KR20230033786A - 헤테로 고리 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자 및 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 명세서는 화학식 1로 표시되는 발명은 헤테로 고리 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자 및 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 헤테로 고리 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자 및 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물에 관한 것이다.
유기 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 저지, 정공 저지, 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.
본 발명은 헤테로 고리 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자 및 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 제공한다:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
X는 각각 독립적으로 O 또는 S이고,
R1 내지 R10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기; 하기 화학식 1-1로 표시되는 기; 및 화학식 1-2로 표시되는 기;로 이루어진 군으로부터 선택되고,
R5 및 R6 중 적어도 하나는 하기 화학식 1-1로 표시되는 기이고, R7 내지 R10 중 적어도 하나는 하기 화학식 1-2로 표시되는 기이고,
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
상기 화학식 1-1 및 1-2에서,
L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기;이고,
A 및 B는 서로 상이하고, 각각 독립적으로 NA101A102; 하기 화학식 1-3 및 하기 화학식 1-4로 표시되는 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, A 및 B 중 어느 하나는 하기 화학식 1-3으로 표시되는 기이고,
A101 및 A102는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
p 및 q는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,
[화학식 1-3]
상기 화학식 1-3에서,
X1은 N 또는 CRa이고,
X2는 N 또는 CRb이고,
X3은 N 또는 CRc이고,
X4는 N 또는 CRd이고,
X5는 N 또는 CRe이고,
X1 내지 X5 중 적어도 하나는 N이고,
Ra 내지 Re는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 서로 인접하는 2 이상의 기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 방향족 탄화수소 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로 고리;를 형성하고,
[화학식 1-4]
상기 화학식 1-4에서,
T1 고리 및 T2 고리는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 방향족 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로 방향족 고리;이다.
또한, 본 발명은 제1 전극; 상기 제1전극과 대향하여 구비된 제2전극; 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층;을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 유기물층이 하기 화학식 2-1 또는 하기 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 추가로 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다:
[화학식 2-1]
상기 화학식 2-1에서,
S101 내지 S103는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;이고,
[화학식 2-2]
상기 화학식 2-2에서,
L11 및 L12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기;이고,
Ar11 및 Ar12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;이고,
Q1 내지 Q14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로시클로알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
m 및 n은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 상기 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물을 제공한다.
일 실시예에 따른 헤테로 고리 화합물은 유기 발광 소자의 유기물층 재료로서 사용할 수 있다. 상기 화합물은 유기 발광 소자에서 정공 주입층 재료, 전자 저지층 재료, 정공 수송층 재료, 발광층 재료, 전자 수송층 재료, 정공 저지층 재료, 전자 주입층 재료 등의 역할을 수행할 수 있다. 특히, 상기 화합물이 유기 발광 소자의 발광층 재료로 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 헤테로 고리 화합물은 단독으로 또는 P타입 호스트와 혼합하여 발광 재료로 사용될 수도 있고, 발광층의 호스트 재료 또는 도펀트 재료로서 사용될 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 유기물층에 사용하는 경우, 유기 발광 소자의 구동전압을 낮추고, 발광 효율을 향상시키며, 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 일 실시예에 따른 헤테로 고리 화합물이 발광층으로 사용되었을 경우, 정공 수송 (Hole Transport) 및 전자 수송 (Electron Transport) 특성을 강화하고, 밴드갭 (band gap) 및 삼중항 에너지 레벨 (T1 level)값의 조절을 통하여, 정공 전달 능력을 향상시키고, 분자의 안정성을 높여, 유기 발광 소자의 구동전압을 낮추고, 광효율을 향상시키며, 화합물의 향상된 열적 안정성에 의하여 유기 발광 소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 3은 각각 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 발광 소자의 적층구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
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 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에 있어서, "치환 또는 비치환"이란, C1 내지 C60의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬; C2 내지 C60의 직쇄 또는 분지쇄의 알케닐; C2 내지 C60의 직쇄 또는 분지쇄의 알키닐; C3 내지 C60의 단환 또는 다환의 시클로알킬; C2 내지 C60의 단환 또는 다환의 헤테로시클로알킬; C6 내지 C60의 단환 또는 다환의 아릴; C2 내지 C60의 단환 또는 다환의 헤테로아릴; -SiRR'R"; -P(=O)RR'; C1 내지 C20의 알킬아민; C6 내지 C60의 단환 또는 다환의 아릴아민; 및 C2 내지 C60의 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 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 할로겐은 불소, 염소, 브롬 또는 요오드일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 탄소수 1 내지 60의 직쇄 또는 분지쇄를 포함하며, 다른 치환기에 의하여 추가로 치환될 수 있다. 상기 알킬기의 탄소수는 1 내지 60, 구체적으로 1 내지 40, 더욱 구체적으로, 1 내지 20일 수 있다. 구체적인 예로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, n-프로필기, 이소프로필기, 부틸기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, sec-부틸기, 1-메틸-부틸기, 1-에틸-부틸기, 펜틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, tert-펜틸기, 헥실기, n-헥실기, 1-메틸펜틸기, 2-메틸펜틸기, 4-메틸-2-펜틸기, 3,3-디메틸부틸기, 2-에틸부틸기, 헵틸기, n-헵틸기, 1-메틸헥실기, 시클로펜틸메틸기, 시클로헥실메틸기, 옥틸기, n-옥틸기, tert-옥틸기, 1-메틸헵틸기, 2-에틸헥실기, 2-프로필펜틸기, n-노닐기, 2,2-디메틸 헵틸기, 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, 트리페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 크라이세닐기, 페난트레닐기, 페릴레닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 페날레닐기, 파이레닐기, 테트라세닐기, 펜타세닐기, 플루오레닐기, 인데닐기, 아세나프틸레닐기, 벤조플루오레닐기, 스피로비플루오레닐기, 2,3-디히드로-1H-인데닐기, 이들의 축합고리기 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 포스핀옥사이드기는 -P(=O)T101T102로 표시되고, T101 및 T102는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 시클로알킬기; 아릴기; 및 헤테로 고리기 중 적어도 하나로 이루어진 치환기일 수 있다. 구체적으로 아릴기로 치환될 수 있으며, 상기 아릴기는 전술한 예시가 적용될 수 있다. 예컨대, 포스핀옥사이드기는 디페닐포스핀옥사이드기, 디나프틸포스핀옥사이드 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 Si를 포함하고 상기 Si 원자가 라디칼로서 직접 연결되는 치환기이며, -SiT101T102T103로 표시되고, T101 내지 T103은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 시클로알킬기; 아릴기; 및 헤테로 고리기 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.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우, 
, 
, 
, 
, 
, 
등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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 발명에 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 발명의 일 실시형태에 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 발명의 일 실시형태에 있어서, "화학식 또는 화합물 구조에 치환기가 표시되지 않은 경우"에 있어서, "중수소의 함량이 0%", "수소의 함량이 100%", "치환기는 모두 수소" 등 중수소를 명시적으로 배제하지 않는 경우에는 수소와 중수소는 화합물에 있어 혼재되어 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 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 발명의 일 실시형태에 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 발명의 일 실시형태에 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, 
로 표시되는 페닐기에 있어서 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 경우를 의미할 수 있다. 즉, 페닐기에 있어서 중수소의 함량 20%라는 것인 하기 구조식으로 표시될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 있어서, “중수소의 함량이 0%인 페닐기”의 경우 중수소 원자가 포함되지 않은, 즉 수소 원자 5개를 갖는 페닐기를 의미할 수 있다.
