KR20230047236A - 헤테로고리 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자, 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물 및 유기 발광 소자의 제조 방법 - Google Patents

헤테로고리 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자, 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물 및 유기 발광 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 명세서는 헤테로고리 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자, 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물 및 유기 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.

Description

헤테로고리 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자, 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물 및 유기 발광 소자의 제조 방법{HETEROCYCLIC COMPOUND, ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE COMPRISING SAME, COMPOSITION FOR ORGANIC LAYER OF ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD OF ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICE}
본 명세서는 헤테로고리 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자, 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물 및 유기 발광 소자의 제조 방법에 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 본 명세서는 헤테로고리 화합물, 이를 포함하는 유기 발광 소자, 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물 및 유기 발광 소자의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
A는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이고,
L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로, 직접 결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이고,
R1 내지 R9는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 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; SiRR'R”; 또는 -P(=O)RR'이고,
Ar1은 -NRaRb; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 치환 또는 비치환되고, N을 1개 이상 포함하는 단환 또는 다환의 헤테로고리기이고,
a, m 및 n은 0 내지 4의 정수이고,
b는 0 내지 3의 정수이며, a, b, m 및 n이 2 이상인 경우 괄호 내 치환기는 서로 같거나 상이하고,
0 ≤ a+b ≤6이며,
상기 R, R', R", Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기이다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 1종 이상 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
또한, 본 출원의 다른 실시상태는, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 2종 포함하는 것인 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물을 제공한다.
마지막으로, 본 출원의 일 실시상태는, 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 포함하고, 상기 유기물층을 형성하는 단계는 본 출원에 따른 유기물층용 조성물을 이용하여 1층 이상의 유기물층을 형성하는 단계를 포함하는 것인 유기 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 명세서에 기재된 화합물은 유기발광소자의 유기물층 재료로서 사용할 수 있다. 상기 화합물은 유기발광소자에서 정공주입재료, 정공수송재료, 발광재료, 전자수송재료, 전자주입재료 등의 역할을 할 수 있다. 특히, 상기 화합물이 유기 발광 소자의 발광층 재료로 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 화합물을 1종 또는 1종 이상(2종)으로 발광 재료로 사용될 수도 있고, 발광층의 호스트 재료 또는 도펀트 재료로서 사용될 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 유기물층에 사용하는 경우 소자의 구동전압을 낮추고, 광효율을 향상시키며, 화합물의 열적 안정성에 의하여 소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물은 디벤조사이클로헵탄나프탈렌(Dibenzocycloheptanaphthalene)의 골격에 전자 수송(ET) 및 정공 수송(HT)의 특성을 가진 치환기를 도입하여 밴드갭(bandgap) 및 T1값 조절을 통해 n-host로써 우수한 효율을 갖는 것을 특징으로 하며, 유기 발광 소자의 발광층의 재료로서 사용될 수 있다. 이 경우, 소자의 구동전압을 낮추고, 광효율을 향상시키며, 화합물의 열적 안정성에 의하여 소자의 수명 특성을 특히 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 화합물이 유기발광소자의 발광재료로서 사용될 수 있으며, 화학식 1의 화합물은 바이폴라 호스트로 사용될 수 있어, 2 종의 조합으로 유기 발광 소자의 발광층에 적용될 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 발명에 있어서, “화학식 또는 화합물 구조에 치환기가 표시되지 않은 경우”는 탄소 원자에 수소 원자가 결합된 것을 의미한다. 다만, 중수소(2H, Deuterium), 삼중수소(3H, Tritium)는 수소의 동위원소이므로, 일부 수소 원자는 중수소 또는 삼중수소일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, “화학식 또는 화합물 구조에 치환기가 표시되지 않은 경우”는 치환기로 올 수 있는 위치가 모두 수소, 중수소 또는 삼중수소인 것을 의미할 수 있다. 즉, 중수소, 삼중수소의 경우 수소의 동위원소로, 일부의 수소 원자는 동위원소인 중수소, 삼중수소 일 수 있으며, 이 때 중수소 또는 삼중수소의 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%”, “삼중수소의 함량이 0%”, “수소의 함량이 100”, “치환기는 모두 수소” 등 중수소, 삼중수소를 명시적으로 배제하지 않는 경우에는 수소와 중수소, 삼중수소는 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. 마찬가지로 삼중수소의 원소기호는 T 또는 3H로 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,
Figure pat00002
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.
Figure pat00003
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 "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 중수소; 할로겐; 시아노기; 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-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, 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)R101R102로 표시되고, R101 및 R102는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 시클로알킬기; 아릴기; 및 헤테로고리기 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, -SiR104R105R106로 표시되고, R104 내지 R106은 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 시클로알킬기; 아릴기; 및 헤테로고리기 중 적어도 하나로 이루어진 치환기일 수 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, 하기 구조식이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
Figure pat00004
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 화합물을 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 치환기로 표시되지 않은 기; 또는 수소로 표시되는 기는 모두 중수소로 치환 가능한 것을 의미할 수 있다. 즉, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 수소; 또는 중수소는 서로 치환 가능한 상태임을 나타낼 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1의 헤테로고리 화합물의 중수소 함량은 0% 내지 100%일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1의 헤테로고리 화합물의 중수소 함량은 0% 내지 100%, 5% 내지 100%, 7% 내지 100%, 10% 내지 100%, 15% 내지 100%, 또는 20% 내지 100%일 수 있다.
일반적으로 수소로 결합된 화합물과 중수소로 치환된 화합물의 경우 열역학적인 거동에서 차이를 보인다. 이러한 이유는 중수소 원자의 질량이 수소에 비해 2배 크기 때문인데, 원자의 질량 차이로 인해 중수소의 경우 더 낮은 진동에너지를 갖는 특징이 있다. 또한, 탄소와 중수소의 결합 길이는 수소와의 결합에 비해 더 짧고 결합을 끊는데 사용되는 해리에너지(Dissociation energy)도 더 강하다. 왜냐하면 중수소의 반데르발스 반경이 수소보다 작아 탄소-중수소 사이 결합의 신장 진폭이 더 좁아지기 때문이다.
