Thin-Layer Chromatography/Mass Spectrometry) 를 활용 (합성 과정 확인법)
　반응의 종결시점에 분자량들이 이루는 분포의 최대값(max.값)을 기준으로 치환율을 계산할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화합물 중에서 선택된다.
Figure pat00029
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본 명세서의 일 실시상태는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상이 전술한 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
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.
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 정공주입층, 정공수송층, 정공수송 및 정공주입을 동시에 하는 층, 전자억제층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층, 전자수송 및 전자주입을 동시에 하는 층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수 또는 더 많은 수의 유기물층을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층 또는 정공수송층을 포함하고, 상기 정공주입층 또는 정공수송층은 상기 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함하고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층은 상기 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 발광층의 호스트로 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 전술한 화합물을 발광층의 호스트로서 포함하고, 도펀트를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 제2 전극은 음극이다.
또 하나의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 음극이고, 제2 전극은 양극이다.
본 발명의 유기 발광 소자의 구조는 도 1 내지 3에 나타낸 것과 같은 구조를 가질 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 기판(1) 위에 양극(2), 발광층(3) 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화합물은 상기 발광층(3)에 포함될 수 있다.
도 2에는 기판(1) 위에 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7), 전자수송층(8) 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화합물은 상기 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7) 또는 전자수송층(8)에 포함될 수 있다.
도 3에는 기판(1) 위에 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7), 전자수송층(8), 전자주입층(9) 및 음극(4)이 순차적으로 적층된 유기 발광 소자의 구조가 예시되어 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 화합물은 상기 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(7) 또는 전자수송층(8)에 포함될 수 있다.
예컨대, 본 명세서의 유기 발광 소자는 스퍼터링(sputtering)이나 전자빔 증발(e-beam evaporation)과 같은 PVD(physical vapor deposition) 방법을 이용하여, 기판 상에 금속 또는 전도성을 가지는 금속 산화물 또는 이들의 합금을 증착시켜 양극을 형성하고, 그 위에 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자억제층, 전자수송층 및 전자주입층을 포함하는 유기물층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수도 있다.
상기 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 전자주입 및 전자수송을 동시에 하는 층, 전자억제층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층, 전자주입 및 전자수송을 동시에 하는 층 등을 포함하는 다층 구조일 수도 있으나, 이에 한정되지 않고 단층 구조일 수 있다. 또한, 상기 유기물층은 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법이 아닌 용매 공정(solvent process), 예컨대 스핀 코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 더 적은 수의 층으로 제조할 수 있다.
상기 양극은 정공을 주입하는 전극으로, 양극 물질로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide)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.
상기 음극은 전자를 주입하는 전극으로, 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 음극 물질의 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.
상기 정공주입층은 양극으로부터 발광층으로 정공의 주입을 원활하게 하는 역할을 하는 층이며, 정공 주입 물질로는 낮은 전압에서 양극으로부터 정공을 잘 주입 받을 수 있는 물질로서, 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrine), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone) 계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공수송층은 정공의 수송을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 정공 수송 물질로는 양극이나 정공주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공수송층과 발광층 사이에 전자억제층이 구비될 수 있다. 상기 전자억제층은 전술한 화합물 또는 당 기술분야에 알려져 있는 재료가 사용될 수 있다.
상기 발광층은 적색, 녹색 또는 청색을 발광할 수 있으며, 인광 물질 또는 형광 물질로 이루어질 수 있다. 상기 발광 물질로는 정공수송층과 전자수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자 효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물(Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌; 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 발광층은 상기 화합물을 호스트로 포함하고, 상기 화합물 외에 추가의 호스트를 포함할 수 있다.