본 발명에 있어서, C6 내지 C60의 방향족 탄화수소 고리는 C6 내지 C60개의 탄소와 수소로 이루어진 방향족 고리를 포함하는 화합물을 의미하며, 예를 들어, 벤젠, 비페닐, 트리페닐, 트리페닐렌, 나프탈렌, 안트라센, 페날렌, 페난트렌, 플루오렌, 피렌, 크리센, 페릴렌, 아줄렌 등을 들 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니며, 상기 탄소수를 충족하는 것으로서 이 분야에 공지된 방향족 탄화수소 고리 화합물을 모두 포함한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 제공한다:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
X는 각각 독립적으로 O 또는 S이고,
R1 내지 R10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기; 하기 화학식 1-1로 표시되는 기; 및 하기 화학식 1-2로 표시되는 기;로 이루어진 군으로부터 선택되고,
R5 및 R6 중 적어도 하나는 하기 화학식 1-1로 표시되는 기이고, R7 내지 R10 중 적어도 하나는 하기 화학식 1-2로 표시되는 기이고,
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
상기 화학식 1-1 및 1-2에서,
L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기;이고,
A 및 B는 서로 상이하고, 각각 독립적으로 NA101A102; 하기 화학식 1-3 및 하기 화학식 1-4로 표시되는 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, A 및 B 중 어느 하나는 하기 화학식 1-3으로 표시되는 기이고,
A101 및 A102는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
p 및 q는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,
[화학식 1-3]
상기 화학식 1-3에서,
X1은 N 또는 CRa이고,
X2는 N 또는 CRb이고,
X3은 N 또는 CRc이고,
X4는 N 또는 CRd이고,
X5는 N 또는 CRe이고,
X1 내지 X5 중 적어도 하나는 N이고,
Ra 내지 Re는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 서로 인접하는 2 이상의 기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 방향족 탄화수소 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로 고리;를 형성하고,
[화학식 1-4]
상기 화학식 1-4에서,
T1 고리 및 T2 고리는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 방향족 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로 방향족 고리;이다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, R1 내지 R10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기; 상기 화학식 1-1로 표시되는 기; 또는 상기 화학식 1-2로 표시되는 기;일 수 있고, 상기 R5 및 R6 중 적어도 하나는 상기 화학식 1-1로 표시되는 기일 수 있고, R7 내지 R10 중 적어도 하나는 상기 화학식 1-2로 표시되는 기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, R1 내지 R10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴기; 상기 화학식 1-1로 표시되는 기; 또는 상기 화학식 1-2로 표시되는 기;일 수 있고, 상기 R5 및 R6 중 적어도 하나는 상기 화학식 1-1로 표시되는 기일 수 있고, R7 내지 R10 중 적어도 하나는 상기 화학식 1-2로 표시되는 기일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-1 및 상기 화학식 1-2에서, A 및 B는 서로 상이하고, 각각 독립적으로 NA101A102; 상기 화학식 1-3 및 상기 화학식 1-4로 표시되는 기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, A 및 B 중 어느 하나는 상기 화학식 1-3으로 표시되는 기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-1 및 상기 화학식 1-2에서, A는 NA101A102; 또는 상기 화학식 1-4로 표시되는 기일 수 있고, B는 상기 화학식 1-3으로 표시되는 기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-1 및 상기 화학식 1-2에서, A는 상기 화학식 1-3으로 표시되는 기일 수 있고, B는 NA101A102; 또는 상기 화학식 1-4로 표시되는 기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-1 및 상기 화학식 1-2에서, A101 및 A102는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-1 및 상기 화학식 1-2에서, A101 및 A102는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-1 및 상기 화학식 1-2에서, L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-1 및 상기 화학식 1-2에서, L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-1 및 상기 화학식 1-2에서, L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합; 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴렌기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-1 및 상기 화학식 1-2에서, L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합; 또는 치환 또는 비치환된 페닐렌기일 수 있다.
상기 L1 및 L2의 구체적인 예를 하기에 표시하나, 이들 예로만 한정되는 것은 아니다:
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-3에서, X1은 N 또는 CRa이고, X2는 N 또는 CRb이고, X3은 N 또는 CRc이고, X4는 N 또는 CRd이고, X5는 N 또는 CRe이고, 상기 X1 내지 X5 중 둘 이상이 N일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-3에서, Ra 내지 Re는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 서로 인접하는 2 이상의 기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 방향족 탄화수소 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로 고리;를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-3에서, Ra 내지 Re는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 서로 인접하는 2 이상의 기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 방향족 탄화수소 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로 고리;를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-3으로 표시되는 기가 하기 화학식 1-3-1, 1-3-2 및 1-3-3 중 어느 하나일 수 있으나, 이들 예로만 한정되는 것은 아니다:
[화학식 1-3-1]
[화학식 1-3-2]
[화학식 1-3-3]
상기 화학식 1-3-1, 1-3-2 및 1-3-3에서, Rb 내지 Re는 상기 화학식 1-3에서 정의된 바와 같다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-4에서, T1 고리 및 T2 고리는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 방향족 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로 방향족 고리일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-4에서, T1 고리 및 T2 고리는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 방향족 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로 방향족 고리일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-4로 표시되는 기가 하기 화학식 1-4-1, 1-4-2 및 1-4-3 중 어느 하나일 수 있으나, 이들 예로만 한정되는 것은 아니다:
[화학식 1-4-1]
[화학식 1-4-2]
[화학식 1-4-3]
상기 화학식 1-4-1, 1-4-2 및 1-4-3에서,
R101 내지 R118은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 서로 인접하는 2 이상의 기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 방향족 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로 고리;를 형성하고,
Z는 NR120, O 또는 S이고,
R120은 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
s 및 t는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 또는 2의 정수이다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-4-1, 1-4-2 및 1-4-3에서, R101 내지 R118은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴기;로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 서로 인접하는 2 이상의 기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 방향족 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로 고리를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-4-1, 1-4-2 및 1-4-3에서, R101 내지 R118은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴기;로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 서로 인접하는 2 이상의 기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 방향족 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로 고리를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-4-3에서, Z는 NR120, O 또는 S일 수 있고, R120은 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-4-3에서, Z는 NR120, O 또는 S일 수 있고, R120은 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-4-2로 표시되는 기가 하기 화학식 1-4-2-a, 1-4-2-b 및 1-4-2-c 중 어느 하나일 수 있으나, 이들 예로만 한정되는 것은 아니다:
[화학식 1-4-2-a]
[화학식 1-4-2-b]
[화학식 1-4-2-c]
상기 화학식 1-4-2-a, 1-4-2-b 및 1-4-2-c에서,
R109a 및 R109b는 상기 R109의 정의와 같고,
R101 내지 R104 및 R109 내지 R113은 상기 화학식 1-4-2에서 정의된 바와 같다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1-4-3으로 표시되는 기가 하기 화학식 1-4-3-a 내지 1-4-3-f 중 어느 하나일 수 있으나, 이들 예로만 한정되는 것은 아니다:
[화학식 1-4-3-a]
[화학식 1-4-3-b]
[화학식 1-4-3-c]
[화학식 1-4-3-d]
[화학식 1-4-3-e]
[화학식 1-4-3-f]
상기 화학식 1-4-3-a 내지 1-4-3-f에서,
R114a 및 R114b는 상기 R114의 정의와 같고,
R101 내지 R104 및 R114 내지 R118은 상기 화학식 1-4-3에서 정의된 바와 같다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물 중 수소 원자와 중수소 원자의 총수를 기준으로 중수소의 함량은 0% 내지 100%일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물 중 수소 원자와 중수소 원자의 총수를 기준으로 중수소의 함량은 10% 내지 90%일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물 중 수소 원자와 중수소 원자의 총수를 기준으로 중수소의 함량은 20% 내지 80%일 수 있다.
