KR20220014784A

KR20220014784A - 유기 발광 소자

Info

Publication number: KR20220014784A
Application number: KR1020200119291A
Authority: KR
Inventors: 백이현; 이재철; 이길선; 김용욱; 김신성; 임병윤; 조범신
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-02-07

Abstract

본 발명은 유기 발광 소자를 제공한다.

Description

유기 발광 소자{Organic light emitting device}

본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것이다.

일반적으로 유기 발광 현상이란 유기 물질을 이용하여 전기에너지를 빛에너지로 전환시켜주는 현상을 말한다. 유기 발광 현상을 이용하는 유기 발광 소자는 넓은 시야각, 우수한 콘트라스트, 빠른 응답 시간을 가지며, 휘도, 구동 전압 및 응답 속도 특성이 우수하여 많은 연구가 진행되고 있다.

유기 발광 소자는 일반적으로 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 유기물층을 포함하는 구조를 가진다. 상기 유기물층은 유기 발광 소자의 효율과 안정성을 높이기 위하여 각기 다른 물질로 구성된 다층의 구조로 이루어진 경우가 많으며, 예컨대 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 전자주입층 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 유기 발광 소자의 구조에서 두 전극 사이에 전압을 걸어주게 되면 양극에서는 정공이, 음극에서는 전자가 유기물층에 주입되게 되고, 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 다시 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다.

상기와 같은 유기 발광 소자에 사용되는 유기물에 대하여 새로운 재료의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.

한국특허 공개번호 제10-2000-0051826호

본 발명은 유기 발광 소자에 관한 것이다.

본 발명은,

양극;

상기 양극과 대향하여 구비된 음극; 및

상기 양극과 음극 사이에 구비된 발광층을 포함하고,

상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 포함한다:

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

L₁ 및 L₂는 각각 독립적으로 단일 결합; 또는 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴렌이고,

Ar₁ 및 Ar₂는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴이고,

R₁은 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C_1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C_1-60 알콕시; 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴; 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴옥시; 또는 Si(Q₁)(Q₂)(Q₃)이고,

여기서, Q₁ 내지 Q₃는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C_1-60 알킬; 또는 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴이고,

a는 1 내지 8의 정수이고,

단, 상기 제1 화합물은 적어도 하나의 중수소를 포함하고,

[화학식 2]

상기 화학식 2에서,

Y₁ 중 하나는 O이고, 다른 하나는 단일 결합이고,

Y₂ 중 하나는 O이고, 다른 하나는 단일 결합이고,

R 및 R'는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C_1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴이고,

L₁₁ 내지 L₁₄는 각각 독립적으로 단일결합; 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴렌; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴렌이고,

Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴이고,

Ar₁₃및 Ar₁₄는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C_10-60 다환식 아릴; 치환 또는 비치환된 N 원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴; 치환 또는 비치환된 O 원자를 포함하는 C_10-60 헤테로아릴; 치환 또는 비치환된 S 원자를 포함하는 C_4-60 헤테로아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 2종 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴이고,

R₁₁ 내지 R₁₄는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노; 치환 또는 비치환된 C_1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴이고,

n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,

o 및 p는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이고,

a, n, m, o 및 q가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 치환기는 서로 동일하거나 상이하다.

상술한 유기 발광 소자는 발광층에 호스트 물질로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 도펀트 물질로 상기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하여, 유기 발광 소자에서 효율, 구동전압 및/또는 수명 특성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.
도 2는 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(3), 전자수송층(7), 전자주입층(8) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 보다 상세히 설명한다.

본 명세서에서,

, 또는

는 다른 치환기에 연결되는 결합을 의미하고, D는 중수소를 의미하고, Ph는 페닐기를 의미한다.

본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 이미드기; 아미노기; 포스핀옥사이드기; 알콕시기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 아릴티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 실릴기; 붕소기; 알킬기; 사이클로알킬기; 알케닐기; 아릴기; 아르알킬기; 아르알케닐기; 알킬아릴기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 헤테로아릴아민기; 아릴아민기; 아릴포스핀기; 또는 N, O 및 S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환 또는 비치환되거나, 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환 또는 비치환된 것을 의미한다. 예컨대, "2 이상의 치환기가 연결된 치환기"는 비페닐기일 수 있다. 즉, 비페닐기는 아릴기일 수도 있고, 2개의 페닐기가 연결된 치환기로 해석될 수 있다.

본 명세서에서 카보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, 에스테르기는 에스테르기의 산소가 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.

본 명세서에 있어서, 붕소기는 구체적으로 트리메틸붕소기, 트리에틸붕소기, t-부틸디메틸붕소기, 트리페닐붕소기, 페닐붕소기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.

본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 있다.

본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 6이다. 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 사이클로펜틸메틸, 사이클로헥실메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 2-메틸펜틸, 4-메틸헥실, 5-메틸헥실 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 일 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 10이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 알케닐기의 탄소수는 2 내지 6이다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기, 스티레닐기 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, 사이클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 일 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 30이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 20이다. 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 사이클로알킬기의 탄소수는 3 내지 6이다. 구체적으로 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 3-메틸사이클로펜틸, 2,3-디메틸사이클로펜틸, 사이클로헥실, 3-메틸사이클로헥실, 4-메틸사이클로헥실, 2,3-디메틸사이클로헥실, 3,4,5-트리메틸사이클로헥실, 4-tert-부틸사이클로헥실, 사이클로헵틸, 사이클로옥틸, 아다만틸(adamantyl) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.

본 명세서에 있어서, 아릴기는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 6 내지 60인 것이 바람직하며, 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 30이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 아릴기의 탄소수는 6 내지 20이다. 상기 아릴기가 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기, 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 치환될 수 있고, 치환기 2개가 서로 결합하여 스피로 구조를 형성할 수 있다. 상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,

등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 이종 원소로 O, N, Si 및 S 중 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 헤테로고리기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로아릴기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 이소옥사졸릴기, 티아디아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 아르알케닐기, 알킬아릴기, 아릴아민기, 아릴실릴기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아르알킬기, 알킬아릴기, 알킬아민기 중 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민 중 헤테로아릴은 전술한 헤테로아릴에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 아르알케닐기 중 알케닐기는 전술한 알케닐기의 예시와 같다. 본 명세서에 있어서, 아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로아릴렌은 2가기인 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 탄화수소 고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 아릴기 또는 사이클로알킬기에 관한 설명이 적용될 수 있다. 본 명세서에 있어서, 헤테로고리는 1가기가 아니고, 2개의 치환기가 결합하여 형성한 것을 제외하고는 전술한 헤테로아릴에 관한 설명이 적용될 수 있다.

본 명세서 있어서, 용어 "중수소화된 또는 중수소로 치환된"이란, 각 화학식에서 적어도 하나의 이용가능한 수소가 중수소로 치환된 것을 의미한다. 구체적으로, 각 화학식 또는 치환기의 정의에서 중수소로 치환된다는 것은, 분자 내 수소가 결합될 수 있는 위치 중 적어도 하나 이상이 중수소로 치환되는 것을 의미한다. 일례로, 중수소화된 또는 중수소로 치환된 화합물이라 함은 각 화학식에서 적어도 20%, 적어도 30%, 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90%. 또는 적어도 100% 중수소화된 것을 일컫는다.

또한, 본 명세서에 있어서, 용어 "중수소 치환율"이란, 각 화학식에 존재할 수 있는 수소의 총 개수 대비 치환된 중수소의 개수의 백분율을 의미한다. 보다 구체적으로, 이러한 화합물의 중수소 치환율은 화학식 내 존재할 수 있는 수소의 총 개수 대비 치환된 중수소의 개수로 계산되며, 이때 치환된 중수소의 개수는 MALDI-TOF MS(Matrix-Assisted Laser Desorption/ Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometer) 분석을 통해 구해질 수 있다.

한편, 일 구현예에 따른 유기 발광 소자는, 양극; 상기 양극과 대향하여 구비된 음극; 및 상기 양극과 음극 사이에 구비된 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물을 포함한다.