상기 추가의 호스트 재료로는 축합 방향족환 유도체 또는 헤테로환 함유 화합물 등이 있다. 구체적으로 축합 방향족환 유도체로는 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 나프탈렌 유도체, 펜타센 유도체, 페난트렌 화합물, 플루오란텐 화합물 등이 있고, 헤테로환 함유 화합물로는 카바졸 유도체, 디벤조퓨란 유도체, 래더형 퓨란 화합물, 피리미딘 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 발광 도펀트로는 PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonateiridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium), PtOEP(octaethylporphyrin platinum)와 같은 인광 물질이나, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)와 같은 형광 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다. 발광층이 녹색 발광을 하는 경우, 발광 도펀트로는 Ir(ppy)3(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)와 같은 인광물질이나, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)와 같은 형광 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다. 발광층이 청색 발광을 하는 경우, 발광 도펀트로는 (4,6-F2ppy)2Irpic와 같은 인광 물질이나, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자, PPV계 고분자와 같은 형광 물질이 사용될 수 있으나, 이에만 한정된 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자수송층과 발광층 사이에 정공억제층이 구비될 수 있으며, 정공억제층에는 당 기술분야에 알려져 있는 재료가 사용될 수 있다.
상기 전자수송층은 전자의 수송을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 전자주입층은 전자의 주입을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다. 전자 주입 물질로는 전자를 수송하는 능력을 갖고, 음극으로부터의 전자주입 효과, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 발광층에서 생성된 여기자의 정공주입층으로의 이동을 방지하고, 또한, 박막형성능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 구체적으로는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 금속 착체 화합물로서는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 명세서를 한정하기 위한 것은 아니다.
< 합성예 >
Figure pat00138
Figure pat00139
합성예 1. 화합물 1의 합성
Figure pat00140
합성예 1-1. 화합물 1- a 의 합성
1-브로모-2-플루오로디벤조[b,d]퓨란 (80g, 302mmol)과 (5-클로로-2-하이드록시페닐)보론산 (52.0g, 302mml)을 테트라하이드로퓨란(THF, 1500ml)에 녹인 후, Pd(PPh3)4 (6.97g, 6.0 mmol)와 2M K2CO3 수용액 300ml를 넣고 24시간 동안 환류교반시켰다. 반응 용액을 식히고, 유기층을 에틸아세테이트로 추출한 후 무수황산마그네슘으로 건조하였다. 감압하여 유기용매를 제거하고 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 1-a (63g, 수율 67%)를 얻었다.
합성예 1-2. 화합물 1-b의 합성
화합물 1-a (63g, 201mmol)을 디메틸포름아미드(DMF, 1000ml)에 녹인 후, K2CO3 (83.5g, 604mmol)을 넣고, 2시간 동안 환류교반하였다. 반응 용액을 식힌 후, 증류수 3L에 부어서 고체를 생성시켰다. 고체를 필터한 후 클로로포름에 녹여 물로 여러 번 추출한 후 유기층을 무수황산마그네슘으로 건조하였다. 감압하여 유기용매를 제거하고 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 1-b (46g, 78%)를 얻었다.
합성예 1-3. 화합물 1의 합성
화합물 1-b (46g, 157mmol)와 비스(피나콜라토)디보론 (48g, 189mmol), 포타슘아세테이트(KOAc) (31g, 314mmol)을 플라스크에 다이옥산(Dioxane) 400ml와 함께 넣어 분산시켰다. 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(0) (Pd(dba)2) (1.81g, 3.1mmol), 트리시클로헥실포스핀(PCy3) (1.76g, 6.3mmol)을 넣어준 후 24시간 동안 환류교반 하였다. 반응 종료 후 다이옥산(Dioxane)을 감압 증류하여 제거하였다. 클로로포름에 녹인 후 증류수로 3회 추출한 후 유기층을 감압 증류하여 클로로포름을 제거하였다. 컬럼크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 1를 얻었다. (42g, 수율 70%)
합성예 2. 화합물 2의 합성
Figure pat00141
합성예 2-1. 화합물 2-a의 합성
합성예 1-1에서 4-브로모-3-플루오로디벤조[b,d]퓨란과 2-하이드록시페닐 보론산을 이용하여 동일한 방법으로 화합물 2-a를 얻었다.
합성예 2-2. 화합물 2-b의 합성
합성예 1-2에서 화합물 2-a를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 2-b를 얻었다.