예를 들면, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물 중 수소 원자와 중수소 원자의 총수를 기준으로 중수소의 함량이 0% 이상, 1% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 또는 50% 이상일 수 있고, 100% 이하, 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하 또는 60% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물은 하기 화합물들로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것일 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 수송층 물질, 전자 저지층 물질, 발광층 물질, 전자 수송층 물질, 정공 저지층 물질 및 전자 주입층 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.
또한, 본 발명은 제1 전극; 상기 제1전극과 대향하여 구비된 제2전극; 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극일 수 있고, 상기 제2 전극은 음극일 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시형태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극일 수 있고, 상기 제2 전극은 양극일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 적색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물은 적색 유기 발광 소자의 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 녹색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물은 녹색 유기 발광 소자의 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 청색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물은 청색 유기 발광 소자의 재료로 사용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물에 대한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 적색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물은 적색 유기 발광 소자의 발광층 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 녹색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물은 녹색 유기 발광 소자의 발광층 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 청색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물은 청색 유기 발광 소자의 발광층 재료로 사용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물에 대한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하다.
본 발명의 유기 발광 소자는 전술한 헤테로 고리 화합물을 이용하여 1 층 이상의 유기물층을 형성하는 것을 제외하고는, 통상의 유기 발광 소자의 제조방법 및 재료에 의하여 제조될 수 있다.
상기 헤테로 고리 화합물은 유기 발광 소자의 제조시 진공 증착법 뿐만 아니라 용액 도포법에 의하여 유기물층을 형성할 수 있다. 여기서, 용액 도포법은 스핀 코팅, 딥 코팅, 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 스프레이법, 롤 코팅 등을 의미하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수도 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자는 유기물층으로 정공주입층, 정공수송층, 발광층, 전자주입층, 전자수송층, 전지저지층, 정공저지층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 상기 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기물층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 1층 이상의 유기물층을 포함할 수 있고, 상기 유기물층은 발광층을 포함할 수 있고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함할 수 있고, 상기 발광층은 호스트 물질을 포함할 수 있으며, 상기 호스트 물질은 상기 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 발광층, 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층, 전자수송층, 전지저지층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있고, 하기 화학식 2-1 또는 하기 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 추가로 포함할 수 있다:
[화학식 2-1]
상기 화학식 2-1에서,
S101 내지 S103는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;이고,
[화학식 2-2]
상기 화학식 2-2에서,
L11 및 L12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기;이고,
Ar11 및 Ar12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;이고,
Q1 내지 Q14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로시클로알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
m 및 n은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 2-1에서, S101 내지 S103는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 헤테로아릴기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 2-1에서, S101 내지 S103는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 2-2에서, L11 및 L12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합; 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴렌기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 2-2에서, Ar11 및 Ar12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 2-2에서, Q1 내지 Q14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐 또는 시아노기일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물 중 수소 원자와 중수소 원자의 총수를 기준으로 중수소의 함량은 0% 내지 100%일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물 중 수소 원자와 중수소 원자의 총수를 기준으로 중수소의 함량은 10% 내지 90%일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물 중 수소 원자와 중수소 원자의 총수를 기준으로 중수소의 함량은 20% 내지 80%일 수 있다.
예를 들면, 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물 중 수소 원자와 중수소 원자의 총수를 기준으로 중수소의 함량이 0% 이상, 1% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 또는 50% 이상일 수 있고, 100% 이하, 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하 또는 60% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물은 하기 화합물들로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다:
본 발명의 유기 발광 소자를 제조함에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자를 제조함에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물 및 상기 화학식 2-1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 또는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물 및 상기 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 혼합하여 포함하는 경우, 유기 발광 소자의 우수한 구동 전압, 발광 효율 및 수명이 개선될 수 있다. 이는 상기 두 헤테로 고리 화합물을 동시에 혼합하여 포함하는 경우, 엑시플렉스(exciplex) 현상이 일어남을 예상할 수 있다.
상기 엑시플렉스(exciplex) 현상은 두 분자간 전자 교환으로 도너 (donor, p-host)의 HOMO 에너지 레벨과 억셉터 (acceptor, n-host)의 LUMO 에너지 레벨간의 차이나는 에너지를 방출하는 현상이다. 두 분자간 엑시플렉스(exciplex) 현상이 일어나면 역항간 교차(Reverse Intersystem Crossing, RISC)가 일어나게 되고, 이로 인하여 형광의 내부양자 효율이 100%까지 증가할 수 있다. 정공 수송 능력이 좋은 도너 (donor, p-host)와 전자 수송 능력이 좋은 억셉터 (acceptor, n-host)가 발광층의 호스트로 사용될 경우, 정공은 p-host로 주입되고, 전자는 n-host로 주입되기 때문에 구동 전압을 낮출 수 있고, 그로 인해 수명 향상에 도움을 줄 수 있다. 즉, 상기 억셉터(acceptor)로서 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하고, 상기 도너(donor)로서 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 화합물을 사용하는 경우, 우수한 유기 발광 소자의 특성을 나타낸다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자가 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 혼합하여 포함하는 경우, 상기 헤테로 고리 화합물 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 0% 내지 100%일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자가 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 혼합하여 포함하는 경우, 상기 헤테로 고리 화합물 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 10% 내지 90%일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자가 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 혼합하여 포함하는 경우, 상기 헤테로 고리 화합물 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 20% 내지 80%일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자가 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 혼합하여 포함하는 경우, 상기 헤테로 고리 화합물 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 30% 내지 70%일 수 있다.
예를 들면, 상기 유기 발광 소자가 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 혼합하여 포함하는 경우, 상기 헤테로 고리 화합물 중 적어도 하나는 중수소의 함량이 0% 이상, 1% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상, 또는 50% 이상일 수 있고, 100% 이하, 95% 이하, 90% 이하, 85% 이하, 80% 이하, 75% 이하, 70% 이하, 65% 이하 또는 60% 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물을 제공한다.