본원 발명의 화학식 1의 헤테로고리 화합물 중 중수소 치환된 화합물은 수소 치환된 화합물에 비해 바닥상태의 에너지가 더 낮아지는 특성이 있고, 탄소-중수소 사이의 결합길이가 짧아질수록 분자 중심의 부피(Molecular hardcore volume)는 줄어든다. 이로 인해 전기적 극성화도(Electroical polarizability)를 감소시킬 수 있으며, 분자간 상호작용(Intermolecular interaction)을 보다 약하게 만들어 소자 박막의 부피를 증가시킬 수 있다. 이러한 특성은 박막의 비결정성(Amorphous) 상태를 만들어 결정화도를 낮추는 효과를 유도한다. 따라서 화학식 1의 헤테로고리 화합물 중 중수소 치환은 OLED 소자 내열성 향상에 효과적일 수 있으며, 이로 인해 수명과 구동특성이 개선될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 화학식 8 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00005
[화학식 3]
Figure pat00006
[화학식 4]
Figure pat00007
[화학식 5]
Figure pat00008
[화학식 6]
Figure pat00009
[화학식 7]
Figure pat00010
[화학식 8]
Figure pat00011
상기 화학식 2 내지 8에 있어서,
R1 내지 R8, L1, L2, m, n, Ar1 및 A의 정의는 상기 화학식 1에서의 정의와 동일하고,
a1은 0 내지 4의 정수이고,
b1은 0 내지 2의 정수이며,
a2 및 b2는 0 내지 3의 정수이고,
a1, a2, b2가 2 이상의 정수이거나 b1이 2의 정수인 경우 괄호 내 치환기는 서로 같거나 상이하다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로, 직접 결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로, 직접 결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로, 직접 결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로, 직접 결합; C6 내지 C20의 아릴렌기; 또는 C2 내지 C20의 헤테로아릴렌기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로, 직접 결합; 또는 C6 내지 C20의 아릴렌기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로, 직접 결합; C6 내지 C10의 단환의 아릴렌기; 또는 C10 내지 C20의 다환의 아릴렌기;일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로, 직접 결합; 치환 또는 비치환된 페닐렌기; 치환 또는 비치환된 비페닐렌기; 또는 치환 또는 비치환된 나프탈렌기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로, 직접 결합; 페닐렌기; 비페닐렌기; 또는 나프탈렌기일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R9는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 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; SiRR’R”; 또는 -P(=O)RR'일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R9는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기; SiRR’R”; 또는 -P(=O)RR'일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R9는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 헤테로아릴기; SiRR’R”; 또는 -P(=O)RR'일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R9는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴기; SiRR’R”; 또는 -P(=O)RR'일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R9는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; C1 내지 C20의 알킬기; C6 내지 C20의 아릴기; C2 내지 C20의 헤테로아릴기; SiRR’R”; 또는 -P(=O)RR'일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R9는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 C6 내지 C20의 아릴기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R9는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 C6 내지 C10의 아릴기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R9는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 페닐기;일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R1 내지 R9는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 페닐기;일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, Ar1은 -NRaRb; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 치환 또는 비치환되고, N을 1개 이상 포함하는 단환 또는 다환의 헤테로고리기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ar1은 -NRaRb; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 치환 또는 비치환되고, N을 1개 이상 3개 이하로 포함하는 단환 또는 다환의 헤테로고리기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ar1은 -NRaRb; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 치환 또는 비치환되고, N을 1개 이상 3개 이하로 포함하는 단환 또는 다환의 C2 내지 C60의 헤테로고리기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ar1은 -NRaRb; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 치환 또는 비치환되고, N을 1개 이상 3개 이하로 포함하는 단환 또는 다환의 C2 내지 C40의 헤테로고리기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ar1은 -NRaRb; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 치환 또는 비치환되고, N을 1개 이상 3개 이하로 포함하는 단환 또는 다환의 C2 내지 C20의 헤테로고리기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ar1은 치환 또는 비치환되고, N을 1개 이상 포함하는 단환 또는 다환의 헤테로고리기이거나, 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00012
[화학식 1-2]
Figure pat00013
[화학식 1-3]
Figure pat00014
상기 화학식 1-1 내지 1-3에 있어서,
R11 내지 R18은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 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; SiRR’R”; 또는 -P(=O)RR’이거나, 서로 인접하는 2 이상의 기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 방향족 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 지방족 또는 방향족 헤테로 고리를 형성하며,
Ar2는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기이고,
c는 0 내지 3의 정수이며, c가 2 이상인 경우 괄호 내 치환기는 서로 같거나 상이하고,
R, R', R", Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ra 및 Rb는 본 발명에 따른 추가의 치환기로 더 치환될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, Ar1은 치환 또는 비치환되고, N을 1개 이상 포함하는 단환 또는 다환의 헤테로고리기이거나, 상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3중 어느 하나로 표시될 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ar1은 C6 내지 C60의 아릴기로 치환 또는 비치환되고, N을 1개 이상 3개 이하 포함하는 단환 또는 다환의 헤테로고리기이거나, 상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3중 어느 하나로 표시될 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ar1은 C6 내지 C60의 아릴기로 치환 또는 비치환된 피리딘기; C6 내지 C60의 아릴기로 치환 또는 비치환된 피리미딘기; C6 내지 C60의 아릴기로 치환 또는 비치환된 트리아진기; C6 내지 C60의 아릴기로 치환 또는 비치환된 퀴나졸린기; C6 내지 C60의 아릴기로 치환 또는 비치환된 퀴녹살린기; C6 내지 C60의 아릴기로 치환 또는 비치환된 벤조[4,5]티에노[3,2-d]피리미딘기; C6 내지 C60의 아릴기로 치환 또는 비치환된 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘기이거나, 상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3중 어느 하나로 표시될 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ar1은 페닐기, 비페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 피리딘기; 페닐기, 비페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 피리미딘기; 페닐기, 비페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 트리아진기; 페닐기, 비페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 퀴나졸린기; 페닐기, 비페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 퀴녹살린기; 페닐기, 비페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 벤조[4,5]티에노[3,2-d]피리미딘기; 페닐기, 비페닐기 또는 나프틸기로 치환 또는 비치환된 벤조퓨로[3,2-d]피리미딘기이거나, 상기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3중 어느 하나로 표시될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 Ar1의 치환 또는 비치환되고, N을 1개 이상 포함하는 단환 또는 다환의 헤테로고리기는 하기 화학식 1-4 내지 1-7 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-4]