합성예 2-3. 화합물 2-c의 합성
화합물 2-b (1 eq) 을 DMF (2000 ml)에 녹인 후, DMF 500ml에 녹인 N-브로모숙신이미드 (1 eq)을 천천히 적가하였다. 상온에서 2시간 교반 후 물 3000ml를 적가하였다. 고체가 생성되면 필터 후 클로로포름에 녹여 증류수로 여러 번 추출하였다. 유기층을 무수황산마그네슘으로 건조 후 감압 증류하여 용매를 제거하였다. 컬럼크로마토그래피를 통해 정제하여 화합물 2-c를 얻었다. (수율 75%)
합성예 2-4. 화합물 2의 합성
합성예 1-3에서 화합물 2-c를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 2를 얻었다.
합성예 3. 화합물 3의 합성
Figure pat00142
합성예 3-1. 화합물 3-a의 합성
합성예 1-1에서 4-브로모-1-클로로-3-플루오로디벤조[b,d]퓨란과 2-하이드록시페닐보론산을 이용하여 동일한 방법으로 화합물 3-a를 얻었다.
합성예 3-2. 화합물 3-b의 합성
합성예 1-2에서 화합물 3-a를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 3-b를 얻었다.
합성예 3-3. 화합물 3의 합성
합성예 1-3에서 화합물 3-b를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 3을 얻었다.
합성예 4. 화합물 4의 합성
Figure pat00143
합성예 4-1. 화합물 4-a의 합성
합성예 1-1에서 4-브로모-3-플루오로디벤조[b,d]퓨란을 이용하여 동일한 방법으로 화합물 4-a를 얻었다.
합성예 4-2. 화합물 4-b의 합성
합성예 1-2에서 화합물 4-a를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 4-b를 얻었다.
합성예 4-3. 화합물 4의 합성
합성예 1-3에서 화합물 4-b를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 4를 얻었다.
합성예 5. 화합물 5의 합성
Figure pat00144
합성예 5-1. 화합물 5-a의 합성
합성예 1-1에서 4-브로모-3-플루오로디벤조[b,d]퓨란과 (6-클로로-2-하이드록시페닐)보론산을 이용하여 동일한 방법으로 화합물 5-a를 얻었다.
합성예 5-2. 화합물 5-b의 합성
합성예 1-2에서 화합물 5-a를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 5-b를 얻었다.
합성예 5-3. 화합물 5의 합성
합성예 1-3에서 화합물 5-b를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 5를 얻었다.
합성예 6. 화합물 6의 합성
Figure pat00145
합성예 6-1. 화합물 6-a의 합성
합성예 1-1에서 4-브로모-3-플루오로디벤조[b,d]퓨란과 (4-클로로-2-하이드록시페닐)보론산을 이용하여 동일한 방법으로 화합물 6-a를 얻었다.
합성예 6-2. 화합물 6-b의 합성
합성예 1-2에서 화합물 6-a를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 5-b를 얻었다.
합성예 6-3. 화합물 6의 합성
합성예 1-3에서 화합물 6-b를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 6을 얻었다.
합성예 7. 화합물 7의 합성
Figure pat00146
합성예 7-1. 화합물 7-a의 합성
합성예 1-1에서 화합물 5와 1-브로모-4-클로로벤젠을 이용하여 동일한 방법으로 화합물 7-a를 합성하였다.
합성예 7-2. 화합물 7의 합성
합성예 1-3에서 화합물 7-a를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 7을 합성하였다.
합성예 8. 화합물 8의 합성
Figure pat00147
합성예 8-1. 화합물 8-a의 합성
디벤조[b,d]티오펜-2-올 (1 eq) 을 DMF (2000ml)에 녹인 후, DMF 500ml에 녹인 N-브로모숙신이미드 (1 eq)을 천천히 적가하였다. 상온에서 2시간 교반 후 물 3000ml를 적가하였다. 고체가 생성되면 필터 후 클로로포름에 녹여 증류수로 여러 번 추출하였다. 유기층을 무수황산마그네슘으로 건조 후 감압 증류하여 용매를 제거하였다. 컬럼크로마토그래피를 통해 정제하여 화합물 8-a를 얻었다.