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물에 대한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물 내 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물의 중량비는 1:10 내지 10:1이거나, 1:8 내지 8:1이거나, 1:6 내지 6:1이거나, 1:4 내지 4:1이거나, 1:3 내지 3:1이거나, 1:2 내지 2:1일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물은 유기 발광 소자의 유기물층 형성시 이용할 수 있고, 특히, 발광층의 호스트 형성시 보다 바람직하게 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함하고, 인광 도펀트와 함께 사용할 수 있다.
상기 인광 도펀트 재료로는 당 기술분야에 알려져 있는 것들을 사용할 수 있다. 예컨대, LL'MX', LL'L"M, LMX'X", L2MX' 및 L3M로 표시되는 인광 도펀트 재료를 사용할 수 있으나, 이들 예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 M은 이리듐, 백금, 오스뮴 등이 될 수 있다.
상기 L은 sp2 탄소 및 헤테로 원자에 의하여 상기 M에 배위되는 음이온성 2좌 배위자이고, X는 전자 또는 정공을 트랩하는 기능을 수행할 수 있다. L, L' 및 L"의 비한정적인 예로는 2-(1-나프틸)벤조옥사졸, (2-페닐벤조옥사졸), (2-페닐벤조티아졸), (2-페닐벤조티아졸), (7,8-벤조퀴놀린), (티오펜기피리진), 페닐피리딘, 벤조티오펜기피리진, 3-메톡시-2-페닐피리딘, 티오펜기피리진, 톨릴피리딘 등이 있다. X' 및 X"의 비한정적인 예로는 아세틸아세토네이트(acac), 헥사플루오로아세틸아세토네이트, 살리실리덴, 피콜리네이트, 8-히드록시퀴놀리네이트 등이 있다.
상기 인광 도펀트의 구체적인 예를 하기에 표시하나, 이들 예로만 한정되는 것은 아니다:
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함하고, 이리듐계 도펀트와 함께 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 이리듐계 도펀트로는 녹색 인광 도펀트로 Ir(ppy)3이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 도펀트의 함량은 발광층 전체 중량을 기준으로 1% 내지 15%, 바람직하게는 2% 내지 10%, 보다 바람직하게는 3% 내지 7%의 함량을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 전자 주입층 또는 전자 수송층을 포함하고, 상기 전자 주입층 또는 전자 수송층은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 전자 저지층 또는 정공 저지층을 포함하고, 상기 전자 저지층 또는 정공 저지층은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 전자 수송층, 발광층 또는 정공 저지층을 포함하고, 상기 전자 수송층, 발광층 또는 정공 저지층은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 호스트 물질을 포함하며, 상기 호스트 물질은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 발광 소자는 발광층, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층, 전자 저지층 및 정공 저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 본 발명의 일 실시형태에 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 발명의 일 실시형태에 있어서, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 상에 1층 이상의 유기물층을 형성하는 단계; 및 상기 유기물층 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기 발광 소자의 제조 방법으로서, 상기 유기물층을 형성하는 단계가 본 발명의 일 실시형태에 따른 유기물층용 조성물을 이용하여 1층 이상의 유기물층을 형성하는 단계를 포함하는 것인 유기 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 유기물층을 형성하는 단계는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 예비 혼합(pre-mixed)하고, 열 진공 증착 방법을 이용하여 형성하는 것일 수 있다.
상기 예비 혼합(pre-mixed)은, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 유기물층에 증착하기 전 먼저 재료를 섞어서 하나의 공급원에 담아 혼합하는 것을 의미한다.
예비 혼합된 재료는 본 출원의 일 실시상태에 따른 유기물층용 조성물로 언급될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함하는 유기물층은, 필요에 따라 다른 물질을 추가로 포함할 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 동시에 포함하는 유기물층은, 필요에 따라 다른 물질을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 발광 소자에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물 또는 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물 이외의 재료를 하기에 예시하지만, 이들은 예시를 위한 것일 뿐 본 출원의 범위를 한정하기 위한 것은 아니며, 당 기술분야에 공지된 재료들로 대체될 수 있다.
양극 재료로는 비교적 일함수가 큰 재료들을 이용할 수 있으며, 투명 전도성 산화물, 금속 또는 전도성 고분자 등을 사용할 수 있다. 상기 양극 재료의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO : Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
음극 재료로는 비교적 일함수가 낮은 재료들을 이용할 수 있으며, 금속, 금속 산화물 또는 전도성 고분자 등을 사용할 수 있다. 상기 음극 재료의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
정공 주입층 재료로는 공지된 정공 주입층 재료를 이용할 수도 있는데, 예를들면, 미국 특허 제4,356,429호에 개시된 구리프탈로시아닌 등의 프탈로시아닌 화합물 또는 문헌 [Advanced Material, 6, p.677 (1994)]에 기재되어 있는 스타버스트형 아민 유도체류, 예컨대 트리스(4-카바조일-9-일페닐)아민(TCTA), 4,4',4"-트리[페닐(m-톨릴)아미노]트리페닐아민(m-MTDATA), 1,3,5-트리스[4-(3-메틸페닐페닐아미노)페닐]벤젠(m-MTDAPB), 용해성이 있는 전도성 고분자인 폴리아닐린/도데실벤젠술폰산(Polyaniline/Dodecylbenzenesulfonic acid) 또는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리(4-스티렌술포네이트)(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/Poly(4-styrenesulfonate)), 폴리아닐린/캠퍼술폰산(Polyaniline/Camphor sulfonic acid) 또는 폴리아닐린/폴리(4-스티렌술포네이트)(Polyaniline/Poly(4-styrenesulfonate)) 등을 사용할 수 있다.
정공 수송층 재료로는 피라졸린 유도체, 아릴아민계 유도체, 스틸벤 유도체, 트리페닐디아민 유도체 등이 사용될 수 있으며, 저분자 또는 고분자 재료가 사용될 수도 있다.
전자 수송층 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 물질뿐만 아니라 고분자 물질이 사용될 수도 있다.
전자 주입층 재료로는 예를 들어, LiF가 당업계 대표적으로 사용되나, 본 출원이 이에 한정되는 것은 아니다.
발광층 재료로는 적색, 녹색 또는 청색 발광재료가 사용될 수 있으며, 필요한 경우, 2 이상의 발광 재료를 혼합하여 사용할 수 있다. 이 때, 2 이상의 발광 재료를 개별적인 공급원으로 증착하여 사용하거나, 예비혼합하여 하나의 공급원으로 증착하여 사용할 수 있다. 또한, 발광층 재료로서 형광 재료를 사용할 수도 있으나, 인광 재료로서 사용할 수도 있다. 발광층 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.