또한, 다른 구현예에 따른 유기 발광 소자는, 양극; 상기 양극과 대향하여 구비된 음극; 상기 양극과 음극 사이에 구비된 발광층; 상기 양극과 발광층 사이에 구비된 정공주입층 및 정공수송층; 및 상기 발광층과 음극 사이에 구비된 전자수송층 및 전자주입층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물을 포함한다.

이와 같이, 상기 유기 발광 소자는 발광층에 상기 제1 화합물을 호스트 물질로 포함하고, 상기 제2 화합물을 도펀트 물질로 포함하여, 유기 발광 소자에서 효율, 구동전압 및/또는 수명 특성을 향상시킬 수 있다.

이하 각 구성 별로 본 발명을 상세히 설명한다.

양극 및 음극

상기 양극 물질로는 통상 유기물 층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 상기 양극 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO₂:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 음극 물질로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 상기 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, 이에 한정되는 것은 아니다.

정공주입층

본 발명에 따른 유기 발광 소자는 필요에 따라 양극과 후술하는 정공수송층 사이에 정공주입층을 포함할 수 있다.

상기 정공주입층은 상기 양극 상에 위치하여, 양극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 정공 주입 물질을 포함한다. 이러한 정공 주입 물질로는 정공을 수송하는 능력을 가져 양극에서의 정공 주입효과, 발광층 또는 발광재료에 대하여 우수한 정공 주입 효과를 갖고, 발광층에서 생성된 엑시톤의 전자주입층 또는 전자주입재료에의 이동을 방지하며, 또한, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 특히, 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 양극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 적합하다.

상기 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자, 열 및/또는 광에 노출시 화합물 간 가교를 시킬 수 있는 반응성 치환기, 예를 들어 탄소-탄소 다중 결합 또는 환형 구조를 갖는 아릴아민 계열의 유기물 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 정공주입층은 상술한 정공 주입 물질 외에 p-도핑 물질을 추가적으로 포함할 수 있다. 이러한 p-도핑 물질은 정공 주입 물질이 p 반도체 특성을 갖도록 하는 물질을 의미하는 데, p 반도체 특성은 HOMO(Highest occupied molecular orbital) 에너지 준위로 정공을 주입받거나 수송하는 특성 즉, 정공의 이동도가 전자의 이동도보다 큰 물질의 특성으로 정의될 수 있다. 상기 p-도핑 물질의 구체적인 예로는 하기 화학식 P1 내지 P4로 표시되는 화합물 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

[화학식 P1]

[화학식 P2]

[화학식 P3]

[화학식 P4]

.

정공수송층

본 발명에 따른 유기 발광 소자는 양극과 발광층 사이에 정공수송층을 포함할 수 있다. 상기 정공수송층은 양극 또는 양극 상에 형성된 정공주입층으로부터 정공을 수취하여 발광층까지 정공을 수송하는 층으로, 정공 수송 물질을 포함한다. 상기 정공 수송 물질로는 양극이나 정공 주입층으로부터 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, 이에 한정되는 것은 아니다.

전자저지층

본 발명에 따른 유기 발광 소자는 필요에 따라 정공수송층과 발광층 사이에 전자저지층을 포함할 수 있다. 상기 전자저지층은 상기 정공수송층 상에 형성되어, 바람직하게는 발광층에 접하여 구비되어, 정공이동도를 조절하고, 전자의 과다한 이동을 방지하여 정공-전자간 결합 확률을 높여줌으로써 유기 발광 소자의 효율을 개선하는 역할을 하는 층을 의미한다. 상기 전자저지층은 전자저지물질을 포함하고, 이러한 전자저지물질의 예로 아릴아민 계열의 유기물 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

발광층

본 발명에 따른 유기 발광 소자는 양극과 음극 사이에 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물을 포함한다. 이때, 상기 제1 화합물은 호스트 물질로, 상기 제2 화합물은 도펀트 물질로 기능한다. 구체적으로, 유기 발광 소자에 상기 제1 화합물을 호스트 물질로 포함하고, 상기 제1 화합물을 도펀트 물질로 발광층에 포함하는 경우, 엑시톤(exciton)이 발광층 전체에서 고르게 발광하여 유기 발광 소자의 발광 효율과 수명 특성이 동시에 향상될 수 있다.

이하, 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물을 순차적으로 설명한다.

(제1 화합물)

상기 제1 화합물은 적어도 하나의 중수소(D)를 포함하는, 즉 1개 이상의 중수소로 치환된 안트라센계 화합물이다. 즉, 상기 제1 화합물은 화학식 내 이용가능한 적어도 하나의 수소가 중수소로 치환된 화합물로, 상기 화합물의 중수소 치환율은 65% 이상, 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상이고, 99% 이하, 98% 이하, 97% 이하, 96% 이하, 95% 이하, 94% 이하, 93% 이하, 또는 92 % 이하이다.

이와 같이 적어도 하나의 중수소를 포함하는 상기 제1 화합물은, 중수소화되지 않은 화합물에 비하여 물질 안정성이 높은데, 그 이유는 C-D 결합의 결합 에너지(bond energy)가 C-H 결합의 결합 에너지보다 크기 때문에, 중수소로 치환된 화합물이 분자 내 더 강한 결합 에너지를 갖게 되기 때문이다.

이에 따라, 적어도 하나의 중수소를 포함하는 상기 제1 화합물을 채용한 유기 발광 소자는 중수소화되지 않은 화합물을 채용한 유기 발광 소자에 비하여, 효율 및 수명 특성이 현저히 향상될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제1 화합물이 적어도 하나의 중수소(D)를 포함하기 위하여, 상기 화학식 1은 하기 구성 중 하나를 만족할 수 있다:

ⅰ) R₁ 중 적어도 하나가 중수소이거나;

ⅱ) R₁ 중 적어도 하나가 중수소로 치환되거나;

ⅲ) L₁ 및 L₂ 중 적어도 하나가 중수소로 치환된 C_6-60 아릴렌이거나; 또는

ⅳ) Ar₁ 및 Ar₂ 중 적어도 하나가 중수소로 치환됨.

또한, 상기 화학식 1에서, L₁ 및 L₂는 각각 독립적으로 단일 결합, 또는 비치환되거나, 또는 중수소로 치환된 C_6-20아릴렌일 수 있다.

구체적으로, L₁ 및 L₂는 각각 독립적으로 단일 결합; 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 페닐렌; 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 나프틸렌; 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 페난트레닐렌; 또는 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 안트라세닐렌일 수 있다.

보다 구체적으로, L₁ 및 L₂는 각각 독립적으로 단일 결합, 또는 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다:

상기에서,

Z는 각각 독립적으로 중수소; 또는 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 C_1-10 알킬이고,

b1은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,

b2는 각각 독립적으로 0 내지 6의 정수이고,

b3는 각각 독립적으로 0 내지 8의 정수이다.

이때, b1, b2 및 b3가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 치환기인 Z는 서로 동일하거나 상이하다.

또한, 상기에서, b1은 0, 1, 2, 3, 또는 4이고, b2는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 또는 6이고, b3는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8일 수 있다.

구체적으로는, 상기에서, b1, b2 및 b3가 각각 1인 경우 Z는 중수소이고,

b1, b2 및 b3가 각각 2 이상인 경우 Z 중 적어도 하나는 중수소이고, 나머지는 각각 독립적으로 중수소이거나, 또는 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 C_1-5 알킬일 수 있다.

예를 들어, b1, b2 및 b3가 각각 2 이상인 경우 Z 중 적어도 하나는 중수소이고, 나머지는 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸, 또는 n-펜틸일 수 있다.

또한, Ar₁ 및 Ar₂는 각각 독립적으로 비치환되거나, 또는 중수소로 치환된 C_6-42아릴; 또는 비치환되거나, 또는 중수소로 치환된 N, O 및 S 중 1개 의 헤테로원자를 포함하는 C_2-20 헤테로아릴일 수 있다.

구체적으로, Ar₁ 및 Ar₂는 각각 독립적으로 각각 독립적으로 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다:

상기에서,

Z'는 각각 독립적으로 중수소; 또는 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 C_1-10 알킬이고,

c1은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고,

c2는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,

c3은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,

c4는 각각 독립적으로 0 내지 7의 정수이고,

c5는 각각 독립적으로 0 내지 9의 정수이고,

d는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이다.