합성예 8-2. 화합물 8-b의 합성
합성예 1-1에서 화합물 8-a와 (5-클로로-2-플루오로페닐)보론산을 이용하여 동일한 방법으로 화합물 8-b를 얻었다.
합성예 8-3. 화합물 8-c의 합성
합성예 1-2에서 화합물 8-b를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 8-c를 얻었다.
합성예 8-4. 화합물 8의 합성
합성예 1-3에서 화합물 8-c를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 8을 얻었다.
합성예 9. 화합물 9의 합성
Figure pat00148
합성예 9-1. 화합물 9-a의 합성
합성예 1-1에서 4-브로모-3-플루오로디메틸플루오렌과 (5-클로로-2-하이드록시페닐)보론산을 이용하여 동일한 방법으로 화합물 9-a를 얻었다.
합성예 9-2. 화합물 9-b의 합성
합성예 1-2에서 화합물 9-a를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 9-b를 얻었다.
합성예 9-3. 화합물 9의 합성
합성예 1-3에서 화합물 9-b를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 9를 얻었다.
합성예 10. 화합물 10의 합성
Figure pat00149
합성예 10-1. 화합물 10-a의 합성
합성예 1-1에서 1-브로모-2-아이오도-3-플루오로벤젠을 이용하여 동일한 방법으로 화합물 10-a를 얻었다.
합성예 10-2. 화합물 10-b의 합성
합성예 1-2에서 화합물 10-a를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 10-b를 얻었다.
합성예 10-3. 화합물 10-c의 합성
합성예 1-1에서 화합물 10-b와 2-나이트로보론산을 이용하여 동일한 방법으로 화합물 10-c를 얻었다.
합성예 10-4. 화합물 10-d의 합성
화합물 10-c (1 eq)와 PPh3 (3 eq)를 o-디클로로벤젠 600ml에 녹인 후 8시간 환류교반하였다. 반응 종료 후 감압증류하여 용매를 제거 후 클로로포름에 녹여서 증류수로 여러 번 추출하였다. 유기층을 취해서 무수황산마그네슘으로 건조시킨 후 감압증류하여 클로로포름을 제거하였다. 컬럼크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 10-d (수율 60%)을 얻었다.
합성예 10-5. 화합물 10-e의 합성
화합물 10-d (1 eq)과 아이오도벤젠 (1 eq) 를 DMF 250ml에 녹인 후, CS2CO3 (2 eq)과 CuI (0.1 eq)을 넣어주었다. 120℃로 승온한 뒤 16시간 동안 교반하였다. 반응용액을 식힌 후 에틸아세테이트를 1L 넣어 준 후 분별깔대기로 옮겨 암모니아 수용액으로 1회 추출, 증류수 1L로 총 3회 추출하였다. 유기층을 모아서 무수황산마그네슘을 처리하여 물을 제거해 준 후, 감압 증류하였다. 컬럼크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 10-e를 얻었다. (수율 57%)
합성예 10-6. 화합물 10의 합성
합성예 1-3에서 화합물 10-e를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 10을 얻었다.
합성예 11. 화합물 11의 합성
Figure pat00150
합성예 11-1. 화합물 11-a의 합성
합성예 1-1에서 1-브로모-2-플루오로디메틸플루오렌을 이용하여 동일한 방법으로 화합물 11-a를 얻었다.
합성예 11-2. 화합물 11-b의 합성
합성예 1-2에서 화합물 11-a를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 11-b를 얻었다.
합성예 11-3. 화합물 11의 합성
합성예 1-3에서 화합물 11-b를 이용하여 동일한 방법으로 화합물 11를 얻었다.
합성예 12. BH-A의 합성
Figure pat00151
합성예 12-1. 화합물 12-a의 합성
2-브로모안트라센 (100 g, 389mmol)와 1-나프탈렌보론산 (66.9g, 389mmol)을 THF (2000ml)에 녹인 후, Pd(PPh3)4 (9.0g, 7.8mmol)와 2M K2CO3 수용액 400ml를 넣고 24시간 동안 환류 교반시켰다. 반응 용액을 식히고, 유기층을 에틸아세테이트로 추출한 후 무수황산마그네슘으로 건조하였다. 감압하여 유기용매를 제거하고 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 12-a (94g, 수율 80%)를 얻었다.
