KR20220013910A - 헤테로고리 화합물, 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 - Google Patents

헤테로고리 화합물, 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 출원은 유기 발광 소자의 수명, 효율, 전기 화학적 안정성 및 열적 안정성을 크게 향상시킬 수 있는 헤테로고리 화합물, 및 상기 헤테로고리 화합물이 유기물층에 함유되어 있는 유기 발광 소자를 제공한다.

Description

헤테로고리 화합물, 및 이를 포함하는 유기 발광 소자 {HETEROCYCLIC COMPOUND, AND ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING SAME}
본 출원은 2020년 07월 27일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2020-0093407호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 헤테로고리 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자 및 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물에 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, 정공 주입, 정공 수송, 전자 차단, 정공 차단, 전자 수송, 전자 주입 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 발명은 헤테로고리 화합물 및 이를 포함하는 유기 발광 소자를 제공하고자 한다.
본 출원의 일 실시상태는, 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
Rc 및 Rd은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 및 치환 또는 비치환된 아민기로 이루어진 군으로부터 선택되고, r 및 s는 0 내지 7의 정수이고, r이 2 이상인 경우 Rc는 서로 같거나 상이하고, s가 2 이상인 경우 Rd는 서로 같거나 상이하고,
R32 및 R33은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기이고,
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물의 중수소의 함량은 0% 초과, 100% 이하이다.
또한, 본 출원의 다른 실시상태는, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 헤테로고리 화합물은 유기 발광 소자의 유기물층 재료로서 사용할 수 있다. 상기 헤테로고리 화합물은 유기 발광 소자에서 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 전하 생성층 등의 재료로서 사용될 수 있다. 특히, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 유기 발광 소자의 발광층의 재료로서 사용될 수 있다. 또한, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물 유기 발광 소자에 사용하는 경우 소자의 구동전압을 낮추고, 광효율을 향상시키며, 화합물의 열적 안정성에 의하여 소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3은 각각 본 출원의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자의 적층구조를 개략적으로 나타낸 도이다.
이하 본 출원에 대해서 자세히 설명한다.
본 출원의 일 실시상태는, 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1에서,
Rc 및 Rd은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 및 치환 또는 비치환된 아민기로 이루어진 군으로부터 선택되고, r 및 s는 0 내지 7의 정수이고, r이 2 이상인 경우 Rc는 서로 같거나 상이하고, s가 2 이상인 경우 Rd는 서로 같거나 상이하고,
R32 및 R33은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기이고,
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물의 중수소의 함량은 0% 초과, 100% 이하이다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital) 레벨(level)은 2개의 카바졸(carbazole)에 넓게 비편재화 되어 있다. 이는 기본 카바졸(carbazole)에 비해 HOMO level, 정공 이동도, 안정성을 높여 유기 발광 소자의 수명을 향상 시킬 수 있다.
또한, 중수소를 반드시 포함하고 있는 구조로, 원자 질량이 수소보다 2배 큰 중수소로 치환된 화합물은 수소와 결합된 화합물보다 더 낮은 영점 에너지와 진동 에너지 때문에 기저 상태의 에너지가 낮아지고 분자간 상호 작용이 약하게 되어, 박막을 비결정질 상태로 만들 수 있어 소자의 수명을 향상 시킬 수 있다.
중수소 치환 화합물은 낮은 기저 상태의 에너지를 갖게 되어 안정성이 향상되고 C-D의 해리에너지가 C-H의 해리에너지보다 높기 때문에 분자의 안정성이 향상되고, 이러한 화합물을 사용한 소자는 수명이 향상되는 효과가 있다.
본 명세서에 있어서, 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 같거나 상이할 수 있다.
본 명세서에 있어서, "치환 또는 비치환"이란 중수소; 시아노기; 할로겐; 탄소수 1 내지 60의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬; 탄소수 2 내지 60의 직쇄 또는 분지쇄의 알케닐; 탄소수 2 내지 60의 직쇄 또는 분지쇄의 알키닐; 탄소수 3 내지 60의 단환 또는 다환의 시클로알킬; 탄소수 2 내지 60의 단환 또는 다환의 헤테로시클로알킬; 탄소수 6 내지 60의 단환 또는 다환의 아릴; 탄소수 2 내지 60의 단환 또는 다환의 헤테로아릴; -SiRR'R"; -P(=O)RR'; 탄소수 1 내지 20의 알킬아민; 탄소수 6 내지 60의 단환 또는 다환의 아릴아민; 및 탄소수 2 내지 60의 단환 또는 다환의 헤테로아릴아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중에서 선택된 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환 또는 비치환된 것을 의미하고, 상기 R, R'및 R"은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 탄소수 60의 알킬; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴인 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, "화학식 또는 화합물 구조에 치환기가 표시되지 않은 경우"는 탄소 원자에 수소 원자가 결합된 것을 의미한다. 다만, 중수소(2H, Deuterium)는 수소의 동위원소이므로, 일부 수소 원자는 중수소일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, "화학식 또는 화합물 구조에 치환기가 표시되지 않은 경우"는 치환기로 올 수 있는 위치가 모두 수소 또는 중수소인 것을 의미할 수 있다. 즉, 중수소의 경우 수소의 동위원소로, 일부의 수소 원자는 동위원소인 중수소일 수 있으며, 이 때 중수소의 함량은 0% 내지 100%일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, "화학식 또는 화합물 구조에 치환기가 표시되지 않은 경우"에 있어, 중수소의 함량이 0%, 수소의 함량이 100%, 치환기는 모두 수소 등 중수소를 명시적으로 배제하지 않는 경우에는 수소와 중수소는 화합물에 있어 혼재되어 사용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 중수소는 수소의 동위원소(isotope)중 하나로 양성자(proton) 1개와 중성자(neutron) 1개로 이루어진 중양성자(deuteron)를 원자핵(nucleus)으로 가지는 원소로서, 수소-2로 표현될 수 있으며, 원소기호는 D 또는 2H로 쓸 수도 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 동위원소는 원자 번호(atomic number, Z)는 같지만, 질량수(mass number, A)가 다른 원자를 의미하는 동위원소는 같은 수의 양성자(proton)를 갖지만, 중성자(neutron)의 수가 다른 원소로도 해석할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 특정 치환기의 함량 T%의 의미는 기본이 되는 화합물이 가질 수 있는 치환기의 총 개수를 T1으로 정의하고, 그 중 특정의 치환기의 개수를 T2로 정의하는 경우 T2/T1×100 = T%로 정의할 수 있다.