Figure pat00015
[화학식 1-5]
Figure pat00016
[화학식 1-6]
Figure pat00017
[화학식 1-7]
Figure pat00018
상기 화학식 1-4 내지 1-7에 있어서,
X1 내지 X3은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로, N; 또는 CRa"이고, 적어도 하나는 N이며,
Y1은 O; 또는 S이고,
Ra" 및 R44 내지 R50은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, Ra" 및 R44 내지 R50은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ra" 및 R47 내지 R50은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ra" 및 R47 내지 R50은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 헤테로아릴기;이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ra" 및 R47 내지 R50은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; C1 내지 C40의 알킬기; C6 내지 C40의 아릴기; 또는 C2 내지 C40의 헤테로아릴기;이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ra" 및 R47 내지 R50은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 또는 중수소이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, R44 내지 R46은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기;이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R44 내지 R46은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 헤테로아릴기;이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R44 내지 R46은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴기;이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R44 내지 R46은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴기;이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R44 내지 R46은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R44 내지 R46은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 또는 C6 내지 C20의 아릴기이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R44 내지 R46은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 또는 치환 또는 비치환된 나프틸기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R44 내지 R46은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 페닐기; 비페닐기; 또는 나프틸기일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 헤테로아릴기이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴기이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 C1 내지 C20의 알킬기로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기; 치환 또는 비치환된 비페닐기; 치환 또는 비치환된 나프틸기; 또는 메틸기로 치환 또는 비치환된 플루오레닐기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 페닐기; 비페닐기; 나프틸기; 또는 디메틸플루오레닐기일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, R11 내지 R18은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 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; SiRR’R”; 또는 -P(=O)RR’이거나, 서로 인접하는 2 이상의 기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 방향족 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 지방족 또는 방향족 헤테로 고리를 형성할 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R11 내지 R18은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기이거나, 서로 인접하는 2 이상의 기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 방향족 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 지방족 또는 방향족 헤테로 고리를 형성할 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R11 내지 R18은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 또는 중수소;이거나, 서로 인접하는 2 이상의 기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 방향족 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 지방족 또는 방향족 헤테로 고리를 형성할 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R11 내지 R18은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 또는 중수소;이거나, 서로 인접하는 2 이상의 기는 서로 결합하여 C6 내지 C40의 방향족 탄화수소 고리 또는 C6 내지 C40의 아릴기로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 지방족 또는 방향족 헤테로 고리를 형성할 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R11 내지 R18은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 또는 중수소;이거나, 서로 인접하는 2 이상의 기는 서로 결합하여 C6 내지 C20의 방향족 탄화수소 고리 또는 C6 내지 C20의 아릴기로 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 지방족 또는 방향족 헤테로 고리를 형성할 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R11 내지 R18은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 또는 중수소;이거나, 서로 인접하는 2 이상의 기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 벤젠고리; 치환 또는 비치환된 벤조퓨란고리; 치환 또는 비치환된 벤조티오펜고리; 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 인돌고리;를 형성할 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R11 내지 R18은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 또는 중수소;이거나, 서로 인접하는 2 이상의 기는 서로 결합하여 벤젠고리; 벤조퓨란고리; 벤조티오펜고리; 또는 페닐기로 치환 또는 비치환된 인돌고리;를 형성할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1-2는 하기 화학식 1-2-1 내지 1-2-7 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
[화학식 1-2-1]
Figure pat00019
[화학식 1-2-2]
Figure pat00020
[화학식 1-2-3]
Figure pat00021
[화학식 1-2-4]
Figure pat00022
[화학식 1-2-5]
Figure pat00023
[화학식 1-2-6]
Figure pat00024
[화학식 1-2-7]
Figure pat00025
상기 화학식 1-2-1 내지 1-2-7에 있어서,
R21 내지 R30은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 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; SiRR’R”; 또는 -P(=O)RR’이고,