합성예 12-2. 화합물 12-b의 합성
화합물 10-a (94g, 311mmol)를 DMF 1200ml에 녹인 후, DMF 300ml에 녹인 N-브로모숙신이미드 (55.3g, 311mmol)을 천천히 적가하였다. 상온에서 2시간 교반 후 물 3000ml를 적가하였다. 고체가 생성되면 필터 후 클로로포름에 녹여 증류수로 여러 번 추출하였다. 에틸아세테이트에서 재결정하여 화합물 10-b를 얻었다. (73g, 수율 61%)
합성예 12-3. 화합물 12-c의 합성
화합물 10-b (73 g, 189mmol)와 화합물 1 (72.6 g, 189mmol) 을 THF (1000ml)에 녹인 후, Pd(PPh3)4 (4.4g, 3.8mmol)와 2M K2CO3 수용액 200ml를 넣고 24시간 동안 환류교반시켰다. 반응 용액을 식히고, 유기층을 에틸아세테이트로 추출한 후 무수황산마그네슘으로 건조하였다. 감압하게 유기용매를 제거하고 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 12-c (52g, 수율 72%)를 얻었다.
합성예 12-4. 화합물 12-d의 합성
화합물 12-c (52g, 136mmol)를 DMF 600ml에 녹인 후, DMF 100ml에 녹인 N-브로모숙신이미드 (24.2g, 136mmol)을 천천히 적가하였다. 상온에서 2시간 교반 후 물 1500ml를 적가하였다. 고체가 생성되면 필터 후 클로로포름에 녹여 증류수로 여러 번 추출하였다. 에틸아세테이트에서 재결정하여 화합물 12-d을 얻었다. (41g, 수율 66%)
합성예 12-5. BH-A의 합성
화합물 12-d (41 g, 64 mmol)와 페닐보론산 (7.8 g, 64 mmol) 을 THF (500ml)에 녹인 후, Pd(PPh3)4 (1.5g, 1.3mmol)와 2M K2CO3 수용액 100ml를 넣고 24시간 동안 환류교반시켰다. 반응 용액을 식히고, 유기층을 에틸아세테이트로 추출한 후 무수황산마그네슘으로 건조하였다. 감압하게 유기용매를 제거하고 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하여 화합물 BH-A (32g, 수율 78%)를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 636.7, exp. m/s (M+H) 637.7]
합성예 13. BH-B의 합성
합성예 12에서 페닐보론산 대신 1-나프탈렌보론산을 이용하여 동일한 방법으로 BH-B를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 686.8, exp. m/s (M+H) 687.8]
합성예 14. BH-C의 합성
합성예 12에서 페닐보론산 대신 2-나프탈렌보론산을 이용하여 동일한 방법으로 BH-C를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 686.8, exp. m/s (M+H) 687.8]
합성예 15. BH-D의 합성
합성예 12에서 페닐보론산 대신 9-페난트릴보론산을 이용하여 동일한 방법으로 BH-D를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 736.9, exp. m/s (M+H) 737.9]
합성예 16. BH-E의 합성
합성예 12에서 화합물 1 대신 화합물 2를 이용하여 동일한 방법으로 BH-E를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 636.8, exp. m/s (M+H) 637.8]
합성예 17. BH-F의 합성
합성예 12에서 페닐보론산 대신 1-나프탈렌보론산을, 화합물 1 대신 화합물 2를 이용하여 동일한 방법으로 BH-F를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 686.8, exp. m/s (M+H) 687.8]
합성예 18. BH-G의 합성
합성예 12에서 페닐보론산 대신 2-나프탈렌보론산을, 화합물 1 대신 화합물 3을 이용하여 동일한 방법으로 BH-G를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 686.8, exp. m/s (M+H) 687.8]
합성예 19. BH-H의 합성
합성예 12에서 1-나프탈렌보론산 대신 9-페난트릴보론산을, 화합물 1 대신 화합물 3을 이용하여 동일한 방법으로 BH-H를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 686.8, exp. m/s (M+H) 687.8]
합성예 20. BH-I의 합성