즉, 일 예시에 있어서,
Figure pat00003
로 표시되는 페닐기에 있어 중수소의 함량 20%라는 것은 페닐기가 가질 수 있는 치환기의 총 개수는 5(식 중 T1)개이고, 그 중 중수소의 개수가 1(식 중 T2)인 경우 20%로 표시될 수 있다. 즉, 페닐기에 있어 중수소의 함량 20%라는 것인 하기 구조식으로 표시될 수 있다.
Figure pat00004
또한, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, "중수소의 함량이 0%인 페닐기"의 경우 중수소 원자가 포함되지 않은, 즉 수소 원자 5개를 갖는 페닐기를 의미할 수 있다.
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, 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20인 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, 벤질옥시, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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, 터페닐기, 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, 포스핀옥사이드기는 -P(=O)R101R102로 표시되고, R101 및 R102는 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 시클로알킬기; 아릴기; 및 헤테로고리기 중 적어도 하나로 이루어진 치환기일 수 있다. 상기 포스핀옥사이드기는 구체적으로 디페닐포스핀옥사이드기, 디나프틸포스핀옥사이드 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 Si를 포함하고 상기 Si 원자가 라디칼로서 직접 연결되는 치환기이며, -SiR104R105R106로 표시되고, R104 내지 R106은 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 시클로알킬기; 아릴기; 및 헤테로고리기 중 적어도 하나로 이루어진 치환기일수 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.
본 명세서에 있어서, 상기 스피로기는 스피로 구조를 포함하는 기로서, 탄소수 15 내지 60일 수 있다. 예컨대, 상기 스피로기는 플루오레닐기에 2,3-디히드로-1H-인덴기 또는 시클로헥산기가 스피로 결합된 구조를 포함할 수 있다. 구체적으로, 하기 스피로기는 하기 구조식의 기 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
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본 명세서에 있어서, 상기 헤테로아릴기는 헤테로 원자로서 S, O, 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, 푸라닐기, 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, 이미다조피리디닐기, 디아자나프탈레닐기, 트리아자인덴기, 인돌릴기, 인돌리지닐기, 벤조티아졸릴기, 벤즈옥사졸릴기, 벤즈이미다졸릴기, 벤조티오펜기, 벤조푸란기, 디벤조티오펜기, 디벤조푸란기, 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, 5,11-디히드로인데노[1,2-b]카바졸릴기 등을 들 수 있으나, 이에만 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, 아릴렌기는 아릴기에 결합 위치가 두 개 있는 것, 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기의 설명이 적용될 수 있다. 또한, 헤테로아릴렌기는 헤테로아릴기에 결합 위치가 두 개 있는 것, 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, "인접한" 기는 해당 치환기가 치환된 원자와 직접 연결된 원자에 치환된 치환기, 해당 치환기와 입체구조적으로 가장 가깝게 위치한 치환기, 또는 해당 치환기가 치환된 원자에 치환된 다른 치환기를 의미할 수 있다. 예컨대, 벤젠고리에서 오쏘(ortho)위치로 치환된 2개의 치환기 및 지방족 고리에서 동일 탄소에 치환된 2개의 치환기는 서로 “인접한”기로 해석될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물의 중수소의 함량은 0% 초과, 100% 이하이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물의 중수소의 함량은 10% 이상, 100% 이하이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물의 중수소의 함량은 20% 이상, 100% 이하이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물의 중수소의 함량은 40% 이상, 100% 이하이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 이상, 100% 이하일 수 있으며, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량이 0%인 경우, 상기 R32 및 R33 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 0% 초과, 100% 이하이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 초과, 100% 이하이고, 상기 R32 및 R33 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 0% 이상, 100% 이하일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 초과, 100% 이하이고, 상기 R32 및 R33는 모두 중수소의 함량이 0% 일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 초과, 100% 이하이고, 상기 R32 및 R33 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 0% 초과, 100% 이하일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 초과, 100% 이하이고, 상기 R32 및 R33는 모두 중수소의 함량이 0% 초과, 100% 이하일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 이상 100% 이하이고, Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 이상 100% 이하일 수 있으며, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 각각 중수소의 함량이 0%인 경우, R32 및 R33 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 0% 초과, 100% 이하이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 이상 100% 이하이고, Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 이상 100% 이하일 수 있으며, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 치환된 중수소의 함량의 합이 0% 초과인 경우. R32 및 R33 는 각각 독립적으로 중수소의 함량이 0% 이상, 100% 이하이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33는 각각 독립적으로 중수소의 함량이 0% 이상, 100% 이하일 수 있으며, R32 및 R33 모두 중수소의 함량이 0%인 경우, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 초과 100% 이하이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33는 각각 독립적으로 중수소의 함량이 0% 이상, 100% 이하이고, 상기 R32 및 R33 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 0% 초과일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33는 각각 독립적으로 중수소의 함량이 0% 이상, 100% 이하이고, 상기 R32 및 R33 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 0% 초과이고, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0%일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33는 각각 독립적으로 중수소의 함량이 0% 이상, 100% 이하이고, 상기 R32 및 R33 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 0% 초과이고, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 초과 100% 이하일 수 있다.
즉, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 반드시 1개 이상의 중수소를 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기일 수 있으며, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 이상, 100% 이하일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기일 수 있으며, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 이상, 100% 이하일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기일 수 있으며, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 이상, 100% 이하일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 비페닐기일 수 있으며, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 이상, 100% 이하일 수 있다.