X는 O; S; 또는 NRc이며,
Rc, R, R'및 R"는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기이고,
d, e 및 g는 0 내지 4의 정수이고,
f는 0 내지 3의 정수이며,
h는 0 내지 2의 정수이고,
d, e, f, g가 2 이상이거나, h가 2인 경우, 괄호 내 치환기는 서로 같거나 상이하다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, R21 내지 R30은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 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; SiRR’R”; 또는 -P(=O)RR’이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R21 내지 R30은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기; SiRR’R”; 또는 -P(=O)RR’이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, R21 내지 R30은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 또는 중수소이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, Rc는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Rc는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C40의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 헤테로아릴기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Rc는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20의 헤테로아릴기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Rc는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20의 아릴기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Rc는 C6 내지 C20의 아릴기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Rc는 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, Rc는 페닐기일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, A는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, A는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C40의 헤테로아릴렌기이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, A는 C2 내지 C40의 헤테로아릴렌기이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, A는 C2 내지 C20의 헤테로아릴렌기이다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, A는 하기 구조식 중 어느 하나로 표시될 수 있다.
Figure pat00026
상기 구조식에 있어서,
Xa는 O; 또는 S이고,
Figure pat00027
는 화학식 1의
Figure pat00028
와 연결되는 위치를 의미하고,
Figure pat00029
는 화학식 1의
Figure pat00030
와 연결되는 위치를 의미하며,
상기 구조식 내의 중수소 함량은 0% 내지 100%이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 R, R', 및 R"은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 R, R', 및 R"은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 아릴기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 R, R', 및 R"은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 R, R', 및 R"은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 C1 내지 C60의 알킬기; 또는 C6 내지 C60의 아릴기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 R, R', 및 R"은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 메틸기; 또는 페닐기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 R, R', 및 R"은 치환 또는 비치환된 페닐기일 수 있다.
또 다른 일 실시상태에 있어서, 상기 R, R', 및 R"은 페닐기일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화합물 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로고리 화합물을 제공한다.
Figure pat00031
Figure pat00032
Figure pat00033
Figure pat00034
Figure pat00035
Figure pat00036
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
Figure pat00040
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Figure pat00042
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Figure pat00044
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Figure pat00049
Figure pat00050
Figure pat00051
Figure pat00052
Figure pat00053
Figure pat00054
Figure pat00055
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 화합물은 유리 전이 온도(Tg)가 높아 열적 안정성이 우수하다. 이러한 열적 안정성의 증가는 소자에 구동 안정성을 제공하는 중요한 요인이 된다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 1종 이상 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 1종 이상 3종 이하 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 1종 이상 2종 이하 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 화합물이 유기발광소자의 발광재료로서 사용될 수 있으며, 화학식 1의 헤테로고리 화합물은 바이폴라 호스트로 사용될 수 있다.
상기 바이폴라 호스트라는 것은 양극성의 특징을 갖고 있는 화합물로써 함께 조합되는 화합물의 특징이 P-타입이라면 바이폴라 호스트는 N-타입으로 작용될 수 있고, 함께 조합되는 화합물의 특징이 N-타입이라면 바이폴라 호스트는 P-타입으로 역할을 하는 화합물을 의미한다.
본 출원에 따른 화학식 1의 헤테로고리 화합물은 바이폴라 호스트로 사용되는 것으로, 양극성의 특징을 갖고 있어 정공과 전자에 대한 전기적 안정성을 갖는다는 특징이 있고, 이로 인해 정공, 전자의 주입 및 수송에도 유용한 특징을 갖게 된다.
특히, 본 출원에 따른 유기 발광 소자에 적용되는 화학식 1의 헤테로고리 화합물의 경우, Ar1의 치환기의 종류에 따라 N-타입 또는 P-타입으로 구분될 수 있으며, 적절한 조합에 의하여 상기 화학식 1의 헤테로고리 화합물을 2종 포함하는 유기 발광 소자를 제작할 수 있다.
치환기의 종류에 따라 N-타입 또는 P-타입으로 구분될 수 있으나, N-타입과 P-타입은 상대적 개념으로 단순히 나눌수 없다. 하지만, 본 출원의 하나의 실시상태에 따라 나누는 경우, 본원 화학식 2 내지 8에 화학식 1-3 내지 1-7만 결합되어 있을 경우 N-타입으로 사용되었고 1-1 내지 1-3만 결합되어 있을 경우 P-타입으로 사용될 수 있다. 또한 화학식 1-2-1 내지 1-2-7 이 결합되었을 경우 위에서 사용된 N -타입과 조합시 P-타입으로 사용되었으며 반대로 P-타입과 조합시는 N-타입으로 사용될 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물 2종을 동시에 유기 발광 소자의 유기물층에 포함하는 경우 더 우수한 효율 및 수명 효과를 보인다. 이 결과는 두 화합물을 동시에 포함하는 경우 엑시플렉스(exciplex) 현상이 일어남을 예상할 수 있다.
상기 엑시플렉스(exciplex) 현상은 두 분자간 전자 교환으로 donor(p-host)의 HOMO level, acceptor(n-host) LUMO level 크기의 에너지를 방출하는 현상이다. 두 분자간 엑시플렉스(exciplex) 현상이 일어나면 Reverse Intersystem Crossing(RISC)이 일어나게 되고 이로 인해 형광의 내부양자 효율이 100%까지 올라갈 수 있다. 정공 수송 능력이 좋은 donor(p-host)와 전자 수송 능력이 좋은 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.
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 헤테로고리은 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 1로 표시되는 화합물은 녹색 유기 발광 소자의 재료로 사용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 적색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 적색 유기 발광 소자의 재료로 사용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 청색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1에 따른 헤테로고리은 청색 유기 발광 소자의 발광층 재료로 사용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 녹색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 녹색 유기 발광 소자의 발광층 재료로 사용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 적색 유기 발광 소자일 수 있으며, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 적색 유기 발광 소자의 발광층 재료로 사용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 1종 또는 2종 포함하고, 인광 도펀트와 함께 사용할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 1종 또는 2종 포함하고 이리듐계 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.