합성예 12에서 1-나프탈렌보론산 대신 페닐보론산을, 화합물 1 대신 화합물 4를 이용하여 동일한 방법으로 BH-I를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 586.7, exp. m/s (M+H) 587.7]
합성예 21. BH-J의 합성
합성예 12에서 1-나프탈렌보론산 대신 페닐보론산을, 화합물 1 대신 화합물 5를 이용하여 동일한 방법으로 BH-J를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 586.7, exp. m/s (M+H) 587.7]
합성예 22. BH-K의 합성
합성예 12에서 1-나프탈렌보론산 대신 페닐보론산을, 화합물 1 대신 화합물 6을 이용하여 동일한 방법으로 BH-K를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 586.7, exp. m/s (M+H) 587.7]
합성예 23. BH-L의 합성
합성예 12에서 화합물 1 대신 화합물 7을 이용하여 동일한 방법으로 BH-L을 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 712.8, exp. m/s (M+H) 713.8]
합성예 24. BH-M의 합성
Figure pat00152
합성예 12에서 화합물 1 대신 화합물 8을 이용하여 동일한 방법으로 BH-M을 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 652.8, exp. m/s (M+H) 653.8]
합성예 25. BH-N의 합성
합성예 12에서 화합물 1 대신 화합물 9를 이용하여 동일한 방법으로 BH-N를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 662.8, exp. m/s (M+H) 663.8]
합성예 26. BH-O의 합성
합성예 12에서 화합물 1 대신 화합물 10을 이용하여 동일한 방법으로 BH-O를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 711.9, exp. m/s (M+H) 712.9]
합성예 27. BH-P의 합성
합성예 12에서 화합물 1 대신 화합물 11을 이용하여 동일한 방법으로 BH-P를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. [cal. m/s: 662.8, exp. m/s (M+H) 663.8]
합성예 28. BH-Q의 합성
Figure pat00153
BH-A (20g)와 AlCl3(4g)을 C6D6 (600ml)에 넣고 2시간 교반하였다. 반응 종료 후 D2O (30ml)를 넣고 30분 교반한 뒤 트리메틸아민(trimethylamine) (2.4ml)를 적가하였다. 반응액을 분액 깔대기에 옮기고, 물과 톨루엔으로 추출하였다. 추출액을 MgSO4로 건조 후, 에틸아세테이트로 재결정하여 BH-Q를 얻었다. (15g, 수율 75%) 최종 화합물은 mass로 확인했다. 중수소 치환반응에서는 분자량이 분포로 나타나게 된다. [cal. m/s: 664.9, exp. m/s (M+H) 658 ~ 665 ]
합성예 29. 화합물 12의 합성
Figure pat00154
합성예 28에서 2-클로로안트라센을 이용하여 동일한 방법으로 화합물 12를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. 중수소 치환반응에서는 분자량이 분포로 나타나게 된다. [cal. m/s: 221.7, exp. m/s (M+H) 220 ~ 222]
합성예 29. BH-R의 합성
합성예 12에서 2-브로모안트라센 대신에 화합물 12를 이용하여 동일한 방법으로 BH-R를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. 중수소 치환반응에서는 분자량이 분포로 나타나게 된다. [cal. m/s: 643.8, exp. m/s (M+H) 642 ~ 644 ]
합성예 30. BH-S의 합성
합성예 12에서 2-브로모안트라센 대신에 화합물 12를, 화합물 1 대신에 화합물 9를 이용하여 동일한 방법으로 BH-S를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. 중수소 치환반응에서는 분자량이 분포로 나타나게 된다. [cal. m/s: 669.9, exp. m/s (M+H) 668 ~ 670]
합성예 31. BH-T의 합성
합성예 12에서 2-브로모안트라센 대신에 화합물 12를, 화합물 1 대신에 화합물 10을 이용하여 동일한 방법으로 BH-T를 얻었다. 최종 화합물은 mass로 확인했다. 중수소 치환반응에서는 분자량이 분포로 나타나게 된다. [cal. m/s: 718.9, exp. m/s (M+H) 717 ~ 719 ]
< 실험예 . 유기 발광 소자의 제조>
실시예 1.