상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량이 0%인 경우, 상기 R32 및 R33는 각각 독립적으로 중수소의 함량은 0% 초과, 100% 이하이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기일 수 있으며, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 초과, 100% 이하일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기일 수 있으며, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 초과, 100% 이하일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기일 수 있으며, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 초과, 100% 이하일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 비페닐기일 수 있으며, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 초과, 100% 이하일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 r 및 s는 2 내지 7의 정수이고, r이 2 이상인 경우 Rc는 서로 같거나 상이하고, s가 2 이상인 경우 Rd는 서로 같거나 상이하며, 상기 Rc중 2개 이상은 중수소이고, Rd중 2개 이상은 중수소이다. Rc 및 Rd는 각각 적어도 2개 이상 치환되어 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기일 수 있으며, Rc 중 2개 이상은 중수소이고, Rd 중 2개 이상은 중수소이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기일 수 있으며, Rc 중 2개 이상은 중수소이고, Rd 중 2개 이상은 중수소이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기일 수 있으며, Rc 중 2개 이상은 중수소이고, Rd 중 2개 이상은 중수소이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 비페닐기일 수 있으며, Rc 중 2개 이상은 중수소이고, Rd 중 2개 이상은 중수소이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 페닐기; 또는 비페닐기일 수 있으며, Rc 중 2개 이상은 중수소이고, Rd 중 2개 이상은 중수소이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 중수소이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기일 수 있으며, 상기 R32 및 R33는 각각 독립적으로 중수소의 함량은 0% 이상, 100% 이하이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기일 수 있으며, 상기 R32 및 R33는 각각 독립적으로 중수소의 함량은 0% 이상, 100% 이하이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기일 수 있으며, 상기 R32 및 R33는 각각 독립적으로 중수소의 함량은 0% 이상, 100% 이하이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 트리페닐기; 치환 또는 나프틸기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기일 수 있으며, 상기 R32 및 R33는 각각 독립적으로 중수소의 함량은 0% 이상, 100% 이하이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33는 각각 중수소의 함량이 100%이고, 상기 Rc 및 Rd는 각각 중수소의 함량이 0%이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33는 각각 중수소의 함량이 0%이고, 상기 Rc 및 Rd는 각각 중수소의 함량이 100%이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32, R33, Rc 및 Rd의 각각 중수소의 함량이 100%이다. 즉, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 중수소의 함량이 100%이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33의 중수소의 함량은 0%이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Rc 및 Rd는 중수소이고, 상기 R32 및 R33의 중수소의 함량은 0%이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기이고, R32 및 R33의 중수소의 함량은 0%이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기이고, R32 및 R33의 중수소의 함량은 0%이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 헤테로아릴기이고, R32 및 R33의 중수소의 함량은 0%이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R32 및 R33은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 터페닐기; 치환 또는 비치환된 트리페닐기; 치환 또는 나프틸기; 치환 또는 비치환된 디벤조티오펜기; 또는 치환 또는 비치환된 디벤조퓨란기이고, R32 및 R33의 중수소의 함량은 0%이다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1는 하기 화합물 중 어느 하나로 표시될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00006
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Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
본 출원의 일 실시상태에 따른 헤테로고리 화합물은 상기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 한다. 보다 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 상기와 같은 코어 구조 및 치환기의 구조적 특징에 의하여 유기 발광 소자의 유기물층 재료로 사용될 수 있다.
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 수송용 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.
한편, 상기 헤테로고리 화합물은 유리 전이 온도(Tg)가 높아 열적 안정성이 우수하다. 이러한 열적 안정성의 증가는 소자에 구동 안정성을 제공하는 중요한 요인이 된다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 헤테로고리 화합물은 다단계 화학반응으로 제조할 수 있다. 일부 중간체 화합물이 먼저 제조되고, 그 중간체 화합물들로부터 화학식 1의 화합물이 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 출원의 일 실시상태에 따른 헤테로고리 화합물은 후술하는 제조예를 기초로 제조될 수 있다.
본 출원의 다른 실시상태는, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다. 상기 "유기 발광 소자"는 "유기발광다이오드", "OLED(Organic Light Emitting Diodes)", "OLED 소자", "유기 전계 발광 소자" 등의 용어로 표현될 수 있다.
상기 헤테로고리 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.
구체적으로, 본 출원의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는, 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 포함한다. 상기 유기물층에 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 포함할 경우, 유기 발광 소자의 발광 효율 및 수명이 우수하다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극일 수 있고, 상기 제2 전극은 음극일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극일 수 있고, 상기 제2 전극은 양극일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 청색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1에 따른 헤테로고리 화합물을 청색 유기 발광 소자의 재료로 사용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 녹색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1에 따른 헤테로고리 화합물을 녹색 유기 발광 소자의 재료로 사용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 백색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1에 따른 헤테로고리 화합물을 백색 유기 발광 소자의 재료로 사용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 적색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1에 따른 헤테로고리 화합물을 적색 유기 발광 소자의 재료로 사용될 수 있다.
또한, 상기 유기물층은 1층 이상의 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 포함한다. 상기 유기물층 중에서 발광층에 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 포함할 경우, 유기 발광 소자의 발광 효율 및 수명이 더욱 우수하다.
본 출원 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 헤테로고리 화합물을 발광 재료의 호스트 물질로 포함할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자는 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 보조층 및 정공 저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 전술한 헤테로고리 화합물을 이용하여 유기물층을 형성하는 것을 제외하고는, 통상의 유기 발광 소자의 제조방법 및 재료에 의하여 제조될 수 있다.
도 1 내지 3에 본 출원의 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), 정공 저지층(304), 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.
본 출원의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 화학식 1의 헤테로고리 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](PEDT), 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-styrene-sulfonate))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. 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, 호스트 재료와 도펀트 재료가 함께 발광에 관여하는 재료들이 사용될 수도 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 헤테로고리 화합물은 유기 태양 전지, 유기 감광체, 유기 트랜지스터 등을 비롯한 유기 전자 소자에서도 유기 발광 소자에 적용되는 것과 유사한 원리로 작용할 수 있다.