발광층 재료의 호스트를 혼합하여 사용하는 경우에는, 동일 계열의 호스트를 혼합하여 사용할 수도 있고, 다른 계열의 호스트를 혼합하여 사용할 수도 있다. 예를 들어, n 타입 호스트 재료 또는 p 타입 호스트 재료 중 어느 두 종류 이상의 재료를 선택하여 발광층의 호스트 재료로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 유기 발광 소자는 사용되는 재료에 따라 전면 발광형, 후면 발광형 또는 양면 발광형일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 헤테로 고리 화합물은 유기 태양 전지, 유기 감광체, 유기 트랜지스터 등을 비롯한 유기 전자 소자에서도 유기 발광 소자에 적용되는 것과 유사한 원리로 작용할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
<제조예>
제조예 1: 화합물 2의 제조
1) 화합물 2-2의 제조
화합물 2-1 (A) (10g, 0.030mol, 1eq), N-페닐-[1,1'-바이페닐]-4-아민 (B) (8.1g, 0.033mol, 1.1eq), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐 (Pd2(dba)3) (1.4g, 0.0015mol, 0.05eq) 및 엑스포스 (XPhos) (1.4g, 0.0030mol, 0.1eq)를 자일렌 (Xylene) (150ml)에 넣고, 140℃에서 6h 동안 교반하였다. 물을 넣어 반응을 종결시킨 후, 메틸렌클로라이드 (MC)와 물을 이용하여 추출하였다. 그 후 황산 마그네슘 (MgSO4)으로 수분을 제거한 다음, 실리카겔(Silicagel) 컬럼으로 분리하여 화합물 2-3 8g을 얻었다 (수율 54%).
2) 화합물 2-3의 제조
화합물 2-2 (8g, 0.016mol, 1eq), 4,4,4',4',5,5,5',5'-옥타메틸-2,2'-바이(1,3,2-디옥사보롤레인) (6.1g, 0.024mol, 1.5eq), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐 (Pd(dba)2) (0.46g, 0.0008mol, 0.05eq) 및 트리사이클로헥실포스핀 (P(Cy)3) 0.45g, 0.0016mol, 0.1eq)을 1,4-디옥세인 (dioxane) (80ml)에 넣고, 100℃에서 12h 동안 교반하였다. 물을 넣어 반응을 종결시킨 후, 메틸렌클로라이드 (MC)와 물을 이용하여 추출하였다. 그 후 황산 마그네슘 (MgSO4)으로 수분을 제거한 다음, 실리카겔(Silicagel) 컬럼으로 분리하여 화합물 2-2 8g을 얻었다 (수율 84%).
3) 화합물 2의 제조
화합물 2-3 (8g, 0.014mol, 1eq), 2-(4-브로모페닐)-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진 (C) (5.8g, 0.015mol, 1.1q), 탄산칼륨 (K2CO3) (4.7g, 0.034mol, 2.5eq) 및 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐 (Pd(PPh3)4) (0.8g, 0.0007mol, 0.05eq)을 1,4-디옥세인 (240ml) 및 물 (60ml)에 넣고, 90℃에서 8h 동안 교반하였다. 물을 넣어 반응을 종결시킨 후, 메틸렌클로라이드 (MC)와 물을 이용하여 추출하였다. 그 후 황산 마그네슘 (MgSO4)으로 수분을 제거한 다음, 실리카겔(Silicagel) 컬럼으로 분리하여 화합물 27g을 얻었다 (수율 66%).
상기 제조예 1에서 화합물 (A), (B), (C) 대신, 각각 하기 표 1의 중간체 A, 중간체 B, 중간체 C를 사용하여, 상기 제조예와 동일한 방법으로 화합물을 합성하였다.
|
화합물
번호 |
중간체 A | 중간체 B | 중간체 C |
| 24 |
 |
 |
 |
| 53 |
 |
 |
 |
| 71 |
 |
 |
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| 83 |
 |
 |
 |
| 114 |
 |
 |
 |
| 123 |
 |
 |
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| 152 |
 |
 |
 |
| 180 |
 |
 |
 |
| 193 |
 |
 |
 |
| 201 |
 |
 |
 |
| 237 |
 |
 |
 |
| 244 |
 |
 |
 |
| 271 |
 |
 |
 |
| 295 |
 |
 |
 |
| 296 |
 |
 |
 |
상기 제조예 1 및 표 1에 기재된 화합물 이외의 나머지 화합물도 전술한 제조예에 기재된 방법과 동일한 방법으로 제조하였고, 하기 표 2 및 표 3에 합성 결과를 나타내었다. 하기 표 2는 1H NMR(CDCl3, 200Mz)의 측정값이고, 하기 표 3은 FD-질량분석계(FD-MS: Field desorption mass spectrometry)의 측정값이다.
| 화합물 | 1 H NMR(CDCl 3 , 200Mz) |
| 2 | δ= 8.42(1H, d), 8.28(4H, m), 8.09(1H, d), 7.85(3H, m), 7.66~7.25(22H, m), 6.81(1H, t), 6.69(4H, m) |
| 24 | δ= 8.28(4H, m), 8.14(1H, d), 7.89(7H, m), 7.66(2H, m), 7.51~7.32(11H, m), 7.20(2H, m), 6.81(1H, t), 6.63(2H, m) |
| 53 | δ= 8.45(1H, d), 8.28(4H, m), 8.16(4H, m), 7.94(4H, m), 7.67(3H, m), 7.50(11H, m), 7.29(1H, t) |
| 71 | δ= 8.55(1H, d), 8.30(2H, m), 8.23(1H, s), 8.12(1H, d), 8.04(1H, d), 7.89(8H, m), 7.63~7,29(17H, m) |
| 83 | δ= 8.28(2H, m), 8.58(1H, d), 7.87(6H, m), 7.66~7.20(20H, m), 6.81(1H, t), 6.75(1H, s), 6.63(3H, m), 1,72(6H, s) |
| 114 | δ= 9.09(1H, s), 8.45(3H, m), 8.28(2H, m), 8.14(3H, m), 7.98(9H, m), 7.59(11H, m), 7.29(1H, t) |
| 123 | δ= 9.09(1H, s), 8.49(1H, d), 8.28(4H, m), 8.06(1H, d), 7.87(2H, m), 7.66~7.20(16H, m), 6.81(1H, t), 6.75(1H, s), 6.58(3H, m), 1,72(6H, s) |
| 152 | δ= 8.55(3H, m), 8.28(4H, m), 8.12(2H, m), 7.86(2H, m), 7.67~7.29(17H, m) |
| 180 | δ= 8.42(2H, m), 8.16(9H, m), 7.95(4H, m), 7.67~7.32(15H, m) |
| 193 | δ= 8.28(4H, m), 8.08(4H, m), 7.95(1H, s), 7.89(1H, d), 7.67~7.29(18H, m) |
| 201 | δ= 8.28(2H, m), 8.04(1H, d), 7.85(3H, m), 7.71(2H, m), 7.52~7.20(17H, m), 6.98(1H, d), 6.81(2H, m), 6.63(4H, m) |
| 237 | δ= 8.45(1H, d), 7.28(2H, m), 8.12(2H, m), 7.85(6H, m), 7.66~7.25(21H, m) |
| 244 | δ= 9.09(1H, s), 8.49(1H, d), 8.28(2H, m), 8.00~7.19(28H, m), 6.81(2H, m), 6.63(2H, m) |
| 271 | δ= 8.55(1H, d), 8.30(2H, m), 8.23(1H, s), 8.12(1H, d), 7.83(8H, m), 7.66(2H, m), 7.52~7.25(16H, m) |
| 295 | δ= 8.49(1H, d), 8.34(5H, m), 7.92(2H, m), 7.66(1H, d), 7.44(9H, m) |
| 296 | - |
| 화합물 | FD-MS | 화합물 | FD-MS |
| 2 | m/z=768.29 | 180 | m/z=738.24 |
| 24 | m/z=666.24 | 193 | m/z=664.23 |
| 53 | m/z=680.20 | 201 | m/z=692.26 |
| 71 | m/z=689.25 | 237 | m/z=796.23 |
| 83 | m/z=808.32 | 244 | m/z=792.29 |
| 114 | m/z=730.22 | 271 | m/z=689.25 |
| 123 | m/z=732.29 | 295 | m/z=674.29 |
| 152 | m/z=664.23 | 296 | m/z=724.46 |
<실험예>
실험예 1
(1) 유기 발광 소자의 제조
1,500Å의 두께로 인듐틴옥사이드(ITO, Indium Tinoxide)가 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 아세톤, 메탄올, 이소프로필 알코올 등의 용제로 초음파 세척을 실시하고, 건조시킨 후, UV(Ultraviolet) 세정기에서 UV를 이용하여 5분간 UVO (Ultraviolet Ozone)처리를 하였다. 이후 기판을 플라즈마 세정기(PT)로 이송시킨 후, ITO의 일함수 증대 및 잔막 제거를 위해 진공상태에서 플라즈마 처리를 하여, 유기증착용 열증착 장비로 이송하였다.