ITO(indium tin oxide)가 150 nm의 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이때, 세제로는 피셔사(Fischer Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀리포어사(Millipore Co.) 제품의 필터(Filter)로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30분간 세척한 후 증류수로 2회 반복하여 초음파 세척을 10분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 이소프로필알콜, 아세톤, 메탄올의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 플라즈마 세정기로 수송시켰다. 또한, 질소 플라즈마를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정한 후 진공 증착기로 기판을 수송시켰다. 이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 하기 HAT-CN 화합물을 5 nm의 두께로 열 진공 증착하여 정공주입층을 형성하였다. 이어서, HTL1을 100 nm의 두께로 열 진공 증착하고, 이어 HTL2를 10 nm의 두께로 열 진공 증착하여 정공수송층을 형성하였다. 이어서, 호스트로서 상기 BH-A 및 도펀트로서 BD-A (중량비 97:3)를 동시에 진공 증착하여 20 nm 두께의 발광층을 형성하였다. 이어서, ETL을 20 nm의 두께로 진공 증착하여 전자수송층을 형성하였다. 이어서, LiF을 0.5 nm의 두께로 진공 증착하여 전자주입층을 형성하였다. 이어서, 알루미늄을 100 nm의 두께로 증착하여 음극을 형성하여 유기 발광 소자를 제조하였다.
실시예에서 사용된 화합물의 구조는 하기와 같다.
Figure pat00155
Figure pat00156
실시예 2 내지 20 및 비교예 1 내지 3.
상기 실시예 1에서 발광층의 호스트로서 화합물 BH-A 대신 하기 표 1에 기재된 화합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다.
상기 실시예 1 내지 20 및 비교예 1 내지 3에서 제조한 유기 발광 소자에 있어서, 10 mA/cm2 의 전류밀도에서 구동전압과 발광효율을 측정하였고, 20 mA/cm2 의 전류밀도에서 초기 휘도 대비 95%가 되는 시간(LT)을 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
화합물 10 mA / cm 2 측정 값 LT ( T95% )
( 발광층 호스트) 구동전압( Vop ) 발광효율(Cd/A)
실시예 1 BH-A 3.56 7.21 157
실시예 2 BH-B 3.62 7.38 162
실시예 3 BH-C 3.60 7.30 164
실시예 4 BH-D 3.60 7.40 147
실시예 5 BH-E 3.55 6.84 137
실시예 6 BH-F 3.57 6.92 131
실시예 7 BH-G 3.57 6.88 131
실시예 8 BH-H 3.60 7.01 125
실시예 9 BH-I 3.56 7.15 155
실시예 10 BH-J 3.53 7.02 150
실시예 11 BH-K 3.58 7.02 153
실시예 12 BH-L 3.55 7.15 152
실시예 13 BH-M 3.54 6.74 120
실시예 14 BH-N 3.49 6.59 123
실시예 15 BH-O 3.50 6.63 126
실시예 16 BH-P 3.49 6.55 124
실시예 17 BH-Q 3.56 7.21 236
실시예 18 BH-R 3.56 7.22 204
실시예 19 BH-S 3.49 6.60 160
실시예 20 BH-T 3.50 6.65 164
비교예 1 BH-1 3.68 6.34 94
비교예 2 BH-2 3.68 6.33 103
비교예 3 BH-3 3.33 4.12 20
본 발명 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용한 실시예 1 내지 20은 비교예 1 내지 3에 비하여 모두 저전압 및 고효율의 특성을 나타내었으며, 수명도 우수함을 나타내었다. 또한, 실시예 17 내지 20으로부터 중수소 치환된 화합물을 사용한 소자의 수명이 현저하게 개선되는 것을 확인할 수 있다.