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 1-2(B)의 제조
Figure pat00017
1) 중간체 1-2-1의 제조
일구의 라운드 바텀 플라스크에 9H,9'H-3,3'-비카바졸(9H,9'H-3,3'-bicarbazole) (10g, 0.030mol), 4-브로모-1,1’-비페닐-2,2’,3,3’,4’,5,5’,6,6’-D9(4-bromo-1,1'-biphenyl-2,2',3,3',4',5,5',6,6'-D9) [A] (7.26g, 0.030mol), CuI (0.57g, 0.003mol), 트랜스-1,2-디아미노사이클로헥산(Trans-1,2-diaminocyclohexane) (0.34g, 0.003mol), K3PO4 (12.74g, 0.06mol)를 1,4-디옥산(1,4-dioxane) 100mL에 녹인 후 125℃에서 8시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 디클로로메탄(Dichloromethane, 이하 DCM이라고도 표기)을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼 크로마토그래피 (DCM:Hexane=1:3)로 정제하였고 메탄올로 재결정하여 중간체 1-2-1를 얻었다. (13.92g, 수율 94%)
2) 화합물 1-2의 제조
일구의 라운드 바텀 플라스크에 중간체 1-2-1 (13.92g, 0.028mol), 4-브로모-1,1'-비페닐-2,2',3,3',4',5,5',6,6'-D9 (4-bromo-1,1'-biphenyl-2,2',3,3',4',5,5',6,6'-D9) [A'] (6.83g, 0.028mol), CuI (0.53g, 0.0028mol), 트랜스-1,2-디아미노사이클로헥산 (0.32g, 0.0028mol), K3PO4 (11.89g, 0.056mol)를 1,4-디옥산 140mL에 녹인 후 125℃에서 8시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 DCM을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼 크로마토그래피 (DCM:Hexane=1:3)로 정제하였고 메탄올로 재결정하여 목적 화합물 1-2를 얻었다. (16.14g, 수율 88%)
화합물 A와 화합물 A’가 동일한 경우 상기 제조예 1에서 화합물 A를 2당량 넣어 목적 화합물을 바로 합성할 수 있다. 즉, 화합물 A와 화합물 A’가 동일한 경우 상기 제조예 1-2(화합물 1-2-1의 제조)를 생략할 수 있다.
상기 제조예 1에 있어서, 4-브로모-1,1'-비페닐-2,2',3,3',4',5,5',6,6'-D9 [A], 및 4-브로모-1,1'-비페닐-2,2',3,3',4',5,5',6,6'-D9 [A'] 대신 각각 하기 표 1의 화합물 A, 및 A'을 사용한 것을 제외하고 상기 제조예 1과 동일하게 합성하여 하기 표 1의 목적 화합물 B를 동일한 방법으로 합성하였다.
Figure pat00018
Figure pat00019
<제조예 2> 화합물 1-26(D)의 제조
Figure pat00020
1) 중간체 1-26-1의 제조
일구의 라운드 바텀 플라스크에 9H,9'H-3,3'-비스카바졸(9H,9'H-3,3'-bicarbazole) (10g, 0.030mol), 트리플릭산(Triflic acid) (112.56g, 0.75mol) 및 D6-벤젠(D6-Benzene) (500mL) 혼합물을 40℃에서 환류하였다. DMC과 H2O로 퀀칭(Quenching) 및 추출하여 농축 후 실리카겔 필터를 하였다. 농축 후 메탄올 처리하여 중간체 1-26-1을 얻었다. (7.07g, 수율 68%)
2) 중간체 1-26-2의 제조
일구의 라운드 바텀 플라스크에 중간체 1-26-1 (7.07g, 0.02mol), CuI (0.38g, 0.002mol), 4-브로모-1,1'-비페닐(4-bromo-1,1'-biphenyl) [C] (4.66g, 0.02mol), 트랜스-1,2-디아미노사이클로헥산 (0.23g, 0.002mol), K3PO4 (8.49g, 0.04mol)를 1,4-디옥산 70mL에 녹인 후 125℃에서 8시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 DCM을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼 크로마토그래피 (DCM:Hexane=1:3)로 정제하였고 메탄올로 재결정하여 중간체 1-26-2를 얻었다. (8.28g, 수율 83%)
3) 화합물 1-26의 제조
일구의 라운드 바텀 플라스크에 중간체 1-26-2 (8.28g, 0.017mol), CuI (0.32g, 0.0017mol), 4-브로모-1,1'-비페닐(4-bromo-1,1'-biphenyl) [C'] (3.96g, 0.017mol), 트랜스-1,2-디아미노사이클로헥산 (0.19g, 0.0017mol), K3PO4 (7.22g, 0.034mol)를 1,4-디옥산 80mL에 녹인 후 125℃에서 8시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 DCM을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼 크로마토그래피 (DCM:Hexane=1:3)로 정제하였고 메탄올로 재결정하여 목적 화합물 1-26을 얻었다. (8.63g, 수율 78%)
화합물 C와 화합물 C’가 동일한 경우 상기 제조예 2-2에서 화합물 C를 2당량 넣어 목적 화합물을 바로 합성할 수 있다. 즉, 화합물 C와 화합물 C’가 동일한 경우 상기 제조예 2-3(화합물 1-26-2의 제조)을 생략할 수 있다.
상기 제조예 2에 있어서, 4-브로모-1,1'-비페닐 [C], 및 4-브로모-1,1'-비페닐 [C'] 대신 각각 하기 표 2의 화합물 C, 및 C'을 사용한 것을 제외하고 상기 제조예 2와 동일하게 합성하여 하기 표 2의 목적 화합물 D를 동일한 방법으로 합성하였다.