상기 ITO 투명 전극(양극)위에 공통층인 정공 주입층으로 4,4’,4’’-트리스[2-나프틸(페닐)아미노] 트리페닐아민 (4,4',4''-Tris[2-naphthyl(phenyl)amino] triphenylamine: 2-TNATA)을 증착하였고, 정공 수송층으로 N,N'-비스(α-나프틸)-N,N'-디페닐-4,4'-디아민 (N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine: NPB)를 증착하였다.
이와 같이 정공 주입층 및 정공 수송층을 형성시킨 후, 그 위에 발광층을 다음과 같이 열 진공 증착시켰다. 발광층은 적색 호스트로 하기 표 4에 기재된 화합물 단일 또는 두 종을 하나의 공급원에서 증착하였고, 적색 인광 도펀트로 (piq)2(Ir)(acac)을 사용하여 호스트에 (piq)2(Ir)(acac)을 3 wt% 도핑하여 400Å의 두께로 증착하였다.
이후 정공 저지층으로 Bphen를 30Å의 두께로 증착하였고, 그 위에 전자 수송층으로 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄 (Alq3)을 250Å의 두께로 증착하였다.
마지막으로 전자 수송층 위에 리튬 플루오라이드(lithium fluoride: LiF)를 10Å의 두께로 증착하여 전자 주입층을 형성한 후, 전자 주입층 위에 알루미늄(Al) 음극을 1,200Å의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기 발광 소자를 제조하였다.
한편, 유기 발광 소자의 제조에 필요한 모든 유기 화합물은 재료 별로 각각 10-6~10-8torr 하에서 진공 승화 정제하여 유기 발광 소자의 제조에 사용하였다.
(2) 유기 발광 소자의 구동 전압 및 발광 효율
상기와 같이 제조된 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. 본 발명에 따라 제조된 유기 발광 소자의 구동전압, 발광효율, 색좌표(CIE), 수명을 측정한 결과는 하기 표 4와 같았다.
| 화합물 |
구동전압
(V) |
발광효율
(cd/A) |
CIE
(x, y) |
수명
(T 90 ) |
|
| 실시예 1 | 2 | 5.11 | 54.8 | (0.680, 0.321) | 124 |
| 실시예 2 | 24 | 5.10 | 54.5 | (0.681, 0.319) | 125 |
| 실시예 3 | 53 | 5.17 | 55.1 | (0.679, 0.323) | 129 |
| 실시예 4 | 71 | 5.41 | 50.3 | (0.681, 0.322) | 99 |
| 실시예 5 | 83 | 5.15 | 54.4 | (0.678, 0.319) | 118 |
| 실시예 6 | 114 | 5.09 | 53.7 | (0.681, 0.322) | 122 |
| 실시예 7 | 123 | 5.16 | 53.5 | (0.678, 0.321) | 120 |
| 실시예 8 | 152 | 5.13 | 54.4 | (0.680, 0.320) | 129 |
| 실시예 9 | 180 | 5.10 | 53.1 | (0.681, 0.324) | 122 |
| 실시예 10 | 193 | 5.17 | 53.8 | (0.683, 0.323) | 117 |
| 실시예 11 | 201 | 5.14 | 54.2 | (0.681, 0.322) | 128 |
| 실시예 12 | 237 | 5.18 | 54.8 | (0.679, 0.322) | 121 |
| 실시예 13 | 244 | 5.13 | 53.9 | (0.680, 0.321) | 119 |
| 실시예 14 | 271 | 5.54 | 50.1 | (0.679, 0.322) | 98 |
| 실시예 15 | 295 | 5.17 | 54.0 | (0.682, 0.322) | 126 |
| 실시예 16 | 296 | 5.20 | 53.7 | (0.681, 0.321) | 130 |
| 비교예 1 | H1 | 5.76 | 46.3 | (0.678, 0.324) | 89 |
| 비교예 2 | H2 | 6.28 | 40.2 | (0.674, 0.325) | 52 |
| 비교예 3 | H3 | 5.74 | 46.6 | (0.679, 0.324) | 83 |
| 비교예 4 | H4 | 5.79 | 46.5 | (0.680, 0.323) | 86 |
[비교 화합물 H1~H4]
상기 표 4의 결과에서, 본 발명의 헤테로 고리 화합물을 호스트 재료로 이용한 실시예 1 내지 15의 유기 발광 소자는 비교예 1 내지 4의 유기 발광 소자에 비해 구동 전압이 낮고, 발광효율 및 수명이 현저히 개선되었음을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따른 헤테로 고리 화합물은 열 안정성이 높으면서도, 유기 발광 소자의 발광층에 사용하기에 적절한 분자량 (m/z=500 내지 m/z=850)과 밴드갭 (2.4eV 내지 3.2eV)을 갖는다. 적절한 분자량은 유기 발광 소자의 발광층의 형성을 용이하게 해주며, 적절한 밴드갭은 발광층의 전자와 정공의 유실을 막아, 효과적인 재결합 영역의 형성을 돕는다. 또한 적절한 위치에 치환된 전자 전달 특성을 가진 헤테로 고리 화합물은 다른 위치에 치환된 화합물보다 도펀트에서 일어나는 정공 저지 현상을 해소시킬 수 있다. 상기 표 4의 결과와 같이, 비교예의 결과 보다 본 발명의 헤테로 고리 화합물이 구동 전압, 발광 효율 및 수명의 모든 면에서 우수한 것을 알 수 있다.