여기서, L, L', L", X' 및 X"는 서로 상이한 2좌 배위자이고, M은 8 면상 착체를 형성하는 금속이다.
M은 이리듐, 백금, 오스뮴 등이 될 수 있다.
L은 sp2 탄소 및 헤테로 원자에 의하여 상기 이리듐계 도펀트로 M에 배위되는 음이온성 2좌 배위자이고, X는 전자 또는 정공을 트랩하는 기능을 할 수 있다. L의 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.
더욱 구체적인 예를 하기에 표시하나, 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00056
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 이리듐계 도펀트로는 녹색 인광 도펀트로 Ir(ppy)3이 사용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 이리듐계 도펀트로는 적색 인광 도펀트로 Ir(piq)2(acac)이 사용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 도펀트의 함량은 발광층 전체를 기준으로 1% 내지 15%, 바람직하게는 3% 내지 10%, 더욱 바람직하게는 5% 내지 10%의 함량을 가질 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물에 대한 구체적인 내용은 전술한 바와 동일하다.
본 발명의 유기 발광 소자는 전술한 헤테로고리 화합물을 이용하여 한 층 이상의 유기물층을 형성하는 것을 제외하고는, 통상의 유기 발광 소자의 제조방법 및 재료에 의하여 제조될 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.
본 발명의 유기 발광 소자의 유기물층은 단층 구조로 이루어질 수도 있으나, 2층 이상의 유기물층이 적층된 다층 구조로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 유기 발광 소자는 유기물층으로서 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 그러나, 유기 발광 소자의 구조는 이에 한정되지 않고 더 적은 수의 유기물층을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 이리듐계 도펀트로는 녹색 인광 도펀트로 Ir(ppy)3이 사용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자의 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 헤테로고리 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 유기 발광 소자의 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 호스트 물질을 포함하며, 상기 호스트 물질은 상기 헤테로고리 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 전자주입층 또는 전자수송층을 포함하고, 상기 전자주입층 또는 전자수송층은 상기 헤테로고리 화합물을 포함할 수 있다.
또 다른 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 전자저지층 또는 정공저지층을 포함하고, 상기 전자저지층 또는 정공저지층은 상기 헤테로고리 화합물을 포함할 수 있다.
또 다른 유기 발광 소자에서, 상기 유기물층은 전자수송층, 발광층 또는 정공저지층을 포함하고, 상기 전자수송층, 발광층 또는 정공저지층은 상기 헤테로 고리 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 유기 발광 소자는 발광층, 정공주입층, 정공수송층. 전자주입층, 전자수송층, 전자차단층 및 정공차단층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함할 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 있어서, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물 2종을 포함하는 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물을 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층용 조성물 내 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물 2 종은 화학식 1의 화합물(N-타입 헤테로고리 화합물) 및 화학식 1의 화합물(P-타입 헤테로고리 화합물)로 표시될 수 있다.
상기 조성물 내 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물(N-타입 헤테로고리 화합물) : 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물(P-타입 헤테로고리 화합물)의 중량비는 1 : 10 내지 10 : 1일 수 있으며, 1 : 8 내지 8 : 1일 수 있고, 1 : 5 내지 5 : 1 일 수 있으며, 1 : 2 내지 2 : 1일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 조성물은 유기 발광 소자의 유기물 형성시 이용할 수 있고, 특히 발광층의 호스트 형성시 보다 바람직하게 이용할 수 있다.
상기 조성물은 둘 이상의 화합물이 단순 혼합되어 있는 형태이며, 유기 발광 소자의 유기물층 형성 전에 파우더 상태의 재료를 혼합할 수도 있고, 적정 온도 이상에서 액상 상태로 되어있는 화합물을 혼합할 수 있다. 상기 조성물은 각 재료의 녹는점 이하에서는 고체 상태이며, 온도를 조정하면 액상으로 유지할 수 있다.
상기 조성물은 추가로 용매, 첨가제 등 당 기술분야에 공지된 재료들이 추가로 포함될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 유기 발광 소자는 전술한 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물을 1종 또는 2종 이상 이용하여 한 층 이상의 유기물층을 형성하는 것을 제외하고는, 통상의 유기 발광 소자의 제조방법 및 재료에 의하여 제조될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 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 포함하고, 상기 유기물층을 형성하는 단계는 본 출원의 일 실시상태에 따른 유기물층용 조성물을 이용하여 1층 이상의 유기물층을 형성하는 단계를 포함하는 것인 유기 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층을 형성하는 단계는 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물 2종을 혼합(pre-mixed)하여 열 진공 증착 방법을 이용하여 형성하는 것인 유기 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
상기 예비 혼합(pre-mixed)은 상기 화학식 1의 화합물(N-타입 헤테로고리 화합물) 및 화학식 1의 화합물(P-타입 헤테로고리 화합물)을 유기물층에 증착하기 전 먼저 재료를 섞어서 하나의 공원에 담아 혼합하는 것을 의미한다.
예비 혼합된 재료는 본 출원의 일 실시상태에 따른 유기물층용 조성물로 언급될 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](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 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. 이 때, 2 이상의 발광 재료를 개별적인 공급원으로 증착하여 사용하거나, 예비혼합하여 하나의 공급원으로 증착하여 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.
발광 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 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 1의 제조
Figure pat00057
화합물 1-2의 제조
1-1 (A) (20g, 0.071mol, 1eq), 4,4,4',4',5,5,5',5'-옥타메틸-2,2'-비(1,3,2-디옥사보로란)(4,4,4',4',5,5,5',5'-octamethyl-2,2'-bi(1,3,2-dioxaborolane)) (27g, 0.107mol, 1.5eq), KOAc (21g, 0.213mol, 3eq), Pd(dppf)Cl2 (2.6g, 0.004mol, 0.05eq)에 1,4-다이옥세인(1,4-Dioxane) (200ml) 넣고 100℃에서 8h 교반하였다. 물 넣어 반응을 종결시킨 후 MC와 물을 이용하여 추출하였다. 그 후 MgSO4로 수분을 제거하였다. 실리카겔(Silicagel) 컬럼으로 분리하여 화합물 1-2 16g을 69%의 수율로 얻었다.
화합물 1-3의 제조
1-2 (16g, 0.049mol, 1eq), 2-클로로-4,6-디페닐-1,3,5-트리아진(2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine) (B) (14.3g, 0.054mol, 1.1eq), K2CO3 (20g, 0.146mol, 3eq), Pd(PPh3)4 (2.8g, 0.002mol, 0.05eq)에 1,4-Dioxane (320ml), H2O (80ml) 넣고 100℃에서 8h 교반하였다. 물 넣어 반응을 종결시킨 후 MC와 물을 이용하여 추출하였다. 그 후 MgSO4로 수분을 제거하였다. 실리카겔(Silicagel) 컬럼으로 분리하여 화합물 1-3 15g을 71%의 수율로 얻었다.
화합물 1-4의 제조