Figure pat00021
Figure pat00022
<제조예 3> 화합물 1-50(G)의 제조
Figure pat00023
1) 중간체 1-50-1의 제조
일구의 라운드 바텀 플라스크(One neck round bottom flask)에 9-([1,1'-비페닐]-4-일)-9H,9'H-3,3'-비카바졸 (9-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-9H,9'H-3,3'-bicarbazole) [E] (10g, 0.021mol), 4-브로모-1,1'-비페닐(4-bromo-1,1'-biphenyl) [F] (4.90g, 0.021mol), CuI (0.40g, 0.0021mol), 트랜스-1,2-디아미노사이클로헥산 (0.024g, 0.0021mol), K3PO4 (8.92g, 0.042mol)를 1,4-디옥산 100mL에 녹인 후 125℃에서 8시간 동안 환류하였다. 반응이 완결된 후 실온에서 증류수와 DCM을 넣고 추출하였고 유기층은 MgSO4로 건조시킨 후 회전 증발기로 용매를 제거하였다. 반응물은 컬럼 크로마토그래피 (DCM:Hexane=1:3)로 정제하였고 메탄올로 재결정하여 중간체 1-50-1를 얻었다. (12.17g, 수율 91%)
2) 화합물 1-50의 제조
일구의 라운드 바텀 플라스크에 중간체 1-50-1 (12.17g, 0.017mol), 트리플릭산(Triflic acid) (63.78g, 0.43mol) 및 D6-벤젠(D6-benzene)(600mL) 혼합물을 50℃에서 환류하였다. DCM과 H2O로 Quenching 및 추출하여 농축 후 실리카겔 필터를 하였다. 농축 후 메탄올 처리하여 목적 화합물 1-50을 얻었다. (8.87g, 수율 78%)
상기 제조예 3에 있어서, 9-([1,1'-비페닐]-4-일)-9H,9'H-3,3'-비카바졸 [E], 및 4-브로모-1,1'-비페닐 [F] 대신 각각 하기 표 3의 화합물 E, 및 F을 사용한 것을 제외하고 상기 제조예 3과 동일하게 합성하여 하기 표 3의 목적 화합물 G를 동일한 방법으로 합성하였다.
Figure pat00024
Figure pat00025
참고로, 유기화합물의 수소를 중수소로 치환하는 반응은 반응온도가 높을수록 수소에서 중수소로 치환되는 치환율이 더 높아지고, 수율은 낮아지는 경향성이 있다.
상기 경향성을 고려하여, 화합물 1-26-1의 제조의 경우 하기 표 4 및 5의 조건에 따라 D치환 물질 합성법을 진행하며, 반응 조건 테스트(test) 실험을 하였다.
그 결과, 조건 1 내지 4의 경우, 화합물 1-26-1이 합성되지 않음을 확인할 수 있었고, 조건 7의 경우가 치환율이 가장 높음을 확인할 수 있었다.
그에 따라, 치환율이 가장 높은 조건 7을 반응 조건으로 화합물 1-26-1을 합성하였다.
조건 화합물
(g, 당량)		 용매
(g)		 촉매
(mol%)		 온도/시간
(oC, d)		 반응기 얻은양, 수율
1 9H,9'H-3,3'-bicarbazole (1g, 1eq) D2O(100g) Pt/C
(10 mol%)		 150 oC, 4d Round flask
Under Ar bag		 NO reaction
2 9H,9'H-3,3'-bicarbazole (1g, 1eq) D2O, i-PrOH, cyclohexane
(100g, 50g, 50g)		 Pt/C, Pd/C (10 mol%) 150 oC, 4d Round flask
Under Ar bag		 NO reaction
3 9H,9'H-3,3'-bicarbazole (1g, 1eq) D2O, i-PrOH, cyclohexane
(100g, 50g, 50g)		 Pt/C, Pd/C (10 mol%) 200 oC, 2d sealed tube NO reaction
4 9H,9'H-3,3'-bicarbazole (1g, 1eq) D2O, i-PrOH, cyclohexane
(100g, 50g, 50g)		 Pt/C, Pd/C (10 mol%) 150 oC, 4d sealed tube NO reaction
조건 화합물
(g, 당량)		 용매
(g, 당량)		 산
(g, 당량)		 온도 수율 치환율
5 9H,9'H-3,3'-bicarbazole (1g, 1eq) 벤젠-D6
(50g, 139.9eq)		 CF3SO3H
(17g, 25eq)		 RT 95% 46%
6 9H,9'H-3,3'-bicarbazole (1g, 1eq) 벤젠-D6(50g, 139.9eq) CF3SO3H
(17g, 25eq)		 30oC 86% 72%
7 9H,9'H-3,3'-bicarbazole (1g, 1eq) 벤젠-D6
(50g, 139.9eq)		 CF3SO3H
(17g, 25eq)		 40oC 68% 95%
8 9H,9'H-3,3'-bicarbazole (1g, 1eq) DMSO-D6
(50g, 139.9eq)		 CF3SO3H
(17g, 25eq)		 40oC 77% 53%
9 9H,9'H-3,3'-bicarbazole (1g, 1eq) DMF-D6
(50g, 139.9eq)		 CF3SO3H
(17g, 25eq)		 40oC 79% 62%
또한, 화합물 1-50의 경우에도 유기화합물의 수소를 중수소로 치환하는 반응은 반응온도가 높을수록 수소에서 중수소로 치환되는 치환율이 더 높아지고, 수율은 낮아지는 경향성을 고려하여, 화합물 1-50의 제조의 경우, 하기 표 6 및 표 7의 조건에 따라 D치환 물질 합성법을 진행하며, 반응 조건 테스트(test) 실험을 하였다.
그 결과, 조건 1 내지 4의 경우, 화합물 1-50이 합성되지 않음을 확인할 수 있었고, 조건 7의 경우가 치환율이 가장 높음을 확인할 수 있었다.
그에 따라, 치환율이 가장 높은 조건 7을 반응 조건으로 화합물 1-50을 합성하였다.