실험예 2
(1) 유기 발광 소자의 제조
1,500Å의 두께로 인듐틴옥사이드(ITO, Indium Tinoxide)가 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 아세톤, 메탄올, 이소프로필 알코올 등의 용제로 초음파 세척을 실시하고, 건조시킨 후, UV 세정기에서 UV를 이용하여 5분간 UVO(Ultraviolet Ozone)처리를 하였다. 이후 기판을 플라즈마 세정기(PT)로 이송시킨 후, ITO의 일함수 증대 및 잔막 제거를 위해 진공상태에서 플라즈마 처리를 하여, 유기증착용 열증착 장비로 이송하였다.상기 ITO 투명 전극(양극)위에 공통층인 정공 주입층으로 4,4’,4’’-트리스[2-나프틸(페닐)아미노] 트리페닐아민 (4,4',4''-tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine: 2-TNATA)를 증착하였고, 정공 수송층으로 N,N'-비스(α-나프틸)-N,N'-디페닐-4,4'-디아민 (N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine: NPB)를 증착하였고, 전자 저지층으로 사이클로헥실리덴비스[N,N-비스(4-메틸페닐)벤젠아민] (cyclohexylidenebis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]: TAPC)를 증착하거나 또는 여기자 저지층으로 트리스(4-카바조일-9-일페닐)아민 (tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine: TCTA)를 증착하였다.
이와 같이 정공 주입층, 정공 수송층 및 전자 저지층 또는 여기자 저지층을 형성시킨 후, 그 위에 발광층을 다음과 같이 열 진공 증착시켰다. 발광층은 적색 호스트로 하기 표 5에 기재된 2종의 화합물을 하나의 공급원에서 증착하였고, 적색 인광 도펀트로 (piq)2(Ir)(acac)을 사용하여 호스트에 (piq)2(Ir)(acac)을 3 wt% 도핑하여 400Å의 두께로 증착하였다.
이후 정공 저지층으로 Bphen을 30Å의 두께로 증착하였고, 그 위에 전자 수송층으로 TPBI를 250Å의 두께로 증착하였다. 마지막으로 전자 수송층 위에 리튬 플루오라이드(lithium fluoride: LiF)를 10Å의 두께로 증착하여 전자 주입층을 형성한 후, 전자 주입층 위에 알루미늄(Al) 음극을 1,200Å의 두께로 증착하여 음극을 형성함으로써 유기 발광 소자를 제조하였다.
한편, 유기 발광 소자의 제조에 필요한 모든 유기 화합물은 재료 별로 각각 10-6~10-8torr 하에서 진공 승화 정제하여 유기 발광 소자의 제조에 사용하였다.
(2) 유기 발광 소자의 구동 전압 및 발광 효율
상기와 같이 제조된 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. 본 발명에 따라 제조된 유기 발광 소자의 구동전압, 발광효율, 색좌표(CIE), 수명을 측정한 결과는 하기 표 5와 같았다.
| 화합물 |
비율
(P/N) |
구동전압
(V) |
발광효율
(cd/A) |
CIE
(x, y) |
수명
(T 90 ) |
|
| 실시예 17 | PH1:2 | 1:3 | 4.85 | 55.1 | (0.681, 0.321) | 132 |
| 실시예 18 | PH1:2 | 1:2 | 4.82 | 55.7 | (0.679, 0.320) | 134 |
| 실시예 19 | PH1:2 | 1:1 | 4.80 | 56.3 | (0.681, 0.322) | 140 |
| 실시예 20 | PH1:2 | 2:1 | 4.84 | 55.8 | (0.679, 0.321) | 128 |
| 실시예 21 | PH1:2 | 3:1 | 4.87 | 55.0 | (0.679, 0.322) | 124 |
| 실시예 22 | PH1:24 | 1:1 | 4.83 | 56.4 | (0.679, 0.321) | 129 |
| 실시예 23 | PH2:53 | 1:1 | 4.80 | 55.2 | (0.678, 0.323) | 127 |
| 실시예 24 | PH3:71 | 1:1 | 5.10 | 50.9 | (0.682, 0.322) | 100 |
| 실시예 25 | PH4:83 | 1:1 | 4.76 | 55.6 | (0.680, 0.320) | 135 |
| 실시예 26 | PH5:114 | 1:1 | 4.81 | 54.8 | (0.679, 0.319) | 139 |
| 실시예 27 | PH6:123 | 1:1 | 4.80 | 54.2 | (0.678, 0.320) | 128 |
| 실시예 28 | PH7:152 | 1:1 | 4.78 | 53.7 | (0.679, 0.323) | 130 |
| 실시예 29 | PH8:180 | 1:1 | 4.83 | 54.9 | (0.681, 0.322) | 137 |
| 실시예 30 | PH9:193 | 1:1 | 4.79 | 54.8 | (0.682, 0.321) | 135 |
| 실시예 31 | PH10:201 | 1:1 | 4.77 | 55.9 | (0.680, 0.319) | 133 |
| 실시예 32 | PH11:237 | 1:1 | 4.86 | 55.2 | (0.681, 0.322) | 131 |
| 실시예 33 | PH12:244 | 1:1 | 4.82 | 56.0 | (0.683, 0.322) | 127 |
| 실시예 34 | PH1:271 | 1:1 | 5.11 | 50.8 | (0.681, 0.321) | 102 |
| 실시예 35 | PH4:295 | 1:1 | 4.79 | 54.3 | (0.681, 0.321) | 138 |
| 실시예 36 | PH7:296 | 1:1 | 4.71 | 54.6 | (0.681, 0.322) | 140 |
| 비교예 5 | PH7:H1 | 1:1 | 5.42 | 47.1 | (0.679, 0.321) | 82 |
| 비교예 6 | PH10:H2 | 1:1 | 6.19 | 40.8 | (0.676, 0.324) | 58 |
| 비교예 7 | PH2:H3 | 1:1 | 5.40 | 47.5 | (0.679, 0.322) | 81 |
| 비교예 8 | PH6:H4 | 1:1 | 5.45 | 47.3 | (0.680, 0.321) | 84 |
[비교 화합물 H1 ~ H4]
상기 표 5의 P-형 호스트(P-type host, PH) 로 사용한 화합물은 하기와 같다:
상기 표 5의 결과에서, 본 발명의 헤테로 고리 화합물을 N 타입 host로 사용하고, P타입 host와 혼합하여 증착하는 경우, 유기 발광 소자의 구동 전압, 발광 효율 및 수명이 개선됨을 확인할 수 있었다.
정공 수송 능력이 좋은 도너(donor, p-host)와 전자 수송 능력이 좋은 어셉터(acceptor, n-host)가 발광층의 호스트로 사용될 경우, N+P 화합물의 엑시플렉스(exciplex) 현상으로 인하여, 정공은 p-host로 주입되고, 전자는 n-host로 주입되기 때문에 소자 내의 전하 균형(Charge balance)을 맞출 수 있게 된다. 이를 통해 우수한 전자 전달 특성을 갖는 N타입 Host화합물과 우수한 정공 전달 특성을 갖는 P타입 Host화합물을 적절한 비율로 조합할 경우 구동 전압, 발광 효율 및 수명 향상에 도움을 줄 수 있음을 알 수 있었다.