비교예 1은 화학식 2의 Ar1 수소인 화합물 BH-1을 사용하였으며 실시예 1 내지 20에 비하여 구동전압이 높고 효율 및 수명이 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한 비교예 2 에서 사용된 화합물 BH-2는 화학식 1에서 중수소를 포함하나, Ar1은 수소인 경우에 해당하며 비교예 1에 비하여 수명의 증가는 가져오나 실시예 대비 짧은 수명을 보인다.
비교예 3에서 사용된 화합물 BH-3는 화학식 1에서 O를 포함하는 5환의 축합 헤테로고리 위치에 O를 포함하지 않는 헤테로고리가 결합된 구조를 가지며, N, S 및 O 중 전기음성도가 가장 큰 O를 포함하지 않으므로 전자의 주입이 본원 실시예보다 용이하지 않아, 소자의 효율 및 수명이 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 화합물 BH-3는 안트라센 2, 6번 위치에 아릴이 동시에 치환된 구조를 가지며, 이 경우 분자의 공액 길이가 너무 길어져 도펀트와 유사한 에너지 갭을 갖게 되어 구동전압은 낮아지게 되나 도펀트로의 에너지 전달이 어려워지게 된다. 따라서, Ar1에만 치환되는 것이 구동전압, 효율 및 수명 개선을 가져옴을 확인할 수 있다.
1: 기판
2: 양극
3: 발광층
4: 음극
5: 정공주입층
6: 정공수송층
7: 발광층
8: 전자수송층
9: 전자주입층

Claims (14)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00157

    상기 화학식 1에 있어서,
    R1 및 R2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
    Az1 및 Az2 중 어느 하나는 -L10-Ar1이며, 나머지 하나는 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
    L1, L2 및 L10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 또는 치환 또는 비치환된 아릴렌기이며,
    Ar1은 치환 또는 비치환된 아릴기이고,
    Ar2는 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
    a는 0 내지 5의 정수이며, b는 0 내지 6의 정수이고,
    a가 2 이상일 경우, 2 이상의 R1은 서로 같거나 상이하고,
    b가 2 이상일 경우, 2 이상의 R2는 서로 같거나 상이하며,
    *는 하기 화학식 2와 결합하고,
    [화학식 2]
    Figure pat00158

    상기 화학식 2에 있어서,
    X는 O, S, NR, 또는 CR'R"이고,
    R, R', R" 및 R3는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기이며,
    c는 0 내지 4의 정수이고,
    c가 2 이상일 경우, 2 이상의 R3는 서로 같거나 상이하며,
    *는 상기 화학식 1과 결합되는 위치이다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 또는 1-2로 표시되는 것인 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00159

    [화학식 1-2]
    Figure pat00160

    상기 화학식 1-1 및 1-2에 있어서,
    L1, L2, R1 내지 R3, Az1, Az2, Ar2, X 및 a 내지 c의 정의는 화학식 1 및 2에서와 같다.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 Ar1은 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기인 것인 화합물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸렌기인 것인 화합물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 Ar2는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 이종원소로 O를 1 이상 포함하는 탄소수 2 내지 60의 헤테로고리기인 것인 화합물.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 화합물은 1 이상의 중수소를 포함하는 것인 화합물.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 화합물의 중수소 치환율이 10% 내지 100%인 것인 화합물.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화합물 중에서 선택되는 것인 화합물:
    Figure pat00161

    Figure pat00162

    Figure pat00163

    Figure pat00164

    Figure pat00165

    Figure pat00166

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    Figure pat00269
    .
  9. 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상이 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 유기 발광 소자.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 유기물층은 정공주입층 또는 정공수송층을 포함하고, 상기 정공주입층 또는 정공수송층은 상기 화합물을 포함하는 유기 발광 소자.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 유기물층은 전자수송층 또는 전자주입층을 포함하고, 상기 전자수송층 또는 전자주입층은 상기 화합물을 포함하는 유기 발광 소자.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 포함하는 유기 발광 소자.
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화합물을 발광층의 호스트로 포함하는 유기 발광 소자.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 발광층은 도펀트를 더 포함하는 유기 발광 소자.
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