조건 화합물
(g, 당량)		 용매
(g)		 촉매
(mol%)		 온도/시간
(oC, d)		 반응기 얻은양, 수율
1 1-50-1(1g, 1eq) D2O
(100g)		 Pt/C
(10 mol%)		 150 oC, 4d Round flask
Under Ar bag		 NO reaction
2 1-50-1
(1g, 1eq)		 D2O, i-PrOH, cyclohexane
(100g, 50g, 50g)		 Pt/C, Pd/C (10 mol%) 150 oC, 4d Round flask
Under Ar bag		 NO reaction
3 1-50-1
(1g, 1eq)		 D2O, i-PrOH, cyclohexane
(100g, 50g, 50g)		 Pt/C, Pd/C (10 mol%) 200 oC, 2d sealed tube NO reaction
4 1-50-1
(1g, 1eq)		 D2O, i-PrOH, cyclohexane
(100g, 50g, 50g)		 Pt/C, Pd/C (10 mol%) 150 oC, 4d sealed tube NO reaction
조건 화합물
(g, 당량)		 용매
(g, 당량)		 산
(g, 당량)		 온도 수율 치환율
5 1-50-1
(1g, 1eq)		 벤젠-D6
(50g, 139.9eq)		 CF3SO3H
(17g, 25eq)		 RT 93% 42%
6 1-50-1(1g, 1eq) 벤젠-D6
(50g, 139.9eq)		 CF3SO3H
(17g, 25eq)		 30oC 83% 82%
7 1-50-1
(1g, 1eq)		 벤젠-D6
(50g, 139.9eq)		 CF3SO3H
(17g, 25eq)		 50oC 78% 98%
8 1-50-1
(1g, 1eq)		 DMSO-D6
(50g, 139.9eq)		 CF3SO3H
(17g, 25eq)		 50oC 88% 59%
9 1-50-1
(1g, 1eq)		 DMF-D6
(50g, 139.9eq)		 CF3SO3H
(17g, 25eq)		 50oC 81% 60%
여기서 치환율이란 [(화학반응 후 치환된 중수소의 갯수)/(화학반응 전 화합물의 수소 개수)]*100으로 계산한다.
상기 제조예 1 내지 제조예 3 및 표 1 내지 3에 기재된 화합물 이외의 나머지 화합물도 전술한 제조예에 기재된 방법과 마찬가지로 제조하였다.
그 제조된 화합물의 합성확인결과를 하기 표 8 및 표 9에 나타내었다. 하기 표 8은 1H NMR(CDCl3, 300Mz)의 측정값이고, 하기 표 9는 FD-질량분석계(FD-MS: Field desorption mass spectrometry)의 측정값이다.
화합물 1H NMR(DMSO, 300Mz)
1-2 δ = 8.55 (1H, d), 8.30 (1H, d), 8.13~8.19 (2H, m), 7.89~7.99 (4H, m), 7.77 (1H, d), 7.50~7.58 (2H, m), 7.35 (1H, t), 7.16~7.20 (2H, m)
1-3 δ = 8.55 (1H, d), 8.30 (1H, d), 8.13~8.19 (2H, m), 7.89~7.99 (4H, m), 7.77 (1H, d), 7.50~7.58 (2H, m), 7.35 (1H, t), 7.16~7.20 (2H, m)
1-5 δ = 8.55 (1H, d), 8.30 (1H, d), 8.13~8.19 (2H, m), 7.89~7.99 (4H, m), 7.77 (1H, d), 7.50~7.58 (2H, m), 7.35 (1H, t), 7.16~7.20 (2H, m)
1-6 δ = 8.55 (1H, d), 8.30 (1H, d), 8.13~8.19 (2H, m), 7.89~7.99 (4H, m), 7.77 (1H, d), 7.50~7.58 (2H, m), 7.35 (1H, t), 7.16~7.20 (2H, m)
1-8 δ = 8.55 (1H, d), 8.30 (1H, d), 8.13~8.19 (2H, m), 7.89~7.99 (4H, m), 7.77 (1H, d), 7.50~7.58 (2H, m), 7.35 (1H, t), 7.16~7.20 (2H, m)
1-19 δ = 8.55 (1H, d), 8.30 (1H, d), 8.13~8.19 (2H, m), 7.89~7.99 (4H, m), 7.77 (1H, d), 7.50~7.58 (2H, m), 7.35 (1H, t), 7.16~7.20 (2H, m)
1-22 δ = 8.55 (1H, d), 8.30 (1H, d), 8.13~8.19 (2H, m), 7.89~7.99 (4H, m), 7.77 (1H, d), 7.50~7.58 (2H, m), 7.35 (1H, t), 7.16~7.20 (2H, m)
1-26 δ = 7.91~7.92 (8H, m), 7.75 (4H, d), 7.41~7.49 (6H, m)
1-27 δ = 8.21 (1H, s), 7.41~7.75 (13H, m)
1-29 δ = 7.91~7.94 (5H, m), 7.73~7.75 (3H, m), 7.41~7.62 (10H, m)
1-32 δ = 8.21 (1H, s), 7.60~7.75 (8H, m), 7.41~7.49 (8H, m)
1-33 δ = 8.21 (1H, s), 7.91~7.92 (4H, m), 7.60~7.75 (6H, m), 7.41~7.49 (7H, m)
1-36 δ = 8.21 (1H, s), 7.91~7.92 (4H, m), 7.60~7.75 (6H, m), 7.41~7.49 (7H, m), 7.25 (4H, s)
1-39 δ = 7.91~7.92 (8H, m), 7.75 (4H, d), 7.41~7.49 (6H, m), 7.25 (4H, s)
1-44 δ = 7.91~7.98 (6H, m), 7.75 (2H, d), 7.25~7.54 (8H, m)
1-50 δ = 중수소 함량 100%로 1H NMR 피크 없음
1-51 δ = 중수소 함량 100%로 1H NMR 피크 없음
1-53 δ = 중수소 함량 100%로 1H NMR 피크 없음
1-54 δ = 중수소 함량 100%로 1H NMR 피크 없음
1-56 δ = 중수소 함량 100%로 1H NMR 피크 없음
1-57 δ = 중수소 함량 100%로 1H NMR 피크 없음
1-58 δ = 중수소 함량 100%로 1H NMR 피크 없음
1-60 δ = 중수소 함량 100%로 1H NMR 피크 없음
1-62 δ = 중수소 함량 100%로 1H NMR 피크 없음
1-63 δ = 중수소 함량 100%로 1H NMR 피크 없음
1-67 δ = 중수소 함량 100%로 1H NMR 피크 없음