1-3 (15g, 0.035mol, 1eq), 4,4,4',4',5,5,5',5'-옥타메틸-2,2'-비(1,3,2-디옥사보로란)(4,4,4',4',5,5,5',5'-octamethyl-2,2'-bi(1,3,2-dioxaborolane)) (13g, 0.052mol, 1.5eq), KOAc (10g, 0.104mol, 3eq), Pd(dba)2 (1g, 0.002mol, 0.05eq), P(Cy)3 (1g, 0.003mol, 0.1eq)에 1,4-Dioxane (150ml)을 넣고 100℃에서 8h 교반하였다. 물 넣어 반응을 종결시킨 후 MC와 물을 이용하여 추출하였다. 그 후 MgSO4로 수분을 제거하였다. 실리카겔(Silicagel) 컬럼으로 분리하여 화합물 1-4 14g을 77%의 수율로 얻었다.
화합물 1의 제조
1-4 (7g, 0.013mol, 1eq), 3-브로모디벤조[4,5:6,7]사이클로헵타[1,2,3-데]나프탈렌(3-bromodibenzo[4,5:6,7]cyclohepta[1,2,3-de]naphthalene) (C) (5.2g, 0.015mol, 1.1eq), K2CO3 (5.5g, 0.040mol, 3eq), Pd(PPh3)4 (0.8g, 0.0007mol, 0.05eq)에 1,4-Dioxane (140ml), H2O (35ml) 넣고 100℃에서 6h 교반하였다. 물 넣어 반응을 종결시킨 후 MC와 물을 이용하여 추출하였다. 그 후 MgSO4로 수분을 제거하였다. 실리카겔(Silicagel) 컬럼으로 분리하여 화합물 1 7g을 78%의 수율로 얻었다.
[ 제조예 2] 화합물 470의 제조
Figure pat00058
화합물 470-2의 제조
470-1 (A) (15g, 0.053mol, 1eq), 디([1,1'-비페닐]-4-일)아민(di([1,1'-biphenyl]-4-yl)amine) (B) (27g, 0.107mol, 1.5eq), NaOt-Bu (7.7g, 0.08mol, 1.5eq), Pd2(dba)3 (2.4g, 0.003mol, 0.05eq), P(t-bu)3 (1.1g, 0.005mol, 0.1eq)에 1,4-Dioxane (200ml) 넣고 100℃에서 12h 교반하였다. 물 넣어 반응을 종결시킨 후 MC와 물을 이용하여 추출하였다. 그 후 MgSO4로 수분을 제거하였다. 실리카겔(Silicagel) 컬럼으로 분리하여 화합물 470-2 14g을 50%의 수율로 얻었다.
화합물 470-3의 제조
470-2 (14g, 0.027mol, 1eq), 4,4,4',4',5,5,5',5'-옥타메틸-2,2'-비(1,3,2-디옥사보로란)(4,4,4',4',5,5,5',5'-octamethyl-2,2'-bi(1,3,2-dioxaborolane)) (10g, 0.040mol, 1.5eq), KOAc (7.9g, 0.08mol, 3eq), Pd(dba)2 (0.7g, 0.001mol, 0.05eq), P(Cy)3 (0.7g, 0.003mol, 0.1eq)에 1,4-Dioxane (140ml)을 넣고 100℃에서 8h 교반하였다. 물 넣어 반응을 종결시킨 후 MC와 물을 이용하여 추출하였다. 그 후 MgSO4로 수분을 제거하였다. 실리카겔(Silicagel) 컬럼으로 분리하여 화합물 470-3 13g을 79%의 수율로 얻었다.
화합물 470의 제조
470-3 (8g, 0.013mol, 1eq), 3-브로모디벤조[4,5:6,7]사이클로헵타[1,2,3-데]나프탈렌(3-bromodibenzo[4,5:6,7]cyclohepta[1,2,3-de]naphthalene) (C) (5.2g, 0.015mol, 1.1eq), K2CO3 (5.5g, 0.040mol, 3eq), Pd(PPh3)4 (0.8g, 0.0007mol, 0.05eq)에 1,4-Dioxane (140ml), H2O (35ml) 넣고 100℃에서 6h 교반하였다. 물 넣어 반응을 종결시킨 후 MC와 물을 이용하여 추출하였다. 그 후 MgSO4로 수분을 제거하였다. 실리카겔(Silicagel) 컬럼으로 분리하여 화합물 470 6g을 60%의 수율로 얻었다.
[ 제조예 3] 화합물 16의 제조
Figure pat00059
화합물 16-2의 제조
16-1 (A) (12g, 0.060mol, 1eq), 디벤조[4,5:6,7]사이클로헵타[1,2,3-데]나프탈렌-2-일보론산(dibenzo[4,5:6,7]cyclohepta[1,2,3-de]naphthalen-2-ylboronic acid) (B) (21g, 0.067mol, 1.1eq), K2CO3 (7.7g, 0.12mol, 2eq), Pd(PPh3)4 (3.5g, 0.003mol, 0.05eq)에 1,4-Dioxane (120ml), H2O (40ml) 넣고 100℃에서 12h 교반하였다. 물 넣어 반응을 종결시킨 후 MC와 물을 이용하여 추출하였다. 그 후 MgSO4로 수분을 제거하였다. 실리카겔(Silicagel) 컬럼으로 분리하여 화합물 16-2 14g을 52%의 수율로 얻었다.
화합물 16의 제조
16-2 (14g, 0.032mol, 1eq), 11H-벤조[a]카바졸(11H-benzo[a]carbazole) (7.6g, 0.035mol, 1.1eq), NaOt-Bu (4.6g, 0.048mol, 1.5eq), Pd2(dba)3 (1.5g, 0.002mol, 0.05eq), P(t-Bu)3 (0.7g, 0.003mol, 0.1eq)에 Toluene (140ml) 을 넣고 100℃에서 8h 교반하였다. 물 넣어 반응을 종결시킨 후 MC와 물을 이용하여 추출하였다. 그 후 MgSO4로 수분을 제거하였다. 실리카겔(Silicagel) 컬럼으로 분리하여 화합물 16 11g을 56%의 수율로 얻었다.
[ 제조예 4] 화합물 314의 제조
Figure pat00060
화합물 314의 제조
13 (9g, 0.013mol, 1eq), TfOH (3g, 0.020mol, 1.5eq), D6-Benzene (90ml)을 넣은 후 100℃에서 8시간동안 교반하였다. 물을 넣어 반응을 종결시킨 후 MC와 물을 이용하여 추출하였다. 그 후 MgSO4로 수분을 제거하였다. 실리카겔(Silicagel) 컬럼으로 분리하여 화합물 314 7g을 75%의 수율로 얻었다.
상기 제조예 1 내지 3에서 (A), (B), (C) 대신 하기 표 1의 중간체 A, B, C를 사용하여 동일한 방법으로 화합물을 합성하였다.
Figure pat00061
Figure pat00062
Figure pat00063
Figure pat00064
상기 제조예들과 같은 방법으로 화합물을 제조하고, 그 합성확인결과를 표 2 및 표 3에 나타내었다. 표 2는 1H NMR(CDCl3, 200Mz)의 측정값이고, 표 3은 FD-질량분석계(FD-MS: Field desorption mass spectrometry)의 측정값이다.
화합물 1H NMR(CDCl3, 200Mz)
1 δ= 8.42(4H, m), 8.28(4H, m), 8.10(4H, m), 8.00(1H, d), 7.81(5H, m), 7.59(11H, m)
16 δ= 8.51(7H, m), 8.16(12H, m), 7.80(1H, t), 7.59(5H, m), 7.23(2H, m)
36 δ= 8.55(1H, d), 8.45(6H, m), 7.99(12H, m), 7.80(1H, t), 7.52(5H, m), 7.25(2H, m)
46 δ= 8.42(2H, m), 8.19(10H, m), 7.95(1H, d), 7.64(8H, m), 7.48(7H, m), 7.19(1H, d)
63 δ= 8.55(1H, d), 8.42(4H, m), 8.20(5H, m), 8.10(4H, m), 7.95(1H, d), 7.71(5H, m), 7.55(9H, m)
98 δ= 8.54(3H, m), 8.42(4H, m), 8.16(6H, m), 7.95(2H, m), 7.80(3H, m), 7.63(7H, m), 7.25(2H, m)
105 δ= 8.42(2H, m), 8.19(10H, m), 7.95(1H, d), 7.64(7H, m), 7.48(8H, m), 7.19(1H, d)
124 δ= 8.42(2H, m), 8.28(10H, m), 7.95(1H, d), 7.81(7H, m), 7.38(9H, m)
147 δ= 8.42(2H, m), 8.16(10H, m), 7.79(7H, m), 7.53(10H, m)
161 δ= 9.09(1H, s), 8.49(6H, m), 8.23(3H, m), 7.92(12H, m), 7.59(8H, m), 7.41(1H, t)
183 δ= 8.42(4H, m), 8.28(4H, m), 8.10(4H, m), 8.00(2H, m), 7.81~7.41(17H, m), 7.25(2H, m)
186 δ= 8.55(1H, d), 8.42(2H, m), 8.16(11H, m), 7.71~7.41(16H, m), 7.19(1H, d)
212 δ= 8.55(1H, d), 8.42(4H, m), 8.20(1H, d), 8.10(4H, m), 7.95(1H, d), 7.71(11H, m), 7.55(3H, m), 7.32(3H, m)
229 δ= 8.42(2H, m), 8.23(9H, m), 7.62(10H, m), 7.48(8H, m) 7.19(1H, d)
250 δ= 8.42(2H, m), 8.19(6H, m), 7.95(2H, m), 7.80~7.41(21H, m), 7.19(1H, d)
262 δ= 8.42(2H, m), 8.08(11H, m), 7.94(1H, d), 7.82(3H, m), 7.70(3H, m), 7.56(13H, m)
284 δ= 8.55(2H, m), 8.42(2H, m), 8.28(10H, m), 8.01(3H, m), 7.75~7.41(17H, m), 7.19(1H, d)
287 δ= 8.42(4H, m), 8.28(4H, m), 8.00(9H, m), 7.75(1H, d), 7.65~7.41(13H, m)
308 δ= 8.55(2H, m), 8.42(4H, m), 8.20(5H, m), 8.08(5H, m), 7.95(1H, d), 7.75(2H, m), 7.55(12H, m)
314 δ= -
337 δ= 8.55(1H, d), 8.42(4H, m), 8.16(6H, m), 7.87(4H, m), 7.55(7H, m), 7.40(5H, m)
345 δ= 8.42(2H, m), 8.10(10H, m), 7.89(2H, m), 7.68(5H, m), 7.48(9H, m), 7.19(1H, d)
470 δ= 8.55(1H, d), 8.42(4H, m), 8.20(1H, d), 8.10(4H, m), 7.95(2H, m), 7.79(2H, d), 7.64(1H, s), 7.55(15H, m), 7.13(1H, t), 7.02(1H, d), 6.69(4H, m), 6.33(1H, d)
476 δ= 8.42(4H, m), 8.10(4H, m), 7.99(2H, m), 7.89(1H, d), 7.65~7.38(21H, m), 7.07(1H, s), 6.69(4H, m)