이때, c1, c2, c3, c4 및 c5가 각각 2 이상인 경우, 괄호 안의 치환기인 Z'는 서로 동일하거나 상이하고, d가 2 이상인 경우, 괄호 안의 치환기

및

은 서로 동일하거나 상이하다.

또한, 상기에서, c1는 0, 1, 2, 3, 4, 또는 5이고, c2는 0, 1, 2, 3, 또는 4이고, c3은 0, 1, 2, 또는 3이고, c4는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 또는 6이고, c5는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 또는 9일 수 있다.

또한, 상기에서, d는 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3, 4, 또는 5일 수 있다.

구체적으로는, Z'는 중수소이고,

c1, c2, c3, c4 및 c5는 각각 1 이상이고,

d는 각각 독립적으로 0 또는 1일 수 있다.

이때, Ar₁ 및 Ar₂는 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.

예를 들어, Ar₁은

, 또는

이고,

Ar₂는

,

, 또는

이며,

여기서, Z'는 중수소이고,

c1, c2 및 c4는 각각 1 이상이고,

d는 각각 독립적으로 0 또는 1일 수 있다.

또한, 상기 화학식 1에서, R₁은 수소; 중수소; 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 C_1-10 알킬; 또는 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 C_6-20 아릴일 수 있고, R₁의 개수를 의미하는 a는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8이다.

구체적으로는, R₁은 수소, 중수소, 직쇄 헥실, 중수소로 치환된 직쇄 헥실, 직쇄 헵틸, 중수소로 치환된 직쇄 헵틸, 직쇄 옥틸, 중수소로 치환된 직쇄 옥틸, 직쇄 노닐, 중수소로 치환된 직쇄 노닐, 직쇄 데실, 중수소로 치환된 직쇄 데실, 페닐, 또는 중수소로 치환된 페닐일 수 있다.

보다 구체적으로는, R₁은 중수소이고, a는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8이거나;

R₁은 중수소로 치환된 C_1-10 알킬이고, a는 1 또는 2이거나; 또는

R₁은 중수소 또는 중수소로 치환된 C_6-20 아릴이고, a는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8일 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물의 대표적인 예로는 하기 화학식 1-1 내지 1-10으로 표시되는 화합물을 들 수 있다:

[화학식 1-1]

(상기 화학식 1-1에서, a+b1+c4+c'4는 20 내지 26임)

[화학식 1-2]

(상기 화학식 1-2에서, a+b1+b'1+c4+c'4는 24 내지 30임)

[화학식 1-3]

(상기 화학식 1-3에서, a+b1+c1+c2+c'2+c4는 26 내지 32임)

[화학식 1-4]

(상기 화학식 1-4에서, a+c1+c4는 16 내지 18임)

[화학식 1-5]

(상기 화학식 1-5에서, a'+b1+b'1+c4+c'4+e는 28 내지 34임)

[화학식 1-6]

(상기 화학식 1-6에서, b1+b'1+c1+c'1은 14 내지 18임)

[화학식 1-7]

(상기 화학식 1-7에서, a+b1+b'1+c4+c'4는 22 내지 28임)

[화학식 1-8]

(상기 화학식 1-8에서, a+b'1+c4+c'4는 20 내지 26임)

[화학식 1-9]

(상기 화학식 1-9에서, a+c4+c'4는 17 내지 22임)

[화학식 1-10]

(상기 화학식 1-10에서, a+b1+c4+c'4는 20 내지 26임).

보다 구체적으로는,

상기 화학식 1-1에서, a+b1+c4+c'4는 21 내지 23이고,

상기 화학식 1-8에서, a+b'1+c4+c'4는 21 내지 23이고,

상기 화학식 1-9에서, a+c4+c'4는 18 내지 21이고,

상기 화학식 1-10에서, a+b1+c4+c'4는 23 또는 24이다.

한편, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, 일례로 하기 반응식 1과 같은 방법으로 제조될 수 있다:

[반응식 1]

상기 반응식 1에서, X는 할로겐이고, 바람직하게는 X는 클로로 또는 브로모이고, L'₁, L'₂, Ar'₁, Ar'₂ 및 R'₁는 각각 L₁, L₂, Ar₁, Ar₂ 및 R₁이 중수소화되지 않은 치환기를 의미하고, 다른 치환기에 대한 정의는 앞서 설명한 바와 같다.

상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 상기 단계 1-1 및 1-2를 거쳐서 제조된다.

상기 단계 1-1은 출발물질 SM1 및 SM2를 Suzuki-coupling 반응을 통해 중간체 화합물 1'을 제조하는 단계이다. 이러한 Suzuki-coupling 반응은 팔라듐 촉매와 염기의 존재 하에 수행하는 것이 바람직하며, Suzuki-coupling 반응을 위한 반응기는 당업계에 알려진 바에 따라 변경이 가능하다.

또한, 상기 단계 1-2는 중간체 화합물 1'을 중수소화하여 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계로, 이때 중수소 치환 반응은 상기 중간체 화합물 1'를 벤젠-D₆(C₆D₆) 용액과 같은 중수소화된 용매에 투입한 후 TfOH(trifluoromethanesulfonic acid)와 반응시켜 수행될 수 있다.

상기 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.

(제2 화합물)

상기 제2 화합물은 상기 화학식 2로 표시되는, 플루오렌 고리

의 점선 위치 각각에 벤조 퓨란 고리

가 융합된 코어를 가지면서, 상기 코어 양측에 아미노기가 치환되어 있는 디아민 화합물이다. 특히, 상기 화합물은 발광층 내 도펀트 물질로 사용되어, 상술한 호스트 재료와 함께 발광 영역을 최적화시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 화합물은 용액 공정에 사용되는 유기 용매, 예를 들어 톨루엔, 시클로헥사논과 같은 유기 용매에 대한 용해도가 높아, 높은 끓는점의 용매를 사용하는 잉크젯 도포법 등의 대면적 용액 공정에 사용이 적합하다.

상기 제2 화합물에, 아미노기의 결합 위치를 표시하면 하기 화학식 2'와 같이 표시될 수 있다:

[화학식 2']

상기 화학식 2'에서,

각 치환기에 대한 설명은 상술한 바와 같고,

좌측의 아미노기의 N 원자는, 1a번 위치의 탄소, 2a번 위치의 탄소, 3a 위치의 탄소 및 4a번 위치의 탄소 중 어느 하나와 결합할 수 있고,

우측의 아미노기의 N 원자는, 1b번 위치의 탄소, 2b번 위치의 탄소, 3b 위치의 탄소 및 4b번 위치의 탄소 중 어느 하나와 결합할 수 있다.

보다 구체적으로, 좌측의 아미노기의 N 원자의 결합위치 및 우측의 아미노기의 N 원자의 결합위치를 (좌측의 아미노기의 N 원자의 결합위치, 우측의 아미노기의 N 원자의 결합위치)로 나타내면, (좌측의 아미노기의 N 원자의 결합위치, 우측의 아미노기의 N 원자의 결합위치)는 (1a번, 1b번), (2a번, 2b번), (3a번, 3b번), 또는 (4a번, 4b번)일 수 있다.

또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은, Y₁ 및 Y₂에 따라, 하기 화학식 2-1 내지 2-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다:

[화학식 2-1]

[화학식 2-2]

[화학식 2-3]

상기 화학식 2-1 내지 2-3에서,

R, R', L₁₁ 내지 L₁₄, Ar₁₁ 내지 Ar₁₄, R₁₁ 내지 R₁₄, n, m, o 및 p는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 같다.

한편, 상기 화학식 2에서, R 및 R'는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C_1-10 알킬, 또는 C_6-20 아릴일 수 있다.

이때, R 및 R'는 서로 동일할 수 있다.

예를 들어, R 및 R'는 모두 메틸일 수 있다.

또한, 상기 화학식 2에서, L₁₁ 내지 L₁₄는 각각 독립적으로 단일 결합; 또는 비치환되거나, 또는 중수소, C_1-10알킬 및 C_6-20 아릴로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환된 C_6-20 아릴렌일 수 있다.