1-68 δ = 중수소 함량 100%로 1H NMR 피크 없음
화합물 FD-Mass 화합물 FD-Mass
1-2 m/z= 654.91 (C48H14D18N2=654.37) 1-3 m/z= 574.79 (C42H14D14N2=574.31)
1-5 m/z= 654.91 (C48H14D18N2=654.37) 1-6 m/z= 654.91 (C48H14D18N2=654.37)
1-8 m/z= 654.91 (C48H14D18N2=654.37) 1-19 m/z= 815.15 (C60H14D26N2=814.48)
1-22 m/z= 815.15 (C606H14D26N2=814.48) 1-26 m/z= 650.88 (C48H18D14N2=650.34)
1-27 m/z= 574.79 (C42H14D14N2=574.31) 1-29 m/z= 650.88 (C48H18D14N2=650.34)
1-32 m/z= 650.88 (C48H18D14N2=650.34) 1-33 m/z= 650.88 (C48H18D14N2=650.34)
1-36 m/z= 726.98 (C54H22D14N2=726.38) 1-39 m/z= 726.98 (C54H22D14N2=726.38)
1-44 m/z= 664.87 (C48H16D14N2O=664.32) 1-50 m/z= 668.99 (C48D32N2=668.46)
1-51 m/z= 588.87 (C42D28N2=588.40) 1-53 m/z= 668.99 (C48D32N2=668.46)
1-54 m/z= 668.99 (C48D32N2=668.46) 1-56 m/z= 668.99 (C48D32N2=668.46)
1-57 m/z= 668.99 (C48D32N2=668.46) 1-58 m/z= 749.12 (C54D36N2=748.51)
1-60 m/z= 749.12 (C54D36N2=748.51) 1-62 m/z= 749.12 (C54D36N2=748.51)
1-63 m/z= 749.12 (C54D36N2=748.51) 1-67 m/z= 829.24 (C60D40N2=828.57)
1-68 m/z= 680.96 (C48D30N2O=680.42)
<실험예>
(1) 유기 발광 소자의 제조
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 10에 기재된 본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 400Å의 두께로 증착하였고 녹색 인광 도펀트[Ir(ppy)3]를 발광층 증착 두께의 7% 도핑하여 증착하였다. 이후 정공 저지층으로 BCP(bathocuproine)를 60Å의 두께로 증착하였으며, 그 위에 전자 수송층으로 Alq3 를 200Å의 두께로 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 발광 소자를 제조하였다(실시예 1 내지 22 및 비교예 1 내지 5).
한편, 유기 발광 소자 제작에 필요한 모든 유기 화합물은 재료 별로 각각 10-6~10-8torr 하에서 진공 승화 정제하여 유기 발광 소자 제조 에 사용하였다.
(2) 유기발광 소자의 구동 전압 및 발광 효율
상기와 같이 제조된 실시예 1 내지 29 및 비교예 1 내지 8의 유기 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. 상기, T90은 초기 휘도 대비 90%가 되는 시간인 수명(단위: h, 시간)을 의미한다.
본 발명에 따라 제조된 유기 발광 소자의 구동전압, 발광효율, 색 (EL color), 수명을 측정한 결과는 하기 표 10과 같았다.
화합물 구동전압
(V)		 효율
(cd/A)		 색좌표
(x, y)		 수명
(T90)
비교예 1 A 6.11 44.1 Green 59
비교예 2 B 6.15 45.5 62
비교예 3 C 6.23 43.6 68
비교예 4 D 6.48 42.9 60
비교예 5 E 6.90 40.7 50
실시예 1 1-2 5.68 55.4 90
실시예 2 1-4 5.34 54.8 84
실시예 3 1-5 5.48 53.9 88
실시예 4 1-7 5.59 56.0 80
실시예 5 1-8 5.61 55.8 86
실시예 6 1-9 5.79 53.7 88
실시예 7 1-26 3.71 74.6 130
실시예 8 1-28 3.60 75.0 124
실시예 9 1-29 3.88 68.7 128
실시예 10 1-31 3.92 69.1 120
실시예 11 1-32 3.67 70.5 126
실시예 12 1-33 3.83 71.3 128
실시예 13 1-50 4.03 70.3 150
실시예 14 1-51 4.28 74.7 146
실시예 15 1-52 4.16 75.1 142
실시예 16 1-53 4.26 79.6 148
실시예 17 1-55 4.33 77.5 138
실시예 18 1-56 4.22 78.6 144
실시예 19 1-57 4.50 73.2 148
실시예 20 1-73 4.76 74.6 82
실시예 21 1-74 4.71 75.0 122
실시예 22 1-75 4.82 73.7 140
상기 표 10의 비교예 1 내지 5에 사용된 화합물은 하기와 같았다.
Figure pat00026
상기 표 10의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 출원의 유기 발광 소자 발광층 재료를 이용한 유기 발광 소자는 비교예 1 내지 5에 비해 구동 전압이 낮고, 발광효율이 향상되었을 뿐만 아니라 수명도 현저히 개선되었다.
본 출원에 따른 화합물은 중수소로 치환된 화합물이고, 비교예 화합물은 수소로 치환되거나 비스카바졸이 아닌 화합물이다. 중수소의 원자 질량이 수소보다 2배 큰 중수소로 치환된 화합물은 수소와 결합된 화합물보다 더 낮은 영점 에너지와 진동 에너지 때문에 기저 상태의 에너지가 낮아지고 분자간 상호 작용이 약하게 되어, 박막을 비결정질 상태로 만들 수 있어 소자의 수명을 향상 시킬 수 있다.
중수소 치환 화합물은 낮은 기저 상태의 에너지를 갖게 되어 안정성이 향상되고 C-D의 해리에너지가 높아 분자의 안정성이 향상되고 수명을 개선할 수 있다.
구체적으로, 본 출원에 따른 화합물에 해당하는 중수소 치환된 화합물 1-51이 수소 치환된 비교예 화합물 A, B, C, 및 D보다 분자의 안정성 및 비결정성에 의해 구동 및 수명 향상을 확인할 수 있고, 낮은 진동에너지에 의해 에너지의 손실을 최소화하여 도펀트로 에너지 전달을 용이하게 하고 효율을 향상시킬 수 있었다.