478 δ= 8.42(2H, m), 8.16(6H, m), 7.87(1H, d), 7.67~7.38(13H, m), 7.20(3H, m), 6.75(2H, m), 6.63(3H, m), 6.33(1H, d), 1,72(6H, s)
500 δ= -
화합물 FD-MS 화합물 FD-MS
1 m/z=675.23 229 m/z=674.24
16 m/z=621.22 250 m/z=724.25
36 m/z=677.19 262 m/z=767.24
46 m/z=675.23 284 m/z=801.28
63 m/z=675.23 287 m/z=725.25
98 m/z=621.22 308 m/z=725.25
105 m/z=675.23 314 m/z=704.41
124 m/z=675.23 337 m/z=661.22
147 m/z=675.23 345 m/z=675.23
161 m/z=741.22 470 m/z=763.29
183 m/z=751.26 476 m/z=763.29
186 m/z=725.25 478 m/z=727.29
212 m/z=688.22 500 m/z=719.46
< 실험예 1>-유기 발광 소자의 제작
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 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 적색 호스트로 하기 표 4에 기재된 화합물 단일 또는 두 종을 하나의 공급원에서 증착하였고, 적색 인광 도펀트로 (piq)2(Ir)(acac)을 사용하여 호스트에 Ir 화합물을 3 wt% 도핑하여 400Å 증착하였다. 이후 정공 저지층으로 Bphen를 30Å 증착하였으며, 그 위에 전자 수송층으로 Alq3 를 250Å 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 전계 발광 소자를 제조하였다.
한편, OLED 소자 제작에 필요한 모든 유기 화합물은 재료 별로 각각 10-6~10-8torr 하에서 진공 승화 정제하여 OLED 제작에 사용하였다. 상기와 같이 제작된 유기 전계 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 표 4와 같았다.
화합물 구동전압
(V)		 발광효율
(cd/A)		 CIE
(x, y)		 수명
(T90)
실시예 1 1 5.0 52.8 (0.68, 0.32) 132
실시예 2 16 5.4 48.6 (0.68, 0.32) 101
실시예 3 36 5.5 48.4 (0.68, 0.32) 104
실시예 4 46 5.1 52.2 (0.68, 0.32) 131
실시예 5 63 5.1 51.3 (0.68, 0.32) 135
실시예 6 98 5.5 48.9 (0.68, 0.32) 103
실시예 7 105 5.1 51.5 (0.68, 0.32) 128
실시예 8 124 5.0 51.2 (0.68, 0.32) 126
실시예 9 147 5.1 52.4 (0.68, 0.32) 130
실시예 10 161 5.1 52.0 (0.68, 0.32) 139
실시예 11 183 5.0 51.1 (0.68, 0.32) 128
실시예 12 186 5.1 51.3 (0.68, 0.32) 122
실시예 13 212 5.1 52.4 (0.68, 0.32) 134
실시예 14 229 5.1 52.6 (0.68, 0.32) 122
실시예 15 250 5.0 51.3 (0.68, 0.32) 126
실시예 16 262 5.0 51.7 (0.68, 0.32) 125
실시예 17 284 5.2 52.8 (0.68, 0.32) 119
실시예 18 287 5.2 52.0 (0.68, 0.32) 120
실시예 19 308 5.1 52.6 (0.68, 0.32) 124
실시예 20 314 5.0 51.8 (0.68, 0.32) 121
실시예 21 337 5.5 48.2 (0.68, 0.32) 100
실시예 22 345 5.0 51.9 (0.68, 0.32) 127
비교예 1 H1 5.7 44.5 (0.68, 0.32) 84
비교예 2 H2 5.8 42.4 (0.68, 0.32) 79
비교예 3 H3 5.7 43.7 (0.68, 0.32) 77
비교예 4 H4 6.0 40.6 (0.68, 0.32) 70
비교예 5 H5 5.8 44.8 (0.68, 0.32) 85
비교예 6 H6 8.4 12.6 (0.68, 0.32) 12
Figure pat00065
상기 표 4의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 호스트 재료를 이용한 유기 발광 소자는 비교예에 비해 구동 전압이 낮고, 발광효율 및 수명이 현저히 개선되었음을 확인할 수 있었다. 본 출원에 따른 헤테로고리 화합물은 열 안정성이 높으면서도, 유기 발광 소자의 발광층에 사용하기에 적절한 분자량과 밴드갭을 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 헤테로고리 화합물은 다른 위치에 치환된 화합물보다 도판트에서 일어나는 정공 저지 현상을 해소시켜 위의 소자평가에서 알 수 있듯이 비교예보다 본 발명의 화합물이 구동, 효율, 수명 모든 면에서 우수함을 가져다 주었다고 판단된다.
< 실험예 2>-유기 발광 소자의 제작
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 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), 정공 수송층 NPB(N,N′-Di(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl-(1,1′-biphenyl)-4,4′-diamine) 및 전자 저지층 TAPC(cyclohexylidenebis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine] 또는 여기자 저지층 TCTA(Tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine)을 형성시켰다
그 위에 발광층을 다음과 같이 열 진공 증착시켰다. 발광층은 적색 호스트로 하기 표 5에 기재된 화합물 단일 또는 두 종을 하나의 공급원에서 증착하였고, 적색 인광 도펀트로 (piq)2(Ir)(acac)을 사용하여 호스트에 Ir 화합물을 3 wt% 도핑하여 400Å 증착하였다. 이후 정공 저지층으로 Bphen를 30Å 증착하였으며, 그 위에 전자 수송층으로 TPBI 를 250Å 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 전계 발광 소자를 제조하였다.
한편, OLED 소자 제작에 필요한 모든 유기 화합물은 재료 별로 각각 10-6~10-8torr 하에서 진공 승화 정제하여 OLED 제작에 사용하였다. 상기와 같이 제작된 유기 전계 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 표 5와 같았다.
화합물 비율
(P/N)		 구동전압
(V)		 발광효율
(cd/A)		 CIE
(x, y)		 수명
(T90)
실시예 23 470 : 1 1:3 4.7 52.1 (0.68, 0.32) 138
실시예 24 470 : 1 1:2 4.7 53.7 (0.68, 0.32) 138
실시예 25 470 : 1 1:1 4.6 53.8 (0.68, 0.32) 150
실시예 26 470 : 1 2:1 4.7 53.2 (0.68, 0.32) 147
실시예 27 470 : 1 3:1 4.8 52.9 (0.68, 0.32) 140
실시예 28 470 : 46 1:1 4.8 51.3 (0.68, 0.32) 136
실시예 29 470 : 63 1:1 4.8 52.7 (0.68, 0.32) 141
실시예 30 476 : 98 1:1 4.7 51.8 (0.68, 0.32) 142
실시예 31 476 : 105 1:1 4.7 54.6 (0.68, 0.32) 128
실시예 32 476 : 124 1:1 4.9 50.1 (0.68, 0.32) 132
실시예 33 478 : 147 1:1 4.8 52.3 (0.68, 0.32) 133
실시예 34 478 : 161 1:1 4.8 52.9 (0.68, 0.32) 137
실시예 35 500 : 183 1:1 4.7 54.7 (0.68, 0.32) 149
실시예 36 500 : 186 1:1 4.7 54.2 (0.68, 0.32) 148
실시예 37 500 : 212 1:1 4.6 54.8 (0.68, 0.32) 141
실시예 38 16 : 229 1:1 4.6 54.1 (0.68, 0.32) 133
실시예 39 16 : 250 1:1 4.6 53.9 (0.68, 0.32) 137
실시예 40 36 : 262 1:1 4.7 53.1 (0.68, 0.32) 140
실시예 41 36 : 284 1:1 4.6 52.8 (0.68, 0.32) 136
실시예 42 98 : 287 1:1 4.7 52.9 (0.68, 0.32) 139
실시예 43 98: 308 1:1 4.6 52.4 (0.68, 0.32) 143
실시예 44 337 : 314 1:1 4.7 53.0 (0.68, 0.32) 139
실시예 45 337 : 314 1:1 4.6 53.3 (0.68, 0.32) 148
실시예 46 16 : 345 1:1 4.6 53.4 (0.68, 0.32) 134
실시예 47 500 : 314 1:1 4.6 53.1 (0.68, 0.32) 147
비교예 7 16 : H1 1:1 5.3 45.3 (0.68, 0.32) 81
비교예 8 98 : H2 1:1 5.4 43.4 (0.68, 0.32) 77
비교예 9 470 : H3 1:1 5.4 41.2 (0.68, 0.32) 80
비교예 10 478 : H4 1:1 5.7 40.5 (0.68, 0.32) 62
비교예 11 500 : H5 1:1 5.3 46.2 (0.68, 0.32) 89
비교예 12 16 : H5 1:1 5.9 39.5 (0.68, 0.32) 71
비교예 13 H6 : 98 1:1 5.8 40.7 (0.68, 0.32) 76
Figure pat00066
상기 표 5의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 헤테로고리 화합물을 N 타입 host로 사용하고 P타입 host와 혼합하여 증착하는 경우, 유기 발광 소자의 구동, 효율, 수명이 개선됨을 확인할 수 있었다. 정공 수송 능력이 좋은 donor(p-host)와 전자 수송 능력이 좋은 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. 이는 적절한 전자 전달 특성을 갖는 N타입 Host화합물과 적절한 정공 전달 특성을 갖는 P타입 Host화합물을 알맞은 비율로 조합할 경우 구동 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