구체적으로, 상기 화학식 2에서, L₁₁ 내지 L₁₄는 각각 독립적으로 단일결합, 페닐렌, 또는 나프틸렌일 수 있다.

구체적으로, L₁₁ 내지 L₁₄는 각각 독립적으로 단일결합, 또는 하기로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다:

.

보다 구체적으로, L₁₁ 및 L₁₂는 서로 동일하면서, 단일결합,

, 또는

일 수 있다.

또한, L₁₃ 및 L₁₄는 서로 동일하면서, 단일결합,

, 또는

일 수 있다.

또한, 상기 화학식 2에서, Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 각각 독립적으로 비치환되거나, 또는 중수소, C_1-10알킬 및 C_6-20 아릴로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환된 C_6-20 아릴; 또는 비치환되거나, 또는 중수소, C_1-10알킬 및 C_6-20 아릴로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환된 N, O 및 S 중 1개 또는 2개의 헤테로원자를 포함하는 C_2-20 헤테로아릴일 수 있다.

구체적으로, Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 각각 독립적으로 비치환되거나, 또는 중수소, 메틸, tert-부틸 및 페닐로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환된 C_6-20 아릴; 또는 비치환되거나, 또는 중수소, 메틸, tert-부틸 및 페닐로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환된 N, O 및 S 중 1개의 헤테로원자를 포함하는 C_2-20 헤테로아릴일 수 있다.

보다 구체적으로, Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 각각 독립적으로 페닐, 나프틸, 비페닐릴, 또는 벤조퓨라닐이고,

여기서, Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 비치환되거나, 또는 1개 이상의 중수소, 메틸, 또는 tert-부틸로 치환될 수 있다.

예를 들어, Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 각각 독립적으로 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다:

.

이때, Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 서로 동일하거나, 또는 상이할 수 있다.

한편, 상기 화학식 2에서, Ar₁₃및 Ar₁₄는 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 치환기이다:

ⅰ) 치환 또는 비치환된 C_10-60 다환식 아릴;

ⅱ) 치환 또는 비치환된 N 원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴;

ⅲ) 치환 또는 비치환된 O 원자를 포함하는 C_10-60 헤테로아릴;

ⅳ) 치환 또는 비치환된 S 원자를 포함하는 C_4-60 헤테로아릴; 및

ⅴ) 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 2종 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴.

여기서, "다환식 아릴"이라 함은 최소 2개의 고리가 축합되어 형성된 아릴기를 의미하는 것으로, 단환식 아릴기이거나 또는 이들이 결합에 의해 연결된 치환기인 페닐, 비페닐릴, 및 터페닐릴은 포함되지 않는다. 상기 다환식 아릴의 예로는 나프틸, 안트라세닐, 페난트릴, 플루오레닐 및 벤조플루오레닐 등을 들 수 있다.

또한, "N 원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴"이라 함은 헤테로원자인 N 원자를 1개 이상 포함하면서 2 내지 60의 탄소수를 갖는 헤테로고리기를 의미하고, 상기 N 원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴의 예로는 이미다졸일, 피롤일, 피리디닐, 피리미디닐, 트리아지닐, 피라지닐, 퀴놀리닐, 이소퀴놀리닐, 퀴나졸리닐, 인돌일, 카바졸일 및 벤조카바졸일 등을 들 수 있다.

또한, "O 원자를 포함하는 C_10-60 헤테로아릴"이라 함은 헤테로원자인 O 원자를 1개 이상 포함하면서 10 내지 60의 탄소수를 갖는 헤테로고리기를 의미하고, 상기 O 원자를 포함하는 C_10-60 헤테로아릴의 예로는 디벤조퓨라닐, 벤조나프토퓨라닐 및 디나프토퓨라닐 등을 들 수 있다.

또한, "S 원자를 포함하는 C_4-60 헤테로아릴"이라 함은 헤테로원자인 S 원자를 1개 이상 포함하면서 4 내지 60의 탄소수를 갖는 헤테로고리기를 의미하고, 상기 S 원자를 포함하는 C_4-60 헤테로아릴의 예로는 티오페닐, 벤조티오페닐, 디벤조티오페닐, 벤조나프토티오페닐 및 디나프토티오페닐 등을 들 수 있다.

또한, "N, O 및 S 중 2종 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴"이라 함은 헤테로원자인 N, O 및 S 원자 중 2 종류 이상을 포함하면서 2 내지 60의 탄소수를 갖는 헤테로고리기를 의미하고, 상기 N, O 및 S 중 2종 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴의 예로는 티아졸일, 옥사졸일, 벤즈옥사졸일, 이소옥사졸일, 페노티아지닐 및 티아디아졸일 등을 들 수 있다.

다시 말하여, 상기 화학식 2에서의 Ar₁₃ 및 Ar₁₄는 페닐, 비페닐릴, 터페닐릴 및 벤조퓨라닐을 포함하지 않는다. 이는, 상기 제1 화합물이 이와 동일 코어 구조를 가지면서 페닐, 비페닐릴, 터페닐릴, 또는 벤조퓨라닐을 아민 치환기 중 하나로 포함하는 화합물 대비 적절한 최대 발광 파장값을 나타낼 수 있기 때문이다. 따라서, 상기 제2 화합물을 도펀트 물질로 채용한 유기 발광 소자는 동일 코어 구조를 가지면서 페닐, 비페닐릴, 터페닐릴, 또는 벤조퓨라닐을 아민 치환기 중 하나로 포함하는 화합물을 채용한 유기 발광 소자 대비 향상된 효율 및 수명 특성을 나타낼 수 있다.

보다 구체적으로는, Ar₁₃ 및 Ar₁₄는 각각 독립적으로 화학식 3a 내지 3d로 표시되는 치환기 중 어느 하나일 수 있다:

상기 화학식 3a 내지 3d에서,

Z₁ 및 Z₂는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C_1-20 알킬, 또는 C_6-20 아릴이고,

R₁₅는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, C_1-20 알킬, 또는 C_6-20 아릴이고,

q는 각각 독립적으로 0 내지 7의 정수이고,

r은 각각 독립적으로 0 내지 9의 정수이다.

보다 구체적으로는, 상기 화학식 3a 내지 3d에서, Z₁ 및 Z₂는 서로 동일할 수 있다. 예를 들어, Z₁ 및 Z₂는 모두 메틸이거나, 또는 모두 페닐일 수 있다.

또한, R₁₅는 각각 독립적으로 수소, 또는 중수소일 수 있다.

예를 들어, Ar₁₃ 및 Ar₁₄는 각각 독립적으로 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나이다:

상기에서,

Z₁ 및 Z₂는 모두 메틸이거나, 또는 모두 페닐이다.

이때, Ar₁₃ 및 Ar₁₄는 서로 동일하거나, 또는 상이할 수 있다.

또한, 상기 화학식 2에서, R₁₁ 내지 R₁₄는 각각 독립적으로 수소; 중수소; C_1-10 알킬; 또는 C_6-20 아릴일 수 있다.

이때, R₁₁의 개수를 의미하는 n는 0, 1, 2, 또는 3이고,

R₁₂의 개수를 의미하는 m는 0, 1, 2, 또는 3이고,

R₁₃의 개수를 의미하는 o는 0, 1, 또는 2이고,

R₁₄의 개수를 의미하는 p는 0, 1, 또는 2이다.

예를 들어, R₁₁ 내지 R₁₄는 각각 독립적으로 수소 또는 중수소일 수 있다. 또는 R₁₁ 내지 R₁₄는 모두 수소이거나; 또는 R₁₁ 내지 R₁₄는 모두 중수소일 수 있다.

또한, 상기 화학식 1에서, L₁₁ 및 L₁₂는 서로 동일할 수 있고, L₁₃ 및 L₁₄는 서로 동일할 수 있고, Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 서로 동일할 수 있고, Ar₁₃ 및 Ar₁₄는 서로 동일할 수 있다.