비교예 화합물 E는 비스카바졸과 달리 카바졸의 3번 위치에 다이벤조퓨란이 치환되어 낮은 HOMO 및 낮은 정공 안정성을 가지고 있기 때문에 본 출원에 따른 화합물에 해당하는 화합물보다 낮은 효율, 구동, 수명을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
본 출원에 따른 화합물에 해당하는 화합물 1-2의 경우, 낮은 진동에너지로 에너지의 손실을 줄여 효율을 향상시킬 수 있었고, 기저 상태 에너지를 낮추어 수명을 향상 시킬 수 있었다.
특히, 화합물 전체가 중수소로 치환된 화합물 1-50의 경우, 비스카바졸만 중수소로 치환된 화합물 1-26 및 아릴기(상기 화학식 1의 R32 및 R33에 해당)만 중수소로 치환된 화합물 1-2보다 소자의 효율 및 수명을 향상 시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
이는, 중수소의 함량이 증가할수록 분자간 상호작용이 증가하여 분자간 거리가 작아지고 이동도를 개선하기 때문으로 판단할 수 있다.
또한, 본 출원에 따른 화합물에 해당하는 화합물 1-5 및 1-29를 비교하면, 화합물 1-29가 화합물 1-5보다 소자의 효율 및 수명이 향상됨을 확인할 수 있었다.
구체적으로, 본 출원에 따른 화합물에 해당하는 화합물 1-5 및 1-29의 경우, 상술한 바와 같이 비스카바졸만 중수소 치환된 화합물(화합물 1-29)인 점과 아릴기만 중수소로 치환된 화합물(화합물 1-5)이라는 차이가 있다.
일반적으로, 카바졸은 라디칼 양이온(radical cation)이 생성되었을 경우, 카바졸의 3번 위치가 활성화되어 이합체(dimer)를 형성하여 소자의 효율 및 수명을 저해한다.
하지만 비스카바졸에 중수소 치환된 본 출원에 따른 화합물에 해당하는 화합물 1-29는 라디칼 양이온(radical cation)을 효과적으로 안정화하여 수명을 효과적으로 향상시킬 수 있고, 아릴기에 중수소 치환된 화합물 1-5는 비스카바졸의 라디칼 양이온(radical cation) 안정화에 기여하지 못하게 된다.
그에 따라, 중수소로 치환된 화합물 1-5를 사용한 소자의 경우에도 소자의 수명이 향상되지만, 비스카바졸에만 중수소가 치환된 화합물 1-29를 사용한 소자는 소자의 수명이 더욱 향상됨을 확인할 수 있었다.
즉, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 부분적으로 중수소로 치환되는 경우, 상기 화학식 1의 아릴기의 수소가 중수소로 치환되는 것보다는 비스카바졸의 수소가 중수소로 치환되는 경우가 소자의 성능이 더욱 우수(화합물 1-5 및 화합물 1-29의 비교)하며, 중수소의 치환율이 증가할수록 소자의 성능이 더욱 우수해짐(화합물 1-2, 1-26 및 1-50 비교)을 확인할 수 있었다.
참고로, 여기서 카바졸의 3번 위치는 하기 화학식 A의 3번 위치를 의미한다.
[화학식 A]
Figure pat00027
즉, 본 출원에 따른 화합물은 그 구조적 특징으로 인하여 상기 화합물을 유기물층의 재료로 사용한 유기 발광 소자의 구동 전압을 낮추고, 발광효율을 향상시키며, 수명도 현저히 개선시키는 효과가 있다. 특히 본 출원에 따른 화합물을 발광층 재료로 사용한 경우 더욱 효과가 우수하다.
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 (12)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00028

    상기 화학식 1에서,
    Rc 및 Rd은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기; 치환 또는 비치환된 포스핀옥사이드기; 및 치환 또는 비치환된 아민기로 이루어진 군으로부터 선택되고, r 및 s는 0 내지 7의 정수이고, r이 2 이상인 경우 Rc는 서로 같거나 상이하고, s가 2 이상인 경우 Rd는 서로 같거나 상이하고,
    R32 및 R33은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 60의 헤테로아릴기이고,
    상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물의 중수소의 함량은 0% 초과, 100% 이하이다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물의 중수소의 함량은 40% 이상, 100% 이하인 헤테로고리 화합물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 이상, 100% 이하이고, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량이 0%인 경우, 상기 R32 및 R33 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 0% 초과, 100% 이하인 헤테로고리 화합물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 Rc가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 이상 100% 이하이고, Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 중수소의 함량은 0% 이상 100% 이하일 수 있으며, 상기 Rc 및 Rd가 치환될 수 있는 위치를 기준으로 각각 중수소의 함량이 0%인 경우, R32 및 R33 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 0% 초과, 100% 이하인 헤테로고리 화합물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 r 및 s는 2 내지 7의 정수이고, r이 2 이상인 경우 Rc는 서로 같거나 상이하고, s가 2 이상인 경우 Rd는 서로 같거나 상이하며, 상기 Rc중 2개 이상은 중수소이고, 상기 Rd중 2개 이상은 중수소인 것인 헤테로고리 화합물.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 R32 및 R33의 중수소의 함량은 0%인 헤테로고리 화합물.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 R32 및 R33은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 40의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 헤테로아릴기이고, R32 및 R33의 중수소의 함량은 0%인 헤테로고리 화합물.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1는 하기 화합물 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로고리 화합물:
    Figure pat00029

    Figure pat00030

    Figure pat00031

    Figure pat00032

    Figure pat00033

    Figure pat00034

    Figure pat00035

    Figure pat00036

    Figure pat00037

    Figure pat00038

    Figure pat00039
  9. 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하고, 상기 유기물층 중 1층 이상은 청구항 1 내지 8 중 어느 하나의 항에 따른 헤테로고리 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 유기물층은 1층 이상의 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 헤테로고리 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 발광층은 호스트 물질을 포함하며, 상기 호스트 물질은 상기 헤테로고리 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 보조층 및 정공 저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
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