100 : 기판
200: 양극
300: 유기물층
301: 정공 주입층
302: 정공 수송층
303: 발광층
304: 정공 저지층
305: 전자 수송층
306: 전자 주입층
400: 음극
200: 양극
300: 유기물층
301: 정공 주입층
302: 정공 수송층
303: 발광층
304: 정공 저지층
305: 전자 수송층
306: 전자 주입층
400: 음극
Claims (17)
- 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
X는 각각 독립적으로 O 또는 S이고,
R1 내지 R10은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기; 하기 화학식 1-1로 표시되는 기; 및 하기 화학식 1-2로 표시되는 기;로 이루어진 군으로부터 선택되고,
R5 및 R6 중 적어도 하나는 하기 화학식 1-1로 표시되는 기이고, R7 내지 R10 중 적어도 하나는 하기 화학식 1-2로 표시되는 기이고,
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
상기 화학식 1-1 및 화학식 1-2에서,
L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기;이고,
A 및 B는 서로 상이하고, 각각 독립적으로 NA101A102; 하기 화학식 1-3 및 하기 화학식 1-4로 표시되는 기로 이루어진 군으로부터 선택되고, A 및 B 중 어느 하나는 하기 화학식 1-3으로 표시되는 기이고,
A101 및 A102는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
p 및 q는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이고,
[화학식 1-3]
상기 화학식 1-3에서,
X1은 N 또는 CRa이고,
X2는 N 또는 CRb이고,
X3은 N 또는 CRc이고,
X4는 N 또는 CRd이고,
X5는 N 또는 CRe이고,
X1 내지 X5 중 적어도 하나는 N이고,
Ra 내지 Re는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 서로 인접하는 2 이상의 기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 방향족 탄화수소 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로 고리;를 형성하고,
[화학식 1-4]
상기 화학식 1-4에서,
T1 고리 및 T2 고리는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 방향족 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로 방향족 고리;이다. - 제1항에 있어서,
상기 화학식 1-3으로 표시되는 기가 하기 화학식 1-3-1, 1-3-2 및 1-3-3 중 어느 하나인 것인, 헤테로 고리 화합물:
[화학식 1-3-1]
[화학식 1-3-2]
[화학식 1-3-3]
상기 화학식 1-3-1, 1-3-2 및 1-3-3에서,
Rb 내지 Re는 상기 화학식 1-3에서 정의된 바와 같다. - 제1항에 있어서,
상기 화학식 1-4로 표시되는 기가 하기 화학식 1-4-1, 1-4-2 및 1-4-3 중 어느 하나인 것인, 헤테로 고리 화합물:
[화학식 1-4-1]
[화학식 1-4-2]
[화학식 1-4-3]
상기 화학식 1-4-1, 1-4-2 및 1-4-3에서,
R101 내지 R118은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 서로 인접하는 2 이상의 기가 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 방향족 고리; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로 고리;를 형성하고,
Z는 NR120, O 또는 S이고,
R120은 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
s 및 t는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 또는 2의 정수이다. - 제3항에 있어서,
상기 화학식 1-4-2로 표시되는 기가 하기 화학식 1-4-2-a, 1-4-2-b 및 1-4-2-c 중 어느 하나인 것인, 헤테로 고리 화합물:
[화학식 1-4-2-a]
[화학식 1-4-2-b]
[화학식 1-4-2-c]
상기 화학식 1-4-2-a, 1-4-2-b 및 1-4-2-c에서,
R109a 및 R109b는 상기 R109의 정의와 같고,
R101 내지 R104 및 R109 내지 R113은 상기 화학식 1-4-2에서 정의된 바와 같다. - 제3항에 있어서,
상기 화학식 1-4-3으로 표시되는 기가 하기 화학식 1-4-3-a 내지 1-4-3-f 중 어느 하나인 것인, 헤테로 고리 화합물:
[화학식 1-4-3-a]
[화학식 1-4-3-b]
[화학식 1-4-3-c]
[화학식 1-4-3-d]
[화학식 1-4-3-e]
[화학식 1-4-3-f]
상기 화학식 1-4-3-a 내지 1-4-3-f에서,
R114a 및 R114b는 상기 R114의 정의와 같고,
R101 내지 R104 및 R114 내지 R118은 상기 화학식 1-4-3에서 정의된 바와 같다. - 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물이 치환기로서 중수소를 포함하지 않거나, 수소 원자와 중수소 원자의 총수를 기준으로 중수소의 함량이 1% 내지 100%인, 헤테로 고리 화합물. - 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물은 하기 화합물들로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것인, 헤테로 고리 화합물:
- 제1 전극;
상기 제1전극과 대향하여 구비된 제2전극; 및
상기 제1전극과 제2전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층;을 포함하는 유기 발광 소자로서,
상기 유기물층 중 1층 이상은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 헤테로 고리 화합물을 포함하는 것인, 유기 발광 소자. - 제8항에 있어서,
상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 헤테로 고리 화합물을 포함하는 것인, 유기 발광 소자. - 제8항에 있어서,
상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 호스트 물질을 포함하며, 상기 호스트 물질은 상기 헤테로 고리 화합물을 포함하는 것인, 유기 발광 소자. - 제8항에 있어서,
상기 유기 발광 소자는 발광층, 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층, 전자수송층, 전지저지층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함하는 것인, 유기 발광 소자. - 제8항에 있어서,
상기 유기물층은 하기 화학식 2-1 또는 하기 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 추가로 포함하는 것인, 유기 발광 소자:
[화학식 2-1]
상기 화학식 2-1에서,
S101 내지 S103는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;이고,
[화학식 2-2]
상기 화학식 2-2에서,
L11 및 L12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기;이고,
Ar11 및 Ar12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;이고,
Q1 내지 Q14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로시클로알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
m 및 n은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이다. - 제12항에 있어서,
상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물이 치환기로서 중수소를 포함하지 않거나, 수소 원자와 중수소 원자의 총수를 기준으로 중수소의 함량이 1% 내지 100%인, 유기 발광 소자. - 제12항에 있어서,
상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물은 하기 화합물들로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것인, 유기 발광 소자:
- 제12항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물 중 적어도 하나는 치환기로서 중수소를 포함하지 않거나, 수소 원자와 중수소 원자의 총수를 기준으로 중수소의 함량이 1% 내지 100%인, 유기 발광 소자. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 하기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물을 포함하는, 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물:
[화학식 2-1]
상기 화학식 2-1에서,
S101 내지 S103는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;이고,
[화학식 2-2]
상기 화학식 2-2에서,
L11 및 L12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 단일결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기;이고,
Ar11 및 Ar12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;이고,
Q1 내지 Q14는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 시아노기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 알키닐기; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알콕시기; 치환 또는 비치환된 C3 내지 C60의 시클로알킬기; 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로시클로알킬기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
m 및 n은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이다. - 제16항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로 고리 화합물, 및 상기 화학식 2-1 또는 화학식 2-2로 표시되는 헤테로 고리 화합물의 중량비가 1:10 내지 10:1인 것인, 유기물층용 조성물.
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| KR1020210116531A KR20230033786A (ko) | 2021-09-01 | 2021-09-01 | 헤테로 고리 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자 및 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4356429A (en) | 1980-07-17 | 1982-10-26 | Eastman Kodak Company | Organic electroluminescent cell |
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