이때, L₁₁ 및 L₁₂는 서로 동일하고, L₁₃ 및 L₁₄는 서로 동일하고, Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 서로 동일하고, Ar₁₃ 및 Ar₁₄는 서로 동일한 것이 바람직하다.

또한, 상기 화합물은 2-1-1 내지 2-1-4 중 어느 하나로 표시될 수 있다:

[화학식 2-1-1]

[화학식 2-1-2]

[화학식 2-1-3]

[화학식 2-1-4]

상기 화학식 2-1-1 내지 2-1-4에서,

Z₁ 및 Z₂는 모두 메틸이거나, 또는 모두 페닐이고,

R, R', L₁₁ 내지 L₁₄, Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 상기 화학식 2에서 정의한 바와 같다.

상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 대표적인 예는 하기와 같다:

.

한편, 상기 제2 화합물 중, L₁₁ 및 L₁₂가 서로 동일하고, L₁₃및 L₁₄가 서로 동일하고, Ar₁₁ 및 Ar₁₂가 서로 동일하고, Ar₁₃ 및 Ar₁₄가 서로 동일한 화합물은, 일례로 하기 반응식 1과 같은 방법으로 제조될 수 있으며, 그 외 나머지 화합물도 이와 유사하게 제조될 수 있다.

[반응식 2]

상기 반응식 2에서, X는 할로겐이고, 바람직하게는 X는 클로로 또는 브로모이고, 다른 치환기에 대한 정의는 앞서 설명한 바와 같다.

구체적으로, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 아민 치환 반응을 통해 출발물질 SM3 및 SM4가 결합하여 제조된다. 이러한 아민 치환 반응은 팔라듐 촉매와 염기의 존재 하에 수행하는 것이 바람직하며, 아민 치환 반응을 위한 반응기는 당업계에 알려진 바에 따라 변경이 가능하다. 상기 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.

또한, 상기 발광층 내에 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물은 99:1 내지 90:10의 중량비로 포함될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 발광층 내에 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물은 98:2 내지 95:5의 중량비로 포함될 수 있다.

(코팅 조성물)

한편, 상기 유기 발광 소자의 발광층은 용액 공정으로 형성될 수 있다. 이를 위하여, 상술한 제1 화합물, 제2 화합물 및 용매를 포함하는 코팅 조성물이 제공된다.

상기 용매는 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물을 용해 또는 분산시킬 수 있는 용매이면 특별히 제한되지 않으며, 일례로 클로로포름, 염화메틸렌, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 클로로벤젠, o-디클로로벤젠 등의 염소계 용매; 테트라하이드로퓨란, 디옥산 등의 에테르계 용매; 톨루엔, 크실렌, 트리메틸벤젠, 메시틸렌, 1-메틸나프탈렌, 2-메틸나프탈렌 등의 방향족 탄화수소계 용매; 시클로헥산, 메틸시클로헥산, n-펜탄, n-헥산, n-헵탄, n-옥탄, n-노난, n-데칸 등의 지방족 탄화수소계 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤계 용매; 아세트산에틸, 아세트산부틸, 에틸셀로솔브아세테이트 등의 에스테르계 용매; 에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디메톡시에탄, 프로필렌글리콜, 디에톡시메탄, 트리에틸렌글리콜모노에틸에테르, 글리세린, 1,2-헥산디올 등의 다가 알코올 및 그의 유도체; 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 시클로헥산올 등의 알코올계 용매; 디메틸술폭사이드 등의 술폭사이드계 용매; 및 N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드 등의 아미드계 용매; 부틸벤조에이트, 메틸-2-메톡시벤조에이트, 에틸벤조에이트 등의 벤조에이트계 용매; 디메틸 프탈레이트, 디에틸 프탈레이트, 디페닐 프탈레이트 등의 프탈레이트 계 용매; 테트랄린; 3-페녹시톨루엔 등의 용매를 들 수 있다. 또한, 상술한 용매를 1종 단독으로 사용하거나 2종 이상의 용매를 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 상기 용매로 톨루엔, 시클로헥사논 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 코팅 조성물의 점도는 1 cP 내지 10 cP가 바람직하며, 상기의 범위에서 코팅이 용이하다. 또한, 상기 코팅 조성물 내 본 발명에 따른 화합물의 농도는 0.1 wt/vol% 내지 20 wt/vol%일 수 있다.

또한, 일 구현예에 따라 상술한 코팅 조성물을 사용하여 발광층을 형성하는 방법이 제공된다. 구체적으로, 상기 발광층의 형성은, 양극 상에, 또는 양극 상에 형성된 정공 수송층 상에 상술한 코팅 조성물을 용액 공정으로 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 코팅 조성물을 건조하는 단계를 포함한다.

상기 용액 공정은 증착 공정과 구분되는 공정으로, 상술한 코팅 조성물을 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등의 방법으로 코팅하는 것을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

상기 건조 단계에서 건조 온도는 80℃ 내지 230℃, 바람직하게는 100℃ 내지 150℃이다. 또한, 상기 건조 시간은 1분 내지 3시간이고, 보다 바람직하게는 1 분 내지 30 분이다. 또한, 상기 건조는 아르곤, 질소 등의 불활성 기체 분위기에서 수행하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

정공저지층

본 발명에 따른 유기 발광 소자는 필요에 따라 발광층과 후술하는 전자수송층 사이에 정공저지층을 포함할 수 있다. 상기 정공저지층은 발광층 상에 형성되어, 바람직하게는 발광층에 접하여 구비되어, 전자이동도를 조절하고 정공의 과다한 이동을 방지하여 정공-전자간 결합 확률을 높여줌으로써 유기 발광 소자의 효율을 개선하는 역할을 하는 층을 의미한다. 상기 정공저지층은 정공저지물질을 포함하고, 이러한 정공저지물질의 예로 트리아진을 포함한 아진류유도체; 트리아졸 유도체; 옥사디아졸 유도체; 페난트롤린 유도체; 포스핀옥사이드 유도체 등의 전자흡인기가 도입된 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

전자수송층

상기 전자수송층은 상기 발광층과 음극 사이에 형성되어 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 발광층까지 전자를 수송하는 역할을 한다. 상기 전자수송층은 전자 수송 물질을 포함하고, 이러한 전자 수송 물질로는 음극으로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다.

구체적인 전자 주입 및 수송물질의 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq₃를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물; 트리아진 유도체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 또는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 플루오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물, 또는 질소 함유 5원환 유도체 등과 함께 사용할 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

전자주입층

본 발명에 따른 유기 발광 소자는 필요에 따라 전자수송층과 음극 사이에 전자주입층을 포함할 수 있다.

상기 전자주입층은 상기 전자수송층과 음극 사이에 위치하여, 음극으로부터 전자를 주입하는 역할을 한다. 상기 전자주입층은 전자 주입 물질을 포함하고, 이러한 전자 주입 물질로는 전자를 수송하는 능력을 가지면서, 발광층 또는 발광 재료에 대하여 우수한 전자주입 효과를 가지며, 박막형성능력이 우수한 물질이 적합하다.

상기 전자 주입 물질의 구체적인 예로는, LiF, NaCl, CsF, Li₂O, BaO, 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 플루오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 질소 함유 5원환 유도체 등이 있으나, 이에, 한정되는 것은 아니다.

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, 한정되는 것은 아니다.

유기 발광 소자

본 발명에 따른 유기 발광 소자의 구조를 도 1에 예시하였다. 도 1은 기판(1), 양극(2), 발광층(3) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물은 상기 발광층에 포함될 수 있다.

도 2는 기판 (1), 양극(2), 정공주입층(5), 정공수송층(6), 발광층(3), 전자수송층(7), 전자주입층(8) 및 음극(4)으로 이루어진 유기 발광 소자의 예를 도시한 것이다. 이와 같은 구조에 있어서, 상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물은 상기 발광층에 포함될 수 있다.