Claims (13)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00067

    상기 화학식 1에 있어서,
    A는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이고,
    L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로, 직접 결합; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴렌기이고,
    R1 내지 R9는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 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; SiRR'R”; 또는 -P(=O)RR'이고,
    Ar1은 -NRaRb; 치환 또는 비치환된 카바졸기; 또는 치환 또는 비치환되고, N을 1개 이상 포함하는 단환 또는 다환의 헤테로고리기이고,
    a, m 및 n은 0 내지 4의 정수이고,
    b는 0 내지 3의 정수이며, a, b, m 및 n이 2 이상인 경우 괄호 내 치환기는 서로 같거나 상이하고,
    0 ≤ a+b ≤6이며,
    상기 R, R', R", Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기이다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1의 헤테로고리 화합물의 중수소 함량은 0% 내지 100%인 것인 헤테로고리 화합물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 2 내지 화학식 8 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로고리 화합물:
    [화학식 2]
    Figure pat00068

    [화학식 3]
    Figure pat00069

    [화학식 4]
    Figure pat00070

    [화학식 5]
    Figure pat00071

    [화학식 6]
    Figure pat00072

    [화학식 7]
    Figure pat00073

    [화학식 8]
    Figure pat00074

    상기 화학식 2 내지 8에 있어서,
    R1 내지 R8, L1, L2, m, n, Ar1 및 A의 정의는 상기 화학식 1에서의 정의와 동일하고,
    a1은 0 내지 4의 정수이고,
    b1은 0 내지 2의 정수이며,
    a2 및 b2는 0 내지 3의 정수이고,
    a1, a2, b2가 2 이상의 정수이거나 b1이 2의 정수인 경우 괄호 내 치환기는 서로 같거나 상이하다.
  4. 청구항 1에 있어서, Ar1은 치환 또는 비치환되고, N을 1개 이상 포함하는 단환 또는 다환의 헤테로고리기이거나, 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-3 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로고리 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure pat00075

    [화학식 1-2]
    Figure pat00076

    [화학식 1-3]
    Figure pat00077

    상기 화학식 1-1 내지 1-3에 있어서,
    R11 내지 R18은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 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; SiRR’R”; 또는 -P(=O)RR’이거나, 서로 인접하는 2 이상의 기는 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 방향족 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 지방족 또는 방향족 헤테로 고리를 형성하며,
    Ar2는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기이고,
    c는 0 내지 3의 정수이며, c가 2 이상인 경우 괄호 내 치환기는 서로 같거나 상이하고,
    R, R', R", Ra 및 Rb는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기이다.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 화학식 1-2는 하기 화학식 1-2-1 내지 1-2-7 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로고리 화합물:
    [화학식 1-2-1]
    Figure pat00078

    [화학식 1-2-2]
    Figure pat00079

    [화학식 1-2-3]
    Figure pat00080

    [화학식 1-2-4]
    Figure pat00081

    [화학식 1-2-5]
    Figure pat00082

    [화학식 1-2-6]
    Figure pat00083

    [화학식 1-2-7]
    Figure pat00084

    상기 화학식 1-2-1 내지 1-2-7에 있어서,
    R21 내지 R30은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 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; SiRR’R”; 또는 -P(=O)RR’이고,
    X는 O; S; 또는 NRc이며,
    Rc, R, R'및 R"는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C60의 알킬기; 치환 또는 비치환된 C6 내지 C60의 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C60의 헤테로아릴기이고,
    d, e 및 g는 0 내지 4의 정수이고,
    f는 0 내지 3의 정수이며,
    h는 0 내지 2의 정수이고,
    d, e, f, g가 2 이상이거나, h가 2인 경우, 괄호 내 치환기는 서로 같거나 상이하다.
  6. 청구항 1에 있어서, A는 하기 구조식 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로고리 화합물:
    Figure pat00085

    상기 구조식에 있어서,
    Xa는 O; 또는 S이고,
    Figure pat00086
    는 화학식 1의
    Figure pat00087
    와 연결되는 위치를 의미하고,
    Figure pat00088
    는 화학식 1의
    Figure pat00089
    와 연결되는 위치를 의미하며,
    상기 구조식 내의 중수소 함량은 0% 내지 100%이다.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화합물 중 어느 하나로 표시되는 것인 헤테로고리 화합물:
    Figure pat00090

    Figure pat00091

    Figure pat00092

    Figure pat00093

    Figure pat00094

    Figure pat00095

    Figure pat00096

    Figure pat00097

    Figure pat00098

    Figure pat00099

    Figure pat00100

    Figure pat00101

    Figure pat00102

    Figure pat00103

    Figure pat00104

    Figure pat00105

    Figure pat00106

    Figure pat00107

    Figure pat00108

    Figure pat00109

    Figure pat00110

    Figure pat00111

    Figure pat00112

    Figure pat00113

    Figure pat00114
  8. 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비된 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 발광 소자로서, 상기 유기물층 중 1 층 이상은 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 따른 헤테로고리 화합물을 1종 이상 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 헤테로고리 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 유기물층은 발광층을 포함하고, 상기 발광층은 호스트 물질을 포함하며, 상기 호스트 물질은 상기 헤테로고리 화합물을 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 유기 발광 소자는 발광층, 정공주입층, 정공수송층. 전자주입층, 전자수송층, 전자저지층 및 정공저지층으로 이루어진 군에서 선택되는 1층 또는 2층 이상을 더 포함하는 것인 유기 발광 소자.
  12. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 따른 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물 2종을 포함하는 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 조성물 내 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물(N-타입 헤테로고리 화합물) : 상기 화학식 1로 표시되는 헤테로고리 화합물(P-타입 헤테로고리 화합물)의 중량비는 1 : 10 내지 10 : 1인 것인 유기 발광 소자의 유기물층용 조성물.
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