본 발명에 따른 유기 발광 소자는 상술한 구성을 순차적으로 적층시켜 제조할 수 있다. 이때, 스퍼터링법(sputtering)이나 전자빔 증발법(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 상술한 각 층을 형성한 후, 그 위에 음극으로 사용할 수 있는 물질을 증착시켜 제조할 수 있다. 이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 만들 수 있다. 또한, 발광층은 호스트 및 도펀트를 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 형성될 수 있다. 여기서, 용액 도포법이라 함은 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

이와 같은 방법 외에도, 기판 상에 음극 물질로부터 유기물층, 양극 물질을 차례로 증착시켜 유기 발광 소자를 제조할 수 있다(WO 2003/012890). 다만, 제조 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 발명에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.

제조예 1-1: 화합물 BH 1제조

단계 1-1-1: 중간체 X1의 제조

화합물 sub 1인 9-브로모-10-(1-나프틸)안트라센 (8 g, 21 mmol), 화합물 sub 2인 4-(2-나프틸)페닐보론 산(5.3 g, 21.5 mmol), 포타슘 카보네이트(6 g, 44 mmol), Pd(amPhos)₂Cl₂(15 mg, 0.02 mmol), Aliquat 336(0.2 g, 0.53 mmol)를 250 mL 둥근 바닥 플라스크에 넣고 톨루엔 100 mL, 물 30 mL에 용해시킨 다음 반응기의 온도를 80℃로 올리고 하룻밤 동안 교반하였다. 반응 종료 후, 반응물을 상온에서 식히고 에틸 아세테이트에 충분히 묽힌 뒤, EtOAc/brine로 수세하여 유기층을 분리하였다. 마그네슘 설페이트로 물을 제거하고 Celite-Florisil-Silica pad에 통과시켰다. 통과된 용액을 감압 하에 농축시킨 뒤, 헥산/에틸아세테이트 컬럼 크로마토그래피 분리법으로 정제하여 화합물 X1(9.8 g, 수율 92 %)를 수득하였다.

단계 1-1-2: 화합물 BH 1의 제조

질소 분위기 하에 화합물 X1(9.8 g, 19 mmol)를 250 mL 둥근 바닥 플라스크에 넣고 벤젠-D6(244 g, 2.9 mol)에 용해시켰다. 그 다음 트리플루오로메탄설폰산(TfOH, 5.7 g, 38 mmol)를 반응물에 천천히 적가하고, 상온에서 2시간 동안 교반하였다. 반응물에 D₂O를 적가하여 반응을 종결시키고, 포타슘 포스페이트(30 wt% in H₂O, 6.3 g, 45 mmol)를 적가하여 수층의 pH를 9-10으로 맞추었다. 디클로로메탄/물로 씻어주며 유기층을 분리하였다. 마그네슘 설페이트로 물을 제거하고 Celite-Florisil-Silica pad에 통과시켰다. 통과된 용액을 농축시킨 뒤, 헥산/에틸아세테이트 컬럼 크로마토그래피 분리법을 이용해 화합물 BH 1(9.7 g, 수율 97 %, 중수소화된 생성물 a+b'1+c4+c'4=21-23, 중수소 치환율=80.1%-88.4%)를 제조하였다.

MS:[M+H]⁺ = 529.

제조예 1-2: 화합물 BH 2제조

단계 1-2-1: 화합물 X2의 제조

상기 제조예 1-1의 단계 1-1-1에서 화합물 sub 1 및 화합물 sub 2 대신 각각 화합물 sub 3 및 화합물 sub 4를 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1-1의 단계 1-1-1과 동일한 방법으로 화합물 X2(94% 수율)를 제조하였다.

MS: [M+H]⁺ = 507.

단계 1-2-2: 화합물 BH 2의 제조

상기 제조예 1-1의 단계 1-1-2에서 화합물 X1 대신 화합물 X2를 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1-1의 단계 1-1-2와 동일한 방법으로 화합물 BH 2(96% 수율, 중수소화된 생성물 a+b1+c4+c'4=21-23, 중수소 치환율=80.8%-88.5%)를 제조하였다.

MS: [M+H]⁺ = 529.

제조예 1-3: 화합물 BH 3제조

단계 1-3-1: 화합물 X3의 제조

상기 제조예 1-1의 단계 1-1-1에서 화합물 화합물 sub 2 대신 화합물 sub 5를 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1-1의 단계 1-1-1과 동일한 방법으로 화합물 X3(88% 수율)를 제조하였다.

MS: [M+H]⁺ = 470.

단계 1-3-2: 화합물 BH 3의 제조

상기 제조예 1-1의 단계 1-1-2에서 화합물 X1 대신 화합물 X3을 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1-1의 단계 1-1-2와 동일한 방법으로 화합물 BH 3(97% 수율, 중수소화된 생성물 a+c4+c'4=18-21, 중수소 치환율=81.8%-95.4%)를 제조하였다.

MS: [M+H]⁺ = 491.

제조예 1-4: 화합물 BH 4제조

단계 1-4-1: 화합물 X4의 제조

상기 제조예 1-1의 단계 1-1-1에서 화합물 sub 1 및 화합물 sub 2 대신 각각 화합물 sub 6 및 화합물 sub 5를 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1-1의 단계 1-1-1과 동일한 방법으로 화합물 X4(92% 수율)를 제조하였다.

MS: [M+H]⁺ = 546.

단계 1-4-2: 화합물 BH 4의 제조

상기 제조예 1-1의 단계 1-1-2에서 화합물 X1 대신 화합물 X4를 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 1-1의 단계 1-1-2와 동일한 방법으로 화합물 BH 4(97% 수율, 중수소화된 생성물 a+b1+c4+c'4= 23-24, 중수소 치환율=88.5%-92.3%)를 제조하였다.

MS: [M+H]⁺ = 570.

제조예 2-1: 화합물 BD 1의 제조

단계 2-1-1: 중간체 1-1의 제조

질소 분위기에서 500 mL 둥근바닥 플라스크에 2,7-디브로모-9,9-디메틸-9H-플루오렌-3,6-디올(15.4 g, 40 mmol), (4-클로로-2-플루오로페닐)보론산 (16.5 g, 95 mmol), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 (2.3 g, 2 mmol) 및 포타슘카보네이트(16.6 g, 120 mmol)를 넣고 테트라하이드로퓨란 300 mL, 물 60 mL를 넣었다. 반응기의 온도를 80℃로 승온시키고 12 시간 교반시켰다. 반응이 종료되면 실온으로 낮추고 유기층을 추출하였다. 얻어진 유기층을 농축시킨 후 헥산/에틸아세테이트 크로마토그래피 분리법을 이용해 중간체 1-1(15.8 g, 수율 82 %)을 얻었다.

MS[M+H]⁺= 483

단계 2-1-2: 중간체 1-2의 제조

질소 분위기에서 500 mL 둥근바닥 플라스크에 상기 단계 1-1에서 제조한 중간체 1-1(15.8 g, 33mmol), 포타슘카보네이트(10.2 g, 74 mmol)을 넣고 N-메틸-2-피롤리돈 180 ml를 넣었다. 반응기의 온도를 120℃로 승온시키고 4 시간 교반하였다. 반응이 종료되면 실온으로 물을 넣어 고체를 석출시켜 필터해준 후 에탄올과 테트라하이드로퓨란으로 씻어주어 불순물을 제거하고 중간체 1-2(9.7 g, 수율 67 %)를 얻었다.

MS[M+H]⁺= 443

단계 2-1-3: 화합물 BD 1의 제조

질소 분위기에서 250 mL 플라스크에 상기 단계 1-2에서 제조한 중간체 1-2(1.0 g, 2.3 mmol), N-페닐디벤조[b,d]퓨란-2-아민(1.3 g, 5.0 mmol), 비스(트리-tert-부틸포스핀)팔라듐(0) (0.23 g, 0.4 mmol), 소듐 tert-부톡사이드(0.8 g, 8.3 mmol) 및 톨루엔 100 mL를 넣고 105℃에서 16시간 동안 교반하였다. 반응이 종료되면 상온으로 식힌 다음 물과 헥산을 넣어 교반한 뒤, 생긴 침전물을 메탄올, 톨루엔으로 세척하여 유기물을 얻었다. 생성된 유기물을 디클로로메탄에 녹인 후, 이를 산성 알루미나, 셀라이트 필터에 통과시킨 다음 농축시켰다. 농축물을 노르말헥산과 다이클로로메탄을 이용하여 컬럼크로마토그래피 분리법으로 정제한 후 용매를 제거해 화합물 BD 1(1.6 g, 수율 80%)을 얻었다.

MS[M+H]⁺= 889

제조예 2-2: 화합물 BD 2의 제조

상기 제조예 2-1에서 N-페닐디벤조[b,d]퓨란-2-아민 대신 N-(4-(디벤조[b,d]퓨란-3-일)페닐)-[1,1’-바이페닐]-4-아민을 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 화합물 BD 2를 얻었다.

MS[M+H]⁺= 1193

제조예 2-3: 화합물 BD 3의 제조

상기 제조예 2-1에서 N-페닐디벤조[b,d]퓨란-2-아민 대신 N-(6-(벤조퓨란-2-일)나프탈렌-2-일)디벤조[b,d]퓨란-2-아민을 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 화합물 BD 3을 얻었다.

MS[M+H]⁺= 1221

제조예 2-4: 화합물 BD4의 제조

상기 제조예 2-1에서 N-페닐디벤조[b,d]퓨란-2-아민 대신 7-디메틸-N-페닐-7H-벤조[c]플루오렌-10-아민을 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 화합물 BD 4를 얻었다.

MS[M+H]⁺= 1041

제조예 2-5: 화합물 BD 5의 제조

상기 제조예 2-1에서 N-페닐디벤조[b,d]퓨란-2-아민 대신 N-(4-(11,11-디메틸-11H-벤조[b]플루오렌-2-일)페닐)-[1,1’-비페닐]-3-아민을 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 화합물 BD 5를 얻었다.

MS[M+H]⁺= 1345

제조예 2-6: 화합물 BD 6의 제조

상기 제조예 2-1에서 N-페닐디벤조[b,d]퓨란-2-아민 대신 N-(6-(벤조퓨란-2-일)나프탈렌-2-일)-7,7-디메틸-7H-벤조[c]플루오렌-10-아민을 사용한 것을 제외하고는, 상기 제조예 2-1과 동일한 방법으로 화합물 BD 6을 얻었다.

MS[M+H]⁺= 1373

실시예 1: 유기 발광 소자의 제조

ITO(indium tin oxide)가 500 Å의 두께로 박막 증착된 유리 기판을 세제를 녹인 증류수에 넣고 초음파로 세척하였다. 이 때, 세제로는 피셔사(Fisher Co.) 제품을 사용하였으며, 증류수로는 밀러포어사(Millipore Co.) 제품의 필터로 2차로 걸러진 증류수를 사용하였다. ITO를 30 분간 세척한 후, 증류수로 2 회 반복하여 초음파 세척을 10 분간 진행하였다. 증류수 세척이 끝난 후, 아세톤, 증류수, 이소프로필알콜 용제로 초음파 세척을 하고 건조하여, 세정된 ITO 투명 전극을 준비하였다.

상기 ITO 투명 전극 위에 하기 화합물 Z-1과 하기 화합물 Z-2의 비율을 중량비 8:2로 하여 톨루엔에 1 wt%로 혼합한 조성물을 스핀 코팅하고 질소 분위기 하에 핫 플레이트에서 220℃, 30 분 조건으로 경화시켜 400 Å 두께의 정공주입층을 형성하였다.

상기 정공주입층 위에, 상기 화합물 Z-1을 톨루엔에 1 wt%로 녹인 조성물을 스핀 코팅하고 핫 플레이트에서 200℃, 30 분 조건으로 경화하여 200 Å 두께의 정공수송층을 형성하였다.

상기 정공수송층 위에 앞서 제조예 1-1에서 제조한 화합물 BH 1과 앞서 제조예 2-1에서 제조한 화합물 BD 1을 중량비 97:3의 비율로 톨루엔에 0.5 wt%로 녹인 코팅 조성물을 스핀 코팅하고, 질소 분위기 하에 핫 플레이트에서 120℃, 10 분 조건으로 건조하여 200 Å 두께의 발광층을 형성하였다.

이후, 진공 증착기로 옮겨 하기 화합물 Z-3(두께: 300 Å), LiF(두께: 10 Å), Al(두께: 1,000 Å)을 순차적으로 증착하여, 전자수송층, 전자주입층 및 음극을 형성하였다.

상기 과정에서 캐소드인 LiF의 증착 속도는 0.1 Å/sec, 알루미늄(Al)의 증착 속도는 2 Å/sec를 유지하였으며, 증착 시 진공도는 2 x 10^-7 내지 5 x 10^-8 torr를 유지하였다.

실시예 2 내지 4

화합물 BD 1 대신 하기 표 1에 기재된 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다.

비교예 1 내지 6

화합물 BH 1 및 BD 1 대신 하기 표 1에 기재된 화합물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 발광 소자를 제조하였다. 하기 표 1에서 화합물 A 내지 화합물 D는 하기와 같다.

실험예 1

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 6에서 제조된 유기 발광 소자에 전류를 인가하여, 전압, 효율 및 수명을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 전압 및 효율은 전류밀도 10 mA/cm²에서 측정하였고, 수명은 전류밀도 20 mA/cm²에서 측정하였고, LT95는 휘도가 초기 휘도에서 95%로 감소하는데 소요되는 시간을 의미한다.

구분	발광층 호스트	발광층 도펀트	최대 발광 파장 (nm)	구동 전압 (V @10mA/cm²)	EQE (%)	T95 (hr @20mA/cm²)
실시예 1	화합물 BH 1	화합물 BD 1	455	4.71	8.2	156
실시예 2	화합물 BH 1	화합물 BD 2	461	4.72	8.1	153
실시예 3	화합물 BH 1	화합물 BD 3	463	4.65	8.1	149
실시예 4	화합물 BH 1	화합물 BD 4	460	4.66	8.1	151
실시예 5	화합물 BH 2	화합물 BD 1	455	4.72	8.2	155
실시예 6	화합물 BH 3	화합물 BD 1	455	4.69	8.2	159
실시예 7	화합물 BH 3	화합물 BD 2	461	4.65	8.3	158
실시예 8	화합물 BH 4	화합물 BD 2	461	4.69	8.0	155
비교예 1	화합물 BH 1	화합물 A	449	4.88	6.2	118
비교예 2	화합물 BH 1	화합물 B	450	4.67	6.1	131
비교예 3	화합물 C	화합물 BD 1	455	4.71	7.9	128
비교예 4	화합물 D	화합물 BD 2	461	4.71	8.0	131
비교예 5	화합물 C	화합물 BD 4	460	4.69	7.9	130
비교예 6	화합물 C	화합물 A	449	4.87	6.1	109

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 상기 제1 화합물을 발광층의 호스트로, 상기 제2 화합물을 발광층의 도펀트로 조합하여 사용한 실시예의 유기 발광 소자는, 상기 제1 화합물 및 제2 화합물 중 어느 하나만을 사용한 비교예 1 내지 5의 유기 발광 소자 및 상기 제1 화합물 및 제2 화합물 모두를 사용하지 않은 비교예 6의 유기 발광 소자에 비하여 높은 효율과 현저히 긴 수명을 나타내었다. 이는 일반적으로 유기 발광 소자의 발광 효율 및 수명 특성은 서로 트레이드-오프(Trade-off) 관계를 갖는 점을 고려할 때 본 발명의 화합물을 채용한 유기 발광 소자는 비교예 소자 대비 현저히 향상된 소자 특성을 나타냄을 의미한다.

1: 기판 2: 양극
3: 발광층 4: 음극
5: 정공주입층 6: 정공수송층
7: 전자수송층 8: 전자주입층

Claims

양극;
상기 양극과 대향하여 구비된 음극; 및
상기 양극과 음극 사이에 구비된 발광층을 포함하고,
상기 발광층은 하기 화학식 1로 표시되는 제1 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 제2 화합물을 포함하는,
유기 발광 소자:
[화학식 1]

상기 화학식 1에서,
L₁ 및 L₂는 각각 독립적으로 단일 결합; 또는 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴렌이고,
Ar₁ 및 Ar₂는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴이고,
R₁은 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C_1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C_1-60 알콕시; 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴; 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴옥시; 또는 Si(Q₁)(Q₂)(Q₃)이고,
여기서, Q₁ 내지 Q₃는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C_1-60 알킬; 또는 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴이고,
a는 1 내지 8의 정수이고,
단, 상기 제1 화합물은 적어도 하나의 중수소를 포함하고,
[화학식 2]

상기 화학식 2에서,
Y₁ 중 하나는 O이고, 다른 하나는 단일 결합이고,
Y₂ 중 하나는 O이고, 다른 하나는 단일 결합이고,
R 및 R'는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C_1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴이고,
L₁₁ 내지 L₁₄는 각각 독립적으로 단일결합; 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴렌; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴렌이고,
Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴이고,
Ar₁₃및 Ar₁₄는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C_10-60 다환식 아릴; 치환 또는 비치환된 N 원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴; 치환 또는 비치환된 O 원자를 포함하는 C_10-60 헤테로아릴; 치환 또는 비치환된 S 원자를 포함하는 C_4-60 헤테로아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 2종 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴이고,
R₁₁ 내지 R₁₄는 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노; 치환 또는 비치환된 C_1-60 알킬; 치환 또는 비치환된 C_6-60 아릴; 또는 치환 또는 비치환된 N, O 및 S 중 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 C_2-60 헤테로아릴이고,
n 및 m은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,
o 및 p는 각각 독립적으로 0 내지 2의 정수이다.
제1항에 있어서,
R₁ 중 적어도 하나가 중수소이거나;
R₁ 중 적어도 하나가 중수소로 치환되거나;
L₁ 및 L₂ 중 적어도 하나가 중수소로 치환된 C_6-60 아릴렌이거나; 또는
Ar₁ 및 Ar₂ 중 적어도 하나가 중수소로 치환되는,
유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
L₁ 및 L₂는 각각 독립적으로 단일 결합, 또는 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인,
유기 발광 소자:

상기에서,
Z는 각각 독립적으로 중수소; 또는 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 C_1-10 알킬이고,
b1은 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
b2는 각각 독립적으로 0 내지 6의 정수이고,
b3는 각각 독립적으로 0 내지 8의 정수이다.
제3항에 있어서,
b1, b2 및 b3가 각각 1인 경우 Z는 중수소이고,
b1, b2 및 b3가 각각 2 이상인 경우 Z 중 적어도 하나는 중수소이고, 나머지는 각각 독립적으로 중수소이거나, 또는 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 C_1-5 알킬인,
유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
Ar₁ 및 Ar₂는 각각 독립적으로 하기로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인,
유기 발광 소자:

상기에서,
Z'는 각각 독립적으로 중수소; 또는 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 C_1-10 알킬이고,
c1은 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이고,
c2는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
c3은 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,
c4는 각각 독립적으로 0 내지 7의 정수이고,
c5는 각각 독립적으로 0 내지 9의 정수이고,
d는 각각 독립적으로 0 내지 5의 정수이다.
제5항에 있어서,
Z'는 중수소이고,
c1, c2, c3, c4 및 c5는 각각 1 이상이고,
d는 각각 독립적으로 0 또는 1인,
유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
R₁은 수소; 중수소; 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 C_1-10 알킬; 또는 비치환되거나 또는 중수소로 치환된 C_6-20 아릴인,
유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
R₁은 중수소이고, a는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8이거나;
R₁은 중수소로 치환된 C_1-10 알킬이고, a는 1 또는 2이거나; 또는
R₁은 중수소 또는 중수소로 치환된 C_6-20 아릴이고, a는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8인,
유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 제1 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-10으로 표시되는 화합물 중 어느 하나인,
유기 발광 소자:
[화학식 1-1]

(상기 화학식 1-1에서, a+b1+c4+c'4는 20 내지 26임)
[화학식 1-2]

(상기 화학식 1-2에서, a+b1+b'1+c4+c'4는 24 내지 30임)
[화학식 1-3]

(상기 화학식 1-3에서, a+b1+c1+c2+c'2+c4는 26 내지 32임)
[화학식 1-4]

(상기 화학식 1-4에서, a+c1+c4는 16 내지 18임)
[화학식 1-5]

(상기 화학식 1-5에서, a'+b1+b'1+c4+c'4+e는 28 내지 34임)
[화학식 1-6]

(상기 화학식 1-6에서, b1+b'1+c1+c'1은 14 내지 18임)
[화학식 1-7]

(상기 화학식 1-7에서, a+b1+b'1+c4+c'4는 22 내지 28임)
[화학식 1-8]

(상기 화학식 1-8에서, a+b'1+c4+c'4는 20 내지 26임)
[화학식 1-9]

(상기 화학식 1-9에서, a+c4+c'4는 17 내지 22임)
[화학식 1-10]

(상기 화학식 1-10에서, a+b1+c4+c'4는 20 내지 26임).
제1항에 있어서,
상기 제2 화합물은 하기 화학식 2-1 내지 2-3 중 어느 하나로 표시되는,
유기 발광 소자:
[화학식 2-1]

[화학식 2-2]

[화학식 2-3]

상기 화학식 2-1 내지 2-3에서,
R, R', L₁₁ 내지 L₁₄, Ar₁₁ 내지 Ar₁₄, R₁₁ 내지 R₁₄, n, m, o 및 p는 제1항에서 정의한 바와 같다.
제1항에 있어서,
R 및 R'는 모두 메틸인,
유기 발광 소자.
제1항에 대하여,
L₁₁ 내지 L₁₄는 각각 독립적으로 단일 결합, 페닐렌, 또는 나프틸렌인,
유기 발광 소자.
제1항에 대하여,
Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 각각 독립적으로 비치환되거나, 또는 중수소, C_1-10알킬 및 C_6-20 아릴로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환된 C_6-20 아릴; 또는 비치환되거나, 또는 중수소, C_1-10알킬 및 C_6-20 아릴로 구성되는 군으로부터 선택되는 1개 이상의 치환기로 치환된 N, O 및 S 중 1개 또는 2개의 헤테로원자를 포함하는 C_2-20 헤테로아릴인,
유기 발광 소자.
제1항에 대하여,
Ar₁₃ 및 Ar₁₄는 각각 독립적으로 하기 화학식 3a 내지 3d로 표시되는 치환기 중 어느 하나인,
유기 발광 소자:

상기 화학식 3a 내지 3d에서,
Z₁ 및 Z₂는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C_1-20 알킬, 또는 C_6-20 아릴이고,
R₁₅는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노, C_1-20 알킬, 또는 C_6-20 아릴이고,
q는 각각 독립적으로 0 내지 7의 정수이고,
r은 각각 독립적으로 0 내지 9의 정수이다.
제1항에 대하여,
R₁₁ 내지 R₁₄은 각각 독립적으로 수소 또는 중수소인,
유기 발광 소자.
제1항에 대하여,
L₁₁ 및 L₁₂는 서로 동일하고,
L₁₃ 및 L₁₄는 서로 동일하고,
Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 서로 동일하고,
Ar₁₃ 및 Ar₁₄는 서로 동일한,
유기 발광 소자.
제1항에 대하여,
상기 화합물은 하기 화학식 2-1-1 내지 2-1-4 중 어느 하나로 표시되는,
화합물:
[화학식 2-1-1]

[화학식 2-1-2]

[화학식 2-1-3]

[화학식 2-1-4]

상기 화학식 2-1-1 내지 2-1-4에서,
Z₁ 및 Z₂는 모두 메틸이거나, 또는 모두 페닐이고,
R, R', L₁₁ 내지 L₁₄, Ar₁₁ 및 Ar₁₂는 제1항에서 정의한 바와 같다.
제1항에 대하여,
상기 제2 화합물은 하기 화합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 어느 하나인,
유기 발광 소자:

.
제1항에 있어서,
상기 제1 화합물은 호스트 물질이고, 상기 제2 화합물은 도펀트 물질인,
유기 발광 소자.
제1항에 있어서,
상기 제1 화합물 및 상기 제2 화합물은 99:1 내지 90:10의 중량비로 포함되는,
유기 발광 소자.